DE102012020718A1 - Method for detection and disconnection of electrical short circuit or arc for vehicle e.g. electric vehicle, involves adjusted switching element within second voltage level based on short circuit or arc detected between voltage levels - Google Patents

Method for detection and disconnection of electrical short circuit or arc for vehicle e.g. electric vehicle, involves adjusted switching element within second voltage level based on short circuit or arc detected between voltage levels Download PDF

Info

Publication number
DE102012020718A1
DE102012020718A1 DE201210020718 DE102012020718A DE102012020718A1 DE 102012020718 A1 DE102012020718 A1 DE 102012020718A1 DE 201210020718 DE201210020718 DE 201210020718 DE 102012020718 A DE102012020718 A DE 102012020718A DE 102012020718 A1 DE102012020718 A1 DE 102012020718A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
vehicle
arc
electrical
short circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210020718
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Dörsam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE201210020718 priority Critical patent/DE102012020718A1/en
Publication of DE102012020718A1 publication Critical patent/DE102012020718A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015—Using arc detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304—Overcurrent protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

The method involves detecting current and/or voltage variations of first voltage level to electrical first operating voltage (U1) and second voltage level to second operating voltage (U2), where the second voltage level is greater than first voltage level. A switching element (4) within the second voltage level is controlled based on the short circuit or arc detected between voltage levels, such that a current flow within the second voltage level is stopped. An independent claim is included for energy storage device for multiple-voltage electrical system for vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und zum Abschalten eines elektrischen Kurzschlusses oder eines Lichtbogens für ein Fahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz.The invention relates to a method for detecting and switching off an electrical short circuit or an arc for a vehicle with a multi-voltage vehicle electrical system.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Energiespeicher für ein Mehrspannungsbordnetz für ein Fahrzeug.The invention further relates to an energy store for a multi-voltage vehicle electrical system for a vehicle.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz.Furthermore, the invention relates to a vehicle with a multi-voltage vehicle electrical system.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein elektrisch angetriebene Fahrzeuge bekannt, welche ein so genanntes Mehrspannungsbordnetz aufweisen. Dieses umfasst ein erstes Bordnetz mit einer ersten elektrischen Spannung zum Betrieb von elektrischen Verbrauchern und ein zweites Bordnetz mit einer zweiten elektrischen Spannung, welche größer als die erste elektrische Spannung ist. Bei dem ersten Bordnetz handelt es sich oftmals um ein 12 V-Bordnetz. Das zweite Bordnetz ist zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Generator-Antriebs-Einheit und einer Energiespeichereinheit vorgesehen. Aufgrund der großen zu übertragenden elektrischen Leistungen und einem möglichst geringen Leiterquerschnitt im Bordnetz wird das zweite Bordnetz mit Spannungen im oberen Kleinspannungsbereich von bis zu 60 V und im Niederspannungsbereich von mehr als 60 V betrieben, um die Größe der fließenden elektrischen Ströme zu verringern. Für beide Bordnetze sind getrennte elektrische Energiespeicher vorgesehen, wobei sich bei den Energiespeichern um elektrochemische Batterien handelt.From the prior art generally electrically powered vehicles are known, which have a so-called multi-voltage vehicle electrical system. This comprises a first electrical system with a first electrical voltage for the operation of electrical loads and a second electrical system with a second electrical voltage which is greater than the first electrical voltage. The first electrical system is often a 12 V electrical system. The second electrical system is provided for transmitting electrical energy between a generator-drive unit and an energy storage unit. Due to the large electrical power to be transmitted and the smallest possible conductor cross-section in the electrical system, the second electrical system is operated with voltages in the upper low voltage range of up to 60 V and in the low voltage range of more than 60 V in order to reduce the size of the flowing electrical currents. For both Bordnetze separate electrical energy storage are provided, which is in the energy storage to electrochemical batteries.

Bei elektrischen Spannungen im oberen Kleinspannungsbereich und im Niederspannungsbereich besteht jedoch die Gefahr stabil brennender Lichtbögen, welche zu einer Beschädigung des Fahrzeugs und im Schlimmsten zu dessen Zerstörung durch einen Brand führen können. Auch ist die Gesundheit der Fahrzeuginsassen und anderer in der Nähe des Fahrzeugs befindlicher Personen gefährdet.In the case of electrical voltages in the upper low-voltage range and in the low-voltage range, however, there is the risk of stable burning arcs, which can lead to damage to the vehicle and in the worst case to its destruction by fire. Also, the health of vehicle occupants and other persons in the vicinity of the vehicle is at risk.

Aus diesem Grund existieren im Stand der Technik verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion und zum Löschen von Lichtbögen, bei welchen mittels einer dezentralen, zusätzlich im Fahrzeug installierten Messtechnik eine große Anzahl an Messgrößen erfasst und verarbeitet werden.For this reason, various devices and methods for detecting and extinguishing arcs exist in the prior art, in which a large number of measured variables are recorded and processed by means of a decentralized measuring device additionally installed in the vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Detektion und zum Abschalten eines elektrischen Kurzschlusses oder eines Lichtbogens für ein Fahrzeug und einen Energiespeicher für ein Mehrspannungsbordnetz für ein Fahrzeug anzugeben. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for detecting and switching off an electrical short circuit or an arc for a vehicle and an energy storage for a multi-voltage vehicle electrical system for a vehicle. Furthermore, the invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved vehicle with a multi-voltage vehicle electrical system.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Energiespeichers durch die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Fahrzeugs wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the method, the object is achieved by the features specified in claim 1 and in terms of the energy storage by the features specified in claim 3. With regard to the vehicle, the object is achieved by the features specified in claim 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das Verfahren zur Detektion und zum Abschalten eines elektrischen Kurzschlusses oder eines Lichtbogens für ein Fahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass innerhalb eines als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeichers Strom- und/oder Spannungsverläufe einer ersten Spannungslage mit einer elektrischen ersten Betriebsspannung und einer zweiten Spannungslage mit einer elektrischen zweiten Betriebsspannung erfasst werden, wobei die zweite Spannungslage höher als die erste Spannungslage ist, wobei bei sinkendem ersten Strom in der ersten Spannungslage und gleichbleibender erster Betriebsspannung und gleichzeitig steigendem zweiten Strom in der zweiten Spannungslage und sinkender zweiten Betriebsspannung ein Kurzschluss oder Lichtbogen detektiert wird und bei detektiertem Kurzschluss oder Lichtbogen ein innerhalb der zweiten Spannungsebene angeordnetes Schaltelement derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss innerhalb der zweiten Spannungsebene unterbrochen wird. Weitere Quellen der zweiten Spannungslage (z. B. Generatoren) werden über bestehende Kommunikationsleitungen (z. B. CAN) deaktiviert.The method for detecting and switching off an electrical short circuit or an arc for a vehicle with a multi-voltage vehicle electrical system is characterized in that within a designed as a multi-voltage battery energy storage current and / or voltage waveforms of a first voltage level with an electrical first operating voltage and a second voltage level be detected with an electrical second operating voltage, wherein the second voltage position is higher than the first voltage position, wherein detects a decreasing first current in the first voltage and constant first operating voltage and simultaneously increasing second current in the second voltage and decreasing second operating voltage, a short circuit or arc is and when detected short circuit or arc a arranged within the second voltage level switching element is driven such that a current flow within the second Voltage level is interrupted. Other sources of the second voltage level (eg generators) are deactivated via existing communication lines (eg CAN).

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine einfache und schnelle Detektion und Abschaltung eines Kurzschlusses oder Lichtbogens innerhalb eines Mehrspannungsbordnetzes eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kurzschlusses oder Lichtbogens zwischen den Spannungslagen. Unter der Abschaltung des Lichtbogens wird dabei ein Löschen desselben verstanden. Aus der schnellen Abschaltung resultiert wiederum der Vorteil, dass stabil brennende Lichtbögen und daraus folgende Beschädigungen oder eine Zerstörung des Fahrzeugs vermieden werden können. Somit ist eine Gefährdung der Gesundheit der Fahrzeuginsassen und anderer in der Nähe des Fahrzeugs befindlicher Personen verringerbar. Zur Realisierung des Verfahrens ist lediglich eine bereits in der Mehrspannungsbatterie verbaute Vorrichtung zur Detektion und zum Abschalten des elektrischen Kurzschlusses oder Lichtbogens erforderlich. Eine aufwändige dezentrale, zusätzlich im Fahrzeug installierte Messtechnik, welche eine große Anzahl an Messgrößen erfasst und verarbeitet, ist nicht erforderlich.The inventive method allows in a particularly advantageous manner, a simple and rapid detection and disconnection of a short circuit or arc within a multi-voltage vehicle electrical system, in particular a short circuit or arc between the voltage levels. The shutdown of the arc is understood to mean a deletion of the same. The fast shutdown in turn results in the advantage that stable burning arcs and consequent damage or destruction of the vehicle can be avoided. Thus, a risk to the health of the vehicle occupants and other persons located in the vicinity of the vehicle can be reduced. For the realization of the method, only one already installed in the multi-voltage battery device for detecting and switching off the electrical Short circuit or arc required. An elaborate decentralized, additionally installed in the vehicle measuring technology, which detects and processes a large number of variables is not required.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kurzschluss oder Lichtbogen zwischen den Spannungslagen bei sinkendem ersten Strom in der ersten Spannungslage und gleichbleibender erster Betriebsspannung und gleichzeitig steigendem Strom in der zweiten Spannungslage und sinkender zweiter Betriebsspannung detektiert. Eine derartige Detektion anhand der vier elektrischen Größen ist besonders zuverlässig und robust.In one embodiment of the method according to the invention, the short circuit or arc between the voltage levels at falling first current in the first voltage and constant first operating voltage and simultaneously increasing current in the second voltage and falling second operating voltage is detected. Such detection based on the four electrical quantities is particularly reliable and robust.

Der erfindungsgemäße Energiespeicher für ein Mehrspannungsbordnetz für ein Fahrzeug umfasst eine Vorrichtung zur Detektion und zum Abschalten eines elektrischen Kurzschlusses oder eines Lichtbogens, wobei der Energiespeicher als Mehrspannungsbatterie mit zumindest zwei Spannungsebenen mit unterschiedlichen Spannungslagen ausgebildet ist. Die Ausbildung des Energiespeichers als Mehrspannungsbatterie mit mehreren Spannungslagen ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise, dass lediglich ein Energiespeicher zum Betrieb des Mehrspannungsbordnetzes des Fahrzeugs erforderlich ist. Auch ermöglicht der als Mehrspannungsbatterie ausgebildete Energiespeicher die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit geringem Material- und Kostenaufwand. Aufgrund der im Energiespeicher integrierten Vorrichtung zur Detektion und zum Abschalten des elektrischen Kurzschlusses oder Lichtbogens ist keine zusätzliche dezentrale sowie bauraum- und kostenaufwändige Messtechnik zur Detektion des Kurzschlusses oder Lichtbogens erforderlich.The energy store according to the invention for a multi-voltage vehicle electrical system for a vehicle comprises a device for detecting and switching off an electrical short circuit or an arc, wherein the energy store is designed as a multi-voltage battery with at least two voltage levels with different voltage levels. The design of the energy storage as a multi-voltage battery with multiple voltage levels allows in a particularly advantageous manner that only one energy storage is required to operate the multi-voltage vehicle electrical system. Also designed as a multi-voltage battery energy storage allows the implementation of the method according to the invention with low material and cost. Due to the built-in energy storage device for detecting and switching off the electrical short circuit or arc no additional decentralized and space-consuming and costly measurement technique for detecting the short circuit or arc is required.

Zur Abschaltung des Kurzschlusses oder Lichtbogens umfasst die Vorrichtung insbesondere zumindest ein Schaltelement zur Unterbrechung eines Stromflusses innerhalb zumindest einer der Spannungsebenen. Somit ist auch die Abschaltung ohne zusätzliche dezentrale sowie bauraum- und kostenaufwändige Schaltelemente direkt in dem als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeicher realisierbar.To shut off the short circuit or arc, the device comprises in particular at least one switching element for interrupting a current flow within at least one of the voltage levels. Thus, the shutdown is possible without additional decentralized and space-consuming and costly switching elements directly in the form of a multi-voltage battery energy storage.

Um den Kurzschluss oder Lichtbogen besonders sicher abschalten zu können, ist das Schaltelement gemäß einer Weiterbildung des Energiespeichers ein Leistungsschalter.In order to turn off the short circuit or arc particularly safe, the switching element according to a development of the energy storage is a circuit breaker.

Weiterhin weist die Vorrichtung vorzugsweise zumindest eine Spannungs-Erfassungseinheit zur Erfassung von elektrischen Spannungen innerhalb der Spannungslagen auf. Dies ermöglicht die Erfassung der elektrischen Spannungen innerhalb der Spannungslagen, aus deren Verlauf sich das Vorhandensein eines Kurzschlusses oder Lichtbogens ableiten lässt.Furthermore, the device preferably has at least one voltage detection unit for detecting electrical voltages within the voltage levels. This allows the detection of the electrical voltages within the voltage levels, from the course of which the presence of a short circuit or arc can be derived.

Ferner weist die Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung zumindest eine Strom-Erfassungseinheit zur Erfassung von elektrischen Strömen innerhalb der Spannungslagen auf. Dies ermöglicht die Erfassung der elektrischen Ströme innerhalb der Spannungslagen, aus deren Verlauf sich das Vorhandensein eines Kurzschlusses oder Lichtbogens ableiten lässt.Furthermore, according to an embodiment, the device has at least one current detection unit for detecting electrical currents within the voltage levels. This allows the detection of the electrical currents within the voltage levels, from the course of which the presence of a short circuit or arc can be derived.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Vorrichtung weiterhin zumindest eine Auswerteeinheit zur Auswertung von innerhalb der Spannungslagen erfassten elektrischen Spannungen und/oder elektrischen Strömen auf. Die Auswerteeinheit ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Auswertung der Strom- und Spannungssignale innerhalb des Energiespeichers und bei Detektion des Kurzschlusses oder Lichtbogens eine schnelle Betätigung des Schaltelements, welches zu diesem Zweck über eine geeignete Kommunikationsverbindung, vorzugsweise mit der Auswerteeinheit, gekoppelt ist.According to an advantageous development, the device furthermore has at least one evaluation unit for evaluating electrical voltages and / or electrical currents detected within the voltage levels. The evaluation unit allows in a particularly advantageous manner, the evaluation of the current and voltage signals within the energy storage and detection of the short circuit or arc rapid actuation of the switching element, which is coupled for this purpose via a suitable communication link, preferably with the evaluation.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz umfasst einen als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten erfindungsgemäßen Energiespeicher oder Weiterbildungen desselben. Das Fahrzeug zeichnet sich aufgrund des Energiespeichers durch eine hohe Sicherheit vor einer Beschädigung oder Zerstörung durch einen innerhalb des Mehrspannungsbordnetzes auftretenden elektrischen Kurzschluss oder durch einen Lichtbogen aus.The vehicle according to the invention with a multi-voltage vehicle electrical system comprises a multi-voltage battery according to the invention designed energy storage or further developments thereof. Due to the energy storage device, the vehicle is distinguished by a high degree of safety from damage or destruction by an electrical short circuit occurring within the multiple-voltage on-board electrical system or by an electric arc.

Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Aufgrund der hohen Sicherheit vor Kurzschlüssen und stabil brennenden Lichtbögen besteht die Möglichkeit, das Mehrspannungsbordnetz bei gleichzeitiger Einhaltung hoher Sicherheitsanforderungen mit hohen elektrischen Spannungen zu betreiben.The vehicle is, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. Due to the high degree of safety against short-circuits and stable burning arcs, it is possible to operate the multi-voltage vehicle electrical system with high electrical voltages while maintaining high safety requirements.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein Mehrspannungsbordnetz eines Fahrzeugs mit zwei Spannungslagen und einem als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeicher, 1 schematically a multi-voltage vehicle electrical system with two voltage levels and designed as a multi-voltage battery energy storage,

2 schematisch einen Stromverlauf in den Spannungslagen bei einem Lichtbogen zwischen den beiden Spannungslagen im Mehrspannungsbordnetz gemäß 1, 2 schematically a current waveform in the voltage levels in an arc between the two voltage levels in the multi-voltage electrical system according to 1 .

3 schematisch einen Spannungsverlauf der Betriebsspannungen bei einem Lichtbogen zwischen den beiden Spannungslagen im Mehrspannungsbordnetz gemäß 1, und 3 schematically a voltage curve of the operating voltages in an arc between the two voltage levels in the multi-voltage electrical system according to 1 , and

4 schematisch ein Fahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz und einem als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeicher. 4 schematically a vehicle with a multi-voltage vehicle electrical system and designed as a multi-voltage battery energy storage.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

In 1 ist ein Mehrspannungsbordnetz 1 eines in 4 gezeigten Fahrzeugs 2 mit zwei Spannungslagen und einem als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeicher 3 dargestellt.In 1 is a multi-voltage vehicle electrical system 1 one in 4 shown vehicle 2 with two voltage levels and designed as a multi-voltage battery energy storage 3 shown.

Der Energiespeicher 3 ist beispielsweise als elektrochemischer Akkumulator, beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulator oder Lithium-Polymer-Akkumulator ausgebildet, und umfasst zwei Spannungsquellen B1, B2, welche einen gemeinsamen Energiespeicher 3 bilden.The energy storage 3 is designed, for example, as an electrochemical accumulator, for example a lithium-ion accumulator or lithium-polymer accumulator, and comprises two voltage sources B1, B2, which have a common energy store 3 form.

Eine elektrische erste Betriebsspannung U1 einer ersten Spannungslage und der in dieser angeordneten ersten Spannungsquelle B1 beträgt beispielsweise 12 V und ist zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers L1 in einem so genannten 12 V-Bordnetz vorgesehen. Während eines Betriebs des elektrischen Verbrauchers L1 fließt ein erster Strom I1.An electrical first operating voltage U1 of a first voltage position and the first voltage source B1 arranged in the latter is, for example, 12 V and is provided for operating an electrical load L1 in a so-called 12 V electrical system. During operation of the electrical load L1, a first current I1 flows.

Eine elektrische Summenbetriebsspannung (U1 + U2) einer zweiten Spannungslage und der in dieser angeordneten zweiten Spannungsquelle B2 beträgt beispielsweise 48 V und ist zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers L2 in einem so genannten 48 V-Bordnetz vorgesehen. Während eines Betriebs des elektrischen Verbrauchers L2 fließt ein zweiter Strom I2. Innerhalb der zweiten Spannungslage ist ein Schaltelement 4 zur Unterbrechung einer elektrischen Leitung innerhalb der zweiten Spannungslage angeordnet.An electrical total operating voltage (U1 + U2) of a second voltage position and arranged in this second voltage source B2 is for example 48 V and is provided for operating an electrical load L2 in a so-called 48 V electrical system. During operation of the electrical load L2, a second current I2 flows. Within the second voltage position is a switching element 4 arranged to interrupt an electrical line within the second voltage level.

In weiteren Ausgestaltungen sind abweichende elektrische Betriebsspannungen U1, U2 und/oder weitere Spannungslagen in dem Mehrspannungsbordnetz 1 vorgesehen.In further embodiments deviating electrical operating voltages U1, U2 and / or other voltage levels in the multi-voltage vehicle electrical system 1 intended.

Kommt es, beispielsweise aufgrund eines Isolierungsdefekts, zu einem elektrischen Fehler in Form eines Lichtbogens zwischen den beiden Spannungslagen, fließt ein charakteristischer Lichtbogenstrom I_LB, welcher die Strom- und Spannungsverläufe der Betriebsspannung U2 und der Ströme I1, I2 beeinflusst.If, for example because of an insulation defect, an electrical fault in the form of an arc occurs between the two voltage levels, a characteristic arc current I_LB flows, which influences the current and voltage profiles of the operating voltage U2 and of the currents I1, I2.

Diese Strom- und Spannungsverläufe sind in den 2 und 3 bei einem Lichtbogen zwischen den beiden Spannungslagen im Mehrspannungsbordnetz 1 dargestellt, wobei hierzu die Ströme I und Spannungen U über der Zeit t aufgetragen dargestellt sind.These current and voltage curves are in the 2 and 3 in an arc between the two voltage levels in the multi-voltage electrical system 1 represented, for which purpose the currents I and voltages U are shown plotted against the time t.

Kommt es zu einem elektrischen Fehler in Form eines Lichtbogens gemäß 1 zwischen den beiden Spannungslagen zum Zeitpunkt t1, fließt der Lichtbogenstrom I_LB von der Spannungslage mit der größeren Summenbetriebsspannung (U1 + U2) in die Spannungslage mit der geringeren ersten Betriebsspannung U1. Dadurch erhöht sich der zweite Betriebsstrom I2 um den Betrag des Lichtbogenstromes I_LB auf einen zweiten Fehlerstrom I_LB2. Gleichzeitig verringert sich die zweite Betriebsspannung U2 um eine Lichtbogenspannung U_LB auf eine Fehlerspannung U_LB2.If there is an electrical fault in the form of an arc according to 1 between the two voltage levels at time t1, the arc current I_LB flows from the voltage position with the larger total operating voltage (U1 + U2) in the voltage position with the lower first operating voltage U1. As a result, the second operating current I2 increases by the amount of the arc current I_LB to a second fault current I_LB2. At the same time, the second operating voltage U2 decreases by one arc voltage U_LB to an error voltage U_LB2.

Der erste Strom I1 verringert sich um den Betrag des Lichtbogenstromes I_LB auf einen ersten Fehlerstrom I_LB1. Die erste Betriebsspannung U1 bleibt dagegen konstant.The first current I1 decreases by the amount of the arc current I_LB to a first fault current I_LB1. By contrast, the first operating voltage U1 remains constant.

Zur Detektion eines Lichtbogens werden deshalb innerhalb des als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeichers 3 die Strom- und Spannungsverläufe der Spannungslagen/Betriebsspannungen erfasst. Zu dieser Erfassung sind zumindest eine in 4 näher dargestellte Spannungs-Erfassungseinheit 5 und zumindest eine Strom-Erfassungseinheit 6 vorgesehen. Diese zumindest eine Spannungs-Erfassungseinheit 5 und zumindest eine Strom-Erfassungseinheit 6 sind mit einer ebenfalls in 4 dargestellten Auswerteeinheit 7 gekoppelt, mittels welcher die erfassten Strom- und Spannungsverläufe der Spannungslagen ausgewertet werden.For the detection of an arc, therefore, be within the formed as a multi-voltage battery energy storage 3 the current and voltage curves of the voltage levels / operating voltages recorded. At least one in 4 closer voltage detection unit shown 5 and at least one current detection unit 6 intended. This at least one voltage detection unit 5 and at least one current detection unit 6 are with a likewise in 4 represented evaluation unit 7 coupled, by means of which the detected current and voltage waveforms of the voltage levels are evaluated.

Detektiert die Auswerteeinheit 7 einen sinkenden ersten Strom I1 in der ersten Spannungslage bei gleichbleibender erster Betriebsspannung U1 und gleichzeitig einen steigenden zweiten Strom I2 in der zweiten Spannungslage bei sinkender zweiter Betriebsspannung U2 wird auf das Vorliegen eines Lichtbogens geschlossen. Da sich die Strom- und Spannungsverläufe der Spannungslagen bei einem elektrischen Kurzschluss zwischen den Spannungslagen ähnlich verhalten, ist mittels der Auswerteeinheit 7 auch ein solcher Kurzschluss detektierbar.Detects the evaluation unit 7 a sinking first current I1 in the first voltage position at a constant first operating voltage U1 and at the same time a rising second current I2 in the second voltage position with decreasing second operating voltage U2 is closed on the presence of an arc. Since the current and voltage characteristics of the voltage levels behave similarly in the event of an electrical short circuit between the voltage levels, the evaluation unit is used 7 even such a short circuit detectable.

Die Detektion des Lichtbogens oder Kurzschlusses ist aufgrund der Überwachung und Auswertung der zeitlichen Verläufe aller vier elektrischen Größen, d. h. der Ströme I1, I2 und der Betriebsspannungen U1, U2 auch dann möglich, wenn die Amplitude des Lichtbogenstromes I_LB und daraus folgend die Amplitude der Lichtbogenspannung U_LB schwanken.The detection of the arc or short circuit is due to the monitoring and evaluation of the time course of all four electrical variables, d. H. the currents I1, I2 and the operating voltages U1, U2 also possible when the amplitude of the arc current I_LB and consequently the amplitude of the arc voltage U_LB fluctuate.

Wird der Lichtbogen oder ein Kurzschluss detektiert, wird das innerhalb der zweiten Spannungsebene angeordnete Schaltelement 4 derart angesteuert, dass der Stromfluss des zweiten Stromes I2 innerhalb der zweiten Spannungsebene unterbrochen wird. Somit wird der Lichtbogen abgeschaltet, d. h. gelöscht, bzw. der Kurzschluss wird abgeschaltet. Um den Lichtbogen oder Kurzschluss sicher anzuschalten, ist das Schaltelement 4 vorzugsweise als Leistungsschalter ausgebildet.If the arc or a short circuit is detected, the switching element arranged within the second voltage plane becomes 4 controlled such that the current flow of the second current I2 is interrupted within the second voltage level. Thus, the arc is switched off, ie deleted, or the short circuit is turned off. To safely switch on the arc or short circuit, is the switching element 4 preferably designed as a circuit breaker.

Weitere Quellen der zweiten Spannungslage (z. B. Generatoren) werden über bestehende Kommunikationsleitungen (z. B. CAN) deaktiviert. 4 zeigt das Fahrzeug 2 mit dem Mehrspannungsbordnetz 1 und dem als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeicher 3. Bei dem Fahrzeug 2 handelt es sich insbesondere um ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.Other sources of the second voltage level (eg generators) are deactivated via existing communication lines (eg CAN). 4 shows the vehicle 2 with the multi-voltage electrical system 1 and designed as a multi-voltage battery energy storage 3 , In the vehicle 2 it is in particular an electric or hybrid vehicle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
MehrspannungsbordnetzMulti-voltage electrical power
22
Fahrzeugvehicle
33
Energiespeicherenergy storage
44
Schaltelementswitching element
55
Spannungs-ErfassungseinheitVoltage detection unit
66
Strom-ErfassungseinheitCurrent detecting unit
77
Auswerteeinheitevaluation
B1B1
erste Spannungsquellefirst voltage source
B2B2
zweite Spannungsquelle Stromsecond voltage source current
I1I1
erster Stromfirst stream
I2I2
zweiter Stromsecond stream
I_LBI_LB
LichtbogenstromArc current
I_LB1I_LB1
erster Fehlerstromfirst fault current
I_LB2I_LB2
zweiter Fehlerstromsecond fault current
L1, L2L1, L2
elektrischer Verbraucherelectrical consumer
tt
ZeitTime
t1t1
Zeitpunkttime
UU
Spannungtension
U1U1
erste Betriebsspannungfirst operating voltage
U2U2
zweite Betriebsspannungsecond operating voltage
U_LBU_LB
LichtbogenspannungArc voltage
U_LB2U_LB2
Fehlerspannungfault voltage

Claims (10)

Verfahren zur Detektion und zum Abschalten eines elektrischen Kurzschlusses oder eines Lichtbogens für ein Fahrzeug (2) mit einem Mehrspannungsbordnetz (1), dadurch gekennzeichnet, dass – innerhalb eines als Mehrspannungsbatterie ausgebildeten Energiespeichers (3) Strom- und/oder Spannungsverläufe einer ersten Spannungslage mit einer elektrischen ersten Betriebsspannung (U1) und einer zweiten Spannungslage mit der elektrischen Summenbetriebsspannung U1 und U2 erfasst werden, wobei – die zweite Spannungslage größer als die erste Spannungslage ist, – bei sinkendem ersten Strom (I1) in der ersten Spannungslage und gleichbleibender erster Betriebsspannung (U1) und gleichzeitig steigendem zweiten Strom (I2) in der zweiten Spannungslage und sinkender Betriebsspannung (U2) ein Kurzschluss oder Lichtbogen zwischen den Spannungslagen detektiert wird, und – bei detektiertem Kurzschluss oder Lichtbogen ein innerhalb der zweiten Spannungsebene angeordnetes Schaltelement (4) derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss innerhalb der zweiten Spannungsebene unterbrochen wird.Method for detecting and switching off an electrical short circuit or an arc for a vehicle ( 2 ) with a multi-voltage vehicle electrical system ( 1 ), characterized in that - within an energy accumulator designed as a multi-voltage battery ( 3 ) Current and / or voltage waveforms of a first voltage position with an electrical first operating voltage (U1) and a second voltage position with the electrical total operating voltage U1 and U2 are detected, wherein - the second voltage position is greater than the first voltage position, - with decreasing first current ( I1) in the first voltage position and constant first operating voltage (U1) and simultaneously increasing second current (I2) in the second voltage position and decreasing operating voltage (U2), a short circuit or arc between the voltage levels is detected, and - in detected short circuit or arc within a the second voltage level arranged switching element ( 4 ) is controlled such that a current flow is interrupted within the second voltage level. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschluss oder Lichtbogen bei sinkendem ersten Strom (I1) in der ersten Spannungslage und gleichbleibender erster Betriebsspannung (U1) und gleichzeitig steigendem zweiten Strom (I2) in der zweiten Spannungslage und sinkender zweiter Betriebsspannung (U2) detektiert wird.A method according to claim 1, characterized in that the short circuit or arc with decreasing first current (I1) in the first voltage position and constant first operating voltage (U1) and simultaneously increasing second current (I2) in the second voltage position and decreasing second operating voltage (U2) is detected. Energiespeicher (3) für ein Mehrspannungsbordnetz (1) für ein Fahrzeug (2), umfassend eine Vorrichtung zur Detektion und zum Abschalten eines elektrischen Kurzschlusses oder eines Lichtbogens, wobei der Energiespeicher (3) als Mehrspannungsbatterie mit zumindest zwei Spannungsebenen mit unterschiedlichen Spannungslagen ausgebildet ist.Energy storage ( 3 ) for a multi-voltage vehicle electrical system ( 1 ) for a vehicle ( 2 ), comprising a device for detecting and switching off an electrical short circuit or an arc, wherein the energy store ( 3 ) is designed as a multi-voltage battery with at least two voltage levels with different voltage levels. Energiespeicher (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein Schaltelement (4) zur Unterbrechung eines Stromflusses innerhalb zumindest einer der Spannungsebenen umfasst.Energy storage ( 3 ) according to claim 3, characterized in that the device comprises at least one switching element ( 4 ) for interrupting a current flow within at least one of the voltage levels. Energiespeicher (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (4) ein Leistungsschalter ist.Energy storage ( 3 ) according to claim 4, characterized in that the switching element ( 4 ) is a circuit breaker. Energiespeicher (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Spannungs-Erfassungseinheit (5) zur Erfassung von elektrischen Spannungen (U1, U2, U_LB, U_LB2) innerhalb der Spannungslagen aufweist.Energy storage ( 3 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the device comprises at least one voltage detection unit ( 5 ) for detecting electrical voltages (U1, U2, U_LB, U_LB2) within the voltage levels. Energiespeicher (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Strom-Erfassungseinheit (6) zur Erfassung von elektrischen Strömen (I1, I2, I_LB, I_LB1, I_LB2) innerhalb der Spannungslagen aufweist.Energy storage ( 3 ) according to one of claims 3 to 6, characterized in that the device comprises at least one current detection unit ( 6 ) for detecting electric currents (I1, I2, I_LB, I_LB1, I_LB2) within the voltage levels. Energiespeicher (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Auswerteeinheit (7) zur Auswertung von innerhalb der Spannungslagen erfassten elektrischen Spannungen (U1, U2, U_LB, U_LB2) und/oder elektrischen Strömen (I1, I2, I_LB, I_LB1, I_LB2) aufweist.Energy storage ( 3 ) according to one of claims 3 to 7, characterized in that the device has at least one evaluation unit ( 7 ) for evaluating detected within the voltage levels electrical voltages (U1, U2, U_LB, U_LB2) and / or electrical currents (I1, I2, I_LB, I_LB1, I_LB2). Fahrzeug (2) mit einem Mehrspannungsbordnetz (1), umfassend einen Energiespeicher (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 8. Vehicle ( 2 ) with a multi-voltage vehicle electrical system ( 1 ), comprising an energy store ( 3 ) according to one of claims 3 to 8. Fahrzeug (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (2) ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug ist.Vehicle ( 2 ) according to claim 9, characterized in that the vehicle ( 2 ) is an electric vehicle or a hybrid vehicle.
DE201210020718 2012-10-23 2012-10-23 Method for detection and disconnection of electrical short circuit or arc for vehicle e.g. electric vehicle, involves adjusted switching element within second voltage level based on short circuit or arc detected between voltage levels Withdrawn DE102012020718A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210020718 DE102012020718A1 (en) 2012-10-23 2012-10-23 Method for detection and disconnection of electrical short circuit or arc for vehicle e.g. electric vehicle, involves adjusted switching element within second voltage level based on short circuit or arc detected between voltage levels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210020718 DE102012020718A1 (en) 2012-10-23 2012-10-23 Method for detection and disconnection of electrical short circuit or arc for vehicle e.g. electric vehicle, involves adjusted switching element within second voltage level based on short circuit or arc detected between voltage levels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012020718A1 true DE102012020718A1 (en) 2014-04-24

Family

ID=50436791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210020718 Withdrawn DE102012020718A1 (en) 2012-10-23 2012-10-23 Method for detection and disconnection of electrical short circuit or arc for vehicle e.g. electric vehicle, involves adjusted switching element within second voltage level based on short circuit or arc detected between voltage levels

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012020718A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019025083A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 Ellenberger & Poensgen Gmbh Method for detecting accidental arcs during the charging of electrical battery systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019025083A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 Ellenberger & Poensgen Gmbh Method for detecting accidental arcs during the charging of electrical battery systems
CN110945731A (en) * 2017-07-31 2020-03-31 埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司 Method for detecting a fault arc during charging of a battery system
CN110945731B (en) * 2017-07-31 2022-04-26 埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司 Method for detecting a fault arc during charging of a battery system
US11482850B2 (en) 2017-07-31 2022-10-25 Ellenberger & Poensgen Gmbh Method for detecting accidental arcs during the charging of electrical battery systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1222087B1 (en) Method and arrangement for controlling a circuit connection between the electric outputs of a fuel cell and an isolated electric network
DE102014219235B4 (en) Circuit apparatus and method for determining a condition of a lock conductor loop
DE102013207775B4 (en) Device for detecting a fault in an electrical line
DE102011004516A1 (en) Electric circuit for use with lithium ion battery system for diagnosis of switching contacts in battery-powered road vehicle, has unit for generating and measuring voltage drop via resistance element
WO2016050406A1 (en) Battery system with a battery, which is designed to supply a high-voltage network with electric energy, and a measuring device for measuring at least one insulation resistance of the battery
DE102015210920A1 (en) Redox flow battery system and method for detecting a fault in a bridge circuit of a DC / DC converter of a redox flow battery system
WO2015169528A1 (en) Method for monitoring current sensors
DE102014206694A1 (en) Precharge circuit arrangement, power supply arrangement and method for connecting a consumer to a DC high voltage source
DE102011083582A1 (en) Power distributor for electrical system of motor vehicle, has electronic control and regulating unit for driving, controlling and monitoring load control circuits connected between junction points and load current outputs
EP1662264A1 (en) Device for monitoring an electric circuit network in particular an on-board motor vehicle electrical system and method for monitoring such electric circuit network
DE102019215517B3 (en) On-board electrical system and method for operating such an on-board network
WO2013072028A2 (en) Method and device for monitoring a high-voltage arrangement
DE102018114540B3 (en) Method for detecting electric arcs in DC circuits
DE102015201899B4 (en) Method for protecting a high-voltage electrical system of a motor vehicle with a first and a second energy source, computer program product and motor vehicle
DE102014108870B4 (en) Method and device for arc detection
DE102019109260B4 (en) Method of charging a vehicle and vehicle
WO2013091745A1 (en) Current sensor
DE102012023460A1 (en) Onboard supply system i.e. 2 volt-onboard supply system, for use in e.g. passenger car, has battery supplying current to network area, and arc control device detecting arc from current difference between current measured in measuring units
DE102012219457B4 (en) Protective switching device for detecting a fault current and control method
DE102011101530B4 (en) Method for a charging device of a vehicle
DE102012020718A1 (en) Method for detection and disconnection of electrical short circuit or arc for vehicle e.g. electric vehicle, involves adjusted switching element within second voltage level based on short circuit or arc detected between voltage levels
DE102018130034A1 (en) Method for checking the functionality of an isolating switch arrangement
DE102014004233A1 (en) Monitoring a screen device
DE102004037193B4 (en) Apparatus and method for detecting arcs in a circuit
WO2012034671A2 (en) Method for operating a motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee