DE102011078687A1 - Aktivieren einer Steuerungsvorrichtung zur Abschaltung des Hochvoltsystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Steuerungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, angeordnet oder mit diesem verbunden ist, wobei das Fahrzeug eine Hochvoltbatterie aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung aktiviert wird, sobald die Hochvoltbatterie geladen wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
  • Verschiedenartige Verfahren zur Abschaltung des Hochvoltsystems (auch als Hochvoltbordnetz bzw. HV bezeichnet) in Hybrid- und Elektrofahrzeugen sind bekannt. Ein derartiges Verfahren zeigt beispielsweise die DE 10 2009 039 913 A1 . Ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug weist eine Hochvoltbatterie (auch als Traktionsbatterie bezeichnet) auf, die mit dem Hochvoltsystem verbunden ist und dieses mit Spannung versorgt. Hochvoltsysteme in Hybrid- und Elektrofahrzeugen arbeiten mit Betriebsspannungen im Bereich von 100 bis 400 V. Wird das Hochvoltsystem durch einen Crash beschädigt, sodass die Karosserie durch die Beschädigung unter Spannung steht oder spannungsführende Zuleitungen der Berührung durch Personen zugänglich sind, bestehen für diese höchste Gefährdungen.
  • Um nach einem Unfall bzw. Crash die Gefährdung für Personen durch die Hochspannungen zu minimieren, sind beispielsweise aus der DE 10 2009 039 913 A1 eine HV-Abschaltsensorik (bestehend aus einer HV-Sensorik und einem HV-Steuergerät) bekannt, die unabhängig von einem im Fahrzeug verbauten Airbag-Steuergerät sind und in Abhängigkeit von einem Sensorsignal zum Abschalten des Hochvoltsystems im Fahrzeug eingesetzt werden. Wird mit der HV-Sensorik ein Crash oder ein Fahrzeugüberschlag detektiert, wird in Abhängigkeit von einem Sensorsignal der HV-Sensorik, das im HV-Steuergerät ausgewertet wird, das Hochvoltsystem abgeschaltet. Nachteilig an dieser HV-Abschaltsensorik ist, dass sie unabhängig von den üblicherweise verwendeten Vorrichtungen zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln, Rückhaltemitteln oder Sicherheitsmitteln (z.B. Airbag-System, Airbag-Steuergerät, etc.) ist. Somit stellt die HV-Abschaltsensorik neben dem Airbag-Steuergerät eine weitere, eigenständige Komponente dar, die im Fahrzeug verbaut werden muss, weiteren Bauraum beansprucht und zusätzlich die Fahrzeugkosten in die Höhe treibt. Sie erfüllt dabei lediglich Funktionen, die bereits vom Airbag-Steuergerät weitestgehend ausgeführt werden, da das Airbag-Steuergerät bereits so ausgelegt ist, dass es einen Crash detektieren kann.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Abschalten des Hochvoltsystems anzugeben.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine Strategie darstellt, um das Hochvoltbordnetz abzuschalten, wenn das Fahrzeug im Stillstand geladen und ein Crash detektiert wird.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Steuerungsvorrichtung aktiviert wird, sobald die Hochvoltbatterie geladen wird. Steuerungsvorrichtungen, die in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen verbaut sind und die einen Crash detektieren können, sind nicht aktiv, wenn die Zündung ausgeschaltet und das Fahrzeug zum Laden abgestellt ist. Erfolgt während des Ladens der Hochvoltbatterie des Fahrzeugs ein Crash, kann die Steuerungsvorrichtung somit weder den Crash detektieren, noch eine Entscheidung über die Abschaltung des Hochvoltsystems treffen oder anderen Steuergeräten wie z.B. dem Batteriemanagementsystem signalisieren, dass das Hochvoltsystem abgeschaltet werden muss. Erfindungsgemäß wird daher die Steuerungsvorrichtung zunächst aktiviert, sobald die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs geladen wird. Während des Ladevorgangs bzw. Ladebetriebs kann die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs sowohl aus dem intelligenten Stromnetz beladen werden, als auch Ladung in das Stromnetz einspeisen. Erfolgt im Ladezustand des Fahrzeugs ein Crash, kann die aktive Steuerungsvorrichtung vorteilhaft das Hochvoltsystem abschalten, sodass durch crashbedingte Beschädigungen keine Risiken wie beispielsweise durch Funkenbildung, Brandgefahr oder Stromschlag bestehen.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
  • Vorteilhaft ist die Steuerungsvorrichtung ein Airbag-Steuergerät oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln. Der Vorteil ist, dass die schon im Fahrzeug vorhandenen Komponenten, welche für die Crasherkennung im normalen Fahrbetrieb verwendet werden, auch für die Abschaltung des Hochvoltsystems während des Ladebetriebs bzw. für die Initiierung der Abschaltung des Hochvoltsystems während des Ladebetriebs verwendet werden können, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Somit entstehen keine größeren Zusatzkosten und es muss auch kein weiterer Bauraum für zusätzliche Komponenten eingeplant werden.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Steuerungsvorrichtung durch ein Batteriemanagementsystem oder einen Fahrzeugzustandskoordinator aktiviert wird. Zu diesem Zweck ist die Steuerungsvorrichtung vorteilhaft mit dem Fahrzeugzustandskoordinator und/oder dem Batteriemanagementsystem verbunden. Der Fahrzeugzustandskoordinator bestimmt abhängig von Fahrzeuggrößen (wie z.B. Zündschlüsselstellung, Türschalter, Raddrehzahl, Diagnose, etc.) den Fahrzeugzustand (Zündung an/aus, Fahrzeug Ladebetrieb, Fahrzeug im Stillstand oder im Fahrbetrieb, Werksattmodus, etc.) und leitet dafür die jeweiligen Aktionen ein. Fahrzeugzustandskoordinator oder Batteriemanagement registrieren unter anderem, dass das Fahrzeug in den Ladebetrieb übergeht und dass die Hochvoltbatterie geladen wird. Durch ein Signal bzw. eine Botschaft teilt der Fahrzeugzustandskoordinator bzw. das Batteriemanagement der Steuerungsvorrichtung mit, ob sie in den aktiven Zustand gehen soll. Die Aktivierung der Steuerungsvorrichtung wird somit vorteilhaft von Geräten vorgenommen, deren Aufgabe es ist, das Laden der Hochvoltbatterie zu steuern bzw. zu registrieren, ob sich das Fahrzeug im Ladebetrieb befindet.
  • Vorteilhaft wird die Steuerungsvorrichtung durch die Aktivierung eingeschränkt funktionsfähig in einem Modus mit eingeschränkter Funktionalität betrieben. In dem Modus mit eingeschränkter Funktionalität werden nur die Teile der Steuerungsvorrichtung mit Energie versorgt, die für die Abschaltung des Hochvoltsystems bzw. für die Initiierung der Abschaltung des Hochvoltsystems benötigt werden. Handelt es sich bei der Steuerungsvorrichtung beispielsweise um das Airbag-Steuergerät, werden im Modus mit eingeschränkter Funktionalität lediglich alle Versorgungs-, Überwachungs- und Kommunikationsfunktionen für die Sensoren und die benötigten Mikrokontroller (µC) aktiviert. Die Endstufen sowie die Energiereserven zur Ansteuerung der Rückhaltemittel (z.B. Airbag, Gurt, etc.) werden nicht aktiviert. Vorteilhaft wird die Steuerungsvorrichtung im Modus mit eingeschränkter Funktionalität optimiert betrieben, ihr Energieverbrauch auf das nötige Minimum reduziert und der Betrieb somit auf die notwendigen beteiligten Steuervorrichtungsfunktionen beschränkt.
  • Vorteilhaft schaltet die Steuerungsvorrichtung bei einem Crash ein Hochvoltbordnetz bzw. Hochvoltsystem spannungsfrei und/oder trennt die Hochvoltbatterie von dem Hochvoltbordnetz bzw. Hochvoltsystem. Hierbei ist die Funktionalität, das Hochvoltsystem spannungsfrei zu schalten bzw. die Hochvoltbatterie von dem Hochvoltsystem zu trennen, in der Steuerungsvorrichtung enthalten. Es entfällt vorteilhaft die Übermittelung eines Signals an ein weiteres Steuergerät, was nach Erhalt des Signals das Hochvoltsystem abschaltet und/oder die Hochvoltbatterie von dem Hochvoltsystem trennt. Die Abschaltung kann somit vorteilhaft schneller erfolgen.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Steuerungsvorrichtung während des Ladens im Fall eines Crashs ein Signal an das Batteriemanagementsystem schickt. Da der Ladevorgang über das Batteriemanagementsystem gesteuert wird, wird dieses im Crashfall ebenfalls über den Crash informiert und es können zusätzliche sicherheitsrelevante Schritte eingeleitet werden.
  • Die Steuerungsvorrichtung verfügt vorteilhaft über eine CAN-Schnittstelle (CAN-Bus), über die das Signal an das Batteriemanagementsystem im Crashfall gesendet wird. Dies ist vorteilhaft, da CAN-Schnittstellen standardmäßig zur Vernetzung von Steuergeräten eingesetzt werden.
  • Vorteilhaft schaltet das Batteriemanagementsystem das Hochvoltsystem bzw. Hochvoltbordnetz spannungsfrei und/oder trennt die Hochvoltbatterie von dem Hochvoltbordnetz bzw. dem Hochvoltsystem, nachdem es das Signal von der Steuerungsvorrichtung erhalten hat. Das Trennen bzw. Abschalten des Hochvoltsystems wird üblicherweise vom Batteriemanagementsystem vorgenommen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, diese Funktion vom Batteriemanagementsystem erledigen zu lassen, ohne diese Funktionalität ebenfalls in die Steuerungsvorrichtung zu integrieren.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
  • 1 zeigt ein erstes Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2 zeigt ein zweites Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 3 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs und einer Steuerungsvorrichtung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Schema des Verfahrens als Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im ersten Schritt 30 wird die Hochvoltbatterie 12 eines Fahrzeugs 11 über das Stromnetz 25 geladen. In einem zweiten Schritt 31 wird die Steuerungsvorrichtung 10 aktiviert. Die Steuerungsvorrichtung kann wahlweise das Airbag-Steuergerät 13, eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln 14 oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln 15 oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln 16 sein. Die Aktivierung kann wahlweise über das Batteriemanagementsystem 17 oder den Fahrzeugzustandskoordinator 18 oder ein anderes Steuergerät erfolgen, welches den Ladevorgang feststellt. Dabei kann die Steuerungsvorrichtung 10 durch die Aktivierung entweder voll funktionsfähig aktiviert werden, oder nach Aktivierung lediglich in einem Modus mit eingeschränkter Funktionalität 22 betrieben werden. Im Modus mit eingeschränkter Funktionalität 22 werden lediglich alle Versorgungs-, Überwachungs- und Kommunikationsfunktionen für die Sensoren und die benötigten Mikrokontroller (µC) aktiviert, die für die Detektion eines Crashs benötigt werden. Bei den Sensoren handelt es sich um üblicherweise für Airbag-Systeme eingesetzte Crashsensoren, über die ein Frontal-, Heck- oder Seitenaufprall detektiert werden kann und um Sensoren (z.B. Drehratensensor), über die ein Fahrzeugüberschlag festgestellt werden kann. Im dritten Schritt 32 detektiert die Steuerungsvorrichtung 10 einen Crash und schaltet das Hochvoltsystem 24 spannungsfrei und/oder trennt die Hochvoltbatterie 12 vom Hochvoltsystem 24.
  • 2 zeigt ein weiteres Schema des Verfahrens als nächstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im ersten Schritt 40 wird die Hochvoltbatterie 12 eines Fahrzeugs 11 über das Stromnetz 25 geladen. In einem zweiten Schritt 41 wird die Steuerungsvorrichtung 10 aktiviert. Die Steuerungsvorrichtung 10 kann wahlweise das Airbag-Steuergerät 13, eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln 14 oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln 15 oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln 16 sein. Die Aktivierung kann wahlweise über das Batteriemanagementsystem 17 oder den Fahrzeugzustandskoordinator 18 oder ein anderes Steuergerät erfolgen, welches den Ladevorgang feststellt. Dabei kann die Steuerungsvorrichtung durch die Aktivierung entweder voll funktionsfähig aktiviert werden, oder nach Aktivierung lediglich in einem Modus mit eingeschränkter Funktionalität 22 betrieben werden. Im Modus mit eingeschränkter Funktionalität 22 werden lediglich alle Versorgungs-, Überwachungs- und Kommunikationsfunktionen für die Sensoren und die benötigten Mikrokontroller (µC) aktiviert, die für die Detektion eines Crashs benötigt werden. Bei den Sensoren handelt es sich um üblicherweise für Airbag-Systeme eingesetzte Crashsensoren, über die ein Frontal-, Heck- oder Seitenaufprall detektiert werden kann und um Sensoren (z.B. Drehratensensor), über die ein Fahrzeugüberschlag festgestellt werden kann. Im dritten Schritt 42 detektiert die Steuerungsvorrichtung 10 einen Crash und sendet ein Signal 20 an das Batteriemanagementsystem 17. Das Signal 20 wird über eine CAN-Schnittstelle von der Steuerungsvorrichtung an das Batteriemanagementsystem 17 übermittelt. In einem vierten Schritt 43 schaltet das Batteriemanagementsystem 17 das Hochvoltsystem 24 spannungsfrei und/oder trennt die Hochvoltbatterie 12 vom Hochvoltsystem 24.
  • 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Fahrzeug 11, das vorzugsweise ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug ist. In dem Fahrzeug 11 befindet sich eine Steuerungsvorrichtung 10. Die Steuerungsvorrichtung 10 kann wahlweise das Airbag-Steuergerät 13, eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln 14 oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln 15 oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln 16 sein. Die Steuerungsvorrichtung 10 ist mit einem Batteriemanagementsystem 17 und / oder mit einem Fahrzeugzustandskoordinator 18 verbunden. Die Steuerungsvorrichtung 10 verfügt über eine CAN-Schnittstelle 21, über die die Steuerungsvorrichtung 10 mit dem Batteriemanagementsystem 17 kommuniziert. Weiterhin befindet sich in dem Fahrzeug 11 ein Hochvoltsystem 24 und eine Hochvoltbatterie 12, wobei das Hochvoltsystem 24 mit der Hochvoltbatterie 12 verbunden ist. Die Steuerungsvorrichtung 10 ist mit mindestens einem Sensor 19 verbunden, der als Crashsensor (Beschleunigungssensor, Drehratensensor, Inertialsensor, Körperschallsensor, Drucksensor, etc.) oder Pre-Crashsensor (d.h. Sensoren, die einen bevorstehenden Crash detektieren) ausgeführt ist. Das Fahrzeug 11 ist mit dem Stromnetz 25 verbunden und befindet sich im Ladebetrieb, in dem die Hochvoltbatterie 12 geladen wird. Wird der Ladebetrieb begonnen, wird die Steuerungsvorrichtung 10 aktiviert. Die Aktivierung erfolgt durch das Batteriemanagementsystem 17 oder einen Fahrzeugzustandskoordinator 18. Durch die Aktivierung wird die Steuerungsvorrichtung voll funktionsfähig in Betrieb genommen oder je nach Energiereserve nur in einem Modus mit eingeschränkter Funktionalität 22 betrieben. Im Modus mit eingeschränkter Funktionalität 22 werden lediglich alle Versorgungs-, Überwachungs- und Kommunikationsfunktionen für die Sensoren und die benötigten Mikrokontroller (µC) aktiviert, die für die Detektion des Crashs benötigt werden. Wird während des Ladevorgangs ein Crash detektiert, schaltet die Steuerungsvorrichtung entweder das Hochvoltsystem 24 spannungsfrei und/oder trennt die Hochvoltbatterie 12 von dem Hochvoltsystem 24 oder die Steuerungsvorrichtung 10 schickt ein Signal 20 wahlweise über eine CAN-Schnittstelle 21 an das Batteriemanagementsystem 17. Anschließend schaltet das Batteriemanagementsystem 17 das Hochvoltsystem 24 spannungsfrei und/oder trennt die Hochvoltbatterie 12 von dem Hochvoltsystem 24.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009039913 A1 [0002, 0003]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Steuerungsvorrichtung (10), die in einem Fahrzeug (11), insbesondere einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, angeordnet oder mit diesem verbunden ist, wobei das Fahrzeug (11) eine Hochvoltbatterie (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (10) aktiviert wird, sobald die Hochvoltbatterie (12) geladen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (10) ein Airbag-Steuergerät (13) oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln (14) oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln (15) oder eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln (16) ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (10) durch ein Batteriemanagementsystem (17) oder einen Fahrzeugzustandskoordinator (18) aktiviert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (10) durch die Aktivierung in einem Modus (22) mit eingeschränkter Funktionalität betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochvoltsystem vorgesehen ist, das mit der Hochvoltbatterie verbunden ist, und dass die Steuerungsvorrichtung (10) bei einem Crash das Hochvoltsystem (24) spannungsfrei schaltet und/oder die Hochvoltbatterie (12) von dem Hochvoltsystem (26) trennt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (10) während des Ladens bei einem Crash ein Signal (20) an das Batteriemanagementsystem (17) schickt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (10) das Signal (20) über eine CAN-Schnittstelle (21) sendet.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem (17) das Hochvoltsystem (24) spannungsfrei schaltet und/oder die Hochvoltbatterie (12) von dem Hochvoltsystem (24) trennt, nachdem es das Signal (20) erhalten hat.
  9. Steuerungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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