DE102019126160A1

DE102019126160A1 - Batteriepol-Trennvorrichtung, Batteriepol-Trennverfahren und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019126160A1
Application number: DE102019126160.0A
Authority: DE
Inventors: Kevin Daniel Vazquez Loza; Francisco Javier Chavez-Gutierrez
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-09-28
Also published as: DE102019126160B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriepol-Trennvorrichtung, aufweisend eine Batteriepol-Schalteinrichtung (2) zur elektrisch schaltbaren Bereitstellung und Trennung einer elektrischen Batterieausgangsspannung (V3) einer Batterie (3) an beziehungsweise von einem Ausgangsspannungsanschluss (4) als geschaltete Batterieversorgungsspannung (5) in Abhängigkeit von einem der Batteriepol-Schalteinrichtung (2) zugeführten aktiven beziehungsweise inaktiven elektrischen Schaltsignal (8), eine Sensorik (9) zur Erzeugung eines elektrischen Sensorsignals (V1) in Abhängigkeit von einer von der Sensorik (9) überwachten physikalischen Größe sowie eine elektronische Schaltungsanordnung (10), die in ihrem Aktivbetriebszustand (22) eingerichtet ist, das Schaltsignal (8) in Abhängigkeit vom Sensorsignal (V1, V1*) zu erzeugen. Die Schaltungsanordnung (10) ist mittels eines durch den Bereitstellungs- und Trennzustand der Batteriepol-Schalteinrichtung (2) elektrisch erzeugten elektrischen Steuersignals (14) aus ihrem Aktivbetriebszustand (22) in ihren Inaktivbetriebszustand (21), in welchem die Schaltungsanordnung (10) stets ein inaktives Schaltsignal (8) erzeugt, schaltbar.Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug (7) mit einer Batteriepol-Trennvorrichtung (1) sowie ein Batteriepol-Trennverfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriepol-Trennvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13 sowie ein Batteriepol-Trennverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Es ist allgemein bekannt, Elektrofahrzeuge oder hybridelektrische Kraftfahrzeuge mit Batteriesystemen auszustatten, die beispielsweise einen Elektromotor zum alleinigen oder elektromotorisch unterstützten Antrieb des Fahrzeugs mit elektrischer Energie speisen. Derartige Batteriesysteme weisen gewöhnliche Batterien mit einer Batterieausgangsgleichspannung in einem Bereich von z. B. 300 V bis 400 V oder bis 600 V oder sogar bis 800 V auf (dementsprechend allgemein auch als Hochvoltbatterien bezeichnet). Derartige Batterien sind in der Lage, Gleichströme von einigen 100 A bis über 1000 A (kA-Bereich) bereitzustellen. Nach einem Unfall des Fahrzeugs, bei dem insbesondere auch das Batteriesystem beschädigt werden kann, besteht daher das Risiko sowohl für Fahrzeuginsassen als auch für Not- bzw. Ersthilfe leistende Personen, einen (tödlichen) elektrischen Schlag durch eine am Fahrzeug anliegende Hochspannung zu erleiden.
Es sind daher in der Vergangenheit bereits Maßnahmen vorgeschlagen worden, das elektrische Batteriesystem im Falle eines Fahrzeugunfalls von den elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs elektrisch zu trennen, um hierdurch das Risiko eines Stromschlags zu reduzieren.
Beispielsweise beschreibt die WO 2013/139943 A2 eine kombinierte Batteriepol-Trenn- und Batterieentladevorrichtung für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, Eine die Batterie steuernde elektronische Steuereinrichtung erhält ein elektrisches Signal von einer Sensorik, wenn eine einem Fahrzeugcrash entsprechende Fahrzeugverzögerung durch die Sensorik detektiert wird. In einem solchen Fall trennt die Steuereinrichtung die Batteriepole zunächst elektrisch von den elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug und entlädt die Batterie anschließend in einer kontrollierten Weise. Die Sensorik kann ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer sein, der herkömmlich eine auf eine sensoreigene seismische Masse einwirkende Beschleunigung misst.
Die EP 1 469 564 A1 offenbart ebenfalls eine Batteriepol-Trennvorrichtung, bei der ein durch ein Auslösesensorsignal zündbares pyrotechnisches Wirkelement eine mechanische Zerstörung einer elektrischen Verbindung eines Batteriepols einer Batterie zu einem elektrischen Verbraucher herbeiführt, sobald ein Fahrzeugcrash durch eine nicht näher beschriebene Auslösesensorik detektiert wird.
Sowohl das Entladen der Batterie im Falle der WO 2013/139943 A2 als auch die mechanische Zerstörung von stromführenden Leitungen gemäß der EP 1 469 564 A1 setzen einen verhältnismäßig hohen technischen Aufwand voraus, sei es in Bezug auf die erforderliche Steuerelektronik oder in Bezug auf die mechanische Konstruktion der jeweiligen Komponenten.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Batteriepol-Trennvorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Batteriepol-Trennverfahren bereitzustellen, die das Risiko, einen durch eine Batterie, insbesondere durch eine Hochvoltbatterie, herbeigeführten elektrischen Schlag, beispielsweise für Insassen des Kraftfahrzeugs, im Fall einer diesbezüglich unsicheren Betriebsbedingung der Batterie und/oder des Kraftfahrzeugs zu erleiden, auf technisch und konstruktiv einfache Weise signifikant reduzieren bzw. vollständig beseitigen. Die Herstellungskosten der Trennvorrichtung und des Kraftfahrzeugs sowie die Kosten zur Implementierung des Trennverfahrens sollen trotz verbesserter Betriebssicherheit niedrig bzw. nahezu vernachlässigbar gering ausfallen.
Diese Aufgabe wird durch eine Batteriepol-Trennvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie durch ein Batteriepol-Trennverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner angemerkt, dass eine hierin nachstehend verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Erfindungsgemäß weist eine Batteriepol-Trennvorrichtung eine Batteriepol-Schalteinrichtung auf, mit welcher eine elektrische Batterieausgangsspannung einer Batterie, zum Beispiel eine Hochvoltbatterie mit einer Batterieausgangsspannung von beispielsweise 300 V bis 800 V wie beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder hybridelektrischen Fahrzeugs, an beziehungsweise von einem Ausgangsspannungsanschluss als geschaltete Batterieversorgungsspannung in Abhängigkeit von einem der Batteriepol-Schalteinrichtung zugeführten aktiven beziehungsweise inaktiven elektrischen Schaltsignal elektrisch schaltbar bereitstellbar und trennbar ist. Der Ausgangsspannungsanschluss ist als ein Anschluss der Batteriepol-Trennvorrichtung zu verstehen, an den von der Batterie zu versorgende elektrische Verbraucher einschließlich entsprechender stromführender Leiter anschließbar sind. Da die Batterieausgangsspannung der Batterie gewöhnlich an entsprechenden Batteriepolen bereitgestellt ist, ist die Batteriepol-Trennvorrichtung entsprechend eingerichtet, wenigstens einen der Batteriepole von dem jeweiligen Ausgangsspannungsanschluss der Batteriepol-Trennvorrichtung elektrisch zu trennen bzw. elektrisch mit diesem zu verbinden.
Weiter weist die Batteriepol-Trennvorrichtung eine Sensorik auf, die eingerichtet ist, ein elektrisches Sensorsignal in Abhängigkeit von einer von der Sensorik überwachten physikalischen Größe zu erzeugen. Die physikalische Größe kann beispielsweise eine Beschleunigung, eine mechanische Spannung (z. B. Zug, Druck, Biegung), eine Temperatur, eine elektrische Leitfähigkeit zwischen zwei vorbestimmten Messpunkten und dergleichen sein.
Außerdem weist die Batteriepol-Trennvorrichtung gemäß der Erfindung eine elektronische Schaltungsanordnung auf, die in ihrem Aktivbetriebszustand eingerichtet ist, das Schaltsignal in Abhängigkeit vom Sensorsignal zu erzeugen. Wie vorstehend erwähnt, weist das Schaltsignal im Wesentlichen zwei Zustände auf, nämlich einen aktiven Zustand, bei dem die Batteriepol-Schalteinrichtung am Ausgangsspannungsanschluss die Batterieausgangsspannung der Batterie als die geschaltete Batterieversorgungsspannung bereitstellt, und einen inaktiven Zustand, bei dem die Batteriepol-Schalteinrichtung die Batterieausgangsspannung der Batterie von dem Ausgangsspannungsanschluss der Batteriepol-Trennvorrichtung trennt. Die elektronische Schaltungsanordnung ist damit wenigstens eingerichtet, aus dem Sensorsignal wenigstens das aktive und das inaktive Schaltsignal zu erzeugen und der Batteriepol-Schalteinrichtung zuzuführen. Das Schaltsignal kann somit im Wesentlichen auch als digitales Schaltsignal mit zwei relevanten Zuständen (aktiv/inaktiv) aufgefasst werden.
Des Weiteren ist die elektronische Schaltungsanordnung mittels eines elektrischen Steuersignals, das durch den Bereitstellungszustand (= aktiver Zustand) und Trennzustand (= inaktiver Zustand) der Batteriepol-Schalteinrichtung erzeugt bzw. definiert ist, aus ihrem Aktivbetriebszustand in ihren Inaktivbetriebszustand schaltbar, in dem die Schaltungsanordnung stets ein inaktives Schaltsignal erzeugt und damit die Batteriepol-Schalteinrichtung in ihren inaktiven, spannungstrennenden Zustand schaltet.
Mit anderen Worten stellt das durch die Batteriepol-Schalteinrichtung bzw. durch ihren aktuellen Betriebszustand festgelegte und in die Schaltungsanordnung geführte (rückgekoppelte) Steuersignal sicher, dass die Batteriepol-Schalteinrichtung während eines Betriebs der Batteriepol-Trennvorrichtung nicht mehr aktiv geschaltet werden kann, nachdem die Schaltungsanordnung die Batteriepol-Schalteinrichtung einmal inaktiv (spannungstrennend) geschaltet hat. Dieser Betriebszustand führt folglich zu einer Selbsthemmung der Schaltungsanordnung, wobei die Selbsthemmung sicherstellt, dass die Batterieausgangsspannung der Batterie nicht unkontrolliert erneut an den Ausgangsspannungsanschluss der Trennvorrichtung geschaltet werden kann, nachdem sie durch das von der Schalteinrichtung in Abhängigkeit vom Sensorsignal erzeugte inaktive Schaltsignal einmal von dem Ausgangsspannungsanschluss getrennt wurde. Führt dementsprechend das Sensorsignal bei einem vorab festgelegten Betriebsereignis (d. h. bei Erreichen und/oder Unter- oder Überschreiten eines vorbestimmten Werts der von der Sensorik überwachten physikalischen Größe) zur Erzeugung des inaktiven Schaltsignals, tritt der vorgenannte (inaktive) Betriebszustand der Batteriepol-Trennvorrichtung sicher und dauerhaft ein. Ein Entladen der Batterie oder eine mechanische Zerstörung stromführender Leiter zur Sicherstellung einer dauerhaften elektrischen Trennung der Batterie von mit dieser verbundenen elektrischen Verbrauchern ist bei der erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung demzufolge nicht erforderlich. Die Gewährleistung des vorbeschriebenen sicheren Batterie-Betriebszustands ist mit der erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung einerseits alleine auf elektronischem Wege und andererseits mit äußerst geringem schaltungstechnischen Aufwand bei Verwendung im Wesentlichen herkömmlicher elektronischer Bauelemente realisierbar. Die erfindungsgemäße Batteriepol-Trennvorrichtung lässt sich somit sehr kostengünstig herstellen und zusätzlich zerstörungsfrei betreiben.
Unsichere Betriebszustände der Batterie im Sinne der vorliegenden Erfindung können beispielsweise eine durch die Sensorik detektierte, vorab festgelegte hohe Temperatur beispielsweise infolge einer Überhitzung z. B. der Batterie, elektrisch führender Leiter, elektrischer Verbraucher und dergleichen, oder infolge eines Feuers sein, eine durch die Sensorik detektierte, vorab festgelegte übermäßige Beschleunigung beispielsweise infolge eines Sturzes, Aufpralls und dergleichen sein, die mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Beschädigung im Umfeld der Batterie zur Folge haben können, eine durch die Sensorik detektierte, vorab festgelegte übermäßige elektrische Leitfähigkeit (oder übermäßiger Stromfluss etc.) zwischen zwei überwachten Messpunkten beispielsweise infolge eines Kurzschlusses durch Feuchtigkeit, Wasser, durch einen Bauteilausfall/eine Bauteilzerstörung und dergleichen.
In einer baulich besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erzeugt die am Ausgangsspannungsanschluss anliegende, geschaltete Batterieversorgungsspannung das Steuersignal. Es ist zu verstehen, dass das Steuersignal nicht zwingend denselben Spannungspegel wie die geschaltete Batterieversorgungsspannung aufweisen muss, wenn dieser nicht als Steuersignal für die elektronische Schaltungsanordnung geeignet ist. Eine entsprechende Spannungsanpassung kann daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Die (unmittelbare) Erzeugung des Steuersignals aus der geschalteten Batterieversorgungsspannung stellt auf technisch besonders einfache Weise sicher, dass der spannungstrennende, inaktive Zustand der Batteriepol-Schalteinrichtung stets das Erreichen des Inaktivbetriebszustands der elektronischen Schaltungsanordnung zur Folge hat.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltungsanordnung in ihrem Aktivbetriebszustand mit einer aus einer Spannungsquelle, insbesondere einer Gleichspannungsquelle, bereitgestellten Schaltungsversorgungsspannung versorgt, wobei diese Versorgung im Inaktivbetriebszustand der Schaltungsanordnung unterbrochen ist. Hierdurch kann erneut auf baulich besonders einfache Weise sichergestellt werden, dass die Schaltungsanordnung in ihrem Inaktivbetriebszustand sicher und dauerhaft das inaktive Schaltsignal erzeugt. Es ist zu verstehen, dass die die Schaltungsanordnung versorgende Spannungsquelle eine zum Beispiel von der Batterie unabhängige, separate Spannungsquelle sein kann, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Weiter ist zu verstehen, dass eine Spannungsanpassung einer von der Spannungsquelle unmittelbar bereitgestellten Quellenausgangsspannung auf eine zur Versorgung der Schaltungsanordnung geeignete Betriebsspannung erfolgen kann, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands sieht vor, dass die Schaltungsversorgungsspannung von der Schaltungsanordnung mittels eines elektrischen bzw. elektrisch steuerbaren Schalters trennbar ist, wobei ein Steuereingang des elektrischen Schalters mit dem Steuersignal beaufschlagt ist. Als elektrischer Schalter kann beispielsweise ein Transistor (z. B. Bipolar, MOSFET und dergleichen) verwendet werden. Andere in gleicher Weise wirkende, insbesondere elektrisch steuerbare, elektrische Schalter können ebenfalls verwendet werden.
Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Spannungsquelle zur Versorgung der elektronischen Schaltungsanordnung durch die Batterie gebildet. Wie bereits weiter oben erläutert, kann die von der Batterie bereitgestellte Batterieausgangsspannung eventuell an eine zur Versorgung der Schaltungsanordnung geeignete Schaltungsversorgungsspannung, beispielsweise 5 V, in an sich bekannter Weise angepasst werden, zum Beispiel unter Verwendung eines (Gleich-)Spannungswandlers. Somit kann auf eine separate Spannungsquelle zur Bereitstellung der Schaltungsversorgungsspannung verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung eine Signalverstärkerschaltung zur elektrischen Verstärkung des Sensorsignals auf, wodurch eine korrekte Erfassung des sich aus der überwachten physikalischen Größe ergebenden kritischen (unsicheren) Betriebszustands erleichtert wird.
Die vorerwähnte Spannungsquelle zur elektrischen Versorgung der Schaltungsanordnung ist entsprechend eingerichtet, die Signalverstärkerschaltung mit elektrischer Energie zu versorgen.
In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung eine Komparatorschaltung zum elektrischen Vergleich des Sensorsignals mit einer elektrischen Referenzspannung auf, wobei ein von der Komparatorschaltung bereitgestelltes elektrisches Ausgangs- bzw. Vergleichssignal das Schaltsignal erzeugt. Einerseits kann ein von der Komparatorschaltung digitales Ausgangs- bzw. Vergleichssignal unmittelbar als (digitales) Schaltsignal zur Steuerung der Batteriepol-Schalteinrichtung verwendet werden. Andererseits realisiert die Komparatorschaltung bereits die gesamte erforderliche Steuerlogik für den Betrieb der Batteriepol-Trennvorrichtung, so dass auf eine prozessorgesteuerte Steuereinrichtung (z. B. Rechen- und Speichereinheit) vollständig verzichtet werden kann, was den Aufbau der erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung weiter vereinfacht, kostengünstiger, fehlertoleranter und ausfallsicherer macht.
Die vorerwähnte Spannungsquelle zur elektrischen Versorgung der Schaltungsanordnung ist entsprechend eingerichtet, die Komparatorschaltung mit elektrischer Energie zu versorgen.
Weiterhin bevorzugt kann die Referenzspannung die von der Spannungsquelle bereitgestellte Schaltungsversorgungsspannung sein, so dass letztendlich das Sensorsignal mit der Schaltungsversorgungsspannung verglichen wird.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Schaltungsanordnung das elektrische Steuersignal zum Schalten aus ihrem Inaktivbetriebszustand in ihren Aktivbetriebszustand zusätzlich unabhängig von der Batteriepol-Schalteinrichtung erzeugt zuführbar, das heißt, im vorliegenden Fall ist der Schaltungsanordnung das elektrische Steuersignal zusätzlich unabhängig von dem tatsächlichen Betriebszustand (d. h. aktiv/spannungsverbindend oder inaktiv/spannungstrennend) der Batteriepol-Schalteinrichtung erzeugt zuführbar. Hierdurch kann die Batteriepol-Trennvorrichtung kontrolliert aus ihrem Inaktivbetriebszustand in ihren Aktivbetriebszustand überführt werden. Das zusätzlich zugeführte Steuersignal wird der Batteriepol-Trennvorrichtung bevorzugt extern zugeführt, zum Beispiel von einer trennvorrichtungsexternen, anderen elektronischen Steuereinrichtung und/oder manuell über einen von einer Person zu betätigen Schalter. Die Erzeugung des zusätzlichen Steuersignals durch eine trennvorrichtungsexterne elektronische Steuereinrichtung kann beispielsweise bei Verwendung der Trennvorrichtung in einem Kraftfahrzeug einmalig bei einem bzw. jedem Fahrzeugstart durchgeführt werden, um die Batteriepol-Trennvorrichtung in ihren Aktivbetriebszustand zu versetzen. Anschließend wird der Aktivbetriebszustand der Trennvorrichtung durch die von der Batteriepol-Schalteinrichtung aktiv geschaltete Batterieversorgungsspannung aufrechterhalten, solange diese nicht durch die Schaltungsanordnung einmal inaktiv geschaltet wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Batteriepol-Trennvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem die Batteriepol-Schalteinrichtung und/oder die Sensorik und/oder die Schaltungsanordnung angeordnet ist/sind, um beispielsweise die jeweiligen Komponenten u. a. vor den ordnungsgemäßen Betrieb beeinträchtigenden Umgebungseinflüssen zu schützen.
Weiterhin kann die Sensorik nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einen piezoelektrischen Sensor aufweisen, um beispielsweise eine auf die Batteriepol-Trennvorrichtung einwirkende Beschleunigung zu erfassen.
In besonders bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands ist der piezoelektrische Sensor an dem Gehäuse derart angebracht, eine auf das Gehäuse einwirkende mechanische Spannung zu detektieren. Mit anderen Worten erfasst der piezoelektrische Sensor in dieser vorteilhaften Ausgestaltung nicht unmittelbar eine auf das Gehäuse bzw. die Batteriepol-Trennvorrichtung einwirkende Beschleunigung, insbesondere nicht mittels einer bei herkömmlichen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern verwendete sensoreigene seismische Masse, sondern lediglich die Wirkung einer Beschleunigung, die möglicherweise das Gehäuse mechanisch beansprucht, insbesondere hoch beansprucht. Die hierbei auftretende mechanische Gehäusespannung kann sich beispielsweise in Form von Zug, Druck, Biegung und bei besonders hoher mechanischer Beanspruchung in Form einer elastischen oder plastischen Verformung oder eines Gehäusebruchs manifestieren, was entsprechend von dem piezoelektrischen Sensor detektierbar ist und von diesem in seinem Sensorsignal ausgeben wird. Auf diese Weise lässt sich ein kritischer, das heißt unsicherer, Betriebszustand der Batterie, die sich beispielsweise in einer mechanischen Zerstörung der Batterieumgebung infolge eines Sturzes, Aufpralls (Unfalls bei einem Kraftfahrzeug) zeigt, auf besonders einfache Weise detektieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug offenbart, das eine Batterie, zum Beispiel eine Hochvoltbatterie wie weiter oben bereits erwähnt, und einen elektrischen Verbraucher, der von der Batterie elektrisch versorgt sein kann, aufweist. Der elektrische Verbraucher kann im Fall eines elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs beispielsweise der oder die Antriebsmotoren des Fahrzeugs sein, wobei die Hochvoitbatterie in diesem Fall eine Traktionsbatterie sein kann.
Weiter weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine Batteriepol-Trennvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen auf. Die elektrische Batterieausgangsspannung (z. B. Hochvoltspannung) der Batterie wird durch die Batteriepol-Trennvorrichtung, wie hierin beschrieben, an dem Ausgangsspannungsanschluss der Batteriepol-Trennvorrichtung als geschaltete Batterieversorgungsspannung bereitgestellt beziehungsweise von dem Ausgangsspannungsanschluss getrennt. An dem Ausgangsspannungsanschluss sind der oder die elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs angeschlossen, das heißt mit dem Ausgangsspannungsanschluss elektrisch verbunden.
Es ist zu verstehen, dass bezüglich des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs verwendeter Begriffsdefinitionen, Wirkungen und Vorteile fahrzeuggemäßer Merkmale vollumfänglich auch die vorstehenden Erläuterungen sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile bezüglich der erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung gelten sollen. Offenbarungen bezüglich der Batteriepol-Trennvorrichtung können in sinngemäßer Weise zur Definition des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs herangezogen werden und umgekehrt. Insofern wird hierin auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile zugunsten einer kompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Batteriepol-Trennverfahren offenbart, bei dem mittels einer Batteriepol-Schalteinrichtung eine elektrische Batterieausgangsspannung einer Batterie, zum Beispiel eine Hochvoltbatterie mit einer Batterieausgangsspannung im Bereich von beispielsweise 300 V bis 800 V wie beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder hybridelektrischen Fahrzeugs, an einem Ausgangsspannungsanschluss als geschaltete Batterieversorgungsspannung in Abhängigkeit von einem aktiven beziehungsweise inaktiven elektrischen Schaltsignal schaltbar bereitgestellt beziehungsweise von dem Ausgangsspannungsanschluss getrennt wird. Das Schaltsignal wird durch eine elektronische Schaltungsanordnung in ihrem Aktivbetriebszustand in Abhängigkeit von einem Sensorsignal erzeugt, das wiederum mittels einer Sensorik zur Überwachung einer physikalischen Größe erzeugt wird. Die Schaltungsanordnung wird ferner mittels eines elektrischen Steuersignals, das durch den Bereitstellungs- und Trennzustand der Batteriepol-Schalteinrichtung elektrisch erzeugt wird, aus ihrem Aktivbetriebszustand in ihren Inaktivbetriebszustand, in welchem die Schaltungsanordnung stets ein inaktives Schaltsignal erzeugt, geschaltet, wenn das die überwachte physikalische Größe repräsentierende Sensorsignal einen vorbestimmten Wert erreicht und/oder unter- beziehungsweise überschreitet.
Auch hinsichtlich verfahrensbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile verfahrensgemäßer Merkmale wird vollumfänglich auf die vorstehenden Erläuterungen sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile bezüglich der erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung verwiesen. Offenbarungen hierin bezüglich der erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung sollen in sinngemäßer Weise auch zur Definition des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden können, sofern dies hierin nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Ebenso sollen Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens in sinngemäßer Weise zur Definition der erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung herangezogen werden können, sofern dies hierin nicht ebenfalls ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insofern wird hierin auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile bezüglich der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennvorrichtung sowie des hierin offenbarten erfindungsgemäßen Batteriepol-Trennverfahrens zugunsten einer kompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Steuersignal aus der am Ausgangsspannungsanschluss anliegenden, geschalteten Batterieversorgungsspannung erzeugt.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands sieht vor, dass die Schaltungsanordnung in ihrem Aktivbetriebszustand mit einer von einer Spannungsquelle bereitgestellten Schaltungsversorgungsspannung versorgt wird, deren Versorgung im Inaktivbetriebszustand der Schaltungsanordnung unterbrochen wird.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung kann die Schaltungsversorgungsspannung von der Schaltungsanordnung in ihrem Inaktivbetriebszustand mittels eines elektrischen Schalters, zum Beispiel einem Transistor (Bipolar, MOSFET und dergleichen), getrennt werden, dem an seinem Steuereingang das Steuersignal zugeführt wird.
Weiterhin bevorzugt kann das Sensorsignal von einer Signalverstärkerschaltung der Schaltungsanordnung elektrisch verstärkt werden, bevor das Schaltsignal erzeugt wird.
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Sensorsignal durch eine Komparatorschaltung der Schaltungsanordnung mit einer elektrischen Referenzspannung verglichen wird und das Schaltsignal durch das von der Komparatorschaltung bereitgestellte elektrische Vergleichssignal erzeugt wird.
Ferner kann als Referenzspannung die von der Spannungsquelle bereitgestellte Schaltungsversorgungsspannung verwendet werden.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Schaltungsanordnung das Steuersignal zum Schalten aus ihrem Inaktivbetriebszustand in ihren Aktivbetriebszustand zusätzlich unabhängig von der Batteriepol-Schalteinrichtung erzeugt zugeführt.
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensorik einen piezoelektrischen Sensor aufweist, der an einem Gehäuse angebracht ist, in dem die Batteriepol-Schalteinrichtung und/oder die Sensorik und/oder die Schaltungsanordnung angeordnet ist/sind, um eine auf das Gehäuse einwirkende mechanische Spannung zu detektieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:

1 ein Funktionsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Batteriepol-Trennvorrichtung gemäß der Erfindung,
2 ein Schaltbild einer elektronischen Schaltung zur Implementierung der Batteriepol-Trennvorrichtung aus 1 und
3 ein Signalverlaufsdiagramm verschiedener, bei einem beispielhaften Betriebsverlauf der Batteriepol-Trennvorrichtung aus 1 in der elektronischen Schaltung aus 2 auftretender elektrischer Spannungen.

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
In der nachfolgenden Beschreibung wird abwechselnd Bezug auf die 1 und 2 genommen, wobei 1 schematisch ein Funktionsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Batteriepol-Trennvorrichtung 1 gemäß der Erfindung darstellt und 2 ein Schaltbild einer elektronischen Schaltung zur Implementierung der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 aus 1.
Wie 1 und 2 zu entnehmen ist, weist die Batteriepol-Trennvorrichtung 1 eine Batteriepol-Schalteinrichtung 2 zur elektrisch schaltbaren Bereitstellung und Trennung einer elektrischen Batterieausgangsspannung V3 einer Batterie 3 an beziehungsweise von einem Ausgangsspannungsanschluss 4 der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 auf. Die an dem Ausgangsspannungsanschluss 4 bereitgestellte Ausgangsspannung wird hierin auch als geschaltete Batterieversorgungsspannung 5 bezeichnet. In 1 ist dargestellt, dass die geschaltete Batterieversorgungsspannung 5 elektrischen Verbrauchern 6' und 6", von denen in 1 beispielhaft zwei gezeigt sind, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, zu deren elektrischen Versorgung zuführbar bzw. zugeführt sind. Hierzu sind die elektrischen Verbraucher 6', 6" mit dem Ausgangsspannungsanschluss 4 elektrisch verbunden.
Die in 1 dargestellte Batteriepol-Trennvorrichtung 1 wird in einem Kraftfahrzeug 7, vorliegend in einem Elektrofahrzeug, eingesetzt und verwendet, um die von der Batterie 3, vorliegend eine Hochvoltbatterie, bereitgestellte Batterieausgangsspannung V3, z. B. 300 V, 400 V, 600 V oder 800 V, geschaltet am Ausgangsspannungsanschluss 4 bereitzustellen und entsprechend den Verbrauchern 6', 6", z. B. elektrischen Antriebsmotoren, zuzuführen. Die geschaltete Bereitstellung der Batterieversorgungsspannung 5 am Ausgangsspannungsanschluss 4 erfolgt in Abhängigkeit von einem der Batteriepol-Schalteinrichtung 2 zugeführten aktiven beziehungsweise inaktiven, mit anderen Worten digitalen, elektrischen Schaltsignal 8, das in 2 dargestellte elektrische Schalter, vorliegend Transistoren Q3 (NPN-Bipolar) und M1 (MOSFET), steuert.
Weiterhin weist das dargestellte Ausführungsbeispiel der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 eine Sensorik 9, vorliegend einen piezoelektrischen Sensor, zur Erzeugung eines elektrischen Sensorsignals V1 in Abhängigkeit von einer von der Sensorik 9 überwachten physikalischen Größe auf. Ferner ist eine elektronische Schaltungsanordnung 10 vorgesehen und eingerichtet, in ihrem Aktivbetriebszustand das Schaltsignal 8 in Abhängigkeit vom Sensorsignal V1 zu erzeugen.
Die in 1 dargestellte Batteriepol-Trennvorrichtung 1 weist außerdem ein Gehäuse 11 auf, in dem vorliegend die Batteriepol-Schalteinrichtung 2, die Sensorik 9 und die Schaltungsanordnung 10 angeordnet und aufgenommen sind. Insbesondere ist hierbei der piezoelektrische Sensor 9 an dem Gehäuse 11, vorzugsweise auf einer Innenseite des Gehäuses 11, angebracht, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Der Sensor 9 ist damit in der Lage, eine auf das Gehäuse 11 einwirkende mechanische Spannung zu detektieren, insbesondere eine mechanische Verformung 12 und/oder einen Bruch 12 des Gehäuses 11 zu erfassen, die beispielsweise durch einen Fahrzeugcrash hervorgerufen werden können, der in 1 beispielhaft als Kollision mit einem Kollisionsobjekt 13, vorliegend ein weiteres Fahrzeug, angedeutet ist. Die durch die auf das Gehäuse 11 und damit ebenfalls auf den piezoelektrischen Sensor 9 einwirkende mechanische Spannung erzeugt in bekannter Weise das Sensorspannungssignal VI.
Die Schaltungsanordnung 10 der gezeigten Batteriepol-Trennvorrichtung 1 ist weiter dazu eingerichtet, mittels eines durch den Bereitstellungs- und Trennzustand der Batteriepol-Schalteinrichtung 2 elektrisch erzeugten elektrischen Steuersignals 14 aus ihrem Aktivbetriebszustand in ihren Inaktivbetriebszustand schaltbar zu sein, wobei die Schaltanordnung 10 in ihrem Inaktivbetriebszustand stets ein inaktives Schaltsignal 8 erzeugt (im Gegensatz zum Aktivbetriebszustand, in dem die Schaltungsanordnung 10 das Schaltsignal 8 abhängig von dem Sensorsignal V1 erzeugt).
Wie den 1 und 2 weiter zu entnehmen ist, ist die Schaltungsanordnung 10 der dargestellten Batteriepol-Trennvorrichtung 1 in ihrem Aktivbetriebszustand mit einer aus einer Spannungsquelle 15 (hier eine Gleichspannungsquelle) bereitgestellten Schaltungsversorgungsspannung V2 versorgt. Im Inaktivbetriebszustand der Schaltungsanordnung 10 ist diese Spannungsversorgung unterbrochen. Hierzu kann die Schaltungsversorgungsspannung V2 zum Beispiel von der Schaltungsanordnung 10 mittels eines elektrischen Schalters (nicht dargestellt), zum Beispiel mit einem elektronischen Schalter (Transistor, Relais etc.), getrennt werden. Ein Steuereingang (ebenfalls nicht dargestellt) eines solchen elektrischen Schalters kann bevorzugt mit dem Steuersignal 14 beaufschlagt sein, um den Schalter entsprechend zu steuern, das heißt zu öffnen und zu schließen. Das Steuersignal 14 wiederum kann in vorteilhafter Weise durch die am Ausgangsspannungsanschluss 4 anliegende, geschaltete Batterieversorgungsspannung 5 erzeugt werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Weiterhin kann die Spannungsquelle 15 zur elektrischen Versorgung der Schaltungsanordnung 10 eine separate Spannungsquelle sein. Die Spannungsquelle 15 kann jedoch wie in 1 dargestellt auch durch die Batterie 3 selbst gebildet sein, das heißt die Batterie 3 stellt letztendlich die elektrische Energieversorgung der Schaltungsanordnung 10 bereit. In diesem Fall kann die von der Batterie 3 bereitgestellte Batterieausgangsspannung V3 gegebenenfalls an eine zur Versorgung der Schaltungsanordnung 10 geeignete Schaltungsversorgungsspannung V2, beispielsweise 5 V, angepasst werden, zum Beispiel unter Verwendung eines entsprechenden (Gleich-)Spannungswandlers (nicht dargestellt). In diesem Fall kann auf eine separate Spannungsquelle 15 zur Bereitstellung der Schaltungsversorgungsspannung V2 verzichtet werden.
Den 1 und 2 ist weiterhin zu entnehmen, dass die Schaltungsanordnung 10 der beispielhaften Batteriepol-Trennvorrichtung 1 eine Signalverstärkerschaltung 16 zur elektrischen Verstärkung des Sensorsignals V1 und entsprechend zur Erzeugung eines verstärkten Sensorsignals V1* aufweist. Ferner weist die Schaltungsanordnung 10 eine Komparatorschaltung 17 auf, mit der das Sensorsignal, vorliegend das durch die Signalverstärkerschaltung 16 erzeugte verstärkte Sensorsignal V1*, mit einer elektrischen Referenzspannung, vorliegend die Schaltungsversorgungsspannung V2, verglichen wird. Die Komparatorschaltung 17 weist hierzu im Wesentlichen einen herkömmlichen Komparator 18 auf, dessen Ausgangssignal 19 das Vergleichsergebnis des Spannungsvergleichs V1* mit V2 in digitaler Form repräsentiert. Dieses elektrische Ausgangs- bzw. Vergleichssignal 19 erzeugt (vorliegend unmittelbar) das Schaltsignal 8.
Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 ist der Schaltungsanordnung 10 das elektrische Steuersignal 14 zusätzlich auch unabhängig von der Batteriepol-Schalteinrichtung 2 erzeugt, insbesondere als außerhalb (extern) der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 erzeugtes Steuersignal 14', zuführbar, um die Schaltungsanordnung 10 insbesondere aus ihrem Inaktivbetriebszustand in ihren Aktivbetriebszustand zu schalten. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Betriebsstarts der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 durchgeführt werden. Das externe Steuersignal 14' kann zum Beispiel von einer im Kraftfahrzeug vorgesehenen elektronischen Fahrzeugsteuereinrichtung 20 automatisch, zum Beispiel einmal bei jedem Betriebsstart des Fahrzeugs 7, erzeugt werden.
3 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm verschiedener, bei einem beispielhaften Betriebsverlauf der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 aus 1 in der elektronischen Schaltung aus 2 auftretender elektrischer Spannungen.
Bei einem Betriebsstart der Batteriepol-Trennvorrichtung 1, zum Beispiel bei einem Start des die Batteriepol-Trennvorrichtung 1 aufweisenden Kraftfahrzeugs 7 aus 1, wird der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 das extern erzeugte, aktive Steuersignal 14' zugeführt, wie im Signalverlauf (a) der 3 zu erkennen ist. Dieses externe Steuersignal 14' aktiviert die Spannungsquelle 15 der Schaltungsanordnung 10 bzw. führt zur elektrischen Versorgung der Schaltungsanordnung 10 durch die Spannungsquelle 15, wie anhand des Signalverlaufs (b) der Schaltungsversorgungsspannung V2 in 3 zu erkennen ist. Damit wird die Schaltungsanordnung 10, das heißt im Wesentlichen die dieser zugeordnete Signalverstärkerschaltung 16 sowie die Komparatorschaltung 17, aus ihrem zuvor innegehabten Inaktivbetriebszustand 21 in ihren Aktivbetriebszustand 22 überführt, in welchem die Schaltungsanordnung 10 das Schaltsignal 8 in Abhängigkeit von dem Sensorsignal VI, vorliegend abhängig von dem verstärkten Sensorsignal V1*, erzeugt.
In 3c ist weiter zu erkennen, dass die Verstärkerschaltung 16 während des Aktivbetriebszustands 22 der Schaltungsanordnung 10 ein verstärktes Sensorsignal V1* größer 0 V erzeugt, auch wenn das von dem piezoelektrischen Sensor 9 unmittelbar ausgegebene Sensorsignal V1 im Wesentlichen 0 V beträgt, solange auf den piezoelektrischen Sensor 9 keine Zug-, Druck- oder Biegekraft einwirkt.
Qualitativ ist bei einem Vergleich der Signalverläufe der 3b und 3c weiterhin zu erkennen, dass der Spannungspegel V1* während des Aktivbetriebszustands 22 der Schaltungsanordnung 10 stets größer 0 V und kleiner als die Vergleichs- bzw. Referenzspannung V2 der Komparatorschaltung 17 ist.
Während des in 3 dargestellten Aktivbetriebszustands 22 erzeugt die Schaltungsanordnung 10 das aktive Schaltsignal 8, das zum Bereitstellen der geschalteten Batterieversorgungsspannung 5 (= Bereitstellungszustand) am Ausgangsspannungsanschluss 4 der Batteriepol-Schalteinrichtung 2 führt, wie dem Signalverlauf (e) der 3 zu entnehmen ist. Da vorliegend aus der geschalteten Batterieversorgungsspannung 5 das Steuersignal 14 erzeugt wird, kann das externe Steuersignal 14' inaktiviert werden, sobald die Schaltungsanordnung 10 ihren Aktivbetriebszustand 22 eingenommen hat, wie ebenfalls im Signalverlauf (a) der 3 dargestellt ist.
Wirkt auf den piezoelektrischen Sensor 9 eine mechanische Spannung ein, zum Beispiel aufgrund einer Verformung oder eines Bruchs des Gehäuses 11, erzeugt dieser einen in dem Signalverlauf (f) der 3 gezeigten elektrischen Spannungspuls im Sensorsignal V1, der durch die Verstärkerschaltung 16 im Sensorsignal V1* verstärkt wird und im Signalverlauf (c) der 3 durch einen Pfeil zusätzlich deutlich gekennzeichnet ist. Dieser Spannungspuls führt dazu, dass das von der Komparatorschaltung 17 mit der Referenzspannung, vorliegend die Schaltungsversorgungsspannung V2, verglichene Sensorsignal V1* die Referenzspannung V2 überschreitet. Infolgedessen geht das von der Komparatorschaltung 17 ausgegebene Schaltsignal 8 in seinen inaktiven Zustand über (Signalverlauf 3d). Daraufhin trennt die Batteriepol-Schalteinrichtung 2 die Batterieausgangsspannung V3 von dem Ausgangsspannungsanschluss 4 (= Trennzustand der Batteriepol-Schalteinrichtung 2), das heißt die geschaltete Batterieversorgungsspannung 5 fällt im Wesentlichen auf 0 V ab (Signalverlauf 3e). Gleichzeitig fällt das aus der geschalteten Batterieversorgungsspannung 5 erzeugte Schaltsignal 14 ebenfalls im Wesentlichen auf 0 V ab, was wiederum den Übergang vom Aktivbetriebszustand 22 in den Inaktivbetriebszustand 21 der Schaltungsanordnung 10 zur Folge hat. Damit wird folglich die Schaltungsversorgungsspannung V2 abgeschaltet bzw. von der Schaltungsanordnung 10 getrennt, so dass die Schaltungsanordnung 10, vorliegend die Komparatorschaltung 17, nur noch das inaktive Schaltsignal 8, insbesondere vollständig unabhängig von dem augenblicklichen Sensorsignal V1 bzw. V1*, ausgibt (Signalverlauf 3d). Ein erneutes (kontrolliertes) Aktivieren der Batteriepol-Trennvorrichtung 1 bzw. der Schaltungsanordnung 10 ist anschließend nur durch ein erneutes Zuführen des aktiven externen Steuersignals 14' möglich.
Die hierin offenbarte erfindungsgemäße Batteriepol-Trennvorrichtung, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Batteriepol-Trennverfahren sind nicht auf die hierin entsprechend offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen jeweils auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale sowohl der Vorrichtung, des Kraftfahrzeugs sowie des Verfahrens ergeben. Insbesondere sind die hierin vorstehend in der allgemeinen Beschreibung und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in den jeweils hierin explizit angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In besonders bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Batteriepol-Trennvorrichtung zur Trennung wenigstens eines Batteriepols einer Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie wie z. B. Traktionsbatterie, in einem von der Batterie elektrisch versorgten bzw. wenigstens teilweise oder alleinig angetriebenen Kraftfahrzeug verwendet, um im Falle einer unsicheren Betriebsbedingung des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel nach einem Fahrzeugcrash, das Risiko eines elektrischen Schlags für Fahrzeuginsassen und Erste Hilfe leistende Personen durch stromführende Komponenten des Fahrzeugs zu beseitigen oder wenigstens erheblich zu senken.
Bezugszeichenliste

1: Batteriepol-Trennvorrichtung
2: Batteriepol-Schalteinrichtung
3: Batterie
4: Ausgangsspannungsanschluss
5: Geschaltete Batterieversorgungsspannung
6', 6": Elektrische Verbraucher
7: Kraftfahrzeug
8: Schaltsignal
9: Sensorik
10: Schaltungsanordnung
11: Gehäuse
12: Verformung / Bruch
13: Kollisionsobjekt
14: Steuersignal
14': Vorrichtungsexternes Steuersignal
15: Spannungsquelle
16: Signalverstärkerschaltung
17: Komparatorschaltung
18: Komparator
19: Ausgangs-/Vergleichssignal von 18
20: Fahrzeugsteuereinrichtung
21: Inaktivbetriebszustand
22: Aktivbetriebszustand
Q3: Bipolartransistor
M1: MOSFET-Transistor
V1: Sensorsignal
V1*: Verstärktes Sensorsignal
V2: Schaltungsversorgungsspannung
V3: Batterieausgangsspannung von 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/139943 A2 [0004, 0006]
EP 1469564 A1 [0005, 0006]

Claims

Batteriepol-Trennvorrichtung, aufweisend eine Batteriepol-Schalteinrichtung (2) zur elektrisch schaltbaren Bereitstellung und Trennung einer elektrischen Batterieausgangsspannung (V3) einer Batterie (3) an beziehungsweise von einem Ausgangsspannungsanschluss (4) als geschaltete Batterieversorgungsspannung (5) in Abhängigkeit von einem der Batteriepol-Schalteinrichtung (2) zugeführten aktiven beziehungsweise inaktiven elektrischen Schaltsignal (8), eine Sensorik (9) zur Erzeugung eines elektrischen Sensorsignals (VI) in Abhängigkeit von einer von der Sensorik (9) überwachten physikalischen Größe sowie eine elektronische Schaltungsanordnung (10), die in ihrem Aktivbetriebszustand (22) eingerichtet ist, das Schaltsignal (8) in Abhängigkeit vom Sensorsignal (V1, V1*) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) mittels eines durch den Bereitstellungs- und Trennzustand der Batteriepol-Schalteinrichtung (2) elektrisch erzeugten elektrischen Steuersignals (14) aus ihrem Aktivbetriebszustand (22) in ihren Inaktivbetriebszustand (21), in welchem die Schaltungsanordnung (10) stets ein inaktives Schaltsignal (8) erzeugt, schaltbar ist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die am Ausgangsspannungsanschluss (4) anliegende, geschaltete Batterieversorgungsspannung (5) das Steuersignal (14) erzeugt.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) in ihrem Aktivbetriebszustand (22) mit einer aus einer Spannungsquelle (15) bereitgestellten Schaltungsversorgungsspannung (V2) versorgt ist, deren Versorgung im Inaktivbetriebszustand (21) der Schaltungsanordnung (10) unterbrochen ist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsversorgungsspannung (V2) von der Schaltungsanordnung (10) mittels eines elektrischen Schalters trennbar ist, dessen Steuereingang mit dem Steuersignal (14, 14') beaufschlagt ist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (15) durch die Batterie (3) gebildet ist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine Signalverstärkerschaltung (16) zur elektrischen Verstärkung des Sensorsignals (V1) aufweist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine Komparatorschaltung (17) zum elektrischen Vergleich des Sensorsignals (V1, V1*) mit einer elektrischen Referenzspannung (V2) aufweist, wobei ein von der Komparatorschaltung (17) bereitgestelltes elektrisches Vergleichssignal (19) das Schaltsignal (8) erzeugt.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach Anspruch 3 und dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannung (V2) die von der Spannungsquelle (15) bereitgestellte Schaltungsversorgungsspannung (V2) ist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsanordnung (10) das elektrische Steuersignal (14') zum Schalten aus ihrem Inaktivbetriebszustand (21) in ihren Aktivbetriebszustand (22) zusätzlich unabhängig von der Batteriepol-Schalteinrichtung (2) erzeugt zuführbar ist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11), in dem die Batteriepol-Schalteinrichtung (2) und/oder die Sensorik (9) und/oder die Schaltungsanordnung (10) angeordnet ist/sind.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (9) einen piezoelektrischen Sensor aufweist.
Batteriepol-Trennvorrichtung nach beiden vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Sensor (9) an dem Gehäuse (11) derart angebracht ist, eine auf das Gehäuse (11) einwirkende mechanische Spannung zu detektieren.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie (3), insbesondere Hochvoltbatterie, und einem elektrischen Verbraucher (6', 6''), der von der Batterie (3) elektrisch versorgbar ist, gekennzeichnet durch eine Batteriepol-Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die die elektrische Batterieausgangsspannung (V3) der Batterie (3) an dem Ausgangsspannungsanschluss (4), mit dem der elektrische Verbraucher (6', 6") elektrisch verbunden ist, als geschaltete Batterieversorgungsspannung (5) bereitstellt beziehungsweise von dem Ausgangsspannungsanschluss (4) trennt.
Batteriepol-Trennverfahren, bei dem mittels einer Batteriepol-Schalteinrichtung (2) eine elektrische Batterieausgangsspannung (V3) einer Batterie (3) an einem Ausgangsspannungsanschluss (4) als geschaltete Batterieversorgungsspannung (5) in Abhängigkeit von einem aktiven beziehungsweise inaktiven elektrischen Schaltsignal (8) schaltbar bereitgestellt beziehungsweise von dem Ausgangsspannungsanschluss (4) getrennt wird und das Schaltsignal (8) durch eine elektronische Schaltungsanordnung (10) in ihrem Aktivbetriebszustand (22) in Abhängigkeit von einem Sensorsignal (V1, V1*) erzeugt wird, das mittels einer Sensorik (9) zur Überwachung einer physikalischen Größe erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) mittels eines elektrischen Steuersignals (14), das durch den Bereitstellungs- und Trennzustand der Batteriepol-Schalteinrichtung (2) elektrisch erzeugt wird, aus ihrem Aktivbetriebszustand (22) in ihren Inaktivbetriebszustand (21), in welchem die Schaltungsanordnung (10) stets ein inaktives Schaltsignal (8) erzeugt, geschaltet wird, wenn das die überwachte physikalische Größe repräsentierende Sensorsignal (V1, V1*) einen vorbestimmten Wert erreicht und/oder unter- beziehungsweise überschreitet.
Batteriepol-Trennverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (10) aus der am Ausgangsspannungsanschluss (4) anliegenden, geschalteten Batterieversorgungsspannung (5) erzeugt wird.
Batteriepol-Trennverfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) in ihrem Aktivbetriebszustand (22) mit einer von einer Spannungsquelle (15) bereitgestellten Schaltungsversorgungsspannung (V2) versorgt wird, deren Versorgung im Inaktivbetriebszustand (21) der Schaltungsanordnung (10) unterbrochen wird.
Batteriepol-Trennverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsversorgungsspannung (V2) von der Schaltungsanordnung (10) in ihrem Inaktivbetriebszustand (21) mittels eines elektrischen Schalters getrennt wird, dem an seinem Steuereingang das Steuersignal (14, 14') zugeführt wird.
Batteriepol-Trennverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (V1) von einer Signalverstärkerschaltung (16) der Schaltungsanordnung (10) elektrisch verstärkt wird, bevor das Schaltsignal (8) erzeugt wird.
Batteriepol-Trennverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (VI, V1*) durch eine Komparatorschaltung (17) der Schaltungsanordnung (10) mit einer elektrischen Referenzspannung (V2) verglichen wird und das Schaltsignal (8) durch das von der Komparatorschaltung (17) bereitgestellte elektrische Vergleichssignal (19) erzeugt wird.
Batteriepol-Trennverfahren nach Anspruch 16 und dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzspannung (V2) die von der Spannungsquelle (15) bereitgestellte Schaltungsversorgungsspannung (V2) verwendet wird.
Batteriepol-Trennverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsanordnung (10) das Steuersignal (14') zum Schalten aus ihrem Inaktivbetriebszustand (21) in ihren Aktivbetriebszustand (22) zusätzlich unabhängig von der Batteriepol-Schalteinrichtung (2) erzeugt zugeführt wird.
Batteriepol-Trennverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (9) einen piezoelektrischen Sensor aufweist, der an einem Gehäuse (11) angebracht ist, in dem die Batteriepol-Schalteinrichtung (2) und/oder die Sensorik (9) und/oder die Schaltungsanordnung (10) angeordnet ist/sind, um eine auf das Gehäuse (11) einwirkende mechanische Spannung zu detektieren.