DE102018002381A1 - High-voltage component arrangement with a protective device for the protection of high-voltage components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltkomponentenanordnung mit einer Hochvoltkomponente (1), die ein Komponentengehäuse (7) aufweist, für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, wobei das Komponentengehäuse (7) eine Gehäuseöffnung (6) und eine Schutzvorrichtung (2) zum Schutz der Hochvoltkomponente (1) im Fall eines auftretenden Lichtbogen (3) oder Kurzschluss aufweist, wobei die Schutzvorrichtung (2) ein Schutzgehäuse (8) aufweist, welches über die Gehäuseöffnung (6) mit dem Komponentengehäuse (7) verbunden ist, so dass eine durch den Lichtbogen (3) oder den Kurzschluss freigesetzte Energie (4) in dem Schutzgehäuse (8) aufnehmbar ist. The invention relates to a high-voltage component arrangement comprising a high-voltage component (1) having a component housing (7) for an electrically operated vehicle, wherein the component housing (7) has a housing opening (6) and a protective device (2) for protecting the high-voltage component (1). in the case of an occurring arc (3) or short circuit, wherein the protective device (2) has a protective housing (8) which is connected via the housing opening (6) with the component housing (7), so that through the arc (3) or the short circuit released energy (4) in the protective housing (8) is receivable.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltkomponentenanordnung mit einer Hochvoltkomponente, die ein Komponentengehäuse aufweist, für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, wobei das Komponentengehäuse eine Gehäuseöffnung und eine Schutzvorrichtung zum Schutz der Hochvoltkomponente im Fall eines auftretenden Lichtbogens oder Kurzschlusses aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs
Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, welche als Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge ausgebildet sind, weisen komplexe und sensible Hochvoltbordnetze auf. Hochvoltbordnetze umfassen eine Vielzahl an Hochvoltkomponenten wie z.B. eine Hochvoltbatterie oder einen Motorinverter. Diese Hochvoltkomponenten sind sehr komplex aufgebaut und können durch einen auftretenden elektrischen Kurzschluss beschädigt werden. Bei einem Kurzschluss sorgt vor allem der entstehende Lichtbogen für die Schäden an der Hochvoltkomponente. Bei Schäden am Hochvoltbordnetz oder an der Hochvoltbatterie kann das Fahrzeug komplett ausfallen, aufgrund von defekten Komponenten. Diese müssen erneuert oder ausgetauscht werden, was zu einem hohen finanziellen Schaden führt. Es wäre auch denkbar, dass die beschädigte Hochvoltbatterie in Brand gerät und somit das komplette Fahrzeug irreversible zerstört wird.Vehicles, in particular passenger cars, which are designed as electric vehicles or hybrid vehicles, have complex and sensitive high-voltage electrical systems. High voltage electrical systems include a variety of high voltage components, such as a high-voltage battery or a motor inverter. These high-voltage components are very complex and can be damaged by an occurring electrical short circuit. In the event of a short circuit, the resulting arc mainly damages the high-voltage component. In the event of damage to the high-voltage on-board electrical system or to the high-voltage battery, the vehicle may fail completely because of defective components. These must be renewed or replaced, which leads to a high financial loss. It would also be conceivable that the damaged high-voltage battery burns and thus the entire vehicle is destroyed irreversible.
Aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein verbesserter Schutz von Hochvoltsystemen erreicht wird, um Sekundärschäden an elektrisch betriebene Fahrzeuge abzuwenden.The object of the present invention is that an improved protection of high-voltage systems is achieved in order to avert secondary damage to electrically powered vehicles.
Diese Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the independent claims. Meaningful developments emerge from the dependent claims.
Die Erfindung sieht eine Hochvoltkomponentenanordnung mit einer Hochvoltkomponente, die ein Komponentengehäuse aufweist, für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug vor, wobei das Komponentengehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist. Die Hochvoltkomponentenanordnung weist eine Schutzvorrichtung zum Schutz der Hochvoltkomponente im Falle eines auftretenden Lichtbogens oder Kurzschlusses auf, wobei die Schutzvorrichtung ein Schutzgehäuse aufweist und das Schutzgehäuse über die Gehäuseöffnung mit dem Komponentengehäuse verbunden ist, so dass eine durch den Lichtbogen oder den Kurzschluss freigesetzte Energie in dem Schutzgehäuse aufnehmbar ist.The invention provides a high-voltage component arrangement with a high-voltage component, which has a component housing, for an electrically operated vehicle, the component housing having a housing opening. The high-voltage component arrangement has a protective device for protecting the high-voltage component in the event of an occurring arc or short circuit, wherein the protective device has a protective housing and the protective housing is connected via the housing opening with the component housing, so that released by the arc or the short circuit energy in the protective housing is receivable.
Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen komplexe Hochvoltbordnetze auf. Diese Hochvoltbordnetze umfassen eine Vielzahl an Hochvoltkomponenten, die es zu schützen gilt. Eine Hochvoltkomponente ist mit einem Komponentengehäuse ausgebildet und weist eine Gehäuseöffnung auf. Bei einem technischen Defekt im Hochvoltsystem eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, treten im Bereich des Hochvoltbordnetzes gegebenenfalls elektrische Kurzschlüsse und/oder elektrische Lichtbögen auf. Ein Kurzschluss entsteht bei einer widerstandslosen Verbindung zweier Pole einer Spannungsquelle. Der fließende Strom bei einem Kurzschluss, ist im Vergleich zum Betriebsstrom um ein Vielfaches größer. Durch diesen hohen Strom werden empfindliche elektrische Komponenten beschädigt oder zerstört. Bei einem elektrischen Lichtbogen treten zwischen zwei Elektroden Gasentladungen auf. Damit die Gasentladung stattfindet, benötigt es eine ausreichend hohe elektrische Spannungsdifferenz. Bei einer Gasentladung bildet sich ein Plasma, welches in der Lage ist, elektrische Komponenten zu beschädigen oder zu zerstören. Um die Hochvoltkomponenten gegen einen Kurzschluss oder einen Lichtbogen zu schützen, wird eine Schutzvorrichtung verwendet. Diese Schutzvorrichtung weist ein Schutzgehäuse auf, welches zur Abschirmung innerer Komponenten der Schutzvorrichtung ausgebildet ist. Die freigesetzte Energie bei einen Kurzschluss oder einen Lichtbogen wird in dem Schutzgehäuse aufgenommen. Das Schutzgehäuse ist über die Gehäuseöffnung mit Komponentengehäuse verbunden, dadurch kann die freigesetzte Energie in das Schutzgehäuse entweichen.Electrically powered vehicles have complex high-voltage electrical systems. These high-voltage electrical systems include a variety of high-voltage components, which must be protected. A high-voltage component is formed with a component housing and has a housing opening. In the event of a technical defect in the high-voltage system of an electrically operated vehicle, electric short circuits and / or electric arcs may occur in the area of the high-voltage vehicle electrical system. A short circuit occurs when two poles of a voltage source are connected without resistance. The flowing current in the event of a short circuit is many times greater than the operating current. This high current damages or destroys sensitive electrical components. In an electric arc, gas discharges occur between two electrodes. For the gas discharge to take place, it requires a sufficiently high electrical voltage difference. During a gas discharge, a plasma forms, which is able to damage or destroy electrical components. To protect the high voltage components against a short circuit or arc, a protection device is used. This protective device has a protective housing, which is designed to shield internal components of the protective device. The energy released in the event of a short circuit or an arc is absorbed in the protective housing. The protective housing is connected via the housing opening with component housing, thereby the released energy can escape into the protective housing.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass in der Gehäuseöffnung ein Druckausgleichselement angeordnet ist.A further variant of this invention provides that a pressure compensation element is arranged in the housing opening.
Das Druckausgleichselement ist mit einer Membran ausgebildet, die dafür sorgt, dass z. B. Kondenswasser aus dem geschlossenen Komponentengehäuse wieder entweichen kann. Die Membran sorgt also dafür, dass Luft mit einer hohen relativen Feuchte entweichen kann und somit die relative Luftfeuchte in der Hochvoltkomponente abnimmt. Aufgrund eines erhöhten Energieumsatzes, der beim Auftreten eines Kurzschlusses oder Lichtbogens entsteht, kommt es zu einem Druckimpuls. Durch den Druckimpuls wird das Druckausgleichselement der Hochvoltkomponente beschädigt und/oder zerstört. Die durch den Lichtbogen oder den Kurzschluss freigesetzte Energie fließt von der Hochvoltkomponente durch die offene Stelle, wo sich das Druckausgleichselement befand, in das Schutzgehäuse.The pressure compensation element is formed with a membrane, which ensures that z. B. Condensation from the closed component housing can escape again. The membrane thus ensures that air with a high relative humidity can escape and thus the relative humidity in the high-voltage component decreases. Due to an increased energy conversion, which occurs when a short circuit or arc occurs, it comes to a pressure pulse. Due to the pressure pulse, the pressure compensation element of the high-voltage component is damaged and / or destroyed. The energy released by the arc or short circuit flows from the high voltage component through the open location where the pressure equalization element was located into the protective housing.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass das Schutzgehäuse ein Absorptionselement aufweist, von dem die freigesetzte Energie aufnehmbar ist.A further variant of this invention provides that the protective housing has an absorption element, from which the released energy can be absorbed.
Die durch den Lichtbogen oder den Kurzschluss freigesetzte Energie wird in die Schutzvorrichtung geleitet. Das Absorptionselement in dem Schutzgehäuse ist in der Lage die freigesetzte Energie zu absorbieren. Das Material des Absorptionselementes ist so ausgebildet, dass dieses eine elektrische Energie aufnehmen kann. Es wäre besonders vorteilhaft, wenn die komplett freigesetzte Energie absorbiert wird, sodass für die weiteren Hochvoltkomponenten im Fahrzeug keine Gefahr besteht.The energy released by the arc or short circuit is conducted into the protection device. The absorption element in the protective housing is able to absorb the released energy. The material of the absorption element is designed so that it can absorb an electrical energy. It would be particularly advantageous if the completely released energy is absorbed, so that there is no danger for the other high-voltage components in the vehicle.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass das Absorptionselement einen labyrinthförmigen Kanal aufweist.A further variant of this invention provides that the absorption element has a labyrinth-shaped channel.
Damit die freigesetzte Energie möglichst effizient absorbiert werden kann, ist es von Nutzen, dass durch eine konstruktive Maßnahme die Energie aufgeteilt, beziehungsweise abgeschwächt wird. Dabei soll die Energie schon so weit abgeschwächt werden, dass die restliche Energie vom Absorptionselement absorbiert werden kann. Um dieses zu erreichen, ist das Absorptionselement mit einem labyrinthförmigen Kanal ausgebildet. Somit ist sichergestellt, dass der Energiestrom einen Weg mit mehreren Abzweigungen, Kurven und Richtungsänderungen nehmen muss. In diesem labyrinthförmigen Kanal wird die freigesetzte Energie abgeschwächt und kann effizienter absorbiert werden.In order that the released energy can be absorbed as efficiently as possible, it is useful that the energy is divided or weakened by a constructive measure. The energy should already be weakened so far that the remaining energy can be absorbed by the absorption element. To achieve this, the absorption element is formed with a labyrinth-shaped channel. This ensures that the energy flow has to take a path with several branches, curves and directional changes. In this labyrinthine channel, the released energy is attenuated and can be absorbed more efficiently.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass das Absorptionselement zum Führen eines Lichtbogens ausgebildet ist.A further variant of this invention provides that the absorption element is designed to guide an arc.
Im Fall eines auftretenden Lichtbogens, entsteht durch eine Gasentladung ein Plasma. Dieses Plasma ist ein Teilchengemisch, dessen Bestandteile teilweise geladene Komponenten, Ionen und Elektronen sind. Dadurch ist das Plasma auch elektrisch leitfähig. Da das Plasma einen gasförmigen Zustand aufweist, sollte das Absorptionselement in der Lage sein, dieses zu absorbieren. Hier sollen sich die gasförmigen Bestandteile des Plasmas an der festen Oberfläche des Absorptionselements auflösen.In the case of an occurring arc, a plasma is created by a gas discharge. This plasma is a mixture of particles whose components are partially charged components, ions and electrons. As a result, the plasma is also electrically conductive. Since the plasma has a gaseous state, the absorption element should be able to absorb it. Here the gaseous constituents of the plasma are to dissolve on the solid surface of the absorption element.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass das Schutzgehäuse als ein Aluminiumdruckgussgehäuse ausgebildet ist.A further variant of this invention provides that the protective housing is formed as a die-cast aluminum housing.
Da das Schutzgehäuse eine zusätzliche Komponente in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug darstellt, darf dessen Gewicht nicht zu einer zusätzlichen Belastung für das elektrisch betriebene Fahrzeug werden. Damit elektrisch betriebene Fahrzeuge effizient genutzt werden können, weisen diese ein sehr geringes Fahrzeuggewicht auf. Je mehr Gewicht ein Fahrzeug aufweist, desto mehr Energie wird benötigt. Daher wird das Schutzgehäuse vorzugsweise als ein Aluminiumdruckgussgehäuse ausgebildet. Dieses hat den Vorteil, dass das Schutzgehäuse dünnwandig und mit einer komplexen Geometrie produziert werden kann. Durch den Einsatz von Aluminium wird das Gewicht des Schutzgehäuses auf ein Minimum reduziert. Ein Aluminiumdruckgussgehäuse weist noch einen zusätzlichen Vorteil auf. Durch die Anwendung eines Druckgusses wird erreicht, dass die Flächen und Kanten des Schutzgehäuses glatt sind. Dadurch kann sich die freigesetzte Energie gleichmäßig verteilen. Bei rauen Kanten oder Flächen besteht die Gefahr, dass es zu einer punktuellen Energiekonzentration kommt. Hierbei können an den Punkten mit einer erhöhten Energiekonzentration Beschädigungen am Schutzgehäuse auftreten.Since the protective housing is an additional component in an electrically powered vehicle, its weight must not be an additional burden on the electrically powered vehicle. For electrically operated vehicles to be used efficiently, they have a very low vehicle weight. The more weight a vehicle has, the more energy is needed. Therefore, the protective case is preferably formed as an aluminum die-cast housing. This has the advantage that the protective housing can be produced thin-walled and with a complex geometry. The use of aluminum reduces the weight of the protective housing to a minimum. An aluminum die cast housing still has an additional advantage. The application of a die-cast ensures that the surfaces and edges of the protective housing are smooth. This allows the released energy to be distributed evenly. With rough edges or areas, there is a risk of a punctual energy concentration. Damage to the protective housing can occur at the points with an increased energy concentration.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.
Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochvoltkomponentenanordnung .The single FIGURE shows a schematic representation of an embodiment of the high-voltage component arrangement according to the invention.
In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figure, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Die Fig. zeigt somit z. B. eine Hochvoltkomponentenanordnung, mit der zu schützenden Hochvoltkomponente
Im Fall eines auftretenden Kurzschlusses oder eines Lichtbogens
Somit ist sichergestellt dass, die Hochvoltkomponente
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- HochvoltkomponenteHigh-voltage component
- 22
- Schutzvorrichtungguard
- 33
- LichtbogenElectric arc
- 44
- freigesetzte Energiereleased energy
- 55
- HochvoltbatterieHigh-voltage battery
- 66
- Gehäuseöffnunghousing opening
- 77
- Komponentengehäusecomponent housing
- 88th
- Schutzgehäusehousing
- 99
- DruckausgleichselementPressure compensation element
- 1010
- Absorptionselementabsorbing element
- 1111
- labyrinthförmiger Kanallabyrinthine channel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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CN202923408U (en) | 2012-11-19 | 2013-05-08 | 南京汽车集团有限公司 | Integrated power device of pure electric vehicle |
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2018
- 2018-03-22 DE DE102018002381.9A patent/DE102018002381A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
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CN202923408U (en) | 2012-11-19 | 2013-05-08 | 南京汽车集团有限公司 | Integrated power device of pure electric vehicle |
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