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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Batterieversorgung sowie ein Verfahren zum Schutz einer Hochvolt-Batterieversorgung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit einer Hochvolt-Batterieversorgung und einer Schutzvorrichtung.
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Stand der Technik
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Bei Gleichspannungsanwendungen mit höheren Spannungen stellen sogenannte Fehler- oder Störlichtbögen ein nicht zu vernachlässigendes Gefahrenpotential dar. Ein Störlichtbogen kann beispielsweise an einer defekten Stelle einer elektrischen Leitung, wie zum Beispiel einer lockeren Kabelklemme, oder aufgrund eines Kabelbruchs auftreten. Daher müssen Hochspannungs-Gleichstrom-Anwendungen, wie zum Beispiel ein elektrisches Antriebssystem in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug mittels geeigneter Sensoren überwacht werden. Sowohl die Versorgungsbatterie des Systems als auch sonstige Energiespeicher, wie zum Beispiel ein Zwischenkreiskondensator, speisen bis zur Abschaltung elektrische Energie in die Fehlerstelle mit dem Störlichtbogen ein. Je nach Leistungsfähigkeit der einspeisenden Energiequellen können hierbei hohe Mengen an elektrischer Energie in thermische Energie umgesetzt werden.
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Die Druckschrift
DE 19963024 A1 offenbart einen optischen Störlichtbogensensor zur Verwendung in Schaltanlagen. Der Störlichtbogensensor umfasst einen Lichtwellenleiter mit einem im Wesentlichen punktförmigen Erfassungsbereich.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 045 904 A1 offenbart eine Energiespeichereinrichtung mit einer Kurzschlusssicherungsschaltung. Mehrere Batteriezellen sind über Hauptschütze mit einem Bordnetz verbunden. Können die Hauptschütze in einem Abschaltfall das Bordnetz nicht von den Batteriezellen trennen, so werden die Batteriezellen daraufhin über einen zusätzlichen Schalter kurzgeschlossen, wodurch eine Sicherung auslöst und die Energieversorgung unterbricht.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 037 193 A1 betrifft die Erkennung von Lichtbögen in einem Stromkreis. Zur Erkennung von Lichtbögen ist es dabei vorgesehen, einen Wechselstromanteile in einem Stromkreis zu analysieren und bei einem charakteristischen Rauschanteil des Wechselstroms auf einen Lichtbogen zu schließen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Batterieversorgung gemäß Patentanspruch 1, ein elektrisches Antriebssystem gemäß Patentanspruch 8 und ein Verfahren zum Schutz einer Hochvolt-Batterieversorgung gemäß Patentanspruch 9.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Batterieversorgung mit einem Lichtbogendetektor, einer Kurzschlusseinrichtung und einer Überstromschutzeinrichtung. Der Lichtbogendetektor ist dazu ausgelegt, einen Störlichtbogen in der Hochvolt-Batterieversorgung zu detektieren. Die Kurzschlusseinrichtung ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Kurzschlusseinrichtung bereitzustellen, wenn ein Störlichtbogen in der Hochvolt-Batterieversorgung detektiert worden ist. Die Überstromschutzeinrichtung ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Überstromschutzeinrichtung zu unterbrechen, wenn ein elektrischer Strom zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Der erste Anschluss der Kurzschlusseinrichtung ist mit dem zweiten Anschluss der Überstromschutzeinrichtung elektrisch verbunden. Ferner sind der zweite Anschluss der Kurzschlusseinrichtung und der erste Anschluss der Überstromschutzeinrichtung mit einer Hochvoltbatterie koppelbar. Auf diese Weise bilden die Kurzschlusseinrichtung und die Überstromschutzeinrichtung eine Serienschaltung zwischen zwei Anschlussklemmen der Hochvoltbatterie.
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Weiterhin ist vorgesehen:
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Ein elektrisches Antriebssystem mit einer Hochvolt-Batterieversorgung und einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung. Die Hochvolt-Batterieversorgung ist dazu ausgelegt, elektrische Energie für einen elektrischen Antrieb bereitzustellen. Der elektrische Antrieb kann hierbei insbesondere aus einem Stromrichter und einer elektrischen Maschine gebildet werden.
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Ferner ist vorgesehen:
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Ein Verfahren zum Schutz einer Hochvolt-Batterieversorgung mit den Schritten des Detektierens eines Störlichtbogens in der Hochvolt-Batterieversorgung; und des Bereitstellens einer elektrischen Verbindung zwischen den Klemmen einer mit einer Überstromschutzeinrichtung versehenen Hochvoltbatterie.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Störlichtbögen in Hochspannungs-Gleichspannungs-Anwendungen unter Umständen große Mengen an thermischer Energie umsetzen können. Diese thermische Energie kann zu einer starken Erhitzung an einer Fehlerstelle mit dem Störlichtbogen führen, was letzten Endes gegebenenfalls einen Brand verursachen kann. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass konventionelle Überstromschutzeinrichtungen erst deutlich über dem Zehnfachen des Stromnennwertes der Überstromschutzeinrichtung ein sehr rasches Ansprechverhalten aufweisen. Liegt der Fehlerstrom dagegen darunter und weist beispielsweise nur einen Wert zwischen dem Fünffachen und dem Zehnfachen des Stromnennwerts der Überstromschutzeinrichtung auf, so wird die entsprechende Überstromschutzeinrichtung nur verzögert ansprechen. Wird daher durch einen Störlichtbogen ein Fehlerstrom verursacht, der nur zu einem verzögerten Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung führt, so kann aufgrund des relativ langen Zeitraums bis zum Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung an der Fehlerstelle des Störlichtbogens eine große Menge an thermischer Energie umgesetzt werden.
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Als Störlichtbogen kann hier jede Art von ungewolltem Lichtbogen in dem zu überwachenden/schützenden System verstanden werden. Insbesondere kann ein Störlichtbogen einen Lichtbogen zwischen einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung umfassen. Darüber kann ein Störlichtbogen auch einen sogenannten seriellen Lichtbogen in einer Zuleitung oder ähnlichen umfassen. Beispielsweise kann es aufgrund von Kontaktfehlern an Anschlüssen wie z.B. Klemmen o.ä. oder aufgrund von Leitungsunterbrechungen zu einem Lichtbogen an derartigen Fehlerstellen kommen. Darüber hinaus umfassen Störlichtbögen im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch auch jede weitere Art von Lichtbögen, welche innerhalb eines Gleichspannungssystems, insbesondere einer Hochvolt-Spanungsversorgung auftreten können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und einen Schutz für eine Hochvolt-Batterieversorgung bereitzustellen, welche auch für Störlichtbogen mit einem geringeren Fehlerstrom einen zuverlässigen Schutz ermöglicht. Hierzu ist es vorgesehen, einen Störlichtbogen mittels eines separaten Lichtbogendetektors zu detektieren. Wird ein solcher Störlichtbogen detektiert, so erfolgt daraufhin ein aktiver elektrischer Kurzschluss der speisenden Energieversorgung. Durch diesen aktiven Kurzschluss steigt der Fehlerstrom signifikant an, so dass eine vorhandene Überstromschutzeinrichtung innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne ansprechen wird, um die speisende Energiequelle abzuschalten. Auf diese Weise kann die Zeitspanne, innerhalb derer an der Fehlerstelle mit dem Störlichtbogen thermische Energie umgesetzt wird, verkürzt werden.
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Darüber hinaus wird durch den Kurzschluss die elektrische Spannung in der Hochvolt-Batterieversorgung auf nahezu Null abgesenkt. Dies führt dazu, dass auch an der Fehlerstelle mit dem Störlichtbogen die elektrische Spannung sinkt und der Störlichtbogen daraufhin erlischt.
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Da hierbei gezielt ein kontrollierter Kurzschluss innerhalb der Hochvolt-Batterieversorgung hervorgerufen wird, ist auch die Position dieses elektrischen Kurzschlusses bekannt. Somit können auch gezielt Schutzmaßnahmen getroffen werden. Insbesondere kann eventuell an der Kurzschlusseinrichtung entstehende thermische Energie kontrolliert abgeführt werden. Darüber hinaus können auch beispielsweise weitere Maßnahmen ergriffen werden, um eventuell Gefahren aufgrund eines Berstens oder ähnlichem der Kurzschlusseinrichtung zu kontrollieren.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kurzschlusseinrichtung mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement. Derartige Leistungshalbleiter können beispielsweise bipolare Transistoren mit einem isolierten Gate-Anschluss (IGBT) oder MOSFET umfassen. Darüber hinaus sind auch beliebige spannungs- oder feldgesteuerte Leistungshalbleiter möglich, welche in der Lage sind, einen im Kurzschlussfall auftretenden elektrischen Strom zu führen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kurzschlusseinrichtung einen feldgesteuerten Thyristor. Derartige feldgesteuerte Thyristoren weisen eine hohe Spannungsfestigkeit sowie eine gute Stromtragfähigkeit auf und sind darüber hinaus besonders einfach anzusteuern. Daher sind sie als Kurzschluss-Bauelemente sehr gut geeignet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kurzschlusseinrichtung einen elektrischen Stromrichter. Hochvolt-Batterieversorgungen speisen in zahlreichen Anwendungsfällen elektrische Stromrichter. Daher sind solche elektrischen Stromrichter bereits ohnehin vorhanden. Werden diese vorhandenen elektrischen Stromrichter zusätzlich als Kurzschlusseinrichtung zum Schutz der Hochvolt-Batterieversorgung eingesetzt, so kann der Aufwand an Bauelementen und somit auch die Kosten und der erforderlich Bauraum optimiert werden. Für einen Kurzschluss im Falle eines detektierten Störlichtbogens können hierbei alle Leistungshalbleiter des elektrischen Stromrichters gleichzeitig angesteuert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Lichtbogendetektor dazu ausgelegt, die Treiberstufen von Halbleiterschaltern in dem elektrischen Stromrichter anzusteuern, wenn ein Störlichtbogen in der Hochvolt-Batterieversorgung detektiert worden ist. Durch das direkte Ansteuern der Treiberstufen wird hierbei ein sicheres und zuverlässiges Ansteuern der Halbleiterschalter im Fehlerfall erzielt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Lichtbogendetektor einen optischen Detektor zur Detektion eines Störlichtbogens. In diesem Fall kann der Lichtbogendetektor ein Lichtbogen basierend auf einem optischen Signal detektieren. Weiterhin kann der Lichtbogensensor auch einen Drucksensor umfassen, der einen durch den Störlichtbogen verursachten Druckanstieg detektiert. Ebenso ist zum Beispiel ein akustischer Sensor möglich, der einen von dem Störlichtbogen hervorgerufenen Schallpegel detektiert. Zusätzlich oder alternativ kann der Lichtbogendetektor auch einen Detektor zur Detektion von hochfrequenten Spektralanteilen in der Versorgungsspannung umfassen, um hieraus einen Störlichtbogen zu detektieren. Ferner kann der Lichtbogendetektor auch einen Spannungsabfall in der Hochvolt-Batterieversorgung detektieren und aus einem detektierten Spannungsabfall auf mögliche Störlichtbögen schließen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Überstromschutzeinrichtung eine Schmelzsicherung. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere Überstromschutzeinrichtungen geeignet, die bei einem ausreichend hohen Fehlerstrom ein rasches Abschalten der Hochvolt-Batterieversorgung ermöglichen.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Batterieversorgung gemäß einer Ausführungsform;
- 2: ein Strom-Zeit-Diagramm zur Illustration des Ansprechverhaltens von Überstromschutzeinrichtungen, wie sie in einer Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform eingesetzt werden können;
- 3: eine schematische Darstellung eines zeitlichen Ablaufs einer Lichtbogenlöschung gemäß einer Ausführungsform; und
- 4: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Schutz einer Hochvolt-Batterieversorgung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Batterieversorgung gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Antriebssystem wird von einem elektrischen Energiespeicher 4, beispielsweise einer Hochvoltbatterie gespeist. Bei dieser Hochvoltbatterie kann es sich zum Beispiel um die Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs handeln. Die Gleichspannungsquelle 4 speist dabei insbesondere Gleichspannung in ein Hochvolt-Energienetz ein, womit zum Beispiel ein elektrischer Stromrichter 5 gespeist werden kann. Dieser Stromrichter 5 kann die Gleichspannung der Energiequelle 4 in eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung konvertieren und hiermit eine elektrische Maschine (6) ansteuern. Insbesondere kann der elektrische Stromrichter 5 hierbei beispielsweise eine B4- oder B6-Brücke umfassen. Für die Leistungshalbleiterelemente in dem Stromrichter 5 können beliebige geeignete Halbleiterbauelemente, wie zum Beispiel MOSFET oder IGBT verwendet werden.
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Zwischen der elektrischen Energiequelle 4 und dem Verbraucher, wie zum Beispiel dem Stromrichter 5, ist eine Überstromschutzeinrichtung 3 vorgesehen. Die elektrische Energiequelle 4 speist hierbei zwischen einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung elektrische Energie in ein Hochvoltnetz ein. Ein erster Anschluss 31 der Überstromschutzeinrichtung 3 ist mit einem Anschluss der elektrischen Energiequelle 4 verbunden. Ein zweiter Anschluss 32 der Überstromschutzeinrichtung 3 ist mit dem Hochvoltnetz verbunden, welches den Verbraucher, beispielsweise den Stromrichter 5, speist. Ein weiterer Anschluss der elektrischen Energiequelle 4 kann direkt mit dem Hochvoltnetz verbunden sein, welches den elektrischen Verbraucher speist.
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Ferner ist in der Schutzvorrichtung für die Hochvolt-Batterieversorgung ein Lichtbogendetektor 1 vorgesehen. Dieser Lichtbogendetektor 1 ist dazu ausgelegt, einen Störlichtbogen zu detektieren. Insbesondere kann der Lichtbogendetektor 1 einen Störlichtbogen in dem Hochvoltnetz und/oder dem angeschlossenen elektrischen Verbraucher, wie zum Beispiel dem Stromrichter 5 detektieren. Bei dem Lichtbogendetektor 1 kann es sich hierbei um einen beliebigen Detektor handeln, welcher in der Lage ist, einen Störlichtbogen in der Hochvolt-Batterieversorgung zu detektieren. Beispielsweise kann der Lichtbogendetektor 1 einen optischen Detektor umfassen, welcher ein charakteristisches Lichtsignal für einen Störlichtbogen detektiert. Ferner kann der Lichtbogendetektor 1 einen Drucksensor umfassen, welcher einen durch einen Störlichtbogen verursachten Druckanstieg detektiert und daraufhin ein entsprechendes Signal bereitstellt. Insbesondere kann zum Beispiel ein Lichtbogen detektiert werden, wenn ein durch den Drucksensor detektierter Druck einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, oder sich der detektierte Druck innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um mehr als einen vorbestimmten Wert erhöht. Weiterhin ist zum Beispiel auch ein akustischer Sensor möglich, der einen Schallpegel detektiert, welcher von einem Störlichtbogen hervorgerufen wird. Darüber hinaus kann der Lichtbogendetektor 1 beispielsweise auch hochfrequente Anteile in dem Hochvoltnetz detektieren. Hierbei können charakteristische hochfrequente Signale identifiziert werden, welche einen Hinweis auf einen möglichen Störlichtbogen geben. Ferner sind auch beliebige weitere Detektoren zur Identifizierung eines Störlichtbogens in der Hochvolt-Batterieversorgung möglich. Beispielsweise kann auch ein möglicher Spannungsabfall innerhalb des Hochvoltnetzes einen Hinweis auf einen möglichen Störlichtbogen geben.
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Wird von dem Lichtbogendetektor 1 ein Störlichtbogen detektiert, so kann der Lichtbogendetektor 1 ein entsprechendes Ausgangssignal bereitstellen. Dieses Ausgangssignal des Lichtbogendetektors 1 kann an einer Kurzschlusseinrichtung 2 bereitgestellt werden. Wird von dem Lichtbogendetektor 1 ein Störlichtbogen detektiert, so kann die Kurzschlusseirichtung 2 daraufhin eine elektrische Verbindung zwischen der positiven und der negativen Versorgungsleitung des Hochvoltnetzes herstellen. Hierzu kann zum Beispiel ein erster Anschluss 21 der Kurzschlusseinrichtung mit der positiven Versorgungsleitung des Hochvoltnetzes verbunden werden und ein zweiter Anschluss 22 der Kurzschlusseinrichtung 2 kann mit der negativen Versorgungsleitung des Hochvoltnetzes verbunden sein. Somit sind insbesondere der zweite Anschluss 32 der Überstromschutzeinrichtung 3 und der erste Anschluss 21 der Kurzschlusseinrichtung 2 miteinander elektrisch verbunden. Weiterhin ist der zweite Anschluss 22 der Kurzschlusseinrichtung 2 über die negative Versorgungsleitung mit einer Klemme der elektrischen Energiequelle 4 verbunden.
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Nachdem durch den Lichtbogendetektor 1 ein Störlichtbogen detektiert worden ist, kann die Kurzschlusseinrichtung 2 eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss der Überstromschutzeinrichtung 3 und einem Anschluss der elektrischen Energiequelle 4 herstellen. Da der erste Anschluss 31 der Überstromschutzeinrichtung 3 mit dem weiteren Anschluss der elektrischen Energiequelle 4 verbunden ist, wird somit durch die Serienschaltung der Überstromschutzeinrichtung 3 und der geschlossenen Kurzschlusseinrichtung 2 eine elektrische Verbindung zwischen den Klemmen der elektrischen Energiequelle 4 hergestellt. Daraufhin fließt ein sehr hoher elektrischer Strom zwischen den Klemmen der elektrischen Energiequelle 4. Ist nach der Detektion eines Störlichtbogens die Kurzschlusseinrichtung 2 geschlossen, so fließt somit ein elektrischer Strom zwischen den Klemmen der elektrischen Energiequelle 4, welcher insbesondere größer ist als z.B. das Zehnfache des Nennstroms der Überstromschutzeinrichtung 3. Hierdurch erfolgt ein sehr schnelles Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 3. Dies führt zu einer Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 31 und dem zweiten Anschluss 32 der Überstromschutzeinrichtung 3. Daraufhin wird keine weitere elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle 4 in das Hochvoltnetz eingespeist. Ferner sinkt bereits beim Schließen der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 der Kurzschlusseinrichtung 2 die elektrische Spannung innerhalb des Hochvoltnetzes auf annähernd Null Volt ab. Somit kann ein Störlichtbogen innerhalb der Hochvolt-Batterieversorgung zuverlässig innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne gelöscht werden.
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Die Kurzschlusseinrichtung 2 kann hierbei insbesondere auch durch einen elektrischen Stromrichter realisiert werden. Bei diesem elektrischen Stromrichter kann es sich beispielsweise um den elektrischen Stromrichter 5 des elektrischen Antriebssystems handeln, welcher durch die Hochvolt-Batterieversorgung gespeist wird. Derartige Stromrichter konvertieren beispielsweise eine Gleichspannung der Hochvolt-Batterieversorgung in eine Wechselspannung, welche zum Ansteuern einer elektrischen Maschine geeignet ist. Insbesondere kann es sich hierbei um einen elektrischen Stromrichter handeln, welcher eine B4-Brücke oder eine B6-Brücke umfasst. Wird durch den Lichtbogendetektor 1 ein Störlichtbogen detektiert, so können daraufhin alle Leistungsschalter des Stromrichters geschlossen werden. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung zwischen einem positiven und einem negativen Eingangsanschluss des Stromrichters hergestellt.
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Zur Ansteuerung der Leistungsschalter in dem Stromrichter für einen gezielten Kurzschluss können die Treiberstufen der einzelnen Schaltelemente direkt angesteuert werden, wenn durch den Lichtbogendetektor 1 ein Störlichtbogen detektiert wird. Auf diese Weise können gegebenenfalls gegenläufige Effekte einer in dem Stromrichter vorhandenen Kurzschlussüberwachung vermieden werden.
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Bei der Überstromschutzeinrichtung 3 kann es sich um eine beliebige Überstromschutzeinrichtung handeln, welche dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 31 und dem zweiten Anschluss 32 der Überstromschutzeinrichtung 3 zu unterbrechen, wenn der elektrische Strom durch die Überstromschutzeinrichtung 3 einen vorgegebenen Nennstrom übersteigt. Insbesondere wird die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 31 und dem zweiten Anschluss 32 der Überstromschutzeinrichtung 3 umso schneller unterbrochen werden, je größer der elektrische Strom durch die Überstromschutzeinrichtung 3 ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Strom-Zeitdiagramms für das Ansprechverhalten einer Überstromschutzeinrichtung 3. In waagerechter Richtung ist der elektrische Strom durch die Überstromschutzeinrichtung 3 dargestellt. In vertikaler Richtung ist die Zeit bis zum Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung 3 dargestellt. Wie hierbei exemplarisch zu erkennen ist, wird die Überstromschutzeinrichtung 3 beim Fünffachen des Nennstroms innerhalb von ca. 1 Sekunde ansprechen. Dies ist beispielsweise durch Punkt I dargestellt. Steigt der elektrische Strom dagegen auf etwa das Zehnfache des Nennstroms an, so wird die gleiche Überstromschutzeinrichtung 3 bereits innerhalb von beispielsweise 15 Millisekunden ansprechen. Dies ist exemplarisch durch den Punkt II dargestellt. Durch das aktive Ansteuern der Kurzschlusseinrichtung 2 kann in der Schutzvorrichtung für die Hochvolt-Batterieversorgung nach einem detektierten Störlichtbogen der elektrische Strom durch die Überstromschutzeinrichtung 3 signifikant gesteigert werden, so dass die Überstromschutzeinrichtung 3 wesentlich schneller anspricht.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Ablaufs einer Lichtbogenlöschung durch eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Batterieversorgung gemäß einer Ausführungsform. In dem Strom-Zeitdiagramm gemäß Diagramm c ist hierbei der Verlauf des elektrischen Stroms durch den Störlichtbogen dargestellt. Das darunter dargestellte Diagramm in Diagramm d zeigt das Ausgangssignal des Lichtbogendetektors 1. Zum Zeitpunkt t1 wird der Lichtbogendetektor 1 dabei einen Störlichtbogen in der Hochvolt-Batterieversorgung detektieren. Nach einer kurzzeitigen Verzögerung wird die Kurzschlusseinrichtung 2 angesteuert und es beginnt zum Zeitpunkt t2 ein elektrischer Strom durch die Kurzschlusseinrichtung 2 zu fließen, wie dies in Diagramm a dargestellt ist. Durch den Kurzschluss zwischen der positiven und der negativen Versorgungsleitung in dem Hochvoltnetz sinkt die Spannung in dem Hochvoltnetz und der Störlichtbogen wird zum Zeitpunkt t3 bereits erlöschen. Zum Zeitpunkt t4 wird daraufhin die Überstromschutzeinrichtung 3 ansprechen und die elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle 4 und dem Hochvoltnetz unterbrochen. Der Gesamtverlauf des elektrischen Stroms durch die Überstromschutzeinrichtung 3 ist dabei in Diagramm b dargestellt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Schutz einer Hochvolt-Batterieversorgung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Dieses Verfahren korrespondiert dabei insbesondere zu den zuvor beschriebenen Vorgängen der Schutzvorrichtung für die Hochvolt-Batterieversorgung. In Schritt S1 wird ein Störlichtbogen in der Hochvolt-Batterieversorgung detektiert. Daraufhin wird in Schritt S2 eine elektrische Verbindung zwischen den Klemmen der mit einer Überstromschutzeinrichtung 3 versehenen Hochvoltbatterie 4 hergestellt. Durch diese elektrische Verbindung fließt ein hoher elektrischer Strom durch die Überstromschutzeinrichtung 3, so dass die Überstromschutzeinrichtung 3 sehr rasch ansprechen wird.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Schutzvorrichtung für eine Hochvolt-Batterieversorgung. Hierbei ist es vorgesehen, zwischen der positiven und der negativen Versorgungsleitung eines Hochvolt-Gleichspannungsnetzes aktiv einen Kurzschluss hervorzurufen um den Störlichtbogen rasch zum Erlöschen zu bringen. Durch diesen Kurzschluss fällt die elektrische Spannung über dem Störlichtbogen ab und der elektrische Strom durch eine angeschlossen Überstromschutzeinrichtung steigt an, so dass die Überstromschutzeinrichtung schneller ansprechen kann.
