DE102011006510A1

DE102011006510A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011006510A1
Application number: DE102011006510A
Authority: DE
Inventors: Tankut Uzan; Julian Doerreich; Dimitrios STAVRIANOS
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-04
Also published as: WO2012130502A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (10), insbesondere Hybridfahrzeugs (10), vorgeschlagen, mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz (12) für eine elektrische Maschine, mit den Schritten: – Erfassen eines Unfallsignals (18), – Erfassen einer elektrischen Spannung in dem Hochspannungsnetz (12), und – Ausgeben eines Warnsignals (28, 30), wobei das Ausgeben dann erfolgt, wenn nach Ablauf einer Zeitspanne nach dem Erfassen des Unfallsignals (18) eine Gefahr für Personen durch die elektrische Spannung bestehen könnte.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Hybridfahrzeugs, mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz für eine elektrische Maschine, mit den Schritten:

– Erfassen eines Unfallsignals,
– Erfassen einer elektrischen Spannung in dem Hochspannungsnetz, und
– Ausgeben eines Warnsignals.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuer- und Auswerteeinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz für eine elektrische Maschine, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, ein Unfallsignal zu erfassen, eine elektrische Spannung in dem Hochspannungsnetz zu erfassen und ein Warnsignal auszugeben.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz für eine elektrische Maschine und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit der oben beschriebenen Art.
Ein derartiges Verfahren sowie ein derartiges Kraftfahrzeug sind aus WO 2010/057724 A1 bekannt.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine als alleinigen Antrieb oder gemeinsam mit einem Antriebsmotor eines anderen Typs (Hybridantrieb) zu verwenden. Typischerweise bestehen Hybridantriebe aus einer Kombination von einer Brennkraftmaschine und mindestens einer elektrischen Maschine sowie den zugehörigen Energiespeichern in Form eines Kraftstofftanks sowie einer Batterie. Es existieren unterschiedliche Arten von Hybridantrieben, wobei zwischen zwei Grundstrukturen unterschieden wird, und zwar zwischen seriellen und parallelen Hybridantrieben. Eine Kombination beider Strukturen wird zudem als leistungsverzweigter Hybridantrieb bezeichnet.
Der serielle Hybridantrieb zeichnet sich durch eine Reihenschaltung von Energiewandlern aus. Dies erfordert beispielsweise zwei elektrische Maschinen und eine Brennkraftmaschine. Eine der elektrischen Maschinen wird generatorisch betrieben, die andere elektrische Maschine wird motorisch betrieben. Die Brennkraftmaschine selbst ist nicht mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verbunden. Sie lädt über die generatorisch betriebene elektrische Maschine die Batterie auf und/oder stellt der motorisch betriebenen elektrischen Maschine die benötigte elektrische Energie direkt zur Verfügung. Die Leistung, die zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs notwendig ist, wird somit ausschließlich von der motorisch betriebenen elektrischen Maschine auf den Antriebsstrang übertragen.
Der parallele Hybridantrieb zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl eine Brennkraftmaschine als auch eine elektrische Maschine ihre mechanischen Leistungen an einen Antriebsstrang weitergeben können. Durch eine mechanische Kopplung beider Maschinen mit dem Antriebsstrang können die Leistungen addiert werden. Die Möglichkeit dieser Leistungsaddition erlaubt eine relativ kleine Dimensionierung beider Maschinen, ohne dass sich Nachteile bei Fahrleistungen für das Kraftfahrzeug daraus ergeben.
Es gibt unterschiedliche Arten der Umsetzung paralleler Hybridantriebe. Eine Möglichkeit ist es, die elektrische Maschine direkt mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu verbinden (Kurbelwellen-Starter-Generator) oder durch einen Riemenantrieb mit der Brennkraftmaschine zu koppeln. Beide Antriebsquellen können somit sowohl gemeinsam als auch einzeln für die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Die elektrische Maschine kann zudem wahlweise generatorisch oder motorisch betrieben werden.
Der leistungsverzweigte Hybridantrieb zeichnet sich durch eine Kombination der bereits dargestellten Prinzipien aus. Der Einsatz eines leistungsverzweigten Getriebes (Planetengetriebe) ermöglicht es, einen Teil der Leistung der Brennkraftmaschine direkt, d. h. mechanisch, an den Antriebsstrang weiterzuleiten, während der verbleibende Teil der Leistung über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie kann wiederum wahlweise in einer Batterie eingespeichert oder direkt an eine nach dem Getriebe angeordneten elektrische Maschine weitergeleitet werden. Beim leistungsverzweigten Hybridantrieb können sowohl die elektrische Maschine als auch die Brennkraftmaschine für die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs genutzt werden.
Zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen in einem Kraftfahrzeug und insbesondere in einem Hybridfahrzeug dient typischerweise eine Leistungselektronik. Diese beinhaltet einen Wechselrichter, der die Gleichspannung/den Gleichstrom der an Bord des Kraftfahrzeugs befindlichen (Hochspannungs-)Batterie in einen Wechselstrom umwandelt. Die Leistungselektronik führt eine Hochspannung von mindestens 60 Volt, typischerweise ~250 Volt. Somit ist diese Spannung im Sinne der Norm ISO VDE, 0100 gefährlich für Personen. Diese Spannung ist jedoch erforderlich, um die benötigte Leistung der elektrischen Maschinen bereitstellen zu können und gleichzeitig unnötig große Leiterquerschnitte und damit ein unnötig hohes Fahrzeuggewicht vermeiden zu können.
Um eine Gefahr für Personen zu verringern, werden unter Hochspannung stehende Teile eines hochspannungsführenden Netzes (Hochspannungsnetz) durch zusätzliche Isolationen, Abdeckungen und durch eine galvanische Trennung von niederspannungsführenden Netzen (Niederspannungsnetze), insbesondere Bordnetzen, geschützt. Die Niederspannungsnetze weisen typischerweise eine elektrische Spannung von 12 V oder 24 V auf. Ferner werden periodisch oder kontinuierlich Isolationsüberwachungen und Fehlerstromüberwachungen mit Abschaltung solcher Hochspannungsnetze als zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen eingesetzt.
Im Fall einer galvanischen Trennung besteht erst ab zwei Isolationsfehlern eine Gefährdung für Personen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Hochspannungsnetz mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden wird. Dann muss die Energie im Hochspannungsnetz abgebaut werden. Dies kann beispielsweise durch eine Trennung der Hochspannungsbatterie von dem Hochspannungsnetz und durch eine Entladung vorhandener Energie-Zwischenspeicher des Hochspannungsnetzes erfolgen.
Derartige Isolationsfehler und damit eine Gefährdungen von Personen können beispielsweise bei Verkehrsunfällen auftreten. Hierbei können Situationen auftreten, die durch Verformung des Kraftfahrzeugs sowie Zerstörungen der Isolationen zu lebensbedrohlichen Berührspannungen und Ableitströmen führen können, die beispielsweise über die Karosserie des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
Bei konventionellen Kraftfahrzeugen existieren bereits verschiedene Vorkehrungen zum Schutz der Insassen und anderer Verkehrsteilnehmer bei einem Unfall. Beispielsweise erfolgt eine Sicherheitskraftstoffabschaltung, ein Öffnen einer Zentralverriegelung und von Fensterscheiben und es wird eine Warnblinkanlage eingeschaltet. Für einen sicheren Betrieb von Kraftfahrzeugen mit Hochspannungsnetzen bedarf es nunmehr Sicherheitsvorkehrungen, um Sicherheitskräfte, Insassen und Ersthelfer vor möglichen lebensgefährlichen Berührspannungen und Ableitströmen nach einem Verkehrsunfall zu warnen und damit zu schützen.
Die eingangs genannte WO 2010/057724 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Einrichtung, die eine für die Berührung durch eine Person unzulässig hohe Spannungshöhe aufweist. Das Kraftfahrzeug weist ferner einen Meldesensor auf, der im Falle eines Unfalls anspricht und eine Warneinrichtung zur Signalisierung der Spannungshöhe auslöst. Sobald über den Meldesensor eine Unfallsituation erfasst wird, erfolgt eine Sensierung einer elektrischen Spannung. Ist diese unzulässig hoch, dann erfolgt eine Ausgabe einer Warnmeldung, die sich nähernde Personen, insbesondere Rettungspersonal, auf die Gefahr der hohen elektrischen Spannung aufmerksam macht.
Das Hochspannungsnetz kann sich jedoch bis zum Eintreffen von Ersthelfern und Rettungskräften entladen. Dann würde ein einmal ausgelöstes Warnsignal dazu führen, dass eine Rettung von Insassen durch das Warnsignal verzögert werden würde, da diese zunächst geeignete Sicherheitsmaßnahmen treffen müssten, welche möglicherweise nicht mehr notwendig sind.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitsmaßnahme bereitzustellen, die dann ein Warnsignal ausgibt, wenn eine entsprechende Gefahrensituation vorliegt.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Ausgeben dann erfolgt, wenn nach Ablauf einer Zeitspanne nach dem Erfassen des Unfallsignals eine Gefahr für Personen durch die elektrische Spannung bestehen könnte.
Ferner wird die obige Aufgabe durch eine Steuer- und Auswerteeinheit der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu ausgebildet ist, das Warnsignal dann auszugeben, wenn nach Ablauf einer Zeitspanne nachdem das Unfallsignal erfasst wurde eine Gefahr für Personen durch die elektrische Spannung bestehen könnte.
Schließlich stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz für eine elektrische Maschine mit einer Steuer- und Auswerteeinheit der oben beschriebenen Art bereit.
Vorteile der Erfindung
Es ist die Idee der Erfindung, dass zunächst der Ablauf der Zeitspanne abgewartet wird, bevor die Ausgabe des Warnsignals erfolgt. Hierdurch wird es möglich, dass sich das Hochspannungsnetz zunächst entladen kann, auch wenn dies mit einer Verzögerung erfolgt. Dadurch werden Fehlsignalisierungen verhindert, die bei sofortiger Ausgabe des Warnsignals erfolgen könnten. Somit wird erreicht, dass Rettungskräfte und Ersthelfer nicht fälschlicherweise vor einer gefährlichen Spannung gewarnt werden und somit eine Rettung der Insassen insgesamt ohne Verzögerung erfolgen kann.
Unter dem Hochspannungsnetz wird hier ein elektrisches Netzwerk in dem Kraftfahrzeug verstanden, welches für Personen gefährliche Spannungen insbesondere nach der Norm ISO VDE 0100 führt. Diese liegen typischerweise bei 60 Volt.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das Unfallsignal aus bereits bestehenden Sicherheitssystemen bezogen wird. Beispielsweise ist es denkbar, das Unfallsignal aus einer Airbag-Auslösevorrichtung zu beziehen. Zudem ist es denkbar, dass das Unfallsignal aus eigens dafür vorgesehenen Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren, bezogen wird.
Das Ausgeben des Warnsignals kann sowohl direkt durch die Steuer- und Auswerteeinheit erfolgen als auch durch diese initialisiert werden. Dann werden vorhandene Mittel des Kraftfahrzeugs zum Ausgeben des Warnsignals von der Steuer- und Auswerteeinheit genutzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erfassen der elektrischen Spannung in einem Zwischenkreis des Hochspannungsnetzes.
In dieser Ausführungsform erfolgt das Erfassen der elektrischen Spannung in dem Zwischenkreis (Traktionsnetz) des Hochspannungsnetzes, welcher eine Gleichspannung führt. Der Zwischenkreis weist typischerweise eine Hochspannungsbatterie auf, welche mit einem Kondensator und einer Leistungselektronik (Inverter) verbunden ist. Die Leistungselektronik schließt den Zwischenkreis ab und ist mit der elektrischen Maschine verbunden. Die Leistungselektronik weist zwei Betriebsmodi auf. In einem ersten Betriebsmodus kann die Gleichspannung aus dem Zwischenkreis in eine Wechselspannung gewandelt werden, die die elektrische Maschine motorisch betreibt. In einem zweiten Betriebsmodus wird die elektrische Maschine generatorisch betrieben und die entstehende Wechselspannung von der Leistungselektronik in eine Gleichspannung umgewandelt, welche die Hochspannungsbatterie lädt.
Ferner ist typischerweise vorgesehen, dass der Zwischenkreis mit einem DC/DC-Wandler verbunden ist, welcher ein Niederspannungsnetz (Bordnetz) mit dem Zwischenkreis verbindet. Der DC/DC-Wandler weist ebenfalls zwei Betriebsmodi auf. In einem ersten Betriebsmodus wandelt der DC/DC-Wandler die elektrische Spannung aus dem Zwischenkreis in eine elektrische Spannung des Niederspannungsnetzes. Diese weist typischerweise 12 V oder 24 V auf. In einem zweiten Betriebsmodus wandelt der DC/DC-Wandler die elektrische Spannung des Niederspannungsnetzes in die elektrische Spannung des Hochspannungsnetzes (Boost-Betrieb), so dass der Zwischenkreis elektrische Energie aus dem Niederspannungsnetz beziehen kann.
Zudem kann im Hochspannungsnetz ein Hochspannungsschütz vorgesehen sein, welcher die Hochspannungsbatterie von den restlichen Komponenten in einer Gefahrensituation abtrennen kann.
Aufgrund dieser typischen Ausführung des Zwischenkreises ergeben sich folgende Ursachen für gefährliche Spannungen nach einem Unfall:

1. der Hochspannungsschütz ist bei geladener Hochspannungsbatterie aufgrund einer externen Krafteinwirkung mechanisch verklemmt,
2. die elektrische Maschine ist in einem generatorischen Betrieb und wird weiterhin angetrieben, wodurch sie weiterhin elektrische Energie über die Leistungselektronik in den Zwischenkreis speist,
3. der DC/DC-Wandler wandelt weiterhin elektrische Spannung aus dem Niederspannungsnetz in das Hochspannungsnetz (Boost-Mode), und/oder
4. ein vorgesehenes Entladen des Zwischenkreises reduziert die gefährlichen Spannungen nicht ausreichend schnell.

Alle diese Fehlerfälle können durch die Diagnose der Zwischenkreisspannung erkannt werden. Das Erfassen der elektrischen Spannung in dem Zwischenkreis hat somit den Vorteil, dass nur eine einzelne elektrische Spannung erfasst werden muss, um gleichzeitig alle möglichen Fehlerfälle zu erkennen. Es besitzt zudem den Vorteil, dass Hybrid- und Elektrofahrzeuge typischerweise bereits eine Spannungserfassungseinheit in dem Zwischenkreis aufweisen. Somit können bestehende Systeme sehr wirtschaftlich und einfach weiter verwendet werden. Auch ergibt sich der Vorteil, dass die Zwischenkreisspannung sehr häufig mehrfach von verschiedenen Spannungserfassungseinheiten erfasst wird, wodurch sie redundant vorliegt. Dies hat den Vorteil einer einfachen Umsetzung der Erfindung bei gleichzeitiger hoher Sicherheit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Zeitspanne in ihrer Dauer vordefiniert.
In dieser Ausführungsform wird die Zeitspanne fest vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass die Zeitspanne im Vorfeld einer Kraftfahrzeugbenutzung durch Berechnungen und/oder Tests ermittelt werden kann und in einem Speicher der Steuer- und Auswerteeinheit des Kraftfahrzeugs hinterlegt werden kann. Die Dauer kann somit individuell für jeden Fahrzeugtyp ermittelt und vordefiniert werden, so dass die Dauer optimal an das jeweilige Kraftfahrzeug angepasst ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Dauer aus einem Bereich von 20 bis 40 Sekunden gewählt, wenn das Hochspannungsnetz passiv durch mindestens einen angeschlossenen elektrischen Verbraucher entladen werden soll.
In dieser Ausgestaltungsform weist die Dauer einen Wert von 20 bis 40 Sekunden auf. Diese Dauer wird dann eingesetzt, wenn das Hochspannungsnetz passiv entladen werden soll. Das Hochspannungsnetz wird dann passiv entladen, wenn beispielsweise nach erfolgtem Unfall nur die bereits angeschlossenen elektrischen Verbraucher für ein Entladen des Hochspannungsnetzes eingesetzt werden. Tests der Anmelderin haben gezeigt, dass eine Dauer von 30 Sekunden besonders geeignet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Dauer aus einem Bereich von 1 bis 5 Sekunden ausgewählt, wenn das Hochspannungsnetz aktiv durch Zuschalten eines elektrischen Verbrauchers entladen werden soll.
In dieser Ausführungsform weist die Dauer einen Wert von 1 bis 5 Sekunden auf. Diese Dauer wird dann eingesetzt, wenn das Hochspannungsnetz aktiv entladen werden soll. Das Hochspannungsnetz wird dann aktiv entladen, wenn beispielsweise nach erfolgtem Unfall ein Zuschalten von zusätzlichen elektrischen Verbrauchern erfolgt, die dazu führen, dass das Hochspannungsnetz entladen wird. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass das Entladen des Hochspannungsnetzes gegenüber einem passiven Entladen schneller erfolgt.
Ferner ist es denkbar, das aktive Entladen und das passive Entladen zu kombinieren. Hierzu kann zunächst versucht werden, das Hochspannungsnetz aktiv zu entladen. Kann dies aufgrund des Kraftfahrzeugzustandes nicht erfolgen, so wird das Hochspannungsnetz lediglich passiv entladen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn mehrere Dauern für die Zeitspanne zur Auswahl stehen. Dann kann die Dauer der Zeitspanne in Abhängigkeit der Art des Entladens (aktiv oder passiv) gewählt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Unfallsignal in Abhängigkeit eines Unfallsensors erzeugt.
In dieser Ausführungsform wird ein Unfallsensor eingesetzt, um festzustellen, dass ein Unfall vorliegt und um ein entsprechendes Unfallsignal auszulösen. Als Unfallsensor eignen sich insbesondere Beschleunigungsmesssensoren. Diese können eine unfalltypische Beschleunigung detektieren und beispielsweise einem entsprechenden Steuergerät mitteilen, welches dann das Unfallsignal erzeugt. Es ist besonders bevorzugt, bereits bestehende Systeme wie beispielsweise eine Airbag-Auslösevorrichtung als Unfallsensor einzusetzen. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Unfallsensoren eingesetzt werden müssen und eine wirtschaftliche Umsetzung der Sicherheitsmaßnahmen möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Ausgeben des Warnsignals optisch, akustisch und/oder haptisch.
Ein optisches Warnsignal kann durch eine eigens dafür angebrachte Warnleuchte erzeugt werden. Zudem ist es denkbar, bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Lichtquellen, Warnblinkanlagen oder Leuchten einzusetzen. Ein akustisches Warnsignal kann durch eine eigens dafür vorgesehene Tonquelle erzeugt werden. Zudem ist es denkbar, das Signalhorn des Kraftfahrzeugs hierfür zu verwenden. Dabei kann das akustische Warnsignal als Dauerton oder als alternierender Ton ausgebildet sein. Als haptisches Warnsignal eignen sich beispielsweise Rüttelsignale, die vorzugsweise durch eine Exzentervorrichtung erzeugt werden können. Bevorzugt werden mehrere Warnsignale unterschiedlicher Art gleichzeitig ausgegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Ausgeben des Warnsignals mittels einer Alarmanlage.
In dieser Ausführungsform wird die Alarmanlage des Kraftfahrzeugs ausgelöst, wenn das Warnsignal ausgegeben werden soll. Dies hat den Vorteil, dass Alarmanlagen bereits dazu ausgelegt sind, Warnsignale auszugeben. Somit kann diese bereits bestehende Struktur sehr einfach und wirtschaftlich zur Realisierung der Erfindung eingesetzt werden. Die Alarmanlage kann typischerweise sowohl optische, akustische als auch haptische Warnsignale ausgeben. Dabei können akustische Warnsignale als Dauerton oder alternierend erfolgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einem Hochspannungsnetz in einer Unfallsituation, wobei Warnsignale ausgegeben werden; und
2 stellt ein Schaltbild einer Bordelektronik des Kraftfahrzeugs aus 1 dar.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Hybridfahrzeug 10 dargestellt, welches ein Hochspannungsnetz 12 aufweist. Der Vollständigkeit halber wird hier darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf ein Hybridfahrzeug beschränkt ist, sondern in jedem Fahrzeug mit einem Hochspannungsnetz eingesetzt werden kann.
Das Hybridfahrzeug 10 ist mit einem Hindernis 14 zusammengestoßen, so dass eine Unfallsituation vorliegt. Das Hybridfahrzeug 10 weist einen Unfallsensor 16 auf, welcher aufgrund des Zusammenstoßes ein Unfallsignal 18 an eine Steuer- und Auswerteeinheit 20 weitergegeben hat. Die Steuer- und Auswerteeinheit 20 erfasst aufgrund dessen eine elektrische Spannung über einen Signalpfad 22 in dem Hochspannungsnetz 12. Die Steuer- und Auswerteeinheit 20 überprüft nun, ob die erfasste elektrische Spannung über einer für Personen gefährlichen Grenze liegt. Gleichzeitig wartet sie den Ablauf einer Zeitspanne ab. In der dargestellten Situation liegt die erfasste elektrische Spannung des Hochspannungsnetzes 12 oberhalb einer für Personen gefährlichen Grenze, so dass die Steuer- und Auswerteeinheit 20 eine Alarmanlage 24 des Hybridfahrzeugs 10 nach Ablauf der Dauer der Zeitspanne über einen Signalpfad 26 ausgelöst hat.
Die Alarmanlage 24 gibt aufgrund des Signals der Steuer- und Auswerteeinheit 20 Warnsignale 28 und 30 aus. Das Warnsignal 28 ist ein optisches Warnsignal in Form eines Warnblinkers. Das Warnsignal 30 ist ein akustisches Warnsignal mittels eines Signalhorns des Hybridfahrzeugs 10. Das Signalhorn ist in 1 nicht dargestellt.
Aufgrund der Warnsignale 28 und 30 werden Personen, die sich dem Hybridfahrzeug 10 nähern, davor gewarnt, dass eine gefährliche elektrische Spannung an Teilen des Hybridfahrzeugs 10, beispielsweise der Karosserie, anliegen kann. Aufgrund der abgewarteten Zeitspanne durch die Steuer- und Auswerteeinheit 20 wird jedoch verhindert, dass die Warnsignale 28 und 30 ausgegeben werden, obwohl sich das Hochspannungsnetz 12 noch entladen könnte.
In weiteren Ausführungsformen kann zudem vorgesehen sein, dass die elektrische Spannung innerhalb des Hochspannungsnetzes 12 periodisch von der Steuer- und Auswerteeinheit 20 überprüft wird, so dass die Warnsignale 28 und 30 dann abgeschaltet werden, wenn keine Gefahr aufgrund der hohen elektrischen Spannung des Hochspannungsnetzes 12 mehr vorliegen kann.
In 2 ist schematisch eine Bordelektronik 32 des Hybridfahrzeuges 10 dargestellt. Die Bordelektronik weist das Hochspannungsnetz 12, ein Niederspannungsnetz 34 und ein Steuernetz 36 auf.
Das Hochspannungsnetz 12 weist eine Hochspannungsbatterie 38 auf, die über Leitungen 40 mit einem Hochspannungsschütz 42 verbunden ist. Das Hochspannungsschütz 42 ist zudem über zwei Leitungen 44 mit einem Kondensator 46 und einer Leistungselektronik 48 (Inverter) verbunden. Der Hochspannungsschütz 42 bildet zusammen mit den Leitungen 44, dem Kondensator 46 und der Leistungselektronik 48 einen Zwischenkreis 50. Dieser Zwischenkreis 50 führt eine Gleichspannung 52 von 60 V, die Zwischenkreisspannung 52. Die Leistungselektronik 48 erzeugt eine Wechselspannung auf Basis der Zwischenkreisspannung 52. Diese Wechselspannung wird über drei Leitungen 54 an eine elektrische Maschine 56 weitergeleitet.
Die elektrische Maschine 56 kann generatorischen betrieben werden, so dass die Hochspannungsbatterie 38 über die Leistungselektronik 48 geladen wird. Hierzu wird die Leistungselektronik 48 in einem Betriebsmodus betrieben, der ein Laden der Hochspannungsbatterie 38 erlaubt. Alternativ kann die elektrische Maschine 56 motorisch betrieben werden, so dass elektrische Energie von der Hochspannungsbatterie 38 über die Leistungselektronik 48 an die elektrische Maschine 56 geleitet wird. Hierzu wird die Leistungselektronik 48 in einem zweiten Betriebsmodus betrieben. Während des Betriebs des Hochspannungsnetzes 12 ist der Hochspannungsschütz 42 geschlossen. Dieser wird dann geöffnet, wenn eine Fehlersituation, insbesondere eine Unfallsituation, vorliegt, um den Zwischenkreis 50 entladen zu können.
Das Niederspannungsnetz 34 ist über zwei Leitungen 58 mit den zwei Leitungen 44 des Zwischenkreises 50 elektrisch verbunden. Das Niederspannungsnetz 34 weist einen DC/DC-Wandler 60 auf, welcher mit Masse 62 verbunden ist. Zudem ist der DC/DC-Wandler über eine Leitung 64 mit einer Niederspannungsbatterie 66 und einem Bordnetz 68 verbunden. Das Bordnetz 68 weist eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern 69 auf, die hier exemplarisch als einzelner Widerstand dargestellt sind. Die Niederspannungsbatterie 66 sowie das Bordnetz 60 sind ebenfalls Bestandteile des Niederspannungsnetzes. Der DC/DC-Wandler 60 weist zwei Betriebsmodi auf. In einem ersten Betriebsmodus ermöglicht er eine Wandlung der hohen Zwischenkreisspannung 52 in eine niedrigere elektrische Spannung 70 des Niederspannungsnetzes 34. Diese liegt bei 12 Volt. In einem zweiten Betriebsmodus ermöglicht der DC/DC Wandler 60 die Wandlung der elektrischen Spannung 70 des Niederspannungsnetzes 34 in die hohe Zwischenkreisspannung 52. Somit besteht die Möglichkeit, zum einen das Niederspannungsnetz 34 aus dem Zwischenkreis 50 zu speisen und zum anderen, den Zwischenkreis 50 aus dem Niederspannungsnetz 34 zu speisen (Boost-Betrieb).
Das Steuernetz 36 weist die Steuer- und Auswerteeinheit 20 auf. Diese erfasst ein Spannungssignal über den Signalpfad 22 aus dem Zwischenkreis 50. Zudem kann die Steuer- und Auswerteeinheit 20 ein Steuersignal 72 an den DC/DC-Wandler 60 ausgeben, welcher den Betriebsmodus des DC/DC-Wandlers 60 bestimmt. Weiter kann die Steuer- und Auswerteeinheit 20 ein weiteres Steuersignal 74 an die Leistungselektronik 48 ausgeben. Das Steuersignal 74 bestimmt den Betriebsmodus der Leistungselektronik 48.
Zudem kann die Steuer- und Auswerteeinheit 20 das Unfallsignal 18 aus dem Unfallsensor 16 empfangen. Über den Signalpfad 26 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 20 mit der Alarmanlage 24 verbunden. Der Signalpfad 26 ist als CAN-Bus ausgebildet. Die Alarmanlage 24 gibt ein Steuersignal 76 an einen Warnsignalgeber 78 aus. Der Warnsignalgeber 78 kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Leuchte und/oder ein Signalhorn handeln.
Ferner weist die Steuer- und Auswerteeinheit 20 einen Datenspeicher 80 auf. Dieser enthält vordefinierte Werte für die Dauer einer Wartezeit.
Erfolgt ein Unfall des Hybridfahrzeugs 10, dann erzeugt der Unfallsensor 16 das Unfallsignal 18. Das Unfallsignal 18 wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 20 erfasst, welche daraufhin die elektrische Spannung 52 in dem Zwischenkreis 50 über den Signalpfad 22 erfasst. Um die Gefahr aufgrund der elektrischen Spannung 52 zu beseitigen, muss der Zwischenkreis 50 entladen werden.
Aufgrund des Unfalls bestehen mehrere Möglichkeiten, die Ursache für eine zu hohe elektrische Spannung 52 im Zwischenkreis 50 sein können. Eine Möglichkeit ist, dass das Hochspannungsschütz 42 verklemmt ist und gleichzeitig die Hochspannungsbatterie 38 geladen ist. In diesem Fall kann es vorkommen, dass das Hochspannungsschütz 42 nicht öffnet und somit die elektrische Spannung der Hochspannungsbatterie 38 im Zwischenkreis 50 anliegt. Eine weitere mögliche Ursache ist es, dass die elektrische Maschine 56 weiter generatorischen betrieben wird und somit über die Leistungselektronik 48 eine elektrische Spannung in den Zwischenkreis 50 speist. Zudem ist als mögliche Ursache denkbar, dass der DC/DC-Wandler 60 weiterhin in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, so dass er die elektrische Spannung 70 aus dem Niederspannungsnetz 34, insbesondere aus der Niederspannungsbatterie 66 wandelt und in den Zwischenkreis 50 speist. Weiterhin ist es denkbar, dass als mögliche Ursache ein Entladen nicht ausreichend schnell erfolgt.
Das Entladen des Zwischenkreises 50 kann passiv und/oder aktiv erfolgen.
Ein passives Entladen des Zwischenkreises 50 erfolgt dadurch, dass bereits angeschlossene elektrische Verbraucher, beispielsweise die elektrischen Verbraucher 69 im Niederspannungsnetz 30, unverändert zugeschaltet bleiben, so dass sich die elektrische Spannung 52 im Zwischenkreis 50 über den DC/DC-Wandler 60 in dem Niederspannungsnetz 34 entlädt. Für ein aktives Entladen werden zusätzliche elektrische Verbraucher hinzugeschaltet. Dies kann durch Hinzuschalten von weiteren elektrischen Verbrauchern 69 innerhalb des Bordnetzes 68 erfolgen. Somit ist eine sehr schnelle Entladung des Zwischenkreises 50 gewährleistet. Denkbar hierfür sind sämtliche elektrischen Verbraucher innerhalb des Hybridfahrzeugs 10, welche sich hinzuschalten lassen.
Hat die Steuer- und Auswerteeinheit 20 das Unfallsignal 16 erfasst und liegt gleichzeitig eine gefährliche Spannung 52 vor, dann wird zunächst der Ablauf der Zeitspanne abgewartet. Die Dauer der Zeitspanne ist vordefiniert und wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 20 aus dem Datenspeicher 80 entnommen.
Nach Ablauf der Zeitspanne wird überprüft, ob die elektrische Spannung 52 weiterhin zu hoch ist, so dass sie eine Gefahr für Personen darstellen könnte. Wenn dies nicht der Fall ist, dann ist das Verfahren abgeschlossen. Ist die Spannung 52 jedoch zu hoch, dann wird ein entsprechendes Signal über den Signalpfad 26 an die Alarmanlage 24 ausgegeben. Diese erzeugt wiederum das Warnsignal 28, 30 mit Hilfe des Warnsignalgebers 78. Hierbei kann es sich um das Warnsignal 28 und/oder das Warnsignal 30 handeln.
Somit werden herannahende Personen vor der drohenden Gefahr effektiv geschützt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/057724 A1 [0004, 0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm ISO VDE, 0100 [0010]
Norm ISO VDE 0100 [0022]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (10), insbesondere Hybridfahrzeugs (10), mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz (12) für eine elektrische Maschine (56), mit den Schritten: – Erfassen eines Unfallsignals (18), – Erfassen einer elektrischen Spannung (52) in dem Hochspannungsnetz (12), und – Ausgeben eines Warnsignals (28, 30), dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgeben dann erfolgt, wenn nach Ablauf einer Zeitspanne nach dem Erfassen des Unfallsignals (18) eine Gefahr für Personen durch die elektrische Spannung (52) bestehen könnte.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der elektrischen Spannung (52) in einem Zwischenkreis (50) des Hochspannungsnetzes (12) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne in ihrer Dauer vordefiniert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer aus einem Bereich von 20 bis 40 Sekunden gewählt wird, wenn das Hochspannungsnetz (12) passiv durch mindestens einen angeschlossenen elektrischen Verbraucher (69) entladen werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer aus einem Bereich von 1 bis 5 Sekunden gewählt wird, wenn das Hochspannungsnetz (12) aktiv durch Zuschalten eines elektrischen Verbrauchers (69) entladen werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Unfallsignal (18) in Abhängigkeit eines Unfallsensors (16) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgeben des Warnsignals (28, 30) optisch, akustisch und/oder haptisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgeben des Warnsignals (28, 30) mittels einer Alarmanlage (24) erfolgt.
Steuer- und Auswerteeinheit (20) für ein Kraftfahrzeug (10), insbesondere Hybridfahrzeug (10), mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz (12) für eine elektrische Maschine (56), wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (20) dazu ausgebildet ist, ein Unfallsignal (18) zu erfassen, eine elektrische Spannung (52) in dem Hochspannungsnetz (12) zu erfassen und ein Warnsignal (28, 30) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (20) weiter dazu ausgebildet ist, das Warnsignal (28, 30) dann auszugeben, wenn nach Ablauf einer Zeitspanne nachdem das Unfallsignal (18) erfasst wurde eine Gefahr für Personen durch die elektrische Spannung (52) bestehen könnte.
Kraftfahrzeug (10), insbesondere Hybridfahrzeug (10), mit mindestens einem elektrischen Hochspannungsnetz (12) für eine elektrische Maschine (56) und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (20) nach Anspruch 9.