DE102022002626B3 - Vehicle with a high-voltage electrical system and method for operating the high-voltage electrical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit einem Hochvoltbordnetz (2) mit einer Traktionsbatterie (3), Hochvoltpotentialen (HV+, HV-), einem Bezugspotential (M), Isolationswiderständen (Riso+, Riso-), Y-Kapazitäten (Cy+, Cy-), einem Isolationswächter (4), Spannungsmessvorrichtungen (V1, V2) zwischen den Hochvoltpotentialen (HV+, HV-) und dem Bezugspotential (M), einer Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5) und einer Verarbeitungseinheit (6), die ausgebildet und eingerichtet ist, einen aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus zu ermitteln und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5) zum Verhindern eines Überschreitens eines Potentialspannungsgrenzwertes für den Fahrzeugstatus anzusteuern, wobei für mehrere Fahrzeugstatus jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit (6) ermittelbar ist. The invention relates to a vehicle (1) with a high-voltage electrical system (2) with a traction battery (3), high-voltage potentials (HV+, HV-), a reference potential (M), insulation resistances (Riso+, Riso-), Y capacitances (Cy+, Cy -), an insulation monitor (4), voltage measuring devices (V1, V2) between the high-voltage potentials (HV+, HV-) and the reference potential (M), a potential distribution control circuit (5) and a processing unit (6), which is designed and set up to determine the current vehicle status and to control the potential distribution control circuit (5) to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, a potential voltage limit value being predetermined for several vehicle statuses or being able to be determined by the processing unit (6).
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes.The invention relates to a vehicle with a high-voltage electrical system according to the features of the preamble of claim 1 and a method for operating the high-voltage electrical system.
Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
In der
Aus der
In der
Die gattungsbildende Schrift
Auch die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug mit einem gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Hochvoltbordnetz und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes anzugeben.The invention is based on the object of specifying a vehicle with a high-voltage on-board electrical system that is improved compared to the prior art and an improved method for operating the high-voltage on-board electrical system.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes mit den Merkmalen des Anspruchs 7.The object is achieved according to the invention by a vehicle with a high-voltage electrical system with the features of claim 1 and a method for operating the high-voltage electrical system with the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Ein Fahrzeug weist ein elektrisches Hochvoltbordnetz auf. Unter dem Begriff „Hochvolt“, auch mit HV abgekürzt, ist insbesondere eine elektrische Gleichspannung zu verstehen, die insbesondere größer als etwa 60 V ist. Insbesondere ist der Begriff „Hochvolt“ konform zur Norm ECE R 100 auszulegen.A vehicle has a high-voltage electrical system. The term “high voltage”, also abbreviated as HV, is understood to mean in particular an electrical direct voltage that is in particular greater than approximately 60 V. In particular, the term “high voltage” must be interpreted in accordance with the ECE R 100 standard.
Das Hochvoltbordnetz umfasst eine Traktionsbatterie, d. h. einen elektrochemischen Energiespeicher zur Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Das Fahrzeug ist somit insbesondere ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug.The high-voltage electrical system includes a traction battery, i.e. H. an electrochemical energy storage device for supplying energy to at least one electric drive machine for driving the vehicle. The vehicle is therefore in particular an electric vehicle or hybrid vehicle.
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz ein positives Hochvoltpotential, ein negatives Hochvoltpotential, ein insbesondere als Massepotential ausgebildetes Bezugspotential, einen Isolationswiderstand zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, einen Isolationswiderstand zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, eine Y-Kapazität zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, eine Y-Kapazität zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, einen mit dem positiven Hochvoltpotential, dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential elektrisch gekoppelten Isolationswächter, eine Spannungsmessvorrichtung zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential zur Messung einer positiven Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential, eine Spannungsmessvorrichtung zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential zur Messung einer negativen Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential, eine Potentialverteilungssteuerungsschaltung und eine Verarbeitungseinheit, die mit den Spannungsmessvorrichtungen zur Auswertung der gemessenen Hochvoltpotentialspannungen und mit der Potentialverteilungssteuerungsschaltung zu deren Ansteuerung gekoppelt ist.Furthermore, the high-voltage electrical system includes a positive high-voltage potential, a negative high-voltage potential, a reference potential designed in particular as a ground potential, an insulation resistance between the positive high-voltage potential and the reference potential, an insulation resistance between the negative high-voltage potential and the reference potential, a Y capacitance between the positive high-voltage potential and the Reference potential, a Y capacitance between the negative high-voltage potential and the reference potential, an insulation monitor electrically coupled to the positive high-voltage potential, the negative high-voltage potential and the reference potential, a voltage measuring device between the positive high-voltage potential and the reference potential for measuring a positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential, a voltage measuring device between the negative high-voltage potential and the reference potential for measuring a negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential, a potential distribution control circuit and a processing unit which is coupled to the voltage measuring devices for evaluating the measured high-voltage potential voltages and to the potential distribution control circuit for controlling them.
Erfindungsgemäß ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet und eingerichtet, einen aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus zu ermitteln und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern eines Überschreitens eines Potentialspannungsgrenzwertes für den Fahrzeugstatus anzusteuern, wobei für mehrere Fahrzeugstatus jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist. Der jeweilige Potentialspannungsgrenzwert ist dabei ein Absolutbetrag. Er gilt somit sowohl für die positive Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit positivem Vorzeichen, als auch für die negative Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit negativem Vorzeichen.According to the invention, the processing unit is designed and set up to determine a currently existing vehicle status and to control the potential distribution control circuit to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, with a potential voltage limit value being predetermined for several vehicle statuses or being able to be determined by the processing unit. The respective potential voltage limit value is an absolute amount. It therefore applies to both the positive high-voltage potential voltage, here correspondingly with a positive sign, and for the negative high-voltage potential voltage, here correspondingly with a negative sign.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes des Fahrzeugs ist entsprechend vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit den aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus ermittelt und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes ansteuert, der für diesen Fahrzeugstatus vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit vor dem Ansteuern der Potentialverteilungssteuerungsschaltung ermittelt wird.In a method according to the invention for operating the high-voltage on-board electrical system of the vehicle, it is accordingly provided that the processing unit determines the current vehicle status and controls the potential distribution control circuit to prevent the potential voltage limit value being exceeded, which is specified for this vehicle status or is determined by the processing unit before the potential distribution control circuit is activated .
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine fahrzeugzustandsabhängige Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert. Dadurch wird insbesondere eine Einhaltung normativer Obergrenzen in den Y-Kapazitäten gespeicherter Energie/Ladung sichergestellt. Insbesondere aufgrund einer zunehmenden Verwendung höherer Spannungslagen, beispielsweise 800V, in Fahrzeugen steigt die gespeicherte Energie/Ladung in den Y-Kapazitäten, die insbesondere als Filterkondensatoren ausgebildet sind oder diese umfassen. Die Einhaltung der normativen Obergrenzen stellt daher eine Herausforderung dar. Bei einem Laden an einer Gleichstromladestation werden zudem zu den Y-Kapazitäten des Fahrzeugs noch Y-Kapazitäten in der Gleichstromladestation elektrisch parallelgeschaltet. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der gespeicherten Energie/Ladung.The solution according to the invention thus enables a vehicle condition-dependent limitation of the high-voltage potential voltages to the reference potential to the respective potential voltage limit value. This ensures in particular compliance with normative upper limits for energy/charge stored in the Y capacities. In particular, due to an increasing use of higher voltage levels, for example 800V, in vehicles, the stored energy/charge in the Y capacitances, which are in particular designed as or include filter capacitors, increases. Compliance with the normative upper limits therefore represents a challenge. When charging at a DC charging station, Y capacities in the DC charging station are also electrically connected in parallel to the Y capacities of the vehicle. This leads to a further increase in stored energy/charge.
Durch die erfindungsgemäße Lösung können größere Y-Kapazitäten im Fahrzeug verbaut werden, wodurch Filtermöglichkeiten von Leistungselektroniken des Fahrzeugs verbessert werden können. Des Weiteren ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung, eine Überlastung einer Isolation in der Gleichstromladestation beim Laden über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler zu verhindern. Zudem ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung, eine Funktion des Isolationswächters im Fahrzeug und/oder eines Isolationswächters in der Gleichstromladestation auch bei aktiver Potentialverteilungssteuerungsschaltung, d. h. bei aktiver Schaltung zur Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert, weiterhin sicherzustellen.The solution according to the invention allows larger Y capacitances to be installed in the vehicle, which means that the filtering options of the vehicle's power electronics can be improved. Furthermore, the solution according to the invention makes it possible to prevent overloading of insulation in the DC charging station when charging via a galvanically coupled DC-DC converter. In addition, the solution according to the invention makes it possible for the insulation monitor in the vehicle and/or an insulation monitor in the DC charging station to function even when the potential distribution control circuit is active, i.e. H. with active switching to limit the high-voltage potential voltages to the respective potential voltage limit value.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist für einen
- - Fahrzeugstatus I: Fahrbetrieb, und
- - Fahrzeugstatus II: Laden der Traktionsbatterie an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie, und
- - Fahrzeugstatus III: Laden der Traktionsbatterie über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie, und
- - Fahrzeugstatus IV: Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als eine Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes, über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler.
- - Vehicle status I: driving, and
- - Vehicle status II: Charging the traction battery at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery, and
- - Vehicle status III: Charging the traction battery via a galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, and
- - Vehicle status IV: Operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than a design voltage of the high-voltage on-board electrical system via a galvanically coupled DC-DC converter.
Diese Fahrzeugstatus erfordern, insbesondere aufgrund einer jeweils anderen Gesamtkapazität der im jeweiligen Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten, jeweils einen eigenen Potentialspannungsgrenzwert, wobei dieser insbesondere im Fahrzeugstatus II und III auch von den Y-Kapazitäten der jeweiligen Gleichstromladestation, mittels welcher die Traktionsbatterie jeweils geladen wird, abhängig ist und sich daher bei verschiedenen Gleichstromladestationen unterscheiden kann.These vehicle statuses require, in particular due to a different total capacity of the Y-capacities active in the respective vehicle status, their own potential voltage limit value, which, in particular in vehicle statuses II and III, also depends on the Y-capacities of the respective DC charging station, by means of which the traction battery is charged. depends and can therefore differ between different DC charging stations.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von mindestens einem einzuhaltenden Sicherheitsziel vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist. Als Sicherheitsziele sind insbesondere vorgegeben:
- Sicherheitsziel I: Reduzierung der maximalen Energie in den Y-Kapazitäten. Bei Fahrzeugen mit höheren Auslegungsspannungen des Hochvoltbordnetzes, d. h. Betriebsspannungen, beispielsweise 850V oder höher, steigt der Energieinhalt der Y-Kapazitäten quadratisch mit der Gleichspannung an. Der in den Y-Kapazitäten gespeicherte Ladungsinhalt steigt proportional mit der Gleichspannung an. Bei den Y-Kapazitäten handelt es sich teilweise um real existierende Bauteile in Form von EMV-Filter-Komponenten (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) und teilweise um so genannte Streukapazitäten. Die maximal gespeicherte Energie und die maximale Ladungsmenge sind normativ begrenzt, um einen gefährlichen Stromschlag als Folge eines einfachen Isolationsfehlers zu verhindern. Beispielhafte Normen hierzu sind die ISO 17409 und die J1772. Als maximale Energie in den Y-Kapazitäten wird eine komplett unsymmetrische Hochvoltpotentialverteilung betrachtet. Dabei liegt zwischen einem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential die volle Batteriespannung der Traktionsbatterie an, während über dem anderen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential 0V, d. h. keine Spannung, anliegt. Die in den Y-Kapazitäten gespeicherten Energien, d. h. die Summe der Energien beider Hochvoltpotentiale, können reduziert werden, indem die Unsymmetrie der Hochvoltpotentiale bezogen auf das Bezugspotential eingeschränkt, d. h. begrenzt, wird. Dies wird durch die oben beschriebene Lösung über den entsprechenden Potentialspannungsgrenzwert und die mittels der Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erreicht.
- Safety objective I: Reduction of the maximum energy in the Y capacities. In vehicles with higher design voltages of the high-voltage electrical system, ie operating voltages, for example 850V or higher, the energy content of the Y capacitances increases as the square of the DC voltage. The charge content stored in the Y capacitances increases proportionally with the DC voltage. The Y capacitances are partly actually existing components in the form of EMC filter components (EMC = electromagnetic compatibility) and partly so-called stray capacitances. The maximum stored energy and the maximum amount of charge are normatively limited to prevent dangerous electric shock as a result of a simple insulation fault. Example standards for this are ISO 17409 and J1772. A completely asymmetrical high-voltage potential distribution is considered the maximum energy in the Y capacitances. The full battery voltage of the traction battery is present between one high-voltage potential and the reference potential, while 0V, ie no voltage, is present across the other high-voltage potential and the reference potential. The energies stored in the Y capacitances, ie the sum of the energies of both high-voltage potentials, can be reduced by limiting, ie limiting, the asymmetry of the high-voltage potentials relative to the reference potential. This is achieved by the solution described above via the corresponding potential voltage limit value and the potential distribution control circuit, which is correspondingly controlled by the processing unit, to prevent the potential voltage limit value from being exceeded.
Sicherheitsziel II: Einhaltung einer maximalen Isolationsauslegung in einem Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung beim Verbinden zweier Hochvoltsysteme über einen galvanisch gekoppelten Spannungswandler. Dies betrifft insbesondere den Fahrzeugstatus III, d. h. das Laden der Traktionsbatterie über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie, und den Fahrzeugstatus IV, d. h. den Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler. Das Hochvoltsystem mit höherer Spannungsauslegung ist dabei jeweils das Hochvoltsystem, insbesondere Hochvoltbordnetz, des Fahrzeugs. Das Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung ist im Fahrzeugstatus III die Gleichstromladestation und im Fahrzeugstatus IV die Hochvoltkomponente. Wird das Fahrzeug, insbesondere dessen Traktionsbatterie, mit höherer Spannungslage, beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation geladen, bei der die Isolationsauslegung niedriger ist als diese Spannungslage des Fahrzeugs, beispielsweise nur 400V oder 500V beträgt (Fahrzeugstatus III), dann soll gemäß dieses Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation auftreten. Das Gleiche gilt auch für den Betrieb der Hochvoltkomponente mit niedrigerer Auslegungsspannung der Isolation, beispielsweise 500V, im Vergleich zur Auslegungsspannung des Fahrzeugs, beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler (Fahrzeugstatus IV). Auch hier soll gemäß diesem Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation dieser Hochvoltkomponente auftreten. Zudem ist, zumindest bei Bedarf, sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen bezogen auf das Bezugspotential, insbesondere im Betrieb des Fahrzeugs und der Gleichstromladestation bzw. im Betrieb des Fahrzeugs und der Hochvoltkomponente, keine Vorzeichenumkehr erfahren.Safety objective II: Compliance with a maximum insulation design in a high-voltage system with a lower voltage design when connecting two high-voltage systems via a galvanically coupled voltage converter. This applies in particular to vehicle status III, ie the charging of the traction battery via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, and vehicle status IV, ie the operation of a high-voltage component with a Design voltage of their insulation, which is smaller than the design voltage of the high-voltage on-board electrical system, via the galvanically coupled DC-DC converter. The high-voltage system with a higher voltage design is the high-voltage system, in particular the high-voltage electrical system, of the vehicle. The high-voltage system with a lower voltage design is the DC charging station in vehicle status III and the high-voltage component in vehicle status IV. If the vehicle, in particular its traction battery, is charged with a higher voltage level, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station in which the insulation design is lower than this voltage level of the vehicle, for example only 400V or 500V (vehicle status III), then should According to this safety objective II, the insulation of the DC charging station will never be overloaded. The same also applies to the operation of the high-voltage component with a lower design voltage of the insulation, for example 500V, compared to the design voltage of the vehicle, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter (vehicle status IV). Here, too, according to this safety objective II, the insulation of this high-voltage component should never be overloaded. In addition, it must be ensured, at least if necessary, that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials relative to the reference potential do not undergo a sign reversal, in particular during operation of the vehicle and the DC charging station or during operation of the vehicle and the high-voltage component.
Sicherheitsziel III: Kompatibilität mit dem Isolationswächter im Fahrzeug und/oder in der Gleichstromladestation. Der Isolationswächter im Fahrzeug oder in der Gleichstromladestation ermittelt den Isolationswiderstand, indem die Hochvoltpotentialverteilung um einen gewissen, insbesondere vorgegebenen, Betrag umgeladen wird. Ein dafür notwendiger Spannungshub darf einerseits nicht zu einer Überschreitung des Sicherheitsziels I (maximaler Energieinhalt in Y-Kapazitäten) und des Sicherheitsziels II (maximale Spannung der Isolation nicht überschritten) führen, andererseits muss dieser Spannungshub jedoch noch ausreichend hoch sein, damit der Isolationswächter ein ausreichend genaues Berechnungsergebnis ermitteln kann.Safety objective III: Compatibility with the insulation monitor in the vehicle and/or in the DC charging station. The insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station determines the insulation resistance by recharging the high-voltage potential distribution by a certain, in particular predetermined, amount. On the one hand, the voltage swing required for this must not lead to an exceedance of the safety target I (maximum energy content in Y capacities) and the safety target II (maximum voltage of the insulation not exceeded), but on the other hand, this voltage swing must still be sufficiently high so that the insulation monitor is sufficient can determine the exact calculation result.
Es ist daher insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von einer Gesamtkapazität aller in diesem Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist.It is therefore provided in particular that the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predetermined or can be determined by the processing unit as a function of a total capacity of all Y-capacities active in this vehicle status.
Im Fahrzeugzustand I, d. h. im Fahrbetrieb des Fahrzeugs, ist der Isolationswächter im Fahrzeug aktiv. Es besteht keine Verbindung des Fahrzeugs zu einer Gleichstromladestation. Aktiv sind somit nur die Y-Kapazitäten im Fahrzeug. Deren Gesamtkapazität ist bekannt und somit der Ermittlung oder Vorgabe des Potentialspannungsgrenzwertes vorgegeben. Dieser Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, kann somit berechnet werden, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 600V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 600V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -600V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.In vehicle condition I, i.e. H. When the vehicle is driving, the insulation monitor in the vehicle is active. The vehicle is not connected to a DC charging station. This means that only the Y capacities in the vehicle are active. Their total capacity is known and is therefore used to determine or specify the potential voltage limit value. This potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential can thus be calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 600V, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 600V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -600V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Gesamtkapazität im Fahrzeugstatus II oder III durch die Verarbeitungseinheit aus der Summe der Y-Kapazitäten des Hochvoltbordnetzes und eines geschätzten Y-Gesamtkapazitätswertes der Gleichstromladestation ermittelbar ist oder mittels mindestens einer messtechnischen Einrichtung messbar ist.In particular, it is provided that the total capacity in vehicle status II or III can be determined by the processing unit from the sum of the Y capacities of the high-voltage vehicle electrical system and an estimated Y total capacity value of the DC charging station or can be measured using at least one metrological device.
Im Fahrzeugzustand II, d. h. Laden der Traktionsbatterie an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie von beispielsweise 800V, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs und somit von dessen Hochvoltbordnetz zu einer Gleichstromladestation mit gleicher oder höherer Ladespannung, beispielsweise mit einer Ladespannung von 1000V. Der Isolationswächter im Fahrzeug oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug, ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y-Kapazitäten des Fahrzeugs und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswert für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt. Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -550V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.In vehicle state II, ie charging the traction battery at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery of, for example, 800V, there is a connection of the vehicle and thus of its high-voltage electrical system to a DC charging station with the same or higher charging voltage, for example with a charging voltage of 1000V. The insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station is active and monitors the vehicle and the DC charging station. The total capacity of all active Y capacities, ie of the DC charging station and vehicle, is not exactly known at the beginning of the charging process, since the Y capacities of the DC current charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y capacities of the vehicle and an additionally assumed Y total capacity value for the DC charging station, for example a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements. Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit value, ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential, is calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -550V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value, ie the maximum high-voltage potential voltages, is reached.
Im Fahrzeugzustand III, d. h. Laden der Traktionsbatterie über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs und somit von dessen Hochvoltbordnetz zu einer solchen Gleichstromladestation mit einer Ladespannung von beispielsweise 500V. Die Traktionsbatterie wird daher über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler geladen. Der Isolationswächter im Fahrzeug oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug, ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y-Kapazitäten des Fahrzeugs und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswert für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt. Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -550V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.In vehicle condition III, i.e. H. Charging the traction battery via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, there is a connection of the vehicle and thus of its high-voltage electrical system to such a DC charging station with a charging voltage of, for example, 500V. The traction battery is therefore charged via the galvanically coupled DC-DC converter. The insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station is active and monitors the vehicle and the DC charging station. The total capacity of all active Y capacities, i.e. H. of DC charging station and vehicle, is not exactly known at the beginning of the charging process because the Y capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y capacities of the vehicle and an additionally assumed Y total capacity value for the DC charging station, for example, a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements. Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential, calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -550V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
Zudem wird hier auch das Sicherheitsziel II beachtet, d. h. es soll eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation vermieden werden. Um das Sicherheitsziel II einzuhalten, wird, wenn bei dieser Gleichstromladestation von einer maximalen Isolationsauslegung, d. h. von einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, von beispielsweise 500V ausgegangen wird, ein Potentialspannungsgrenzwert von 500V auf der Anschlussseite zur Gleichstromladestation ermittelt bzw. vorgegeben, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 500V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -500V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.In addition, security objective II is also taken into account here, i.e. H. Overloading of the insulation of the DC charging station should be avoided. In order to comply with safety objective II, if this DC charging station has a maximum insulation design, i.e. H. a design voltage of its insulation, for example 500V, is assumed, a potential voltage limit of 500V is determined or specified on the connection side to the DC charging station, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 500V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -500V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
In diesem Fahrzeugzustand III ist zudem gemäß Sicherheitsziel II sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen bezogen auf das Bezugspotential keine Vorzeichenumkehr erfahren. D.h. es ist zu vermeiden, dass die Spannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential negativ wird und/oder die Spannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential positiv wird. Der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, wird somit derart ermittelt oder vorgegeben, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt die Potentialverschiebung somit beim Erreichen dieses Potentialspannungsgrenzwertes. Die Hochvoltpotentialverteilung wird dadurch mittels der Potentialverteilungssteuerungsschaltung derart gesteuert, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet.In this vehicle state III, it must also be ensured in accordance with safety objective II that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials do not undergo a sign reversal in relation to the reference potential. This means that it must be avoided that the voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential becomes negative and/or the voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential becomes positive. The potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential is thus determined or specified in such a way that no sign reversal takes place. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits the potential shift when this potential voltage limit value is reached. The high-voltage potential distribution is thereby controlled by means of the potential distribution control circuit in such a way that no sign reversal occurs.
Es ist daher in möglichen Ausführungsformen des Fahrzeugs und des Verfahrens vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert derart vorgegeben ist bzw. wird oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist bzw. wird, dass eine Vorzeichenumkehr der Hochvoltpotentialspannungen verhindert ist.It is therefore provided in possible embodiments of the vehicle and the method that the potential voltage limit value is such is or is specified or can be determined by the processing unit that a sign reversal of the high-voltage potential voltages is prevented.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung eine steuerbare Stromquelle zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und/oder eine steuerbare Stromquelle zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den zuvor ermittelten oder vorgegebenen Potentialspannungsgrenzwert. Ein maximaler Strom zum Anpassen der Hochvoltpotentialverteilung beträgt beispielsweise 10mA. Ist nur eine steuerbare Stromquelle vorgesehen, d. h. zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential oder zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, so treibt diese positive und negative Ströme, d. h. sie ist entsprechend ausgebildet und eingerichtet. Alternativ werden zwei steuerbare Stromquellen eingesetzt, d. h. eine steuerbare Stromquelle je Hochvoltpotential, dann jeweils mit nur einer möglichen Stromrichtung. Die steuerbare Stromquelle oder die jeweilige steuerbare Stromquelle kann galvanisch getrennt oder gekoppelt sein.In a possible embodiment, the potential distribution control circuit has a controllable current source between the positive high-voltage potential and the reference potential and/or a controllable current source between the negative high-voltage potential and the reference potential. The potential distribution control circuit controlled by the processing unit intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. A maximum current for adjusting the high-voltage potential distribution is, for example, 10mA. If only one controllable power source is provided, i.e. H. between the positive high-voltage potential and the reference potential or between the negative high-voltage potential and the reference potential, this drives positive and negative currents, i.e. H. she is trained and equipped accordingly. Alternatively, two controllable power sources are used, i.e. H. one controllable current source per high-voltage potential, then each with only one possible current direction. The controllable power source or the respective controllable power source can be galvanically isolated or coupled.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und/oder eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den zuvor ermittelten oder vorgegebenen Potentialspannungsgrenzwert. Wenn nur eine steuerbare Spannungsquelle eingesetzt wird, d. h. zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential oder zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, dann steuert diese Spannungsquelle nur ein Hochvoltpotential zum Bezugspotential. Alternativ werden zwei steuerbare Spannungsquellen eingesetzt, d. h. eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential. Die Spannungsquelle oder die jeweilige Spannungsquelle kann galvanisch getrennt oder gekoppelt sein.In a possible embodiment, the potential distribution control circuit has a controllable voltage source between the positive high-voltage potential and the reference potential and/or a controllable voltage source between the negative high-voltage potential and the reference potential. The potential distribution control circuit controlled by the processing unit intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. If only one controllable voltage source is used, i.e. H. between the positive high-voltage potential and the reference potential or between the negative high-voltage potential and the reference potential, then this voltage source only controls a high-voltage potential to the reference potential. Alternatively, two controllable voltage sources are used, i.e. H. a controllable voltage source between the positive high-voltage potential and the reference potential and a controllable voltage source between the negative high-voltage potential and the reference potential. The voltage source or the respective voltage source can be galvanically isolated or coupled.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung einen steuerbaren Widerstand zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und einen steuerbaren Widerstand zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den zuvor ermittelten oder vorgegeben Potentialspannungsgrenzwert. Der jeweilige steuerbare Widerstand besteht beispielsweise aus einem Festwiderstand mit einem Mindestwiderstandswert von beispielsweise 100Ohm/V und/oder einem steuerbaren Anteil. Die Steuerung kann beispielsweise über einen taktenden Betrieb eines geringen Widerstandes erfolgen oder über den Betrieb eines Halbleiters im linearen Bereich.In a possible embodiment, the potential distribution control circuit has a controllable resistance between the positive high-voltage potential and the reference potential and a controllable resistance between the negative high-voltage potential and the reference potential. The potential distribution control circuit controlled by the processing unit intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. The respective controllable resistance consists, for example, of a fixed resistor with a minimum resistance value of, for example, 100 Ohm/V and/or a controllable component. The control can take place, for example, via a clocking operation of a low resistance or via the operation of a semiconductor in the linear range.
Für das beschriebene Fahrzeug, insbesondere dessen Hochvoltbordnetz, und das beschriebene Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass die Potentialverteilungssteuerungsschaltung inaktiv ist, solange der Potentialspannungsgrenzwert nicht erreicht wird, d. h. solange die maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential und die maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential nicht erreicht wird. Der Isolationswächter, insbesondere im Fahrzeug, oder der Isolationswächter in der Gleichstromladestation, wenn das Fahrzeug mit dieser zum Laden der Traktionsbatterie gekoppelt ist, kann somit entsprechend seiner oben beschriebenen Funktionsweise die Hochvoltpotentiale unbeeinflusst durch die Potentialverteilungssteuerungsschaltung verschieben und den Isolationswert berechnen. Wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. eine der maximalen Hochvoltpotentialspannungen, erreicht, dann wird dies von der Verarbeitungseinheit, die die Spannungsmessvorrichtungen auswertet, festgestellt und daraufhin die Potentialverteilungssteuerungsschaltung angesteuert, welche dann entsprechend auf den Potentialspannungsgrenzwert begrenzt, d. h. dessen Überschreiten verhindert. Dadurch wird insbesondere das Erreichen des Sicherheitsziels III sichergestellt, d. h. die Kompatibilität mit dem Isolationswächter im Fahrzeug und/oder in der Gleichstromladestation.For the vehicle described, in particular its high-voltage electrical system, and the method described, it is in particular provided that the potential distribution control circuit is inactive as long as the potential voltage limit is not reached, i.e. H. as long as the maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential and the maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential are not reached. The insulation monitor, in particular in the vehicle, or the insulation monitor in the DC charging station, if the vehicle is coupled to it for charging the traction battery, can thus shift the high-voltage potentials uninfluenced by the potential distribution control circuit and calculate the insulation value in accordance with its functionality described above. If the potential voltage limit, i.e. H. one of the maximum high-voltage potential voltages is reached, then this is determined by the processing unit, which evaluates the voltage measuring devices, and the potential distribution control circuit is then activated, which is then limited accordingly to the potential voltage limit value, i.e. H. prevents it from being exceeded. This ensures in particular that security objective III is achieved, i.e. H. the compatibility with the insulation monitor in the vehicle and/or in the DC charging station.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine Ausführungsform eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs, -
2 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs, und -
3 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs.
-
1 schematically an embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle, -
2 schematically another embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle, and -
3 schematically another embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures.
Die
Das Hochvoltbordnetz 2 umfasst eine Traktionsbatterie 3, ein mit der Traktionsbatterie 3 gekoppeltes positives Hochvoltpotential HV+, ein mit der Traktionsbatterie 3 gekoppeltes negatives Hochvoltpotential HV- und ein insbesondere als Massepotential ausgebildetes Bezugspotential M.The high-voltage electrical system 2 includes a
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz 2 einen Isolationswiderstand Riso+ zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M und einen Isolationswiderstand Riso- zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M.Furthermore, the high-voltage electrical system 2 includes an insulation resistance Riso+ between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and an insulation resistance Riso- between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
Zudem umfasst das Hochvoltbordnetz 2 eine Y-Kapazität Cy+ zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M und eine Y-Kapazität Cy- zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M.In addition, the high-voltage electrical system 2 includes a Y-capacitance Cy+ between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and a Y-capacitance Cy- between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz 2 einen mit dem positiven Hochvoltpotential HV+, dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M elektrisch gekoppelten Isolationswächter 4.Furthermore, the high-voltage electrical system 2 includes an
Zudem umfasst das Hochvoltbordnetz 2 eine Spannungsmessvorrichtung V1 zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M zur Messung einer positiven Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M und eine Spannungsmessvorrichtung V2 zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M zur Messung einer negativen Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M.In addition, the high-voltage electrical system 2 includes a voltage measuring device V1 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M for measuring a positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M and a voltage measuring device V2 between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M for measuring a negative high-voltage potential voltage from the negative one High-voltage potential HV- to reference potential M.
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz 2 eine Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 und eine Verarbeitungseinheit 6, die mit den Spannungsmessvorrichtungen V1, V2 zur Auswertung der gemessenen Hochvoltpotentialspannungen und mit der Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zu deren Ansteuerung gekoppelt ist.Furthermore, the high-voltage electrical system 2 includes a potential
Die Verarbeitungseinheit 6 ist ausgebildet und eingerichtet, einen aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus zu ermitteln und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zum Verhindern eines Überschreitens eines Potentialspannungsgrenzwertes für den Fahrzeugstatus anzusteuern, wobei für mehrere Fahrzeugstatus jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist. Der jeweilige Potentialspannungsgrenzwert ist dabei ein Absolutbetrag. Er gilt somit sowohl für die positive Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit positivem Vorzeichen, als auch für die negative Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit negativen Vorzeichen.The
Diese Lösung ermöglicht somit eine fahrzeugzustandsabhängige Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert. Dadurch wird insbesondere eine Einhaltung normativer Obergrenzen in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- gespeicherter Energie/Ladung sichergestellt. Insbesondere aufgrund einer zunehmenden Verwendung höherer Spannungslagen, beispielsweise 800V, in Fahrzeugen 1 steigt die gespeicherte Energie/Ladung in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, die insbesondere als Filterkondensatoren ausgebildet sind oder diese umfassen. Die Einhaltung der normativen Obergrenzen stellt daher eine Herausforderung dar. Bei einem Laden an einer Gleichstromladestation werden zudem zu den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- des Fahrzeugs 1 noch Y-Kapazitäten in der Gleichstromladestation elektrisch parallelgeschaltet. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der gespeicherten Energie/Ladung.This solution thus enables a vehicle condition-dependent limitation of the high-voltage potential voltages to the reference potential M to the respective potential voltage limit value. This ensures in particular compliance with normative upper limits in the Y capacities Cy+, Cy- stored energy/charge. In particular, due to an increasing use of higher voltage levels, for example 800V, in vehicles 1, the stored energy/charge increases in the Y capacitances Cy+, Cy-, which are designed in particular as filter capacitors or include them. Compliance with the normative upper limits therefore represents a challenge. When charging at a DC charging station, Y capacities in the DC charging station are also electrically connected in parallel to the Y capacities Cy+, Cy- of vehicle 1. This leads to a further increase in stored energy/charge.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist für einen
- - Fahrzeugstatus I: Fahrbetrieb, und/oder
- - Fahrzeugstatus II:
Laden der Traktionsbatterie 3 an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung derTraktionsbatterie 3, und/oder - - Fahrzeugstatus III:
Laden der Traktionsbatterie 3 über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als dieBatterienennspannung der Traktionsbatterie 3, und/oder - - Fahrzeugstatus IV: Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als eine Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes 2, über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler.
- - Vehicle status I: driving, and/or
- - Vehicle status II: Charging the
traction battery 3 at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of thetraction battery 3, and / or - - Vehicle status III: Charging the
traction battery 3 via a galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of thetraction battery 3, and / or - - Vehicle status IV: Operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than a design voltage of the high-voltage vehicle electrical system 2 a galvanically coupled DC-DC converter.
Diese Fahrzeugstatus erfordern, insbesondere aufgrund einer jeweils anderen Gesamtkapazität der im jeweiligen Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, jeweils einen eigenen Potentialspannungsgrenzwert, wobei dieser insbesondere im Fahrzeugstatus II und III auch von den Y-Kapazitäten der jeweiligen Gleichstromladestation, mittels welcher die Traktionsbatterie 3 jeweils geladen wird, abhängig ist und sich daher bei verschiedenen Gleichstromladestationen unterscheiden kann.These vehicle statuses each require their own potential voltage limit value, in particular due to a different total capacity of the Y-capacities Cy+, Cy- active in the respective vehicle status, which, in particular in vehicle status II and III, also depends on the Y-capacities of the respective DC charging station, by means of which the
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von mindestens einem einzuhaltenden Sicherheitsziel vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist. Als Sicherheitsziele sind insbesondere vorgegeben:
- Sicherheitsziel I: Reduzierung der maximalen Energie in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy-. Bei Fahrzeugen 1 mit höheren Auslegungsspannungen des Hochvoltbordnetzes 2, d. h.
- Betriebsspannungen, beispielsweise 850V oder höher, steigt der Energieinhalt der Y-Kapazitäten Cy+, Cy- quadratisch mit der Gleichspannung an. Der in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- gespeicherte Ladungsinhalt steigt proportional mit der Gleichspannung an. Bei den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- handelt es sich teilweise um real existierende Bauteile in Form von EMV-Filter-Komponenten (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) und teilweise um so genannte Streukapazitäten. Die maximal gespeicherte Energie und die maximale Ladungsmenge sind normativ begrenzt, um einen gefährlichen Stromschlag als Folge eines einfachen Isolationsfehlers zu verhindern.
- Beispielhafte Normen hierzu sind die ISO 17409 und die J1772. Als maximale Energie in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- wird eine komplett unsymmetrische Hochvoltpotentialverteilung betrachtet. Dabei liegt zwischen einem Hochvoltpotential HV+, HV- und dem Bezugspotential M die volle Batteriespannung der Traktionsbatterie 3 an, während über dem anderen Hochvoltpotential HV-, HV+ und dem Bezugspotential M 0V, d. h. keine Spannung, anliegt. Die in den Y- Kapazitäten Cy+, Cy- gespeicherten Energien, d. h. die Summe der Energien beider Hochvoltpotentiale HV+, HV-, können reduziert werden, indem die Unsymmetrie der Hochvoltpotentiale HV+, HV- bezogen auf das Bezugspotential M eingeschränkt, d. h. begrenzt, wird. Dies wird durch die oben beschriebene Lösung über den entsprechenden Potentialspannungsgrenzwert und die mittels der Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erreicht.
- Safety goal I: Reduction of the maximum energy in the Y capacitances Cy+, Cy-. For vehicles 1 with higher design voltages of the high-voltage electrical system 2, ie
- Operating voltages, for example 850V or higher, the energy content of the Y capacitances Cy+, Cy- increases squarely with the DC voltage. The charge content stored in the Y capacitances Cy+, Cy- increases proportionally with the DC voltage. The Y capacitances Cy+, Cy- are partly actually existing components in the form of EMC filter components (EMC = electromagnetic compatibility) and partly so-called stray capacitances. The maximum stored energy and the maximum amount of charge are normatively limited to prevent dangerous electric shock as a result of a simple insulation fault.
- Example standards for this are ISO 17409 and J1772. A completely asymmetrical high-voltage potential distribution is considered the maximum energy in the Y capacitances Cy+, Cy-. The full battery voltage of the
traction battery 3 is present between a high-voltage potential HV+, HV- and the reference potential M, while 0V, ie no voltage, is present across the other high-voltage potential HV-, HV+ and the reference potential M. The energies stored in the Y capacitances Cy+, Cy-, ie the sum of the energies of both high-voltage potentials HV+, HV-, can be reduced by restricting, ie limiting, the asymmetry of the high-voltage potentials HV+, HV- in relation to the reference potential M. This is achieved by the solution described above via the corresponding potential voltage limit value and the potentialdistribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by means of theprocessing unit 6, to prevent the potential voltage limit value from being exceeded.
Sicherheitsziel II: Einhaltung einer maximalen Isolationsauslegung in einem Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung beim Verbinden zweier Hochvoltsysteme über einen galvanisch gekoppelten Spannungswandler. Dies betrifft insbesondere den Fahrzeugstatus III, d. h. das Laden der Traktionsbatterie 3 über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3, und den Fahrzeugstatus IV, d. h. den Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes 2, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler. Das Hochvoltsystem mit höherer Spannungsauslegung ist dabei jeweils das Hochvoltsystem, insbesondere Hochvoltbordnetz 2, des Fahrzeugs 1. Das Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung ist im Fahrzeugstatus III die Gleichstromladestation und im Fahrzeugstatus IV die Hochvoltkomponente.Safety objective II: Compliance with a maximum insulation design in a high-voltage system with a lower voltage design when connecting two high-voltage systems via a galvanically coupled voltage converter. This particularly applies to vehicle status III, i.e. H. charging the
Wird das Fahrzeug 1, insbesondere dessen Traktionsbatterie 3, mit höherer Spannungslage, beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation geladen, bei der die Isolationsauslegung niedriger ist als diese Spannungslage des Fahrzeugs 1, beispielsweise nur 400V oder 500V beträgt (Fahrzeugstatus III), dann soll gemäß dieses Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation auftreten. Das Gleiche gilt auch für den Betrieb der Hochvoltkomponente mit niedrigerer Auslegungsspannung der Isolation, beispielsweise 500V, im Vergleich zur Auslegungsspannung des Fahrzeugs 1, beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler (Fahrzeugstatus IV). Auch hier soll gemäß diesem Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation dieser Hochvoltkomponente auftreten. Zudem ist, zumindest bei Bedarf, sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen HV+, HV- bezogen auf das Bezugspotential M, insbesondere im Betrieb des Fahrzeugs 1 und der Gleichstromladestation bzw. im Betrieb des Fahrzeugs 1 und der Hochvoltkomponente, keine Vorzeichenumkehr erfahren.If the vehicle 1, in particular its
Sicherheitsziel III: Kompatibilität mit dem Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 und/oder in der Gleichstromladestation. Der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 oder in der Gleichstromladestation ermittelt den Isolationswiderstand, indem die Hochvoltpotentialverteilung um einen gewissen, insbesondere vorgegebenen, Betrag umgeladen wird. Ein dafür notwendiger Spannungshub darf einerseits nicht zu einer Überschreitung des Sicherheitsziels I (maximaler Energieinhalt in Y-Kapazitäten Cy+, Cy-) und des Sicherheitsziels II (maximale Spannung der Isolation nicht überschritten) führen, andererseits muss dieser Spannungshub jedoch noch ausreichend hoch sein, damit der Isolationswächter 4 ein ausreichend genaues Berechnungsergebnis ermitteln kann.Safety objective III: Compatibility with the
Bei der hier beschriebenen Lösung ist daher insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von einer Gesamtkapazität aller in diesem Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy- vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist.In the solution described here, it is therefore particularly provided that the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predetermined or can be determined by the
Im Fahrzeugzustand I, d. h. im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1, ist der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 aktiv. Es besteht keine Verbindung des Fahrzeugs 1 zu einer Gleichstromladestation. Aktiv sind somit nur die Y-Kapazitäten Cy+, Cy- im Fahrzeug 1. Deren Gesamtkapazität ist bekannt und somit der Ermittlung oder Vorgabe des Potentialspannungsgrenzwertes vorgegeben. Dieser Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, kann somit berechnet werden, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 600V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 600V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -600V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.In vehicle condition I, i.e. H. When vehicle 1 is driving, the
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass die Gesamtkapazität im Fahrzeugstatus II oder III durch die Verarbeitungseinheit 6 aus der Summe der Y-Kapazitäten Cy+, Cy- des Hochvoltbordnetzes 2 und eines geschätzten Y-Gesamtkapazitätswertes der Gleichstromladestation ermittelbar ist oder mittels mindestens einer messtechnischen Einrichtung messbar ist.In the solution described here, it is in particular provided that the total capacity in vehicle status II or III can be determined by the
Im Fahrzeugzustand II, d. h. Laden der Traktionsbatterie 3 an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3 von beispielsweise 800V, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs 1 und somit von dessen Hochvoltbordnetz 2 zu einer Gleichstromladestation mit gleicher oder höherer Ladespannung, beispielsweise mit einer Ladespannung von 1000V. Der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug 1 und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug 1, ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y-Kapazitäten Cy+, Cy- des Fahrzeugs 1 und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswertes für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt.In vehicle condition II, i.e. H. Charging the
Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -550V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M, calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -550V. The insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-. The potential
Im Fahrzeugzustand III, d. h. Laden der Traktionsbatterie 3 über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs 1 und somit von dessen Hochvoltbordnetz 2 zu einer solchen Gleichstromladestation mit einer Ladespannung von beispielsweise 500V. Die Traktionsbatterie 3 wird daher über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler geladen. Der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug 1 und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug 1, ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y-Kapazitäten Cy+, Cy- des Fahrzeugs 1 und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswertes für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt.In vehicle state III, ie charging the
Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -550V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M, calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -550V. The insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-. The potential
Zudem wird hier auch das Sicherheitsziel II beachtet, d. h. es soll eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation vermieden werden. Um das Sicherheitsziel II einzuhalten, wird, wenn bei dieser Gleichstromladestation von einer maximalen Isolationsauslegung, d. h. von einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, von beispielsweise 500V ausgegangen wird, ein Potentialspannungsgrenzwert von 500V auf der Anschlussseite zur Gleichstromladestation ermittelt bzw. vorgegeben, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 500V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -500V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen.In addition, security objective II is also taken into account here, i.e. H. Overloading of the insulation of the DC charging station should be avoided. In order to comply with safety objective II, if this DC charging station has a maximum insulation design, i.e. H. a design voltage of its insulation, for example 500V, is assumed, a potential voltage limit of 500V is determined or specified on the connection side to the DC charging station, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 500V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -500V. The insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-. The potential
In diesem Fahrzeugzustand III ist zudem gemäß Sicherheitsziel II sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen HV+, HV- bezogen auf das Bezugspotential M keine Vorzeichenumkehr erfahren. D.h. es ist zu vermeiden, dass die Spannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M negativ wird und/oder die Spannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M positiv wird. Der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, wird somit derart ermittelt oder vorgegeben, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt die Potentialverschiebung somit beim Erreichen dieses Potentialspannungsgrenzwertes. Die Hochvoltpotentialverteilung wird dadurch mittels der Potentialverteilungssteuerüngsschaltung 5 derart gesteuert, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet.In this vehicle state III, it must also be ensured in accordance with safety objective II that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials HV+, HV- do not undergo a sign reversal in relation to the reference potential M. This means that it must be avoided that the voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M becomes negative and/or the voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M becomes positive. The potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M is thus determined or specified in such a way that no sign reversal takes place. The potential
Bei der hier beschriebenen Lösung ist daher insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert derart vorgegeben ist bzw. wird oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist bzw. wird, dass eine Vorzeichenumkehr der Hochvoltpotentialspannungen verhindert ist.In the solution described here, it is therefore provided in particular that the potential voltage limit value is or is predetermined or can be determined by the
Die Ausführungsformen gemäß den
In der Ausführungsform gemäß
In der Ausführungsform gemäß
In der Ausführungsform gemäß
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 inaktiv ist, solange der Potentialspannungsgrenzwert nicht erreicht wird, d. h. solange die maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M und die maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M nicht erreicht wird. Der Isolationswächter 4, insbesondere im Fahrzeug 1, oder der Isolationswächter in der Gleichstromladestation, wenn das Fahrzeug 1 mit dieser zum Laden der Traktionsbatterie 3 gekoppelt ist, kann somit entsprechend seiner oben beschriebenen Funktionsweise die Hochvoltpotentiale HV+, HV- unbeeinflusst durch die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 verschieben und den Isolationswert berechnen. Wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. eine der maximalen Hochvoltpotentialspannungen, erreicht, dann wird dies von der Verarbeitungseinheit 6, die die Spannungsmessvorrichtungen V1, V2 auswertet, festgestellt und daraufhin die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 angesteuert, welche dann entsprechend auf den Potentialspannungsgrenzwert begrenzt, d. h. dessen Überschreiten verhindert. Dadurch wird insbesondere das Erreichen des Sicherheitsziels III sichergestellt, d. h. die Kompatibilität mit dem Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 und/oder in der Gleichstromladestation.In the solution described here, it is particularly provided that the potential
Durch die beschriebene Lösung können größere Y-Kapazitäten Cy+, Cy- im Fahrzeug 1 verbaut werden, wodurch Filtermöglichkeiten von Leistungselektroniken des Fahrzeugs 1 verbessert werden können. Des Weiteren ermöglicht es die beschriebene Lösung, eine Überlastung einer Isolation in der Gleichstromladestation beim Laden über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler zu verhindern. Zudem ermöglicht es die beschriebene Lösung, eine Funktion des Isolationswächters 4 im Fahrzeug 1 und/oder eines Isolationswächters in der Gleichstromladestation auch bei aktiver Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5, d. h. bei aktiver Schaltung zur Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert, weiterhin sicherzustellen.The solution described allows larger Y capacitances Cy+, Cy- to be installed in the vehicle 1, whereby the filtering options of power electronics of the vehicle 1 can be improved. Furthermore, the solution described makes it possible to prevent overloading of insulation in the DC charging station when charging via a galvanically coupled DC-DC converter. In addition, the solution described makes it possible for the
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- HochvoltbordnetzHigh-voltage electrical system
- 33
- TraktionsbatterieTraction battery
- 44
- IsolationswächterIsolation monitor
- 55
- PotentialverteilungssteuerungsschaltungPotential distribution control circuit
- 66
- VerarbeitungseinheitProcessing unit
- 77
- steuerbare Stromquellecontrollable power source
- 88th
- steuerbare Spannungsquellecontrollable voltage source
- 99
- steuerbarer Widerstand controllable resistance
- Cy+Cy+
- Y-KapazitätY capacity
- Cy-Cy-
- Y-KapazitätY capacity
- HV+HV+
- positives Hochvoltpotentialpositive high voltage potential
- HV-HV
- negatives Hochvoltpotentialnegative high voltage potential
- MM
- Bezugspotentialreference potential
- Riso+Riso+
- IsolationswiderstandInsulation resistance
- Riso-riso
- IsolationswiderstandInsulation resistance
- V1V1
- SpannungsmessvorrichtungVoltage measuring device
- V2V2
- SpannungsmessvorrichtungVoltage measuring device
Claims (7)
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