EP2675650A2 - Modul zur leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen fahrzeug - Google Patents

Modul zur leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen fahrzeug

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Publication number
EP2675650A2
EP2675650A2 EP12704078.0A EP12704078A EP2675650A2 EP 2675650 A2 EP2675650 A2 EP 2675650A2 EP 12704078 A EP12704078 A EP 12704078A EP 2675650 A2 EP2675650 A2 EP 2675650A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
voltage
terminal
output
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12704078.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Röhrl
Mael THEVENET
Lutz-Wolfgang Tiede
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2675650A2 publication Critical patent/EP2675650A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/006—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to power outlets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/44—Means for preventing access to live contacts
    • H01R13/443—Dummy plugs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R31/00—Coupling parts supported only by co-operation with counterpart
    • H01R31/08—Short-circuiting members for bridging contacts in a counterpart
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire DC power distribution systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/082—DC supplies with two or more different DC voltage levels

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for distributing electrical power in an electrically powered vehicle.
  • the arrangement comprises a high-voltage voltage distributor with at least one input-side terminal and a plurality of output-side terminals, which are electrically connected to one another by means of electrical conductor structures.
  • the high-performance propulsion units operate in an electrically powered vehicle, ie an electric vehicle, a hybrid vehicle or the like, with correspondingly high electrical voltages (eg 400 volts).
  • an electrically powered vehicle ie an electric vehicle, a hybrid vehicle or the like
  • high electrical voltages eg 400 volts.
  • correspondingly high-performance cabling is necessary in the electric vehicle. Since the performance capability of an electrical conductor structure typically connected to the cable diameter, and therefore is also associated with a greater mass, the most efficient wiring for power and high-voltage consumer in an electric vehicle with respect to an intended reduction of the Anlagenge ⁇ felifs and the manufacturing cost is of particular importance. No less important, however, is the safe handling of cabling in electrically powered vehicles, especially with voltages well above that
  • a power distribution module is provided in an electric vehicle having a housing with a main terminal for connecting a vehicle
  • High-voltage power source and at least two output-side terminals for connecting electrical consumers of the electric vehicle includes.
  • the module further includes electrical conductor structures for electrically connecting the output side terminals to the main terminal.
  • Such a module is a compact power or voltage distributor, in which all the necessary components for distributing electrical power are housed safe to touch in a specially protected housing.
  • the compactness of the module of cabling or wiring ⁇ extent is markedly reduced, which is reflected both in less overall weight as well as lower manufacturing costs.
  • the concept proves to be particularly flexible, since the power distribution module with different connections can be adapted relatively easily to the requirements of different vehicle manufacturers.
  • the metal housing of the module also serves as a protection for housed in its components while providing an electromagnetic shield. Finally, the use of a module also leads to less installation effort.
  • the module further comprises a guided within the housing with the electrical conductor ⁇ structures to the terminals monitoring line.
  • at least one of the output-side connections is designed in the form of an electrical plug-in device with additional contacts for the monitoring line.
  • the guided in the module line monitoring enables the voltage ⁇ free circuit of the module as soon as disturbances to the electrical structures of the module occur or contacts of a high-voltage terminal by subtracting the corresponding plug be exposed on the module. With this measure, it is therefore possible in particular to increase the contact safety of the module and the associated high-voltage lines.
  • the additional contacts make it possible to lead the monitoring line to the outside.
  • the connections of the module as well as the electrical lines connected to the module can be monitored.
  • the electrical conductor structures comprise a main main busbar pair assigned to the main terminal and a plurality of secondary busbars branching off in pairs from the main busbar pair.
  • the use of continuous, ie uninterrupted busbars as main busbars allows a particularly high current load of the main current path. Furthermore, this reduces the number of connection points on the main current path , which is associated with a higher reliability.
  • At least one of the output-side terminals is formed as a reserve terminal
  • the reserve port comprises To ⁇ set of contacts for the monitoring line, which are bridged by a bridging member attachable.
  • Such spare connections allow the module to be extended very flexibly.
  • air conditioning or the like also retrofitted.
  • the bridging of the monitoring line by means of the bridging element allows the use of the monitoring system even in the case of an unused reserve output.
  • Another disclosed embodiment provides that the ckungselement used to bridge having an outer insulation and is further formed from ⁇ , shock proof cover the main contacts of the spare port in the assembled state.
  • the isolation of the bridging element allows a trouble-free operation of the monitoring circuit formed by the monitoring line. By covering the main contacts of the Serveausausgang the contact reliability of the respective connection is increased.
  • the reserve connection is designed as a receptacle for different connection adapters in order to adapt the reserve connection to different applications.
  • This extensibility of the reserve output via adapter allows the use of a ⁇ heitaji modules for different vehicles. This in turn can reduce the production costs.
  • the reserve connection is closed by means of a removable cover element, which serves as electrical insulation for the main contacts of the reserve connection.
  • a removable cover element which serves as electrical insulation for the main contacts of the reserve connection.
  • Another disclosed embodiment provides that electrical fuses Si ⁇ one of the output-side terminals are provided for securing at least. In this way the Anwendersi ⁇ reliability is increased. Furthermore, the separately fused connections can prevent a fault at a connection or at the connected consumer from leading to failure of the entire HV power supply.
  • the module comprises at least one voltage converter for providing a low DC voltage.
  • the cabling effort can be further reduced since only low-voltage cables need to be laid at the relevant connection. Overall, the contact reliability of the voltage distribution system increases because the measure reduces the number of HV lines accessible outside the module.
  • the module comprises at least one inverter for providing an AC voltage to at least one of the output-side terminals. It is further provided that the associated inverter output-side terminal is formed in the form of a stepped change ⁇ electrical socket having at least one built-in protection device.
  • the integration of the on-board supply (eg 230 V ⁇ ) provided inverter in the module reduces the overall cabling effort of the electric vehicle, since the necessary cable diameter and insulation costs in the generated alternating current is typically lower than a high-voltage DC voltage.
  • the protective device integrated in the AC socket increases the contact protection of the AC contacts.
  • the protective device is designed in the form of a safety switch, the inverter being designed, only one
  • the safety switch additionally increases the contact safety of the module.
  • a charging connection is provided for charging the high-voltage voltage source of the electrically-operated vehicle, the charging connection being connected to the main busbars.
  • an interrupt switching element for electrically disconnecting a currently unused terminal is provided by the associated busbars.
  • the interrupt switching element is an additional measure, with the help of the user safety, especially with regard to Touch resistance is increased because the relevant port can be switched off when not in use and then no HV voltage to the main contacts of each terminal is more.
  • a further embodiment provides that the housing comprises a removable housing cover, wherein in the region of
  • Housing cover is provided at least one safety switch for detecting the opening of the housing cover.
  • the safety switch is designed to interrupt the monitoring line as soon as the housing cover is opened.
  • the housing cover allows relatively easy access to the components of the module, for example, to carry out repair, maintenance ⁇ or conversion work on the power distribution module. Since the high voltage in the module is automatically switched off after the monitoring line has been interrupted by lifting the housing cover, user safety is increased by means of the safety switch, which is designed, for example, as a pushbutton or as a non-contact magnetic switch.
  • FIG. 2 schematically shows a part of the architecture of an electric vehicle to illustrate the necessity of a voltage distribution
  • FIG. 3 schematically shows a first exemplary embodiment of a module for power distribution in an electrically operated vehicle according to the invention
  • FIG. 4 shows, by way of example, a connection plate of the module according to the invention from FIG. 3, which surrounds the output-side connections
  • 5 schematically shows a second exemplary embodiment of the module according to the invention for power distribution in an electrically operated vehicle with additional safety measures
  • Fig. 6 shows schematically a third embodiment of he ⁇ inventive module for power distribution in an electrically powered vehicle with a push-button to interrupt the monitoring line.
  • FIG. 1 illustrates a known concept for distributing a high voltage in an electric vehicle.
  • a power electronic module 300 is shown schematically, for example, an AC / DC inverter 301 for converting a HV DC voltage (high-voltage DC voltage) into an AC voltage and a DC / DC converter 302 for converting a HV DC voltage into a safety extra-low voltage (eg Volts).
  • the power electronics module 300 further includes a low-voltage interface 310 and a
  • High-voltage interface 320 These are illustrated in the drawing by means of a dashed dividing line 311, 321, respectively. While the low-voltage interface 310 is formed as a connection ⁇ area with a first terminal 312 for connecting the power electronics with a 12 volt battery and a second terminal 313 for connecting a signal or control line to the power electronics, which is
  • High-voltage interface 320 in the form of an adaptable to different vehicle types adapter plate.
  • the adapter plate 320 also includes a plurality of terminals, for example, a first terminal 322 for connecting an electric motor, a second terminal 323 for connecting a high-voltage battery and a third terminal 324 for connecting a HV auxiliary unit.
  • the voltage distribution takes place within the adapter plate, wherein the DC voltage inputs of the high-voltage terminal 323 are "bridged" to the neighboring terminal 324 by means of a secondary line 326 branching from the main line 325.
  • FIG. 2 shows an overview of a possible power distribution within an electric vehicle.
  • the arrangement 200 which is greatly simplified for reasons of clarity, represents only a part of an electrical architecture of an electric vehicle.
  • the arrangement 200 comprises a high-voltage battery 220 which is connected via a line 211 of a simple voltage or power distributor 210 is connected to an inverter 240 for converting the DC voltage of the high-voltage battery 220 into a three-phase alternating current, to which in turn via the lines 241, an electric motor 250 is connected.
  • a charging device 230 with a corresponding interface 231 for connection to an external voltage network 232 is further provided.
  • the charging device 230 is connected to the high-voltage battery 220 via the lines 212, 213, 211 of the power distributor 210.
  • the assembly 200 also includes a conventional low voltage battery 270 that may be charged via the high voltage battery 220.
  • the low-voltage battery 270 is connected via a line 261 to a DC / DC converter 260, which in turn is connected via the lines 212, 213, 211 of the power distributor 210 to the high-voltage battery 220.
  • optional electrical components can in principle also be connected to the high-voltage network in an electric vehicle.
  • a cooling or heating unit 290 and a so-called range extender 280 that is to say a current generator operated by means of an additional combustion engine, for example, are connected via separate connecting lines 215, 216 to the line 212 of FIG Voltage distributor 210 connected.
  • FIG. 3 shows a module according to the invention for power distribution within an electric vehicle.
  • the module 100 comprises a closed housing 101 with a plurality of connection devices 120, 130, 140, 150, 180 arranged on the housing for connecting various components of the electrical system. vehicle.
  • Laderstruk ⁇ acids which are preferably in the form of bus bars 111, 121, 131, 141, 151 are formed.
  • the preferably simple ladder architecture within the module 100 comprises a main busbar pair 111 extending horizontally in the drawing for feeding in the HV voltage and a plurality of secondary busbars 121, 131, 141 branching from the main busbars 111 to the output-side connecting devices 120, 130, 140, 150, 180 , 151.
  • the secondary rails 121, 131, 141, 151 are preferably fastened to the continuous main busbars 111 (eg by means of soldering, screwing or jamming), so that sufficient contact reliability is ensured.
  • the first connection device 110 is preferably designed as a socket for receiving a corresponding electrical connector plug.
  • the battery terminal 110 may be formed in the form of a terminal connection for direct connection of corresponding electrical lines.
  • the battery connector 110 is still another connection device 180 directly to the
  • Main busbars 111 connected.
  • the module 100 shown here by way of example also comprises four output-side connection devices 120, 130, 140, 150, which are each designed for different purposes.
  • the first output side terminal 120 is formed as a terminal for providing a lower DC voltage (for example, 48V for the front lighting).
  • the low DC voltage is generated by means of a DC-DC converter 123 integrated in the module 121 in the corresponding branch 121.
  • the second output-side connection device 130 is designed as an AC socket.
  • the module 100 comprises an inverter 133 arranged in the corresponding current branch 131.
  • a circuit breaker 134 can be integrated within the socket 130, which disconnects the contacts of the AC voltage socket as soon as the voltage is applied associated plug is removed.
  • the inverter 133 can provide its own monitoring line 136, with which the electrical connector 130 is additionally monitored.
  • the inverter 133 can be designed such that in the event of interruption of the own monitoring line 136, the socket 130 is switched off without voltage.
  • the socket 130 by means of additional measures, such. B. slidable covers the contact openings to be secured.
  • the socket 130 can also be deposited from the module ⁇ formed. In this case, the internal monitoring ⁇ line can be run 136 corresponding to the recessed socket with ⁇ .
  • the third branching busbar pair 141 connects a HV DC socket 150 to the main busbars 111.
  • a terminal device 150 for example, an electric motor or an electric motor upstream of the inverter can be connected to the high-voltage network.
  • the fourth output-side connection device 150 of the power distribution module 100 shown here by way of example is designed as a standby output.
  • This is preferably a customizable to various applications port, z. B. as a connection for a DC charge or as an additional power source, for example, a so-called range extender ⁇ .
  • the reserved vean gleich is preferably designed in the form of a receptacle for the per ⁇ corresponding adapters.
  • its main contacts are protected by means of an insulating cover 153.
  • a cover can be z. B. a simple plug can be used, which is fixed within the reserve output.
  • electrical fuses 152 are provided in the busbars 151 of the reserve output 150 as an additional safeguarding measure .
  • monitoring line 190 which is guided within the module 100 with the individual bus bars 111, 121, 131, 141, 151 to the plugs.
  • ⁇ monitoring line is part of an external diagnostic system (not shown here), which the vehicle electrical components are monitored with help.
  • the electrical connections are equipped in addition to the main contacts for power supply with two additional contacts for the monitoring line.
  • the corresponding one port mating connector, wherein ⁇ play, an insertable into a jack plug has, besides the two main contacts via two additional contacts for the monitoring line.
  • connection partners are designed so that the circuit of the monitoring line is closed when the connection partners are correctly connected.
  • an interruption of the current or voltage supply of the power distribution module 100 is also effected by a control / diagnostic device evaluating the monitoring line. This measure provides sufficient contact protection for the main contacts exposed in the case of a disconnected plug.
  • the control / diagnostic device which is preferably arranged outside the module 100, can in principle also be arranged within the module 100.
  • the monitoring line 190 is connected via the main connection 111 to a control / diagnostic device arranged outside the module. leads. The guided within the module 100 part of the monitoring circuit thus allows the shutdown of
  • the monitoring line 190 is bridged by means of a bridging element 154 which can be installed in the reserve connection 150.
  • This is a correspondingly shaped electrical conductor 154, which short-circuits the contacts of the monitoring line.
  • the bridging element 154 preferably has an outer insulation.
  • the Uberbrückungs ⁇ element 154 for example, have an electrically insulating plastic coating.
  • the bridging element 154 or its outer insulation is preferably designed such that it also covers the main contacts of the reserve connection 150.
  • a special securing element can be provided, with the aid of which the bridging element 154 is secured against unin ⁇ tional falling out.
  • FIG. 4 shows the connection plate 103 of the module 100 according to the invention from FIG. 3.
  • the output-side connections 120, 130, 140, 150 are in the form of sockets, which are each provided for a different purpose.
  • the individual sockets 120, 130, 140, 150 each have two main contacts.
  • the built-in sockets 130, 140, 150 additional contacts for the entrained monitoring line 190 are not explicitly shown as Kleinsig ⁇ naltruste such additional contacts do not require special security measures and can therefore be placed anywhere within the plug.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the module according to the invention for voltage or current distribution within an electric vehicle.
  • This module 100 essentially corresponds to the module shown in FIG. teriean gleich 110 is now formed in the form of a terminal connection for direct connection of corresponding electrical lines.
  • an interruption switching element 181 is additionally provided in the region of the charging connection 180, which may be designed, for example, in the form of a switching relay.
  • the charging port 180 can be switched voltage-free or current-free, if no charging plug is connected.
  • the interrupting switching element 181 can also realize a bridging of the monitoring line 190.
  • Interrupt switching element 181 can be effected by means of an external control device (not shown here).
  • an additional connector 183 is provided for connecting an external control unit with which the interrup ⁇ Chung switching element 181 is connected via a control line 182nd
  • FIG. 6 shows a further variant of the module according to the invention for voltage or current distribution within the electrically operated vehicle.
  • modules are here a total of three high voltage outputs 130, 140, 150 additionally secured by means of separate elekt ⁇ -driven fuses 132, 142, 152nd
  • the DC-DC converter 123 in the first branch 121 has separate fuses 122 and is further connected via a signal / control line 125 to a connection device 126 for connecting an external control device.
  • the module 100 further has an additional terminal 170, which is also connected by means of corresponding conductor structures 171 at the output of the DC-DC converter 123.
  • the output 170 and its electrical leads 171 are shown in dashed lines in FIG. 6 as optional devices.
  • the module 100 has a closed outer housing 101.
  • the housing 101 has a demountable housing cover 102, by means of which a Access for repair or retrofitting purposes.
  • a key switch 191 according to the invention is in the range of the housing cover we ⁇ iquess provided, which causes the monitoring line 190 when opening the lid 102nd This ensures that the electrical Lei ⁇ ter Modellen 111, 121, 131, 141, 151, 161 of the module 100 when opening the lid 102 are automatically switched off flow or voltage. By this measure, an additional contact protection is realized.
  • the key switch 191 is preferably designed as a double button with two separate Tast ⁇ contacts.
  • a push-button can also be a non-contact switching element such.
  • B. a magnetic switch can be used.
  • the monitor line 190 may be connected to an external controller as well as to other components of the electric vehicle.
  • monitoring line 190 as shown in FIG. 6, can be led out of module 100 via separate connection devices 192, 193.
  • connection devices 192, 193 can be implemented with the help of this measure, an extended security concept in which the monitoring line 190 and thus the voltage ⁇ supply of the module 100 when certain events such. B. a vehicle collision is interrupted by the external control unit.
  • the module housing may have a special bracket. This clip already has the typical mechanical
  • the mounting bracket can also support the so-called DIN rail mounting. If such a clip is made of metal, should preferably not in the attachment of the clip to the electrically insulated module housing inside leading conductive fasteners, such. As metallic screws or rivets used.
  • the inventive module may also have additional protection measure ⁇ took feature.
  • a so-called insulation monitor can be integrated in the module 100. Such a device monitors the insulation of the HV wiring by measuring the current flow with a short-term voltage increase in the HV wiring and draws conclusions about existing leakage currents.
  • electric vehicle used in the foregoing description as well as the claims does not only refer to purely electric powered vehicles using, for example, Li-ion batteries or fuel cells as energy storage for a drive motor, but also to vehicles in which the electric motor is merely auxiliary drive or as an additional unit is used, such.
  • the inventive concept can basically be used in all vehicles which have an HV power supply, in particular with a voltage of 60 volts and more.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Abstract

Es wird ein Modul (100) zur Leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug beschrieben umfassend: ein Gehäuse (110) mit einem Hauptanschluss (111) zum Anschließen einer Hochvolt-Spannungsquelle (200) und wenigstens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen (121, 131, 141, 151, 161) zum Anschließen elektrischer Verbraucher des Elektrofahrzeugs, und elektrische Leiterstrukturen (110, 120, 130, 140, 160) zum elektrischen Verbinden der ausgangseitigen Anschlüsse (121, 131, 141, 151, 161) mit dem Hauptanschluss (111).

Description

Beschreibung
Modul zur Leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verteilung elektrischer Leistung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug. Die Anordnung umfasst einen Hochvolt-Spannungsverteiler mit wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss und mehreren aus- gangsseitigen Anschlüssen, die mittels elektrischer Leiterstrukturen miteinander elektrisch verbunden sind.
Bei Automobilen besteht die Notwendigkeit in einer Batterie gespeicherte bzw. mithilfe eines Generators erzeugte elektrische Energie verschiedenen Komponenten und Aggregaten des Fahrzeugs bereitzustellen. Hierzu werden die elektrischen Verbraucher über separate elektrische Leiterstrukturen an eine interne Strom¬ bzw. Spannungsquelle angeschlossen. Die Verdrahtung bzw. der Kabelbaum eines modernen Fahrzeugs fällt in der Regel sehr umfangreich aus, was insbesondere mit einem hohen Herstel¬ lungsaufwand, einem hohen Gewicht sowie hohen Herstellungskosten einhergeht. Im Vergleich zu einem dünnen Kabelbaum beansprucht ein dicker Kabelbaum ferner deutlich mehr Raumvolumen im Fahrzeug. Schließlich stellt jede zusätzliche Verkabelung grundsätzlich eine weitere mögliche Fehlerquelle in der Her¬ stellung bzw. im Betrieb des Fahrzeugs dar. Es ist daher sinnvoll bei der Herstellung eines Fahrzeugs, den Umfang der Verkabelung möglichst gering zu halten.
Während elektrische Verbraucher in einem herkömmlichen
Kraftfahrzeug mit einer niedrigen Spannung (12 Volt bzw. 24 Volt) versorgt werden, arbeiten die Hochleistungsantriebsaggregate in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, d. h. einem Elektro- fahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder ähnlichem, mit entsprechend hohen elektrischen Spannungen (z. B. 400 Volt) . Um eine solche hohe Spannung bzw. elektrische Leistung bereitstellen und verteilen zu können, sind im Elektrofahrzeug entsprechend leistungsstarke Verkabelungen notwendig. Da die Leistungsfä- higkeit einer elektrischen Leiterstruktur typischerweise mit dem Leitungsdurchmesser und daher auch mit einer größeren Masse einhergeht, kommt einer möglichst effizienten Verkabelung für die Leistungs- und Hochvoltverbraucher in einem Elektrofahrzeug in Hinblick auf eine beabsichtigte Reduktion des Fahrzeugge¬ samtgewichts und der Herstellungskosten eine besondere Bedeutung zu. Ein nicht weniger hoher Stellenwert kommt jedoch auch der Berührsicherheit der Verkabelung im elektrisch betriebenen Fahrzeugen zu, zumal hier mit Spannungen weit über der
Schutzkleinspannung gearbeitet wird.
Folglich besteht die Herausforderung in der Hochspannungsverkabelung elektrisch betriebener Fahrzeuge unter anderem darin, möglichst kurze und gleichzeitig sichere Leitungen zu verlegen. Dabei erscheint auch eine Integration mehrerer Funktionen und Geräte mit Hinblick auf eine effiziente Ver¬ kabelung als sinnvoll. Bisherige Lösungen, wie z. B. so genannte Splices (Y-Verkabelung) , also Auftrennungen von Leitungen, die schon in der Kleinleistungsverdrahtung soweit wie möglich vermieden werden, stellen in der Hochspannungsverkabelung aufgrund der Sicherheitsanforderungen keine geeignete Lösung dar, zumal eine derartige Hochvolt-Verkabelung nur mit aufwändigen Sicherungsmaßnahmen verwendet werden könnte . Insgesamt sind bisher nur unzureichende Lösungsansätze zur Hochspan¬ nungsverteilung in einem Elektrofahrzeug bekannt. So ist beispielsweise eine geräteinterne Verteilung an einem Hoch¬ leistungsgerät, wie z. B. Wechselrichter bekannt, bei der die Gleichspannungseingänge (z. B. 400 V) auf Nachbarpins am Stecker „gebrückt" werden (vgl. Figur 1) .
Schließlich muss die elektrische Verkabelung im Fahrzeug auch im Hinblick auf ausreichende elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ausgelegt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfache Hochspannungsverteilung in einem Elektrofahrzeug bereitzustellen, die sowohl den Verkabelungsaufwand reduziert als auch den erhöhten Sicherheitsanforderungen beim Umgang mit Hochspannung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug gerecht wird. Diese Aufgabe wird durch ein Modul gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Aus führungs formen der Erfindung sind in den abhängigen An- Sprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist ein Modul zur Leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorgesehen, welches ein Gehäuse mit einem Hauptanschluss zum Anschließen einer
Hochvolt-Spannungsquelle und wenigstens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen zum Anschließen elektrischer Verbraucher des Elektrofahrzeugs umfasst. Das Modul umfasst ferner elektrische Leiterstrukturen zum elektrischen Verbinden der ausgangseitigen Anschlüsse mit dem Hauptanschluss . Ein solches Modul stellt einen kompakten Strom- bzw. Spannungsverteiler dar, bei dem alle notwendigen Komponenten zur Verteilung elektrischer Leistung in einem speziell abgesicherten Gehäuse berührsicher untergebracht sind. Durch die Kompaktheit des Moduls wird der Verkabelungs¬ bzw. Verdrahtungsumfang deutlich reduziert, was sich sowohl in einem geringeren Gesamtgewicht als auch in geringeren Herstellungskosten niederschlägt. Ferner erweist sich das Konzept als besonders flexibel, da das Leistungsverteiler-Modul mit verschiedenen Anschlüssen den Anforderungen verschiedener Fahrzeughersteller relativ leicht angepasst werden kann. Das Metallgehäuse des Moduls dient ferner als Schutz für in seinem Inneren untergebrachten Komponenten und bietet gleichzeitig eine elektromagnetische Abschirmung. Schließlich führt die Verwendung eines Moduls auch zu einem geringeren Montageaufwand.
In einer Ausführungs form ist vorgesehen, dass das Modul ferner eine innerhalb des Gehäuses mit den elektrischen Leiter¬ strukturen zu den Anschlüssen geführte Überwachungsleitung umfasst. Dabei ist wenigstens einer der ausgangsseitigen Anschlüsse in Form einer elektrischen Steckeinrichtung mit Zu- satzkontakten für die Überwachungsleitung ausgebildet. Die im Modul geführte Überwachungsleitung ermöglicht die spannungs¬ freie Schaltung des Moduls, sobald Störungen an den elektrischen Strukturen des Moduls auftreten oder Kontakte eines Hochspannungsanschlusses durch Abziehen des entsprechenden Steckers am Modul freigelegt werden. Mit dieser Maßnahme lässt sich daher insbesondere die Berührsicherheit des Moduls sowie der damit verbundenen Hochspannungsleitungen erhöhen. Die Zusatzkontakte ermöglichen es, die Überwachungsleitung nach außen zu führen. Somit können neben den internen Leiterstrukturen auch die Anschlüsse des Moduls sowie die an das Modul angeschlossenen elektrischen Leitungen überwacht werden.
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass die elektrischen Leiterstrukturen ein dem Hauptanschluss zugeordnetes durchgehendes Hauptstromschienenpaar und mehrere jeweils paarweise vom Hauptstromschienenpaar abzweigende Nebenstromschienen umfassen. Die Verwendung durchgehender, d.h. ununterbrochener Stromschienen als Hauptstromschienen ermöglicht eine besonders hohe Strombelastung des Hauptstrompfades. Ferner reduziert sich hiermit auf dem Hauptstrompfad die Anzahl der Verbindungs¬ stellen, was mit einer höheren Ausfallsicherheit einhergeht.
In einer weiteren Aus führungs form ist vorgesehen, dass wenigstens einer der ausgangsseitigen Anschlüsse als Reserve- anschluss ausgebildet ist, wobei der Reserveanschluss Zu¬ satzkontakte für die Überwachungsleitung umfasst, die mittels eines aufsteckbaren Überbrückungselements überbrückt sind. Mithilfe solcher Reserveanschlüsse lässt sich das Modul sehr flexibel erweitern. So können nicht installierte Optionen des Elektrofahrzeugs , wie z. B. Klimaanlage oder ähnliches, auch nachträglich nachgerüstet werden. Die Überbrückung der Überwachungsleitung mittels des Überbrückungselements ermöglicht die Nutzung des Überwachungssystems auch im Falle eines nicht verwendeten Reserveausgangs.
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass das Überbrü- ckungselement eine Außenisolierung aufweist und ferner aus¬ gebildet ist, im montierten Zustand die Hauptkontakte des Reserveanschlusses berührsicher abzudecken. Die Isolierung des Überbrückungselements ermöglicht eine störungsfreie Funktion der durch die Überwachungsleitung gebildeten Überwachungsschaltkreises. Durch die Abdeckung der Hauptkontakte des Re- serveausgangs wird die Berührungssicherheit des jeweiligen Anschlusses erhöht.
In einer weiteren Aus führungs form ist vorgesehen, dass der Reserveanschluss als eine Aufnahme für verschiedene An- schluss-Adapter ausgebildet ist, um den Reserveanschluss an verschiedene Anwendungen anzupassen. Diese Erweiterbarkeit des Reserveausgangs mittels Adapter erlaubt die Verwendung ein¬ heitlicher Module für verschiedene Fahrzeuge. Hiermit wiederum lassen sich die Herstellungskosten senken.
In einer weiteren Aus führungs form ist vorgesehen, dass der Reserveanschluss mittels eines abnehmbaren Abdeckelements verschlossen ist, welches als elektrische Isolierung für die Hauptkontakte des Reserveanschlusses dient. Durch das Ab¬ deckelement wird die Berührsicherheit weiter erhöht. Ferner werden mögliche Störungen der HV-Spannungsversorgung, beispielsweise durch Eindringen von Feuchtigkeit oder Schmutz in die Hauptkontakte, vermieden.
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass elektrische Si¬ cherungen zum Absichern wenigstens eines der ausgangsseitigen Anschlüsse vorgesehen sind. Hierdurch wird die Anwendersi¬ cherheit erhöht. Ferner kann mithilfe der separat abgesicherten Anschlüsse verhindert werden, dass eine Störung an einem An- schluss bzw. an dem daran angeschlossenen Verbraucher zu einem Ausfall der gesamten HV-Spannungsversorgung führt.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form umfasst das Modul wenigstens einen Spannungswandler zum Bereitstellen einer niedrigen Gleichspannung. Durch die Integration des Spannungswandlers in das Modul kann der Verkabelungsaufwand weiter reduziert werden, da am betreffenden Anschluss nur noch Niedervolt-Leitungen verlegt werden müssen. Insgesamt erhöht sich auch die Berührsicherheit des Spannungsverteilungssystems, da mithilfe der Maßnahme die Anzahl der außerhalb des Moduls zugänglichen HV-Leitungen reduziert wird. Gemäß einer weiteren Aus führungs form umfasst das Modul wenigstens einen Wechselrichter zum Bereitstellen einer Wechselspannung an wenigstens einem der ausgangsseitigen Anschlüsse . Ferner ist vorgesehen, dass der dem Wechselrichter zugeordnete ausgangseitige Anschluss in Form einer abgesetzten Wechsel¬ stromdose mit wenigstens einer integrierten Schutzeinrichtung ausgebildet ist. Durch die Integration des für bordeigene Versorgung (z.B. 230 V~) vorgesehenen Wechselrichters in das Modul reduziert sich insgesamt der Verkabelungsaufwand des Elektrofahrzeugs , da der notwendige Leitungsdurchmesser und Isolationsaufwand bei dem erzeugten Wechselstrom typischerweise geringer ausfällt als bei einer Hochvolt-Gleichspannung. Die in der Wechselstromdose integrierte Schutzeinrichtung erhöht den Berührschutz der Wechselstromkontakte.
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass die Schutzeinrichtung in Form eines Sicherheitsschalters ausgebildet ist, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, nur dann eine
Wechselspannung auf die Wechselstromdose zu schalten, wenn der Sicherheitsschalter von einem in der Wechselstromdose eingesteckten Wechselstromstecker betätigt ist. Durch den Sicherheitsschalter wird die Berührsicherheit des Moduls zusätzlich erhöht .
In einer weiteren Aus führungs form ist vorgesehen, dass ein Ladeanschluss zum Aufladen der Hochvolt-Spannungsquelle des elektrisch betriebenen Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei der Ladeanschluss an die Hauptstromschienen angeschlossen ist. Durch das Anschließen des Ladeanschlusses an die Hauptstromschienen wird eine besonders sichere elektrische Verbindung für den Ladevorgang gewährleistet.
In einer weiteren Aus führungs form ist vorgesehen, dass ein Unterbrechungs-Schaltelement zum elektrischen Trennen eines aktuell nicht verwendeten Anschlusses von den zugehörigen Stromschienen vorgesehen ist. Das Unterbrechungs-Schaltelement stellt eine zusätzliche Maßnahme dar, mit deren Hilfe die Benutzersicherheit insbesondere im Hinblick auf die Berührsicherheit erhöht wird, da der betreffende Anschluss bei NichtVerwendung spannungslos geschaltet werden kann und dann keine HV-Spannung an den Hauptkontakte des jeweiligen Anschlusses mehr anliegt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Gehäuse einen abnehmbaren Gehäusedeckel umfasst, wobei im Bereich des
Gehäusedeckels wenigstens ein Sicherheitsschalter zum Erkennen des Öffnens des Gehäusedeckels vorgesehen ist. Dabei ist der Sicherheitsschalter ausgebildet, die Überwachungsleitung zu unterbrechen, sobald der Gehäusedeckel geöffnet wird. Der Gehäusedeckel erlaubt einen relativ einfachen Zugang zu den Komponenten des Moduls, beispielsweise um Reparatur-, Wartungs¬ oder Umbauarbeiten am Stromverteilermodul durchzuführen. Da die Hochspannung im Modul nach Unterbrechung der Überwachungsleitung durch Anheben des Gehäusedeckels automatisch abgeschaltet wird, wird mithilfe des beispielsweise als Tastschalter oder als berührungslosen Magnetschalter ausgebildeten Sicherheitsschalters die Benutzersicherheit erhöht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft eine einfache Hochvolt-Spannungsverteilung in einem herkömmlichen Elektrofahrzeug;
Fig. 2 schematisch einen Teil der Architektur eines Elektro- fahrzeugs zur Verdeutlichung der Notwendigkeit einer Spannungsverteilung;
Fig. 3 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Moduls zur Leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug gemäß der Erfindung; Fig. 4 beispielhaft eine die ausgangsseitigen Anschlüsse um¬ fassende Anschlussplatte des erfindungsgemäßen Moduls aus Figur 3; Fig. 5 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des er- findungsgemäßen Moduls zur Leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit zusätzlichen Sicherungs- maßnahmen; und
Fig. 6 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel des er¬ findungsgemäßen Moduls zur Leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit einem Tastschalter zur Unterbrechung der Überwachungsleitung.
Die Figur 1 verdeutlicht ein bekanntes Konzept zur Verteilung einer Hochspannung in einem Elektrofahrzeug . Hierbei ist schematisch ein Leistungselektronikmodul 300 gezeigt, das beispielsweise einen AC/DC Wechselrichter 301 zum Umwandeln einer HV-Gleichspannung (Hochvolt-Gleichspannung) in eine Wechselspannung und einen DC/DC-Konverter 302 zum Umwandeln einer HV-Gleichspannung in eine Schutzkleinspannung (z.B. 12 Volt) umfasst. Das Leistungselektronikmodul 300 umfasst ferner eine Niedervolt-Schnittstelle 310 sowie eine
Hochvolt-Schnittstelle 320. Diese sind in der Zeichnung jeweils mittels einer gestrichelten Trennlinie 311, 321 verdeutlicht. Während die Niedervolt-Schnittstelle 310 als ein Anschluss¬ bereich mit einem ersten Anschluss 312 zum Verbinden der Leistungselektronik mit einer 12 Volt Batterie und einem zweiten Anschluss 313 zum Anschließen einer Signal- bzw. Steuerleitung an die Leistungselektronik ausgebildet ist, liegt die
Hochvolt-Schnittstelle 320 in Form einer an verschiedene Fahrzeugtypen anpassbaren Adapterplatte vor. Die Adapterplatte 320 umfasst ebenfalls mehrere Anschlüsse, beispielsweise einen ersten Anschluss 322 zum Anschließen eines Elektromotors, eines zweiten Anschluss 323 zum Anschließen einer Hochspannungsbatterie und einen dritten Anschluss 324 zum Anschließen eines HV-Hilfsaggregats . Bei diesem relativ einfachen Konzept erfolgt die Spannungsverteilung innerhalb der Adapterplatte, wobei die Gleichspannungseingänge des Hochvoltanschlusses 323 mittels einer von der Hauptleitung 325 abzweigenden Nebenleitung 326 auf den Nachbaranschluss 324 "gebrückt" werden. _
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Einen Überblick über eine mögliche Leistungsverteilung innerhalb eines Elektrofahrzeugs zeigt die Figur 2. Die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit stark vereinfacht dargestellte Anordnung 200 stellt lediglich einen Teil einer elektrischen Architektur eines Elektrofahrzeugs dar. Dabei umfasst die Anordnung 200 eine Hochvoltbatterie 220, die über eine Leitung 211 eines einfachen Spannungs- bzw. Leistungsverteilers 210 mit einem Inverter 240 zum Umwandeln der Gleichspannung der Hochvoltbatterie 220 in einen Dreiphasenwechselstrom verbunden ist, an den wiederum über die Leitungen 241 ein Elektromotor 250 angeschlossenen ist. Zum Laden der Hochvoltbatterie 220 ist ferner eine Ladeeinrichtung 230 mit einer entsprechenden Schnittstelle 231 zum Anschluss an ein externes Spannungsnetz 232 vorgesehen. Die Ladeeinrichtung 230 ist über die Leitungen 212, 213, 211 des Leistungsverteilers 210 mit der Hochvoltbatterie 220 verbunden. Schließlich umfasst die Anordnung 200 auch eine herkömmliche Kleinspannungsbatterie 270, die über die Hochvoltbatterie 220 geladen werden kann. Hierzu ist die Kleinspannungsbatterie 270 über eine Leitung 261 an einem DC/DC-Konverter 260 angeschlossen, der wiederum über die Leitungen 212, 213, 211 des Spannungsverteilers 210 an die Hochvoltbatterie 220 angeschlossen ist.
Zusätzlich zu den bereits beschriebenen elektrischen Einrichtungen können in einem Elektrofahrzeug grundsätzlich auch optionale elektrische Komponenten an das Hochspannungsnetz angeschlossen werden. Wie in der Figur 2 mittels gestrichelter Verbindungslinien dargestellt ist, sind beispielsweise eine Kühl- oder Heizeinheit 290 und ein so genannter Range Extender 280, also ein beispielsweise mittels eines zusätzlichen Ver- brennungsmotors betriebener Stromgenerator, über separate Verbindungsleitungen 215, 216 an der Leitung 212 des Spannungsverteilers 210 angeschlossen.
Die Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Modul zur Leistungs- Verteilung innerhalb eines Elektrofahrzeugs . Das Modul 100 umfasst dabei ein geschlossenes Gehäuse 101 mit mehreren am Gehäuse angeordneten Anschlusseinrichtungen 120, 130, 140, 150, 180 zum Anschließen verschiedener Komponenten des Elektro- fahrzeugs. Innerhalb des Gehäuses 101 verlaufen Leiterstruk¬ turen, die vorzugsweise in Form von Stromschienen 111, 121, 131, 141, 151 ausgebildet sind. Die vorzugsweise einfach gehaltene Leiterarchitektur innerhalb des Moduls 100 umfasst ein in der Zeichnung horizontal verlaufendes Hauptstromschienenpaar 111 zum Einspeisen der HV-Spannung sowie mehrere von den Hauptstromschienen 111 zu den ausgangsseitigen Anschlusseinrichtungen 120, 130, 140, 150, 180 abzweigende Nebenschienen 121, 131, 141, 151. Die Nebenschienen 121, 131, 141, 151 sind dabei vorzugsweise an den durchgehenden Hauptstromschienen 111 befestigt (z. B. mittels Verlöten, Verschrauben oder Verklemmen), so dass eine ausreichende Kontaktsicherheit gewährleistet wird. Zum Verbinden des Hauptstromschienenpaars 111 mit der
HV-Batterie ist die erste Anschlusseinrichtung 110 vorzugsweise als eine Steckbuchse zur Aufnahme eines entsprechenden elektrischen Anschlusssteckers ausgebildet. Alternativ kann der Batterieanschluss 110 auch in Form eines Klemmanschlusses zum direkten Anschließen entsprechender elektrischer Leitungen ausgebildet sein. Zusätzlich zum Batterieanschluss 110 ist noch eine weitere Anschlusseinrichtung 180 unmittelbar an die
Hauptstromschienen 111 angeschlossen. Die direkte Anbindung an den Hauptstromschienen, die als Hauptstrompfad für relativ große Strombelastung ausgelegt sind, macht diesen Anschluss besonders geeignet für Anwendungen, die einen höheren Stromfluss er- fordern. Daher kann die Anschlusseinrichtung 180 als Anschluss für eine Leistungselektronik eines Elektromotors dienen. Jenach Anwendung kann die Anschlusseinrichtung 180 jedoch auch als Ladeanschluss zum Aufladen der HV-Batterie verwendet werden. Das hier beispielhaft gezeigte Modul 100 umfasst ferner vier ausgangsseitige Anschlusseinrichtungen 120, 130, 140, 150, die jeweils für unterschiedliche Zwecke ausgebildet sind. Die erste ausgangsseitige Anschlusseinrichtung 120 ist als eine Anschlussbuchse zum Bereitstellen einer niedrigeren Gleich- Spannung (beispielsweise 48 V für die Frontbeleuchtung) ausgebildet. Die Erzeugung der niedrigen Gleichspannung erfolgt dabei mittels eines im Modul 121 integrierten Gleichspannungswandlers 123 in der entsprechenden Abzweigung 121. Die zweite ausgangsseitige Anschlusseinrichtung 130 ist hingegen als eine Wechselstromsteckdose ausgebildet. Zum Bereitstellen einer Wechselspannung (z. B. 230 V) umfasst das Modul 100 einen im entsprechenden Stromzweig 131 angeordneten Wechselrichter 133. Zur Erhöhung der Berührungssicherheit kann innerhalb der Steckdose 130 ein Schutzschalter 134 integriert sein, welcher die Kontakte der Wechselspannungsdose spannungsfrei schaltet, sobald der zugehörige Stecker abgezogen wird. Ferner kann der Wechselrichter 133 eine eigene Überwachungsleitung 136 bereitstellen, mit welcher die elektrische Steckverbindung 130 zusätzlich überwacht wird. Der Wechselrichter 133 kann dabei so ausgebildet sein, dass im Falle einer Unterbrechung der eigenen Überwachungsleitung 136 die Steckdose 130 spannungsfrei ge¬ schaltet wird. Zur Erhöhung der Berührsicherheit kann die Steckdose 130 mittels zusätzlicher Maßnahmen, wie z. B. verschiebbaren Abdeckungen der Kontaktöffnungen abgesichert sein. Ferner kann die Steckdose 130 auch abgesetzt vom Modul aus¬ gebildet sein. In diesem Fall kann die interne Überwachungs¬ leitung 136 entsprechend bis zur abgesetzten Steckdose mit¬ geführt sein.
Das dritte abzweigende Stromschienenpaar 141 verbindet eine HV-Gleichspannungssteckdose 150 mit den Hauptstromschienen 111. Über diese Anschlusseinrichtung 150 kann beispielsweise ein Elektromotor bzw. ein dem Elektromotor vorgeschalteter Wechselwandler an das Hochspannungsnetz angeschlossen werden.
Die vierte ausgangsseitige Anschlusseinrichtung 150 des hier beispielhaft gezeigten Leistungsverteilermoduls 100 ist als ein Reserveausgang ausgebildet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen an verschiede Anwendungen anpassbaren Anschluss, z. B. als Anschluss für eine Gleichstrom-Ladung oder als Anschluss einer zusätzlichen Stromquelle, beispielsweise eines so ge¬ nannten Range-Extenders . Das kann insbesondere mittels ver¬ schiedener Anschluss-Adapter erfolgen. Hierzu ist der Reser- veanschluss vorzugsweise in Form einer Aufnahme für die je¬ weiligen Adapter ausgebildet. Um einen nicht verwendeten Re- serveausgang 150 berührungssicher zu gestalten, sind seine Hauptkontakte mittels einer isolierenden Abdeckung 153 geschützt. Als Abdeckung kann dabei z. B. ein einfacher Stopfen verwendet werden, der innerhalb des Reserveausgangs fixiert wird. Ferner sind bei dem in der Figur 3 beispielhaft gezeigten Modul elektrischen Sicherungen 152 in den Stromschienen 151 des Reserveausgangs 150 als zusätzliche Sicherungsmaßnahme vor¬ gesehen .
Zur Erhöhung der Berührungssicherheit sind die spannungführenden Leiterstrukturen des Moduls mittels einer Überwachungsleitung 190 abgesichert, die innerhalb des Moduls 100 mit der einzelnen Stromschienen 111, 121, 131, 141, 151 zu den Steckern geführt wird. Eine solche auch als "Interlock" oder "Pilotline" be¬ zeichnete Überwachungsleitung ist Teil eines externen Diagnosesystems (hier nicht gezeigt) , mit Hilfe dessen die elektrischen Komponenten des Fahrzeugs überwacht werden. Bei einem solchen System sind die elektrischen Anschlüsse neben den Hauptkontakten zur Spannungsversorgung auch mit zwei Zusatzkontakten für die Überwachungsleitung ausgestattet. Auch das einem Anschluss entsprechende Anschlussgegenstück, bei¬ spielsweise ein in eine Buchse einführbarer Stecker, verfügt neben den beiden Hauptkontakten über zwei Zusatzkontakte für die Überwachungsleitung. Beide Anschlusspartner sind dabei so gestaltet, dass der Stromkreis der Überwachungsleitung bei korrekter Verbindung der Anschlusspartner geschlossen ist. Wird die Überwachungsleitung durch Abziehen des Steckers aus der Steckdose jedoch unterbrochen, so erfolgt auch eine Unterbrechung der Strom- bzw. Spannungsversorgung des Leistungsverteilermoduls 100 durch ein die Überwachungsleitung auswertendes Steuer-/Diagnosegerät . Diese Maßnahme stellt einen ausreichenden Berührungsschutz für die im Falle eines abgezogenen Steckers freiliegenden Hauptkontakte dar. Das vorzugsweise außerhalb des Moduls 100 angeordnete Steu- er-/Diagnosegerät kann dabei grundsätzlich auch innerhalb des Moduls 100 angeordnet werden. Im vorliegenden Fall wird die Überwachungsleitung 190 über den Hauptanschluss 111 an ein außerhalb des Moduls angeordnetes Steuer-/Diagnosegerät ge- führt. Der innerhalb der Moduls 100 geführte Teil des Über- wachungsstromkreises erlaubt somit die Abschaltung der
Strom-/Spannungsversorgung auch beim Auftreten einer internen Störung, wie z. B. im Falle einer Unterbrechung einer Leitungsstruktur des Moduls 100 infolge einer Gewalteinwirkung.
Um sicherzustellen, dass die Spannungsversorgung auch bei einem nicht belegten Reserveanschluss 150 gewährleistet ist, wird die Überwachungsleitung 190 mittels eines im Reserveanschluss 150 installierbaren Überbrückungselements 154 gebrückt. Hierbei handelt es sich um einen entsprechend geformten elektrischen Leiter 154, der die Kontakte der Überwachungsleitung miteinander kurzschließt. Das Uberbrückungselement 154 weist vorzugsweise eine Außenisolierung auf. Hierzu kann das im Uberbrückungs¬ element 154 beispielsweise einen elektrisch isolierenden Kunststoffüberzug aufweisen. Das Uberbrückungselement 154 bzw. seine äußere Isolierung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass es auch die Hauptkontakte des Reserveanschlusses 150 abdeckt. Ferner kann ein spezielles Sicherungselement vorgesehen sein, mithilfe dessen das Uberbrückungselement 154 gegen unbeab¬ sichtigtes Herausfallen gesichert ist.
Die Figur 4 zeigt die Anschlussplatte 103 des erfindungsgemäßen Moduls 100 aus der Figur 3. Dabei sind die ausgangsseitigen Anschlüsse 120, 130, 140, 150 im vorliegenden Fall als Steckdosen ausgebildet, die jeweils für einen anderen Zweck vorgesehen sind . Die einzelnen Steckdosen 120, 130, 140, 150 weisen dabei jeweils zwei Hauptkontakte auf. Nicht explizit dargestellt sind hingegen die in den Steckdosen 130, 140, 150 integrierten Zusatzkontakte für die mitgeführte Überwachungsleitung 190. Als Kleinsig¬ nalkontakte benötigen solche Zusatzkontakte keine besonderen Sicherungsmaßnahmen und können daher beliebig innerhalb der Stecker angeordnet werden.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Aus führungs form des erfindungsgemäßen Moduls zur Spannungs- bzw. Stromverteilung innerhalb eines Elektrofahrzeugs . Dieses Modul 100 entspricht im Wesentlichen dem in Figur 3 gezeigten Modul, wobei der Bat- terieanschluss 110 nunmehr in Form eines Klemmanschlusses zum direkten Anschließen entsprechender elektrischer Leitungen ausgebildet ist. Ferner ist zusätzlich ein Unterbrechungs- Schaltelement 181 im Bereich des Ladeanschlusses 180 vorgesehen, die beispielsweise in Form eines Schaltrelais ausgebildet sein kann. Mithilfe des Unterbrechungs-Schaltelements 181 kann der Ladeanschluss 180 spannungs- bzw. stromfrei geschaltet werden, wenn kein Ladestecker angeschlossen ist. In diesem Fall kann das Unterbrechungs-Schaltelement 181 auch eine Überbrückung der Überwachungsleitung 190 realisieren. Die Steuerung des
Unterbrechungs-Schaltelements 181 kann mittels einer externen Steuereinrichtung (hier nicht gezeigt) erfolgen. Für diesen Fall ist eine zusätzliche Anschlussbuchse 183 zum Anschließen einer externen Steuereinheit vorgesehen, mit der das Unterbre¬ chungs-Schaltelement 181 über eine Steuerleitung 182 verbunden ist .
Die Figur 6 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Moduls zur Spannungs- bzw. Stromverteilung innerhalb des elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Im Unterschied zu den in den Figuren 3 und 5 gezeigten Modulen sind hier insgesamt drei Hochspannungsausgänge 130, 140, 150 mittels separater elekt¬ rischer Sicherungen 132, 142, 152 zusätzlich abgesichert. Auch der Gleichspannungswandler 123 in der ersten Abzweigung 121 verfügt über separate Sicherungen 122 und ist ferner über eine Signal-/Steuerleitung 125 mit einer Anschlusseinrichtung 126 zum Anschluss einer externen Steuereinrichtung verbunden. Das Modul 100 verfügt ferner über einen zusätzlichen Anschluss 170, der mittels entsprechender Leiterstrukturen 171 ebenfalls am Ausgang des Gleichspannungswandlers 123 angeschlossen ist. Der Ausgang 170 sowie seine elektrischen Leitungen 171 sind in der Figur 6 als optionale Einrichtungen gestrichelt dargestellt.
Um einen ausreichenden Berührungsschutz für die spannungs- bzw. stromführenden Leiterstrukturen und Komponenten des Moduls zu gewährleisten, verfügt das erfindungsgemäße Modul 100 über ein geschlossenes Außengehäuse 101. Das Gehäuse 101 verfügt dabei über einen abmontierbaren Gehäusedeckel 102, mithilfe dessen ein Zugang für Reparatur- oder Nachrüstzwecke sichergestellt wird. Erfindungsgemäß ist dabei im Bereich des Gehäusedeckels we¬ nigstens ein Tastschalter 191 vorgesehen, der beim Öffnen des Deckels 102 eine Unterbrechung der Überwachungsleitung 190 bewirkt. Hierdurch wird erreicht, dass die elektrischen Lei¬ terstrukturen 111, 121, 131, 141, 151, 161 des Moduls 100 beim Öffnen des Deckels 102 automatisch ström- bzw. spannungsfrei geschaltet werden. Durch diese Maßnahme wird ein zusätzlicher Berührungsschutz realisiert. Der Tastschalter 191 ist dabei vorzugsweise als ein Doppeltaster mit zwei separaten Tast¬ kontakten ausgebildet . Hierdurch wird auch beim Ausfall eines der Tastkontakte eine Unterbrechung der Überwachungsleitung 190 und damit verbunden ein Abschalten der Spannungsversorgung sichergestellt. Alternativ zu einem Tastschalter kann auch ein berührungsloses Schaltelement, wie z. B. ein magnetischer Schalter verwendet werden.
Die Überwachungsleitung 190 kann mit einem externen Steuergerät sowie mit anderen Komponenten des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Hierzu kann die Überwachungsleitung 190, wie in der Figur 6 gezeigt ist, über separate Anschlusseinrichtungen 192, 193 aus dem Modul 100 heraus geführt werden. Ferner lässt mit Hilfe dieser Maßnahme auch ein erweitertes Sicherheitskonzept realisieren, bei dem die Überwachungsleitung 190 und damit die Spannungs¬ versorgung des Moduls 100 beim Auftreten bestimmter Ereignisse, wie z. B. einer Fahrzeugkollision vom externen Steuergerät unterbrochen wird.
Um eine Befestigung des Moduls am Fahrzeug zu erleichtern, kann das Modulgehäuse eine spezielle Klammer (Bracket) aufweisen. Diese Klammer kann bereits die typischen mechanischen
Schnittstellen der verschiedenen Hersteller berücksichtigen, so dass möglichst keine Anpassung des Modulgehäuses notwendig ist. Unter anderem kann die Befestigungsklammer auch die sogenannte Hutschienenmontage unterstützen. Sofern eine solche Klammer aus Metall besteht, sollte bei der Befestigung der Klammer am elektrisch isolierten Modulgehäuse vorzugsweise keine nach innen führenden leitenden Verbindungselemente, wie z. B. metallische Schrauben oder Nieten, verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Modul kann auch über weitere Schutzma߬ nahmen verfügen. Beispielsweise kann ein sogenannter Isolationswächter im Modul 100 integriert werden. Ein solches Gerät überwacht die Isolierung der HV-Verdrahtung indem es den Stromfluss bei einer kurzfristigen Spannungserhöhung in der HV-Verkabelung misst und daraus Rückschlüsse auf vorhandene Leckströme zieht.
Der in der vorhergehenden Beschreibung sowie den Ansprüchen verwende Begriff "Elektrofahrzeug" bezieht sich nicht nur auf rein elektrisch betriebene Fahrzeuge, die beispielsweise Li-Ionen Akkus oder Brennstoffzellen als Energiespeicher für einen Antriebsmotor verwenden, sondern auch auf Fahrzeuge, in denen der Elektromotor lediglich als Zusatzantrieb oder als Zusatzaggregat zum Einsatz kommt, wie z. B. Hybridfahrzeuge. Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich grundsätzlich in allen Fahrzeugen verwenden, die über eine HV-Spannungsversorgung, insbesondere mit einer Spannung von 60 Volt und mehr, verfügen.

Claims

Patentansprüche
1. Modul (100) zur Leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug umfassend:
- ein Gehäuse (101) mit wenigstens einem Hauptanschluss (110) zum Anschließen einer Hochvolt-Spannungsquelle und wenigstens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen (120, 130, 140, 150, 160, 170) zum Anschließen elektrischer Verbraucher des Elektrofahrzeugs , und
- elektrische Leiterstrukturen (111, 121, 131, 141, 151, 161) zum elektrischen Verbinden der ausgangseitigen Anschlüsse (120, 130, 140, 150, 160, 170) mit dem Hauptanschluss (110) .
2. Modul (100) nach Anspruch 1,
wobei das Modul (100) ferner eine innerhalb des Gehäuses (101) mit den elektrischen Leiterstrukturen (121, 131, 141, 151, 161, 171) zu den Anschlüssen (110, 120, 130, 140, 150, 160, 170) geführte Überwachungsleitung (190) umfasst, und
wobei wenigstens einer der ausgangsseitigen Anschlüsse (120, 130, 140, 150, 160, 170) in Form einer elektrischen Steckeinrichtung mit Zusatzkontakten für die Überwachungsleitung (190) ausgebildet ist.
3. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leiterstrukturen (111, 121, 131, 141, 151, 161) ein dem Hauptanschluss (110) zugeordnetes durchgehendes Hauptstromschienenpaar (111) und mehrere jeweils paarweise vom Hauptstromschienenpaar (111) abzweigende Nebenstromschienen (121, 131, 141, 151, 161) umfassen.
4. Modul (100) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei wenigstens einer der ausgangsseitigen Anschlüsse (120, 130, 140, 150, 160, 170) als Reserveanschluss ausgebildet ist, und
wobei der Reserveanschluss (150) Zusatzkontakte für die
Überwachungsleitung (190) umfasst, die mittels eines aufsteckbaren Überbrückungselements (154) überbrückt sind.
5. Modul (100) nach Anspruch 4,
wobei das Überbrückungselement (154) eine Außenisolierung aufweist und ferner ausgebildet ist, im montierten Zustand die Hauptkontakte des Reserveanschlusses (150) berührsicher ab¬ zudecken .
6. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reserveanschluss (150) als eine Aufnahme für ver¬ schiedene Anschluss-Adapter ausgebildet ist, um den Reserve¬ anschluss an verschiedene Anwendungen anzupassen.
7. Modul (100) nach Anspruch 6,
wobei der Reserveanschluss (150) mittels eines abnehmbaren Abdeckelements (153) verschlossen ist, das als elektrische Isolierung für die Hauptkontakte des Reserveanschlusses (150) dient .
8. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Sicherungen (122, 132, 142, 152) zum Absichern wenigstens eines der ausgangsseitigen Anschlüsse (120, 130, 140, 150) vorgesehen sind.
9. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul (100) einen Spannungswandler (123) zum Bereitstellen einer niedrigen Gleichspannung an wenigstens einem der ausgangsseitigen Anschlüsse (120, 170) umfasst.
10. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul (100) einen Wechselrichter (133) zum Bereitstellen einer Wechselspannung an wenigstens einem der ausgangsseitigen Anschlüsse (130) umfasst, und
wobei der dem Wechselrichter (133) zugeordnete ausgangseitige Anschluss (130) in Form einer abgesetzten Wechselstromdose mit wenigstens einer integrierten Schutzeinrichtung (134) ausgebildet ist.
11. Modul (100) nach Anspruch 10,
wobei die Schutzeinrichtung (134) in Form eines Sicherheitsschalters ausgebildet ist, und
wobei der Wechselrichter (133) ausgebildet ist, nur dann eine Wechselspannung auf die Wechselstromdose (130) zuschalten, wenn der Sicherheitsschalter (134) von einem in der Wechselstromdose (130) eingesteckten Wechselstromstecker betätigt ist.
12. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ladeanschluss (180) zum Aufladen der
Hochvolt-Spannungsquelle des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei der Ladeanschluss (180) an den Hauptstromschienen (111) angeschlossen ist.
13. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei ein Unterbrechungs-Schaltelement (181) zum elektrischen Trennen eines aktuell nicht verwendeten Anschlusses (180) von den zugehörigen Stromschienen (111, 121, 131, 141, 151, 161) vorgesehen ist.
14. Modul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (101) einen abnehmbaren Gehäusedeckel (102) umfasst, und
wobei im Bereich des Gehäusedeckels (102) wenigstens ein Sicherheitsschalter (191) zum Erkennen des Öffnens des
Gehäusedeckels (102) vorgesehen ist, wobei der Sicherheits¬ schalter (191) ausgebildet ist die Überwachungsleitung (190) zu unterbrechen, sobald der Gehäusedeckel (102) geöffnet wird.
EP12704078.0A 2011-02-18 2012-02-15 Modul zur leistungsverteilung in einem elektrisch betriebenen fahrzeug Withdrawn EP2675650A2 (de)

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