DE102020005278A1 - Protection device for a high-voltage electronic component of a motor vehicle - Google Patents

Protection device for a high-voltage electronic component of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung (10) für eine Hochvolt-Elektronikkomponente (100) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens eine Stromschiene (14) in einer elektrischen Zuleitung (12) der Hochvolt-Elektronikkomponente (100), wobei die Stromschiene (14) wenigstens einen Schwächungsbereich (16) aufweist, welcher so ausgelegt ist, insbesondere in seinem Querschnitt so dimensioniert ist, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich (16) über eine vorgegebene Zeitdauer eine Unterbrechung der Stromschiene (14) in diesem Schwächungsbereich (16) bewirkbar ist.Die Erfindung betrifft ferner eine Hochvolt-Elektronikkomponente (100) eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Schutzvorrichtung (10).The invention relates to a protective device (10) for a high-voltage electronic component (100) of a motor vehicle, in particular an electrically powered motor vehicle, comprising at least one busbar (14) in an electrical supply line (12) of the high-voltage electronic component (100), the busbar (14) has at least one weakening area (16) which is designed, in particular its cross section, is dimensioned so that if a predetermined current value is exceeded in the weakening area (16) over a predetermined period of time, the busbar (14) is interrupted in this weakening area (16). The invention also relates to a high-voltage electronic component (100) of a motor vehicle with such a protective device (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Elektronikkomponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, sowie eine Hochvolt-Elektronikkomponente eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Schutzvorrichtung.The invention relates to a protective device for a high-voltage electronic component of a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, and a high-voltage electronic component of a motor vehicle with such a protective device.

Insbesondere Elektro- und Hybridfahrzeuge weisen Batteriesysteme mit hohen Systemspannungen und einer hohen Speicherdichte auf, um die benötigte Antriebsleistung bereitstellen zu können. gefährlichen Berühr-Spannungen durch freiliegende spannungsführende Teile ausgesetzt sein können. Deshalb werden in solchen Fahrzeugen Sicherungen, Relais oder sogenannte Schütze eingesetzt, um im Falle eines Unfalls oder eines anderen technischen Problems die Batteriesysteme vom Bordnetz sicher zu trennen. Dabei kommen unter anderem Schmelzsicherungen und pyrotechnische Schalter zum Einsatz. Schmelzsicherungen trennen nach einer gewissen Zeit den entsprechend geschützten elektrischen Leiter bei Kurzschlussströmen oberhalb eines Grenzwertes.Electric and hybrid vehicles in particular have battery systems with high system voltages and a high storage density in order to be able to provide the required drive power. may be exposed to dangerous contact voltages from exposed live parts. This is why fuses, relays or so-called contactors are used in such vehicles in order to safely disconnect the battery systems from the on-board network in the event of an accident or other technical problem. Fuses and pyrotechnic switches are used, among other things. Fuses disconnect the appropriately protected electrical conductor after a certain time in the event of short-circuit currents above a limit value.

Die DE 102016107707 B3 offenbart eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeuges, welche eine Stromschiene, eine Steuerungseinrichtung sowie eine Stromversorgungseinrichtung umfasst. Unter der Stromschiene kann auch ein Segment einer Stromschiene verstanden werden. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, eine pyrotechnische Sicherung anzusteuern beziehungsweise auszulösen, um die Spannungsversorgung zu unterbrechen.The DE 102016107707 B3 discloses a protective device for a high-voltage voltage supply of a motor vehicle, which comprises a busbar, a control device and a power supply device. The busbar can also be understood as a segment of a busbar. The control device is designed to control or trigger a pyrotechnic fuse in order to interrupt the voltage supply.

Die Leistungselektronik eines elektrischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs umfasst im Allgemeinen einen Inverter. Innerhalb des Inverters werden sehr hohe elektrische Leistungen umgesetzt. Im Inverter wird die DC-Leistung in AC-Leistung für die Elektromaschine, insbesondere den Elektromotor, gewandelt. Im Fall eines Fehlers im Inverter, wie beispielsweise einem Kurzschluss, oder einem Lichtbogen, verursacht beispielsweise durch eine abgelöste Schraube innerhalb des Inverters, kann es relativ lange dauern, bis das üblicherweise vorhandene Sicherungselement in der Hochvolt (HV)-Batterie die Trennung der HV-Batterie vom HV-Bordnetz auslöst.The power electronics of an electric drive train of a motor vehicle generally include an inverter. Very high electrical powers are implemented within the inverter. In the inverter, the DC power is converted into AC power for the electric machine, in particular the electric motor. In the event of a fault in the inverter, such as a short circuit or an electric arc, caused for example by a loosened screw within the inverter, it can take a relatively long time for the fuse element usually present in the high-voltage (HV) battery to disconnect the HV Battery triggers from the HV on-board network.

Bei einer Schmelzsicherung, wie sie typischerweise in einer HV-Batterie eingesetzt wird, stellt das sogenannte Schmelzintegral des Sicherungselementes ein Maß für das Ansprechen der Sicherung dar.In the case of a fuse, as it is typically used in an HV battery, the so-called melting integral of the fuse element represents a measure of the response of the fuse.

Das Grenzlastintegral, auch als Schmelzintegral und als i2t Wert bezeichnet, wobei i einen Stromwert und t eine Zeitdauer der Wirkung des Stroms angibt, ist ein Kriterium für die impulsförmige Kurzzeitüberlastbarkeit verschiedener elektrischer oder elektronischer Bauelemente wie beispielsweise eines Halbleiterbauelements oder einer Schmelzsicherung. Bei einer Schmelzsicherung wird die impulsartige Überlastung bewusst als Sicherungsfunktion eingesetzt und durch das Schmelzintegral die Auslösecharakteristik der Sicherung beschrieben.The limit load integral, also referred to as the melting integral and the i 2 t value, where i indicates a current value and t a duration of the effect of the current, is a criterion for the short-term overload capacity of various electrical or electronic components such as a semiconductor component or a fuse. In the case of a fuse, the impulse-like overload is deliberately used as a fuse function and the triggering characteristic of the fuse is described by the fuse integral.

Ein Nachteil, wenn die Sicherung der HV-Batterie zur Absicherung von Fehlern in der Leistungselektronik oder anderen Komponenten des HV-Bordnetzes dienen soll, ist, dass das Sicherungselement in der HV-Batterie entweder relativ spät oder eventuell gar nicht auslöst. Der Grund hierbei ist, dass der Schmelzintegralwert sehr hoch gewählt wird, da noch weitere HV-Komponenten wie beispielsweise HV-DC-DC-Wandler, HV-elektrischer Kältemittelverdichter als Energiesenke im elektrischen Antriebssystem im Einsatz sind. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass, sobald die HV-Sicherung in der HV-Batterie ausgelöst hat, der komplette Antriebsstrang, bzw. Antrieb nicht mehr zur Verfügung steht.A disadvantage if the fuse of the HV battery is intended to protect against errors in the power electronics or other components of the HV on-board network is that the fuse element in the HV battery either triggers relatively late or possibly not at all. The reason for this is that the melting integral value is chosen to be very high, since other HV components such as HV-DC-DC converters, HV-electric refrigerant compressors are used as energy sinks in the electric drive system. Another disadvantage is that as soon as the HV fuse in the HV battery has tripped, the entire drive train or drive is no longer available.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige und sichere Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Elektronikkomponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, anzugeben.One object of the invention is to specify an inexpensive and safe protective device for a high-voltage electronic component of a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Hochvolt-Elektronikkomponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer solchen Schutzvorrichtung anzugeben.Another object is to specify a high-voltage electronic component of a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, with such a protective device.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The aforementioned objects are achieved with the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable configurations and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Elektronikkomponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Stromschiene in einer elektrischen Zuleitung der Hochvolt-Elektronikkomponente. Dabei weist die Stromschiene wenigstens einen Schwächungsbereich auf, welcher so ausgelegt ist, insbesondere in seinem Querschnitt so dimensioniert ist, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich über eine vorgegebene Zeitdauer eine Unterbrechung der Stromschiene in diesem Schwächungsbereich bewirkbar ist.According to one aspect of the invention, a protective device for a high-voltage electronic component of a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, is proposed, comprising at least one busbar in an electrical feed line of the high-voltage electronic component. The busbar has at least one weakened area which is designed, in particular its cross-section, so that if a predetermined current value is exceeded in the weakened area over a predetermined period of time, the busbar can be interrupted in this weakened area.

Eine Stromschiene beispielsweise im Inneren eines Inverters eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs wird häufig mit einem relativen großen Leistungsquerschnitt ausgeführt. Diese Stromschiene, beispielsweise aus Kupfer ausgeführt, wird dann an den Hochvoltstecker des Bordnetzes angeschraubt. Die Stromtragfähigkeit ist relativ hoch. Im Fehlerfall, z.B. einem Kurzschluss im Inneren des Inverters, kann die Stromschiene den Kurzschlussstrom über einen sehr hohen Zeitraum tragen.For example, a busbar inside an inverter of an electrically powered one Vehicle is often designed with a relatively large power cross-section. This busbar, for example made of copper, is then screwed to the high-voltage plug of the on-board network. The current carrying capacity is relatively high. In the event of a fault, for example a short circuit inside the inverter, the busbar can carry the short circuit current for a very long time.

Erfindungsgemäß wird die Stromschiene einer abzusichernden Hochvolt-Elektronikkomponente wie beispielsweise eines Inverters so ausgelegt, dass die Stromtragfähigkeit der Stromschiene für alle Betriebszustände ausreichend dimensioniert ist, z.B. für maximal 500 Ampere Gleichstrom.According to the invention, the busbar of a high-voltage electronic component to be protected, such as an inverter, is designed so that the current-carrying capacity of the busbar is sufficiently dimensioned for all operating states, e.g. for a maximum of 500 amperes of direct current.

Weiter wird ein Schwächungsbereich in der Stromschiene vorgesehen, dessen Auslösekennlinie beispielsweise bei einem maximalen Stromwert von 550 Ampere DC-Strom eine Trennung der Stromschiene im Schwächungsbereich bewirkt. D.h. ein Teil der Stromschiene ist als Sicherungselement ausgeführt.Furthermore, a weakening area is provided in the busbar, the tripping characteristic of which causes the busbar to be separated in the weakening area, for example at a maximum current value of 550 amperes DC current. This means that part of the busbar is designed as a fuse element.

Ein Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass im Fehlerfall nur die entsprechende Hochvolt-Elektronikkomponente, also beispielsweise der Inverter vom restlichen HV-System getrennt wird.One advantage of this solution according to the invention is that, in the event of a fault, only the corresponding high-voltage electronic component, for example the inverter, is separated from the rest of the HV system.

Bei einem Allrad-Elektrofahrzeug stünde demzufolge der zweite Antrieb weiterhin zur Verfügung. Bei einem Plug-In Hybrid-Fahrzeug entfällt zwar der elektrische Antrieb, der Fahrbetrieb über den Verbrennungsmotor kann jedoch weiterhin gewährleistet werden. In the case of an all-wheel-drive electric vehicle, the second drive would therefore still be available. In the case of a plug-in hybrid vehicle, there is no electric drive, but the internal combustion engine can still be used.

Weitere Vorteile bestehen darin, dass die entsprechende Hochvolt-Elektronikkomponente mit der Schutzvorrichtung geschützt wird.Further advantages are that the corresponding high-voltage electronic component is protected with the protective device.

Das Fahrzeug ist wenigstens teilweise weiterhin verfügbar und fahrbereitThe vehicle is at least partially still available and ready to drive

Der Fehlerfall kann auf eine einzelne Hochvolt-Elektronikkomponente eingegrenzt werden. Es keine weiteren Servicetätigkeiten bezogen auf andere Hochvoltkomponenten nötig, wie z.B. ein Sicherungstausch in der HV-Batterie.The fault can be limited to a single high-voltage electronic component. No further service activities related to other high-voltage components are necessary, such as replacing the fuse in the HV battery.

Da nur eine geringe Anpassung der Stromschiene im Schwächungsbereich erforderlich ist, ist auch nur ein geringer Kostenaufwand für einen hohen Mehrwert nötig.Since only a small adjustment of the busbar is required in the weakening area, only a low cost is necessary for a high added value.

Die Robustheit des Hochvolt-Systems des Fahrzeugs und damit des gesamten Fahrzeugs wird durch die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung vorteilhaft erhöht.The robustness of the high-voltage system of the vehicle and thus of the entire vehicle is advantageously increased by the protective device according to the invention.

Durch die Schutzvorrichtung lassen sich größere Schäden bei Fehlern in Hochvolt-Elektronikkomponenten verhindern.The protective device prevents major damage in the event of faults in high-voltage electronic components.

Die Schutzvorrichtung erfüllt damit eine Schutzfunktion für den gesamten Elektroantrieb des Fahrzeugs.The protective device thus fulfills a protective function for the entire electric drive of the vehicle.

Vorteilhaft lassen sich Kosteneinsparungseffekte erzielen, da durch die Schutzvorrichtung die Lebensdauer von HV-Elektronikkomponenten erhöht werden kann.Cost-saving effects can advantageously be achieved, since the protective device can increase the service life of HV electronic components.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schutzvorrichtung kann der Schwächungsbereich als Sicherung, insbesondere als Schmelzsicherung ausgelegt sein. Vorteilhaft kann ein Querschnitt des Schwächungsbereichs der Stromschiene so dimensioniert sein, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich über eine vorgegebene Zeitdauer eine Unterbrechung der Stromschiene in diesem Schwächungsbereich durch Schmelzen des Werkstoffs im Schwächungsbereich erfolgt. Damit übt der Schwächungsbereich die Funktion einer Schmelzsicherung aus.According to an advantageous embodiment of the protective device, the weakened area can be designed as a fuse, in particular as a fuse. Advantageously, a cross section of the weakened area of the busbar can be dimensioned so that if a predetermined current value is exceeded in the weakened area over a predetermined period of time, the busbar is interrupted in this weakened area by melting the material in the weakened area. The weakened area thus acts as a fuse.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schutzvorrichtung kann ein Schmelzintegralwert des Schwächungsbereichs zur Absicherung eines nominellen Betriebswerts der Hochvolt-Elektronikkomponente ausgelegt sein.According to an advantageous embodiment of the protective device, a melting integral value of the weakening area can be designed to safeguard a nominal operating value of the high-voltage electronic component.

Das Schmelzintegral stellt ein Kriterium für die impulsförmige Kurzzeitüberlastbarkeit verschiedener elektrischer oder elektronischer Bauelemente wie beispielsweise eines Halbleiterbauelements oder einer Schmelzsicherung dar. Bei einer Schmelzsicherung wird die impulsartige Überlastung bewusst als Sicherungsfunktion eingesetzt und durch das Schmelzintegral die Auslösecharakteristik der Sicherung beschrieben. In ähnlicher Weise kann auch für den Schwächungsbereich der Stromschiene ein geeignetes Schmelzintegral bestimmt werden, welches in diesem Fall nur auf die Absicherung der entsprechenden Hochvolt-Elektronikkomponente ausgelegt ist.The melting integral is a criterion for the pulse-shaped short-term overload capacity of various electrical or electronic components such as a semiconductor component or a fuse. In the case of a fuse, the pulse-like overload is deliberately used as a fuse function and the triggering characteristic of the fuse is described by the melting integral. In a similar way, a suitable melting integral can also be determined for the weakened area of the busbar, which in this case is only designed to protect the corresponding high-voltage electronic component.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schutzvorrichtung kann der Schwächungsbereich so ausgelegt sein, dass ein Spitzenstrom durch den Schwächungsbereich, bei welchem ein Auftrennen der Stromschiene bewirkbar ist, wenigstens den doppelten Wert eines Nennstroms der Stromschiene beträgt. Auf diese Weise weist der Schwächungsbereich noch genügend Sicherheit auf, dass auch bei Auftreten von Stromspitzen im normalen Betrieb der Hochvolt-Elektronikkomponente die Sicherungsfunktion nicht ausgelöst wird.According to an advantageous embodiment of the protective device, the weakening area can be designed such that a peak current through the weakening area, in which the busbar can be separated, is at least twice the value of a nominal current of the busbar. In this way, the weakening area still has sufficient security that the safety function is not triggered even if current peaks occur during normal operation of the high-voltage electronic component.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schutzvorrichtung kann der Schwächungsbereich mit einer Kapselung versehen sein. Insbesondere kann der Schwächungsbereich vergossen, insbesondere mit Epoxidharz vergossen, ausgebildet sein.According to an advantageous embodiment of the protective device, the weakened area can be provided with an encapsulation. In particular, the weakened area can be encapsulated, in particular encapsulated with epoxy resin.

Eine solche Kapselung, insbesondere ein entsprechender Verguss kann verhindern, dass Partikel der Stromschiene im Kurzschlussfall, wenn der Schwächungsbereich durchschmilzt, im Innenbereich der Hochvolt-Elektronikkomponente weitere Schäden verursachen kann. Deshalb kann der Schwächungsbereich der Stromschiene gesondert geschützt, z.B. in Epoxidharz eingegossen werden.Such an encapsulation, in particular a corresponding encapsulation, can prevent particles of the busbar from causing further damage in the interior of the high-voltage electronic component in the event of a short circuit when the weakened area melts. Therefore the weakened area of the busbar can be protected separately, e.g. cast in epoxy resin.

Wie bei Hochvolt-Schmelzsicherungen üblich, kann die Kapselung auch mit einer Sandhülle umgeben sein, damit geschmolzenes Material keine weiteren Schäden verursachen kann.As is usual with high-voltage fuses, the encapsulation can also be surrounded by a sand cover so that molten material cannot cause any further damage.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Hochvolt-Elektronikkomponente eines Kraftfahrzeugs mit einer Schutzvorrichtung mit wenigstens einer Stromschiene in einer elektrischen Zuleitung der Hochvolt-Elektronikkomponente vorgeschlagen. Dabei weist die Stromschiene wenigstens einen Schwächungsbereich auf, der so ausgelegt ist, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich über eine vorgegebene Zeitdauer ein Auftrennen der Stromschiene in diesem Schwächungsbereich bewirkbar ist.According to a further aspect of the invention, a high-voltage electronic component of a motor vehicle with a protective device with at least one busbar in an electrical feed line of the high-voltage electronic component is proposed. In this case, the busbar has at least one weakening area which is designed such that when a predetermined current value is exceeded in the weakening area over a predetermined period of time, the busbar can be severed in this weakening area.

Erfindungsgemäß wird die Stromschiene der abzusichernden Hochvolt-Elektronikkomponente wie beispielsweise eines Inverters so ausgelegt, dass die Stromtragfähigkeit der Stromschiene für alle Betriebszustände ausreichend dimensioniert ist, z.B. für maximal 500 Ampere Gleichstrom.According to the invention, the busbar of the high-voltage electronic component to be protected, such as an inverter, is designed so that the current-carrying capacity of the busbar is sufficiently dimensioned for all operating conditions, e.g. for a maximum of 500 amperes of direct current.

Weiter wird ein Schwächungsbereich in der Stromschiene vorgesehen, dessen Auslösekennlinie beispielsweise bei einem maximalen Stromwert von 550 Ampere DC-Strom eine Trennung der Stromschiene im Schwächungsbereich bewirkt. D.h. ein Teil der Stromschiene ist als Sicherungselement ausgeführt.Furthermore, a weakening area is provided in the busbar, the tripping characteristic of which causes the busbar to be separated in the weakening area, for example at a maximum current value of 550 amperes DC current. This means that part of the busbar is designed as a fuse element.

Ein Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass im Fehlerfall nur die entsprechende Hochvolt-Elektronikkomponente, also beispielsweise der Inverter vom restlichen HV-System getrennt wird.One advantage of this solution according to the invention is that, in the event of a fault, only the corresponding high-voltage electronic component, for example the inverter, is separated from the rest of the HV system.

Weitere Vorteile sind oben bei der Beschreibung der Schutzvorrichtung angegeben.Further advantages are given above in the description of the protective device.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Hochvolt-Elektronikkomponente insbesondere wenigstens eine Komponente eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs aus der Gruppe DC-DC-Wandler, Wechselrichter, elektrischer Kältemittelverdichter, Elektromaschine, insbesondere Elektromotor, umfassen. Diese Hochvolt-Elektronikkomponenten lassen sich mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung auf geeignete Weise separat in ihrer Funktion absichern.According to an advantageous embodiment, the high-voltage electronic component can in particular include at least one component of an electrical drive train of the motor vehicle from the group of DC-DC converters, inverters, electrical refrigerant compressors, electric machines, in particular electric motors. The function of these high-voltage electronic components can be safeguarded separately in a suitable manner using the protective device according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hochvolt-Elektronikkomponente kann wenigstens eine Leitung der elektrischen Zuleitung der Hochvolt-Elektronikkomponente, welche über ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit einem Hochvolt-Energiespeicher elektrisch verbunden ist, mit der Schutzvorrichtung abgesichert sein. Die Schutzvorrichtung kann beispielsweise in der Stromschiene für die positive Hochvolt-Zuleitung angeordnet sein und so auf geeignete Weise die Hochvolt-Elektronikkomponente bei einem eventuell auftretenden Fehler wie einem Kurzschluss vorteilhaft absichern, indem die Stromschiene im Schwächungsbereich aufgetrennt wird. According to an advantageous embodiment of the high-voltage electronic component, at least one line of the electrical supply line of the high-voltage electronic component, which is electrically connected to a high-voltage energy store via an on-board network of the motor vehicle, can be secured with the protective device. The protective device can be arranged, for example, in the busbar for the positive high-voltage supply line and thus advantageously protect the high-voltage electronic component in a suitable manner in the event of a fault such as a short circuit by opening the busbar in the weakened area.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations.

Dabei zeigt:

  • 1 eine Systemübersicht von Teilen eines Hochvolt-Bordnetzes mit einer Hochvolt-Elektronikkomponente mit Schutzvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
It shows:
  • 1 a system overview of parts of a high-voltage vehicle electrical system with a high-voltage electronic component with a protective device according to an embodiment of the invention.

Die einzige 1 zeigt lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.The only 1 shows only examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine Systemübersicht von Teilen eines Hochvolt-Bordnetzes 110 mit einer Hochvolt-Elektronikkomponente 100 mit Schutzvorrichtung 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows a system overview of parts of a high-voltage vehicle electrical system 110 with a high-voltage electronic component 100 with protective device 10 according to an embodiment of the invention.

Die Hochvolt-Elektronikkomponente 100 eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs weist eine Schutzvorrichtung 10 zur Absicherung der Komponente in einem Fehlerfall wie beispielsweise einem Kurzschluss im Inneren der Komponente. In 1 ist als Ausführungsbeispiel ein Inverter als Hochvolt-Elektronikkomponente 100 dargestellt, dessen Elektronikbauelemente 102 auf einen AC-Abgang 108 zur Elektromaschine geführt sind.The high-voltage electronic component 100 an electrically powered motor vehicle has a protective device 10 to protect the component in the event of a fault such as a short circuit inside the component. In 1 is an inverter as a high-voltage electronic component as an exemplary embodiment 100 shown, its electronic components 102 on an AC outlet 108 are led to the electric machine.

Die elektrischen Zuleitungen 12 der Hochvolt-Elektronikkomponente 100 sind von den positiven HV+ und negativen HV- Anschlüssen als Stromschienen 14 über das Hochvolt-Bordnetz 110 mit einem Hochvolt-Energiespeicher 120 verbunden.The electrical supply lines 12 the high-voltage electronic component 100 are of the positive HV + and negative HV- connections as busbars 14th via the high-voltage electrical system 110 with a high-voltage energy store 120 connected.

Die Schutzvorrichtung 10 ist in dem Ausführungsbeispiel in der positiven Zuleitung 12 angeordnet. Damit ist wenigstens eine Leitung der elektrischen Zuleitung 12 der Hochvolt-Elektronikkomponente 100, welche über das Hochvolt-Bordnetz 110 des Kraftfahrzeugs mit dem Hochvolt-Energiespeicher 120 elektrisch verbunden ist, mit der Schutzvorrichtung 10 abgesichert.The protective device 10 is in the embodiment in the positive lead 12 arranged. This means that at least one line is the electrical feed line 12 the high-voltage electronic component 100 which via the high-voltage electrical system 110 of the motor vehicle with the high-voltage energy store 120 is electrically connected to the protective device 10 secured.

Die Schutzvorrichtung 10 umfasst dabei die Stromschiene 14 in der positiven Zuleitung 12 der Hochvolt-Elektronikkomponente 100. Dabei weist die Stromschiene 14 wenigstens einen Schwächungsbereich 16 auf, welcher so ausgelegt ist, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich 16 über eine vorgegebene Zeitdauer eine Unterbrechung der Stromschiene 14 in diesem Schwächungsbereich 16 bewirkt wird.The protective device 10 includes the busbar 14th in the positive lead 12 the high-voltage electronic component 100 . The busbar has 14th at least one area of weakness 16 on, which is designed so that when a predetermined current value is exceeded in the attenuation range 16 an interruption of the busbar over a predetermined period of time 14th in this weakening area 16 is effected.

Insbesondere ist die Stromschiene im Schwächungsbereich im Querschnitt so dimensioniert, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich 16 über eine vorgegebene Zeitdauer eine Unterbrechung der Stromschiene 14 in diesem Schwächungsbereich 16 erfolgt, indem der Schwächungsbereich 16 durchschmilzt. Der Schwächungsbereich 16 ist so als Sicherung, insbesondere als Schmelzsicherung ausgelegt.In particular, the cross section of the busbar in the weakened area is dimensioned such that when a predetermined current value is exceeded in the weakened area 16 an interruption of the busbar over a predetermined period of time 14th in this weakening area 16 takes place by the weakening area 16 melts through. The area of weakness 16 is designed as a fuse, in particular as a fuse.

Vorteilhaft wird dabei der Schmelzintegralwert des Schwächungsbereichs 16 zur Absicherung eines nominellen Betriebswerts der Hochvolt-Elektronikkomponente 100 ausgelegt. Wird im Fehlerfall der Schmelzintegralwert des Schwächungsbereichs 16 erfüllt, so wird die Sicherungsfunktion des Schwächungsbereichs 16 ausgelöst und die Stromschiene 14 schmilzt an dieser Stelle durch.The melting integral value of the weakening area is advantageous here 16 to safeguard a nominal operating value of the high-voltage electronic component 100 designed. In the event of an error, becomes the melting integral value of the weakening area 16 fulfilled, the security function of the weakening area is fulfilled 16 triggered and the busbar 14th melts through at this point.

Der Schwächungsbereich 16 kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass ein Spitzenstrom durch den Schwächungsbereich 16, bei welchem ein Auftrennen der Stromschiene 14 bewirkt wird, wenigstens den doppelten Wert eines Nennstroms der Stromschiene 14 beträgt.The area of weakness 16 can for example be designed so that a peak current through the weakening area 16 , in which a severing of the busbar 14th is effected, at least twice the value of a nominal current of the busbar 14th amounts.

Vorteilhaft kann der Schwächungsbereich 16 mit einer Kapselung versehen sein, um beim Durchschmelzen des Schwächungsbereichs keine weiteren Schäden in der Hochvolt-Elektronikkomponente durch geschmolzenes Material zu verursachen. Insbesondere kann der Schwächungsbereich 16 vergossen sein, beispielsweise mit Epoxidharz.The weakened area can be advantageous 16 be provided with an encapsulation in order not to cause any further damage in the high-voltage electronic component by molten material when the weakened area melts. In particular, the weakened area 16 be potted, for example with epoxy resin.

Alternativ ist auch möglich, die Kapselung mit einer Sandfüllung zu versehen, was gerade bei Hochvolt-Sicherungen eine übliche Ausführung darstellt.Alternatively, it is also possible to provide the encapsulation with a sand filling, which is a common design especially for high-voltage fuses.

Weitere Hochvolt-Elektronikkomponenten 100, bei denen die beschriebene Schutzvorrichtung 10 eingesetzt werden könnte, können beispielsweise auch einen DC-DC-Wandler, einen elektrischen Kältemittelverdichter, oder eine Elektromaschine, insbesondere einen Elektromotor, umfassen.Other high-voltage electronic components 100 in which the protective device described 10 could be used, for example, a DC-DC converter, an electric refrigerant compressor, or an electric machine, in particular an electric motor.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
SchutzvorrichtungProtective device
1212
elektrische ZuleitungElectrical supply
1414th
StromschieneBusbar
1616
SchwächungsbereichAttenuation area
100100
HV-ElektronikkomponenteHV electronic component
102102
ElektronikbauelementeElectronic components
104104
Positiver HV+ AnschlussPositive HV + connection
106106
Negativer HV- AnschlussNegative HV connection
108108
AC-Abgang zur ElektromaschineAC output to the electrical machine
110110
HV-Bordnetz HV electrical system
120120
HV-EnergiespeicherHV energy storage
122122
HV-BatterieHV battery
124124
HV-SicherungHV fuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016107707 B3 [0003]DE 102016107707 B3 [0003]

Claims (8)

Schutzvorrichtung (10) für eine Hochvolt-Elektronikkomponente (100) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens eine Stromschiene (14) in einer elektrischen Zuleitung (12) der Hochvolt-Elektronikkomponente (100), wobei die Stromschiene (14) wenigstens einen Schwächungsbereich (16) aufweist, welcher so ausgelegt ist, insbesondere in seinem Querschnitt so dimensioniert ist, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich (16) über eine vorgegebene Zeitdauer eine Unterbrechung der Stromschiene (14) in diesem Schwächungsbereich (16) bewirkbar ist.Protective device (10) for a high-voltage electronic component (100) of a motor vehicle, in particular an electrically powered motor vehicle, comprising at least one busbar (14) in an electrical feed line (12) of the high-voltage electronic component (100), the busbar (14) at least has a weakened area (16) which is designed, in particular its cross-section, so that if a predetermined current value is exceeded in the weakened area (16) over a predetermined period of time, the busbar (14) can be interrupted in this weakened area (16) is. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schwächungsbereich (16) als Sicherung, insbesondere als Schmelzsicherung ausgelegt ist.Protective device according to Claim 1 , wherein the weakened area (16) is designed as a fuse, in particular as a fuse. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Schmelzintegralwert des Schwächungsbereichs (16) zur Absicherung eines nominellen Betriebswerts der Hochvolt-Elektronikkomponente (100) ausgelegt ist.Protective device according to Claim 1 or 2 , wherein a melting integral value of the weakening area (16) is designed to safeguard a nominal operating value of the high-voltage electronic component (100). Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwächungsbereich (16) so ausgelegt ist, dass ein Spitzenstrom durch den Schwächungsbereich (16), bei welchem ein Auftrennen der Stromschiene (14) bewirkbar ist, wenigstens den doppelten Wert eines Nennstroms der Stromschiene (14) beträgt.Protective device according to one of the preceding claims, wherein the weakening area (16) is designed so that a peak current through the weakening area (16), in which the busbar (14) can be separated, is at least twice the value of a nominal current of the busbar (14) amounts. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwächungsbereich (16) mit einer Kapselung versehen ist, insbesondere wobei der Schwächungsbereich (16) vergossen, insbesondere mit Epoxidharz vergossen, ausgebildet ist.Protective device according to one of the preceding claims, wherein the weakened area (16) is provided with an encapsulation, in particular wherein the weakened area (16) is encapsulated, in particular encapsulated with epoxy resin. Hochvolt-Elektronikkomponente (100) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Schutzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer Stromschiene (14) in einer elektrischen Zuleitung (12) der Hochvolt-Elektronikkomponente (100), wobei die Stromschiene (14) wenigstens einen Schwächungsbereich (16) aufweist, der so ausgelegt ist, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Schwächungsbereich (16) über eine vorgegebene Zeitdauer ein Auftrennen der Stromschiene (14) in diesem Schwächungsbereich (16) bewirkbar ist.High-voltage electronic component (100) of a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, with a protective device (10) according to one of the preceding claims, with at least one busbar (14) in an electrical supply line (12) of the high-voltage electronic component (100), wherein the busbar (14) has at least one weakening area (16) which is designed so that when a predetermined current value is exceeded in the weakening area (16) over a predetermined period of time, the busbar (14) can be separated in this weakening area (16). Hochvolt-Elektronikkomponente nach Anspruch 6, insbesondere umfassend wenigstens eine Komponente eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs aus der Gruppe DC-DC-Wandler, Wechselrichter, elektrischer Kältemittelverdichter, Elektromaschine, insbesondere Elektromotor.High-voltage electronic components Claim 6 , in particular comprising at least one component of an electric drive train of the motor vehicle from the group of DC-DC converters, inverters, electric refrigerant compressors, electric machines, in particular electric motors. Hochvolt-Elektronikkomponente nach Anspruch 6 oder 7, wobei wenigstens eine Leitung der elektrischen Zuleitung (12) der Hochvolt-Elektronikkomponente (100), welche über ein Bordnetz (110) des Kraftfahrzeugs mit einem Hochvolt-Energiespeicher (120) elektrisch verbunden ist, mit der Schutzvorrichtung (10) abgesichert ist.High-voltage electronic components Claim 6 or 7th , wherein at least one line of the electrical supply line (12) of the high-voltage electronic component (100), which is electrically connected to a high-voltage energy store (120) via an on-board network (110) of the motor vehicle, is secured with the protective device (10).
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