Temic Automotive Electric Motors GmbH P TM81537 PC

Sicherheitseinrichtung für Kraftfahrzeuge

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welches zumindest ein Bordnetz und einen Energiespeicher mit mehreren in Reihe geschalteter Energiespeicherzellen aufweist, mit einer Trennvorrichtung, die den Energiespeicher elektrisch vom Bordnetz trennt.

Die Sicherheitseinrichtung ist insbesondere für Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge vorgesehen. Hybridfahrzeuge weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschine und eine elektrische Maschine auf. Die elektrische Maschine ist in der Regel als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, d. h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine beigetragen werden. Als Generator ermöglicht sie eine Rekuperation von Bremsenergie. Weiterhin weisen Hybridfahrzeuge mindestens einen Energiespeicher auf. Die Energie aus dem Energiespeicher kann zum Starten des Verbrennungsmotors, für die elektrischen Verbraucher im Fahrzeug und für Beschleunigungsvorgänge benutzt werden. Der Energiespeicher wird während der Fahrt über den Generator vom Verbrennungsmotor gespeist. Zusätzlich wird der Energiespeicher durch Energierückgewinnung beim Bremsen aufgeladen. über eine Steuerelektronik werden die verschiedenen Modi gesteuert, unter anderem, ob dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt werden soll. Elektrofahrzeuge weisen dagegen nur eine oder mehrere elektrische Maschinen auf.

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Da der Energiespeicher bzw. die einzelnen Energiespeicherzellen bei Bedarf ausgewechselt werden müssen, weil zum Bespiel eine Energiespeicherzelle defekt ist, muss zunächst der Energiespeicher vom Kraftfahrzeugbordnetz getrennt werden. Eine hohe Gesamtspannung des Energiespeichers muss im Reparaturfall getrennt in niedrigeren, physiologisch ungefährlichen Einzelspannungen vorliegen, damit die Person, die die Reparatur vornimmt, zuverlässig vor einer Berührung mit der Bordnetzspannung geschützt wird. Ebenso müssen die Fahrzeuginsassen in Notfällen, wie beispielsweise Unfällen, geschützt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung bereitzustellen, die eine Trennvorrichtung aufweist, die den Energiespeicher vom Fahrzeugbordnetz trennt sowie die einzelnen Energiespeicherzellen voneinander trennt und somit in mehrere Einzelspannungen teilt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Sicherheitseinrichtung ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches zumindest ein Bordnetz und einen Energiespeicher mit mehreren in Reihe geschalteter Energiespeicherzellen aufweist. Die Energiespeicherzellen sind beispielsweise Batterien, Nickel-Metallhydrid-Zellen oder Lithium-Ionen-Zellen. Die Sicherheitseinrichtung weist eine Trennvorrichtung auf, die den Energiespeicher elektrisch vom Bordnetz trennt, und die einzelnen Energiespeicherzellen des Energiespeichers mechanisch und/oder elektrisch voneinander trennt. Dadurch wird die Gesamtspannung des Energiespeichers in mehrere Einzelspannungen entsprechend der Anzahl der Energiespeicherzellen aufgeteilt. Die Einzelspannungen sind um ein Vielfaches niedriger als die Gesamtspannung. In diesem abgesicherten Zustand, d. h. nach Betätigung der Trennvorrichtung, kann dann ein Leistungsanschluss an das Fahrzeug realisiert werden.

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Die Trennung des Energiespeichers vom Bordnetz erfolgt dabei mittels integrierter I nterlock- Kontakte. Bei Betätigung der Trennvorrichtung wird die 'Steuerelektronik des Fahrzeugs veranlasst, den Stromkreis zu unterbrechen. Die Unterbrechung des Stromkreises erfolgt üblicherweise mit Schützen.

Vorzugsweise weist die Trennvorrichtung einen elektrischen Hauptkontakt und einen elektrischen Hilfskontakt auf. Bei Betätigung der Trennvorrichtung werden beide Kontakte geöffnet, wobei der Hilfskontakt beim Trennvorgang vor dem Hauptkontakt öffnet und beim Schließvorgang nach dem Hauptkontakt schließt.

Die Trennvorrichtung wird beispielsweise mittels eines Hebels betätigt, der sowohl manuell als auch automatisch betätigt werden kann. Vorzugsweise ist die Trennung des Energiespeichers in die einzelnen Energiespeicherzellen und die Trennung des Energiespeichers vom Bordnetz durch zwei verschiedene Bewegungen der Trennvorrichtung, insbesondere des Hebels, definiert. Beispielsweise wird durch eine translatorische Bewegung der Trennvorrichtung der Energiespeicher vom Bordnetz getrennt und mittels einer anschließenden rotatorischen Bewegung, d. h. einer Drehbewegung, der Energiespeicher in einzelne Energiespeicherzellen getrennt. Es kann natürlich auch zuerst die rotatorische und anschließend die translatorische Bewegung ausgeführt werden. Weiterhin kann der Hebel so ausgestaltet sein, dass er die Schütze verdeckt und diese entsprechend erst im sicheren Zustand, d. h. nach Betätigung des Hebels und somit der Trennvorrichtung, zugänglich macht.

Vorteilhafterweise weist der Hauptkontakt eine integrierte Schmelzsicherung auf. Die Schmelzsicherung verhindert eine überlastung des Bordnetzes bzw. einen Kurzschluss. Die Schmelzsicherung weist einen elektrischen Leiter mit einem Abschnitt auf, der schmilzt, wenn ein zu hoher Strom durch den Abschnitt fließt. Der Stromkreis wird dann unterbrochen. Da die Schmelzsicherung an der Trennvorrichtung angeordnet ist und diese gut zugänglich sein muss, ist auch die

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integrierte Schmelzsicherung gut zugänglich. Das erleichtert ein Austauschen der Sicherung, beispielsweise bei Wartungsarbeiten oder im Schadensfall.

Die Trennvorrichtung wird mittels eines Hebels betätigt, der sowohl manuell als auch automatisch betätigt werden kann. Bei manueller Betätigung wird der Hebel von Hand gezogen. Bei einem Unfall, wie beispielsweise einen Stoss auf das Kraftfahrzeug ist es aber notwendig, dass der Hebel automatisch betätigt wird, um die Sicherheit der Fahrzeuginsassen und auch anderer Personen zu gewährleisten. Insbesondere sind hier Mittel vorgesehen, die den Hebel betätigen.

Vorzugsweise umfassen die Mittel einen Sensor und einen Airbag, wobei es sich vorteilhafterweise um einen Beschleunigungssensor handelt. Bei einem plötzlichen Stoss wird der Airbag, insbesondere ein Miniairbag, gezündet, wobei der Airbag so angeordnet ist, dass der Hebel für die Trennvorrichtung problemlos durch den Airbag betätigt wird.

Weiterhin weist die Sicherheitseinrichtung Verbindungselemente auf. Diese sind durch die Trennvorrichtung zum Schutz vor Berührung verdeckt und lösbar angeordnet. Erst nach Betätigung des Hebels sind die Verbindungselemente zugänglich. So kann eine Abdeckung, die die Sicherheitseinrichtung beispielsweise aufweisen kann und die beispielsweise die Verbindungselemente oder auch die Energiespeicherzellen abdecken kann, erst nach Betätigung der Trennvorrichtung, d. h. in sicherem Zustand, entfernt werden.

Der Vorteil dieser Sicherheitseinrichtung ist, dass diese mehrere Funktionen vereint: mechanisches und elektrisches Trennen (bzw. Verbinden) der in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen, Trennen des Energiespeichers vom Fahrzeugbordnetz mittels Schütze und Interlock-Kontakte, Vermeiden von überlastungen bzw. Kurzschlüssen des Fahrzeugbordnetzes durch eine integrierte Schmelzsicherung,

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automatisches Betätigen der Trennvorrichtung mittels Airbag und sicheres Abdecken von Verbindungselementen und von Schützen.

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In der nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung 1. Die Sicherheitseinrichtung 1 weist die Trennvorrichtung 2 auf, die die einzelnen Energiespeicherzellen 3 des nicht gezeigten Energiespeichers mechanisch und/oder elektrisch voneinander trennt. Dadurch wird die Gesamtspannung des Energiespeichers in mehrere Einzelspannungen entsprechend der Anzahl der Energiespeicherzellen 3 aufgeteilt.

Die Trennvorrichtung 2 weist den elektrischen Hauptkontakt 5 und den elektrischen Hilfskontakt 6 auf. Bei Betätigung der Trennvorrichtung 2 werden beide Kontakte 5 und 6 geöffnet, wobei der Hilfskontakt 6 beim Trennvorgang vor dem Hauptkontakt 5 öffnet und beim Schließvorgang nach dem Hauptkontakt 5 schließt. In diesem abgesicherten Zustand kann dann lokal und ohne Gefahr ein Leistungsanschluss an das Fahrzeug realisiert werden.

Der Hauptkontakt 5 weist die integrierte Schmelzsicherung 7 auf. Die Schmelzsicherung 7 verhindert eine überlastung des Bordnetzes bzw. einen Kurzschluss.

Die Trennvorrichtung 2 wird mittels des Hebels 4 betätigt, der sowohl manuell als auch automatisch betätigt werden kann. Bei manueller Betätigung wird der Hebel 4

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von Hand gezogen. Automatisch erfolgt die Betätigung mittels eines nicht dargestellten Airbags.

Weiterhin sind die Verbindungselemente 8 gezeigt. Diese sind durch die Trennvorrichtung 2 zum Schutz vor Berührung verdeckt. Erst nach Betätigung des Hebels 4 sind die Verbindungselemente 8 zugänglich. So kann eine Abdeckung, die die Sicherheitseinrichtung beispielsweise aufweisen kann und die beispielsweise die Verbindungselemente oder auch die Energiespeicherzellen abdecken kann, erst nach Betätigung der Trennvorrichtung, d. h. in sicherem Zustand, entfernt werden.

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Bezugszeichenliste

1 Sicherheitseinrichtung

2 Trennvorrichtung

3 Energiespeicherzelle

4 Hebel

5 Hauptkontakt

6 Hilfskontakt

7 Schmelzsicherung

8 Verbindungselement