DE102019202982A1 - Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (2) mit zumindest einer sicherheitsrelevanten Hochspannungskomponente, die mittels eines selbstzerstörenden ICs (6) irreversibel elektrisch abtrennbar ist, mit den Schritten:(S100) Erfassen von sicherheitsrelevanten Daten (SD),(S200) Auswerten der sicherheitsrelevanten Daten (SD) und Erzeugen eines Trennsignals (TS), wenn die sicherheitsrelevanten Daten (SD) indikativ für eine Gefahrensituation sind, und(S300) Aktivieren des selbstzerstörenden ICs (6) auf Vorliegen einer Gefahrensituation hin durch ein Aktivierungssignal (AS) um die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente irreversibel elektrisch abzutrennen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs.
  • Kraftfahrzeuge mit einer motorisch betriebenen elektrischen Maschine als Traktionsmotor weisen als Energiespeicher eine Traktionsbatterie auf. Das Kraftfahrzeug kann ein Elektroauto ((B)EV - (battery) electric vehicle) oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug (HEV - hybrid electric vehicle), wie z.B. ein Mildhybrid (MHEV), ein Vollhybrid (FHEV) oder auch ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV) sein.
  • Eine derartige Traktionsbatterie besteht aus wenigen bis Tausenden parallel und seriell zusammengeschalteten Akkumulator-Zellen oder Zellenblöcken. Die Traktionsbatterie weist eine Nennspannung von 350 bis 400 Volt auf. Sie bildet eine sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente, die speziell im Fall eines Unfalls von anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie z.B. dem Bordnetz, elektrisch getrennt werden muss, um z.B. Bergungsarbeiten nicht durch die Gefahr elektrischer Stromschläge zu erschweren.
  • Es sind verschiedene Sicherheitsschaltsysteme mit Trennschaltern oder auch pyroelektrischen Schaltern bekannt, um die Traktionsbatterie elektrisch abzutrennen, wie z.B. aus der US 5 575 150 A , der US 9 755 417 B2 oder DE 10 2009 020 559 B4 .
  • Es besteht Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie die Sicherheit beim Betrieb derartiger Kraftfahrzeuge weiter gesteigert werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer sicherheitsrelevanten Hochspannungskomponente, die mittels eines selbstzerstörenden ICs irreversibel elektrisch abtrennbar ist, mit den Schritten:
    • Erfassen von sicherheitsrelevanten Daten,
    • Auswerten der sicherheitsrelevanten Daten und Erzeugen eines Trennsignals, wenn die sicherheitsrelevanten Daten indikativ für eine Gefahrensituation sind, und
    • Aktivieren des selbstzerstörenden ICs auf Vorliegen einer Gefahrensituation hin durch ein Aktivierungssignal um die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente irreversibel elektrisch abzutrennen.
  • Dabei wird unter einem IC ein integrierter Schaltkreis, auch integrierte Schaltung (englisch integrated circuit, kurz IC), verstanden. Er ist eine auf einem dünnen, meist einige Millimeter großen Plättchen aus HalbleiterMaterial aufgebrachte elektronische Schaltung. Er wird manchmal auch als Festkörperschaltkreis oder monolithischer Schaltkreis (englisch solid-state circuit bzw. monolithic integrated circuit) bezeichnet. Dieser Chip (englisch Die) ist meist zum Schutz und zur einfacheren Kontaktierung in einem mehrfach größeren Chipgehäuse eingekapselt. Ein IC enthält typischerweise eine Kombination von zahlreichen miteinander elektrisch verbundenen elektronischen Halbleiterbauelementen wie Transistoren, Dioden und/oder weiteren aktiven und passiven Bauelementen. Unter einem selbstzerstörenden IC wird ein IC verstanden, bei dem durch ein Aktivierungssignal ein irreversibler Selbstzerstörungsvorgang ausgelöst werden kann, der mit einer vollständigen Zerstörung des ICs einhergeht. Dies kann ein Verätzen der Schaltung oder ein Zerbrechen des Substrats umfassen. So kann eine sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente nicht nur elektrisch abgetrennt werden, sondern durch die irreversible Selbstzerstörung wird auch sichergestellt, dass eine Wiederherstellung einer elektrischen Verbindung ausgeschlossen ist, wie dass z.B. bei normalen Schaltelementen der Fall wäre, wenn sie von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand zurückkehren würden.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die sicherheitsrelevanten Daten indikativ für einen Fahrzeugstillstand und/oder indikativ für einen Unfall und/oder ein fahrzeuginternes Signal und/oder ein fahrzeugexternes Signal. Wenn z.B. ein Fahrzeugstillstand (0 km/h) erfasst wurde wird dies als indikativ für eine Gefahrensituation angesehen, da Arbeiten, bei denen die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente eine Gefahrenquelle darstellt, nur bei stehendem Kraftfahrzeug ausgeführt werden. Wenn z.B. eine Kollisionserkennung, Airbagauslösung und/oder Crasherkennung vorliegt wird dies ebenfalls als indikativ für einen Unfall und damit für eine Gefahrensituation angesehen. Ein fahrzeuginternes Signal kann z.B. repräsentativ für eine Überhitzung oder andere Fehlfunktion eines Batterieüberwachungssystems der Traktionsbatterie sein. Wenn dies der Fall ist wird dies als indikativ für eine Gefahrensituation angesehen. Ein fahrzeugexternes Signal kann z.B. von einer Rettungskraft mit Hilfe eines geeigneten Gerätes an das Kraftfahrzeug übertragen werden, um so vor einem Beginn von Bergungsarbeiten sicherzustellen, dass die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente irreversibel elektrisch abgetrennt ist. So kann durch eine kombinierte Erfassung und Auswertung der sicherheitsrelevanten Daten die Sicherheit deutlich gesteigert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform führt eine Ansteuer-Einrichtung ein eine Selbstzerstörung bewirkendes Medium zu dem selbstzerstörenden IC. Dies können z.B. Säuren sein, die ein Verätzen der Schaltung und so eine irreversible Selbstzerstörung bewirken.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform bewirkt eine Ansteuer-Einrichtung einen eine Selbstzerstörung bewirkenden Energiefluss zu dem selbstzerstörenden IC. Dies kann ein Wärmefluss oder auch ein elektrischer Strom sein, der eine Erwärmung des selbstzerstörenden ICs bewirkt. Durch thermisch induzierten mechanischen Stress kann ein Zerbrechen eines stressbehafteten Substrats des ICs und so eine irreversible Selbstzerstörung bewirkt werden.
  • Ferner gehören zur Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein Steuergerät und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.
  • Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • 1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit weiteren Komponenten.
    • 2 in schematischer Darstellung ein Ablaufdiagramm eines Verfahrensablaufs eines Betriebs des in 1 gezeigten Kraftfahrzeugs und der Komponenten.
  • Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
  • Dargestellt ist ein Kraftfahrzeug 2, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als PKW ausgebildet ist.
  • Das Kraftfahrzeug 2 weist als Traktionsmotor (nicht dargestellt) eine motorisch betriebene elektrische Maschine auf, die zumindest zeitweise aus einer Traktionsbatterie (ebenfalls nicht dargestellt) mit elektrischer Betriebsenergie versorgt wird. Mit anderen Worten, das Kraftfahrzeug 2 kann ein Elektroauto ((B)EV - (battery) electric vehicle) oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug (HEV - hybrid electric vehicle), wie z.B. ein Mildhybrid (MHEV), ein Vollhybrid (FHEV) oder auch ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV) sein.
  • Eine derartige Traktionsbatterie besteht aus wenigen bis Tausenden parallel und seriell zusammengeschalteten Akkumulator-Zellen oder Zellenblöcken. Die Traktionsbatterie weist eine Nennspannung von 350 bis 400 Volt auf. Sie bildet eine sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente, die speziell im Fall eines Unfalls von anderen Komponenten, wie z.B. einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs 2 elektrisch getrennt werden muss, um z.B. Bergungsarbeiten durchführende Rettungskräfte 4 nicht der Gefahr elektrischer Stromschläge auszusetzen.
  • Um die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente elektrisch von anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 2 zu trennen weist das Kraftfahrzeug 2 selbstzerstörende ICs 6, eine Ansteuer-Einrichtung 8, und ein Steuergerät 10 auf.
  • Die selbstzerstörenden ICs 6 können zwischen Akkumulator-Zellen und/ oder Zellenblöcken der Traktionsbatterie und/oder zwischen der Traktionsbatterie und den Komponenten z.B. des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs implementiert sein.
  • Die selbstzerstörenden ICs 6 können derart ausgebildet sein, dass sie sich bei Kontakt mit einem vorbestimmten Medium selbst irreversibel zerstören. Bei dem vorbestimmten Medium kann es z.B. Feuchtigkeit, Wasser, oder chemische Elemente handeln.
  • Alternativ können die selbstzerstörenden ICs 6 derart ausgebildet sein, dass durch einen vorbestimmten Energiefluss zu dem selbstzerstörenden IC 6 hin eine irreversible Selbstzerstörung ausgelöst werden kann. Bei dem vorbestimmten Energiefluss kann es sich um einen elektrischen Strom oder um einen Wärmefluss handeln.
  • Die selbstzerstörenden ICs 6 können mittels der Ansteuer-Einrichtung 8 entweder mit dem vorbestimmten Medium oder dem vorbestimmten Energiefluss beaufschlagt werden. Hierzu weist die Ansteuer-Einrichtung 8 z.B. medienführende Rohre, Wärmeleiter oder elektrische Leitungen auf.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die selbstzerstörenden ICs 6 derart ausgebildet, dass sie durch einen elektrischen Strom in Form eines Aktivierungssignals AS zur Selbstzerstörung gebracht werden können.
  • Das Steuergerät 10 ist dazu ausgebildet, sicherheitsrelevanten Daten SD einzulesen, die sicherheitsrelevanten Daten SD auszuwerten und ein Trennsignal TS zu erzeugen, wenn die sicherheitsrelevanten Daten SD indikativ für eine Gefahrensituation sind.
  • Das Trennsignal TS kann dann z.B. mittels eines CAN-Buses des Kraftfahrzeugs 2 zu der Ansteuer-Einrichtung 8 übertragen werden. Die Ansteuer-Einrichtung 8 erzeugt dann das Aktivierungssignal AS, dass dann ebenfalls z.B. mittels des CAN-Buses des Kraftfahrzeugs 2 zu den selbstzerstörenden ICs 6 übertragen wird.
  • Zum Bestimmen, ob eine Gefahrensituation vorliegt liest das Steuergerät 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sicherheitsrelevante Daten SD eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 2 ein und wertet diese aus. Wenn z.B. ein Fahrzeugstillstand (0 km/h) erfasst wurde wird dies als indikativ für eine Gefahrensituation angesehen.
  • Ferner liest das Steuergerät 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sicherheitsrelevante Daten SD ein, ob z.B. eine Kollisionserkennung, Airbagauslösung und/oder Crasherkennung vorliegt. Wenn eine Kollisionserkennung, Airbagauslösung und/oder Crasherkennung vorliegt wird dies als indikativ für einen Unfall und damit für eine Gefahrensituation angesehen.
  • Des Weiteren liest das Steuergerät 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sicherheitsrelevante Daten SD ein, ob ein fahrzeuginternes Signal z.B. repräsentativ für eine Überhitzung oder andere Fehlfunktion eines Batterieüberwachungssystems der Traktionsbatterie erfasst wurde. Wenn dies der Fall ist wird dies als indikativ für eine Gefahrensituation angesehen.
  • Schließlich liest das Steuergerät 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sicherheitsrelevante Daten SD ein, ob ein fahrzeugexternes Signal vorliegt. Ein derartiges fahrzeugexternes Signal kann z.B. von der Rettungskraft 4 mit Hilfe eines geeigneten Gerätes an das Kraftfahrzeug 2 übertragen werden, um so vor Beginn von Bergungsarbeiten sicherzustellen, dass die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente irreversibel elektrisch abgetrennt ist.
  • Das Steuergerät 10 kann mit einem HMI (human-machine-interface) des Kraftfahrzeugs 2 datenübertragend verbunden sein. Dies ermöglicht es, Statusabfragen durchzuführen und die fahrzeugexternen Signale zu bearbeiten.
  • Des Weiteren kann eine zusätzliche Energieversorgung zur Versorgung des Steuergeräts 10 mit Betriebsenergie vorgesehen sein.
  • Das Steuergerät 10 weist eine Steuerlogik auf zur Auswertung der sicherheitsrelevanten Daten SD.
  • Ferner weist das Steuergerät 10 eine Kommunikationslogik auf, mit dem ein Betriebsstatus (gesperrt, Aktivieren, aktiviert) z.B. an das HMI gesendet oder das fahrzeugexternes Signal von einem der Gerät der Rettungskraft 4 empfangen werden kann. Hierzu kann ein spezieller, besonders gesicherter Übertragungskanal verwendet werden.
  • Das Steuergerät 10 ist im Betriebsstatus gesperrt deaktiviert. Es wurde keine Selbstzerstörung und elektrische Trennung eingeleitet.
  • Im Betriebsstatus Aktivieren liegt eine Gefahrensituation vor und es werden die selbstzerstörenden ICs 6 aktiviert. Dieser Betriebsstatus ist vorübergehend. Sobald der Betriebsstatus Aktivieren ist gibt es keine Rückkehrmöglichkeit zu dem Betriebsstatus gesperrt.
  • Im Betriebsstatus aktiviert wird nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne nach dem der Betriebsstatus Aktivieren ausgelöst wurde die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente irreversibel elektrisch abgetrennt. Dies kann zusätzlich durch Sensoren bestätigt werden.
  • Für diese und die nachfolgend beschriebenen Aufgaben und Funktionen das Steuergerät 10, aber auch die selbstzerstörenden ICs 6 und/oder die Ansteuer-Einrichtung 8 Hard- und/oder Software-Komponenten aufweisen.
  • Es wird nun unterzusätzlicher Bezugnahme auf die 2 ein Verfahrensablauf eines Betriebs des Kraftfahrzeugs 2 mit seinen Komponenten erläutert.
  • In einem ersten Schritt S100 liest das Steuergerät 10 die erfassten sicherheitsrelevanten Daten SD ein. Das Steuergerät 10 befindet sich im Betriebsstatus gesperrt.
  • In einem weiteren Schritt S200 wertet das Steuergerät 10 die sicherheitsrelevanten Daten SD aus und erzeugt das Trennsignal TS, wenn die sicherheitsrelevanten Daten SD indikativ für eine Gefahrensituation sind. Das Steuergerät 10 befindet sich nun im Betriebsstatus Aktivieren.
  • Das Trennsignal TS wird dann zu der Ansteuer-Einrichtung 8 übertragen, woraufhin dann in einem weiteren Schritt S300 von der Ansteuer-Einrichtung 8 das Aktivierungssignal AS erzeugt wird, dass dann nach seiner Übertragung zu den selbstzerstörenden ICs 6 die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente durch Selbstzerstörung der ICs 6 irreversibel elektrisch abtrennt. Nun befindet sich das Steuergerät 10 im Betriebsstatus aktiviert.
  • So kann die Sicherheit beim Betrieb derartiger Kraftfahrzeuge 2 weiter gesteigert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Kraftfahrzeug
    4
    Rettungskraft
    6
    selbstzerstörende ICs
    8
    Ansteuer-Einrichtung
    10
    Steuergerät
    AS
    Aktivierungssignal
    SD
    sicherheitsrelevante Daten
    TS
    Trennsignal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5575150 A [0004]
    • US 9755417 B2 [0004]
    • DE 102009020559 B4 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (2) mit zumindest einer sicherheitsrelevanten Hochspannungskomponente, die mittels eines selbstzerstörenden ICs (6) irreversibel elektrisch abtrennbar ist, mit den Schritten: (S100) Erfassen von sicherheitsrelevanten Daten (SD), (S200) Auswerten der sicherheitsrelevanten Daten (SD) und Erzeugen eines Trennsignals (TS), wenn die sicherheitsrelevanten Daten (SD) indikativ für eine Gefahrensituation sind, und (S300) Aktivieren des selbstzerstörenden ICs (6) auf Vorliegen einer Gefahrensituation hin durch ein Aktivierungssignal (AS) um die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente irreversibel elektrisch abzutrennen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die sicherheitsrelevanten Daten (SD) indikativ für einen Fahrzeugstillstand und/oder indikativ für einen Unfall und/oder ein fahrzeuginternes Signal und/oder ein fahrzeugexternes Signal sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Ansteuer-Einrichtung (8) ein einen Selbstzerstörung bewirkendes Medium zu dem selbstzerstörenden IC (6) führt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Ansteuer-Einrichtung (8) einen eine Selbstzerstörung bewirkenden Energiefluss zu dem selbstzerstörenden IC (6) bewirkt.
  5. Computerprogrammprodukt, ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  6. Steuergerät (10) zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (2) mit zumindest einer sicherheitsrelevanten Hochspannungskomponente, die mittels eines selbstzerstörenden ICs (6) irreversibel elektrisch abtrennbar ist, wobei das Steuergerät (10) dazu ausgebildet ist, sicherheitsrelevanten Daten (SD) einzulesen, die sicherheitsrelevanten Daten (SD) auszuwerten und ein Trennsignal (TS) zu erzeugen, wenn die sicherheitsrelevanten Daten (SD) Indikativ für eine Gefahrensituation sind, und zum Aktivieren der selbstzerstörenden ICs (6) auf Vorliegen einer Gefahrensituation hin durch ein Aktivierungssignal (AS) um die sicherheitsrelevante Hochspannungskomponente irreversibel elektrisch abzutrennen.
  7. Steuergerät (10) nach Anspruch 6, wobei die sicherheitsrelevanten Daten (SD) indikativ für einen Fahrzeugstillstand und/oder indikativ für einen Unfall und/oder ein fahrzeuginternes Signal und/oder ein fahrzeugexternes Signal sind.
  8. Steuergerät (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Steuergerät (10) dazu ausgebildet ist eine Ansteuer-Einrichtung (8) anzusteuern, die ein einen Selbstzerstörung bewirkendes Medium zu dem selbstzerstörenden IC (6) führt.
  9. Steuergerät (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Steuergerät (10) dazu ausgebildet ist eine Ansteuer-Einrichtung (8) anzusteuern, einen eine Selbstzerstörung bewirkenden Energiefluss zu dem selbstzerstörenden IC (6) zu bewirken.
  10. Kraftfahrzeug (2) mit einem Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
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