DE102018006811A1 - Method and control device for protecting a vehicle electrical system of a motor vehicle from a DC electrical voltage that is greater than a rated voltage of the electrical system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen eines Bordnetzes (10) eines Kraftfahrzeugs vor einer elektrischen Gleichspannung, die größer als eine Bemessungsspannung des Bordnetzes (10) ist, bei dem ein mittels einer Energiespeicherschalteinheit (14) aktivierbarer elektrischer Energiespeicher (12) und ein Energiewandler (16) zum elektrischen Koppeln des Bordnetzes (10) mit einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dienenden elektrischen Maschine (18) an das Bordnetz (10) angeschlossen sind, wobei dem elektrischen Energiespeicher (12) in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs, bei dem die Energiespeicherschalteinheit (14) in einem eingeschalteten Schaltzustand ist, von der elektrischen Maschine (18) über den Energiewandler (16) elektrische Energie zugeführt wird, wobei der Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit (14) erfasst wird und bei einem Wechsel des Schaltzustands vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand eine Energieversorgung für eine Steuereinheit (20) des Energiewandlers (16) deaktiviert wird.

Figure DE102018006811A1_0000
The invention relates to a method for protecting an electrical system (10) of a motor vehicle from an electrical DC voltage which is greater than a rated voltage of the vehicle electrical system (10), in which an electrical energy store (12) which can be activated by means of an energy storage switching unit (14) and an energy converter ( 16) for electrically coupling the vehicle electrical system (10) with an electric machine (18) serving for driving the motor vehicle to the vehicle electrical system (10), wherein the electrical energy store (12) in a recuperation operation of the motor vehicle, wherein the energy storage switching unit (14 ) is in a switched-on switching state, from the electrical machine (18) via the energy converter (16) electrical energy is supplied, the switching state of the energy storage switching unit (14) is detected and upon a change of the switching state of the switched state to the switched-off switching state, a power supply fo a control unit (20) of the energy converter (16) is deactivated.
Figure DE102018006811A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs vor einer elektrischen Gleichspannung, die größer als eine Bemessungsspannung des Bordnetzes ist, bei dem ein mittels einer Energiespeicherschalteinheit aktivierbarer elektrischer Energiespeicher und ein Energiewandler zum elektrischen Koppeln des Bordnetzes mit einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dienenden elektrischen Maschine an das Bordnetz angeschlossen sind, wobei dem elektrischen Energiespeicher in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs, bei dem die Energiespeicherschalteinheit in einem eingeschalteten Schaltzustand ist, von der elektrischen Maschine über den Energiewandler elektrische Energie zugeführt wird. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Steuereinrichtung zum Schützen eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs vor einer elektrischen Gleichspannung, die größer als eine Bemessungsspannung des Bordnetzes ist, bei dem ein mittels einer Energiespeicherschalteinheit aktvierbarer elektrischer Energiespeicher und ein Energiewandler zum elektrischen Koppeln des Bordnetzes mit einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dienenden elektrischen Maschine an das Bordnetz angeschlossen sind, wobei dem elektrischen Energiespeicher in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs, bei dem die Energiespeicherschalteinheit in einem eingeschalteten Schaltzustand ist, von der elektrischen Maschine über den Energiewandler elektrische Energie zugeführt wird.The invention relates to a method for protecting a vehicle electrical system of a motor vehicle from a DC electrical voltage that is greater than a rated voltage of the electrical system, in which an activatable by means of an energy storage switching unit electrical energy storage and an energy converter for electrically coupling the electrical system with a serving for driving the motor vehicle electrical Machine are connected to the electrical system, wherein the electrical energy storage in a recuperation of the motor vehicle, in which the energy storage switching unit is in a switched state, is supplied from the electric machine via the energy converter electrical energy. Finally, the invention also relates to a control device for protecting a vehicle electrical system of a motor vehicle from a DC electrical voltage that is greater than a rated voltage of the electrical system, in which a aktivierbarer means of an energy storage switch electrical energy storage and an energy converter for electrically coupling the electrical system with a for driving the motor vehicle serving electrical machine are connected to the electrical system, wherein the electrical energy storage in a recuperation operation of the motor vehicle, wherein the energy storage switching unit is in a switched state, is supplied from the electric machine via the energy converter electrical energy.

Bordnetze von Kraftfahrzeugen, Verfahren zu deren Betrieb sowie auch Steuereinheiten hierfür sind im Stand der Technik umfänglich bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 10 2009 049 623 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Spannung eines Zwischenkreises eines Kraftfahrzeugs. Darüber hinaus offenbart die DE 10 2017 111 844 A1 eine strombasierte 6-Stufen-Steuerung.Bordnetze of motor vehicles, methods for their operation as well as control units for this purpose are well known in the art. For example, the DE 10 2009 049 623 A1 a method and a device for controlling the voltage of a DC link of a motor vehicle. In addition, the reveals DE 10 2017 111 844 A1 a current-based 6-stage control.

Auch wenn sich der Stand der Technik bewährt hat, so verbleibt dennoch ein Problem hinsichtlich des Rekuperationsbetriebs des Kraftfahrzeugs. Bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug, welches vorliegend ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein kann, kann mittels einer elektrischen Maschine, die zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dient, in einem Bremsbetrieb, bei einer Bergabfahrt oder dergleichen elektrische Energie gewonnen werden, um dadurch eine Bremswirkung zu erzielen. Die hierdurch bereitgestellte elektrische Energie wird dem Bordnetz zugeführt und in einer an dem Bordnetz angeschlossenen Fahrzeugbatterie gespeichert.Even if the state of the art has proven successful, there nevertheless remains a problem with regard to the recuperation operation of the motor vehicle. In an electrically driven motor vehicle, which in the present case may be a hybrid vehicle or an electric vehicle, can be obtained by means of an electric machine which drives the motor vehicle in a braking operation, downhill or the like electrical energy to thereby achieve a braking effect. The electrical energy provided thereby is supplied to the vehicle electrical system and stored in a vehicle battery connected to the electrical system.

Die Fahrzeugbatterie, üblicherweise als Hochvoltbatterie, beispielsweise nach Art eines Lithium-Ion-Akkumulators ausgebildet, dient dazu, elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Im Rekuperationsbetrieb wird die durch die elektrische Maschine über den Energiewandler bereitgestellte elektrische Energie der Fahrzeugbatterie zugeführt, so dass diese für den weiteren späteren Fahrbetrieb zur Verfügung steht. Die Fahrzeugbatterie ist bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen regelmäßig als Hochvoltbatterie ausgebildet. „Hochvolt“ meint, dass eine elektrische Gleichspannung von größer als etwa 60 V vorliegt. Insbesondere meint der Begriff „Hochvolt“, dass eine Bemessungsspannung gemäß der Norm ECE R 100 vorgesehen ist. Eine häufig genutzte Hochvoltgleichspannung ist zum Beispiel etwa 400 V beziehungsweise etwa 450 V. Jedoch können auch andere Hochvoltgleichspannungen genutzt werden, zum Beispiel etwa 800 V oder dergleichen.The vehicle battery, usually designed as a high-voltage battery, for example in the manner of a lithium-ion battery, serves to provide electrical energy for the intended driving operation of the motor vehicle. In recuperation operation, the electrical energy supplied by the electric machine via the energy converter is supplied to the vehicle battery so that it is available for further subsequent driving operation. The vehicle battery is regularly designed as a high-voltage battery in electrically driven vehicles. "High voltage" means that a DC electrical voltage of greater than about 60 V is present. In particular, the term "high-voltage" means that a rated voltage according to the ECE R 100 standard is provided. A frequently used high-voltage DC voltage is for example about 400 V or about 450 V. However, other high-voltage DC voltages can be used, for example about 800 V or the like.

Unter dem Begriff „Hochvolt Load Dump“ wird das Entstehen einer Spannungsspitze im Bordnetz, beispielsweise an einem Hochvoltzwischenkreis des Bordnetzes, verstanden, wenn beispielsweise im Rekuperationsbetrieb die maximale Leistung der elektrischen Maschine genutzt wird und entsprechend Energie dem Bordnetz zugeführt wird und plötzlich die Fahrzeugbatterie nicht mehr verfügbar ist. Dieser Fall kann auftreten, wenn die Energiespeicherschalteinheit während der Rekuperation vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand wechselt. In einem ersten Moment wird unter Umständen die Rekuperationsleistung der elektrischen Maschine nicht sofort reduziert. Als Folge kann die Gleichspannung im Bordnetz ansteigen. Der Spannungsanstieg hängt dann einzig von Kapazitäten des Bordnetzes ab, zum Beispiel einem Zwischenkreiskondensator oder dergleichen, die am Bordnetz angeschlossen sind.The term "high-voltage load dump" is the emergence of a voltage peak in the electrical system, for example, a high-voltage intermediate circuit of the electrical system, understood if, for example, in recuperation the maximum power of the electric machine is used and corresponding energy is supplied to the electrical system and suddenly the vehicle battery is no longer is available. This case can occur when the energy storage switching unit changes during the recuperation from the switched-on switching state to the switched-off switching state. At first, the recuperation power of the electric machine may not be reduced immediately. As a result, the DC voltage in the electrical system can rise. The increase in voltage then depends only on capacities of the electrical system, for example, a DC link capacitor or the like, which are connected to the electrical system.

Steigt nun die Gleichspannung des Bordnetzes soweit an, dass ein vorgegebener Spannungsvergleichswert erreicht wird, so wird mittels des Energiewandlers eine Ersatzreaktion eingeleitet. Schaltelemente des Energiewandlers, beispielsweise Transistoren, werden dann in einen ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet. Eine Zeitspanne zwischen dem Erreichen des Vergleichswerts und dem Ausschalten der Schaltelemente kann im Bereich von wenigen Mikrosekunden liegen. Sobald die Schaltelemente im ausgeschalteten Schaltzustand sind, wird die Leistung im Rekuperationsbetrieb begrenzt.Now increases the DC voltage of the electrical system to the extent that a predetermined voltage comparison value is reached, then a replacement reaction is initiated by the energy converter. Switching elements of the energy converter, such as transistors, are then switched to a switched-off state. A period of time between reaching the comparison value and switching off the switching elements may be in the range of a few microseconds. As soon as the switching elements are in the switched off switching state, the power in the recuperation mode is limited.

Jedoch kann eine Restenergie, welche im Magnetfeld der elektrischen Maschine gespeichert sein kann, noch zu einer weiteren Erhöhung der Gleichspannung im Bordnetz führen. Im ungünstigsten Fall kann somit die Bemessungsspannung des Bordnetzes überschritten werden (Überspannung) und die Gleichspannung im Bordnetz einen Wert erreichen, bei dem weitere am Bordnetz angeschlossene Komponenten oder auch vom Bordnetz umfasste Komponenten beschädigt werden können. Dies kann auch zu beschleunigter Alterung von solchen Komponenten führen.However, a residual energy, which may be stored in the magnetic field of the electrical machine, still lead to a further increase in the DC voltage in the electrical system. In the worst case, therefore, the rated voltage of the electrical system can be exceeded (overvoltage) and reach the DC voltage in the electrical system a value in which further connected to the electrical system components or also included from the electrical system Components can be damaged. This can also lead to accelerated aging of such components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schutz des Bordnetzes vor Überspannung zu verbessern.The invention has the object to improve the protection of the electrical system against overvoltage.

Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren und eine Steuereinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.As a solution, the invention proposes a method and a control device according to the independent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments emerge by features of the dependent claims.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit erfasst wird und bei einem Wechsel des Schaltzustands vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand eine Energieversorgung für eine Steuereinheit des Energiewandlers deaktiviert wird.With regard to a generic method, it is proposed, in particular, that the switching state of the energy storage switching unit is detected and a power supply for a control unit of the energy converter is deactivated when the switching state changes from the switched-on switching state to the switched-off switching state.

Bezüglich einer gattungsgemäßen Steuereinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit zu erfassen und bei einem Wechsel des Schaltzustands vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand eine Energieversorgung für die Steuereinheit des Energiewandlers zu deaktivieren.With regard to a generic control device, it is in particular proposed that the control device is designed to detect the switching state of the energy storage switching unit and to deactivate a power supply for the control unit of the energy converter when the switching state changes from the switched on state to the off state.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass die Reaktion in Bezug auf die Verfügbarkeit der Fahrzeugbatterie deutlich verbessert werden kann, wenn der Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit überwacht wird und dazu genutzt wird, die Energieversorgung für die Steuereinheit des Energiewandlers zu deaktivieren, sobald ein Ausschalten der Energiespeicherschalteinheit erfasst wird. Dadurch braucht nämlich nicht erst abgewartet zu werden, bis die Gleichspannung des Bordnetzes den Spannungsvergleichswert erreicht, sondern es kann bereits unmittelbar mit dem Schaltvorgang der Energiespeicherschalteinheit vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand eine entsprechende Maßnahme getroffen werden, um das weitere Zuführen von elektrischer Energie in das Bordnetz durch die elektrische Maschine zu beenden. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise die Energieversorgung für die Steuereinheit des Energiewandlers deaktiviert, sodass der weitere Betrieb des Energiewandlers nahezu unverzüglich beendet wird. Dadurch wird die Reaktionszeit auf einen „Hochvolt Load Dump“ insgesamt erheblich verbessert, sodass das Bordnetz insgesamt vor einer Gleichspannung, die größer als die Bemessungsspannung ist, besser geschützt werden kann. Vorzugsweise kann das Auftreten einer derartigen Gleichspannung vollständig vermieden werden.The invention is based on the idea that the response to the availability of the vehicle battery can be significantly improved if the switching state of the energy storage switching unit is monitored and used to deactivate the power supply for the control unit of the energy converter, as soon as switching off the energy storage switching unit detected becomes. Because this does not need to be waited until the DC voltage of the electrical system reaches the voltage comparison value, but it can already be taken directly from the switching state of the switching state in the switched-off switching state a corresponding measure to the further supply of electrical energy in the Electrical system to end by electrical system. For this purpose, the power supply for the control unit of the energy converter is preferably deactivated, so that the further operation of the energy converter is terminated almost immediately. As a result, the response time to a "high-voltage load dump" is significantly improved overall, so that the overall electrical system can be better protected against a DC voltage that is greater than the rated voltage. Preferably, the occurrence of such a DC voltage can be completely avoided.

Die Energiespeicherschalteinheit ist eine Einheit, die in der Regel von der Fahrzeugbatterie umfasst ist, vorzugsweise auch integriert in einem Gehäuse der Fahrzeugbatterie angeordnet ist. Die Fahrzeugbatterie kann ferner ein Batteriemanagementsystem umfassen, an welchem die Energiespeicherschalteinheit angeschlossen ist und welches den jeweiligen Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit steuert. Das Batteriemanagementsystem erfasst Betriebszustände der Fahrzeugbatterie und steuert den Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit entsprechend. Die Energiespeicherschalteinheit kann durch ein elektromechanisches Schütz oder auch durch ein elektronisches Schütz gebildet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Energiespeicherschalteinheit eine allpolige Trennung bereitstellt.The energy storage switching unit is a unit, which is usually covered by the vehicle battery, preferably also integrated in a housing of the vehicle battery is arranged. The vehicle battery may further include a battery management system to which the energy storage switching unit is connected and which controls the respective switching state of the energy storage switching unit. The battery management system detects operating states of the vehicle battery and controls the switching state of the energy storage switching unit accordingly. The energy storage switching unit may be formed by an electromechanical contactor or by an electronic contactor. It is preferably provided that the energy storage switching unit provides an all-pole separation.

Gemäß der Erfindung kann nun zum Beispiel ein Steuersignal für die Energiespeicherschalteinheit, insbesondere des Batteriemanagementsystems, erfasst und ausgewertet werden, und zwar mittels einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung. Das hierdurch gewonnene Signal kann dazu dienen, die Energieversorgung für die Steuereinheit des Energiewandlers zu deaktivieren. Dadurch kann die unmittelbare Wirkung der Erfindung erreicht werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Signal für die Energiespeicherschalteinheit unmittelbar erfasst wird, beispielsweise indem es über eine elektrische Leitung elektrisch erfasst wird. Darüber hinaus können natürlich auch noch andere Möglichkeiten des Erfassens des Schaltzustands genutzt werden, beispielsweise kann die Energiespeicherschalteinheit einen separaten Schaltkontakt aufweisen, der hierfür genutzt wird, oder dergleichen.According to the invention, for example, a control signal for the energy storage switching unit, in particular of the battery management system, can now be detected and evaluated by means of a control device according to the invention. The signal obtained thereby can serve to deactivate the power supply for the control unit of the energy converter. Thereby, the direct effect of the invention can be achieved. For example, it may be provided that the signal for the energy storage switching unit is detected directly, for example by being detected electrically via an electrical line. In addition, of course, other ways of detecting the switching state can be used, for example, the energy storage switching unit may have a separate switching contact, which is used for this purpose, or the like.

Vorzugsweise werden Betriebsbedingungen so gesetzt, dass in einem bestimmungsgemäßen Betrieb, zum Beispiel motorisch oder generatorisch, Vergleichsspannungen im Bordnetz, die zur Ersatzreaktion führen, im Wesentlichen nicht mehr erreicht zu werden brauchen. Dabei wird berücksichtigt, dass die aktuelle Umsetzung mit zeitlichen Defiziten belegt ist, weil vergleichsweise viel Zeit benötigt wird, bis die Ersatzreaktion wirksam wird. Der Zeitverlust kann dazu führen, dass die Spannung im Bordnetz mit einem großen Gradienten ansteigt, nämlich wenn die Energiespeicherschalteinheit die Fahrzeugbatterie vom Bordnetz trennt und dadurch eine Pufferwirkung entfällt. Hierdurch kann die Bemessungsspannung des Bordnetzes überschritten werden.Preferably, operating conditions are set so that in a normal operation, for example, motor or generator, comparison voltages in the electrical system, which lead to the replacement reaction, need not be achieved substantially. It is taken into account that the current implementation is deferred because it takes a comparatively long time for the replacement reaction to take effect. The loss of time can cause the voltage in the electrical system increases with a large gradient, namely, when the energy storage switching unit separates the vehicle battery from the electrical system and thereby eliminates a buffer effect. As a result, the rated voltage of the electrical system can be exceeded.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die zeitliche Problematik bordnetzseitig durch ein Zusammenspiel von der Fahrzeugbatterie und dem Energiewandler inklusive der elektrischen Maschine gelöst werden kann. Hierzu wird die Tatsache genutzt, dass in der Regel eine, vorzugsweise eigene, Niedervolt-Energieversorgung für die Steuereinheit des Energiewandlers vorgesehen ist. Mittels der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung kann diese Energieversorgung bedarfsgerecht deaktiviert werden, um die Reaktionszeit zu verkürzen. Sobald also die Fahrzeugbatterie als Energiesenke im Rekuperationsbetrieb ausfällt, also in dem Moment, in dem das Schütz der Fahrzeugbatterie geöffnet wird, kann nahezu unmittelbar die Ersatzreaktion des Energiewandlers eingeleitet werden. Die Öffnung des Schützes der Fahrzeugbatterie führt also gleichzeitig dazu, dass auch die Energieversorgung für die Steuereinheit des Energiewandlers deaktiviert wird.The advantage of the invention lies in the fact that the temporal problem on-board side by an interaction of the vehicle battery and the energy converter including the electric Machine can be solved. For this purpose, the fact is used that as a rule a, preferably own, low-voltage power supply is provided for the control unit of the energy converter. By means of the control device according to the invention, this power supply can be deactivated as needed in order to shorten the reaction time. As soon as the vehicle battery fails as an energy sink in the recuperation mode, ie at the moment in which the contactor of the vehicle battery is opened, the replacement reaction of the energy converter can be initiated almost immediately. The opening of the contactor of the vehicle battery thus simultaneously leads to the fact that the power supply for the control unit of the energy converter is deactivated.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung und umgekehrt. Insofern können für Verfahrensmerkmale auch Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.The advantages and effects stated for the method according to the invention naturally also apply equally to the control device according to the invention and vice versa. In this respect, device characteristics and vice versa can be formulated for process characteristics.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:

  • 1 Eine schematische Schaltbilddarstellung eines Bordnetzes eines Elektrofahrzeugs in einem Rekuperationsbetrieb;
  • 2 Eine schematische Schaltbilddarstellung wie 1, wobei eine Fahrzeugbatterie deaktiviert ist; und
  • 3 Eine schematische Diagrammdarstellung, mit der die Auswirkungen eines Abschaltens einer Fahrzeugbatterie gezeigt werden.
Showing:
  • 1 A schematic diagram of a vehicle electrical system of an electric vehicle in a recuperation operation;
  • 2 A schematic diagram representation as 1 wherein a vehicle battery is deactivated; and
  • 3 A schematic diagram showing the effects of a shutdown of a vehicle battery are shown.

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung ein Bordnetz 10 eines nicht weiter dargestellten Elektrofahrzeugs. Das Bordnetz 10 kann jedoch auch das eines Hybridfahrzeugs oder eines anderen entsprechenden elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs sein. 1 shows a schematic diagram representation of a vehicle electrical system 10 a not shown electric vehicle. The electrical system 10 However, it may also be that of a hybrid vehicle or another corresponding electrically driven motor vehicle.

Das Bordnetz 10 ist vorliegend als Hochvolt-Bordnetz für eine Bemessungsspannung von etwa 400 V ausgelegt. An das Bordnetz 10 ist eine Fahrzeugbatterie 12 angeschlossen, die als Hochvoltbatterie ausgebildet ist. Die Fahrzeugbatterie 12 umfasst ein Schütz 14 als Energiespeicherschalteinheit. Die Fahrzeugbatterie 12 dient dazu, für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektrofahrzeugs die erforderliche elektrische Energie bereitzustellen, was sowohl ein Abgeben von elektrischer Energie als auch ein Aufnehmen von elektrischer Energie umfasst.The electrical system 10 In the present case, it is designed as a high-voltage vehicle electrical system for a rated voltage of approximately 400 V. To the electrical system 10 is a vehicle battery 12 connected, which is designed as a high-voltage battery. The vehicle battery 12 includes a contactor 14 as energy storage switching unit. The vehicle battery 12 serves to provide for the proper operation of the electric vehicle, the required electrical energy, which includes both a discharge of electrical energy as well as a recording of electrical energy.

Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektrofahrzeugs ist das Schütz 14 in einem eingeschalteten Schaltzustand. Zu diesem Zweck umfasst die Fahrzeugbatterie 12 ein Batteriemanagementsystem 30, mittels welchem das Schütz 14 in entsprechender Weise hinsichtlich des Schaltzustands gesteuert werden kann.In normal operation of the electric vehicle is the contactor 14 in a switched-on switching state. For this purpose, the vehicle battery includes 12 a battery management system 30 , by means of which the contactor 14 can be controlled in a corresponding manner with respect to the switching state.

An das Bordnetz 10 ist ferner eine Antriebseinrichtung angeschlossen, die einen Wechselrichter 16 als Energiewandler sowie eine elektrische Maschine 18 umfasst, mittels der das Elektrofahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb angetrieben werden kann. Die Antriebseinrichtung ist ausgebildet, sowohl einen Beschleunigungsvorgang als auch einen Bremsvorgang ausführen zu können. Zu diesem Zweck umfasst der Wechselrichter 16 eine Steuereinheit 20, mittels der der Wechselrichter 16 in vorgebbarer Weise gesteuert werden kann. Der Wechselrichter 16 umfasst zu diesem Zweck nicht dargestellte Schaltelemente, mittels denen der gewünschte Wandlungsbetrieb realisiert werden kann. Vorliegend ist vorgesehen, dass der Wechselrichter 16 ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz für die elektrische Maschine bereitstellt. Die elektrische Maschine 18 ist vorliegend eine dreiphasige Synchronmaschine. Es kann natürlich auch eine Asynchronmaschine vorgesehen sein. Darüber hinaus kann natürlich auch wenigstens eine Gleichstrommaschine vorgesehen sein, wobei dann der Energiewandler vorzugsweise als DC/DC-Wandler ausgebildet ist. Für die Erfindung kommt es hierauf jedoch nicht an.To the electrical system 10 Furthermore, a drive device is connected, which is an inverter 16 as an energy converter and an electric machine 18 includes, by means of which the electric vehicle can be driven in the intended driving operation. The drive device is designed to be able to carry out both an acceleration process and a braking process. For this purpose, the inverter includes 16 a control unit 20 , by means of which the inverter 16 can be controlled in a predeterminable manner. The inverter 16 includes switching elements not shown for this purpose, by means of which the desired conversion operation can be realized. In the present case it is provided that the inverter 16 provides a three-phase AC mains for the electrical machine. The electric machine 18 in the present case is a three-phase synchronous machine. Of course, an asynchronous machine can also be provided. In addition, of course, at least one DC machine may be provided, in which case the energy converter is preferably designed as a DC / DC converter. However, this does not matter for the invention.

Die Steuereinheit 20 ist an eine Niedervolt-Energiequelle 24 über ein weiteres Schütz 22 angeschlossen und wird von dieser Niedervolt-Energiequelle 24 mit elektrischer Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb versorgt. Die Niedervolt-Energiequelle 24 ist durch eine konventionelle Blei-Säure-Batterie gebildet, die vorliegend eine Gleichspannung von etwa 12 V bereitstellt.The control unit 20 is to a low-voltage power source 24 over another contactor 22 connected and powered by this low-voltage power source 24 supplied with electrical energy for their intended operation. The low-voltage energy source 24 is formed by a conventional lead-acid battery which in the present case provides a DC voltage of about 12V.

An das Bordnetz 10 sind ferner diverse Verbraucher angeschlossen, die vorliegend summarisch mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet sind. Darüber hinaus ist an das Bordnetz 10 ein DC/DC-Wandler 26 angeschlossen, der eine Gleichspannung von etwa 12 V bereitstellt. Diese Gleichspannung steht für weitere nicht dargestellte Verbraucher des Elektrofahrzeugs zur Verfügung. Darüber hinaus kann das Bordnetz 10 weitere Verbraucher umfassen, die in 1 jedoch nicht dargestellt sind.To the electrical system 10 Furthermore, various consumers are connected, the present summarily with the reference numeral 28 Marked are. In addition, to the electrical system 10 a DC / DC converter 26 connected, which provides a DC voltage of about 12V. This DC voltage is available for other consumers, not shown, of the electric vehicle. In addition, the electrical system can 10 Other consumers included in 1 but not shown.

In 1 ist ein Zustand des Bordnetzes 10 bei einem Rekuperationsbetrieb, zum Beispiel bei einem Abbremsen des Elektrofahrzeugs, dargestellt. Mit einem elektrischen Strom I1 wird ein Strom vom Wechselrichter 16 zum Bordnetz 10 dargestellt, der im Rekuperationsbetrieb bereitgestellt wird. Mit I2 ist ein elektrischer Strom vom Bordnetz 10 in die Fahrzeugbatterie 12 dargestellt. I3 stellt einen elektrischen Strom vom Bordnetz 10 zu den Verbrauchern 28 sowie dem DC-DC-Wandler 26 dar. In 1 is a condition of the electrical system 10 at a Rekuperationsbetrieb, for example at a deceleration of the electric vehicle, shown. With an electric current I 1 becomes a current from the inverter 16 to the electrical system 10 shown, which is provided in the recuperation operation. With I 2 is an electrical current from the electrical system 10 in the vehicle battery 12 shown. I 3 provides an electrical current from the electrical system 10 to the consumers 28 as well as the DC-DC converter 26 represents.

Vorliegend ist vorgesehen, dass die Summe aus den Strömen I2 und I3 dem Strom I1 entspricht. Die Breite der Strompfeile I1 bis I3 ist qualitativ ein Maß für die Stromstärke des jeweiligen Stroms. Daraus ist ersichtlich, dass die Fahrzeugbatterie 12 einen Großteil des durch den Wechselrichter 16 im Rekuperationsbetrieb bereitgestellten Stroms aufnimmt und die entsprechende elektrische Energie speichert. Lediglich ein kleiner Teil fließt als Strom I3 zu den Verbrauchern 28 beziehungsweise dem DC/DC-Wandler 26. In diesem Betriebszustand sind die Schütze 14, 22 geschlossen. Die elektrische Maschine 18 stellt durch den Bremsbetrieb eine entsprechende elektrische Leistung bereit, die mittels des Wechselrichters 16 dem Bordnetz 10 zugeführt wird. Zu diesem Zweck nimmt der Wechselrichter 16 eine entsprechende Energiewandlung vor. In diesem Betriebszustand wird die Fahrzeugbatterie 12 aufgeladen.In the present case it is provided that the sum of the flows I 2 and I 3 the stream I 1 equivalent. The width of the stream files I 1 to I 3 is qualitatively a measure of the current intensity of the respective current. It can be seen that the vehicle battery 12 much of it through the inverter 16 received in recuperation operation provided power and stores the corresponding electrical energy. Only a small part flows as electricity I 3 to the consumers 28 or the DC / DC converter 26 , In this operating state are the contactors 14 . 22 closed. The electric machine 18 provides by the braking operation, a corresponding electrical power provided by means of the inverter 16 the electrical system 10 is supplied. For this purpose, the inverter takes 16 a corresponding energy conversion. In this operating condition, the vehicle battery 12 charged.

Wird nun das Schütz 14 durch das Batteriemanagementsystem 30 in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet, so entfällt die Energie-Senken-Funktion durch die Fahrzeugbatterie 12. Als Folge steigt die Gleichspannung im Bordnetz 10 sehr schnell an. Der Wechselrichter 16 beziehungsweise seine Schaltelemente werden im bestimmungsgemäßen Betrieb jedoch zunächst noch weiterbetrieben. Dies erfolgt solange, bis ein vorgegebener Spannungsvergleichswert erreicht wird, der zum Beispiel durch eine Software- beziehungsweise Hardware-Schwelle gebildet sein kann.Will now be the contactor 14 through the battery management system 30 switched into the switched-off switching state, so eliminates the power-lowering function by the vehicle battery 12 , As a result, the DC voltage in the electrical system increases 10 very fast. The inverter 16 or its switching elements are initially operated in normal operation, however. This takes place until a predetermined voltage comparison value is reached, which can be formed, for example, by a software or hardware threshold.

Wird dieser Spannungsvergleichswert durch die am Bordnetz erfasste Gleichspannung erreicht oder überschritten, erfolgt sodann eine Ersatzreaktion durch den Wechselrichter 16. Das heißt, die Schaltelemente des Wechselrichters 16 werden in den ausgeschalteten Schaltzustand versetzt. Dadurch endet der Rekuperationsbetrieb. Jedoch ist zu beachten, dass durch in der elektrischen Maschine 18 gespeicherte Energie weiterhin noch Energie in das Bordnetz 10 gefördert wird. Dadurch steigt die Gleichspannung im Bordnetz weiter an. Im ungünstigsten Fall kann es also zu einem Überschreiten der Bemessungsspannung im Bordnetz 10 kommen.If this voltage comparison value is reached or exceeded by the DC voltage detected on the electrical system, then a replacement reaction takes place through the inverter 16 , That is, the switching elements of the inverter 16 are set to the switched-off state. This ends the recuperation operation. However, it should be noted that in the electric machine 18 stored energy still energy in the electrical system 10 is encouraged. As a result, the DC voltage in the electrical system continues to increase. In the worst case, it may therefore exceed the rated voltage in the electrical system 10 come.

2 zeigt nun eine Möglichkeit auf, mit der der Spannungsanstieg im Bordnetz 10 bei der zuvor beschriebenen Situation besser reduziert werden kann. Mittels einer nicht weiter dargestellten Steuereinrichtung kann nämlich ein Schaltzustand des Schützes 14 erfasst werden und bei einem Wechsel des Schaltzustands vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand die Energieversorgung für die Steuereinheit 20 des Wechselrichters 16 deaktiviert werden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass, sobald die Energie-Senken-Funktion der Fahrzeugbatterie 12 entfällt, also in dem Moment, in dem das Schütz 14 in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet wird, die Ersatzreaktion des Wechselrichters 16 unmittelbar eingeleitet wird. Das Schalten des Schützes 14 in den ausgeschalteten Schaltzustand führt somit gleichzeitig dazu, dass auch das Schütz 22 in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet wird. Die Steuereinheit 20 des Wechselrichters 16 verarbeitet einen Spannungsabfall bei der eigenen Energieversorgung und führt die Ersatzreaktion aus, indem die Schaltelemente des Wechselrichters 16 geöffnet werden, wie dies in 2 dargestellt ist. 2 now shows a possibility with which the voltage increase in the electrical system 10 can be better reduced in the situation described above. By means of a control device, not shown, namely, a switching state of the contactor 14 be detected and the power supply for the control unit when switching the switching state of the switched-on switching state in the switched-off state 20 of the inverter 16 be deactivated. For this purpose it is envisaged that, as soon as the power-lowering function of the vehicle battery 12 deleted, that is, at the moment in which the contactor 14 is switched to the switched-off switching state, the replacement reaction of the inverter 16 is initiated immediately. The switching of the contactor 14 in the switched-off state thus simultaneously leads to the fact that the contactor 22 is switched to the switched-off switching state. The control unit 20 of the inverter 16 processes a voltage drop in its own power supply and performs the replacement reaction by removing the switching elements of the inverter 16 be opened like this in 2 is shown.

3 zeigt den zeitlichen Vorteil, der sich durch die frühe Reaktion gemäß der Steuerung entsprechend 2 ergibt. Durch den zeitlichen Vorteil kann ein Energieeintrag in das Bordnetz 10 im Falle des Ausschaltens des Schützes 14 stark reduziert werden, so dass die maximale Spannung am Bordnetz 10 deutlich gedämpft und eine Spannungsdifferenz dU im Fall gemäß 2 bis zur Bemessungsspannung größer als im Fall gemäß 1 ist. Hierdurch kann eine etwaige Schädigung von Komponenten am Bordnetz 10 deutlich reduziert werden. 3 shows the advantage of time corresponding to the early response according to the control 2 results. Due to the time advantage can be an energy input into the electrical system 10 in case of switching off the contactor 14 be greatly reduced, so the maximum voltage on the electrical system 10 clearly attenuated and a voltage difference dU in the case according to 2 up to the rated voltage greater than in the case according to 1 is. As a result, any damage to components on the electrical system 10 be significantly reduced.

Die Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.The description is solely illustrative of the invention and is not intended to be limiting thereof.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Bordnetzboard network
1212
Fahrzeugbatterievehicle battery
1414
Schützcontactor
1616
Wechselrichterinverter
1818
Elektrische MaschineElectric machine
2020
Steuereinheitcontrol unit
2222
Schützcontactor
2424
Niedervolt-EnergiequelleLow-voltage power source
2626
DC-DC-WandlerDC-DC converter
2828
Verbraucherconsumer
3030
BatteriemanagementsystemBattery Management System

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009049623 A1 [0002]DE 102009049623 A1 [0002]
  • DE 102017111844 A1 [0002]DE 102017111844 A1 [0002]

Claims (5)

Verfahren zum Schützen eines Bordnetzes (10) eines Kraftfahrzeugs vor einer elektrischen Gleichspannung, die größer als eine Bemessungsspannung des Bordnetzes (10) ist, bei dem ein mittels einer Energiespeicherschalteinheit (14) aktivierbarer elektrischer Energiespeicher (12) und ein Energiewandler (16) zum elektrischen Koppeln des Bordnetzes (10) mit einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dienenden elektrischen Maschine (18) an das Bordnetz (10) angeschlossen sind, wobei dem elektrischen Energiespeicher (12) in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs, bei dem die Energiespeicherschalteinheit (14) in einem eingeschalteten Schaltzustand ist, von der elektrischen Maschine (18) über den Energiewandler (16) elektrische Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit (14) erfasst wird und bei einem Wechsel des Schaltzustands vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand eine Energieversorgung für eine Steuereinheit (20) des Energiewandlers (16) deaktiviert wird.Method for protecting a vehicle electrical system (10) of a motor vehicle from a direct electrical voltage that is greater than a rated voltage of the electrical system (10), in which an electrical energy store (12) which can be activated by means of an energy storage switching unit (14) and an energy converter (16) for the electrical Coupling of the vehicle electrical system (10) with an electric machine (18) serving to drive the motor vehicle is connected to the electrical system (10), wherein the electrical energy store (12) is in a recuperation mode of the motor vehicle in which the energy storage switching unit (14) is switched on Switching state is supplied by the electric machine (18) via the energy converter (16) electrical energy, characterized in that the switching state of the energy storage switching unit (14) is detected and upon a change of the switching state of the switched state to the switched-off switching state, a power supply for e ine control unit (20) of the energy converter (16) is deactivated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit (14) mittels einer Speichersteuereinheit (22) des elektrischen Energiespeichers (12) gesteuert wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the switching state of the energy storage switching unit (14) by means of a storage control unit (22) of the electrical energy store (12) is controlled. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal für die Energiespeicherschalteinheit (14) erfasst wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that a control signal for the energy storage switching unit (14) is detected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung für die Steuereinheit (20) des Energiewandlers (16) mittels einer separaten Schalteinheit (22) deaktiviert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply for the control unit (20) of the energy converter (16) by means of a separate switching unit (22) is deactivated. Steuereinrichtung zum Schützen eines Bordnetzes (10) eines Kraftfahrzeugs vor einer elektrischen Gleichspannung, die größer als eine Bemessungsspannung des Bordnetzes (10) ist, bei dem ein mittels einer Energiespeicherschalteinheit (14) aktivierbarer elektrischer Energiespeicher (12) und ein Energiewandler (16) zum elektrischen Koppeln des Bordnetzes (10) mit einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dienenden elektrischen Maschine (18) an das Bordnetz (10) angeschlossen sind, wobei dem elektrischen Energiespeicher (12) in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs, bei dem die Energiespeicherschalteinheit (14) in einem eingeschalteten Schaltzustand ist, von der elektrischen Maschine (18) über den Energiewandler (16) elektrische Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, den Schaltzustand der Energiespeicherschalteinheit (14) zu erfassen und bei einem Wechsel des Schaltzustands vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand eine Energieversorgung für eine Steuereinheit (20) des Energiewandlers (16) zu deaktivieren.Control device for protecting a vehicle electrical system (10) of a motor vehicle from an electrical DC voltage which is greater than a rated voltage of the electrical system (10), in which an electrical energy store (12) which can be activated by means of an energy storage switching unit (14) and an energy converter (16) for the electrical Coupling of the vehicle electrical system (10) with an electric machine (18) serving to drive the motor vehicle is connected to the electrical system (10), wherein the electrical energy store (12) is in a recuperation mode of the motor vehicle in which the energy storage switching unit (14) is switched on Switching state is supplied by the electric machine (18) via the energy converter (16) electrical energy, characterized in that the control unit is adapted to detect the switching state of the energy storage switching unit (14) and in a change of the switching state of the switched state in the switching switched off S Chaltzustand a power supply for a control unit (20) of the energy converter (16) to disable.
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