DE102019201627A1

DE102019201627A1 - Elektrische Steckverbindung eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Überwachen derselben

Info

Publication number: DE102019201627A1
Application number: DE102019201627.8A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Schreibmüller; Michael Schwab
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Elektrische Steckverbindung (1) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, mit einem buchsenartigen Steckverbindungselement (4), mit einem steckerartigen Steckverbindungselement (3), das mit dem buchsenartigen Steckverbindungselement (4) zur Ausbildung der elektrischen Steckverbindung (1) in Eingriff bringbar ist. In die elektrische Steckverbindung (1) ist mindestens ein Temperatursensor (9) integriert, mit welchem eine sich im Betrieb der elektrischen Steckverbindung (1) ausbildende Betriebstemperatur erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein buchsenartiges Steckverbindungselement und ein steckerartiges Steckverbindungselement einer solchen elektrischen Steckverbindung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer solchen elektrischen Steckverbindung.
In Kraftfahrzeugen ist eine Vielzahl von elektrischen Steckverbindungen verbaut, um Baugruppen des Kraftfahrzeugs elektrisch miteinander zu verbinden. Eine elektrische Steckverbindung verfügt dabei über ein buchsenartiges Steckverbindungselement sowie über ein steckerartiges Steckverbindungselement, wobei das buchsenartige Steckverbindungselement und das steckerartige Steckverbindungselement zur Ausbildung der elektrischen Steckverbindung miteinander in Eingriff bringbar sind.
Sowohl das buchsenartige Steckverbindungselement einer elektrischen Steckverbindung als auch das steckerartige Steckverbindungselement einer elektrischen Steckverbindung verfügt jeweils über elektrische leitfähige Baugruppen, insbesondere über Pole, und über ein Steckverbindungselementgehäuse, welches die elektrisch leitfähigen Baugruppen aufnimmt und vor Umwelteinflüssen schützt. So sind das buchsenartige Steckverbindungselement und das steckerartige Steckverbindungselement jeweils mindestens zweipolig ausgebildet, wobei jeder Pol des buchsenartigen Steckverbindungselements mit einem entsprechenden Pol des steckerartigen Steckverbindungselements in elektrischer Wirkverbindung steht, nämlich elektrisch kontaktiert ist. Die Pole der Steckverbindungselemente werden auch als elektrische Kontakte bezeichnet. Die Pole der Steckverbindungselemente bestehen dabei aus einem metallischen Werkstoff und typischerweise aus einer Oberflächenbeschichtung wie zum Beispiel einer Oberflächengalvanisierung, wobei über die Oberflächenbeschichtung ein Korrosionsschutz bereitgestellt und ein definierter Übergangswiderstand zwischen den Polen bzw. elektrischen Kontakten der Steckverbindungselemente der elektrischen Steckverbindung eingestellt werden kann.
Über die Oberflächenbeschichtung kann auch eine Anpassung der elektrischen Steckverbindung an Betriebsbedingungen wie Temperaturen, Vibrationen und dergleichen erfolgen.
Infolge von zum Beispiel vibrationsbedingtem Verschleiß oder auch infolge von Alterungserscheinungen kann sich der Übergangswiderstand über die Betriebsdauer der elektrischen Steckverbindung erhöhen.
Je mehr elektrische Leistung an einer elektrischen Steckverbindung anliegt bzw. je höher die elektrischen Ströme sind, die über die Steckverbindung zu übertragen sind, desto stärker wirkt sich eine verschleißbedingte oder alterungsbedingte Erhöhung des Übergangswiderstands der elektrischen Steckverbindung dahingehend aus, dass eine höhere Verlustleistung an der elektrischen Steckverbindung anfällt, die zu einer Erwärmung der elektrischen Steckverbindung führt. Bei einer zu starken Erwärmung einer elektrischen Steckverbindung kann es zu einem thermischen Defekt, insbesondere zu einem Abbrand, an der elektrischen Steckverbindung kommen. Dies ist von Nachteil.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige elektrische Steckverbindung eines Kraftfahrzeugs, ein entsprechendes buchsenartiges Steckverbindungselement sowie ein entsprechendes buchsenartiges Steckverbindungselement sowie ein Verfahren zum Überwachen einer solchen elektrischen Steckverbindung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Steckverbindung eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist in die elektrische Steckverbindung mindestens ein Temperatursensor integriert, mit welchem eine sich im Betrieb der elektrischen Steckverbindung ausbildende Betriebstemperatur erfassbar ist.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, in eine elektrische Steckverbindung eines Kraftfahrzeugs mindestens einen Temperatursensor zu integrieren.
Hiermit ist es möglich, eine sich während des Betriebs der elektrischen Steckverbindung ausbildende Betriebstemperatur zu erfassen, und so zu überprüfen, ob es zu einer kritischen Temperaturerhöhung an der elektrischen Steckverbindung kommt. Sollte dies der Fall sein, so können dann geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um einen thermischen Defekt, insbesondere einen Abbrand, an der elektrischen Steckverbindung zu vermeiden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind das buchsenartige Steckverbindungselement und das steckerartige Steckverbindungselement jeweils mindestens zweipolig ausgebildet sind, wobei jeder Pol des buchsenartigen Steckverbindungselements mit einem entsprechenden Pol des steckerartigen Steckverbindungselements in elektrischer Wirkverbindung steht, und wobei der mindestens eine Temperatursensor benachbart zu mindestens einem der Pole des buchsenartigen Steckverbindungselements und/oder steckerartigen Steckverbindungselements in das jeweilige Steckverbindungselement integriert ist, vorzugsweise derart, dass der jeweilige Temperatursensor zwischen zwei Pole des jeweiligen Steckverbindungselements in dasselbe integriert ist. Dann, wenn der jeweilige Temperatursensor zwischen zwei Pole des jeweiligen Steckverbindungselements in dasselbe integriert ist, kann die Betriebstemperatur, die sich während des Betriebs der elektrischen Steckverbindung an derselben ausbildet, besonders vorteilhaft erfasst werden.
Das erfindungsgemäße buchsenartige Steckverbindungselement ist in Anspruch 7 und das erfindungsgemäße steckerartige Steckverbindungselement ist in Anspruch 8 definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Steckverbindung ist in Anspruch 9 definiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können sicherheitskritische Zustände, die durch einen thermischen Defekt der elektrischen Steckverbindung verursacht werden, vermieden werden.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine stark schematisierte Ansicht einer ersten elektrischen Steckverbindung im gesteckten Zustand,
2 die elektrische Steckverbindung der 1 im nicht gesteckten Zustand,
3 eine stark schematisierte Ansicht einer zweiten elektrischen Steckverbindung im gesteckten Zustand.

1 und 2 zeigen unterschiedliche Ansichten einer erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung 1 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. An der elektrischen Steckverbindung liegen hohe Spannungen an bzw. über die elektrische Steckverbindung müssen hohe elektrische Ströme übertragen werden. Insbesondere handelt es sich bei der elektrischen Steckverbindung 1 um eine Steckverbindung, die der Übertragung elektrischer Antriebsleistung dient, die also in einem sogenannten Hochvolt-Bereich eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs verbaut ist.
Die elektrische Steckverbindung 1 der 1 und 2 ist im Sinne einer gesteckten Gehäusedurchführung ausgebildet. So zeigen 1 und 2 ein Gehäuse 2, bei welchem es sich zum Beispiel um ein Getriebegehäuse handeln kann. Die Steckverbindung 1 verfügt über Steckverbindungselement 3 und 4, nämlich über ein steckerartiges Steckverbindungselement 3 und ein buchsenartiges Steckverbindungselement 4, wobei in 1 und 2 das steckerartige Steckverbindungselement 3 am Gehäuse 2 gehäusefest montiert ist.
Zur Ausbildung der elektrischen Steckverbindung 1 sind das buchsenartige Steckverbindungselement 4 und das steckerartige Steckverbindungselement 3 in Eingriff gebracht. Dies ist in 1 der Fall. In 2 hingegen stehen die beiden Steckverbindungselemente 3, 4 der elektrischen Steckverbindung 1 außer Eingriff.
Das buchsenartige Steckverbindungselement 4 ist mindestens zweipolig ausgeführt, verfügt also über mindestens zwei Pole 5, die auch als elektrische Kontakte 5 bezeichnet werden. Diese Pole oder Kontakte 5 sind Buchsenkontakte. Das steckerartige Steckverbindungselement 3 ist ebenfalls mindestens zweipolig ausgebildet, verfügt also ebenfalls über mindestens zwei Pole 6 bzw. elektrische Kontakte 6, wobei die elektrischen Kontakte 6 des steckerartigen Steckverbindungselements 3 Stiftkontakte sind, die in die Buchsenkontakte 5 des buchsenartigen Steckverbindungselements 4 einführbar sind. Die Pole bzw. elektrischen Kontakte 5, 6 der Steckverbindungselemente 3, 4 sind mit elektrischen Kabeln bzw. elektrischen Leitungen 7, 8 kontaktiert.
Die jeweiligen Pole oder Kontakte 5, 6 des jeweiligen Steckverbindungselements 3, 4 sind in einem Steckverbindungselementgehäuse 11, 12 des jeweiligen Steckverbindungselements 3, 4 aufgenommen und vor Umwelteinflüssen geschützt. Im gesteckten Zustand des buchsenartigen Steckverbindungselements 4 und des steckerartigen Steckverbindungselements 3 sichern die Steckverbindungselementgehäuse 11, 12 derselben die Steckverbindung 1 vor einem Lösen.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in die elektrische Steckverbindung 1 mindestens ein Temperatursensor 9 integriert.
Dabei ist im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 der mindestens eine Temperatursensor 9 in das buchsenartige Steckverbindungselement 4 integriert. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, alternativ oder zusätzlich in das steckerartige Steckverbindungselement 3 mindestens einen Temperatursensor zu integrieren.
Über den in 1 und 2 in das buchsenartige Steckverbindungselement 4 integrierten Temperatursensor 9 kann die sich im Betrieb der elektrischen Steckverbindung 1 ausbildende Betriebstemperatur der elektrischen Steckverbindung 1 erfasst werden. Dieser Messwert kann über eine Datenleitung 10 an ein Steuergerät zur Auswertung und Weiterverarbeitung übertragen werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass, wie in 1 und 2 gezeigt, der jeweilige Temperatursensor 9 zwischen zwei Pole bzw. elektrische Kontakte des jeweiligen Steckverbindungselements integriert ist, nämlich in 2 zwischen zwei Pole 5 bzw. elektrische Kontakte des buchsenartigen Steckverbindungselements 4.
Es ist möglich, dass die Steckverbindungselemente 3, 4 der elektrischen Steckverbindung 1 zum Beispiel dreipolig oder sechspolig ausgebildet sind, also jeweils drei oder sechs Pole und damit elektrische Kontakte 5, 6 aufweisen. Typischerweise sind dann drei oder jeweils drei Pole bzw. elektrische Kontakte 5, 6 in einer Reihe nebeneinander positioniert, wobei mehrere Reihen aus jeweils drei Polen bzw. elektrischen Kontakten 5, 6 übereinander positioniert sind.
Dann, wenn die Steckverbindungselement 3, 4 der elektrischen Steckverbindung 1 jeweils drei Pole bzw. elektrische Kontakte 5, 6 aufweisen, ist vorzugsweise in einem der Steckverbindungselemente 3 oder 4 ein oder zwei Temperatursensoren 9, vorzugsweise jeweils zwischen zwei benachbarten Polen bzw. Kontakten 5, 6, integriert. Dann, wenn das jeweilige Steckverbindungselement 3, 4 sechspolig ausgebildet ist, sind vorzugsweise in eines der Steckverbindungselemente 3, 4 zwei oder vier Temperatursensoren 9 integriert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Temperatursensor 9 zwischen zwei Pole bzw. elektrische Kontakte 5, 6 des jeweiligen Steckverbindungselements 3, 4 in das jeweilige Steckverbindungselement 3, 4 integriert. Der jeweilige Temperatursensor 9 kann auch in das jeweilige Steckverbindungselementgehäuse 11, 12 des jeweiligen Steckverbindungselements 3, 4 integriert sein.
Die Erfindung betrifft nicht nur die elektrische Steckverbindung 1 als solche, sondern auch die Steckverbindungselemente 3, 4 einer solchen elektrischen Steckverbindung 1, also das buchsenartige Steckverbindungselement 4 sowie das steckerartige Steckverbindungselement 3, wobei in das jeweilige Steckverbindungselement 3, 4 mindestens ein Temperatursensor 9 integriert ist.
3 zeigt eine elektrische Steckverbindung 1, die analog der elektrischen Steckverbindung 1 der 1 und 2 aufgebaut ist, wobei es sich hier jedoch nicht um eine Steckverbindung im Sinne einer Gehäusedurchführung, sondern vielmehr um eine fliegende Steckverbindung handelt, bei welcher keines der Steckverbindungselemente 3, 4 an ein Gehäuse fest angebunden ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Steckverbindung 1 eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren sieht vor, dass die sich im Betrieb der elektrischen Steckverbindung 1 ausbildende Betriebstemperatur mithilfe des mindestens einen in die elektrische Steckverbindung 1 integrierten Temperatursensors 9 erfasst wird. Die erfasste Betriebstemperatur wird mit mindestens einem Grenzwert verglichen. Abhängig von diesem Vergleich wird eine Fehlermeldung erzeugt und/oder mindestens eine Betriebsbedingung der elektrischen Steckverbindung 1 verändert, um einen sicherheitskritischen Zustand zu vermeiden.
Dann, wenn die erfasste Betriebstemperatur größer als ein erster Grenzwert wird oder ist, wird zumindest eine Fehlermeldung generiert. Zusätzlich kann auch mindestens eine Betriebsbedingung der elektrischen Steckverbindung angepasst werden. Dann, wenn die erfasste Betriebstemperatur größer als ein zweiter Grenzwert wird oder ist, der oberhalb des ersten Grenzwerts liegt, wird als Betriebsbedingung vorzugsweise die elektrische Leistung an der elektrischen Steckverbindung 1 reduziert, entweder durch teilweises oder vollständiges Abschalten des elektrischen Stroms. Abhängig davon, um wie viel der zweite Grenzwert überschritten wird, kann auch die elektrische Leistung reduziert werden, um so die Betriebstemperatur abzusenken oder dieselbe nicht weiter ansteigen zu lassen. Auch bei Überschreiten des ersten Grenzwerts kann die elektrische Leistung an der elektrischen Steckverbindung 1 reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Steckverbindung
2: Gehäuse
3: steckerartiges Steckverbindungselement
4: buchsenartiges Steckverbindungselement
5: Pol
6: Pol
7: Kabel
8: Kabel
9: Temperatursensor
10: Datenleitung
11: Steckverbindungselementgehäuse
12: Steckverbindungselementgehäuse

Claims

Elektrische Steckverbindung (1) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, mit einem buchsenartigen Steckverbindungselement (4), mit einem steckerartigen Steckverbindungselement (3), das mit dem buchsenartigen Steckverbindungselement (4) zur Ausbildung der elektrischen Steckverbindung (1) in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die elektrische Steckverbindung (1) mindestens ein Temperatursensor (9) integriert ist, mit welchem eine sich im Betrieb der elektrischen Steckverbindung (1) ausbildende Betriebstemperatur erfassbar ist.
Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das buchsenartige Steckverbindungselement (4) mindestens zweipolig und das steckerartige Steckverbindungselement (3) mindestens zweipolig ausgebildet sind, wobei jeder Pol (5) des buchsenartigen Steckverbindungselements (4), welcher in einem Steckverbindungselementgehäuse (11) desselben angeordnet ist, mit einem entsprechenden Pol (6) des steckerartigen Steckverbindungselements (3), welcher in einem Steckverbindungselementgehäuse (12) desselben angeordnet ist, in elektrischer Wirkverbindung steht, und wobei der mindestens eine Temperatursensor (9) benachbart zu mindestens einem der Pole (5, 6) des buchsenartigen Steckverbindungselements (4) und/oder steckerartigen Steckverbindungselements (3) in das jeweilige Steckverbindungselement (1) integriert ist.
Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Temperatursensor (9) zwischen zwei Pole des jeweiligen Steckverbindungselements (3, 4) in dasselbe integriert ist.
Elektrische Steckverbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Temperatursensor (9) in das jeweilige Steckverbindungselementgehäuse (11, 12) integriert ist.
Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das buchsenartige Steckverbindungselement (4) und das steckerartige Steckverbindungselement (3) dreipolig ausgebildet sind, in mindestens eines der Steckverbindungselemente (3, 4) ein oder zwei Temperatursensoren (9) integriert sind,
Elektrische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das buchsenartige Steckverbindungselement (4) und das steckerartige Steckverbindungselement (3) sechspolig ausgebildet sind, in mindestens eines der Steckverbindungselemente (3, 4) zwei oder vier Temperatursensoren (9) integriert sind.
Buchsenartiges Steckverbindungselement (4) einer elektrischen Steckverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dasselbe mindestens ein Temperatursensor (9) integriert ist.
Steckerartiges Steckverbindungselement (3) einer elektrischen Steckverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dasselbe mindestens ein Temperatursensor (9) integriert ist.
Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Steckverbindung (1) eines Kraftfahrzeugs nach einem der der Ansprüche 1 bis 6, mit folgenden Schritten: Erfassen der sich im Betrieb der elektrischen Steckverbindung (1) ausbildenden Betriebstemperatur derselben, Vergleichen der erfassten Betriebstemperatur mit mindestens einem Grenzwert, Erzeugen einer Fehlermeldung und/oder Ändern mindestens einer Betriebsbedingung der elektrischen Steckverbindung (1) abhängig von diesem Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die erfasste Betriebstemperatur größer als ein erster Grenzwert wird oder ist, zumindest eine Fehlermeldung generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die erfasste Betriebstemperatur größer als ein zweiter Grenzwert wird oder ist, der oberhalb des ersten Grenzwerts liegt, die elektrische Leistung an der elektrischen Steckverbindung (1) reduziert wird.