-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vor einem Überstrom, wobei ein erstes Potential und ein zweites Potential des Bordnetzes ermittelt werden. Mit einer Überstromschutzeinrichtung des Bordnetzes wird ein elektrischer Strom zwischen dem ersten und dem zweiten Potential überwacht, und falls der elektrische Strom größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, dann wird eine Sicherung der Überstromschutzeinrichtung ausgelöst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bordnetz eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
-
Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen ein Bordnetz, insbesondere ein Hochvolt-Bordnetz auf. In dem Bordnetz befindet sich eine Vielzahl von elektrischen Leitungen, welche insbesondere hohe Spannungen aufweisen. Um diese Leitungen vor Überströmen schützen zu können, werden heutzutage Schmelzsicherungen eingesetzt. Dabei kann beispielsweise jede Leitung innerhalb des Bordnetzes eine eigene Sicherung aufweisen.
-
Beispielsweise können die Überströme direkt zwischen dem Bordnetzpotential auftreten. Ein anderer Fall ist, wenn ein niederohmiger Fehler zwischen dem Bordnetzpotential und der elektrischen Masse auftritt. Beim Eintreten dieser Überströme werden zum Schutz der Leitungen die jeweiligen Sicherungen ausgelöst. Dabei ist insbesondere ein Widerstand zwischen dem Bordnetzpotential und der elektrischen Masse klein genug, um den Auslösestrom der entsprechenden Sicherung zu tragen. Schmelzsicherungen sind verlustbehaftet, das heißt bei Strömen unterhalb der Auslöseschwelle entsteht Wärme durch die unvermeidbare Verlustleistung. Um beispielsweise einen Verteiler vor Überhitzung zu schützen, sowie die Auslösecharakteristik der Sicherung gewährleisten zu können, ist daher eine entsprechende Entwärmung vorzusehen. Insbesondere bei hermetisch verdichteten Gehäusen innerhalb des Bordnetzes ist diese Anforderung unter anderem mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden.
-
Die
DE 10 2018 004 149 A1 offenbart ein diagnosebasiertes Verfahren sowie ein Hochvolt-Bordnetz für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer Netzeinrichtung. Insbesondere kann mit diesem Verfahren eine Isolationswiderstandsbestimmung eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs durchgeführt werden.
-
Die
DE 10 2016 224 541 A1 betrifft ein Sicherheitsverfahren zur Verwendung in einem Hochvoltnetz eines Fahrzeugs mit Hochvoltkomponenten und eine entsprechende Sicherheitsvorrichtung zur Umsetzung eines derartigen Sicherheitsverfahrens. Um neben den bekannten Isolationsfehlern auch sogenannte sporadische bzw. dynamisch auftretende Isolationsfehler zu erkennen und zudem auch Anhaltspunkte zur zuverlässigeren und damit schneller durchführbaren Lokalisierung des Isolationsfehlers zu liefern, wird während des Betriebs des Fahrzeugs ein Isolationswächter zur Messung des jeweiligen Isolationswiderstandes verwendet.
-
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bordnetz besser vor einer thermischen Energie beziehungsweise vor thermischen Verlusten zu schützen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Bordnetz gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vor einem Überstrom, wobei ein erstes Potential und ein zweites Potential eines Bordnetzes ermittelt werden. Mit einer Überstromschutzeinrichtung des Bordnetzes wird ein elektrischer Strom zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential überwacht, und falls der elektrische Strom größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, dann wird eine Sicherung der Überstromschutzeinrichtung ausgelöst. Mit einer Messeinrichtung des Bordnetzes wird ein elektrischer Isolationswiderstand zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Potential und einem elektrischen Bezugspotential des elektrisch betriebenen Fahrzeugs ausgewertet, wobei, falls der ermittelte elektrische Isolationswiderstand kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, dann wird dieser als Fehler erkannt und eine Fehlerreaktion ausgelöst, um das Bordnetz vor einem Überstrom zu schützen.
-
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann das Bordnetz effektiver vor einem Überstrom geschützt werden. Insbesondere wird durch das Verfahren ein Überstrom zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Potential und dem elektrischen Bezugspotential des elektrisch betriebenen Fahrzeugs dahingehend bestimmt, dass dafür der elektrische Isolationswiderstand überwacht und ermittelt wird. Dadurch kann eine Reduzierung von elektromechanischen Sicherungen innerhalb des Bordnetzes reduziert werden. Insbesondere kann mit Hilfe der elektrischen Isolationswiderstandsbestimmung eine schnellere und genauere Messung durchgeführt und ausgewertet werden. Insbesondere benötigt jeder Komponentenanschluss innerhalb des Bordnetzes nur noch eine Sicherung zur Absicherung eines Überstroms zwischen dem ersten und dem zweiten Potential. Durch Reduzierung der Anzahl an Sicherungen können insbesondere Volumen, Kosten, Service-Kosten und Aufwand reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch die Verringerung der Sicherungen eine Reduzierung von Wärmeverlusten durch die Verlustleistungen der Sicherungen verringert werden kann. Besonders vorteilhaft ist der Aspekt, dass mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ca. 50% der Sicherungen innerhalb des Bordnetzes nicht mehr benötigt werden und weggelassen werden können.
-
Beispielsweise kann bei Leistungsverteilungen innerhalb des Bordnetzes für Hochvoltkomponenten eine entsprechende Bauraumreduzierung beziehungsweise eine Bauraumeinsparung durchgeführt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich um kompakte und komplexe Sicherungen handelt.
-
Bei dem elektrisch betriebenen Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-in-Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln. Bei dem ersten Potential handelt es sich insbesondere um ein Plus-Potential, und bei dem zweiten Potential handelt es sich insbesondere um ein Minus-Potential des Bordnetzes des elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
-
Bei der Überstromschutzeinrichtung handelt es sich insbesondere um eine elektrische Sicherung oder um eine OCP (Overcurrent Protection). Mit Hilfe der Überstromschutzeinrichtung des Bordnetzes kann ein elektrischer Stromkreis, wenn der elektrische Strom eine festgelegte Stromstärke über eine vorgegebene Zeit hinaus überschreitet, unterbrochen werden. Beispielsweise kann es sich bei der Überstromschutzeinrichtung um eine Schmelzsicherung oder um einen Leistungsschutzschalter oder um ein Sicherungssystem handeln.
-
Bei der Messeinrichtung kann es sich insbesondere um eine Isolationswiderstandsmesseinheit oder um einen Isolationswächter des Bordnetzes des elektrisch betriebenen Fahrzeugs handeln. Mit Hilfe der Messeinrichtung kann insbesondere ein Isolationszustand einer Isolation des Bordnetzes und/oder des elektrisch betriebenen Fahrzeugs überwacht werden. Insbesondere kann mit Hilfe der Messeinrichtung ein Isolationsfehler festgestellt werden. Mit Hilfe der Messeinrichtung kann der elektrische Isolationswiderstand zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Potential und dem elektrischen Bezugspotential, wie beispielsweise Erdpotential oder elektrische Masse, ermittelt und ausgewertet werden.
-
Beispielsweise kann mit Hilfe der Fehlerreaktion der entsprechende Isolationsfehler beziehungsweise der Überstrom aufgezeigt werden. Ebenso kann mit Hilfe der Fehlerreaktion ein entsprechender Warnhinweis oder ein Steuersignal generiert werden. Mit Hilfe der Fehlerreaktion können beispielsweise Gegenmaßnahmen oder Schutzmaßnahmen vorbereitet und/oder eingeleitet werden.
-
Insbesondere können durch die Verringerung der Anzahl der Sicherungen des Bordnetzes thermische Verluste und der damit verbundene Aufwand zur Entwärmung, wie beispielsweise eine aktive Kühlung, reduziert werden.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bordnetz eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Überstromschutzeinrichtung, einer Messeinrichtung und/oder einer Auswerteeinheit. Das Bordnetz ist insbesondere dazu ausgebildet, das Verfahren nach dem vorherigen Aspekt oder einer Weiterbildung davon durchzuführen. Insbesondere wird das vorhin geschilderte Verfahren mit dem soeben beschriebenen Bordnetz durchgeführt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
-
Die Figur zeigt beispielsweise ein Bordnetz 1 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Bei dem elektrisch betriebenen Fahrzeug kann es sich um ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-in-Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln. Bei dem Bordnetz 1 kann es sich ebenso beispielsweise um ein Hochvolt-Bordnetz des elektrisch betriebenen Fahrzeugs handeln. Das Bordnetz 1 weist beispielsweise einen Stromverteiler 2 beziehungsweise eine elektrische Energiequelle auf. Mit Hilfe des Stromverteilers 2 können die verschiedensten Fahrzeugkomponenten 3 mit Strom versorgt werden. Bei der Fahrzeugkomponente 3 handelt es sich insbesondere um eine elektrische Last. Bei der Fahrzeugkomponente 3 kann es sich um eine beliebige Komponente und/oder ein System des elektrisch betriebenen Fahrzeugs beziehungsweise des Bordnetzes 1 handeln.
-
Der Stromverteiler 2 ist über eine elektrische Leitung 4 mit der Fahrzeugkomponente 3 verbunden. An dem Anschluss der elektrischen Leitung 4 innerhalb des Stromverteilers 2 befindet sich an einem Einzelleiter der elektrischen Leitung 4 eine Sicherung S1. Es können weitere Leitungen mit weiteren Sicherungen, wie beispielsweise einer zweiten Sicherung S2, an den Stromverteiler 2 angeschlossen werden.
-
Beispielsweise handelt es sich bei der Sicherung S1 um eine Schmelzsicherung. Mit Hilfe der Schmelzsicherung kann die elektrische Verbindung, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet, unterbrochen werden.
-
Insbesondere wird dafür gesorgt, dass das Bordnetz 1 vor einem Überstrom geschützt ist.
-
Beispielsweise wird ein erstes Potential HV+ und ein zweites HV- des Bordnetzes 1 ermittelt. Dies kann beispielsweise über eine Spannungsmessung durchgeführt werden. Mit einer Überstromschutzeinrichtung 5 des Bordnetzes 1 kann ein elektrischer Strom zwischen dem ersten und dem zweiten Potential HV+ , HV- überwacht werden. Insbesondere wird der elektrische Strom dabei gemessen beziehungsweise ermittelt. Sollte der elektrische Strom größer als ein vorgegebener Grenzwert sein, dann wird die Sicherung S1 der Überstromschutzeinrichtung 5 ausgelöst. Insbesondere wird die Sicherung S1, welche als Schmelzsicherung ausgebildet ist, bei einem auftretenden Überstrom automatisch ausgelöst, so dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Potential HV+ und dem zweiten Potential HV- unterbrochen ist. Insbesondere wird mit Hilfe der Sicherung S1 auch die elektrische Leitung zwischen dem Stromverteiler 2 und der Fahrzeugkomponente 3 unterbrochen.
-
Um zu überprüfen, ob zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Potential HV+ , HV- und einem Bezugspotential PE ein niederohmiger Fehler, ein Isolationsfehler oder ein Überstrom vorliegt, wird anstelle einer zusätzlichen Sicherung ein elektrischer Isolationswiderstand bestimmt. Mit Hilfe einer Messeinrichtung 6 des Bordnetzes 1 kann der elektrische Isolationswiderstand zwischen dem ersten und dem zweiten Potential HV+ , HV- und dem elektrischen Bezugspotential PE des elektrisch betriebenen Fahrzeugs ausgewertet. Insbesondere wird dabei der elektrische Isolationswiderstand ermittelt beziehungsweise gemessen. Insbesondere erfolgen die Auswertung und insbesondere die Erfassung des elektrischen Isolationswiderstandes zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Potential HV+ , HV- und dem elektrischen Bezugspotential PE des elektrisch betriebenen Fahrzeugs kontinuierlich und insbesondere automatisch. Beispielsweise kann mit Hilfe einer Auswerteeinheit und/oder der Messeinrichtung 6 der ermittelte beziehungsweise ausgewertete elektrische Isolationswiderstand analysiert werden.
-
Falls der elektrische Isolationswiderstand kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, dann wird dies als Fehler erkannt und eine Fehlerreaktion ausgelöst, um das Bordnetz 1 vor einem Überstrom zu schützen. Insbesondere wird der ausgewertete elektrische Isolationswiderstand mit gesetzlich vorgegebenen Isolationsgrenzwerten verglichen.
-
Bei den gesetzlich vorgegebenen Grenzwerten kann der Grenzwert der Isolation auf größer 80 kΩ vorgegeben sein. Durch die Überwachung des elektrischen Isolationswiderstands mit Hilfe der Messeinrichtung 6 kann ein niedrigerer Isolationswiderstand größer 87 Ω detektiert werden. Somit kann eine schnellere und effektivere Reaktion auf einen möglichen auftretenden Überstrom beziehungsweise einen niederohmigen Fehlerinhalt des Bordnetzes 1 reagiert werden. Insbesondere kann mit Hilfe der ausgelösten Fehlerreaktion ein Steuersignal und/oder ein Warnsignal generiert werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der ausgelösten Fehlerreaktion das Bordnetz 1 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs automatisch und insbesondere sofort abgeschaltet werden. Dadurch können Schädigungen am Bordnetz 1 und/oder an Komponenten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs vermieden werden.
-
Beispielsweise kann es sich bei der Messeinrichtung 6 um einen Isolationswächter des Bordnetzes 1 und/oder des elektrisch betriebenen Fahrzeugs handeln. Beispielsweise besitzt beziehungsweise ist der gesetzlich vorgeschriebene Isolationswiderstand nach der ECE R-100 auf 500 Ω pro Volt beziehungsweise 100 Ω pro Volt festgelegt. Der Isolationswächter kann bei einer typischen Reaktion auf einen Isolationsfehler diesen als Fehler anzeigen und insbesondere ein Wiedereinschalten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs und/oder des Bordnetzes 1 verhindern.
-
Beispielsweise ist in der Figur mit dem Ausführungsbeispiel dargestellt, dass, wenn ein Isolationsfehler 7 auftritt, dies durch die Isolationswiderstandsbestimmung mit Hilfe der Messeinrichtung 6 detektiert wird.
-
Insbesondere kann der elektrische Isolationswiderstand mit Hilfe eines bipolaren Messverfahrens beziehungsweise einer Impedanzmessung zur Messung des Isolationswiderstands durchgeführt werden. Bei diesem Messverfahren besteht ein Zusammenhang des auftretenden Isolationswiderstands mit der Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit. Je kleiner der vorliegende Isolationswiderstand ist, desto schneller und genauer kann der Isolationswiderstand gemessen werden.
-
Im Folgenden werden Beispiele für den Stromverteiler 2 und die jeweiligen Leistungen und Verlustleistungen aufgezeigt. Beispielsweise kann der Stromverteiler 2 ein Brennstoffzellsystem sein. Dieses hat eine Leistung von ca. 350 kW und eine Verlustleistung von 200 Watt. Bei einem Batteriesystem ist eine Leistung von ca. 400 kW vorhanden und eine Verlustleistung von 260 Watt. Bei einem Antriebssystem liegt eine Leistung von ca. 650 kW vor und eine Verlustleistung von 350 Watt. Durch die vorgeschlagene Erfindung können die jeweiligen Verlustleistungen durch die Reduzierung von Sicherungen beziehungsweise Schmelzsicherungen auf die Hälfte reduziert werden.
-
Beispielsweise kann das Bordnetz 1 eine minimale Bordnetzspannung 520 Volt und eine maximale Bordnetzspannung von 800 Volt aufweisen. Dabei kann eine Schmelzsicherung im minimalsten Fall mit 6 Ampere verwendet werden. Dabei ist eine wirksame, gesetzliche Grenze der elektrischen Isolation mit 100 Ω pro Volt vorgegeben. Somit ergibt sich ein Grenzwert für den elektrischen Isolationswiderstand von 100 Ω pro Volt mal der maximalen Bordnetzspannung von 800 Volt. Somit ergibt sich der Grenzwert von 80 kΩ.
-
Sollte ein niedriger Isolationswiderstand (beispielsweise kleiner 87 Ω) vorliegen, so kann eine sofortige Abschaltung des Bordnetzes 1 durchgeführt werden. Beispielsweise kann der zu überwachende Isolationswiderstand weiter abgesenkt werden, wenn die Sicherung S1 mit höheren Werten beschränkt wird (beispielsweise größer 100 Ampere).
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bordnetz
- 2
- Stromverteiler
- 3
- Fahrzeugkomponente
- 4
- elektrische Leitung
- 5
- Überstromschutzeinrichtung
- 6
- Messeinrichtung
- 7
- Isolationsfehler
- HV+
- erstes Potential
- HV-
- zweites Potential
- PE
- Bezugspotential
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102018004149 A1 [0004]
- DE 102016224541 A1 [0005]
