DE102008012418A1 - Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zur Überprüfung der Kontaktierung einer Hochvoltbatterie mit den Hochvoltleitungen eines Hochvoltsystems - Google Patents

Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zur Überprüfung der Kontaktierung einer Hochvoltbatterie mit den Hochvoltleitungen eines Hochvoltsystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltsystem (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochvoltbatterie (7) und eine Last, wobei die Hochvoltbatterie (7) und die Last über Hochvoltleitungen (3, 4) miteinander verbunden sind, wobei die Hochvoltbatterie (7) über mindestens einen Schalter von mindestens einer der Hochvoltleitungen (3, 4) abtrennbar ist, wobei parallel zur Last ein Kondensator (6) angeordnet ist, wobei mittels einer Einrichtung der Ladestrom des Kondensators (6) ermittelbar ist und mittels einer weiteren Einrichtung der Kondensator (6) bei geöffnetem Schalter unter ein vorgegebenes Spannungsniveau abgesenkt wird, wobei bei Schließen des Schalters der Ladestrom des Kondensators (6) ermittelt wird und in Abhängigkeit des ermittelten Ladestroms der Schalter geöffnet wird oder geschlossen bleibt, sowie ein Verfahren zur Überprüfung der Kontaktierung einer Hochvoltbatterie (7) mit den Hochvoltleitungen (3, 4) eines Hochvoltsystems (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Überprüfung der Kontaktierung einer Hochvoltbatterie mit den Hochvoltleitungen eines Hochvoltsystems.
  • Insbesondere in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen kommen Hochvoltsysteme zur Anwendung, bei denen Spannungen von über 60 V zur Anwendung kommen, für die spezielle Schutzvorschriften hinsichtlich des Berührschutzes gelten. Die verwendeten Traktions- bzw. Hochvoltbatterien verwenden beispielsweise Spannungen von bis zu 288 V. Ein Problem bei derartigen Systemen ist sicherzustellen, dass bei der Einschaltung des Systems die Hochvoltbatterie ordnungsgemäß mit den Hochvoltleitungen verbunden ist, über die die Hochvoltbatterie mit der Last verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels dessen zuverlässig die Kontaktierung überprüfbar ist, sowie ein zugehöriges Verfahren zur Überprüfung zur Verfügung zu stellen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst das Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug eine Hochvoltbatterie und eine Last, wobei die Hochvoltbatterie und die Last über Hochvoltleitungen miteinander verbunden sind, wobei die Hochvoltbatterie über mindestens einen Schalter von mindestens einer der Hochvoltleitungen abtrennbar ist, wobei parallel zur Last ein Kondensator angeordnet ist, wobei mittels einer Einrichtung der Ladestrom des Kondensators ermittelbar ist und mittels einer weiteren Einrichtung der Kondensator bei geöffnetem Schalter unter ein vorgegebenes Spannungsniveau abgesenkt wird, wobei bei Schließen des Schalters der Ladestrom des Kondensators ermittelt wird und in Abhängigkeit des ermittelten Ladestroms der Schalter geöffnet wird oder geschlossen bleibt. Dabei wird ausgenutzt, dass durch die Absenkung der Kondensatorspannung nach Abschaltung des Systems beim Wiedereinschalten des Systems die Kondensatorspannung unterhalb der Spannung der Hochvoltbatterie liegt. Daher muss es beim Einschalten zu einem Ladestrom des Kondensators kommen. Fehlt dieser hingegen, lässt dies auf einen fehlenden Kontakt oder eine Leitungsunterbrechung schließen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vor der positiven Hochvoltleitung ein erster Schalter und ein zweiter Schalter parallel angeordnet, wobei in Reihe zum zweiten Schalter ein Vorladewiderstand angeordnet ist, wobei der Ladestrom des Kondensators nach Schließen des zweiten Schalters bei geöffnetem ersten Schalter erfasst wird. Hierdurch lässt sich der Ladestrom vom Betrag begrenzen, was insbesondere bei stark entladenen Kondensatoren oder Kurzschlüssen von Vorteil ist. Wird dann ein Ladestrom detektiert, wird dann später der erste Schalter geschlossen, der dann den zweiten Schalter mit Vorwiderstand kurzschließt. Der zweite Schalter kann dann geöffnet werden oder auch geschlossen bleiben. Wird hingegen kein Ladestrom detektiert, so wird der zweite Schalter wieder geöffnet und der erste Schalter bleibt offen.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist ein Schalter vor der negativen Hochvoltleitung angeordnet, wobei zunächst der Schalter in der negativen Hochvoltleitung geschlossen wird, bevor ein Schalter in der positiven Hochvoltleitung geschlossen wird. Weiter wird dieser vorzugsweise geöffnet, falls kein Ladestrom erfasst wird oder das Hochvoltsystem abgeschaltet wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Last als Wechselrichter ausgebildet, wobei der Kondensator der Zwischenkreiskondensator zwischen Hochvoltbatterie und Wechselrichter ist. Hierdurch wird nahezu vollständig auf ohnehin vorhandene Bauelemente zurückgegriffen. Dabei ist vorzugsweise der Wechselrichter als Pulswechselrichter ausgebildet, der einer umschaltbaren Elektromaschine im motorischen Betrieb Gleichstrom zuführt oder im generatorischen Betrieb der Elektromaschine die Hochvoltbatterie lädt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das vorgegebene Spannungsniveau zum Absenken der Kondensatorspannung beim Ausschalten des Hochvoltsystems kleiner 60 V, so dass der Berührungsschutz unkritischer ist. Die Hochvoltbatterie hat vorzugsweise eine Nennspannung größer 100 V und weiter vorzugsweise größer 280 V, insbesondere 288 V.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
  • 1 eine schematische Schaltungsanordnung eines Hochvoltsystems und
  • 2 ein Ablaufdiagramm des Hochvoltsystems beim Einschalten.
  • Das Hochvoltsystem 1 umfasst eine Hochvoltbatterieeinheit 2, eine positive Hochvoltleitung 3, eine negative Hochvoltleitung 4, einen Pulswechselrichter 5 und einen Kondensator 6, der parallel zum Pulswechselrichter 5 angeordnet ist. Die Hochvoltbatterieeinheit 2 umfasst eine Hochvoltbatterie 7, die beispielsweise als Batteriepack mit einer Nennspannung von 288 V ausgebildet ist, sowie einen ersten Schalter 8, einen zweiten Schalter 9 und einen dritten Schalter 10. Der zweite Schalter 9 ist parallel zum ersten Schalter 8 angeordnet, wobei in Reihe zum zweiten Schalter 9 ein Vorladewiderstand R angeordnet ist. Dabei ist ein Kontakt des ersten und zweiten Schaltelements bzw. Vorladewiderstandes R mit dem positiven Pol der Hochvoltbatterie 7 verbunden und der andere Kontakt ist mit der positiven Hochvoltleitung 3 verbunden. Der dritte Schalter 10 ist mit einem Kontakt mit dem negativen Pol der Hochvoltbatterie 7 und mit dem anderen Kontakt mit der negativen Hochvoltleitung 4 verbunden. Des Weiteren umfasst das Hochvoltsystem 1 eine nicht dargestellte Einrichtung zur Erfassung des Ladestroms des Kondensators 6 oder allgemein zur Erfassung des Stromes der Hochvoltbatterie. Diese kann beispielsweise am Vorladewiderstand R oder am Kondensator 6 angeordnet sein. Des Weiteren umfasst das Hochvoltsystem 1 eine Einrichtung zur Absenkung der Kondensatorspannung am Kondensator 6, d. h. nach Abschalten des Hochvoltsystems 1 und dem Öffnen aller drei Schalter 8-10 wird die Spannung unter ein vorgegebenes Spannungsniveau von vorzugsweise 60 V abgesenkt. Unter zur Hilfenahme des Ablaufdiagramms in 2 soll nun die Wirkungsweise des Hochvoltsystems 1 beim Einschalten erläutert werden.
  • In der Ausgangssituation sind alle drei Schalter 8-10 offen und der Kondensator 6 liegt auf einer Spannung von unterhalb 60 V. Wird nun in einem ersten Schritt 20 das Hochvoltsystem 1 eingeschaltet, beispielsweise durch Drehen eines Zündschlüssels, so wird zunächst in einem Schritt 21 der dritte Schalter 10 geschlossen. Anschließend wird in einem Schritt 22 der zweite Schalter 9 geschlossen. Da die Spannung der Hochvoltbatterie 7 größer als die Spannung am Kondensator 6 ist, fließt ein Ladestrom von der Hochvoltbatterie 7 zum Kondensator 6, wenn die Kontakte zwischen Batterieeinheit 2, Hochvoltleitungen 3, 4 und Kondensator 6 hergestellt sind. Sind hingegen die Hochvoltleitungen 3, 4 beispielsweise an die Batterieeinheit 2 nicht richtig angeschlossen, so fließt kein Kondensatorladestrom. Diese Abfrage erfolgt im Schritt 23. Wird kein Kondensatorladestrom detektiert, so werden in einem Schritt 24 die Schalter 9 und 10 geöffnet und gegebenenfalls in einem Schritt 25 ein Hochvoltsystemfehler angezeigt. Ist hingegen ein Kondensatorladestrom detektiert worden, so wird in einem Schritt 26 der erste Schalter 8 geschlossen und das Hochvoltsystem 1 arbeitet im Normalbetrieb 27. Die Schalter 8, 9, 10 sind vorzugsweise als Relais ausgebildet. Das Hochvoltsystem 1 ist vorzugsweise Bestandteil eines Hybridfahrzeuges.

Claims (12)

  1. Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochvoltbatterie und eine Last, wobei die Hochvoltbatterie und die Last über Hochvoltleitungen miteinander verbunden sind, wobei die Hochvoltbatterie über mindestens einen Schalter von mindestens einer der Hochvoltleitungen abtrennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Last ein Kondensator (6) angeordnet ist, wobei mittels einer Einrichtung der Ladestrom des Kondensators (6) ermittelbar ist und mittels einer weiteren Einrichtung der Kondensator (6) bei geöffnetem Schalter unter ein vorgegebenes Spannungsniveau abgesenkt wird, wobei bei Schließen des Schalters der Ladestrom des Kondensators (6) ermittelt wird und in Abhängigkeit des ermittelten Ladestroms der Schalter geöffnet wird oder geschlossen bleibt.
  2. Hochvoltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der positiven Hochvoltleitung (3) ein erster Schalter (8) und ein zweiter Schalter (9) parallel angeordnet sind, wobei in Reihe zum zweiten Schalter (9) ein Vorladewiderstand (R) angeordnet ist, wobei der Ladestrom des Kondensators (6) nach Schließen des zweiten Schalters (9) bei geöffnetem ersten Schalter (8) erfasst wird.
  3. Hochvoltsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der negativen Hochvoltleitung (4) ein Schalter (10) angeordnet ist.
  4. Hochvoltsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Last als Wechselrichter (5) ausgebildet ist, wobei der Kondensator (6) der Zwischenkreiskondensator zwischen Hochvoltbatterie (7) und Wechselrichter (5) ist.
  5. Hochvoltsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Spannungsniveau kleiner 60 V ist.
  6. Hochvoltsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennspannung der Hochvoltbatterie (7) größer 100 V ist.
  7. Verfahren zur Überprüfung der Kontaktierung einer Hochvoltbatterie (7) mit den Hochvoltleitungen (3, 4) eines Hochvoltsystems (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schließen des Schalters der Ladestrom des Kondensators (6) erfasst wird, wobei bei fehlendem Ladestrom der Schalter wieder geöffnet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, mittels eines Hochvoltsystems nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der zweite Schalter (9) geschlossen wird, wobei bei einem erfassten Ladestrom der erste Schalter (8) geschlossen wird und bei fehlendem Ladestrom der zweite Schalter (9) geöffnet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schließen des ersten Schalters (8) der zweite Schalter (9) geöffnet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, mittels eines Hochvoltsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Schalter (10) in der negativen Hochvoltleitung (4) geschlossen wird, bevor ein Schalter (8, 9) in der positiven Hochvoltleitung (3) geschlossen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (10) in der negativen Hochvoltleitung (4) geöffnet wird, falls kein Ladestrom erfasst wird oder das Hochvoltsystem (1) abgeschaltet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Spannungsniveau zum Absenken der Kondensatorspannung beim Ausschalten des Hochvoltsystems (1) kleiner 60 V gewählt wird.
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