DE102017002383A1 - Gehäuse für eine HV-Komponente eines Fahrzeugs und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs - Google Patents

Gehäuse für eine HV-Komponente eines Fahrzeugs und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (2) für eine HV-Komponente eines Fahrzeugs (1). Erfindungsgemäß umfasst eine Gehäusewandung (2.1) des Gehäuses (2) eine Anzahl konstruktiv geschwächter Bereiche (2.3), wobei an einem geschwächten Bereich (2.3) ein Dehnungsmessstreifen (3) zur Detektion einer ungewollten Deformation des geschwächten Bereichs (2.3) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1). Erfindungsgemäß wird ein erfindungsgemäßes Gehäuse (2) verwendet, wobei eine ungewollte Deformation eines geschwächten Bereichs (2.3) des Gehäuses (2) detektiert wird und bei Detektion der Deformation diese über einen Kommunikationsweg einem übergeordneten Sicherheitssystem signalisiert wird und wobei bei dieser Signalisierung als Systemreaktion eine Warnung ausgegeben wird und/oder eine automatische Entladung der HV-Komponente eingeleitet wird und/oder eine automatische Abschaltung der HV-Komponente erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine HV-Komponente eines Fahrzeugs und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs.
  • Im Stand der Technik sind Gehäuse für eine HV-Komponente eines Fahrzeugs und Verfahren zum Betrieb derartiger Fahrzeuge bekannt.
  • Mit einer HV-Batterie ausgestattete Fahrzeuge weisen elektrische Bordnetze und optional elektrifizierte Fahrzeugantriebsstränge auf. Derartige Fahrzeuge werden mit Spannungen von wenigstens 60 V DC oder 30 V AC betrieben.
  • Bei den genannten Fahrzeugen ist es von besonderer Bedeutung, jederzeit, insbesondere auch bei oder nach einem Unfall, einen Schutz vor einem elektrischen Schlag sicherzustellen. Dazu sind im Stand der Technik Gehäuse von HV-Komponenten berührgeschützt ausgebildet. Bei einem Unfall und/oder bei einem Bagatellschaden besteht die Gefahr, dass ein Gehäuse einer HV-Komponente, insbesondere wenn diese in einer crashgefährdeten Region des Fahrzeugs angeordnet ist, beispielsweise in einer HV-Absicherungszone 1 oder in einer HV-Absicherungszone 2, mechanisch verformt oder beschädigt wird. Dadurch können spannungsführende Teile von außen zugänglich werden, wodurch eine Verletzungsgefahr besteht.
  • Aus DE 10 2005 027 251 A1 ist eine Fahrzeugteil-Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Formveränderung eines Fahrzeugteils bekannt, welche eine Dehnungsmesseinrichtung umfasst.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Gehäuse für HV-Komponenten eines Fahrzeugs anzugeben. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs anzugeben.
  • Die Aufgabe wird das Gehäuse betreffend erfindungsgemäß gelöst durch die in Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination. Das Verfahren betreffend wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die in Anspruch 3 angegebene Merkmalskombination gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Gehäuse ist für eine HV-Komponente eines Fahrzeugs bestimmt. Erfindungsgemäß umfasst eine Gehäusewandung des Gehäuses eine Anzahl konstruktiv geschwächter Bereiche, wobei an einem geschwächten Bereich ein Dehnungsmessstreifen zur Detektion einer ungewollten Deformation des geschwächten Bereichs angeordnet ist. Bevorzugt ist der geschwächte Bereich an einer Befestigungsstelle des Gehäuses angeordnet.
  • Ein Verfahren ist zum Betrieb eines Fahrzeugs bestimmt. Erfindungsgemäß wird ein im Fahrzeug angeordnetes Gehäuse gemäß Anspruch 1 verwendet, wobei eine ungewollte Deformation eines geschwächten Bereichs des Gehäuses detektiert wird. Dabei erfolgt bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs die Detektion vor einer Aktivierung der im Gehäuse angeordneten HV-Komponente. Bei Detektion der Deformation wird diese über einen Kommunikationsweg, beispielsweise einen CAN-Bus, einem übergeordneten Sicherheitssystem signalisiert. Bei dieser Signalisierung wird als Systemreaktion eine Warnung ausgegeben und/oder eine automatische Entladung der HV-Komponente eingeleitet und/oder es erfolgt eine automatische Abschaltung der HV-Komponente, insbesondere der HV-Batterie. Bevorzugt erfolgt bei einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs die Detektion der Deformation eines geschwächten Bereichs des Gehäuses vor einer vorgesehenen Aktivierung der im Gehäuse angeordneten HV-Komponente, wobei bei Detektion die Aktivierung der im Gehäuse angeordneten HV-Komponente unterbleibt.
  • Die Erfindungen weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Bei einem Unfall und/oder bei einem Bagatellschaden besteht die Möglichkeit, dass ein Gehäuse einer HV-Komponente, insbesondere wenn diese in einer crashgefährdeten Region des Fahrzeugs angeordnet ist, beispielsweise in einer HV-Absicherungszone 1 oder in einer HV-Absicherungszone 2, mechanisch verformt oder beschädigt wird. Die Erfindungen ermöglichen, dass bei einer vorgesehenen Inbetriebnahme des Fahrzeugs eine Aktivierung der im Gehäuse angeordneten HV-Komponente und/oder ein Zuschalten einer HV-Spannung bei Detektion einer Deformation des Gehäuses unterbleiben/unterbleibt. Dadurch können keine spannungsführenden Teile von außen zugänglich werden, wodurch eine Verletzungsgefahr reduziert ist.
  • Sofern eine Detektion einer Deformation des Gehäuses während des Fahrzeugbetriebs erfolgt, wird von einem übergeordneten Sicherheitssystem entsprechend reagiert. Insbesondere kann als Systemreaktion eine Warnung ausgegeben und/oder eine automatische Entladung der HV-Komponente eingeleitet werden und/oder es erfolgt eine automatische Abschaltung der HV-Komponente, insbesondere der HV-Batterie. Dadurch ist eine Brand- und/oder Verletzungsgefahr reduziert.
  • Erfindungsgemäß ist dadurch auch der Fall abgesichert, dass sich die HV-Komponente durch eine mechanische Krafteinwirkung im Fahrzeug verschoben hat, wodurch Anschlussleitungen und Steckverbinder Schaden genommen haben könnten. Besonders vorteilhaft ist, dass bei einer eventuell unkritischen Belastung des Fahrzeugs, beispielsweise beim Überfahren eines Bordsteins mit erhöhter Geschwindigkeit, eine Reaktion des Sicherheitssystems unterbleibt. Dennoch ermöglichen es die Erfindungen, dass kleinflächige Beschädigungen an der HV-Komponente erkannt werden. Besonders vorteilhaft ist zudem, dass mittels der Detektion der Deformation eine Schadenserkennung auch dann feststellbar ist, wenn der Schaden entstand, während das Fahrzeug inaktiv war, beispielsweise, wenn es beschädigt wurde, während es parkte.
  • Damit ist eine Erkennung einer mechanischen Beschädigung einer HV-Komponente aufgrund mechanischer Krafteinwirkung durch einen Bagatellschaden am Fahrzeug auf einfache Weise möglich.
  • Anders als im Stand der Technik mit Sicherheitseinrichtungen wie HV-Interlock, Isolationswächter oder dergleichen kann erfindungsgemäß ein Schutz vor elektrischem Schlag auch dann sichergestellt werden, wenn die HV-Komponente nicht mehr unversehrt ist.
  • Ebenso ist das Erkennen eines gefährlichen Zustandes gegenüber der Verwendung von Crash- und Überrollsensoren verbessert, da Crash- und Überrollsensoren nicht notwendigerweise Unfälle erkennen, die eine Beschädigung der HV-Komponenten verursachen können. Insbesondere sind erfindungsgemäß Schäden erkennbar, die durch das Überfahren von Gegenständen bei im Unterboden verbauten HV-Komponenten entstehen. Ebenso sind Schäden erkennbar, die durch Parkrempler mit Deformation des Fahrzeugs und drin verbauten HV-Komponenten entstehen. Erfindungsgemäß müssen HV-Komponenten mit geringerem konstruktivem Aufwand gestaltet werden als im Stand der Technik, wo sie hohen mechanischen Belastungen ohne Deformation standhalten müssen.
  • Erfindungsgemäß ist es zudem möglich, HV-Komponenten auch in deformationsgefährdeten Bereichen des Fahrzeugs zu verbauen, die für HV-Komponenten mit herkömmlichen Gehäusen nicht genutzt werden können. Dadurch ist die Nutzung von Bauräumen in crashgefährdeten Positionen des Fahrzeugs auch für HV-Komponenten ermöglicht.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein Fahrzeug mit HV-Absicherungszonen nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Geschwindigkeitsdiagramms nach dem Stand der Technik,
  • 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses und
  • 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug 1 nach dem Stand der Technik, für das eine erste HV-Absicherungszone 1.1, eine zweite HV-Absicherungszone 1.2 und eine dritte HV-Absicherungszone 1.3 dargestellt sind. Die drei HV-Sicherheitszonen 1.1, 1.2 und 1.3 sind aus Deformationen bei Realunfällen am Fahrzeug 1 eines konkreten Fahrzeugtyps abgeleitet und festgelegt. Die drei HV-Absicherungszonen 1.1, 1.2 und 1.3 sind Fahrzeugdeformationsbereiche, die für besondere Anforderungen an HV-Komponenten für den Fahrzeugtyp zu berücksichtigen sind.
  • Die erste HV-Absicherungszone 1.1 ist ein Deformationsbereich für Fahrzeugschäden, bei deren Detektion keine Auslösung eines Insassenschutzsystems wie Airbag oder Gurtstraffer erfolgt. Schäden, bei deren Detektion keine Auslösung eines Insassenschutzsystems wie Airbag oder Gurtstraffer erfolgt, werden auch als Bagatellschäden bezeichnet.
  • Die zweite HV-Absicherungszone 1.2 ist ein Deformationsbereich bei leichten und mittleren Frontal- oder Heckkollisionen, bei deren Detektion eine Auslösung eines Insassenschutzsystems wie Airbag in einer Stufe 1 oder Gurtstraffer erfolgt. Bei Schäden, die die zweite HV-Absicherungszone 1.2 betreffen, erfolgt üblicherweise eine reversible Abschaltung einer HV-Komponente, insbesondere eine reversible vollständige HV-Abschaltung.
  • Die dritte HV-Absicherungszone 1.3 ist ein Deformationsbereich, der für schwere Kollisionen relevant ist. Bei Schäden, die die dritte HV-Absicherungszone 1.3 betreffen, erfolgt üblicherweise eine irreversible Abschaltung einer HV-Komponente, insbesondere eine irreversible vollständige HV-Abschaltung.
  • In EV-Fahrzeugen und in Plug-In-Fahrzeugen nach dem Stand der Technik ist ein Standcrash-Erkennungssensor im Bordlader vorgesehen. Dieser Standcrash-Erkennungssensor dient zur Erkennung eines Auffahrunfalls durch ein weiteres Fahrzeug während des Ladevorgangs, also während des Stillstandes des Fahrzeugs 1. Dieser Standcrash-Erkennungssensor ist jedoch nicht in der Lage, während der Fahrt zwischen Erschütterungen, beispielsweise beim Überfahren von Bodenunebenheiten, und einem Bagatellcrash zu unterscheiden. Somit ist dieser Sensor für ein Erkennen eines während der Fahrt entstehenden Bagatellschadens nicht geeignet.
  • HV-Komponenten dürfen im Stand der Technik gemäß einer ersten Alternative weder in der ersten HV-Absicherungszone 1.1 noch in der zweiten HV-Absicherungszone 1.2 angeordnet werden. Gemäß einer zweiten Alternative werden HV-Komponenten zwar innerhalb der ersten HV-Absicherungszone 1.1 und/oder innerhalb der zweiten HV-Absicherungszone 1.2 angeordnet, jedoch sind dann besonders hohe Anforderungen an die Festigkeit des Gehäuses der betreffenden HV-Komponente einzuhalten, so dass bei einem einen Bagatellschaden verursachenden Bagatellcrash noch vor Erkennung durch das Airbag-Steuergerät die Anforderung IPXXB erfüllt bleibt. Dies gilt auch für Kabel- und Steckverbindungen.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Geschwindigkeitsdiagramms nach dem Stand der Technik. Ein Unfall A kann sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit ereignen, wobei ein Schaden entstehen kann. Bis zu einer mittleren Geschwindigkeit, beispielsweise bis 50 km/h entstehen in der Regel lediglich Bagatellschäden B. In einem ersten Geschwindigkeitsbereich mit geringen Geschwindigkeiten bis etwa 15 km/h können unerkannte Schäden X1 entstehen. In einem Geschwindigkeitsbereich mit mittleren Geschwindigkeiten bis etwa 50 km/h können Schäden entstehen, wobei eine mögliche HV-Abschaltung X2 erfolgt. In einem Geschwindigkeitsbereich mit hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise bei 80 km/h, können Schäden entstehen, wobei eine sichere, irreversible HV-Abschaltung X3 erfolgt.
  • 3 zeigt links ein unversehrtes, insbesondere nicht deformiertes Gehäuse 2 mit einer Gehäusewandung 2.1, an welcher zwei Befestigungsstellen 2.2 angeordnet sind. Im Bereich jeder Befestigungsstelle 2.2 ist jeweils außenseitig eine Anzahl von geschwächten Bereichen 2.3, also von konstruierten Schwachstellen, vorgesehen. An der jeweils korrespondierenden innenseitigen Stelle ist ein Dehnungsmessstreifen 3 an der Gehäusewandung 2.1 angeordnet.
  • 3 zeigt rechts das gleiche Gehäuse 2, jedoch ist dieses im Bereich der rechten Befestigungsstelle 2.2 in Folge einer Beschädigung am hier nicht gezeigten Fahrzeug 1 ungewollt deformiert. Der korrespondierende Dehnungsmessstreifen 3 hat dadurch eine Längenänderung erfahren, aus der auf die ungewollte Deformation geschlossen werden kann.
  • Die geschwächten Bereiche 2.3 sind also gewollt konstruktiv schwächer ausgelegte Positionen im Gehäuse 2 der HV-Komponente. Wird das Gehäuse 2 durch eine mechanische Krafteinwirkung beschädigt, ändert sich der Widerstandswert der Dehnungsmessstreifen 3 am Gehäuse 2 dauerhaft. Dies wird noch vor dem Aktivieren der HV-Spannung erfasst. Die aktuellen Widerstandswerte der Dehnungsmessstreifen 3 können elektronisch ausgelesen werden, wofür eine Auswerteeinheit, beispielsweise ein Controlboard, mit einer Auswerteelektronik vorgesehen ist. Im Schadensfall signalisiert die Auswerteeinheit über vorhandene Kommunikationswege, beispielsweise einen CAN-Bus, einem übergeordneten Sicherheitssystem die Beschädigung. Das Sicherheitssystem kann dann eine entsprechende Systemreaktion, beispielsweise eine Warnung und/oder eine Entladung und/oder eine Abschaltung, einleiten. Eine Belastung des Fahrzeugs 1, die die im Gehäuse 2 angeordnete HV-Komponente nicht beschädigt, beispielsweise ein Überfahren eines Bordsteins, führt zu keiner Veränderung der Dehnungsmesstreifen 3 und bewirkt keine Fehlermeldung.
  • Wird das Fahrzeug im inaktiven Zustand beschädigt, beispielsweise beim Parken, kann bei einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1 die Detektion der Deformation eines geschwächten Bereichs 2.3 des Gehäuses 2, und damit die Detektion eines Schadens, vor einer vorgesehenen Aktivierung der im Gehäuse 2 angeordneten HV-Komponente erfolgen. Bei Detektion einer Deformation unterbleibt dann die Aktivierung der HV-Komponente. Sofern ein Schaden festgestellt wurde, kann vom Sicherheitssystem alternativ oder zusätzlich eine andere Reaktion eingeleitet werden.
  • 4 zeigt links ein unversehrtes, insbesondere nicht deformiertes Gehäuse 2 mit einer Gehäusewandung 2.1, an welcher zwei Befestigungsstellen 2.2 angeordnet sind. Im Bereich der jeweils oberseitigen und unterseitigen Gehäusewandung 2.1 ist jeweils außenseitig ein geschwächter Bereich 2.3, also eine konstruierte Schwachstelle, vorgesehen. An der jeweils korrespondierenden innenseitigen Stelle ist ein Dehnungsmessstreifen 3 an der Gehäusewandung 2.1 angeordnet.
  • 4 zeigt rechts das gleiche Gehäuse 2 wie links, jedoch ist dieses im Bereich der unterseitigen Gehäusewandung 2.1 in Folge einer Beschädigung am hier nicht gezeigten Fahrzeug 1 ungewollt deformiert. Der korrespondierende Dehnungsmessstreifen 3 hat dadurch eine Längenänderung erfahren, aus der auf die ungewollte Deformation geschlossen werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    1.1
    erste HV-Absicherungszone
    1.2
    zweite HV-Absicherungszone
    1.3
    dritte HV-Absicherungszone
    2
    Gehäuse
    2.1
    Gehäusewandung
    2.2
    Befestigungsstelle
    2.3
    geschwächter Bereich
    3
    Dehnungsmessstreifen
    A
    Unfall
    B
    Bagatellschäden
    X1
    unerkannte Schäden
    X2
    mögliche HV-Abschaltung
    X3
    sichere, irreversible HV-Abschaltung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005027251 A1 [0005]

Claims (5)

  1. Gehäuse (2) für eine HV-Komponente eines Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäusewandung (2.1) des Gehäuses (2) eine Anzahl konstruktiv geschwächter Bereiche (2.3) umfasst, wobei an einem geschwächten Bereich (2.3) ein Dehnungsmessstreifen (3) zur Detektion einer ungewollten Deformation des geschwächten Bereichs (2.3) angeordnet ist.
  2. Gehäuse (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschwächter Bereich (2.3) an einer Befestigungsstelle (2.2) des Gehäuses (2) angeordnet ist.
  3. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, wobei eine ungewollte Deformation eines geschwächten Bereichs (2.3) des Gehäuses (2) detektiert wird und bei Detektion der Deformation diese über einen Kommunikationsweg einem übergeordneten Sicherheitssystem signalisiert wird und dass bei dieser Signalisierung als Systemreaktion eine Warnung ausgegeben wird und/oder eine automatische Entladung der HV-Komponente eingeleitet wird und/oder eine automatische Abschaltung der HV-Komponente erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs (1) die Detektion der Deformation eines geschwächten Bereichs (2.3) des Gehäuses (2) vor einer vorgesehenen Aktivierung der im Gehäuse (2) angeordneten HV-Komponente erfolgt, wobei bei Detektion die Aktivierung unterbleibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemreaktion in Abhängigkeit von der Größe einer detektierten Deformation erfolgt.
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