DE102020207513A1

DE102020207513A1 - Verfahren zum Schutz vor hohen Berührspannungen durch ein Fahrzeughochvoltnetz

Info

Publication number: DE102020207513A1
Application number: DE102020207513.1A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfeilschifter; Michael Kunz
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Ein Verfahren zum Schutz vor hohen Berührspannungen durch ein Fahrzeughochvoltnetz sieht vor, dass ein Öffnungssignals, welches das Öffnen einer Motorhaube, einer Heckklappe, einer Fahrzeugtür, eines Fahrzeugdachs oder einer Tankklappe wiedergibt, erfasst wird. Es wird mindestens eine Schutzmaßnahme im Fahrzeughochvoltnetz ausgeführt, wenn das Öffnungssignal erfasst wurde.

Description

Es ist bekannt, zur Realisierung von hohen Traktionsleistungen in elektrischen Traktionsantrieben eines Fahrzeugs Betriebsspannungen im Hochvoltbereich zu verwenden. Hochvoltbereich bedeutet hierbei Nenn- oder Maximal-Betriebsspannungen von mehr als 60 V, insbesondere von mindestens 200 V, 400 V, oder 800 V. Diese Spannungen sind für den Menschen gefährlich, so dass für Fahrzeughochvoltnetze, d.h. Fahrzeugbordnetze im Hochvoltbereich, besondere Schutzvorrichtungen erforderlich sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine derartige Schutzvorrichtung vorzusehen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Weitere Ausführungsformen, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Es wird vorgeschlagen, als eine Schutzbarriere die Außenhaut eines Fahrzeugs derart auszugestalten, dass Schutzmaßnahmen gegen Hochvolt-Spannung getroffen werden, wenn ein Bereich dieser Außenhaut geöffnet wird. Eine geschlossene Außenhaut stellt eine Schutzbarriere gegen Berührung eines Hochvoltpotentials dar, da diese leitend ist und üblicherweise das gesamte Innere des Fahrzeugs umschließt und dadurch einen Zugriff auf ein Hochvoltpotential verhindert. Da innerhalb der Außenhaut des Fahrzeugs alle Flächen vorliegen, die potentiell Hochvoltspannung führen können, insbesondere Komponenten innerhalb eines inneren Hochvoltgehäuses, kann durch die Überwachung der Vollständigkeit dieser Zugriffsbarriere bzw. Schutzbarriere ein Schutzmechanismus vorgesehen werden. Wird etwa die Heckklappe oder eine Fahrzeugtür oder eine andere Klappe der Außenhaut geöffnet (oder wird dieses angewiesen), dann bedeutet dies eine Öffnung in der Außenhaut, so dass zum Schutz vor Hochvoltspannung, die innerhalb der Außenhaut vorliegt, eine (weitere, elektrische) Schutzmaßnahme veranlasst werden kann.
Es wird daher ein Verfahren zum Schutz vor hohen Berührspannungen vorgeschlagen, die in einem Fahrzeughochvoltnetz oder einem daran angeschlossenen Netz auftreten können. Die hohen Berührspannungen sind Hochvoltspannungen, insbesondere gegenüber Masse bzw. Chassis (bzw. der Außenhaut), die von Potentialen des Fahrzeughochvoltnetz vorgesehen werden, oder von diesen etwa bei Isolationsfehlern an ein angeschlossenes Bordnetz des Fahrzeugs weiteregegeben werden können. Das Fahrzeughochvoltnetz umfasst insbesondere einen elektrischen Hochvoltantrieb, insbesondere einen Hochvolt- Traktionsantrieb.
Verfahrensgemäß wird ein Öffnungssignal erfasst, welches das Öffnen einer Motorhaube, einer Heckklappe, einer Fahrzeugtür, eines Fahrzeugdachs oder einer Tankklappe wiedergibt. Als Öffnungssignal wird hierbei ein Signal verwendet, welches das tatsächliche Öffnen, ein mögliches Öffnen (aufgrund geöffneter Verriegelung) oder ein Befehl, das Öffnen durchzuführen, wiedergibt.
Als Reaktion auf das erfasste Öffnungssignal wird mindestens eine Schutzmaßnahme im Fahrzeughochvoltnetz durchgeführt. Im Folgenden sind Schutzmaßnahmen aufgeführt, die einzeln und auch in Kombination ausgeführt werden können. Die Schutzmaßnahme oder Schutzmaßnahmen werden von dem Öffnungssignal direkt oder indirekt (etwa nach Auswertung des Öffnungssignal) getriggert.
Als eine Schutzmaßnahme kann mindestens ein Cy-Kondensator eines EMV-Filters abgetrennt werden. Alternativ oder in Kombination hiermit wird dieser Kondensator entladen. Eine weitere Schutzmaßnahme ist es, einen Abschnitt des Fahrzeughochvoltnetzes abzutrennen. Alternativ oder in Kombination hiermit kann dieser Abschnitt entladen werden. Der Abschnitt weist hierbei mindestens einen Cy-Kondensator eines EMV-Filters und/oder eine (parasitäre Cy-Kapazität). Als Cy-Kapazität oder Cy-Kondensator wird ein Kondensator (als dezidiertes Bauelement) oder eine ggf. parasitäre Kapazität bezeichnet, die zwischen einem der Hochvoltpotentiale und dem Massepotential bzw. Chassispotential (insbesondere das Potential der Außenhaut) besteht. Derartige Kondensatoren werden etwa in einem EMV-Filter verwendet, der Störungen durch Schaltvorgänge in einem Inverter oder einem anderen Stromrichter (des Hochvoltnetzes) verringert. Als Abschnitt kann daher insbesondere ein Abschnitt mit einem Inverter verwendet werden, insbesondere ein Hochvoltinverter eines elektrischen Traktionsantriebs, und/oder ein Abschnitt mit einem Hochvoltgleichspannungswandler und/oder mit einer Hochvoltladevorrichtung zum Laden des Fahrzeugs mittels einer Ladestation.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass als Schutzmaßnahme der Cy-Kondensator des EMV-Filters über Symmetrierwiderstände entladen wird. Derartige können an eine Symmetriersteuerung angeschlossen sein und zusammen mit dieser eine Symmetrierschaltung bilden. Diese ist eingerichtet, die Hochvoltpotentiale gegenüber einem Massepotential, Chassispotential oder auch Außenhautpotential zu symmetrieren. Die Symmetriersteuerung bzw. die Symmetrierschaltung ist vorzugsweise eingerichtet sind, Potentiale gemäß Ansteuerung der Symmetriersteuerung (d.h. auf Veranlassung der Ansteuerung) zu symmetrieren. Andere Ausführungsformen sehen vor, dass bei Auftreten eines Öffnungssignals eine derartige Symmetrierung unterbunden wird.
Eine weitere Schutzmaßnahme ist das Abtrennen einer Hochvolt-Spannungsquelle oder eines Abschnitts des Hochvoltnetzes, das diese Hochvolt-Spannungsquelle aufweist, oder eines Abschnitts, über den die (interne oder externe) Hochvolt-Spannungsquelle an das Hochvoltnetz angebunden ist. Die Hochvolt-Spannungsquelle kann abgetrennt werden indem eine Ladestation, die die Hochvolt-Spannungsquelle darstellt, durch Abtrennen einer Ladeverbindung innerhalb des Fahrzeugs oder innerhalb der Ladestation abgetrennt wird. Insbesondere kann eine Auftrennung einer Verbindung innerhalb einer Hochvoltladeschaltung erfolgen.
Ferner kann als Hochvolt-Spannungsquelle ein Hochvoltakkumulator des Fahrzeughochvoltnetzes abgetrennt werden oder ein anderer Speicher oder (elektrochemischer) Wandler des Hochvoltnetzes.
Insbesondere kann als Hochvolt-Spannungsquelle eine Teststromquelle einer Isolationsmeßvorrichtung abgetrennt werden. Wenn etwa ein Öffnungssignal auftritt, kann vorgesehen sein, dass eine (aktive) Isolationsmessung unterbunden wird. Eine derartige Isolationsmessung sieht insbesondere vor, dass ein Teststrom erzeugt wird (zwischen einem Hochvoltpotential des Hochvoltnetzes und einem Masse-, Chassis- oder Außenhautpotential), um so anhand einer Spannungsmessung den Isolationswiderstand abschätzen zu können. Liegt ein Öffnungssignal vor, dann wird die aktive Isolationsmessung unterbunden.
Es kann als Schutzmaßnahme eine durchgehende Überwachung einer Spannung eines Hochvoltpotentials des Fahrzeughochvoltnetzes gegenüber einem Chassis-Potential begonnen werden, insbesondere nachdem eine derartige Überund bei Auftreten einer Spannung außerhalb eines vorgegebenen Intervalls die Schutzmaßnahme ausgeführt wird.
Schutzmaßnahme wird aufgehoben, wenn das Öffnungssignal nicht mehr vorliegt, wobei das Aufheben vom Vorliegen eines Rücksetzsignals abhängen kann.
Das Öffnungssignal kann erfasst werden durch Erfassen eines Öffnungssignals eines Sensors an der Motorhaube, an der Heckklappe, an der Fahrzeugtür, an dem Fahrzeugdach oder an der Tankklappe des Fahrzeugs. Hierbei befindet sich beispielsweise ein Positionssensor an der betreffenden Stelle, die geöffnet werden kann, und erfasst die Stellung oder Position der Motorhaube, der Heckklappe, der Fahrzeugtür, dem Fahrzeugdach oder der Tankklappe bzw. deren Öffnungszustand. Es kann als Sensor ein mechanischer Schalter, eine optische Erfassungseinrichtung oder eine magnetische Erfassungseinrichtung vorgesehen sein. In diesen Ausführungsformen wird der tatsächliche, körperliche Öffnungszustand von einem Sensor erfasst.
Das Öffnungssignal kann alternativ oder in Kombination hierzu erfasst werden durch Erfassen eines Entriegelungssignals eines Sensors an einem Entriegelungsmechanismus, der die Motorhaube, die Heckklappe, die Fahrzeugtür, das Fahrzeugdach oder die Tankklappe entriegelt. Hierbei erfasst der Sensor die Stellung (d.h. den Entriegelungszustand) der betreffenden Komponente (Motorhaube, Heckklappe, Fahrzeugtür, Fahrzeugdach und/oder Tankklappe). Damit erfasst der Sensor nicht den tatsächlichen Öffnungszustand, sondern die mechanische Möglichkeit, dass die betreffende Komponente geöffnet werden kann. Dadurch wird bereits vor der tatsächlichen Öffnung, d.h. vor dem Entstehen der Zugriffsmöglichkeit auf gefährdende Potentiale, der Schutzmechanismus ausgelöst.
Eine weitere Möglichkeit ist es, das Öffnungssignal zu erfassen mittels durch Erfassen eines Befehls zur Entriegelung oder Öffnung der Motorhaube, der Heckklappe, der Fahrzeugtür, des Fahrzeugdachs oder der Tankklappe. Hierbei kann bereits ein Befehl das bevorstehende Entriegeln oder Öffnen ankündigen, wobei dieser Befehl bereits den Schutzmechanismus auslöst. Der Befehl kann von einer Steuerung ausgegeben werden, insbesondere von einer zentralen Steuerung für Geräte des Fahrzeugs.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Öffnungssignal einer Wartungsklappe oder einer Ladeanschlussklappe erfasst wird, welches das Öffnen oder Entriegeln der Wartungsklappe oder der Ladeanschlussklappe wiedergibt. Die hierdurch überwachte Wartungsklappe ist insbesondere Teil eines Gehäuses, in dem sich Hochvoltkomponenten des Fahrzeughochvoltnetzes befinden, etwa ein Hochvoltakkumulator, ein Traktionsinverter, ein Hochvoltgleichspannungswandler oder eine Hochvolt-Ladeschaltung. Auch diese Klappen können mittels eines Sensors überwacht werden, der an der betreffenden Klappe bzw. einem Entriegelungsmechanismus der Klappe vorgesehen ist, etwa um den Öffnungs- bzw. Entriegelungszustand zu erfassen. Auch hier kann anstatt des Sensorsignals auch ein Befehl zur Öffnung oder Entriegelung der genannten Klappe verwendet werden, da auch dieser den anstehenden Zustand angibt.
In dieser Ausführungsform wird als Schutzmaßnahme mindestens ein Cy-Kondensator eines EMV-Filters abgetrennt oder entladen. Alternativ oder in Kombination wird ein Abschnitt des Fahrzeughochvoltnetzes abgetrennt oder entladen wird, der einen Cy-Kondensator eines EMV-Filters aufweist, wobei dieser Abschnitt vorzugsweise nur ein Teil des Hochvoltnetzes ist, beispielsweise ein Abschnitt, in dem ein Traktionsinverter vorliegt. Alternativ oder in Kombination hiermit kann vorgesehen sein, dass als Schutzmaßnahme ein Cy-Kondensator eines EMV-Filters über Symmetrierwiderstände entladen wird. Alternativ oder in Kombination hiermit kann als Schutzmaßnahme eine Teststromquelle einer Isolationsmeßvorrichtung abgetrennt werden.
Im Rahmen einer der genannten Schutzmaßnahmen kann ferner eine aktive Entladung des gesamten Hochvoltnetzes innerhalb von einer vorgegebenen Maximalzeitdauer (etwa 1s) durchgeführt werden. Ferner kann eine Entriegelung oder Öffnung erst dann ausgeführt werden, wenn diese Schutzmaßnahme des Entladens abgeschlossen ist. Es kann vorgesehen sein, dass erst nach dem Entladen das Öffnen freigegeben wird bzw. die betreffende, zu öffnende Komponente entriegelt wird.
Zudem kann ein Ladevorgangs beendet werden und das gesamte Hochvoltnetz entladen werden, wenn ein Signal vorliegt, welches das Öffnen einer Motorhaube kennzeichnet oder wiedergibt, dass die Motorhaube geöffnet werden soll. Die zu öffnende Komponente wird erst dann freigegeben, wenn das Hochvoltnetz entladen ist.
Schließlich kann als Schutzmaßnahme vorgesehen sein, dass die Cy-Energie, die in der gesamten Cy-Kapazität (d.h. parasitäre Kapazitäten und Cy-Kondensatorbauelemente) durch gehend überwacht wird, wenn etwa die Motorhaube geöffnet ist. Liegt die Cy-Energie über einem vorgegebenen Schwellenwert, dann kann eine Schutzmaßnahme getroffen werden, etwa das Beenden eines Ladevorgangs oder es kann das Hochvoltnetz innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer entladen werden.
Alternativ oder in Kombination mit den hier genannten Schutzmaßnahmen kann ein Warnsignal abgegeben werden, insbesondere ein akustisches und/oder optisches Warnsignal, wenn die Cy-Energie über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Ferner kann eine fahrzeugseitige Vorrichtung vorgesehen sein, die zur Ausführung des Verfahrens ausgestaltet ist, beispielsweise ein Steuergerät mit mindestens einem Sensoreingang und mindestens einem Ansteuerausgang. Der Sensoreingang kann mit mindestens einem Sensor, der Teil der Vorrichtung sein kann, verbunden sein oder verbunden werden, wobei es sich vorzugsweise um einen Sensor handelt, wie er im Rahmen des Verfahrens dargestellt ist. Der Ansteuerausgang kann mit einem betreffenden Schalter ansteuernd verbunden sein. Der Schalter kann Teil der Vorrichtung sein und kann eingerichtet sein, eine Schutzmaßnahme auszuführen. Der Schalter kann dadurch zur Ausführung der Schutzmaßnahme ausgebildet sein, dass dieser an einer entsprechenden Stelle innerhalb des Hochvoltnetzes angeordnet ist, etwa in einer Verbindung zu einer Ladebuchse, in einer Verbindung zu einem Akkumulator, zu einem Hochvolt-Bordnetzabschnitt, der etwa einen Inverter aufweist, an einer Symmetrierschaltung, an einem Cy-Kondensator eines EMV-Filters, oder ähnlich.

Claims

Verfahren zum Schutz vor hohen Berührspannungen durch ein Fahrzeughochvoltnetz, mit den Schritten: Erfassen eines Öffnungssignals, welches das Öffnen einer Motorhaube, einer Heckklappe, einer Fahrzeugtür, eines Fahrzeugdachs oder einer Tankklappe wiedergibt, und Ausführen von mindestens einer Schutzmaßnahme im Fahrzeughochvoltnetz, wenn das Öffnungssignal erfasst wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Schutzmaßnahme mindestens ein Cy-Kondensator eines EMV-Filters abgetrennt oder entladen wird und/oder ein Abschnitt des Fahrzeughochvoltnetzes abgetrennt oder entladen wird, der einen Cy-Kondensator eines EMV-Filters aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei als Schutzmaßnahme der Cy-Kondensator des EMV-Filters über Symmetrierwiderstände entladen wird, die an eine Symmetriersteuerung angeschlossen sind und eingerichtet sind, Potentiale gemäß Ansteuerung der Symmetriersteuerung zu symmetrieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Schutzmaßnahme eine Hochvolt-Spannungsquelle abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei als Hochvolt-Spannungsquelle die Ladestation durch Abtrennung einer Ladeverbindung innerhalb des Fahrzeugs oder innerhalb der Ladestation abgetrennt wird, und/oder als Hochvolt-Spannungsquelle ein Hochvoltakkumulator des Fahrzeughochvoltnetzes abgetrennt wird und/oder als Hochvolt-Spannungsquelle eine Teststromquelle einer Isolationsmeßvorrichtung abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Schutzmaßnahme eine durchgehende Überwachung einer Spannung eines Hochvoltpotentials des Fahrzeughochvoltnetzes gegenüber einem Chassis-Potential begonnen wird und bei Auftreten einer Spannung außerhalb eines vorgegebenen Intervalls die Schutzmaßnahme ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Öffnungssignal erfasst wird durch Erfassen eines Öffnungssignals eines Sensors an der Motorhaube, an der Heckklappe, an der Fahrzeugtür, an dem Fahrzeugdach oder an der Tankklappe.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Öffnungssignal erfasst wird durch Erfassen eines Entriegelungssignals eines Sensors an einem Entriegelungsmechanismus, der die Motorhaube, die Heckklappe, die Fahrzeugtür, das Fahrzeugdach oder die Tankklappe entriegelt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Öffnungssignal erfasst wird durch Erfassen eines Befehls zur Entriegelung oder Öffnung der Motorhaube, der Heckklappe, der Fahrzeugtür, des Fahrzeugdachs oder der Tankklappe.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Öffnungssignal einer Wartungsklappe eines Gehäuses, in dem sich Hochvoltkomponenten des Fahrzeughochvoltnetzes befinden oder ein Öffnungssignal einer Ladeanschlussklappe erfasst wird, welches das Öffnen der Wartungsklappe oder der Ladeanschlussklappe wiedergibt, und als Schutzmaßnahme mindestens ein Cy-Kondensator eines EMV-Filters abgetrennt oder entladen wird und/oder ein Abschnitt des Fahrzeughochvoltnetzes abgetrennt oder entladen wird, der einen Cy-Kondensator eines EMV-Filters aufweist, oder ein Cy-Kondensator eines EMV-Filters über Symmetrierwiderstände entladen wird oder eine Teststromquelle einer Isolationsmeßvorrichtung abgetrennt wird, wenn das Öffnungssignal erfasst wurde.