DE102011086060A1 - Method for the safety-related disconnection of an electrical network and safety device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes sowie eine Sicherheitseinrichtung, wobei an das elektrische Netz mehrere elektrische Komponenten angeschlossen sind, welche wenigstens eine elektrische Energiequelle (12) und wenigstens einen elektrischen Verbraucher (14, 16, 18) beinhalten und wobei die elektrische Energiequelle (12) abgeschaltet oder vom elektrischen Netz (20) abgekoppelt wird, wenn eine durch die elektrischen Komponenten geführte Sicherheitsleitungsschleife (26) unterbrochen wird. Es ist vorgesehen, dass die Sicherheitsleitungsschleife (26) daraufhin überwacht wird, ob eine Unterbrechung aufgrund einer internen Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife (26) innerhalb der wenigstens einen Energiequelle (12) oder aufgrund einer externen Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife(26) innerhalb des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers (14, 16, 18) erfolgt.The invention relates to a method for safety-related shutdown of an electrical network and a safety device, wherein the electrical network, a plurality of electrical components are connected, which at least one electrical energy source (12) and at least one electrical load (14, 16, 18) include and wherein the electrical energy source (12) is disconnected or decoupled from the electrical network (20) when a guided through the electrical components safety line loop (26) is interrupted. It is contemplated that the safety line loop (26) is monitored for an interruption due to an internal break in the safety line loop (26) within the at least one power source (12) or due to an external interruption of the safety line loop (26) within the at least one electrical load (14, 16, 18).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes, eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Sicherheitseinrichtung, eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Batterie sowie ein Kraftfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung oder Batterie umfasst.The present invention relates to a method for the safety-related disconnection of an electrical network, a safety device suitable for carrying out the method according to the invention, a battery suitable for carrying out the method according to the invention and a motor vehicle comprising the safety device or battery according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes bekannt, bei welchem eine Sicherheitsleitungsschleife (auch Interlock- oder Pilotlinie bzw. Interlock- oder Pilotleitung genannt) eingesetzt wird, bei deren Unterbrechung eine zum elektrischen Netz gehörige elektrische Energiequelle abgeschaltet oder vom elektrischen Netz abgekoppelt wird, insbesondere wenn eine Personengefährdung durch spannungsführende Teile zu befürchten ist. From the prior art methods for safety-related shutdown of an electrical network are known, in which a safety line loop (also called interlock or pilot line or interlock or pilot line) is used in the interruption disconnected from an electrical network belonging to the electrical energy source or the electrical Network is disconnected, especially if a danger to persons due to live parts is to be feared.
So wird in elektrischen Netzen in Fahrzeugen mit einer Nennspannung, welche 60 V übersteigt, eine Sicherheitsleitungsschleife eingesetzt, welche als eine Signalschleife ausgeführt ist. Die Erzeugung des Signals erfolgt in der Regel in einer Energiequelle, z. B. in einer Batterie, welche das elektrische Netz mit Strom versorgt. Das Signal wird durch alle Stecker des elektrischen Netzes und alle mit dem Netz verbundene Komponenten geführt. Dabei wird das System so ausgeführt, dass beim Öffnen einer Steckverbindung oder einer Abdeckung, welche den Zugang zu spannungsführenden Teilen verhindert, zwangsläufig die Sicherheitsleitungsschleife unterbrochen wird. Die Auswertung des Signals erfolgt in allen Teilnehmern des Netzes, welche als Energiequelle wirken. Bei Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife schaltet jede dieser Komponenten das Einspeisen von Energie in das Netz ab und führt gegebenenfalls eine Entladung des Netzes aus. Die typischerweise erforderliche Zeit zwischen Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife und Abschaltung des durch diese geschützten Netzes liegt im Bereich unter einer Sekunde. Thus, in electric networks in vehicles with a rated voltage exceeding 60 V, a safety line loop is used, which is designed as a signal loop. The generation of the signal is usually in an energy source, eg. B. in a battery, which supplies the electrical network with electricity. The signal is passed through all the electrical network plugs and all the components connected to the mains. The system is designed so that when opening a connector or a cover, which prevents access to live parts, inevitably the safety line loop is interrupted. The evaluation of the signal takes place in all participants of the network, which act as an energy source. Upon interruption of the safety line loop, each of these components shuts off the injection of energy into the network and eventually discharges the network. The typically required time between interruption of the safety line loop and shutdown of the protected by this network is in the range below one second.
Bekannt ist, die Sicherheitsleitungsschleife ausschließlich innerhalb der Energiequelle, ausschließlich außerhalb der Energiequelle durch die an die Energiequelle angeschlossenen elektrischen Verbraucher oder als gemeinsame Signalsicherheitsleitungsschleife durch die Energiequelle und durch die an die Energiequelle angeschlossenen elektrischen Verbraucher zu führen. It is known to guide the safety line loop solely within the power source, excluding outside the power source, through the electrical loads connected to the power source or as a common signal safety line loop through the power source and through the electrical loads connected to the power source.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes bereitgestellt. An das elektrische Netz sind mehrere elektrische Komponenten angeschlossen, welche wenigstens eine elektrische Energiequelle, z. B. eine Batterie, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie, und wenigstens einen elektrischen Verbraucher beinhalten. Die elektrische Energiequelle wird abgeschaltet oder vom elektrischen Netz abgekoppelt, wenn eine Sicherheitsleitungsschleife, an welcher die elektrischen Komponenten liegen bzw. welche durch die elektrischen Komponenten geführt wird, unterbrochen wird. Das Unterbrechen der Sicherheitsleitungsschleife kann durch Auftrennen/Unterbrechen des Signalpfades durch Schalten auf ein elektrisches Potential, welches nicht dem Geschlossen-Zustand entspricht, oder durch eine anderweitig gestaltete Störung des Signalflusses erfolgen. Die Unterbrechung kann an irgendeinem Punkt der Sicherheitsleitungsschleife erfolgen, aber auch darin bestehen, dass ein von der Sicherheitsleitungsschleife transportiertes Signal, beispielsweise ein Gleichspannungssignal, ein Konstantstromsignal oder ein Wechselstromsignal definiertes zeitliches Verhalten, abgeschaltet wird. Die Sicherheitsleitungsschleife wird daraufhin überwacht, ob eine Unterbrechung aufgrund einer internen Unterbrechung innerhalb der wenigstens einen Energiequelle oder aufgrund einer externen Unterbrechung innerhalb des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers erfolgt. Da die Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife dazu führt, dass das vor ungewolltem Kontakt geschützte Netz von der Energiequelle isoliert wird, kann die kontrollierte Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife dazu benutzt werden, Gefährdungen, die unmittelbar oder auch mittelbar durch die Nutzung der Energie des elektrischen Netzes entstehen können, zu unterbinden. According to the invention, a method is provided for safety-related disconnection of an electrical network. To the electrical network, a plurality of electrical components are connected, which at least one electrical energy source, for. As a battery, preferably a lithium-ion battery, and at least one electrical consumer include. The electrical energy source is switched off or disconnected from the electrical network when a safety line loop, on which the electrical components are or which is guided by the electrical components, is interrupted. The interruption of the safety line loop may occur by disconnecting / interrupting the signal path by switching to an electrical potential which does not correspond to the closed state, or by an otherwise designed disturbance of the signal flow. The interruption may occur at any point in the safety-line loop, but may also be to shut off a signal carried by the safety-line loop, such as a DC signal, a constant-current signal, or an AC signal-defined time behavior. The safety line loop is then monitored for an interruption due to an internal interruption within the at least one power source or due to an external interruption within the at least one electrical load. Since the interruption of the safety line loop will result in the isolated network being isolated from the power source, the controlled interruption of the safety line loop may be used to endanger hazards that may arise directly or indirectly from the use of the electrical network energy prevention.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Diagnosefähigkeit des elektrischen Netzes erweitert, da nunmehr bei Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife festgestellt werden kann, ob diese Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife aufgrund einer Unterbrechung in der Energiequelle oder aufgrund einer Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife in einem an die Energiequelle angeschlossenen Verbraucher erfolgt. So kann beispielsweise fehlerfrei erkannt werden, ob ein Schluss beispielsweise gegen Gehäusemasse oder Unterbrechungen im energiequelleninternen Kabelbaum oder ein abgezogener Hochspannungsstecker der Energiequelle vorliegt. Diese fehlerfreie Erkenntnis kann an eine Service-Funktionalität (Software-Schnittstelle) übergeben werden. Hierbei ist keinerlei Kenntnis eines weiteren an das elektrische Netz angeschlossenen elektrischen Verbrauchers, durch den die Sicherheitsleitungsschleife ebenfalls geführt ist, notwendig. Hierdurch lässt sich die On-Board-Diagnose (OBD) eines Steuergerätes der Energiequelle verbessern. By the method according to the invention, the diagnostic capability of the electrical network is extended, since it can now be determined when interrupting the safety line loop, whether this interruption of the safety line loop due to an interruption in the power source or due to an interruption of the safety line loop takes place in a consumer connected to the power source. Thus, for example, it can be detected without error whether there is a conclusion, for example, against chassis ground or interruptions in the power source-internal wiring harness or a disconnected high-voltage plug of the power source. This error-free knowledge can be transferred to a service functionality (software interface). In this case, there is no knowledge of another electrical consumer connected to the electrical network through which the safety line loop is also routed. necessary. This makes it possible to improve the on-board diagnosis (OBD) of a control unit of the energy source.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung, welche wenigstens eine elektrische Energiequelle, z. B. eine Batterie, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie und wenigstens einen elektrischen Verbraucher umfasst, welche an ein elektrisches Netz anschließbar sind. Die Sicherheitseinrichtung umfasst eine durch die elektrischen Komponenten geführte Sicherheitsleitungsschleife, bei deren Unterbrechung die elektrische Energiequelle abschaltbar oder vom elektrischen Netz abkoppelbar ist. Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung umfasst eine erste Auswerteeinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife zu detektieren und eine zweite Auswerteeinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife ausschließlich in der elektrischen Energiequelle zu detektieren. Another aspect of the invention relates to a safety device, which at least one electrical energy source, for. B. a battery, preferably a lithium-ion battery and at least one electrical load includes, which are connectable to an electrical network. The safety device comprises a guided by the electrical components safety line loop, the interruption of the electrical energy source can be switched off or decoupled from the electrical network. The safety device according to the invention comprises a first evaluation unit, which is designed to detect an interruption of the safety line loop and a second evaluation unit, which is designed to detect an interruption of the safety line loop exclusively in the electrical energy source.
Hierdurch ist vorteilhaft möglich, durch die zweite Auswerteeinheit zusätzlich die Sicherheitsleitungsschleife innerhalb der Energiequelle unmittelbar an der Übergangsstelle der Sicherheitsleitungsschleife zu den an der Energiequelle angeschlossenen elektrischen Verbrauchern zu überwachen. Durch Auswertung der zweiten Auswerteeinheit ist eine Fehlerlokalisation derart möglich, dass klar unterschieden werden kann, ob der Fehler der Sicherheitsleitungsschleife innerhalb der Energiequelle oder außerhalb der Energiequelle zu finden ist. This advantageously makes it possible to additionally monitor the safety-line loop within the energy source directly at the transition point of the safety-line loop to the electrical consumers connected to the energy source by the second evaluation unit. By evaluating the second evaluation unit, an error localization is possible in such a way that it can be clearly distinguished whether the error of the safety line loop can be found within the energy source or outside the energy source.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie. Die Batterie ist so konfiguriert, dass sie abgeschaltet oder von einem elektrischen Netz abgekoppelt wird, wenn eine durch sie geführte Sicherheitsleitungsschleife unterbrochen wird. Hierbei kann die Unterbrechung entweder innerhalb oder auch außerhalb der Batterie erfolgen, wobei die Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife daraufhin unterscheidbar ist, ob diese Unterbrechung innerhalb der Batterie oder außerhalb der Batterie in einem an die Batterie angeschlossenen elektrischen Verbraucher ihre Ursache hat.Another aspect of the invention relates to a battery. The battery is configured to be turned off or disconnected from an electrical network when a safety line loop passing through it is broken. Here, the interruption can be done either inside or outside the battery, the interruption of the safety line loop is then distinguishable whether this interruption inside the battery or outside of the battery in an electrical consumer connected to the battery has its cause.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisches Kraftfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung oder Batterie umfasst. Another aspect of the invention relates to a motor vehicle, in particular an electric motor vehicle, which comprises the safety device or battery according to the invention.
Zeichnungendrawings
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die Lithium-Ionen-Batterie
Die Lithium-Ionen-Batterie
Bei den elektrischen Komponenten
Die Sicherheitsleitungsschleife
Die in
Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes werden über die Lithium-Ionen-Batterie
During normal use, the lithium-ion battery
Die zusätzliche zweite Auswerteeinheit
In den
Gemäß der Darstellung in
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