DE102015016000A1 - Circuit arrangement for a motor vehicle and method for discharging Y capacities in vehicles with high-voltage on-board electrical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (20) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hochvoltbordnetz (10) einer Kopplungseinrichtung (24) zum Koppeln eines Energiespeichers (12) über einen ersten und zweiten Bordnetzanschluss (10a, 10b) mit dem Hochvoltbordnetz (10), einer elektrischen Masse (18), einem Isolationswiderstand (R(+); R(–)) zwischen dem ersten Bordnetzanschluss (10a; 10b) und der Masse 18, einer Kapazität (C(+); C(–)) zwischen dem ersten Bordnetzanschluss (10a; 10b) und der Masse (18) und parallel zum ersten Isolationswiderstand (R(+); R(–)), einer Messeinrichtung (26) zum Messen des Isolationswiderstands (R(+); R(–)) und/oder einer Spannung zwischen dem ersten Bordnetzanschluss (10a; 10b) und der Masse (18), und einer Steuereinrichtung (26a) die dazu ausgelegt ist, die Messeinrichtung (26) von einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand zu überführen, wenn der Energiespeicher (12) vom Hochvoltbordnetz (10) getrennt wird, wodurch sich ein Gesamtisolationswiderstand zwischen dem ersten Bordnetzanschluss (10a; 10b) und der Masse (18) verringert.The invention relates to a circuit arrangement (20) for a motor vehicle, having a high-voltage on-board electrical system (10) of a coupling device (24) for coupling an energy store (12) via a first and second vehicle electrical connection (10a, 10b) to the high-voltage vehicle electrical system (10) Mass (18), an insulation resistance (R (+); R (-)) between the first electrical system connection (10a, 10b) and the ground 18, a capacitance (C (+); C (-)) between the first vehicle electrical system connection ( 10a, 10b) and the ground (18) and parallel to the first insulation resistance (R (+); R (-)), a measuring device (26) for measuring the insulation resistance (R (+); R (-)) and / or a voltage between the first vehicle electrical system connection (10a, 10b) and the mass (18), and a control device (26a) which is designed to convert the measuring device (26) from an inactive state to an active state, if the energy store (12 ) is disconnected from the high-voltage vehicle electrical system (10), resulting in a Gesamtisolatio n resistance between the first vehicle electrical system connection (10a; 10b) and the mass (18) is reduced.
Description
Die Erfindung betrifft geht aus von einer Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und einem Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a circuit arrangement for a motor vehicle and a method for operating a circuit arrangement of a motor vehicle according to the preambles of the independent claims.
Der Schutz vor elektrischem Schlag ist das oberste Ziel bei der Auslegung von Kraftfahrzeugbordnetzen in Kraftfahrzeugen mit Spannungen der Spannungsklasse B (
Um Personen und Nutztiere vor der Berührung einer solchen Spannung zu schützen, werden mehrere unabhängige Schutzmaßnahmen ausgeführt. Diese werden unterteilt in Basisschutz und Fehlerschutz. Zum Basisschutz gehören unter anderem Schutzisolierungen und Gehäuse, welche einen Zugang zu aktiven Teilen konstruktiv verhindern. Zum Fehlerschutz gehören Einrichtungen, die beim Erkennen eines Fehlers im HV(Hochvolt)-System eine Warnmeldung absetzen oder das System in einen definierten Zustand überführen.In order to protect persons and farm animals from touching such a voltage, several independent protective measures are carried out. These are divided into basic protection and error protection. The basic protection includes, among other things, protective insulation and housing, which prevent access to active parts constructively. Error protection includes devices that issue a warning message when detecting a fault in the HV (high-voltage) system or transfer the system to a defined state.
Einen sicheren Zustand hat ein Hochvoltbordnetz immer dann angenommen, wenn es definiert abgeschaltet wurde. Dann sind alle Spannungen (ausgenommen Spannungen im Energiespeicher selbst) im System unter der Berührspannungsgrenze von 60 Volt D.C. beziehungsweise 30 Volt A.C., und die Gefahr eines elektrischen Schlages ist somit zuverlässig ausgeschlossen. Die Spannung innerhalb von Energiespeichern, wie beispielsweise HV-Batterien oder Brennstoffzellen, ist in diesem Zustand vom restlichen Bordnetz über ein Schaltelement galvanisch getrennt, da eine vollständige Entladung der Energiespeicher zur Herstellung des spannungsfreien Zustands nicht möglich ist. Die Zeitdauer, die benötigt werden darf, bis sich eine Spannung kleiner 60 Volt D.C. und 30 Volt A.C. im System einstellt, hängt von der Auslegung des Schutzkonzeptes ab. Beispielsweise lässt die in den USA gültige Crashvorschrift als Schutzmaßnahme unter anderem die Abschaltung des Hochvoltbordnetzes zu. Die Forderung, bis die genannten Spannungsgrenzen unterschritten sind, beläuft sich auf einen Zeitraum von 5 Sekunden nach Fahrzeugstillstand. Diese Spannungsanforderungen gelten dabei insbesondere für die Spannungen HV(+) zu HV(–), HV(+) zu Fahrzeugmasse und HV(–) zu Fahrzeugmasse.A high-voltage on-board electrical system has assumed a safe state whenever it has been switched off in a defined manner. Then all voltages (excluding voltages in the energy store itself) in the system are below the 60 volt touch voltage limit. D.C. or 30 volts A.C., and the risk of electric shock is thus reliably excluded. The voltage within energy storage devices, such as HV batteries or fuel cells, in this state is galvanically isolated from the rest of the electrical system via a switching element, since a complete discharge of energy storage to produce the voltage-free state is not possible. The amount of time it takes to allow a voltage less than 60 volts D.C. and 30 volts A.C. in the system depends on the design of the protection concept. For example, the crash rule valid in the USA allows the shutdown of the high-voltage vehicle electrical system as a protective measure. The requirement until the specified voltage limits are exceeded, amounts to a period of 5 seconds after vehicle standstill. These voltage requirements apply in particular to the voltages HV (+) to HV (-), HV (+) to vehicle mass and HV (-) to vehicle mass.
Diese Spannungen sind dabei in
Weiterhin sind die HV-Batterien und/oder ein oder mehrere andere vorhandene Energiespeicher, zum Beispiel eine Brennstoffzelle, zur Bereitstellung der Versorgungsenergie nicht die einzigen Energiespeicher in einem Hochvoltbordnetz. Während diese genannten Energiespeicher in der Regel mittels Schaltelementen abgeschaltet werden können, müssen andere, meist viel kleinere Energiespeicher im System, nach der Abschaltung entladen werden. Diese können nicht über Schaltelemente vom Bordnetz getrennt werden, da dies zu aufwändig wäre. Bei diesen kleineren Energiespeichern handelt es sich beispielsweise um Kondensatoren, welche zur Pufferung von Energie (sogenannte X-Kapazitäten) oder zur Entstörung (Y-Kondensatoren) direkt in den HV-Komponenten verbaut werden. Die Y-Kondensatoren koppeln dabei die jeweiligen Komponenten kapazitiv mit der elektrischen Masse des Fahrzeugs. Zudem sind zwischen dem Hochvoltbordnetz und der Masse hochohmige Isolationswiderstände verbaut.Furthermore, the HV batteries and / or one or more other existing energy storage devices, for example a fuel cell, for providing the supply energy are not the only energy storage devices in a high-voltage on-board electrical system. While these mentioned energy storage devices can usually be switched off by means of switching elements, other, usually much smaller energy storage devices in the system have to be discharged after the shutdown. These can not be separated from the electrical system via switching elements, as this would be too time-consuming. These smaller energy stores are, for example, capacitors which are installed directly in the HV components for buffering energy (so-called X capacitances) or for suppressing interference (Y capacitors). The Y capacitors couple the respective components capacitively with the electrical mass of the vehicle. In addition, high-impedance insulation resistors are installed between the high-voltage on-board electrical system and the ground.
Die X-Kondensatoren in den Komponenten können nach deren Abschaltung aktiv oder passiv entladen werden, um die Ladung innerhalb der geforderten Zeit abzubauen. Für Y-Kondensatoren stellt sich die Entladungssituation etwas schwieriger dar, da permanent kontaktierte Widerstände den Isolationswiderstand des Fahrzeugs deutlich reduzieren würden, was kontraproduktiv zur Sicherheit des Fahrzeugs wäre. Dagegen würden aktive Entladungsschaltungen den Aufwand in der Komponente weiter erhöhen. Außerdem ist bei einem Summenenergieinhalt aller Y-Kondensatoren im Fahrzeug von kleiner 0,2 Joule eine Entladung nicht explizit vorgegeben, da bei solchen symmetrischen Verhältnissen im Hochvoltbordnetz die Situation unkritisch ist. Allerdings sind diese symmetrischen Eigenschaften eines Hochvoltbordnetzes nicht immer gegeben. Es kann technisch Sinn machen, Filterkapazitäten unterschiedlicher Größe einzusetzen. Weitere Unsymmetrien entstehen, wenn die Isolationswiderstände im System zwischen den Hochvoltpotenzialen ungleich sind. Gerade letzteres führt auch dazu, dass die Spannungsaufteilung unterschiedlich wird.The X capacitors in the components can be actively or passively discharged after their shutdown to relieve the charge within the required time. For Y capacitors, the discharge situation is a bit more difficult because permanently contacted resistors would significantly reduce the insulation resistance of the vehicle, which would be counterproductive to the safety of the vehicle. In contrast, active discharge circuits would further increase the complexity in the component. In addition, with a total energy content of all Y-capacitors in the vehicle of less than 0.2 Joule a discharge is not explicitly specified, since in such symmetrical conditions in the high-voltage vehicle electrical system, the situation is not critical. However, these symmetrical properties of a high-voltage vehicle electrical system are not always given. It may make sense technically to use filter capacities of different sizes. Further asymmetries arise when the insulation resistances in the system are unequal between the high-voltage potentials. Especially the latter leads to the fact that the voltage distribution is different.
Daher muss eine Maßnahme getroffen werden, um eine zeitgerechte Entladung auch für eine solche Auslegung der Y-Kondensatoren zu realisieren. Nur dann kann auch eine Entladung dieser Bauteile in der geforderten Zeit erreicht werden. Was erschwerend hinzu kommt ist, dass der Isolationswiderstand des Fahrzeugs, welcher hier für die Restentladung entscheidend ist, keine feste Größe hat. Dieser ist abhängig von vielen Parametern wie Temperatur, Alterung, Betriebszustände und anderen Einflüssen. Ein qualitatives und vor allem sicherheitsrelevantes Ziel ist es, den Isolationswiderstand über die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs auf einem hohen Niveau zu halten. Therefore, a measure must be taken to realize a timely discharge even for such a design of the Y capacitors. Only then can a discharge of these components in the required time be achieved. What is aggravating added is that the insulation resistance of the vehicle, which is crucial here for the residual discharge, has no fixed size. This depends on many parameters such as temperature, aging, operating conditions and other influences. A qualitative and, above all, safety-relevant objective is to keep the insulation resistance at a high level over the entire service life of a vehicle.
Darüber hinaus ist es bekannt, dass Fahrzeuge heute diesen Isolationswiderstand bei Betrieb des Fahrzeugs und aktivem Hochvoltbordnetz überwachen. Hierzu werden sogenannte Isolationsüberwachungseinrichtungen oder Isolationswächter eingesetzt, welche die Isolationswiderstände ermitteln und mit einem definierten Grenzwert vergleichen. Unterschreitet der Isolationswiderstand diesen Grenzwert, wird eine fahrzeugspezifische Reaktion ausgeführt. Diese kann in Form einer Warnmeldung mit Aufforderung zum Service stattfinden, oder in besonders schwerwiegenden Fällen zu einem Aktivierungsverbot für das Hochvoltbordnetz führen. Eine Ausführung einer solchen Isolationsüberwachung ist beispielsweise in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche auf möglichst kostengünstige Weise eine möglichst schnelle Entladung von Energiespeichern des Hochvoltbordnetzes, insbesondere der Y-Kapazitäten, bereitstellen.The object of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement for a motor vehicle and a method for operating a circuit arrangement which provide the fastest possible possible discharge of energy stores of the high-voltage vehicle electrical system, in particular the Y capacitors.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a circuit arrangement and a method for operating a circuit arrangement with the features according to the independent claims. Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug weist ein Hochvoltbordnetz mit einem ersten und einem zweiten Bordnetzanschluss auf, eine Kopplungseinrichtungen, die dazu ausgelegt ist, einen Energiespeicher über den ersten und zweiten Bordnetzanschluss mit dem Hochvoltbordnetz zu koppeln und vom ersten und zweiten Bordnetzanschluss des Hochvoltbordnetzes elektrisch zu trennen, eine elektrische Masse, einen ersten Isolationswiderstand zwischen dem ersten Bordnetzanschluss und der Masse, eine erste Kapazität zwischen dem ersten Bordnetzanschluss und der Masse und parallel zum ersten Isolationswiderstand, und eine Messeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den ersten Isolationswiderstand zu messen und/oder eine Spannung zwischen dem ersten Bordnetzanschluss und der Masse zu messen. Die Messeinrichtung weist dabei einen aktiven und einen inaktiven Zustand auf und darüber hinaus weist Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Messeinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Messeinrichtung vom inaktiven Zustand in den aktiven Zustand und vom aktiven Zustand in den inaktiven Zustand zu überführen, und wobei ein Gesamtisolationswiderstand zwischen dem ersten Bordnetzanschluss und der Masse einen ersten Wert aufweist, wenn sich die Messeinrichtung im inaktiven Zustand befindet und der Gesamtisolationswiderstand einen zweiten Wert aufweist, der kleiner ist als der erste Wert, wenn sich die Messeinrichtung im aktiven Zustand befindet. Des Weiteren ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Messeinrichtung derart anzusteuern, dass die Messeinrichtung vom inaktiven in den aktiven Zustand überführt wird, wenn der Energiespeicher vom Bordnetz getrennt wird.The circuit arrangement according to the invention for a motor vehicle has a high-voltage on-board electrical system with a first and a second vehicle electrical system connection, a coupling device which is designed to couple an energy store via the first and second vehicle electrical system connection to the high-voltage vehicle electrical system and to disconnect it electrically from the first and second vehicle electrical system connection of the high-voltage vehicle electrical system , an electrical ground, a first insulation resistance between the first on-board power supply terminal and the ground, a first capacitance between the first on-board power supply terminal and the ground and parallel to the first insulation resistance, and a measuring device, which is designed to measure the first insulation resistance and / or one Measure the voltage between the first vehicle electrical system connection and the earth. In this case, the measuring device has an active and an inactive state and, moreover, has a control device for activating the measuring device, wherein the control device is designed to convert the measuring device from the inactive state into the active state and from the active state into the inactive state and wherein a total insulation resistance between the first onboard power supply terminal and the ground has a first value when the metering device is in the inactive state and the total insulation resistance has a second value that is less than the first value when the metering device is in the active state. Furthermore, the control device is designed to control the measuring device in such a way that the measuring device is transferred from the inactive to the active state when the energy store is disconnected from the electrical system.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass Messeinrichtungen, wie beispielweise Isolationswächter oder auch nur Spannungsabgriffe, bei der Durchführung von Messungen den Gesamtisolationswiderstand beeinflussen, und diesen insbesondere vermindern. Verminderung des Gesamtisolationswiderstand kann nun vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, die erste Kapazität, das heißt insbesondere die Y-Kapazitäten, schnell zu entladen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch bewerkstelligt, dass also die Messeinrichtung in den aktiven Zustand überführt wird, wenn der Energiespeicher vom Bordnetz getrennt wird. Der aktive Zustand der Messeinrichtung ist hierbei so zu verstehen, dass nicht notwendigerweise in diesem aktiven Zustand auch eine Spannungsmessung oder Isolationswiderstandsmessung durchgeführt wird, sondern lediglich so, dass ein Schalten eines oder mehrerer schaltbarer Elemente, zum Beispiel eines Widerstands, der Messeinrichtung erfolgt, wodurch der Gesamtisolationswiderstand für die Dauer des aktiven Zustands herabgesetzt wird.The invention is based on the recognition that measuring devices, such as insulation monitors or even voltage taps, in the performance of measurements affect the overall insulation resistance, and reduce this particular. Reduction of the total insulation resistance can now be advantageously used to quickly discharge the first capacitance, that is, in particular the Y capacitances. In accordance with the invention, this is accomplished by transferring the measuring device into the active state when the energy store is disconnected from the electrical system. The active state of the measuring device is to be understood in this case that not necessarily in this active state, a voltage measurement or insulation resistance measurement is performed, but only so that a switching of one or more switchable elements, for example a resistor, the measuring device takes place, whereby the Overall insulation resistance for the duration of the active state is reduced.
Zur schnellen Entladung des ersten Kapazität können folglich vorteilhafterweise bereits vorhandene Einrichtungen, die die Messeinrichtung bereitstellen, des Hochvoltbordnetzes, genutzt werden, wodurch insgesamt eine sehr schnelle und vor allem auch kostengünstige Entladung der Y-Kapazitäten bewerkstelligt werden kann.For rapid discharge of the first capacitor can thus be used advantageously already existing facilities that provide the measuring device, the high-voltage vehicle electrical system, which in total a very fast and, above all, cost-effective discharge of the Y-capacity can be accomplished.
Dabei kann der erste Isolationswiderstand durch einen oder mehrere elektrische Widerstandsbauteile in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung bereitgestellt sein. Beispielsweise können in einzelne mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelte Verbraucher jeweilige Einzelisolationswiderstände aufweisen, die jeweils zum resultierenden ersten Isolationswiderstand beitragen. In gleicher Weise kann auch die erste Kapazität durch einen oder mehrere Kondensatoren in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung bereitgestellt sein. Derartige Kondensatoren können dabei ebenfalls in den jeweiligen Verbraucherkomponenten verbaut sein.In this case, the first insulation resistance can be provided by one or more electrical resistance components in a series and / or parallel connection. For example, individual loads coupled to the high-voltage vehicle electrical system can have respective individual insulation resistances each contribute to the resulting first insulation resistance. Similarly, the first capacitance may be provided by one or more capacitors in a series and / or parallel connection. Such capacitors can also be installed in the respective consumer components.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Messeinrichtung eine Isolationsüberwachungseinrichtung und/oder einen Isolationswächter und/oder einen Spannungsteiler. Damit lässt sich vorteilhafterweise gleichzeitig auch eine Überwachung des Isolationswiderstands bereitstellen, oder anders ausgedrückt, die für die Überwachung des Isolationswiderstands vorgesehenen baulichen Komponenten können gleichzeitig auch für die schnelle Entladung der Y-Kapazitäten verwendet werden.In an advantageous embodiment of the invention, the measuring device comprises an insulation monitoring device and / or an insulation monitor and / or a voltage divider. In this way, monitoring of the insulation resistance can advantageously be simultaneously provided, or in other words, the structural components provided for monitoring the insulation resistance can simultaneously be used for the rapid discharge of the Y capacitances.
Dabei stellt es eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Messeinrichtung einen Verstimmwiderstand umfasst und derart eingerichtet ist, dass der Verstimmwiderstand bei einer Überführung vom inaktiven Zustand in den aktiven Zustand der Messeinrichtung im Falle einer Trennung des Energiespeichers vom Hochvoltbordnetz parallel zum ersten Isolationswiderstand geschaltet wird. Dadurch kann vorteilhafterweise eine besonders schnelle Entladung der Y-Kapazitäten über den im Fehlerfall parallel geschalteten Verstimmwiderstand erfolgen. Die Messeinrichtung kann aber auch eine anders geartete Isolationsüberwachungseinrichtung umfassen, welche keine Vergleichswiderstände direkt einbringt, denn auch solche Isolationsüberwachungseinrichtungen beeinflussen im aktiven Zustand den Gesamtisolationswiderstand und setzten diesen insbesondere herab.It represents a particularly advantageous embodiment of the invention, when the measuring device comprises a detuning resistor and is set up so that the detuning connected in a transfer from the inactive state to the active state of the measuring device in the case of separation of the energy storage from the high-voltage electrical system parallel to the first insulation resistance becomes. As a result, a particularly rapid discharge of the Y capacitances can advantageously take place via the detuning resistor connected in parallel in the event of a fault. However, the measuring device may also comprise a different type of insulation monitoring device, which does not introduce comparative resistance directly, because even such insulation monitoring devices affect the total insulation resistance in the active state and set this particular down.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltungsanordnung eine zweite Kapazität zwischen dem zweiten Bordnetzanschluss und der Masse auf, insbesondere wobei die zweite Kapazität von der ersten Kapazität verschieden ist. Die zweite Kapazität kann dabei wiederum durch mehrere Einzelkapazitäten, insbesondere der einzelnen elektrischen Verbraucher, gebildet sein. Die Erfindung zeigt gerade ihre Vorteile in Kombination mit einem derart unsymmetrischen System, bei dem also ein Hochvoltpotenzial mit der Masse über eine andere Kapazität gekoppelt ist, wie das andere Hochvoltpotenzial mit der Masse, denn genau in dieser Situation ist es nicht möglich, dass sich bei einer Abkopplung des Energiespeichers die Ladungen der Kapazitäten, insbesondere der ersten und der zweiten, jeweils gegenseitig vollständig ausgleichen. Es verbleiben dann Restladungen, die durch die Aktivierung der Messeinrichtung dennoch besonders schnell entladen werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, the circuit arrangement has a second capacitance between the second electrical system connection and the ground, in particular wherein the second capacitance is different from the first capacitance. The second capacity can in turn be formed by a plurality of individual capacities, in particular of the individual electrical consumers. The invention shows just its advantages in combination with such a single-ended system in which therefore a high-voltage potential is coupled to the ground via a different capacity, as the other high-voltage potential with the mass, because it is precisely in this situation, it is not possible that at a decoupling of the energy storage, the charges of the capacities, in particular the first and the second, each completely compensate each other. There then remain residual charges, which can still be discharged very quickly by the activation of the measuring device.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Schaltungsanordnung als die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung oder eine ihrer Ausführungsformen ausgebildet ist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Messeinrichtung vom inaktiven in den aktiven Zustand überführt, wenn der Energiespeicher vom Bordnetz getrennt wird.Furthermore, the invention relates to a method for operating a circuit arrangement of a motor vehicle, wherein the circuit arrangement is designed as the circuit arrangement according to the invention or one of its embodiments. According to the inventive method, the measuring device is transferred from the inactive to the active state when the energy storage is disconnected from the electrical system.
Die für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Merkmale, Merkmalskombinationen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung genannten gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere Verfahrensschritte.The features described for the circuit arrangement according to the invention and its embodiments, feature combinations and their advantages apply in the same way for the inventive method. In addition, the physical features mentioned in connection with the circuit arrangement according to the invention allow the development of the method according to the invention by further method steps.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a circuit arrangement according to the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:Showing:
Die X-Kondensatoren Cx in den Komponenten K1, K2, Kn können nach Abschaltung der Komponenten K1, K2, Kn aktiv oder passiv entladen werden, um die Ladung innerhalb der geforderten Zeit abzubauen. Dieses wird bei kleineren X-Kondensatoren Cx mittels einer passiven Widerstandsentladung realisiert, wie dies in
Bei höheren Entladungsmengen macht dies aus Gründen der permanenten Verlustleistung keinen Sinn. Deshalb sind in diesem Fall sogenannte aktive Entladungsschaltungen bevorzugt, wie dies in
Für die Y-Kondensatoren Cy(+), Cy(–) stellt sich die Entladungssituation jedoch etwas schwieriger dar, da permanent kontaktierte Widerstände des Isolationswiderstand des Fahrzeugs deutlich reduzieren würden, was kontraproduktiv zur Sicherheit des Fahrzeugs wäre. Aktive Entladeschaltungen würden den Aufwand in der Komponente weiter erhöhen. Außerdem ist bei einem Summenenergieinhalt aller Y-Kondensatoren Cy(–), Cy(+) im Fahrzeug von kleiner 0,2 Joule eine Entladung nicht explizit vorgegeben. Wie nachfolgend gezeigt wird, ist die Situation dahingehend auch unkritisch, solange symmetrische Verhältnisse im Hochvoltbordnetz vorliegen.However, for the Y capacitors Cy (+), Cy (-), the discharge situation is somewhat more difficult since permanently contacted resistors would significantly reduce the insulation resistance of the vehicle, which would be counterproductive to the safety of the vehicle. Active discharging circuits would further increase the expense in the component. In addition, with a total energy content of all Y capacitors Cy (-), Cy (+) in the vehicle of less than 0.2 Joule a discharge is not explicitly specified. As will be shown below, the situation is also uncritical, as long as there are symmetrical conditions in the high-voltage vehicle electrical system.
Ein symmetrisches Hochvoltsystem in diesem Kontext ist bezüglich Isolationswiderstand und Ableitkapazitäten Cy(+), Cy(–) ebenfalls symmetrisch, das heißt beispielsweise, dass der Betrag der Summe aller Y-Kapazitäten Cy(+), die das HV(+)-Potenzial mit der Masse
Werden die zwei Schalter
Die Entladung der Y-Kapazitäten C(+), C(–) erfolgt in diesem Fall so schnell, da die Y-Kapazitäten C(–), C(+) mit der unterschiedlichen Polarität aufgeladen sind und über den Entladewiderstand RL einen geschlossenen Stromkreis bilden.The discharge of the Y-capacitances C (+), C (-) takes place in this case as fast as the Y-capacitances C (-), C (+) are charged with the different polarity and a closed via the discharge resistor R L Form circuit.
Leider sind diese symmetrischen Eigenschaften des Hochvoltbordnetzes nicht immer gegeben. Es kann technisch Sinn machen, Filterkapazitäten unterschiedlicher Größe einzusetzen. Weitere Unsymmetrie entsteht, wenn die Isolationswiderstände im System zwischen den Hochvoltpotenzialen ungleich sind. Gerade letzteres führt auch dazu, dass die Spannungsaufteilung unterschiedlich wird. Stellt sich dieser Umstand ein, verhält sich die Entladung nicht so, wie soeben erläutert.Unfortunately, these symmetrical properties of the high-voltage vehicle electrical system are not always given. It may make sense technically to use filter capacities of different sizes. Further asymmetry arises when the insulation resistance in the system between the high-voltage potentials are unequal. Especially the latter leads to the fact that the voltage distribution is different. If this happens, the discharge will not behave as explained above.
Im Folgenden soll nun ein unsymmetrisches HV-System näher erläutert werden, bei dem also die Summe der Y-Kapazitäten Cy(+) zwischen dem HV(+)-Potenzial und der Masse
Gerade für diesen unsymmetrischen Bordnetzaufbau muss daher eine Maßnahme getroffen werden, um eine zeitgerechte Entladung auch für diese Auslegung der Y-Kondensatoren C(+), C(–) zu realisieren. Nur dann kann auch eine Entladung dieser Bauteile in der geforderten Zeit erreicht werden. Darüber hinaus ist es wünschenswert, den Isolationswiderstand R(+), R(–) über die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs auf einem möglichst hohen Niveau zu halten. Zu diesem Zweck kann der Isolationswiderstand R(–), R(+) bei Betrieb des Fahrzeugs und aktivem Hochvoltbordnetz
Um den Isolationswiderstand R(–), R(+) zu überwachen, können beispielsweise Vergleichswiderstände für eine definierte Messzeit eingebracht werden. Über diese Messzeit wird die Spannung im Hochvoltbordnetz
Auch die Messung von Spannungen zwischen den Hochvoltpotenzialen und dem Fahrzeugchassis beeinflussen den Isolationswiderstand. Hierzu wird zwischen die Messpunkte ein definierter Spannungsabgriff eingebracht. Dieser kann beispielsweise in Form eines Spannungsteilers ausgeführt sein, welcher für die Zeit der Messung eingeschaltet wird. Das für die Auswertung relevante Messsignal wird dann über eine dafür vorgesehene Schaltung erfasst und einer Steuereinrichtung zur Berechnung zur Verfügung gestellt. The measurement of voltages between the high-voltage potentials and the vehicle chassis also influence the insulation resistance. For this purpose, a defined voltage tap is introduced between the measuring points. This can be carried out for example in the form of a voltage divider, which is turned on for the time of measurement. The relevant for the evaluation measurement signal is then detected via a dedicated circuit and provided to a control device for calculation available.
Die Erfindung nutzt nun in vorteilhafter Weise diese Veränderung des Gesamtisolationswiderstands durch beispielsweise den Isolationswächter selbst oder durch Spannungsmessungen im System. Dies soll nun anhand von
Unabhängig von der Lokalisierung eines solchen schaltbaren Spannungsteilers oder Vergleichswiderstands im Hochvoltbordnetz
Durch eine Schaltungsanordnung
Wird zum Beispiel der Verstimmwiderstand R26 der Isolationsüberwachung
Um den baulichen Aufwand auf ein Minimum zu reduzieren und gleichzeitig eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, ist für die Beschleunigung dieses Entladevorgangs ist ein bereits vorhandener Widerstand R26 in der Isolationsüberwachung
Hat man nun die Situation, dass Y-Kapazitäten Cy(+), Cy(–) im Fahrzeug, welche vornehmlich als Filterbauteil eingesetzt werden, unsymmetrisch aufgebaut sind, oder im Bauteilwert zu groß sind, dass generell eine Entladung gefordert wird, kann durch ein gesteuertes Zuschalten des Verstimmwiderstands R26 nach dem Trennen der Energiequelle beziehungsweise des Energiespeichers
Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Isolationswächter
Insgesamt werden so eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung bereitgestellt, die auf besonders kostengünstige Art und Weise eine schnelle Entladung der Y-Kapazitäten ermöglichen. Overall, such a circuit arrangement and a method for operating a circuit arrangement are provided, which enable in a particularly cost-effective manner, a rapid discharge of the Y-capacitances.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- HV-BordnetzHV-board network
- 10a, 10b10a, 10b
- BordnetzanschlussBoard power connector
- 1212
- Energiespeicherenergy storage
- 1414
- EnergiewandlungsvorrichtungPower conversion device
- 1616
- Antriebssystemdrive system
- 1818
- Elektrische MasseElectrical mass
- 2020
- Schaltungsanordnungcircuitry
- 2222
- EnergiequelleneinheitPower source unit
- 2424
- Schaltelementswitching element
- 2626
- Messeinrichtungmeasuring device
- 26a26a
- Steuereinrichtungcontrol device
- K1, K2, KnK1, K2, Kn
- Komponentecomponent
- Cxcx
- X-KapazitätenX-capacity
- Cy(–), Cy(+), C(–), C(+)Cy (-), Cy (+), C (-), C (+)
- Y-KapazitätY capacity
- Riso(–), Riso(+), R(–), R(+)Riso (-), Riso (+), R (-), R (+)
- Isolationswiderstandinsulation resistance
- RLast R load
- Lastwiderstandload resistance
- R, RL R, R L
- Entladewiderstanddischarge
- R26R26
- VerstimmwiderstandVerstimmwiderstand
- ECUECU
- Controllercontroller
- HV+HV +
- Positives HochvoltpotentialPositive high-voltage potential
- HV–HV
- Negatives HochvoltpotentialNegative high-voltage potential
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0654673 B1 [0009] EP 0654673 B1 [0009]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- ISO 6493-3 [0002] ISO 6493-3 [0002]
- ECE R100 [0002] ECE R100 [0002]
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