DE102020121544A1

DE102020121544A1 - Steckverbindungselement, sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines Steckverbindungselements

Info

Publication number: DE102020121544A1
Application number: DE102020121544.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Riess; Simon SCHOENLEBER
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-02-17
Also published as: US20230275376A1; CN116194326A; WO2022037842A1

Abstract

Es wird ein Steckverbindungselement (300, 400) für eine Steckverbindung (231) beschrieben. Das Steckverbindungselement (300, 400) umfasst ein elektrisch leitendes erstes Kontaktteil (301), das ausgebildet ist, mit einem komplementären ersten Kontaktteil (301) eines komplementären Steckverbindungselements (300, 400) der Steckverbindung (231) eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden. Des Weiteren umfasst das Steckverbindungselement (300, 400) zumindest ein weiteres elektrisch leitendes Teil (302, 304), und zumindest ein Schutzelement (311, 312), das ausgebildet ist, mit steigender Temperatur einen elektrischen Widerstand (501, 502, 503) zwischen dem ersten Kontaktteil (301) und dem weiteren Teil (302, 304) zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbindungselement für eine Hochvolt-Steckverbindung, z.B. in einem Kraftfahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Schutz bzw. zur Überwachung eines Steckverbindungselements.
Ein Fahrzeug mit Elektroantrieb (z.B. ein PHEV, Plug-In Hybrid Electric Vehicle, oder ein BEV, ein Battery Electric Vehicle) umfasst zumindest einen elektrischen Energiespeicher (z.B. eine Batterie), der über eine Ladevorrichtung des Fahrzeugs an eine Ladestation angeschlossen und aufgeladen werden kann. Die elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher kann über elektrische Leitungen zu einem elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs geleitet werden, um den Antriebsmotor zu betreiben und um das Fahrzeug anzutreiben. Die elektrischen Leitungen zur Übertragung von elektrischer Antriebsenergie können als Leistungsleitungen bezeichnet werden. Typischerweise wird über die Adern einer Leistungsleitung ein Gleichstrom von dem elektrischen Energiespeicher an den Antriebsmotor (insbesondere an einen Wechselrichter des Antriebsmotors) übertragen. Die Spannung bzw. die Potentialdifferenz zwischen einem Ader-Paar einer Leistungsleitung liegt typischerweise im Bereich von 300V oder mehr. Eine Leistungsleitung kann daher auch als Hochvolt (HV) Leitungen bezeichnet werden.
Eine Leitung zur Übertragung von elektrischer Energie weist typischerweise eine um die Leitung umlaufende Schirmung, insbesondere eine EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) Abschirmung, auf. Die Leistung kann über eine Steckverbindung mit einer anderen Komponente, z.B. mit einem Wechselrichter, verbunden werden. Dabei kann es während des Betriebs zu einer Überlastung, insbesondere zu einer Überhitzung, der Steckverbindung bzw. eines Steckverbindungselements der Steckverbindung, kommen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen effizienten und zuverlässigen Schutz eines Hochvolt-Steckverbindungselements für eine Steckverbindung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird ein Steckverbindungselement (z.B. ein Stecker oder eine Buchse) für eine Steckverbindung beschrieben. Das Steckverbindungselement (z.B. der Stecker) umfasst ein elektrisch leitendes erstes Kontaktteil, das ausgebildet ist, mit dem komplementären ersten Kontaktteil eines komplementären Steckverbindungselements (z.B. der Buchse) der Steckverbindung eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden. Das erste Kontaktteil kann auf einem ersten Potential, z.B. auf einem Plus-Potential, insbesondere auf einem Hochvolt (HV) + Potential sein, z.B. bei +150V oder höher.
Des Weiteren umfasst das Steckverbindungselement zumindest ein weiteres elektrisch leitendes Teil (z.B. ein Referenzteil oder ein zweites Kontaktteil). Das erste Kontaktteil und das weitere Teil sollten in einem Normalbetreib elektrisch voneinander isoliert sein. Mit anderen Worten, der elektrische Widerstand zwischen dem ersten Kontaktteil und dem weiteren Teil sollte größer als ein bestimmter Widerstands-Schwellenwert (z.B. 500 MOhm oder mehr) sein.
Wie bereits oben dargelegt kann das weitere Teil ein Referenzteil, insbesondere eine das erste Kontaktteil umgebende Referenz- bzw. Abschirmschicht, umfassen bzw. sein. Das Referenzteil kann mit einem Referenzpotential, insbesondere mit der (Fahrzeug-) Masse, verbunden sein.
Alternativ oder ergänzend kann das weitere Teil ein elektrisch leitendes zweites Kontaktteil umfassen bzw. sein, das ausgebildet ist, mit einem komplementären zweiten Kontaktteil des komplementären Steckverbindungselements der Steckverbindung eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden. Das zweite Kontaktteil kann auf einem zweiten Potential, z.B. auf einem Minus-Potential, insbesondere auf einem HV- Potential sein, z.B. bei -150V oder niedriger.
Das erste Kontaktteil und/oder das zweite Kontaktteil können jeweils mit einer Ader zumindest einer Leistungsleitung verbunden sein. Die Leistungsleitung kann z.B. zwischen einem elektrischen Energiespeicher (z.B. mit einer Nennspannung von 300V oder höher) und dem Steckverbindungselement verlaufen.
Das Steckverbindungselement umfasst zumindest ein Schutzelement, das ausgebildet ist, mit steigender Temperatur (des Steckverbindungselements und/oder des ersten Kontaktteils) den elektrischen Widerstand zwischen dem ersten Kontaktteil und dem weiteren Teil (insbesondere dem Referenzteil und/oder dem zweiten Kontaktteil) zu reduzieren. Insbesondere kann das Schutzelement ausgebildet sein, den elektrischen Widerstand zwischen dem ersten Kontaktteil und dem weiteren Teil sprunghaft zu reduzieren, sobald die Temperatur (des Steckverbindungselements und/oder des ersten Kontaktteils) einen vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Der sinkende Widerstand kann von einer Überwachungs-Vorrichtung detektiert werden, und folglich kann von der Vorrichtung in effizienter und zuverlässiger Weise eine erhöhte Temperatur des Steckverbindungselements und/oder des ersten Kontaktteils detektiert werden. In Reaktion darauf können dann ein oder mehreren Schutzmaßnahmen zum Schutz des Steckverbindungselements bewirkt werden (z.B. das Entkoppeln des Steckverbindungselements von dem elektrischen Energiespeicher (insbesondere von einem HV-Speicher).
Das Schutzelement kann ein dielektrisches und/oder elektrisch isolierendes Material umfassen, das zwischen dem ersten Kontaktteil und dem weiteren Teil angeordnet ist. Das Schutzelement (insbesondere das dielektrische und/oder elektrisch isolierende Material) kann ausgebildet sein, zu schmelzen, sobald die Temperatur den vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. So kann der elektrische Widerstand in besonders effizienter und zuverlässiger Weise in Abhängigkeit von der Temperatur reduziert werden.
Alternativ oder ergänzend kann das Schutzelement ein Bimetall umfassen, das zwischen dem ersten Kontaktteil und dem weiteren Teil angeordnet ist. Das Bimetall des Schutzelements kann ausgebildet sein, (durch Verformung des Bimetalls) eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Kontaktteil und dem weiteren Teil zu bewirken, sobald die Temperatur den vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. So kann der elektrische Widerstand in besonders effizienter und zuverlässiger Weise in Abhängigkeit von der Temperatur reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein weiteres Steckverbindungselement für eine Steckverbindung beschrieben. Die Merkmale der in diesem Dokument beschriebenen Steckverbindungselemente können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
Das Steckverbindungselement (z.B. ein Stecker oder eine Buchse) umfasst ein elektrisch leitendes erstes Kontaktteil, das ausgebildet ist, mit einem komplementären ersten Kontaktteil des komplementären Steckverbindungselements der Steckverbindung eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden.
Des Weiteren umfasst das Steckverbindungselement eine Sicherheitsleitung, die ausgebildet ist, mit einer komplementären Sicherheitsleitung des komplementären Steckverbindungselements der Steckverbindung eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden, wenn (insbesondere sobald) das erste Kontaktteil elektrisch leitend mit dem komplementären ersten Kontaktteil verbunden ist. Die Sicherheitsleitung kann somit dazu verwendet werden, in zuverlässiger Weise zu überwachen, ob die Steckverbindung korrekt gesteckt ist bzw. besteht.
Das Steckverbindungselement umfasst ferner zumindest ein Schutzelement, das ausgebildet ist, mit steigender Temperatur einen elektrischen Widerstand zwischen der Sicherheitsleitung und der komplementären Sicherheitsleitung zu erhöhen. Das Schutzelement kann insbesondere ausgebildet sein, den elektrischen Widerstand zwischen der Sicherheitsleitung und der komplementären Sicherheitsleitung sprunghaft zu erhöhen (insbesondere kann die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Sicherheitsleitungen unterbrochen werden), sobald die Temperatur den vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Die Widerstandserhöhung auf einer Sicherheitsleitung kann von einer Überwachungs-Vorrichtung als Hinweis für eine erhöhte Temperatur detektiert werden. In Reaktion darauf können dann ein oder mehrere Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz des Steckverbindungselements bewirkt werden.
Das Schutzelement kann ein elektrisch leitendes Material (insbesondere ein Metall) umfassen, das zwischen der Sicherheitsleitung und der komplementären Sicherheitsleitung angeordnet ist. Das Schutzelement (insbesondere das elektrisch leitende Material) kann ausgebildet ist, zu schmelzen, sobald die Temperatur den vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. So kann der elektrische Widerstand in besonders effizienter und zuverlässiger Weise in Abhängigkeit von der Temperatur erhöht werden.
Alternativ oder ergänzend kann das Schutzelement ein zwischen der Sicherheitsleitung und der komplementären Sicherheitsleitung angeordnetes Bimetall umfassen. Das Bimetall des Schutzelements kann ausgebildet sein, die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Sicherheitsleitung und der komplementären Sicherheitsleitung zu unterbrechen, sobald die Temperatur den vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. So kann der elektrische Widerstand in besonders effizienter und zuverlässiger Weise in Abhängigkeit von der Temperatur erhöht werden.
Ein in diesem Dokument beschriebenes Steckverbindungselement kann für elektrische Spannungen von 300V oder höher und/oder für elektrische Ströme von 1A oder mehr ausgebildet sein. Des Weiteren kann ein in diesem Dokument beschriebenes Steckverbindungselement für den Verbau in einem (Kraft-) Fahrzeug, insbesondere für den Verbau in einem Leistungspfad einer elektrischen Antriebsmaschine eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines in diesem Dokument beschriebenen Steckverbindungselements beschrieben, wobei das Steckverbindungselement (während des Normalbetriebs) elektrisch leitend mit einem elektrischen Energiespeicher gekoppelt ist.
Die Vorrichtung ist eingerichtet, Widerstandsdaten in Bezug auf den durch das Schutzelement des Steckverbindungselements (in Abhängigkeit von der Temperatur) beeinflussten elektrischen Widerstand zu erfassen. Des Weiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, das Steckverbindungselement in Abhängigkeit von den Widerstandsdaten von dem Energiespeicher zu entkoppeln, insbesondere dann, wenn der elektrische Widerstand größer oder kleiner als ein bestimmter Widerstands-Schwellenwert ist. So kann ein zuverlässiger Schutz des Steckverbindungselements bewirkt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Kraft-) Fahrzeug, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, etwa ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad, beschrieben, das zumindest ein in diesem Dokument beschriebenes Steckverbindungselement und/oder die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können j egliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ladesystems für einen Energiespeicher eines Fahrzeugs;
2 eine beispielhafte Verkabelung innerhalb eines Fahrzeugs;
3a ein beispielhaftes Steckverbindungselement in einer Frontalansicht auf die Kontaktteile des Steckverbindungselements;
3b ein beispielhaftes Steckverbindungselement in einer Seitenansicht quer zu den Kontaktteilen;
3c ein beispielhaftes Steckverbindungselement in einer weiteren Seitenansicht quer zu den Kontaktteilen;
4 eine beispielhafte Steckverbindung mit zwei komplementär aufgebauten Steckverbindungselementen; und
5 eine Überwachungs-Vorrichtung für ein Steckverbindungselement.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Temperatur-Überwachung eines Steckverbindungselements einer Steckverbindung.
1 zeigt in diesem Zusammenhang ein Blockdiagram eines beispielhaften Ladesystems 100 mit einer Ladestation 110 und einem Fahrzeug 120. Das Fahrzeug 120 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 122, der mit elektrischer Energie aus der Ladestation 110 aufgeladen werden kann. Das Fahrzeug 120 umfasst eine Ladeschnittstelle, insbesondere eine Ladedose, 121 an der ein entsprechender Stecker 111 eines Ladekabels 112 angesteckt werden kann. Die Ladedose 121 und der Stecker 111 bilden ein Stecksystem. Das Fahrzeug 120 umfasst eine Steuereinheit 123, die eingerichtet ist, einen Ladevorgang an der Ladestation 110 zu steuern.
2 zeigt eine beispielhafte Verkabelung in einem Fahrzeug 120. Insbesondere zeigt 2 ein oder mehrere Leistungsleitungen 221, die einen elektrischen Verbraucher 200 (z.B. eine elektrische Antriebsmaschine bzw. einen Wechselrichter) über eine Leistungs-Steckverbindung 231 mit dem elektrischen Energiespeicher 122 verbinden, um elektrische Versorgungsenergie an den elektrischen Verbraucher 200 zu übertragen.
An einer Steckverbindung 231, insbesondere innerhalb eines Steckverbindungselements einer Steckverbindung 231, kann es während des Betriebs zu einer Überlastung und als Folge daraus zu einer Überhitzung kommen. In diesem Dokument werden Maßnahmen beschrieben, mit denen eine derartige Situation in zuverlässiger und effizienter Weise erkannt und mit denen ein oder mehrere geeignete Gegenmaßnahmen zum Schutz des Stechverbindungselements bewirkt werden können.
Wie in den 3a bis 3c dargestellt, kann eine Leistungsleitung 221 mit einem Steckverbindungselement 300 verbunden sein, wobei das Steckverbindungselement 300 ausgebildet ist, mit einem komplementären Steckverbindungselement 400 (siehe 4) eine Steckverbindung 231 zu bilden. Die Leistungsleitung 221 weist typischerweise mehrere (insbesondere zwei) Adern 321, 322 auf, z.B. für ein Plus-Potential und für ein Minus-Potential. Des Weiteren kann die Leistungsleitung 221 eine Schirm- bzw. Referenzschicht 324 aufweisen (z.B. um Anforderungen in Bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu erfüllen). Die Referenzschicht 324 kann auf einem Referenzpotential liegen (insbesondere auf der Fahrzeug-Masse).
In entsprechender Weise kann das Steckverbindungselement 300 Kontaktteile 301, 302 aufweisen, die ausgebildet sind, jeweils eine der Aderns 321, 322 der Leistungsleitung 221 elektrisch leitend zu kontaktieren. Ferner kann das Steckverbindungselement 300 eine die Kontaktteile 301, 302 umschließende Schirm- bzw. Referenzschicht 304 aufweisen, die elektrisch leitend mit der Schirm- bzw. Referenzschicht 324 der Leistungsleitung 221 verbunden sein kann.
Es wird Bezug auf 5 genommen. Eine erste Ader 321 der Leistungsleitung 221 und/oder ein erstes Kontaktteil 301 des Steckverbindungselements 300 können auf einem ersten Potential 501 liegen (z.B. auf einem HV+ Potential). Eine zweite Ader 322 der Leistungsleitung 221 und/oder ein zweites Kontaktteil 302 des Steckverbindungselements 300 können auf einem zweiten Potential 502 liegen (z.B. auf einem HV- Potential). Ferner können die Schutz- bzw. Referenzschicht 324, 304 der Leistungsleitung 221 und/oder des Steckverbindungselements 300 auf einem Referenzpotential 504 (z.B. Masse) liegen.
Ein Fahrzeug 120 kann, wie in 5 dargestellt, eine Überwachungs-Vorrichtung 505 umfassen, die eingerichtet ist, Widerstandsdaten in Bezug auf den elektrischen Widerstand zwischen den unterschiedlichen Potentialebenen 501, 502, 504 zu ermitteln (z.B. mittels einer Messeinheit 506). Insbesondere können Widerstandsdaten in Bezug auf den ersten Widerstand 511 zwischen der ersten Potentialebene 501 und der Referenzebene 504, in Bezug auf den zweiten Widerstand 512 zwischen der zweiten Potentialebene 501 und der Referenzebene 504, und/oder in Bezug auf einen dritten Widerstand 513 zwischen der ersten Potentialebene 501 und der zweiten Potentialebene 502 ermittelt werden.
Die Vorrichtung 505 kann ferner eingerichtet sein, in Abhängigkeit von den Widerstandsdaten die Leistungsleitung 221 von dem Energiespeicher 122 des Fahrzeugs 100 zu entkoppeln. Insbesondere kann die Vorrichtung 505 eingerichtet sein, einen gemessenen Widerstand 511, 512, 513 mit einem ersten (relativ hohen) Widerstands-Schwellenwert zu vergleichen. Wenn erkannt wird, dass der gemessene Widerstand 511, 512, 513 kleiner als der erste Widerstands-Schwellenwert ist, so kann ein Hinweis an den Nutzer des Fahrzeugs 100 ausgegeben werden, insbesondere mit der Aufforderung das Fahrzeug 100 warten zu lassen.
Des Weiteren kann die Vorrichtung 505 eingerichtet sein, den gemessenen Widerstand 511, 512, 513 mit einem zweiten (relativ niedrigen) Widerstands-Schwellenwert zu vergleichen (der kleiner als der erste Widerstands-Schwellenwert ist). Wenn erkannt wird, dass der gemessene Widerstand 511, 512, 513 kleiner als der zweite Widerstands-Schwellenwert ist, so können ein oder mehrere Schütze 210 des Fahrzeugs 100 geöffnet werden, um die Leistungsleitung 221 von dem Energiespeicher 122 zu trennen. So kann ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs 100 gewährleistet werden.
Ein Steckverbindungselement 300 kann, wie in den 3a bis 3c aus unterschiedlichen Perspektiven dargestellt, ein Schutzelement 311 aufweisen, das ausgebildet ist, die Luft- und Kriechstrecke (und damit den elektrischen Widerstand 501, 502) zwischen zumindest einem Kontaktteil 301, 302 und der Referenz- bzw. Schirmschicht 304 in Abhängigkeit von der Temperatur des zumindest einen Kontaktteils 301, 302 zu verändern. Insbesondere kann das Schutzelement 311 ausgebildet sein, den elektrischen Widerstand 501, 502 zwischen dem zumindest einen Kontaktteil 301, 302 und der Referenzschicht 304 mit sinkender Temperatur zu erhöhen bzw. mit steigender Temperatur zu reduzieren. Dabei kann das Schutzelement 311 z.B. ausgebildet sein, den elektrischen Widerstand 501, 502 schlagartig zu reduzieren, wenn die Temperatur des zumindest einen Kontaktteils 301, 302 einen bestimmten Temperatur-Schwellenwert (z.B. 150°C) überschreitet.
Das Absinken des elektrischen Widerstands 501, 502 aufgrund einer Temperaturerhöhung kann von der Überwachungs-Vorrichtung 505 erkannt werden. Des Weiteren kann in Reaktion darauf eine (der o.g.) Schutzmaßnahmen veranlasst werden.
Alternativ oder ergänzend kann zwischen den Kontaktteilen 301, 302 ein Schutzelement 312 angeordnet sein, das ausgebildet ist, die Luft- und Kriechstrecke (und damit den elektrischen Widerstand 503) zwischen den beiden Kontaktteilen 301, 302 in Abhängigkeit von der Temperatur zu verändern. Insbesondere kann das Schutzelement 312 ausgebildet sein, den elektrischen Widerstand 503 zwischen den Kontaktteilen 301, 302 mit sinkender Temperatur zu erhöhen bzw. mit steigender Temperatur zu reduzieren. Dabei kann das Schutzelement 312 z.B. ausgebildet sein, den elektrischen Widerstand 503 schlagartig zu reduzieren, wenn die Temperatur zumindest eines Kontaktteils 301, 302 den bestimmten Temperatur-Schwellenwert überschreitet.
Ein Schutzelement 311, 312 kann ein dielektrisches und/oder elektrisch isolierendes Material umfassen, das ausgebildet ist, die Luft- und Kriechstrecke zu erhöhen. Das Material kann derart ausgebildet sein, dass das Material bei einer bestimmten Temperatur (insbesondere bei dem Temperatur-Schwellenwert) schmilzt, so dass die Luft- und Kriechstrecke und somit der elektrische Widerstand 501, 502, 503 reduziert werden.
Alternativ oder ergänzend kann das Schutzelement 311, 312 ein Bimetall umfassen, das ausgebildet ist, die Luft- und Kriechstrecke durch Krümmung des Bimetalls mit steigender Temperatur zu reduzieren. Beispielsweise kann sich das Bimetall mit steigender Temperatur von einem Kontaktteil 301, 302 zu der Referenzschicht 304 bzw. zu dem anderen Kontaktteil 301, 302 hinbewegen, ggf. bis ein elektrisch leitender Kontakt bewirkt wird.
Das beschriebene Steckverbindungselement 300, 400 kann somit ausgebildet sein, bei Vorliegen einer Überlastung eine leitende Verbindung zwischen einem Kontaktteil 301, 302 und der Referenzschicht 304 (insbesondere mit der Fahrzeugmasse) zu bewirken. Bei einer zu hohen Temperatur kann das Schutzelement 311, 312 (z.B. ein Isolator zwischen dem Kontaktteil 301, 302 und der Referenzschicht 304) wegschmelzen, wodurch eine Reduzierung des elektrischen Widerstands 501, 502 bzw. ein Kurzschluss zwischen dem Kontaktteil 301, 302 und der Referenzschicht 304 bzw. zwischen dem ersten oder zweiten Potential 501, 502 und dem Referenzpotential 504 entsteht. Dies kann von der Überwachungs-Vorrichtung 505 (insbesondere von einer Isolationsüberwachung) erkannt werden. Das Hochvolt-Netz kann darauf abgeschaltet werden (insbesondere durch Abkopplung des Energiespeichers 122).
Alternativ oder ergänzend kann das beschriebene Steckverbindungselement 300, 400 ausgebildet sein, bei Vorliegen einer Überlastung eine leitende Verbindung zwischen den beiden Kontaktteilen 301, 302 zu bewirken. Bei einer zu hohen Temperatur kann das Schutzelement 312 (insbesondere ein Isolator) zwischen den Kontaktteilen 301, 302 wegschmelzen, wodurch eine Reduzierung des elektrischen Widerstands 503 bzw. ein Kurzschluss zwischen den Kontaktteilen 301, 302 bzw. zwischen dem ersten und dem zweiten Potential 501, 502 entsteht.
Dies kann von der Überwachungs-Vorrichtung 505 (insbesondere von einer Überstromüberwachung) erkannt werden. Das Hochvolt-Netz kann darauf abgeschaltet werden.
4 zeigt eine Steckverbindung 231 mit einem ersten Steckverbindungselement 300 und einem zweiten Steckverbindungselement 400, die jeweils wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein können. Die beiden Steckverbindungselemente 300, 400 können jeweils eine Sicherheitsleitung 401, 402 umfassen, wobei die Sicherheitsleitungen 401, 402 elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wenn die beiden Steckverbindungselemente 300, 400 zusammengesteckt sind, um die Steckverbindung 231 zu bilden.
Die Überwachungs-Vorrichtung 505 kann eingerichtet sein, zu überprüfen, ob die Sicherheitsleitungen 401, 402 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Wenn erkannt wird, dass die Sicherheitsleitungen 401, 402 nicht (mehr) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, so kann eine Abschaltung des HV-Netzes bewirkt werden (z.B. durch Öffnen der ein oder mehreren Schütze 210).
Zumindest eines der Steckverbindungselemente 300, 400 kann ein Schutzelement 411 aufweisen, das ausgebildet ist, die leitende Verbindung zwischen den Sicherheitsleitungen 401, 402 zu unterbrechen, wenn die Temperatur über den Temperatur-Schwellenwert steigt. Zu diesem Zweck kann das Schutzelement 411 z.B. ein schmelzendes Metall aufweisen, das bei Erreichen des Temperatur-Schwellenwertes schmilzt. Alternativ oder ergänzend kann das Schutzelement 411 ein Bimetall als Teil einer Sicherheitsleitung 402 aufweisen, das ausgebildet ist, sich mit steigender Temperatur von der anderen Sicherheitsleitung 401 weg zu bewegen, um die leitende Verbindung zwischen den Sicherheitsleitungen 401, 402 zu unterbrechen.
Ein Steckverbindungselement 300, 400 kann somit derart ausgebildet sein, dass eine Überlastung zu einer Unterbrechung der Sicherheitsschleife (d.h. der Sicherheitsleitungen 401, 402) der Steckverbindung 231 führt. Durch eine Übertemperatur kann bewirkt werden, dass in dem Steckverbindungselement 300, 400 die Brücke 411 der Sicherheitsschleife durchschmilzt. Dies kann von der Überwachungs-Vorrichtung 505 erkannt werden. Das Hochvolt-Netz kann darauf abgeschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Steckverbindungselement (300, 400) für eine Steckverbindung (231); wobei das Steckverbindungselement (300, 400) umfasst, - ein elektrisch leitendes erstes Kontaktteil (301), das ausgebildet ist, mit einem komplementären ersten Kontaktteil (301) eines komplementären Steckverbindungselements (300, 400) der Steckverbindung (231) eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden; - zumindest ein weiteres elektrisch leitendes Teil (302, 304); und - zumindest ein Schutzelement (311, 312), das ausgebildet ist, mit steigender Temperatur einen elektrischen Widerstand (501, 502, 503) zwischen dem ersten Kontaktteil (301) und dem weiteren Teil (302, 304) zu reduzieren.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß Anspruch 1, wobei - das weitere Teil (302, 304) ein Referenzteil (304), insbesondere eine das erste Kontaktteil (301) umgebende Referenzschicht, umfasst; und - das Referenzteil (304) mit einem Referenzpotential (504), insbesondere Masse, verbunden ist.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das weitere Teil (302, 304) ein elektrisch leitendes zweites Kontaktteil (302) umfasst, das ausgebildet ist, mit einem komplementären zweiten Kontaktteil (302) des komplementären Steckverbindungselements (300, 400) der Steckverbindung (231) eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schutzelement (311, 312) ausgebildet ist, den elektrischen Widerstand (501, 502, 503) zwischen dem ersten Kontaktteil (301) und dem weiteren Teil (302, 304) sprunghaft zu reduzieren, sobald die Temperatur einen vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Schutzelement (311, 312) ein dielektrisches und/oder elektrisch isolierendes Material umfasst; - das Schutzelement (311, 312) zwischen dem ersten Kontaktteil (301) und dem weiteren Teil (302, 304) angeordnet ist; und - das Schutzelement (311, 312) ausgebildet ist, zu schmelzen, sobald die Temperatur einen vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Schutzelement (311, 312) ein Bimetall umfasst; - das Schutzelement (311, 312) zwischen dem ersten Kontaktteil (301) und dem weiteren Teil (302, 304) angeordnet ist; und - das Bimetall des Schutzelements (311, 312) ausgebildet ist, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Kontaktteil (301) und dem weiteren Teil (302, 304) zu bewirken, sobald die Temperatur einen vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Steckverbindungselement (300, 400) für eine Steckverbindung (231); wobei das Steckverbindungselement (300, 400) umfasst, - ein elektrisch leitendes erstes Kontaktteil (301), das ausgebildet ist, mit einem komplementären ersten Kontaktteil (301) eines komplementären Steckverbindungselements (300, 400) der Steckverbindung (231) eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden; - eine Sicherheitsleitung (401, 402), die ausgebildet ist, mit einer komplementären Sicherheitsleitung (401, 402) des komplementären Steckverbindungselements (300, 400) der Steckverbindung (231) eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden, wenn das erste Kontaktteil (301) elektrisch leitend mit dem komplementären ersten Kontaktteil (301) verbunden ist, und - ein Schutzelement (411), das ausgebildet ist, mit steigender Temperatur einen elektrischen Widerstand zwischen der Sicherheitsleitung (401, 402) und der komplementären Sicherheitsleitung (401, 402) zu erhöhen.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß Anspruch 7, wobei das Schutzelement (411) ausgebildet ist, den elektrischen Widerstand zwischen der Sicherheitsleitung (401, 402) und der komplementären Sicherheitsleitung (401, 402) sprunghaft zu erhöhen, sobald die Temperatur einen vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei - das Schutzelement (411) ein elektrisch leitendes Material umfasst; - das Schutzelement (411) zwischen der Sicherheitsleitung (401, 402) und der komplementären Sicherheitsleitung (401, 402) angeordnet ist; und - das Schutzelement (411) ausgebildet ist, zu schmelzen, sobald die Temperatur einen vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei - das Schutzelement (411) ein zwischen der Sicherheitsleitung (401, 402) und der komplementären Sicherheitsleitung (401, 402) angeordnetes Bimetall umfasst; und - das Bimetall des Schutzelements (411) ausgebildet ist, die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Sicherheitsleitung (401, 402) und der komplementären Sicherheitsleitung (401, 402) zu unterbrechen, sobald die Temperatur einen vordefinierten Temperatur-Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Steckverbindungselement (300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Steckverbindungselement (300, 400) für elektrische Spannungen von 300V oder höher ausgebildet ist; und/oder - das Steckverbindungselement (300, 400) für elektrische Ströme von 1A oder mehr ausgebildet ist; und/oder - das Steckverbindungselement (300, 400) für den Verbau in einem Fahrzeug (120) ausgebildet ist; und/oder - das Steckverbindungselement (300, 400) ausgebildet ist, in einem Leistungspfad einer elektrischen Antriebsmaschine eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (120) verbaut zu werden.
Vorrichtung (505) zur Überwachung eines Steckverbindungselements (300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei das Steckverbindungselement (300, 400) elektrisch leitend mit einem elektrischen Energiespeicher (122) gekoppelt ist; wobei die Vorrichtung (505) eingerichtet ist, - Widerstandsdaten in Bezug auf den durch das Schutzelement (311, 312, 411) des Steckverbindungselements (300, 400) beeinflussten elektrischen Widerstand (501, 502, 503) zu erfassen; und - das Steckverbindungselement (300, 400) in Abhängigkeit von den Widerstandsdaten von dem Energiespeicher (122) zu entkoppeln, insbesondere dann, wenn der elektrische Widerstand (501, 502, 503) größer oder kleiner als ein Widerstands-Schwellenwert ist.