DE102022130031B3 - Elektrische Kontaktierungsvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, elektrische Energiespeicher sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Elektrische Kontaktierungsvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, elektrische Energiespeicher sowie Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem Kontaktelement (16) zum Kontaktieren eines Pols (18) des elektrischen Energiespeichers (12), und mit einem Fixierelement (20) zum Fixieren des Kontaktelements (16) an dem Pol (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (16) unter einer Vorspannkraft mit dem Pol (18) über das Fixierelement (20) kontaktiert ist, und die elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) eine pyrotechnische Einrichtung (24) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, bei einem Empfangen eines Steuersignals das Fixierelement (20) zu lösen. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher (12) sowie ein Kraftfahrzeug (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktierungsvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits Pyrosicherungen, die beispielsweise auf Leiterplatten einer Elektronik positioniert, sind bekannt. Ferner sind elektrische Sicherungen in einem Zellkontaktierungssystem sowie Schmelzsicherungen auf Leiterplatten entsprechend bekannt.
  • Pyrosicherungen sind jedoch auf dem Platinenlayout schwierig zu verorten aufgrund ihres Platzbedarfs, der örtlichen Nähe zum Hochvoltabgriff sowie der Einhaltung von entsprechenden Sicherheitszonen, insbesondere außerhalb der Intrusionszone. Entsprechende elektrische Sicherungen im Zellkontaktierungssystem als Schmelzsicherungen sind nicht gesteuert auslösbar durch einen Crashfall, zwar örtlich direkt am Hochvoltsystem ausgebildet, in der Regel aber nicht servicebar. Ferner können Schmelzsicherungen auf der Leiterplatte alle negativen Eigenschaften der obigen Lösungen aufweisen.
  • Die DE 10 2015 222 664 A1 offenbart eine Sicherheitseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend einen Achsträger, ein Lastpfaderweiterungselement, das mit dem Achsträger verbunden ist, und ein von dem Lastpfaderweiterungselement unterschiedliches Bauteil des Fahrzeugs, das mit dem Lastpfaderweiterungselement verbunden ist, wobei das Lastpfaderweiterungselement einen vorspringenden Abschnitt aufweist, der dazu eingerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch, bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs auf eine Hindernis mit einer innerhalb des vorgegebenen Bereichs mit Bezug auf eine Fahrzeugbreite seitlichen Überdeckung des Fahrzeugs mit dem Hindernis eine durch den Frontalaufprall auftretende Aufprallkraft aufzunehmen, und der gegenüber dem Achsträger quer zu einer Fahrzeuglängsrichtung in Richtung einer bezüglich des Hindernisses nahegelegenen seitlichen Fahrzeugaußenkante vorspringt, und die Sicherheitseinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein Teil der aufgenommenen Aufprallkraft in den Achsträger geleitet wird, und ein anderer Teil der aufgenommenen Aufprallkraft in das Bauteil des Fahrzeugs geleitet wird.
  • Die EP 2 143 962 A1 betrifft eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Verbindungsvorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Bauteils des Fahrzeugs mit dem Fahrzeugchassis, wobei die Verbindungsvorrichtung ein Bolzenverbindungssystem umfasst. Die Verbindungsvorrichtung umfasst ferner eine pyrotechnische Ladung und einen Zünder, wobei der Zünder so beschaffen ist, dass er, wenn er ein Zündsignal empfängt, die pyrotechnische Ladung zur Detonation bringt, wobei die pyrotechnische Ladung in der Nähe des Bolzenverbindungssystems angeordnet ist, sodass hier bei der Detonation die Verbindungsfunktion des Bolzenverbindungssystems zerstört, um das Strukturelement vom Fahrgestell zu lösen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine elektrische Kontaktierungsvorrichtung, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchem ein sichererer Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Kontaktierungsvorrichtung, einen elektrischen Energiespeicher sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktierungsvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Kontaktelement zum Kontaktieren eines Pols des elektrischen Energiespeichers, um mit einem Fixierelement zum Fixieren des Kontaktelements an dem Pol.
  • Es ist vorgesehen, dass das Kontaktelement unter einer Vorspannkraft mit dem Pol über das Fixierelement kontaktiert ist, und die elektrische Kontaktierungsvorrichtung eine pyrotechnische Einrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, beim Empfangen eines Steuersignals das Fixierelement zu lösen.
  • Insbesondere ist somit vorgeschlagen, dass die elektrische Kontaktvorrichtung direkt an die Hochvolt-Schnittstelle des elektrischen Energiespeichers beortet ist. Es können auf Grundlage eines qualifizierten Crashsignals dann alle spannungsführenden Hochvolt-Schnittstellen des Kraftfahrzeugs zum Energiespeichersystem getrennt werden.
  • Hierbei ist insbesondere eine pyrotechnisch lösbare Schraubverbindung am Hochvoltspeicherabgriff vorgesehen. Durch das Verschrauben der Hochvolt-Verbindung, die zum Beispiel als Federelement mit Vorspannung ausgelegt wird, ist bei Absprengen des Schraubkopfes mit sofortiger Wirkung eine Trennung des Verbinders erreicht. Alternativ kann auch der Bolzen selbst segmenthaft unter Einhaltung der Luft und Kriechstrecken partiell abgesprengt werden. Vorteilhaft ist ein deutlich geringerer footprint im Vergleich mit den bisherigen Lösungen. Eine deutlich geringere z-Aufbauhöhe, insbesondere entscheidend bei einem Pfahl- und Seitencrashlastfällen, und das direkte Abkoppeln am Energiespeichersystem ohne weitere Restleiter die noch spannungsführend sind berücksichtigen zu müssen. Im Idealfall werden die sogenannten Pluspole und Minuspole, insbesondere auch die einzelnen Pole bei Umschaltbatterien, gleichzeitig getrennt und damit ein externer Isolationsfehler vermieden. Durch Einsetzen einer neuen Schraube ist das System wartbar beziehungsweise reparierbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das Kontaktelement federartig ausgebildet. Insbesondere befindet sich das Kontaktelement beim nichtbestimmungsgemäßen Zustand entspannt und wird lediglich durch das Fixierelement gespannt und an den Pol angebracht. Somit kann eine mechanische Vorspannkraft erzeugt werden, welche nach dem Entfernen des Fixierelements das Kontaktelement wiederum in eine Position bringt, in welcher kein elektrischer Kontakt mit dem Pol zu verzeichnen ist. Somit kann durch einfaches Lösen des Fixierelements das federartige Kontaktelement in eine Null-Position gebracht werden, bei welchen eine mechanische Spannungsfreiheit hergestellt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass das Fixierelement schraubenartig ausgebildet ist und die pyrotechnische Einrichtung zum Lösen eines Schraubkopfes des Fixierelements ausgebildet ist. Insbesondere wir mittels der pyrotechnischen Einrichtung somit der Schraubkopf abgesprengt und das Fixierelement gibt wiederum die Vorspannkraft frei, sodass das Kontaktelement in eine Null-Position gebracht werden kann, in welcher keine Kontaktierung des Pols zu realisieren ist. Insbesondere befindet sich somit im verbauten Zustand und im bestimmungsgemäßen Zustand das Kontaktelement in einer Gebrauchsposition unter Vorspannung an dem Pol und ist mit diesem elektrisch kontaktiert, und bei einem Entfernen beziehungsweise Lösen des Fixierelements wird das Kontaktelement in eine Nullstellung gebracht, in welche keine Vorspannkraft zu verzeichnen und die elektrische Kontaktierung unterbrochen ist.
  • Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei einem Erkennen eines Unfalls des Kraftfahrzeugs das Steuersignal erzeugt wird. Ferner können auch entsprechende precrash-Sensoren verbaut sein, welche auch bereits vor einem Unfall des Kraftfahrzeugs das Steuersignal erzeugen, und so bereits vor dem Unfall eine Spannungsfreischaltung des elektrischen Energiespeichers verursachen.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die elektrische Kontaktierungsvorrichtung und zusätzlich ein elektrisches Sicherungselement zwischen dem Pol und dem Kontaktelement aufweist. Das elektrische Sicherungselement kann dabei bevorzugt als Schmelzsicherung ausgebildet sein. Dies kann insbesondere verhindern, dass beim Lösen der elektrischen Kontaktierung ein entsprechender Lichtbogen zwischen dem Kontaktelement und dem Pol zu verzeichnen ist. Beim Öffnen des Kontaktelements beziehungsweise Lösen des Kontaktelements vom Pol wird dann wiederum die Spannung über das elektrische Sicherungselement abgeführt, was zum Schmelzen der Sicherung führt, wodurch der Lichtbogen sich innerhalb der Schmelzsicherung lediglich ausbreitet und somit einen außerhalb des Sicherungselements zu verzeichnenden Lichtbogen verhindert.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest einer elektrischen Kontaktierungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht dabei vor, dass der elektrische Energiespeicher an einem jeweiligen Pol eine jeweilige elektrische Kontaktierungsvorrichtung aufweist.
  • Ferner kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass das Steuersignal derart erzeugt wird, dass die elektrische Kontaktierungsvorrichtung gleichzeitig auslösen. Somit können externe Isolationsfehler vermieden werden.
  • Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug kann dabei als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektrischen Kontaktierungsvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Energiespeichers sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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 Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers; und
    • 2 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform einer elektrischen Kontaktierungsvorrichtung.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug oder voll-elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 10 weist hierzu einen elektrischen Energiespeicher 12 auf, welcher insbesondere in der Art einer Traktionsbatterie ausgebildet ist. Der elektrische Energiespeicher 12 ist insbesondere auch als Hochvoltspeicher ausgebildet. Der elektrische Energiespeicher 12 weist wiederum eine elektrische Kontaktierungsvorrichtung 14 auf, mittels welchen beispielsweise weitere Funktionsteile innerhalb des Kraftfahrzeug 10, beispielsweise einen Antriebsstrang, mit dem elektrische Energiespeicher kontaktiert werden können.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des elektrischen Energiespeichers 12. Insbesondere ist die elektrische Kontaktierungsvorrichtung 14 vergrößert dargestellt. Die elektrische Kontaktierungsvorrichtung 14 weist zumindest ein Kontaktelement 16 zum Kontaktieren eines Pols 18 des elektrischen Energiespeichers 12 auf. Ferner ist ein Fixierelement 20 gestrichelt dargestellt, da dieses in der jetzigen Form nicht eingebracht ist. Zum elektrischen Kontaktieren des Kontaktelements 16 mit dem Pol 18 ist das Fixierelement jedoch über dem Kontaktelement 16 mit dem Pol 18 beispielsweise verschraubt und insbesondere wird das vorgespannte Kontaktelement 16 in einer Gebrauchsposition am Pol 18 mit dem Fixierelement 20, insbesondere mit einem Schraubenkopf 22 gehalten. Die 2 zeigt somit das Kontaktelement 16 in einer nicht-Gebrauchsstellung/Null-Position. In dieser Stellung ist insbesondere kein elektrischer Kontakt zwischen dem Pol 18 und dem Kontaktelement 16 zu verzeichnen.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Kontaktelement 16 unter einer Vorspannkraft mit dem Pol 18 über das Fixierelement 20 kontaktiert ist, und die elektrische Kontaktierungsvorrichtung eine pyrotechnische Einrichtung 24 aufweist, welche dazu ausgebildet ist, bei einem Empfangen eines Steuersignals das Fixierelement 20 zu lösen, beispielsweise den Schraubenkopf 22 vom Fixierelement 20 abzusprengen, sodass das Kontaktelement 16 aus der Kontaktposition, mit anderen Worten einer Gebrauchsposition in die Null-Position, wie sie jetzt in der 2 gezeigt ist, bringen kann. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist die pyrotechnische Einrichtung 24 an dem Fixierelement 20 selbst ausgebildet. Dies ist rein beispielhaft. Es können auch weitere Verortungen, beispielsweise in der Nähe des Pols oder am Kontaktelement 16 vorgesehen sein.
  • Wie die 2 zeigt, ist das Kontaktelement 16 insbesondere federartig ausgebildet. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement 16 insbesondere in der Art einer Blattfeder ausgebildet. Es sind auch andere Ausgestaltungsformen möglich.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass die elektrische Kontaktierungsvorrichtung 14 zusätzlich ein elektrisches Sicherungselement 26, insbesondere in der Form einer Schmelzsicherung aufweist, sodass beim Absprengen des Schraubkopfes 22 ein Lichtbogen zwischen dem Pol 18 und dem Kontaktelement 16 verhindert wird, da die Spannung beziehungsweise Strom über das Sicherungselement 26 abgeführt wird, wobei die Schmelzsicherung dann wiederum entsprechend schmilzt und keinen Lichtbogen, insbesondere außerhalb des Sicherungselements 26, erzeugen lässt.
  • Insgesamt ist somit die pyrotechnisch lösbare Schraubverbindung am Hochvoltspeicherabgriff vorgesehen. Durch das Verschrauben der Hochvolt-Verbindung, die zum Beispiel als Federelement mit Vorspannung ausgelegt ist, wird beim Absprengen des Schraubenkopfes 22 mit sofortiger Wirkung eine Trennung des Verbinders erreicht. Alternativ kann auch der Bolzen selbst segmenthaft unter Einhaltung der Luft und Kriechstrecken partiell abgesprengt werden. Vorteilhaft ist deutlich der geringere footprint im Vergleich zur bisherigen Lösung. Eine deutlich geringere z-Aufbauhöhe und das direkte Abkoppeln am Energiespeichersystem ohne weitere Restleiter. Im Idealfall werden dabei alle Pole sowie auch entsprechende Pole von Umschaltbatterien gleichzeitig getrennt und damit kann ein externer Isolationsfehler vermieden werden. Durch das Einsetzen einer neuen Schraube ist das System dann wartbar beziehungsweise wieder reparierbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    elektrischer Energiespeicher
    14
    elektrische Kontaktierungsvorrichtung
    16
    Kontaktelement
    18
    Pol
    20
    Fixierelement
    22
    Schraubenkopf
    24
    pyrotechnische Einrichtung
    26
    Sicherungselement

Claims (10)

  1. Elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem Kontaktelement (16) zum Kontaktieren eines Pols (18) des elektrischen Energiespeichers (12), und mit einem Fixierelement (20) zum Fixieren des Kontaktelements (16) an dem Pol (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (16) unter einer Vorspannkraft mit dem Pol (18) über das Fixierelement (20) kontaktiert ist, und die elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) eine pyrotechnische Einrichtung (24) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, bei einem Empfangen eines Steuersignals das Fixierelement (20) zu lösen.
  2. Elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (16) federartig ausgebildet ist.
  3. Elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (20) schraubenartig ausgebildet ist und die pyrotechnische Einrichtung (24) zum Lösen eines Schraubenkopfes (22) des Fixierelements (20) ausgebildet ist.
  4. Elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erkennen eines Unfalls des Kraftfahrzeugs (10) das Steuersignal erzeugt ist.
  5. Elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) zusätzlich ein elektrisches Sicherungselement (26) zwischen dem Pol (18) und dem Kontaktelement (16) aufweist.
  6. Elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Sicherungselement (26) als Schmelzsicherung ausgebildet ist.
  7. Elektrischer Energiespeicher (12) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10) mit zumindest einer elektrischen Kontaktierungsvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Elektrischer Energiespeicher (12) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (12) an einem jeweiligen Pol (18) eine jeweilige elektrische Kontaktierungsvorrichtung (14) aufweist.
  9. Elektrischer Energiespeicher (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal derart erzeugt wird, dass die elektrischen Kontaktierungsvorrichtungen (14) gleichzeitig auslösen.
  10. Kraftfahrzeug (10) mit einem elektrischen Energiespeicher (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
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