Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs zum Trennen einer Hochvoltleitung des Hochvoltbordnetzes mit einer

Überstromschutzeinrichtung zum Unterbrechen eines über die Hochvoltleitung fließenden Überstroms. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz sowie ein

Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltleitungen für Kraftfahrzeuge, welche einen elektrischen Strom zwischen Hochvoltkomponenten bzw. Hochvoltaggregaten des Kraftfahrzeugs übertragen können. Solche Hochvoltkomponenten können beispielsweise eine Hochvoltbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, und eine elektrische

Antriebsmaschine, insbesondere ein Traktions-E-Motor, sein. Um bei einem über die Hochvoltleitung fließenden Überstrom die Hochvoltleitung zum Unterbrechen eines Stromflusses zwischen den Hochvoltkomponenten zuverlässig trennen zu können, ist es bereits aus dem Stand der Technik bekannt, Überstromschutzeinrichtungen einzusetzen, welche bei Vorliegen eines Überstroms auslösen und somit die Hochvoltleitung trennen. Solche Überstromschutzeinrichtungen können beispielsweise Schmelzsicherungen sein, welche durch Abschmelzen eines Schmelzleiters einen Stromkreis unterbrechen können, wenn eine Stromstärke des Stroms einen bestimmten Schwellwert über eine

vorbestimmte Zeitdauer überschreitet.

Eine Auslösezeit der Schmelzsicherung hängt also von einem Energieeintrag, also von einer Stärke des Überstroms, ab. Falls also nur ein geringer, den Schwellwert knapp überschreitender Überstrom über die Schmelzsicherung fließt, so löst die

Schmelzsicherung erst nach einer bestimmten Zeit aus. Eine Trennung der

Hochvoltleitung kann also sehr lange dauern. Durch diese hohen Abschaltzeiten kann ein Leitungsschutz der Hochvoltleitung in gewissen Strombereichen nicht gewährleistet werden. Auch ergibt sich bei bloßer Verwendung der Schmelzsicherung der Nachteil, dass bei überstromunabhängigen Ereignissen, beispielsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, bei welchen kein Überstrom fließt, die Hochvoltleitung aber dennoch getrennt werden soll, keine Trennung der Hochvoltleitung möglich ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochvoltleitung eines

Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs auf einfache Weise zuverlässig und

stromstärkenunabhängig trennen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Trennvorrichtung, ein Hochvoltbordnetz 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 Figuren.

Eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs dient zum Trennen einer Hochvoltleitung des Hochvoltbordnetzes und weist eine

Überstromschutzeinrichtung zum Unterbrechen eines über die Hochvoltleitung fließenden Überstroms auf. Darüber hinaus weist die Trennvorrichtung eine durch eine erste ansteuerbare Abschalteinheit gebildete erste Trenneinheit auf, wobei die erste

Abschalteinheit im aktivierten Zustand zum Unterbrechen eines Stromflusses über die erste Trenneinheit ausgelegt ist. Außerdem weist die Trennvorrichtung eine durch eine zweite ansteuerbare Abschalteinheit und die Überstromschutzeinrichtung gebildete zweite Trenneinheit auf, wobei die zweite Abschalteinheit im aktivierten Zustand dazu ausgelegt ist, einen Überstrom zu der den Stromfluss über die zweite Trenneinheit unterbrechenden Überstromschutzeinrichtung zu leiten. Eine Steuereinheit der Trennvorrichtung ist zum Trennen der Hochvoltleitung dazu ausgelegt, im Falle eines über die Hochvoltleitung fließenden Überstroms zumindest die zweite Abschalteinheit zu aktivieren und im Falle eines überstromunabhängigen Ereignisses zumindest die erste Abschalteinheit zu aktivieren.

Die Hochvoltleitung dient insbesondere dazu, Hochvoltkomponenten des

Hochvoltbordnetzes elektrisch miteinander zu verbinden. Die Hochvoltleitung kann beispielsweise eine Hochvoltbatterie mit einer elektrischen Antriebsmaschine des als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs verbinden. Die

Trennvorrichtung ist dazu ausgelegt, einen Stromfluss zwischen den

Hochvoltkomponenten bzw. einen die Hochvoltkomponenten umfassenden Stromkreis zu unterbrechen. Zum Trennen bzw. Unterbrechen des Stromkreises kann die

Trennvorrichtung in einem Pluspfad, also in einer an einen Pluspol der Hochvoltbatterie angeschlossenen Hochvoltleitung, und/oder in einem Minuspfad, also in einer an einen Minuspol der Hochvoltbatterie angeschlossenen Hochvoltleitung, angeordnet sein. Die Trennvorrichtung weist dabei insbesondere die zwei Trenneinheiten auf, wobei die erste Trenneinheit durch die erste Abschalteinheit gebildet ist und die zweite Trenneinheit durch die zweite Abschalteinheit und die Überstromschutzeinrichtung gebildet ist. Die Trenneinheiten können dabei selektiv durch die Steuereinheit aktiviert werden, indem die entsprechenden Abschalteinheiten angesteuert und aktiviert werden.

Dabei werden die Trenneinheiten bzw. die Abschalteinheiten in Abhängigkeit von einem Ereignis, bei welchem die Hochvoltleitung, beispielsweise zum Leitungsschutz oder zum Schutz von Personen, getrennt werden soll, angesteuert. Im Normalbetrieb, also bei Abwesenheit eines solchen Ereignisses, sind die Trenneinheiten und damit die

Trennvorrichtung deaktiviert und der Strom bzw. Betriebsstrom des Hochvoltbordnetzes fließt zwischen den Hochvoltkomponenten über die Hochvoltleitung und die

Trennvorrichtung. Beispielsweise können die erste Trenneinheit und die zweite

Trenneinheit seriell geschaltet sein und im Hauptstromflusspfad der Hochvoltleitung angeordnet sein. Im Normalbetrieb fließt also der gesamte Betriebsstrom durch beide deaktivierten Trenneinheiten. Der Stromfluss kann dabei im Falle des Überstroms allein durch die zweite Trenneinheit unterbrochen werden und unabhängig von einem

Überstrom allein durch die erste Trenneinheit unterbrochen werden. Im Falle eines überstromunabhängigen Ereignisses, bei welchem die Hochvoltleitung getrennt werden soll, also beispielsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, wird zumindest die erste Trenneinheit bzw. die erste Abschalteinheit aktiviert. Dazu ist die erste Abschalteinheit insbesondere dazu ausgelegt, Ströme mindestens bis zu einer Betriebsstromgrenze des Kraftfahrzeugs zu schalten.

Im Falle eines Überstroms wird zumindest die zweite Abschalteinheit bzw. die zweite Trenneinheit aktiviert. Im Falle, dass die zweite Trenneinheit seriell zu der ersten

Trenneinheit geschaltet ist, kann der Stromfluss auch allein durch die zweite Trenneinheit unterbrochen werden, sofern der Strom einem Überstrom entspricht. Durch das

Aktivieren der zweiten Abschalteinheit wird der Überstromfluss über die

Überstromschutzeinrichtung geleitet, welche daraufhin auslöst und den Überstromfluss unterbricht. Die Überstromschutzeinrichtung löst insbesondere allein durch den über sie fließenden Überstrom aus und muss daher nicht separat angesteuert werden. Die Überstromschutzeinrichtung ist vorzugsweise als eine Schmelzsicherung ausgebildet. Der Stromfluss wird also insbesondere nur dann komplett über die

Überstromschutzeinrichtung geleitet, wenn die zweite Abschalteinheit aktiviert ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine Überstromschutzeinrichtung verwendet werden kann, welche zwar eine hohe Stromtrennfähigkeit besitzt, jedoch nur eine geringe

Stromtragfähigkeit besitzen muss. Die Überstromschutzeinrichtung kann somit kostengünstiger, mit geringeren Abmessungen und geringerem Gewicht ausgebildet werden.

Durch die durch die Trennvorrichtung bereitgestellten überstromunabhängigen

T rennungsmöglichkeiten der Hochvoltleitung kann gewährleistet werden, dass sowohl im Überstromfall als auch bei einem kritischen Ereignis bzw. Unfall des Kraftfahrzeugs, bei welchem insbesondere kein die Überstromschutzeinrichtung aktivierender Überstrom fließt, die Hochvoltleitung getrennt werden kann und damit der Stromfluss zwischen den Hochvoltkomponenten zuverlässig komplett unterbrochen werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Trennvorrichtung eine erste

Strommesseinrichtung zum Erfassen eines Stromwertes des über die Hochvoltleitung fließenden Stroms auf. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, anhand des erfassten Stromwertes den Überstrom zu erkennen. Die erste Strommesseinrichtung ist insbesondere im Hauptstromflusspfad der Hochvoltleitung angeordnet und erfasst die Stromhöhe bzw. Stromstärke des durch den Hauptstromflusspfad fließenden Stroms. Die erste Strommesseinrichtung kann dabei mit der Steuereinheit kommunizieren.

Beispielsweise kann die Steuereinheit die von der ersten Strommesseinrichtung erfassten Stromwerte mit einem vorbestimmten Überstromschwellwert vergleichen und bei Überschreitung des Überstromschwellwertes zumindest die zweite Trenneinheit aktivieren.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, ein Signal einer Unfallerkennungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Airbagsteuergerätes, zu empfangen und anhand des Signals als das

überstromunabhängige Ereignis einen Unfall des Kraftfahrzeugs zu erkennen. Sobald beispielsweise die Steuereinheit ein Signal des Airbagsteuergerätes empfängt, erkennt die Steuereinheit das kritische Ereignis des Kraftfahrzeugs, also den Unfall bzw. Crash, und aktiviert daraufhin zumindest die erste Trenneinheit. Durch die Kommunikation mit dem schnell reagierenden Airbagsteuergerät kann in vorteilhafter Weise die

Hochvoltleitung bei einem Unfall besonders schnell getrennt werden. Auch kann die Steuereinheit mit einer Unfallsensorik des Kraftfahrzeugs, beispielsweise

Beschleunigungs- und Drehratensensoren, direkt kommunizieren und anhand der Signale der Unfallsensorik den Unfall des Kraftfahrzeugs erkennen. Vorzugsweise ist die erste Abschalteinheit als eine pyrotechnische Abschalteinheit ausgebildet, welche im deaktivierten Zustand einen Stromfluss über die erste

Trenneinheit leitet und in einem aktvierten Zustand einen Stromfluss über die erste Trenneinheit unterbricht und welche durch die Steuereinheit zündbar ist. Die erste Abschalteinheit kann beispielsweise ein sogenannter Pyrofuse sein. Zum Aktivieren der pyrotechnischen Abschalteinheit kann die Steuereinheit ein Zündsignal für die pyrotechnische Abschalteinheit generieren und diese somit irreversibel aktivieren. Durch das Aktivieren der pyrotechnischen ersten Abschalteinheit im überstromunabhängigen Falle, beispielsweise bei dem Unfall, kann eine zuverlässige und dauerhafte Trennung der Hochvoltleitung erfolgen. Außerdem haben pyrotechnische Abschalteinheiten den Vorteil einer besonders schnellen Auslösung, insbesondere unter 3 ms.

Auch kann vorgesehen sein, dass die zweite Abschalteinheit als eine, insbesondere pyrotechnische Abschalteinheit, ausgebildet ist, welche im deaktivierten Zustand einen Stromfluss über die zweite Trenneinheit leitet und in einem aktvierten Zustand einen Stromfluss zu der Überstromschutzeinrichtung leitet. Vorzugsweise ist die zweite Abschalteinheit eine pyrotechnische Abschalteinheit und ist zum Aktivieren durch die Steuereinheit zündbar. Durch die zweite pyrotechnische Abschalteinheit kann auch im Falle eines Überstroms die Hochvoltleitung schnell, zuverlässig und irreversibel getrennt werden. Auch kann die zweite Abschalteinheit als ein Relais ausgebildet sein.

In einer Weiterbildung weist die zweite Trenneinheit eine Parallelschaltung aus der Überstromschutzeinrichtung und der zweiten Abschalteinheit auf und ist seriell zu der ersten Trenneinheit geschaltet, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, im Falle des überstromunabhängigen Ereignisses nur die erste Abschalteinheit zu aktivieren und im Falle des über die Hochvoltleitung fließenden Überstroms nur die zweite Abschalteinheit zu aktivieren. Die zweite Trenneinheit wird also durch die Parallelschaltung aus der Überstromschutzeinrichtung und der zweiten Abschalteinheit gebildet. Im Normalbetrieb fließt der Betriebsstrom durch beide deaktivierten, in Reihe geschalteten Trenneinheiten. Bei der zweiten Trenneinheit bildet die deaktivierte zweite Abschalteinheit einen niederohmigen, zu der Überstromschutzeinrichtung parallelen Pfad aus, sodass der gesamte durch die zweite Trenneinheit fließende Betriebsstrom insbesondere

hauptsächlich über die deaktivierte zweite Abschalteinheit fließt. Die zweite

Abschalteinheit ist insbesondere eine pyrotechnische Abschalteinheit, welche im deaktivierten Zustand nicht gezündet ist. Zum Trennen der Hochvoltleitung im Falle des Überstroms wird der niederohmige Pfad in der zweiten Trenneinheit durch Aktivieren der zweiten Aschalteinheit, beispielsweise durch Zünden der zweiten pyrotechnischen Abschalteinheit, unterbrochen, sodass der Stromfluss nun komplett über die

Überstromschutzeinrichtung fließt. Diese löst daraufhin aus und unterbricht den

Überstrom. Zum Trennen der Hochvoltleitung bei dem überstromunabhängigen kritischen Ereignis aktiviert die Steuereinheit die erste Trenneinheit. Beispielsweise zündet die Steuereinheit die als pyrotechnische Abschalteinheit ausgebildete erste Abschalteinheit. Daraufhin wird der Stromfluss komplett unterbrochen. Aus dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass zum Trennen der Hochvoltleitung nur eine der beiden

Trenneinheiten aktiviert werden muss.

In einer anderen Weiterbildung sind die Überstromschutzeinrichtung und die erste Abschalteinheit seriell geschaltet und die zweite Abschalteinheit ist parallel zu der Serienschaltung aus der Überstromschutzeinrichtung und der ersten Abschalteinheit geschaltet. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, im Falle des überstromunabhängigen Ereignisses die erste und die zweite Abschalteinheit zu aktivieren und im Falle des Überstroms nur die zweite Abschalteinheit zu aktivieren. Im Normalbetrieb erfolgt der komplette Betriebsstromfluss hier hauptsächlich über die den niederohmigen Pfad bildende zweite Abschalteinheit. Durch die Überstromschutzeinrichtung und die dazu seriell geschaltete erste Abschalteinheit fließt höchstens ein kleiner Teil des

Betriebsstroms. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die erste Abschalteinheit mit einer geringeren Stromtragfähigkeit ausgebildet werden kann. Die Überstromtrennung erfolgt, wie bereits beschrieben, durch Leiten des Überstroms von dem durch die zweite

Abschalteinheit gebildeten niederohmigen Pfad zu der Überstromschutzeinrichtung, welche daraufhin auslöst. Zur überstromunabhängigen Trennung der Hochvoltleitungen werden beide Abschalteinheiten aktiviert.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Trennvorrichtung eine seriell zu der

Überstromschutzeinrichtung geschaltete zweite Strommesseinrichtung zur Überwachung einer Funktionstüchtigkeit der Überstromschutzeinrichtung aufweist. Die

Strommesseinrichtung kann im Normalbetrieb überwachen, ob die

Überstromschutzeinrichtung funktionstüchtig ist, indem sie erfasst, ob zumindest ein kleiner Strom über den die Überstromschutzeinrichtung aufweisenden Pfad, welcher zu dem niederohmigen, die zweite Abschalteinheit aufweisende Pfad parallel geschaltet ist, fließt. Falls ein Strom fließt, so kann die Strommesseinrichtung erkennen, dass die Überstromschutzeinrichtung noch nicht ausgelöst hat und daher noch funktionstüchtig ist. Die Trennvorrichtung ist somit besonders sicher gestaltet. Besonders bevorzugt weist die zweite Trenneinheit eine Serienschaltung aus der

Überstromschutzvorrichtung und der zweiten Abschalteinheit auf, wobei die zweite Abschalteinheit als ein Schalter ausgebildet ist, welcher in einem deaktivierten Zustand geöffnet und im aktivierten Zustand geschlossen ist. Darüber hinaus ist die erste

Trenneinheit parallel zu der zweiten Trenneinheit geschaltet und die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, im Falle des überstromunabhängigen Ereignisses nur die erste

Abschalteinheit zu aktivieren und im Falle des über die Hochvoltleitung fließenden Überstroms die zweite und die erste Abschalteinheit zu aktivieren. Die zweite

Trenneinheit wird also durch die Serienschaltung aus Schalter und

Überstromschutzeinrichtung gebildet. Der Schalter ist insbesondere ein Halbleiterschalter, welcher eine hohe Peakstromtragfähigkeit bzw. Spitzenstromtragfähigkeit aufweist und welcher zum Schnellschalten ausgelegt ist. Beispielsweise kann der Halbleiterschalter ein Thyristor oder MOSFET sein. Im Normalbetrieb, in welchem die Trenneinheiten deaktiviert sind und der Schalter geöffnet ist, fließt der gesamte Betriebsstrom über die erste Abschalteinheit und damit die erste Trenneinheit. Der parallel geschaltete Pfad über die zweite Trenneinheit ist durch den geöffneten Schalter unterbrochen. Im Falle des kritischen Ereignisses wird die erste Trenneinheit bzw. die erste Abschalteinheit aktiviert. Dadurch wird zusätzlich zu dem durch den geöffneten Schalter unterbrochenen Pfad der parallele, über die erste Trenneinheit führende Pfad unterbrochen.

Im Falle des Überstroms wird zunächst der Schalter durch die Steuereinheit geschlossen. Nach Schließen des Schalters wird die erste Abschalteinheit aktiviert, also beispielsweise die pyrotechnische Abschalteinheit durch Generieren eines Zündsignals durch die

Steuereinheit gezündet. Dadurch wird der Stromfluss über die erste Trenneinheit unterbrochen und der komplette Strom in Form von dem Überstrom fließt über die Überstromschutzeinrichtung. Diese löst daraufhin aus und unterbricht den Stromfluss über die zweite T renneinheit. Aus dieser Ausgestaltung der T rennvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass in der ersten Abschalteinheit kein Lichtbogen entsteht.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Trennvorrichtung eine Entladeeinheit zum

Entladen eines Hochvoltzwischenkreises des Hochvoltbordnetzes aufweist, welche elektrisch mit der Überstromschutzeinrichtung verbunden ist und welche über die

Überstromschutzeinrichtung elektrisch mit dem Hochvoltzwischenkreis verbindbar ist, wobei die Trennvorrichtung im aktivierten Zustand der Entladeeinheit dazu ausgelegt ist, einen Entladepfad über die Überstromschutzeinrichtung und die Entladeeinheit auszubilden. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, bei dem

überstromunabhängigen Ereignis zusätzlich die Entladeeinheit zu aktivieren. Der Hochvoltzwischenkreis dient zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie der Hochvoltbatterie für eine mit dem Hochvoltzwischenkreis elektrisch verbundene

Hochvoltkomponente. Der Hochvoltzwischenkreis ist über die Trennvorrichtung mit der Hochvoltbatterie elektrisch verbunden. Der Hochvoltzwischenkreis kann außerdem über einen Umrichter mit einer Antriebsmaschine elektrisch verbunden sein. Der Umrichter kann die im Zwischenkreis gespeicherte Energie beispielsweise in eine

Dreiphasenwechselspannung für die Antriebsmaschine wandeln. Insbesondere im Falle des überstromunabhängigen Ereignisses, beispielsweise dem Unfall bzw. Crash, soll neben der schnellen Trennung der Hochvoltbatterie vom Hochvoltzwischenkreis die schnelle Entladung des Hochvoltzwischenkreises erfolgen. Andernfalls könnte durch eine Deformation des Kraftfahrzeugs ein Kurzschluss zwischen dem Hochvoltbordnetz und einem Niedervoltbordnetz mit anschließender Zerstörung von Niedervoltkomponenten des Niedervoltbornetzes erfolgen.

Daher ist vorgesehen, dass im Falle des überstromunabhängigen Ereignisses die Entladeeinheit aktiviert wird, welche die Energie aus dem Hochvoltzwischenkreis zum Entladen des Hochvoltzwischenkreises beispielsweise in Wärme umwandelt. Dadurch, dass der Entladepfad die Überstromschutzeinrichtung umfasst und die Energie über die Überstromschutzeinrichtung zu der Entladeeinheit abgeführt wird, kann die

Überstromschutzeinrichtung in vorteilhafter Weise als Überlastschutz für die

Entladeeinheit fungieren. Die Überstromschutzeinrichtung kann also sowohl für die Trennung der Hochvoltleitung im Überstromfall als auch für den Schutz des

Entladepfades genutzt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Entladeeinheit eine Serienschaltung aus einer Zuschalteinheit und einem Entladewiderstand aufweist, wobei die Zuschalteinheit im aktivierten Zustand zum Ausbilden des Entladepfads dazu ausgelegt ist, den Hochvoltzwischenkreis über die Überstromschutzeinrichtung mit dem Entladewiderstand elektrisch zu verbinden. Vorzugsweise ist die Zuschalteinheit als eine pyrotechnische Zuschalteinheit ausgebildet. Im deaktivierten Zustand der Entladeeinheit ist die Zuschalteinheit geöffnet und der Entladewiderstand ist von der

Überstromschutzeinrichtung getrennt. Zum Aktivieren der Entladeeinheit wird die

Zuschalteinheit geschlossen und der Entladewiderstand über die

Überstromschutzeinrichtung mit dem Hochvoltzwischenkreis elektrisch verbunden.

Dadurch wird die noch im Hochvoltzwischenkreis gespeicherte Energie über den

Entladewiderstand in Wärme umgewandelt und somit abgebaut. Dazu ist der

Entladewiderstand ausreichend groß dimensioniert, um die im Hochvoltzwischenkreis gespeicherte Energie in Wärme umwandeln zu können. Die pyrotechnische Zuschalteinheit weist insbesondere eine hohe Schaltgeschwindigkeit zum schnellen Aktivieren der Entladeeinheit sowie eine hohe Spitzenstromtragfähigkeit auf.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Hochvoltleitung zum elektrischen Verbinden von Hochvoltkomponenten des

Hochvoltbordnetzes und zumindest einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung oder einer Ausführungsform davon. Die Hochvoltkomponenten sind insbesondere eine

Hochvoltbatterie und eine elektrische Antriebsmaschine, deren Energieversorgung über die Hochvoltleitung mittels der zumindest einen Trennvorrichtung

betriebsstromunabhängig getrennt werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvoltbordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Trennvorrichtung vorgestellten

Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der 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:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes eines

Kraftfahrzeugs mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen T rennvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes eines

Kraftfahrzeugs mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen T rennvorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes eines

Kraftfahrzeugs mit einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes eines

Kraftfahrzeugs mit einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen T rennvorrichtung.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen jeweils ein Hochvoltbordnetz 1 für ein hier nicht gezeigtes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Das Hochvoltbordnetz 1 weist hier zwei Hochvoltkomponenten 2, 3 auf. Eine erste Hochvoltkomponente 2 ist hier als eine Hochvoltbatterie ausgebildet. Eine zweite Hochvoltkomponente 3 ist hier als eine elektrische Antriebsmaschine ausgebildet. Die Hochvoltkomponenten 2, 3 sind hier über Hochvoltleitungen 4 elektrisch miteinander verbunden, wobei über die Hochvoltleitungen 4 elektrische Energie zwischen den Hochvoltkomponenten 2, 3 übertragen werden kann. Die Hochvoltleitungen 4 weisen hier ein Hauptschütz 5 auf, über welches eine Energieübertragung zwischen den

Hochvoltkomponenten 2, 3 unterbrochen werden kann. Insbesondere ist dieses

Hauptschütz 5 im abgestellten Zustand des Kraftfahrzeugs zum Unterbrechen der Energieversorgung der Antriebsmaschine durch die Hochvoltbatterie geöffnet.

Das Hochvoltbordnetz 1 weist außerdem zumindest eine Trennvorrichtung 6 auf, welche hier in einer einen Pluspfad des Hochvoltbordnetzes 1 bildenden Hochvoltleitung 4 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Trennvorrichtung 6 in einer einen Minuspfad des Hochvoltbordnetzes 1 bildenden Hochvoltleitung 4 angeordnet sein. Die Trennvorrichtung 6 ist zum Unterbrechen eines über die Hochvoltleitung 4 fließenden Stroms und somit zum Trennen der Hochvoltleitung 4 unabhängig von einer Stromhöhe bzw. Stromstärke des über die Hochvoltleitung 4 fließenden Stroms ausgelegt. Die Trennvorrichtung 6 kann somit den Stromfluss im Falle eines über die Hochvoltleitung 4 fließenden Überstroms und im Falle eines kritischen Ereignisses des Kraftfahrzeugs bei Abwesenheit eines Überstroms trennen. Ein solches kritisches Ereignis kann

beispielsweise ein Unfall bzw. Crash des Kraftfahrzeugs sein.

Dazu weist die Trennvorrichtung 6 zwei separat ansteuerbare Trenneinheiten T1 , T2 auf. Eine erste T renneinheit T 1 weist eine erste ansteuerbare Abschalteinheit A1 auf. Eine zweite Trenneinheit T2 weist eine zweite ansteuerbare Abschalteinheit A2 sowie eine Überstromschutzeinrichtung F auf. Die Überstromschutzeinrichtung F ist insbesondere als eine bei Überstrom schmelzende Schmelzsicherung 7 ausgebildet. Eine Steuereinheit 8 der T rennvorrichtung 6 ist zum Ansteuern der Abschalteinheiten A1 , A2 und damit zum Ansteuern der Trenneinheiten T1 , T2 ausgebildet. Die Steuereinheit 8 kann

beispielsweise ein Mikrocontroller sein. Die Steuereinheit 8 kann alleinstehend

ausgebildet sein oder in ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs integriert sein. Die erste Abschalteinheit A1 kann beispielsweise als eine erste pyrotechnische Abschalteinheit P1 ausgebildet sein, welche durch ein von der Steuereinheit 8 generiertes Zündsignal gezündet und damit aktiviert werden kann. Die erste Abschalteinheit A1 kann aber auch als ein Relais ausgebildet sein, welches durch ein von der Steuereinheit 8 erzeugtes Stromsignal aktiviert werden kann. Die erste Abschalteinheit A1 ist insbesondere dazu ausgelegt, Ströme mindestens bis zu einer Betriebsstromgrenze des Kraftfahrzeugs zu schalten.

Außerdem weist die Trennvorrichtung 6 eine erste Strommesseinrichtung M1 zum Messen einer Stromhöhe bzw. Stromstärke des über die Hochvoltleitung 4 fließenden Stroms auf. Die erste Strommesseinrichtung M1 dient hier also zur Überwachung des gesamten Batteriestroms. Die Steuereinheit 8 kann anhand der von der ersten

Messeinrichtung M1 gemessenen Stromhöhe einen Überstrom erkennen. Zum Erkennen des Unfalls des Kraftfahrzeugs kann die Steuereinheit 8 beispielsweise ein Signal eines hier nicht gezeigten Airbagsteuergeräts empfangen. Auch kann die Steuereinheit 8 zum Erkennen des Unfalls Signale von Crash-Sensoren des Kraftfahrzeugs, beispielsweise von Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren des Kraftfahrzeugs, empfangen.

In einer ersten Ausführungsform der T rennvorrichtung 6 gemäß Fig. 1 sind die erste Trenneinheit T 1 und die zweite Trenneinheit T2 in Serie geschaltet. Im Normalbetrieb, also bei Abwesenheit von Überstrom und kritischem Ereignis, ist die Trennvorrichtung 6 deaktiviert und der Strom bzw. Betriebsstrom fließt durch die deaktivierte erste

Trenneinheit T1 und die deaktivierte zweite Trenneinheit T2. Zum Trennen der

Hochvoltleitung 4 im Falle des kritischen Ereignisses bzw. Unfalls des Kraftfahrzeugs aktiviert die Steuereinheit 8 die erste Trenneinheit T 1 durch Aktivieren der ersten Abschalteinheit A1. Beispielsweise kann die Steuereinheit 8 nach Empfangen des Signals des Airbagsteuergeräts der ersten pyrotechnischen Abschalteinheit P1 das Zündsignal zuführen, welche daraufhin den Stromfluss über die erste T renneinheit T 1 und damit über die gesamte Hochvoltleitung 4 unterbricht. Die zweite Trenneinheit T2 bzw. die zweite Abschalteinheit A2 können deaktiviert bleiben.

Die zweite Trenneinheit T2 weist hier eine Parallelschaltung aus der

Überstromschutzeinrichtung F und der zweiten Abschalteinheit A2 auf. Außerdem ist hier eine zweite Strommesseinrichtung M2 zur Überwachung einer Funktionstüchtigkeit der Überstromschutzeinrichtung F seriell zu der Überstromschutzeinrichtung F geschaltet. Die Überstromschutzeinrichtung F weist insbesondere eine kleine Stromtragfähigkeit, jedoch eine hohe Stromtrennfähigkeit auf. Die zweite Abschalteinheit A2 kann als eine zweite pyrotechnische Abschalteinheit P2 ausgebildet sein und mittels eines durch die

Steuereinheit 8 generierten Zündsignals aktiviert werden. Die zweite Abschalteinheit A2 muss dabei nicht zum Trennen unter Last ausgelegt sein, besitzt jedoch insbesondere eine hohe Stromtragfähigkeit, da in einem Normalbetrieb nahezu der komplette durch die zweite Trenneinheit T2 fließende Betriebsstrom über einen durch die zweite

Abschalteinheit A2 gebildeten niederohmigen Pfad fließt.

Im Falle des Überstroms aktiviert die Steuereinheit 8 die zweite Abschalteinheit A2, wodurch der niederohmige Pfad getrennt wird. Dadurch fließt der komplette Überstrom über den zu der zweiten Abschalteinheit A2 parallelen Pfad mit der

Überstromschutzeinrichtung F, welche daraufhin auslöst und die Hochvoltleitung 4 unterbricht. Durch Aktivieren der zweiten Abschalteinheit A2 und Auslösen der

Überstromschutzeinrichtung F im Falle des Überstroms ist der Stromfluss über die zweite Trenneinheit T2 unterbrochen und somit die Hochvoltleitung 4 getrennt. Die erste

Trenneinheit T 1 bzw. die erste Abschalteinheit A1 kann in diesem Fall ebenfalls deaktiviert bleiben. Zum Trennen der Hochvoltleitung 4 reicht es also aus, nur eine der beiden Trenneinheiten T1 , T2 zu aktivieren, wobei die zweite Trenneinheit T2 den Stromfluss nur im Falle des Überstroms unterbricht.

In einer zweiten Ausführungsform der Trennvorrichtung 6 gemäß Fig. 2 sind die erste Abschalteinheit A1 und die Überstromschutzeinrichtung F in Reihe geschaltet. Die zweite Abschalteinheit A2 ist parallel zu der Serienschaltung aus erster Abschalteinheit A1 und Überstromschutzeinrichtung F geschaltet. Da im Normalbetrieb der gesamte über die Hochvoltleitung 4 transportierte Betriebsstrom nahezu vollständig über die zweite

Abschalteinheit A2 fließt, kann die erste Abschalteinheit A1 mit einer geringeren Stromtragfähigkeit ausgebildet sein. Im Überstromfall wird durch die Steuereinheit 8 wiederum die zweite Abschalteinheit A2 aktiviert, welche daraufhin den niederohmigen Pfad unterbricht und den Überstrom zu der Überstromschutzeinrichtung F leitet. Diese unterbricht daraufhin die Hochvoltleitung 4, auch wenn die erste Abschalteinheit A1 deaktiviert ist. Im Falle des kritischen Ereignisses des Kraftfahrzeugs aktiviert die

Steuereinheit 8 beide Abschalteinrichtungen A1 , A2 sodass sowohl der niederohmige Pfad also auch der parallele, die Serienschaltung mit der Überstromschutzeinrichtung F und der ersten Abschalteinheit A1 aufweisende Pfad unterbrochen wird und damit die Hochvoltleitung 4 getrennt wird.

In einer dritten Ausführungsform der T rennvorrichtung 6 gemäß Fig. 3 weist die zweite Trenneinheit T2 eine Serienschaltung aus der Überstromschutzeinrichtung F und der zweiten Abschalteinheit A2 auf. Die zweite Abschalteinheit A2 ist hier als ein Schalter S, insbesondere als ein Halbleiterschalter, ausgebildet. Der Schalter S ist beispielsweise als ein Thyristor oder MOSFET ausgebildet und weist daher eine besonders hohe

Schaltgeschwindigkeit sowie eine hohe Spitzenstromtragfähigkeit auf. Im Normalbetrieb ist der Schalter S geöffnet, sodass der gesamte Betriebsstrom über die zu der zweiten Trenneinheit T2 parallel geschaltete erste Trenneinheit T1 fließt. Im Falle des Unfalls des Kraftfahrzeugs aktiviert die Steuereinheit 8 die erste Abschalteinheit A1 bzw. die erste Trenneinheit T1 , welche daraufhin den Stromfluss unterbricht. Aufgrund des geöffneten Schalters S der zweiten Trenneinheit T2 ist auch über die zweite Trenneinheit T2 kein Stromfluss möglich, sodass die Hochvoltleitung 4 getrennt ist. Im Überstromfall wird zunächst der Schalter S geschlossen und damit die zweite Trenneinheit T2 aktiviert. Dann wird die erste Abschalteinheit A1 aktiviert, sodass der Stromfluss ausschließlich über die Serienschaltung der zweiten Trenneinheit T2 fließt. Die darin enthaltene

Überstromschutzeinrichtung F löst im Falle des Überstroms aus und trennt damit die Hochvoltleitung 4.

In einer vierten Ausführungsform der Trennvorrichtung 6 gemäß Fig. 4 weist die

Trennvorrichtung 6 zusätzlich eine Entladeeinheit 9 auf. Die Trenneinheiten T1 , T2 entsprechen hier den Trenneinheiten T1 , T2 der Ausführungsform der T rennvorrichtung 6 gemäß Fig. 2. Die T renneinheiten T1 , T2 könnten aber auch den T renneinheiten T1 , T2 der Ausführungsformen der Trennvorrichtung 6 gemäß Fig. 1 oder Fig. 3 entsprechen.

Die Entladeeinheit 9 dient dazu, einen Hochvoltzwischenkreis ZK des Hochvoltbordnetzes 1 zu entladen. Der Hochvoltzwischenkreis ZK weist hier einen Zwischenkreiskondensator C auf, welcher beispielsweise dazu ausgelegt ist, die Energie der Hochvoltbatterie 2 für die Antriebsmaschine 3 zwischenzuspeichern. Die Antriebsmaschine 3 kann beispielsweise einen integrierten Umrichter aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, die im Hochvoltzwischenkreis ZK gespeicherte Energie in eine Dreiphasenwechselspannung zum Bestromen von Phasen der Antriebsmaschine 3 umzuwandeln.

Andernfalls könnte durch eine Deformation des Kraftfahrzeugs ein Kurzschluss zwischen dem Hochvoltbordnetz 1 und einem Niedervoltbordnetz mit anschließender Zerstörung von Niedervoltkomponenten des Niedervoltbornetzes erfolgen. Die Entladeeinheit 9 ist über die Überstromschutzeinrichtung F elektrisch mit dem Hochvoltzwischenkreis ZK verbunden. Die Entladeeinheit 9 weist eine Zuschalteinheit V sowie einen zu der

Zuschalteinheit V seriellen Entladewiderstand R auf. Die Zuschalteinheit V ist

insbesondere als eine pyrotechnische Zuschalteinheit P3 ausgebildet. Im deaktivierten Zustand der Entladeeinheit 9, also wenn keine Entladung des Hochvoltzwischenkreises ZK erfolgen soll, ist die Zuschalteinheit V geöffnet, sodass kein Entladepfad über die Überstromschutzvorrichtung F und die Entladeeinheit 9 gebildet wird. Im aktivierten Zustand der Entladeeinheit 9, also wenn eine Entladung des Hochvoltzwischenkreises ZK erfolgen soll, ist die Zuschalteinheit V geschlossen, sodass ein Entladepfad von dem Zwischenkreiskondensator C über die Überstromschutzvorrichtung F und die

Entladeeinheit 9 gebildet wird. Dabei wird die Energie des Hochvoltzwischenkreises ZK am Entladewiderstand R der Entladeeinheit 9 in Wärme umgewandelt. Zum Aktivieren der Entladeeinheit 9 kann die Steuereinheit 8 die Zuschalteinheit V schließen.

Im Normalbetrieb fließt der Betriebsstrom über die Parallelschaltung der T rennvorrichtung 6, welche die zweite pyrotechnische Abschalteinheit P2 und die Serienschaltung aus Überstromschutzeinrichtung F und erster pyrotechnischer Abschalteinheit P1 umfasst. Im Falle des Unfalls, beispielsweise nach einem Signal des Airbagsteuergerätes, kann die Steuereinheit 8 die zweite pyrotechnische Abschalteinheit P2 und mit zeitlichem Versetz die erste pyrotechnische Abschalteinheit P1 aktivieren bzw. zünden. Die Stromtrennung erfolgt somit durch die pyrotechnischen Abschalteinheiten P1 , P2. Nach erfolgter Stromtrennung wird die pyrotechnische Zuschalteinheit P3 geschlossen und damit die Entladeeinheit 9 aktiviert. Dadurch erfolgt die Entladung des Hochvoltzwischenkreises ZK. Die Überstromschutzeinrichtung F bildet dabei einen Überlastschutz für den

Entladepfad.

Im Überstromfall, welcher beispielsweise anhand des Messsignals der

Strommesseinrichtung M1 erkannt wird, aktiviert bzw. zündet die Steuereinheit 8 die zweite pyrotechnische Abschalteinheit P2. Daraufhin wird der Überstrom vollständig über die Überstromschutzeinrichtung F und die pyrotechnische Abschalteinheit P1 geführt, wodurch die Überstromschutzeinrichtung F auslöst. Nach der Auslösung der Überstromschutzeinrichtung F ist der Stromkreis getrennt und ein sicherer Zustand erreicht.

Bezugszeichenliste

1 Hochvoltbordnetz

2 erste Hochvoltkomponente

3 zweite Hochvoltkomponente

4 Hochvoltleitungen

5 Hauptschütz

6 Trennvorrichtung

7 Schmelzsicherung

8 Steuereinheit

9 Entladeeinheit

T1 , T2 Trenneinheiten

A1 , D2 Abschalteinheiten

R1 , R2 pyrotechnische Abschalteinheiten M1 , M2 Strommesseinrichtungen

F Überstromschutzeinrichtung

S Schalter

zk Hochvoltzwischenkreis

C Zwischenkreiskondensator

V Zuschalteinheit

R3 pyrotechnische Zuschalteinheit

R Entladewiderstand