DE102018004149A1

DE102018004149A1 - Hochvolt-Bordnetz und Verfahren zur Isolationswertbestimmung eines Hochvolt-Bordnetzes für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018004149A1
Application number: DE102018004149.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schäfer; Stefan Glattes; Nicole Burk; Wei Wang; Erich Goller
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein diagnosebasiertes Verfahren und ein Hochvolt-Bordnetz für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit einer Netzeinrichtung und mindestens folgenden Komponenten: einem Batteriestrang und einem ersten Ladestrang, insbesondere umfassend einen Isolationswächter zum Messen eines Isolationswerts in dem Hochvolt-Bordnetz, wobei der Isolationswächter dazu ausgelegt ist, das Messen auch abhängig davon durchzuführen, dass mindestens eine der Komponenten von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Hochvolt-Bordnetz wird, für die Produktion und den Aftersales (also nach Verkauf, z.B. bei Wartungsarbeiten in einer Kfz-Werkstatt) eine effizientere Bestimmung des Isolationswerts und Teilverortung eines Isolationsfehlers im Hochvolt-Bordnetz eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Bordnetz für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Isolationswertbestimmung eines Hochvolt-Bordnetzes für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 10.
Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, verfügen jeweils über ein Hochvolt-Bordnetz, dessen Spannung über 60V und in der Regel über 100V, z.B. bei 400V liegt. Das Hochvolt-Bordnetz umfasst dabei zumindest einen elektrischen Energiespeicher wie beispielsweise eine Batterie und zumindest einen Ladeanschluss mit zumindest einem Ladestrang. Der Ladeanschluss dient dabei zum Koppeln des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an eine Ladestation und somit zum Laden des elektrischen Energiespeichers. Sowohl die Ladestation als auch der zumindest eine, elektrische Ladeanschluss können sich hinsichtlich ihrer Ladespannung unterscheiden. Beispielsweise sind aus der Praxis Wechselspannungsladestationen, Gleichspannungsladestationen und Drehspannungsladestationen bekannt.
Aus der DE 10 2013 102 576 A1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt zum Laden mindestens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, nämlich mindestens einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens zwei elektrische Ladeschnittstellen aufweisen, über die das Kraftfahrzeug an stationäre, elektrische Ladestationen aufweisend elektrische Anschlüsse ankoppelbar ist, wobei der oder jener elektrische Energiespeicher gleichzeitig über mindestens zwei elektrische Ladeschnittstellen und damit gleichzeitig über mindestens zwei elektrische Anschlüsse aufgeladen wird. Dabei kann jede Ladeschnittstelle und damit jeder elektrische Anschluss zum Laden individuell geschaltet und/oder abgeschaltet werden.
Aus Gründen der Hochvoltsicherheit muss der Isolationswert des Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs ständig überwacht werden. In der der ECE R 100 ist dieser Isolationswert als Isolationswiderstand spezifiziert und das Hochvolt-Bordnetz muss mindestens einen Isolationswiderstand von 500 Ohm pro Volt der Nennspannung der Batterie des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs aufweisen. Bei einem Unterschreiten des Isolationswiderstands liegt ein Isolationsfehler im Hochvolt-Bordnetz vor. Wird also beispielsweise während eines Ladevorgangs ein Isolationsfehler im Hochvolt-Bordnetz des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs festgestellt, erfolgt ein Abbruch des Ladevorgangs. Liegt der Isolationsfehler nicht im individuell zuschaltbaren Ladeanschluss, kann das Fahrzeug von einem Nutzer nicht weiter verwendet werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für die Produktion und den Aftersales (also nach Verkauf, z.B. bei Wartungsarbeiten in einer Kfz-Werkstatt) eine effizientere Bestimmung des Isolationswerts und Teilverortung eines Isolationsfehlers im Hochvolt-Bordnetz eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung, sowie die Figuren offenbart.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein selektives Zuschalten der einzelnen Teilbereiche eines Hochvolt-Bordnetzes während der Isolationswertbestimmung eine effizientere Isolationsfehlerverortung ermöglicht. Im Fehlerfall kann also eine Fehlereingrenzung erfolgen, was im Kundenbetrieb mittels Ferndiagnose zu einer Erhöhung der Fahrzeugverfügbarkeit führt und damit auch die Nutzerzufriedenheit erhöht. In Produktion und Aftersales führt die Möglichkeit der Fehlereingrenzung im Bestfall zu einer Effizienzsteigerung und somit zu einer Kostensenkung.
Durch die Erfindung ist ein Hochvolt-Bordnetz für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit einer Netzeinrichtung und mindestens folgenden Komponenten, einem Batteriestrang und einem ersten Ladestrang, bereitgestellt. Dabei umfasst das Hochvolt-Bordnetz insbesondere einen Isolationswächter zum Messen eines Isolationswerts in dem Hochvolt-Bordnetz, wobei der Isolationswächter dazu ausgelegt ist, das Messen abhängig davon durchzuführen, dass eine der Komponenten von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt ist.
In anderen Worten umfasst das erfindungsgemäße Hochvolt-Bordnetz also zumindest eine Netzeinrichtung, sowie zumindest einen Batteriestrang und einen ersten Ladestrang. Das Hochvolt-Bordnetz weist außerdem einen Isolationswächter auf, der zum Messen eines Isolationswerts in dem Hochvolt-Bordnetz ausgelegt ist. Dabei hängt das Durchführen einer Messung davon ab, dass mindestens eine der Komponenten, das heißt zumindest der Batteriestrang oder zumindest der Ladestrang, von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt ist.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Isolationswert der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes, also sowohl des Batteriestrangs, als auch des ersten Ladestrangs, individuell gemessen werden kann.
Die genannte Netzwerkeinrichtung kann dabei als elektrisches Netzwerk mit Leiterbahnen und elektrischen Bauteilen, wie beispielsweise Widerständen und Sicherungen realisiert werden. Bei dem Batteriestrang kann es sich beispielsweise um eine Einzelzelle einer Batterie handeln, wobei die Batterie auch mehrere solcher Einzelzellen, also mehrere Batteriestränge umfassen kann. Der Ladestrang kann zum Beispiel elektrische Leiterbahnen und einen Ladeanschluss zum Koppeln des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an eine externe Ladestation aufweisen. Weiterhin kann der erste Ladestrang beispielsweise als Gleichstrom-Ladestrang oder als Wechselstrom-Ladestrang ausgebildet sein. Der durch den Isolationswächter gemessene Isolationswert kann dabei als Isolationswiderstand oder als Isolationsleitwert angegeben sein, wobei der der Isolationswiderstand, sowie der Isolationsleitwert beispielsweise durch Anlegen einer Prüfspannung und Messen eines resultierenden Stroms gebildet werden können.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Hochvolt-Bordnetz weiterhin eine erste Schalteinheit umfasst, wobei die erste Schalteinheit in einem ersten Schaltzustand die Netzeinrichtung und den Batteriestrang elektrisch verbindet, und die erste Schalteinheit in einem zweiten Schaltzustand die Netzeinrichtung und den Batteriestrang elektrisch trennt, und eine zweite Schalteinheit, wobei die zweite Schalteinheit in einem ersten Schaltzustand die Netzeinrichtung und den ersten Ladestrang elektrisch verbindet, und die zweite Schalteinheit in einem zweiten Schaltzustand die Netzeinrichtung und den ersten Ladestrang elektrisch trennt.
In anderen Worten weist das Hochvolt-Bordnetz auch eine erste und eine zweite Schalteinheit auf, wobei die beiden Schalteinheiten jeweils entweder einen ersten, oder einen zweiten Schaltzustand einnehmen können. Dabei unterscheidet sich der erste Schaltzustand von dem zweiten Schaltzustand. Befindet sich die erste Schalteinheit also in dem ersten Schaltzustand, ist die Netzeinrichtung mit dem Batteriestrang elektrisch verbunden und befindet sich die erste Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand, ist die Netzeinrichtung von dem Batteriestrang elektrisch getrennt. Befindet sich die zweite Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand ist die Netzeinrichtung mit dem ersten Ladestrang elektrisch verbunden und befindet sich die zweite Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand ist die Netzeinrichtung von dem ersten Ladestrang elektrisch getrennt.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sowohl der Batteriestrang, als auch der erste Ladestrang individuell und unabhängig voneinander mit der Netzeinrichtung elektrisch verbunden, oder von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt werden können.
Die genannten Schalteinheiten können dabei zum Beispiel zumindest zwei Schaltelemente umfassen, wobei eines der beiden Schaltelemente beispielsweise den Phasenleiter der Netzeinrichtung und des Batteriestrangs und/oder des Ladestrangs elektrisch verbindet, oder elektrisch trennt und das andere der beiden Schaltelemente beispielsweise die Nullleiter der Netzeinrichtung und des Batteriestrangs und/oder des ersten Ladestrangs elektrisch verbindet, oder elektrisch trennt. Die Schaltelemente können dabei beispielsweise als Schaltschütz, als Halbleiterschalter oder als Relais ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Hochvolt-Bordnetz einen zweiten Ladestrang als eine der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes umfasst.
In anderen Worten weist das Hochvolt-Bordnetz neben der Netzeinrichtung, dem Batteriestrang und dem ersten Ladestrang auch einen zweiten Ladestrang auf, welcher eine Komponente des Hochvolt-Bordnetzes darstellt.
In vorteilhafter Weise weist das Hochvolt-Bordnetz auch eine dritte Schalteinheit auf, wobei die dritte Schalteinheit in einem ersten Schaltzustand die Netzeinrichtung und den zweiten Ladestrang elektrisch verbindet und die dritte Schalteinheit in einem zweiten Schaltzustand die Netzeinrichtung und den zweiten Ladestrang elektrisch trennt.
In anderen Worten ist in dem Hochvolt-Bordnetz auch eine dritte Schalteinheit vorgesehen, die einen ersten, oder einen zweiten, von dem ersten Schaltzustand verschiedenen Schaltzustand, einnehmen kann. Befindet sich die dritte Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand ist die Netzeinrichtung mit dem zweiten Ladestrang elektrisch verbunden und befindet sich die dritte Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand ist die Netzeinrichtung von dem zweiten Ladestrang elektrisch getrennt.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auch bei einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Ladesträngen der Isolationswert individuell für jede Komponente des Hochvolt-Bordnetzes bestimmt werden kann, da jede der Komponenten selektiv mit der Netzeinrichtung elektrisch verbunden, oder von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt werden kann.
Analog zu der ersten und der zweiten Schalteinheit kann auch die dritte Schalteinheit zumindest zwei Schaltelemente umfassen, wobei eines der zwei Schaltelemente beispielsweise den Phasenleiter der Netzeinrichtung und des zweiten Ladestrangs elektrisch verbinden, oder elektrisch trennen kann und das zweite der beiden Schaltelemente beispielsweise den Nullleiter der Netzeinrichtung und des zweiten Ladestrangs elektrisch verbinden, oder elektrisch trennen kann. Die Schalteinheit kann dabei beispielsweise als Schaltschütz, oder als Halbleiterschalter, oder als Relais ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der erste Ladestrang einen Gleichstrom-Ladestrang darstellt, und der zweite Ladestrang einen Wechselstrom-Ladestrang darstellt.
In anderen Worten ist der erste Ladestrang also ausgebildet zum Laden des Batteriestrangs mit Gleichstrom und der zweite Ladestrang ist ausgebildet zum Laden des Batteriestrangs mit Wechselstrom.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Batteriestrang des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit Wechselstrom oder Wechselspannung und Gleichstrom oder Gleichspannung ermöglicht wird.
Der Gleichstrom-Ladestrang kann auch als Gleichspannungs-Ladestrang und der Wechselstrom-Ladestrang kann auch als Wechselspannungs-Ladestrang gesehen werden.
In vorteilhafter Weise umfasst das Hochvolt-Bordnetz auch einen Antriebsstrang als eine der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes, wobei der Isolationswächter dazu ausgelegt ist, das Messen nur dann durchzuführen, wenn der Batteriestrang von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt ist.
In anderen Worten weist das Hochvolt-Bordnetz also als weitere Komponenten einen Antriebsstrang auf. Bildet der Antriebsstrang eine Komponente des Hochvolt-Bordnetzes, führt der Isolationswächter nur dann eine Messung des Isolationswerts durch, wenn die Netzeinrichtung und der Batteriestrang elektrisch getrennt sind. Der genannte Antriebsstrang kann dabei selbst mehrere Einheiten umfassen, wie beispielsweise eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler (DC/AC-Wandler) welcher einen Gleichstrom, der von der Batterie bereitgestellt wird, in einen Wechselstrom für den Vorder- und den Rückantrieb des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs umwandeln kann. Weiterhin kann in dem Antriebsstrang auch eine Power Distribution Unit (PDU, Stromverteilereinheit) vorgesehen sein, welche beispielsweise mittels einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler) eine Hochspannung die von der Batterie bereitgestellt wird in eine 12 Volt-Versorgungsspannung transformiert, die anschließend beispielsweise für eine Versorgung der Heiz- oder Lüftungsanlagen des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs genutzt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Hochvolt-Bordnetz außerdem eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Isolationszustand in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Isolationswert und dem gemessenen Isolationswert, sowie dem jeweiligen Schaltzustand der Schalteinheiten zu bilden, und eine Information über den Isolationszustand der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes bereitzustellen.
In anderen Worten weist das Hochvolt-Bordnetz der Erfindung insbesondere eine Auswerteeinrichtung auf. Dabei ist diese Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, eine Information über den Isolationszustand der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes also dem Isolationszustand des Batteriestrangs des ersten und des zweiten Ladestrangs und des Antriebsstrangs, bereitzustellen. Der Isolationszustand setzt sich dabei aus einem vorgegebenen Isolationswert, dem von dem Isolationswächter gemessenen Isolationswert und dem jeweiligen Schaltzustand der ersten, zweiten und dritten Schalteinheit, das heißt in Abhängigkeit davon, ob die Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes mit der Netzeinrichtung elektrisch verbunden, oder von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt sind, zusammen.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Isolationszustand jeder Komponente des Hochvolt-Bordnetzes des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs einzeln ausgewertet wird.
Wie der gemessene Isolationswert kann der vorgegebene Isolationswert dabei beispielsweise als Isolationswiderstand oder Isolationsleitwert gegeben sein. Auch kann der vorgegeben Isolationswert zum Beispiel durch einen Hersteller des Hochvolt-Bordnetzes des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs vorgegeben sein, oder aufgrund gesetzlicher Vorgaben, wie beispielsweise der ECE R 100, definiert sein. Um den Isolationszustand zu bilden, kann die genannte Auswerteeinrichtung beispielsweise ausgebildet sein, den vorgegebenen Isolationswert und den gemessenen Isolationswert zu vergleichen. Der gemessene Isolationswert hängt dabei von dem jeweiligen Schaltzustand der ersten, zweiten und dritten Schalteinheit ab, wobei der jeweilige Schaltzustand Auskunft darüber gibt, von welcher der Komponenten der Isolationswert gemessen wurde. Liegen der vorgegebenen Isolationswert und der gemessene Isolationswert als Isolationswiderstand vor, und ist der vorgegebene Isolationswert, wie beispielsweise in der ECE R 100 mit einem Grenzwert von mindestens 500 Ohm pro Volt der Nennspannung der Batterie definiert, liegt beim Unterschreiten des gemessenen Isolationswerts von dem vorgegebenen Isolationswert ein Isolationsfehler vor. Als Isolationszustand kann die Auswerteeinrichtung dann einen Isolationsfehler bilden und diese Information über den Isolationszustand, z. B. an eine fahrzeugexterne oder fahrzeuginterne Einheit, bereitstellen. Die Information über den Isolationszustand kann dabei z.B. an die fahrzeugexterne oder fahrzeuginterne Einheit, z.B. eine Ausleseeinheit oder einen Diagnosetester in Form eines Fehlercodes oder als Isolationswert bereitgestellt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinrichtung den Isolationszustand nur dann bildet, wenn der jeweilige Schaltzustand der Schalteinheiten eindeutig feststellbar ist.
In anderen Worten ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet den Isolationszustand nur dann zu bilden, wenn der jeweiligen Schaltzustand der ersten, der zweiten und der dritten Schalteinheit eindeutig als vorliegend bewertet werden kann, das heißt, dass eindeutig feststellbar ist, ob der Batteriestrang und/oder der erste Ladestrang und/oder der zweite Ladestrang mit der Netzeinrichtung elektrisch verbunden, oder von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt ist.
Das Bilden des Isolationszustands durch die genannte Auswerteeinrichtung kann dabei beispielsweise durch die fahrzeuginterne oder die fahrzeugexterne Einheit, wie etwa die Ausleseeinheit oder den Diagnosetester, hervorgerufen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist auch eine Kommunikationseinrichtung zum drahtlosen Übertragen der Information über den Isolationszustand an eine fahrzeugexterne Einheit vorgesehen.
In anderen Worten umfasst das Hochvolt-Bordnetz des elektrisch betriebenen Fahrzeugs auch eine Kommunikationseinrichtung, die ausgebildet ist, die von der Auswerteeinrichtung bereitgestellte Information über den Isolationszustand des Hochvolt-Bordnetz drahtlos an eine fahrzeugexterne Einheit zu übertragen.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Isolationszustand des Hochvolt-Bordnetzes auch mittels Ferndiagnose, also Diagnosis Over The Air (DOTA) übertragbar und auswertbar ist. Der Isolationszustand ist weiterhin aber auch drahtgebunden, beispielsweise mittels fahrzeugexterner Einheit übertragbar und auswertbar.
In der vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch intelligente Auswertung des Isolationszustandes im Kontext der hervorgerufenen Schaltzustände auch die Möglichkeit geboten, den Isolationsfehler zu verorten, beispielsweise im Bereich des ersten Ladestrangs des Hochvolt-Bordnetzes.
Daraus folgt eine effizientere Bestimmung des Isolationszustands des Hochvolt-Bordnetzes des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, da der Einsatz von handgeführten Isolationswertprüfgeräten vor allem während der Produktion aber auch in der Werkstatt bei Reparaturarbeiten-vermindert wird.
Die drahtlose Übertragung kann dabei beispielsweise über eine gesicherte Internetverbindung (DSM/ 3G/ LTE/ UMTS/ 4G/ WLAN) realisiert werden. Die fahrzeugexterne Einheit kann beispielsweise als Ausleseeinheit zum Auslesen der Information über den Isolationszustand ausgebildet sein, wie beispielsweise ein Diagnosetester oder ein PC mit Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen oder drahtgebundenen Übertragung.
Durch die Erfindung ist auch ein Verfahren zur Isolationswertbestimmung eines Hochvolt-Bordnetzes für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei das Hochvolt-Bordnetz eine Netzeinrichtung und mindestens folgende Komponenten aufweist: einen Batteriestrang und einen ersten Ladestrang, wobei das Verfahren das Messen eines Isolationswerts in dem Hochvolt-Bordnetz umfasst, wobei das Messen erfolgt, wenn mindestens eine der Komponenten von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt ist.
In anderen Worten ermöglicht das Verfahren zur Isolationswertbestimmung das Messen eines Isolationswerts in dem Hochvolt-Bordnetz, wobei eine Messung nur dann durchgeführt wird, wenn der Batteriestrang oder der erste Ladestrang von der Netzeinrichtung elektrisch getrennt sind.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass ein selektives Messen des Isolationswerts der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes erfolgt. Hierdurch wird ein effizienteres Bestimmen des Isolationswerts des Hochvolt-Bordnetzes ermöglicht.
Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten analog auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Die Erfindung umfasst auch die Kombination der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. 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.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit exemplarischer Ladestationsanbindung;
2 eine schematische Darstellung der Ferndiagnose im Falle eines Isolationsfehlers im Hochvolt-Bordnetz eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Fig. bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Die 1 zeigt ein Hochvolt-Bordnetz 100 eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit einer Batterieeinrichtung mit Batteriemanagementsystem 105, einem Antriebsstrang 116, einem ersten Ladestrang 108 mit einem ersten Ladeanschluss 110 und einem zweiten Ladestrang 112 mit einem zweiten Ladeanschluss 114. Der Antriebsstrang 116 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs umfasst dabei eine Hinterantriebselektronik 118, eine Vorderantriebselektronik 120, und eine Power Distribution Unit 122 (PDU, Stromverteilereinheit). Die Batterieeinrichtung mit Batteriemanagementsystem 105 weist neben der Hochvoltbatterie mit zwei Batteriesträngen 106 die Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104, sowie die erste Schalteinheit S1, die zweite Schalteinheit S2 und die dritte Schalteinheit S3 auf. Die Schalteinheiten S1 - S3 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Schaltschütze dargestellt. Die erste Schalteinheit S1, auch Hauptschütz genannt, umfasst dabei zwei Schaltschütze, die derart zwischen die Hochvoltbatterie 106 mit einem Batteriestrang oder mehreren Batteriesträngen und die Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104 geschaltet sind, dass ein Schließen beider Schaltschütze der ersten Schalteinheit S1 die Hochvoltbatterie 106 mit einem Batteriestrang oder mehreren Batteriesträngen mit der Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104 elektrisch verbindet und ein Öffnen der beiden Schaltschütze der ersten Schalteinheit S1 die Hochvoltbatterie 106 mit einem Batteriestrang oder mehreren Batteriesträngen von der Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104 elektrisch trennt. Ähnlich der ersten Schalteinheit S1 ist die zweite Schalteinheit S2, auch erster Ladeschütz genannt, in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei Schaltschütze dargestellt. Dabei ist die zweite Schalteinheit S2 derart geschaltet, dass ein Schließen beider Schaltschütze der zweiten Schalteinheit S2 den ersten Ladestrang 108 und die Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104 elektrisch verbindet, wohingegen ein Öffnen beide Schaltschütze der zweiten Schalteinheit S2 den ersten Ladestrang 108 und die Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104 elektrisch trennt. Ähnlich der ersten Schalteinheit S1 und der zweiten Schalteinheit S2 ist auch die dritte Schalteinheit S3 in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei Schaltschütze dargestellt. Die dritte Schalteinheit S3, auch zweiter Ladeschütz genannt, ist in diesem Ausführungsbeispiel derart geschaltet, dass ein Schließen beider Schaltschütze der dritten Schalteinheit S3 den zweiten Ladestrang 112 und die Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104 elektrisch verbindet, wohingegen ein Öffnen der beiden Schaltschütze der dritten Schalteinheit S3 den zweiten Ladestrang 112 und die Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie 104 elektrisch trennt. Das heißt ein Öffnen beider Schaltschütze der jeweiligen Schalteinheit entspricht einem elektrischen Trennen und damit dem zweiten Schaltzustand der jeweiligen Schalteinheit, wohingegen ein Schließen beider Schaltschütze der jeweiligen Schalteinheit einem elektrischen Verbinden entspricht und damit dem ersten Schaltzustand der jeweiligen Schalteinheit. In dem Hochvolt-Bordnetz 100 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs ist weiterhin ein Isolationswächter 124 vorgesehen. Der Isolationswächter 124 ist in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu der Hochvoltbatterie 106 mit einem Batteriestrang oder mehreren Batteriesträngen geschaltet, wobei die erste Schalteinheit S1 ein elektrisches Verbinden oder elektrisches Trennen der Hochvoltbatterie 106 mit einem Batteriestrang oder mehreren Batteriesträngen und dem Isolationswächter 124 ermöglicht.
Zusätzlich ist der Isolationswächter 124 zusammen mit der Batterieeinrichtung mit Batteriemanagementsystem 105, dem ersten Ladestrang 108, dem zweiten Ladestrang 112, der Hinterantriebselektronik 118, der Vorderantriebselektronik 120 und der Power Distribution Unit 122 mit dem Fahrzeuggestell 102, auch Chassis genannt, für einen Potentialausgleich 128 elektrisch verbunden.
Zusätzlich ist in der 1 exemplarisch eine fahrzeugexterne Ladestation 126, welche zum elektrischen Laden der Hochvoltbatterie 106 mit einem Batteriestrang oder mehreren Batteriesträngen verwendet werden kann, gezeigt. Die Ladestation 126 ist über den zweiten Ladeanschluss 114 mit dem zweiten Ladestrang 112 elektrisch verbunden.
Dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann folgende Situation beispielhaft zugrunde liegen. In den bisherigen elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen war eine diagnosebasierte Bestimmung des Isolationswertes, z.B. als Isolationswiderstand, inklusive galvanisch zuschaltbarer Ladesträngen nur möglich durch multiple Dienstausführung in mehreren Steuergeräten und durch eine Ablaufprogrammierung in einem externen Diagnosetestsystem. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ist es nun möglich unter Berücksichtigung aller Hochvolt-Sicherheitsrelevanten Maßgaben:

- eine effizientere und einfachere Isolationswertermittlung für das gesamte batterieexterne Hochvolt-Bordnetz in Produktion, also im Werk und Aftersales, also nach dem Verkauf z.B. während Reparaturarbeiten in Kfz-Werkstätten, via einer oder mehrerer Diagnoseroutinen, angefordert durch einen Diagnosetester und ausgeführt durch das Batteriemanagementsystem, welches beispielsweise die Auswerteeinrichtung, die Kommunikationseinrichtung 202 und gegebenenfalls weitere Steuergeräte z.B. zum Ansteuern der Schalteinheiten umfasst, zu erreichen:
- im Fehlerfall eine schrittweise Fehlerverortung bzw. die Eingrenzung der isolationsfehlerhaften Bereiche des Hochvolt-Bordnetzes in Produktion und Aftersales via einzelner Diagnoseroutinen, angefordert und intelligent bewertet durch einen Diagnosetester und ausgeführt im Batteriemanagementsystem , zu erreichen.

In einem konkreten erweiterten Kunden-Anwendungsbeispiel stellt der erste Ladestrang 108 einen Gleichstrom-Ladestrang (DC-Ladepfad) und der zweite Ladestrang 112 einen Wechselstrom-Ladestrang (AC-Ladepfad) dar. Im Falle eines Isolationsfehlers in dem AC-Ladepfad des Hochvolt-Bordnetzes oder in dem DC-Ladepfad des Hochvolt-Bordnetzes wird der Ladevorgang abgebrochen. Der Kunde (Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210) hat keine eindeutige Information über die Fehlerursache und die potentielle weitere Verfügbarkeit des AC- oder DC-Ladebetriebs. Durch eine sogenannte DOTA Anwendung (Diagnosis Over The Air - Ferndiagnose) kann via fahrzeuginternem oder fahrzeugexternem Diagnosetester, das Batteriemanagementsystem und Remote Zugriff (ferngesteuertem Zugriff) auf das vernetzte Fahrzeug mittels Kommunikationseinrichtung 202 die Verfügbarkeit und die Erst-Befundung ohne Vor-Ort Präsenz eines Servicetechnikers 208 mit Hilfe der einzelnen Diagnoseroutinen durchgeführt werden.
Durch die einzelnen Diagnoseroutinen, die durch einen fahrzeugexternen oder fahrzeuginternen Diagnosetester gestartet werden können und durch das Batteriemanagementsystems ausgeführt werden, können die verschiedenen einzelnen Teilbereiche (Batteriestrang oder Batterie mit zwei Batteriesträngen 106, erster Ladestrang 108, zweiter Ladestrang 112 und Antriebsstrang 116), der gesamte batterieexternen Teil des Hochvolt-Bordnetzes 100 (erster Ladestrang 108, zweiter Ladestrang 112 und Antriebsstrang 116) oder das gesamte Hochvolt-Bordnetz 100, auf deren Isolationswiderstand bewertet werden.
Außerdem ermöglicht die Erfindung, dass alle relevanten Systembedingungen, die aus Gründen der Hochvolt-Sicherheit für die in diesem Anwendungsbeispiel beschriebene Diagnose-Hauptroutine 1, Diagnose-Subroutine 2 und Diagnose-Subroutine 3 vorherrschen müssen, um das Fahrzeug in den Zustand der Isolationsbewertung zu versetzen, ebenfalls „OnBoard“, das heißt innerhalb des Hochvolt-Boardnetzes 100, als Vorbedingungen im Rahmen der Ausführung der Diagnoseroutinen selektiv von dem Batteriemanagementsystem zyklisch geprüft werden. Im Folgenden ist der generische Aufbau der Einzelschritte einer Ausführung der Diagnoseroutinen beispielhaft gezeigt.

- Schritt 1: Prüfung auf eine geöffnete erste Schalteinheit S1, im Folgenden auch Hauptschütz genannt. Jede Isolationswertmessung welche durch die folgenden Diagnoseroutinen 1, 2, 3 und 4 beschrieben ist, findet in einem Hochvoltsicheren Zustand < 60V statt. Die konstruktive Ausführung des Isolationswächters 124 erlaubt eine Messung des Isolationswiderstands ohne galvanische Verbindung der Batterieeinrichtung mit Batteriemanagementsystem 105 zu dem Antriebsstrang 116 bei einer Prüfspannung < 60V. Abbruch der Isolationswertmessung im Falle eines oder beider geschlossenen Schaltschütze des Hauptschützes (erste Schalteinheit S1), oder eines nicht bewertbaren Schaltzustand der beiden Schaltschütze des Hauptschützes. Dabei kann die Ausführung der Diagnoseroutinen 1, 2, 3 und 4 bei geschlossenem Hauptschütz unterbunden und die Diagnoseausführung mit einem Negative Response Code (negative Rückmeldung), verweigert werden.
- Schritt 2: Prüfung der Vorbedingungen/der vorherrschenden Systembedingungen zum Schließen der zweiten Schalteinheit S2, im Folgenden erster Ladepfadschütz genannt und/oder der dritten Schalteinheit S3, im Folgenden zweiter Ladepfadschütz genannt. Kann die Vorbedingung des ersten Ladepfadschütz und/oder zweiten Ladepfadschütz nicht geprüft werden oder ist das Prüfen erfolglos, kann ein Abbruch erfolgen. In vorteilhafter Weise kann der der Abbruchgrund explizit nachvollziehbar durch das Batteriemanagementsystem dem Diagnosetester bereitgestellt werden, beispielsweise mittels sogenannter Stop-Events (explizit aufbereitete Abbruch-Ereignisse), die als Diagnosedienst übergeben werden.
- Schritt 3: Ansteuerung des ersten Ladepfadschütz (zweite Schalteinheit S2) und/oder des zweiten Ladepfadschütz (dritte Schalteinheit S3) zum selektiven oder zum aufeinanderfolgenden gemeinsamen Zuschalten des ersten Ladestrangs 108 und/oder des zweiten Ladestrangs 112. Wird einer der beiden Ladepfadschütze, oder beide Ladepfadschütze trotz der jeweiligen ausgeführten Schließanforderung als nicht geschlossen erfasst oder kann der jeweilige Status der beiden Ladepfadschütze nicht erfasst werden erfolgt der Abbruch. In vorteilhafter Weise wird der Abbruch dem jeweiligen Ladepfadschütz oder beiden Ladepfadschützen explizit zugeordnet und nachvollziehbar mittels Batteriemanagementsystem aufbereitet-In vorteilhafter Weise wird der Abbruchgrund explizit nachvollziehbar mittels Diagnosedienst durch das Batteriemanagementsystem bereitgestellt, beispielsweise mittels sogenannter Stop-Events (Abbruch-Ereignis), und so dem Diagnosetester übergeben.
- Schritt 4: Durchführung der Isolationswiderstandsmessung durch Aktivierung des Isolationswächters 124 der Hochvolt-Batterie.
- Schritt 5: Ausgabe des erfassten Isolationswiderstandswertes, mittels Diagnosedienst durch das Batteriemanagementsystem.
- Schritt 6: Herbeiführung des regulären diagnoseunabhängigen Fahrzeugzustandes, Beendigung des diagnosebasierten Verfahrens zur Isolationswertbestimmung.

Im Folgenden werden nun die einzelnen Diagnoseroutinen genauer beschrieben, wobei in diesem ersten Ausführungsbeispiel der erste Ladestrang 108 einen Gleichstrom-Ladepfad (DC-Ladepfad) und der erste Ladeanschluss 110 einen Gleichstrom-Ladeanschluss (DC-Ladeanschluss) darstellt und wobei der zweite Ladestrang 112 einen Wechselstrom-Ladepfad (AC-Ladepfad) und der zweite Ladeanschluss 114 einen Wechselstrom-Ladeanschluss (AC-Ladeanschluss) darstellt.
Durch eine Diagnose-Hauptroutine 1 wird das Hochvolt-Bordnetz 100 in einen Zustand versetzt den es im Ladebetrieb, Standbetrieb oder Fahrbetrieb nicht einnehmen kann, unter Berücksichtigung einzelner Hochvolt-Sicherheitsrelevanter Systembedingungen. Regulär ist in allen DC-Ladenormen die Isolationsüberwachung des Fahrzeugs deaktiviert. Der erste Ladepfadschütz des DC-Ladepfads wird nur im Ladebetrieb geschlossen und die Isolationsüberwachung wird immer von der Ladestation 126 übernommen. Auch kann in der Ländervariante CCS1 und CCS2 des Ladeanschlusses nicht parallel geladen werden, was ein gleichzeitiges Zuschalten des ersten Ladestrangs 108 und des zweiten Ladestrangs 112 durch den ersten Ladepfadschütz (zweite Schalteinheit S2) und den zweiten Ladepfadschütz (dritte Schalteinheit S3) ausschließt. Die Hauptroutine 1 sorgt für eine Herbeiführung dieses Zustands, durch das schrittweise gemeinsame Zuschalten des DC-Ladepfades (erster Ladestrang 108) und des AC-Ladepfades (zweiter Ladestrang 112). Im Anschluss an eine validierte Schließung der beiden Ladestränge wird der Isolationswächter 124 der Hochvolt-Batterie gestartet und der Isolationswiderstandswert des gesamten batterieexternen Bordnetzes akquiriert. Dieser Schritt dient dazu, sicherzustellen, dass der zertifizierungsrelevante Isolationswiderstandswert von mindestens 500 Ohm pro Volt der Nennspannung der Hochvolt-Batterie, wie er in der europaweit gültigen Ausführungsvorschrift ECE-R 100 gefordert ist, als qualitätssichernde Maßnahme zeiteffizient zu erfassen/zu validieren und in die Produktionssysteme zur Dokumentation zu übertragen.
Durch eine Diagnose-Subroutine 2 wird selektiv nur der DC-Ladepfad (erster Ladestrang 108) zugeschaltet, unter Berücksichtigung einzelner Hochvolt-Sicherheitsrelevanter Systembedingungen. Nach dem Zuschalten wird der Isolationswächter 124 der Hochvolt-Batterie aktiviert. Hier kann selektiv eine Fehlereingrenzung oder eine reguläre Isolationswiderstandserfassung des DC-Ladepfads und des Antriebsstrangs 116 getätigt werden. Der Hauptschütz der Hochvolt-Batterie ist hierbei geöffnet.
Durch eine Diagnose-Subroutine 3 wird selektiv nur der AC-Ladepfad (zweiter Ladestrang 112) zugeschaltet, unter Berücksichtigung einzelner Hochvolt-Sicherheitsrelevanter Systembedingungen. Nach dem Zuschalten wird der Isolationswächter 124 der Hochvolt-Batterie aktiviert. Hier kann selektiv eine Fehlereingrenzung oder eine reguläre Isolationswiderstandswertefassung des AC-Ladepfads und des Antriebsstrangs 116 getätigt werden. Der Hauptschütz der Hochvolt-Batterie ist hierbei geöffnet.
Durch eine Diagnose-Subroutine 4 wird selektiv nur der Isolationswiderstandswert des fahr- und standbetriebsrelevanten Bereichs, nämlich des Antriebsstrangs 116 erfasst. Es geschieht kein selektives Zuschalten des DC-Ladepfads und des AC-Ladepfads. Der Hauptschütz der Hochvolt-Batterie ist hierbei geöffnet.
Durch einen Vergleich, via Ablaufprogrammierung im Werks-Diagnosetester, Aftersales Diagnosetester oder einer Ablaufprogrammierung in einem Back-End-Tool (Remote-Diagnose), der erfassten Isolationswerte von des DC-Ladepfads und des AC-Ladepfads kann aber eine eindeutige Fehlereingrenzung der Teilbereiche vorgenommen werden.
Anders als in 1 dargestellt könnte der Isolationswächter auch derart parallel zur Batterie geschalten sein, dass die erste Schalteinheit S1 ein elektrisches Verbinden oder elektrisches Trennen der Hochvoltbatterie mit zwei Batteriesträngen 106 und dem Isolationswächter 124 nicht mehr ermöglicht. Entsprechend wird durch eine Diagnose-Subroutine 5 wird selektiv nur der Isolationswiderstandswert der Hochvolt-Batterie erfasst. Der Hauptschütz der Hochvolt-Batterie ist hierbei geöffnet. Es geschieht kein selektives Zuschalten des DC-Ladepfads und des AC-Ladepfads. Außerdem wird dann durch eine Diagnose-Subroutine 6 selektiv nur der Isolationswiderstandswert der Hochvolt-Batterie und des Antriebsstrangs 116 erfasst, durch Zuschaltung des Hauptschützes.
In vorteilhafter Weise kann das Batteriemanagementsystem, während der Ausführung der Diagnoseroutine(n), zusammen mit weiteren Steuergeräten des Hochvolt-Bordnetzes die Ausführung der Isolationswertbestimmung überwachen, um den expliziten Systemzustand zu erfassen und die Hochvolt-Sicherheitsrelevanten-Rahmenbedingungen während der gesamten Ausführung zu gewährleisten und bei Nichteinhaltung die Diagnoseanwendung abzubrechen und selektiv bereitzustellen. Diese zyklisch überwachten Rahmenbedingungen umfassen:

- Keine erfasste fahrzeuginterne Anforderung (z.B. via CAN-Bus) auf geschlossene Schalteinheiten S1, S2 und S3 durch das Batteriemanagementsystem als Ladeanforderung oder Hochvoltfunktionsanforderung. Dies wird erreicht durch Senden eines spezifischen Signalsets auf dem CAN-Bus durch die Hochvolt-Batterie, welches durch die Hauptroutine 1, Diagnose-Subroutine 2, Diagnose-Subroutine 3 oder Diagnose-Subroutine 4 explizit gestartet wird. Insbesondere das Steuergerät welches für die Zuschaltung zuständig ist, kommandiert nach Empfang keinerlei Stand-, Lade- und Fahrbetriebsrelevante Zuschaltungsanforderung der Schalteinheiten S1, S2 und S3 mehr. Konkret bildet das Signalset einen irregulären Fahrzeugzustand des Hochvolt-Bordnetzes ab, welcher eine Zuschaltung der Schalteinheiten S1, S2 und S3 aus Betriebsstrategischer und Hochvolt-Sicherheits-Sicht verbietet.
- Keine gesteckten Ladestecker in der DC-Ladeschnittstelle als auch der AC Ladeschnittstelle
- Antriebsstrang 116 nicht spannungsführend (Schwellwert <60V)
- Erster Ladestrang 108 nicht spannungsführend (Schwellwert <60V)
- Zweiter Ladestrang 112 nicht spannungsführend (Schwellwert <60V)
- Keine Fehlfunktion der Schalteinheiten S2 und S3 (elektrische Hochvolt-Fehler als auch Signalisierungsunplausibilitäten)
- Alle Anbindungen der Hochvolt-Batterie an das Hochvolt-Bordnetz fehlerfrei (Hochvolt-Interlock überwacht)
- Signalisierung eines fehlerfreien DC-Ladeanschluss und Ladedosenleitungskontaktierung am DC-Ladesteuergerät via CAN-Bus an die Hochvolt-Batterie
- Signalisierung eines fehlerfreien AC-Ladeanschluss und Ladedosenleitungskontaktierung am AC-Ladesteuergerät via CAN-Bus an die Hochvolt-Batterie
- Laufzeitüberwachung der Isolationswertakquirierung (Timeout des Isolationswächters / Kein Isolationswiderstandswert nach einer vorgegebenen Zeit von z.B. mehr als 10 Sekunden, insbesondere mehr als 30 Sekunden, beispielsweise 60 Sekunden.)
- Die Schalteinheiten S2 und/oder S3 werden während der Ausführung der Isolationsmessung/Akquirierung des Isolationswiderstandswerts je nach Hauptroutine 1 oder Diagnose-Subroutine 2 oder Diagnose-Subroutine 3, gültig als „geschlossen“ bzw. als „geöffnet“ erfasst. Der konduktive Zustand der Schalteinheiten S1, S2 und S3 muss je nach Haupt- oder Sub-Diagnoseroutine 1, 2 oder 3 dem entsprechenden Sollzustand entsprechen.

Aus derartig ausgeführten Diagnoseroutinen können sich unter anderem die im Folgenden genannten Vorteile ergeben. Zuerst kann die Isolationswiderstands-Auswertung des DC-Ladepfades ohne Messung mit externen Isolationsmessgerät in einen der Ladeanschlüsse durchgeführt werden, sowohl während der Produktion (Werk), als auch nach Übergabe des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an einen Nutzer (Aftersales). Weiterhin sind keine anderen externen Betriebsmittel notwendig. Durch die „OnBoard“-Verlagerung der Vorbedingungsprüfung und der schrittweisen Zuschaltung der Ladepfade, sowie der anschließenden Isolationswertakquirierung und Ausgabe der einzelnen Teilbereiche des Hochvolt-Bordnetzes oder des gesamten externen Hochvolt-Bordnetz wird Prozesszeit im Werk und Aftersales eingespart. Zusätzlich kann die Möglichkeit zur Fehlereingrenzung eines isolationsfehlerbehafteten Hochvolt-Bordnetz-Teilbereichs zu einem verminderten Einsatz von handgeführten Isolationsprüfgeräten in der Produktion (Werk) und der Werkstatt (Aftersales) führen. Durch einzelne Isolationsmess-Diagnose-Routinen kann das Hochvolt-Bordnetz 100 in 4 Teilbereiche, nämlich die Hochvolt-Batterie, den Antriebsstrang 116, den ersten Ladestrang 108 und den zweiten Ladestrang 112, aufgeteilt werden. So kann der Teilbereich des Hochvolt-Bordnetzes welche via handgeführten Isolationsmessgerät detailliert untersucht werden muss vorab eingegrenzt werden. Dies schafft ebenfalls Zeitersparnis und ermöglicht quantitative Erhebungen und Isolationsfehlerverteilungsanalysen, durch Auswertung der erfassten Daten des Diagnosetesters. Schließlich können durch das selektive Verbinden und Trennen der Ladestränge und der Isolationsmessung, via Remote Diagnose (ferngesteuerte Diagnose) auch Big Data Analysen (Analyse von großen Datenmengen) zur Isolationswiderstandsalterung der einzelnen Hochvolt-Bordnetz-Teilbereiche gestartet werden.
Im Aftersales-Bereich kann eine Isolationswiderstandsbewertung beispielsweise durchgeführt werden für den Fall, dass:

- eine dem Isolationsfehlerfall zuordnungsbaren Fehlermeldung vorliegt und/oder
- einer dem Isolationsfehlerfall zuordnungsbaren Fehlerspeichereintrag vorliegt und/oder
- eine dem Isolationsfehlerfall zuordnungsbaren Fehlfunktion vorliegt.

200

2 zeigt ein eine schematische Darstellung der Ferndiagnose im Falle eines Isolationsfehlers im Hochvolt-Bordnetz eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs. In der Fig. ist ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 200 mit einem Hochvolt-Bordnetz 100, in der Fig. in Vergrößerung gezeigt, dargestellt. Das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 200 weist weiterhin eine Kommunikationseinrichtung 202 zum drahtlosen Übertragen einer Information über den Isolationszustand des Hochvolt-Bordnetzes 100 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 auf. in dem Ausführungsbeispiel ist das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 200 an eine fahrzeugexterne Ladestation 126 zum Laden des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 elektrisch gekoppelt. Aufgrund eines Isolationsfehlers im Hochvolt-Bordnetz 100 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 ist der Ladevorgang abgebrochen. Dem Nutzer 210 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 ist der Grund für den Abbruch des Ladevorgangs zuerst nicht bekannt und der Nutzer 210 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 kann das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 200 nicht zur Weiterfahrt nutzen. Um eine Weiterfahrt zu ermöglichen beziehungsweis eine eindeutige Fehler-Befundung zu erhalten kann der Nutzer 210 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 über ein Kommunikationsmedium 204, wie beispielsweise einem Telefon, Kontakt zu einem Servicetechniker 208 herstellen. Der Servicetechniker 208 kann anschließend eine Abfrage des Isolationszustands 206 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 mittels Ferndiagnose ausführen. Die Information über den Isolationszustand 206 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 kann über die Kommunikationseinrichtung 202 an den Servicetechniker 208 drahtlos übertragen werden und der Servicetechniker 208 kann die Information über den Isolationszustand an den Nutzer 210 des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 weitergeben.
Dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann folgende Situation beispielhaft zugrunde liegen. Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel stellt in diesem zweiten Ausführungsbeispiel der erste Ladestrang 108 einen Gleichstrom-Ladepfad (DC-Ladepfad) und der erste Ladeanschluss 110 einen Gleichstrom-Ladeanschluss (DC-Ladeanschluss) dar und wobei der zweite Ladestrang 112 einen Wechselstrom-Ladepfad (AC-Ladepfad) und der zweite Ladeanschluss 114 einen Wechselstrom-Ladeanschluss (AC-Ladeanschluss) dar.
Handelt es sich bei der Ladestation 126 beispielsweise um eine Gleichstrom-Ladestation, auch DC-Ladestation, kann dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel folgende Situation beispielhaft zugrunde liegen. Im Falle eines Isolationsfehlers im ersten Ladestrang 108, welcher als DC-Ladepfad ausgebildet sein kann, oder in der Ladestation 126 selbst, ist das Fehlerbild auf Fahrzeugebene nur ein Ladeabbruch. Ein Isolationsfehler im fahrzeuginternen DC-Anschlussstromkreis und des fahrzeugexternen DC-Anschlussstromkreis (inklusive der Ladestationsseitigen Anbindung / Ladestationsinternern Isolationsfehler) wird protokollkonform (nach DC DIN EN61851-23, CHAdeMO 1.X oder GBIT 27930) nur durch die Ladestation erkannt, wobei dem Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 lediglich ein Abbruch des Ladevorgangs mittegeteilt wird. Durch Einsatz der Ferndiagnose mittels Kommunikationseinrichtung 202 ist eine Erstbewertung, wie sie beispielsweise im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, möglich. Sollte der Isolationsfehler nur im Bereich des fahrzeuginternen DC-Ladepfades liegen, kann dem Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 explizit die Fehlerursache mitgeteilt werden. Des Weiteren kann dem Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 als vorläufiger Lösungsansatz das Laden des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 mittels Wechselstrom vorgeschlagen werden, sofern das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 200 beispielsweise als zweiten Ladestrang 112 einen Wechselstrom-Ladepfad (AC-Ladepfad) aufweist. Weisen alle Diagnoseroutinen einen fehlerfreien fahrzeuginternen Isolationszustand des gesamten Hochvolt-Bordnetzes 100 aus, inklusive aller verfügbaren zugeschalteter Ladestränge (108 und/ oder 112), so kann dem Kunden die Isolationsfehlerfreiheit des Fahrzeugs mitgeteilt werden. Der Isolationsfehler ist dann im fahrzeugexternen DC-Anschlussstromkreis der Ladestation zu verorten. In diesem Fall kann der Kunde an einer anderen Ladestation weiterhin mittels Gleichstrom laden.
Handelt es sich jedoch bei der Ladestation 126 beispielsweise um eine Wechselstrom-Ladestation, auch AC-Ladestation, kann dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel folgende Situation beispielhaft zugrunde liegen. Im Falle eines Isolationsfehlers im zweiten Ladestrang 112, welcher als AC-Ladepfad ausgebildet sein kann, ist das Fehlerbild auf Fahrzeugebene ein allgemeiner Isolationsfehler der nicht eingegrenzt werden kann. Dem Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 wird lediglich ein Abbruch des Ladevorgangs mittegeteilt. Durch Einsatz der Ferndiagnose mittels Kommunikationseinrichtung 202 ist eine Erstbewertung, wie sie beispielsweise im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, möglich. Sollte der Isolationsfehler nur im Bereich des AC-Ladepfades liegen kann dem Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 explizit die Fehlerursache mitgeteilt werden. Des Weiteren kann dem Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 als vorläufiger Lösungsansatz das Laden des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 200 mittels Gleichstrom vorgeschlagen werden, sofern das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 200 beispielsweise als ersten Ladestrang 108 einen Gleichstrom-Ladepfad (DC-Ladepfad) aufweist.
In anderen Worten wird im Falle eines Isolationsfehlers im DC-Ladepfad nur ein allgemeiner Ladefehler angezeigt. Die Ladeinfrastruktur, welche z.B. als Ladesäule 126 oder Wallbox ausgebildet sein kann, überträgt den erfassten Isolationsfehler über ein Protokoll und es wird ein eindeutiger Fehlerspeichereitrag in einer DC-Ladekomponente des Hochvolt-Bordnetzes abgelegt. Der erfasste Fehlercode zeigt nur an, dass ein Isolationsfehler im Hochvolt-Bordnetz 100 erfasst wurde (inklusive fahrzeugextern DC-Anschlussstromkreis). Eine Verortung oder Eingrenzung des Isolationsfehlers erfolgt nicht. Der Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 hat aber keine zielführenden Informationen zum konkreten Zustand seines Fahrzeugs, dem Fehlerbild und Fehlerort und zur potentiellen Verfügbarkeit der AC-Ladefunktion. Analog wird im Falle eines Isolationsfehlers im AC-Ladepfad nur ein allgemeiner Isolationsfehler, der im gesamten Hochvolt-Bordnetz verortet sein kann, angezeigt. Der Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 210 hat keine zielführenden Informationen zum konkreten Zustand seines Fahrzeugs, dem Fehlerbild und Fehlerort und zur potentiellen Verfügbarkeit der DC-Ladefunktion. Durch die Kontaktierung des First Level Supports, also beispielsweise eines Servicetechnikers 208, kann eine direkte telefonische Unterstützung angefordert werden. Der Servicetechniker kann im Falle von Ladebetriebsproblemen eine Remote Diagnose (ferngesteuerte Diagnose) / DOTA Anwendung (Diagnosis Over The Air) starten. Über eine Datenschnittstelle des Fahrzeugs, z.B. die Kommunikationseinrichtung 202, welche bidirektional ausgebildet sein kann, kann über eine gesicherte Internetverbindung (GSM / 3G / LTE / UMTS / 4G / WLAN), die Diagnosekommunikation mit einen fahrzeuginternen Diagnosetester aufgebaut werden. Anschließend kann beispielsweise mittels einer hinterlegten Ablaufprogrammierung in einem frei programmierbaren Back-End-System überprüft werden, welche Fehlfunktionen zur Setzung/Speicherung von Fehlerspeichereinträgen, sogenannter Diagnostic Trouble Codes (DTC), geführt haben und ob ein Isolationsfehlerspeichereintrag in der Hochvolt-Batterie, dem AC-Ladepfad oder dem DC-Ladepfad vorliegt.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass durch die hinterlegte Ablaufprogrammierung, der Isolationsfehler eindeutig im DC- oder AC-Ladepfad verortet werden kann, oder dem fahrzeugexternen DC-Anschlussstromkreis der Ladestation 126, oder dieser eingegrenzt werden kann auf das Stand- und Fahrbetriebsrelevante Hochvolt-Bordnetz, nämlich den Antriebsstrang 116. Die Eingrenzung findet analog zu dem Werkstatt- oder Produktionsablauf statt. In anderen Worten soll die Abfolge / das Ausschlussverfahren welches in der Werkstatt oder im Produktionsablauf durch die Abfolge der Diagnoseroutinen und Bewertung der einzelnen Isolationszustände im Diagnosetester geschieht auf das Back-End-System übertragen werden.
Im Falle einer Einschränkung auf den AC- und/oder DC-Ladepfad kann dem Kunden explizit eine Handlungsempfehlung und eine genaue Fehlerursache genannt werden. Dies erhöht die Verfügbarkeit des Elektrofahrzeugs und die Kundenzufriedenheit. Im Falle eines Isolationsfehlers im der Hochvolt-Batterie und/oder dem Antriebsstrang 116 kann sofort ein Abschleppdienst zu dem Standort des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug 200 beauftragt werden. Im Falle eines fahrzeugexternen Isolationsfehlers des DC-Anschlussstromkreises der Ladeinfrastruktur 126 kann dem Kunden die Fehlerfreiheit seines Fahrzeugs genannt werden und die Gleichstrom-Ladung an einer anderen Ladesäule empfohlen oder falls verfügbar die Wechselstromladung an selbiger Ladestation empfohlen werden.
Alternativ, in einem fortgeschrittenen DOTA-Stadium, kann die First Level Support-Kundeninteraktion auch intelligent via Kunden-App und Backend-Anwendung, automatisiert mit Hilfe geeigneter Ul-Konzepte umgesetzt sein.
Insgesamt führt dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Erhöhung der Verfügbarkeit und kann dadurch auch zu einer Steigerung der Nutzerzufriedenheit führen. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen ist die Erhöhung der Verfügbarkeit im Fehlerfall ein entscheidender Vorteil. Auch gibt es sowohl viele Ladesäulenhersteller die AC- und DC-Lademöglichkeiten kombiniert anbieten, als auch Ladepark- bzw. Ladesäulenbetreiber die sowohl DC-Ladesäulen als auch AC-Ladesäulen auf einer Fläche getrennt anbieten.
Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, wie durch die Erfindung ein Produktions- und Aftersales-Diagnoseverfahren zur Isolationswertbestimmung und Isolationsfehlereingrenzung im Hochvolt-Bordnetz eines Elektrofahrzeugs mit zwei galvanisch getrennten konduktiven Ladepfaden (AC- und DC-Ladepfade) realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

100: Hochvolt-Bordnetz
102: Fahrzeuggestell/Chassis
104: Netzeinrichtung der Hochvolt-Batterie
105: Batterieeinrichtung mit Batteriemanagementsystem
106: Hochvolt-Batterie
108: Erster Ladestrang
110: Erster Ladeanschluss
112: Zweiter Ladestrang
114: Zweiter Ladeanschluss
116: Antriebsstrang
118: Hinterantriebselektronik
120: Vorderantriebselektronik
122: Power Distribution Unit (PDU, Stromverteilereinheit)
124: Isolationswächter
126: Ladestation
128: Potentialausgleich
200: Elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug
202: Kommunikationseinrichtung
204: Kommunikationsmedium
206: Abfrage eines Isolationszustands
208: Servicetechniker
210: Nutzer des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs
S1: Erste Schalteinheit
S2: Zweite Schalteinheit
S3: Dritte Schalteinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013102576 A1 [0003]

Claims

Hochvolt-Bordnetz (100) für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (200) mit - einer Netzeinrichtung (104) und - mindestens folgenden Komponenten: einem Batteriestrang und einem ersten Ladestrang (108), gekennzeichnet durch - einen Isolationswächter (124) zum Messen eines Isolationswerts in dem Hochvolt-Bordnetz (100), wobei - der Isolationswächter (124) dazu ausgelegt ist, das Messen auch abhängig davon durchzuführen, dass mindestens eine der Komponenten von der Netzeinrichtung (104) elektrisch getrennt ist.
Hochvolt-Bordnetz (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - eine erste Schalteinheit (S1), wobei - die erste Schalteinheit (S1) in einem ersten Schaltzustand die Netzeinrichtung (104) und den Batteriestrang elektrisch verbindet, und - die erste Schalteinheit (S1) in einem zweiten Schaltzustand die Netzeinrichtung (104) und den Batteriestrang elektrisch trennt, und - eine zweite Schalteinheit (S2), wobei - die zweite Schalteinheit (S2) in einem ersten Schaltzustand die Netzeinrichtung (104) und den ersten Ladestrang (108) elektrisch verbindet, und - die zweite Schalteinheit (S2) in einem zweiten Schaltzustand die Netzeinrichtung (104) und den ersten Ladestrang (108) elektrisch trennt.
Hochvolt-Bordnetz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - einen zweiten Ladestrang (112) als eine der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes (100).
Hochvolt-Bordnetz (100) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch - eine dritte Schalteinheit (S3), wobei - die dritte Schalteinheit (S3) in einem ersten Schaltzustand die Netzeinrichtung (104) und den zweiten Ladestrang (112) elektrisch verbindet, und - die dritte Schalteinheit (S3) in einem zweiten Schaltzustand die Netzeinrichtung (104) und den zweiten Ladestrang (112) elektrisch trennt.
Hochvolt-Bordnetz (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Ladestrang (108) einen Gleichstrom-Ladestrang darstellt, und - der zweite Ladestrang (112) einen Wechselstrom-Ladestrang darstellt.
Hochvolt-Bordnetz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - einen Antriebsstrang (116) als eine der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes (100), wobei - der Isolationswächter (124) dazu ausgelegt ist, das Messen nur dann durchzuführen, wenn der Batteriestrang von der Netzeinrichtung (104) elektrisch getrennt ist.
Hochvolt-Bordnetz (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch - eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Isolationszustand in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Isolationswert und dem gemessenen Isolationswert, sowie dem jeweiligen Schaltzustand der Schalteinheiten zu bilden, und eine Information über den Isolationszustand der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes (100) bereitzustellen.
Hochvolt-Bordnetz (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteeinrichtung den Isolationszustand nur dann bildet, wenn der jeweilige Schaltzustand der Schalteinheiten eindeutig feststellbar ist.
Hochvolt-Bordnetz (100) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch - eine Kommunikationseinrichtung (202) zum drahtlosen Übertragen der Information über den Isolationszustand an eine fahrzeugexterne Einheit.
Verfahren zur Isolationswertbestimmung eines Hochvolt-Bordnetzes (100) für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (200), wobei das Hochvolt-Bordnetz (100) eine Netzeinrichtung (104) und mindestens folgende Komponenten aufweist: einen Batteriestrang und einen ersten Ladestrang (108), gekennzeichnet durch - Messen eines Isolationswerts in dem Hochvolt-Bordnetz (100), wobei - das Messen erfolgt, wenn mindestens eine der Komponenten von der Netzeinrichtung (104) elektrisch getrennt ist.