DE102014209267A1

DE102014209267A1 - Heating device and method for reducing an overvoltage in a vehicle electrical system of a means of transportation

Info

Publication number: DE102014209267A1
Application number: DE102014209267.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Weß; Marc Düvel; Kay Koppenhagen; Hendrik Schröder; Rüdiger Kusch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Es werden eine Heizeinrichtung und ein Verfahren zum Abbau einer Überspannung in einem ersten Teil (1a) eines Bordnetzes (1) eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels (10) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erkennen der Überspannung oder einer anderen Information, welche ein bevorstehendes Überspannungsereignis ankündigt, in dem ersten Teil (1a) des Bordnetzes (1), und im Ansprechen darauf Schließen einer elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen Heizeinrichtung (3) des Fortbewegungsmittels (10) und dem ersten Teil (1a) des Bordnetzes (1) zum Abbau der Überspannung.A heating device and a method for reducing overvoltage in a first part (1a) of a vehicle electrical system (1) of an electrically drivable means of locomotion (10) are proposed. The method comprises the steps of: detecting overvoltage or other information announcing an impending overvoltage event in the first part (1a) of the electrical system (1), and in response thereto closing an electrical connection between an electrical heating device (3) of the means of locomotion (10) and the first part (1a) of the electrical system (1) for reducing the overvoltage.

Description

Stand der Technik State of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zum Abbau einer Überspannung in einem ersten Teil eines Bordnetzes eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verringerung kurzfristig auftretender Überspannungen unter Verwendung überwiegend bereits vorhandener Hardware. The present invention relates to a heating device for an electrically driven means of locomotion as well as a method for reducing an overvoltage in a first part of a vehicle electrical system of an electrically driven means of transport. In particular, the present invention relates to reducing short term overvoltages using predominantly existing hardware.

Die Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs schreitet derzeit rasch voran. Für die Speicherung elektrischer Energie werden dabei überwiegend elektrochemische Speicher verwendet. Insbesondere werden die Ansätze "Brennstoffzelle" und "Lithium-Ionen-Speicher" verfolgt. Auch andere Speicherprinzipien und elektrochemische Zusammensetzungen werden in diesem Zusammenhang verwendet beziehungsweise erprobt. In einem derart elektrifizierten Antriebsstrang kann es durch fahrdynamische Einflüsse und Störungen von außen (Lastabwurf, Eingriff eines Fahrdynamikregelungssystems etc.) zu Überspannungen im Hochvolt-Bordnetz kommen, welche für das System kritisch sind und zur Abschaltung oder Beschädigung von Komponenten führen können. Im besten Fall spricht lediglich eine Sicherungseinrichtung an, im schlimmsten Fall fallen sensible, kostspielige und aufwendig zu ersetzende Komponenten vollständig aus. Um einen sicheren Betrieb gewährleisten zu können, muss durch geeignete Maßnahmen versucht werden, die Überspannung ("Spannungsspitzen") zu verhindern. Hierzu wird im Stand der Technik ein ohmscher Widerstand (auch "Bremswiderstand" oder "Bremschopper") vorgeschlagen, der die in den Spannungsspitzen auftretende "überschüssige" Energie in Wärme umwandelt. Bremschopper werden beispielsweise auch in Elektroantrieben von Bahnsystemen eingesetzt. Sie benötigen jedoch einen großen Bauraum und sind für den Einbau in Straßenfahrzeuge, insbesondere PKW, nicht geeignet. Bremschopper können für den Dauerbetrieb ausgelegt sein. Mitunter sind sie auch nur dafür vorgesehen, die kinetische Energie im Bedarfsfall in einem Fahrzeug/Antrieb aufzunehmen. The electrification of passenger transport is currently progressing rapidly. For the storage of electrical energy mainly electrochemical storage are used. In particular, the approaches "fuel cell" and "lithium-ion storage" are pursued. Other storage principles and electrochemical compositions are also used or tested in this context. In such an electrified powertrain can be caused by driving dynamics influences and external disturbances (load shedding, intervention of a vehicle dynamics control system, etc.) to overvoltages in the high-voltage vehicle electrical system, which are critical for the system and can lead to shutdown or damage of components. In the best case, only a safety device responds; in the worst case, sensitive, costly components that require extensive replacement are completely eliminated. In order to ensure safe operation, suitable measures must be taken to prevent overvoltage ("voltage peaks"). For this purpose, an ohmic resistance (also called "braking resistor" or "brake chopper") is proposed in the prior art, which converts the "excess" energy occurring in the voltage peaks into heat. Brake choppers are also used, for example, in electric drives of railway systems. However, they require a large amount of space and are not suitable for installation in road vehicles, especially cars. Brake choppers can be designed for continuous operation. Sometimes they are only intended to absorb the kinetic energy in case of need in a vehicle / drive.

DE 10 2011 105 971 A1 betrifft eine Bordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug mit zwei Teilbordnetzen unterschiedlicher Spannungen. Im zweiten Bordnetz höherer Spannung ist eine Ansteuereinrichtung mit einem Schalter vorgesehen, über welche im Falle einer Überspannung ein Lastzweig (z. B. in Form eines elektrischen Widerstandselementes) parallel zwischen die Versorgungsleitung und die Masseleitung des zweiten Bordnetzes geschaltet wird. Dadurch wird ein Spannungsabfall an dem Widerstandselement erzeugt und die Überspannung beseitigt. DE 10 2011 105 971 A1 relates to a vehicle electrical system arrangement for a motor vehicle with two sub-networks of different voltages. In the second vehicle electrical system of higher voltage, a drive device is provided with a switch via which, in the event of an overvoltage, a load branch (for example in the form of an electrical resistance element) is connected in parallel between the supply line and the ground line of the second vehicle electrical system. As a result, a voltage drop is generated at the resistance element and the overvoltage is eliminated.

DE 101 94 113 B4 offenbart eine Spannungsversorgungsvorrichtung für ein KFZ-Bordnetz zum Schutz elektronischer Bauelemente vor Überspannungen, in welcher eine Absorbereinrichtung und ein Leistungstransistor als Schalter vorgesehen sind, um im Falle einer Überspannung die Absorbereinrichtung als steuerbare Stromsenke zum Beseitigen der Überspannung zu verwenden. DE 101 94 113 B4 discloses a power supply apparatus for a vehicle electrical system for the protection of electronic components against overvoltages, in which an absorber device and a power transistor are provided as switches to use the absorber device in the event of an overvoltage as a controllable current sink for removing the overvoltage.

Insbesondere im Falle von Fortbewegungsmitteln sind separate Widerstände beziehungsweise Stromsenken aufgrund ihrer Masse und ihres Platzbedarfes nachteilig. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schutz vor Folgen einer Überspannung auf einem Bordnetz mit möglichst geringen zusätzlichen Kosten, Massen und Volumina zu realisieren. Especially in the case of means of transport separate resistors or current sinks are disadvantageous due to their mass and their space requirement. It is therefore an object of the present invention to realize the protection against the consequences of overvoltage on a vehicle electrical system with the lowest possible additional costs, masses and volumes.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 gelöst. Das Verfahren dient dem Abbau einer Überspannung in einem ersten Teil (z. B. ein Hochvolt-Abschnitt) eines Bordnetzes eines elektrisch zumindest teilweise antreibbaren Fortbewegungsmittels. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Bordnetz“ die Gesamtheit aller vorhandenen Bordnetze in einem Fahrzeug. Ein Beispiel für mehrere Nennspannungen eines Bordnetzes ist ein 12V-Pegel in Verbindung mit einem Hochvolt-Pegel (z.B. Traktionsantrieb eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels) aber auch ein 12V-Pegel in Verbindung mit einem 48V-Pegel. Da elektrische Antriebe von Fahrzeugen gegenüber Brennkraftmaschinen einen erheblichen Wirkungsgradvorteil und geringere Abwärmemengen aufweisen, sind elektrische Zusatzheizungen für solche Fahrzeuge zur Sicherstellung eines zeitgemäßen Anwenderkomforts nahezu unabdingbar. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Überspannung oder eine andere Information, welche ein bevorstehendes Überspannungsereignis ankündigt, in dem ersten Teil des Bordnetzes erkannt. Der Einfachheit halber wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Erkennen einer Überspannung daher auch ein Erkennen einer zukünftigen Überspannung verstanden. Die Überspannung kann beispielsweise durch Eingriffe eines Fahrdynamikregelsystems, ein Durchfahren eines Schlagloches o.ä. auftreten. Die Information, welche ein bevorstehendes Überspannungsereignis ankündigt kann beispielsweise eine kritische Änderung der Spannung über der Zeit, insbesondere ein schneller Spannungsanstieg, sein. Im Ansprechen auf das Erkennen der Überspannung wird eine elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Heizeinrichtung des Fortbewegungsmittels und des ersten Teils des Bordnetzes geschlossen. Hierbei wirkt die elektrische Heizeinrichtung als Stromsenke beziehungsweise als Bauteil, an welchem eine elektrische Spannung abfällt, wodurch ein Abbau der Überspannung zumindest anteilig erfolgen kann. Insbesondere bei kurzen Überspannungsereignissen, welche eine geringe elektrische Energie in das Bordnetz eintragen, führt die Trägheit der Heizeinrichtung nicht notwendigerweise gleich zu einer gegebenenfalls unerwünschten Erwärmung des Fahrzeuginnenraums, sodass ein Kundenerlebnis bestenfalls vollständig ausbleibt. Eigens für die Beseitigung der unerwünschten Überspannung vorgesehene Lastwiderstände sind somit erfindungsgemäß nicht erforderlich. Im Ergebnis kann das Fahrzeuggewicht, die Bauteilkosten, der Montageaufwand und der Bauraum gegenüber den im Stand der Technik bekannten Anordnungen verringert werden. The above object is achieved by a method with the features of claim 1 and by a heater with the features of claim 5. The method is used to reduce an overvoltage in a first part (eg a high-voltage section) of a vehicle electrical system of an electrically at least partially drivable means of locomotion. In the context of the present invention, the term "electrical system" refers to the entirety of all existing electrical systems in a vehicle. An example of several rated voltages of a vehicle electrical system is a 12V level in conjunction with a high-voltage level (eg traction drive of an electrically driven means of transport) but also a 12V level in conjunction with a 48V level. Since electric drives of vehicles compared to internal combustion engines have a significant efficiency advantage and lower waste heat, electrical booster heaters for such vehicles to ensure a contemporary user comfort are almost essential. In a first step of the method according to the invention, an overvoltage or other information, which announces an impending overvoltage event, is detected in the first part of the electrical system. For the sake of simplicity, in the context of the present invention, detection of an overvoltage is therefore also understood to mean recognition of a future overvoltage. The overvoltage can, for example, by interfering with a driving dynamics control system, driving through a pothole or similar. occur. The information announcing an impending overvoltage event may be, for example, a critical change in voltage over time, in particular a rapid voltage increase. In response to the detection of the overvoltage becomes a closed electrical connection between an electric heater of the means of transport and the first part of the electrical system. Here, the electric heater acts as a current sink or as a component at which an electrical voltage drops, whereby a reduction of the overvoltage can be at least partially. Especially with short overvoltage events, which enter a low electrical energy in the electrical system, the inertia of the heater does not necessarily equal to an optionally undesirable heating of the vehicle interior, so that a customer experience at best completely absent. Specially designed for the elimination of unwanted overvoltage load resistors are therefore not required according to the invention. As a result, the vehicle weight, the component cost, the assembly cost and the installation space can be reduced over the arrangements known in the prior art.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.

Die für Kundenfunktionen verwendeten Schalteinrichtungen zur Klimabedienung beziehungsweise der Empfang der derart erzeugten Steuerbefehle erfolgt in modernen Fahrzeugen stets über Bussysteme, welche mitunter erheblich hohe Latenzen (oder „Latenzzeiten“) aufweisen. Diese sind zur Erzeugung von Wärme zu Komfort-Zwecken aufgrund der ohnehin vorhandenen thermischen Trägheit der Heizeinrichtung auch völlig ausreichend. Um jedoch eine erfindungsgemäße Verwendung der elektrischen Heizeinrichtung zum Abbau einer kurzfristigen Überspannung zu verwenden, sind kürzere Ansprechzeiten (z. B. durch die Verwendung von Transistoren, Leistungstransistoren etc.) zweckdienlich. Um die erfindungsgemäß adressierten Überspannungsereignisse über die elektrische Heizeinrichtung zu behandeln, erfolgt das Schließen der elektrischen Verbindung daher bevorzugt mit einer Latenz (gerechnet ab dem Zeitpunkt des Erkennens der Überspannung oder einer anderen Information, welche ein bevorstehendes Überspannungsereignis ankündigt), welche geringer als eine Millisekunde, bevorzugt geringer als eine Mikrosekunde, äußerst bevorzugt geringer als eine Nanosekunde, ist. Mit anderen Worten wird bevorzugt im Wesentlichen latenzfrei unmittelbar nach Erkennen der Überspannung oder der anderen Information, welche ein bevorstehendes Überspannungsereignis ankündigt geschaltet. The switching devices used for customer functions for air conditioning or the receipt of the control commands generated in this way always takes place in modern vehicles via bus systems, which sometimes have considerably high latencies (or "latencies"). These are also completely sufficient for generating heat for comfort purposes due to the already existing thermal inertia of the heater. However, in order to use a use of the electric heater according to the invention for reducing a short-term overvoltage, shorter response times (for example, through the use of transistors, power transistors, etc.) are expedient. Therefore, in order to handle the overvoltage events addressed by the present invention via the electrical heater, the electrical connection is preferably terminated with a latency (counted from the time of overvoltage detection or other information announcing an impending overvoltage event) less than one millisecond, preferably less than one microsecond, most preferably less than a nanosecond. In other words, it is preferred to switch substantially without latency immediately after the overvoltage or the other information announcing an impending overvoltage event has been detected.

Der erste Teil des Bordnetzes des Fortbewegungsmittels kann eine Hochvolt-Bordnetzsektion sein, in welcher beispielsweise eine Traktionsmaschine (Antriebsmaschine) und insbesondere ein elektrochemischer Energiespeicher mit einer Nennspannung größer 50 Volt, insbesondere größer 300 Volt vorgesehen ist (auch „Traktionsnetz“ genannt). Weitere derzeit mögliche Spannungsbereiche sind 48 V oder 200–400 V bzw. bis zu 1000 V. The first part of the on-board network of the means of locomotion may be a high-voltage vehicle power section, in which, for example, a traction machine (drive machine) and in particular an electrochemical energy store with a rated voltage greater than 50 volts, in particular greater than 300 volts is provided (also called "traction network"). Other currently possible voltage ranges are 48 V or 200-400 V or up to 1000 V.

Beispiele für Heizeinrichtungen, welche als elektrische Heizeinrichtung zum Abbau der Überspannung erfindungsgemäß verwendbar sind, sind Lenkradheizung, Sitzheizung, Scheibenheizung, Kühlwasserheizung (), Luft-Innenraumheizung, Infrarot-Heizungen, Heizung für Hilfsflüssigkeiten wie Harnstoff (länderspezifisch) oder Wischwasser (länderspezifisch). Examples of heating devices that can be used according to the invention as electric heating device for reducing the overvoltage are steering wheel heating, seat heating, window heating, cooling water heating (), air interior heating, infrared heating, heating for auxiliary liquids such as urea (country-specific) or wiping water (country-specific).

Bevorzugt wird eine Stufenregelung vorgesehen, um unterschiedliche Überspannungsbereiche adäquat behandeln zu können und eine Überregelung durch ein zu starkes Absenken der Bordnetzspannung zu vermeiden. Hierzu kann die Heizeinrichtung ein erstes Heizelement (umfassend z.B. PTC-Elemente, ohmsche Widerstände oder ähnliche Heizeinrichtungen) und ein zweites Heizelement umfassen. Sofern eine erste (geringe) Überspannung auf dem ersten Teil des Bordnetzes erkannt wird, wird eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Heizelement und dem ersten Teil des Bordnetzes zum Abbau der Überspannung geschlossen. Sofern ein höherer Überspannungspegel erkannt wird, kann alternativ oder zusätzlich das zweite Heizelement mit dem ersten Teil des Bordnetzes elektrisch verbunden werden. Auf diese Weise kann die Überspannung pegelgemäß abgebaut und die Bordnetzspannung auf ihren Nennwert geregelt werden. Entsprechend sind auch dritte, vierte und weitere Heizelemente über jeweilige Schalteinrichtungen (im Ansprechen auf jeweilige Überspannungspegel) alternativ oder zusätzlich zuschaltbar. Preferably, a step control is provided in order to adequately treat different overvoltage areas and to avoid over-regulation by excessive lowering of the vehicle electrical system voltage. To this end, the heating means may comprise a first heating element (comprising, for example, PTC elements, ohmic resistors or similar heating means) and a second heating element. If a first (low) overvoltage is detected on the first part of the vehicle electrical system, an electrical connection between the first heating element and the first part of the electrical system is closed to reduce the overvoltage. If a higher overvoltage level is detected, alternatively or additionally, the second heating element can be electrically connected to the first part of the electrical system. In this way, the overvoltage can be reduced according to level and the vehicle electrical system voltage can be regulated to its nominal value. Accordingly, third, fourth and further heating elements can also be connected via respective switching devices (in response to respective overvoltage levels) alternatively or additionally.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Heizeinrichtung für ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel vorgeschlagen. Die Heizeinrichtung umfasst ein Heizelement oder mehrere Heizelemente, einen Überspannungssensor und mindestens eine Schalteinrichtung. Der Überspannungssensor ist eingerichtet, im Ansprechen auf eine Überspannung auf einem Bordnetz des Fortbewegungsmittels ein Signal an die Schalteinrichtung auszugeben, welche im Ansprechen auf das Signal das erste Heizelement mit einem ersten Teil des Bordnetzes elektrisch verbindet, um die erkannte elektrische Überspannung abzubauen. Je nach Spannungswert der erkannten Überspannung kann die Schalteinrichtung alternativ oder zusätzlich ein zweites Heizelement oder weitere Heizelemente zum Abbau der elektrischen Überspannung auf eine Nennspannung des Bordnetzes hinzuschalten. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Aspekt der vorliegenden Erfindung genannten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. In accordance with another aspect of the present invention, a heater for an electrically powered vehicle is proposed. The heating device comprises a heating element or a plurality of heating elements, an overvoltage sensor and at least one switching device. The overvoltage sensor is arranged to output a signal to the switching device in response to an overvoltage on a vehicle electrical system of the vehicle, which in response to the signal electrically connects the first heating element to a first part of the vehicle electrical system in order to reduce the detected electrical overvoltage. Depending on the voltage value of the detected overvoltage, the switching device may alternatively or additionally connect a second heating element or further heating elements for reducing the electrical overvoltage to a rated voltage of the vehicle electrical system. The features, feature combinations, and advantages resulting therefrom are as apparent from those recited in connection with the first aspect of the present invention to avoid repetition, reference is made to the above statements.

Um kurzfristige Überspannungsereignisse erfindungsgemäß durch die Heizeinrichtung abbauen zu können, weist die Schalteinrichtung eine Latenz zwischen dem Erkennen der Überspannung und dem Schließen der elektrischen Verbindung auf, welche geringer als eine Millisekunde, bevorzugt geringer als eine Mikrosekunde, äußerst bevorzugt geringer als eine Nanosekunde ist. Auf diese Weise können stark ansteigende Spannungsspitzen/Energieeinträge abgebaut bzw. vermieden werden, ohne dass die Komponenten des Bordnetzes Schaden nehmen. Die thermische Trägheit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung vermeidet eine Erlebbarkeit vor dem Kunden. Das Heizelement kann einer Lenkradheizung, einer Scheibenheizung, einer Innenraumheizung, einer Sitzheizung, einer Kühlmittelheizung oder sonstigen elektrisch Wärme generierenden Aggregaten zugeordnet sein. Beispielsweise werden auch andere Betriebsmittel (z. B. Harnstoff zur Abgasnachbehandlung, Waschwasser) mitunter durch elektrisch erzeugte Wärme in einen betriebsbereiten Zustand versetzt. Solche Heizungen können bevorzugt zum Abbau der Überspannung verwendet werden, da aufgrund der thermischen Masse der erhitzten Betriebsmittel ein Kundenerlebnis ausgeschlossen ist. In order to reduce short-term overvoltage events according to the invention by the heater, the switching device has a latency between the detection of the overvoltage and the closing of the electrical connection, which is less than a millisecond, preferably less than a microsecond, most preferably less than a nanosecond. In this way, steeply rising voltage peaks / energy inputs can be reduced or avoided without damaging the components of the vehicle electrical system. The thermal inertia of the heating device according to the invention avoids an experience before the customer. The heating element may be associated with a steering wheel heater, a window heater, an interior heater, a seat heater, a coolant heater or other electrically generating units. For example, other resources (eg, urea for exhaust aftertreatment, wash water) are sometimes put into a ready-to-operate state by means of electrically generated heat. Such heaters can preferably be used to reduce the overvoltage, as due to the thermal mass of the heated equipment a customer experience is excluded.

Um eine Anpassung an den Überspannungspegel vornehmen zu können, können kaskardierte Heizeinrichtungen in Abhängigkeit des detektierten Überspannungspegels angesteuert werden. Beispielsweise kann ein erster Transistor zwischen einem ersten Heizelement und dem ersten Teil des Bordnetzes angeordnet sein und ein zweiter Transistor zwischen einem zweiten Heizelement und dem ersten Teil des Bordnetzes angeordnet sein. Der Überspannungssensor kann somit in Abhängigkeit des erkannten Überspannungspegels wahlweise den ersten Transistor und/oder den zweiten Transistor zum Abbau der Überspannung mittels des ersten und/oder des zweiten Heizelementes leitend schalten. Insbesondere Leistungstransistoren bieten die erforderliche Stromfestigkeit und geringe Latenz. Diese Transistoren sind in elektrischen Zusatzheizungen elektrisch antreibbarer Fortbewegungsmittel ohnehin vorhanden, da auch im „Normalbetrieb“ durch die Klimaregelung die Heizelemente eingeschaltet werden müssen). In order to be able to adapt to the overvoltage level, cascaded heating devices can be activated as a function of the detected overvoltage level. For example, a first transistor between a first heating element and the first part of the electrical system can be arranged and a second transistor between a second heating element and the first part of the electrical system can be arranged. The overvoltage sensor can thus selectively switch the first transistor and / or the second transistor for reducing the overvoltage by means of the first and / or the second heating element as a function of the detected overvoltage level. In particular, power transistors provide the required current stability and low latency. These transistors are anyway present in electric booster heaters electrically driven means of transportation, since even in "normal operation" by the air conditioning, the heating elements must be turned on).

Üblicherweise weisen elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel einen Hochvolt-Bordnetzabschnitt und einen Niedervolt-Bordnetzabschnitt auf, wodurch die elektrischen Verluste im Traktionsstrang gering gehalten werden können, während die Komponenten des sonstigen Bordnetzes eine geringere Spannungsfestigkeit aufweisen und Isolationsaufwände gering gehalten werden können. Üblicherweise liegen die traktionsrelevanten Bordnetzabschnitte (erstes Teilbordnetz) auf einem Spannungsniveau zwischen 200 und 500 Volt, (wobei auch andere Spannungsbereiche wie z.B. 48 V bis 800 V denkbar sind) während die Nennspannungsbereiche der übrigen Bordnetzabschnitte (zweites Teilbordnetz) zwischen 10 Volt und 50 Volt, insbesondere zwischen 12 Volt (PKW-Bordnetz), 24 V-Bordnetz (LKW, Bus, Nutzfahrzeuge) und 48 Volt (Traktionsnetz) liegen. Die vorgenannten Grenzen werden häufig als Nennspannungen für PKW beziehungsweise LKW-Bordnetze verwendet. Usually have electrically driven means of locomotion on a high-voltage vehicle electrical system section and a low-voltage vehicle electrical system section, whereby the electrical losses in the traction train can be kept low, while the components of the other electrical system have a lower dielectric strength and insulation costs can be kept low. Usually, the traction-relevant electrical system sections (first sub-board network) are at a voltage level between 200 and 500 volts, (other voltage ranges such as 48 V to 800 V are conceivable) while the rated voltage ranges of the other electrical system sections (second sub-board) between 10 volts and 50 volts, especially between 12 volts (car electrical system), 24 V electrical system (truck, bus, commercial vehicles) and 48 volts (traction network) are. The abovementioned limits are frequently used as nominal voltages for passenger cars or truck vehicle electrical systems.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches beispielsweise als elektrisch antreibbares Fahrzeug (PKW, Transporter, LKW o.ä.) ausgestaltet ist. Das Fortbewegungsmittel umfasst eine Heizeinrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt, durch welche Überspannungen auf dem Bordnetz des Fortbewegungsmittels ohne einen entsprechend dem Stand der Technik erforderlichen Hardwareaufwand vermieden werden. According to a third aspect of the present invention, a means of transportation is proposed, which is designed, for example, as an electrically drivable vehicle (car, van, truck, or the like). The means of locomotion comprises a heating device according to the second-named aspect of the invention, by means of which overvoltages on the vehicle electrical system of the means of locomotion are avoided without an expenditure of hardware required according to the state of the art.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahmen auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist: Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 eine schematische Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels; 1 a schematic overview of components of an embodiment of a means of transport according to the invention;

2 eine schematische Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung; und 2 a schematic overview of components of an embodiment of a heating device according to the invention; and

3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt einen PKW 10 als elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel mit einem Bordnetz 1, in dessen Hochvolt-Bordnetz 1a als erster Teil des Bordnetzes 1 eine Traktionsmaschine 8 mit elektrischer Energie aus einem Hochvoltspeicher 7 als elektrochemischer Energiespeicher versorgt wird. An dieses Hochvolt-Bordnetz 1a ist eine Spannungsmesseinrichtung 11 als Überspannungssensor angeschlossen, welches als ein- oder mehrstufiger Schwellenwertschalter ausgestaltet sein kann und eingerichtet ist, über eine Steuerleitung 13 einen Schalter 2 zum Schließen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Hochvolt-Bordnetz 1a und einer Heizwendel 14 einer Heizeinrichtung 3 zu schließen. Die Heizelement 14 ist in einem Luftkanal 15 der Heizeinrichtung 3 angeordnet, mittels welchem erwärmte Luft durch einen Luftausströmer 16 in die Fahrgastzelle geführt wird. Weiter ist an der Hochvoltbatterie 7 ein Spannungswandler 17 angeschlossen, der eine Schnittstelle zwischen dem Hochvolt-Bordnetz 1a und einem Niedervolt-Bordnetz 1b als zweiter Teil des Bordnetzes 1 darstellt. Über das Niedervolt-Bordnetz 1b werden herkömmliche elektrische Verbraucher 18, 19 mit elektrischer Energie versorgt. 1 shows a car 10 as electrically drivable means of locomotion with a vehicle electrical system 1 , in its high-voltage electrical system 1a as the first part of the electrical system 1 a traction machine 8th with electrical energy from a high-voltage storage 7 is supplied as electrochemical energy storage. At this high voltage electrical system 1a is a voltage measuring device 11 connected as an overvoltage sensor, which can be configured as a single or multi-level threshold switch and is set up, via a control line 13 a switch 2 for closing an electrical connection between the high-voltage electrical system 1a and a heating coil 14 a heating device 3 close. The heating element 14 is in an air duct 15 the heater 3 arranged, by means of which heated air through an air vent 16 is guided into the passenger compartment. Next is the high-voltage battery 7 a voltage transformer 17 connected, which is an interface between the high-voltage electrical system 1a and a low-voltage electrical system 1b as the second part of the electrical system 1 represents. About the low-voltage electrical system 1b become conventional electrical consumers 18 . 19 supplied with electrical energy.

2 zeigt eine Detailansicht der in 1 vorgestellten Heizeinrichtung 3, welche über zwei elektrische Hochvoltleitungen 20, 21 mit elektrischer Energie versorgt wird. Über einen Bus 22 erhält ein Steuergerät 23 entsprechend dem Stand der Technik von einer (nicht dargestellten) Klimabedieneinheit Befehle zum Ansteuern der Heizelemente 4, 5, 6, mittels welcher die Heizeinrichtung 3 elektrisch Wärme erzeugt. Drei Leistungstransistoren 2, 9, 12 sind eingerichtet, jeweils eines der drei Heizelemente 4, 5, 6 mit elektrischer Energie zu versorgen. Erfindungsgemäß weist die Heizeinrichtung 3 auch ein Spannungsmesseinrichtung 11 als Überspannungssensor auf, mittels welchem die elektrische Spannung auf dem Hochvolt-Bordnetz 20, 21 ermittelt und ein entsprechender Wert an ein Hardware-Modul 24 zur Überspannungsdetektion weitergeleitet wird. Das Hardware-Modul 24 ist eingerichtet, in Abhängigkeit der erkannten Spannungspegel beziehungsweise der Signale der Spannungsmesseinrichtung 11 zu entscheiden, welches der Heizelemente 4, 5, 6 durch Schließen der elektrischen Verbindung der Leistungstransistoren 2, 9, 12 verwendet werden soll. Entsprechend wird ein Steuersignal auf einen jeweiligen Summierer 25, 26, 27 ausgegeben, um das detektierte Überspannungsereignis abzubauen, ohne die Bordnetzspannung übermäßig abzusenken. Das Hardware-Modul 24 steuert im Bedarfsfalle ebenfalls die Leistungstransistoren 2, 9, 12 an, um kurzfristige Überspannungsereignisse aus dem Hochvolt-Bordnetz 20, 21 abzubauen. Erkennbar sind Summierer 25, 26, 27 zur Ansteuerung der Leistungstransistoren 2, 9, 12 vorgesehen, sodass dieselben Leistungsbaugruppen der Heizeinrichtung 3 verwendet werden können, wie sie im Stand der Technik zur Erzeugung von Wärme aus elektrischer Energie ohnehin verwendet werden. 2 shows a detail view of in 1 featured heater 3 , which via two electrical high-voltage cables 20 . 21 is supplied with electrical energy. About a bus 22 receives a control unit 23 according to the prior art from a (not shown) air conditioning unit commands for driving the heating elements 4 . 5 . 6 , by means of which the heating device 3 generates electrical heat. Three power transistors 2 . 9 . 12 are set up, each one of the three heating elements 4 . 5 . 6 to supply with electrical energy. According to the invention, the heating device 3 also a tension measuring device 11 as an overvoltage sensor, by means of which the electrical voltage on the high-voltage electrical system 20 . 21 determined and a corresponding value to a hardware module 24 for overvoltage detection is forwarded. The hardware module 24 is set up, depending on the detected voltage level or the signals of the voltage measuring device 11 to decide which of the heating elements 4 . 5 . 6 by closing the electrical connection of the power transistors 2 . 9 . 12 should be used. Accordingly, a control signal is applied to a respective summer 25 . 26 . 27 output to reduce the detected overvoltage event, without excessively lowering the vehicle electrical system voltage. The hardware module 24 also controls the power transistors in case of need 2 . 9 . 12 to short-term overvoltage events from the high-voltage electrical system 20 . 21 dismantle. Recognizable are summers 25 . 26 . 27 for controlling the power transistors 2 . 9 . 12 provided so that the same power assemblies of the heater 3 can be used, as used in the art for generating heat from electrical energy anyway.

3 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 100 wird eine Überspannung auf einem ersten Teil eines Bordnetzes eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels erkannt. Hierzu kann eine Spannungsmesseinrichtung verwendet werden, welches in einer elektrischen und räumlichen Nähe einer elektrischen Heizeinrichtung angeordnet ist. Die elektrische Heizeinrichtung kann in einem Hochvolt-Bordnetz des Fortbewegungsmittels angeordnet sein. In einem zweiten Schritt 200 wird eine erste elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Heizeinrichtung des Fortbewegungsmittels und dem ersten Teil des Bordnetzes geschlossen, um den Abbau der Überspannung vorzunehmen. Hierbei wird die kurzfristig auf dem Hochvolt-Bordnetz überschüssige Energie in Wärme umgewandelt. In einem dritten Schritt 300 wird erkannt, dass die in Schritt 200 ergriffenen Maßnahmen zur Normalisierung der Bordnetzspannung nicht ausreichen. Im Ansprechen hierauf wird in Schritt 400 eine zweite elektrische Verbindung zwischen einem zweiten Heizelement und dem ersten Teil des Bordnetzes des Fortbewegungsmittels geschlossen, um die aktuelle Überspannung auf ein der Nennspannung nächstkommendes Niveau abzusenken. Auf dieser Weise wird auf den Einsatz eigens für die Überspannungsbehandlung vorgesehener ohmscher Widerstände verzichtet. 3 shows steps of an embodiment of a method according to the invention. In step 100 An overvoltage is detected on a first part of a vehicle electrical system of an electrically drivable means of locomotion. For this purpose, a voltage measuring device can be used, which is arranged in an electrical and spatial proximity of an electrical heating device. The electric heater may be arranged in a high-voltage vehicle electrical system of the means of locomotion. In a second step 200 a first electrical connection between the electrical heating device of the means of transportation and the first part of the electrical system is closed in order to carry out the reduction of the overvoltage. In the process, excess energy on the high-voltage on-board electrical system is converted into heat at short notice. In a third step 300 it is recognized that in step 200 taken measures to normalize the vehicle electrical system voltage are insufficient. In response to this will be in step 400 closed a second electrical connection between a second heating element and the first part of the electrical system of the means of locomotion to lower the current overvoltage to a nominal voltage closest level. In this way, the use of specially provided for over-voltage treatment ohmic resistors is dispensed with.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Bordnetz board network
1a 1a: Hochvolt-Bordnetz High-voltage electrical system
1b 1b: Niedervolt-Bordnetz Low-voltage electrical system
2 2: elektrische Verbindung, Leistungstransistor electrical connection, power transistor
3 3: Heizeinrichtung heater
4, 5, 6 4, 5, 6: Heizelement heating element
7 7: Hochvoltbatterie High-voltage battery
8 8th: Traktionsantrieb traction drive
9 9: Leistungstransistor power transistor
10 10: PKW car
11 11: Spannungsmesseinrichtung Voltage measuring device
12 12: Leistungstransistor power transistor
13 13: Steuerleitung control line
14 14: Heizwendel heating coil
15 15: Luftkanal air duct
16 16: Luftausströmer air vents
17 17: Spannungswandler DC converter
18, 19 18, 19: elektrischer Niedervolt-Verbraucher electrical low-voltage consumer
20, 21 20, 21: Leitungen des Hochvolt-Bordnetzes Lines of the high-voltage electrical system
22 22: Bus bus
23 23: Heizungssteuergerät Heating controller
24 24: Hardware-Modul Hardware module
25, 26, 27 25, 26, 27: Summierer summing
100, 200, 300100, 200, 300: Verfahrensschritte steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011105971 A1 [0003]
DE 10194113 B4 [0004]

Claims

Method for preventing overvoltage in a first part ( 1a ) of a vehicle electrical system ( 1 ) of an electrically driven means of transportation ( 10 ) comprising the steps of: - detecting ( 100 ) of the overvoltage or other information announcing an impending overvoltage event in the first part ( 1a ) of the vehicle electrical system ( 1 ), and in response - Close ( 200 ) an electrical connection between an electrical heating device ( 3 ) of the means of locomotion ( 10 ) and the first part ( 1a ) of the vehicle electrical system ( 1 ) to prevent the overvoltage.

The method of claim 1, wherein closing ( 200 ) with a latency after detection of the overvoltage or other information announcing an impending overvoltage event, which is less than a millisecond, preferably less than one microsecond, most preferably less than a nanosecond.

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the first part ( 1a ) of the vehicle electrical system ( 1 ) a high-voltage electrical system comprising a traction machine ( 8th ) and in particular an electrochemical energy store ( 7 ) belongs.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the heating device ( 3 ) a first heating element ( 4 ) and a second heating element ( 5 ) and closing ( 200 ) of the first electrical connection in response to an overvoltage or detection of an expected overvoltage of a first amount and a closing ( 400 ) a second electrical connection between the second heating element ( 5 ) and the first part ( 1a ) of the vehicle electrical system ( 1 ) in response to an overvoltage or detecting an expected overvoltage of a second amount.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the means of locomotion ( 10 ) at least two parts ( 1a . 1b ) of the vehicle electrical system ( 1 ), the second part ( 1b ) of the vehicle electrical system ( 1 ) is a low-voltage on-board electrical system and in particular has a nominal voltage range between 10 volts and 50 volts, in particular between 12 volts and 48 volts.

Heating device for an electrically driven means of transportation ( 10 ) comprising - at least one heating element ( 4 . 5 . 6 ), - an overvoltage sensor ( 11 ), and - a switching device ( 2 . 9 . 12 ), the overvoltage sensor ( 11 ) in response to an electrical overvoltage or other information announcing an impending overvoltage event, a signal to the switching device ( 2 . 9 . 12 ), and wherein the switching device ( 2 . 9 . 12 ) is arranged, in response to the signal, the heating element ( 4 . 5 . 6 ) with a first part ( 1a ) of a vehicle electrical system ( 1 ) electrically connect.

Heating device according to claim 6, wherein the switching device ( 2 . 9 . 12 ) a latency between the recognition ( 100 ) of the overvoltage or an expected overvoltage and the closing ( 200 . 400 ) of the electrical connection which is less than a millisecond, preferably less than a microsecond, most preferably less than a nanosecond.

Heating device according to one of claims 6 or 7, wherein the switching device ( 2 . 9 . 12 ) with an overvoltage sensor ( 11 ) in the first part ( 1a ) of the vehicle electrical system ( 1 ) is connected in terms of information technology.

Heating device according to one of claims 6 to 8, wherein the switching device ( 2 . 9 . 12 ) a first transistor between a first heating element ( 4 ) and the first part ( 1a ) of the vehicle electrical system ( 1 ) and a second transistor between a second heating element ( 5 ) and the first part ( 1a ) of the vehicle electrical system ( 1 ).

Heating device according to one of claims 6 to 9, wherein the means of locomotion ( 10 ) at least two parts ( 1a . 1b ) of the vehicle electrical system ( 1 ), the second part ( 1b ) of the vehicle electrical system ( 1 ) is a low-voltage on-board electrical system and in particular has a nominal voltage range between 10 volts and 50 volts, in particular between 12 volts and 48 volts.

Means of transport, in particular electrically driven vehicle, comprising a heating device ( 3 ) according to one of claims 6 to 10.