DE102020006919A1

DE102020006919A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Schieflast in einem Hochvoltsystem eines Fahrzeugs und Reaktion darauf

Info

Publication number: DE102020006919A1
Application number: DE102020006919.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Aurand; Markus Zimmer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2022-01-05
Also published as: WO2022002800A1; US20240036078A1; CN115835973A; EP4175845A1

Abstract

Gemäß einem Verfahren zum Ermitteln einer Information über eine elektrische Schieflast eines Fahrzeugs mit zumindest teilweise elektrifiziertem Antriebsstrang, welches über mindestens ein Hochvoltsystem (1) verfügt, wird eine eine Energiemenge eines Y-Kondensators (C1, C2) des Hochvoltsystems (1) charakterisierende Größe bestimmt. Außerdem wird ein Schwellwert in Bezug auf eine Kapazität des Y-Kondensators (C1, C2) bereitgestellt. Schließlich wird die Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten charakterisierenden Größe mit dem bereitgestellten Schwellwert ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Information über eine elektrische Schieflast eines Fahrzeugs mit zumindest teilweise elektrifiziertem Antriebsstrang, welches über mindestens ein Hochvoltsystem verfügt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reagieren auf eine solche Information über die elektrische Schieflast. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Hochvoltsystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem solchen Hochvoltsystem.
x- und Y-Kondensatoren
In elektrischen Antriebssystemen gibt es vereinfacht betrachtet zwei Arten von Kondensatoren, sogenannte X-Kondensatoren und sogenannte Y-Kondensatoren. Während die X-Kondensatoren zwischen die HV-Potentiale geschaltet werden (d.h. zwischen HV+ und HV-) und dort eine Pufferfunktion wahrnehmen, werden Y-Kondensatoren von jedem der HV-Potentiale nach Fahrzeugmasse geschaltet und wirken als sogenannte „Entstörkondensatoren“. Darüber hinaus bilden viele Komponenten (insbesondere die HV-Batterie) aufgrund ihrer Konstruktionsprinzipien sog. parasitäre Y-Kondensatoren aus, d.h. es bildet sich zwischen den jeweiligen HV-Potentialen und der Fahrzeugmasse eine Kapazität aus.
Während HV-Fahrzeuge aus Sicht der Energieverteilsysteme sogenannte II bzw. IT-Netzsysteme darstellen und damit per-se in Hinblick auf Gefahren durch den elektrischen Strom oder die elektrische Spannung bei Berühren erstfehlersicher sind, so bleibt einzig die in den Y-Kondensatoren gespeicherte Energie eine im Erstfehlerfall zu berücksichtigende Gefahrenquelle, da bei Berühren eines HV-Potentials (entweder HV+ oder HV-) die Summenenergie aller an diesem Potential angeschlossener Y-Kondensatoren über den Körper abgeleitet wird.
Die Problematik variabler Y-Kondensatoren ergibt sich insbesondere auf dem Nutzfahrzeugsektor. Dort ist es üblich, ein Basisfahrzeug mit unterschiedlichen Aufbauten zu versehen, wie etwa Kran, Kühlsystem etc. Gegebenenfalls werden die Aufbauten entfernt, umgebaut oder zusätzlich aufgebaut. Hierdurch ändert sich die gesamte Y-Kapazität des Fahrzeugs, die sich aus der Summe aller Y-Einzelkapazitäten der Aufbauten ergibt. Wenn also im folgenden Dokument von „Y-Kapazität“ oder „Y-Kondensator“ die Rede ist, ist damit in aller Regel die Summe aller parasitär oder diskret wirksamen Y-Kapazitäten beziehungsweise Y-Kondensatoren pro HV-Potential nach Fahrzeugmasse gemeint.
Um die damit verbundenen Gefahren bzw. Wahrscheinlichkeiten von Gesundheitsschäden zu minimieren, gibt es Normen und Vorschriften, die die maximale Energiemenge, die in Y-Kondensatoren gespeichert sein darf, regelt und begrenzt. Das bedeutet, dass eine strikte Einhaltung dieser Grenzen zulassungsrelevant ist. Können diese Grenzen aus welchen Gründen auch immer nicht eingehalten werden, so kann das Fahrzeug entweder nicht zugelassen werden (markteintrittsverhindernd) oder es müssen äußerst erhebliche konstruktive Maßnahmen ergriffen werden, um ein mögliches Berühren der HV-Potentiale zu verhindern. Dies ist zwar technisch möglich, aber sehr aufwändig, d.h. entsprechende Maßnahmen gehen mit konstruktiver Komplexität (und damit Wartungsunfreundlichkeit) und den damit verbundenen negativen Effekten auf das Fahrzeuggewicht sowie erheblichen Mehrkosten einher. Dies gilt es also zu vermeiden.
Energie im Kondensator
Weiterhin verschärft die (insbesondere im Nutzfahrzeugbereich) stetig zunehmende Systemspannung der elektrischen Antriebssysteme das Problem erheblich, da die in einem Kondensator (konstanter Größe) gespeicherte Energiemenge mit dem Quadrat der Kondensatorspannung ansteigt. D.h. es gilt $W_{Kondensator} = \frac{1}{2} \cdot C \cdot U^{2}$
wobei W die gespeicherte Energie, C die Kapazität des Kondensators und U die bereits erwähnte Spannung am Kondensator ist. Konkret heißt dies, wenn die Systemspannung im HV-System von 400V auf 800V ansteigt, beträgt die Summe der pro HV-Potential erlaubten Kapazitäten nur noch ein Viertel des vorherigen Wertes. Dies ist ungünstig, da die höhere Spannungslage oft auch mit kürzeren Schaltzeiten von Halbleiterbauelementen einhergeht bzw. einhergehen muss, um die beim Schalten auftretenden thermischen Umschaltverluste zu begrenzen. Kürzere Schaltzeiten führen jedoch umgekehrt zu sogenannten steileren Schaltflanken, diese zu mehr Störungen, die abgeleitet werden müssen (siehe oben „Y-Kondensatoren sind Entstörkondensatoren“) und somit tendenziell zum Bedarf nach größeren Y-Kondensatoren. D.h. hier liegt eine doppelt ungünstige, konträre Entwicklung vor.
Isolationswiderstände in HV-Systemen
Wie bereits vorstehend erwähnt, handelt es sich bei HV-Systemen um sogenannte II- bzw IT-Systeme, d.h. sie weisen keinen Bezug zur Fahrzeugmasse auf (vgl. eine Taschenlampe, hier hat das System nur Bezug zum Plus bzw. Minuspol der Taschenlampenbatterien nicht aber zu irgendeinem Massepotential). Idealerweise können die HV-Potentiale somit im Hinblick auf die Fahrzeugmasse als undefiniert bzw. „floating“ bezeichnet werden. Dies ist gewollt und stellt die Basis der ebenfalls vorstehend erwähnten Erstfehlersicherheit dar.
Da jedoch alle in der Realität verwendeten Isoliermaterialien einen - wenn auch sehr hohen - Widerstand aufweisen, besteht auch bei solchen Systemen eine hochohmige Verbindung beider HV-Potentiale zur Fahrzeugmasse. Diese unerwünschten und nicht als Bauteil verbauten, sondern rein parasitären Widerstände nennt man Isolationswiderstände.
Da diese Isolationswiderstände einen gewissen Wert nicht unterschreiten dürfen, weil sonst der schützende Charakter der II- bzw. IT-Systeme nicht mehr gegeben ist, werden die Isolationswiderstände mittels eines Isolationsmessgeräts gemessen, welches Iso-Wächter genannt wird. Zwar ist auch die Einhaltung gewisser Isolationswiderstandsgrenzen zulassungsrelevant, jedoch für diese Erfindung unerheblich.
Wie man in 1 sieht, stellen die Widerstände Riso_HV+ und Riso_HV- einen Spannungsteiler über die HV-Spannung dar. Im Laufe eines Fahrzeuglebens kommt es üblicherweise zu einer Veränderung der Isolationswiderstände, hauptsächlich durch die Alterung, respektive Verschlechterung, der Isolationsmaterialien. Während bei einem Neufahrzeug die Isolationswiderstände in beiden Potentialen üblicherweise annähernd gleich sind und sich ebenfalls üblicherweise in gleichem Maße verschlechtern, so kann es jedoch trotzdem vorkommen (und tut dies auch in der Praxis), dass der Isolationswiderstand eines der Potentiale sich schneller ändert als der des anderen Potentials, was dann zu einer „Schieflast“ bzw. „Unbalance“ der Isolationswiderstände führt.
Mit anderen Worten, in einem idealen Neufahrzeug, in dem beide Isolationswiderstände gleich groß sind, teilt sich die HV-Spannung über dem Spannungsteiler gleichmäßig auf, d.h. die Spannung von jedem der HV-Potentiale nach Fahrzeugmasse ist betragsmäßig gleich groß. Kommt es nun zu der oben beschriebenen „Schieflast“, so verschiebt sich dadurch das Widerstandsverhältnis und somit auch die Aufteilung der HV-Spannung d.h. die Spannung eines HV-Potentials nach Fahrzeugmasse ist betragsmäßig größer als die betragsmäßige Spannung des anderen Potentials nach Masse.
Isolationswiderstände und Y-Kondensatoren
Verbindet man die beiden vorstehend genannten Themen Y-Kondensatoren und Isolationswiderstände miteinander ergibt sich der rechte Teil des Schaltbilds von 1.
Man sieht, dass die Y-Kondensatoren den Isolationswiderständen jeweils parallel liegen (d.h. parallelgeschaltet sind) und diese dadurch auf die Spannung aufgeladen werden, die sich durch den Spannungsteiler der Isolationswiderstände einstellt.
Hierin liegt auch das durch die Erfindung zu verbessernde Problem. Sollte es dazu kommen, dass sich aufgrund von Veränderungen (siehe Alterung) das Verhältnis der Isolationswiderstände zueinander verschiebt, so verschiebt sich ebenfalls die Spannung an den Kondensatoren. Aufgrund der grundsätzlich relativ hohen Isolationswiderstände in solchen Systemen und der dazu „relativ“ niedrigen gesetzlich vorgeschriebenen Abschaltschwelle bei Unterschreiten von Isolationswiderständen, kann es bei extremen „Schieflasten“ dazu kommen, dass an einem der beiden Kondensatoren fast die gesamte Spannung des HV-Systems anliegt.
Das heißt, das für den Auslegungsfall der maximalen Y-Kapazitäten (quasi) die maximal im System auftretende HV-Spannung herangezogen werden muss, da diese im worst-case näherungsweise vollständig über den Y-Kondensatoren eines Potentials abfallen kann. Da, wie oben erwähnt, die Spannung mit dem Quadrat in die im Kondensator gespeicherte Energie eingeht, ist dies erheblich nachteilig und führt dazu, dass beispielsweise für Systeme mit bis zu 850V Systemspannung nicht 425V für die Berechnung herangezogen werden können (ideales System) sondern die vollen 850V.
Die sich daraus ergebende maximale Y-Kapazität pro Potential ist dann so niedrig, dass entweder die Einhaltung von EMV Normen nicht möglich ist, mit erheblichen thermischen Verlusten durch längere Schaltzeiten (ggf. technisch limitiert bzw. teilweise unmöglich) zu rechnen ist, die Systemspannung reduziert (konterkariert die Idee von leistungsfähigen 850V Systemen für Nutzfahrzeuge) oder wie oben erwähnt, erhebliche konstruktive und damit teure und nutzlastreduzierende Maßnahmen getroffen werden müssen.
Wie oben erwähnt kann es also vorteilhaft sein, in einem Hochvoltsystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug möglichst hohe Y-Kapazitäten vorzusehen. Dadurch können zum Beispiel thermische Verluste reduziert, Schaltzeiten verringert oder höhere Systemspannungen eingesetzt werden. Andererseits kann es, wie beschrieben, aufgrund von Bauteilalterung zu einer Schieflast kommen, bei der an den Y-Kapazitäten unterschiedlicher Hochvoltpotentialanschlüsse des Hochvoltsystems unterschiedliche Spannungen anliegen. Im ungünstigsten Fall liegt die gesamte Systemspannung auf einer Potentialseite des Hochvoltsystems an. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist die maximale Energiemenge, die in den Y-Kondensatoren gespeichert werden kann jedoch begrenzt. Durch die Schieflast müssen bei der Auslegung der Y-Kondensatoren daher Abstriche hingenommen werden, um den Grenzfall maximaler Schieflast noch abbilden zu können. Letztlich wird dadurch die maximale Kapazität der Y-Kondensatoren begrenzt.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, basierend auf der Energiemenge in einem Y-Kondensator eine Schieflast zu ermitteln. Auf die Schieflast kann durch Reduktion der Energiemenge reagiert werden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zum Ermitteln einer ersten Information über eine elektrische Schieflast eines Fahrzeugs mit zumindest teilweise elektrifiziertem Antriebsstrang, welches über mindestens ein Hochvoltsystem verfügt, angegeben. Es erfolgt zunächst ein Bestimmen einer eine Energiemenge des Y-Kondensators des Hochvoltsystems charakterisierenden Größe. Ferner erfolgt ein Bereitstellen eines ersten Schwellwerts in Bezug auf eine Kapazität des Y-Kondensators.
Schließlich erfolgt ein Ermitteln der ersten Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten charakterisierenden Größe mit dem bereitgestellten ersten Schwellwert.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zum Reagieren auf eine erste Information über eine elektrische Schieflast eines Fahrzeugs mit zumindest teilweise elektrifiziertem Antriebsstrang, welches über mindestens ein Hochvoltsystem verfügt, angegeben. Hierbei erfolgt ein Einleiten einer ersten Maßnahme in Abhängigkeit von der ersten Information, wodurch eine Energiemenge eines die Schieflast betreffenden Y-Kondensators reduziert wird.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Hochvoltsystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Y-Kondensator angegeben. Das Hochvoltsystem besitzt eine Analyseeinrichtung zum Bestimmen einer eine Energiemenge eines Y-Kondensators des Hochvoltsystems charakterisierenden Größe und zum Bereitstellen eines ersten Schwellwerts in Bezug auf eine Kapazität des Y-Kondensators. Zudem besitzt das Hochvoltsystem eine Recheneinrichtung zum Ermitteln der ersten Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten Größe mit dem bereitgestellten ersten Schwellwert.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltsystem nach dem verbesserten Konzept angegeben.
Ein erster Hochvoltpotentialanschluss (z.B. HV+) kann dabei beispielsweise mit einem ersten Ausgang einer Hochvoltbatterie des Hochvoltsystems verbunden sein und der zweite Hochvoltpotentialanschluss (HV-) kann mit einem zweiten Anschluss der Hochvoltbatterie verbunden sein, der eine im Vergleich zu dem ersten Anschluss der Hochvoltbatterie entgegengesetzte Polarität aufweist.
Im Allgemeinen hat das Hochvoltsystem zwar keinen direkten Masseanschluss und ist damit sozusagen schwebend, so dass der erste Hochvoltpotentialanschluss und der zweite Hochvoltpotentialanschluss im Wesentlichen nur einen Potentialunterschied aufweisen, der die Spannung im Hochvoltsystem darstellt. Da aber das Hochvoltsystems dennoch über Y-Kondensatoren und Isolationswiderstände hochohmig mit beispielsweise einem Fahrzeugmasseanschluss des Kraftfahrzeugs verbunden sein können, ergibt sich meist darüber einen Massebezug des Hochvoltsystems. Hierdurch kann man dann dennoch entsprechend auch beispielsweise beim ersten Hochvoltpotentialanschluss von HV+ und beim zweiten Hochvoltpotentialanschluss von HV- sprechen, ohne hier sich direkt auf eine Masse oder Nulllage beziehen zu müssen oder gar einen symmetrischen Potentialunterschied hierzu zu implizieren. Zum vereinfachten Verständnis wird diese Formulierung beibehalten und entsprechend auch weiterhin von einer entgegengesetzten Polarität ausgegangen ohne das Hochvolt damit zu beschränken.
Nach dem Verfahren beziehungsweise in einem Hochvoltsystem nach dem verbesserten Konzept wird also eine Energiemenge eines Y-Kondensators des Hochvoltsystems charakterisierende Größe bestimmt. Bei dieser charakterisierenden Größe kann es sich um die tatsächliche Energiemenge oder um eine Größe handeln, aus der sich die Energiemenge eindeutig ermitteln ließe. Die charakterisierende Größe kann also ggf. als Stellvertreterin der tatsächlichen Energiemenge in dem Y-Kondensator gewertet werden. Der Y-Kondensator bildet gegebenenfalls die Summe mehrerer Y-Einzelkondensatoren.
Bei dem Verfahren wird auch ein erster Schwellwert in Bezug auf eine Kapazität des Y-Kondensators bereitgestellt. Dies bedeutet, dass der erste Schwellwert praktisch als Funktion der Kapazität des Y-Kondensators zur Verfügung gestellt wird. Da der erste Schwellwert zur Beurteilung der Schieflast herangezogen wird, ist es notwendig, dass er von der Größe der Kapazität des Y-Kondensators abhängt. Je mehr nämlich Y-Kapazität in dem Fahrzeug verbaut ist, desto geringer darf die Schieflast sein. Dies ist unmittelbar einleuchtend, da die Schieflast das Spannungsteilungsverhältnis der Spannungen an den Y-Kondensatoren zu den Hochvoltpotentialanschlüssen repräsentiert. Eine hohe Schieflast führt zu einer entsprechend hohen Teilspannung am entsprechenden Y-Kondensator und damit zu einem entsprechend hohen Energieinhalt. Eine hohe Schieflast kann somit bei kleiner Kapazität keine Gefahr darstellen, während sie dies bei höherer Kapazität durchaus tut. Das Bereitstellen des ersten Schwellwerts kann mittels einer Look-up-Tabelle oder einer analytischen Funktion erfolgen.
Letztlich wird bei dem Verfahren nach dem verbesserten Konzept die erste Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten charakterisierenden Größe mit dem bereitgestellten ersten Schwellwert ermittelt. Das Vergleichsergebnis führt also zu der ersten Information, welche beispielsweise binär sein kann abhängig davon, ob die charakterisierende Größe größer oder kleiner als der erste Schwellwert ist. Diese erste Information kann dann dazu verwendet werden, entsprechend automatisch zu reagieren, indem geeignete Maßnahmen eingeleitet und im einfachsten Fall der Fahrer nur gewarnt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. bei dem verbesserten Konzept, kann vorgesehen sein, dass die die Energiemenge charakterisierende Größe eine Spannung oder Teilspannung des Hochvoltsystems oder eine darauf bezogene Größe, ein Verhältnis von Spannungen des Hochvoltsystems oder ein Verhältnis von Isolationswiderständen des Hochvoltsystems ist. Wenn nämlich die Gesamtspannung des Hochvoltsystems bekannt ist, ergibt sich in einem Ausgangszustand (z.B. bei gegebenen Isolationswiderständen) an einem Y-Kondensator ein bestimmter Spannungswert. Wenn sich diese Spannung beziehungsweise der Spannungswert ändert, ändert sich entsprechend dem Spannungsteilungsverhältnis auch die Spannung zum jeweils anderen Hochvoltpotential. Die jeweilige Einzelspannung ist bei bekannter Kapazität in die entsprechende Energiemenge umrechenbar. Falls also die Spannung über einen bestimmten Spannungsschwellwert steigt, steigt auch die Energie in dem Kondensator über einen korrespondierenden Energieschwellwert. Falls die Spannung sinkt, ist dies ein Zeichen dafür, dass die Spannung an dem Y-Kondensator zu dem anderen Hochvoltpotential entsprechend steigt. Also bedeutet auch das Sinken der Spannung eine Schieflast und gegebenenfalls eine Gefahr.
Selbstverständlich muss für die Spannungsanalyse nicht unbedingt die Gesamtspannung zwischen Masse und dem jeweiligen Hochvoltpotential betrachtet werden, denn auch eine Teilspannung (z.B. an einem entsprechenden Spannungsteiler) des Hochvoltsystems kann für die jeweilige Gesamtspannung repräsentativ sein. Alternativ kann aber auch eine auf die Spannung bezogene Größe als charakterisierende Größe bestimmt werden. Gegebenenfalls könnte beispielsweise ein Strom eine solche bezogene Größe sein, oder aber auch eine willkürliche Variable, die mit einer vorgegebenen Funktion oder Relation in einen Spannungswert übersetzbar ist.
Darüber hinaus kann die die Energiemenge charakterisierende Größe auch ein Verhältnis von Spannungen des Hochvoltsystems seien. Insbesondere kann es sich um das Verhältnis der Gesamtspannungen von Masse zum jeweiligen Hochvoltpotenzial handeln. Letzteres Spannungsverhältnis repräsentiert die Schieflast direkt, sodass in diesem Fall eine Ist-Schieflast mit einem Schieflastgrenzwert verglichen werden kann. Analog hierzu kann auch unmittelbar ein Verhältnis von Isolationswiderständen des Hochvoltsystems als charakterisierende Größe bestimmt werden. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die jeweiligen Isolationswiderstände die Gesamtwiderstände von Masse zum jeweiligen Hochvoltpotentialanschluss darstellen. Auch dieses Verhältnis der Isolationswiderstände stellt die Schieflast direkt dar.
Bei einer Weiterentwicklung des Verfahrens ist ein zusätzlicher Schritt vorgesehen, nämlich das Ermitteln einer zweiten Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten Größe mit einem bereitgestellten, vom ersten Schwellwert verschiedenen zweiten Schwellwert in Bezug auf die Kapazität des Y-Kondensators. Dies bedeutet, dass die bestimmte charakterisierende Größe mit zwei verschiedenen Schwellwerten verglichen wird. Daraus ergeben sich zwei verschiedene Vergleichsergebnisse, welche zu der ersten Information und zu der zweiten Information führen. Diese beiden Informationen können dann für eine Kaskade an Reaktionen genutzt werden. Gegebenenfalls kann natürlich auch ein Vergleich mit einem dritten Schwellwert usw. erfolgen.
Wie oben erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend dem verbesserten Konzept vorsehen, dass auf die erste Information über die elektrische Schieflast reagiert wird. Insbesondere soll eine erste Maßnahme in Abhängigkeit von der ersten Information eingeleitet werden, um eine Energiemenge eines die Schieflast betreffenden Y-Kondensators zu reduzieren. Dabei kann die erste Information durch ein Verfahren gewonnen werden, wie es oben geschildert wurde. Die erste Information wird also nicht nur gewonnen und gegebenenfalls bereitgestellt, sondern es erfolgt hier auch eine adäquate Reaktion.
Eine mögliche Reaktion als die erste Maßnahme kann ein automatisches Abschalten des gesamten Hochvoltsystems sein. Dieses automatische Abschalten des Hochvoltsystems hat zur Folge, dass beispielsweise die Hochvoltanschlüsse des Hochvoltsystems von der Hochvoltbatterie getrennt werden. Zu diesem Zeitpunkt liegen zwar immer noch die Spannungen an den Kondensatoren an, aber es kann ein Entladen über aktive und/oder passive Entladevorrichtungen erfolgen, beziehungsweise stellen auch die Isolationswiderstände eine sehr hochohmige Verbindung dar. Gegebenenfalls können die Y-Kondensatoren bei dem automatischen Abschalten auch gezielt durch zusätzlich Maßnahmen entladen werden.
Eine erste Maßnahme als Reaktion auf eine unerwünschte Schieflast kann auch ein Abkoppeln eines Teilnetzes von dem Hochvoltsystem sein. So kann beispielsweise ein Kühlsystem eines Fahrzeugaufbaus als Teilnetz von dem Hochvoltsystem getrennt werden. Dadurch reduziert sich die gesamte Y-Kapazität, wodurch auch die Energiemenge in dem gesamten Y-Kondensator vermindert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann als erste Maßnahme auch ein Reduzieren einer Spannung an dem Y-Kondensator erfolgen. Mit der Reduktion der Spannung mit für den Fachmann üblichen Mitteln wird auch die Energie in dem Y-Kondensator reduziert. Hierzu kann unter anderem beispielsweise eine Reduktion der Systemspannung oder des Energieverbrauchs aber auch eine Limitierung der maximalen Ladespannungen oder Systemspannung als Maßnahmen dienen.
Weiter alternativ oder zusätzlich kann auch ein Reduzieren eines Isolationswiderstands an dem Y-Kondensator, insbesondere durch Einbringen, Entfernen, Zuschalten oder Rückschalten eines oder mehrerer Korrekturwiderstände, erfolgen. In jedem Fall wird zu dem bestehenden Isolationswiderstand ein Widerstand so hinzugefügt beziehungsweise so von ihm getrennt, dass sich die Schieflast beziehungsweise Schieflage vermindert. Damit kann die Energiemenge in dem jeweiligen Y-Kondensator ein vorgegebenes Höchstmaß nicht überschreiten.
In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass ein Einleiten einer zweiten Maßnahme, insbesondere eines Warnens, in Abhängigkeit von der zweiten Information erfolgt, wodurch die Energiemenge des die Schieflast betreffenden Y-Kondensators nicht reduziert wird. Während also mit der ersten Maßnahme die Energiemenge in dem Y-Kondensator reduziert wird, ist dies bei der zweiten Maßnahme nicht der Fall. Speziell ist dies für reine Vorsichtsmaßnahmen von Vorteil, bei denen der Fahrer beispielsweise im Vorfeld vor einer drohenden Gefahr gewarnt wird. Natürlich können auch hier weitere Maßnahmen gegebenenfalls abhängig von weiteren Schwellwerten eingeleitet werden. Somit lässt sich eine Maßnahmenkaskade in Bezug auf Reaktionen auf eine Schieflast realisieren.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Bereitstellen des ersten Schwellwerts beinhaltet, dass eine Gesamtkapazität des Y-Kondensators ermittelt und in Abhängigkeit von der Gesamtkapazität der erste Schwellwert bestimmt wird. Das Bestimmen der Gesamtkapazität kann insbesondere automatisch erfolgen. Somit ist es möglich, zu gewissen Zeitpunkten die aktuelle Gesamtkapazität des Y-Kondensators zu bestimmen und den beziehungsweise die Schwellwerte entsprechend der Gesamtkapazität anzupassen. Damit kann stets aktuell beispielsweise auf eine Alterung des gesamten Y-Kondensators reagiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
In den Figuren zeigen:

1 Eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Hochvoltsystems nach dem verbesserten Konzept;
2 Eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Hochvoltsystems nach dem verbesserten Konzept; und
3 Eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Hochvoltsystems nach dem verbesserten Konzept.

In den Abbildungen sind identische Elemente oder Elemente mit identischer Funktion durch identische Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Hochvoltsystems 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (im Folgenden auch als „HV-Fahrzeuge“ bezeichnet) dargestellt. Das Hochvoltsystem 1 weist zwei Hochvoltpotentialanschlüsse HV1, HV2 (im Folgenden auch als „HV-Potentiale“ bezeichnet) mit entgegengesetzter Polarität (z.B. HV+ und HV-) und einen Fahrzeugmasseanschluss M (im Folgenden auch als „Fahrzeugmasse“ bezeichnet) auf.
In einem solchen Hochvoltsystem 1, insbesondere in einem elektrischen Antriebssystem, kann es vereinfacht betrachtet zwei Sorten von Kondensatoren geben, nämlich X-Kondensatoren und Y-Kondensatoren. Während die X-Kondensatoren zwischen die HV-Potentiale HV1, HV2 geschaltet werden können, um eine Pufferfunktion wahrzunehmen, können Y-Kondensatoren von jedem der HV-Potentiale HV1, HV2 nach Fahrzeugmasse M geschaltet werden, um beispielsweise als Entstörkondensatoren zu wirken. Darüber hinaus bilden viele Komponenten, insbesondere die Hochvoltbatterie, aufgrund ihrer Konstruktionsprinzipien parasitäre Y-(Teil-)Kondensatoren aus. Es bildet sich also zwischen den jeweiligen HV-Potentialen HV1, HV2 und der Fahrzeugmasse M eine (Gesamt-)Kapazität aus.
Während HV-Fahrzeuge aus Sicht eines Energieverteilsystems sogenannte IIbeziehungsweise IT-Netzsysteme darstellen und damit per se in Hinblick auf Gefahren durch den elektrischen Strom oder die elektrische Spannung bei Berühren erstfehlersicher sind, bleibt die in den Y-Kondensatoren gespeicherte Energie eine im Erstfehlerfall zu berücksichtigende Gefahrenquelle, da bei Berühren eines HV-Potentials HV1, HV2 die Summenenergie aller an diesem Potential angeschlossener Y-Kondensatoren über den Körper abgeleitet wird. Die Gesamtheit der Y-Kondensatoren inklusive der parasitären Y-Kondensatoren ist in 1 schematisch als erster Y-Kondensator C1 zwischen dem ersten HV-Potential HV1 und Fahrzeugmasse M sowie als zweiter Y-Kondensator C2 zwischen dem zweiten HV-Potential HV2 und Fahrzeugmasse M dargestellt.
Um die mit dem Berühren eines HV-Potentials HV1, HV2 verbundenen Gefahren beziehungsweise die Wahrscheinlichkeit von Gesundheitsschäden zu reduzieren, kann die maximale Energiemenge, die in Y-Kondensatoren gespeichert sein darf, begrenzt werden. Konstruktive Maßnahmen, um ein mögliches Berühren der HV-Potentiale HV1, HV2 zu vermeiden, können zwar technisch möglich sein, sind aber jedenfalls mit einer hohen konstruktiven Komplexität und damit Wartungsunfreundlichkeit sowie negativen Effekten auf das Fahrzeuggewicht und erheblichen Mehrkosten verbunden. Gemäß dem verbesserten Konzept wird dies vermieden.
Weiterhin ist zu beachten, dass eine höhere Systemspannung das skizzierte Problem, wie eingangs bereits erwähnt, verschärft, da die in einem Kondensator gespeicherte Energiemenge mit dem Quadrat der Kondensatorspannung ansteigt. Konkret heißt dies, wenn die Systemspannung von 400V auf 800V ansteigt, beträgt die Summe der pro HV-Potential HV1, HV2 erlaubten Kapazitäten nur noch ein Viertel des vorherigen Wertes. Dies ist ungünstig, da die höhere Spannungslage oft auch mit kürzeren Schaltzeiten von Halbleiterbauelementen einhergeht, um beim Schalten auftretende thermischen Umschaltverluste zu begrenzen. Kürzere Schaltzeiten führen jedoch umgekehrt zu steileren Schaltflanken, diese zu mehr Störungen, denen wiederum mit Entstörkondensatoren begegnet werden muss, was zum Bedarf nach größeren Y-Kondensatoren führt.
Wie bereits vorstehend erwähnt handelt es sich bei Hochvoltsystemen von Kraftfahrzeugen um II- beziehungsweise IT-Systeme, das heißt sie weisen keinen Bezug zur Fahrzeugmasse M auf, sodass die HV-Potentiale im Hinblick auf die Fahrzeugmasse M idealerweise als undefiniert oder „floating“ erachtet werden können. Da jedoch alle in der Realität verwendeten Isoliermaterialien einen endlichen elektrischen Widerstand aufweisen, besteht auch bei solchen Systemen eine hochohmige Verbindung beider HV-Potentiale HV1, HV2 zur Fahrzeugmasse M. Diese unerwünschten und nicht als Bauteil verbauten, sondern rein parasitären Widerstände werden auch als Isolationswiderstände bezeichnet. In 1 sind diese schematisch als erster Isolationswiderstand RI1 zwischen dem ersten HV-Potential HV1 und Fahrzeugmasse M und als zweiter Isolationswiderstand RI2 zwischen dem zweiten HV-Potential HV2 und Fahrzeugmasse M dargestellt.
Da die Isolationswiderstände RI1, RI2 einen gewissen Wert jeweils nicht unterschreiten dürfen, weil sonst der schützende Charakter der II- beziehungsweise IT-Systeme nicht mehr gegeben ist, werden die Isolationswiderstände RI1, RI2 mittels eines Isolationsmessgeräts gemessen.
Wie aus 1 ersichtlich, stellen die Isolationswiderstände RI1, RI2 einen Spannungsteiler über die gesamte HV-Spannung zwischen den HV-Potentialen HV1, HV2 dar. Im Laufe eines Fahrzeuglebens kommt es üblicherweise zu einer Veränderung der Isolationswiderstände RI1, RI2, hauptsächlich durch die Alterung, respektive Verschlechterung, der Isolationsmaterialien. Während bei einem Neufahrzeug die Isolationswiderstände RI1, RI2 an beiden HV-Potentialen HV1, HV2 üblicherweise annähernd gleich sind und sich ebenfalls üblicherweise in gleichem Maße verschlechtern, so kann es jedoch trotzdem vorkommen, dass sich einer der Isolationswiderstände RI1, RI2 schneller ändert als der andere, was zu einer sogenannten Schieflast oder „Unbalance“ der Isolationswiderstände RI1, RI2 führt.
In einem idealen Neufahrzeug, in dem beide Isolationswiderstände RI1, RI2 gleich groß sind, teilt sich die HV-Spannung über dem Spannungsteiler gleichmäßig auf, sodass die Spannungen U1, U2 zwischen den jeweiligen HV-Potentialen HV1, HV2 und Fahrzeugmasse M betragsmäßig gleich groß sind. Kommt es nun zu der oben beschriebenen Schieflast, so verschieben sich dadurch das Widerstandsverhältnis und somit auch die Aufteilung der HV-Spannung, sodass eine der Spannungen U1, U2 größer ist als die andere.
Wie man in 1 sieht, liegen die Y-Kondensatoren C1, C2 zu den jeweiligen Isolationswiderständen RI1, RI2 parallel und werden daher auf die jeweilige Spannung U1, U2 aufgeladen, die sich durch den Spannungsteiler der Isolationswiderstände RI1, RI2 einstellt. Wenn sich das Verhältnis der Isolationswiderstände RI1, RI2 zueinander verschiebt, so verschiebt sich ebenfalls die Spannung U1, U2 an den Kondensatoren C1, C2. Aufgrund der grundsätzlich relativ hohen Isolationswiderstände RI1, RI2 in solchen Systemen, kann es bei extremen Schieflasten dazu kommen, dass an einem der beiden Kondensatoren C1, C2 fast die gesamte Spannung des Hochvoltsystems 1, also eine Spannung vom Betrag |U1|+|U2|, anliegt. Das heißt, dass für den Auslegungsfall der maximalen Y-Kondensatoren C1, C2 ohne das verbesserte Konzept die maximal im System auftretende HV-Spannung herangezogen werden muss, da diese im ungünstigsten Fall näherungsweise vollständig über einen der Y-Kondensatoren C1, C2 abfallen kann.
Da, wie oben erwähnt, die Spannung mit dem Quadrat in die im Kondensator gespeicherte Energie eingeht, wäre dies erheblich nachteilig und führt dazu, dass beispielsweise für Systeme mit bis zu 850V Systemspannung nicht 425V für die Berechnung herangezogen werden können sondern die vollen 850V. Die sich daraus ergebende maximale Y-Kapazität pro HV-Potential HV1, HV2 wäre dann so niedrig, dass EMV Anforderungen nicht erfüllt werden könnten, erhebliche thermische Verluste durch längere Schaltzeiten hinzunehmen wären, die Systemspannung reduziert werden müsste oder, wie oben erwähnt, erhebliche konstruktive und damit kostenintensive und nutzlastreduzierende Maßnahmen getroffen werden müssten.
Gemäß einem Hochvoltsystem 1, wie es in 1 gezeigt ist, kann dieses Problem gelöst werden, indem eine maximal im System zulässige „Schieflastgrenze“ festgelegt wird und diese für die Auslegung genutzt wird. Bei Erreichen dieser Grenze kann das Hochvoltsystem 1 beispielsweise abgeschaltet werden und/oder es können andere risikoreduzierende Maßnahmen getroffen werden.
Es wird also beispielsweise im Hochvoltsystem 1 als eine die Energiemenge in einem Y-Kondensator charakterisierende Größe eine Spannung (von der ein Sollwert oder Referenzwert bekannt ist), das Verhältnis der Spannungen U1, U2 beider HV-Potentiale HV1, HV2 nach Fahrzeugmasse M, das Verhältnis von Teilspannungen des Hochvoltsystems 1 oder das Verhältnis der Isolationswiderstände bestimmt. Dies kann beispielsweise über Isolationswiderstandsmessungen, eine Isolationswiderstandsverhältnismessung, eine Spannungsverhältnismessung, eine oder mehrere Spannungsmessungen oder geeignete andere Maßnahmen erfolgen. Wird nun das voreingestellte Verhältnis verletzt bzw. ein Schwellwert von der charakterisierenden Größe über- bzw. unterschritten, so führt dies zu einem entsprechenden Vergleichsergebnis, das hier auch als erste Information hinsichtlich der elektrischen Schieflast bezeichnet wird. Diese erste Information wird ggf. von dem Fahrzeug nur bereitgestellt.
Entsprechend einer Weiterbildung erfolgt eine Reaktion auf die erste Information. Beispielsweise erfolgt nur eine Warnung (z.B. „maximal die aktuelle Fahrt noch zu Ende fahren“-Warnung). Gegebenenfalls kommt es aber auch zur automatischen (Teil-) Abschaltung des Hochvoltsystems 1. In einem Kaskadenverfahren kann die charakterisierende Größe aber auch mit einer oder mehreren weiteren Schwellwerten verglichen werden, um eine zweite, dritte usw. Information zu gewinnen. Auf Basis dieser weiteren Informationen lässt sich eine Abfolge von Maßnahmen initiieren. So kann beispielsweise eine (Teil-)Abschaltung mit Vorwarnung erfolgen, wenn von der charakterisierenden Größe zunächst ein erster Schwellwert und anschließend ein zweiter Schwellwert über-/unterschritten wird.
Bei einem 850V System und einer erlaubten „Schieflastgrenze“ von 1:3 müsste dann beispielsweise nicht mehr die volle Spannung von 850V für die Auslegung und damit Begrenzung der Y-Kondensatoren C1, C2 herangezogen werden, sondern lediglich ¾ davon, also 637V. Da wie erwähnt die Spannung quadratisch in die Rechnung eingeht, ergibt sich daraus ein Faktor von 1,78 um welchen die Y-Kondensatoren C1, C2 größer sein dürfen als ohne diese Maßnahme.
Das verbesserte Konzept ermöglicht es also, aktiv die Einhaltung der genannten Grenzwerte entsprechend einer maximalen Energiemenge sicherzustellen, aber gleichzeitig größere Y-Kondensatoren C1, C2 zu nutzen, als dies sonst möglich wäre.
Dazu kann beispielsweise ein fester Schieflastgrenzwert bei der Auslegung definiert werden, dessen Einhaltung dann mittels einer Überwachungseinheit 2 überwacht wird. Dies ist jedoch insbesondere im Nutzfahrzeugsegment, indem eine Vielzahl verschiedener Konfigurationen des HV-Systems existiert, nachteilig, da man bei einem statischen Schieflastgrenzwert immer auf die Worst-Case-Fahrzeugkonfiguration auslegen müsste, sodass in der Folge Basisfahrzeuge mit nur geringer Y-Kapazität viel zu früh in die Werkstatt fahren müssten beziehungsweise außer Betrieb genommen werden würden. Hat beispielsweise ein Basisfahrzeug eine Y-Kapazität von 400 nF pro Fahrzeug, so kann ein maximal ausgestattetes Fahrzeug durchaus 900 nF besitzen. Da W_Kondensator = ½ . C . U² gilt, dürfte man im Basisfahrzeug aufgrund der kleineren Kapazität eine höhere Spannung (und damit Schieflast) an den Y-Kondensatoren der jeweiligen Potentiale zulassen als bei dem maximal ausgestatteten Fahrzeug.
Um eine maximale Fahrzeugverfügbarkeit zu gewährleisten, ist es jedoch vorteilhaft, den Schieflastgrenzwert bzw. einen Schwellwert bzgl. der die Energiemenge in einem jeweiligen Y-Kondensator charakterisierenden Größe beispielsweise bei der Herstellung des Fahrzeugs, wenn die Kapazitäten der verbauten Y-Kondensatoren C1, C2 bekannt sind, in das Fahrzeug individuell einzuprogrammieren oder diesen im Fahrzeug dynamisch zu berechnen. Letzteres kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass jede Komponente des Hochvoltsystems 1 Informationen über die ihr zugeordneten oder von ihr enthaltenen Y-Kondensatoren an eine Recheneinheit des Hochvoltsystems 1 des sendet, die Recheneinheit alle Kapazitäten potentialweise aufsummiert und dann den Schieflastgrenzwert bzw. Schwellwert für die fahrzeugeigene Systemspannung errechnet. Alternativ kann in der Recheneinheit oder an einer anderen Stelle eine Look-Up-Tabelle hinterlegt sein, welche für die Komponenten des Hochvoltsystems 1 deren Y-Kondensatoren aufweist. Hinsichtlich möglicher nachträglicher Veränderungen der Komponenten ist die beschriebene dynamische Berechnung der Schieflastgrenze besonders vorteilhaft.
Konkret werden (neue) Nutzfahrzeuge oftmals nach 3 Jahren zum Abschreibungsende verkauft und vom Folgebesitzer umgebaut. Für das Hochvoltsystem kann dies beispielsweise bedeuten, dass eine zweite Batterie eingebaut wird, ein Kran durch einen Kühlaufbau getauscht wird oder dergleichen. Damit ergeben sich erhebliche Änderungen in dem Hochvoltsystem und damit an den im System befindlichen Y-Kapazitäten. Es empfiehlt sich daher die vorstehende genannte dynamische Berechnung der Schieflastgrenze beziehungsweise des Grenzwerts oder der Grenzwerte.
In 2 ist schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Hochvoltsystems 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug dargestellt. Das Hochvoltsystem 1 der 2 basiert auf dem der 1.
In dem Hochvoltsystem 1 der 2 ist es möglich, die Isolationswiderstände und damit die Spannungen U1, U2 bzw. deren Verhältnis aktiv zu beeinflussen. Dies kann erreicht werden, indem mittels jeweiliger Schaltvorrichtungen S1, S2 schalt- oder steuerbare Widerstände R1, R2 zwischen dem jeweiligen HV-Potential HV1, HV2 und Fahrzeugmasse M eingebracht werden, und so über gezieltes Steuern beziehungsweise Zu- und/oder Abschalten der Widerstände R1, R2 das Schieflastverhältnis aktiv beeinflusst wird. In 2 ist der Übersicht halber nur je ein Widerstand R1, R2 dargestellt. Tatsächlich können dadurch aber auch mehrere schalt- oder steuerbare Widerstände und optional einer oder mehrere nicht veränderliche Widerstände repräsentiert sein.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Isolationswiderstände nicht nur potentialweise zu kompensieren oder zu steuern sondern grundsätzlich auf beiden HV-Potentialen HV1, HV2 einen Widerstand, fest oder schaltbar, einzubringen, der so gewählt ist, dass es selbst bei Erreichen einer vordefinierten Warnschwelle, beispielweise 500 Ω/V beziehungsweise bis zum Erreichen einer vordefinierten Abschaltschwelle, beispielsweise 100 Ω/V, zu keinem Zeitpunkt zu einer solchen Schieflast kommen kann. Diese Widerstände schaltbar zu machen hat den Vorteil, dass bei abgeschalteten Widerständen die eigentlichen Isolationswiderstände RI1, RI2 weiterhin sicher bestimmbar wären.
Speziell kann vorgesehen sein, dass von vornherein in ein Basisfahrzeug schaltbare Widerstände zwischen den Hochvoltpotentialen HV1 und HV2 einerseits und Fahrzeugmasse M andererseits eingebracht werden. Dabei besteht keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der einzusetzenden Widerstände. Beispielsweise könnten zu dem Widerstand R1 weitere schaltbare Widerstände R1', R1" usw. parallel geschaltet werden. Gleiches gilt für den schaltbaren Widerstand R2. Die einzelnen Widerstände könnten vorzugsweise einzeln oder in Gruppen zu dem jeweiligen Isolationswiderstand RI1, RI2 parallel geschaltet werden. Dadurch lässt sich der parallele Widerstand zu dem Isolationswiderstand verändern und somit der Gesamtwiderstand von Fahrzeugmasse zum jeweiligen Hochvoltanschluss HV1, HV2. Konfigurationsabhängig und/oder altersabhängig kann damit eine Schieflast kompensiert werden, indem auf einfache Weise die entsprechenden Widerstände zugeschaltet oder weggeschaltet werden.
Alternativ oder zusätzlich können zu einer Abschaltschwelle eine oder mehrere Warnschwellen vorgesehen sein, über die dem Fahrer oder Dritten mitgeteilt werden kann, dass eine entsprechende Schieflast vorliegt und gegebenenfalls ein Werkstattaufenthalt notwendig ist, um eine Zwangsabschaltung zu vermeiden.
Alternativ oder zusätzlich kann, insbesondere bei bereits sehr hohen Isolationswiderstandsschieflasten, eine maximale Ladespannung der Hochvoltbatterie und in der Folge die maximal mögliche Spannung an den Y-Kondensatoren C1, C2 begrenzt werden, sodass eine Weiterfahrt oder Fahrt zur Werkstatt ermöglicht wird. Optional kann dabei über eine vorübergehende Teilzuschaltung des Hochvoltsystems 1 Energie gewissermaßen vernichtet werden, zum Beispiel mittels einer Heizung oder einer Klimaanlage oder dergleichen. Hierdurch wird die Batteriespannung gesenkt und somit die Systemspannung so weit reduziert, dass ein Betrieb des gesamten Hochvoltsystems 1 möglich ist, da dann die Gesamtspannung und somit die aufgrund der dann extremen Schieflast herrschenden Spannungen an den Y-Kondensatoren C1, C2 gering genug sind, um die Grenzen einzuhalten.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, beide Isolationswiderstände RI1, RI2 beziehungsweise Spannungen U1, U2 etwa mittels Extrapolationsverfahren vorherzusagen, um entsprechend frühzeitig eine Warnung abzugeben.
Die bezüglich 2 erläuterten Punkte können unabhängig oder in Kombination mit der Überwachung und gegebenenfalls Abschaltung, wie bezüglich 1 ausgeführt, vorgesehen sein.
In 3 ist schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Hochvoltsystems 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug dargestellt.
In der Ausführungsform der 3 ist für jedes HV-Potential HV1, HV2 ein Steckplatz P1, P2 zum manuellen Einsetzen von Korrekturwiderständen RK1, RK1 zwischen Fahrzeugmasse M und dem jeweiligen HV-Potential HV1, HV2, beispielsweise in einer Werkstatt, vorgesehen. Zusammen mit Diagnoseroutinen könnte ein Werker unterstützt werden, die Balance der Isolationswiderstände wieder herzustellen, damit die vorgegebenen Anforderungen an die maximale Energie in den Y-Kondensatoren C1, C2 eingehalten werden können.
Die Steckplätze P1, P2 können prinzipiell an beliebigen Stellen in dem Hochvoltsystem 1 angeordnet sein, vorzugsweise außerhalb der Hochvoltbatterie. Beispielsweise können die Steckplätze P1, P2 unter einer Serviceklappe verortet sein, wo sich beispielsweise auch Sicherungen befinden können.
Der Werker kann durch das Fahrzeug oder eine Fahrzeugsoftware bei der Dimensionierung der Korrekturwiderstände RK1, RK1 unterstützt werden. Es ist insbesondere auch möglich, zu überwachen, welcher der Isolationswiderstände RI1, RI2 sich gerade schneller verändert, um dann präventiv eine Überkompensation vorzunehmen.
Optional können für jedes HV-Potential HV1, HV2 einer oder mehrere Sicherheitswiderstände RS1, RS2 in Reihe zu dem entsprechenden Steckplatz P1, P2 vorgesehen sein. Diese können als Personenschutzmaßnahme angesehen werden, die beispielsweise den Fall abdeckt, dass versehentlich die HV-Potentiale HV1, HV2 gebrückt werden oder dergleichen. Die Summe aus dem jeweiligen Korrekturwiderstand RK1, RK2 mit den jeweiligen Sicherheitswiderständen RS1, RS2 ist dabei insbesondere derart bemessen, dass der Verlust am jeweils anderen HV-Potential HV1, HV2 korrigiert werden kann.
Bei einer besonders einfachen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise des erfindungsgemäßen Hochvoltsystems kann vorgesehen sein, dass nur eine einzige Spannung an irgendeinem der Isolationswiderstände oder der dazu parallel geschalteten Widerstände als die Energiemenge eines Y-Kondensators charakterisierende Größe gemessen wird. Da nämlich die Gesamtspannung des Hochvoltsystems und gegebenenfalls auch die Konfiguration der zu den Isolationswiderständen parallel geschalteten Widerstände bekannt ist, kann zwangsläufig auf die Spannungen an den beiden Y-Kondensatoren rückgeschlossen werden. Somit kann eine Schieflast erkannt werden, wenn dieser einzige gemessene Spannungswert mit einem Schwellwert oder Toleranzbereich verglichen wird. Wird ein solcher Schwellwert überschritten, kann mit einer adäquaten Maßnahme reagiert werden, um beispielsweise die Energiemenge in einem Y-Kondensator zu reduzieren oder einfach nur zu warnen.
Bezugszeichenliste

1: Hochvoltsystem
2: Überwachungseinheit
HV1, HV2: Hochvoltpotentialanschlüsse
M: Masseanschluss
R11, RI2: Isolationswiderstände
C1, C2: Y-Kondensatoren
U1, U2: Spannungen
S1, S2: Schaltvorrichtungen
R1, R2: Widerstände
P1, P2: Steckplätze
RK1, RK2: Korrekturwiderstände
RS1, RS2: Sicherheitswiderstände

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer ersten Information über eine elektrischen Schieflast eines Fahrzeuges mit zumindest teilweise elektrifiziertem Antriebsstrang, welches über mindestens ein Hochvoltsystem (1) verfügt, durch - Bestimmen einer eine Energiemenge eines Y-Kondensators (C1, C2) des Hochvoltsystems (1) charakterisierenden Größe, - Bereitstellen eines ersten Schwellwerts in Bezug auf eine Kapazität des Y-Kondensators (C1, C2) und - Ermitteln der ersten Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten charakterisierenden Größe mit dem bereitgestellten ersten Schwellwert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die die Energiemenge charakterisierende Größe eine Spannung (U1, U2) oder Teilspannung des Hochvoltsystems (1) oder eine darauf bezogene Größe, ein Verhältnis von Spannungen (U1, U2) des Hochvoltsystems (1) oder ein Verhältnis von Isolationswiderständen (RI1, RI2) des Hochvoltsystems (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit dem weiteren Schritt des Ermittelns einer zweiten Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten charakterisierenden Größe mit einem bereitgestellten vom ersten Schwellwert verschiedenen zweiten Schwellwert in Bezug auf die Kapazität des Y-Kondensators (C1, C2).
Verfahren zum Reagieren auf eine erste Information über eine elektrische Schieflast eines Fahrzeuges mit zumindest teilweise elektrifiziertem Antriebsstrang, welches über mindestens ein Hochvoltsystem (1) verfügt, durch - Einleiten einer ersten Maßnahme in Abhängigkeit von der ersten Information, wodurch eine Energiemenge eines die Schieflast betreffenden Y-Kondensators (C1, C2) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Information gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die erste Maßnahme ausgewählt ist aus: a) automatisches Abschalten des gesamten Hochvoltsystems, b) Abkoppeln eines Teilnetzes von dem Hochvoltsystem, c) Reduzieren einer Spannung an dem Y-Kondensator (C1, C2) oder d) Reduzieren eines Isolationswiderstands an dem Y-Kondensator (C1, C2), insbesondere durch Einbringen, Entfernen, Zuschalten oder Wegschalten eines oder mehrerer Korrekturwiderstände.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, mit Einleiten einer zweiten Maßnahme, insbesondere eines Warnens, in Abhängigkeit von der zweiten Information, wodurch die Energiemenge des die Schieflast betreffenden Y-Kondensators (C1, C2) nicht reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des ersten Schwellwerts beinhaltet, dass eine Gesamtkapazität des Y-Kondensators (C1, C2) ermittelt und in Abhängigkeit von der Gesamtkapazität der erste Schwellwert bestimmt wird.
Hochvoltsystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit - einem Y-Kondensator, - einer Analyseeinrichtung zum Bestimmen einer eine Energiemenge eines Y-Kondensators (C1, C2) des Hochvoltsystems (1) charakterisierenden Größe und zum Bereitstellen eines ersten Schwellwerts in Bezug auf eine Kapazität des Y-Kondensators (C1, C2) und - einer Recheneinrichtung zum Ermitteln der ersten Information über die elektrische Schieflast mittels Vergleich der bestimmten Größe mit dem bereitgestellten ersten Schwellwert.
Elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltsystem nach Anspruch 9.