WO2022223240A1 - Schutzvorrichtung für spannungsbegrenzungselemente einer niedervoltleitung, die aus einem fahrzeug-hochvoltbereich herausgeführt ist - Google Patents

Schutzvorrichtung für spannungsbegrenzungselemente einer niedervoltleitung, die aus einem fahrzeug-hochvoltbereich herausgeführt ist Download PDF

Info

Publication number
WO2022223240A1
WO2022223240A1 PCT/EP2022/058093 EP2022058093W WO2022223240A1 WO 2022223240 A1 WO2022223240 A1 WO 2022223240A1 EP 2022058093 W EP2022058093 W EP 2022058093W WO 2022223240 A1 WO2022223240 A1 WO 2022223240A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
limiting element
current
low
line
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/058093
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Pfeilschifter
Original Assignee
Vitesco 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 Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Priority to CN202280029691.0A priority Critical patent/CN117203079A/zh
Priority to KR1020237039456A priority patent/KR20230172553A/ko
Publication of WO2022223240A1 publication Critical patent/WO2022223240A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/042—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device

Definitions

  • Protection device for voltage-limiting elements of a low-voltage line that leads out of a vehicle high-voltage area
  • vehicles that have a high-voltage vehicle electrical system i.e., a high-voltage vehicle electrical system - HV vehicle electrical system
  • HV high-voltage
  • low-voltage cables lead out of the housing, for example for signal purposes. If an insulation fault occurs within the high-voltage area, which leads to a connection between a high-voltage potential of the high-voltage area and one of the low-voltage lines, there is a risk of dangerous contact voltage, especially since the insulation of the low-voltage lines (outside the high-voltage area) is not designed for the voltages of the HV vehicle electrical system .
  • a vehicle high-voltage device which has a high-voltage area.
  • area in this context has physical meaning and can be understood as a limited volume or area.
  • Components such as switches, in particular isolating switches or changeover switches, voltage converters, rectifiers or power converters as well as filters or fuses or accumulators can be provided which have a high-voltage operating voltage or high-voltage nominal voltage.
  • Low-voltage components that are functionally assigned to these components can also be provided there, such as control circuits, sensors, communication devices and the like. These elements can be present individually, in multiples, or in any combination.
  • the low-voltage components are also in the high-voltage area.
  • the prefix "high-voltage” (HV) means a voltage range of more than 60 V, at least 200 V, 400 V or 800 V.
  • the prefix “low-voltage” (NV) means a voltage range of less than 60 V, at most 40 V, 20 V, 14 V, 12 V or 5 V.
  • There is at least one low-voltage line for example as a low-voltage supply line, communication line, control line or sensor line, in order to functionally connect components that are within the high-voltage range from outside (to control, communicate , status detection, low-voltage supply, ... ).
  • the high-voltage area is arranged in a housing.
  • the housing is preferably closed.
  • the interior of the housing preferably forms the outer limits of this high-voltage range.
  • other HV components that have not been mentioned so far may be present outside the housing, which are electrically connected to the interior of the housing.
  • the at least one low-voltage line emerges from the housing into the exterior of the housing.
  • the housing has a passage, for example in the form of an opening.
  • the at least one low-voltage line passes through the opening.
  • a continuous line itself passes through the passage or is extended through the passage by a connected conductor section. This is both intended to be encompassed by the definition "passes through the passage".
  • the passage is provided in a housing wall of the housing that delimits it on the outside.
  • the housing wall thus forms a limit for the physical extent of the high-voltage area.
  • the high-voltage area is delimited by the housing wall and preferably does not extend beyond the housing wall. Preferably none extend through the passage High-voltage lines, but only low-voltage lines (or at least one of them). However, as mentioned, in the event of an insulation fault within the housing (the high-voltage area), these can carry a dangerous potential from the high-voltage area to a (non-high-voltage area, low-voltage area) beyond the housing wall.
  • At least one voltage limiting element is provided to protect against high contact voltages that can occur if the low-voltage line within the high-voltage range receives a high-voltage potential (of a component or high-voltage line) of the high-voltage range due to an insulation fault.
  • the high-voltage potential relates approximately to a ground potential.
  • the at least one voltage limiting element conducts when a voltage above a voltage limit (breakdown voltage) is present at the voltage limiting element and otherwise not. When the voltage limit is reached, the voltage limiting element begins to conduct.
  • the protection device is provided by the current-limiting element connected in series with the voltage-limiting elements (or the voltage-limiting element), whereby the current-limiting element protects the voltage-limiting element from overcurrent.
  • a high-voltage potential from the HV range can be transferred to the at least one low-voltage line and the voltage-limiting element begins to conduct due to the voltage limit being exceeded.
  • the high-voltage potential of the low-voltage line is connected to a powerful high-voltage source, such as a high-voltage vehicle electrical system, a high-voltage accumulator or another high-voltage source (such as a charging station), then the voltage-limiting element carries a high current when the voltage limit is reached.
  • a current-limiting element is used. This current-limiting element is connected to the voltage-limiting element in such a way that it reduces or limits the magnitude or at least the rate of increase of the current intensity (when the voltage-limiting element begins to conduct). Limiting the amount of current will do that
  • Voltage limiting element protected against thermal overload This is also the case with current slew rate limitation, where limiting the slew rate creates a period of time when the voltage limiting element is not overloaded and during which other protection mechanisms can kick in. If, when limiting the slew rate, a current level that is critical for the voltage limiting element is only reached at the end of the time period, other protective mechanisms (e.g. disconnecting a voltage source or discharging) can take effect before this end and the voltage limiting element is protected.
  • the at least one low-voltage line is connected to a ground potential (or another leakage potential) or a connection for this via a voltage limiting element and a current limiting element connected in series with it.
  • the current-limiting element limits the current (or its slew rate) flowing through the voltage-limiting element when it conducts or begins to conduct by a voltage above the voltage limit (breakdown voltage) of the current-limiting element. This protects the function of the voltage limiting element, at least until further safety measures such as disconnection or discharging take effect.
  • low-voltage lines are provided, which emerge through the passage from the housing or the high-voltage area.
  • Each of the low-voltage lines (or at least a plurality of them) is connected to a common current-limiting element via a voltage-limiting element.
  • First ends of the multiple voltage limiting elements are connected to the individual low-voltage lines connected.
  • Opposite second ends of the voltage-limiting elements are connected to one and the same common current-limiting element, which in turn connects the voltage-limiting elements to ground potential (generally: leakage potential).
  • the low-voltage lines are connected via individual voltage-limiting elements to a common connection point, which in turn is connected to ground potential (generally: leakage potential) via a common current-limiting element.
  • one current-limiting element can be used for a number of voltage-limiting elements, which means that costs and installation space can be saved.
  • a further embodiment provides that the same common voltage limiting element and the same common current limiting element are used for a plurality of low-voltage lines.
  • the connecting elements can be diodes, which prevent a high-voltage potential of a low-voltage line from being transferred to another low-voltage line by means of the connecting elements. Therefore, if there are several low-voltage lines, these are each connected via a connecting element, such as a diode, to a series circuit that leads to the ground potential (generally: leakage potential) or the connection for this.
  • the series circuit has a (common) voltage limiting element and a (common current limiting element) connected in series therewith.
  • the connecting elements can lead to the (common) voltage-limiting element, which in turn is connected to ground potential via the current-limiting element, or the connecting elements can lead to the (common) current-limiting element, which in turn is connected to ground potential via the voltage-limiting element. If a resistor or a line is selected as the connecting element, then the potentials of a low-voltage line are transferred to others, but the voltage limiting element in the Insulation fault triggered. In this constellation, this is also protected, as in other embodiments, by the current-limiting element, which limits the current strength or its increase (for the voltage-limiting element).
  • the components used for securing include: the at least one voltage limiting element and/or the at least one current limiting element (preferably also the relevant connection points with the at least one low-voltage line and/or also the connection elements, if present).
  • These components can be provided on the inside or outside or in a passage of the housing wall, in particular at the point on the housing wall where the passage is located.
  • These components can be provided in a module, for example in a module housing, or can be provided as an insulator overmolded module.
  • the module can be arranged on the passage (on the inside or outside of the housing wall) or in the passage. In particular, the module can directly physically adjoin a cable bushing through which the at least one low-voltage line is routed.
  • the cable bushing extends through the passage or through a passage opening that implements the passage. Corresponding variants are shown below.
  • the at least one voltage limiting element and/or the current limiting element can be provided in a module. This is preferably arranged on an inside of the housing wall at the passage. Furthermore, a cable bushing can be provided in the passage, through which the at least one low-voltage line is passed, and the at least one voltage limiting element and the current limiting element are provided in the cable bushing. Furthermore, the at least one low-voltage line can lead to a plug-in connection device, which is arranged in the passage and/or on an outside of the housing wall at the passage.
  • the at least one voltage limiting element and/or the Current-limiting elements can be integrated into the plug-in connection device or can be arranged on the plug-in connection device, preferably directly or physically adjacent.
  • the voltage limiting element and/or the current limiting element can be arranged in a housing of the plug-in connection device or directly on a housing of the plug-in connection device (“plug-in connection housing”). In the latter case, preferably as a separate housed or overmoulded module, which in particular is directly adjacent to the plug connector housing.
  • the plug-in connection device is, for example, a signal socket or a signal plug with a plurality of contacts, each of which has its own low-voltage line leading to it or being connected to it.
  • This plug connection device preferably leads through the opening in the housing wall from the interior (high-voltage area) into the environment of the housing in which the high-voltage area is located.
  • the plug-in connection device is connected to the low-voltage lines inside the housing in which the high-voltage area is located, or on the inside of the housing wall and can be electrically contacted from outside this housing by plugging in a complementary (low-voltage) plug-in device, which is used in particular to continue of the low-voltage lines on the outside of this housing.
  • the contacts of the plug-in device, which are connected to the low-voltage lines can be located in the plug-in connection housing, with the voltage and current-limiting elements preferably also being located; preferably also the connecting elements, if present. These elements are electrically isolated from the contacts by an isolation device.
  • the isolation device is preferably also located in the outlet housing.
  • the current-limiting element can be in the form of a resistor or an inductor or can have a resistor and/or an inductor. That Current limiting element can be provided as a series circuit of a resistor and an inductor. If the current-limiting element includes a resistor, this serves to limit the current.
  • the resistor is designed in such a way that the maximum peak current of the voltage-limiting element is not exceeded at a maximum voltage or nominal voltage of the high-voltage range or components thereof.
  • the voltage limiting element can be designed with a maximum peak current of at least 500 A or at least 5000 A or 8000 A.
  • the resistance can be 0.1 - 10 ohms (depending on the voltage in the high-voltage range).
  • the inductance may have a value of 1pH or more, for example 5pH or 10pH or 20pH. This limits the rate of current rise in the event of a sudden insulation fault or sudden onset of touch current, so that the current remains below a value for an initial time window that could be damaging to the voltage-limiting element. In this time window, further measures such as shutdown or discharge can be implemented.
  • the at least one low-voltage line can be a low-voltage supply line (for 12 V, 14 V, 24 V, 5 V), can be a communication line (for a CAN bus, for a LAN connection or for proprietary signal transmission), for example for Transmission of signals that characterize an operating state (error signal, idle signal, activation signal,... ) can be a control line (to control a component within the high-voltage range) or can be a sensor line, such as a temperature, current, voltage -, magnetic field, speed or torque sensor, or one
  • the voltage limiting element can be used as a varistor, gas arrester, spark gap, protection diode, thyristor circuit, TVS thyristor, DIAC,
  • Zener diode, suppressor diode, four-layer diode or combination thereof can be used as a single element be provided or as a bundle of parallel, identical individual elements which can be designed as mentioned above.
  • the voltage limiting element is set up with a voltage threshold above which it conducts.
  • This threshold preferably corresponds to the breakdown voltage. This can be at least 40 V, 60 V, 400 V, 450 V or more than 600 V. In particular, in one embodiment the breakdown voltage is 30-35 volts.
  • the threshold is greater than the maximum of all maximum voltages of all low-voltage lines that pass through (or continue through) the culvert.
  • the high-voltage range is preferably designed for nominal voltages of at least 400 V or 600 V or 800 V.
  • the at least one low-voltage line can be designed for a maximum voltage of no more than 40 V, 20 V, 14 V or 5 V in error-free operation. This corresponds to the maximum levels with error-free signal transmission or error-free (low-voltage) power supply.
  • the current limiting element is designed to limit a current flowing through the current limiting element (or the voltage limiting element) to a maximum current value.
  • the maximum peak current rating of the voltage limiting element is greater than the current maximum value of the current limiting element.
  • the current-limiting element is designed to limit the current or the current rise in such a way that the operating range of the voltage-limiting element is not exceeded.
  • FIG. 1 serves to explain the device described here.
  • FIG. 1 shows a vehicle high-voltage device with a high-voltage area HV and a housing G in which the high-voltage area HV is arranged.
  • the housing G physically encloses the high-voltage area HV, which protects it from external access.
  • the low-voltage lines NL are therefore used for low-voltage signal transmission between components within the high-voltage range HV and a component outside of the high-voltage range HV shown, i.e. components in a low-voltage range NV.
  • the low-voltage lines NL are used for the low-voltage supply of components within the high-voltage range.
  • Such components within the high-voltage range HV are low-voltage components (sensors, control circuits, communication devices,...) or generally components that receive and/or emit a low-voltage signal or level (communication signal or low-voltage supply voltage). These can be components with a low voltage portion or can be low voltage components.
  • the low-voltage lines NL are led out of the high-voltage area HV (or the housing G) through a passage D, i.e. into an area outside the high-voltage area HV or the housing G.
  • the housing G and in particular a housing wall GW separates the high-voltage area HV from the area outside the high-voltage area HV or the housing G.
  • the passage D is provided in a housing wall GW of the housing G that delimits the outside.
  • the passage D is designed as a through opening.
  • the low-voltage lines are connected to a ground potential via at least one voltage limiting element V and a current limiting element SG connected in series with it M (or another leakage potential) or connected with a connection for this.
  • the serial arrangement ensures that the current is limited by the voltage limiting element V, which is used for overvoltage protection, with the current limiting element SG limiting the rate of increase and/or the current amplitude itself.
  • this is implemented by the four voltage limiting elements V (varistors), which connect each of the four low-voltage lines NL individually via the (common) current limiting element SG.
  • V voltage limiting elements
  • An inductance is shown as a current-limiting element. This limits the current, particularly at the beginning of a corresponding insulation fault, and thus limits the rate of current rise.
  • the current rise current rise rate, current rise speed
  • the current is limited at least for a time window at the beginning of the occurrence of the insulation fault. This time window can be used to trigger further security mechanisms.
  • a limitation of the current is therefore also to be understood as the limitation of a current at the beginning of the occurrence of an insulation fault.
  • a resistor or a series connection of an inductance and a resistor can also be used.
  • Another possibility is to use several connecting elements such as diodes instead of the several voltage limiting elements V shown, with a series connection of a current limiting element SG and a voltage limiting element V being used instead of the current limiting element SG shown.
  • voltage limiting elements V can be saved, with the connecting elements being less expensive and costs being able to be saved overall.
  • This can also be implemented with two poles by connecting a first group of diodes to the low-voltage lines NL, and connecting this first group of diodes to ground potential via a common current-limiting element SG and a voltage-limiting element V, with the conducting direction of all diodes in the first group being connected to ground potential points. This creates the derivation for one of two polarities.
  • a second group of diodes is connected to the low-voltage lines NL, and this second group of diodes is connected to ground potential via a further common current-limiting element SG and a further voltage-limiting element V, with the conducting direction of all diodes in the second group pointing away from ground potential. This creates the derivation for one of two polarities.
  • the common current-limiting element and the voltage-limiting element are connected in series. This also applies to the additional common current-limiting element SG and the additional voltage-limiting element V.
  • the multiple low-voltage lines NL extend through the passage D.
  • the passage separates the high-voltage area from an area outside the housing G, in particular from a low-voltage area NV.
  • Higher insulation regulations apply in the high-voltage range HV than in the low-voltage range NV.
  • Components in the low-voltage range NV should therefore not be subjected to the potentials or voltages of the high-voltage range, since the corresponding insulation designs only apply within the high-voltage range HV (especially with regard to max. operating voltage, permissible insulation voltage, etc.).
  • the voltage limiting elements V and the current limiting element SG are preferably also provided there.
  • the voltage limiting element, the current limiting element, the further voltage limiting element and the current limiting element as well as the connecting elements are provided there. These can be in a module or be accommodated module housing.
  • the voltage-limiting and current-limiting elements are preferably isolated according to an isolation design which also applies to the HV range or which requires stricter measures than this. This serves to protect the elements mentioned in the event of an insulation fault.
  • the module or module housing is preferably provided directly on or in a housing of a plug connection device, which carries the low-voltage lines NL.
  • the end points of the lines NL shown on the right can be contacts of an LV plug-in connection device, such as a signal plug-in device (signal socket, signal connection), which is arranged on the housing G of the HV area (in particular on the passage D) and the one
  • the plug connection device is preferably insulated in accordance with the operating voltages to be expected or the maximum voltage or insulation design voltage of the high-voltage range HV.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Schutzvorrichtung für Spannungsbegrenzungselemente einer Niedervoltleitung, die aus einem Fahrzeug-Hochvoltbereich herausgeführt ist Es wird eine Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung mit einem Hochvoltbereich (HV) beschrieben, der in einem Gehäuse (G) angeordnet ist und mit mindestens einer Niedervoltleitung (NL). Diese tritt durch einen Durchlass (D) aus dem Hochvoltbereich (HV) heraus. Der Hochvoltbereich ist in dem Gehäuse (G) vorgesehenen. Der Durchlass (D) ist in einer nach außen begrenzenden Gehäusewand (GW) des Gehäuses (G) vorgesehen. Die mindestens eine Niedervoltleitung (NL) ist über ein Spannungsbegrenzungselement (V) und ein damit seriell verbundenes Strombegrenzungselement (SG) an ein Massepotential (M) oder einem Anschluss hierfür angeschlossen.

Description

Beschreibung
Schutzvorrichtung für Spannungsbegrenzungselemente einer Niedervoltleitung, die aus einem Fahrzeug-Hochvoltbereich herausgeführt ist
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb oder anderen elektrischen Komponenten auszustatten. Um hohe Leistungen zu erreichen, insbesondere zur Traktion, werden hohe Spannungen verwendet, beispielsweise von 400 Volt oder mehr, die im Gegensatz zu den ansonsten üblichen 12 Volt Bordnetzen eine Gefahr für den Menschen darstellen können.
Aus diesem Grund werden Fahrzeuge, die ein Bordnetz mit hoher Spannung aufweisen (d.h. ein Hochvoltbordnetz - HV-Bordnetz), in einem Gehäuse vorgesehen, durch das ein Hochvoltbereich (HV-Bereich) körperlich von der Umgebung des Gehäuses getrennt ist. Allerdings führen etwa zu Signalzwecken Niedervoltleitungen aus dem Gehäuse heraus. Entsteht innerhalb des Hochvoltbereichs ein Isolationsfehler, der zu einer Verbindung eines Hochvoltpotentials des Hochvoltbereichs mit einer der Niedervoltleitungen führt, dann besteht die Gefahr einer gefährlichen Berührspannung, insbesondere da die Isolation der Niedervoltleitungen (außerhalb des Hochvoltbereichs) nicht für die Spannungen des HV-Bordnetzes ausgelegt ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich sicher eine Gefährdung durch eine isolationsfehlerinduzierte hohe Spannung an einer Niedervoltleitung reduzieren lässt, die aus einem HV-Bereich herausgeführt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach Anspruch 1 . Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie mit der Figur und der Beschreibung.
Eine Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung wird beschrieben, die einen Hochvoltbereich aufweist. Der Begriff „Bereich“ hat in diesem Kontext physische Bedeutung und kann als begrenztes Volumen oder begrenzte Fläche verstanden werden. Hier können Komponenten wie Schalter, insbesondere Trennschalter oder Umschalter, Spannungswandler, Gleichrichter oder Stromrichter sowie Filter oder Sicherungen oder auch Akkumulatoren vorgesehen sein, die eine Hochvolt-Betriebsspannung oder Hochvolt-Nennspannung aufweisen. Es können dort auch funktionell diesen Komponenten zugeordnete Niedervoltkomponenten vorgesehen sein, etwa Ansteuerschaltungen, Sensoren, Kommunikationseinrichtungen und ähnliches. Diese Elemente können einzeln, mehrfach, oder in beliebiger Kombination vorliegen. Die Niedervoltkomponenten befinden sich ebenso im Hochvoltbereich. Die Vorsilbe „Hochvolt-“ (HV) bedeutet ein Spannungsbereich von mehr als 60 V, von mindestens 200 V, 400 V oder 800 V. Die Vorsilbe „Niedervolt-“ (NV) bedeutet ein Spannungsbereich von weniger als 60 V, von maximal 40 V, 20 V, 14 V, 12 V oder 5 V. Es besteht mindestens eine Niedervoltleitung, etwa als Niedervolt-Versorgungsleitung, Kommunikationsleitung, Steuerleitung oder Sensorleitung, um Komponenten, die sich innerhalb des Hochvoltbereichs befinden von außerhalb funktionell anzubinden (zum Ansteuern, Kommunizieren, Zustand Erfassen, Niedervolt-versorgen, ... ).
Der Hochvoltbereich ist in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist vorzugsweise geschlossen. Das Innere des Gehäuses bildet vorzugsweise die Außengrenzen dieses Hochvoltbereichs. Es können jedoch weitere, bislang nicht erwähnte HV-Komponenten außerhalb des Gehäuses vorliegen, die mit dem Inneren des Gehäuses elektrische verbunden sind. Die mindestens eine Niedervoltleitung tritt aus dem Gehäuse heraus in den Außenbereich des Gehäuses. Hierzu weist das Gehäuse einen Durchlass auf, etwa in Form einer Öffnung. Durch den Durchlass tritt die mindestens eine Niedervoltleitung hindurch. Hierbei tritt eine durchgehende Leitung selbst durch den Durchlass hindurch oder wird von einem angeschlossenen Leiterabschnitt durch den Durchlass hindurch verlängert. Dies soll beides umfasst sein von der Definition „tritt durch den Durchlass hindurch“. Der Durchlass ist in einer nach außen begrenzenden Gehäusewand des Gehäuses vorgesehen. Die Gehäusewand bildet somit eine Grenze für die körperliche Erstreckung des Hochvoltbereichs. Der Hochvoltbereich wird von der Gehäusewand begrenzt und erstreckt sich vorzugsweise nicht jenseits der Gehäusewand. Durch den Durchlass erstrecken sich vorzugsweise keine Hochvoltleitungen, sondern nur Niedervoltleitungen (oder zumindest eine hiervon). Diese können jedoch wie erwähnt bei einem Isolationsfehler innerhalb des Gehäuses (des Hochvoltbereichs) ein gefährliches Potential des Hochvoltbereichs in einen (Nicht-Hochvoltbereich, Niedervoltbereich) jenseits der Gehäusewand tragen.
Zum Schutz vor hohen Berührspannungen, die auftreten können, wenn die Niedervoltleitung innerhalb des Hochvoltbereichs durch einen Isolationsfehler ein Hochvoltpotential (einer Komponente oder Hochvoltleitung) des Hochvoltbereichs erhält, ist mindestens ein Spannungsbegrenzungselement vorgesehen. Das Hochvoltpotential bezieht sich hierbei etwa auf ein Massepotential. Das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement leitet, wenn eine Spannung über einer Spannungsgrenze (Durchbruchspannung) an dem Spannungsbegrenzungselement anliegt, und ansonsten nicht. Wird die Spannungsgrenze erreicht, beginnt das Spannungsbegrenzungselement zu leiten.
Somit ergibt sich eine Schutzvorrichtung für Spannungsbegrenzungselemente einer Niedervoltleitung, die aus einem Fahrzeug-Hochvoltbereich herausgeführt ist. Die Schutzvorrichtung wird von dem Strombegrenzungselement vorgesehen, das in Serie mit den Spannungsbegrenzungselementen (oder dem Spannungsbegrenzungselement) verbunden ist, wodurch das Strombegrenzungselement das Spannungsbegrenzungselementen vor Überstrom schützt.
Besteht ein Isolationsfehler, so kann ein Hochvoltpotential aus dem HV-Bereich sich auf die mindestens eine Niedervoltleitung übertragen und das Spannungsbegrenzungselement beginnt aufgrund der Überschreitung der Spannungsgrenze zu leiten. Ist das Hochvoltpotential der Niedervoltleitung mit einer leistungsstarken Hochvoltquelle verbunden, etwa einem Hochvoltbordnetz, einem Hochvoltakkumulator oder einer anderen Hochvoltquelle (etwa eine Ladestation), dann führt das Spannungsbegrenzungselement eine hohe Stromstärke bei Erreichen der Spannungsgrenze. Um zu vermeiden, dass diese hohe Stromstärke das Spannungsbegrenzungselement zerstört oder schädigt, so dass es nicht mehr den Schutz vor hoher Berührspannung realisieren kann, wird ein Strombegrenzungselement verwendet. Dieses Strombegrenzungselement ist derart mit dem Spannungsbegrenzungselement verbunden, dass es die Höhe oder zumindest die Anstiegsgeschwindigkeit der Stromstärke (wenn das Spannungsbegrenzungselement zu leiten beginnt) reduziert oder begrenzt. Durch die Begrenzung der Höhe der Stromstärke wird das
Spannungsbegrenzungselement vor thermische Überlastung geschützt. Dies ist auch bei der Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit der Stromstärke der Fall, wobei die Begrenzung des Anstiegs eine Zeitspanne erzeugt, in der das Spannungsbegrenzungselement nicht überlastet ist und während der andere Schutzmechanismen greifen können. Wird somit bei Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit eine für das Spannungsbegrenzungselement kritische Stromstärke erst zum Ende der Zeitspanne erreicht, dann können bereits vor diesem Ende andere Schutzmechanismen (etwa Abtrennen einer Spannungsquelle oder Entladung) greifen und das Spannungsbegrenzungselement wird geschützt.
Die mindestens eine Niedervoltleitung ist über ein Spannungsbegrenzungselement und ein damit seriell verbundenes Strombegrenzungselement an ein Massepotential (oder ein anderes Ableitpotential) oder einem Anschluss hierfür angeschlossen. Durch den seriellen Anschluss begrenzt das Strombegrenzungselement den Strom oder dessen Anstiegsgeschwindigkeit), der durch das Spannungsbegrenzungselement fließt, wenn dieses durch eine Spannung über der Spannungsgrenze (Durchbruchspannung) des Strombegrenzungselement leitet oder zu leiten beginnt. Dies schützt die Funktion des Spannungsbegrenzungselements, zumindest bis weitere Sicherheitsmaßnahmen wie Abtrennen oder Entladen greifen.
In einer Ausführungsform sind mehrere Niedervoltleitungen vorgesehen, die durch den Durchlass aus dem Gehäuse bzw. dem Hochvoltbereich heraustreten. Jede der Niedervoltleitungen (oder zumindest eine Mehrzahl hiervon) ist jeweils über ein Spannungsbegrenzungselement mit einem gemeinsamen Strombegrenzungselement verbunden. Erste Enden der mehreren Spannungsbegrenzungselemente sind an die einzelnen Niedervoltleitungen angeschlossen. Entgegengesetzte zweite Enden der Spannungsbegrenzungselemente sind an ein- und dasselbe, gemeinsame Strombegrenzungselement angeschlossen, welches die Spannungsbegrenzungselemente wiederum mit dem Massepotential (allgemein: Ableitpotential) verbindet. Mit anderen Worten sind die Niedervoltleitungen über individuelle Spannungsbegrenzungselemente mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden, der wiederum über ein gemeinsames Strombegrenzungselement an das Massepotential (allgemein: Ableitpotential) angeschlossen ist. Dadurch lässt sich ein Strombegrenzungselement für mehrere Spannungsbegrenzungselemente nutzen, wodurch Kosten und Bauraum gespart werden können.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass für mehrere Niedervoltleitungen dasselbe, gemeinsame Spannungsbegrenzungselement und dasselbe, gemeinsame Strombegrenzungselement verwendet werden. Dies wird ermöglicht durch Verbindungselemente, die die mehreren Niedervoltleitungen mit dem gemeinsamen Spannungsbegrenzungselement bzw. dem gemeinsamen Strombegrenzungselement verbinden. Die Verbindungselemente können Dioden sein, die vermeiden, dass ein Hochvoltpotential einer Niedervoltleitungen mittels der Verbindungselemente auf eine andere Niedervoltleitung übertragen werden. Liege daher mehrere Niedervoltleitungen vor, so sind diese jeweils über ein Verbindungselement, etwa eine Diode, an eine Reihenschaltung angeschlossen sind, die zu dem Massepotential (allgemein: Ableitpotential) oder dem Anschluss hierfür führt. Die Reihenschaltung weist ein (gemeinsames) Spannungsbegrenzungselement und ein damit seriell verbundenes (gemeinsames Strombegrenzungselement) auf. Hierbei können die Verbindungselemente zu dem (gemeinsamen) Spannungsbegrenzungselement führen, welches wiederum über das Strombegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden ist, oder die Verbindungselemente führen zu dem (gemeinsamen) Strombegrenzungselement führen, welches wiederum über das Spannungsbegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden ist. Wird als Verbindungselement ein Widerstand oder eine Leitung gewählt, dann übertragen sich die Potentiale einer Niedervoltleitung auf andere, jedoch wird gleichermaßen das Spannungsbegrenzungselement im Isolationsfehlerfall ausgelöst. Dieses wird bei dieser Konstellation auch, wie bei anderen Ausführungsformen, geschützt durch das Strombegrenzungselement, welches die Stromstärke oder deren Anstieg (für das Spannungsbegrenzungselement) begrenzt.
Es werden Ausführungsformen beschrieben, bei die zur Sicherung dienenden Komponenten an oder in dem Durchlass vorgesehen sind. Die zur Sicherung dienenden Komponenten umfassen: das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und/oder das mindestens eine Strombegrenzungselement (vorzugsweise auch die betreffende Verbindungspunkte mit der mindestens einen Niedervoltleitungen und/oder auch die Verbindungselemente, falls vorhanden). Diese Komponenten können an der Innenseite oder Außenseite oder in einer Durchführung der Gehäusewand vorgesehen sein, insbesondere an der Stelle der Gehäusewand, an der sich der Durchlass befindet. Diese Komponenten können in einem Modul vorgesehen sein, etwa in einem Modulgehäuse oder können als isolatorumspritztes Modul vorgesehen sein. Das Modul kann an dem Durchlass (an der Innenseite oder Außenseite der Gehäusewand) oder im Durchlass angeordnet sein. Insbesondere kann das Modul direkt an eine Kabeldurchführung körperlich angrenzen, durch die die mindestens eine Niedervoltleitung hindurchgeführt wird. Die Kabeldurchführung erstreckt sich durch den Durchlass hindurch bzw. durch eine Durchgangsöffnung, die den Durchlass realisiert. Im Folgenden werden entsprechende Varianten dargestellt.
Das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und/oder das Strombegrenzungselement können in einem Modul vorgesehen sein. Dieses ist vorzugsweise an einer Innenseite der Gehäusewand am Durchlass angeordnet ist. Weiterhin kann in dem Durchlass eine Kabeldurchführung vorgesehen sein, durch die die mindestens eine Niedervoltleitung hindurchgeführt ist, und das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und das Strombegrenzungselement sind in der Kabeldurchführung vorgesehen ist. Ferner kann die mindestens eine Niedervoltleitung zu einer Steckanschlussvorrichtung führen, die in dem Durchlass und/oder an einer Außenseite der Gehäusewand am Durchlass angeordnet ist. Das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und/oder das Strombegrenzungselement können in der Steckanschlussvorrichtung integriert sein oder können an dem Steckanschlussvorrichtung angeordnet sein, vorzugsweise direkt bzw. körperlich angrenzend. Eine körperliche Integration des Spannungsbegrenzungselements bzw. der Spannungsbegrenzungselemente und des Strombegrenzungselements mit der Steckanschlussvorrichtung, zu der die mindestens eine Niedervoltleitung führt, ist ein Möglichkeit der kompakten Realisierung. Hierbei kann in einem Gehäuse der Steckanschlussvorrichtung oder direkt an einem Gehäuse der Steckanschlussvorrichtung („Steckanschlussgehäuse“) das Spannungsbegrenzungselement und/oder das Strombegrenzungselement angeordnet sein. Im letzteren Fall vorzugsweise als eigenes gehäustes oder umspritztes Modul, das insbesondere direkt an das Steckanschlussgehäuse angrenzt. Die Steckanschlussvorrichtung ist beispielsweise Signalbuchse oder ein Signalstecker mit mehreren Kontakten, zu denen jeweils eine eigene Niedervoltleitung führt bzw. mit dieser verbunden ist. Diese Steckanschlussvorrichtung führt vorzugsweise durch den Durchlass der Gehäusewand hindurch vom Inneren (Hochvoltbereich) in die Umgebung des Gehäuses, in dem sich der Hochvoltbereich befindet. Mit anderen Worten ist die Steckanschlussvorrichtung im Inneren des Gehäuses, in dem sich der Hochvoltbereich befindet, oder an der Innenseite der Gehäusewand mit den Niedervoltleitungen verbunden und ist von außerhalb dieses Gehäuses elektrisch kontaktierbar durch Einstecken einer komplementären (Niedervolt-)Steckvorrichtung, die insbesondere zur Weiterführung der Niedervoltleitungen im Außenbereich dieses Gehäuses dient. In dem Steckanschlussgehäuse können sich die Kontakte der Steckvorrichtung befinden, die mit den Niedervoltleitungen verbunden sind, wobei sich vorzugsweise auch die Spannungs- und Strombegrenzungselemente befinden; vorzugsweise auch die Verbindungselemente, falls vorhanden. Diese Elemente sind durch eine Isolationsvorrichtung von den Kontakten elektrisch isoliert. Die Isolationsvorrichtung befindet sich vorzugsweise ebenso in dem Steckanschlussgehäuse.
Das Strombegrenzungselement kann als Widerstand oder als Induktivität ausgebildet sein oder einen Widerstand und/oder eine Induktivität aufweisen. Das Strombegrenzungselement kann als eine Seriellschaltung eines Widerstands und einer Induktivität vorgesehen sein. Umfasst das Strombegrenzungselement einen Wiederstand, so dient dieser zur Begrenzung des Stroms. Der Widerstand ist derart ausgelegt, dass bei einer Maximalspannung oder Nennspannung des Hochvoltbereichs oder Komponenten hiervon der maximale Spitzenstrom des Spannungsbegrenzungselements nicht überschritten wird. Das Spannungsbegrenzungselements kann mit einem maximalen Spitzenstrom von mindestens 500 A oder von mindestens 5000 A oder 8000 A ausgelegt sein. Der Widerstand kann 0,1 - 10 Ohm betragen (abhängig von der Spannung im Hochvoltbereich). Die Induktivität kann einen Wert von 1 pH oder mehr aufweisen, beispielsweise 5 pH oder 10pH oder 20 pH. Dadurch wird die Stromanstiegsgeschwindigkeit bei plötzlichem Isolationsfehler oder plötzlich beginnendem Berührstrom begrenzt, so dass der Strom über ein anfängliches Zeitfenster unter einem Wert bleibt, der für das Spannungsbegrenzungselement schädigend sein könnte. In diesem Zeitfenster können weitere Maßnahmen wir Shut-Down oder Entladung umgesetzt werden.
Die mindestens eine Niedervoltleitung kann eine Niedervolt-Versorgungsleitung (für 12 V, 14 V, 24 V, 5 V) sein, kann eine Kommunikationsleitung sein (für einen CAN-Bus, für eine LAN-Verbindung oder für eine proprietäre Signalübertragung), etwa zur Übertragung von Signalen, die einen Betriebszustand kennzeichnen (Fehlersignal, Idle-Signal, Aktivierungssignal,... ), kann eine Steuerleitung sein (zur Ansteuerung einer Komponente innerhalb des Hochvoltbereichs) oder kann eine Sensorleitung sein, etwa eines Temperatur-, Strom-, Spannungs-, Magnetfeld-, Drehzahl- oder Drehmomentsensors, oder auch eines
Batteriemanagementsystems. Diese Leitungen haben gemein, dass deren Pegel während eines störungsfreien Betriebs nicht über einer Grenze wie beispielsweise 60 V, 40 V, 20 V oder 14 V oder 12 Volt liegt.
Das Spannungsbegrenzungselement kann als Varistor, Gasableiter, Funkenstrecke, Schutzdiode, Thyristorschaltung, TVS-Thyristor, DIAC,
Zenerdiode, Suppressordiode, Vierschichtdiode oder Kombination hiervon ausgebildet sein. Das Spannungsbegrenzungselement kann als einzelnes Element vorgesehen sein oder als Bündel parallelgeschalteter, gleicher Einzelelemente die wie vorangehend erwähnt ausgebildet sein können.
Das Spannungsbegrenzungselement ist mit einer Spannungsschwelle eingerichtet ist, ab der dieses leitet. Diese Schwelle entspricht vorzugsweise der Durchbruchspannung. Diese kann mindestens 40 V, 60 V, 400 V, 450 V oder mehr als 600 V betragen. Insbesondere beträgt die Durchbruchspannung in einer Ausführungsform 30 - 35 Volt. Die Schwelle ist größer als das Maximum aller Maximalspannungen aller Niedervoltleitungen, die durch den Durchlass hindurchtreten (oder durch den Durchlass fortgesetzt werden).
Der Hochvoltbereich ist vorzugsweise für Nennspannungen von mindestens 400 V oder 600 V oder 800 V ausgelegt. Die mindestens eine Niedervoltleitung kann für eine Maximalspannung von nicht mehr als 40 V, 20 V, 14 V oder 5 V im fehlerfreien Betrieb ausgelegt sein. Dies entspricht den Maximalpegeln bei fehlerfreier Signalübertragung bzw. bei fehlerfreier (Niedervolt-)Spannungsversorgung.
Das Strombegrenzungselement ist ausgelegt, einen durch das Strombegrenzungselement (oder das Spannungsbegrenzungselement) fließenden Strom auf einen Strom-Maximalwert zu begrenzen. Die
Maximal-Spitzenstromauslegung des Spannungsbegrenzungselement ist größer als der Strom-Maximalwert des Strombegrenzungselement. Mit anderen Worten ist das Strombegrenzungselement ausgelegt, den Strom oder den Stromanstieg derart zu begrenzen, dass der Betriebsbereich des Spannungsbegrenzungselement nicht überschritten wird.
Die Figur 1 dient zur Erläuterung der hier beschriebenen Vorrichtung.
Die Figur 1 zeigt eine Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung mit einem Hochvoltbereich HV und einem Gehäuse G, in dem der Hochvoltbereich HV angeordnet ist. Das Gehäuse G umschließt den Hochvoltbereich HV in körperlicher Weise, wodurch dieser vor Zugriff von außen geschützt ist. Es bestehen mehrere Niedervoltleitungen NL, die aus dem Hochvoltbereich HV und insbesondere aus dem Gehäuse G heraustreten. Diese dienen etwa der Niedervoltversorgung von Komponenten innerhalb des Gehäuses bzw. des Hochvoltbereichs, oder auch zur Kommunikation mit diesen Komponenten, etwa zu deren Ansteuerung, oder um (Niedervolt-)Signale von diesen Komponenten mittels einer Niedervoltleitung in das Äußere des Gehäuses zu übertragen, beispielsweise im Falle eines Sensors als eine der Komponenten.
Die Niedervoltleitungen NL dienen somit der Niedervolt-Signalübertragung zwischen Komponenten innerhalb des Hochvoltbereichs HV und einer Komponente außerhalb des dargestellten Hochvoltbereichs HV, d.h. Komponenten in einem Niedervoltbereich NV. Alternativ oder zusätzlich dienen die Niedervoltleitungen NL der Niedervolt-Spannungsversorgung von Komponenten innerhalb des Hochvoltbereichs. Derartige Komponenten innerhalb des Hochvoltbereichs HV sind Niedervoltkomponenten (Sensoren, Ansteuerschaltungen, Kommunikationsvorrichtungen,... ) oder allgemein Komponenten, die ein Niedervoltsignal bzw. -Pegel (Kommunikationssignal oder Niedervolt-Versorgungsspannung) empfangen und/oder abgeben. Dies können Komponenten mit einem Niedervolt-Abschnitt sein oder können Niedervolt-Komponenten sein.
Die Niedervoltleitungen NL werden durch einen Durchlass D aus dem Hochvoltbereich HV (bzw. dem Gehäuse G) herausgeführt, d.h. in einen Bereich außerhalb des Hochvoltbereich HV bzw. des Gehäuses G. Das Gehäuse G und insbesondere eine Gehäusewand GW trennt den Hochvoltbereich HV von dem Bereich außerhalb des Hochvoltbereich HV bzw. des Gehäuses G.
Der Durchlass D ist in einer nach außen begrenzenden Gehäusewand GW des Gehäuses G vorgesehen. Der Durchlass D ist als Durchgangsöffnung ausgebildet.
Um einen Schutz vor einem Hochvoltpotential darzustellen, die bei einem Isolationsfehler an einer der Niedervoltleitungen NL auftreten können, sind die Niedervoltleitungen über mindestens ein Spannungsbegrenzungselement V und ein damit seriell verbundenes Strombegrenzungselement SG an ein Massepotential M (oder eine anderes Ableitpotential) oder mit einem Anschluss hierfür angeschlossen.
Durch die serielle Anordnung ist gewährleistet, dass der Strom durch das Spannungsbegrenzungselement V, das zum Überspannungsschutz dient, begrenzt ist, wobei das Strombegrenzungselement SG die Anstiegsgeschwindigkeit und/oder die Stromamplitude selbst begrenzt.
In der Figur 1 ist dies realisiert durch die vier Spannungsbegrenzungselemente V (Varistoren), die jede der vier Niedervoltleitungen NL individuell über das (gemeinsame) Strombegrenzungselement SG verbindet. Dadurch ist für mehrere Spannungsbegrenzungselemente V bzw. Niedervoltleitungen NL nur ein Strombegrenzungselement notwendig. Dargestellt ist eine Induktivität als Strombegrenzungselement. Die begrenzt den Strom insbesondere zu Beginn eines entsprechenden Isolationsfehlers und begrenzt somit die Stromanstiegsgeschwindigkeit. Durch eine Begrenzung des Stromanstiegs (Stromanstiegsrate, Stromanstiegsgeschwindigkeit) wird zumindest für ein Zeitfenster zu Beginn des Auftritts des Isolationsfehlers der Strom begrenzt. Dieses Zeitfenster kann genutzt werden zur Auslösung weiterer Sicherheitsmechanismen. Unter einer Begrenzung des Stroms ist somit auch die Begrenzung eines Stroms zu Beginn des Auftretens eines Isolationsfehlers zu verstehen. Anstatt der dargestellten Induktivität kann auch ein Widerstand odereine Serienschaltung einer Induktivität und eines Widerstands verwendet werden.
Eine weitere Möglichkeit ist es, die anstatt der mehreren dargestellten Spannungsbegrenzungselemente V mehrere Verbindungselemente wie Dioden zu verwenden, wobei anstatt des dargestellten Strombegrenzungselements SG eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungselements SG und eines Spannungsbegrenzungselements V verwendet wird. Dadurch können Spannungsbegrenzungselemente V eingespart werden, wobei die Verbindungselemente kostengünstiger sind und somit insgesamt Kosten eingespart werden können. Dies kann auch zweipolig ausgeführt werden, indem eine erste Gruppe von Dioden mit den Niedervoltleitungen NL verbunden werden, und diese erste Gruppe von Dioden über ein gemeinsames Strombegrenzungselements SG und ein Spannungsbegrenzungselement V mit dem Massepotential verbunden, wobei die Durchlassrichtung aller Dioden der ersten Gruppe zum Massepotential weist. Dadurch wird die Ableitung für eines von zwei Polaritäten geschaffen. Eine zweite Gruppe von Dioden ist mit den Niedervoltleitungen NL verbunden, und diese zweite Gruppe von Dioden ist über ein weiteres gemeinsames Strombegrenzungselement SG und ein weiteres Spannungsbegrenzungselement V mit dem Massepotential verbunden, wobei die Durchlassrichtung aller Dioden der zweiten Gruppe vom Massepotential weg weist. Dadurch wird die Ableitung für eines von zwei Polaritäten geschaffen. Das gemeinsames Strombegrenzungselement und das Spannungsbegrenzungselement sind seriell verbunden. Dies gilt auch für das weitere gemeinsame Strombegrenzungselement SG und das weitere Spannungsbegrenzungselement V.
Es ist symbolisch dargestellt, das sich die mehreren Niedervoltleitungen NL durch den Durchlass D hindurch erstrecken. Der Durchlass trennt den Hochvoltbereich von einem Bereich außerhalb des Gehäuses G, insbesondere von einem Niedervoltbereich NV. In dem Hochvoltbereich HV gelten höhere Isolationsvorschriften als im Niedervoltbereich NV. Komponenten des Niedervoltbereich NV sollten daher nicht mit den Potentialen oder Spannungen des Hochvoltbereichs beaufschlagt werden, da nur innerhalb des Hochvoltbereichs HV entsprechende Isolationsauslegungen gelten (insbesondere in Hinblick auf max. Betriebsspannung, zulässige Isolationsspannung usw.). Es kann ein NV-Stecker vorgesehen sein, der sich durch den Durchgang hindurch erstreckt oder der sich auf der Seite jenseits (bezogen auf den Bereich HV) des Durchgangs direkt an den Durchgang anschließt. Dort sind vorzugsweise auch die Spannungsbegrenzungselemente V das Strombegrenzungselement SG vorgesehen. In weiteren Ausführungsformen sind das Spannungsbegrenzungselement, das Strombegrenzungselement, das weitere Spannungsbegrenzungselement und das Strombegrenzungselement sowie die Verbindungselemente dort vorgesehen. Diese können in einem Modul bzw. Modulgehäuse untergebracht sein. Die Spannungsbegrenzungs- und Strombegrenzungselemente sind vorzugsweise isoliert gemäß einer Isolationsauslegung, die auch für den HV-Bereich gilt, oder der strengere Maßnahmen als dieser fordert. Dies dient dem Schutz der genannten Elemente im Isolationsfehlerfall. Das Modul bzw. Modulgehäuse ist vorzugsweise direkt an einem oder in einem Gehäuse einer Steckanschlussvorrichtung vorgesehen, welches die Niedervoltleitungen NL führt. Die rechts dargestellten Endpunkte der Leitungen NL können Kontakte einer NV-Steckanschlussvorrichtung, etwa einer Signal-steckvorrichtung (Signalbuchse, Signalanschluss), die an dem Gehäuse G des HV-Bereichs angeordnet ist (insbesondere am Durchgang D) und die eine
Anschlussmöglichkeit für den NV-Bereich bietet. Die Steckanschlussvorrichtung ist vorzugsweise gemäß den zu erwartenden Betriebsspannungen bzw. der Maximalspannung oder Isolations-Auslegespannung des Hochvoltbereichs HV isoliert.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung mit einem Hochvoltbereich (HV), der in einem Gehäuse (G) angeordnet ist, und mit mindestens einer Niedervoltleitung (NL), die durch einen Durchlass (D) aus dem Hochvoltbereich heraustritt, wobei der Durchlass (D) in einer nach außen begrenzenden Gehäusewand (GW) des Gehäuses (G) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Niedervoltleitung (NL) über ein Spannungsbegrenzungselement (V) und ein damit seriell verbundenes Strombegrenzungselement (SG) an ein Massepotential (M) oder einem Anschluss hierfür angeschlossen ist.
2. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei mehrere Niedervoltleitungen (NL) vorliegen, die jeweils über ein Spannungsbegrenzungselement (V) mit einem gemeinsamen Strombegrenzungselement (SG) verbunden sind, das an das Massepotential (M) oder dem Anschluss hierfür angeschlossen ist.
3. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei mehrere Niedervoltleitungen (NL) vorliegen, die jeweils über ein Verbindungselement, etwa eine Diode, an eine Reihenschaltung angeschlossen sind, die zu dem Massepotential (M) oder dem Anschluss hierfür führt, wobei die Reihenschaltung ein gemeinsames Spannungsbegrenzungselement (V) und ein damit seriell verbundenes gemeinsames Strombegrenzungselement (SG) aufweist.
4. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei
- das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement (V) und das Strombegrenzungselement (SG) in einem Modul vorgesehen sind, das an einer Innenseite der Gehäusewand (GW) am Durchlass angeordnet ist, oder
- in dem Durchlass eine Kabeldurchführung vorgesehen ist, durch die die mindestens eine Niedervoltleitung hindurchgeführt ist, und das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement (V) und das Strombegrenzungselement (SG) in der Kabeldurchführung vorgesehen ist, oder
- die mindestens eine Niedervoltleitung zu einer Steckanschlussvorrichtung führt, die in dem Durchlass und/oder an einer Außenseite der Gehäusewand (GW) am Durchlass angeordnet ist und das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement (V) und das Strombegrenzungselement (SG) in der Steckanschlussvorrichtung integriert ist oder direkt an dem Steckanschlussvorrichtung angeordnet ist.
5. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strombegrenzungselement (SG), das zur Begrenzung des Stroms oder Stromanstiegs durch das Spannungsbegrenzungselement vorgesehen ist, einen Widerstand und/oder eine Induktivität aufweist.
6. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Niedervoltleitung eine Niedervolt-Versorgungsleitung, eine Kommunikationsleitung, eine Steuerleitung oder Sensorleitung aufweist
7. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spannungsbegrenzungselement (V) einen Varistor, einen Gasableiter, eine Funkenstrecke, eine Schutzdiode, eine Thyristorschaltung, einen TVS-Thyristor, einen DIAC, einer Zenerdiode, eine Suppressordiode, und/oder eine Vierschichtdiode umfasst.
8. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spannungsbegrenzungselement (V) mit einer Spannungsschwelle eingerichtet ist, ab der dieses leitet, die mindestens 40 V, 60 V, 400 V, 450 V oder mehr als 600 V beträgt.
9. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hochvoltbereich für Nennspannungen von mindestens 400 V oder 800 V ausgelegt ist und die mindestens eine Niedervoltleitung für eine Maximalspannung von nicht mehr als 40 V, 20 V, 14 V oder 5 V im fehlerfreien Betrieb ausgelegt ist.
10. Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strombegrenzungselement ausgelegt ist, einen durch dieses
Element fließenden Strom auf einen Strom-Maximalwert zu begrenzen, und wobei die Maximal-Spitzenstromauslegung des
Spannungsbegrenzungselement (V) größer ist als der Strom-Maximalwert des Strombegrenzungselements.
PCT/EP2022/058093 2021-04-19 2022-03-28 Schutzvorrichtung für spannungsbegrenzungselemente einer niedervoltleitung, die aus einem fahrzeug-hochvoltbereich herausgeführt ist WO2022223240A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280029691.0A CN117203079A (zh) 2021-04-19 2022-03-28 用于从车辆高压区域引导出来的低压线路的限压元件的保护设备
KR1020237039456A KR20230172553A (ko) 2021-04-19 2022-03-28 차량 고전압 영역 밖으로 연장되는 저전압 라인의 전압 제한 요소용 보호 디바이스

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021203889.1 2021-04-19
DE102021203889.1A DE102021203889A1 (de) 2021-04-19 2021-04-19 Schutzvorrichtung für Spannungsbegrenzungselemente einer Niedervoltleitung, die aus einem Fahrzeug-Hochvoltbereich herausgeführt ist

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022223240A1 true WO2022223240A1 (de) 2022-10-27

Family

ID=81386895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/058093 WO2022223240A1 (de) 2021-04-19 2022-03-28 Schutzvorrichtung für spannungsbegrenzungselemente einer niedervoltleitung, die aus einem fahrzeug-hochvoltbereich herausgeführt ist

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20230172553A (de)
CN (1) CN117203079A (de)
DE (1) DE102021203889A1 (de)
WO (1) WO2022223240A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009046471A1 (de) * 2009-11-06 2011-05-12 Robert Bosch Gmbh Leistungselektronik für ein Kraftfahrzeug
DE102016123209A1 (de) * 2016-12-01 2018-06-07 Lisa Dräxlmaier GmbH Entladevorrichtung, elektrischer zwischenkreis und entladeverfahren

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10247308B3 (de) 2002-10-10 2004-05-27 Siemens Ag Anordnung und Verfahren zum Schutz eines Zweispannungsnetzes bei Spannungsüberschläge zwischen beiden Spannungsniveaus
DE102014002819A1 (de) 2014-02-26 2015-08-27 Man Truck & Bus Ag Elektrische Energiespeichervorrichtung für Kraftfahrzeuge
DE102015108372B4 (de) 2015-05-27 2022-03-31 Lisa Dräxlmaier GmbH Elektrische versorgungseinrichtung und damit ausgestattetes bordnetz eines fahrzeugs

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009046471A1 (de) * 2009-11-06 2011-05-12 Robert Bosch Gmbh Leistungselektronik für ein Kraftfahrzeug
DE102016123209A1 (de) * 2016-12-01 2018-06-07 Lisa Dräxlmaier GmbH Entladevorrichtung, elektrischer zwischenkreis und entladeverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021203889A1 (de) 2022-10-20
CN117203079A (zh) 2023-12-08
KR20230172553A (ko) 2023-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015014551A1 (de) Überspannungsschutz für ein mehrspannungsbordnetz
WO2014057017A1 (de) Leitungsnetz, insbesondere gleichspannungs-bordnetz für ein kraftfahrzeug sowie verfahren zur überwachung eines leitungsnetzes auf das entstehen eines lichtbogens
EP1114752B1 (de) Vorrichtung zur Überwachung einer Batterieleitung
WO2022258238A1 (de) Dc-fahrzeugladeschaltung mit transistor und inversdiode zur sperrung von fehlerstrom durch ladestationsseitige varistoren
DE19907095C1 (de) Schaltung zur kapazitiven Ankopplung einer Datenübertagungseinrichtung an ein Energieübertragungsnetz, und Koppeleinheit mit Ankoppelschaltung
DE102013018404A1 (de) Sicherheitssystem für ein Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz
WO2022223240A1 (de) Schutzvorrichtung für spannungsbegrenzungselemente einer niedervoltleitung, die aus einem fahrzeug-hochvoltbereich herausgeführt ist
DE102019135206B4 (de) Überspannungsschutzvorrichtung sowie Netzteil
DE102020206253B3 (de) Überspannungsschutz
DE102011053904A1 (de) Schaltungsanordnung zum Schutz von Transceivern von Schnittstellen für drahtgebundene Kommunikation
DE102021206270A1 (de) Fahrzeugbordnetz mit Hochvoltabschnitt und sich hieraus erstreckenden, mehreren Niedervoltabschnitten, die über eine Sicherheitseinrichtung miteinander verbunden sind
WO2022152518A1 (de) Fahrzeugbordnetz mit einem hochvoltzweig, einem niedervoltzweig und einer niedervoltseitige isolationsfehlererkennung
DE102019124213A1 (de) Galvanisch verbundenes AC-Ladegerät mit Überwachungs- und Diagnosesystem
DE3722286C2 (de)
EP2355312A2 (de) Entstöranordnung eines Stellglieds mit einem Elektromotor
DE102015220820A1 (de) Spannungswandler
DE102018129679A1 (de) Überspannungsschutzvorrichtung mit thermischer Überlastschutzvorrichtung
DE102020206250B3 (de) Überspannungsschutz
DE202018006385U1 (de) Überspannungsschutzvorrichtung mit thermischer Überlastschutzvorrichtung
DE102005006100A1 (de) Sicherheitsschaltung und Verfahren zur Absicherung einer elektronischen Schaltungsanordnung vor Beschädigung bei Verpolung einer angeschlossenen Energieversorgungseinheit
DE102012106505A1 (de) Freischalteinrichtung für einen eine Gleichspannung erzeugenden Photovoltaik-Strang
DE102022002596A1 (de) Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz und Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes
EP3813217A1 (de) Eigensichere energieübertragungseinheit zur versorgung eines elektrogeräts mit erhöhter leistung
WO2024068258A1 (de) Dioden-halbbrücken zur abführung von hv-potential einer lv-leitung an überspannungsbegrenzung
WO2022083868A1 (de) Anordnung mit einer gleichstrom-übertragungsleitung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22718883

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280029691.0

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237039456

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020237039456

Country of ref document: KR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22718883

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1