DE102019123267A1

DE102019123267A1 - Trennvorrichtung mit Anzündeinheit, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019123267A1
Application number: DE102019123267.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wagner; Fabian Burkart; Daniel Loos
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung (4) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug zum galvanischen Trennen einer Hochvoltbatterie (2) des Kraftfahrzeugs von zumindest einem Hochvoltverbraucher (3) des Kraftfahrzeugs, mit einer pyrotechnischen Abschalteinheit (5), welche in einem Strompfad (6) zwischen der Hochvoltbatterie (2) und dem zumindest einen Hochvoltverbraucher (3) anordenbar ist und bei Auslösung dazu ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie (2) von dem zumindest einen Hochvoltverbraucher (3) elektrisch zu trennen, und einer Anzündeinheit (8), welche dazu ausgelegt ist, die pyrotechnische Abschalteinheit (5) auszulösen, wobei die Anzündeinheit (8) als eine nichtelektrische, thermisch reaktive Anzündeinheit ausgebildet ist und dazu ausgelegt ist, die pyrotechnische Abschalteinheit (5) ab einer Temperatur, welche zumindest einem vorbestimmten Temperaturschwellwert entspricht, auszulösen.. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetz (1) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug zum galvanischen Trennen einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs von zumindest einem Hochvoltverbraucher des Kraftfahrzeugs, mit einer pyrotechnischen Abschalteinheit, welche in einem Strompfad zwischen der Hochvoltbatterie und dem zumindest einen Hochvoltverbraucher anordenbar ist und bei Auslösung dazu ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie von dem zumindest einen Hochvoltverbraucher elektrisch zu trennen, und einer Anzündeinheit, welche dazu ausgelegt ist, die pyrotechnische Abschalteinheit auszulösen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetz sowie ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Bordnetze elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge. Solche Bordnetze weisen üblicherweise eine als Traktionsbatterie ausgebildete Hochvoltbatterie sowie zumindest einen Hochvoltverbraucher, insbesondere eine elektrische Antriebsmaschine, auf. Im Falle eines signifikanten Temperaturanstiegs in einer Umgebung der Hochvoltbatterie, beispielsweise im Falle eines Fahrzeugbrands infolge eines Unfalls des Kraftfahrzeugs, muss die Hochvoltbatterie galvanisch von dem zumindest einen Hochvoltverbraucher getrennt und damit abgeschaltet werden. Dazu ist es beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt, eine pyrotechnische Abschalteinheit in einem Strompfad zwischen der Hochvoltbatterie und dem Hochvoltverbraucher anzuordnen, welche durch eine elektrisch aktivierbare Zündeinheit ausgelöst wird. Die pyrotechnische Abschalteinheit und die Anzündeinheit bilden dabei eine Trennvorrichtung des Bordnetzes. Die Anzündeinheit wird aktiviert, indem sie mit elektrischer Energie einer Energieversorgungseinrichtung beaufschlagt wird. Beispielsweise kann die Energieversorgungseinrichtung mit der Anzündeinheit elektrisch verbunden werden, sobald Sensoren des Kraftfahrzeugs den signifikanten Temperaturanstieg erkannt haben. Um jedoch auch einen im Stillstand des Kraftfahrzeugs auftretenden Fehlerfall, welcher zu einem Fahrzeugbrand führt, erkennen zu können, müssen die Sensoren auch im abgestellten Zustand mit Energie versorgt werden. Dies hat einen unerwünscht hohen Energieverbrauch zur Folge.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders zuverlässige, von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs unabhängige Trennung einer Hochvoltbatterie von einem Hochvoltverbraucher bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Trennvorrichtung, ein Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
Eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug dient zum galvanischen Trennen einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs von zumindest einem Hochvoltverbraucher des Kraftfahrzeugs. Die Trennvorrichtung weist eine pyrotechnische Abschalteinheit auf, welche in einem Strompfad zwischen der Hochvoltbatterie und dem zumindest einen Hochvoltverbraucher anordenbar ist und bei Auslösung dazu ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie von dem zumindest einen Hochvoltverbraucher elektrisch zu trennen. Außerdem weist die Trennvorrichtung eine Anzündeinheit auf, welche dazu ausgelegt ist, die pyrotechnische Abschalteinheit auszulösen. Die Anzündeinheit ist als eine nicht elektrische, thermisch reaktive Anzündeinheit ausgebildet und dazu ausgelegt, die pyrotechnische Abschalteinheit ab einer Temperatur, welche zumindest einem vorbestimmten Temperaturschwellwert entspricht, auszulösen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetz für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend eine Hochvoltbatterie, zumindest einen über einen Strompfad mit der Hochvoltbatterie elektrisch verbundenen Hochvoltverbraucher und eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung. Der zumindest eine Hochvoltverbraucher ist insbesondere eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs, welche von der Hochvoltbatterie mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Hochvoltbatterie weist insbesondere eine Spannungslage von zumindest 100 V auf.
Die Trennvorrichtung ist dazu ausgelegt, bei einem Fehlerfall die Hochvoltbatterie von dem Hochvoltverbraucher galvanisch zu trennen. Der Fehlerfall ist beispielsweise durch einen signifikanten Temperaturanstieg gekennzeichnet, bei welchem die Temperatur in einer Umgebung der Hochvoltbatterie bzw. die Umgebungstemperatur zumindest den vorbestimmten Temperaturschwellwert erreicht, insbesondere sogar übersteigt. Ein solcher Temperaturanstieg kann beispielsweise durch einen Fahrzeugbrand infolge eines Unfalls des Kraftfahrzeugs oder durch einen zellinternen Kurzschluss in der Hochvoltbatterie im abgestellten Zustand des Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden.
Im Strompfad zwischen der Hochvoltbatterie und dem elektrischen Hochvoltverbraucher ist die pyrotechnische Abschalteinheit angeordnet. Bei Abwesenheit des Fehlerfalls, also wenn die Umgebungstemperatur den Temperaturschwellwert unterschreitet, ist die pyrotechnische Abschalteinheit unausgelöst, und die Hochvoltbatterie ist elektrisch mit dem Hochvoltverbraucher verbunden. Im Fehlerfall, also wenn die Umgebungstemperatur den Temperaturschwellwert erreicht hat, insbesondere überschreitet, wird die pyrotechnische Abschalteinheit ausgelöst und unterbricht somit die elektrische Verbindung bzw. den Strompfad zwischen der Hochvoltbatterie und dem Hochvoltverbraucher. Die pyrotechnische Abschalteinheit ist insbesondere dazu ausgelegt, Ströme bis zur Betriebsstromgrenze des Kraftfahrzeugs zu schalten. Die pyrotechnische Abschalteinheit ist also für hohe Trennleistungen bzw. Abschaltleistungen ausgelegt. Zum Auslösen der pyrotechnischen Abschalteinheit weist diese einen Treibsatz auf, welcher von der Anzündeinheit entzündet wird.
Die Anzündeinheit ist dabei keine elektrische Anzündeinheit, also keine Zündpille bzw. kein Brückenzünder, welcher mit elektrischer Energie einer Energieversorgungseinrichtung beaufschlagt werden muss. Vielmehr ist die Anzündeinheit eine nicht elektrische Anzündeinheit, welche insbesondere durch eine exotherme, chemische Reaktion die pyrotechnische Abschalteinheit auslöst. Insbesondere ist die Anzündeinheit entzündbar und weist einen dem Temperaturschwellwert entsprechenden Flammpunkt auf. Vorzugsweise ist die Anzündeinheit als eine ab dem Temperaturschwellwert entzündbare Zündschnur ausgebildet. Die Zündschnur entzündet sich also selbst, sobald die Temperatur dem Temperaturschwellwert entspricht. Sobald die Zündschnur, welche insbesondere direkt mit dem Treibsatz der pyrotechnischen Abschalteinheit verbunden ist, abgebrannt ist, wird der Treibsatz gezündet und die Abschalteinheit ausgelöst. Beispielsweise können der Flammpunkt der Anzündeinheit und damit der Temperaturschwellwert über eine Länge der Zündschnur eingestellt werden.
Eine solche Trennung des Strompfades mit einer nicht elektrischen Anzündeinheit ist in vorteilhafter Weise unabhängig von einer elektrischen Energieversorgung und somit auch unabhängig von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs. So kann die Hochvoltbatterie sowohl während der Fahrt des Kraftfahrzeugs als auch im abgestellten Zustand des Kraftfahrzeugs abgeschaltet werden.
Zur Erfindung gehört außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Trennvorrichtung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Bordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur 1 zeigt ein Bordnetz 1 für ein hier nicht gezeigtes, elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Bordnetz 1 weist eine Hochvoltbatterie 2 und einen Hochvoltverbraucher 3 auf, welcher hier als eine elektrische Antriebsmaschine ausgebildet ist. Die Hochvoltbatterie 2 und der Hochvoltverbraucher 3 sind über eine Trennvorrichtung 4 miteinander verbunden. Die Trennvorrichtung 4 ist dazu ausgelegt, im Fehlerfall die Hochvoltbatterie 2 von dem Hochvoltverbraucher 3 galvanisch zu trennen. Der Fehlerfall ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur in der Umgebung der Hochvoltbatterie 2 zumindest einem vorbestimmten Temperaturschwellwert entspricht. Der Temperaturschwellwert kann so gewählt sein, dass er auf einen Brand im Kraftfahrzeug hinweist.
Die Trennvorrichtung 4 weist eine pyrotechnische Abschalteinheit 5 auf, welche in einem Strompfad 6 zwischen dem Hochvoltverbraucher 3 und der Hochvoltbatterie 2 angeordnet ist und welche für hohe Abschaltleistungen ausgelegt ist. Die pyrotechnische Abschalteinheit 5 weist einen Treibsatz 7 auf, welcher von einer nicht elektrischen, thermisch reaktiven Anzündeinheit 8 der Trennvorrichtung 4 gezündet wird. Die Anzündeinheit 8 wird entflammt, sobald die Temperatur den Temperaturschwellwert erreicht hat. Hier ist die Anzündeinheit 8 als eine Zündschnur 9 ausgebildet, welche ab dem Temperaturschwellwert abzubrennen beginnt. Nach Abbrennen der Zündschnur 9 wird der Treibsatz 7 gezündet, wodurch die pyrotechnische Abschalteinheit 5 ausgelöst wird und der Strompfad 6 unterbrochen wird.

Claims

Trennvorrichtung (4) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug zum galvanischen Trennen einer Hochvoltbatterie (2) des Kraftfahrzeugs von zumindest einem Hochvoltverbraucher (3) des Kraftfahrzeugs, mit - einer pyrotechnischen Abschalteinheit (5), welche in einem Strompfad (6) zwischen der Hochvoltbatterie (2) und dem zumindest einen Hochvoltverbraucher (3) anordenbar ist und bei Auslösung dazu ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie (2) von dem zumindest einen Hochvoltverbraucher (3) elektrisch zu trennen, und - einer Anzündeinheit (8), welche dazu ausgelegt ist, die pyrotechnische Abschalteinheit (5) auszulösen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzündeinheit (8) als eine nichtelektrische, thermisch reaktive Anzündeinheit ausgebildet ist und dazu ausgelegt ist, die pyrotechnische Abschalteinheit (5) ab einer Temperatur, welche zumindest einem vorbestimmten Temperaturschwellwert entspricht, auszulösen.
Trennvorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzündeinheit (8) entzündbar ist und einen dem Temperaturschwellwert entsprechenden Flammpunkt aufweist.
Trennvorrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzündeinheit (8) als eine ab dem Temperaturschwellwert entzündbare Zündschnur (9) ausgebildet ist.
Bordnetz (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend eine Hochvoltbatterie (2), zumindest einen über einen Strompfad (6) mit der Hochvoltbatterie (2) verbundenen Hochvoltverbraucher (3) und eine Trennvorrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend ein Bordnetz (1) nach Anspruch 4.