DE102020103193A1

DE102020103193A1 - Process for active HV on-board network balancing as well as device, control unit and motor vehicle

Info

Publication number: DE102020103193A1
Application number: DE102020103193.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Graßl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: zumindest einen Hochvolt-Steckeranschluss, HV-Steckeranschluss (16), für jeweils einen HV-Stecker, wobei ein Steuerblock (10) zur Spannungsversorgung des Steuergerätes (1) und ein Symmetrierblock (13) zur aktiven Symmetrierung mit zumindest einem HV-Strang (8) verbunden sind, wobei der Steuerblock (10) mittels eines Versorgungsblocks (11) die Spannungsversorgung des Steuergeräts (1) vornimmt und mittels eines Überwachungsblocks (12) den Symmetrierblock (13) überwacht, um zu erkennen, ob im Symmetrierblock ein vorbestimmter Fehlerfall des Symmetrierblocks (13) vorliegt oder nicht, und der Überwachungsblock (12) den Symmetrierblock (13) im Fehlerfall des Symmetrieblocks (13) von dem zumindest einen HV-Strang (8) trennt oder ein Widerstandselement zwischen dem Symmetrierblock (13) und dem zumindest einen HV-Strang (8) schaltet. Die Erfindung sieht vor, dass der Symmetrierblock (13) zumindest eine Masseverbindung (17) zu einem Massepotential des Kraftfahrzeugs aufweist und die Symmetrie der Pole HV+ und HV- des zumindest einen HV-Strangs (8) gegen das Massepotential überwacht.The invention relates to a control unit (1) for a motor vehicle, comprising: at least one high-voltage plug connection, HV plug connection (16), for one HV plug each, with a control block (10) for supplying voltage to the control unit (1) and a balancing block (13) are connected to at least one HV line (8) for active balancing, the control block (10) supplying voltage to the control device (1) by means of a supply block (11) and the balancing block (13) by means of a monitoring block (12) monitored in order to recognize whether there is a predetermined error in the balancing block (13) or not, and the monitoring block (12) separates the balancing block (13) from the at least one HV strand (8) in the event of an error in the balancing block (13) or a resistance element switches between the balancing block (13) and the at least one HV branch (8). The invention provides that the balancing block (13) has at least one ground connection (17) to a ground potential of the motor vehicle and monitors the symmetry of the poles HV + and HV- of the at least one HV strand (8) against the ground potential.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Steuergerät zur aktiven HV-Bordnetzsymmetrierung und ein Kraftfahrzeug. Unter HV ist hier eine Hochvolt-Spannung zu verstehen, also eine elektrische Spannung größer als 60 Volt, insbesondere größer als 100 Volt. Ferner ist im Kontext dieser Anmeldung unter IT-Netz ein elektrisches Netz zu verstehen, das von einer elektrischen Fahrzeugmasse (Massepotential des Kraftfahrzeugs) komplett galvanisch getrennt ist. In diesem Zusammenhang steht IT für französisch Isole Terre, also von der Erde isoliert.The invention relates to a device for a control device for active HV on-board network balancing and a motor vehicle. HV is to be understood here as a high-voltage voltage, that is to say an electrical voltage greater than 60 volts, in particular greater than 100 volts. Furthermore, in the context of this application, an IT network is to be understood as an electrical network that is completely galvanically separated from an electrical vehicle ground (ground potential of the motor vehicle). In this context, IT stands for French Isole Terre, i.e. isolated from the earth.

Aus der DE 10 2013 210 293 A1 ist ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang, einem Hochvoltspeicher und einem Niedervoltbordnetz bekannt. Der Hochvoltspeicher befindet sich in einem Hochvoltbordnetz und ist im Wesentlichen aus Zellmodulen aufgebaut, wobei ein Zellmodul aus einer parallelen und/oder seriellen Schaltung von elektrochemischen Energiespeichern aufgebaut ist. Die elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs sind im Niedervoltbordnetz integriert. Dabei wird mittels zumindest zwei Gleichspannungsstellern elektrische Leistung von dem Hochvoltbordnetz aus dem Hochvoltspeicher in das Niedervoltbordnetz derart transferiert, sodass das Niedervoltbordnetz von dem Hochvoltbordnetz versorgt wird. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, dass eine aktive Symmetrierung im Bereich des Niedervoltbordnetzes nicht erfolgt.From the DE 10 2013 210 293 A1 a vehicle with an electric drive train, a high-voltage storage device and a low-voltage electrical system is known. The high-voltage storage device is located in a high-voltage electrical system and is essentially made up of cell modules, with a cell module being made up of a parallel and / or serial circuit of electrochemical energy storage devices. The vehicle's electrical consumers are integrated in the low-voltage on-board network. In this case, electrical power is transferred from the high-voltage on-board network from the high-voltage storage to the low-voltage on-board network by means of at least two DC voltage converters in such a way that the low-voltage on-board network is supplied by the high-voltage on-board network. The disadvantage of the known device is that there is no active balancing in the area of the low-voltage on-board network.

Aus der DE 10 2017 010 390 A1 ist ein Energiewandler bekannt, der ein mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagtes erstes Bordnetz mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz koppelt. Dabei weist der Energiewandler zwischen den Schaltelementen der beiden elektrischen Bordnetze Verbindungselemente auf, die jeweils mit einer elektrischen Induktivität an das andere der beiden Bordnetze angeschlossen sind. Durch die Verbindungsstellen zwischen den beiden elektrischen Bordnetzen ist es möglich, einen Ausgleich in Bezug auf das Bezugspotential zwischen den elektrischen Potentialen des ersten und des zweiten Bordnetzes zu realisieren. Nachteilig bei dem Verfahren ist, dass die Symmetrierung der beiden elektrischen Bordnetze nicht mittels eines separaten Steuergeräts erfolgt. Ferner wird eine passive Symmetrierung der beiden elektrischen Bordnetze mittels des Energiewandlers vorgenommen.From the DE 10 2017 010 390 A1 an energy converter is known which couples a first vehicle electrical system to which a first electrical direct voltage is applied to a second electrical vehicle electrical system to which a second electrical direct voltage is applied. In this case, the energy converter has connecting elements between the switching elements of the two electrical on-board networks, which are each connected to the other of the two on-board networks with an electrical inductance. The connection points between the two on-board electrical systems make it possible to achieve a compensation with regard to the reference potential between the electrical potentials of the first and second on-board networks. The disadvantage of the method is that the two electrical on-board networks are not balanced by means of a separate control device. Furthermore, the two electrical on-board networks are passively balanced by means of the energy converter.

Aus der DE 10 2017 102 608 B3 ist eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen bei bipolaren Spannungsquellen bekannt, die eine Verstärkerschaltung und eine Drossel umfassen. Die Verstärkerschaltung ist dabei mit einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung an jeweils einem Punkt verbunden. An den jeweiligen Punkten greift die Verstärkerschaltung jeweils ein Störsignal ab und sendet ein entsprechendes Korrektursignal. Dabei ist die Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen für symmetrische Spannungsquellen ausgebildet. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass das Netz nicht symmetriert wird, sondern die Spannungsquelle. Dies hat ferner den Nachteil, dass bestehende Netzkomponenten im Fall einer Unsymmetrie umfassend angepasst werden müssen.From the DE 10 2017 102 608 B3 a device for suppressing interference signals in bipolar voltage sources is known which comprises an amplifier circuit and a choke. The amplifier circuit is connected to a positive and a negative supply line at one point each. The amplifier circuit picks up an interference signal at each point and sends a corresponding correction signal. The device for suppressing interference signals is designed for symmetrical voltage sources. The disadvantage of the known method is that the network is not balanced, but the voltage source. This also has the disadvantage that existing network components have to be comprehensively adapted in the event of an asymmetry.

Aus der DE 10 2018 211 625 A1 ist eine Bordnetzanordnung mit einem HV-Energiespeicher, einem Hochvoltbordnetz, einen ersten und einen zweiten Isolationswiderstand bezüglich jeweils den Polen HV+ und HV- des HV-Energiespeichers und einer Symmetrieüberwachungseinrichtung mit einer Ausgleichsschaltung bekannt. Die Symmetrieüberwachungseinrichtung ist zum Überwachen der Symmetrie des Bordnetzes ist dazu ausgelegt, zu überprüfen, ob sich der erste Isolationswiderstand vom zweiten Isolationswiderstand um mehr als ein vorbestimmtes Maß unterscheidet und falls das vorbestimmte Maß überschritten wird, vorbestimmte Maßnahmen zur Symmetrierung des Bordnetzes auszulösen.From the DE 10 2018 211 625 A1 an electrical system arrangement with an HV energy store, a high-voltage electrical system, a first and a second insulation resistor with respect to the respective poles HV + and HV- of the HV energy store and a symmetry monitoring device with a compensation circuit is known. The symmetry monitoring device is designed to monitor the symmetry of the vehicle electrical system is designed to check whether the first insulation resistance differs from the second insulation resistance by more than a predetermined amount and, if the predetermined amount is exceeded, triggering predetermined measures to balance the vehicle electrical system.

Da das Hochvoltbordnetz im Kraftfahrzeug als ein IT-Netz umgesetzt ist, ist es komplett galvanisch von der Fahrzeugmasse getrennt. Über parasitäre Widerstände in den Kabeln, HV-Verbrauchern und der Batterie ergeben sich jedoch oben genannte Verbindungen zwischen HV+/HV- und Fahrzeugmasse. Dies ist ein so genannter Isolationswiderstand Riso, der nur im Idealfall unendlich groß ist und in der Praxis aber einen signifikant geringen Wert annehmen kann. Da neben den Isolationswiderständen in jedem HV-Bordnetz ebenfalls so genannte Erdkapazitäten existieren, die zwischen den HV-Anschlüssen und der Fahrzeugmasse wirken, muss das HV-Bordnetz entsprechend von Normen ausgelegt werden. Wird beispielsweise in einem Fehlerfall die elektrische Fahrzeugmasse und ein HV-Kontakt des HV-Bordnetzes von einer Person berührt, können diese Kondensatoren über den Körper der Person entladen beziehungsweise umgeladen werden und somit zu einer Gefährdung führen. Um das Gefährdungspotential zu verringern, werden die Erdkapazitäten in Normengrenzwerten unterzogen. Dies hat eine Begrenzung der maximal zulässigen Gesamtkapazität in Abhängigkeit von der HV-Spannung im HV-Bordnetz zur Folge. Dies hat ebenfalls zur Folge, dass die Konzeption der HV-Bordnetze umfangreich und teuer wird, beispielsweise durch Verwenden von Drosselspulen.Since the high-voltage electrical system in the motor vehicle is implemented as an IT network, it is completely galvanically isolated from the vehicle ground. However, the above-mentioned connections between HV + / HV- and vehicle ground result from parasitic resistances in the cables, HV consumers and the battery. This is what is known as the Riso insulation resistance, which is only infinitely large in the ideal case and can, however, assume a significantly low value in practice. Since, in addition to the insulation resistances, there are also so-called ground capacitances in every HV on-board network, which act between the HV connections and the vehicle ground, the HV on-board network must be designed in accordance with standards. If, for example, the electrical vehicle ground and a HV contact of the HV on-board network are touched by a person in the event of a fault, these capacitors can be discharged or reloaded via the person's body and thus lead to a hazard. In order to reduce the risk potential, the earth capacities are subjected to standard limit values. This results in a limitation of the maximum permissible total capacity depending on the HV voltage in the HV vehicle electrical system. This also has the consequence that the design of the HV vehicle electrical system becomes extensive and expensive, for example through the use of choke coils.

Die Erfindung geht aus von der DE 10 2018 211 625 A1 , die eine Bordnetzsymmetrierung vorsieht, die an einen spezifischen Fahrzeugtyp angepasst werden kann.The invention is based on the DE 10 2018 211 625 A1 , which provides for on-board network balancing that can be adapted to a specific vehicle type.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug eine universell einsetzbare aktive Bordnetzsymmetrierung bereitzustellen.The invention is based on the object of providing a universally applicable active on-board network balancing in a motor vehicle.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass mittels einer aktiven Symmetrierung des HV-Bordnetzes eine aufwändige Beschränkung der Erdkapazitäten in der Konzeption und das Verwenden von Gleichtaktdrosseln ersetzt werden kann.The invention uses the knowledge that by means of an active balancing of the HV on-board network, a complex limitation of the ground capacitances in the design and the use of common-mode chokes can be replaced.

Durch die Erfindung ist eine Steuergerät für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Steuergerät umfasst dabei: zumindest einen Hochvolt-Steckeranschluss (HV-Steckeranschluss) für jeweils einen HV-Stecker, wobei im Steuergerät der jeweilige HV-Steckeranschluss mit zumindest einem HV-Strang Pole HV+ und HV- verbunden ist und ein Steuerblock zur Spannungsversorgung des Steuergerätes und ein Symmetrierblock zur aktiven Symmetrierung mit dem zumindest einen HV-Strang verbunden sind, wobei der Steuerblock in einem Versorgungsblock die Spannungsversorgung des Steuergeräts vornimmt und in einem Überwachungsblock den Symmetrierblock derart überwacht, um zu erkennen, ob im Symmetrierblock ein vorbestimmter Fehlerfall des Symmetrierblocks vorliegt oder nicht, und der Überwachungsblock den Symmetrierblock im Fehlerfall des Symmetrieblocks von dem zumindest einen HV-Strang trennt und/oder ein Widerstandselement zwischen dem Symmetrierblock und dem zumindest einen HV-Strang schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetrierblock zumindest eine Masseverbindung zu einem Massepotential des Kraftfahrzeugs aufweist, die Symmetrie der Pole HV+ und HV- des zumindest einen HV-Strangs gegen das Massepotential überwacht und bei einer vorbestimmten Unsymmetrie eine aktive Symmetrierung der Pole HV+ und HV- zum Massepotential vornimmt. Das Massepotential ist im Folgenden in der üblichen Weise auch als Fahrzeugmasse oder kurz Masse bezeichnet. Mit „aktiver Symmetrierung“ ist gemeint, dass das Symmetrieren durch aktives Schalten, d.h. durch zumindest einen Schaltvorgang, vorgenommen wird und bevorzugt nur bei Erkennen und/oder während des Vorliegens der vorbestimmten Unsymmetrie aktiviert ist. Eine mögliche Definition der Unsymmetrie ist die Angabe eines Schwellenwerts für einen betragsmäßigen Spannungsunterschied (Spannung Massepotential zu HV+ und Spannung Massepotential zu HV-). Bei Überschreiten des Schwellenwerts liegt dann eine Unsymmetrie vor.The invention provides a control unit for a motor vehicle. The control device comprises: at least one high-voltage plug connection (HV plug connection) for one HV plug each, with the respective HV plug connection in the control device being connected to at least one HV strand, poles HV + and HV-, and a control block for supplying voltage to the control device and a balancing block for active balancing are connected to the at least one HV line, the control block supplying voltage to the control device in a supply block and monitoring the balancing block in a monitoring block in order to recognize whether there is a predetermined error in the balancing block in the balancing block or not, and the monitoring block separates the balancing block from the at least one HV line in the event of a fault in the balancing block and / or switches a resistance element between the balancing block and the at least one HV line, characterized in that the balancing block has at least one ground connection to a ground Has otential of the motor vehicle, monitors the symmetry of the poles HV + and HV- of the at least one HV strand against the ground potential and, in the event of a predetermined asymmetry, actively balances the poles HV + and HV- with respect to the ground potential. The ground potential is also referred to below in the usual way as vehicle ground or ground for short. "Active balancing" means that balancing is carried out by active switching, i.e. by at least one switching process, and is preferably only activated when the predetermined asymmetry is detected and / or is present. A possible definition of the asymmetry is the specification of a threshold value for an amount of voltage difference (voltage ground potential to HV + and voltage ground potential to HV-). If the threshold value is exceeded, there is then an asymmetry.

Mit anderen Worten, das Steuergerät stellt mittels der Vorrichtung für das Steuergerät eine Symmetrierung des Bordnetzes in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltspannungsquelle zur Verfügung. Das Steuergerät umfasst dabei einen oder zwei oder mehr als zwei HV-Steckeranschlüsse für jeweils einen HV-Stecker beinhaltend zumindest eine Plus- und Minusleitung HV+ und HV-. Bei zumindest zwei HV-Steckeranschlüssen sind diese bevorzugt paarweise oder alternativ dazu in Sternschaltung miteinander über eine durchgehenden HV-Strangleitung miteinander verbunden. Dabei umfasst der durchgehende HV-Strang jeweils einen Plus- HV+ und einen Minusleiter HV-. Entsprechend sieht jeder der HV-Steckeranschlüsse einen Pluspol HV+ und einen Minuspol HV- vor. An diesen HV-Strang sind zwei Schaltungsblöcke angeschlossen, wobei der erste Block ein Steuerblock für den Bereich Spannungsversorgung des Steuergeräts ist und der zweite Block ein Symmetrierblock ist, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes durchführt.In other words, by means of the device for the control unit, the control unit provides a balancing of the on-board network in an electrically operated motor vehicle with a high-voltage voltage source. The control device comprises one or two or more than two HV plug connections for each one HV plug containing at least one plus and one minus line HV + and HV-. In the case of at least two HV plug connections, these are preferably connected to one another in pairs or alternatively in a star connection via a continuous HV string line. The continuous HV line includes a plus HV + and a minus HV- conductor. Accordingly, each of the HV plug connections provides a positive pole HV + and a negative pole HV-. Two circuit blocks are connected to this HV line, the first block being a control block for the voltage supply area of the control unit and the second block being a balancing block that actively balances the HV on-board network.

Der Steuerblock des Steuergerätes weist einen Versorgungsblock und einen Überwachungsblock auf. Der Versorgungsblock nimmt die Spannungsversorgung des Steuergeräts vor. Dies kann beispielsweise mittels einer Verbindung des Versorgungsblocks an eine vom HV-Bordnetz unabhängige Spannungsquelle erfolgen. Somit kann der Versorgungsblock an ein vom HV-Bordnetz verschiedenes Netz oder an einen Energiespeicher (z.B. eine Batterie) angeschlossen sein. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät autark von dem HV-Bordnetz arbeiten kann, von dem es die Symmetrierung aktiv vornehmen soll. Die Spannungsversorgung kann aber alternativ über das HV-Bordnetz mittels eines Spannungswandlers erfolgen.The control block of the control device has a supply block and a monitoring block. The supply block supplies the control unit with power. This can be done, for example, by connecting the supply block to a voltage source that is independent of the HV on-board network. Thus, the supply block can be connected to a network different from the HV on-board network or to an energy storage device (e.g. a battery). This has the advantage that the control unit can work independently of the HV on-board network, from which it is supposed to actively carry out the balancing. Alternatively, the voltage can be supplied via the HV on-board network by means of a voltage converter.

Der Überwachungsblock des Steuerblocks hat im Steuergerät die Aufgabe, den Symmetrierblock, der die aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vornimmt, zu überwachen, um zu erkennen, ob ein vorbestimmten Fehlerfall des Symmetrierblocks vorliegt, und im Fehlerfall den Symmetrierblock vom HV-Strang zu trennen und/oder einen Widerstand zwischen den Symmetrierblock und den HV-Strang zu schalten. Dies kann beispielsweise durch Ansteuern zumindest eines Schalters, der den Symmetrierblock mit dem HV-Strang verbindet, erfolgen. Dabei kann der jeweilige Schalter jeweils für den Plus-Leiter und den Minus-Leiter separat vorgesehen sein. Dabei werden jeweils der Plus-Leiter und der Minus-Leiter des HV-Strangs separat getrennt und/oder ein Widerstand zwischen diesen und den Symmetrierblock geschaltet. Die Erkennung des Fehlerfalls des Symmetrierblocks kann beispielsweise dahingehend erfolgen, dass der Überwachungsblock eine Abweichung der Potenzialdifferenzen HV+/Massepotenzial und HV-/Massepotenzial über einen Grenzwert erkennen kann, sodass auf eine Fehlfunktion des Symmetrierblocks, der eigentlich die Symmetrierung aktiv vornehmen sollte und diese Abweichung im bestimmungsmäßen Betrieb verhindern sollte, geschlossen werden kann.In the control unit, the monitoring block of the control block has the task of monitoring the balancing block, which actively balances the HV on-board network, in order to identify whether there is a predetermined error in the balancing block and, in the event of a fault, to separate the balancing block from the HV line / or to connect a resistor between the balancing block and the HV line. This can be done, for example, by controlling at least one switch that connects the balancing block to the HV branch. The respective switch can be provided separately for the positive conductor and the negative conductor. The plus conductor and the minus conductor of the HV line are separated separately and / or a resistor is connected between them and the balancing block. The detection of the error case of the balancing block can for example take place in such a way that the monitoring block can detect a deviation of the potential differences HV + / ground potential and HV- / ground potential above a limit value, so that a malfunction of the balancing block, which should actually be actively performing the balancing and this deviation in should prevent normal operation, can be closed.

Der Symmetrierblock weist zumindest eine Verbindung zum Massepotenzial des Kraftfahrzeugs auf und überwacht dabei die Symmetrie der Pole HV+ und HV- jeweils gegen das Massepotenzial des Kraftfahrzeugs. Wenn eine Unsymmeterie der Pole HV+ und HV- jeweils gegen das Massepotenzial durch den Symmetrierblock festgestellt wird, wird eine aktive Symmetrierung der Pole HV+ und HV- zum Massepotenzial durch den Symmetrierblock in der beschrieben Weise vorgenommen.The balancing block has at least one connection to the ground potential of the motor vehicle and monitors the symmetry of the poles HV + and HV- in each case with respect to the ground potential of the motor vehicle. If an asymmetry of the poles HV + and HV- against the ground potential is determined by the balancing block, an active balancing of the poles HV + and HV- with respect to the ground potential is carried out by the balancing block in the manner described.

Die beschriebene Anordnung der Komponenten des Steuergerätes hat den Vorteil, dass das Steuergerät „elektrisch transparent“ an einer beliebigen Stelle im HV-Bordnetz seriell aufgeschaltet werden kann und energetisch autark von dem HV-Bordnetz, das symmetriert werden soll, sein kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die durch eine eventuelle Unsymmetrie des HV-Bordnetzes im Störfall zur Gefahrenreduzierung eingesetzten Erdkapazitäten und Gleichtaktdrosseln nicht für extreme Unsymmetrien ausgelegt werden müssen. Durch die Zusammenfassung der Funktionen der Regelung mittels aktiver Symmetrierung des HV-Bordnetzes in einem separaten Steuergerät ergibt sich außerdem den Vorteil, dass das Steuergerät an einer auswählbaren Stelle innerhalb des HV-Bordnetzes eingesetzt und auch in einem Kraftfahrzeug nachgerüstet werden kann. Indem das Steuergerät autark mit Strom versorgt werden kann, ergibt sich ferner der Vorteil, dass das Steuergerät bei der Auslegung des HV-Bordnetzes eine weitere Sicherheitsebene als Rückfallebene im Fehlerfall aufweisen kann.The described arrangement of the components of the control device has the advantage that the control device can be connected in series at any point in the HV on-board network and can be energetically self-sufficient from the HV on-board network that is to be balanced. This has the advantage that the ground capacitances and common-mode chokes used to reduce risk in the event of a fault due to a possible asymmetry of the HV on-board network do not have to be designed for extreme asymmetries. By combining the control functions by actively balancing the HV on-board network in a separate control unit, there is also the advantage that the control unit can be used at a selectable point within the HV on-board network and can also be retrofitted in a motor vehicle. Since the control device can be supplied with electricity independently, there is also the advantage that the control device can have a further safety level as a fall-back level in the event of a fault when designing the HV on-board network.

Gegenüber der besagten Bordnetzanordnung aus der DE 10 2018 211 625 A1 hat der Gegenstand der Erfindung zum Unterschied, dass die Komponenten zur Symmetrieüberwachungseinrichtung und der dazugehörigen Ausgleichsschaltung unabhängig von einer spezifischen Kraftfahrzeugbordnetzarchitektur sind und somit an einer beliebigen Stelle innerhalb eines Hochvoltbordnetzes in unterschiedlichen Kraftfahrzeugbordnetzarchitekturen nachgerüstet werden können.Compared to the said electrical system arrangement from the DE 10 2018 211 625 A1 The subject of the invention differs in that the components for the symmetry monitoring device and the associated compensation circuit are independent of a specific vehicle electrical system architecture and can therefore be retrofitted at any point within a high-voltage electrical system in different vehicle electrical system architectures.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

In einer Ausführungsform sind zwei Hochvolt-Steckeranschlüsse, HV-Steckeranschlüsse, für jeweils einen HV-Stecker bereitgestellt, sodass sich das Steuergerät seriell in ein HV-Bordnetz auf zumindest einen Hochvolt-Strang, HV-Strang, schalten lässt und der zumindest eine HV-Strang durch das Steuergerät durchgeht. Die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse sind miteinander über eine durchgehenden HV-Strang miteinander verbunden. Dabei umfasst der durchgehende HV-Strang jeweils einen Plus- HV+ und einen Minusleiter HV-. An diesen HV-Strang sind in der beschriebenen Weise zwei Schaltungsblöcke angeschlossen, wobei der erste Block ein Steuerblock für den Bereich Spannungsversorgung des Steuergeräts ist und der zweite Block ein Symmetrierblock ist, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes durchführt. Da der HV-Strang durch das Gehäuse des Steuergerätes durchgeht, kann das Steuergerät damit elektrisch Transparent seriell in das HV-Bordnetz aufgeschaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät seriell an eine beliebige Stelle in ein HV-Bordnetz geschaltet werden kann.In one embodiment, two high-voltage plug connections, HV plug connections, are provided for one HV plug each, so that the control device can be connected in series to a HV on-board network on at least one high-voltage line, HV line, and the at least one HV- Line goes through the control unit. The at least two HV plug connections are connected to one another via a continuous HV line. The continuous HV line includes a plus HV + and a minus HV- conductor. Two circuit blocks are connected to this HV line in the manner described, the first block being a control block for the voltage supply area of the control unit and the second block being a balancing block that actively balances the HV on-board network. Since the HV line goes through the housing of the control unit, the control unit can be connected to the HV on-board network in an electrically transparent manner. This has the advantage that the control unit can be connected serially to any point in a HV on-board network.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse über zumindest zwei Stränge miteinander verbunden sind, wobei der erste Strang der HV-Strang mit den Polen HV+ und HV- ist und der zweite Strang ein Interlock-Strang ist. Mit anderen Worten, die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse werden über zumindest zwei verschiedene Stränge miteinander verbunden, sodass die zumindest zwei Stränge durch das Steuergerät durchgehen. Das Steuergerät kann, wie oben besagt, seriell und elektrisch transparent an eine beliebige Stelle des HV-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs aufgeschaltet werden. Dies erfolgt über die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse. Parallel zum dem HV-Strang verläuft ein zweiter Strang als Interlock-Strang, der als Interlock-Linie oder Pilotlinie dient. Der Interlock-Strang ist ein separater Strang von dem HV-Bordnetz und dient als separater Stromkreis zur Fehlerüberwachung der Steuergeräte in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise bei fehlerhaften Steckverbindungen, oder zur Fehlerlokalisierung. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindung der HV-Steckeranschlüsse mittels eines Interlock-Strangs, der Teil eines vom HV-Bordnetz unabhängigen Stromkreises ist, überwacht werden kann. Damit wird eine zusätzliche Sicherung des Steuergeräts sichergestellt.One embodiment provides that the at least two HV plug connections are connected to one another via at least two strings, the first strand being the HV strand with the poles HV + and HV- and the second strand being an interlock strand. In other words, the at least two HV plug connections are connected to one another via at least two different strings, so that the at least two strands go through the control device. As stated above, the control unit can be connected serially and electrically transparently to any point in the HV electrical system of a motor vehicle. This is done via the at least two HV plug connections. A second line runs parallel to the HV line as an interlock line, which serves as an interlock line or pilot line. The interlock line is a separate line from the HV on-board network and serves as a separate circuit for fault monitoring of the control units in a motor vehicle, for example in the event of faulty plug connections, or for fault localization. This has the advantage that the connection of the HV plug connections can be monitored by means of an interlock string that is part of a circuit that is independent of the HV vehicle electrical system. This ensures an additional safeguard for the control unit.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Steuergerät einen Block HV-Interlock, der über den Interlock-Strang verbunden ist, und/oder einen Diagnoseblock aufweist, die einen Fehlerfall des Steuergeräts signalisieren. Mit anderen Worten, das Steuergerät kann einen HV-Interlock und/oder eine Diagnoseblock aufweisen, die im Fehlerfall des Steuergeräts die HV-Spannung abschalten. Der Block HV-Interlock kann dabei über den Interlock-Strang als Sicherheitslinie verbunden sein. Der Diagnoseblock kann dabei mit dem Steuerblock, der eine Verbindung zu einem Bussystem aufweist, verbunden sein. Der Diagnoseblock kann dabei die gleichen Funktionen aufweisen wie der HV-Interlock Block. Jedoch wird der Diagnoseblock nicht über den Interlock-Strang geschaltet. Dies hat den Vorteil, dass eine Überwachung des Steuergeräts für einen Fehlerfall, beispielsweise bei einem Ausfall der Stromversorgung des Steuerblocks, über einen HV-Interlock über eine Sicherheitslinie und/oder einen Diagnoseblock erfolgen kann.One embodiment provides that the control device has an HV interlock block, which is connected via the interlock string, and / or a diagnostic block, which signal a fault in the control device. In other words, the control device can have an HV interlock and / or a diagnostic block which switch off the HV voltage in the event of a fault in the control device. The HV interlock block can be connected as a safety line via the interlock line. The diagnostic block can be connected to the control block, which has a connection to a bus system. The diagnostic block can have the same functions as the HV interlock block. However, the diagnostic block is not switched via the interlock line. This has the advantage that the control device can be monitored in the event of a fault, for example if the power supply fails of the control block, via an HV interlock via a safety line and / or a diagnostic block.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass in dem Überwachungsblock parametriert ist, welche Art von Fehlerfall des Steuergerätes den Block HV-Interlock veranlasst, geöffnet zu werden und/oder in einen Zwischenzustand mittels eines Widerstands geschaltet zu werden. Mit anderen Worten, der Überwachungsblock überwacht den Symmetrierblock, der die aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vornimmt. Stellt der Überwachungsblock einen Fehlerfall des Steuergeräts, wie beispielsweise einen Fehler in der Spannungsversorgung des Steuergerätes oder des Symmetrierblocks fest, so kann der Überwachungsblock veranlassen, den Block HV-Interlock zu öffnen und/oder in einen Zwischenzustand mittels eines Widerstands zu schalten. Das Schalten eines Widerstands (z.B. bei mehreren auswählbaren Widerständen) hat den Vorteil, dass mehrere Fehlerfälle des Steuergerätes unterschieden werden können, da der Block HV-Interlock in mehrere Zustände mittels des Überwachungsblocks geschaltet werden kann. Beispielsweise kann der Überwachungsblock einen schwerwiegenden Fehlerfall des Symmetrierblocks feststellen und den Block HV-Interlock veranlassen, den Interlock-Strang komplett zu öffnen, sodass die HV-Spannung abgeschaltet wird. Im Fall eines weniger schwerwiegenden Fehlers, der beispielsweise nach Normen berechtigt, dass das Steuergerät weiterlaufen darf, kann der Überwachungsblock den Block HV-Interlock veranlassen, einen Widerstand auf den Interlock-Strang zu schalten, sodass das Steuergerät aktiv bleibt und die HV-Spannung nicht abgeschaltet wird. Beispielsweise kann dies ein einphasiger Fehler auf einem Plus- oder Minusleiter des HV-Strangs sein. kann Jedoch kann im Fall eines weiteren Fehlers auf dem anderen Leiter des HV-Strangs die HV-Spannung abgeschaltet werden. So kann beispielsweise unterschieden werden, ob ein Fehlerfall auf dem HV+ oder HV- Leiter vorliegt.One embodiment provides that the monitoring block parameterizes which type of fault in the control device causes the HV interlock block to be opened and / or to be switched to an intermediate state by means of a resistor. In other words, the monitoring block monitors the balancing block that actively balances the HV on-board network. If the monitoring block detects an error in the control device, such as an error in the voltage supply of the control device or the balancing block, the monitoring block can cause the HV interlock to be opened and / or to switch to an intermediate state by means of a resistor. Switching a resistor (e.g. with several selectable resistors) has the advantage that several error cases of the control unit can be differentiated, since the block HV-Interlock can be switched into several states by means of the monitoring block. For example, the monitoring block can detect a serious fault in the balancing block and cause the HV interlock block to completely open the interlock string so that the HV voltage is switched off. In the case of a less serious error, which for example authorizes the control unit to continue running according to standards, the monitoring block can cause the HV interlock block to switch a resistor to the interlock string so that the control unit remains active and the HV voltage does not is switched off. For example, this can be a single-phase fault on a positive or negative conductor of the HV line. However, in the event of another fault on the other conductor of the HV line, the HV voltage can be switched off. For example, a distinction can be made as to whether there is a fault on the HV + or HV- conductor.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Steuergerät einen Kommunikationsanschluss für eine Verbindung mit einem Bussystem umfasst. Mit anderen Worten, der Steuerblock kann eine zusätzliche Verbindung zu einem Bussystem, wie beispielsweise ein CAN-Bus, des Kraftfahrzeugs aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät über den Steuerblock einen Informationsaustausch mit dem Kraftfahrzeug durchführen kann. Zusätzlich ergibt sich dadurch eine weitere Überwachung des Steuergeräts durch den Überwachungsblock, der im Fehlerfall des Symmetrierblocks ein Fehlersignal an das Bussystem über den Kommunikationsanschluss senden kann, sodass andere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs das entsprechende Fehlersignal empfangen und Maßnahmen einleiten können. Ferner ermöglicht der Kommunikationsanschluss an ein Bussystem einen redundanten Informationskanal zur Signalisierung eines Fehlers.One embodiment provides that the control device comprises a communication connection for a connection to a bus system. In other words, the control block can have an additional connection to a bus system, such as a CAN bus, of the motor vehicle. This has the advantage that the control unit can exchange information with the motor vehicle via the control block. In addition, this results in further monitoring of the control device by the monitoring block, which in the event of a fault in the balancing block can send an error signal to the bus system via the communication connection so that other control devices of the motor vehicle can receive the corresponding error signal and initiate measures. Furthermore, the communication connection to a bus system enables a redundant information channel for signaling an error.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Kommunikationsanschluss eine Stromversorgung für den Diagnoseblock zum Erkennen einer offenen HV-Leitung umfasst. Mit anderen Worten, der besagte Diagnoseblock, der weiter oben beschrieben wurde, hat die Aufgabe, eine Fehlerfall des Steuergeräts anstelle und/oder mit dem Block HV-Interlock über den Interlock-Strang zu signalisieren. Die Aufgabe des Diagnoseblocks ist daher, eine offene HV-Leitung zu erkennen. Mittels einer separaten Stromversorgung über eine entsprechende Verdrahtung, die über den Kommunikationsanschluss läuft, ist es möglich, das Steuergerät energetisch unabhängig von einer Stromversorgung des HV-Bordnetzes und/oder der Linie des Interlock-Strangs auszulegen. Damit kann ermöglicht werden, dass das Steuergerät eine redundante Stromversorgung aufweisen kann. Dies hat den Vorteil, dass eine weitere Sicherheitsebene für die Fehlerfallerkennung des Steuergeräts vorliegt.One embodiment provides that the communication connection comprises a power supply for the diagnostic block for detecting an open HV line. In other words, the said diagnostic block, which was described above, has the task of signaling a fault in the control unit instead of and / or with the HV interlock block via the interlock string. The task of the diagnostic block is therefore to detect an open HV line. By means of a separate power supply via corresponding wiring that runs via the communication connection, it is possible to design the control device energetically independently of a power supply of the HV on-board network and / or the line of the interlock line. This makes it possible for the control device to have a redundant power supply. This has the advantage that there is a further safety level for the error detection of the control device.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Überwachungsblock ausgelegt ist, in einem Fehlerfall eine den Fehler beschreibende Fehlernachricht an das Bussystem auszugeben. Mit anderen Worten, wenn der Überwachungsblock einen Fehler des Symmetrierblocks, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes feststellt, erkennt, kann der Fehler an das Bussystem über den Kommunikationsanschluss an das Kraftfahrzeug ausgegeben werden. Dies hat den Vorteil, dass Maßnahmen von anderen Steuergeräten entsprechend ihrer Spezifikation durchgeführt werden können. Dies hat weiter den Vorteil, dass dabei zusätzliche Sicherheitsebenen zusätzlich zum Interlock-Strang als Pilotlinie über den HV-Interlock eingeführt werden können.One embodiment provides that the monitoring block is designed to output an error message describing the error to the bus system in the event of an error. In other words, if the monitoring block detects an error in the balancing block, which detects an active balancing of the HV on-board network, the error can be output to the bus system via the communication connection to the motor vehicle. This has the advantage that measures can be carried out by other control units according to their specification. This has the further advantage that additional security levels can be introduced in addition to the interlock line as a pilot line via the HV interlock.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Steuergerät energiemäßig und kommunikationsmäßig autark arbeitet, insbesondere indem der Kommunikationsanschluss eine Schnittstelle zum Bussystem des Kraftfahrzeugs und eine von dem HV-Strang separate Spannungsversorgung zur Verfügung stellt. Mit anderen Worten, mittels mehrerer redundanter Stromversorgungen des Steuergeräts kann das Steuergerät mehrere Rückfallebenen für eine Stromversorgung für einen Fehlerfall aufweisen. Die Stromversorgung des Steuergerätes kann beispielsweise über den HV-Strang oder über eine Stromversorgung, die über den besagten Kommunikationsanschluss verdrahtet ist, erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät unabhängig von dem Zustand des HV-Bordnetzes arbeiten kann, dessen Symmetrierung es vornehmen soll. Ferner ist es möglich, das Steuergerät für Kraftfahrzeuge nachrüstbar auszulegen und im Nachhinein in das entsprechende Kraftfahrzeug einzubauen. Ferner hat das den Vorteil, dass das Steuergerät an einer beliebigen Stelle innerhalb des HV-Bordnetzes eingebaut und in einem Kraftfahrzeug nachgerüstet werden kann.One embodiment provides that the control device works autonomously in terms of energy and communication, in particular in that the communication connection provides an interface to the bus system of the motor vehicle and a voltage supply separate from the HV line. In other words, by means of several redundant power supplies of the control device, the control device can have several fall-back levels for a power supply in the event of a fault. The control device can be supplied with power via the HV line or via a power supply that is wired via said communication connection. This has the advantage that the control unit can work independently of the state of the HV on-board electrical system, the balancing of which it is to undertake. It is also possible to design the control unit for motor vehicles to be retrofittable and to install it in the corresponding motor vehicle afterwards. This also has the advantage that the control unit can be placed anywhere can be installed within the HV on-board network and retrofitted in a motor vehicle.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Gehäuse des Steuergeräts derart konstruiert ist, dass zumindest ein Stecker für die HV-Anschlüsse austauschbar oder variierbar ist. Mit anderen Worten, das Steuergerät weist zumindest zwei HV-Anschlüsse auf, von denen zumindest einer als Austauschteil z.B. mittels einer Schraubverbindung oder Klipsverbindung gehalten ist und damit nachträglich ausgetauscht werden kann. Dieser Anschluss kann derart konstruiert sein, dass verschiedene HV-Stecker an die HV-Anschlüsse jeweils steckbar sind. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät als Nachrüstlösung eingesetzt werden kann. Ferner hat das den Vorteil, dass das Steuergerät zwischen beliebigen HV-Verbrauchern innerhalb des HV-Bordnetzes eingebaut werden kann.One embodiment provides that a housing of the control device is constructed in such a way that at least one plug for the HV connections can be exchanged or varied. In other words, the control device has at least two HV connections, at least one of which is held as an exchange part, e.g. by means of a screw connection or clip connection, and can thus be exchanged at a later date. This connection can be constructed in such a way that different HV plugs can each be plugged into the HV connections. This has the advantage that the control unit can be used as a retrofit solution. This also has the advantage that the control device can be installed between any HV consumers within the HV on-board network.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Gehäuse des Steuergeräts zumindest einen HV-Anschluss aufweist, sodass der HV-Strang in das Gehäuse eindringt, und das Steuergerät parallel zu elektrischen Verbrauchern des HV-Bordnetzes in das HV-Bordnetz geschaltet werden kann. Mit anderen Worten, das Steuergerät kann an einem HV-Anschluss mit dem HV-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verbunden werden, sodass das Steuergerät parallel mit dem HV-Bordnetz verschaltet ist. Dabei ist es ausreichend, dass der HV-Strang, über den das Steuergerät an das HV-Bordnetz angeschlossen ist, in das Steuergerät eindringt. Falls das Steuergerät mehrere HV-Anschlüsse aufweist, können die unbenutzten HV-Anschlüsse mittels eines Blindsteckers jeweils abgeschlossen werden. Dies hat den Vorteil, dass eine parallele Verschaltung des Steuergeräts mit dem HV-Bordnetz über einen HV-Anschluss als Alternative zu einer seriellen Verschaltung besteht. Eine parallele Verschaltung des Steuergeräts mit dem HV-Bordnetz ist insbesondere vorteilhaft, wenn das HV-Bordnetz noch eine freie Anschlussstelle für das Anschließen eines Steuergerätes aufweist.One embodiment provides that the housing of the control device has at least one HV connection so that the HV strand penetrates the housing and the control device can be connected to the HV on-board network in parallel with electrical consumers of the HV on-board network. In other words, the control device can be connected to the HV on-board network of a motor vehicle at an HV connection, so that the control device is connected in parallel with the HV on-board network. It is sufficient that the HV line, via which the control unit is connected to the HV on-board network, penetrates the control unit. If the control unit has several HV connections, the unused HV connections can each be terminated with a dummy plug. This has the advantage that there is a parallel connection of the control device to the HV on-board network via an HV connection as an alternative to a serial connection. A parallel connection of the control device to the HV on-board network is particularly advantageous if the HV on-board network also has a free connection point for connecting a control device.

Die Erfindung sieht auch ein Kraftfahrzeug vor, das eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst. Mit anderen Worten ist ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung vorgesehen, die ein Steuergerät umfasst, das eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes des Kraftfahrzeugs vornehmen kann. Dies ist bevorzugt in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug der Fall, das eine HV-Batterie aufweist und in dem das HV-Bordnetz galvanisch von der Fahrzeugmasse getrennt ist. Damit kann das HV-Bordnetz durch mittels besagtem Steuergerät aktiv symmetriert werden.The invention also provides a motor vehicle comprising a device according to one of the preceding claims. In other words, a motor vehicle is provided with a device that includes a control device that can actively balance the HV electrical system of the motor vehicle. This is preferably the case in an electrically operated motor vehicle that has an HV battery and in which the HV on-board network is galvanically separated from the vehicle ground. This means that the HV on-board network can be actively balanced by means of the said control unit.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung des Einbaus der Vorrichtung für das Steuergerät innerhalb eines konventionellen HV-Bordnetzes; und
2 eine schematische Darstellung des Steuergeräts.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic representation of the installation of the device for the control unit within a conventional HV vehicle electrical system; and
2 a schematic representation of the control unit.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt eine Übersicht über ein Ersatzschaltbild eines konventionellen HV-Bordnetzes ohne Verbraucher, aber mit einem eingebauten Steuergerät 1 zur Bordnetzsymmetrierung. Eine HV-Batterie 3 wird dabei von Schutzschaltern 6 (hier bezeichnet als S_Bat,HV+ und S_Bat,HV-) von dem HV-Bordnetz 3 im Fehlerfall getrennt. Bezüglich der Fahrzeugmasse ergeben sich in dem HV-Bordnetz durch Isolationsmaterial und Luftstrecken Isolationswiderstände 5 bezüglich des jeweiligen Pols HV+ und HV- der HV-Batterie einerseits und dem Massepotenzial. Der jeweilige zu einem Pol gehörende Isolationswiderstand 5 ist jeweils als Isolationswiderstand R_iso,HV+ und R_iso,HV- im Ersatzschaltbild dargestellt. Erdkapazitäten 4, die in 1 als C_Y,HV+ und C_Y,HV-bezeichnet sind, werden mittels zweier Kapazitäten zu den jeweiligen Polen HV+ und HV- bezüglich der Fahrzeugmasse im Ersatzschaltbild dargestellt. Ein Isolationswächter 2 überwacht nun Symmetrieveränderungen der jeweiligen Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- bezüglich des Massepotenzials des Kraftfahrzeugs. Im Falle einer Abweichung über einen Grenzwert erfolgt die Aktivierung der Schutzschalter S_Bat,HV+ und/oder S_Bat,HV- zur Trennung der Batterie 3 von dem HV-Bordnetz. Der Isolationswächter 2 stellt dabei Abweichungen der Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,Hv- von vorbestimmten zulässigen Werteintervallen fest. 1 shows an overview of an equivalent circuit diagram of a conventional HV on-board network without consumers, but with a built-in control unit 1 for on-board network balancing. One HV battery 3 is used by circuit breakers 6th (here referred to as S _{Bat, HV +} and S _{Bat, HV-} ) from the HV on-board network 3 separated in the event of an error. With regard to the vehicle mass, there are insulation resistances in the HV on-board network due to insulation material and clearances 5 with regard to the respective pole HV + and HV- of the HV battery on the one hand and the ground potential. The insulation resistance associated with a pole 5 is shown as insulation resistance R _{iso, HV +} and R _{iso, HV-} in the equivalent circuit diagram. Earth capacities 4th , in the 1 as C _{Y, HV +} and C _{Y, HV-} are represented by means of two capacitances to the respective poles HV + and HV- with respect to the vehicle ground in the equivalent circuit diagram. An insulation monitor 2 now monitors changes in symmetry of the respective insulation resistances R _{iso, HV +} and R _{iso, HV-} with respect to the ground potential of the motor vehicle. In the event of a deviation above a limit value, the circuit breakers S _{Bat, HV +} and / or S _{Bat, HV- are activated} to disconnect the battery 3 from the HV on-board network. The insulation monitor 2 represents deviations in the insulation resistance R _{iso, HV +} and R _{iso, Hv-} of predetermined permissible value intervals.

Eine aktive Symmetrierung der Isolationswiderstände 5 wird dabei mittels des besagten Steuergeräts 1 vorgenommen. Das Steuergerät 1 ist zwischen den Polen HV+ und HV- der HV-Batterie 3 geschaltet. Das Steuergerät 1 weist eine Verbindung zur Massepotenzial auf. Das Steuergerät 1 schaltet dabei derart elektrische Widerstände bezüglich der Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- dementsprechend auf, sodass eine Symmetrie des HV-Bordnetzes bezüglich des Massepotenzials bereitgestellt werden kann. Dabei kann das Steuergerät 1 an einer beliebigen Stelle innerhalb des HV-Bordnetzes zwischen den HV-Verbrauchern geschaltet werden. Im Zusammenspiel zwischen dem Steuergerät 1 zur aktiven Symmetrierung und dem Isolationswächter 2 kann dabei zur Feststellung, ob die Werte der Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- in den vorbestimmten zulässigen Werteintervallen liegen, das Steuergerät 1 die aktive Symmetrierung in Zeitintervallen deaktivieren, in denen der Isolationswächter 2 aktiv ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die beiden Steuergeräte, das Steuergerät 1 und der Isolationswächter 2, nicht gegenseitig beeinflussen können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 1 eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes über einen Wechselzyklus vornimmt, sodass sich das Steuergerät 1 nach einer bestimmten Zeit innerhalb des Zyklus ausschaltet. Während der Inaktivität des Steuergeräts 1 ist der Isolationswächter 2 aktiv und misst eine Symmetrie des HV-Bordnetzes bezüglich der beiden Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- zum Massepotenzial. Damit kann unterschieden werden, ob in dem HV-Bordnetz ein tatsächlicher Symmetriefehler, beispielsweise in Folge eines Versatzes des Massepotenzials, vorliegt.Active balancing of the insulation resistances 5 is done by means of the said control unit 1 performed. The control unit 1 is between the poles HV + and HV- of the HV battery 3 switched. The control unit 1 has a connection to the ground potential. The control unit 1 switches on electrical resistances with respect to the insulation resistances R _{iso, HV +} and R _{iso, HV-} accordingly, so that a symmetry of the HV on-board network with respect to the ground potential can be provided. The control unit can 1 can be switched at any point within the HV on-board network between the HV consumers. In the interaction between the control unit 1 for active balancing and the insulation monitor 2 the control unit can thereby determine whether the values of the insulation resistances R _{iso, HV +} and R _{iso, HV- are} within the predetermined permissible value intervals 1 deactivate the active balancing in time intervals in which the insulation monitor 2 is active. This has the advantage that the two control units, the control unit 1 and the insulation monitor 2 , cannot influence each other. For example, it can be provided that the control device 1 actively balances the HV on-board network via a change cycle so that the control unit 1 switches off after a certain time within the cycle. During the inactivity of the control unit 1 is the insulation monitor 2 active and measures a symmetry of the HV on-board network with regard to the two insulation resistances R _{iso, HV +} and R _{iso, HV-} to the ground potential. This enables a distinction to be made as to whether there is an actual symmetry error in the HV vehicle electrical system, for example as a result of an offset in the ground potential.

2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Steuergeräts 1. Das Steuergerät weist dabei drei Blöcke auf: den Steuerblock 10 mit einem Versorgungsblock 11 und einem Überwachungsblock 12. Das Steuergerät 1 weist ferner einen Symmetrierblock 13 auf, der eine aktive Symmetrierung des Bordnetzes vornimmt. Zur Überwachung des Steuergeräts 1 gibt es noch einen zusätzlichen Block HV-Interlock 7. Der Steuerblock 10 ist dabei mit dem Block HV-Interlock 7 verbunden. Außerdem ist der Steuerblock 10 mit dem Symmetrierblock 13 verbunden. Das Steuergerät 1 weist einen durchgehenden HV-Strang 16 auf, der über zwei Leitungen für jeweils den Pol HV+ und HVverfügt. Das hat den Vorteil, dass das Steuergerät 1 an einer beliebigen Stelle des HV-Bordnetzes eingebracht werden kann. 2 shows a possible embodiment of the control unit 1 . The control unit has three blocks: the control block 10 with a supply block 11 and a monitoring block 12th . The control unit 1 also has a balun block 13th on, which carries out an active balancing of the on-board network. For monitoring the control unit 1 there is an additional block HV interlock 7th . The control block 10 is with the block HV interlock 7th connected. Also is the control block 10 with the balancing block 13th connected. The control unit 1 has a continuous HV line 16 which has two lines for each pole HV + and HV. This has the advantage that the control unit 1 can be introduced at any point in the HV on-board network.

Der Steuerblock 10 und der Symmetrierblock 13 sind dabei direkt mit den beiden Leitungen für jeweils den Pol HV+ und HV- des HV-Strangs 16 verbunden. Dies kann einerseits dazu führen, dass der Steuerblock 10 von dem HV-Strang 16 eine Strom- und Spannungsversorgung erhält, die über den Versorgungsblock 11 geregelt wird. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Versorgungsblock 11 einen Kommunikationsanschluss 15 mit einer separaten Stromversorgung über den Kommunikationsanschluss 15 aufweisen. Der Kommunikationsanschluss 15 kann dabei eine Verbindung zu einem Fahrzeug-Bussystem sein, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle. Zusätzlich kann der Versorgungsblock 11 noch einen weiteren Anschluss für eine externe Stromversorgung unabhängig von dem HV-Strang 16 aufweisen, beispielsweise aus einem andern elektrischen Netz oder aus einem Energiespeicher. Der Energiespeicher kann auch im Steuergerät 1 integriert sein. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät 1 über mehrere Versorgungsebenen verfügen kann und dabei eine Rückfallebene im Fehlerfall innerhalb des HV-Bordnetzes bereitgestellt werden kann. Der Überwachungsblock 12 überwacht dabei die Funktion des Steuergeräts 1.The control block 10 and the balun block 13th are directly connected to the two lines for each of the HV + and HV- poles of the HV line 16 connected. On the one hand, this can lead to the control block 10 from the HV line 16 receives a current and voltage supply via the supply block 11 is regulated. Alternatively and / or additionally, the supply block 11 a communication port 15th with a separate power supply via the communication port 15th exhibit. The communication port 15th can be a connection to a vehicle bus system, for example a CAN interface. In addition, the supply block 11 Another connection for an external power supply independent of the HV line 16 have, for example from another electrical network or from an energy store. The energy storage can also be in the control unit 1 be integrated. This has the advantage that the control unit 1 can have several supply levels and a fallback level can be provided in the event of a fault within the HV on-board network. The monitoring block 12th monitors the function of the control unit 1 .

Das Steuergerät 1 hat jeweils eine Schnittstelle zwischen dem Überwachungsblocks 12 und dem Block HV-Interlock 7 und eine Schnittstelle zwischen dem Symmetrierblock 13 für die Überwachungs- und Steuertätigkeit des Überwachungsblocks 12. Der Überwachungsblock 12 überwacht den Symmetrierblock 13, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vornimmt. Stellt der Überwachungsblock 12 einen Fehler des Überwachungsblocks 13 fest, so kann dieser einen Schalter 14 aktivieren, der je nach Leitung für den Pol HV+ und HV- des HV-Strangs 16 den Überwachungsblock 13 von dem HV-Strang 16 trennt und/oder einen Widerstand zwischen dem Symmetrierblock 13 und dem HV-Strang 16 schaltet. Ferner kann der Überwachungsblock einen Fehler über den Block HV-Interlock 7 ausgeben, sodass eine Fehlermeldung durch den Block HV-Interlock 7 erfolgen kann. Der Block HV-Interlock 7 liegt dabei auf einer separaten Strang, dem Interlock-Strang 9, der elektrisch unabhängig von dem HV-Strang 16 ist. Zugleich ist der Block HV-Interlock 7 über den gleichen Stecker mit dem HV-Bordnetz oder kurz HV-Netz und den anderen Steuergeräten verbunden wie der HV-Strang 16, sodass der Interlock-Strang 9 als Sicherheitsleitung oder Pilotlinie dienen kann.The control unit 1 each has an interface between the monitoring blocks 12th and the block HV interlock 7th and an interface between the balun block 13th for the monitoring and control activities of the monitoring block 12th . The monitoring block 12th monitors the balancing block 13th that actively balances the HV on-board network. Provides the monitoring block 12th an error in the monitoring block 13th fixed, this can be a switch 14th Activate the one for the HV + and HV- pole of the HV line, depending on the line 16 the monitoring block 13th from the HV line 16 separates and / or a resistor between the balun block 13th and the HV line 16 switches. The monitoring block can also detect an error via the HV interlock block 7th output so that an error message is issued by the HV-Interlock 7th can be done. The HV interlock block 7th lies on a separate line, the interlock line 9 that is electrically independent of the HV line 16 is. At the same time, the block is the HV interlock 7th Connected to the HV on-board network, or HV network for short, and the other control units via the same plug as the HV line 16 so that the interlock strand 9 can serve as a safety line or pilot line.

Zusätzlich kann der Überwachungsblock eine Fehlermeldung auch über die Kommunikationsanschluss 15, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle, an das Fahrzeug ausgeben. Der Symmetrierblock 13 nimmt eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vor. Zur Überwachung der Symmetrierung ist dabei der Symmetrierblock 13 mit einer Verbindung zum Massepontenzial 17 versehen, die sich auf das Massepotenzial des Kraftfahrzeugs bezieht wie die Isolationswiderstände 5.In addition, the monitoring block can also send an error message via the communication port 15th output to the vehicle, for example a CAN interface. The balancing block 13th actively balances the HV on-board network. The balancing block is used to monitor the balancing 13th with a connection to the ground potential 17th provided, which relates to the ground potential of the motor vehicle like the insulation resistances 5 .

Mittels des Steuergeräts 1 kann eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes im Kraftfahrzeug erfolgen. Für eine sicher Funktionsweise weist dabei das Steuergerät 1 mehrere Stromversorgungen und Überwachungen der fehlerfreien Funktion des Steuergeräts 1 auf. So wird einerseits die Stromversorgung über das HV-Bordnetz über eine separate Stromversorgung und/oder über einen Kommunikationsanschluss 15 zur Verfügung gestellt. Über eine Sicherheitslinie wacht ein Block HV-Interlock 7, der im Fehlerfall eine Fehlermeldung an das Kraftfahrzeug ausgibt. Im Fehlerfall schaltet der Block HV-Interlock 7 das Steuergerät 1 ab. Wird die aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes 16 unterbrochen, so kann eine Abweichung von der Symmetrierung mittels des Isolationswächters 2 festgestellt werden und eine Trennung der HV-Batterie 3 über die Schutzschalter 6 erfolgen.Using the control unit 1 an active balancing of the HV on-board network in the motor vehicle can take place. The control unit has 1 several power supplies and monitoring of the error-free function of the control unit 1 on. On the one hand, the power supply is supplied via the HV on-board network via a separate power supply and / or via a communication connection 15th made available. A block HV interlock watches over a safety line 7th , which outputs an error message to the motor vehicle in the event of an error. In the event of a fault, the HV interlock block switches 7th the control unit 1 away. Is the active balancing of the HV on-board network 16 interrupted, a deviation from the balancing by means of the insulation monitor can occur 2 and a disconnection of the HV battery 3 over the circuit breaker 6th respectively.

Das HV-Bordnetz eines Fahrzeugs mit e-Antrieb besteht mindestens aus einer HV-Batterie mit Batterieschütz und HV-Verbraucher. Beispielsweise kann der HV-Verbraucher ein Pulswechselrichter sein. In der Regel ist das HV-Bordnetz als IT Netz umgesetzt und somit komplett galvanisch getrennt von der Fahrzeugmasse. Über parasitäre Widerstände in den Kabeln, HV-Verbrauchern, Batterie et cetera ergibt sich jedoch eine hochimpedante Verbindung zwischen HV+ beziehungsweise HV- und Fahrzeugmasse, der sogenannte Isolationswiderstand Riso. Solange dieser Widerstand hochohmig (im Megaohm-Bereich) ist, besteht keine Gefährdung. Grenzwerte sind zum Beispiel in Normen, wie beispielsweise der werkseigenen Norm VW80303 der Volkswagen AG (R), spezifiziert. Aus Sicherheitsgründen wird mittels eines Isolationswächters dieser Isolationswiderstand permanent überwacht. Bei Unterschreitung eines definierten Schwellenwertes wird eine Warnung generiert und je nach Betriebszustand das HV-Bordnetz von der Batterie über die Batterieschütze S_Bat abgetrennt und ein sicherer Zustand hergestellt. In einem HV-Bordenetz kann damit beispielsweise ein Masseversatz bezüglich der Pole HV+ beziehungsweise HV- gemessen werden. Dies erfolgt mittels eines Isolationswächters.The HV on-board network of a vehicle with e-drive consists of at least one HV battery with battery contactor and HV consumer. For example, the HV consumer can be a pulse-controlled inverter. As a rule, the HV on-board network is implemented as an IT network and is therefore completely galvanically separated from the vehicle ground. However, parasitic resistances in the cables, HV consumers, batteries, etc. result in a high-impedance connection between HV + or HV- and vehicle ground, the so-called Riso insulation resistance. As long as this resistance is high (in the megaohm range), there is no risk. Limit values are, for example, in standards such as the company's own Standard VW80303 of Volkswagen AG (R). For safety reasons, this insulation resistance is permanently monitored by means of an insulation monitor. If a defined threshold value is not reached, a warning is generated and, depending on the operating _{status, the HV on-board network is disconnected from the battery via the battery contactors S Bat} and a safe status is established. In a HV board network, for example, a ground offset with respect to the poles HV + or HV- can be measured. This is done by means of an insulation monitor.

Neben den Isolationswiderständen existieren in jedem HV-Bordnetz so genannte Erdkapazitäten (C_Y), die Zwischen den HV-Anschlüssen und der Fahrzeugmasse liegen. Diese ergeben sich durch parasitäre Effekte (zum Beispiel Kabelschirm) und werden sogar bewusst eingebaut, um das EMV-Verhalten zu verbessern.In addition to the insulation resistances, there are so-called earth capacitances (C _Y ) in every HV on-board network, which lie between the HV connections and the vehicle ground. These result from parasitic effects (e.g. cable shielding) and are even deliberately installed in order to improve the EMC behavior.

Nach der Formel E = ½*C*U² ist in diesen Kondensatoren bei einer anliegender Spannung U eine Energie gespeichert. Wird nun von einer Person ein HV-Kontakt und die Fahrzeugmasse gleichzeitig berührt, werden diese Kondensatoren über den Körper entladen beziehungsweise umgeladen und können somit zu einer Gefährdung führen. Um das Gefährdungspotential gering zu halten, existieren in unterschiedlichen Normen Grenzwerte für die maximal erlaubte wirksame Energie in den Kondensatoren. Beispielsweise schreibt die Norm VW80303 maximal 0,2 Joule vor. Dies hat direkt eine Begrenzung der maximal zulässigen Gesamtkapazität C_Y in Abhängigkeit von der HV-Spannung zur Folge. Da von einem symmetrischen HV-Bordnetz nicht ausgegangen werden kann, sprich die Spannung HV+ gegen Erde und HV- gegen Erde sind nicht gleich der halben HV-Spannung, muss der schlimmste Fall angenommen werden. Dieser tritt ein, wenn die Spannung eines HV-Pols gemessen gegen Erde nahezu der HV-Spannung entspricht. Dies kann unter anderem durch Schmutzwiderstände oder Leckströme über die Lebensdauer auftreten.According to the formula E = ½ * C * U ² , energy is stored in these capacitors when a voltage U is applied. If a person touches a HV contact and the vehicle ground at the same time, these capacitors are discharged or reloaded via the body and can thus lead to a hazard. In order to keep the hazard potential low, limit values exist in different standards for the maximum permitted effective energy in the capacitors. For example, the VW80303 standard prescribes a maximum of 0.2 joules. This has the direct consequence of limiting the maximum permissible total capacitance C _Y as a function of the HV voltage. Since a symmetrical HV vehicle electrical system cannot be assumed, i.e. the voltage HV + to earth and HV- to earth are not equal to half the HV voltage, the worst case must be assumed. This occurs when the voltage of an HV pole, measured against earth, almost corresponds to the HV voltage. This can occur through dirt resistance or leakage currents over the service life, among other things.

Zusätzlich existieren Isolationswächter, die bewusst das HV-Netz periodisch unsymmetrisch belasten, um die Isolationswiderstände zu ermitteln.In addition, there are insulation monitors that deliberately periodically load the HV network asymmetrically in order to determine the insulation resistance.

Durch die Berücksichtigung der maximal möglichen HV-Bordnetzunsymmetrie reduziert sich die maximal zulässige Erdkapazität C_Y drastisch auf die Hälfte. Dies hat zur Folge, dass für EMV Filter deutlich geringer Kapazitätswerte gewählt und durch deutlich teurere und größere Gleichtaktdrosseln ersetzt werden müssen. Vor allem im 800 Volt Bordenetz stellt diese eine Herausforderung dar, da dort bereits aufgrund der erhöhten Bordnetzspannung nur deutlich geringer C_Y Werte möglich sind.By taking into account the maximum possible HV on-board network asymmetry, the maximum permissible earth capacitance C _{Y is} drastically reduced by half. As a result, significantly lower capacitance values are selected for EMC filters and have to be replaced by significantly more expensive and larger common-mode chokes. This poses a challenge, especially in the 800 volt on-board network, since only significantly lower C _Y values are possible there due to the increased on-board network voltage.

Insgesamt führt dies dazu, dass in allen HV-Komponenten die C_Y Werte der EMV Filter beschränkt werden müssen, um die Grenzwerte einzuhalten. Die somit notwendigen Gleichtaktdrosseln in den einzelnen Komponenten haben einen größeren Bauraumbedarf sowie deutlich höhere Teilekosten zur Folgen. Des Weiteren muss bei der Hardware-Auslegung darauf geachtet werden, dass die parasitären Erdkapazitäten bewusst gering gehalten und die Störaussendung mittels anderer Maßnahmen reduziert werden. Dies kompliziert den Aufbau der Komponenten und erhöht somit direkt die Teilekosten. Des Weiteren können sich aufgrund der Unsymmetrie auch andere Probleme ergeben, auf die hier nicht genauer eingegangen wird.Overall, this means that the C _Y values of the EMC filters must be limited in all HV components in order to comply with the limit values. The common-mode chokes that are required in the individual components require more installation space and result in significantly higher parts costs. Furthermore, when designing the hardware, it must be ensured that the parasitic earth capacitances are deliberately kept low and that the emitted interference is reduced by means of other measures. This complicates the structure of the components and thus directly increases the part costs. In addition, other problems can arise due to the asymmetry, which are not discussed in more detail here.

Die beschriebene Idee somit insgesamt vor, ein separates Steuergerät zur HV-Symmetrierung (HV-Sym) einzusetzen.The idea described thus overall suggests using a separate control unit for HV symmetrization (HV Sym).

Das Steuergerät „HV-Sym“ besitz zwei HV-Stecker, eine Buchse und einen Stecker, ähnlich einer Breakoutbox. Dadurch lässt sich das Steuergerät an einer beliebigen Stelle vor beziehungsweise nachgeschaltet zu einer HV-Komponente ins HV-Bordnetz integrieren. Dazu ist nur die passende HV-Schnittstelle notwendig. Denkbar wäre, das Gehäuse des Steuergerätes so zu konstruieren, dass die HV-Stecker einfach variiert werden können. Im Steuergerät HV-Sym wird die HV-Leitung aufgeteilt, in HV-Plus und HV-Minus sowie HV-Interlock (soweit dieser vorhanden ist).The "HV-Sym" control unit has two HV plugs, a socket and a plug, similar to a breakout box. This means that the control unit can be integrated into the HV on-board network at any point upstream or downstream of a HV component. All that is required is the appropriate HV interface. It would be conceivable that the housing of the To design the control unit in such a way that the HV connector can be varied easily. In the HV-Sym control unit, the HV line is divided into HV-Plus and HV-Minus as well as HV-Interlock (if this is available).

Der HV-Interlock wird einfach von dem einen Stecker auf den anderen Stecker gebrückt und ermöglicht somit weiterhin das Erkennen einer offenen HV-Leitung. Optional dazu kann über eine weitere Schaltung (Block HV-Interlock) im Fehlerfall des Steuergerätes HV-Sym, welcher durch seine interne Logik erkannt wird, der HV- Interlock zum Signalisieren des Fehlers verwendet werden. Der HV-Interlock kann in solch einem Fall entweder geöffnet, oder eine Art Zwischenzustand eingestellt werden, zum Beispiel als definierter Widerstand. Anhand dessen kann ein weiteres Steuergerät, welches den Interlock auswertet, einen Fehler des Steuergerätes HV-Sym detektieren. Welcher Fehler zu einem offenen Zustand oder zu zum Beispiel einem definierten Widerstand führt, kann in der Logik parametriert werden und hängt von der Kritikalität ab. Optional dazu, oder wenn kein HV-Interlock vorhanden ist, kann die Diagnose über einen separaten Signalstecker erfolgen. Dieser kann auch zur Versorgung aus 12 Volt und zur Ansteuerung verwendet werden, ist aber nicht zwingend notwendig. Die aktive Symmetrierung ist direkt mit dem HV-Potential verbunden. Optional kann diese über zwei Schalter weggeschalten werden. Die Symmetrierung überwacht die Symmetrie gegen Fahrzeugmasse. Dazu ist die Schaltung mit dem geerdeten Gehäuse verbunden, oder alternativ kann dazu der Kabelschirm verwendet werden. Wird das Bordnetz unsymmtrisch, kann mit Verfahren wie z.B. in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer DE 10 2018 211 625 A1 beschrieben, die Unsymmetrie ausgeglichen werden. Ist dies nicht möglich beziehungsweise unterschreitet der Isolationswiderstand einen bestimmten Wert, wird ein Fehler an die Logik weitergegeben.The HV interlock is simply bridged from one connector to the other, thus still enabling the detection of an open HV line. Optionally, in the event of a fault in the HV-Sym control device, which is recognized by its internal logic, the HV interlock can be used to signal the fault via a further circuit (block HV-Interlock). In such a case, the HV interlock can either be opened or a kind of intermediate state can be set, for example as a defined resistance. On the basis of this, another control unit, which evaluates the interlock, can detect a fault in the HV-Sym control unit. Which error leads to an open state or to a defined resistance, for example, can be parameterized in the logic and depends on the criticality. Optionally, or if there is no HV interlock, the diagnosis can be carried out via a separate signal connector. This can also be used to supply 12 volts and for control, but is not absolutely necessary. The active balancing is directly connected to the HV potential. Optionally, this can be switched off using two switches. The symmetry monitors the symmetry with respect to the vehicle mass. For this purpose, the circuit is connected to the earthed housing, or alternatively the cable shield can be used for this. If the on-board network becomes asymmetrical, methods such as those in the published German patent application with the publication number DE 10 2018 211 625 A1 described, the asymmetry can be compensated. If this is not possible or if the insulation resistance falls below a certain value, an error is passed on to the logic.

Der Block Spannungsversorgung und Logik wird direkt mit den HV-Kontakten verbunden und stellt die Spannungsversorgung über die Logikböcke sowie die aktive Symmetrierung sicher. Detektiert die Logik einen Fehler in der Symmetrierung, wird diese sofort vom HV-Netz über zum Beispiel Relais, abgetrennt oder zumindest hochohmig weggeschalten. In Abhängigkeit vom Fehler wird dann von der Logik der HV-Interlock manipuliert beziehungsweise bei optionalen LV-Steckern der Fehler über den CAN ausgegeben.The voltage supply and logic block is connected directly to the HV contacts and ensures the voltage supply via the logic blocks and active balancing. If the logic detects an error in the balancing, this is immediately disconnected from the HV network via, for example, relays, or at least switched off with high resistance. Depending on the error, the HV interlock is manipulated by the logic or, in the case of optional LV plugs, the error is output via the CAN.

Das vorhandene Bordnetz muss somit nicht angepasst werden. Das Steuergerät wird einfach zwischen zwei HV-Komponenten eingebaut. Eine Fehlersignalisierung kann im einfachsten Fall über den vorhandenen HV-Interlock erfolgen. Das Steuergerät arbeitet vollkommen autark. Ein Nachrüsten bei bereits bestehenden Fahrzeugen wäre ebenso möglich. Eine HV-Symmetrie ist somit ohne weitere Maßnahmen/Änderungen nach dem Einbauen gegeben.The existing on-board network therefore does not have to be adapted. The control unit is simply installed between two HV components. In the simplest case, error signaling can take place via the existing HV interlock. The control unit works completely independently. Retrofitting existing vehicles would also be possible. HV symmetry is therefore given without further measures / changes after installation.

Die Idee hat zum Gegenstand ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug umfassend: zumindest zwei Hochvolt (HV)-Steckeranschlüsse für jeweils einen HV-Stecker, sodass sich das Steuergerät seriell und elektrisch transparent in ein HV-Bordnetz aufschalten lässt, wobei im Steuergerät ein Steuerblock zur Spannungsversorgung des Steuergerätes und ein Symmetrierblock zur aktiven Symmetrierung mit zumindest einen durch das Steuergerät durchgehenden HV-Strang verbunden sind, wobei der Steuerblock in einem Versorgungsblock die Spannungsversorgung des Steuergeräts vornimmt und der Überwachungsblock den Symmetrierblock derart überwacht, um zu erkennen, ob im Symmetrierblock ein vorbestimmter Fehlerfall des Symmetrierblocks vorliegt oder nicht. Eine Fehlerüberwachung erfolgt auch über einen vom HV-Strang separaten Interlock. Das Steuergerät ist dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetrierblock zumindest eine Masseverbindung zum Kraftfahrzeug aufweist, die Symmetrie der Pole HV+ und HV- gegen ein Massepotenzial überwacht und bei einer Unsymmetrie eine aktive Symmetrierung der Pole HV+ und HV- zum Massepotenzial vornimmt.The idea is based on a control unit for a motor vehicle comprising: at least two high-voltage (HV) plug connections for one HV connector each, so that the control unit can be connected serially and electrically transparently to a HV on-board network, with a control block in the control unit for voltage supply of the control device and a balancing block for active balancing are connected to at least one HV strand running through the control device, the control block supplying the control device with voltage in a supply block and the monitoring block monitoring the balancing block in such a way as to detect whether there is a predetermined error in the balancing block of the balancing block is present or not. Error monitoring also takes place via an interlock that is separate from the HV line. The control unit is characterized in that the balancing block has at least one ground connection to the motor vehicle, monitors the symmetry of the poles HV + and HV- against a ground potential and, in the event of an asymmetry, actively balances the poles HV + and HV- with respect to the ground potential.

Insgesamt zeigen das Beispiel, wie eine Vorrichtung für ein Steuergerät zur aktiven Symmetrierung eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden kann.Overall, the example shows how a device for a control unit for the active balancing of an on-board network for a motor vehicle can be made available.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013210293 A1 [0002]
DE 102017010390 A1 [0003]
DE 102017102608 B3 [0004]
DE 102018211625 A1 [0005, 0007, 0017, 0050]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

Standard VW80303 [0042]

Claims

Control unit (1) for a motor vehicle, comprising: At least one high-voltage plug connection, HV plug connection (16), for one HV plug each, with at least one HV strand (8) having poles HV + and HV- in the control unit (1) and a control block (10) for supplying voltage to the control unit (1) and a balancing block (13) for active balancing are connected to the at least one HV line (8), the control block (10) supplying voltage to the control device (1) by means of a supply block (11) and by means of a monitoring block ( 12) monitors the balancing block (13) in order to recognize whether or not there is a predetermined error in the balancing block (13), and the monitoring block (12) separates the balancing block (13) from the at least one HV line (8) in the event of a fault in the balancing block (13) or switches a resistance element between the balancing block (13) and the at least one HV line (8), the balancing block (13) having at least one ground connection (17) to a ground potential of the motor vehicle, the symmetry of the poles HV + and HV- of the at least one HV strand (8) against the ground potential and, in the event of a predetermined asymmetry, an active balancing of the poles HV + and HV- to ground.

Control unit after Claim 1 , at least two HV plug connections (16) being provided for one HV plug each, which are connected inside the device through the at least one HV line (8) of the control device, so that the control device is serially connected to at least one outer HV line (8 ) of the HV on-board network can be switched.

Control unit after Claim 2 , the at least two HV plug connections (16) being connected to one another via at least two strands (8, 9), the first strand being the HV strand (8) with the poles HV + and HV- and the second strand being an interlock Strand (9) is.

Control unit after Claim 3 , wherein the control unit (1) has a block HV interlock (7) which is connected via the interlock line (9), and / or has a diagnostic block, each of which signals a fault in the control unit (1).

Control unit after Claim 4 The monitoring block (12) parameterizes which type of fault in the control unit (1) causes the HV interlock block (7) to be opened and / or to be switched to an intermediate state by means of a resistor.

Control device according to one of the preceding claims, wherein the control device (1) comprises a communication connection (15) for a connection to a bus system.

Control unit after Claim 6 wherein the communication connection (15) comprises a power supply for the diagnostic block for detecting an open HV line.

Control unit after Claim 6 or 7th , the monitoring block (12) being designed to output an error message describing the error to the bus system in the event of an error in the balancing block (13).

Control unit according to one of the Claims 6 until 8th , the control device (1) operating autonomously in terms of energy and communication, in particular in that the communication connection (15) provides an interface to the bus system of the motor vehicle and a voltage supply separate from the HV line (8).

Control device according to one of the preceding claims, wherein a housing of the control device (1) is constructed in such a way that at least one plug for the HV connections (16) can be exchanged.

Control unit according to one of the Claims 1 or 6th until 9 , wherein the housing of the control device (1) has at least one HV connection (16), so that the HV strand (8) is guided into the housing.

Motor vehicle having a control device according to one of the preceding claims.