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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, welche mit einer Hochvoltbatterie verbunden ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochvoltkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs.
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Technische Standards wie beispielsweise ISO 17409:2020 spezifizieren Anforderungen der elektrischen Sicherheit für eine kabelgebundene Verbindung von elektrisch angetriebenen Straßenfahrzeugen mit einem externen elektrischen Stromkreis. Externe elektrische Stromkreise schließen externe elektrische Energieversorgungen und externe elektrische Ladungen ein. Dabei werden Anforderungen bezüglich dem Schutz von Personen vor einem elektrischen Schlag gestellt.
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Nach dem Stand der Technik werden doppelte elektrischen Isolierungen und/oder verstärkte elektrische Isolierungen zum Schutz von Personen vor einem elektrischen Schlag vorgesehen.
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Die
DE 10 2020 006 947 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Deaktivieren eines Hochvoltbordnetzes eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, wenigstens umfassend eine Hochvoltbatterie, welche über ein Schütz, insbesondere ein zweipoliges Schütz, mit dem Hochvoltbordnetz verbunden ist, eine Stromversorgung des Schützes, welche wenigstens eine Niedervoltbatterie mit wenigstens einem elektrisch in Serie geschalteten Sicherungselement aufweist, wobei ein erster Pol der Stromversorgung auf Massepotential liegt und ein zweiter Pol der Stromversorgung auf einer positiven Spannung der Niedervoltbatterie liegt. Dabei ist elektrisch parallel zu der Stromversorgung oder zu einem Steuereingang des Schützes wenigstens ein Schaltelement angeordnet, welches durch eine Steuereinheit ansteuerbar ist, und welches ausgebildet ist, zum irreversiblen Deaktivieren des Hochvoltbordnetzes die Spannung des zweiten Pols der Stromversorgung auf die Spannung des ersten Pols zu schalten.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochvoltkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs zu schaffen, welche einen verbesserten Schutz vor elektrischem Schlag aufweist.
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Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochvoltkomponente mit einem verbesserten Schutz anzugeben.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Hochvoltkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer Hochvoltbatterie verbunden ist, welche einen Schutzschalter, insbesondere einen elektronischen Schutzschalter, aufweist. Die Hochvoltkomponente umfasst wenigstens eine Spannungsmesseinrichtung zum Bestimmen eines elektrischen Potentials an wenigstens einer Niedervolteinheit der Hochvoltkomponente, und eine Ansteuerungseinheit für den Schutzschalter der Hochvoltbatterie, welche zum Verarbeiten von Signalen wenigstens der Spannungsmesseinrichtung ausgebildet ist. Dabei ist die Hochvoltbatterie mittels des Schutzschalters von der Hochvoltkomponente trennbar, wenn ein Potentialgrenzwert an der wenigstens einen Niedervolteinheit überschritten ist.
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Bei der vorgeschlagenen Hochvoltkomponente kann vorteilhaft vermieden werden, dass ein Hochvoltpotential auf einer Niedervoltverbindung, wie beispielsweise einer CAN-Leitung oder auf Klemme 30T, unbemerkt vorliegt. Dies kann erreicht werden, indem eine Spannungsmesseinrichtung an jeder Niedervoltverbindung vorgesehen wird, die von außerhalb der Hochvoltkomponente kontaktiert werden kann und die für einen Kunden oder im Servicefall zugänglich ist.
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Wird eine gefährliche Spannung, d.h. eine Spannung größer als 60 V, bestimmt, wird eine als Hardwareeinheit ausgebildete Ansteuerungseinheit getriggert, die den Schutzschalter der Hochvoltbatterie öffnet.
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Die Spannungsmesseinrichtung und die Ansteuerungseinheit können ihrerseits mit einer Hochvoltisolierung versehen sein, sodass für den Fall, dass ein Hochvoltpotential auf einer Niedervoltverbindung auftritt, die Abschalteinrichtung isoliert ist.
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Bei einer Hochvoltkomponente, welche nicht so viele Niedervoltverbindungen nach außen aufweist, kann die vorgeschlagene funktionale Lösung wesentlich billiger sein als eine doppelte oder verstärkte Isolierung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hochvoltkomponente kann die Ansteuereinheit zum Senden eines Ansteuersignals über eine Ansteuerleitung zum Öffnen des Schutzschalters der Hochvoltbatterie triggerbar sein, wenn der Potentialgrenzwert überschritten ist. Auf diese Weise lässt sich flexibel einstellen, ab welchem Potentialwert das Signal zum Trennen der Hochvoltbatterie gegeben wird. So kann verhindert werden, dass zu früh oder zu häufig die Hochvoltbatterie abgeschaltet wird. Dennoch kann so die nötige Sicherheit gewährleistet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hochvoltkomponente kann die Ansteuereinheit als Hardware-Komponente ausgebildet sein. Die Realisierung der Abschaltfunktion der Hochvoltkomponente in einer Hardware-Komponente bietet eine erhöhte Sicherheit im Fehlerfall gegenüber einer softwarebasierten Lösung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hochvoltkomponente kann eine Hochvoltisolierung zwischen wenigstens einer Hochvolteinheit der Hochvoltkomponente und der wenigstens einen Niedervolteinheit, der Spannungsmesseinrichtung sowie der Ansteuerungseinheit vorgesehen sein. Damit ist ein grundsätzlicher Schutz der Niedervolteinheiten und der Komponenten, welche für die Potentialbestimmung und das Generieren des Abschaltsignals für den Schutzschalter verantwortlich sind, gegenüber einer Verbindung zu Hochvolt-führenden Teilen der Hochvoltkomponente gegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hochvoltkomponente kann die Spannungsmesseinrichtung und die Ansteuerungseinheit jeweils mit einer eigenen Hochvoltisolierung ausgebildet sein. Auf diese Weise ist für den Fall, dass ein Hochvoltpotential auf einer Niedervoltverbindung auftritt, gewährleistet, dass die Abschalteinrichtung isoliert ist und vor einem möglichen Kontakt mit der Außenwelt sicher ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hochvoltkomponente kann ein Gehäuse, welches die wenigstens eine Hochvolteinheit, die wenigstens eine Niedervolteinheit, die Spannungsmesseinrichtung sowie die Ansteuerungseinheit umfasst, eine elektrische Isolation aufweisen, wobei das Gehäuse eine Masseanbindung aufweist. Die Masseanbindung stellt eine weitere Maßnahme als Schutz von Personen vor einem elektrischen Schlag bei einer ungewollten Berührung von spannungsführenden Teilen der Hochvoltkomponente dar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hochvoltkomponente kann die Spannungsmesseinrichtung zum Bestimmen eines elektrischen Potentials aller Niedervolteinheiten und/oder Niedervoltsteckverbindungen der Hochvoltkomponente ausgebildet sein. Damit kann sichergestellt werden, dass alle Einheiten, welche einen potentiellen Kontakt zu Hochvoltführenden Teilen der Hochvoltkomponente herstellen könnten, permanent auf das Auftreten eines Hochvoltpotentials überprüft werden können.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Hochvoltkomponente im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer Hochvoltbatterie verbunden ist, welche einen Schutzschalter, insbesondere einen elektronischen Schutzschalter, aufweist. Mittels einer Spannungsmesseinrichtung der Hochvoltkomponente wird ein elektrisches Potential an wenigstens einer Niedervolteinheit der Hochvoltkomponente bestimmt. Eine Ansteuerungseinheit der Hochvoltkomponente für den Schutzschalter der Hochvoltbatterie verarbeitet Signale wenigstens der Spannungsmesseinrichtung. Dabei wird die Hochvoltbatterie mittels des Schutzschalters von der Hochvoltkomponente getrennt, wenn ein Potentialgrenzwert an der wenigstens einen Niedervolteinheit überschritten ist.
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Nach dem vorgeschlagenen Verfahren kann vorteilhaft vermieden werden, dass ein Hochvoltpotential auf einer Niedervoltverbindung, wie beispielsweise einer CAN-Leitung oder auf Klemme 30T, unentdeckt bleibt und eine potentielle Gefährdung darstellen kann. Dies kann erreicht werden, indem eine Spannungsmessung an jeder Niedervoltverbindung vorgenommen wird, die von außerhalb der Hochvoltkomponente kontaktiert werden kann und die für einen Kunden oder im Servicefall zugänglich ist.
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Wird eine gefährliche Spannung, d.h. eine Spannung größer als 60 V, bestimmt, wird eine als Hardwareeinheit ausgebildete Ansteuerungseinheit getriggert, die den Schutzschalter der Hochvoltbatterie öffnet.
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Bei einer Hochvoltkomponente, welche nicht so viele Niedervoltverbindungen nach außen aufweist, kann die vorgeschlagene funktionale Lösung wesentlich billiger sein als eine doppelte oder verstärkte Isolierung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Ansteuereinheit zum Senden eines Ansteuersignals zum Öffnen des Schutzschalters der Hochvoltbatterie getriggert werden, wenn der Potentialgrenzwert überschritten ist. Auf diese Weise lässt sich flexibel einstellen, ab welchem Potentialwert das Signal zum Trennen der Hochvoltbatterie gegeben wird. So kann verhindert werden, dass zu früh oder zu häufig die Hochvoltbatterie abgeschaltet wird. Dennoch kann so die nötige Sicherheit gewährleistet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein elektrisches Potential aller Niedervolteinheiten und/oder Niedervoltsteckverbindungen der Hochvoltkomponente bestimmt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass alle Einheiten, welche einen potentiellen Kontakt zu Hochvoltführenden Teilen der Hochvoltkomponente herstellen könnten, permanent auf das Auftreten eines Hochvoltpotentials überprüft werden können.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine Systemübersicht einer Hochvoltkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, welche mit einer Hochvoltbatterie verbunden ist, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In der Figur sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figur zeigt lediglich ein Beispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Systemübersicht einer Hochvoltkomponente 20 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, welche mit einer Hochvoltbatterie 10 verbunden ist, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Hochvoltkomponente 20 ist im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer Hochvoltbatterie 10 verbunden, welche neben den Batteriezellen 12 einen Schutzschalter 14, insbesondere einen elektronischen Schutzschalter 14, aufweist.
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Die Hochvoltkomponente 20 umfasst eine Hochvolteinheit 22, welche mit Hochvoltleitungen HV+, HV- der Hochvoltbatterie 10 verbunden ist.
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Die Hochvoltkomponente weist weiter eine Niedervolteinheit 24, sowie eine Spannungsmesseinrichtung 26 zum Bestimmen eines elektrischen Potentials an der Niedervolteinheit 24 und eine Ansteuerungseinheit 28 für den Schutzschalter 14 der Hochvoltbatterie 10 auf. Die Ansteuerungseinheit 28 kann den Schutzschalter 14 über eine Ansteuerleitung 16 aktivieren, d.h. zum Öffnen der Hochvoltleitung HV+ veranlassen.
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Die Hochvoltkomponente 20 weist weiter eine Niedervoltsteckverbindung 30 auf, welche eine Verbindung zu Niedervoltkomponenten herstellt.
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Die Ansteuerungseinheit 28 verarbeitet Signale der Spannungsmesseinrichtung 26. Dadurch kann die Hochvoltbatterie 10 mittels des Schutzschalters 14 von der Hochvoltkomponente 20 getrennt werden, wenn ein Potentialgrenzwert an der wenigstens einen Niedervolteinheit 24 überschritten ist.
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Die Ansteuereinheit 28 kann so zum Senden eines Ansteuersignals über die Ansteuerleitung 16 zum Öffnen des Schutzschalters 14 der Hochvoltbatterie 10 getriggert werden, wenn der Potentialgrenzwert überschritten ist. Auf diese Weise lässt sich flexibel einstellen, ab welchem Potentialwert das Signal zum Trennen der Hochvoltbatterie 10 gegeben wird. So kann verhindert werden, dass zu früh oder zu häufig die Hochvoltbatterie 10 abgeschaltet wird. Dennoch kann so die nötige Sicherheit gewährleistet werden.
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Die Ansteuereinheit 28 ist als Hardware-Komponente ausgebildet. Die Realisierung der Abschaltfunktion der Hochvoltkomponente 20 in einer Hardware-Komponente kann eine erhöhte Sicherheit im Fehlerfall gegenüber einer softwarebasierten Lösung bieten.
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Eine Hochvoltisolierung 42 ist zwischen wenigstens einer Hochvolteinheit 22 der Hochvoltkomponente 20 und der wenigstens einen Niedervolteinheit 24, der Spannungsmesseinrichtung 26 sowie der Ansteuerungseinheit 28 vorgesehen.
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Dabei können die Spannungsmesseinrichtung 26 und die Ansteuerungseinheit 28 jeweils mit einer eigenen Hochvoltisolierung 44 ausgebildet sein. Auf diese Weise ist für den Fall, dass ein Hochvoltpotential auf einer Niedervoltverbindung auftritt, gewährleistet, dass die Abschalteinrichtung isoliert ist und vor einem möglichen Kontakt mit der Außenwelt sicher ist.
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Ein Gehäuse, welches die wenigstens eine Hochvolteinheit 22, die wenigstens eine Niedervolteinheit 24, die Spannungsmesseinrichtung 26 sowie die Ansteuerungseinheit 28 umfasst, weist eine elektrische Isolation 40 auf. Das Gehäuse weist weiter vorteilhaft eine Masseanbindung 34 auf. Die Masseanbindung 34 stellt eine weitere Maßnahme als Schutz von Personen vor einem elektrischen Schlag bei einer ungewollten Berührung von spannungsführenden Teilen der Hochvoltkomponente 20 dar.
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Zweckmäßigerweise kann die Spannungsmesseinrichtung 26 zum Bestimmen eines elektrischen Potentials aller Niedervolteinheiten 24 und/oder Niedervoltsteckverbindungen 30 der Hochvoltkomponente 20 ausgebildet sein. Damit kann sichergestellt werden, dass alle Einheiten, welche einen potentiellen Kontakt zu hochvoltführenden Teilen der Hochvoltkomponente 20 herstellen könnten, permanent auf das Auftreten eines Hochvoltpotentials überprüft werden können.
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Nach dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Hochvoltkomponente 20 vorteilhaft so betrieben werden, dass mittels der Spannungsmesseinrichtung 26 der Hochvoltkomponente 20 ein elektrisches Potential an wenigstens einer Niedervolteinheit 24 der Hochvoltkomponente 20 bestimmt wird. Dabei verarbeitet eine Ansteuerungseinheit 28 der Hochvoltkomponente 20 für den Schutzschalter 14 der Hochvoltbatterie 10 Signale wenigstens der Spannungsmesseinrichtung 26. Die Hochvoltbatterie 10 wird mittels des Schutzschalters 14 von der Hochvoltkomponente 20 getrennt, wenn ein Potentialgrenzwert an der wenigstens einen Niedervolteinheit 24 überschritten ist.
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Die Ansteuereinheit 28 wird dabei zum Senden eines Ansteuersignals 16 zum Öffnen des Schutzschalters 14 der Hochvoltbatterie 10 getriggert, wenn der Potentialgrenzwert überschritten ist.
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Vorteilhaft kann ein elektrisches Potential aller Niedervolteinheiten 24 und/oder Niedervoltsteckverbindungen 30 der Hochvoltkomponente 20 bestimmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochvoltenergiespeicher
- 12
- Batteriezellen
- 14
- Schalter
- 16
- Ansteuerleitung
- 20
- Hochvoltkomponente
- 22
- Hochvolteinheit
- 24
- Niedervolteinheit
- 26
- Spannungsmesseinrichtung
- 28
- Ansteuerungseinheit
- 30
- Niedervoltsteckverbindung
- 32
- Niedervoltkomponenten
- 34
- Masseanbindung
- 40
- Gehäuseisolierung
- 42
- Hochvoltisolierung
- 44
- Hochvoltisolierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020006947 A1 [0004]
