DE102022119476A1

DE102022119476A1 - Schutzanordnung zum Schutz einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs vor dem Eindringen von Flüssigkeit, sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022119476A1
Application number: DE102022119476.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Enzinger; Thomas Hoffmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-08-03
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2024-02-08
Also published as: CN117525627A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzanordnung (30) für ein Kraftfahrzeug (28) zum Schutz einer Hochvoltbatterie (32) des Kraftfahrzeugs (28) vor dem Eindringen von Flüssigkeit (44), wobei die Schutzanordnung (30) eine mit der Hochvoltbatterie (32) über ein Kabel (38, 72) verbindbare Komponente (34, 36) aufweist, die ein Komponentengehäuse (34a) und eine an das Komponentengehäuse (34a) angebundene Ablaufeinrichtung (56) aufweist, über welche im Falle eines Eindringens von Flüssigkeit (44) in das Komponentengehäuse (34a) die Flüssigkeit (44) in einen Umgebungsbereich (60) der Komponente (34, 36) außerhalb der Hochvoltbatterie (32) aus dem Komponentengehäuse (34a) ableitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Schutz einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs vor dem Eindringen von Flüssigkeit.
Grundsätzlich ist ein Batteriegehäuse einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug gut und vor allem fluiddicht gegenüber der Umgebung abgedichtet, um ein Eindringen von Flüssigkeit in das Batteriegehäuse zu verhindern. Würde Flüssigkeit in das Batteriegehäuse gelangen, so könnte dies zu Kurzschlüssen der Zellen führen und im schlimmsten Fall zu einem Batteriebrand. Dennoch besteht in sehr seltenen Fehlerfällen grundsätzlich die Möglichkeit, dass Flüssigkeit in das Batteriegehäuse gelangen kann, z.B. im Falle eines Lecks eines Kühlmittelsystems.
Die DE 10 2014 114 023 A1 beschreibt ein Batteriesystem mit einem Gehäuse und mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten Batteriezellen, sowie einem Kühlelement, wobei im Gehäuse Fluidanschlüsse und ein elektrischer Anschluss angeordnet sind, der mit den Batteriezellen elektrisch gekoppelt ist, wobei die Fluidanschlüsse und der elektrische Anschluss an gegenüberliegenden Abschlussdeckeln des Gehäuses angeordnet sind. Durch die räumliche Trennung kann das Risiko eines Kurzschlusses im Falle einer Leckage reduziert werden. Außerdem kann das Gehäuse ein Ventil mit einer gasdurchlässigen und flüssigkeitsdichten Membran aufweisen, welches zudem ein Lufttrocknungsmittel aufweisen kann, das innerhalb des Gehäuses wirksam ist. Das Ventil kann auch als Überdruckventil ausgebildet sein.
Nichtsdestoweniger ist es auch weiterhin wünschenswert, die Sicherheit im Zusammenhang mit einem möglichen Eindringen von Flüssigkeit in eine Hochvoltbatterie zu steigern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schutzanordnung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mittels welcher sich eine Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs vor Flüssigkeit möglichst gut schützen lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schutzanordnung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Schutzanordnung für ein Kraftfahrzeug zum Schutz einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs vor dem Eindringen von Flüssigkeit umfasst eine mit der Hochvoltbatterie über ein Kabel verbindbare Komponente, die ein Komponentengehäuse und eine an das Komponentengehäuse angebundene Ablaufeinrichtung aufweist, über welche im Falle eines Eindringens von Flüssigkeit in das Komponentengehäuse die Flüssigkeit in einen Umgebungsbereich der Komponente außerhalb der Hochvoltbatterie aus dem Komponentengehäuse ableitbar ist.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass Flüssigkeit nicht nur direkt in eine Hochvoltbatterie beziehungsweise in das Batteriegehäuse eindringen kann, zum Beispiel durch eine Leckage eines innerhalb der Batterie verlaufenden Kühlmittelschlauchs oder ähnliches, sondern dass prinzipiell die Möglichkeit besteht, dass Flüssigkeit vor allem auch über elektrische Kabel, die mit einer Hochvoltbatterie verbunden sind, in die Hochvoltbatterie gelangen könnte. Solche elektrischen Kabel sind in der Regel mehrschichtig aufgebaut und umfassen zahlreiche Hohlräume, zum Beispiel zwischen den einzelnen, elektrisch leitenden Litzen und/oder zwischen den einzelnen Kabelschichten wie Schirmung, Isolierung, Außenmantel und so weiter. Typischerweise sind zahlreiche Hochvoltkomponenten innerhalb eines Kraftfahrzeugs über solche Hochvoltleitungen, die zudem typischerweise einen relativ großen Querschnitt aufweisen, direkt oder indirekt mit der Hochvoltbatterie gekoppelt beziehungsweise elektrisch an diese angeschlossen. Gelangt nun Flüssigkeit in eine solche von der Hochvoltbatterie selbst verschiedene Komponente des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel durch eine Leckage einer an diese Komponente angeschlossenen Kühleinrichtung, so kann diese Flüssigkeit in dieser Komponente nicht nur zur Schädigung dieser Komponente selbst führen und zum Systemausfall, sondern könnte über die Kabel auch in andere Komponenten und, wenngleich aufgrund der Verkettung zahlreicher sehr seltener Fehlerereignisse sehr unwahrscheinlich, im schlimmsten Falle sogar bis in die Hochvoltbatterie gelangen. Die Erfindung nutzt nun diese Erkenntnis, um einen zusätzlichen Schutz für die Hochvoltbatterie dadurch bereitzustellen, indem gerade solche Komponenten des Kraftfahrzeugs, die an die Hochvoltbatterie elektrisch angeschlossen oder anschließbar sind, mit einer entsprechenden Schutzvorrichtung zu versehen, nämlich mit einer Ablaufeinrichtung, über welche im Falle eines Eindringens von Flüssigkeit in das Komponentengehäuse dieser Komponente die Flüssigkeit abführbar ist, insbesondere so, dass diese gar nicht erst in das Kabel, welches direkt oder indirekt zur Hochvoltbatterie führt, gelangen kann. Durch die Ablaufeinrichtung ist es also vorteilhafterweise möglich, das zwar ohnehin geringe Risiko, dass Flüssigkeit in die Hochvoltbatterie gelangen kann, noch deutlich weiter zu reduzieren und damit einen weiteren Beitrag zur Robustheitssteigerung zu leisten. Außerdem hat das Vorsehen einer solchen Ablaufeinrichtung noch einen weiteren Vorteil: Dadurch, dass die Flüssigkeit durch die Ablaufeinrichtung gezielt abgeleitet werden kann, kann der Flüssigkeitsaustritt in die Umgebung deutlich leichter bemerkt werden. Die Flüssigkeit sammelt sich also nicht unbemerkt in der Hochvoltbatterie oder einer anderen Hochvoltkomponente, sondern tritt aus dieser Komponente aus, und kann so deutlich einfacher bemerkt werden. Auch ohne eine Flüssigkeitssensorik oder ähnliches, die bislang üblicherweise nicht in Hochvoltkomponenten oder der Hochvoltbatterie verbaut wird, ist es damit vorteilhafterweise möglich, dass ein Fehlerfall, gemäß welchem Flüssigkeit unerwünschterweise in eine bestimmte Komponente, insbesondere Hochvoltkomponente, des Kraftfahrzeugs eindringt, erkannt werden kann. Durch das Vorsehen der Ablaufeinrichtung kann zudem auch der Überdruck in der betreffenden Komponente durch die eindringende Flüssigkeit im Fehlerfall begrenzt werden, sodass ein Überschlag auf andere Komponenten ausgeschlossen oder zumindest stark reduziert werden kann. Mit anderen Worten führt das Ablaufen der Flüssigkeit zu einer Druckreduzierung, wodurch verhindert werden kann, dass die Flüssigkeit mit Druck über das Kabel in die Hochvoltbatterie gepumpt wird.
Unter einer Komponente, die über ein Kabel mit der Hochvoltbatterie verbindbar, insbesondere elektrisch verbindbar ist, soll eine Komponente verstanden werden, die in ihrer bestimmungsgemäßen Anordnung im Kraftfahrzeug und bei bestimmungsgemäßer Verschaltung über das mindestens eine Kabel elektrisch mittelbar oder unmittelbar an die Hochvoltbatterie angeschlossen ist. Bei der Komponente handelt es sich bevorzugt um eine Komponente als Teil eines Hochvoltbordnetzes des Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann die Komponente eine Hochvoltkomponente darstellen, insbesondere eine elektrische Hochvoltkomponente. Dabei soll auch ein Anschluss für ein Ladekabel, welcher sich in einer Ladedose des Kraftfahrzeugs befindet, als solche Hochvoltkomponente aufgefasst werden. Gerade Hochvoltkomponenten sind untereinander oder mit der Hochvoltbatterie direkt oder indirekt, zum Beispiel über einen Anschlusskasten, eine sogenannte Battery Junction Box, über relativ dicke Hochvoltkabel angeschlossen. Diese weisen also typischerweise einen relativ großen Kabelquerschnitt auf, insbesondere im Bereich mehrerer Quadratmillimeter, zum Beispiel mit einem Querschnitt von mindestens vier Quadratmillimetern, insbesondere mindestens fünf oder mindestens sechs Quadratmillimetern, besonders bevorzugt mindestens sieben beziehungsweise mindestens acht Quadratmillimetern, und so weiter. Gerade über Kabel mit solch großem Leitungsquerschnitt ist die Gefahr einer unerwünschten Flüssigkeitsweiterleitung im Falle einer Flüssigkeitsansammlung in der betroffenen Komponente beachtenswert.
Daher ist es sehr vorteilhaft, eine Ablaufeinrichtung gerade in einer solchen Komponente vorzusehen. Insbesondere können mehrere Komponenten des Hochvoltbordnetzes mit einer derartigen Ablaufeinrichtung als Teil der Schutzanordnung ausgestaltet sein. Dadurch kann die Sicherheit weiter gesteigert werden.
Unter einem Umgebungsbereich der Komponente kann dabei ein Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs, in welchem die Schutzanordnung Anwendung findet, verstanden werden, d.h. ein Bereich außerhalb dieses Kraftfahrzeugs, oder auch ein Bereich außerhalb der Komponente aber noch innerhalb des Kraftfahrzeugs. Die Schutzanordnung kann auch einen Auffangbehälter aufweisen, in den die Flüssigkeit ableitbar ist. Eine Abführung der Flüssigkeit in die Umwelt ist im vorliegenden Fall ebenfalls möglich, da ein solches Ablassen in die Umwelt nur deshalb in Betracht gezogen wird, um in sehr seltenen Fällen schwerwiegendere Reaktionen in der Hochvoltbatterie zu verhindern.
Im Folgenden wird die Schutzanordnung lediglich mit Bezug auf eine Komponente und deren Ablaufeinrichtung beschrieben. Diese Ausgestaltungen können aber ganz analog auch für jede beliebige weitere Komponente, insbesondere für mehrere Komponenten gleichzeitig, umgesetzt sein.
Eines auf Grund der Leistungsdichte anfälligsten Bauteile als solche Komponente ist beispielsweise ein Pulswechselrichter für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs, der also die von der Hochvoltbatterie bereitgestellte Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom zum Betrieb des Antrieb-Elektromotors richtet. Der Grund liegt darin, dass der Pulswechselrichter einen internen Kühlkanal aufweist, der im Extremfall durch einen Kurzschluss in der Komponente, das heißt im Pulswechselrichter, beschädigt werden kann. Es können dabei auch mehrere Pulswechselrichtung vom Kraftfahrzeug umfasst sein, z.B. einer für einen Vorderachsantrieb und einen für einen Hinterachsantrieb. Weitere kritische Bauteile, die die Komponente darstellen können, sind zum Beispiel ein DC/DC-Wandler, ein Ladegerät, die Ladedose, in welcher sich der Anschluss zum Koppeln mit einem externen Ladekabel befindet, oder grundsätzlich auch alle Komponenten, die eine interne Kühlung aufweisen oder eine Schnittstelle zur Umgebung des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel die Ladedose, und im Betrieb in Verbindung, insbesondere kabelgebundener Verbindung, mit der Hochvoltbatterie stehen.
Daher ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Komponente einen Pulswechselrichter darstellt. Aus oben genannten Gründen ist der Pulswechselrichter eine besonders kritische Komponente, was das mögliche Eindringen von Flüssigkeit betrifft. Ein Pulswechselrichter umfasst typischerweise eine Leistungselektronik, zum Beispiel in Form von MOSFETs (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren) oder IGBTs (Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode), die extrem hohe Ströme für die Antriebsmaschine bereitstellen, die zum Beispiel mit einer Leistung im Bereich von 200 Kilowatt betrieben werden kann. Entsprechend müssen diese Leistungshalbleiter stark gekühlt werden. Kommt es dennoch aus irgendwelchen Gründen zu einer Überhitzung, so können diese Leistungshalbleiter durchbrennen, was aufgrund der hohen Ströme die Dichtheit des internen Kühlkanals beinträchtigen kann, sodass Kühlwasser direkt in den Pulswechselrichter gelangen kann. Ohne irgendeine Gegenmaßnahme kann ein solcher Pulswechselrichter sehr schnell volllaufen, da er typischerweise nur ein kleines Hohlraumvolumen aufweist, sodass entsprechend auch schnell der Kabelanschluss zur Hochvoltbatterie erreicht ist, über welchen das Wasser dann in die Hochvoltbatterie gelangen könnte. Hierzu ist nicht einmal ein Gefälle vom Pulswechselrichter zur Hochvoltbatterie nötig, denn durch den Wasserdruck, der aus dem Druck im Kühlkreislauf resultiert, an den die Kühlung des Pulswechselrichters angeschlossen ist, kann das Wasser ohne Gegenmaßnahme in die Batterie gepumpt werden. Durch das Vorsehen einer Ablaufeinrichtung, nämlich der beschriebenen Ablaufeinrichtung, in bzw. an der Komponente Pulswechselrichter kann somit eine frühzeitige Ausleitung eines solchen unerwünscht in den Pulswechselrichter eintretenden Kühlwassers bereitgestellt werden, sodass zum einen das Erreichen des Kabelanschlusses des zur Hochvoltbatterie führenden Kabels verhindert werden kann und zudem auch der Kühlmitteldruck im Pulswechselrichter limitiert werden kann, da sich durch die ablaufende Flüssigkeit kein hoher Fluiddruck innerhalb des Pulswechselrichters aufbauen kann. Wie oben bereits beschrieben, eignen sich aber auch die jeweils anderen Komponenten, um dort eine entsprechende Ablaufeinrichtung vorzusehen, um die Hochvoltbatterie zu schützen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ablaufeinrichtung mit einem Schutzmechanismus ausgebildet, um ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Schmutz in das Komponentengehäuse durch die Ablaufeinrichtung zu verhindern. Dies ist sehr vorteilhaft, denn so kann verhindert werden, dass die Ablaufeinrichtung selbst eventuell zu einer Gefahrenquelle, was das Eindringen von Flüssigkeit betrifft, wird. Dabei gibt es zahlreiche Möglichkeiten, die Ablaufeinrichtung so auszugestalten, dass ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Schmutz auf sichere Weise verhindert werden kann.
Insbesondere ist die Ablaufeinrichtung vorzugsweise mit mindestens einem der folgenden Schutzmechanismen ausgebildet: Beispielsweise kann die Ablaufeinrichtung mit einer sich an das Komponentengehäuse anschließenden Flüssigkeitsabführleitung ausgebildet sein. Eine solche Flüssigkeitsabführleitung bietet deutlich mehr Flexibilität hinsichtlich der Abführung der Flüssigkeit und erschwert es zudem, dass von außen Flüssigkeit in eine solche Leitung eindringen und zudem bis zur Komponente gelangen kann. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass diese Flüssigkeitsabführleitung beispielsweise mehrfach gewunden ausgeführt ist, insbesondere siphonartig und/oder labyrinthartig. Dies erschwert es vor allem Schmutz und Staub, bis in das Komponentengehäuse zu gelangen, da sich derartige Partikel an den Labyrinthwindungen ablagern würden. Auch kleinere Flüssigkeitströpfchen oder Regenwasserspritzer oder ähnliches können so nicht in das Komponentengehäuse gelangen. Gemäß einer weiteren Schutzmaßnahme kann es vorgesehen sein, dass die Flüssigkeitsabführleitung in einen vorbestimmten, geschützten Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mündet. In diesem Fall wird die sich in der Komponente sammelnde Flüssigkeit also in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgeleitet nach außen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Mündung dieser Leitung an eine Position des Kraftfahrzeugs als Schnittstelle zur Umgebung geführt wird, die Umgebungseinflüssen nicht sonderlich ausgesetzt ist, zum Beispiel im Bereich einer Abdeckung, am Heck oder ähnliches. Denkbar ist es zudem auch, dass die Flüssigkeitsabführleitung in einen Innenraumbereich des Kraftfahrzeugs mündet, insbesondere in einen Bereich des Kofferraums des Kraftfahrzeugs. Dort ist der Mündungsbereich besonders gut geschützt und keinerlei Umgebungseinflüssen, insbesondere keiner Feuchtigkeit, ausgesetzt. Im Kofferraum kann zum Beispiel eine Auffangwanne oder ähnliches vorgesehen sein, um die Flüssigkeit dort aufzufangen. Dort können Servicemechaniker des Kraftfahrzeugs beispielsweise auch regelmäßig nachsehen, um festzustellen, ob eventuell ein Kühlflüssigkeitsleck vorliegt oder ein anderer Fehlerfall, der zu einer unerwünschten Flüssigkeitsansammlung in einer Komponente des Kraftfahrzeugs geführt hat. Die Auslassleitung kann also vorteilhafterweise so angebracht werden, dass sie in einen vor Verschmutzung und externem Wasser geschützten Raum mündet. Des Weiteren kann auch ein zumindest teilweise mit einem Hohlraum ausgebildetes Karosseriebauteil und/oder ein mit einem solchen Hohlraum ausgebildeter Fahrwerksträger und/oder ein Verkleidungsbauteil des Kraftfahrzeugs Teil des Schutzmechanismus sein, an welches beziehungsweise welchen das Komponentengehäuse mittelbar über eine sich in das Komponentengehäuse anschließende Flüssigkeitsleitung oder unmittelbar angeschlossen ist. Mit anderen Worten kann die Flüssigkeit aus dem Komponentengehäuse auch in einen Hohlraum eines solchen Bauteils eingeleitet werden. Solche Bauteile mit Hohlräumen stellen zum Beispiel Aggregate, Achsträger, Holme zum Beispiel wie die A-Säule, B-Säule, C-Säule oder D-Säule, Seitenschweller, Hinterachsträger, Hilfsrahmen und so weiter dar. Auch dies stellt eine besonders geschützte Stelle dar, in die nicht so einfach Wasser, Staub oder Verschmutzungen aus der Umgebung gelangen können. Typischerweise sind die meisten dieser Bauteile ohnehin mit kleineren Löchern oder ähnlichem versehen, die darüber hinaus auch ein Abfließen des eingeleiteten Wassers beziehungsweise der eingeleiteten Flüssigkeit in die Umgebung des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Gegebenenfalls kann ein solches Bauteil auch mit einer Ablassschraube versehen werden. Erst wenn die Ablassschraube geöffnet wird, zum Beispiel manuell, läuft das in den Hohlraum geführte Wasser beziehungsweise die Flüssigkeit ab, und solange die Ablassschraube geschlossen ist, sammelt sich die Flüssigkeit im Hohlraum. Dies kann zur Kontrolle oder Diagnose in Werkstätten genutzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ablaufeinrichtung als Schutzmechanismus auch einen Filter aufweisen. Dieser kann zum Beispiel als Staubfilter oder ähnliches ausgebildet sein. Verunreinigungen können somit vom Eindringen in das Komponentengehäuse effizient abgehalten werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Ablaufeinrichtung eine Verschlusseinrichtung aufweist. Auch eine solche Verschlusseinrichtung kann verschiedenste Ausprägungen annehmen, beispielsweise kann diese als Ventil, zum Beispiel Überdruckventil, als Klappe, insbesondere als vorgespannte Klappe, als Membran ähnlich der einer Ketchupflasche, als Berstmembran, die bei Überdruck aufgeht, oder ähnliches ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft ist dabei ein Verschlussmechanismus, der eine einseitige Öffnungsrichtung aufweist. Mit anderen Worten kann die Verschlusseinrichtung nur freigegeben werden, wenn ein bestimmter Mindestdruck oder eine bestimmte Mindestkraft oder ein bestimmter Überdruck auf die Verschlusseinrichtung aus einer bestimmten ersten Richtung einwirkt, nicht jedoch wenn die Einwirkung aus einer zweiten, zum Beispiel entgegengesetzten, Richtung erfolgt. Dies lässt sich zum Beispiel mit einem Überdruckventil erreichen, welches nur in eine Richtung geöffnet werden kann, das heißt nur dann, wenn ein bestimmter Überdruck innerhalb des Komponentengehäuses vorliegt, oder durch die erwähnte vorgespannte Klappe. Im einfachsten Fall kann eine Klappe mit einer gespannten Feder versehen sein, die die Klappe gegen eine Auflage presst. Eine Kraft, die mit dieser Spannkraft gleichgerichtet ist, kann die Klappe nicht öffnen. Eine entgegengesetzt wirkende Kraft, die größer ist als die Federkraft, öffnet die Klappe. Das Überdruckventil kann zum Beispiel federbelastet ausgestaltet sein und mit einer Kugel oder einem Konus ausgebildet sein, zum Beispiel aus Kunststoff oder Metall. Die Kugel oder der Konus wird entsprechend mit der Feder gegen eine Anlage gedrückt. Dadurch verschließt die Kugel beziehungsweise der Konus eine Öffnung im Komponentengehäuse. Der Verschluss kann auch als Membran mit einer bereits vorhandenen kleinen Öffnung, ähnlich einem Schlitz, ausgestaltet sein, der jedoch nur bei entsprechendem Druck aus einer Richtung aufgeht, bei Druck aus einer entgegengesetzten Richtung jedoch kein Durchdringen von Staub oder Flüssigkeit erlaubt.
Gerade die Ausgestaltung der Ablaufeinrichtung mit einem Ventil, insbesondere als Schutzmechanismus, ist sehr vorteilhaft, sodass dies eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Ventil ist so ausgebildet, dass es selbsttätig ab einem vorbestimmten Überdruck gegenüber einem Umgebungsdruck in der Umgebung öffnet. Dadurch ist keine Ansteuerung zum Freigeben der Öffnung der Ablaufeinrichtung erforderlich. Gleichzeitig kann hierdurch ein besonders effizienter Schutzmechanismus bereitgestellt werden. Im Übrigen sind die Schutzmechanismen auch in beliebiger Weise miteinander kombinierbar. Mit anderen Worten kann vor allem ein solches Ventil mit beliebigen weiteren der oben genannten Schutzmechanismen kombiniert werden, zum Beispiel einer sicheren Ablaufposition einer Flüssigkeitsabführleitung, die sich an ein solches Ventil anschließen kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Überdruck, ab welchem das Ventil öffnet, möglichst klein gewählt ist, und insbesondere kleiner ist als der Druck, der notwendig ist, um den Widerstand des Hochvoltkabels und der Anschlussstelle des Hochvoltkabels an der Hochvoltbatterie zu überwinden. Der Öffnungsdruck beziehungsweise Überdruck kann zum Beispiel kleiner sein als 0,5 Bar oder 0,4 Bar oder 0,3 Bar oder 0,2 Bar, insbesondere kleiner als 0,1 Bar, z.B. auch kleiner als 0,05 Bar.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hochvoltbatterie an der Anschlussstelle des Kabels mit einer Grunddichtigkeit gemäß einem bestimmten Überdruckwert, z.B. von ca. 0,5 Bar, ausgebildet ist, und der Überdruck, ab welchem das Ventil öffnet, kleiner ist als der bestimmte Überdruckwert, z.B. 0,3 Bar. Erhält die Hochvoltbatterie an ihrer Anschlussstelle eine Grunddichtigkeit von ca. 0,5 Bar, d.h. die Hochvoltbatterie ist bis zu einem Überdruck von einschließlich 0,5 Bar dicht ausgebildet, und die Ablaufeinrichtung macht ab 0,3 Bar Überdruck auf, denn ist damit sichergestellt, dass kein Wasser in die Hochvoltbatterie eindringen kann, insbesondere ohne mit der Problematik konfrontiert werden zu müssen, dass es technisch anspruchsvoll oder schwierig ist, im Bereich der Anschlussstelle gegen hohe Drücke abzudichten.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ablaufeinrichtung eine permanente Öffnung im Komponentengehäuse auf, aus welcher Flüssigkeit aus dem Komponentengehäuse unmittelbar nach Erreichen der Öffnung abführbar ist, insbesondere unabhängig von einem Druck der Flüssigkeit. Eine Öffnung bietet zwar weniger Schutz als ein oben genanntes Ventil, insbesondere Überdruckventil, allerdings kann hierdurch bereits eine Kleinstmenge an Flüssigkeit direkt aus dem Komponentengehäuse abgeführt werden, ohne dass sich erst ein bestimmter Überdruck in diesem Komponentengehäuse aufbauen muss. Gerade mit den oben beschriebenen weiteren Schutzmechanismen kann hierdurch dennoch ein zuverlässiges und sicheres Abführen der Flüssigkeit bereitgestellt werden und gleichzeitig ein Eindringen von Schmutz, Staub oder externer Flüssigkeit verhindert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Komponentengehäuse einen Anschluss für das Kabel zur Hochvoltbatterie auf, der bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Komponente im Fahrzeug höher angeordnet ist als eine durch die Ablaufeinrichtung bereitgestellte erste Austrittsöffnung, die direkt an das Komponentengehäuse angrenzt bzw. komponentengehäuseseitig angeordnet ist und/oder eine zweite Austrittsöffnung, die an den Umgebungsbereich angrenzt, in welchen die Flüssigkeit ableitbar ist. Ist also vorteilhafterweise der Kabelanschluss für das Kabel zur Hochvoltbatterie höher gelegen als die erste Austrittsöffnung, so erreicht die unerwünschterweise in das Komponentengehäuse eindringende Flüssigkeit zuerst diese erste Austrittsöffnung, und kann damit abgeführt werden, bevor die Flüssigkeit das Kabel zur Hochvoltbatterie erreicht. Außerdem ist es von Vorteil, wenn auch die zweite Austrittsöffnung, sofern diese von der ersten Austrittsöffnung verschieden ist und über welche die Flüssigkeit letztendlich in den Umgebungsbereich gelangt, tiefer gelegen ist als der Kabelanschluss zur Hochvoltbatterie, da so die Flüssigkeit aus dieser Austrittsöffnung ausdringen kann, bevor der Flüssigkeitspegel im Komponentengehäuse so hoch ist, dass er das Kabel zur Hochvoltbatterie erreicht.
Grundsätzlich ist es von Vorteil, wenn nicht nur die Ablaufeinrichtung möglichst niedrig gelegen ist, sondern die gesamte Komponente in Bezug auf die Hochvoltbatterie. Denn dadurch wird auch schwerkraftbedingt das Eindringen der Flüssigkeit in die Hochvoltbatterie über das Kabel erschwert, selbst wenn die Flüssigkeit den Kabelanschluss erreichen sollte.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schutzanordnung eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Komponente auf, wobei die Kühleinrichtung zumindest zum Teil innerhalb des Komponentengehäuses angeordnet ist oder außerhalb des Komponentengehäuses am Komponentengehäuse angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die beschriebenen Schutzmaßnahmen besonders vorteilhaft, wenn sie bei einer Komponente zum Einsatz kommen, die mittels einer Kühleinrichtung aktiv gekühlt werden kann oder im Betrieb aktiv gekühlt wird. Denn gerade für solche Komponenten ist das Eindringen von Flüssigkeit in das Komponentengehäuse erhöht.
Außerdem sind in diesem Fall noch weitere Gegenmaßnahmen möglich. Beispielsweise stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Schutzanordnung eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines vorbestimmten Fehlerfalls aufweist, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, im Falle eines solchen detektierten vorbestimmten Fehlerfalls zumindest einen ersten Kühlkreislaufteil, welcher die Kühleinrichtung umfasst, insbesondere unmittelbar oder stufenweise oder um eine vorgebbare Zeit verzögert, abzuschalten. Dadurch kann also verhindert werden, dass weiterhin aktiv durch diesen ersten Kühlkreislaufteil Kühlflüssigkeit in die defekte Komponente beziehungsweise in deren Komponentengehäuse gepumpt wird. Dadurch kann der Fluiddruck innerhalb dieser Komponente zumindest etwas reduziert werden. Ohne ein Abschalten dieses Kühlkreislaufteils wird im Falle eines Lecks der Kühleinrichtung das Kühlmittel im Fehlerfall unter Druck in diese Komponente gepresst werden. Vor allem, wenn die Komponente keine Ablaufeinrichtung aufweisen würde, würde dieser Druck ausreichen, um das Kühlmittel über die Hochvoltleitungen auch in weitere Hochvoltkomponenten bis in die Hochvoltbatterie zu leiten. Allerdings würde ohne Ablaufeinrichtung oder andere Maßnahmen das alleinige Deaktivieren dieses Kreislaufteils nur wenig nützen. Dies ist dadurch bedingt, dass aufgrund des typischerweise geschlossenen Kühlsystems das Kühlmittel im Kühlsystem auch temperaturbedingt unter Druck steht, und nicht nur deswegen, weil es mittels einer Kühlmittelpumpe unter Druck mit einem Volumenstrom im Kreis gepumpt wird. Der Systemdruck im Kühlsystem, der durch die Systemtemperatur entsteht, kann nämlich normalerweise nicht aktiv reduziert werden, denn dieser kann nur abgebaut werden, wenn die Temperatur auf Umgebungstemperatur sinkt, oder, wie dies nun im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, das System geöffnet wird, was sich durch die Ablaufeinrichtung bewerkstelligen lässt. Dadurch wird dieser Kühlmitteldruck nämlich zusätzlich nach extern abgebaut. In Kombination mit der Deaktivierung des ersten Kühlmittelkreislaufteils kann also besonders effizient ein Eindringen der Flüssigkeit bis in die Hochvoltbatterie verhindert werden. Weiter können unter Umständen 50 Milliliter, 100 Milliliter, 1.000 Milliliter oder sogar 2.000 Milliliter Wasser entweichen, und durch eine tiefliegende Einbaulage der betreffenden Komponente unter Umständen noch mehr.
Die Detektionseinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass sie nicht notwendigerweise das unerwünschte Eindringen der Flüssigkeit in die betreffende Komponente detektieren muss, sondern einen solchen Fehlerfall auch indirekt detektieren kann. Beispielsweise kann die Detektionseinrichtung einen entsprechenden Fehler der betroffenen Komponente selbst detektieren, zum Beispiel einen Funktionsausfall oder eine ausgefallene Kommunikation mit dieser Komponente. All dies kann als vorbestimmter Fehlerfall definiert sein und erfordert entsprechend nicht notwendigerweise das Vorsehen von Flüssigkeitssensoren innerhalb einer solchen Komponente. Wird also ein solcher Fehlerfall detektiert, kann die Steuereinrichtung die Abschaltung des ersten Kühlkreislaufteils auslösen. Dabei ist es, je nach betroffener Komponente, unter Umständen vorteilhaft, die Kühlung dabei nicht sofort zu deaktivieren, indem der entsprechende Kühlkreislaufteil deaktiviert wird, das heißt die Pumpe, die das Kühlmittel durch diesen ersten Kühlkreislaufteil pumpt, zu deaktivieren. Gerade wenn die Komponente einen Pulswechselrichter darstellt oder ein solcher Pulswechselrichter zur Kühlung an den gleichen Kühlkreislaufteil, nämlich den ersten Kühlkreislaufteil thermisch angeschlossen ist, ist es von Vorteil, die Kühlung dieses Pulswechselrichters erst bei eingestelltem Betrieb des Pulswechselrichters oder zumindest leistungsmäßig stark reduziertem Betrieb des Pulswechselrichters zu deaktivieren, um ein Durchbrennen der Leistungselektronik wie oben beschrieben zu verhindern. Somit kann beispielsweise zunächst eine vorgebbare Zeit gewartet werden, zum Beispiel im Sekunden- oder auch im Minutenbereich, zum Beispiel fünf Minuten, oder auch bis sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet, z.B. nach Ausgabe einer Aufforderung an den Fahrer, das Fahrzeug sofort zum Stillstand zu bringen, bevor eine Deaktivierung des ersten Kühlkreislaufteils beziehungsweise eine vollständige Deaktivierung erfolgt. Denkbar ist auch eine stufenweise Reduktion der Pumpleistung des ersten Kühlkreislaufteils.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, einen der Hochvoltbatterie zugeordneten zweiten Kühlkreislaufteil, welcher unabhängig vom ersten Kühlkreislaufteil steuerbar ist, anzuschalten oder weiterzubetreiben, insbesondere mit erhöhter oder maximaler Kühlleistung. Grundsätzlich ist es in diesem Fall sehr vorteilhaft, die Kühlleistung für die Hochvoltbatterie zu erhöhen. Wird diese aktuell nicht gekühlt, so kann bei detektiertem Fehlerfall entsprechend die Kühlung aktiviert werden. Wird diese bereits gekühlt, so kann, falls möglich, die Kühlleistung erhöht werden oder eine maximale Kühlleistung eingestellt werden, falls diese noch nicht eingestellt ist. Beispielsweise kann die Pumpe, welche diesem zweiten Kühlkreislaufteil zugeordnet ist, das heißt also die Pumpe im Hochvoltbatteriekühlkreis, voll angesteuert werden, um die Hochvoltbatterie vor einer thermischen Reaktion zu schützen, gegebenenfalls inklusive aktiver Batteriekühlung.
Sollte sich beispielsweise die betroffene Komponente im gleichen Kühlkreislaufteil wie die Hochvoltbatterie befinden, so ist es bevorzugt, den Kühlmitteldruck im betroffenen Kreislaufteil dennoch auf ein Minimum zu reduzieren und diesen Kühlkreislaufteil insbesondere zu deaktivieren, da typischerweise das in die Hochvoltbatterie unter Druck gepresste Kühlmittel einen größeren Schaden anrichten kann als eine temporäre Aussetzung der Kühlung der Batterie.
Der erste und der zweite Kühlkreislaufteil können so ausgestaltet sein, dass diese unter Umständen miteinander koppelbar und als gemeinsamer Kühlkreislauf betreibbar sind, oder voneinander separierbar sind und entsprechend separierbar betreibbar sind, sodass zum Beispiel eine Kühltemperatur für jeden Kreislaufteil separat einstellbar ist. Sofern die beiden Kühlkreislaufteile sich zum Zeitpunkt der Detektion des Fehlerfalls in einem gekoppelten Zustand befinden, kann die Steuereinrichtung auch dazu ausgelegt sein, die beiden Kühlkreislaufteile zuvor durch Ansteuerung mindestens eines Ventils oder auch mehrerer Ventile zu separieren. Dadurch kann beispielsweise die Hochvoltbatterie beziehungsweise deren Kühlung im Inselkreis betrieben werden und die Kühlung beziehungsweise der Kühlkreislaufteil des Antriebsstrangs ebenfalls im Inselkreis. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die Hochvoltbatterie weiter zu kühlen, während der Kühlmitteldruck in der defekten Komponente so schnell wie möglich abgebaut werden kann.
Die Schutzanordnung kann zudem auch die Hochvoltbatterie umfassen. Diese kann vielzählige Batteriezellen aufweise, die optional zu Batteriemodulen zusammengefasst sein können und die zudem in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sind. die Batteriezellen können z.B. als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schutzanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen, und insbesondere mit einer Hochvoltbatterie.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Pulswechselrichters und einer Hochvoltbatterie im Falle eines Kühlmittellecks gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Schutzanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3 eine schematische Darstellung einer Schutzanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Pulswechselrichters 10 und einer Hochvoltbatterie 12 im Falle eines Lecks 14 der den Pulswechselrichter 10 durchlaufenden Kühlmittelleitung in Form eines Kühlkanals 16 gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel. Der Pulswechselrichter 10 ist über ein Kabel 18 an die Hochvoltbatterie 12 angeschlossen. Kommt es zu einem Leck im Kühlkanal 16, die den Pulswechselrichter 10 durchläuft, so gelangt Kühlflüssigkeit 20 in das Gehäuse 22 des Pulswechselrichters 10, der infolgedessen schnell vollläuft. Auch der Anschlussbereich 24 des Kabels 18 zur Hochvoltbatterie 12 kann durch den Flüssigkeitspegel erreicht werden, sodass nunmehr die Kühlflüssigkeit auch in das Innere 26 der Hochvoltbatterie 12 gelangen könnte. Selbst wenn die Kabelführung 18, wie vorliegend dargestellt, kein Gefälle hätte, so ist es prinzipiell möglich, dass aufgrund des Kühlmitteldrucks im Kühlkreislauf das sich im Pulswechselrichter 10 sammelnde Kühlmittel 20 mit Druck in die Batterie 12 gepumpt wird. Mit anderen Worten wird das Kühlmittel 20 im Fehlerfall bedingt durch den Pumpendruck des Kühlkreislaufs in den Pulswechselrichter 10 gepresst und zudem durch den Druck, der durch die Temperatur im Kühlsystem entsteht. Dieser Druck kann unter Umständen ausreichen, um das Kühlmittel 20 über die Hochvoltleitungen 18, gegebenenfalls über weitere Hochvoltkomponenten, bis in die Hochvoltbatterie 12 zu leiten.
Der Systemdruck, der im Kühlsystem durch die Systemtemperatur entsteht, kann zudem nicht reduziert werden, zumindest nicht aktiv, denn dieser kann nur abgebaut werden, wenn die Temperatur auf Umgebungstemperatur sinkt.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 28 mit einer Schutzanordnung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die nachfolgend beschriebenen Teile des Kraftfahrzeugs 28 können dabei ebenso als Teil der Schutzanordnung 30 angesehen werden beziehungsweise als zur Schutzanordnung 30 gehörend angesehen werden. Das Kraftfahrzeug 28 weist dabei eine Hochvoltbatterie 32 auf. Außerdem weist das Kraftfahrzeug 28 noch eine Komponente 34 auf, die in diesem Beispiel als Pulswechselrichter 36 ausgebildet ist. Im Allgemeinen kann es sich bei dieser Komponente 34 aber um jede beliebige, insbesondere Hochvoltkomponente, handeln, die über ein Kabel 38, insbesondere ein Hochvoltkabel, mit der Batterie 32 elektrisch verbunden ist. Der Pulswechselrichter 36 ist in diesem Beispiel wiederum mittels einer Kühleinrichtung 40 als Teil eines ersten Kühlkreislaufteils 42 kühlbar. Dabei wird das Kühlmittel 44 mittels einer dem ersten Kühlkreislaufteil 42 zugeordneten Pumpe 46 durch den ersten Kühlkreislaufteil 42 gepumpt und kühlt somit im normalen Betrieb den Pulswechselrichter 36. Die Kühleinrichtung 40 kann dabei in den Pulswechselrichter 36 integriert sein oder zumindest an dessen Gehäuse 34a anliegen oder an diesem angeordnet sein. Die Kühleinrichtung 40 kann dabei zur Führung des Kühlmittels 44 eine oder mehrere Kühlkanäle umfassen, die auch in den Pulswechselrichter 36 integriert sein können.
Auch für die Hochvoltbatterie 32 kann eine zweite Kühleinrichtung 48 vorgesehen sein, die die Hochvoltbatterie 32 bei Bedarf kühlen kann. Diese Kühleinrichtung 48 ist dabei Teil eines zweiten Kühlkreislaufteils 50, welchem eine zweite Kühlmittelpumpe 52 zugeordnet ist, um das Kühlmittel 44 durch diesen zweiten Kühlkreislaufteil 50 zu pumpen. Dabei können die beiden Kühlkreislaufteile 42, 50 auch gekoppelt oder voneinander separiert betrieben werden.
Hierzu können entsprechende Ventileinrichtungen vorgesehen sein. Diese können zum Beispiel mittels einer Steuereinrichtung 54 ansteuerbar ausgebildet sein.
Die Komponente 34, im vorliegenden Beispiel der Pulswechselrichter 36, ist nun vorteilhafterweise mit einer Ablaufeinrichtung 56 ausgebildet, die an das Gehäuse 34a angebunden bzw. angeschlossen ist, so dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses 34a und der Ablaufeinrichtung 56 besteht oder herstellbar ist. Kommt es zu einem Leck 58 der Kühleinrichtung 40 des Pulswechselrichters 36, so kann über diese Ablaufeinrichtung 56 das sich im Gehäuse 34a sammelnde Wasser beziehungsweise im Allgemeinen die Kühlflüssigkeit 44 aus dem Komponentengehäuse 34a in eine von der Hochvoltbatterie 32 verschiedene Umgebung, die in diesem Beispiel zu einer Umgebung 60 des Kraftfahrzeugs 28 korrespondiert, abgeleitet werden. In diesem Beispiel weist das Komponentengehäuse 34a eine erste Austrittsöffnung 62 auf, über welche die Flüssigkeit 44 in eine Flüssigkeitsabführleitung 64 eingeleitet werden kann und über diese und über eine zweite Austrittsöffnung 66 in die Umgebung 60. Die Ablaufeinrichtung 56 kann im Allgemeinen verschiedenste Ausprägungen annehmen, die später näher erläutert werden.
Das Vorsehen einer solchen Ablaufeinrichtung 56 verhindert vorteilhafterweise, dass diese sich im Gehäuse 34a sammelnde Flüssigkeit 44 in die Hochvoltbatterie 32 gelangen kann. Vor allem wird der Druck, der durch die sich im Gehäuse 34a sammelnde Flüssigkeit 44 entsteht, limitiert. Insbesondere kann sich hierdurch gar nicht erst der im ersten Kühlkreislaufteil 42 vorherrschende Systemdruck aufbauen, da dieser durch die Ablaufeinrichtung 56 und das abfließende Wasser sofort wieder abgebaut wird. Der Flüssigkeitspegel kann entsprechend nicht so hoch steigen, dass dieser den Anschluss 68 des Kabels 38 zur Hochvoltbatterie 32 erreichen kann. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die erste Ablauföffnung 62 der Ablaufeinrichtung 56 möglichst niedrig positioniert ist, insbesondere in Bezug auf diesen Anschluss 68. Zudem ist es auch vorteilhaft, wenn die Komponente 34 insgesamt möglichst niedrig bezogen auf eine Kraftfahrzeughochachse des Kraftfahrzeugs 28 innerhalb des Kraftfahrzeugs 28 positioniert ist, insbesondere in Bezug auf die Hochvoltbatterie 32. Zudem ist es auch vorteilhaft, wenn die zweite Austrittsöffnung 66 niedriger angeordnet ist, insbesondere wiederum in Bezug auf die Kraftfahrzeughochachse, als zum Beispiel der batterieseitige Anschluss 70 des Kabels 38.
Als weitere Gegenmaßnahme kann es nun vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 54 durch Ansteuerung der entsprechenden Ventile der Kühlkreisläufe 42, 50, sollten diese sich in einem gekoppelten Zustand befinden, separiert, durch die korrekte Ventilstellung dieser Ventile. Dadurch wird die Hochvoltbatterie 32 im Inselkreis gekühlt und entsprechend auch der Antriebsstrang, und der Pulswechselrichter 36 im Inselkreis. Dann kann durch Ansteuerung der Steuereinrichtung 54 die Kühlmittelpumpe 46 im Antriebskühlkreislauf 42 abgestellt werden, um die Druckerhöhung in diesem ersten Kühlkreislaufteil 42 durch die Wasserpumpe 46 abzustellen. Der Druck dieser Pumpe 46 kann im Bereich von 0,1 Bar über 1,0 Bar bis 2 Bar sein. Alternativ kann auch der Volumenstrom im Antriebskühlkreislauf 42 auf ein Minimum reduziert werden, aber nicht vollständig deaktiviert werden, um den Druck im Kühlsystem so weit wie möglich zu reduzieren, das heißt im ersten Kühlkreislaufteil 42. Weiterhin ist es bevorzugt, eine Vollansteuerung der Pumpe 52 durch die Steuereinrichtung 54 vorzunehmen, das heißt also der zweiten Pumpe 52 im Hochvoltbatteriekreis 50, um die Hochvoltbatterie 32 vor einer thermischen Reaktion zu schützen.
Der Systemdruck im Kühlsystem, das heißt im ersten Kühlkreislaufteil 42, der durch die Systemtemperatur entsteht und eigentlich nicht beeinflusst oder reduziert werden kann, kann nunmehr aktiv durch die Ablaufeinrichtung 56 abgebaut werden, und zwar nach extern, das heißt in die Umgebung 60. Dabei können 50 Milliliter Wasser, 100 Milliliter Wasser, 1.000 Milliliter Wasser oder 2.000 Milliliter Wasser entweichen und gegebenenfalls durch eine tiefliegende Einbaulage der Komponente 34 noch mehr.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Schutzanordnung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere kann die Schutzanordnung 30 wie zuvor beschrieben ausgebildet sein. 3 kann als Detaildarstellung der Schutzanordnung 30 mit der Komponente 34 aus 2 aufgefasst werden. Als Kabel 38, über welche diese Komponente 34 mit der Hochvoltbatterie 32 gekoppelt ist, sind vorliegend zwei Hochvoltkabel 38 dargestellt. Außerdem kann die Komponente 34 noch mit anderen hier nicht dargestellten Komponenten, insbesondere Hochvoltkomponenten, ebenfalls über weitere Kabel, insbesondere Hochvoltkabel 72, gekoppelt sein. Die Komponente 34 weist wiederum eine Kühleinrichtung 40 als Teil des ersten Kühlkreislaufteils 42 auf. Im Übrigen kann es sich bei der Komponente 34 wiederum um den Pulswechselrichter 36 handeln. Hierbei gibt es nun zwei Möglichkeiten, wie Flüssigkeit 44 in das Innere des Komponentengehäuses 34a gelangen kann. Einmal kann dies über ein Leck der Kühleinrichtung 40 geschehen, andererseits kann diese Flüssigkeit 44 auch über die Hochvoltkabel 72 von wiederum anderen Hochvoltkomponenten kommen.
Die Schutzanordnung 30 weist nun wiederum eine Ablaufeinrichtung 56 auf. Diese kann ebenso wie zuvor beschrieben ausgestaltet sein. In diesem Beispiel ist diese am möglichst niedrigsten Punkt der Komponente 34 bezogen auf ihre bestimmungsgemäße Einbaulage im Kraftfahrzeug 28 angeordnet. Dadurch gelangt sehr frühzeitig die in das Komponentengehäuse 34a eingedrungene Flüssigkeit 44 zur Ablaufeinrichtung 56. Besonders vorteilhaft ist es nun, wenn diese Ablaufeinrichtung 56 zusätzlich über eine Schutzeinrichtung 76 vor dem Eindringen von Schmutz, Verunreinigungen oder anderen Flüssigkeiten aus der Umgebung 60 geschützt ist. Diese Schutzeinrichtung 76 ist vorliegend in Form eines federbelasteten Ventils 74 ausgebildet. Die erste Austrittsöffnung 62 ist entsprechend im Normalfall durch einen Verschluss 78 als Teil dieses Ventils 74 verschlossen, der durch eine Feder 80 gegen die Öffnung 62 gepresst wird. Ab einem gewissen Überdruck Δp innerhalb des Gehäuses 34a öffnet das Ventil 74 und gibt somit den Weg für die Flüssigkeit 44 nach außen über die zweite Austrittsöffnung 66 in die Umgebung 60 frei. Gelangt also durch diese zweite Austrittsöffnung 66 zum Beispiel Flüssigkeit oder Schmutz im Normalbetrieb in das Innere des Ventils 74, so kann dieses durch die verschlossene erste Austrittsöffnung 62 jedoch nicht in das Innere des Komponentengehäuses 34a gelangen. Das Überdruckventil 74 ist bevorzugt an einer geometrisch sinnvollen Stelle angeordnet, zum Beispiel am tiefsten Punkt der Komponente 34. Zudem ist es bevorzugt, das Ventil 74 so anzuordnen, dass dieses nicht durch äußere Umstände geöffnet wird, wie beispielsweise durch einen Sog durch Fahrtwind am Unterboden, oder ähnliches.
Darüber hinaus gibt es noch weitere alternative oder zusätzliche Schutzmöglichkeiten, um zu erreichen, dass von außen nichts eindringen kann, wie beispielsweise Staub, Wasser oder ähnliches. Diese verschiedenen weiteren Schutzmöglichkeiten sind vorliegend mit 76a, 76b, 76c, 76d, 76e und 76f bezeichnet. Beispielsweise kann die Abführleitung 64 geometrisch so geformt sein ähnlich wie ein Labyrinth 76a, sodass aufgrund der langen und geschlängelten Wegführung kein Staub, Dreck oder Spritzwasser in das Innere der Komponente 34 gelangen kann, insbesondere nicht einmal bis zur ersten Austrittsöffnung 62. Weiterhin kann der Abführschlauch 64 auch geometrisch speziell geformt sein, zum Beispiel mit einem Auslass 64a ausgebildet sein, der zum Beispiel auch gleichzeitig die zweite Austrittsöffnung 66 darstellen kann, der gleichzeitig als Staubfilter fungiert. Der Schlauch 64 hat also am Ende 64a einen dünnen Schlitz, über den Flüssigkeit 44 zwar einfach in die Umgebung 60 ausgeleitet werden kann, aber kein Staub oder ähnliches in den Schlauch 64 eindringen kann. Auch geometrische Filter 76c eignen sich als Schutzmaßnahme, ebenso wie die mit 76d bezeichnete Schutzmaßnahme, den Schlauch 64 beziehungsweise die Leitung 64 in den Innenraum 82 des Kraftfahrzeugs 28, zum Beispiel den Kofferraum, zu leiten. Als weitere Schutzmaßnahme 76e kann es vorgesehen sein, über die Leitung 64 die Flüssigkeit 44 zu einer definierten sicheren Stelle zu leiten. Dies kann eine vor Spritzwasser oder ähnlichem gut geschützte Stelle des Kraftfahrzeugs 28 sein. Besonders vorteilhaft ist es, die Flüssigkeit 44 zum Beispiel in einen Hohlkörper 84 des Fahrzeugs 28 als Schutzmaßnahme 76f einzuleiten, zum Beispiel einen Achsträger oder einen Holm oder ein anderes Karosseriebauteil oder ähnliches. Dieser Hohlkörper kann beispielsweise gleichzeitig auch als Abführleitung 64 fungieren oder die Abführleitung 64 kann an diesen Hohlkörper 84 angeschlossen sein.
Als Verschluss kann beispielsweise auch eine Klappe vorgesehen sein, die zum Beispiel vorgespannt ist. Auch diese kann aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein. Im Worst-Case-Fall kann auch eine Konstruktion vorgesehen sein, die bei einmaliger Überlastung irreversibel nachgibt, zum Beispiel ein Berstelement. Diese Schutzeinrichtungen 76 fungieren allgemein als Wastegate für den Wassereintritt und sind im Idealfall reversibel ausgestaltet. Mit anderen Worten können diese Schutzeinrichtungen 76 und im Allgemeinen die Ablaufeinrichtung 56 wiederverwendet werden und müssen nicht ersetzt werden.
So kann insgesamt vorteilhafterweise der maximale Überdruck in der Hochvoltkomponente 34 durch im Fehlerfall eintretendes Wasser 44 begrenzt werden, sodass ein Überschlag auf andere Komponenten ausgeschlossen oder stark reduziert werden kann. Durch gezielte Leitung des Wassers 44 an eine bestimmte Stelle kann auch für die Werkstatt erkennbar sein, dass ein Fehlerfall vorliegt.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Wasserschutzventil für Hochvoltkomponenten bereitgestellt werden kann. Dadurch kann die Hochvoltbatterie vor eindringendem Wasser zusätzlich geschützt werden, um dort eine thermische Reaktion aufgrund von Wassereintritt auszuschließen, sei es durch externe Einflüsse oder Schäden am Kühlsystem, zum Beispiel durch Gewalteinwirkung wie Unfall, Fehlerfall in der Komponente und so weiter. Falls eine Hochvoltkomponente, wie beispielsweise die Komponente Pulswechselrichter, in einem sehr seltenen Fehlerfall durch drückendes Kühlmittel geflutet wird, öffnet sich bevorzugt in dieser Komponente das empfindliche Überdruckventil, sodass keine weiteren Komponenten geschädigt werden können, beispielsweise durch Längswassertransfer über die Hochvoltleitungen. Die Auslassleitung des Überdruckventils ist so angebracht, dass sie in einen vor Verschmutzung und externem Wasser geschützten Raum mündet, zum Beispiel einen Innenraum des Fahrzeugs oder in hohle Bauteile wie Aggregate, Achsträger, Holme und so weiter. Gegebenenfalls können diese Bauteile mit einer Ablassschraube versehen werden zur Kontrolle oder Diagnose in Werkstätten. Auch kann die Leitung geometrisch so ausgelegt sein, dass darüber kein Wasser oder Schmutz eindringen kann, gegebenenfalls inklusive Filter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014114023 A1 [0003]

Claims

Schutzanordnung (30) für ein Kraftfahrzeug (28) zum Schutz einer Hochvoltbatterie (32) des Kraftfahrzeugs (28) vor dem Eindringen von Flüssigkeit (44), dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzanordnung (30) eine mit der Hochvoltbatterie (32) über ein Kabel (38, 72) verbindbare Komponente (34, 36) aufweist, die ein Komponentengehäuse (34a) und eine an das Komponentengehäuse (34a) angebundene Ablaufeinrichtung (56) aufweist, über welche im Falle eines Eindringens von Flüssigkeit (44) in das Komponentengehäuse (34a) die Flüssigkeit (44) in einen Umgebungsbereich (60) der Komponente (34, 36) außerhalb der Hochvoltbatterie (32) aus dem Komponentengehäuse (34a) ableitbar ist.
Schutzanordnung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufeinrichtung (56) mit einem Schutzmechanismus (76; 76a, 76b, 76c, 76d, 76e, 76f) ausgebildet ist, um ein Eindringen von Flüssigkeit (44) und/oder Schmutz in das Komponentengehäuse (34a) durch die Ablaufeinrichtung (56) zu verhindern, insbesondere wobei die Ablaufeinrichtung (56) mit mindestens einem der folgenden Schutzmechanismen (76; 76a, 76b, 76c, 76d, 76e, 76f) ausgebildet ist: - einer sich an das Komponentengehäuse (34a) anschließenden Flüssigkeitsabführleitung (64), die mehrfach gewunden ausgeführt ist, insbesondere siphonartig und/oder labyrinthartig (76a); - einer sich an das Komponentengehäuse (34a) anschließenden Flüssigkeitsabführleitung (64), die in einen vorbestimmten, geschützten Umgebungsbereich (60) des Kraftfahrzeugs (28) mündet (76e), - mit einer sich an das Komponentengehäuse (34a) anschließenden Flüssigkeitsabführleitung (64), die in einen Innenraumbereich (82) des Kraftfahrzeugs (28) mündet (76d), insbesondere in einen Bereich des Kofferraums (82) des Kraftfahrzeugs (28); - einem zumindest teilweise mit einem Hohlraum ausgebildeten Karosseriebauteil (84) und/oder Fahrwerksträger (84) und/oder Verkleidungsbauteil (84) des Kraftfahrzeugs (28), an welches bzw. welchen das Komponentengehäuse (34a) mittelbar über eine sich an das Komponentengehäuse (34a) anschließende Flüssigkeitsabführleitung (64) oder unmittelbar angeschlossen ist (76f); - einem Filter (76b, 76c); - einer Verschlusseinrichtung (74) mit nur einseitiger Öffnungsrichtung.
Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufeinrichtung (56), insbesondere als Schutzmechanismus (76; 76a, 76b, 76c, 76d, 76e, 76f), ein Ventil (74) aufweist, das selbsttätig ab einem vorbestimmten Überdruck (Δp) gegenüber einem Umgebungsdruck in der Umgebung (60) öffnet.
Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufeinrichtung (56) eine permanente Öffnung im Komponentengehäuse (34a) aufweist, aus welcher Flüssigkeit (44) aus dem Komponentengehäuse (34a) unmittelbar nach Erreichen der Öffnung abführbar ist, insbesondere unabhängig von einem Druck der Flüssigkeit (44).
Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Komponentengehäuse (34a) einen Anschluss (68) für das Kabel (38, 72) zur Hochvoltbatterie (32) aufweist, der bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Komponente (34, 36) im Kraftfahrzeug (28) höher angeordnet ist als eine durch die Ablaufeinrichtung (56) bereitgestellte erste Austrittsöffnung (62), die direkt an das Komponentengehäuse (34a) angrenzt, und/oder eine zweite Austrittsöffnung (66), die an den Umgebungsbereich (60) angrenzt, in welchen die Flüssigkeit (44) ableitbar ist.
Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (34, 36) einen Pulswechselrichter (36) darstellt.
Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzanordnung (30) eine Kühleinrichtung (40) zum Kühlen der Komponente (34, 36) aufweist, wobei die Kühleinrichtung (40) zumindest zum Teil innerhalb des Komponentengehäuses (34a) angeordnet ist oder außerhalb des Komponentengehäuses (34a) am Komponentengehäuse (34a) angeordnet ist.
Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzanordnung (30) eine Detektionseirichtung zum Detektieren eines vorbestimmten Fehlerfalls aufweist, und eine Steuereinrichtung (54), die dazu ausgelegt ist, zumindest einen ersten Kühlreislaufteil (42) welcher die Kühleinrichtung (40) umfasst, insbesondere stufenweises oder um eine vorgebbare Zeit verzögert, abzuschalten.
Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (54) dazu ausgelegt ist, einen der Hochvoltbatterie (32) zugeordneten zweiten Kühlreislaufteil (50), welcher unabhängig vom ersten Kühlkreislaufteil (42) steuerbar ist, anzuschalten oder weiter zu betreiben, insbesondere mit erhöhter oder maximaler Kühlleistung.
Kraftfahrzeug (28) mit einer Schutzanordnung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.