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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltnetzes eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung eine Hochvoltnetzanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10.
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Derartige Hochvoltnetze werden in Elektro- oder Hybridfahrzeugen verwendet, um die einzelnen elektrischen Komponenten mit elektrischer Energie zu versorgen. Wenn das Hochvoltnetz mit einer hohen elektrischen Stromstärke beaufschlagt wird, erhöht sich die Temperatur des Hochvoltnetzes. Diese erhöhte Temperatur kann zu einer Beschädigung des Hochvoltnetzes führen. Insbesondere Kontaktübergänge innerhalb des Hochvoltnetzes können im Laufe der Zeit durch erhöhte Temperaturen kritisch beeinflusst werden.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 600 15 421 T2 eine Energieversorgungs-Überwachungsvorrichtung für ein Fahrzeug, welche den Status einer von einer Batterie zu einem Elektrogerät gelieferten Energie überwacht. Die Energieversorgungs-Überwachungsvorrichtung umfasst eine Abschalteinheit, die entlang eines Energieversorgungswegs zwischen der Batterie und dem Elektrogerät angeordnet ist, um einen Strom, der entlang des Energieversorgungswegs fließt, zu unterbrechen. Des Weiteren umfasst die Energieversorgungs-Überwachungsvorrichtung einen Stromdetektor zum Erfassen des Werts eines Stroms, der durch das Elektrogerät fließt. Wenn der von dem Stromdetektor erfasste Strom mindestens einen Referenzstromwert erreicht und über einen Zeitraum aus einer Vielzahl von zulässigen Zeiten anhält, wird der elektrische Strom mit der Abschalteinheit unterbrochen.
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Des Weiteren beschreibt die
US 2012/0081 825 A1 eine Vorrichtung zum Überwachen eines elektrischen Lastkreises eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst eine Einheit zum Erfassen des elektrischen Stroms in dem Lastkreis. Überdies umfasst die Vorrichtung eine Temperaturberechnungseinheit, mit der die Temperatur in dem Lastkreis anhand des Widerstands des Lastkreises geschätzt werden kann. Wenn die Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird die elektrische Stromstärke begrenzt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochvoltnetz für ein Kraftfahrzeug zuverlässiger zu betreiben. Zudem soll eine entsprechende Hochvoltnetzanordnung bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Hochvoltnetzanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltnetzes eins Kraftfahrzeugs umfasst das Einprägen eines elektrischen Stroms in das Hochvoltnetz, wobei der elektrische Strom eine vorbestimmte Stromstärke aufweist, das Ermitteln einer aktuellen Temperatur des Hochvoltnetzes, das Ermitteln eines ersten Produkts aus der Differenz der ermittelten aktuellen Temperatur des Hochvoltnetzes und einer Nominaltemperatur des Hochvoltnetzes und einer zeitlichen Dauer und das Begrenzen der Stromstärke des elektrischen Stroms, falls das erste Produkt einen vorbestimmten Wert erreicht.
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Das Hochvoltnetz dient zum Versorgen der elektrischen Komponenten eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie. An dem Hochvoltnetz liegt eine vorbestimmte elektrische Spannung an und zudem wird ein elektrischer Strom mit einer vorbestimmten Stromstärke in das Hochvoltnetz eingespeist. Des Weiteren wird die Temperatur des Hochvoltnetzes an einer vorbestimmten Stelle, beispielsweise mittels eines Temperatursensors, ermittelt. Sobald die Temperatur des Hochvoltnetzes eine vorgegebene Nominaltemperatur überschreitet, wird ein erstes Produkt ermittelt. Das erste Produkt bestimmt sich aus der Differenz der ermittelten aktuellen Temperatur des Hochvoltnetzes und der Temperatur einerseits und der zeitlichen Dauer beginnend ab dem Zeitpunkt, ab dem die Temperatur des Hochvoltnetzes die Nominaltemperatur überschreitet, andererseits. Sobald dieses erste Produkt einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die elektrische Stromstärke des elektrischen Stroms, der in das Hochvoltnetz eingeprägt wird, begrenzt. Somit können Schäden in dem Hochvoltnetz in Folge der thermischen Belastung reduziert werden. Zudem können während der Entwicklungsphase des Hochvoltnetzes kritische Stellen innerhalb des Hochvoltnetzes ermittelt werden.
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Bevorzugt wird die elektrische Stromstärke solange begrenzt, bis die Temperatur des Hochvoltnetzes die Nominaltemperatur einnimmt. Wenn die Temperatur des Hochvoltnetzes die Nominaltemperatur wieder erreicht hat, kann das Hochvoltnetz wieder zuverlässig betrieben werden.
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In einer Ausführungsform wird die elektrische Stromstärke solange begrenzt, bis ein zweites Produkt aus einer Hälfte der Differenz der ermittelten aktuellen Temperatur des Hochvoltnetzes und der Nominaltemperatur des Hochvoltnetzes und einer zeitlichen Dauer einen vorbestimmten Wert einnimmt. Das zweite Produkt bestimmt sich einerseits aus der Hälfte der Differenz der aktuellen Temperatur und der Nominaltemperatur des Hochvoltnetzes und andererseits aus der zeitlichen Dauer bis das Hochvoltnetz die Nominaltemperatur wieder erreicht hat. Damit kann ein zuverlässiger Betrieb des Hochvoltnetzes ermöglicht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die elektrische Stromstärke entlang einer Rampe in Abhängigkeit von der Zeit begrenzt. Dabei kann die Rampe zur Begrenzung des Stromwerts an das Hochvoltnetz und die mit ihr betriebenen Komponenten entsprechend angepasst werden.
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Bevorzugt wird die elektrische Stromstärke derart begrenzt, dass die Temperatur des Hochvoltnetzes eine vorbestimmte Entspannungstemperatur einnimmt. Insbesondere wird die elektrische Stromstärke nach dem Erreichen der Nominaltemperatur nochmals begrenzt, so dass die Temperatur des Hochvoltnetzes eine vorbestimmte Entspannungstemperatur einnimmt. Nach dem Begrenzen der Temperatur auf die Entspannungstemperatur steht dem Hochvoltnetz die volle Leistung zur Verfügung.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die elektrische Stromstärke solange begrenzt, bis ein drittes Produkt aus der Differenz der Nominaltemperatur und der Entspannungstemperatur und der zeitlichen Dauer der Summe aus dem ersten Produkt und dem zweiten Produkt entspricht. Wenn die elektrische Stromstärke für eine Entspannungszeit so begrenzt wird, dass die Temperatur die Entspannungstemperatur annimmt, steht dem Hochvoltnetz wieder die volle Leistungsfähigkeit zur Verfügung. Im Anschluss daran kann das Hochvoltnetz kurzzeitig mit einer erhöhten Stromstärke betrieben werden.
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Bevorzugt wird die aktuelle Temperatur des Hochvoltnetzes an einem Kontaktübergang des Hochvoltnetzes ermittelt. Ein solcher Kontaktübergang stellt oft das „schwächste Glied” des Hochvoltnetzes dar. Wenn die Temperatur an dem Kontaktübergang oder an mehreren Kontaktübergängen ermittelt wird, kann ein zuverlässiger Betrieb des Hochvoltnetzes ermöglicht werden. Ebenso ist es denkbar, dass die Temperatur in einem Bereich ermittelt wird, der von außen mit einer hohen Temperatur beaufschlagt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Hochvoltnetz sehr nahe an der Abgasleitung verlegt wird.
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Die erfindungsgemäße Hochvoltnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Hochvoltnetz, eine Stromquelle zum Einprägen eines elektrischen Stroms in das Hochvoltnetz, wobei der elektrische Strom eine vorbestimmte Stromstärke aufweist, einen Temperatursensor zum Ermitteln einer aktuellen Temperatur des Hochvoltnetzes, eine Recheneinrichtung zum Ermitteln eines Produkts aus der Differenz der ermittelten aktuellen Temperatur des Hochvoltnetzes und einer Nominaltemperatur des Hochvoltnetzes und einer zeitlichen Dauer und einer Begrenzungseinrichtung zum Begrenzen der Stromstärke des elektrischen Stroms, falls das erste Produkt einen vorbestimmten Wert erreicht. Bevorzugt umfasst die Recheneinrichtung einen Integralzähler. Dieser kann als Sensor einen Temperaturzähler umfassen. Somit kann auf einfache Weise das erste Produkt bestimmt werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Hochvoltnetzanordnung. Die zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen können sinngemäß auf die erfindungsgemäße Hochvoltnetzanordnung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Diagramm einer Temperatur des Hochvoltnetzes in Abhängigkeit von der Zeit;
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2 ein Diagramm gemäß 1 für einen zweiten Betriebsmodus des Hochvoltnetzes; und
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3 Ein Diagramm gemäß 1 für einen dritten Betriebsmodus des Hochvoltnetzes.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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1 zeigt ein Diagramm 10, in dem die Temperatur T eines Hochvoltnetzes in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt ist. Das Hochvoltnetz kann beispielsweise in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnet sein. Die Temperatur T des Hochvoltnetzes kann mit einem entsprechenden Temperatursensor erfasst werden. Insbesondere kann die Temperatur T des Hochvoltnetzes an Kontaktübergängen des Hochvoltnetzes erfasst werden. Zudem kann ein Integralzähler verwendet werden, der als Sensor einen Temperaturzähler hinterlegt hat. An dem Hochvoltnetz liegt eine elektrische Spannung an und es wird eine elektrische Stromstärke I eingeprägt. In dem Diagramm 10 sind der zeitliche Verlauf der Temperatur T und der korrespondierende zeitliche Verlauf der korrespondierenden Stromstärke I dargestellt.
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In das Hochvoltnetz wird eine vorbestimmte elektrische Stromstärke I eingeprägt. Für das Hochvoltnetz ist eine Nominaltemperatur TNom vorgegeben, mit der das Hochvoltnetz betrieben werden soll. Die Nominaltemperatur TNom kann beispielsweise 140°C betragen. Wenn die aktuelle Temperatur TAkt des Hochvoltnetzes die Nominaltemperatur TNom überschreitet, wird mit Hilfe des Integralzählers ein erstes Produkt A1 ermittelt. Das Produkt A1 ermittelt sich einerseits der Differenz der aktuellen Temperatur TAkt und der Nominaltemperatur TNom und der zeitlichen Dauer t andererseits. Wenn das erste Produkt A1 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die elektrische Stromstärke I begrenzt. Vorliegend ist der vorbestimmte Wert für das erste Produkt A1 bei einer zeitlichen Dauer t1 erreicht.
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Vorliegend wird die elektrische Stromstärke I zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 entlang einer vorbestimmten Rampe reduziert. Dabei ergibt sich ein zweites Produkt A2 aus der Hälfte der Differenz der aktuellen Temperatur TAkt und der Nominaltemperatur TNom einerseits und der Differenz der zeitlichen Dauer t2, an der die Nominaltemperatur TNom erreicht ist, und der zeitlichen Dauer t1, an dem das erste Produkt A1 den vorbestimmten Wert erreicht hat. Somit kann die Temperatur T des Hochvoltnetzes bzw. des Leitungssatzes entsprechend verringert werden.
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Um dem Hochvoltnetz wieder die volle mögliche Leistungsfähigkeit zurückzugeben, muss der Integralzähler wieder auf den Wert 0 gesetzt werden. Durch diesen Zweck wird das Produkt A3 ermittelt. Das dritte Produkt A3 ermittelt sich aus der Differenz der Nominaltemperatur TNom und einer Entspannungstemperatur TEnt einerseits sowie der zeitlichen Differenz zwischen den Zeitpunkten t4 und t3. Dabei wird das dritte Produkt A3 derart bestimmt, dass es der Summe des ersten Produkts A1 und des zweiten Produkts A2 entspricht.
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Um das Flächenintegral wieder auf den Wert 0 zu setzen, reicht es entweder aus, das Hochvoltnetz mit der Stromstärke I in Abhängigkeit mit der Zeit t zu betreiben. Dies ist vorliegend durch die durchgezogene Linie des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke I dargestellt. Der Fall, dass die elektrische Stromstärke I nochmals reduziert wird, so dass die Temperatur T des Hochvoltnetzes die Entspannungstemperatur TEnt für die Entspannungszeit (t4–t3) einnimmt, ist durch die gestrichelte Linie 12 veranschaulicht. Hat der Integralzähler wieder den Wert 0 erreicht, so steht wieder die volle Leistungsfähigkeit des Hochvoltnetzes zur Verfügung. Die elektrische Stromstärke I kann wieder auf den maximal möglichen Stromwert erhöht werden.
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2 zeigt ein Diagramm gemäß 1 für einen weiteren Betriebsmodus. In diesem Fall hat die aktuelle Temperatur TAkt des Hochvoltnetzes eine erste Grenztemperatur TGrenz1 eingenommen. In diesem Fall wird der vorbestimmte Wert für das erste Produkt A1 schneller erreicht und zudem wird die elektrische Stromstärke I nach dem Erreichen des vorbestimmten Werts für das erste Produkt A1 schneller mit einer steileren Rampe reduziert. Im Übrigen wird das Hochvoltnetz wie oben in Zusammenhang mit 1 beschrieben weiter betrieben.
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3 zeigt ein Diagramm für einen weiteren Betriebsmodus. In diesem Fall erreicht die aktuelle Temperatur TAkt einen zweiten Grenzwert TGrenz2. In diesem Fall wird sofort der maximale Stromvorgabewert reduziert. Zudem wird der Wert auf einen sehr geringen Wert für die elektrische Stromstärke I entlang einer steilen Rampe reduziert. Reicht dieser Stromwert nicht aus, um die Temperatur T im Hochvoltnetz weiter zu begrenzen, so wird der Stromvorgabewert I weiter reduziert. Dabei ist auch eine komplette Begrenzung des elektrischen Stroms möglich. Sobald über das Produkt A3 der Integralzähler wieder den Wert 0 erreicht hat, steht die maximale Stromstärke I wieder zur Verfügung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Diagramm
- 12
- Linie
- A1, A2, A3
- Produkt
- t
- Zeit
- t1, t2, t3, t4
- Zeit
- T
- Temperatur
- TAkt
- aktuelle Temperatur
- TEnt
- Entspannungstemperatur
- TGrenz1, TGrenz2
- Grenztemperatur
- TNom
- Nominaltemperatur
- I
- Elektrische Stromstärke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60015421 T2 [0003]
- US 2012/0081825 A1 [0004]
