WO2009135578A1 - Akkumulator für hybrid-fahrzeuge mit einer sicherheitseinrichtung zum unterbrechen eines hochspannungskreises - Google Patents

Akkumulator für hybrid-fahrzeuge mit einer sicherheitseinrichtung zum unterbrechen eines hochspannungskreises Download PDF

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WO2009135578A1
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Ralf Joswig
Helge Brenner
Martin Wiegmann
Henning Eisermann
Bernd Ide
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Johnson Controls Hybrid And Recycling Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an accumulator for hybrid vehicles according to the preamble of claim 1.
  • Such accumulators are used for example in vehicles with hybrid drive, in which a drive is electric.
  • the accumulator is generally switched off by means of contactors (high voltage relays) which connect the circuit (high voltage circuit) supplied by the accumulator with a low voltage circuit.
  • the link is made in such a way that the high-voltage circuit can only be closed when the low-voltage circuit is closed. If the low-voltage circuit is open, however, the contactors ensure that the high-voltage circuit can not be closed.
  • the problem with this safety precaution is that the high-voltage circuit and the low-voltage circuit can be interrupted at the same time.
  • the simultaneous interruption of high voltage circuit and low voltage circuit is a danger of capacitor discharge, which can lead to health hazards in the maintenance personnel.
  • Receive contact elements or first mating contact elements which are connected to each other when the two connectors are connected together.
  • second contact elements can be connected to second mating contact elements only when the first contact elements and first mating contact elements have fully contacted each other, ie, when the two connectors are in a fully connected state.
  • DE 197 10 416 A1 discloses a high-voltage plug connector in an electrical connection line between a high-voltage source and a load, with two plug-in contact parts that can be combined by an axial relative movement and separated again from one another.
  • a monitoring switch is provided, which is actuated in the separation movement of the two plug contact parts.
  • the monitoring switch is connected to a control device and the control device deactivates the high-voltage source when the monitoring switch is actuated with regard to the connecting line.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved accumulator in which the high-voltage circuit can be safely de-energized.
  • the object is achieved by an accumulator having the features of claim 1.
  • the low-voltage circuit of the contactors of the accumulator is interrupted.
  • the contactors switch in such a way that they interrupt the main voltage circuit.
  • the service connector is designed to block the latch on the high-voltage plug of the battery. As a result, it is not possible to pull the high-voltage plug of the battery from the high voltage socket, as long as the service connector is arranged on the accumulator, for example, plugged onto low-voltage plugs or held in another form.
  • the high-voltage circuit and the low-voltage circuit can only be interrupted in chronological succession or connected in the opposite case.
  • the staggered interruption or closure of the high-voltage circuit and the low-voltage circuit ensure that no voltage is applied to the high-voltage contacts when the high-voltage plug is pulled from the high-voltage socket or plugged into the high-voltage socket. As a result, a capacitor discharge is avoided.
  • the accumulator according to the invention can be set by the maintenance and service personnel safely de-energized.
  • the accumulator has at least two low-voltage plugs, which are integrated in the low-voltage circuit and to which the service connector can be plugged to close the low-voltage circuit.
  • the service connector for this purpose low-voltage sockets, in which the low-voltage plug are inserted.
  • the service connector has a connector bridge which establishes an electrical connection between the at least two low-voltage connectors when the service connector is plugged onto the at least two low-voltage connectors.
  • the service Connectors preferably low-voltage sockets, in which the low-voltage plug can be inserted.
  • the service Connectors preferably low-voltage sockets, in which the low-voltage plug can be inserted.
  • the service Connectors preferably low-voltage sockets, in which the low-voltage plug can be inserted.
  • the service Connectors preferably low-voltage sockets, in which the low-voltage plug can be inserted.
  • the service Connectors preferably low-voltage sockets, in which the low-voltage plug can be inserted.
  • the service Connectors preferably low-voltage sockets, in which the low-voltage plug can be inserted.
  • the service Connectors preferably low-voltage sockets, in which the low-voltage plug can be inserted.
  • the service connector on an upper part and a lower part, which are bolted together.
  • This embodiment allows easy maintenance and repair of the service connector.
  • FIG. 1 shows a perspective partial view of the accumulator according to the invention with plugged-in service plug connector and plugged-in high-voltage plug
  • FIG. 2 shows the accumulator of FIG. 1 with the service connection plug removed
  • FIG. 3 shows the accumulator of FIG. 2 with the high-voltage plug removed
  • FIG. 4 shows a perspective front view of the service connection plug
  • FIG. 5 is a perspective rear view of the service connection plug
  • FIG. 6 a rear view of the service connector and FIG. 7 is a sectional view in the direction A of FIG. 6;
  • FIG. 1 shows a section of a battery housing 1.
  • a high-voltage plug 2 is arranged on the battery housing 1.
  • the high voltage connector 2 is detachable from the battery case 1.
  • the removal of the high voltage connector 2 of the battery case 1 is prevented by a service connector 3.
  • FIG. 2 shows the portion of the battery case 1 of Figure 1 with deducted service connector 3. In Figure 2 is now a lock 4 free.
  • the lock 4 is arranged on the high-voltage connector 2.
  • the lock 4 cooperates with the service connector 3 in such a way that the high-voltage plug 2 can not be removed from the battery housing 1, as long as the service connector 3 is above the lock 4.
  • FIG. 3 shows the section of the battery housing 1 from the previous figures with the high-voltage plug 2 pulled open. A high-voltage socket 6 exposed by the high-voltage plug 2 can now be seen.
  • an external detent 7 is arranged.
  • the high voltage socket 6 is fixed to a base plate 9.
  • the base plate 9 is fixed to the battery case 1.
  • Figure 4 shows the service connector 3 of Figure 1 in an enlarged view.
  • the service connector 3 has an upper part 10 and a lower part 11.
  • the upper part 10 has a handle 12.
  • a further detent 13 is arranged, which cooperates with the detent 7 shown in FIG.
  • Figure 5 shows the service connector 3 of Figure 4 from the back.
  • the detent 13 has a projection 16 extending to a rear side.
  • the projection 16 engages in the plugged state under the lock 4 and gives the service connector 3 in the mounted state a secure hold in the vertical direction.
  • Figure 6 shows the service connector 3 of Figures 4 and 5 from the back in partial section.
  • a low-voltage socket 17 which extends vertically upwards. Furthermore, a connector bridge 18 can be seen, which extends substantially horizontally.
  • a line 19 indicates a symmetry plane for the service connector 3.
  • FIG. 7 shows a partial sectional view of the service connector 3 in the direction A from FIG. 6.
  • the service connector 3 is plugged in this illustration on the low-voltage connector 5 on the battery case 1. This can be seen in that the projection 16 of the detent 13 engages under the lock 4.
  • the connector bridge 18 can be seen in cross section. When plugged in, a low-voltage circuit (not shown) is closed via the low-voltage plug 5, the low-voltage sockets 17 and the connector bridge 18.

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Abstract

Bei einem Akkumulator für Hybrid-Fahrzeuge mit a) einem Gehäuse (1), b) einer Vielzahl von in dem Gehäuse (1) angeordneten galvanischen Zellen, die elektrisch miteinander verbunden sind und einen Hochspannungskreis bilden, c) einer an dem Gehäuse (1) angeordneten Hochspannungsdose (6) mit zwei elektrischen Polen (8), wobei die Hochspannungsdose (6) mit einem Hochspannungsstecker (2) verbindbar ist, d) einem an der Hochspannungsdose (6) angeordneten Rastung (7), das mit einem an dem Hochspannungsstecker angeordneten Verriegelungselement (4) zusammenwirkt, um eine Verriegelung des Hochspannungssteckers (2) an der Hochspannungsdose (6) zu bewirken, e) einem Niederspannungskreis, f) wenigstens einem in den Niederspannungskreis integrierten Schütz zum Unterbrechen und Schließen des Hochspannungskreises, lässt sich der Hochspannungskreis gefahrlos spannungsfrei schalten, wenn er einen Service-Steckverbinder (3) zum Schließen und Trennen des Niederspannungskreises aufweist, wobei der Service-Steckverbinder (3) derart mit dem Hochspannungsstecker zusammenwirkt, dass der Hochspannungsstecker erst von der Hochspannungsdose (6) gezogen werden kann, nachdem der Service-Steckverbinder (3) von dem Akkumulator entfernt worden ist.

Description

Akkumulator für Hybrid-Fahrzeuge mit einer Sicherheitseinrichtung zum Unterbrechen eines Hochspannungskreises
Die Erfindung betrifft einen Akkumulator für Hybrid-Fahrzeuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Solche Akkumulatoren werden beispielsweise in Fahrzeugen mit Hybridantrieb eingesetzt, bei denen eine Antriebsart elektrisch ist.
Für die Wartung und wenn ein Service (beispielsweise Reparatur) des Akkumulators erforderlich ist, ist es auch erforderlich, den Akkumulator spannungsfrei zu schalten. Aus Sicherheitsgründen ist es nämlich erforderlich, dass Wartungsarbeiten und Servicearbeiten an dem Akkumulator nur im ausgeschalteten Zustand vorgenommen werden können.
Das Ausschalten des Akkumulators erfolgt im Allgemeinen über Schütze (Hochspannungsrelais), über die der von dem Akkumulator gespeiste Stromkreis (Hochspan- nungskreis) mit einem Niederspannungskreis verknüpft wird. Die Verknüpfung erfolgt dabei in der Weise, dass der Hochspannungskreis nur dann geschlossen werden kann, wenn auch der Niederspannungskreis geschlossen ist. Ist der Niederspannungskreis hingegen geöffnet, sorgen die Schütze dafür, dass der Hochspannungskreis nicht geschlossen werden kann.
Problematisch an dieser S icherheits Vorkehrung ist, dass der Hochspannungskreis und der Niederspannungskreis gleichzeitig unterbrochen werden können. Durch die gleichzeitige Unterbrechung von Hochspannungskreis und Niederspannungskreis besteht die Gefahr einer Kondensatorentladung, die bei dem Wartungspersonal zu Gesundheitsgefährdungen führen kann.
Aus der DE 10 2004 057 093 B3 geht eine Steckverbindung mit einem ersten
Steckverbinder und einem zweiten Steckverbinder hervor, die jeweils erste
Kontaktelemente bzw. erste Gegenkontaktelemente aufnehmen, die miteinander verbunden werden, wenn die beiden Steckverbinder miteinander verbunden werden. Bei der Steckverbindung können erst dann zweite Kontaktelemente mit zweiten Gegenkontaktelementen verbunden werden, wenn die ersten Kontaktelemente und ersten Gegenkontaktelemente miteinander vollständig in Kontakt getreten sind, d. h. wenn sich die beiden Steckverbinder in einem vollständig verbundenen Zustand befinden.
Aus der US 7,084,361 Bl geht eine Hochspannungssteckverbindung hervor, die eine Schalteinrichtung aufweist. Ein hierdurch gebildeter S ehalt- Steckverbinder bietet einen Schutz vor hochspannungsführenden Anschlüssen. Mittels eines in den Steckverbinder eingebauten Schalters wird ein Signal an eine Steuereinrichtung gegeben, die Hochspannung abzuschalten.
Aus der DE 101 02 242 Al geht eine mobile Vorrichtung hervor, die eine Energieerzeugungseinrichtung hat, mit der ein Energieverteilungsnetz verbunden ist, das eine höhere Spannung hat. Elektrische Verbraucher sind über flexible Leiter mit Steckverbinderhälften an den Leiterenden an eine zentrale Steuer- und Verteilereinheit angeschlossen, die einen Last-Trennschalter bzw. Leistungsschalter hat. Das Lösen von zwei miteinander verbundenen Steckverbinderhälften und die Herstellung der Kontaktverbindung der Hälften ist nur bei praktisch spannungslosen Steckverbinderkontakten möglich.
Aus der DE 197 10 416 Al geht ein Hochspannungs-Steckverbinder in einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen einer Hochspannungsquelle und einem Verbraucher hervor, mit zwei durch eine axiale Relativbewegung zusammsteckbaren und wieder voneinander trennbaren Steckkontaktteilen. Hierbei ist ein Überwachungsschalter vorgesehen, der bei der Trennbewegung der beiden Steckkontaktteile betätigt ist. Der Überwachungsschalter ist mit einer Steuereinrichtung verbunden und die Steuereinrichtung deaktiviert die Hochspannungsquelle bei Betätigen des Überwachungsschalters hinsichtlich der Verbindungsleitung .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Akkumulator bereitzustellen, bei dem der Hochspannungskreis gefahrlos spannungsfrei geschaltet werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Akkumulator mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Mit dem Service-Steckverbinder wird der Niederspannungskreis der Schütze des Akkumulators unterbrochen. Dadurch schalten die Schütze derart, dass sie den Hauptspannungskreis unterbrechen.
Der Service-Steckverbinder ist so ausgeführt, dass er die Verriegelung am Hochspannungsstecker des Akkumulators blockiert. Dadurch ist es nicht möglich, den Hochspannungsstecker des Akkumulators von der Hochspannungsdose zu ziehen, solange der Service-Steckverbinder an dem Akkumulator angeordnet ist, beispielsweise auf Niederspannungssteckern aufgesteckt oder in anderer Form gehaltert ist. Somit lassen sich der Hochspannungskreis und der Niederspannungskreis nur zeitlich nacheinander unterbrechen bzw. im umgekehrten Fall verbinden. Das zeitlich versetzte Unterbrechen bzw. Schließen des Hochspannungskreises und des Niederspannungskreises gewährleisten, dass an den Hochspannungskontakten keine Spannung mehr anliegt, wenn der Hochspannungsstecker von der Hochspannungsdose gezogen bzw. auf die Hochspannungsdose gesteckt wird. Dadurch wird eine Kondensatorentladung vermieden.
Somit lässt sich der erfindungsgemäße Akkumulator von dem Wartungs- und Servicepersonal sicher spannungsfrei stellen.
hi einer bevorzugten Ausführungsform weist der Akkumulator wenigstens zwei Niederspannungsstecker auf, die in den Niederspannungskreis integriert sind und auf die der Service-Steckverbinder aufsteckbar ist, um den Niederspannungskreis zu schließen. Zweckmäßig weist der Service-Steckverbinder hierzu Niederspannungsbuchsen auf, in die in die die Niederspannungsstecker einführbar sind.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass der Service-Steckverbinder eine Verbinderbrücke aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen den wenigstens zwei Niederspannungssteckern herstellt, wenn der Service-Steckverbinder auf die wenigstens zwei Niederspannungsstecker gesteckt ist. Für die Steckverbindung weist der Service- Steckverbinder vorzugsweise Niederspannungsbuchsen auf, in die die Niederspannungsstecker einführbar sind. Zweckmäßig sind genau so viele Niederspannungsbuchsen vorgesehen wie Niederspannungsstecker vorhanden sind. Vorzugsweise sind je zwei Niederspannungsstecker und Niederspannungsbuchsen vorgesehen. Für einen festeren Sitz des Service-Steckverbinders können jedoch auch mehr als zwei Niederspannungsstecker und Niederspannungsbuchsen vorgesehen sein.
Vorteilhaft weist der Service-Steckverbinder ein Oberteil und ein Unterteil auf, die miteinander verschraubt sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfache Wartung und Reparatur des Service-Steckverbinders.
Die Erfindung wird anhand eines in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 - eine perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Akkumulators mit aufgestecktem Service-Steckverbinder und aufgestecktem Hochspannungsstecker,
Figur 2 - den Akkumulator aus Figur 1 bei abgezogenem Serviceverbindungsstecker,
Figur 3 - den Akkumulator aus Figur 2 bei abgezogenem Hochspannungs- Stecker,
Figur 4 - eine perspektivische Vorderansicht des Serviceverbindungssteckers,
Figur 5 - eine perspektivische Rückansicht des Serviceverbindungssteckers,
Figur 6 - eine Rückansicht des Service-Steckverbinders und Figur 7 - eine Schnittansicht in Richtung A aus Figur 6,
Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines Batteriegehäuses 1. An dem Batteriegehäuse 1 ist ein Hochspannungsstecker 2 angeordnet. Der Hochspannungsstecker 2 ist von dem Batteriegehäuse 1 abnehmbar. In Figur 1 wird das Abnehmen des Hochspannungssteckers 2 von dem Batteriegehäuse 1 jedoch von einem Service- Steckverbinder 3 verhindert.
Figur 2 zeigt den Abschnitt des Batteriegehäuses 1 aus Figur 1 mit abgezogenem Service-Steckverbinder 3. In Figur 2 liegt jetzt eine Verriegelung 4 frei.
Die Verriegelung 4 ist an dem Hochspannungsstecker 2 angeordnet. Die Verriegelung 4 wirkt derart mit dem Service-Steckverbinder 3 zusammen, dass der Hochspannungsstecker 2 nicht von dem Batteriegehäuse 1 abgezogen werden kann, solange der Service-Steckverbinder 3 über der Verriegelung 4 liegt.
Figur 3 zeigt den Abschnitt des Batteriegehäuses 1 aus den vorigen Figuren bei gezogenem Hochspannungsstecker 2. Zu erkennen ist jetzt eine von dem Hochspannungsstecker 2 freigelegte Hochspannungsdose 6.
An der Hochspannungsdose 6 ist eine außen liegende Rastung 7 angeordnet.
In der Hochspannungsdose 6 ist ein Hochspannungskontakt 8 zu erkennen. Ein zweiter Hochspannungskontakt ist aus dieser Perspektive nicht zu erkennen. Insgesamt sind jedoch zwei Hochspannungskontakte 8 in der Hochspannungsdose 6 vorhanden.
Es ist zu erkennen, dass die Hochspannungsdose 6 an einer Grundplatte 9 befestigt ist. Die Grundplatte 9 ist an dem Batteriegehäuse 1 befestigt.
Figur 4 zeigt den Service-Steckverbinder 3 aus Figur 1 in vergrößerter Darstellung.
Der Service-Steckverbinder 3 weist ein Oberteil 10 und ein Unterteil 11 auf. Das Oberteil 10 weist einen Griff 12 auf. An dem Unterteil 11 ist eine weitere Rastung 13 angeordnet, die mit der in Figur 3 dargestellten Rastung 7 zusammenwirkt.
Seitlich der Rastung 13 sind zwei Einschnitte 14 in dem Unterteil 11 zu erkennen. Die Einschnitte 14 bewirken, dass die Rastung 13 relativ zu einer Außenwandung 15 des Unterteils 11 flexibel herausfedern kann.
Figur 5 zeigt den Service-Steckverbinder 3 aus Figur 4 von der Rückseite. Die Rastung 13 weist einen sich zu einer Rückseite hin erstreckenden Vorsprung 16 auf. Der Vorsprung 16 greift im aufgesteckten Zustand unter die Verriegelung 4 und gibt dem Service-Steckverbinder 3 im aufgesteckten Zustand einen sicheren Halt in vertikaler Richtung.
Figur 6 zeigt den Service-Steckverbinder 3 aus den Figuren 4 und 5 von der Rückseite im Teilschnitt.
Zu erkennen ist eine Niederspannungsbuchse 17, die sich senkrecht nach oben erstreckt. Ferner ist eine Verbinderbrücke 18 zu erkennen, die im Wesentlichen waagerecht verläuft.
Das Oberteil 10 und das Unterteil 11 sind mit der Niederspannungsbuchse 17 und der Verbinderbrücke 18 verschraubt. Eine Linie 19 deutet für den Service-Steckverbinder 3 eine Symmetrieebene an.
Figur 7 zeigt eine Teilschnittansicht des Service-Steckverbinders 3 in Richtung A aus Figur 6.
Der Service-Steckverbinder 3 ist in dieser Darstellung auf die Niederspannungsstecker 5 am Batteriegehäuse 1 aufgesteckt. Dies ist daran zu erkennen, dass der Vorsprung 16 der Rastung 13 unter die Verriegelung 4 greift.
Ferner ist die Verbinderbrücke 18 im Querschnitt zu erkennen. Im aufgesteckten Zustand wird über die Niederspannungsstecker 5, die Niederspannungsbuchsen 17 und die Verbinderbrücke 18 ein Niederspannungskreis (nicht dargestellt) geschlossen.

Claims

Patentansprüche:
1. Akkumulator für Hybrid-Fahrzeuge mit a) einem Gehäuse (1), b) einer Vielzahl von in dem Gehäuse (1) angeordneten galvanischen Zellen, die elektrisch miteinander verbunden sind und einen Hochspannungskreis bilden, c) einer an dem Gehäuse (1) angeordneten Hochspannungsdose (6) mit zwei elektrischen Polen (8), wobei die Hochspannungsdose (6) mit einem Hochspannungsstecker (2) verbindbar ist, d) einer an der Hochspannungssteckdose (6) angeordneten Rastung (7), die mit einem an dem Hochspannungsstecker angeordneten Verriegelungselement (4) zusammenwirkt, um eine Verriegelung des Hochspannungssteckers (2) an der Hochspannungsdose (6) zu bewirken, e) einem Niederspannungskreis, f) wenigstens einem in den Niederspannungskreis integrierten Schütz zum
Unterbrechen und Schließen des Hochspannungskreises, gekennzeichnet durch einen Service-Steckverbinder (3) zum Schließen und Trennen des Niederspannungskreises, wobei der Service-Steckverbinder (3) derart mit dem Hochspannungsstecker zusammenwirkt, dass der Hochspannungsstecker erst von der Hochspannungsdose (6) gezogen werden kann, nachdem der Service-Steckverbinder
(3) von dem Akkumulator entfernt worden ist, wobei der Service-Steckverbinder (3) so ausgeführt ist, dass er die Verriegelung am Hochspannungsstecker des Akkumulators blockiert.
2. Akkumulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Niederspannungsstecker (5), die in den Niederspannungskreis integriert sind und auf die der Service-Steckverbinder aufsteckbar ist, um den Niederspannungskreis zu schließen.
3. Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Service- Steckverbinder (3) Niederspannungsbuchsen (17) aufweist, in die die Niederspannungsstecker (5) einfuhrbar sind.
4. Akkumulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Service- Steckverbinder (3) eine Verbinderbrücke (18) aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen den wenigstens zwei Niederspannungssteckern (5) herstellt, wenn der Service-Steckverbinder (3) auf die wenigstens zwei Niederspannungsstecker (5) gesteckt ist.
5. Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Service-Steckverbinder (3) ein Oberteil (10) und ein Unterteil (11) aufweist, die miteinander verschraubt sind.
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