DE102019006969A1 - Verfahren zum Überwachen von zumindest einer Y-Kapazität eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs, sowie elektrisches Bordnetz - Google Patents

Verfahren zum Überwachen von zumindest einer Y-Kapazität eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs, sowie elektrisches Bordnetz Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von zumindest einer Y-Kapazität (2,3) eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Fahrzeugs, wobei- ein aktueller Kapazitätswert der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) und eine aktuelle Bordnetzspannung (UB) des elektrischen Bordnetzes (1) ermittelt werden, wobei- eine aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) in Abhängigkeit von der aktuellen Bordnetzspannung (UB) des elektrischen Bordnetzes (1) und des aktuellen Kapazitätswerts der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) des elektrischen Bordnetzes (1) bestimmt wird, und- die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, und- bei einer Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes ein entsprechendes Steuersignal generiert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von zumindest einer Y-Kapazität eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs mit zumindest einer Y-Kapazität.
  • In einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug kann es bei Isolationsfehlern im Bordnetz zu erhöhten Strömen kommen. Um eine gespeicherte elektrische Energie in den Y-Kapazitäten des Bordnetzes einschränken zu können, werden diese Y-Kapazitäten so ausgelegt, dass diese nur eine maximale Energie aufweisen können.
  • Die DE 10 2018 002 926 A1 offenbart ein elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten elektrischen Potentialleitung, wobei das Bordnetz ausgebildet ist, in einem bestimmungsgemäßen Betrieb zwischen den Potentialleitungen mit einer elektrischen Gleichspannung beaufschlagt zu werden. Das Bordnetz weist wenigstens einen Y-Kondensator auf, der mit einem ersten Anschluss mit einer ersten Potentialleitung und mit einem zweiten Anschluss mit einem elektrischen Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist, wobei ein Schalthebel zum wenigstens einen Y-Kondensator in Reihe geschaltet ist.
  • Die DE 10 2017 008 840 A1 offenbart ein elektrisches Bordnetz für ein mit zumindest einer elektrischen Maschine antreibbares Kraftfahrzeug, mit einer Fahrzeugbatterie, einem getakteten Energiewandler zum Beaufschlagen der elektrischen Maschine in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschinenspannung. Der getaktete Energiewandler weist einen Gleichspannungszwischenkreis auf, der mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt ist und der zum Herstellen einer elektromagnetischen Verträglichkeit wenigstens einen Y-Kondensator aufweist. Eine an einer Fahrzeugbatterie angeschlossene Wechselspannungsladeeinheit ist ausgebildet, an eine kraftfahrzeugexterne Ladestation angeschlossen und ladestationsseitig mit einer Wechselspannung beaufschlagt zu werden. Der Gleichspannungszwischenkreis ist mittels einer Schalteinheit mit einer Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt, wobei die Schalteinheit ausgebildet ist, den Gleichspannungszwischenkreis bei einem Aufladen der Fahrzeugbatterie mittels der Wechselspannungsladeeinheit von der Fahrzeugbatterie elektrisch zu trennen.
  • Dabei ergibt sich ein Nachteil, dass mit den herkömmlichen Methoden der Energieinhalt in einer Y-Kapazität nicht dahingehend überprüft wird, ob ein Nutzer des Fahrzeugs einen elektrischen Schlag bekommen kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein elektrisches Bordnetz bereitzustellen, mit welchen eine erhöhte Spannungssicherheit bei HV-Systemen, insbesondere bei Fahrzeugen mit Spannungen von 800 Volt hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein elektrisches Bordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von zumindest einer Y-Kapazität eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs. Ein aktueller Kapazitätswert der zumindest einen Y-Kapazität und eine aktuelle Bordnetzspannung des elektrischen Bordnetzes werden ermittelt, wobei eine aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität in Abhängigkeit von der aktuellen Bordnetzspannung des elektrischen Bordnetzes und des aktuellen Kapazitätswertes der zumindest einen Y-Kapazität des elektrischen Bordnetzes bestimmt wird. Die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität wird mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen, und bei einer Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes wird ein entsprechendes Steuersignal generiert. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann insbesondere eine erhöhte Sicherheit insbesondere einer Spannungssicherheit bei Hochvolt-Systemen in Fahrzeugen erreicht werden. Insbesondere kann das vorgeschlagene Verfahren zur Überwachung der zumindest einen Y-Kapazität bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit Spannungslagen von 800 Volt eingesetzt werden. Insbesondere kann die Überwachung der zumindest einen Y-Kapazität mit einfachen Mitteln realisiert werden und beispielsweise mithilfe von bestehenden Isolationswächtern von elektrisch betriebenen Fahrzeugen funktionell erweitert werden. Beispielsweise kann die Bestimmung der gespeicherten Energie in der zumindest einen Y-Kapazität mithilfe einer integrierten Software-Funktion im elektrischen Bordnetz beziehungsweise in einer Steuereinheit des elektrischen Bordnetzes kostengünstig und einfach realisiert werden.
  • Um insbesondere eine Gefährdung eines Nutzers des Fahrzeuges zu vermeiden, wird der vorgegebene Grenzwert für die aktuell gespeicherte Energie mit zumindest einer Y-Kapazität anhand von den beispielhaften folgenden Normen, der ISO 6469-3, der SAE J 1772 oder der ISO 17409, vorgegeben. Beispielsweise kann zur Vermeidung von einer Gefährdung des Nutzers der maximale Energieinhalt pro HV-Potential auf 200 mJ festgelegt werden. Dadurch kann ein Nutzer vor einem elektrischen Schlag bewahrt werden.
  • Bei der Y-Kapazität des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeuges kann es sich beispielsweise um einen Entstörkondensator, Funk-Entstörkondensator oder um einen Sicherheitskondensator handeln. Diese leiten hochfrequente Störsignale, welche durch das Betreiben elektrischer oder elektronischer Betriebsmittel hervorgerufen wurden, gegen die Masse oder den Nullleiter oder schließen diese kurz und bewirken damit die Herabsetzung der elektromagnetischen Störungen.
  • Bei dem elektrischen Bordnetz handelt es sich insbesondere um ein Hochvolt-System eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Beispielsweise kann mit einer Auswerteeinheit der aktuelle Kapazitätswert der zumindest einen Y-Kapazität bestimmt werden und mit einer Spannungsmessung die aktuelle Bordnetzspannung des elektrischen Bordnetzes. Mithilfe der Auswerteeinheit kann die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen Bordnetzspannung des elektrischen Bordnetzes und des aktuellen Kapazitätswerts der zumindest einen Y-Kapazität des elektrischen Bordnetzes ermittelt beziehungsweise bestimmt werden. Insbesondere handelt es sich bei der aktuell gespeicherten Energie um einen maximalen Energieinhalt der zumindest einen Y-Kapazität. Beispielsweise kann es sich bei der aktuellen Bordnetzspannung um eine aktuelle HV-Zwischenkreisspannung handeln. Beispielsweise können die Auswerteeinheit und die Spannungsmesseinheit in einem HV-Steuergerät integriert sein, wodurch eine kompakte Einheit für die Überwachung der zumindest einen Y-Kapazität bereitgestellt werden kann. Beispielsweise kann es sich bei dem HV-Steuergerät um einen Isolationswächter oder um eine HV-Komponente mit einer Spannungserfassungseinheit handeln.
  • Beispielsweise kann das entsprechende Steuersignal bei Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes durch die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität durch das HV-Steuergerät generiert werden und an eine Sicherheitskomponente des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs übermittelt werden.
  • Insbesondere kann bei einer Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes dem Nutzer des Fahrzeugs ein Warnsignal ausgegeben werden und/oder das elektrische Bordnetz kann deaktiviert werden und/oder die zumindest eine Y-Kapazität kann entladen werden. Dadurch ergibt sich ein bestmöglicher Schutz des Nutzers des Fahrzeugs bei einem Fehler in der Isolation beispielsweise.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs mit zumindest einer Y-Kapazität. Das elektrische Bordnetz umfasst eine Steuereinheit zum Ermitteln eines aktuellen Kapazitätswertes der zumindest einen Y-Kapazität und einer aktuellen Bordnetzspannung des elektrischen Bordnetzes. Ebenso umfasst das elektrische Bordnetz eine Auswerteeinheit zum Bestimmen einer aktuell gespeicherten Energie in der zumindest einen Y-Kapazität des elektrischen Bordnetzes in Abhängigkeit von dem aktuellen Kapazitätswert der zumindest einen Y-Kapazität und von der aktuellen Bordnetzspannung des elektrischen Bordnetzes. Insbesondere kann mit dem elektrischen Bordnetz ein Verfahren nach dem vorher geschilderten Aspekt oder einer Ausführung davon ausgeführt werden. Insbesondere wird das Verfahren mit dem vorgeschlagenen elektrischen Bordnetz ausgeführt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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 zeigt die einige Figur eine schematische Darstellung eines elektrischen Bordnetzes.
    • Die Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Bordnetzes 1 eines Fahrzeugs. Bei dem elektrischen Bordnetz 1 handelt es sich beispielsweise um ein HV-System eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Das elektrische Bordnetz 1 weist zumindest eine Y-Kapazität 2 auf. Insbesondere kann das elektrische Bordnetz 1 eine weitere Y-Kapazität 3 aufweisen. Bei der Y-Kapazität 2, 3 kann es sich beispielsweise um einen Entstörkondensator handeln. Das elektrische Bordnetz umfasst eine Steuereinheit 4, mit welcher ein aktueller Kapazitätswert der zumindest einen Y-Kapazität 2 und der aktuellen Bordnetzspannung UB des elektrischen Bordnetzes 1 ermittelt werden kann. Bei der Steuereinheit 4 kann es sich insbesondere um ein HV-Steuergerät handeln, welches beispielsweise eine Spannungserfassungseinheit aufweist. Ebenso denkbar ist es, dass es sich bei dem Steuergerät 4 um einen Isolationswächter oder um eine HV-Komponente des Fahrzeugs handelt. Beispielsweise kann der Isolationswächter als Steuereinheit 4 mit einer Funktion beziehungsweise einer Funktions-Software integriert werden, mit welcher die zumindest eine Y-Kapazität 2 des elektrischen Bordnetzes 1 des Fahrzeugs überwacht werden kann. Die Steuereinheit 4 weist insbesondere eine Auswerteeinheit 5 auf beziehungsweise ist mit der Auswerteeinheit 5 integriert. Mithilfe der Auswerteeinheit 5 kann eine aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität 2 in Abhängigkeit von der aktuellen Bordnetzspannung UB des elektrischen Bordnetzes 1 und des aktuellen Kapazitätswerts der zumindest einen Y-Kapazität 2 des elektrischen Bordnetzes 1 bestimmt werden.
  • Beispielsweise kann die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität 2 mit der folgenden Formel berechnet werden: W = 1 2 * C * U 2 .
    Figure DE102019006969A1_0001
  • Beispielsweise wird die aktuelle Bordnetzspannung UB und der aktuelle Kapazitätswerts der Y-Kapazität 2,3 in die soeben gezeigte Formel eingesetzt um den aktuellen Energieinhalt berechnen zu können. Bei dem Energieinhalt der Y-Kapazität 2 muss berücksichtigt werden, dass mit einer erhöhten HV-Spannung des Fahrzeugs der Energieinhalt in der Y-Kapazität 2,3 quadratisch mit der Spannung steigt. Dies kann insbesondere in der Auswerteeinheit 5 der Steuereinheit 4 definiert werden.
  • Insbesondere kann die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität 2 mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden. Dies kann insbesondere mithilfe der Auswerteeinheit 5 der Steuereinheit 4 geschehen. Insbesondere kann bei einer Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes durch die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität 2 ein entsprechendes Steuersignal durch die Steuereinheit 4 generiert werden. Das generierte Steuersignal kann beispielsweise einer Sicherheitseinrichtung des Fahrzeugs übersendet werden. Beispielsweise kann mithilfe des generierten Steuersignals ein Warnsignal in dem Fahrzeug ausgegeben werden. Dadurch kann insbesondere ein Nutzer des Fahrzeugs vor einem möglichen elektrischen Schlag gewarnt werden. Ebenso kann mithilfe des generierten Steuersignals das elektrische Bordnetz 1 deaktiviert beziehungsweise von einer Batterie getrennt werden. Ebenso kann mithilfe des generierten übersendeten Steuersignals ein Entladevorgang der zumindest einen Y-Kapazität 2, 3 durchgeführt werden.
  • Beispielsweise kann eine erste Spannung zwischen einer ersten oder einer zweiten Potentialleitung 6, 7 des elektrischen Bordnetzes 1 und eines Bezugspotentials 8 ermittelt werden. Die ermittelte erste Spannung kann bei der Bestimmung der aktuell gespeicherten Energie in der zumindest einen Y-Kapazität 2 berücksichtigt werden. Insbesondere kann die Ermittlung der ersten Spannung mit der Steuereinheit 4 durchgeführt werden.
  • Beispielsweise kann eine zweite Spannung zwischen der ersten Potentialleitung 6 und dem Bezugspotential 8 und eine dritte Spannung zwischen der zweiten Potentialleitung 7 des elektrischen Bordnetzes 1 und dem Bezugspotential 8 ermittelt werden. Bei dem Bezugspotential 8 handelt es sich insbesondere um einen Schutzleiter (PE). Diese ermittelte zweite und dritte Spannung kann ebenso bei der Bestimmung der aktuell gespeicherten Energie der zumindest einen Y-Kapazität 2 berücksichtigt werden. Ebenso ist es denkbar, dass anstelle der Bordnetzspannung UB die erste, zweite oder dritte Spannung für die Bestimmung der aktuell gespeicherten Energie der zumindest einen Y-Kapazität 2 verwendet werden.
  • Beispielsweise kann bei einem Ladevorgang des Fahrzeugs an einer Gleichspannungsladesäule ein vorgegebener Wert für den aktuellen Kapazitätswert vorgegeben werden. Beispielsweise können hierbei 500 nF pro Potential festgelegt werden.
  • Insbesondere kann mit der ermittelten aktuell gespeicherten Energie der zumindest einen Y-Kapazität 2 eine Asymmetrie beziehungsweise Unsymmetrie in einer Potentialverteilung des elektrischen Bordnetzes 2 überprüft werden. Insbesondere kann bei einer Feststellung einer Asymmetrie beziehungsweise Unsymmetrie in der Potentialverteilung dies berücksichtigt werden, und bei der Überwachung der zumindest einen Y-Kapazität mit einberechnet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bordnetz
    2
    Y-Kapazität
    3
    Y-Kapazität
    4
    Steuereinheit
    5
    Auswerteeinheit
    6
    erste Potentialleitung
    7
    zweite Potentialleitung
    8
    Bezugspotential
    UB
    Bordnetzspannung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018002926 A1 [0003]
    • DE 102017008840 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ISO 6469-3 [0009]
    • ISO 17409 [0009]

Claims (5)

  1. Verfahren zum Überwachen von zumindest einer Y-Kapazität (2,3) eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass - ein aktueller Kapazitätswert der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) und eine aktuelle Bordnetzspannung (UB) des elektrischen Bordnetzes (1) ermittelt werden, wobei - eine aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) in Abhängigkeit von der aktuellen Bordnetzspannung (UB) des elektrischen Bordnetzes (1) und des aktuellen Kapazitätswerts der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) des elektrischen Bordnetzes (1) bestimmt wird, und - die aktuell gespeicherte Energie in der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, und - bei einer Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes ein entsprechendes Steuersignal generiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Spannung zwischen einer ersten oder einer zweiten Potentialleitung (6, 7) des elektrischen Bordnetzes (1) und eines Bezugspotentials (8) ermittelt wird, und diese ermittelte erste Spannung bei der Bestimmung der aktuell gespeicherten Energie in der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Spannung zwischen der ersten Potentialleitung (6) und dem Bezugspotential (8) und eine dritte Spannung zwischen der zweiten Potentialleitung (7) des elektrischen Bordnetzes (1) und dem Bezugspotential (8) ermittelt werden, und die ermittelte zweite und dritte Spannung bei der Bestimmung der aktuell gespeicherten Energie der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) berücksichtigt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, durch gekennzeichnet, dass mit der ermittelten aktuell gespeicherten Energie der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) eine Asymmetrie in einer Potentialverteilung des elektrischen Bordnetzes (1) überprüft wird.
  5. Elektrisches Bordnetz (1) eines Fahrzeugs mit - zumindest einer Y-Kapazität (2,3), gekennzeichnet, durch - eine Steuereinheit (4) zum Ermitteln eines aktuellen Kapazitätswerts der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) und einer aktuellen Bordnetzspannung (UB) des elektrischen Bordnetzes (1), und - eine Auswerteeinheit (5) zum Bestimmen einer aktuell gespeicherten Energie in der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) des elektrischen Bordnetzes (1) in Abhängigkeit von dem aktuellen Kapazitätswerts der zumindest einen Y-Kapazität (2,3) und von der aktuellen Bordnetzspannung (UB) des elektrischen Bordnetzes (1).
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