DE202022106939U1 - Safety device with a disconnection unit for the battery of an electrically powered motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Sicherheitsvorrichtung (1, 301) eines Antriebsstrangs (5) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (3)
mit einer Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325II, 325III),
die eine erste Steuereinheit (27, 127, 227) mit einer Recheneinheit (29, 129, 229) und mit einem Kommunikationsbusanschluss (35, 37) umfasst
und die für eine Durchleitung von elektrischer Leistung an ihre weiterführenden Kontakte (175, 175I, 175", 175III, 175IV, 175V, 275, 275I, 275", 275III, 275IV, 275V) gestaltet ist,
und mit einer zweiten Steuereinheit (31, 131, 231, 331),
wobei die erste Steuereinheit (27, 127, 227) für die Ausführung eines Messprogramms in der Recheneinheit (29, 129, 229) gestaltet ist,
durch das von den Messsensoren (179, 279) der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eingelesene Messwerte und/oder Messwerte des Traktionsakkumulators (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) in regelmäßigen Abständen aufbereitbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) dazu eingerichtet ist,
unmittelbar an einem Traktionsakkumulator (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) des Fahrzeugs (3) angebracht zu werden, wodurch elektrische Kontakte (175, 175I, 175II, 175III, 175IV, 175V, 175VII, 175VIII , 175IX , 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII) der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325II, 325III) anschließbar sind, und
die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) des Weiteren dazu eingerichtet ist, jeden angeschlossenen elektrischen Kontakt (175, 175I, 175", 175III, 175IV, 175V, 175VII, 175VIII, 175IX, 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII) vor einem unmittelbaren Zugriff zu schützen,
indem die elektrische Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) mit wenigstens zwei Trennelementen (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) ausgestattet ist,
und indem die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) dazu eingerichtet ist, an wenigstens zwei elektrischen Kontakten (17VII, 175VIII, 175IX, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII) des Traktionsakkumulators (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) zugleich angeschlossen zu werden,
und dass die Messwerte an dem Kommunikationsbusanschluss (35, 37) für die zweite Steuereinheit (31, 131, 231, 331) zur Verfügung stellbar sind,
wobei in der zweiten Steuereinheit (31, 131, 231, 331) eine Auswertelogik implementiert ist und/oder
die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) für eine selbständige Unterbrechung der Weiterleitung elektrischer Leistung in Reaktion auf von der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) ermittelte Messwerte gestaltet ist,
und dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eine Logik für ein Schalten wenigstens eines der Trennelemente (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) aufweist,
die bei einem fehlerhaften externen Befehl, die bei einem fehlerhaften Messwert, die bei einem außerhalb von Toleranzgrenzen angesiedelten Messwert und/oder die bei einem nicht vorhandenen Messwert ein Öffnen des wenigstens einen Trennelements (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) sicherstellt.

Figure DE202022106939U1_0000
Safety device (1, 301) of a drive train (5) of an electrically driven vehicle (3)
with a separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325 II , 325 III ),
which comprises a first control unit (27, 127, 227) with a computing unit (29, 129, 229) and with a communication bus connection (35, 37)
and which is designed for the transmission of electrical power to its further contacts (175, 175 I , 175", 175 III , 175 IV , 175 V , 275, 275 I , 275", 275 III , 275 IV , 275 V ),
and with a second control unit (31, 131, 231, 331),
wherein the first control unit (27, 127, 227) is designed to execute a measuring program in the computing unit (29, 129, 229),
by which the measured values read in by the measuring sensors (179, 279) of the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) and/or measured values of the traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) can be processed at regular intervals,
characterized in that
the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is designed to
to be attached directly to a traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) of the vehicle (3), whereby electrical contacts (175, 175 I , 175 II , 175 III , 175 IV , 175 V , 175 VII , 175 VIII , 175 IX , 275, 275 I , 275 II , 275 III , 275 IV , 275 V , 275 VII , 275 VIII , 275 IX , 275 X , 275 XI , 275 XII ) of the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325 II , 325 III ) can be connected, and
the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is further designed to protect each connected electrical contact (175, 175 I , 175", 175 III , 175 IV , 175 V , 175 VII , 175 VIII , 175 IX , 275, 275 I , 275 II , 275 III , 275 IV , 275 V , 275 VII , 275 VIII , 275 IX , 275 X , 275 XI , 275 XII ) from direct access,
in that the electrical separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is equipped with at least two separation elements (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ),
and in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is designed to be connected to at least two electrical contacts (17 VII , 175 VIII , 175 IX , 275 VII , 275 VIII , 275 IX , 275 X , 275 XI , 275 XII ) of the traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) at the same time,
and that the measured values can be made available at the communication bus connection (35, 37) for the second control unit (31, 131, 231, 331),
wherein an evaluation logic is implemented in the second control unit (31, 131, 231, 331) and/or
the isolating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is designed for an independent interruption of the transmission of electrical power in response to measured values determined by the isolating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ),
and that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) has a logic for switching at least one of the separation elements (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ),
which ensures opening of at least one separating element (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ) in the event of an incorrect external command, in the event of an incorrect measured value, in the event of a measured value outside of tolerance limits and/or in the event of a measured value not present.
Figure DE202022106939U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung behandelt eine Sicherheitsvorrichtung, die für die Anwendung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug entworfen worden ist.The present invention relates to a safety device designed for use in an electrically powered vehicle.

Des Weiteren behandelt die vorliegende Erfindung ein sicheres und schnelles Trennen von Hochvoltleitungen, insbesondere in einem Fehlerfall.Furthermore, the present invention deals with a safe and rapid disconnection of high-voltage lines, especially in the event of a fault.

Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt eine Sicherheitsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.In other words, the present invention relates to a safety device according to the preamble of claim 1.

Technisches GebietTechnical area

(Kraft-)Fahrzeuge, die als Antriebsmotor, der auch als Traktionsmotor adressiert wird, einen oder mehrere elektrische Motoren haben, beziehen die Antriebsenergie häufig aus „on-board-Traktionsakkumulatoren“ (vereinfacht auch als „Traktionsakkumulator bezeichnet), der im vollgeladenen Zustand Energien von, je nach Auslegung des (Kraft-)Fahrzeuges und je nach Gestaltung des Traktionsakkumulators, bis zu 300 kWh (große PKW-Systeme), gelegentlich sogar bis zu 500 kWh (LKW-System) und eventuell sogar von 700 kWh (Schwerlast-System) besitzt. Würde eine Person die elektrisch leitfähigen Kontakte eines solchen Akkumulators berühren, so dürfte, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass der Traktionsakkumulator seine elektrische Energie in Form einer Gleichspannung darbietet, die Berührung für die Person tödlich sein. Aus diesem Grund sind Antriebsstränge in Elektro-Kraftfahrzeugen so gestaltet, dass die (Sammel-)Kontakte am Traktionsakkumulator für die elektrische Versorgung des Antriebsstrangs durch eine Trennbox, die eingedeutscht auch häufig als „Battery Disconnect Unit“ (abgekürzt auch als „BDU“ bezeichnet) adressiert wird, spannungsmäßig tot gesetzt werden können.(Motor) vehicles that have one or more electric motors as a drive motor, which is also referred to as a traction motor, often obtain their drive energy from "on-board traction accumulators" (also referred to simply as "traction accumulators"), which when fully charged have energies of up to 300 kWh (large car systems), occasionally even up to 500 kWh (truck systems) and possibly even 700 kWh (heavy-duty systems), depending on the design of the (motor) vehicle and the design of the traction accumulator. If a person were to touch the electrically conductive contacts of such an accumulator, the contact could be fatal to the person, particularly due to the fact that the traction accumulator provides its electrical energy in the form of a direct current. For this reason, drive trains in electric vehicles are designed in such a way that the (collective) contacts on the traction accumulator for the electrical supply of the drive train can be de-energized by a disconnect box, which is often referred to as a “Battery Disconnect Unit” (abbreviated to “BDU”).

Eine solche Trennbox hat vorrangig die Aufgabe, im aufladungslosen Stillstand des Fahrzeugs die Hochvoltleitungen des Fahrzeugs spannungslos zu schalten, im Betrieb einen niederohmigen Kontakt von den Traktionsakkumulatoren-Kontakten zu den Hochvolt-Leitungen des Fahrzeugs zu garantieren und im Fall der elektrischen Aufladung des Traktionsakkumulators diesen niederohmigen Kontakt auch in umgekehrter Stromflussrichtung sicherzustellen.The primary task of such a separation box is to de-energize the vehicle's high-voltage lines when the vehicle is stationary without charging, to guarantee a low-resistance contact from the traction battery contacts to the vehicle's high-voltage lines during operation and, in the event of electrical charging of the traction battery, to ensure this low-resistance contact in the opposite direction of current flow.

Stand der TechnikState of the art

Dementsprechend beschäftigt sich die Schutzrechtsliteratur auch immer wieder mit „BDUs“ und ihrer Einbindung in elektrische Antriebssysteme.Accordingly, the intellectual property literature also repeatedly deals with “BDUs” and their integration into electrical drive systems.

Beispielsweise beschreibt die CN 106 786 988 A (Anmelderin: Chengdu Raja New Energy Automobile Science & Tech Co. Ltd.; Veröffentlichungstag: 31.05.2017) eine sog. „Hochvolt-Box“, angeordnet zwischen „Lade- und Entladevorrichtung“, die auf Basis einer „ursprünglichen“ Steuerlogik zum Ein-Aus-Schalten der positiven und der negativen Stromschienen dienen soll. Eingangs der Beschreibung wird das Einsatzgebiet „Schutz von „battery packs“ elektrischer Fahrzeuge" kurz angesprochen. Das Schalten soll mittels eines positiven Hauptrelais und mittels eines negativen Hauptrelais erfolgen. Allerdings wird in der CN 106 786 988 A nicht angegeben, wo genau geschaltet werden soll. Es wird lediglich erläutert, dass die Relais mittels CAN-Bus von einem Relais-Signal aus einem Batteriemanagementsystem (BMS) ansteuerbar sein sollen. Dabei setzt die Druckschrift die Komponente „BMS“ als gängige und bekannte Komponente voraus. Das „BMS“ soll alle Zustandsdaten des „battery pack“ sammeln und an eine übergeordnete Software, die auf einem „PC“ laufen soll, in Echtzeit übermitteln. In dem „PC“ sollen die Daten analysiert werden. Schaltbefehle können dann von dem PC zum BMS und dort dann zur Weitergabe durch das BMS geschickt werden. Das BMS selbst kann, um einen Schutz vor Überlastungen zu garantieren, durch ein auf ihm laufenden Anwendungsprogramm das Relais in der Hochvolt-Box unterbrechen.For example, the CN 106 786 988 A (Applicant: Chengdu Raja New Energy Automobile Science & Tech Co. Ltd.; publication date: 31.05.2017) a so-called "high-voltage box", arranged between "charging and discharging devices", which is intended to be used to switch the positive and negative busbars on and off based on an "original" control logic. At the beginning of the description, the area of application "protection of battery packs of electric vehicles" is briefly addressed. The switching is to be carried out by means of a positive main relay and a negative main relay. However, in the CN 106 786 988 A It is not stated where exactly the switching should take place. It is simply explained that the relays should be controllable by a relay signal from a battery management system (BMS) via CAN bus. The publication assumes that the "BMS" component is a common and well-known component. The "BMS" should collect all status data from the "battery pack" and transmit it in real time to a higher-level software that should run on a "PC". The data should be analyzed in the "PC". Switching commands can then be sent from the PC to the BMS and then forwarded by the BMS. The BMS itself can interrupt the relay in the high-voltage box using an application program running on it to guarantee protection against overloads.

Auch recht aufschlussreich ist die EP 3 413 392 A1 (Anmelderin: LG Chem, Ltd.; Veröffentlichungstag: 12.12.2018), die eine „BDU“ anhand ihres Anspruchs 1 beschreibt, wobei zusätzlich zu der BDU eine „control unit“ in dem Fahrzeug vorhanden sein soll, sodass über einen CAN-Bus Daten eines „battery management systems“ (abgekürzt auch als „BMS“ bezeichnet) an die „control unit“ übermittelt werden können. Das BMS soll sowohl einen Ladezustand (in der Fachwelt auch „SOC“ genannt) und einen Gesundheitszustand (in der Fachwelt auch als „SOH“ genannt) berechnen und an die Zentraleinheit „control unit“ übermitteln.Also quite informative is the EP 3 413 392 A1 (Applicant: LG Chem, Ltd.; publication date: December 12, 2018), which describes a "BDU" based on its claim 1, wherein in addition to the BDU, a "control unit" is to be present in the vehicle so that data from a "battery management system" (abbreviated to "BMS") can be transmitted to the "control unit" via a CAN bus. The BMS is to calculate both a state of charge (also known in the technical world as "SOC") and a state of health (also known in the technical world as "SOH") and transmit them to the central unit "control unit".

Des Weiteren ist die EP 3 965 207 A1 (Anmelderin: Samsung SDI Co., Ltd.; Offenlegungstag: 09.03.2022) zu erwähnen, die ebenfalls von einer vorhandenen BDU und von einem vorhandenen „battery system management“ (statt „BMS“ nennt die EP 3 96 207 A1 jene Elektronikeinheit „BSM“) ausgeht. In Anbetracht der in den zurückliegenden Jahren sich kontinuierlich erhöhenden Leistungen, die über die BDU geführt werden sollen, meint die EP 3 965 207 A1 , die BDU müsse mit einem Tragplattensystem ausgestattet werden, damit aufgrund dieses Tragplattensystems eine Kühlflüssigkeit die BDU zum Kühlen durchströmen könne.Furthermore, the EP 3 965 207 A1 (Applicant: Samsung SDI Co., Ltd.; Disclosure date: 09.03.2022), which also relies on an existing BDU and an existing “battery system management” (instead of “BMS” the EP 3 96 207 A1 that electronic unit “BSM”). In view of the continuously increasing services to be managed via the BDU in recent years, the EP 3 965 207 A1 , the BDU must be equipped with a support plate system so that a cooling liquid can flow through the BDU for cooling purposes.

Die US 2022/278 520 A1 (Anmelderin: Melexis Technologies SA; Offenlegungstag: 01.09.2022) stellt einen Kontaktierer vor, der in vergleichbaren Schutzrechten üblicherweise als BDU bezeichnet wird. Der Kontaktierer soll dafür ausgelegt sein, Spannungen von bis zu 800 V und Ströme von bis zu 3.000 Ampere durchleiten zu können (also bis zu 2,4 MW). Weil solche Energien eine immanente Gefahr für die Passagiere eines Fahrzeugs darstellen, in dem eine diese Energien liefernde Batterie verbaut ist, soll der Kontaktierer Fehlfunktionen innerhalb von 5 ms unterbinden können. Die Hochvolt-Strecke des Kontaktierers wird mit einem magnetischen Sensor überwacht. An der Batterie ist unmittelbar ein BMS vorgesehen. Der Kontaktierer soll mit einer externen elektronischen Kontrolleinheit kommunizieren. Die Batterieüberwachung erfolgt also, wie in vielen anderen Energieversorgungssystemen für Kraftfahrzeuge, batterienah durch ein BMS. Im Fall einer Fehlfunktion soll der Kontaktierer nur einen Hochvolt-Schalter schalten können.The US 2022/278 520 A1 (Applicant: Melexis Technologies SA; Disclosure date: 01.09.2022) presents a contactor, which is usually referred to as a BDU in comparable protective rights. The contactor is designed to be able to pass voltages of up to 800 V and currents of up to 3,000 amperes (i.e. up to 2.4 MW). Because such energies represent an inherent danger for the passengers of a vehicle in which a battery that supplies these energies is installed, the contactor is supposed to be able to prevent malfunctions within 5 ms. The high-voltage section of the contactor is monitored with a magnetic sensor. A BMS is provided directly on the battery. The contactor is supposed to communicate with an external electronic control unit. The battery is therefore monitored close to the battery by a BMS, as in many other energy supply systems for motor vehicles. In the event of a malfunction, the contactor is only supposed to be able to switch a high-voltage switch.

Einen weiteren interessanten Stand der Technik stellt die DE 10 2004 051 489 B4 (Inhaberin: Kromberg & Schubert GmbH & Co. KG; Veröffentlichungstag: 17.08.2006) dar. Eine in der DE 10 2004 051 489 B4 beschriebene intelligente Sicherheits-Anschlussvorrichtung, die als einteiliges Element ausgebildet sein soll, soll kraftschlüssig mit dem einen Batteriepol „Plus-Pol“ verbunden werden. Die Anschlussvorrichtung soll Teil eines elektrischen Moduls sein, das eine Messschaltung für das Messen einer anliegenden Spannung umfasst, wobei Messdaten eines messtechnisch erfassten, durchfließenden Stroms an eine Auswerte- bzw. Steuereinheit weitergeleitet werden sollen. Mindestens ein elektrischer Schalter soll zum lösbaren Kontaktieren eines abgehenden elektrischen Leiters in der Anschlussvorrichtung integriert sein, es wird aber auch von mehreren vorhandenen Halbleiterschaltelementen in der Beschreibung gesprochen. Eine externe Einheit soll Informationen bereitstellen können, die zur Ansteuerung des wenigstens einen Schalters dienen soll. Eine Verbindung zwischen der externen Einheit und dem elektrischen Modul kann als LIN-Bus oder CAN-Bus ausgebildet sein. Mit einem solchen elektrischen Modul kann nur ein Pol weggeschaltet werden. Die Batterie bleibt über den anderen Pol mit dem restlichen Fahrzeug elektrisch verbunden.Another interesting state of the art is the EN 10 2004 051 489 B4 (Owner: Kromberg & Schubert GmbH & Co. KG; Date of publication: 17.08.2006). EN 10 2004 051 489 B4 The intelligent safety connection device described, which is to be designed as a one-piece element, is to be connected in a force-locking manner to one of the battery poles (the "positive pole"). The connection device is to be part of an electrical module that includes a measuring circuit for measuring an applied voltage, with measurement data of a measured current flowing through being forwarded to an evaluation or control unit. At least one electrical switch is to be integrated in the connection device for detachably contacting an outgoing electrical conductor, but the description also mentions several existing semiconductor switching elements. An external unit is to be able to provide information that is to be used to control the at least one switch. A connection between the external unit and the electrical module can be designed as a LIN bus or CAN bus. With such an electrical module, only one pole can be switched off. The battery remains electrically connected to the rest of the vehicle via the other pole.

Die zuvor genannten Druckschriften gelten mit ihrer Benennung als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert. Hierdurch soll vermieden werden, dass erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge zwischen „Batterie-Pol“, „BDU“, „BMS“, „zentralem Steuergerät“, „Hochvolt-Box“ und ihren Anschlüssen und Schnittstellen erörtert werden müssen, sondern die Begriffe wie „BDU“, „BMS“ bzw. „BSM“, „zentrales Steuergerät“ und „Hochvolt-Box“ sollen durch Verweis auf die Druckschriften als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung angesehen werden dürfen.The aforementioned publications are deemed to be fully incorporated into the present invention description by their naming. This is to avoid having to discuss again and repeatedly the generally known relationships between "battery pole", "BDU", "BMS", "central control unit", "high-voltage box" and their connections and interfaces, but rather the terms such as "BDU", "BMS" or "BSM", "central control unit" and "high-voltage box" should be viewed as also being defined for the present invention by reference to the publications.

Die EP 3 890 059 A1 (Anmelderin: Samsung SDI Co., Ltd.; Veröffentlichungstag: 06.10.2021) stellt in ihrer einzigen Figur ein Batteriesystem vor, das ein Batteriepack und eine BDU („battery disconnect unit“) umfassen soll. Die BDU hat einen Hochvoltabschnitt und einen Niedervoltabschnitt. Eine Echtzeituhr soll im Niedervoltabschnitt eingebaut sein, aber auch aus dem Hochvoltabschnitt, neben dem Niedervoltabschnitt, versorgt werden. Auf diese Weise könne dem Batteriesystemmanagement eine richtige Uhrzeit zur Verfügung gestellt werden, die sozusagen die Systemzeit für das gesamte Batteriesystem ist.The EP 3 890 059 A1 (Applicant: Samsung SDI Co., Ltd.; publication date: October 6, 2021) presents in its only figure a battery system that is to include a battery pack and a BDU ("battery disconnect unit"). The BDU has a high-voltage section and a low-voltage section. A real-time clock is to be installed in the low-voltage section, but also supplied from the high-voltage section, in addition to the low-voltage section. In this way, the battery system management can be provided with the correct time, which is, so to speak, the system time for the entire battery system.

Die DE 10 2014 202 504 A1 (Anmelderin: Robert Bosch GmbH; Veröffentlichungstag: 13.08.2015) stellt eine Trenneinheit vor, die durch wenigstens ein Schaltmodul, durch wenigstens ein Erfassungsmodul und durch wenigstens ein Steuermodul, also durch drei Module modular realisiert sein soll. Sowohl zum Schaltmodul als auch zum Erfassungsmodul werden verschiedene, recht einfache Schaltungen variiert. Die Trenneinheit soll außerdem wenigstens eine Schnittstelle besitzen, über die mit einer weiteren Steuereinheit kommuniziert werden kann. Das modulare Schaltungskonzept soll den Verdrahtungsaufwand der Trenneinheit reduzieren.The EN 10 2014 202 504 A1 (Applicant: Robert Bosch GmbH; publication date: August 13, 2015) presents a separation unit that is to be implemented in a modular manner using at least one switching module, at least one detection module and at least one control module, i.e. three modules. Various, fairly simple circuits are used for both the switching module and the detection module. The separation unit is also to have at least one interface that can be used to communicate with another control unit. The modular circuit concept is intended to reduce the wiring effort for the separation unit.

Die CN 105 392 674 A (Anmelderin: TS CORPORATION; Veröffentlichungstag: 03.09.2016) stellt ein Energieversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs vor, das ein Batteriemanagementsystem und eine Trenneinheit umfasst. Die Logik zur Überwachung der Zellen des Batteriepacks soll in dem Batteriemanagementsystem liegen. Die Trennbox soll extern angeordnet werden, was auch anhand von 8 der CN 105 392 674 A zu sehen sei.The CN 105 392 674 A (Applicant: TS CORPORATION; publication date: 03.09.2016) presents a power supply system for a motor vehicle that includes a battery management system and a separation unit. The logic for monitoring the cells of the battery pack is to be located in the battery management system. The separation box is to be arranged externally, which can also be demonstrated using 8th the CN 105 392 674 A can be seen.

Die CN 112 550 067 A (Anmelderin: Shanghai G Pulse Tech Co. Ltd.; Veröffentlichungstag: 26.03.2021) ist derart abgefasst, dass sie weder sehr konkret noch äußerst abstrahiert eine „battery disconnect unit“ („BDU“) behandelt. Ein Schwerpunkt der chinesischen Anmeldung ist die Anordnung von Batterieüberwachungseinheiten in einer Daisy-Chain-Serienschaltung, zu der parallel zum ersten Daisy-Chain-Knoten eine „Parameter-Akquisitions-Einheit“ zu platzieren sei. Ein Bus zwischen einem Port A und einem Port B soll als zweipoliger „Daisy-Chain-Bus“ ausgeführt sein, folglich muss es „wenigstens zwei elektrischen Kontakten“ in einer in der CN 112 550 067 A beschriebenen Vorrichtung geben.The CN112 550 067 A (Applicant: Shanghai G Pulse Tech Co. Ltd.; publication date: March 26, 2021) is drafted in such a way that it deals with a "battery disconnect unit"("BDU") neither very concretely nor extremely abstractly. One focus of the Chinese application is the arrangement of battery monitoring units in a daisy chain series circuit, to which a "parameter acquisition unit" is to be placed parallel to the first daisy chain node. A bus between a port A and a port B is to be designed as a two-pole "daisy chain bus", consequently there must be "at least two electrical contacts" in a CN112 550 067 A described device.

Die DE 10 2011 086 495 A1 (Anmelderin: Continental Automotive GmbH; Veröffentlichungstag: 16.05.2013) behandelt in ihrer allgemeinen Erfindungsbeschreibung zahlreiche Fehlerfälle für „ihre Schütze“, wie „Überstrombelastungen“, wie „zu geringe Isolationswiderstände“ oder wie „Masseschleifen“, und überträgt dann jene allgemeine Ausführungen auf zwei, in den 1 und 2 gezeigten „Ausführungsvarianten“. Über beiden Varianten der DE 10 2011 086 495 A1 , jener in der 1 dargestellten und jener in der 2 dargestellten, stehen die in der allgemeinen Erfindungsbeschreibung benutzten Schlagworte „aus Sicherheitsgründen eine Schalteinrichtung vorzusehende“ „Elektromechanik-Box“. Das zweite Ausführungsbeispiel, das in 2 dargestellt ist, behandelt eine „Elektromechanik-Box“, bei der die in jener Patentanmeldung so bezeichnete „aufwendigere“ Elektronik einer Mikrokontrollereinheit in einer zentralen Rechnereinheit im Energiespeicher platziert ist. In der in 1 gezeigten Variante soll die zentrale Rechnereinheit zur Auswertung von Messungen in der „Elektromechanik-Box“ angeordnet sein. In beiden Ausführungsbeispielen wird die „Elektromechanik-Box“ nicht unmittelbar an dem Traktionsakkumulator des Fahrzeugs angebracht. Tatsächlich zeigen die Figuren sogar absetzende Leitungen zwischen Akkumulator und „Elektromechanik-Box“. Trotz des in den Vordergrund gerückten Themas „Sicherheit“ scheinen daher immer noch zahlreiche weitere Maßnahmen notwendig zu sein, um die in der DE 10 2011 086 495 A1 behandelte „Elektromechanik-Box“ sowie die elektrische Energieversorgung des Antriebsstrangs sicherer zu gestalten.The EN 10 2011 086 495 A1 (Applicant: Continental Automotive GmbH; publication date: 16.05.2013) deals in its general Invention description numerous fault cases for “their contactors”, such as “overcurrent loads”, “insulation resistance too low” or “ground loops”, and then transfers these general statements to two, in the 1 and 2 shown “version variants”. Above both variants of the EN 10 2011 086 495 A1 , that in the 1 shown and that in the 2 The keywords used in the general description of the invention are “for safety reasons a switching device must be provided” and “electromechanical box”. The second embodiment, which is shown in 2 deals with an “electromechanical box” in which the “more complex” electronics of a microcontroller unit, as described in that patent application, are placed in a central computer unit in the energy storage device. In the 1 In the variant shown, the central computer unit for evaluating measurements is to be arranged in the "electromechanical box". In both embodiments, the "electromechanical box" is not attached directly to the traction battery of the vehicle. In fact, the figures even show separate cables between the battery and the "electromechanical box". Despite the focus on "safety", numerous other measures still seem to be necessary to ensure the EN 10 2011 086 495 A1 treated “electromechanical box” and the electrical energy supply of the drive train to be made safer.

AufgabenstellungTask

Aus Sicherheitserwägungen ist eine BDU („Battery Disconnect Unit“ bzw. Trennbox) in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen wünschenswert. Hierbei gehen aber erhebliche Entwicklungsressourcen darauf, die einzelnen Komponenten eines Antriebstrangs eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs aufeinander abzustimmen. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass jede Komponente (z. B. eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit) ihre proprietären Anschlüsse, Schnittstellen und Software-Module haben.For safety reasons, a BDU (Battery Disconnect Unit) is desirable in electrically powered vehicles. However, considerable development resources are spent on coordinating the individual components of a powertrain of an electrically powered vehicle. This can be attributed to the fact that each component (e.g. a first control unit and a second control unit) has its own proprietary connections, interfaces and software modules.

Wünschenswert wäre es, eine zuverlässige BDU zu besitzen, die eingebunden in eine Steuergeräteschar es den übrigen Steuergeräten (Steuereinheiten) erlaubt, ihre proprietären Funktionen vollumfassend wahrzunehmen, aber trotzdem zahlreiche Risiken und Gefahren, insbesondere für Passagiere, Fahrer und Mechaniker des Kraftfahrzeugs, abzufangen.It would be desirable to have a reliable BDU which, when integrated into a group of control units, allows the other control units (control units) to fully perform their proprietary functions, but still intercepts numerous risks and dangers, especially for passengers, drivers and mechanics of the vehicle.

ErfindungsbeschreibungDescription of the invention

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The object of the invention is achieved by a safety device according to claim 1. Advantageous further developments can be found in the dependent claims.

Wie eingangs angesprochen, bedürfen elektrisch angetriebene (Kraft-)Fahrzeuge einer Sicherheitsvorrichtung, damit die großen elektrischen Energien, die in dem Traktionsakkumulator, wenn dieser geladen ist, gespeichert sind, nicht unkontrolliert abgegeben werden können. Hierfür hat das Fahrzeug eine Trennbox, die vorzugsweise unmittelbar an dem Traktionsakkumulator angeschlossen ist und hierdurch eine direkte Berührung der Pole (sowohl Plus-Pol als auch Minus-Pol) bzw. der Kontakte des Traktionsakkumulators verhindert.As mentioned at the beginning, electrically powered (motor) vehicles require a safety device to prevent the large amounts of electrical energy stored in the traction battery when it is charged from being released in an uncontrolled manner. For this purpose, the vehicle has a separation box, which is preferably connected directly to the traction battery and thus prevents direct contact between the poles (both positive and negative poles) or the contacts of the traction battery.

Die Trennbox umfasst eine Recheneinheit. Zu der Trennbox gehört auch ein Kommunikationsbusanschluss, an dem ein Kommunikationsbus, wie z. B. ein CAN-Bus, angeschlossen werden kann. Die Recheneinheit ist vorteilhafterweise Teil einer größeren Steuereinheit, zu der z. B. auch Messeingänge und elektrisch zu betätigende Aktuatoren gehören können.The separation box includes a computing unit. The separation box also includes a communication bus connection to which a communication bus, such as a CAN bus, can be connected. The computing unit is advantageously part of a larger control unit, which can also include measuring inputs and electrically operated actuators, for example.

Die Trennbox ist, wie gesagt, so gestaltet, dass sie unmittelbar an Polen bzw. Kontakten des Traktionsakkumulators angebracht werden kann. Durch die Präsenz der Trennbox werden die Kontakte des Traktionsakkumulators verdeckt. Eine unmittelbare Berührung der Kontakte des Traktionsakkumulators wird durch die Trennbox verhindert. Somit ist eine unmittelbare Berührung der Kontakte des Traktionsakkumulators für einen Menschen nicht mehr möglich, solange die Trennbox am Traktionsakkumulator befestigt ist.As mentioned, the separation box is designed in such a way that it can be attached directly to the poles or contacts of the traction battery. The presence of the separation box covers the contacts of the traction battery. The separation box prevents direct contact with the contacts of the traction battery. This means that a person cannot directly touch the contacts of the traction battery as long as the separation box is attached to the traction battery.

Eine der Aufgaben der Trennbox ist es, elektrische Energie bzw. elektrische Leistung aus dem Traktionsakkumulator an elektrische Verbraucher, wie z. B. an einen oder an mehrere Antriebsmotoren, weiterzuleiten bzw. durch sich durchzuleiten.One of the tasks of the separation box is to transfer electrical energy or electrical power from the traction accumulator to electrical consumers, such as one or more drive motors, or to pass it through itself.

Außerdem kann die Trennbox Messwerte ermitteln, speichern, verarbeiten, aufbereiten und weitergeben, insbesondere über den Kommunikationsbus, der am Kommunikationsbusanschluss angeschlossen ist.In addition, the isolation box can determine, store, process, prepare and transmit measured values, in particular via the communication bus connected to the communication bus connection.

Soll die Trennbox die elektrische Energie nach außen nicht weiterleiten, so kann die Trennbox ihre Trennelemente (geeignete Trennelemente sind Schütze, Leistungsschalter, MOS-Fets, IGBTs oder dergleichen) in einen Schaltzustand versetzen, durch den eine Unterbrechung zwischen den primären Kontakten des Traktionsakkumulators und den Kontakten zur Weiterleitung der Hochspannung an Geräte außerhalb der Trennbox hergestellt ist. Anlässe für eine Unterbrechung der Verbindung von den Polanschlüssen zu den abgangsseitigen Anschlüssen der Trennbox können in der Trennbox selbst ermittelt werden, z. B. anhand von Messwerten (bzw. jedes einzelnen Messwerts), die (bzw. der) außerhalb eines akzeptablen Messbereichs liegen (liegt). Die Trennbox kann aber auch auf Ansteuerungen über den Kommunikationsbus reagieren und aufgrund von Leistungsanforderungen, aufgrund von Sicherheitsanforderungen oder aufgrund eines beabsichtigten Schutzes für den Traktionsakkumulator zumindest ein Trennelement, idealerweise alle Trennelemente, unterbrechen.If the isolating box is not intended to pass on the electrical energy to the outside, the isolating box can put its isolating elements (suitable isolating elements are contactors, circuit breakers, MOS-FETs, IGBTs or similar) into a switching state that creates an interruption between the primary contacts of the traction battery and the contacts for passing on the high voltage to devices outside the isolating box. Reasons for an interruption of the connection from the pole connections to the output-side connections of the isolating box can be found in the isolating box. be determined by the user, e.g. based on measured values (or each individual measured value) that are outside an acceptable measuring range. The isolation box can also respond to commands via the communication bus and interrupt at least one isolation element, ideally all isolation elements, due to performance requirements, safety requirements or due to intended protection for the traction battery.

Bei Kraftfahrzeugen größerer Leistungsklassen („SUVs“, „Transportern“ oder „Schwerlastfahrzeugen“) sollte die übertragbare und somit auch schaltbare Leistung im Kilo-Watt-Bereich, wenn nicht sogar im Mega-Watt-Bereich liegen. Die Trennbox sollte also in der Lage sein, eine sichere Trennung von elektrischen Leistungen ihrer Leistungsklasse durchzuführen (z. B. im Kilo-Watt-Bereich oder z. B. im Mega-Watt-Bereich).For motor vehicles of larger power classes ("SUVs", "vans" or "heavy-duty vehicles"), the transferable and thus switchable power should be in the kilowatt range, if not even in the megawatt range. The separation box should therefore be able to carry out a safe separation of electrical power in its power class (e.g. in the kilowatt range or e.g. in the megawatt range).

Weil ein möglichst einfaches, aber zugleich zuverlässiges Messprogramm in der Recheneinheit abläuft, kann die erste Steuereinheit zuverlässige Messdaten, die zudem äußerst aktuell sind, wenn das Messprogramm möglichst abgespeckt ist, über den Kommunikationsbus den anderen Geräten am Kommunikationsbus zur Verfügung stellen. So können im Millisekundenbereich alle Messdaten mit ihren ggf. stabilisierten und auf Plausibilität geprüften Messwerten auf den Kommunikationsbus gelegt werden. Die erste Steuereinheit stellt allen Steuereinheiten am Kommunikationsbus die Messdaten zur Verfügung. Es obliegt der zweiten (und ggf. dritten sowie eventuell vierten) Steuereinheit, die Messwerte und Messdaten zu verwenden, die die zweite Steuereinheit für ihre Berechnungen, Vorhersagen und Zustandsbeobachtungen benötigt (z. B. Ladungszustand des Akkumulators („SOC“), z. B. Gesundheitszustand des Akkumulators („SOH“)).Because the computer unit runs a measurement program that is as simple as possible but at the same time reliable, the first control unit can provide reliable measurement data, which is also extremely up-to-date if the measurement program is as stripped down as possible, to the other devices on the communication bus via the communication bus. In this way, all measurement data, with their measured values stabilized if necessary and checked for plausibility, can be placed on the communication bus within milliseconds. The first control unit makes the measurement data available to all control units on the communication bus. It is up to the second (and possibly third and possibly fourth) control unit to use the measured values and measurement data that the second control unit needs for its calculations, predictions and status observations (e.g. state of charge of the battery ("SOC"), e.g. state of health of the battery ("SOH")).

Mit anderen Worten, zu der Sicherheitsvorrichtung, die für eine elektrische Sicherheit in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug zuständig ist, gehört eine Trennbox und eine zweite Steuereinheit. Die Sicherheitsvorrichtung umfasst die Trennbox und die zweite Steuereinheit. Die erste Steuereinheit ist Teil der Trennbox.In other words, the safety device responsible for electrical safety in an electrically powered vehicle includes a separation box and a second control unit. The safety device comprises the separation box and the second control unit. The first control unit is part of the separation box.

Zu der ersten Steuereinheit, die ein Teil der Trennbox ist, gehören eine Recheneinheit, in der Steuerungsprogramme ablaufen können, und einen Kommunikationsbusanschluss. Die erste Steuereinheit umfasst eine Recheneinheit und einen Kommunikationsbusanschluss. Die Recheneinheit kann z. B. durch einen Mikrokontroller gebildet sein.The first control unit, which is part of the separation box, includes a computing unit in which control programs can run and a communication bus connection. The first control unit comprises a computing unit and a communication bus connection. The computing unit can be formed by a microcontroller, for example.

Die Trennbox ist so gestaltet, dass die Trennbox an dem Traktionsakkumulator angeschlossen werden kann. Die Trennbox ist dazu eingerichtet, unmittelbar an einem Traktionsakkumulator des Fahrzeugs angebracht zu werden. Hierdurch kann jeder der angeschlossenen elektrischen Kontakte vor einem unmittelbaren Zugriff geschützt werden. Elektrisch abgekoppelt sind die Kontakte (bzw. die Pole) des Traktionsakkumulators, wenn die elektrische Trennbox mit wenigstens zwei Trennelementen (z. B. IGBTs oder z. B. MOS-Fets) ausgestattet ist.The separation box is designed so that the separation box can be connected to the traction battery. The separation box is designed to be attached directly to a traction battery of the vehicle. This means that each of the connected electrical contacts can be protected from direct access. The contacts (or the poles) of the traction battery are electrically decoupled if the electrical separation box is equipped with at least two separation elements (e.g. IGBTs or MOS-FETs).

Sind die Trennelemente in einem geschlossenen Schaltzustand, sind diese für eine Durchleitung von elektrischer Leistung an ihre weiterführenden Kontakte da. Die Trennbox kann in den Schaltzustand „geschlossen“ gebracht werden. Die Trennbox ist derart gestaltet, dass elektrische Energie durch die Trennbox fließen kann.If the isolating elements are in a closed switching state, they are there to pass electrical power to their further contacts. The isolating box can be put into the "closed" switching state. The isolating box is designed in such a way that electrical energy can flow through the isolating box.

Außerdem gibt es eine zweite Steuereinheit. Die Sicherheitsvorrichtung ist mit einer zweiten Steuereinheit ausgestattet; zu der Sicherheitsvorrichtung gehört eine zweite Steuereinheit. In der zweiten Steuereinheit ist vorteilhafterweise eine Auswertelogik implementiert.There is also a second control unit. The safety device is equipped with a second control unit; the safety device includes a second control unit. An evaluation logic is advantageously implemented in the second control unit.

Die Trennbox ist vorteilhafterweise so programmiert, dass sie eine selbständige Unterbrechung durchführen kann. Bei einer Unterbrechung kann keine Weiterleitung elektrischer Leistung erfolgen. Die Unterbrechung kann in Reaktion auf einen oder mehrere von der Trennbox ermittelten Messwerte erfolgen.The isolation box is advantageously programmed in such a way that it can carry out an independent interruption. In the event of an interruption, electrical power cannot be transmitted. The interruption can occur in response to one or more measured values determined by the isolation box.

Vorteilhafterweise ist die Trennbox mit wenigstens zwei Anschlüssen für das zeitgleiche Anschließen an wenigstens zwei elektrischen Kontakten des Traktionsakkumulators ausgestattet. Die Trennbox soll zugleich alle Pole des Traktionsakkumulators abdecken. Die Trennbox ist für ein allseitiges Anschließen gestaltet.The separation box is advantageously equipped with at least two connections for simultaneous connection to at least two electrical contacts of the traction battery. The separation box should simultaneously cover all poles of the traction battery. The separation box is designed for connection from all sides.

Die erste Steuereinheit ist, wie zuvor schon angeklungen, für die Ausführung eines Messprogramms in der Recheneinheit gestaltet. Durch das Messprogramm wird die Trennbox in die Lage versetzt, die Messsensoren der Trennbox und/oder die Messsensoren des Traktionsakkumulators in regelmäßigen Abständen einzulesen. Die Messwerte werden eingelesen, damit sie an dem Kommunikationsbusanschluss als Messwerte für die zweite Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden.As mentioned above, the first control unit is designed to run a measuring program in the computing unit. The measuring program enables the separation box to read the measuring sensors of the separation box and/or the measuring sensors of the traction accumulator at regular intervals. The measured values are read in so that they are made available at the communication bus connection as measured values for the second control unit.

Die Trennbox weist eine Logik für ein Schalten wenigstens eines der Trennelemente auf. Wird eine ungünstige oder gefährliche oder unerwünschte Situationen oder ein entsprechender Zustand detektiert, z. B. ein fehlerhafter externer Befehl, z. B. ein fehlerhafter Messwert, z. B. ein außerhalb von Toleranzgrenzen angesiedelter Messwert und/oder z. B. ein Fehlen eines Messwerts (nicht vorhandener Messwert), so ist ein Öffnen des wenigstens einen Trennelements sichergestellt.The isolation box has a logic for switching at least one of the isolation elements. If an unfavorable or dangerous or undesirable situation or a corresponding state is detected, e.g. a faulty external command, e.g. a faulty measured value, e.g. a measured value outside of tolerance limits and/or e.g. a missing measured value (non-existent measured value), the opening of at least one separating element is ensured.

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.Below, advantageous embodiments and further developments are set out which, viewed individually or in combination, can also reveal inventive aspects.

Vorteilhafterweise ist die zweite Steuereinheit ein Niedervoltsteuergerät. Ein Niedervoltsteuergerät schafft die Möglichkeit, dass das Niedervoltsteuergerät für den Betrieb mit einer Niedervoltversorgungsspannung und für Niedervolteingangsspannungen an den Schnittstellen und Ports konzipiert ist. Günstige Spannungswertebereiche sind 0 Volt bis 5 Volt, 0 Volt bis 12 Volt oder 0 Volt bis 24 Volt. In diesem Wertebereich bewegen sich die Spannungen, die der zweiten Steuereinheit von außerhalb (also an den Anschlüssen) zur Verfügung gestellt werden können und die an Ausgängen der zweiten Steuereinheit anliegen bzw. zur Verfügung gestellt werden können. Mit anderen Worten, die zweite Steuereinheit ist ein Niedervoltsteuergerät, das vorzugsweise in einem Spannungsfeld bis in den Spannungsvoltwert von maximal 60 Volt, idealerweise von weniger als 24 Volt, operiert.The second control unit is advantageously a low-voltage control device. A low-voltage control device makes it possible for the low-voltage control device to be designed for operation with a low-voltage supply voltage and for low-voltage input voltages at the interfaces and ports. Favorable voltage ranges are 0 volts to 5 volts, 0 volts to 12 volts or 0 volts to 24 volts. The voltages that can be made available to the second control unit from outside (i.e. at the connections) and that are present or can be made available at the outputs of the second control unit are in this value range. In other words, the second control unit is a low-voltage control device that preferably operates in a voltage field up to a maximum voltage value of 60 volts, ideally less than 24 volts.

Die hierin vorgestellte technische Lösung trägt dazu bei, dass die zweite Steuereinheit eine peripheriefreie Steuereinheit sein kann. Die hierin vorgestellte technische Lösung trägt - in einer abgemilderten Ausführungsvariante - zumindest zur Reduktion der Eingänge und der Ausgänge an der zweiten Steuereinheit bei. Weil die zweite Steuereinheit aber noch andere Aufgaben wahrnehmen kann (neben der Funktion, eine Plattform für eine Auswertelogik zu sein), können die anderen Aufgaben und Funktionen eventuell Eingänge und Ausgänge an der zweiten Steuereinheit erfordern, z. B. wenn die zweite Steuereinheit (auch) ein Thermomanagementgerät ist. Die zweite Steuereinheit kann - in einer extremen Auslegung bzw. Designgestaltung - ohne jegliche Eingänge und Ausgänge (mit Ausnahme von Kommunikationsbusanschlüssen) gestaltet sein. Die Messwerte des Traktionsakkumulators und die Messwerte der Trennbox werden in der Trennbox aufbereitet. Aus diesem Grund benötigt die zweite Steuereinheit keine Eingänge, über die unmittelbar Messwerte des Traktionsakkumulators gemessen werden. Die Trennelemente werden von der Trennbox bedient bzw. betätigt. Somit kann die zweite Steuereinheit auch bei den Aktuatorenausgängen reduziert ausgeführt sein, z. B. keine Treiber zur Betätigung der Trennschalter. Die zweite Steuereinheit ist, wenn an Hardware-Ressourcen zu sparen ist, ein schaltausgangsfreies, insbesondere keine Treiber für Schaltausgänge aufweisendes, vorzugsweise ohne Aktuatorenschalter aufgebautes, Steuergerät. Soll die zweite Steuereinheit aber andere Aufgaben neben ihrer Funktion, eine Plattform für eine Auswertelogik zu sein, wahrnehmen, so kann die Steuereinheit hierfür die benötigten Aus- und Eingänge besitzen. Aufgrund der Funktion der Trennbox als Schnittstellengerät zur Erfassung der Messsignale der Hochvoltleitungen und des Traktionsakkumulators, können die weiteren Steuereinheiten von diesen Eingängen und Ausgängen entbunden bzw. entlastet sein.The technical solution presented here contributes to the second control unit being a peripheral-free control unit. The technical solution presented here contributes - in a mitigated version - at least to reducing the number of inputs and outputs on the second control unit. However, because the second control unit can also perform other tasks (in addition to the function of being a platform for evaluation logic), the other tasks and functions may require inputs and outputs on the second control unit, e.g. if the second control unit is (also) a thermal management device. The second control unit can - in an extreme design - be designed without any inputs or outputs (with the exception of communication bus connections). The measured values of the traction accumulator and the measured values of the separation box are processed in the separation box. For this reason, the second control unit does not need any inputs via which measured values of the traction accumulator are measured directly. The separation elements are operated or actuated by the separation box. This means that the second control unit can also have a reduced actuator output, e.g. no drivers for operating the isolating switches. If hardware resources are to be saved, the second control unit is a control unit without switching outputs, in particular one with no drivers for switching outputs, and preferably without actuator switches. However, if the second control unit is to perform other tasks in addition to its function of being a platform for evaluation logic, the control unit can have the required outputs and inputs for this. Due to the function of the isolating box as an interface device for recording the measurement signals from the high-voltage lines and the traction accumulator, the other control units can be released from or relieved of these inputs and outputs.

Neben einer Niedervoltgruppe, d. h. einer Baugruppe für Niedervoltspannungen, hat die Trennbox, anders als idealerweise die zweite Steuereinheit, einen Hochvoltteil, in dem elektrische Spannungen in einem Bereich von mehr als 60 Volt geführt werden können. Die Trennbox umfasst einen Hochvoltteil, also einen Teil für elektrische Spannungen in einem Bereich von mehr als 60 Volt. Wird das Niedervoltteil bzw. die Niedervoltgruppe aus einer eigenen Batterie bzw. einem eigenen Akkumulator versorgt, so kann die Trennbox, zumindest die Steuereinheit in der Trennbox, zu einem Zeitpunkt bereits Messungen und Überwachungen durchführen, zu der die Hochvoltleitungen und damit viele Bereiche des Fahrzeug noch spannungslos sind.In addition to a low-voltage group, i.e. a component for low voltages, the isolation box, unlike the ideal second control unit, has a high-voltage part in which electrical voltages in a range of more than 60 volts can be conducted. The isolation box includes a high-voltage part, i.e. a part for electrical voltages in a range of more than 60 volts. If the low-voltage part or the low-voltage group is supplied from its own battery or accumulator, the isolation box, or at least the control unit in the isolation box, can carry out measurements and monitoring at a time when the high-voltage lines and thus many areas of the vehicle are still de-energized.

Die Rechenvorgänge, die innerhalb der Sicherheitsvorrichtung abgewickelt bzw. durchgeführt (es kann auch gesagt werden: vorgenommen) werden, können in hochsicherheitsrelevante Vorgänge auf der einen Seite und in Berechnungen, Algorithmen und Vorgänge auf der anderen Seite unterteilt werden, die Zusatzinformationen erzeugen, ermitteln, bestimmen oder auf diesen Vorgängen, Berechnungen und Algorithmen Entscheidungen basieren. Eine derart gestaltete Auswertelogik, die in der zweiten Steuereinheit ablaufen kann, ist eine Auswertelogik, die eine Berechnung zu einem Ladungszustand des Traktionsakkumulators (was häufig durch „SOC des Akkumulators“ abgekürzt wird) oder seiner Zellen (was häufig durch „SOC einer Akkumulatorzelle“ abgekürzt wird) durchführt. Eine weitere Berechnung, die mithilfe einer Auswertelogik in der zweiten Steuereinheit durchgeführt werden kann, ist eine Gesundheitszustandsberechnung (was häufig durch „SOH“ abgekürzt wird). Die für die Berechnung notwendigen Messwerte des Traktionsakkumulators und seiner (Akkumulator-)Zellen werden mithilfe der Trennbox über den Kommunikationsbus der zweiten Steuereinheit (und damit allen am Bus angeschlossenen Steuereinheiten) zur Verfügung gestellt. Natürlich können solche Berechnungen auch in einer dritten, falls vorhandenen, Steuereinheit (oder sogar in einer vierten vorhandenen Steuereinheit) durchgeführt werden. Als zweite Steuereinheit kann z. B. ein zentrales Fahrzeugsteuergerät (auch häufig als VCU abgekürzt) benutzt werden; während einzelne Zustandsberechnungen, Darstellungsweisen und Eingabeschnittstellen über ein Informationsvermittlungsgerät mit Steuereinheit durchführbar sind (z. B. über ein „Infotainment-System“ mit einer Eingabeschnittstelle für Passagiere des Fahrzeugs). Die Auswertelogik befindet sich konzentriert in der zweiten Steuereinheit für eine Ladungszustandsberechnung und/oder für eine Gesundheitszustandsberechnung. Die Ladungszustandsberechnung und/oder die Gesundheitszustandsberechnung bestimmt den Zustand („SOC“ und/oder „SOH“) des anschließbaren Traktionsakkumulators auf Basis von Messdaten der Trennbox.The calculation processes that are processed or carried out (or can also be said to be carried out) within the safety device can be divided into highly safety-relevant processes on the one hand and calculations, algorithms and processes on the other hand that generate, ascertain or determine additional information or that base decisions on these processes, calculations and algorithms. An evaluation logic designed in this way that can run in the second control unit is an evaluation logic that carries out a calculation of a state of charge of the traction accumulator (which is often abbreviated to "SOC of the accumulator") or its cells (which is often abbreviated to "SOC of a battery cell"). Another calculation that can be carried out using evaluation logic in the second control unit is a state of health calculation (which is often abbreviated to "SOH"). The measured values of the traction accumulator and its (accumulator) cells required for the calculation are made available to the second control unit (and thus to all control units connected to the bus) via the communication bus using the separation box. Of course, such calculations can also be carried out in a third control unit, if one is present (or even in a fourth control unit). A central vehicle control unit (often abbreviated to VCU), for example, can be used as the second control unit; while individual state calculations, display methods and input interfaces can be carried out via an information transfer device with a control unit (e.g. via an "Info tainment system" with an input interface for passengers of the vehicle). The evaluation logic is concentrated in the second control unit for a charge state calculation and/or for a health state calculation. The charge state calculation and/or the health state calculation determines the state ("SOC" and/or "SOH") of the connectable traction accumulator on the basis of measurement data from the separation box.

Idealerweise ist ein Kommunikationsbus zwischen den Komponenten der Steuereinheit vorhanden, der an (nahezu) beliebig vielen Busteilnehmern vorbeigeführt werden kann. Ein in diesem Anwendungsgebiet vorteilhafterweise ausführbarer Bus ist z. B. ein CAN-Bus. Ein solcher (Fahrzeug-)CAN-Bus erlaubt es, mehrere Steuergeräte bzw. Steuereinheiten an den Bus anzuschließen. Der Kommunikationsbus kann ein Niedervoltkommunikationsbus sein. Ein Niedervoltkommunikationsbus kann z. B. als ein Zwei-Draht-Bus realisiert sein. Ein typischer Zwei-Draht-Bus ist ein CAN-Bus. Vorzugsweise ist der Niedervoltkommunikationsbus galvanisch getrennt gegenüber seinen Kommunikationsteilnehmern ausgeführt. Galvanische Trennbausteine können aber auch bezüglich einzelner Busteilnehmer bzw. Steuereinheiten eingespart werden. Soll die galvanische Trennung nicht in alle Steuereinheiten eingebaut sein, so ist vorteilhafterweise zumindest die galvanische Trennung zwischen Niedervoltkommunikationsbus und der (restlichen) Trennbox ausgeführt.Ideally, there is a communication bus between the components of the control unit that can be routed past (almost) any number of bus participants. One bus that can be advantageously implemented in this application area is, for example, a CAN bus. Such a (vehicle) CAN bus allows several control devices or control units to be connected to the bus. The communication bus can be a low-voltage communication bus. A low-voltage communication bus can, for example, be implemented as a two-wire bus. A typical two-wire bus is a CAN bus. The low-voltage communication bus is preferably designed to be galvanically isolated from its communication participants. Galvanic isolation components can also be omitted for individual bus participants or control units. If galvanic isolation is not to be built into all control units, it is advantageous to at least implement galvanic isolation between the low-voltage communication bus and the (remaining) isolation box.

Sind die Bus-Teilnehmer galvanisch zu den Busleitungen getrennt, können sich die Busteilnehmer, d. h. die einzelnen Steuereinheiten, auf unterschiedlichen Spannungsniveaus befinden bzw. liegen.If the bus participants are galvanically isolated from the bus lines, the bus participants, i.e. the individual control units, can be at different voltage levels.

In einer - bezogen auf Rechenkapazitäten - besonderen Vereinfachungsvariante ist die Trennbox nur mit solchen Programmen und Programmteilen (oder hartverdrahteten Schaltkreisen) ausgestattet, die eine unmittelbare Auswertung der Messwerte erlaubt, jedoch hat die Trennbox keine „höherintelligente“, d. h. komplexere Auswertelogik. Die eigentliche Auswertelogik findet in der zweiten Steuereinheit (bzw. in weiteren Steuereinheiten) statt. Die Trennbox ist folglich ohne Schaltkreise und ohne Programmteile für eine Auswertelogik realisiert.In a particularly simplified variant - in terms of computing capacity - the separation box is only equipped with programs and program parts (or hard-wired circuits) that allow immediate evaluation of the measured values, but the separation box does not have any "higher intelligence", i.e. more complex, evaluation logic. The actual evaluation logic takes place in the second control unit (or in other control units). The separation box is therefore implemented without circuits and without program parts for evaluation logic.

Messsignale, also Signale, die von einem Messsensor stammen, und eine Datenkommunikation können von der Trennbox be- bzw. verarbeitet werden. Vorzugsweise finden weitergehende Berechnungen auf Basis der Messwerte, außer eine Plausibilitätsprüfung und/oder eine Grenzwertprüfung der Messsignale bzw. der Messwerte, andernorts, d. h. in einer der weiteren Steuereinheiten statt. Auf diese Weise ist eine Notabschaltung sichergestellt. Die Logik, was aus den einzelnen Messwerten ausgewertet wird, kann jede Steuereinheit selbständig unternehmen. Die Messwerte stehen allen am Kommunikationsbus angeschlossenen Steuereinheiten gleichermaßen zur Verfügung.Measurement signals, i.e. signals that originate from a measurement sensor, and data communication can be processed by the separation box. Preferably, further calculations based on the measurement values, apart from a plausibility check and/or a limit check of the measurement signals or the measurement values, take place elsewhere, i.e. in one of the other control units. In this way, an emergency shutdown is ensured. The logic of what is evaluated from the individual measurement values can be carried out independently by each control unit. The measurement values are equally available to all control units connected to the communication bus.

Die Trennbox ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Befehle zu bearbeiten oder zu verarbeiten. Die Befehle können über den Kommunikationsbus an die Steuereinheit kommen. Über den Kommunikationsbusanschluss der Trennbox werden die einzelnen Befehle angeboten. Wenigstens eines der Trennelemente wird aufgrund eines Befehls, der von außen kommen kann, in einen geöffneten Zustand versetzt; es gibt wenigstens einen Befehl für eine Schnellabschaltung. Durch den Befehl wird insbesondere der Traktionsakkumulator von den weiterführenden Kontakten getrennt.The isolating box is preferably set up to process or handle commands. The commands can be sent to the control unit via the communication bus. The individual commands are offered via the isolating box's communication bus connection. At least one of the isolating elements is set to an open state based on a command that can come from outside; there is at least one command for a quick shutdown. The command in particular disconnects the traction accumulator from the further contacts.

Die Sicherheitsvorrichtung hat vorteilhafterweise eine Trennbox, die eine Vorladekomponente umfasst. Die Vorladekomponente kann eine Strompfadstrecke umfassen, die mit einem Widerstand ausgestattet ist. Die Strompfadstrecke ist insbesondere ein widerstandbehafteter, vorzugsweise schaltbarer, Strompfad. Über diese Strecke, über diesen Strompfad, kann ein Strom geleitet werden, der für ein Aufladen eines Zwischenkreiskondensators eines an den weiterführenden Kontakten anzuschließenden Spannungswandlers richtig eingestellt ist, d. h. ein strombegrenzter Ladungsstrom für den Zwischenkreiskondensator.The safety device advantageously has a separation box that includes a pre-charging component. The pre-charging component can include a current path section that is equipped with a resistor. The current path section is in particular a resistive, preferably switchable, current path. A current can be conducted over this section, over this current path, which is correctly set for charging an intermediate circuit capacitor of a voltage converter to be connected to the further contacts, i.e. a current-limited charging current for the intermediate circuit capacitor.

Besondere Vorteile kann die Trennbox gem. einer Ausführungsform ausspielen, wenn wenigstens zwei der Trennelementen aufgrund der Logik geschaltet werden. Ein allpoliges Abschalten ist auf diese Weise möglich. Ein Öffnen des wenigstens einen Trennelements innerhalb eines Zeitraums von weniger als 5 ms ist sichergestellt.According to one embodiment, the isolating box can offer particular advantages if at least two of the isolating elements are switched based on the logic. All-pole switching is possible in this way. Opening of at least one isolating element within a period of less than 5 ms is ensured.

Die Sicherheitsvorrichtung kann so gestaltet sein, dass sowohl in der Trennbox als auch in der zweiten Steuereinheit Algorithmen implementiert sind, die eine Validierung bzw. Überprüfung des Traktionsakkumulators vornehmen. Die Trennbox führt vorrangig nur Grenzwertanalysen durch (Schwellwerttests). Außerdem sind die Rechenschritte beschränkt. Vorteilhafterweise werden nur Überprüfungen durchgeführt, die nicht mehr als 100 Takte der Prozessoreinheit umfassen. In wenigen Takten soll eine Grenzwertprüfung einzelner Messwerte durchgeführt werden. Unterdessen kann die zweite Steuereinheit mehr als 100 Takte umfassende Analysen von mehr als einem Messwert, insbesondere kombinierte Messwertanalysen, vornehmen.The safety device can be designed in such a way that algorithms are implemented in both the separation box and the second control unit that carry out a validation or check of the traction accumulator. The separation box primarily only carries out limit value analyses (threshold tests). In addition, the calculation steps are limited. Advantageously, only checks are carried out that do not cover more than 100 cycles of the processor unit. A limit value check of individual measured values should be carried out in a few cycles. Meanwhile, the second control unit can carry out analyses of more than one measured value, in particular combined measured value analyses, covering more than 100 cycles.

Die Trennbox umfasst in einer Ausgestaltung eine Überwachung. Die Überwachung ist dafür da, vorzugsweise Komponenten, Bauteile, den Traktionsakkumulator und/oder Steuereinheiten anhand von Messwerten in der Trennbox auf Funktionstüchtigkeit zu überwachen.The separation box includes a monitoring system in one design. The monitoring system is there to Preferably, components, parts, the traction accumulator and/or control units should be monitored for functionality using measured values in the isolation box.

Die Trennbox kann mit Sicherungen ausgestattet sein. Zu der Gruppe Sicherungen gehören Sicherungen wie Pyro-Fuses, Schmelzsicherungen, Überstromschütze oder Keramiksicherungen. Jedes dieser Bauteile kann in einer Hochvoltleitung eingepasst sein.The isolation box can be equipped with fuses. The fuse group includes fuses such as pyro-fuses, melting fuses, overcurrent protection devices or ceramic fuses. Each of these components can be fitted in a high-voltage line.

Die Sicherheitsvorrichtung hat in einer günstigen Ausgestaltung eine Trennbox, die zwei, vorzugsweise galvanisch voneinander getrennte, Spannungsbereiche aufweist. Die Spannungsbereiche unterscheiden sich in Bezug auf ihre absoluten Spannungen. Ein Bereich kann ein Niedervoltbereich sein. Ein Bereich kann ein Hochvoltbereich sein.In a favorable embodiment, the safety device has a separation box that has two voltage ranges, preferably galvanically separated from one another. The voltage ranges differ in terms of their absolute voltages. One range can be a low-voltage range. One range can be a high-voltage range.

Die Sicherheitsvorrichtung folgt einem modularen Konzept. Die Sicherheitsvorrichtung kann mehr als eine Trennbox aufweisen. Auch kann die Sicherheitsvorrichtung für Antriebsstränge mit mehr als einem Traktionsakkumulator gestaltet sein.The safety device follows a modular concept. The safety device can have more than one separation box. The safety device can also be designed for drive trains with more than one traction accumulator.

Nachdem es Ladestationen unterschiedlicher Spannungsniveaus gibt, erweitert die Trennbox ihren Einsatzbereich, wenn sie eine Spannungswechselvorrichtung aufweist. Die Spannungswechselvorrichtung kann für unterschiedliche Ausgangsspannungen gestaltet sein.Since there are charging stations with different voltage levels, the separation box expands its application area if it has a voltage changer device. The voltage changer device can be designed for different output voltages.

Günstigerweise ist die Trennbox mit solchen Bauteilen und Leiterbahnen ausgestattet, dass sie elektrische Leistungen im Bereich von Kilo-Watt und/oder im Bereich von Mega-Watt durchleiten kann.Advantageously, the isolation box is equipped with components and conductors that are capable of transmitting electrical power in the kilowatt and/or megawatt range.

Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.The combinations and embodiments presented above can also be considered in numerous other connections and combinations.

Aus Sicherheitserwägungen gibt es also in dem zuvor behandelten Antriebsstrang eine Trennbox (auch BDU („Battery Disconnect Unit“) genannt); die Trennbox ist für den Einsatz in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug vorgesehen (sie ist beschleunigungsfest, erschütterungsfest, temperaturstabil, spritzwassergeschützt, mechanisch beeinflussungsfest, impulssicher usw.). Die Trennbox ist sehr einfach gehalten; sie kann so aufgebaut sein, dass sie ausschließlich sehr langsame (weniger als 1 MHz getaktete) Prozessoren in ihrer Steuereinheit besitzen.For safety reasons, there is a separation box (also called BDU (Battery Disconnect Unit)) in the drive train discussed above; the separation box is intended for use in an electrically powered vehicle (it is acceleration-proof, shock-proof, temperature-stable, splash-proof, mechanically influenced, pulse-proof, etc.). The separation box is very simple; it can be designed in such a way that it only has very slow (less than 1 MHz clocked) processors in its control unit.

Wegen der einfachen Messprogrammgestaltung sind die Abarbeitungsschritte der Trennbox sehr schnell. Die Trennbox ist eine sehr schnell arbeitende Trennbox; unabhängig von dem Fehlerfall kann die Trennbox innerhalb von maximal 5 ms eine sichere Trennung der Hochvoltleitungen durchführen - die abgangsseitigen Hochvoltleitungen werden in einem Zeitraum von weniger als 5 ms spannungsfrei geschaltet (wenn ein sicherheitskritischer Zustand anhand von Messwerten festgestellt worden ist). Die Trennbox übernimmt aber trotzdem ihre Funktionen der Messwerterfassung und des sofortigen Reagierens auf einen oder auf mehrere Fehlwerte zwischen den gemessenen (Mess-)Werten.Due to the simple measurement program design, the processing steps of the isolation box are very fast. The isolation box is a very fast-working isolation box; regardless of the error, the isolation box can safely isolate the high-voltage lines within a maximum of 5 ms - the high-voltage lines on the output side are de-energized within a period of less than 5 ms (if a safety-critical condition has been determined based on measured values). However, the isolation box still performs its functions of recording measured values and immediately reacting to one or more incorrect values between the measured (measured) values.

Anhand der Beschreibung der Sicherheitsvorrichtung ist gezeigt worden, wie einzelne Komponenten eines Antriebstrangs eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs zur Schaffung einer über mehrere Steuereinheiten verteilte Sicherheitsvorrichtung aufeinander abgestimmt werden können. Jede Komponente (z. B. eine erste Steuereinheit, z. B. eine zweite Steuereinheit) kann mit ihren proprietären Anschlüssen, Schnittstellen und Software-Modulen arbeiten. Allen Komponenten werden die Messwerte, über die die Trennbox (bzw. ihre Steuereinheit) verfügt, zur Verfügung gestellt. Hierfür kann der Niedervoltkommunikationsbus genutzt werden.The description of the safety device has shown how individual components of a drive train of an electrically powered motor vehicle can be coordinated to create a safety device distributed across several control units. Each component (e.g. a first control unit, e.g. a second control unit) can work with its proprietary connections, interfaces and software modules. All components are provided with the measured values available to the isolation box (or its control unit). The low-voltage communication bus can be used for this.

Auf diese Weise ist eine zuverlässige BDU (bzw. Trennbox) geschaffen, die, eingebunden in eine Steuergeräteschar, es den übrigen Steuergeräten (bzw. Steuereinheiten) erlaubt, ihre proprietären Funktionen vollumfassend wahrzunehmen, aber trotzdem zahlreiche Risiken und Gefahren, insbesondere für Passagiere, Fahrer und Mechaniker des Kraftfahrzeugs, abfängt.In this way, a reliable BDU (or separation box) is created which, when integrated into a group of control units, allows the other control units (or control units) to fully perform their proprietary functions, but still absorbs numerous risks and dangers, especially for passengers, drivers and mechanics of the vehicle.

FigurenkurzbeschreibungCharacter description

Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei

  • 1 in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit einer Sicherheitsvorrichtung zeigt,
  • 2 in einer schematischen Blockdarstellung eine Variante des ein Akkumulatorsystem umfassenden Teils einer Sicherheitsvorrichtung zeigt, die als Alternative für das Akkumulatorsystem nach 1 in ein Fahrzeug gem. 1 eingebaut werden kann,
  • 3 in einer schematischen Darstellung eine dritte Ausführungsvariante einer Sicherheitsvorrichtung zeigt,
  • 4 eine Sicherheitsvorrichtung mit einer spannungsadaptierbaren Trennbox als vierte Variante zeigt und
  • 5 eine Sicherheitsvorrichtung für einen Mega-Watt-Antriebsstrang (LKW-Antriebsstrang) zeigt.
The present invention can be better understood if reference is made to the accompanying figures, which illustrate particularly advantageous embodiments by way of example without restricting the present invention to these, wherein
  • 1 shows a schematic representation of a vehicle with a safety device,
  • 2 shows in a schematic block diagram a variant of the part of a safety device comprising an accumulator system, which is an alternative to the accumulator system according to 1 in a vehicle acc. 1 can be installed,
  • 3 shows a schematic representation of a third embodiment of a safety device,
  • 4 shows a safety device with a voltage-adaptable disconnect box as a fourth variant and
  • 5 showing a safety device for a mega-watt powertrain (truck powertrain).

FigurenbeschreibungCharacter description

1 demonstriert anhand eines als Schemazeichnung dargestellten Fahrzeugs 3 die komponentenmäßige Zusammensetzung der Sicherheitsvorrichtung 1 gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung. 1 demonstrates the component composition of the safety device 1 according to a first possible embodiment using a vehicle 3 shown as a schematic drawing.

Das Fahrzeug 3 wird von einem Antriebsstrang 5 angetrieben. Das Fahrzeug 3 hat mehrere Räder 7, 9. Wenigstens ein Rad 9 des Fahrzeugs 3 wird, wenn das Fahrzeug 3 bewegt werden soll, durch den Motor 11 angetrieben. Der Motor 11 treibt die Achse 13 normalerweise in einer Geradeausfahrt an. Für die Achse 13 werden dann die Räder, wie das Hinterrad 9, von dem Antriebsstrang 5 angetrieben. Der Antriebsstrang 5 ist ein Hinterachsantrieb. Die elektrische Leistung für den Motor 11, der ein Elektromotor ist, wird über das Energieversorgungskabel 39 aus dem Akkumulatorsystem 23 zur Verfügung gestellt, sofern die Trennbox 25 in einem die Hochvoltleitungen 39I, 39II durchschaltenden Zustand geschaltet ist. Ist die Trennbox 25 in dem durchgeschalteten Zustand, ist über das Energieversorgungskabel 39 die elektrische Spannung des Traktionsakkumulators 21 im Fahrzeug 3 verteilbar.The vehicle 3 is driven by a drive train 5. The vehicle 3 has several wheels 7, 9. At least one wheel 9 of the vehicle 3 is driven by the motor 11 when the vehicle 3 is to be moved. The motor 11 normally drives the axle 13 when traveling straight ahead. The wheels for the axle 13, such as the rear wheel 9, are then driven by the drive train 5. The drive train 5 is a rear axle drive. The electrical power for the motor 11, which is an electric motor, is made available via the power supply cable 39 from the accumulator system 23, provided that the separation box 25 is switched in a state that switches the high-voltage lines 39 I , 39 II through. If the separation box 25 is in the switched-through state, the electrical voltage of the traction accumulator 21 can be distributed in the vehicle 3 via the power supply cable 39.

Die Trennbox 25 kann den Traktionsakkumulator 21 von dem Energieversorgungskabel 39 durch Schalten von Trennelementen 41, 41I (siehe 2) abtrennen.The separating box 25 can separate the traction accumulator 21 from the power supply cable 39 by switching separating elements 41, 41 I (see 2 ) split off.

Wird die Trennbox 25 an dem Traktionsakkumulator 21 angeschlossen, bildet sich das Akkumulatorsystem 23, bei dem die Pole 43, 45 des Traktionsakkumulator 21 nicht mehr von außen berührbar sind. Die Pole 43, 45 sind durch die Trennbox 25 verdeckt und dadurch gegen eine unmittelbare Berührung abgeschirmt.If the separation box 25 is connected to the traction accumulator 21, the accumulator system 23 is formed, in which the poles 43, 45 of the traction accumulator 21 can no longer be touched from the outside. The poles 43, 45 are covered by the separation box 25 and are thus shielded against direct contact.

Die Trennbox 25 ist mit einer Steuereinheit 27 ausgestattet, zu der auch eine Recheneinheit 29 gehört. Messwerte, die die Steuereinheit 27 ermittelt hat, und Daten, die die Steuereinheit 27, berechnet, verarbeitet oder erarbeitet hat, werden über den Kommunikationsbus 33 an eine zweite Steuereinheit 31, die entfernt von der ersten Steuereinheit 27 in dem Fahrzeug 3 angeordnet ist, übertragen. Für die Verbindung über den Kommunikationsbus 33 bietet die erste Steuereinheit 27 einen Kommunikationsbusanschluss 35. Für den Kommunikationsbus 33 bietet die zweite Steuereinheit 31 einen Kommunikationsbusanschluss 37. Der Kommunikationsbus 33 verläuft durch das Fahrzeug 3, sodass weitere Teile des Kommunikationsbus 33I bis zu den elektrischen Geräten des Antriebsstrangs 5, wie zum Beispiel bis zu dem Wechselrichter 15 mit seinem Zwischenkreis und seinem Zwischenkreiskondensator, reichen. Über den Kommunikationsbusanschluss 35, 37 ist die jeweilige Steuereinheit 31, 27 (genauer ihre Recheneinheit 29) mit dem Kommunikationsbus 33 verbunden.The separation box 25 is equipped with a control unit 27, which also includes a computing unit 29. Measured values that the control unit 27 has determined and data that the control unit 27 has calculated, processed or prepared are transmitted via the communication bus 33 to a second control unit 31, which is arranged remotely from the first control unit 27 in the vehicle 3. The first control unit 27 offers a communication bus connection 35 for the connection via the communication bus 33. The second control unit 31 offers a communication bus connection 37 for the communication bus 33. The communication bus 33 runs through the vehicle 3, so that further parts of the communication bus 33 I reach as far as the electrical devices of the drive train 5, such as, for example, as far as the inverter 15 with its intermediate circuit and its intermediate circuit capacitor. The respective control unit 31, 27 (more precisely its computing unit 29) is connected to the communication bus 33 via the communication bus connection 35, 37.

Die zweite Steuereinheit 31 hat mit der Datenermittlung durch Messvorgänge (an und um den Traktionsakkumulator 21 bzw. 21I (vgl. 2)) nichts mehr zu tun. Die Messvorgänge finden in der ersten Steuereinheit 27 statt. Auch die physische Betätigung der Trennelemente 41, 41I (vgl. 2) findet ausschließlich in der ersten Steuereinheit 27 statt. Die zweite Steuereinheit 31 ist in Bezug auf Ansteuerschaltungen für die Trennelemente 41, 41I (vgl. 2) ohne jegliche Schaltausgänge ausgeführt.The second control unit 31 is responsible for determining data by measuring processes (on and around the traction accumulator 21 or 21 I (cf. 2 )) nothing more to do. The measuring processes take place in the first control unit 27. The physical actuation of the separating elements 41, 41 I (cf. 2 ) takes place exclusively in the first control unit 27. The second control unit 31 is in relation to control circuits for the separating elements 41, 41 I (cf. 2 ) without any switching outputs.

2 zeigt anhand einer schematischen Zusammenstellung ein Akkumlatorsystem 23I, das in einem Fahrzeug 3 (s. 1) verbaut werden kann, weil die Energieversorgungskabel 39III, 39IV aufgrund der Trennelemente 41, 41I spannungsfrei durch die erste Steuereinheit 27 bzw. durch die Trennbox 25 geschaltet werden können. Das Akkumulatorsystem 23I ähnelt in weiten Teilen dem Akkumulatorsystem 23 gem. 1. In Bezug auf seine Pole 43I, 45I ist der in 2 dargestellte Traktionsakkumulator 21I aber andersartig realisiert als der in 1 gezeigte Traktionsakkumulator 21. Die Pole 43, 45 des in 1 gezeigten Traktionsakkumulator 21 weichen zu den Polen 43I, 45I des in 2 gezeigten Traktionsakkumulators 21I bezüglich ihrer Lage, ihrer Positionierungen und ihrer Dimensionen ab. 2 shows, by means of a schematic arrangement, an accumulator system 23 I which is used in a vehicle 3 (see 1 ) because the power supply cables 39 III , 39 IV can be switched voltage-free through the first control unit 27 or through the separation box 25 due to the separation elements 41, 41 I. The accumulator system 23 I is largely similar to the accumulator system 23 according to. 1 . In relation to its poles 43 I , 45 I the 2 However, the traction accumulator 21 I shown in Figure 1 is implemented differently than the one in 1 shown traction accumulator 21. The poles 43, 45 of the 1 shown traction accumulator 21 give way to the poles 43 I , 45 I of the 2 shown traction accumulator 21 I with regard to their location, their positioning and their dimensions.

Die Pole 43I, 45I des Traktionsakkumulators 21I befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des Traktionsakkumulators 21I. Durch Hinzunahme der Trennbox 25 wird der Zugang zu den Polen 43I, 45I von einer Seite verhindert. Nur noch die weiterführenden Hochvoltleitungen 39III, 39IV können außerhalb des Akkumulatorsystems 23I berührt werden. Die weiterführenden, sozusagen zweiten Hochvoltleitungen 39III, 39IV können, wie zuvor schon angesprochen, selektiv spannungsfrei geschaltet werden. Hierfür sind die beiden Trennelemente 41, 41I in der Trennbox 25 vorhanden, die sowohl die positive wie auch die negative Spannungsseite der Gleichspannung abkoppeln können.The poles 43 I , 45 I of the traction accumulator 21 I are located on opposite sides of the traction accumulator 21 I . By adding the separation box 25, access to the poles 43 I , 45 I from one side is prevented. Only the continuing high-voltage lines 39 III , 39 IV can be touched outside the accumulator system 23 I. The continuing, so to speak second high-voltage lines 39 III , 39 IV can, as already mentioned, be selectively switched off. For this purpose, the two separation elements 41, 41 I are present in the separation box 25, which can decouple both the positive and the negative voltage side of the direct voltage.

Der in 2 gezeigte Traktionsakkumulator 21I ist an seinen Polen 43I, 45I über erste Hochvoltleitungen 39I, 39II mit der Trennbox 25 verbunden, um so das Akkumulatorsystem 23I zu bilden. Sind die Trennelemente 41, 41I in einer geöffneten Stellung, so kann die elektrische Spannung auf den Hochvoltleitungen 39I, 39II nicht auf die abgangsseitigen (den sozusagen zweiten) Hochvoltleitungen 39III, 39IV weitergeleitet werden. Die abgangsseitigen Hochvoltleitungen 39III, 39IV sind - in diesem Schaltzustand - spannungsfrei; sie sind berührungssicher.The 2 The traction accumulator 21 I shown is connected at its poles 43 I , 45 I via first high-voltage lines 39 I , 39 II to the separating box 25 in order to form the accumulator system 23 I. If the separating elements 41, 41 I are in an open position, the electrical voltage on the high-voltage lines 39 I , 39 II cannot be transferred to the output-side (the second, so to speak) high-voltage lines 39 III , 39 IV . The outgoing high-voltage cables 39 III , 39 IV are - in this switching state - voltage-free; they are safe to touch.

An der Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47 sind die Messkabel zu den Hochvoltmessungen angeschlossen. Die Messsignale, die durch die Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47 gemessen werden, werden über eine galvanische Trennung an die erste Steuereinheit 27 weitergeleitet, wo sie in Messdaten umgewandelt werden, um am Kommunikationsbusanschluss 35 zur Verfügung zu stehen.The measuring cables for the high-voltage measurements are connected to the high-voltage voltage and measurement unit 47. The measurement signals measured by the high-voltage voltage and measurement unit 47 are forwarded via a galvanic isolation to the first control unit 27, where they are converted into measurement data to be available at the communication bus connection 35.

Die erste Steuereinheit 27 kann die Trennelemente, wie die in der Hochvoltleitungen 39I, 39III bzw. 39II, 39IV sitzenden Trennelemente 41, 41I, schalten.The first control unit 27 can switch the isolating elements, such as the isolating elements 41, 41 I located in the high-voltage lines 39 I , 39 III or 39 II , 39 IV .

Zur Schaffung der Entscheidung, ob ein Trennelement 41, 41I geschaltet werden soll, führt zum einen die Recheneinheit 29 mehr als eine Berechnung durch. Zum anderen kann die Steuereinheit 27 einen Befehl über den Kommunikationsbus 33 erhalten, der die Steuereinheit 27 veranlasst, wenigstens einen der Trennelemente 41, 41I zu schalten.To make the decision as to whether a separating element 41, 41 I should be switched, the computing unit 29 carries out more than one calculation. On the other hand, the control unit 27 can receive a command via the communication bus 33, which causes the control unit 27 to switch at least one of the separating elements 41, 41 I.

Für das Schalten der Trennelemente 41, 41I besitzt die Steuereinheit 27 Schalter-Treiber 57, 57I, 57II. Ein Schalter-Treiber 57II ist für das Schalten des Vorlade-Schalters 55, der Teil der Vorlade-Einheit 51 ist, zuständig. Die anderen Schalter-Treiber 57, 57I sind für das Schalten der Trennelemente 41, 41I zuständig.The control unit has 27 switch drivers 57, 57 I , 57 II for switching the isolating elements 41, 41 I. One switch driver 57 II is responsible for switching the pre-charging switch 55, which is part of the pre-charging unit 51. The other switch drivers 57, 57 I are responsible for switching the isolating elements 41, 41 I.

Als eine weitere Maßnahme der strommäßigen Begrenzung und damit zur Sicherung gegen Überströme bzw. zu hohe elektrische Ströme (Kurzschlussströme) hat die Trennbox 25 Sicherungen 71, 71I, von denen beispielsweise eine eine Schmelzsicherung ist und die andere eine Halbleitersicherung ist.As a further measure to limit the current and thus to protect against overcurrents or excessive electrical currents (short-circuit currents), the isolating box has 25 fuses 71, 71 I , of which, for example, one is a fuse and the other is a semiconductor fuse.

Zur Berechnung und für den Datenaustausch im Zusammenhang mit berechneten und ermittelten Messwerten sowie der Auswertung der Messwerte in Daten und Datenpaketen verfügt die Recheneinheit 29 über wenigstens drei Rechenmodule 61, 65, 67 und über ein Kommunikationsmodul 63. In dem Modul Fehleranalyse-Modul 61 wird u. a. berechnet, ob die Messwerte bzw. die Messsignale in validen Wertebereichen liegen. In dem Modul Trennbox-Analyse-Modul 65 wird die Trennbox 25 auf Funktionstüchtigkeit überwacht, z. B. ob die Trennelemente 41, 41I zuverlässig schalten, insbesondere auch zuverlässig trennen können. In dem Modul Widerstands-und-Isolations-Mess-Modul 67 werden die Widerstandswerte und die Isolationswerte der Trennbox 25 überwacht. Darüber hinaus besitzt die Trennbox 25 die Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47, die Spannungswerte und elektrische Spannungen über Messleitungen 49, 49I, 49II, 49III, 49IV, 49V, 49VI aufnehmen kann. Der Traktionsakkumulator 21I ist ein Hochvolttraktionsakkumulator. Folglich können auf den Messleitungen 49, 49I, 49II, 49III, 49IV, 49V, 49VI Spannungen von bis zu 800 Volt anliegen. Die Spannungen werden gemessen und überwacht. Außerdem überwacht die Trennbox 25 mithilfe des Trennbox-Analyse-Moduls 65, ob die Trennbox 25 zu jedem beliebigen Zeitpunkt einwandfrei funktioniert. D. h., die Trennbox 25 kann sich selbst überwachen, indem sie auf Bauteilebene Überwachungen durchführt. Auch überwacht die Trennbox 25 den Traktionsakkumulator 21I. So ist eine Funktionstüchtigkeitsüberwachung des Akkumulatorsystems 23I sichergestellt.For calculation and data exchange in connection with calculated and determined measured values as well as for the evaluation of the measured values in data and data packets, the computing unit 29 has at least three computing modules 61, 65, 67 and a communication module 63. In the error analysis module 61, it is calculated, among other things, whether the measured values or the measurement signals are in valid value ranges. In the separation box analysis module 65, the separation box 25 is monitored for functionality, e.g. whether the separation elements 41, 41 I can switch reliably, and in particular whether they can separate reliably. In the resistance and insulation measurement module 67, the resistance values and the insulation values of the separation box 25 are monitored. In addition, the separation box 25 has the high-voltage voltage and measurement unit 47, which can record voltage values and electrical voltages via measuring lines 49, 49 I , 49 II , 49 III , 49 IV , 49 V , 49 VI . The traction accumulator 21 I is a high-voltage traction accumulator. Consequently, voltages of up to 800 volts can be present on the measuring lines 49, 49 I , 49 II , 49 III , 49 IV , 49 V , 49 VI . The voltages are measured and monitored. In addition, the separation box 25 uses the separation box analysis module 65 to monitor whether the separation box 25 is functioning properly at any given time. This means that the separation box 25 can monitor itself by carrying out monitoring at the component level. The separation box 25 also monitors the traction accumulator 21 I. This ensures that the functionality of the 23 I accumulator system is monitored.

Durch die Hochvolt-Spannungs-und-Mess-Einheit 47 und durch die gesondert ausgeführte Recheneinheit 29 in der Trennbox 25 sind zwei Spannungsbereiche geschaffen. Somit kann der Kommunikationsbus 33 als Niedervolt-Kommunikationsbus ausgelegt sein. Die weiteren Geräte an dem Kommunikationsbus, wie z. B. die zweite Steuereinheit 31 (vgl. 1), können als Niedervoltsteuergeräte gestaltet sein. Die Hochspannung von den Hochvoltleitungen 39III, 39IV wird zuverlässig von dem Niedervoltbereich und den dort vorhandenen elektrischen Messgeräten und den elektrischen Steuergeräten des Fahrzeugs (z. B. Fahrzeug 3 gem. 1) ferngehalten.Two voltage ranges are created by the high-voltage voltage and measurement unit 47 and the separately designed computing unit 29 in the separation box 25. The communication bus 33 can therefore be designed as a low-voltage communication bus. The other devices on the communication bus, such as the second control unit 31 (see. 1 ), can be designed as low-voltage control units. The high voltage from the high-voltage lines 39 III , 39 IV is reliably measured by the low-voltage area and the electrical measuring devices and electrical control units of the vehicle (e.g. vehicle 3 acc. 1 ) away.

Die von der Recheneinheit 29 behandelten Messwerte und Auswerteergebnisse können über den Kommunikationsbusanschluss 35 auf dem Kommunikationsbus 33 übertragen werden. Soll eine externe Auswertelogik, die z. B. in einer zweiten Steuereinheit 31 (vgl. 1) sitzt, komplexere Analysen durchführen und das Ergebnis in Form zum Beispiel eines Schaltbefehls an die Trennelemente 41, 41I übertragen, so können auch Daten, Befehle und Datensätze über den Kommunikationsbus 33 übertragen werden und an dem Kommunikationsbusanschluss 35 empfangen werden. Die Recheneinheit 29 ist so programmiert,

  • • dass bei Erhalt eines fehlerhaften externen Befehls von der zweiten Steuereinheit 31,
  • • dass bei einem fehlerhaften Messwert,
  • • dass bei einem außerhalb von Toleranzgrenzen angesiedelten Messwert und
  • • dass bei einem nicht vorhandenen Messwert, obwohl der Messwert bekannt sein müsste,
ein Öffnen wenigstens eines der Trennelemente 41, 41I sichergestellt wird. In solchen Fällen wird innerhalb von nur 5 ms die Trennung mithilfe der Trennelemente 41, 41I vorgenommen. Alle diese Vorgänge und Überprüfungen gehören zu den Validierungen des Traktionsakkumulators 21I. Die besonders schnell durchzuführenden Validierungen (in Abarbeitungszeiten von weniger als 100 Takten) finden in der ersten Steuereinheit 27 statt.The measured values and evaluation results processed by the computing unit 29 can be transmitted via the communication bus connection 35 on the communication bus 33. If an external evaluation logic, which is e.g. in a second control unit 31 (cf. 1 ) can carry out more complex analyses and transmit the result in the form of, for example, a switching command to the separating elements 41, 41 I , data, commands and data sets can also be transmitted via the communication bus 33 and received at the communication bus connection 35. The computing unit 29 is programmed in such a way that
  • • that upon receipt of a faulty external command from the second control unit 31,
  • • that in case of an incorrect measurement,
  • • that if a measured value is outside the tolerance limits and
  • • that if a measured value is not available, although the measured value should be known,
opening of at least one of the separating elements 41, 41 I is ensured. In such cases, the separation is carried out within only 5 ms using the separating elements 41, 41 I. All these operations and checks are part of the validation of the traction accumulator 21 I . The particularly Fast validations (in processing times of less than 100 cycles) take place in the first control unit 27.

Die Vorlade-Einheit 51 umfasst einen Vorlade-Schalter 55 und einen Vorlade-Widerstand 53. Mithilfe der Vorlade-Einheit 51 kann ein Zwischenkreiskondensator (siehe den Wechselrichter 15 in 1) über eine Aufladezeit verzögert, d. h. mit einem kontrolliert niedrigeren Strom, aufgeladen werden (z. B. über eine Zeitbasis von 5 tau, z. B. innerhalb von weniger als 100 ms).The pre-charging unit 51 comprises a pre-charging switch 55 and a pre-charging resistor 53. Using the pre-charging unit 51, an intermediate circuit capacitor (see the inverter 15 in 1 ) can be charged over a delayed charging time, ie with a controlled lower current (e.g. over a time base of 5 tau, e.g. within less than 100 ms).

Sollte ein Fall für die Recheneinheit 29 vorliegen, dass wenigstens eines der Trennelemente 41, 41I zu schalten ist, werden die Schalter-Treiber 57, 57I durch die Schaltersteuerung 69 angesteuert.Should a case arise for the computing unit 29 that at least one of the isolating elements 41, 41 I is to be switched, the switch drivers 57, 57 I are controlled by the switch control 69.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante eines Akkumulatorsystems 123 mit einer Trennbox 125 und einem Traktionsakkumulator 121. 3 shows a further design variant of an accumulator system 123 with a separation box 125 and a traction accumulator 121.

In 3 ist der Traktionsakkumulator 121 durch vier in Reihe verschaltete Zellen symbolisch dargestellt. Es ist die Trennbox 125 zu sehen, zu der anhand einer bedruckten Leiterplatte (bzw. ihrer Umrisse) die erste Steuereinheit 127 mit der Recheneinheit 129 gehört. An dem Kommunikationsbus 133, 133I, genauer an den Kontakten 175II, 175III des Kommunikationsbusses 133, 133I ist die zweite Steuereinheit 131 angeschlossen. Die zweite Steuereinheit 131 ist für die komplexeren Auswertealgorithmen zuständig und verantwortlich. Die Recheneinheit 129 konzentriert sich auf Plausibilitätsüberwachungen der über die Messleitungen (bzw. für Messdaten bestimmte Datenleitungen) 149, 149I, 149II, 149III, 149IV, 149V, 149VI, 149VII, 149VIII, 149IX übertragenen Messwerte, wie Spannungswerte auf den Hochvoltleitungen 139I, 139II, 139III, 139IV, wie Spannungen unmittelbar am Traktionsakkumulator 121, wie elektrische Stromwerte auf den Hochvoltleitungen 139I, 139II, 139III, 139IV und wie eine Überwachung auf Schaltvorgänge an dem Vorlade-Schalter 155.In 3 the traction accumulator 121 is symbolically represented by four cells connected in series. The separation box 125 can be seen, to which the first control unit 127 with the computing unit 129 belongs based on a printed circuit board (or its outline). The second control unit 131 is connected to the communication bus 133, 133 I , more precisely to the contacts 175 II , 175 III of the communication bus 133, 133 I. The second control unit 131 is responsible for the more complex evaluation algorithms. The computing unit 129 concentrates on plausibility monitoring of the measured values transmitted via the measuring lines (or data lines intended for measured data) 149, 149 I , 149 II , 149 III , 149 IV , 149 V , 149 VI , 149 VII , 149 VIII , 149 IX , such as voltage values on the high-voltage lines 139 I , 139 II , 139 III , 139 IV , such as voltages directly on the traction accumulator 121, such as electrical current values on the high-voltage lines 139 I , 139 II , 139 III , 139 IV and such as monitoring of switching operations on the pre-charging switch 155.

Sowohl in Richtung auf den Traktionsakkumulator 121 hin als auch nach außen hin, z. B. gegenüber der zweiten Steuereinheit 131, bietet die Trennbox 125 eine überschaubare Anzahl Kontakte, genauer weniger als zehn Kontakte, um noch exakter zu sein, genau neun Kontakte 175, 175I, 175II, 175III, 175IV, 175V, 175VI, 175VII, 175III, 175IX. Bei der geringen Anzahl der Kontakte 175I, 175II, 175III, 175IV, 175V, 175VI, 175VII, 175III, 175IX (bzw. Pinne) ist die Gefährdung durch Spannungsschlag reduziert.Both in the direction of the traction accumulator 121 and outwards, e.g. opposite the second control unit 131, the separation box 125 offers a manageable number of contacts, more precisely less than ten contacts, to be even more precise, exactly nine contacts 175, 175 I, 175 II , 175 III , 175 IV , 175 V , 175 VI , 175 VII , 175 III , 175 IX . With the small number of contacts 175 I , 175 II , 175 III , 175 IV , 175 V , 175 VI , 175 VII , 175 III , 175 IX (or tiller) , the risk of voltage shock is reduced.

Mithilfe der Messleitungen 149I, 149II kann die Spannung, die an dem Shunt 179 abfällt durch die erste Steuereinheit 127 gemessen werden. Der Shunt 179 sitzt in der Hochvoltleitung 139III, die für das negative Potential am negativen Pol des Traktionsakkumulators 121 mit seinen in Serie verschalteten Zellen zur Erzeugung der Hochspannung (im Bereich von 400 Volt). Über die weitere Messleitung 149III kann die Steuereinheit 127 den in der Hochvoltleitung 139II fließenden elektrischen Strom durch das integrierte Strommessgerät unmittelbar messen. Aufgrund der doppelten Messung der ersten Steuereinheit 127 des elektrischen Stroms in der Hochvoltleitung 139II kann die erste Steuereinheit 127, genauer ihre Recheneinheit 129 Plausibilitätsprüfungen und Querkontrollen durchführen. Ist irgendeine der Plausibilitätsprüfungen, wie z. B. die Stromflussprüfung, in der ersten Steuereinheit 127 außerhalb eines validen Toleranzbandes, unterbricht die erste Steuereinheit 127 die den Stromfluss durch Betätigung der Trennelemente 141, 141I.With the help of the measuring lines 149 I , 149 II, the voltage that drops across the shunt 179 can be measured by the first control unit 127. The shunt 179 is located in the high-voltage line 139 III , which is responsible for the negative potential at the negative pole of the traction accumulator 121 with its cells connected in series to generate the high voltage (in the range of 400 volts). Via the further measuring line 149 III, the control unit 127 can directly measure the electrical current flowing in the high-voltage line 139 II using the integrated ammeter. Due to the double measurement of the electrical current in the high-voltage line 139 II by the first control unit 127, the first control unit 127, or more precisely its computing unit 129, can carry out plausibility checks and cross-checks. If any of the plausibility checks, such as e.g. B. the current flow test, in the first control unit 127 is outside a valid tolerance band, the first control unit 127 interrupts the current flow by actuating the isolating elements 141, 141 I .

Durch den Vorlade-Schalter 155, der Teil der Vorlade-Einheit 151 ist, kann zum Start des Betriebs des Fahrzeugs eine kontrollierte Aufladung von Kapazitäten im Antriebsstrang, wie z. B. dem Antriebsstrang 5 des Fahrzeugs 3 (siehe 1) durchgeführt werden. Die Hochvoltleitungen 139I, 139" fächern sich hinter den Sicherungen 171, 171I in mehrere Hochvoltleitungen 139III, 139IV auf. Einige der Hochvoltleitungen 139III, 139IV lassen nur einen reduzierten Lade- bzw. Anfangsstrom fließen, z. B. aufgrund des Vorlade-Widerstands 153. Die erste Steuereinheit 127 kann auch solche Stromflüsse über ihre Messleitungen 149I, 149II, 149III und den Messsensoren 179 sowie Strommessgerät „Hall-Effekt-Sensor“ delektieren und auswerten. Nur wenn der Ladevorgang zuverlässig, schlüssig und in einer ausreichend kurz bemessenen Zeit (z. B. innerhalb von Zeiten von 5 Tau bis 10 Tau) abwickelbar war, wird der Schaltvorgang für das Durchschalten wie folgt abgewickelt.The pre-charge switch 155, which is part of the pre-charge unit 151, can be used to start the operation of the vehicle by means of a controlled charging of capacities in the drive train, such as the drive train 5 of the vehicle 3 (see 1 ). The high-voltage lines 139 I , 139" fan out behind the fuses 171, 171 I into several high-voltage lines 139 III , 139 IV . Some of the high-voltage lines 139 III , 139 IV only allow a reduced charging or initial current to flow, e.g. due to the pre-charging resistor 153. The first control unit 127 can also detect and evaluate such current flows via its measuring lines 149 I , 149 II , 149 III and the measuring sensors 179 as well as the current measuring device "Hall effect sensor". Only if the charging process was reliable, conclusive and could be carried out in a sufficiently short time (e.g. within times of 5 Tau to 10 Tau), the switching process for switching through is carried out as follows.

Soll der Antriebsstrang (siehe Antriebsstrang 5 gem. 1) in Betrieb genommen werden, so wird zuerst das Trennelement 141I geschlossen. Anschließend wird der Vorlade-Schalter 155 geschlossen. In einem daran sich anschließenden Schritt wird die Zeit (z. B. 3 Tau oder 5 Tau oder 10 Tau) abgewartet und die Spannungsüberwachung kontrolliert. Ergibt sich die richtige Spannung, wird anschließend das Trennelement 141 geschlossen, um daraufhin den Vorlade-Schalter 155 zu öffnen.If the drive train (see drive train 5 acc. 1 ) are to be put into operation, the isolating element 141 I is first closed. Then the pre-charge switch 155 is closed. In a subsequent step, the time (e.g. 3 Tau or 5 Tau or 10 Tau) is waited for and the voltage monitoring is checked. If the correct voltage is obtained, the isolating element 141 is then closed in order to then open the pre-charge switch 155.

Stellt jedoch die erste Steuereinheit 127 fest, dass eine Grenzwertüberprüfung oder eine Plausibilitätsüberprüfung ein fehlerhaftes Messergebnis oder einen Fehlerzustand geliefert hat, meldet die erste Steuereinheit über den Kommunikationsbus 133, 133I an die zweite Steuereinheit 131 den erkannten Fehler weiter. Ist die zweite Steuereinheit 131 eines der zentralen Fahrzeugsteuergeräte, so ist dem gesamten Fahrzeug bekannt, dass es einen Fehlerfall entweder im Akkumulatorsystem 123 oder sogar dem Antriebsstrang 5 (siehe 1) gegeben hat.However, if the first control unit 127 determines that a limit check or a plausibility check has produced an incorrect measurement result or an error condition, the first control unit reports the detected error to the second control unit 131 via the communication bus 133, 133 I. If the second control unit 131 is one of the central vehicle control units, the entire vehicle is aware that there is an error case either in the accumulator system 123 or even the drive train 5 (see 1 ) has given.

Über den Kontakt 175VI, der zu der Sicherung 171I führt, kann, weil es sich bei der Sicherung 171I um ein Pyro-Fuse handelt, die Sicherungen extern ausgelöst werden, z. B. über eine Airbag-Zündung. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei schwereren Fällen, die zu Zündungen eines oder mehrerer Airbags geführt hat, die Trennbox 125 die Hochvoltleitungen 139III, 139IV augenblicklich (in einem Zeitintervall von weniger als 5 Millisekunden) spannungsfrei durch Betätigung der Trennelemente 141, 141I oder ersatzweise durch Ansprechen der Pyro-Fuse 171I geschaltet hat.Because fuse 171 I is a pyro-fuse, the fuses can be triggered externally, e.g. via an airbag ignition, via contact 175 VI , which leads to fuse 171 I. This ensures that in more serious cases that have led to the ignition of one or more airbags, the isolating box 125 has switched the high-voltage lines 139 III , 139 IV off immediately (in a time interval of less than 5 milliseconds) by actuating the isolating elements 141, 141 I or, alternatively, by responding to the pyro-fuse 171 I.

Das Traktionsakkumulatorsystem 123 besitzt eine Platine für ein Zell-Monitoring durch die Zell-Überwachungen 183, 183I, 183II, 183III. Das Zell-Monitoring kann einzelne Zellen, tatsächlich alle Zellen, des Traktionsakkumulators 121 messtechnisch überwachen. Hierfür führt das Zell-Monitoring Spannungsmessungen durch. Zusätzlich kann das Zell-Monitoring Temperaturmessungen an einzelnen Zellen durchführen. Die Messergebnisse werden über Messleitung 149V (bzw. Datenleitungen zur Messdatenübertragung) der Recheneinheit 129 zur Verfügung gestellt. Der Kontakt 175VIII ist ein Mehr-Pin-Kontakt, sodass Spannungswerte und Temperaturwerte vom Zell-Monitoring zur Recheneinheit 129 übertragen werden können.The traction accumulator system 123 has a circuit board for cell monitoring by the cell monitors 183, 183 I , 183 II , 183 III . The cell monitoring can monitor individual cells, actually all cells, of the traction accumulator 121 using measurement technology. For this purpose, the cell monitoring carries out voltage measurements. In addition, the cell monitoring can carry out temperature measurements on individual cells. The measurement results are made available to the computing unit 129 via measurement line 149 V (or data lines for transmitting measurement data). The contact 175 VIII is a multi-pin contact so that voltage values and temperature values can be transmitted from the cell monitoring to the computing unit 129.

Eine weitere Überwachungsfunktion kann durch die Trennelemente-Diagnose 181 durchgeführt werden, die misst, ob die Trennelemente 141, 141I, wie berechnet, entweder im geschalteten oder im getrennten Schaltzustand sich befinden. Es wird also geprüft, ob die Trennelemente 141, 141I den Schaltzustand erreicht haben, den die Recheneinheit 129 zu den einzelnen Trennelementen 141, 141I aufgrund ihrer Berechnungen erwartet. Die Trennelemente-Diagnose 181 ist Teil des in 2 dargestellten Trennbox-Analyse-Moduls 65.A further monitoring function can be carried out by the isolating element diagnosis 181, which measures whether the isolating elements 141, 141 I are, as calculated, either in the switched or in the separated switching state. It is therefore checked whether the isolating elements 141, 141 I have reached the switching state that the computing unit 129 expects for the individual isolating elements 141, 141 I based on its calculations. The isolating element diagnosis 181 is part of the 2 shown separation box analysis module 65.

Darüber hinaus bietet die Trennbox 125 zweite Trennelemente 141II, 141III, über die das Akkumulatorsystem 123 in einen Auflade-Zustand versetzt werden kann. Soll der Traktionsakkumulator 121 geladen werden, d. h., soll ein elektrischer Strom zum Aufladen des Traktionsakkumulators 121 in diesen hineinfließen, wird eine gesonderte Ladestrecke durch die Trennelemente 141II, 141III durchgeschaltet, während die Trennelemente 141, 141I und Vorladeschalter 155 im getrennten Schaltzustand sich befinden.In addition, the separation box 125 offers second separation elements 141 II , 141 III , via which the accumulator system 123 can be placed in a charging state. If the traction accumulator 121 is to be charged, ie, if an electrical current is to flow into the traction accumulator 121 to charge it, a separate charging path is switched through the separation elements 141 II , 141 III , while the separation elements 141, 141 I and pre-charging switch 155 are in the separated switching state.

4 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante eines Akkumulatorsystems 223 mit einer Trennbox 225 und einem ersten Traktionsakkumulator 221 und einem zweiten Traktionsakkumulator 221I. 4 shows a further embodiment of an accumulator system 223 with a separation box 225 and a first traction accumulator 221 and a second traction accumulator 221 I .

Das Akkumulatorsystem 223, das in 4 gezeigt ist, ähnelt in weiten Teilen dem Akkumulatorsystem 123, das aus 3 bekannt ist.The accumulator system 223, which in 4 is similar in many ways to the accumulator system 123, which consists of 3 is known.

Aufgrund der beiden Traktionsakkumulatoren 221, 221I, die jeweils für eine Betriebsspannung von 400 Volt mehr als 80 Lithium-lonen-Zellen besitzen, kann, insbesondere in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Ladespannung von entweder 400 Volt oder 800 Volt, die Trennbox 225 durch ihre Spannungsniveau-Schalter 277, 277I, 277II zwischen einem Spannungsniveau von 400 Volt und einem Spannungsniveau von 800 Volt durch Parallel- oder Seriell-Schaltung der Traktionsakkumulatoren 221, 221I hin- und herschalten.Due to the two traction accumulators 221, 221 I , which each have more than 80 lithium-ion cells for an operating voltage of 400 volts, the separation box 225 can, in particular depending on the available charging voltage of either 400 volts or 800 volts, switch back and forth between a voltage level of 400 volts and a voltage level of 800 volts by means of its voltage level switches 277, 277 I , 277 II by connecting the traction accumulators 221, 221 I in parallel or in series.

Ist der Stromfluss zu groß, spricht wenigstens eine der Sicherungen 271, 271II an und unterbricht den Stromfluss durch Unterbrechung der elektrischen Verbindung in den Hochvoltleitungen.If the current flow is too high, at least one of the fuses 271, 271 II is triggered and interrupts the current flow by breaking the electrical connection in the high-voltage lines.

Die Erläuterungen im Zusammenhang mit 3 können in weiten Teilen auf das Akkumulatorsystem 223, das in 4 gezeigt ist, übertragen werden, wobei Komponenten, Gegenstände und Bauteile sowie funktionale Angaben bezüglich ihrer Bezugszeichen bei ähnlichen Komponenten, Gegenständen und Bauteilen sowie funktionalen Angaben mit um 100 höher nummerierten Bezugszeichen ausgestattet sind.The explanations in connection with 3 can be largely attributed to the accumulator system 223, which is 4 shown, whereby components, objects and parts as well as functional information with respect to their reference symbols are provided with reference symbols numbered 100 higher for similar components, objects and parts as well as functional information.

Die beiden Traktionsakkumulatoren 221, 221I können durch die Trennbox 225 und ihre Spannungsniveau-Schalter 277, 277I, 277II in paralleler Verschaltung sowie in Serienverschaltung gehalten bzw. betrieben werden. Dies ist sowohl bei einem Aufladevorgang über die Kontakte 275, 275V und den geschalteten zweiten Trennelementen 141II, 141III als auch bei einem regulären Fahrbetrieb mit geschlossenen Trennelementen 241, 241I möglich. Obwohl für eine Vorladung durch den Vorladewiderstand 253 nach Schließen des Vorlade-Schalters 255 ein größerer Strom durch parallel betriebene Traktionsakkumulatoren 221, 221I nicht nötig ist, kann selbst in einem Vorlade-Zustand (zur Aufladung der Zwischenkreiskondensatoren) ein paralleler Betrieb der Traktionsakkumulatoren 221, 221I durchgeführt werden. Sollen die Traktionsakkumulatoren 221, 221I parallel geschaltet sein, sind die Spannungsniveau-Schalter 277, 277II in einen geschlossenen Zustand zu bringen. Sollen die Traktionsakkumulatoren 221, 221I für eine höhere Spannung in einer seriellen Anordnung verschaltet sein, so ist der Spannungsniveau-Schalter 277I in einen geschlossenen Zustand zu bringen. Aufgrund der Möglichkeit des parallelen Betriebs der Traktionsakkumulatoren 221, 221I ist hinter jedem für den Anschluss der Traktionsakkumulatoren 221, 221I vorgesehenen Kontakt 275VII, 275VIII, 275XI, 275XII eine Sicherung 271, 271I, 271II als Über-Strom-Schutz vorhanden.The two traction accumulators 221, 221 I can be kept or operated in parallel or in series by the isolating box 225 and its voltage level switches 277, 277 I , 277 II . This is possible both during a charging process via the contacts 275, 275 V and the switched second isolating elements 141 II , 141 III and during regular driving with closed isolating elements 241, 241 I. Although a larger current through parallel-operated traction accumulators 221, 221 I is not necessary for pre-charging via the pre-charging resistor 253 after closing the pre-charging switch 255, parallel operation of the traction accumulators 221, 221 I can be carried out even in a pre-charging state (to charge the intermediate circuit capacitors). If the traction accumulators 221, 221 I are to be connected in parallel, the voltage level switches 277, 277 II are to be closed. If the traction accumulators 221, 221 I are to be connected in a series arrangement for a higher voltage, the voltage level switch 277 I is to be closed. Due to the possibility of parallel operation of the traction accumulators 221, 221 I , a For connection of the traction batteries 221, 221 I , a fuse 271, 271 I , 271 II is provided as overcurrent protection at the contact 275 VII , 275 VIII , 275 XI , 275 XII .

Die Recheneinheit 229 der Steuereinheit 227 hat Messleitungen 249V, 249X an den Platinenkontakten 5, 6, über die Spannungen, Temperaturwerte und ggf. auch Gaswerte der Traktionsakkumulatoren 221, 221I ermittelt werden können.The computing unit 229 of the control unit 227 has measuring lines 249 V , 249 X on the circuit board contacts 5, 6, via which the voltages, temperature values and, if applicable, also gas values of the traction accumulators 221, 221 I can be determined.

Die Traktionsakkumulatoren 221, 221I werden über die Kontakte 275VII, 275VIII, 275XI, 275XII und über die Kontakte 275IX, 275X für die Messleitungen 249V, 249X an die Trennbox 225 angeschlossen. Abgangsseitig hat die Trennbox 225 die Kontakte 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V. Einige der Kontakte, nämlich die Kontakte 275, 275I, 275IV, 275V, sind für Hochvoltverbindungen gestaltet; es handelt sich also um Hochvoltleitungen. Andere Kontakte, genauer die Kontakte 275II, 275III, sind für den Anschluss einer zweiten Steuereinheit 231 in dem Kommunikationsbus 233 gestaltet, also für eine Kleinstspannung.The traction accumulators 221, 221 I are connected to the isolating box 225 via the contacts 275 VII , 275 VIII , 275 XI , 275 XII and via the contacts 275 IX , 275 X for the measuring lines 249 V , 249 X. On the output side, the isolating box 225 has the contacts 275, 275 I , 275 II , 275 III , 275 IV , 275 V. Some of the contacts, namely the contacts 275, 275 I , 275 IV , 275 V , are designed for high-voltage connections; they are therefore high-voltage lines. Other contacts, more precisely the contacts 275 II , 275 III , are designed for the connection of a second control unit 231 in the communication bus 233, i.e. for a very low voltage.

Elektrische Ströme in der Trennbox 225 können über die Messleitungen 249I, 249II, 249III gemessen werden. Weil mehrere Messmethoden zur Verfügung stehen (siehe beispielsweise den Mess-Schunt 279; siehe das Strommessgerät „A“) kann die Recheneinheit 229 in der ersten Steuereinheit 227 vergleichende Prüfungen und Vergleichsrechnungen durchführen, um so z. B. Abweichungen in den Stromwerten zu detektieren.Electrical currents in the separation box 225 can be measured via the measuring lines 249 I , 249 II , 249 III . Because several measuring methods are available (see, for example, the measuring shunt 279; see the current measuring device "A"), the computing unit 229 in the first control unit 227 can carry out comparative tests and comparative calculations in order to detect, for example, deviations in the current values.

Außerdem gibt es in der Trennbox 225 eine Trennelemente-Diagnose 283, die über die Messleitung 249IV mit den entsprechenden Pinnen der Recheneinheit 229 verbunden ist, wodurch die Schaltzustände der Trennelemente 241, 241I, 241I, 241III und des Vorlade-Schalters 255 detektiert werden können.In addition, there is a separating element diagnosis 283 in the separating box 225, which is connected via the measuring line 249 IV to the corresponding pins of the computing unit 229, whereby the switching states of the separating elements 241, 241 I , 241 I , 241 III and the pre-charge switch 255 can be detected.

Welche Spannungen an den Hochvoltleitungen und an den Kontakten 275, 275I, 275IV, 275V anliegen, kann über die Messleitungen 249VI, 249VII, 249VIII, 249IX, die Spannungsmessleitungen sind, gemessen werden. Die ausgangsseitigen Spannungen können mit den eingangsseitigen Hochspannungen von den Traktionsakkumulatoren 221, 221I verglichen werden, weil es Messleitungen 249, 249I gibt, über die die eingangsseitigen Hochvoltspannungen durch die Recheneinheit 229 gemessen werden können.The voltages present on the high-voltage lines and on the contacts 275, 275 I , 275 IV , 275 V can be measured via the measuring lines 249 VI , 249 VII , 249 VIII , 249 IX , which are voltage measuring lines. The output-side voltages can be compared with the input-side high voltages from the traction accumulators 221, 221 I , because there are measuring lines 249, 249 I via which the input-side high voltages can be measured by the computing unit 229.

Im Falle eines schwereren Unfalls schaltet die Trennbox 225 durch ihre Sicherung 271I, die ein Pyro-Fuse ist, den Stromfluss weg. Hierfür gibt es den Kontakt 275VI, über den die Pyro-Fuse 271I ausgelöst werden kann. Auf diese Weise ist eine augenblickliche Stromflussunterbrechung mithilfe der Sicherung 271I, ausgelöst über eine Auslösespannung an dem Kontakt 275VI, möglich.In the event of a serious accident, the isolating box 225 switches off the flow of current using its fuse 271 I , which is a pyro-fuse. For this purpose, there is the contact 275 VI , via which the pyro-fuse 271 I can be triggered. In this way, an instantaneous interruption of the flow of current is possible using the fuse 271 I , triggered by a trigger voltage at the contact 275 VI .

5 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante eines (Schwerfahrzeug-)Akkumulatorsystems, das also für höhere Leistungen im Mega-Watt-Bereich ausgelegt ist und sich tatsächlich aus vier Akkumulatorsystemen 323, 323I, 323II, 323III zusammensetzt. Das Akkumulatorsystem wird von einer zweiten Steuereinheit 331 als übergreifende Steuereinheit und als Gesamtanalyseeinheit gesteuert und kontrolliert. 5 shows a further design variant of a (heavy vehicle) battery system, which is designed for higher power in the megawatt range and is actually made up of four battery systems 323, 323 I , 323 II , 323 III . The battery system is controlled and monitored by a second control unit 331 as an overarching control unit and as an overall analysis unit.

Die Sicherheitsvorrichtung 301 umfasst vier Akkumulatorsysteme 323, 323I, 323II, 323III, die durch ihre Trennboxen 325, 325I, 325II, 325III über die jeweiligen Kommunikationsbusse 333, 333I, 333II, 333III mit dem zentralen Steuergerät des Fahrzeugs, der zweiten Steuereinheit 331 verbunden sind. Jedes ist durch seine Trennbox 325, 325I, 325", 325III derart geschaltet, dass die parallel und seriell verschalteten Traktionsakkumulatoren 321, 321I, 321III, 321III nur dann eine Hochspannung 373 an den Hochvoltleitungen 339III und 339IV anliegen lassen, wenn die (nicht eingezeichneten) Trennelemente (vgl. 2 bis 4) in einem durchgeschalteten Zustand sind. Sind die Trennelemente in einem geöffneten Zustand, so sind die Hochvoltleitungen339III, 339IV in einem spannungslosen Zustand. Die nach außen geführten Hochvoltleitungen 339III, 339IV können spannungslos geschaltet werden.The safety device 301 comprises four accumulator systems 323, 323 I , 323 II , 323 III , which are connected to the central control unit of the vehicle, the second control unit 331, by their isolating boxes 325, 325 I , 325 II , 325 III via the respective communication buses 333, 333 I , 333 II , 333 III . Each is connected by its isolating box 325, 325 I , 325", 325 III in such a way that the parallel and serially connected traction accumulators 321, 321 I , 321 III , 321 III only allow a high voltage 373 to be applied to the high-voltage lines 339 III and 339 IV when the isolating elements (not shown) (cf. 2 to 4 ) are in a switched-through state. If the isolating elements are in an open state, the high-voltage lines 339 III , 339 IV are in a de-energized state. The high-voltage lines 339 III , 339 IV that lead to the outside can be switched to a de-energized state.

Darüber hinaus gibt es zwischen den Akkumulatorsystemen 323, 323I, 323", 323III Hochvoltleitungen 339I, 339II, die für die serielle bzw. parallele Verschaltung aller Akkumulatorensysteme 323, 323I, 323II, 323III benötigt werden.In addition, there are high-voltage cables 339 I , 339 II between the battery systems 323, 323 I , 323", 323 III , which are required for the serial or parallel connection of all battery systems 323, 323 I , 323 II , 323 III .

Erkennt entweder eine der Trennboxen 325, 325I, 325", 325III oder die zweite Steuereinheit 331 einen Fehlerfall, einen unerwünschten Zustand und/oder eine Bedingung, der zufolge zumindest einer der Traktionsakkumulatoren 321, 321I, 321II, 321III geschützt werden sollte, so werden die nach außen führenden Hochvoltleitungen 339III, 339IV abgeschaltet. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang (wie z. B. der Kraftfahrzeugantriebsstrang 5 gemäß 1) kann keinen Strom mehr aus den Traktionsakkumulatoren 321, 321I, 321II, 321III ziehen. Die Hochspannung 373 liegt nicht mehr an. Eine Reparatur oder Wartung des Fahrzeuges kann unproblematisch durchgeführt werden, ohne dass der die Arbeiten ausführende Kfz-Mechaniker (Kfz-Mechatroniker) gefährdet wird, solange die Kontakte oder Pinne innerhalb der Traktionsakkumulatoren 321, 321I, 321II, 321III durch Entfernen der Trennboxen 325, 325I, 325II, 325III nicht freigelegt werden.If either one of the separation boxes 325, 325 I , 325", 325 III or the second control unit 331 detects a fault, an undesirable state and/or a condition according to which at least one of the traction accumulators 321, 321 I , 321 II , 321 III should be protected, the high-voltage lines 339 III , 339 IV leading to the outside are switched off. A motor vehicle drive train (such as the motor vehicle drive train 5 according to 1 ) can no longer draw power from the traction accumulators 321, 321 I , 321 II , 321 III . The high voltage 373 is no longer present. Repairs or maintenance of the vehicle can be carried out without any problems without endangering the vehicle mechanic (vehicle mechatronics engineer) carrying out the work, as long as the contacts or pins within the traction accumulators 321, 321 I , 321 II , 321 III are not exposed by removing the separation boxes 325, 325 I , 325 II , 325 III .

Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.The design options shown in the individual figures can also be combined with each other in any form.

Das Akkumulatorsystem kann für mehr als vier Traktionsakkumulatoren gestaltet sein.The accumulator system can be designed for more than four traction accumulators.

Die erste Steuereinheit kann mehr als drei Spannungseingänge umfassen. In einer reduzierten Form kann die erste Steuereinheit aber auch mit einem einzigen Spannungseingang ausgestattet sein.The first control unit can comprise more than three voltage inputs. In a reduced form, however, the first control unit can also be equipped with a single voltage input.

Die erste Steuereinheit kann auch mehr als einen Busanschluss besitzen.The first control unit can also have more than one bus connection.

Die erste Steuereinheit kann auch mit anderen als den vorgestellten Prozessortypen ausgestattet sein; wobei das Konzept der verteilten Sicherheit einen Vorteil dadurch entfaltet, dass die Rechenanforderungen an die Recheneinheit der ersten Steuereinheit generell niedriger gehalten werden als z. B. die Rechenanforderungen an ein zentrales Fahrzeugsteuergerät.The first control unit can also be equipped with processor types other than those presented; the concept of distributed security offers an advantage in that the computing requirements for the computing unit of the first control unit are generally kept lower than, for example, the computing requirements for a central vehicle control unit.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1, 3011, 301
SicherheitsvorrichtungSafety device
33
Fahrzeugvehicle
55
AntriebsstrangDrivetrain
77
erstes Radfirst bike
99
zweites Radsecond wheel
1111
Motorengine
1313
Achseaxis
1515
Wechselrichter, insbesondere mit einem Zwischenkreis mit einem ZwischenkreiskondensatorInverter, in particular with an intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor
21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III
TraktionsakkumulatorTraction accumulator
23, 23I, 123, 223, 323, 323I, 323II, 323III23, 23I, 123, 223, 323, 323I, 323II, 323III
AkkumulatorsystemAccumulator system
25,125,225, 325, 325I, 325II, 325III25,125,225, 325, 325I, 325II, 325III
TrennboxSeparation box
27, 127, 22727, 127, 227
erste Steuereinheitfirst control unit
29, 129, 22929, 129, 229
RecheneinheitComputing unit
31, 131, 231, 33131, 131, 231, 331
zweite Steuereinheitsecond control unit
33, 33I, 133, 133I, 233, 333, 333I, 333II, 333III33, 33I, 133, 133I, 233, 333, 333I, 333II, 333III
KommunikationsbusCommunication bus
3535
Kommunikatiosbusanschluss, insbesondere in der ersten SteuereinheitCommunication bus connection, especially in the first control unit
3737
Kommunikatiosbusanschluss, insbesondere in der zweiten SteuereinheitCommunication bus connection, especially in the second control unit
3939
Energieversorgungskabelstrang, insbesondere Bündel von HochvoltleitungenPower supply cable harness, especially bundles of high-voltage cables
39I, 39II, 39III, 39IV, 139I, 139II, 139III, 139IV, 339I,39I, 39II, 39III, 39IV, 139I, 139II, 139III, 139IV, 339I,
Energieversorgungskabel, insbesondere Hochvoltleitung 339II, 339III, 339IV Power supply cables, in particular high-voltage cables 339 II , 339 III , 339 IV
41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III
TrennelementSeparating element
43, 43I43, 43I
erster Pol, insbesondere Plus-Pol des Traktionsakkumulatorfirst pole, especially positive pole of the traction accumulator
45, 45I45, 45I
Zweiter Pol, insbesondere Minus-Pol des TraktionsakkumulatorSecond pole, especially negative pole of the traction accumulator
4747
Hochvolt-Spannungs-und-Mess-EinheitHigh-voltage voltage and measurement unit
49, 49I, 49II, 49III, 49IV, 49V, 49VI, 149, 149I, 149II, 149III, 149IV, 149V, 149VI, 149VII, 149VIII49, 49I, 49II, 49III, 49IV, 49V, 49VI, 149, 149I, 149II, 149III, 149IV, 149V, 149VI, 149VII, 149VIII
MessleitungMeasurement line
, 149IX, 249, 249I, 249II, 249III, 249IV, 249V, 249VI, 249VII, 249VIII, 249IX, 249X, 149IX, 249, 249I, 249II, 249III, 249IV, 249V, 249VI, 249VII, 249VIII, 249IX, 249X
MessleitungMeasurement line
51, 15151, 151
Vorlade-EinheitPre-charging unit
53, 153, 25353, 153, 253
Vorlade-WiderstandPrecharge resistor
55, 155, 25555, 155, 255
Vorlade-SchalterPre-charge switch
57, 57I, 57II57, 57I, 57II
Schalter-TreiberSwitch driver
6161
Fehleranalyse-ModulError analysis module
6363
KommunikationsmodulCommunication module
6565
Trennbox-Analyse-ModulSeparation box analysis module
6767
Widerstands-und-Isolations-Mess-ModulResistance and insulation measurement module
6969
SchaltersteuerungSwitch control
71, 71I, 171, 171I, 271, 271I, 271II71, 71I, 171, 171I, 271, 271I, 271II
SicherungBackup
373373
HochspannungHigh voltage
175, 175I,175II, 175III, 175IV, 175V, 175VI, 175VII, 175VIII, 175IX, 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V, 275VI, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII175, 175I,175II, 175III, 175IV, 175V, 175VI, 175VII, 175VIII, 175IX, 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V, 275VI, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII
Kontakt bzw. Pin Contact or pin
277,277,
erster Spannungsniveau-Schalterfirst voltage level switch
277I277I
zweiter Spannungsniveau-Schaltersecond voltage level switch
277"277"
dritter Spannungsniveau-Schalterthird voltage level switch
179, 279179, 279
Shunt, insbesondere für eine StrommessungShunt, especially for current measurement
181, 283181, 283
Trennelemente-DiagnoseSeparator diagnosis
183,183I 183II, 183III183,183I 183II, 183III
Zell-MonitoringCell monitoring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (16)

Sicherheitsvorrichtung (1, 301) eines Antriebsstrangs (5) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (3) mit einer Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325II, 325III), die eine erste Steuereinheit (27, 127, 227) mit einer Recheneinheit (29, 129, 229) und mit einem Kommunikationsbusanschluss (35, 37) umfasst und die für eine Durchleitung von elektrischer Leistung an ihre weiterführenden Kontakte (175, 175I, 175", 175III, 175IV, 175V, 275, 275I, 275", 275III, 275IV, 275V) gestaltet ist, und mit einer zweiten Steuereinheit (31, 131, 231, 331), wobei die erste Steuereinheit (27, 127, 227) für die Ausführung eines Messprogramms in der Recheneinheit (29, 129, 229) gestaltet ist, durch das von den Messsensoren (179, 279) der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eingelesene Messwerte und/oder Messwerte des Traktionsakkumulators (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) in regelmäßigen Abständen aufbereitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) dazu eingerichtet ist, unmittelbar an einem Traktionsakkumulator (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) des Fahrzeugs (3) angebracht zu werden, wodurch elektrische Kontakte (175, 175I, 175II, 175III, 175IV, 175V, 175VII, 175VIII , 175IX , 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII) der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325II, 325III) anschließbar sind, und die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) des Weiteren dazu eingerichtet ist, jeden angeschlossenen elektrischen Kontakt (175, 175I, 175", 175III, 175IV, 175V, 175VII, 175VIII, 175IX, 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII) vor einem unmittelbaren Zugriff zu schützen, indem die elektrische Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) mit wenigstens zwei Trennelementen (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) ausgestattet ist, und indem die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) dazu eingerichtet ist, an wenigstens zwei elektrischen Kontakten (17VII, 175VIII, 175IX, 275VII, 275VIII, 275IX, 275X, 275XI, 275XII) des Traktionsakkumulators (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) zugleich angeschlossen zu werden, und dass die Messwerte an dem Kommunikationsbusanschluss (35, 37) für die zweite Steuereinheit (31, 131, 231, 331) zur Verfügung stellbar sind, wobei in der zweiten Steuereinheit (31, 131, 231, 331) eine Auswertelogik implementiert ist und/oder die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) für eine selbständige Unterbrechung der Weiterleitung elektrischer Leistung in Reaktion auf von der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) ermittelte Messwerte gestaltet ist, und dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eine Logik für ein Schalten wenigstens eines der Trennelemente (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) aufweist, die bei einem fehlerhaften externen Befehl, die bei einem fehlerhaften Messwert, die bei einem außerhalb von Toleranzgrenzen angesiedelten Messwert und/oder die bei einem nicht vorhandenen Messwert ein Öffnen des wenigstens einen Trennelements (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) sicherstellt.Safety device (1, 301) of a drive train (5) of an electrically driven vehicle (3) with a separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325 II , 325 III ), which comprises a first control unit (27, 127, 227) with a computing unit (29, 129, 229) and with a communication bus connection (35, 37) and which is designed for a transmission of electrical power to its further contacts (175, 175 I , 175", 175 III , 175 IV , 175 V , 275, 275 I , 275", 275 III , 275 IV , 275 V ), and with a second control unit (31, 131, 231, 331), wherein the first control unit (27, 127, 227) is designed for the execution of a measuring program in the computing unit (29, 129, 229), by means of which measured values read in by the measuring sensors (179, 279) of the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) and/or measured values of the traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) can be processed at regular intervals, characterized in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is designed to be connected directly to a traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) of the vehicle (3), whereby electrical contacts (175, 175 I , 175 II , 175 III , 175 IV , 175 V , 175 VII , 175 VIII , 175 IX , 275, 275 I , 275 II , 275 III , 275 IV , 275 V , 275 VII , 275 VIII , 275 IX , 275 X , 275 XI , 275 XII ) of the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325 II , 325 III ) can be connected , and the isolating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is further designed to protect each connected electrical contact (175, 175 I , 175", 175 III , 175 IV , 175 V , 175 VII , 175 VIII , 175 IX , 275, 275 I , 275 II , 275 III , 275 IV , 275 V , 275 VII , 275 VIII , 275 IX , 275 X , 275 XI , 275 XII ) from direct access by providing the electrical isolating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) with at least two separating elements (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ), and in that the separating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is designed to be connected to at least two electrical contacts (17 VII , 175 VIII , 175 IX , 275 VII , 275 VIII , 275 IX , 275 X , 275 XI , 275 XII ) of the traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) at the same time. to be made available at the communication bus connection (35, 37) for the second control unit (31, 131, 231, 331), wherein an evaluation logic is implemented in the second control unit (31, 131, 231, 331) and/or the isolating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is designed for an independent interruption of the transmission of electrical power in response to measured values determined by the isolating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ), and that the isolating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) has a logic for switching at least one of the isolating elements (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ) which ensures opening of the at least one separating element (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ) in the event of an incorrect external command, in the event of an incorrect measured value, in the event of a measured value outside of tolerance limits and/or in the event of a measured value not present. Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinheit (31, 131, 231, 331) ein Niedervoltsteuergerät ist, insbesondere für ein Spannungsfeld von maximal 60 Volt, idealerweise von weniger als 24 Volt, wobei vorzugsweise die zweite Steuereinheit (31, 131, 231, 331) ein schaltausgangsfreies, insbesondere keine Treiber für Schaltausgänge aufweisendes, vorzugsweise ohne Aktuatorenschalter aufgebautes, Steuergerät ist.Safety device (1, 301) according to Claim 1 , characterized in that the second control unit (31, 131, 231, 331) is a low-voltage control device, in particular for a voltage field of maximum 60 volts, ideally less than 24 volts, wherein preferably the second control unit (31, 131, 231, 331) is a control device without switching outputs, in particular having no drivers for switching outputs, preferably constructed without actuator switches. Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) einen Hochvoltteil umfasst, also für elektrische Spannungen in einem Bereich von mehr als 60 Volt.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) comprises a high-voltage part, i.e. for electrical voltages in a range of more than 60 volts. Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelogik in der zweiten Steuereinheit (31, 131, 231, 331) für eine Ladungszustandsberechnung und/oder für eine Gesundheitszustandsberechnung des anschließbaren Traktionsakkumulators (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) auf Basis von Messdaten der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) gestaltet ist.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation logic in the second control unit (31, 131, 231, 331) is designed for a charge state calculation and/or for a health state calculation of the connectable traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) on the basis of measurement data of the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationsbus (33, 33I, 133, 133I, 233, 333, 333I, 333II, 333III) ein Niedervoltkommunikationsbus, z. B. ein Zwei-Draht-Bus wie ein CAN-Bus, ist, der vorzugsweise galvanisch getrennt gegenüber seinen Kommunikationsteilnehmern, zumindest gegenüber der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325II, 325III), ausgeführt ist.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the communication bus (33, 33 I , 133, 133 I , 233, 333, 333 I , 333 II , 333 III ) is a low-voltage communication bus, e.g. a two-wire bus such as a CAN bus, which is preferably designed to be galvanically isolated from its communication participants, at least from the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325 II , 325 III ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 225, 325, 325I, 325", 325III) ohne Schaltkreise und ohne Programmteile für eine Auswertelogik realisiert ist, jedoch einen oder mehrere Schaltkreise umfasst, die Messsignale aufbereiten können und/oder eine Datenkommunikation über den Kommunikationsbus (33, 33I, 233, 333, 333I, 333II, 333III) durchführen können und/oder eine Notabschaltung mittels der Trennelemente (41, 41I, 241, 241I, 241II, 241III) realisieren können.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separation box (25, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is implemented without circuits and without program parts for an evaluation logic, but comprises one or more circuits that can process measurement signals and/or can carry out data communication via the communication bus (33, 33 I , 233, 333, 333 I , 333 II , 333 III ) and/or can implement an emergency shutdown by means of the separation elements (41, 41 I , 241, 241 I , 241 II , 241 III ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) dazu eingerichtet ist, durch Befehle, die über den Kommunikationsbusanschluss (35, 37) der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) dargeboten werden, wenigstens eines der Trennelemente (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) in einen geöffneten Zustand zu versetzen, wodurch insbesondere der Traktionsakkumulator (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) von den weiterführenden Kontakten (175, 175I, 175II, 175III, 175IV, 175V, 275, 275I, 275II, 275III, 275IV, 275V) getrennt wird.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) is designed to set at least one of the separating elements (41, 41 I , 141, 141 I, 141 II, 141 III, 241, 241 I , 241 II , 241 III ) into an open state by means of commands which are presented via the communication bus connection (35, 37) of the separating box (25, 125 , 225, 325, 325 I , 325 " , 325 III ), whereby in particular the traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ) is separated from the further contacts (175, 175 I , 175 II , 175 III , 175 IV , 175 V , 275, 275 I , 275 II , 275 III , 275 IV , 275 V ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eine Vorladekomponente umfasst, die insbesondere einen widerstandbehafteten, vorzugsweise schaltbaren, Strompfad für ein Aufladen eines Zwischenkreiskondensators eines an den weiterführenden Kontakten (175, 175I, 175", 175III, 175IV, 175V, 275, 275I, 275", 275III, 275IV, 275V) anzuschließenden Spannungswandlers (15) aufweist.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) comprises a pre-charging component which in particular has a resistive, preferably switchable, current path for charging an intermediate circuit capacitor of a voltage converter (15) to be connected to the further contacts (175, 175 I , 175", 175 III , 175 IV , 175 V , 275, 275 I , 275", 275 III , 275 IV , 275 V ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eine Logik für ein Schalten von zwei der Trennelemente (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) aufweist, wobei die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325II, 325III) ein Öffnen der Trennelemente (41, 41I, 141, 141I, 141II, 141III, 241, 241I, 241II, 241III) innerhalb eines Zeitraums von weniger als 5 ms sicherstellt.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) has a logic for switching two of the separating elements (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ), wherein the separating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325 II , 325 III ) enables opening of the separating elements (41, 41 I , 141, 141 I , 141 II , 141 III , 241, 241 I , 241 II , 241 III ) within a period of less than 5 ms. Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) als auch in der zweiten Steuereinheit (31, 131, 231, 331) Algorithmen implementiert sind, die eine Validierung des Traktionsakkumulators (21, 21I, 121, 221, 221I, 321, 321I, 321II, 321III) vornehmen, wobei die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) vorrangig Grenzwertanalysen und/oder maximal 100 Takte umfassende Grenzwertprüfungen einzelner Messwerte durchführt, während die zweite Steuereinheit (31, 131, 231, 331) vorzugsweise mehr als 100 Takte umfassende Analysen von mehr als einem Messwert, insbesondere kombinierte Messwertanalysen, vornimmt.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that algorithms are implemented both in the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) and in the second control unit (31, 131, 231, 331) which carry out a validation of the traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221 I , 321, 321 I , 321 II , 321 III ), wherein the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) primarily carries out limit value analyses and/or limit value tests of individual measured values comprising a maximum of 100 cycles, while the second control unit (31, 131, 231, 331) preferably carries out analyses of more than one measured value, in particular combined measured value analyses, covering more than 100 cycles. Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eine Überwachung umfasst, die vorzugsweise Komponenten, Bauteile, den Traktionsakkumulator (21, 21I, 121, 221, 221', 321, 321I, 321II, 321III) und/oder Steuereinheiten (27, 31, 127, 131, 227, 231, 331) anhand von Messwerten in der Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) auf Funktionstüchtigkeit überwacht.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) comprises a monitoring system which preferably monitors components, parts, the traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221', 321, 321 I , 321 II , 321 III ) and/or control units (27, 31, 127, 131, 227, 231, 331) for functionality based on measured values in the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) Sicherungen (71, 71I, 171, 171I, 271, 271I, 271") wie Pyro-Fuses (171I, 271I), Schmelzsicherungen (71), Überstromschütze oder Keramiksicherungen in einer Hochvoltleitung (39, 39I, 39II, 39III, 39IV, 139I, 139", 139III, 139IV, 339I, 339II, 339III, 339IV) umfasst.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) comprises fuses (71, 71 I , 171, 171 I , 271, 271 I , 271") such as pyro-fuses (171 I , 271 I ), melting fuses (71), overcurrent contactors or ceramic fuses in a high-voltage line (39, 39 I , 39 II , 39 III , 39 IV , 139 I , 139", 139 III , 139 IV , 339 I , 339 II , 339 III , 339 IV ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) zwei, vorzugsweise galvanisch voneinander getrennte, Spannungsbereiche aufweist, einen Niedervoltbereich und einen Hochvoltbereich.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) has two, preferably galvanically separated, voltage ranges, a low-voltage range and a high-voltage range. Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorrichtung (1, 301) mehr als eine Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) und mehr als einen Traktionsakkumulator (21, 21I, 121, 221, 221', 321, 321I, 321", 321III umfasst.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the safety device (1, 301) comprises more than one separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) and more than one traction accumulator (21, 21 I , 121, 221, 221', 321, 321 I , 321", 321 III ). Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) eine Spannungswechselvorrichtung für unterschiedliche Ausgangsspannungen umfasst.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the separation box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) comprises a voltage changeover device for different output voltages. Sicherheitsvorrichtung (1, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Trennbox (25, 125, 225, 325, 325I, 325", 325III) durchzuleitende elektrische Leistung im Bereich von Kilo-Watt und/oder im Bereich von Mega-Watt liegt.Safety device (1, 301) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical current to be passed through the separating box (25, 125, 225, 325, 325 I , 325", 325 III ) power is in the range of kilowatts and/or megawatts.
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