DE102021001678A1 - Elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und Diagnoseverfahren für einen in diesem Bordnetz angeordneten Batterie-Schutzschalter - Google Patents

Elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und Diagnoseverfahren für einen in diesem Bordnetz angeordneten Batterie-Schutzschalter Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Hochspannungszweig (2) und einem Niederspannungszweig (3), wobei dem Hochspannungszweig (2) eine Hochspannungsbatterie (12) und dem Niederspannungszweig (3) eine 12V-Niederspannungsbatterie (18) zugeordnet ist, die einen Batterie-Schutzschalter (21) hat. Die Erfindung betrifft außerdem ein Diagnoseverfahren für einen solchen Batterie-Schutzschalter (21).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Diagnoseverfahren für einen in diesem Bordnetz angeordneten Batterie-Schutzschalter.
  • Ein Bordnetz der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2010 023 126 A1 bekannt, wonach beim Laden von Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb durch einen Batterie-Schutzschalter für Sicherheit gesorgt werden soll. Dieser Batterie-Schutzschalter kann einen Selbsttest durchführen, wobei er über geeignete Mittel dem Kraftfahrzeug mitteilt, dass es noch nicht mit dem Laden der Batterie beginnen soll.
  • Nachteilig bei dem bekannten Bordnetz und dem Selbsttest-Verfahren, das man auch als Diagnoseverfahren bezeichnen kann, ist, dass bei der Durchführung des Diagnoseverfahrens sämtliche Spannungsverbraucher des Bordnetzes abgeschaltet werden müssen.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform für ein Bordnetz sowie ein verbessertes oder zumindest ein anderes Diagnoseverfahren für einen in diesem Bordnetz angeordneten Batterie-Schutzschalter bereitzustellen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insb. durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, insb. ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, vorgesehen, das ein Hochspannungszweig und ein Niederspannungszweig aufweist. Dem Hochspannungszweig sind zugeordnet:
    • - ein erster elektrischer Hochspannungshauptleiter, der im Betrieb des Bordnetzes ein Betriebspotential aufweist,
    • - ein zweiter elektrischer Hochspannungshauptleiter, der im Betrieb des Bordnetzes ein Massepotential aufweist,
    • - ein Hochspannungsantriebsaggregat, welches eine elektrische Maschine und einen dieselbe vorsorgenden Inverter aufweist und über Anschlussleitungen mit dem ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter elektrisch verbunden ist,
    • - wenigstens einen Hochspannungsverbraucher, die über Anschlussleitungen mit dem ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter elektrisch verbunden sind, wobei jedem Hochspannungsverbraucher eine in eine jeweilige Anschlussleitung eingefügte, den jeweiligen Hochspannungsverbraucher insb. gegen Überstrom absichernde Schmelzsicherung oder eine sonstige Sicherung zugeordnet ist,
    • - eine Hochspannungsbatterie zur Energieversorgung des wenigstens einen Hochspannungsverbrauchers und/oder des Hochspannungsantriebsaggregats, insb. eine Lithium-Ionen-Batterie, wobei die Hochspannungsbatterie mind. ein Hochspannungsbatteriemodul aus wenigstens einer Hochspannungsbatteriezelle aufweist, wobei die Hochspannungsbatterie weiterhin kathodenseitig über eine Anschlussleitung mit dem ersten elektrischen Hochspannungshauptleiter und anodenseitig über eine Anschlussleitung mit dem zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter elektrisch verbunden ist, wobei die Hochspannungsbatterie weiterhin sowohl einen in die kathodenseitige als auch in die anodenseitige Anschlussleitung eingefügten Trennschalter aufweist, die einen Stromfluss von und/oder zu der Hochspannungsbatterie wahlweise sperren oder freigeben, um die Hochspannungsbatterie zumindest in der Sperrstellung gegen Überspannung, Überstrom und Übertemperatur zu schützen.
  • Dem besagten Niederspannungszweig sind zugeordnet:
    • - ein erster elektrischer Niederspannungshauptleiter, der im Betrieb des Bordnetzes ein Betriebspotential aufweist,
    • - ein zweiter elektrischer Niederspannungshauptleiter, der im Betrieb des Bordnetzes ein Massepotential aufweist,
    • - eine 12Volt-Niederspannungsbatterie mit mindestens einem Niederspannungsbatteriemodul aus wenigstens einer Niederspannungsbatteriezelle, wobei die 12Volt-Niederspannungsbatterie kathodenseitig über eine Anschlussleitung mit dem ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter und anodenseitig über eine Anschlussleitung mit dem zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter elektrisch verbunden ist, wobei die 12Volt-Niederspannungsbatterie einen in die kathodenseitige Anschlussleitung eingefügten, separaten oder in die 12Volt-Niederspannungsbatterie integrierten Batterie-Schutzschalter aufweist, insb. ein Relay oder Leistungstransistor, der einen Stromfluss von und/oder zu der 12Volt-Niederspannungsbatterie wahlweise sperrt oder freigibt, um diese zumindest in der Sperrstellung gegen Überspannung, Überstrom und Übertemperatur zu schützen.
  • Weiterhin hat die 12Volt-Niederspannungsbatterie eine integrale 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS), die die 12Volt-Niederspannungsbatterie überwacht und deren Betrieb regelt. Ferner hat die 12Volt-Niederspannungsbatterie eine Einzelzellen aufweisende, integrale Energieversorgung, mittels der die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) versorgt oder versorgbar ist. Die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) weist ihrerseits zwei Batteriesensoren auf oder ist mit solchen verbunden, wobei ein erster Batteriesensor dieser beiden Batteriesensoren eine erste Spannung S1 über der 12Volt-Niederspannungsbatterie oder dem mindestens einen Niederspannungsbatteriemodul misst, wobei ein zweiter Batteriesensor dieser beiden Batteriesensoren eine zweite Spannung S2 über der 12Volt-Niederspannungsbatterie oder dem mindestens einen Niederspannungsbatteriemodul und dem Batterie-Schutzschalter misst, wobei die beiden Batteriesensoren dazu eingerichtet sind, die jeweils gemessene erste und zweite Spannung S1, S2 als Sensordaten an der 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) bereitzustellen.
  • Dem besagten Niederspannungszweig sind ferner zugeordnet: eine 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), die über Anschlussleitungen mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter elektrisch verbunden ist, den Betrieb der 12Volt-Niederspannungsbatterie regelt und durch eine in die zum ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter führende Anschlussleitung eingefügte Schmelzsicherung gegen Überstrom abgesichert ist,
    • - ein erster Niederspannungsverbraucher, der über Anschlussleitungen mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter elektrisch verbunden ist,
    • - ein zweiter Niederspannungsverbraucher, der über Anschlussleitungen mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter elektrisch verbunden ist,
    • - ein Last-Schutzschalter, der in den ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter zwischen der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und dem zweiten Niederspannungsverbraucher eingefügt ist und den ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter dadurch in einen eine erste Spannungslage KL30 aufweisenden ersten Leiterteil, der mit der 12Volt-Niederspannungsbatterie, der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und dem ersten Niederspannungsverbraucher verbunden ist, und einen eine zweite Spannungslage KL30T aufweisenden zweiten Leiterteil, der mit dem zweiten Niederspannungsverbraucher und einem Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) verbunden ist, auftrennt. Der Last-Schutzschalter sperrt oder gibt einen Stromfluss von und/oder zu der 12Volt-Niederspannungsbatterie sowie zum ersten Niederspannungsverbraucher wahlweise frei, um diese zumindest in der Sperrstellung gegen Überspannung, Überstrom und Übertemperatur zu schützen. Weiterhin weist das Bordnetz den ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter elektrisch verbinden Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) auf, welcher als Energiequelle für das Bordnetz dient. Die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und/oder die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) ist dazu eingerichtet, anhand der ermittelten Sensordaten einen Zustand des Batterie-Schutzschalters des Bordnetzes zu überwachen und die Leistungsverteilung im Bordnetz zu regeln und den Last-Schutzschalter und/oder den Batterie-Schutzschalter zu betätigen. Hierdurch ist ein Bordnetz bereitgestellt, das ein Diagnoseverfahren ausführen kann, mit welchem der Batterie-Schutzschalter des Bordnetzes auf seine Funktionstüchtigkeit hin getestet werden kann.
  • Zweckmäßigerweise kann zwischen der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und der 12Volt-Niederspannungsbatterie ein Kommunikationspfad automatisch aufgebaut sein, wenn das 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) mit Spannung versorgt ist. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und dem Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) ein Kommunikationspfad automatisch aufgebaut sein, wenn das 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) mit Spannung versorgt ist. Dadurch ist eine Kommunikation zwischen diesen Bordnetzkomponenten realisiert.
  • Weiter zweckmäßigerweise kann die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) mittels ihrer integralen Energieversorgung zumindest vorübergehend autark betreibbar sein. Dadurch kann diese unabhängig von sonstigen Energiequellen des Bordnetzes betrieben werden.
  • Ferner kann die Elektronik des Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandlers (HV/DCDC) entweder vom Hochspannungszweig oder vom Niederspannungszweig mit elektrischer Energie versorgt sein.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner durch ein Diagnoseverfahren für einen Batterie-Schutzschalter einer 12Volt-Niederspannungsbatterie eines in ein Kraftfahrzeug, insb. ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, integrierten Bordnetzes gelöst. Das Diagnoseverfahren wird von oder mit einem Bordnetz nach der vorangehenden Beschreibung ausgeführt, wobei die die nachfolgenden Verfahrensschritte abgearbeitet werden:
    1. a) Feststellen eines sicheren Zustandes des Bordnetzes oder eines Kraftfahrzeuges, in welches das Bordnetz integriert ist, bspw. das Parken des Kraftfahrzeuges, wobei die als Energiequelle dienende Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandlers (HV/DCDC) weiter arbeitet, um erforderliche Fahrzeugfunktionen zu realisieren, bspw. eine Ladenfunktion der Hochspannungsbatterie, wobei der Batterie-Schutzschalter der 12Volt-Niederspannungsbatterie geschlossen ist,
    2. b) Starten des Diagnoseverfahrens für den Batterie-Schutzschalters, indem die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) eine Diagnose-Anforderung über einen Kommunikationspfad an die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) sendet,
    3. c) Ermitteln der vom Bordnetz benötigten Leistung und Energie für Fahrzeugfunktionen, die während des Diagnoseverfahrens weiterlaufen sollen, durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), wobei, wenn die ermittelte benötigte Leistung und Energie durch den Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) bereitgestellt werden kann, die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) eine Leistungs- und Zielspannungsanforderung für die Regelung an den Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) sendet,
    4. d) sobald die geforderte Zielspannung erreicht ist, versenden einer Abschaltaufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den ersten
  • Niederspannungsverbraucher, wodurch ein Stromfluss durch den Last-Schutzschalter reduziert wird und der Last-Schutzschalter geschützt wird,
    • e) sobald ein Stromfluss durch den Last-Schutzschalter reduziert ist, versenden einer Öffnungsaufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den Last-Schutzschalter, wodurch sich dieser öffnet,
    • f) sobald der Last-Schutzschalter geöffnet ist, ausschalten der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), wodurch die Kommunikation zum 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) unterbrochen wird,
    • g) sobald die ermittelte zweite Spannung S2 gleich der ermittelten ersten Spannung S1 ist, öffnen des Batterie-Schutzschalters mit der 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS),
    • h) sobald nach einer vordefinierten Wartezeit T die ermittelte erste Spannung S1 Null ist, wird eine Öffnung des Batterie-Schutzschalters als „funktionierend“ erkannt,
    • i) sobald nach einer vordefinierten Wartezeit T die ermittelte erste Spannung S1 gleich der ermittelten zweiten Spannung S2 ist, wird der Batterie-Schutzschalter als „geschlossen-blockiert“ erkannt, was bedeuten kann, dass der Batterie-Schutzschalter entweder selber im Zustand „geschlossen defekt“ oder dessen Ansteuerung fehlerhaft ist, j) sobald kein Fehler erkannt ist, schließen des Batterie-Schutzschalters durch die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS),
    • k) sobald die ermittelte zweite Spannung S2 gleich der ermittelten ersten Spannung S1 ist, wird der Batterie-Schutzschalter als „geschlossen“ erkannt, ansonsten liegt ein Fehler im Batterie-Schutzschalter oder bei dessen Ansteuerung vor, der das Schließen des Batterie-Schutzschalters verhindert,
    • l) falls kein Fehler vorliegt, aufbauen einer Kommunikation zwischen 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) und 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), wobei, falls diese Kommunikation zwischen der 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) und der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) wieder normal ist, die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) informiert, dass das Diagnoseverfahren abgeschlossen ist,
    • m) Aufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) eine Spannungsregelung durchzuführen, so dass die zweite Spannungslage KL30T im zweiten Leiterteil auf die erste Spannungslage (KL30) im ersten Leiterteil geregelt wird,
    • n) nachdem die zweite Spannungslage KL30T im zweiten Leiterteil den gleichen Wert wie die erste Spannungslage KL30 im ersten Leiterteil erreicht hat, Aufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den Last-Schutzschalter sich zu schließen, wodurch das Diagnoseverfahren beendet ist. Hierdurch ist ein Diagnoseverfahren bereitgestellt, welches einen Batterie-Schutzschalter auf seine Funktionstüchtigkeit hin testet. Während des Diagnosevorgangs können die anderen erforderlichen Fahrzeugfunktionen, bspw. eine Ladenfunktion der Hochspannungsbatterie, weiterhin erfolgen.
  • Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Hochspannungszweig und einem Niederspannungszweig, wobei dem Hochspannungszweig eine Hochspannungsbatterie und dem Niederspannungszweig eine 12V-Niederspannungsbatterie zugeordnet ist, die einen Batterie-Schutzschalter hat. Die Erfindung betrifft außerdem ein Diagnoseverfahren für einen solchen Batterie-Schutzschalter.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Dabei zeigt:
    • 1 in schematisierter Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bordnetzes.
  • Die 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichneten Bordnetzes, welches in einem nicht illustrierten Kraftfahrzeug, insb. einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug, installiert sein kann. Das erfindungsgemäße Bordnetz 1 ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Diagnoseverfahren auszuführen. Es weist einen in 1 mit einem gepunkteten Kästchen eingefassten 48Volt-Hochspannungszweig 2 und einen mit einem gestrichelten Kästchen eingefassten 12Volt-Niederspannungszweig 3 auf. Dem Hochspannungszweig 2 sind zugeordnet:
    • - ein erster elektrischer Hochspannungshauptleiter 4, der im Betrieb des Bordnetzes 1 ein Betriebspotential aufweist und ein zweiter elektrischer Hochspannungshauptleiter 5, der im Betrieb des Bordnetzes 1 ein Massepotential aufweist,
    • - ein Hochspannungsantriebsaggregat 6, welches eine elektrische Maschine 7 und einen dieselbe vorsorgenden Inverter 8 aufweist und über Anschlussleitungen 9 mit dem ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter 4, 5 elektrisch verbunden ist,
    • - exemplarisch einen einzigen Hochspannungsverbraucher 10, der über Anschlussleitungen 9 mit dem ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter 4, 5 elektrisch verbunden ist, wobei dem Hochspannungsverbraucher 10 eine in eine jeweilige Anschlussleitung 9 eingefügte, den Hochspannungsverbraucher 10 gegen Überstrom absichernde Schmelzsicherung 11 zugeordnet ist,
    • - eine Hochspannungsbatterie 12 zur Energieversorgung des einen Hochspannungsverbrauchers 10 und/oder des Hochspannungsantriebsaggregats 6, insb. eine Lithium-Ionen-Batterie, die mind. ein Hochspannungsbatteriemodul 13 aus wenigstens einer Hochspannungsbatteriezelle 14 aufweist, wobei die Hochspannungsbatterie 12 kathodenseitig über eine Anschlussleitung 9 mit dem ersten elektrischen Hochspannungshauptleiter 4 und anodenseitig über eine Anschlussleitung 9 mit dem zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter 5 elektrisch verbunden ist, wobei die Hochspannungsbatterie 12 sowohl einen in die kathodenseitige als auch in die anodenseitige Anschlussleitung 9 eingefügten Trennschalter 15 aufweist, die einen Stromfluss von und/oder zu der Hochspannungsbatterie 12 wahlweise sperren oder freigeben, um die Hochspannungsbatterie 12 zumindest in der Sperrstellung gegen Überspannung, Überstrom und Übertemperatur zu schützen.
  • Dem besagten Niederspannungszweig 3 sind zugeordnet:
    • - ein erster elektrischer Niederspannungshauptleiter 16, der im Betrieb des Bordnetzes 1 ein Betriebspotential aufweist und ein zweiter elektrischer Niederspannungshauptleiter 17, der im Betrieb des Bordnetzes 1 ein Massepotential aufweist,
    • - eine 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 mit mindestens einem Niederspannungsbatteriemodul 19 aus wenigstens einer Niederspannungsbatteriezelle 20, wobei die 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 kathodenseitig über eine Anschlussleitung 9 mit dem ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16 und anodenseitig über eine Anschlussleitung 9 mit dem zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter 17 elektrisch verbunden ist, wobei die 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 einen in die kathodenseitige Anschlussleitung 9 eingefügten, in die 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 integrierten Batterie-Schutzschalter 21 aufweist, insb. ein Relay oder Leistungstransistor, der einen Stromfluss von und/oder zu der 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 wahlweise sperrt oder freigibt, um diese zumindest in der Sperrstellung gegen Überspannung, Überstrom und Übertemperatur zu schützen. Dabei weist die 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 weiterhin eine integrale 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung 12V-BMS auf, die die 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 überwacht und deren Betrieb regelt und die eine Einzelzellen aufweisende, integrale Energieversorgung hat, mittels der die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung 12V-BMS versorgt oder versorgbar ist,
    • - wobei die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung 12V-BMS zwei Batteriesensoren 23, 24 aufweist oder mit solchen verbunden ist, wobei ein erster Batteriesensor 23 dieser beiden Batteriesensoren 23, 24 eine erste Spannung S1 über der 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 oder dem mindestens einen Niederspannungsbatteriemodul 19 misst, wobei ein zweiter Batteriesensor 24 dieser beiden Batteriesensoren 23, 24 eine zweite Spannung S2 über der 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 oder dem mindestens einen Niederspannungsbatteriemodul 19 und dem Batterie-Schutzschalter 21 misst, wobei die beiden Batteriesensoren 23, 24 dazu eingerichtet sind, die jeweils gemessene erste und zweite Spannung S1, S2 als Sensordaten an der 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung 12V-BMS bereitzustellen,
    • - eine 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung 12V-BNS, die über Anschlussleitungen 9 mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16, 17 elektrisch verbunden ist, den Betrieb der 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 regelt und durch eine in die zum ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16 führende Anschlussleitung 9 eingefügte Schmelzsicherung 11 gegen Überstrom abgesichert ist,
    • - ein erster Niederspannungsverbraucher 26, der über Anschlussleitungen 9 mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16, 17 elektrisch verbunden ist,
    • - ein zweiter Niederspannungsverbraucher 27, der über Anschlussleitungen 9 mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16, 17 elektrisch verbunden ist,
    • - ein Last-Schutzschalter 28, der in den ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16 zwischen der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung 12V-BNS und dem zweiten Niederspannungsverbraucher 27 eingefügt ist und den ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16 dadurch in einen eine erste Spannungslage KL30 aufweisenden ersten Leiterteil 29, der mit der 12Volt-Niederspannungsbatterie 18, der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung 12V-BNS und dem ersten Niederspannungsverbraucher 26 verbunden ist, und einen eine zweite Spannungslage KL30T aufweisenden zweiten Leiterteil 30, der mit dem zweiten Niederspannungsverbraucher 27 und einem Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler HV/DCDC verbunden ist, auftrennt, wobei der Last-Schutzschalter 28 einen Stromfluss von und/oder zu der 12Volt-Niederspannungsbatterie 18 sowie zum ersten Niederspannungsverbraucher 26 wahlweise sperrt oder freigibt, um diese zumindest in der Sperrstellung gegen Überspannung, Überstrom und Übertemperatur zu schützen,
    • - wobei das Bordnetz 1 weiterhin den ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter 4, 5 mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter 16, 17 elektrisch verbinden Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler HV/DCDC aufweist, welcher als Energiequelle für das Bordnetz 1 dient,
    • - wobei die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung 12V-BNS und/oder die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung 12V-BMS dazu eingerichtet ist, anhand der ermittelten Sensordaten einen Zustand des Batterie-Schutzschalters 21 des Bordnetzes 1 zu überwachen und die Leistungsverteilung im Bordnetz 1 zu regeln und den Last-Schutzschalter 28 und/oder den Batterie-Schutzschalter 21 zu betätigen. Hierdurch ist ein Bordnetz 1 bereitgestellt, das ein Diagnoseverfahren ausführen kann, mit welchem ein Batterie-Schutzschalter 21 des Bordnetzes 1 auf seine Funktionstüchtigkeit hin getestet werden kann.
  • 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 102010023126 A1 [0002]

Claims (5)

  1. Elektrisches Bordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug, insb. ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch - einen Hochspannungszweig (2) und einen Niederspannungszweig (3), - wobei dem Hochspannungszweig (2) zugeordnet sind: - ein erster elektrischer Hochspannungshauptleiter (4), der im Betrieb des Bordnetzes (1) ein Betriebspotential aufweist, - ein zweiter elektrischer Hochspannungshauptleiter (5), der im Betrieb des Bordnetzes (1) ein Massepotential aufweist, - ein Hochspannungsantriebsaggregat (6), welches eine elektrische Maschine (7) und einen dieselbe vorsorgenden Inverter (8) aufweist und über Anschlussleitungen (9) mit dem ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter (4, 5) elektrisch verbunden ist, - wenigstens einen Hochspannungsverbraucher (10), die über Anschlussleitungen (9) mit dem ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter (4, 5) elektrisch verbunden sind, wobei jedem Hochspannungsverbraucher (10) eine in eine jeweilige Anschlussleitung (9) eingefügte, den jeweiligen Hochspannungsverbraucher (10) gegen Überstrom absichernde Schmelzsicherung (11) zugeordnet ist, - eine Hochspannungsbatterie (12) zur Energieversorgung des wenigstens einen Hochspannungsverbrauchers (10) und/oder des Hochspannungsantriebsaggregats (6), die mind. ein Hochspannungsbatteriemodul (13) aus wenigstens einer Hochspannungsbatteriezelle (14) aufweist, wobei die Hochspannungsbatterie (12) kathodenseitig über eine Anschlussleitung (9) mit dem ersten elektrischen Hochspannungshauptleiter (4) und anodenseitig über eine Anschlussleitung (9) mit dem zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter (5) elektrisch verbunden ist, wobei die Hochspannungsbatterie (12) sowohl einen in die kathodenseitige als auch in die anodenseitige Anschlussleitung (9) eingefügten Trennschalter (15) aufweist, die einen Stromfluss von und/oder zu der Hochspannungsbatterie (12) wahlweise sperren oder freigeben, - wobei dem Niederspannungszweig (3) zugeordnet sind: - ein erster elektrischer Niederspannungshauptleiter (16), der im Betrieb des Bordnetzes (1) ein Betriebspotential aufweist, - ein zweiter elektrischer Niederspannungshauptleiter (17), der im Betrieb des Bordnetzes (1) ein Massepotential aufweist, - eine 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) mit mindestens einem Niederspannungsbatteriemodul (19) aus wenigstens einer Niederspannungsbatteriezelle (20), wobei die 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) kathodenseitig über eine Anschlussleitung (9) mit dem ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16) und anodenseitig über eine Anschlussleitung (9) mit dem zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter (17) elektrisch verbunden ist, wobei die 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) einen in die kathodenseitige Anschlussleitung (9) eingefügten, separaten oder in die 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) integrierten Batterie-Schutzschalter (21) aufweist, der einen Stromfluss von und/oder zu der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) wahlweise sperrt oder freigibt, - wobei die 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) weiterhin eine integrale 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) aufweist, die die 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) überwacht und deren Betrieb regelt und die eine Einzelzellen aufweisende, integrale Energieversorgung hat, mittels der die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) versorgt oder versorgbar ist, - wobei die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) zwei Batteriesensoren (23, 24) aufweist oder mit solchen verbunden ist, wobei ein erster Batteriesensor (23) dieser beiden Batteriesensoren (23, 24) eine erste Spannung (S1) über der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) oder dem mindestens einen Niederspannungsbatteriemodul (19) misst, wobei ein zweiter Batteriesensor (24) dieser beiden Batteriesensoren (23, 24) eine zweite Spannung (S2) über der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) oder dem mindestens einen Niederspannungsbatteriemodul (19) und dem Batterie-Schutzschalter (21) misst, - wobei die beiden Batteriesensoren (23, 24) dazu eingerichtet sind, die jeweils gemessene erste und zweite Spannung (S1, S2) als Sensordaten an der 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) bereitzustellen, - eine 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), die über Anschlussleitungen (9) mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16, 17) elektrisch verbunden ist, den Betrieb der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) regelt und durch eine in die zum ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16) führende Anschlussleitung (9) eingefügte Schmelzsicherung (11) gegen Überstrom abgesichert ist, - ein erster Niederspannungsverbraucher (26), der über Anschlussleitungen (9) mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16, 17) elektrisch verbunden ist, - ein zweiter Niederspannungsverbraucher (27), der über Anschlussleitungen (9) mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16, 17) elektrisch verbunden ist, - ein Last-Schutzschalter (28), der in den ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16) zwischen der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und dem zweiten Niederspannungsverbraucher (27) eingefügt ist und den ersten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16) dadurch in einen eine erste Spannungslage (KL30) aufweisenden ersten Leiterteil (29), der mit der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18), der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und dem ersten Niederspannungsverbraucher (26) verbunden ist, und einen eine zweite Spannungslage (KL30T) aufweisenden zweiten Leiterteil (30), der mit dem zweiten Niederspannungsverbraucher (27) und einem Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) verbunden ist, auftrennt, wobei der Last-Schutzschalter (28) einen Stromfluss von und/oder zu der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) sowie zum ersten Niederspannungsverbraucher (26) wahlweise sperrt oder freigibt, - wobei das Bordnetz (1) weiterhin den ersten und zweiten elektrischen Hochspannungshauptleiter (4, 5) mit dem ersten und zweiten elektrischen Niederspannungshauptleiter (16, 17) elektrisch verbinden Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) aufweist, welcher als Energiequelle für das Bordnetz (1) dient, - wobei die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und/oder die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) dazu eingerichtet ist, anhand der ermittelten Sensordaten einen Zustand des Batterie-Schutzschalters (21) des Bordnetzes (1) zu überwachen und die Leistungsverteilung im Bordnetz (1) zu regeln und den Last-Schutzschalter (28) und/oder den Batterie-Schutzschalter (21) zu betätigen.
  2. Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass zwischen der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) ein Kommunikationspfad automatisch aufgebaut ist, wenn das 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) mit Spannung versorgt ist, und/oder - dass zwischen der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) und dem Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) ein Kommunikationspfad automatisch aufgebaut ist, wenn das 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) mit Spannung versorgt ist.
  3. Bordnetz (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) mittels ihrer integralen Energieversorgung zumindest vorübergehend autark betreibbar ist.
  4. Bordnetz (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik des Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandlers (HV/DCDC) entweder vom Hochspannungszweig (2) oder vom Niederspannungszweig (2) mit elektrischer Energie versorgt ist.
  5. Diagnoseverfahren für einen Batterie-Schutzschalter (21) einer 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) eines in ein Kraftfahrzeug, insb. ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, integrierten Bordnetzes (1), mit einem Bordnetz (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Feststellen eines sicheren Zustandes des Bordnetzes (1) oder eines Kraftfahrzeuges, in welches das Bordnetz (1) integriert ist, bspw. das Parken des Kraftfahrzeuges, wobei die als Energiequelle dienende Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandlers (HV/DCDC) weiter arbeitet, um erforderliche Fahrzeugfunktionen zu realisieren, bspw. eine Ladenfunktion der Hochspannungsbatterie (12), wobei der Batterie-Schutzschalter (21) der 12Volt-Niederspannungsbatterie (18) geschlossen ist, b) Starten des Diagnoseverfahrens für den Batterie-Schutzschalters (21), indem die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) eine Diagnose-Anforderung über einen Kommunikationspfad an die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) sendet, c) Ermitteln der vom Bordnetz (1) benötigten Leistung und Energie für Fahrzeugfunktionen, die während des Diagnoseverfahrens weiterlaufen sollen, durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), wobei, wenn die ermittelte benötigte Leistung und Energie durch den Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) bereitgestellt werden kann, die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) eine Leistungs- und Zielspannungsanforderung für die Regelung an den Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) sendet, d) sobald die geforderte Zielspannung erreicht ist, versenden einer Abschaltaufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den ersten Niederspannungsverbraucher (16), wodurch ein Stromfluss durch den Last-Schutzschalter (28) reduziert wird und der Last-Schutzschalter (28) geschützt wird, e) sobald ein Stromfluss durch den Last-Schutzschalter (28) reduziert ist, versenden einer Öffnungsaufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den Last-Schutzschalter (28), wodurch sich dieser öffnet, f) sobald der Last-Schutzschalter (28) geöffnet ist, ausschalten der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), wodurch die Kommunikation zum 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) unterbrochen wird, g) sobald die ermittelte zweite Spannung (S2) gleich der ermittelten ersten Spannung (S1) ist, öffnen des Batterie-Schutzschalters (21) mit der 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS), h) sobald nach einer vordefinierten Wartezeit (T) die ermittelte erste Spannung (S1) Null ist, wird eine Öffnung des Batterie-Schutzschalters (21) als „funktionierend“ erkannt, i) sobald nach einer vordefinierten Wartezeit (T) die ermittelte erste Spannung (S1) gleich der ermittelten zweiten Spannung (S2) ist, wird der Batterie-Schutzschalter (21) als „geschlossen-blockiert“ erkannt, was bedeuten kann, dass der Batterie-Schutzschalter (21) entweder selber im Zustand „geschlossen defekt“ oder dessen Ansteuerung fehlerhaft ist, j) sobald kein Fehler erkannt ist, schließen des Batterie-Schutzschalters (21) durch die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS), k) sobald die ermittelte zweite Spannung (S2) gleich der ermittelten ersten Spannung (S1) ist, wird der Batterie-Schutzschalter (21) als „geschlossen“ erkannt, ansonsten liegt ein Fehler im Batterie-Schutzschalter (21) oder bei dessen Ansteuerung vor, der das Schließen des Batterie-Schutzschalters (21) verhindert, I) falls kein Fehler vorliegt, aufbauen einer Kommunikation zwischen 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) und 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS), wobei, falls diese Kommunikation zwischen der 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) und der 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) wieder normal ist, die 12Volt-Batterie-Management-Einrichtung (12V-BMS) die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) informiert, dass das Diagnoseverfahren abgeschlossen ist, m) Aufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den Hoch-/Niederspannungs-Gleichspannungswandler (HV/DCDC) eine Spannungsregelung durchzuführen, so dass die zweite Spannungslage (KL30T) im zweiten Leiterteil (30) auf die erste Spannungslage (KL30) im ersten Leiterteil (29) geregelt wird, n) nachdem die zweite Spannungslage (KL30T) im zweiten Leiterteil (30) den gleichen Wert wie die erste Spannungslage (KL30) im ersten Leiterteil (29) erreicht hat, Aufforderung durch die 12V-Bordnetz-Management-Einrichtung (12V-BNS) an den Last-Schutzschalter (28) sich zu schließen, wodurch das Diagnoseverfahren beendet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114211962A (zh) * 2021-12-08 2022-03-22 华人运通(江苏)技术有限公司 一种电动汽车的低压电源管理系统及电动汽车
FR3123126A1 (fr) * 2021-05-20 2022-11-25 Psa Automobiles Sa Procédé de supervision de défaillance d’un dispositif d’isolation électrique et de test d’un stockeur électrique basse tension dans un véhicule électrifié
CN116344972A (zh) * 2023-03-13 2023-06-27 北京骑享科技有限公司 一种电动汽车的电池包系统、上电方法和下电方法

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