DE102017212206A1

DE102017212206A1 - Method for operating a safety device

Info

Publication number: DE102017212206A1
Application number: DE102017212206.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Gase
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2019-01-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung, die ein Gehäuse mit mindestens einem stromführenden Element umfasst, wobei das stromführende Element im Gehäuseinneren angeordnet ist und von dem Gehäuse umschlossen wird. Das Gehäuse weist eine Innenwand auf. Im Gehäuseinneren ist mindestens ein Magnet vorgesehen.The present invention relates to a safety device comprising a housing with at least one current-carrying element, wherein the current-carrying element is arranged inside the housing and is enclosed by the housing. The housing has an inner wall. Inside the housing at least one magnet is provided.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsvorrichtung.The present invention relates to a method for operating a safety device.

Stand der TechnikState of the art

Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge verfügen üblicherweise über einen Elektromotor, der die gesamte oder einen Teil der Antriebsleistung liefert.
In Hybridfahrzeugen wird ein Teil der, bei Elektrofahrzeugen die gesamte Antriebsleistung mit einem Elektromotor erzeugt. Die elektrische Energie muss mittels Leistungselektronik auf die für den elektrischen Antriebsmotor passende Spannung und Frequenz umgewandelt werden. Dafür werden leistungsstarke Gleichstromsteller und Wechselrichter verwendet, welche bei Hybridfahrzeugen die Energie bei Generatorbetrieb des Motors auch zur Zwischenspeicherung in Akkumulatoren oder Doppelschicht-Kondensatoren aufbereiten. Die unter Hochspannung stehenden Komponenten werden häufig auf geringstem Raum im jeweiligen Gehäuse angeordnet, um Platz einzusparen. Daraus folgt, dass aufgrund kleiner Abstände bzw. durch Metallsplitter, Flitter oder andere mögliche leitfähige Verunreinigungen ein Lichtbogen bzw. Störlichtbogen entstehen kann. Ebenfalls besteht bei Nichteinhaltung der Luft- & Kriechstrecken oder durch Brückenbildung mit metallischen Spänen eine Gefahr für Mensch und Leben durch gefährliche Spannungen >60V d.c., >30V a.c..
Auch durch Feuchtigkeit und ungewollte Betauung kann ein Lichtbogen oder Personengefahr durch Hochspannung entstehen.
Ein Störlichtbogen oder auch Fehlerlichtbogen ist in der elektrischen Energietechnik ein technisch unerwünscht auftretender Lichtbogen zwischen elektrischen Anlagenteilen. Bei ungenügendem Abstand oder ungenügender Isolation zwischen zwei elektrischen Potenzialen kann es zu einem ungewollten Spannungsüberschlag kommen, in dessen Verlauf ein Lichtbogen entsteht. Dieser Spannungsüberschlag kann auch in einem elektrischen Bauteil selber entstehen, weil sich die Kontakte zu langsam trennen, oder die Isolationsschicht zwischen den stromführenden Teilen ihrer Isolierfähigkeit beraubt wurde.
Die Lichtbögen, die bei Spannungsüberschlag entstehen, setzen in der Regel die Lebensdauer des Bauteils massiv herab und können es im schlimmsten Fall auch zerstören. Lichtbögen sind bei Hochspannung führenden Bauteilen eine erhebliche Gefahr. Durch die große Lichtbogenleistung und hohe Temperatur des Lichtbogens kommt es neben der starken Lichtwirkung zu einem lauten Knall und brennbare Gegenstände in unmittelbarer Umgebung können Feuer fangen. Es besteht Brandgefahr. Im Niederspannungsbereich können Störlichtbögen infolge von Störstellen in elektrischen Leitungen auftreten, meist Leitungsschäden wie z.B. beschädigte Isolation infolge von Leitungsquetschungen oder zu geringe Biegungsradien bei elektrischen Leitungen. Hier können Kriechströme durch Verschmutzungen und Ablagerungen entstehen, die sich in einem Störlichtbogen entzünden. Auch bei losen Kontakten bei nicht korrekt montierten Bauteilen oder durch abgeknickte Leitungen können Störlichtbögen beispielsweise durch ionisierte Gase zwischen den losen Leitungsenden entstehen. Auf Leiterplatten, besonders häufig in Schaltnetzteilen, richten Überschläge erheblichen Schaden an, weil sich das Leitermaterial (Kupfer) auf dem Leiterplattenmaterial als Metalldampfschicht niederschlägt und Kriechstrecken überbrückt-Als Vorsorgemaßnahme dienen Lötaugen mit Hohlniet, dickere Kupferschichten, mit Draht verstärkte Leiterzüge, gekammerte Gehäuse sowie reichlich dimensionierte Kriechstrecken. Dem steht die Miniaturisierung aufgrund des geringen Bauraums wie z.B. in Hybrid- und Elektrofahrzeugen entgegen. Lichtbögen müssen somit unbedingt vermieden bzw. für den Fall, dass es zur Lichtbogenbildung kommt, rasch gelöscht werden.Electric vehicles and hybrid vehicles usually have an electric motor that provides all or part of the drive power.
In hybrid vehicles, a part of, in electric vehicles, the entire drive power is generated by an electric motor. The electrical energy must be converted by means of power electronics to the appropriate voltage and frequency for the electric drive motor. Powerful DC choppers and inverters are used for this, which in hybrid vehicles also process the energy during generator operation of the motor for intermediate storage in accumulators or double-layer capacitors. The high voltage components are often placed in the smallest space in the respective housing in order to save space. It follows that due to small distances or by metal splinters, tinsel or other possible conductive impurities an arc or arc fault can occur. There is also a danger to people and life due to dangerous voltages> 60V dc,> 30V ac in case of non-compliance with creepage distances or bridging with metallic chips.
Moisture and unwanted condensation can also cause an electric arc or personal danger due to high voltage.
An arc fault or arc fault is in electrical energy technology a technically undesirable arc between electrical system parts. If there is insufficient distance or insufficient insulation between two electrical potentials, there may be an undesired voltage flashover, during which an arc occurs. This voltage flashover can also occur in an electrical component itself, because the contacts separate too slowly, or was deprived of the insulating layer between the current-carrying parts of their insulating ability.
The arcs that occur in the event of a flashover generally reduce the life of the component massively and, in the worst case, can also destroy it. Arcs are a significant danger to high voltage components. Due to the high arc power and the high temperature of the arc, in addition to the strong light effect, there is a loud bang and flammable objects in the immediate vicinity can catch fire. There is a risk of fire. In the low voltage range, arcing faults can occur as a result of defects in electrical lines, usually line damage such as damaged insulation due to pinching or too small bending radii in electrical lines. Creepage currents due to contamination and deposits can be created here that ignite in an arc fault. Even with loose contacts with incorrectly mounted components or kinked lines, arcing faults can occur, for example due to ionized gases between the loose ends of the line. On printed circuit boards, especially in switching power supplies, flashovers cause considerable damage, because the conductor material (copper) is deposited on the circuit board material as a metal vapor layer and bridged creepage distances-as precaution serve soldered with rivet, thicker copper layers, wire-reinforced conductor tracks, chambered housing and plenty dimensioned creepage distances. This is offset by the miniaturization due to the small space, such as in hybrid and electric vehicles. Arcs must therefore be avoided at all costs or, in the event that arcing occurs, be quickly extinguished.

So zeigt beispielsweise die DE 20 2005 011 504 U1 einen Lichtbogenmelder, wobei von dem Lichtbogen ausgesendete elektromagnetische Wellen von einem Hochfrequenzempfänger empfangen werden und auf einen Lichtbogen rückgeschlossen werden kann. Nachteilig an dem Stand der Technik ist, dass lediglich die Entstehung eines Lichtbogens detektiert wird, aber keine geeignete Maßnahme beschrieben wird, durch die die Entstehung des Lichtbogens von vornherein unterdrückt wird. Ebenfalls sind Detektions- und Schutzmaßnahmen gegen Hochspannung notwendig.For example, shows the DE 20 2005 011 504 U1 an arc detector, wherein emitted from the arc electromagnetic waves are received by a high-frequency receiver and can be deduced on an arc. A disadvantage of the prior art is that only the formation of an arc is detected, but no suitable measure is described by the formation of the arc is suppressed from the outset. Also, detection and protection against high voltage are necessary.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung, durch die die stromführenden Elemente / Bauteile eines Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs sicherer werden.There is therefore a need for a device by which the current-carrying elements / components of an electric or hybrid vehicle are safer.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat die Vorteile, dass die stromführenden Elemente / Bauteile eines Elektro- bzw. Hybridfahrzeuges sicherer werden.The device according to the invention with the characterizing part of claim 1 has the advantages that the current-carrying elements / components of an electric or hybrid vehicle are safer.

Erfindungsgemäß ist dazu eine Sicherheitsvorrichtung vorgesehen, die ein Gehäuse mit mindestens einem stromführenden Element umfasst, wobei das stromführende Element im Gehäuseinneren angeordnet ist und von dem Gehäuse umschlossen wird. Das Gehäuse weist eine Innenwand auf. Im Gehäuseinneren ist ein Magnet vorgesehen. Der Magnet wird vorteilhaft im Inneren des die Elektronik bzw. Leistungselektronik beherbergenden Gehäuses angebracht. Schädliche Metallsplitter bzw. Flitter, die im Gehäuse bei Betrieb stochastisch an dem Magneten vorbeifliegen, werden von dem Magneten angezogen und bleiben an diesem hängen bzw. haften. Entsprechend sind diese kleinen Metallteile keiner Gefahr mehr für die Leistungselektronik und können entsprechend auch keinen Spannungsdurchschlag bzw. Lichtbogen verursachen.According to the invention a safety device is provided for this purpose, which comprises a housing with at least one current-carrying element, wherein the current-carrying element is arranged inside the housing and is enclosed by the housing. The housing has an inner wall. Inside the case a magnet is provided. The magnet is advantageously mounted in the interior of the housing housing the electronics or power electronics. Harmful metal splinters or baubles, which stochastically fly past the magnet in the housing during operation, are attracted to the magnet and remain attached to it. Accordingly, these small metal parts are no longer a danger to the power electronics and can accordingly cause no voltage breakdown or arc.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.The measures mentioned in the dependent claims advantageous developments of the device specified in the independent claim are possible.

Vorteilhafterweise ist der Magnet im Gehäuseinneren mit der Innenwand verschraubt. Durch die Verschraubung wird gewährleistet, dass der Magnet einfach in das Gehäuse eingesetzt als auch wieder ausgebaut werden kann. Dadurch ist es möglich, den Magneten einfach auszutauschen bzw. zu ersetzen als auch den Magneten einfach auszubauen, zu reinigen und wieder einzusetzen. Advantageously, the magnet is screwed inside the housing with the inner wall. The screw connection ensures that the magnet can be easily inserted into the housing as well as removed again. This makes it possible to easily replace or replace the magnet as well as easy to remove the magnet, clean and reinsert.

Vorteilhafterweise ist der Magnet verschiebbar ausgeführt. Durch die Verschiebbarkeit wird gewährleistet, dass der Magnet innerhalb des Gehäuses an beliebige Stellen gebracht bzw. geführt werden kann. Somit wird durch das Bewegen des Magneten an verschiedene Stellen im Gehäuse der Metallstaub bzw. die Metallsplitter / Flitter optimal entfernt. Ebenfalls können die Magnete in mehrfacher Zahl im Gehäuse angebracht werden.Advantageously, the magnet is designed to be displaceable. The displaceability ensures that the magnet can be brought or guided within the housing to any desired locations. Thus, by moving the magnet to various locations in the housing, metal dust or metal chips / baubles are optimally removed. Also, the magnets can be mounted in multiple numbers in the housing.

Um eine maximale Entfernung von Metallstaub, Metallsplittern oder Flitter im Gehäuse zu erreichen, ist der Magnet vorteilhaft in Form eines magnetischen Besens ausgeführt. Der Besen kann über die zu säubernden Bauteiloberflächen streichen und erhöht somit die Wahrscheinlichkeit, herum fliegende bzw. herumliegende Metallteile abzufangen.In order to achieve a maximum removal of metal dust, metal splinters or baubles in the housing, the magnet is advantageously designed in the form of a magnetic broom. The broom can sweep over the surfaces of the component to be cleaned and thus increases the likelihood of catching flying or lying around metal parts.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Magnet ein Permanentmagnet ist. Permanentmagneten haben und behalten ein statistisches Magnetfeld, ohne dass man wie bei einem Elektromagneten einen elektrischen Stromfluss benötigt. Permanentmagnete üben auf alle ferromagnetischen Stoffe wie z.B. Eisen und auf ferromagnetische Stoffe wie z.B. Ferrite eine Anziehung aus. Zusätzlich sind Permanentmagnete in unterschiedlichen Ausführungen (AlNiCo-Magnete, NdFeB-Magnete, etc.) zu akzeptablen Kosten verfügbar, die sowohl bei höheren Temperaturen einsetzbar sind, ohne zu entmagnetisieren.Furthermore, it is advantageous that the magnet is a permanent magnet. Permanent magnets have and retain a statistical magnetic field without the need for an electrical current flow, as with an electromagnet. Permanent magnets apply to all ferromagnetic materials, e.g. Iron and on ferromagnetic substances, e.g. Ferrites an attraction. In addition, permanent magnets in various designs (AlNiCo magnets, NdFeB magnets, etc.) are available at reasonable cost, which can be used at higher temperatures without demagnetizing.

Vorteilhafterweise ist der Magnet ein Elektromagnet. Der Elektromagnet besteht aus einer Spule, in der sich bei Stromfluss ein magnetisches Feld bildet. Meistens befindet sich in der Spule ein offener Eisenkern, der das Magnetfeld führt und verstärkt. Durch die Ausführung des Magneten als Elektromagnet kann die Stromversorgung des Magneten direkt von der Leistungselektronik erfolgen. Zusätzlich kann der Elektromagnet einfach gereinigt werden, indem die Stromversorgung unterbrochen wird und der eingefangene Metallstaub vom Magneten manuell oder automatisch entfernt wird.Advantageously, the magnet is an electromagnet. The electromagnet consists of a coil in which a magnetic field forms during current flow. Mostly in the coil is an open iron core that guides and amplifies the magnetic field. Due to the design of the magnet as electromagnet, the power supply of the magnet can be done directly from the power electronics. In addition, the electromagnet can be easily cleaned by interrupting the power supply and manually or automatically removing the trapped metal dust from the magnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which are not to be construed as limiting the invention with reference to the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges und Sicherheitsvorrichtung;
2: eine schematische Darstellung einer Sicherheitsvorrichtung mit einem Magneten;

Show it:

1 a schematic representation of a vehicle and safety device;
2 a schematic representation of a safety device with a magnet;

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.All figures are merely schematic representations of devices according to the invention or of their components according to embodiments of the invention. In particular, distances and size relationships are not shown to scale in the figures. In the various figures, corresponding elements are provided with the same reference numbers.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 21 mit einer Sicherheitsvorrichtung 10. Die Sicherheitsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 11. Dieses Gehäuse 11 ist doppelwandig ausgeführt und besitzt eine Innenwand 13 und eine Außenwand 14. Im Gehäuseinneren 18 ist ein stromführendes Element 12 angeordnet. Bei dem stromführenden Element 12 kann es sich um beliebige Elektronikbauteile / -elemente handeln (z.B. Leistungselektronik, DCDC-Wandler, etc.), die von dem Gehäuse 11 umschlossen werden bzw. sich im Gehäuse 11 befinden. Die Sicherheitsvorrichtung 10 ist mit einer Batterie 22 und einem Elektromotor 20 verbunden. 1 shows a schematic representation of a vehicle 21 with a safety device 10 , The security device 10 includes a housing 11 , This case 11 is double-walled and has an inner wall 13 and an outer wall 14 , Inside the case 18 is a live element 12 arranged. In the current-carrying element 12 it can be any electronic components / elements (eg power electronics, DCDC converters, etc.) that come from the housing 11 be enclosed or in the housing 11 are located. The security device 10 is with a battery 22 and an electric motor 20 connected.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sicherheitsvorrichtung 10. Gleiche Elemente in Bezug auf 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Die Sicherheitsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 11, in dessen Gehäuseinneren 18 ein stromführendes Element 12 (eine Leistungselektronik, ein DCDC Wandler, etc.) angeordnet ist. Das Gehäuse 11 besitzt eine Innenwand 13. Im Inneren des Gehäuses 11 ist ein Magnet 16 vorgesehen. Dieser ist im Gehäuseinneren 18 angeordnet und ist beispielsweise eingeklebt, verschweißt oder wird eingeschraubt. In letzterem Fall kann der Magnet 16 einfach in das Gehäuse 11 eingesetzt als auch wieder ausgebaut werden. Der Magnet 16 ist im Gehäuse verschiebbar ausgeführt. Durch die Verschiebbarkeit wird gewährleistet, dass der Magnet 16 innerhalb des Gehäuses 11 an beliebige Stellen gebracht bzw. geführt werden kann. Der Magnet 16 kann als „Magnetpille“ ausgeführt sein oder in Form eines magnetischen Besens ausgeführt werden. Der magnetische Besen (hier nicht dargestellt) kann über die zu säubernden Bauteiloberflächen streichen und erhöht somit die Wahrscheinlichkeit, herumfliegende bzw. herumliegende Metallteile abzufangen. Der Magnet 16 kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein. 2 shows a schematic representation of a safety device 10 , Same elements in terms of 1 are provided with the same reference numerals and are not explained in detail. The security device 10 includes a housing 11 , in its housing interior 18 a current-carrying element 12 (a power electronics, a DCDC converter, etc.) is arranged. The housing 11 has an inner wall 13 , Inside the case 11 is a magnet 16 intended. This is inside the case 18 arranged and is for example glued, welded or screwed. In the latter case, the magnet 16 just in the case 11 used as well as expanded again. The magnet 16 is designed to be movable in the housing. The displaceability ensures that the magnet 16 inside the case 11 can be brought or led to any place. The magnet 16 can be designed as a "magnetic pill" or run in the form of a magnetic broom. The magnetic broom (not shown here) can paint over the component surfaces to be cleaned and thus increases the likelihood of intercepting flying metal parts. The magnet 16 may be a permanent magnet or an electromagnet.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202005011504 U1 [0003]

Claims

Safety device (10), comprising a housing (11) with at least one current-carrying element (12), wherein the current-carrying element (12) is arranged in the housing interior (18) and is enclosed by the housing (11), wherein the housing (11) an inner wall (13), characterized in that inside the housing at least one magnet (16) is provided.

Safety device (10) according to claim (1), characterized in that the at least one magnet (16) in the housing interior (18) with the inner wall (13) is screwed.

Safety device (10) according to claim (1), characterized in that the at least one magnet (16) is designed to be displaceable.

Safety device (10) according to claim (3), characterized in that the at least one magnet (16) is designed in the form of a magnetic broom.

Safety device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one magnet (16) is a permanent magnet.

Safety device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one magnet (16) is an electromagnet.