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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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In einigen Ländern wie Norwegen und Belgien existieren im normalen Versorgungsnetz sogenannte IT-Netze, wobei IT für Isole Terre (französisch) steht. Das I steht für ein (PE-) isoliertes Netz und das T für geerdete Verbraucher, deren Gehäuse beispielsweise geerdet sein kann, wobei das bei vielen Fahrzeugarten bei einer Verbindung mit einem IT-Netz üblicherweise nicht der Fall ist. Das Versorgungsnetz hat zwar üblicherweise einen Netzanschluss für den Schutzleiter PE, es ist aber nicht sichergestellt, dass dieser Anschluss niederohmig geerdet ist.
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Wenn kein IT-Netz vorliegt und ein Schutzleiter PE vorhanden ist, wird dieser üblicherweise mit einem elektrisch leitenden Gehäuse verbunden, und bei einem Isolationsfehler fließt der Strom von einem der aktiven Leiter über das Gehäuse niederohmig zum Schutzleiter PE. Es treten daher keine hohen Spannungen am Gehäuse auf, und der Strom führt zum Auslösen eines Fehlerstrom-Schutzschalters. Dies entspricht der Schutzklasse I gemäß der Norm EN 61140. Bei einem IT-Netz ist aufgrund der nicht vorhandenen niederohmigen Verbindung mit dem Schutzleiter PE keine entsprechende Erdung des Gehäuses möglich.
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Bei einem intakten IT-Netz ohne Isolationsfehler besteht keine Spannung zwischen den einzelnen aktiven Leitern (L1, N und ggf. L2, L3) und dem Schutzleiter PE, da keine Verbindung und damit kein Potenzialbezug zwischen diesen besteht.
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Bei IT-Netzen werden Isolationswächter eingesetzt, die überwachen, dass zwischen den aktiven Leitern und dem Schutzleiter PE ein minimaler Isolationswiderstand nicht unterschritten wird. Die Größe des minimalen Isolationswiderstands ist in den einzelnen Ländern üblicherweise genormt. Isolationswächter werden auch als Iso-Wächter oder als Isolationsüberwachungsgeräte bezeichnet.
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Ein „einfacher Fehler“, bei dem nur an einem aktiven Leiter eine Verbindung zu PE besteht, führt nicht zu einem Ausfall der Stromversorgung oder zu einer Gefährdung eines Nutzers. Bei einem mehrfachen Isolationsfehler besteht jedoch die Gefahr eines Stromschlags für den Benutzer. Daher sollte bei einem „einfachen Fehler“ möglichst bald eine Reparatur erfolgen, und der Nutzer kann über den Isolationswächter einen entsprechenden Hinweis erhalten.
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Die US 2013 / 0 258 531 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Erkennung eines Schutzerdungsausfalls bei einem Elektrofahrzeug, das an ein externes Stromversorgungsnetz angeschlossen ist.
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Die
DE 198 22 808 A1 zeigt ein Verfahren zur Überprüfung eines IT-Netzes, bei dem eine Überprüfung erfolgt, ob eine Gleichspannung zwischen mindestens einer Phase und dem Schutzleiter des IT-Netzes vorliegt und, falls dies der Fall ist, eine Überprüfung des IT-Netzes in Anlehnung an die
Norm EN 60950 erfolgt.
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Die
DE 10 2015 117 678 A1 zeigt eine Isolationsfehler-Schutzeinrichtung mit Abschaltfunktion für ungeerdete Stromversorgungssysteme.
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Die
DE 10 2011 084 362 B4 zeigt eine elektrische Schutz- und Überwachungseinrichtung in einem Elektrofahrzeug zum sicheren Fahrbetrieb und zum sicheren Lade- und Rückspeisebetrieb, welche Leiter
L1,
L2,
L3,
N und einen Leiter
PE aufweist, an die ein Stromversorgungsnetz ankoppelbar ist. Ein Isolationsüberwachungsgerät misst vor dem Aufschalten des Stromversorgungsnetzes den Isolationswiderstand des Ladesystems einschließlich des Elektrofahrzeugs und eine Ladekabels, und wenn der Isolationswiderstand hinreichend groß ist, wird die Ladung freigeschaltet. Während des Ladebetriebs ist das Isolationsüberwachungsgerät abgeschaltet.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Ein Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs, welches Fahrzeug ein Bordnetz aufweist, welches Bordnetz eine Mehrzahl an Leitern und einen Bordnetzanschluss zum Anschluss eines externen Versorgungsnetzes an die Leiter, eine Steuervorrichtung, eine Ladevorrichtung, eine Batterie und einen ersten Isolationswächter aufweist, welcher Bordnetzanschluss über die Ladevorrichtung während eines Ladevorgangs mit der Batterie verbindbar ist, wobei der Bordnetzanschluss und die Batterie zumindest zeitweise galvanisch gekoppelt sind, und wobei die Leiter einen ersten Leiter und mindestens zwei zweite Leiter aufweisen, welcher erste Leiter den Anschluss eines Schutzleiters ermöglicht und welche zweiten Leiter als aktive Leiter nutzbar sind, weist folgende Schritte auf:
- A) Der Steuervorrichtung wird ein erstes Signal über die Eigenschaft des an den Bordnetzanschluss angeschlossenen externen Versorgungsnetzes zugeführt, welches eine erste Information enthält, ob das externe Versorgungsnetz ein IT-Netz ist oder nicht;
- B) Wenn gemäß der ersten Information der Bordnetzanschluss mit einem IT-Netz verbunden ist, wird der erste Isolationswächter während des Ladevorgangs zumindest zeitweise aktiviert.
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Die Aktivierung des Isolationswächters ist bei der Verbindung mit einem externen IT-Netz möglich und erhöht die Sicherheit. Zudem kann der Nutzer des Fahrzeugs durch das Fahrzeug über einen Isolationsdefekt informiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren zusätzlich folgenden Schritt auf:
- C) Wenn gemäß der ersten Information der Bordnetzanschluss nicht mit einem IT-Netz verbunden ist, wird der erste Isolationswächter während des gesamten Ladevorgangs deaktiviert.
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Die Deaktivierung verhindert eine Fehlermeldung. Eine solche ist auch nicht erforderlich, da das Chassis über den Schutzleiter PE geerdet werden kann und daher keine Gefahr besteht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Verfahren durch den ersten Isolationswächter im Falle eines Isolationsfehlers ein erstes Fehlersignal an eine Warnsignalerzeugungsvorrichtung ausgegeben.
Der Nutzer wird über den Isolationsfehler gewarnt und kann das Fahrzeug ggf. zur Reparatur bringen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Verfahren durch die Warnsignalerzeugungsvorrichtung im Falle des ersten Fehlersignals ein akustisches oder optisches Warnsignal ausgegeben, um einen Benutzer zu informieren. Die akustische und optische Warnung sind besonders effektiv.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Isolationswächter passiv ausgebildet. Passive Isolationswächter verringern die Gefahr einer negativen Beeinflussung eines weiteren Isolationswächters, der beispielsweise im externen Versorgungsnetz vorgesehen ist.
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Das Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs, bei welchem das Bordnetz eine erste PE-Überwachungsvorrichtung aufweist, welche erste PE-Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, das erste Signal mit der ersten Information über die Eigenschaft des an den Bordnetzanschluss angeschlossenen externen Versorgungsnetzes zu erzeugen, weist den Schritt auf, dass die erste Information durch die erste PE-Überwachungsvorrichtung erzeugt wird und an die Steuervorrichtung ausgegeben wird. Die PE-Überwachungsvorrichtung kann diese Information gut bereitstellen und ist im Fahrzeug vorgesehen.
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Bei dem Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs, bei welchem das Bordnetz eine Eingabevorrichtung für einen Benutzer aufweist, wird im Falle des Feststellens einer Verbindung mit einem IT-Netz mit dem Ladevorgang nur dann begonnen, wenn der Benutzer über die Eingabevorrichtung die PE-Überwachungsvorrichtung (40) deaktiviert. Dies gibt dem Benutzer eine Rückmeldung und erhöht die Sicherheit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs, bei welchem das Bordnetz erste Schütze aufweist, über welche ersten Schütze mindestens zwei der mindestens zwei zweiten Leiter für den Ladevorgang leitend oder zur Unterbrechung des Ladevorgangs nichtleitend schaltbar sind. Über die Schütze kann das Fahrzeug sicher von der Ladequelle getrennt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte auf:
- B1) Wenn gemäß der ersten Information der Bordnetzanschluss mit einem IT-Netz verbunden ist, wird der erste Isolationswächter aktiviert, bevor die ersten Schütze zum Starten des Ladevorgangs leitend geschaltet werden. Durch die Aktivierung ist bereits beim Starten des Ladevorgangs sichergestellt, dass kein Isolationsfehler vorliegt, und dies erhöht die Sicherheit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die ersten Schütze nach der Aktivierung des Isolationswächters zum Starten des Ladevorgangs leitend geschaltet, und der erste Isolationswächter bleibt zumindest zeitweise nach der Leitendschaltung der ersten Schütze weiterhin aktiviert. Die Aktivierung des ersten Isolationswächters vor und nach dem Leitendschalten der Schütze erhöht die Sicherheit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vor dem Leitendschalten der Schütze über den Isolationswächter überprüft, ob ein Isolationsfehler vorliegt, und im Falle eines Isolationsfehlers werden die Schütze nicht leitend geschaltet. Im Falle eines mehrfachen Isolationsfehlers kann bei einem IT-Netz eine Gefahr für einen Benutzer bestehen. Daher wird bevorzugt als notwendige Bedingung für den Ladevorgang mit einem IT-Netz vorausgesetzt, dass kein Isolationsfehler vorliegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs, bei welchem das Bordnetz erste Schütze aufweist, über welche ersten Schütze mindestens zwei der mindestens zwei zweiten Leiter für den Ladevorgang leitend oder zur Unterbrechung des Ladevorgangs nichtleitend schaltbar sind, zusätzlich die folgenden Schritte auf:
- C1) Wenn gemäß der ersten Information der Bordnetzanschluss nicht mit einem IT-Netz verbunden ist, wird der erste Isolationswächter deaktiviert, bevor die ersten Schütze zum Starten des Ladevorgangs leitend geschaltet werden, anschließend werden die ersten Schütze leitend geschaltet, und der erste Isolationswächter bleibt nach der Leitendschaltung der ersten Schütze weiterhin deaktiviert. Die Deaktivierung des Isolationswächters verhindert eine Fehlermeldung durch den Isolationswächter in Fällen, in denen keine Isolation erforderlich ist.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 13.
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Ein Fahrzeug hat ein Bordnetz, welches Bordnetz eine Mehrzahl an Leitern und einen Bordnetzanschluss zum Anschluss eines externen Versorgungsnetzes an die Leiter, eine Steuervorrichtung, eine Ladevorrichtung, eine Batterie und einen ersten Isolationswächter aufweist, welcher Bordnetzanschluss über die Ladevorrichtung während eines Ladevorgangs mit der Batterie verbindbar ist, wobei der Bordnetzanschluss und die Batterie zumindest zeitweise galvanisch gekoppelt sind, und wobei die Leiter einen ersten Leiter und mindestens zwei zweite Leiter aufweisen, und welches Fahrzeug dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines an ein Versorgungsnetz vom Typ IT angeschlossenen Fahrzeugs,
- 2 ein Versorgungsnetz vom Typ TN-C-S, und
- 3 ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zum Ansteuern eines Isolationswächters.
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Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben.
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1 zeigt auf der linken Seite das Versorgungsnetz 100 und auf der rechten Seite ein an das Versorgungsnetz 100 angeschlossenes Fahrzeug 10, insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen.
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Das Versorgungsnetz 100 hat beispielhaft ein Verteilungsnetz 102, eine Kundenanlage 106, eine Schutzvorrichtung 113 und einen Versorgungsnetzanschluss 112.
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Das Verteilungsnetz 102 hat eine schematisch angedeutete Transformatorwicklung 104, beispielsweise in einer Transformatorstation. Ausgangsseitig sind eine Phase L1 und ein Neutralleiter N mit der Kundenanlage 106 verbunden. Es handelt sich um ein IT-Netz ohne Schutzleiter PE. Das IT-Netz kann auch dreiphasig ausgebildet sein, und es kann mit oder ohne Neutralleiter ausgebildet sein.
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Die Kundenanlage 106 ist im Ausführungsbeispiel für ein IT-Netz eingerichtet und stellt ausgangsseitig die Phase L1 und den Neutralleiter N zur Verfügung. Es kann auch ein PE*-Anschluss vorhanden sein, welcher jedoch hochohmig oder überhaupt nicht mit einem Schutzleiter PE verbunden ist. Derartige Kundenanlagen 106 für IT-Netze haben üblicherweise einen Isolationswächter 134 mit einem Erdungsanschluss 110, welcher Isolationswächter 134 den Isolationszustand des Versorgungsnetzes überwacht. Bei Unterschreitung eines minimalen Isolationswiderstands zwischen einem der aktiven Leiter (hier L1 und N) und dem Erdungsanschluss 110 wird ein Isolationsfehler gemeldet.
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Die Schutzvorrichtung 113 wird häufig von Fahrzeugherstellern zur Verfügung gestellt, um das Fahrzeug 10 vor Beschädigung zu schützen. Es gibt beispielsweise ICCPD-Vorrichtungen (ICCPD = In Cable Control and Protective Device), welche als Ladekabel mit integrierter Schutz- und Steuervorrichtung ausgebildet sind. Die Schutzvorrichtung 113 hat eine PE-Überwachungsvorrichtung 140, die auch als PE-Monitor bezeichnet wird. Zudem hat die Schutzvorrichtung 113 eine Steuervorrichtung 114 und Schütze 144, über welche eine Trennung der aktiven Leiter L1, N und ggf. des Schutzleiters PE möglich ist.
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Ausgangsseitig ist die Schutzvorrichtung 113 über Leiter 151 (L1), 154 (N), 155 (PE*) und bevorzugt über eine Steuerleitung 148 mit dem Versorgungsnetzanschluss 112 verbunden. Bevorzugt hat die Schutzvorrichtung 113 zusätzlich - nicht dargestellte - Leitungen und Schütze für ggf. vorhandene Phasen L2 und L3.
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Das Fahrzeug 10 hat ein Bordnetz 20 mit einem Bordnetzanschluss 12. Das Bordnetz 20 bezeichnet die Gesamtheit der elektrischen Komponenten im Fahrzeug 10.
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Der Versorgungsnetzanschluss 112 ist mit dem Bordnetzanschluss 12 verbunden.
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Der Bordnetzanschluss 12 hat Leiter 51, 52, 53, 54 und 55, welche beispielsweise über den Bordnetzanschluss 12 mit L1, L2, L3, N und PE verbindbar sind. Die Leiter 51 - 55 sind über Schütze 44 beispielhaft mit einem Gleichrichter 45 verbunden, und der Gleichrichter 45 stellt ausgangsseitig einen Zwischenkreis mit einer Leitung 61 und einer Leitung 62 bereit, welche Leitungen 61, 62 mit der Batterie 32 verbunden sind und ein Laden der Batterie 32 über das Versorgungsnetz 100 ermöglichen. Die Batterie 32 ist bevorzugt als Traktionsbatterie ausgebildet und ermöglicht eine Energieversorgung für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs 10. Die Batterie 32 ist naturgemäß auch zur Energieversorgung weiterer Verbraucher wie beispielsweise einer Heizvorrichtung oder einem verstellbaren Fahrwerk geeignet.
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Eine Steuervorrichtung 23 ist vorgesehen. Eine PE-Überwachungsvorrichtung 40 ist links von den Schützen 44 vorgesehen und über eine Leitung 42 mit der Steuervorrichtung 23 verbunden. Die PE-Überwachungsvorrichtung 40 kann somit auch bei nichtleitend geschalteten Schützen 44 das ggf. angeschlossene externe Versorgungsnetz 100 überwachen. Im Ausführungsbeispiel ist auch die PE-Überwachungsvorrichtung 140 über die Steuervorrichtung 114 und die Leitung 148, 48 mit der Steuervorrichtung 23 verbunden. Die Steuervorrichtung kann von der PE-Überwachungsvorrichtung 40 und/oder von der PE-Überwachungsvorrichtung 140 ein Signal 28 bzw. 128 empfangen, welche Signale 28, 128 eine Information enthalten, ob ein IT-Netz vorhanden ist oder nicht. Diese Information kann beispielsweise ein Wert für einen gemessenen Schleifenwiderstand sein, oder eine fertig ausgewertete Information, ob das Netz ein IT-Netz ist oder nicht.
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Eine Netzerkennungsvorrichtung 64 ist ebenfalls links von den Schützen 44 vorgesehen und über eine Leitung 66 mit der Steuervorrichtung 23 verbunden. Die Netzerkennungsvorrichtung 32 dient dazu, das an den Bordanschluss 12 angeschlossene Versorgungsnetz 100 zu erkennen. Die Netzerkennungsvorrichtung 64 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, die Spannungen an den aktiven Leitern 51, 52, 53 und 54 zu messen, beispielsweise gegenüber dem Potenzial am Leiter 54 und/oder 55. Hierdurch lässt sich bestimmen, ob das Versorgungsnetz 100 einphasig oder dreiphasig ist, und welche Phase an welchem der Leiter 51 - 54 angeschlossen ist. Die Netzerkennungsvorrichtung kann auch als Eingabeschnittstelle ausgebildet sein, die beispielsweise von einer Ladesäule ein Signal erhält, welche eine Information über das zur Verfügung gestellte Versorgungsnetz 100 umfasst.
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Die Steuervorrichtung 23 ist über eine Steuerleitung 46 mit den Schützen (Schaltern) 44 verbunden und kann diese leitend oder nichtleitend schalten.
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Ein Isolationswächter 34 ist im Bordnetz vorgesehen und über eine Leitung 36 mit der Steuervorrichtung 23 verbunden. Der Isolationswächter 34 kann auch in die Batterie 32 integriert sein.
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Eine Eingabevorrichtung 24 ist über eine Leitung 25 mit der Steuervorrichtung 23 verbunden und ermöglicht eine Benutzereingabe, und eine Warnsignalerzeugungsvorrichtung 26 ist über eine Leitung 27 mit der Steuervorrichtung 23 verbunden und ermöglicht die Ausgabe eines Warnsignals, insbesondere eines akustischen oder optischen Warnsignals zur Warnung des Nutzers.
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Das Bordnetz 20 des Fahrzeugs 10 umfasst eine Ladevorrichtung 30, die wiederum die für das Laden erforderlichen elektrischen Komponenten des Bordnetzes 20 umfasst. Dies sind im Ausführungsbeispiel insbesondere die Schütze 44, der Gleichrichter 45 und die Steuervorrichtung 23. Die Ladevorrichtung 30 kann aber auch weniger oder mehr elektrische Komponenten umfassen. So kann beispielsweise bei einer umkonfigurierbaren Wechselstrombatterie der Gleichrichter 45 entfallen, und die Schütze 44 können auch ausschließlich außerhalb des Fahrzeugs 10 vorgesehen werden, beispielsweise in einer Ladesäule. Auch die PE-Überwachungsvorrichtung 40 und die Netzerkennungsvorrichtung 64 können als Bestandteil der Ladevorrichtung 30 angesehen werden.
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Funktionsweise
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Die PE-Überwachungsvorrichtung 140 misst den Schleifenwiderstand zwischen dem Neutralleiter N oder einem anderen aktiven Leiter und dem Schutzleiteranschluss PE bzw. PE*. Da der Schutzleiteranschluss PE* bei einem IT-Netz nicht oder nur hochohmig mit den aktiven Leitern verbunden ist, kann die PE-Überwachungsvorrichtung 140 beispielsweise eine Widerstandsmessung zwischen den Leitungen 154 und 155 vornehmen und anhand des hohen Widerstands feststellen, dass ein IT-Netz angeschlossen ist.
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Die Schutzvorrichtung 113 hat im Grundzustand die Schütze 144 nichtleitend geschaltet, und wenn ein IT-Netz festgestellt wird, bleiben üblicherweise die Schütze 144 nichtleitend. Der Nutzer kann jedoch über die Steuervorrichtung 114 einen Befehl geben, trotz des IT-Netzes die Schütze 144 leitend zu schalten.
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Auch das Bordnetz 20 kann nun beispielsweise über die Netzerkennungsvorrichtung 64 und die PE-Überwachungsvorrichtung 40 erkennen, dass zwar eine Spannung an der Leitung 51 anliegt, dass jedoch die PE-Überwachungsvorrichtung 40 mitteilt, dass es sich um ein IT-Netz handelt.
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Auch das Fahrzeug 10 kann aus Sicherheitsgründen ein Laden mit einem IT-Netz verweigern. Diese Sperre lässt sich jedoch bevorzugt auch durch eine Benutzerinteraktion übergehen, indem der Nutzer beispielsweise über die Eingabevorrichtung 24 einen Ladebefehl trotz der IT-Netz-Warnung gibt.
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Wenn der Nutzer in einem solchen Fall den Ladevorgang startet, wird das externe IT-Versorgungsnetz 100 mit dem Bordnetz 20 des Fahrzeugs 10 durch Leitendschaltung der Schütze 44 verbunden. Da das Fahrzeug 10 selbst üblicherweise nicht geerdet ist und das Bordnetz 20 daher ebenfalls ein IT-Netz ist, bleibt das Gesamtnetz trotz der Verbindung der beiden IT-Netze ein IT-Netz. Daher kann der Isolationswächter 34 des Bordnetzes, der insbesondere bei Hochvoltnetzen bevorzugt vorhanden ist, während des Ladevorgangs weiterhin aktiviert bleiben.
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Bevorzugt wird der Isolationswächter 34 bereits aktiviert, bevor die Schütze 44 geschlossen werden, und er misst dann den Isolationszustand im Bordnetz bis zu den Schützen 44. Der Isolationswächter 34 kann somit vor der Verbindung des externen Versorgungsnetzes 100 über die Schütze 44 ständig aktiv sein, und wenn ein IT-Netz angeschlossen wird, kann er aktiv bleiben.
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Der aktivierte Isolationswächter 34 kann entweder kontinuierlich arbeiten, oder er kann in vorgegebenen zeitlichen Abständen Messungen durchführen.
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Nach der Leitendschaltung der Schütze 44 misst der Isolationswächter 34 den Isolationszustand bis zurück in das Verteilungsnetz 102 bzw. bis in die Transformatorenstation.
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Die zusätzliche Aktivierung des Isolationswächters 34 während des Ladevorgangs ermöglicht zum einen eine Anzeige des Isolationszustands im Fahrzeug 10, insbesondere über die Warnsignalerzeugungsvorrichtung 26, und der Nutzer kann besser informiert werden als über den Isolationswächter 134, der sich beispielsweise in einem Haus befindet. Zum anderen wird die Sicherheit erhöht, da der Isolationswächter 134 ausfallen kann oder auch absichtlich vom Nutzer deaktiviert ist.
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Der Isolationswächter 34 kann bis zur Beendigung des Ladevorgangs aktiviert bleiben und auch nach Beendigung des Ladevorgangs aktiviert bleiben.
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Es gibt aktive und passive Isolationswächter 34, 134.
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Ein aktiver Isolationswächter legt eine Messspannung zwischen mindestens einem der aktiven Leiter und dem Schutzleiter PE/PE* an. Im Falle einer guten Isolierung führt dies zu keinem oder allenfalls einem geringen Strom. Bei schlechter Isolierung wird durch die Spannung ein Stromkreis geschlossen, und es fließt ein größerer Strom. Aktive Isolationswächter können sowohl eine symmetrische als auch eine asymmetrische Isolationsverschlechterung detektieren.
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Ein passiver Isolationswächter funktioniert dagegen ohne Anlagen einer Messspannung, sondern es werden andere Eigenschaften ausgenutzt bzw. ausgewertet, die durch eine schlechte Isolierung beeinflusst werden. So kann beispielsweise im Zwischenkreis die Symmetrie zwischen der Spannung an der positiven Schiene HV+ und an der negativen Schiene HV- gegenüber dem Schutzleiter betrachtet werden. Die Symmetrie wird durch einen asymmetrischen Isolationsfehler beeinträchtigt. Symmetrische Isolationsfehler können dagegen durch einen solchen Isolationswächter nicht erkannt werden.
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Der fahrzeuginterne Isolationswächter 34 ist bevorzugt passiv, um die Gefahr einer Störung des externen Isolationswächters 134 zu verringern. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein aktiver Isolationswächter 34 vorgesehen sein, der beispielsweise aktiviert werden kann, wenn keine Gefahr einer Beeinflussung eines externen Isolationswächters 134 besteht. Der fahrzeuginterne Isolationswächter 34 kann auch auf der Wechselstromseite des Gleichrichters 45 vorgesehen sein.
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Als Reaktion auf einen Isolationsdefekt kann ein Fehlersignal über die Warnsignalerzeugungsvorrichtung 26 ausgegeben werden. Der Ladevorgang wird aber bevorzugt nicht abgeschaltet. Zur Erhöhung der Sicherheit kann aber auch eine Beendigung des Ladevorgangs erfolgen.
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2 zeigt beispielhaft ein anderes Versorgungsnetz 100, welches als TN-C-S-Netz (französisch: Terre Neutre Combine Separe) ausgebildet ist. Im Verteilungsnetz 102 des Energieversorgers sind der Neutralleiter N und der Schutzleiter PE kombiniert zu einem PEN-Leiter. In der Kundenanlage 106 erfolgt eine Auftrennung des PEN-Leiters in einen Neutralleiter N und einen Schutzleiter PE.
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Die PE-Überwachungsvorrichtung 140 misst einen geringen Schleifenwiderstand zwischen dem Leiter N und dem Leiter PE, da diese in der Kundenanlage 106 miteinander verbunden sind, und die Schütze 144 können durch die Steuervorrichtung 114 automatisch geschlossen werden. Die Messschleife 141 ist schematisch eingezeichnet.
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In gleicher Weise kann die PE-Überwachungsvorrichtung 40 des Fahrzeugs 10 (vgl. 1) feststellen, dass ein geeigneter Schutzleiter PE vorhanden ist, und die Steuervorrichtung 23 kann die Schütze 44 automatisch leitend schalten.
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Wenn allerdings der Isolationswächter 34 des Fahrzeugs 10 von 1 aktiv wäre, würde er bei allen aktiven Leitern 51, 54 und 55 einen Isolationsfehler detektieren, da diese alle niederohmig über das Verteilungsnetz 102 bzw. über die Kundenanlage 106 mit dem Schutzleiter PE verbunden sind. Dies ist auch bei einem Drehstromnetz mit Schutzleiter PE der Fall, bei dem spätestens am Sternpunkt des Transformators ein PE-Potenzialbezug besteht. Daher wird bei Anschluss eines Versorgungsnetzes 100, das kein IT-Netz ist, bevorzugt vor dem Leitendschalten der Schütze 44 der Isolationswächter 34 deaktiviert, vgl. 1.
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3 zeigt ein Flussdiagramm, welches schematisch die Ansteuerung des Isolationswächters 34 und der Schütze 44 von 1 in der Vorbereitungsphase eines Ladevorgangs zeigt.
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Im Schritt S200 beginnt das Verfahren, und es erfolgt ein Sprung nach S202. Der Isolationswächter 34 ist oder wird aktiviert („I 34 ON“). Da das Bordnetz 20 beispielsweise bei einer Fahrt des Fahrzeugs 10 ein IT-Netz ist, ist der Isolationswächter 34 im Grundzustand bevorzugt aktiviert, insbesondere bei Hochvolt-Bordnetzen.
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Es erfolgt ein Sprung nach S203. Dort wird mit Hilfe der PE-Überwachungsvorrichtung 40 bzw. 140 überprüft („PE OK?“), ob das an den Bordnetzanschluss 12 angeschlossene Versorgungsnetz 100 einen niederohmig angeschlossenen Schutzleiter PE aufweist.
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Falls Ja („Y“), erfolgt ein Sprung nach S204. Falls Nein („N“), erfolgt ein Sprung nach S208.
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In S204 wird der Isolationswächter 34 deaktiviert („I 34 OFF“), da er aufgrund des funktionierenden Schutzleiters PE einen Fehlerfall feststellen würde, obwohl durch den vorhandenen Schutzleiter PE eine Erdung der Karosserie und damit die Schutzklasse I gegeben sind. Zudem könnte durch eine aktive Messung des Isolationswächters 34 ein Fehlerstrom-Schutzschalter im Versorgungsnetz 100 ausgelöst werden. Anschließend werden in S206 die Schütze 44 leitend geschaltet („S-44 ON“), und der Ladevorgang („LOAD“) wird in S212 gestartet.
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In S208 erfolgt eine Überprüfung, ob trotz einer entsprechenden Warnung des Nutzers durch die PE-Überwachungsvorrichtung 40 bzw. 140 ein Nutzerbefehl zum Laden bzw. zur Deaktivierung der PE-Überwachungsvorrichtung 40 gegeben wird („UI?“). Falls nicht, erfolgt ein Sprung nach S210, und das Verfahren wird ohne Ladevorgang beendet. Durch die Deaktivierung der PE-Überwachungsvorrichtung 40 wird ein Abbruch des Ladevorgangs durch die PE-Überwachungsvorrichtung 40 verhindert, und der Ladevorgang kann beginnen.
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Falls in S208 ein Nutzerbefehl festgestellt wurde, erfolgt ein Sprung nach S209. Im Schritt S209 wird überprüft, ob der Isolationswiderstand des Fahrzeugs 10 in Ordnung ist, ob also der Widerstand zwischen den aktiven Leitern 51, 52, 53, 54 und dem Schutzleiter PE groß genug ist. Diese Überprüfung erfolgt über den Isolationswächter 34. Der Isolationswächter 34 erzeugt regelmäßig Messwerte für den Isolationswiderstand, und die Überprüfung kann beispielsweise anhand des letzten gültigen Messwerts erfolgen. Wenn der Widerstand zu klein ist, er also beispielsweise kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, liegt eine schlechte Isolation im Fahrzeug vor, und eine Verbindung mit einem externen IT-Stromnetz kann gefährlich sein.
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Wenn also der Isolationswächter 34 im Schritt S209 einen zu geringen Isolationswiderstand ermittelt hat, liegt ein Fehlerfall vor, und es erfolgt ein Sprung nach S210. Der Ladevorgang wird nicht begonnen, und das Verfahren wird beendet.
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Wenn dagegen im Schritt S209 der Isolationswiderstand in Ordnung ist, erfolgt ein Sprung nach S206. Der Isolationswächter 34 ist bereits aktiviert und kann aktiviert bleiben. Falls er noch nicht aktiviert sein sollte, wird er aktiviert.
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Die Reihenfolge der Überprüfungen in S208 und S209 kann auch vertauscht sein. Es ist zudem möglich, das Verfahren ohne den Schritt S208 und/oder ohne den Schritt S209 durchzuführen.
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In S206 werden wie beschrieben die Schütze 44 leitend geschaltet, und in S212 wird mit dem Laden gestartet.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
