DE102016004253A1

DE102016004253A1 - Hochvoltbordnetzanordnung und Verfahren zur Kurzschlussdetektion

Info

Publication number: DE102016004253A1
Application number: DE102016004253.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Schäffler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbordnetzanordnung (1) mit einem Hochvoltbordnetz (2), zumindest einer mit dem Hochvoltbordnetz (2) elektrisch koppelbaren Komponente (3 bis 5) und einer Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) zur Detektion eines Kurzschlusses. Erfindungsgemäß umfasst die Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) zumindest einen der Komponente (3 bis 5) zugeordneten Rauchsensor (8, 9) oder Luftsensor, wobei die Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) ausgebildet ist, den Kurzschluss in Abhängigkeit von einem durch den Rauchsensor (8, 9) oder Luftsensor erfassten Signal zu ermitteln. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kurzschlussdetektion in einer solchen Hochvoltbordnetzanordnung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbordnetzanordnung mit einem Hochvoltbordnetz, zumindest einer mit dem Hochvoltbordnetz elektrisch koppelbaren Komponente und einer Kurzschlussdetektionsvorrichtung zur Detektion eines Kurzschlusses. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kurzschlussdetektion in einer solchen Hochvoltbordnetzanordnung.
Fahrzeuge, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeuge, weisen bekanntermaßen ein Hochvoltbordnetz auf, mit welchem diverse Komponenten gekoppelt sein können. Solche Komponenten sind beispielsweise eine HV(Hochvolt)-Batterie, Wandlereinrichtungen, wie beispielsweise DC/DC-Wandler oder DC/AC-Wandler, elektrische Verbraucher, und je nach Kraftfahrzeugtyp beispielsweise eine Brennstoffzelle und/oder ein Elektromotor, welche über entsprechende Wandlereinrichtungen mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt sind.
Bei Hochvoltfahrzeuganwendungen besteht immer die Gefahr, dass es zu Kurzschlüssen im Hochvoltbordnetz kommt. Diese Kurzschlüsse können beispielsweise in Hochvoltkomponenten, die oft sehr komplex aufgebaut sind, auftreten. Um solche Kurzschlüsse zu detektieren, kann die HV-Batterie beispielsweise eine Hochvoltsicherung aufweisen, die im Falle eines Kurzschlusses auslöst.
In der noch nicht veröffentlichten DE 10 2015 016 696.4 werden eine Hochvoltbordnetzanordnung und ein Verfahren zur Kurzschlussdetektion in einer solchen Hochvoltbordnetzanordnung beschrieben. Die Hochvoltbordnetzanordnung umfasst ein Hochvoltbordnetz, mindestens eine mit dem Hochvoltbordnetz koppelbare Komponente und eine Kurzschlussdetektionseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Kurzschluss zu detektieren. Zudem umfasst die Kurzschlussdetektionseinrichtung einen der Komponente zugeordneten Lichtsensor, wobei die Kurzschlussdetektionseinrichtung dazu ausgelegt ist, dass der Kurzschluss in Abhängigkeit von einem durch den Lichtsensor bereitgestellten Lichtsensorsignal detektiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Hochvoltbordnetzanordnung und ein verbessertes Verfahren zur Kurzschlussdetektion in einer solchen Hochvoltbordnetzanordnung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Hochvoltbordnetzanordnung durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Hochvoltbordnetzanordnung umfasst ein Hochvoltbordnetz, zumindest eine mit dem Hochvoltbordnetz elektrisch koppelbare Komponente und eine Kurzschlussdetektionsvorrichtung zur Detektion eines Kurzschlusses. Erfindungsgemäß umfasst die Kurzschlussdetektionsvorrichtung zumindest einen der Komponente zugeordneten Rauchsensor oder Luftsensor, wobei die Kurzschlussdetektionsvorrichtung ausgebildet ist, den Kurzschluss in Abhängigkeit von einem durch den Rauchsensor oder Luftsensor erfassten Signal zu ermitteln.
Mittels einer derart ausgebildeten Kurzschlussdetektionsvorrichtung ist das Risiko einer Beschädigung der zumindest einen Komponente durch einen entstehenden Lichtbogen wesentlich verringert. Der Kurzschluss ist mittels eines Signals des Rauchsensors oder Luftsensors ermittelbar, da sich durch den Lichtbogen innerhalb der Komponente in einem vergleichsweise großen Umfang die Zusammensetzung einer Umgebungsluft ändert. Der Rauchsensor oder Luftsensor ist daher derart ausgebildet, dass er diese Änderung der Zusammensetzung der Umgebungsluft erfassen kann.
Da der Kurzschluss mittels erfasster Signale des Rauchsensors oder des Luftsensors vergleichsweise schnell detektierbar ist, ist es nicht erforderlich, abzuwarten, bis eine Hochvoltsicherung aufgrund des Kurzschlusses auslöst.
Der Kurzschluss ist deutlich schneller erkennbar, so dass auch entsprechende Sicherheitsmaßnahmen verhältnismäßig schnell eingeleitet werden können. Dadurch ist ein Schutz der Hochvoltbordnetzanordnung und einer Hochvoltbatterie wesentlich erhöht. Zusätzlich sind mittels einer derart ausgebildeten Kurzschlussdetektionsvorrichtung ein Risiko eines sogenannten thermischen Events und ein Risiko von Sekundärschäden, die bei nicht detektiertem Kurzschluss am Fahrzeug auftreten können, wesentlich verringert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt die:
1 schematisch eine Hochvoltnetzanordnung für ein Fahrzeug.
In der einzigen Figur ist eine Hochvoltbordnetzanordnung 1 für ein Fahrzeug dargestellt, die ein Hochvoltbordnetz 2 mit einer Anzahl von Komponenten 3 bis 5 umfasst. Eine erste Komponente 3 bildet dabei ein Energiespeicher in Form einer Hochvoltbatterie, eine zweite Komponente 4 bildet ein DC/DC-Wandler und eine dritte Komponente 5 bildet ein DC/AC-Wandler. Dabei ist die dritte Komponente 5 mit einem Elektromotor 6 des Fahrzeuges gekoppelt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Hochvoltbordnetzanordnung 1 weitere, nicht gezeigte Komponenten aufweisen.
Die Hochvoltbordnetzanordnung 1 umfasst zudem eine Kurzschlussdetektionsvorrichtung 7, die zwei Rauchsensoren 8, 9 aufweist, wobei ein Rauchsensor 8 in der zweiten Komponente 4 und ein weiterer Rauchsensor 9 in der dritten Komponente 5 angeordnet ist. Die beiden Rauchsensoren 8, 9 erfassen besonders bevorzugt fortlaufend Signale.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in dem Energiespeicher als erste Komponente 3 ein Rauchsensor 8, 9 angeordnet, insbesondere verbaut ist. Alternativ zum jeweiligen Rauchsensor 8, 9 kann ein so genannter Luftsensor vorgesehen sein. Bei einem Luftsensor handelt es sich beispielsweise um einen Sensor zur Erfassung einer jeweiligen Gas- und/oder Luftkonzentration und/oder Gas- und/oder Luftzusammensetzung und/oder deren Änderung. Auch der jeweilige Rauchsensor 8, 9 ist beispielsweise zur Erfassung einer jeweiligen Gas- und/oder Luftkonzentration und/oder Gas- und/oder Luftzusammensetzung und/oder deren Änderung ausgebildet und/oder der jeweilige Rauchsensor 8, 9 detektiert Rauch, beispielsweise auf optische Weise.
Des Weiteren weist die Hochvoltbordnetzanordnung 1 eine Hochvolttrennvorrichtung 10 mit einer Steuereinheit 11 zum Ansteuern zumindest eines Schützes 12 als Schaltelement auf. Mittels des Schützes 12 ist die erste Komponente 3 in Form des Energiespeichers mit dem Hochvoltbordnetz 2 elektrisch koppelbar und von diesem trennbar. Bevorzugt ist ein jeweiliger Batteriepol über einen solchen Schütz 12 mit dem Hochvoltbordnetz 2 der Hochvoltbordnetzanordnung 1 koppelbar und von diesem trennbar.
Tritt in der zweiten Komponente 4 und/oder in der dritten Komponente 5 ein Kurzschluss auf, so verursacht der Kurzschluss innerhalb der jeweiligen Komponente 4, 5 einen Lichtbogen 13.
Ein aus dem Lichtbogen 13 resultierender Materialumsatz und eine Schädigung innerhalb der Komponente 4, 5 ändert in vergleichsweise großem Umsatz die Zusammensetzung einer Umgebungsluft innerhalb der entsprechenden Komponente 4, 5.
Diese Änderung der Zusammensetzung der Umgebungsluft, insbesondere die Konzentrationsänderung, ist mittels des jeweiligen Rauchsensors 8, 9 oder alternativ mittels des jeweiligen Luftsensors erfassbar.
Beispielsweise ist der jeweilige Rauchsensor 8, 9 als Fotodiode oder als Ionisationsmelder ausgebildet.
Handelt es sich um einen Luftsensor, der in der jeweiligen Komponente 4, 5 angeordnet ist, so wird zur Erfassung des Kurzschlusses beispielsweise ein Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft ermittelt.
Die mittels der beiden Rauchsensoren 8, 9 erfassten Signale werden zur Auswertung der Steuereinheit 11 der Hochvolttrennvorrichtung 10 zugeführt. Wird anhand erfasster Signale zumindest eines der beiden Rauchsensoren 8, 9 ermittelt, dass ein Kurzschluss in einer der beiden Komponenten 4, 5 aufgetreten ist, wird der Schütz 12 angesteuert, um die erste Komponente 3 in Form der Hochvoltbatterie von dem Hochvoltbordnetz 2 zu trennen.
Mittels der Rauchsensoren 8, 9 und/oder der Luftsensoren ist ein Kurzschluss in einer der Komponenten 4, 5 unmittelbar erfassbar, wodurch es möglich ist, die jeweilige Komponente 4, 5 und/oder die erste Komponente 3 vergleichsweise schnell vom Hochvoltbordnetz 2 zu trennen. Durch die Trennung der Hochvoltbatterie als erste Komponente 3 vom weiteren Hochvoltbordnetz 2 wird eine Energiezufuhr von der ersten Komponente 3 zum Hochvoltbordnetz 2 ebenfalls unterbrochen.
Zudem ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass, wenn von der Kurzschlussdetektionsvorrichtung 7 ein Kurzschluss detektiert wurde, von der Steuereinheit 11 ein Steuersignal zur Ausgabe eines Warnsignals im Fahrzeug erzeugt wird. Beispielsweise wird das Warnsignal in Form eines Aufleuchtens einer roten Warnlampe im Bedien- und Anzeigekonzept des Fahrzeuges ausgegeben.
Bezugszeichenliste

1: Hochvoltbordnetzanordnung
2: Hochvoltbordnetz
3: erste Komponente
4: zweite Komponente
5: dritte Komponente
6: Elektromotor
7: Kurzschlussdetektionsvorrichtung
8: Rauchsensor
9: weiterer Rauchsensor
10: Hochvolttrennvorrichtung
11: Steuereinheit
12: Schütz
13: Lichtbogen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015016696 [0004]

Claims

Hochvoltbordnetzanordnung (1) mit einem Hochvoltbordnetz (2), zumindest einer mit dem Hochvoltbordnetz (2) elektrisch koppelbaren Komponente (3 bis 5) und einer Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) zur Detektion eines Kurzschlusses, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) zumindest einen der Komponente (3 bis 5) zugeordneten Rauchsensor (8, 9) oder Luftsensor umfasst, wobei die Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) ausgebildet ist, den Kurzschluss in Abhängigkeit von einem durch den Rauchsensor (8, 9) oder Luftsensor erfassten Signal zu ermitteln.
Hochvoltbordnetzanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Komponente (3) ein Energiespeicher ist, wobei die Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) bei ermitteltem Kurzschluss den Energiespeicher vom Hochvoltbordnetz (2) trennt.
Hochvoltbordnetzanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussdetektionsvorrichtung (7) ausgebildet ist, ein Warnsignal zur Ausgabe im Fahrzeug zu erzeugen.
Verfahren zur Kurzschlussdetektion in einer Hochvoltbordnetzanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurzschluss in Abhängigkeit von einem durch den Rauchsensor (8, 9) oder Luftsensor erfassten Signal ermittelt wird.