WO2019110588A1

WO2019110588A1 - Schutzvorrichtung und verfahren zur absicherung eines hochvoltnetzes sowie elektrisches antriebssystem

Info

Publication number: WO2019110588A1
Application number: PCT/EP2018/083488
Authority: WO
Inventors: Dirk Joachimsmeyer
Original assignee: Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-06-13
Also published as: DE102017221935A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Absicherung eines Hochvoltnetzes, welches von einer elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs gespeist wird. Hierzu ist es vorgesehen, in einem Überwachungsstromkreis, wie zum Beispiel einem Hochvolt-Interlock, ein oder mehrere zusätzliche Temperatursicherungen anzuordnen, welche beim Überschreiten einer Temperatur den Überwachungsstromkreis unterbrechen und somit eine Trennung zwischen dem Hochvoltnetz und der speisenden Hochvoltbatterie initiieren.

Description

Schutzvorrichtung und Verfahren zur Absicherung eines Hoch voltnetzes sowie elektrisches Antriebssystem

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Hochvoltnetzes. Weiterhin betrifft die vor liegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit einer solchen Schutzvorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Absicherung eines Hochvoltnetzes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Absichern eines Hochvoltnetzes für ein Fahrzeug.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Absicherung eines Hochvoltnetzes in einem ganz oder teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug beschrieben. Dar über hinaus ist die vorliegende Erfindung jedoch auch zur Ab sicherung beliebiger elektrischer Leitungsnetze, insbesondere zur Absicherung beliebiger Hochvoltnetze anwendbar.

Ganz oder teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden in der Regel von einem elektrischen Energiespeicher gespeist, beispielsweise von einer Traktionsbatterie. Diese elektri schen Energiespeicher stellen für den Antrieb des Fahrzeugs eine elektrische Spannung bereit, deren Höhe mehrere Hundert Volt betragen kann. Aus Gründen der Sicherheit muss bei spielsweise bei einer Unterbrechung einer Hochvoltsteckver- bindung für eine Hochvoltkomponente die Hochvoltversorgung des Fahrzeugs zentral abgeschaltet werden, damit es nicht durch einen losen Hochvoltstecker oder ähnliches zu einem Un fall kommen kann. Hierzu können beispielsweise sogenannte In- terlock-Schaltkreise eingesetzt werden, um die Hochvoltsi cherheit eines elektrischen Systems, beispielsweise eines elektrischen Antriebsstrangs, sicherzustellen. Dabei kann ei ne Niedervolt-Leiterbahnschleife durch die zu überwachenden Komponenten gelegt werden. Wird diese Leiterbahnschleife un terbrochen, beispielsweise durch das Öffnen einer Steckver bindung zwischen zwei Komponenten, so kann diese Unterbre chung detektiert werden. Daraufhin kann bei einer detektier- ten Unterbrechung die Hochspannungsversorgung in dem Fahrzeug abgeschaltet werden. Beispielsweise kann in einem Batteriemo dul ein Schütz oder eine andere Schalteinrichtung geöffnet werden, sodass das Hochvoltnetz in dem Fahrzeug spannungslos geschaltet wird.

Die Druckschrift DE 10 2015 107 053 Al offenbart ein Steck verbinderteil mit einer temperaturabhängigen Schalteinrich tung. Die temperaturabhängige Schalteinrichtung ist dazu aus gebildet, beim Auftreten einer Erwärmung ein Signalkontakte lement von einer Signalleitung elektrisch zu trennen.

Die Druckschrift DE 10 2013 219 141 Al offenbart einen Inter- lock-Schaltkreis zur Absicherung eines elektrischen Bordnet zes in einem Fahrzeug. Hierzu wird eine Leiterbahnschleife zur Detektion einer Unterbrechung zwischen zwei Stromspiegel schaltungen angeschlossen.

Eine weitere Überwachung eines Leitungsnetzes für ein Fahr zeug ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2010 056 006 Al bekannt.

Darüber hinaus können in einem Antriebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs auch weitere Fehler entstehen, die zum Beispiel zu einer starken Erwärmung an der Fehlerstelle füh- ren können. Dabei kann eine Hochvoltbatterie in eine solche Fehlerstelle eine hohe elektrische Leistung einspeisen. Dies kann sehr rasch zu einem nicht oder zumindest nur sehr schwer beherrschbaren thermischen Ereignis führen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schutz zur Absicherung eines Hochvoltnetzes insbesondere für ein ganz oder teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahr zeug, vorzusehen, welcher auch beim Auftreten eines Fehlers ein rasches und zuverlässiges Abschalten der Hochvolt- Energieversorgung ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Hochvoltnetzes, ein elektrisches Antriebs system und ein Verfahren zur Absicherung eines Hochvoltnetzes mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Demgemäß ist vorgesehen:

Eine Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Hochvoltnetzes, insbesondere zur Absicherung eines Hochvoltnetzes eines Fahr zeugs, mit einem Überwachungsstromkreis und einer Steuerein richtung. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Un terbrechung in dem Überwachungsstromkreis zu detektieren. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Ener gieversorgung des Hochvoltnetzes zu unterbrechen, wenn eine Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis detektiert worden ist. Der Überwachungsstromkreis umfasst mindestens eine Tem peratursicherung. Die Temperatursicherung in dem Überwa chungsstromkreis ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbin- düng in dem Überwachungsstromkreis zu unterbrechen, wenn ein vorbestimmtes Übertemperaturereignis auftritt.

Weiterhin ist vorgesehen:

Ein elektrisches Antriebssystem, insbesondere ein elektri sches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Hochvolt-Energiequelle, einer elektrischen An triebseinheit, die von der elektrischen Hochvolt- Energiequelle gespeist wird, und einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Hochvoltnetzes. Die elektrische Antriebseinheit kann insbesondere eine elektri sche Maschine und einen Stromrichter umfassen.

Schließlich ist vorgesehen:

Ein Verfahren zur Absicherung eines Hochvoltnetzes, insbeson dere eines Hochvoltnetzes eines Fahrzeugs mit einem Schritt zum Bereitstellen eines Überwachungsstromkreises mit mindes tens einer Temperatursicherung. Die Temperatursicherung ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung in dem Überwa chungsstromkreis beim Auftreten eines Übertemperaturereignis ses zu unterbrechen. Ferner umfasst das Verfahren die Schrit te des Detektierens einer Unterbrechung in dem Überwachungs stromkreis und des Unterbrechens einer Energieversorgung des Hochvoltnetzes, wenn eine Unterbrechung in dem Überwachungs stromkreis detektiert worden ist.

Vorteile der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Hochvolt-Energiequelle, wie z.B. die Traktionsbat terie eines Elektrofahrzeuges beim Auftreten eines Fehlers in einem Hochvolt-Bordnetz eine große Menge elektrischer Energie in die Fehlerstelle einspeisen kann. Diese elektrische Ener gie führt sehr rasch zu einer Ausweitung des Fehlers, welches mit einem thermischen Ereignis, wie zum Beispiel einer star ken Überhitzung bis hin zu einem Brand verbunden sein kann. Wird durch die Hochvolt-Energiequelle weiter elektrische Energie in die Fehlerstelle eingespeist, so kann das thermi sche Ereignis an der Fehlerstelle nicht oder zumindest nur sehr schwer beherrscht werden.

Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Er kenntnis Rechnung zu tragen und eine Schutzvorrichtung sowie ein Verfahren zur Absicherung eines Hochvoltnetzes bereitzu stellen, um beim Auftreten eines Fehlers eine rasche und zu verlässige Abschaltung des Hochvoltnetzes zu ermöglichen. Hierzu sieht die vorliegende Erfindung vor, einen in der Re gel bereits vorhandenen Hochvolt-Interlock zur Absicherung des Hochvoltnetzes zu erweitern. Insbesondere ist dabei vor gesehen, einen oder mehrere Temperatursicherungen in einen Überwachungsstromkreis des Hochvolt-Interlocks zu integrie ren. Beim Überschreiten einer Grenztemperatur kann die Tempe ratursicherung den Überwachungsstromkreis des Hochvolt- Interlocks zwischen zwei Anschlusspunkten der Temperatursi cherung unterbrechen und somit zu einer Abschaltung des Hoch volt-Bordnetzes führen.

Durch die Erweiterung eines konventionellen Hochvolt- Interlocks mittels einer oder mehrerer Temperatursicherungen wird der durch den Interlock überwachte Stromkreis nicht nur durch Öffnen einer Steckverbindung oder eines Schalters un terbrochen, sondern auch dann, wenn die Temperatur an der Temperatursicherung ansteigt und zum Auslösen der Temperatur sicherung führt. Auf diese Weise kann auch ein Ansteigen der Temperatur, insbesondere an der Position der Temperatursiche rung, durch den Hochvolt-Interlock detektiert werden und zum Abschalten der Hochvolt-Energieversorgung führen.

Als Temperatursicherungen können beliebige Bauelemente ver wendet werden, welche beim Überschreiten einer Temperatur zum Unterbrechen einer elektrischen Verbindung führen. Die Tempe ratursicherung stellt somit zunächst zwischen zwei Anschluss punkten eine elektrische Verbindung bereit, welche nach dem Auslösen der Temperatursicherung unterbrochen wird. Eine sol che Temperatursicherung kann nahezu an einer beliebigen Stel le innerhalb des Überwachungsstromkreises des Hochvolt- Interlocks angeordnet werden. Auf diese Weise kann an einer oder an mehreren Stelle ein Überschreiten einer kritischen Temperatur überwacht und detektiert werden. Sobald die kriti sche Temperatur überschritten wird und damit die Temperatur sicherung anspricht, wird der Überwachungsstromkreis des Hochvolt-Interlocks unterbrochen .

Insbesondere können als Temperatursicherungen Bauelemente o- der Baugruppen verwendet werden, welche im nicht ausgelösten Zustand keinen oder zumindest einen sehr geringen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit und ggf. weitere elektri sche Eigenschaften des Überwachungsstromkreises haben. Somit wird der Überwachungsstromkreis durch die zusätzlich einge- brachten Temperatursicherungen nicht oder zumindest nicht signifikant beeinflusst. Auf diese Weise ist es möglich, ei nen konventionellen Hochvolt-Interlock auf besonders einfache und kostengünstige Weise zu erweitern.

Die Steuereinrichtung, welche eine Unterbrechung in dem Über wachungsstromkreis detektiert und daraufhin die Energiever sorgung des Hochvoltnetzes abschaltet, kann beispielsweise als separate Steuereinrichtung ausgestaltet werden. In diesem Fall kann durch eine separate Baugruppe die elektrische Leit fähigkeit des Überwachungsstromkreises überprüft werden. Wird eine Unterbrechung des Überwachungsstromkreises detektiert, so kann die separate Steuereinrichtung diese Unterbrechung an eine entsprechende Schalteinrichtung der Hochvolt- Energieversorgung signalisieren, um infolge dieser Signali sierung die Einspeisung weiterer elektrischer Energie von der Energiequelle in das Hochvoltnetz zu unterbrechen. Insbeson dere ist es dabei beispielsweise möglich, dass die separate Steuereinrichtung im fehlerfreien Fall, d.h. bei einem ge schlossenen Überwachungsstromkreis, ein Steuersignal von der Steuereinrichtung zu der Schalteinrichtung der Hochvolt- Energiequelle bereitstellt, sodass die Hochvolt-Energiequelle nur so lange elektrische Energie in das Hochvolt-Bordnetz einspeist, so lange von der Steuereinrichtung ein entspre chendes Signal bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann auch sichergestellt werden, dass bei einem Ausfall der Steuerein richtung und einem daraufhin fehlenden Steuersignal die Ein speisung von elektrischer Energie in das Hochvolt-Bordnetz unterbunden wird und somit die Sicherheit weiterhin gestei gert werden kann.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Überwachung des Überwachungsstromkreises zentral implementiert ist, d.h. die Steuereinrichtung zur Überwachung des Überwachungsstromkrei ses und die Schaltelemente zum Koppeln bzw. Trennen der Hoch volt-Spannungsquelle mit dem Hochvolt-Bordnetz sind als eine gemeinsame Einheit ausgeführt.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Temperatursicherung ei nen Bimetallschalter, ein PTC-Element und/oder eine Schmelz sicherung umfassen. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Bauelemente möglich, welche beim Über schreiten einer Grenztemperatur eine elektrische Verbindung zwischen zwei Anschlusspunkten unterbrechen können. Insbeson dere kann es sich bei den PTC-Elementen um Bauelemente han deln, welche mit zunehmender Temperatur einen ansteigenden elektrischen Widerstand aufweisen, sodass bei Überschreiten einer Grenztemperatur der elektrische Widerstand einen vorge gebenen Grenzwert überschreitet.

Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei der Temperatur sicherung um ein reversibles Temperatursicherungselement han deln. Als reversibles Temperatursicherungselement wird bei spielsweise ein Bauelement angesehen, welches beim Über schreiten einer Grenztemperatur eine elektrische Verbindung zwischen zwei Anschlusspunkten unterbricht. Alternativ kann beim Überschreiten der Grenztemperatur auch der elektrische Widerstand zwischen den beiden Anschlusspunkten signifikant ansteigen. Nach dem Absinken der Temperatur können reversible Temperatursicherungselemente wiederum eine elektrische Ver bindung zwischen den beiden Anschlusspunkten bereitstellen, oder der elektrische Widerstand zwischen den beiden An schlusspunkten kann signifikant sinken. Auf diese Weise kön nen solche Temperatursicherungselemente mehrfach einen An stieg der Temperatur detektieren. Darüber hinaus kann auch ein Absinken der Temperatur durch das erneute Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den beiden Anschluss punkten wieder erkannt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Temperatursicherung ein irreversibles Temperatursicherungselement umfassen. Ein irre versibles Temperatursicherungselement kann beim Überschreiten einer Temperatur über einer vorgegebenen Grenztemperatur eine elektrische Verbindung zwischen zwei Anschlusspunkten irre- versibel unterbrechen. In einem solchen Fall wird auch bei einem nachfolgenden Absinken der Temperatur zwischen den bei den Anschlusspunkten der Temperatursicherung weiterhin keine elektrische Verbindung mehr hergestellt, so dass der Überwa chungsstromkreis geöffnet bleibt. Daher kann bei einem Auf treten eines Fehlers, insbesondere eines Anstiegs der Tempe ratur ein dauerhaftes zuverlässiges Abschalten ermöglicht werden .

Erfindungsgemäß kann der Überwachungsstromkreis eine Serien schaltung aus mehreren Temperatursicherungen umfassen. Hier bei ist eine beliebige Anzahl von zwei oder mehreren Tempera tursicherungen, ggf. auch unterschiedlich ausgestalteten Tem peratursicherungen, möglich. Durch die Serienschaltung mehre rer Temperatursicherungen kann beim Ansprechen einer der Tem peratursicherungen innerhalb des Überwachungsstromkreises der Überwachungsstromkreis jeweils zuverlässig unterbrochen wer den, sodass an mehreren unterschiedlichen räumlichen Positio nen kritische Temperaturerhöhungen detektiert werden können.

Erfindungsgemäß ist die Temperatursicherung an einer leis tungselektronischen Komponente eines elektrischen Antriebs systems angeordnet. Bei den leistungselektronischen Komponen ten eines elektrischen Antriebssystems kann es sich bei spielsweise um einen Stromrichter handeln. Insbesondere kann beispielsweise an einem oder an mehreren Halbleiterschaltele menten eines Stromrichters eine Temperatursicherung vorgese hen werden. Gerade Halbleiterschaltelemente in Stromrichtern stellen kritische Bauelemente dar, bei welchen ein Fehler rasch zu einem thermischen Ereignis führen kann. Darüber hin aus ist es selbstverständlich auch möglich an anderen Bauele menten eines Stromrichters, beispielsweise an Kondensatoren, wie zum Beispiel einem Zwischenkreiskondensator oder ähnli- ehern, sowie beliebigen anderen Bauelementen ebenfalls eine Temperatursicherung vorzusehen. Ferner können auch an Steuer baugruppen für einen Stromrichter oder an beliebigen anderen Baugruppen, Bauelementen etc. eines elektrischen Antriebssys tems Temperatursicherungen vorgesehen werden. Auf diese Weise können alle potentiellen Gefahrenpunkte für mögliche Fehl funktionen zuverlässig überwacht werden und im Fehlerfall kann rasch eine sichere Abschaltung der Hochspannungsversor gung gewährleistet werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Temperatursicherung an einer Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher angeordnet werden. Auch an den Bauelementen einer Ladevor richtung, insbesondere an Halbleiterschaltelementen einer La devorrichtung, wie zum Beispiel einem Gleichrichter oder ähn lichem, können hohe Mengen an elektrischer Energie umgesetzt werden, die insbesondere in einem Fehlerfall sehr rasch zu einem thermischen Ereignis führen können. Dabei kann die La devorrichtung sowohl innerhalb eines Elektro- oder Hybrid fahrzeugs, als auch außerhalb des Elektro- oder Hybridfahr zeugs vorgesehen sein. Beispielsweise ist es auch möglich, den Überwachungsstromkreis an einer Ladebuchse gemeinsam mit den Anschlüssen zum Einspeisen von elektrischer Energie wäh rend des Ladevorgangs an eine externe Ladevorrichtung heraus zuführen und auch an dieser externen Ladevorrichtung eine o- der mehrere Temperatursicherungen vorzusehen. Beispielsweise können solche Temperatursicherungen in einer Ladesäule, einer Wallbox, oder einer beliebigen anderen externen Ladeeinrich tung vorgesehen sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, ein kontinuierliches Spannungssignal, ein ge pulstes Spannungssignal und/oder ein hochfrequentes Prüfsig- nal in den Überwachungsstromkreis einzuspeisen. Das jeweilige Signal kann daraufhin kontinuierlich oder periodisch von der Steuereinrichtung ausgewertet werden, um eine mögliche Unter brechung in dem Überwachungsstromkreis zu detektieren.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Überwachungsstrom kreis mindestens eine weitere Schutzeinrichtung. Die weitere Schutzeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses eine elektrische Verbindung in dem Überwachungsstromkreis zu unterbrechen. Insbesondere kann die weitere Schutzeinrichtung dazu ausgelegt sein, beim Auftreten eines Überdrucks, eines optischen Signals und/oder eines akustischen Signals den Überwachungsstromkreis zu un terbrechen. Fehlerfälle, insbesondere Fehlerfälle im Zusam menhang mit einem thermischen Ereignis können ggf. durch un terschiedliche Sensoren detektiert werden. So kann beispiels weise eine sich aufgrund des thermischen Ereignisses ausbil dende Druckwelle von einem Drucksensor detektiert werden, ein möglicher Knall oder ein charakteristisches Geräusch eines auftretenden Fehlers kann durch einen geeigneten akustischen Sensor detektiert werden, oder ein sich ausbildender Über schlag oder Lichtbogen kann durch einen optischen Sensor er kannt werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch be liebige andere physikalische Eigenschaften durch geeignete Sensoren detektierbar . Wird nach dem Detektieren eines vorge gebenen physikalischen Ereignisses durch eine geeignete

Schalteinrichtung der Überwachungsstromkreis unterbrochen, so kann daraufhin ebenfalls eine sichere, schnelle und zuverläs sige Abschaltung der Hochvolt-Energieversorgung ermöglicht werden .

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispie len beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hin zufügen .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzip schaltbilds eines elektrischen Antriebssystems mit einer Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungs- form;

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzip schaltbilds einer Schutzvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, und

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Absicherung eines Hochvoltnetzes gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.

Beschreibung der Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektri schen Antriebssystems 1 mit einer Schutzvorrichtung zur Absi cherung eines Hochvoltnetzes gemäß einer Ausführungsform. Beispielsweise kann es sich hierbei um das elektrische An triebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs handeln. Das elektrische Antriebssystem 1 kann beispielsweise von einer Hochvolt-Traktionsbatterie 20 gespeist werden. Diese Hoch volt-Traktionsbatterie 20 kann über einen Trennschalter 21 mit dem Hochvolt-Bordnetz des Fahrzeugs elektrisch gekoppelt werden. Die Hochvolt-Traktionsbatterie 20 kann beispielsweise einen Stromrichter 41 speisen. Bei dem Stromrichter 41 kann es sich beispielsweise um einen Wechselrichter handeln, der aus der bereitgestellten Gleichspannung eine Wechselspannung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine 42 generiert. Hierzu kann der Stromrichter 41 beispielsweise von einer An steuerschaltung 43 angesteuert werden. Die einzelnen Kompo nenten des Hochvolt-Bordnetzes können beispielsweise mittels Steckverbindungen 22 an das Hochvolt-Bordnetz angeschlossen werden. Parallel zur Leitungsführung des Hochvolt-Bordnetzes kann ein Überwachungsstromkreis 12 vorgesehen sein. Werden die Kontakte für das Hochvolt-Bordnetz und den Überwachungs stromkreis 12 über eine gemeinsame Steckverbindung geführt, so wird beim Lösen dieser Steckverbindung auch der Überwa chungsstromkreis 12 geöffnet.

Zur Überprüfung des Überwachungsstromkreises 12 kann eine Steuereinrichtung 11 vorgesehen sein. Dabei kann der Beginn und das Ende des Überwachungsstromkreises 12 mit der Steuer einrichtung 11 elektrisch gekoppelt sein. Die Steuereinrich tung 11 kann kontinuierlich oder periodisch elektrische Sig nale in den Überwachungsstromkreis 12 einspeisen und auf die se Weise überprüfen, ob der Überwachungsstromkreis 12 ge schlossen ist oder ob in dem Überwachungsstromkreis 12 eine Unterbrechung aufgetreten ist. Eine Unterbrechung kann bei spielsweise, wie zuvor bereits beschrieben, durch Abziehen einer Steckverbindung 22 hervorgerufen werden. Wird durch die Steuereinrichtung 11 eine Unterbrechung in dem Überwachungs stromkreis 12 detektiert, so kann die Steuereinrichtung 11 die Schalteinrichtung 21 veranlassen, die Hochvolt- Traktionsbatterie 20 elektrisch von dem Hochvolt-Bordnetz zu trennen. Hierzu können beispielsweise Schütze, welche in der Schalteinrichtung 21 zwischen der Hochvolt-Traktionsbatterie 20 und dem Hochvolt-Bordnetz angeordnet sind, geöffnet wer den. Zur Steigerung der Sicherheit ist es beispielsweise mög lich, dass die Steuereinrichtung 11 so lange ein Steuersignal an der Schalteinrichtung 21 bereitstellt, so lange der Über wachungsstromkreis 12 geschlossen ist, d.h. keine Unterbre chung in dem Überwachungsstromkreis 12 detektiert wird. Wird eine Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 detek tiert, oder tritt ggf. ein anderer Fehler auf, so stellt die Steuereinrichtung 11 an der Trenneinrichtung 21 kein Signal bereit, worauf die Schalteinrichtung 21 die elektrische Ver bindung zwischen der Traktionsbatterie 20 und dem Hochvolt- Bordnetz öffnet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass selbst bei einem Ausfall der Steuereinrichtung 11 die Schaltelemente in der Schalteinrichtung 21 geöffnet werden und die elektrische Verbindung zwischen der Traktionsbatterie 20 und dem Hochvolt-Bordnetz geöffnet wird.

Gegebenenfalls können aufgrund von Überbeanspruchungen oder Fehlfunktionen eine übermäßige Erwärmung an einem oder mehre ren Komponenten des elektrischen Antriebssystems 1 auftreten. Insbesondere kann aufgrund eines Defekts in einem Bauelement ein thermisches Ereignis hervorgerufen werden. Beispielsweise kann ein Halbleiterschaltelement, wie zum Beispiel ein IGBT, durchlegieren und beispielsweise einen Kurzschluss hervorru- fen. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch andere Fehl funktionen, insbesondere Fehlfunktionen, welche zu einer Überhitzung oder einem thermischen Ereignis führen, möglich. Bleibt das elektrische Antriebssystem 1 bei einem solchen Fehler mit der Traktionsbatterie 20 elektrisch verbunden, so kann die Traktionsbatterie 20 weiterhin elektrische Energie in das Hochvolt-Bordnetz einspeisen. Dies kann ggf. zu einer weiteren Ausbreitung des Fehlers und ggf. zu weiteren thermi- sehen Ereignissen führen. Darüber hinaus wird aufgrund der hohen elektrischen Spannung und der von der Traktionsbatterie 20 bereitgestellten großen Menge an elektrischer Energie ein möglicher Löschversuch oder dergleichen erschwert bis verhin dert. Auch stellt die hohe elektrische Spannung eine große Gefahr für mögliche Rettungskräfte dar.

Daher sind zur weiteren Absicherung des Hochvolt-Bordnetzes in dem Überwachungsstromkreis 12 zusätzliche Temperatursiche rungen 13-i vorgesehen. Die dargestellte Anzahl von drei Tem peratursicherungen in dem Überwachungsstromkreis 12 dient le diglich dem besseren Verständnis und stellt keine Einschrän kung der vorliegenden Erfindung auf eine vorgegebene Anzahl von Temperatursicherungen dar. Vielmehr ist eine beliebige Anzahl von einer, zwei oder mehreren Temperatursicherungen 13-i in dem Überwachungsstromkreis 12 möglich. Die Tempera tursicherungen 13-i sind dabei als Serienschaltung in dem Überwachungsstromkreis 12 angeordnet. Die Temperatursicherun gen 13-i können jeweils an geeigneten Stellen innerhalb des elektrischen Antriebssystems 1 vorgesehen sein, an denen eine starke Temperaturentwicklung oder ein thermisches Ereignis möglich sein kann. Zum Beispiel können eine oder mehrere Tem peratursicherungen 13-1 an oder innerhalb des Stromrichters 41 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine gefährliche Überhitzung des Stromrichters 41, insbesondere der darin vor gesehenen Schaltelemente, überwacht und erfasst werden. Bei spielsweise kann eine Temperatursicherung 13-1 zentral in dem Stromrichter 41 vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, an einem oder mehreren Bauelementen innerhalb des Stromrich ters 41, beispielsweise an den Halbleiterschaltelementen, ei nen Zwischenkreiskondensator, oder beliebigen anderen Bauele menten direkt eine Temperatursicherung 13-1 vorzusehen. Fer ner ist es auch möglich, eine oder mehrere Temperatursiche- rungen 13-2 an der elektrischen Maschine 42 vorzusehen, um ggf. bei einer übermäßigen Erwärmung der elektrischen Maschi ne 42 ebenfalls eine Abschaltung des Hochvolt-Bordnetzes zu ermöglichen. Gegebenenfalls kann auch an einer Ansteuerschal tung 43 für den Stromrichter 41 eine Temperatursicherung 13-3 vorgesehen sein. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch an beliebigen anderen geeigneten Positionen Temperatursiche rungen 13-i möglich.

Bei den Temperatursicherungen 13-i kann es sich um beliebige Temperatursicherungen handeln, welche bei Überschreiten einer Grenztemperatur eine elektrische Verbindung zwischen zwei An schlusspunkten öffnen. Auf diese Weise kann eine solche in den Überwachungsstromkreis 12 eingeschleifte Temperatursiche rung 13-i beim Überschreiten der jeweiligen Grenztemperatur den Überwachungsstromkreis 12 zwischen den zwei anschluss punkten der Temperatursicherung 13-i unterbrechen. Diese Un terbrechung des Überwachungsstromkreises 12 kann von der Steuereinrichtung 11 detektiert werden. Daraufhin kann die Steuereinrichtung 11 infolge einer detektierten Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 die elektrische Verbindung zwischen der Traktionsbatterie 20 und dem Hochvolt-Bordnetz unterbrechen. Hierdurch wird von der Traktionsbatterie 20 keine weitere elektrische Energie in das Hochvolt-Bordnetz eingespeist. Somit steht auch an der Fehlerstelle keine wei tere elektrische Energie von der Traktionsbatterie 20 zur Verfügung, sodass keine weitere Überhitzung stattfindet und ein ggf. bereits beginnender Brand an der Fehlerstelle even tuell bereits von alleine erlischt. Ferner liegt nach der Ab schaltung der Traktionsbatterie 20 auch keine gefährliche Hochspannung mehr in dem Hochvolt-Bordnetz an, sodass Ret tungskräfte keinen Gefahren aufgrund von Hochspannung ausge setzt sind. Bei den Temperatursicherungen 13-i kann es sich sowohl um ei ne reversible als auch um eine irreversible Temperatursiche rung handeln. Bei reversiblen Temperatursicherungen kann nach einer Abkühlung der Temperatursicherung die elektrische Ver bindung zwischen den beiden Anschlusspunkten der Temperatur sicherung wiederhergestellt werden. Auf diese Weise ist bei spielsweise nach einer Abkühlung ein weiterer Betrieb ohne zusätzliche Reparaturmaßnahmen möglich. Beispielsweise kann eine reversible Temperatursicherung ein Bimetallelement, ei nen elektrischen Widerstand mit einem positiven Temperaturko effizienten (PTC) oder ähnliches umfassen. Darüber hinaus sind auch irreversible Temperatursicherungen möglich, welche beim Überschreiten einer Grenztemperatur eine irreversible Unterbrechung zwischen den beiden Anschlusspunkten der Tempe ratursicherung hervorrufen. Auf diese Weise kann sicherge stellt werden, dass es selbst nach einer eventuellen Abküh lung der Temperatur an der Fehlerstelle kein erneutes Zu schalten der Traktionsbatterie 20 in das Hochvolt-Bordnetz erfolgt, bevor eine Reparatur der Fehlerstelle und ein Aus tausch der Temperatursicherung 13-i erfolgt ist. Beispiels weise kann eine solche irreversible Temperatursicherung mit tels eines Schmelzelementes oder ähnlichem realisiert werden.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektri schen Antriebssystems 1 mit einer Schutzvorrichtung zur Absi cherung des Hochvoltnetzes gemäß einer weiteren Ausführungs form. In den Figuren 1 und 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichartige Komponenten. Die Ausfüh rungsform gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der zuvor be schriebenen Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die Steuereinrichtung 11 hierbei in der Schalteinrichtung 21 zum Trennen/Koppeln der Traktionsbatterie 20 mit dem Hochvolt- Bordnetz integriert ist. Darüber hinaus gelten die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Ausführungen.

Wie in Figur 2 zusätzlich zu erkennen ist, kann die Trakti onsbatterie 20 mittels einer Ladevorrichtung 30 aufgeladen werden. Beispielsweise kann die Ladevorrichtung 30 von einer externen Gleich- oder Wechselspannungsquelle gespeist werden. Die Ladevorrichtung 30 kann die extern bereitgestellte Span nung in eine Spannung konvertieren, welche zum Aufladen der Traktionsbatterie 20 geeignet ist. In diesem Fall kann auch die Hochvoltverbindung der Ladevorrichtung 30 mittels eines Überwachungsstromkreises 12 überwacht werden. Beispielsweise können auch die Komponenten der Ladevorrichtung 30 und die Komponenten des Wechselrichters 41 mittels eines gemeinsamen Überwachungsstromkreises 12 überwacht werden. Alternativ kön nen auch separate Überwachungsstromkreise 12 für die Ladevor richtung 30 und Wechselrichter 41 vorgesehen sein. In beiden Fällen können auch eine oder mehrere Temperatursicherungen 13-5 in der Ladevorrichtung 30 bzw. an den einzelnen Kompo nenten der Ladevorrichtung 30 vorgesehen sein. Auf diese Wei se können auch ggf. übermäßige Erwärmungen und/oder thermi sche Ereignisse in der Ladevorrichtung 30 detektiert werden und daraufhin eine Abschaltung der Hochvolt-Traktionsbatterie 20 erfolgen.

Zur Überwachung des Zustands des Überwachungsstromkreises 12 kann die Steuereinrichtung 11 ein beliebiges Gleich- oder Wechselspannungssignal in den Überwachungsstromkreis 12 ein speisen. Beispielsweise kann eine konstante elektrische Span nung oder ein konstanter elektrischer Strom in den Überwa chungsstromkreis 12 eingespeist werden, um eine mögliche Un terbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 zu detektieren. Darüber hinaus sind auch gepulste Signale oder ggf. auch hochfrequente Signale zur Überwachung des Überwachungsstrom kreises 12 möglich. Durch die Verwendung von passiven Bauele menten als Temperatursicherung 13-i ist es möglich, dass die Temperatursicherungen 13-i die elektrischen Eigenschaften des Überwachungsstromkreises 12 nicht oder nur in einem sehr ge ringen Maße beeinflussen. Hierdurch werden die elektrischen Signale der Steuereinrichtung 11 durch die Temperatursiche rungen nahezu nicht beeinflusst, sodass durch die Temperatur sicherungen 13-i das Ergebnis der Steuereinrichtung 11 zur Detektion einer Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 nicht verfälscht wird.

Neben Temperatursicherungen 13-i können ggf. auch weitere Überwachungselemente vorgesehen sein, die beim Auftreten ei nes vorbestimmten Ereignisses eine elektrische Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 hervorrufen. Beispielsweise kann auch ein Drucksensor vorgesehen sein, der beim Auftreten eines thermischen Ereignisses eine daraus resultierende

Druckwelle detektiert und daraufhin eine elektrische Unter brechung des Überwachungsstromkreises 12 hervorruft. Ferner sind auch optische Sensoren möglich, die beispielsweise beim Auftreten eines Lichtbogens eine elektrische Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 hervorrufen. Ebenso kann bei spielsweise mittels eines akustischen Sensors ein durch ein thermisches Ereignis oder ähnliches hervorgerufener Knall o- der ein charakteristisches Geräusch ebenfalls mittels eines geeigneten Bauelements eine elektrische Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 hervorrufen. Selbstverständlich kann auch ein beliebiges weiteres Ereignis detektiert werden, und daraufhin mittels einer geeigneten Schaltungseinrichtung eine elektrische Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis 12 veranlasst werden. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdia gramms, wie es einem Verfahren zur Absicherung eines Hoch voltnetzes in einem Fahrzeug zugrunde liegt. In Schritt S1 wird ein Überwachungsstromkreis bereitgestellt, der mindes tens eine Temperatursicherung aufweist. Die Temperatursiche rung ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung in dem Überwachungsstromkreis bei Auftreten eines Übertemperaturer eignisses zu unterbrechen. In Schritt S2 wird eine Unterbre chung in dem Überwachungsstromkreis detektiert und in Schritt S3 wird eine Energieversorgung des Hochvoltnetzes unterbro chen, wenn eine Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis detektiert worden ist.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die Absi cherung eines Hochvoltnetzes, welches von einer elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs gespeist wird. Hierzu ist es vorgesehen, in einem Überwachungsstromkreis, wie zum Beispiel einem Hoch- volt-Interlock, ein oder mehrere zusätzliche Temperatursiche rungen anzuordnen, welche beim Überschreiten einer Temperatur den Überwachungsstromkreis unterbrechen und somit eine Tren nung zwischen dem Hochvoltnetz und der speisenden Hochvolt batterie initiieren.

Claims

Ansprüche

1. Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Hochvoltnetzes eines Fahrzeugs, mit: einem Überwachungsstromkreis (12); einer Steuereinrichtung (11), die dazu ausgelegt ist, ei ne Unterbrechung in dem Überwachungsstromkreis (12) zu detektieren und eine Energieversorgung des Hochvoltnetzes zu unterbrechen, wenn eine Unterbrechung in dem Überwa chungsstromkreis (12) detektiert worden ist, wobei der Überwachungsstromkreis (12) eine Serienschal tung aus mehreren Temperatursicherungen (13-i) umfasst, die jeweils dazu ausgelegt sind, eine elektrische Verbin dung in dem Überwachungsstromkreis (12) beim Auftreten eines Übertemperaturereignisses zu unterbrechen, wobei mindestens eine der Temperatursicherungen (13-i) an einer leistungselektronischen Komponente eines elektri schen Antriebssystems angeordnet ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Temperatur sicherung (13-i) einen Bimetallschalter, ein PTC- Element und/oder eine Schmelzsicherung umfasst.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Tem peratursicherung (13-i) ein reversibles Temperatursiche rungselement umfasst.

4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperatursicherung (13-i) ein irreversibles Tempera tursicherungselement umfasst, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur eine elektrische Verbindung irreversibel unterbricht.

5. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperatursicherung (13-i) an einer Ladevorrichtung (40) für einen elektrischen Energiespeicher angeordnet ist .

6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, ein konti nuierliches Spannungssignal, ein gepulstes Spannungssig nal und/oder ein hochfrequentes PrüfSignal in den Überwa chungsstromkreis (12) einzuspeisen.

7. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Überwachungsstromkreis (12) eine weitere Schutzein richtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses eine elektrische Verbin dung in dem Überwachungsstromkreis (12) zu unterbrechen.

8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die weitere

Schutzeinrichtung dazu ausgelegt ist, beim Auftreten ei nes Überdrucks, eines optischen Signals und/oder eines akustischen Signals den Überwachungsstromkreis zu unter brechen .

9. Elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit: einer elektrischen Hochvolt-Energiequelle (20); einem Stromrichter, der von der elektrischen Hochvolt- Energiequelle gespeist wird; und einer Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verfahren zur Absicherung eines Hochvoltnetzes eines

Fahrzeugs, mit den Schritten:

Bereitstellen (Sl) eines Überwachungsstromkreises (12) mit einer Serienschaltung aus mehreren Temperatursiche- rungen (13-i), die jeweils eine elektrische Verbindung in dem Überwachungsstromkreis (12) beim Auftreten eines Übertemperaturereignisses unterbrechen, Detektieren (S2) einer Unterbrechung in dem Überwachungs stromkreis (12); und

Unterbrechen (S3) einer Energieversorgung des Hoch voltnetzes, wenn eine Unterbrechung in dem Überwachungs- Stromkreis (12) detektiert worden ist, wobei mindestens eine der Temperatursicherungen (13-i) an einer leistungselektronischen Komponente eines elektri schen Antriebssystems angeordnet ist.