-
Die Erfindung betrifft eine Abschaltvorrichtung für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs aufweisend zumindest eine Trenneinrichtung mit einem pyrotechnischen Zündelement zum Abschalten zumindest einer Komponente des Hochvoltsystems und eine trenneinrichtungsexterne Steuereinrichtung, welche zur Kommunikation mit der zumindest einen Trenneinrichtung über zumindest eine Steuerleitung mit der zumindest einen Trenneinrichtung verbunden ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltsystem sowie ein Kraftfahrzeug.
-
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltsysteme von Kraftfahrzeugen, beispielsweise von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen. Ein Hochvoltsystem weist üblicherweise mehrere Komponenten auf und kann beispielsweise als eine Traktionsbatterie mit mehreren Batteriemodulen ausgebildet sein. Die Komponenten sind zur Stromübertragung über Verbindungsleitungen elektrisch verbunden. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einer Überhitzung einer Komponente des Hochvoltsystems, soll die Komponente zuverlässig abgeschaltet werden können.
-
Dazu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Hochvoltsystem mit einer Abschaltvorrichtung auszustatten, welche mehrere Trenneinrichtungen zum Abschalten der Komponenten aufweisen kann. Dazu sind die Trenneinrichtungen in einem Strompfad der Komponenten angeordnet. Die Trenneinheiten können beispielsweise pyrotechnisch aktiviert werden und dazu ein pyrotechnisches Zündelement aufweisen. Außerdem weist die Abschaltvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche mit den Trenneinheiten kommunizieren kann und dazu über Steuerleitungen mit den Trenneinheiten verbunden ist. Dabei wird das Zündelement üblicherweise über ein Zündsignal der Steuereinrichtung gezündet bzw. aktiviert, welches der Trenneinrichtung über die jeweilige Steuerleitung zugeführt wird. Problematisch ist es jedoch, wenn die Steuereinrichtung oder die Steuerleitung selbst durch den Fehlerfall zerstört wurde und somit das Zündsignal nicht mehr an die Trenneinrichtung übermittelt werden kann.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Lösung bereitzustellen, wie eine Komponente eines Hochvoltsystems sicher und zuverlässig abgeschaltet werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abschaltvorrichtung, ein Hochvoltsystem sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
-
Eine erfindungsgemäße Abschaltvorrichtung für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weist zumindest eine Trenneinrichtung mit einem pyrotechnischen Zündelement zum Abschalten zumindest einer Komponente des Hochvoltsystems und eine trenneinrichtungsexterne Steuereinrichtung, welche zur Kommunikation mit der zumindest einen Trenneinrichtung über zumindest eine Steuerleitung mit der zumindest einen Trenneinrichtung verbunden ist, auf. Die zumindest eine Trenneinrichtung weist ein integriertes Energiespeicherelement zum Speichern einer Zündenergie zum Zünden des pyrotechnischen Zündelementes und eine integrierte Trennlogik auf, welche zur Kommunikation über die zumindest eine Steuerleitung mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, Meldesignale an die Trennlogik zu versenden, und die Trennlogik ist dazu ausgelegt, anhand eines Ausbleibens der Meldesignale eine Funktionsuntüchtigkeit der Steuereinrichtung und/oder der zumindest einen Steuerleitung zu erkennen und daraufhin das Energiespeicherelement zum Bereitstellen der Zündenergie für das pyrotechnische Zündelement anzusteuern.
-
Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest eine Komponente sowie eine erfindungsgemäße Abschaltvorrichtung. Das Hochvoltsystem ist vorzugsweise als eine Traktionsbatterie ausgebildet, wobei die zumindest eine Komponente zumindest ein Batteriemodul, eine Batteriezelle oder ein elektrisch und/oder geometrisch zusammenhängendes Zellpaket aus mehreren Batteriezellen der wiederaufladbaren Traktionsbatterie ist. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Batteriesteuergerät sein. Die Batteriemodule weisen insbesondere eine Verschaltung einer Vielzahl von Batteriezellen auf.
-
Die zumindest eine Trenneinrichtung der Abschaltvorrichtung ist in einem Laststrompfad der zumindest einen Komponente angeordnet und dient dazu, den Laststrompfad im Fehlerfall, beispielsweise bei einer Überhitzung dieser oder einer anderen Komponente des Hochvoltsystem, zu unterbrechen. Beispielsweise kann die Überhitzung aus einem zellinternen Kurzschluss einer Batteriezelle eines Batteriemoduls resultieren. Dazu weist die zumindest eine Trenneinrichtung das Zündelement, beispielsweise eine Zündpille mit einer Treibladung auf, welche im Fehlerfall den Laststrompfad durchtrennen und damit unterbrechen kann. Das Zündelement wird dabei durch das Energiespeicherelement der Trenneinrichtung aktiviert bzw. gezündet, indem das Energiespeicherelement dem Zündelement die Zündenergie bereitstellt bzw. zuführt. Das Zündelement muss also nicht über ein Zündsignal der trenneinrichtungsexternen Steuereinrichtung aktiviert werden, sondern kann trenneinrichtungsintern aktiviert werden. Das Energiespeicherelement kann beispielsweise ein Kondensator und/oder eine Spule und/oder eine Batteriezelle sein und die Zündenergie für das Zündelement speichern.
-
Um die gespeicherte Zündenergie für das Zündelement freizugeben, wird das Energiespeicherelement von der Trennlogik angesteuert. Die Trennlogik ist eine trenneinrichtungsinterne Steuereinheit, welche mit der trenneinrichtungsexternen Steuereinrichtung kommunizieren kann. Die zumindest eine Trenneinrichtung kann beispielsweise ein Gehäuse aufweisen, in welchem das Zündelement, das Energiespeicherelement und die Trennlogik angeordnet sind, wobei die zumindest eine Steuerleitung und die Steuereinrichtung außerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Die Trenneinrichtung ist also als eine Pyrobox ausgebildet.
-
Die Trennlogik erfüllt dabei eine sogenannte Watchdog-Funktion. Die Trennlogik empfängt über die Steuerleitung die Meldesignale der Steuereinrichtung. Mittels der Meldesignale sendet die Steuereinrichtung also „Lebenszeichen“ an die Trennlogik und signalisiert, dass die Steuereinrichtung in Ordnung ist. Anhand der empfangenen Meldesignale kann die Trennlogik also eine Funktionstüchtigkeit der Steuereinrichtung sowie des über die Steuerleitung bereitgestellten Kommunikationsweges erkennen. Die Meldesignale können von der Steuereinrichtung beispielsweise in vorbestimmten Zeitabständen oder vor Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer an die Trennlogik versendet werden. Sobald die Meldesignale ausbleiben und die Trennlogik kein Meldesignal mehr empfangen kann, geht sie davon aus, dass die Steuereinrichtung und/oder der Kommunikationsweg nicht mehr funktionstüchtig ist bzw. ausgefallen ist und steuert das Energiespeicherelement an. Dieses gibt daraufhin die Zündenergie frei und stellt sie dem Zündelement bereit, welches den Laststrompfad unterbricht und die zumindest eine Komponente abschaltet.
-
Eine solche selbstzündende Abschaltvorrichtung ist in vorteilhafter Weise eigensicher ausgebildet, da sie auf das Ausbleiben des Meldesignals, beispielsweise im Falle einer zerstörten Steuerleitung, reagieren kann. Somit kann die zumindest eine Komponente im Fehlerfall schnell und zuverlässig abgeschaltet werden.
-
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherelement mit der Zündenergie zu laden. Die Zündenergie wird also von der Steuereinrichtung bereitgestellt. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Energiespeicherelement erst bei Erstinbetriebnahme des Hochvoltsystems mit der Zündenergie zu laden. So soll verhindert werden, dass das Zündelement versehentlich, beispielsweise in einem Lager vor Einbau des Hochvoltsystems in das Kraftfahrzeug, gezündet wird.
-
Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, ein zu den Meldesignalen unterschiedliches Informationssignal über ein zukünftiges Ausbleiben der Meldesignale an die Trennlogik zu versenden. Die Trennlogik ist bei Empfang des Informationssignals dazu ausgelegt, trotz Ausbleibens der Meldesignale das Bereitstellen der Zündenergie durch das Energiespeicherelement zu verhindern. Ein solches Informationssignal kann von der Steuereinrichtung beispielsweise im Wartungsfall bzw. Servicefall des Hochvoltsystems versendet werden. Durch das Informationssignal wird die Trennlogik hingewiesen, dass das Meldesignal demnächst ausbleiben wird, jedoch kein Fehlerfall vorliegt. Um zu verhindern, dass das Zündelement versehentlich gezündet wird, kann die Trennlogik verhindern, dass das Energiespeicherelement die Zündenergie bereitstellt. Dazu kann sie beispielsweise das Energiespeicherelement einfach nicht zum Freigeben bzw. Bereitstellen der Zündenergie ansteuern.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Abschaltvorrichtung mehrere, miteinander verschaltete Trenneinrichtungen auf, welche über jeweilige Steuerleitungen mit der Steuereinrichtung verbunden sind. Dabei können unterschiedliche Topologien beim Verschalten der Trenneinrichtungen mit der Steuereinrichtung realisiert sein. Je nach Topologie kann es sein, dass die Trenneinrichtungen selektiv angesteuert werden können, sodass nur die jeweilige zugehörige Komponente abgeschaltet wird. Dazu können die Trenneinrichtungen und die Steuereinrichtung beispielsweise in einer Sterntopologie oder einer Bustopologie verschaltet sein. Auch kann es sein, dass die Steuereinrichtung und die Trenneinrichtungen beispielsweise in einer Linie angeordnet sind, sodass sämtliche Trenneinrichtungen nacheinander aktiviert werden können.
-
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Hochvoltsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet.
-
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Abschaltvorrichtung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Hochvoltsystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Hochvoltsystems 1 für ein Kraftfahrzeug.
-
Das Hochvoltsystem 1 ist im vorliegenden Fall als eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Das Hochvoltsystem 1 weist mehrere miteinander verschaltete Komponenten 2 auf, welche hier als Batteriemodule 3 der Traktionsbatterie ausgebildet sind. Die Batteriemodule 3 sind in einem Batteriegehäuse 4 der Traktionsbatterie angeordnet. Das Hochvoltsystem 1 weist eine Abschaltvorrichtung 5 auf, welche hier mehrere Trenneinrichtungen 6 sowie eine Steuereinrichtung 7 aufweist. Die Steuereinrichtung 7 kann ein Batteriesteuergerät sein, welches innerhalb oder außerhalb des Batteriegehäuses 4 angeordnet sein kann. Die Steuereinrichtung 7 ist über Steuerleitungen 8 mit den Trenneinrichtungen 6 verbunden und kann über die Steuerleitungen 8 mit den Trenneinrichtungen 6 kommunizieren.
-
Die Trenneinrichtungen 6 weisen jeweils ein pyrotechnisches Zündelement 9 auf, welches aktiviert wird, sobald ihm eine Zündenergie bzw. ein Zündsignal zugeführt wird. Die Zündenergie wird von einem Energiespeicherelement 10 gespeichert, welches Teil der Trenneinrichtung 6 ist. Das Energiespeicherelement 10 ist vorzugsweise ein Kondensator, welcher von der Steuereinrichtung 7 mit der Zündenergie aufgeladen wird. Das Energiespeicherelement 10 sowie das Zündelement 9 einer Trenneinrichtung 6 sind dazu insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse 11 der Trenneinrichtung 6 angeordnet. Die Zündenergie wird aber nur dann von dem Energiespeicherelement 10 bereitgestellt, wenn das Energiespeicherelement 10 von einer Trennlogik 12 der Trenneinrichtung 6 dazu angewiesen wird. Die Trennlogik 12 ist ebenfalls in dem Gehäuse 11 angeordnet und ist über die Steuerleitung 8 mit der Steuereinrichtung 7 verbunden. Die Steuereinrichtung 7 kann also mit den Trennlogikbausteinen 12 der Trenneinrichtungen 6 kommunizieren.
-
Die Steuereinrichtung 7 sendet den Trenneinrichtungen 6, beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen, Meldesignale. Die Trennlogik 12 der jeweiligen Trenneinrichtung 6 kann anhand des empfangenen Meldesignals erkennen, dass sowohl die Steuereinrichtung 7 als auch die zugehörige Steuerleitung 8 intakt und damit funktionstüchtig sind. Sobald die Steuereinrichtung 7 und/oder die Steuerleitung 8 einer Trenneinrichtung 6 funktionsuntüchtig, beispielsweise zerstört sind, kann die zugehörige Trennlogik 12 das Meldesignal der Steuereinrichtung 7 nicht mehr empfangen und erkennt somit die Abschaltnotwendigkeit der zugehörigen Komponente 2. Daraufhin steuert die Abschaltlogik 12 das zugehörige Energiespeicherelement 10 an, welches daraufhin die Zündenergie an das Zündelement 9 übermittelt.
-
Im Falle, dass beispielsweise die linksseitig dargestellte Komponente 2, z.B. aufgrund eines Kurzschlusses, überhitzt und die zugehörige Steuerleitung 8 zerstört wird, so wird hier aufgrund der Bustopologie der Trenneinrichtungen 6 und der Steuereinrichtung 7 nur die linksseitig dargestellte Trenneinrichtung 6 aktiviert und dadurch nur die linksseitig dargestellte Komponente 2 abgeschaltet. Die linksseitig dargestellte Trenneinrichtung 6 wird also selektiv aktiviert, während die beiden anderen Trenneinrichtungen 6 deaktiviert bleiben.
