DE102022002627B3

DE102022002627B3 - Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022002627B3
Application number: DE102022002627.9A
Authority: DE
Inventors: Urs Boehme
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2023-12-21
Anticipated expiration: 2042-07-19
Also published as: WO2024017774A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes (3) eines Fahrzeugs (2) mit einer Schutzvorrichtung (8) bei einem Körperkontakt mit einem der Hochvoltpotentiale (HV+, HV-) und einem Bezugspotential (M) während eines Ladens einer Hochvoltbatterie (6) durch eine Gleichstromladestation (5), wobei die Schutzvorrichtung (8) jeweils eine Spannungsmessvorrichtung (SV1, SV2) und eine Schutzschaltung (9) aufweist.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem der Hochvoltpotentiale (HV+, HV-) zwischen der Schutzvorrichtung (8) und einem Gleichstromladeanschluss ein galvanisch gekoppelter Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist und die Gleichstromladestation (5) eine Ladespannung bereitstellt, die geringer ist als eine Nennspannung der Hochvoltbatterie (6), wobei ermittelt wird, ob der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) erfolgt, und dies als ein Auslösekriterium für eine Ansteuerung der Schutzschaltung (9) und/oder einer weiteren Schutzschaltung (9), die zwischen dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, und dem Bezugspotential (M) an einer Position zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und dem Gleichstromladeanschluss angeordnet ist, verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind, wie in der gattungsbildenden Schrift DE 10 2019 008 833 A1 beschrieben, eine Schutzvorrichtung für ein elektrisches Gleichstromnetz, ein Bordnetz für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und eine Gleichstromladestation bekannt. Die Schutzvorrichtung umfasst eine erste Spannungsmessvorrichtung zwischen einer Pluspotentialleitung und einer Bezugspotentialleitung und eine zweite Spannungsmessvorrichtung zwischen einer Minuspotentialleitung und der Bezugspotentialleitung, oder eine Fehlerstrommessvorrichtung in der Bezugspotentialleitung. Die Schutzvorrichtung umfasst des Weiteren eine Schutzschaltung mit zwei Schutzschaltungsteilen, wobei der erste Schutzschaltungsteil eine Reihenschaltung eines ersten Entladewiderstands und eines ersten Schutzschalters zwischen der Pluspotentialleitung und der Bezugspotentialleitung umfasst und der zweite Schutzschaltungsteil eine Reihenschaltung eines zweiten Entladewiderstands und eines zweiten Schutzschalters zwischen der Minuspotentialleitung und der Bezugspotentialleitung umfasst. Der erste und zweite Schutzschalter sind bei einem mittels der ersten und/oder zweiten Spannungsmessvorrichtung ermittelten Unterschreiten und/oder Überschreiten eines vorgegebenen Spannungswertes zum Schließen ansteuerbar, oder der erste und/oder zweite Schutzschalter sind/ist bei einem mittels der Fehlerstrommessvorrichtung gemessenen Fehlerstrom zum Schließen ansteuerbar.
Die DE 10 2017 009 355 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten Bordnetzes und eines mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten Bordnetzes, wobei das erste und das zweite Bordnetz mittels eines einen ersten getakteten Energiewandler aufweisenden Energiekopplers elektrisch gekoppelt werden. Hierbei sind die erste und die zweite elektrische Gleichspannung mittels einer elektrischen Isolationseinrichtung gegenüber einem elektrischen Bezugspotential elektrisch isoliert und werden von der elektrischen Isolationseinrichtung überwacht. Das erste und das zweite Bordnetz werden mittels des Energiekopplers galvanisch gekoppelt, wobei bei einer Störung der Isolationseinrichtung in einem Bereich eines der beiden Bordnetze der Energiekoppler elektrische Potentiale des jeweiligen anderen der beiden Bordnetze derart steuert, dass jeweilige Potentialdifferenzen von diesen elektrischen Potentialen zum Bezugspotential kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert sind.
Des Weiteren sind aus intern bekanntem Stand der Technik eine Schutzvorrichtung für ein elektrisches Gleichstromnetz und ein Verfahren zu deren Betrieb sowie ein Bordnetz für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und eine Gleichstromladestation bekannt. Die Schutzvorrichtung umfasst eine Spannungsmessvorrichtung zwischen jeweils einer Potentialleitung und einer Bezugspotentialleitung und eine Schutzschaltung mit jeweils einer Reihenschaltung eines Schutzkondensators, eines Schutzwiderstands und eines jeweiligen Schutzschalters zwischen der jeweiligen Potentialleitung und der Bezugspotentialleitung, oder mit zwei Schutzschaltungsteilen mit einer Reihenschaltung eines Schutzkondensators, eines Schutzwiderstands und eines Schutzschalters zwischen der jeweiligen Potentialleitung und der Bezugspotentialleitung. Zum Schutzkondensator und Schutzwiderstand ist ein Entladewiderstand parallelgeschaltet und zum Schutzkondensator oder zum Schutzkondensator und Schutzwiderstand ist eine Reihenschaltung aus einem Schnellentladewiderstand und einem Schnellentladeschalter parallelgeschaltet. Der erste und/oder zweite Schutzschalter sind/ist bei einem mittels der ersten und/oder zweiten Spannungsmessvorrichtung ermittelten Eintritt mindestens eines Auslösekriteriums zum Schließen ansteuerbar.
Auch ist intern eine weitere Schutzvorrichtung für ein elektrisches Gleichstromnetz, ein Bordnetz für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und eine Gleichstromladestation als Stand der Technik bekannt. Die Schutzvorrichtung umfasst eine jeweilige Spannungsmessvorrichtung zwischen einer jeweiligen Potentialleitung und einer Bezugspotentialleitung und eine Schutzschaltung mit einem Schutzschalter zwischen der jeweiligen Potentialleitung und der Bezugspotentialleitung und mindestens einem Widerstand, der als ein Widerstand mit einem festen Widerstandswert von maximal 800 Ω oder als ein spannungsabhängiger Widerstand ausgebildet ist, wobei der jeweilige Schutzschalter bei einem mittels der jeweiligen Spannungsmessvorrichtung ermittelten Eintritt mindestens eines Auslösekriteriums zum Schließen ansteuerbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs mit einer Schutzvorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers bei einem Körperkontakt mit einem der Hochvoltpotentiale und einem Bezugspotential während eines Ladens einer Hochvoltbatterie durch eine Gleichstromladestation, an welcher das Fahrzeug mittels eines Ladekabels angeschlossen ist, wobei die Schutzvorrichtung jeweils eine Spannungsmessvorrichtung und eine Schutzschaltung mit einem Schutzschalter zwischen dem jeweiligen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential aufweist, ist vorgesehen, dass in einem der Hochvoltpotentiale des Hochvoltbordnetzes des Fahrzeugs zwischen der Schutzvorrichtung und einem Gleichstromladeanschluss des Fahrzeugs ein galvanisch gekoppelter Gleichspannungswandler angeordnet ist und die Gleichstromladestation eine Ladespannung bereitstellt, die geringer ist als eine Nennspannung der Hochvoltbatterie. Es wird ermittelt, ob der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation erfolgt, im Folgenden auch als Position P2 oder zweite Position bezeichnet. Dies wird als ein Auslösekriterium für eine Ansteuerung der Schutzschaltung, insbesondere mindestens eines Schutzschalters der Schutzschaltung, und/oder zur Ansteuerung einer weiteren Schutzschaltung, insbesondere mindestens eines Schutzschalters dieser weiteren Schutzschaltung, die zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, und dem Bezugspotential an einer Position zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Gleichstromladeanschluss angeordnet ist, verwendet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass anhand einer Steigung der gemessenen Spannung zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, und dem Bezugspotential ermittelt wird, ob der Körperkontakt zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation, d. h. an der Position P2, erfolgt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass, wenn ermittelt wurde, dass der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation, d. h. an Position P2, erfolgt, und zudem eine Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zum Bezugspotential zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation unmittelbar vor dem Körperkontakt einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, die Schutzschalter nicht geschlossen werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass, wenn ermittelt wurde, dass der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation, d. h. an Position P2, erfolgt, und zudem die Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zum Bezugspotential zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation unmittelbar vor dem Körperkontakt den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, mindestens der Schutzschalter zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, und dem Bezugspotential geschlossen und dann wieder geöffnet wird. Dabei wird dieser Schutzschalter solange geschlossen, bis eine aktuelle Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zum Bezugspotential zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation Null ist, und dann wieder geöffnet, und/oder er wird solange geschlossen, bis eine aktuelle Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zum Bezugspotential zwischen dem Gleichspannungswandler und der Hochvoltbatterie so groß ist wie eine Differenz zwischen einer Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zum Bezugspotential zwischen dem Gleichspannungswandler und der Hochvoltbatterie unmittelbar vor dem Körperkontakt und der Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zum Bezugspotential zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation unmittelbar vor dem Körperkontakt, und dann wieder geöffnet.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass, wenn ermittelt wurde, dass der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation, d. h. an Position P2, erfolgt, und insbesondere dann, wenn zudem die Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, zum Bezugspotential zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation unmittelbar vor dem Körperkontakt den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der mindestens eine Schutzschalter der weiteren Schutzschaltung, die zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, und dem Bezugspotential an der Position zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Gleichstromladeanschluss angeordnet ist, geschlossen wird.
Die Steigung wird insbesondere mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, wobei insbesondere ermittelt wird, ob der Schwellwert unterschritten oder überschritten wird, und dadurch ermittelt wird, ob der Körperkontakt zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation erfolgt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass durch das Schließen des jeweiligen Schutzschalters mindestens ein elektrischer Widerstand zwischen das Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler angeordnet ist, und das Bezugspotential geschaltet wird, d.h. die Schutzschaltung der Schutzvorrichtung und/oder die weitere Schutzschaltung weist mindestens diesen Widerstand auf. Die Schutzschaltung der Schutzvorrichtung und/oder die weitere Schutzschaltung kann/können zudem noch weitere Komponenten aufweisen. Insbesondere ist die Schutzschaltung ausgebildet wie in der DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 und/oder in der DE 10 2021 003 835 beschrieben.
Durch die beschriebene Lösung wird eine korrekte Funktion der Schutzvorrichtung und deren Schutzschaltung auch dann sichergestellt, wenn das Hochvoltbordnetz den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler aufweist und der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential, in dem dieser Gleichspannungswandler angeordnet ist, an der Position P2 erfolgt, d. h. zwischen dem Gleichspannungswandler und der Gleichstromladestation. Dadurch wird auch für diesen Fall eine schnelle Entladung von Y-Kondensatoren sichergestellt und somit ein Stromschlag mit einer für Menschen gefährlichen Stärke vermieden.
Bei der beschriebenen Lösung wird insbesondere die Spannungsmessung der Hochvoltpotentiale bezogen auf das Bezugspotential betrachtet. Durch eine Differenzierung (Bildung der Ableitung) der Spannung kann anhand der Steigung des Spannungsverlaufs auf die ursprüngliche Ausgangsspannung geschlossen werden. Anhand der Ausgangsspannung kann dann durch Vergleich mit Schwellwerten darauf geschlossen werden, ob der Körperkontakt und somit die Körperentladung auf der Primärseite oder auf der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers stattfindet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 schematisch ein mit einer Gleichstromladestation gekoppeltes Fahrzeug.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einer Gleichstromladestation 5 gekoppelten Fahrzeugs 2. Das Fahrzeug 2 weist ein Hochvoltbordnetz 3 mit Hochvoltpotentialen HV+, HV-, d. h. mit einem Pluspotential HV+ und einem Minuspotential HV-, und mit einem Bezugspotential M, insbesondere Masse- oder Erdpotential, auf. Des Weiteren weist das Hochvoltbordnetz 3 eine Schutzvorrichtung 8 zum Schutz eines menschlichen Körpers MK bei einem Körperkontakt mit einem der Hochvoltpotentiale HV+, HV- und dem Bezugspotential M während eines Ladens einer Hochvoltbatterie 6 durch die Gleichstromladestation 5 auf. Das Hochvoltbornetz 3 bildet im mit der Gleichstromladestation 5 gekoppelten Zustand mit dieser ein gemeinsames Gleichstromnetz 1. Die Hochvoltbatterie 6 des Fahrzeugs 2, welche an der Gleichstromladestation 5 elektrisch geladen wird, dient insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie für mindestens eine elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs 2 zum Antrieb des Fahrzeugs 2.
Sowohl im Fahrzeug 2 als auch in der Gleichstromladestation 5 werden Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- als Maßnahme verwendet, um eine Emission von EMV-Störungen (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) zu reduzieren. Insbesondere sind Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- meist günstigere und kompaktere EMV-Filtermaßnahme im Vergleich zu induktiven Entstörfiltern, beispielsweise Common- oder Differential-Moder Drosseln. Aus Sicht der EMV wäre es somit vorteilhaft, Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- mit großen Kapazitätswerten zu verwenden.
Nachteilig bei einem elektrifizierten Fahrzeug 2, d. h. beispielsweise bei einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, ist jedoch, dass ein Energieinhalt der Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- durch einen Fahrzeugnutzer spürbar ist, wenn er ein Hochvoltpotential HV+, HV- berühren kann und gleichzeitig in Verbindung mit dem Erdpotential ist. Er erhält dann einen elektrischen Schlag. Je nach Größe dieses elektrischen Schlages kann dies gesundheitsgefährdend sein. Beispielsweise kann es zu Herzkammerflimmern oder zum Tod führen. Ein solcher elektrischer Schlag stellt einen so genannten „Einfachfehler“ dar und ist zu vermeiden. Daher ist dieser Energieinhalt der Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- normativ begrenzt, um eine Gefährdung des Fahrzeugnutzers auszuschließen.
Aus Sicht der Hochvoltsicherheit sind somit kleine Kapazitätswerte der Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- vorteilhaft. Normativ, beispielsweise geregelt in der Vorschrift LV123, gibt es die Anforderung, einen maximalen Energieinhalt, insbesondere 0,2 J, in den Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- nicht zu überschreiten oder so genannte „alternative measures“, d. h. alternative Maßnahmen, vorzusehen, zum Beispiel eine verstärkte Isolation. Dies hat jedoch stets zur Folge, dass bei einem Koppeln von zwei Hochvoltsystemen, beispielsweise Fahrzeug 2 und Gleichstromladestation 5, bei der Wahl der verstärkten Isolation als „alternative measure“ immer beide Teilnehmer gleichzeitig über diese verstärkte Isolation verfügen müssen. Dies kann derzeit jedoch nicht sichergestellt werden.
In anderen Normen, beispielsweise IEC 1772, IEC 60479-1 und IEC60479-2, wird nicht der Energieinhalt der Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- als gesundheitsgefährdende Größe genannt, die nicht überschritten werden darf, sondern es wird eine Ladungsmenge als schädigender Mechanismus genannt, die einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten darf. Beispielsweise ist hierzu ein Graph einer Relation einer Dauer eines Körperstroms über einen Wert des Körperstroms angegeben. Ein Alternativweg, wie beispielsweise eine verstärkte Isolation, wird hier nicht akzeptiert.
1 zeigt einen Schaltungsaufbau einer Ausführungsform des Hochvoltbordnetzes 3 bei einem Gleichstromladevorgang des Fahrzeugs 2. Das Hochvoltbordnetz 3 des Fahrzeugs 2 ist mittels eines Ladekabels 4 mit der Gleichstromladestation 5 gekoppelt. Dabei ist im dargestellten Beispiel das Ladekabel 4 bereits mit Anschlusskontakten AK+, AK- eines Gleichstromladeanschlusses des Fahrzeugs 2 verbunden und Ladeschütze LS+, LS- des Fahrzeugs 2 in Hochvoltpotentialleitungen HV+L, HV-L sind noch geöffnet. Zum Laden werden sie geschlossen.
Auf der linken Seite befindet sich die Gleichstromladestation 5 mit einer Ladestationsspannungsquelle SQ, einem Ladestationinnenwiderstand R_LS und den Y-Kondensatoren CyL+, CyL-.
Rechts daneben ist das Ladekabel 4 dargestellt.
Rechts daneben ist das Fahrzeug 2 mit seinem Hochvoltbordnetz 3 dargestellt, umfassend die Ladeschütze LS+, LS-, die Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, zum Beispiel EMV-Filter, einen X-Kondensator Cx, beispielsweise eines Gleichstromzwischenkreises, und die Hochvoltbatterie 6 mit ihren Hauptschützen HS+, HS-. Die Hochvoltbatterie 6 ist dargestellt als eine elektrische Batterieenergiequelle 7, umfassend beispielsweise eine Mehrzahl elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteter Einzelzellen, mit einem Batterieinnenwiderstand R_Batt.
Zusätzlich ist in diesem Schaltplan der menschliche Körper MK mit einem Körperwiderstand R_K und einem Schaltersymbol für einen Isolationsfehler IF, beispielsweise bei einem defekten Ladekabel 4, hier beispielhaft ein Fehler am Pluspotential HV+, dargestellt. Der Isolationsfehler IF kann ebenso am Minuspotential HV- auftreten. Dies ist hier nicht dargestellt. Tritt der Isolationsfehler IF auf, ist das Schaltersymbol geschlossen. Es erfolgt bei einem solchen Isolationsfehler IF und einem Kontakt des menschlichen Körpers MK mit einem der Hochvoltpotentiale HV+, HV- und einem Bezugspotential M eine Entladung durch den menschlichen Körper MK.
Um diese Entladung durch den menschlichen Körper MK zu vermeiden oder zumindest auf ein, insbesondere bezüglich einer Gesundheitsgefährdung, zulässiges Maß zu verringern, ist die Schutzvorrichtung 8 mit einer Schutzschaltung 9 zur Reduzierung des Stromschlags durch die Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- vorgesehen. Die Schutzvorrichtung 8 umfasst eine erste Spannungsmessvorrichtung SV1 zwischen der Pluspotentialleitung HV+L und der Bezugspotentialleitung ML zur Messung einer Spannung zwischen der Pluspotentialleitung HV+L und der Bezugspotentialleitung ML, d. h. zwischen dem Pluspotential HV+ und dem Bezugspotential M, insbesondere Massepotential, insbesondere der Fahrzeugrohbaumasse, und eine zweite Spannungsmessvorrichtung SV2 zwischen der Minuspotentialleitung HV-L und der Bezugspotentialleitung ML zur Messung einer Spannung zwischen der Minuspotentialleitung HV-L und der Bezugspotentialleitung ML, d. h. zwischen dem Minuspotential HV- und dem Bezugspotential M, insbesondere Massepotential, insbesondere der Fahrzeugrohbaumasse. Die Spannungsmessungen, insbesondere die Spannungsmessvorrichtungen SV1, SV2, steuern bei Eintritt mindestens eines vorgegebenen Auslösekriteriums einen dazugehörigen Schutzschalter SS1, SS2 an. Die Schutzschalter SS1, SS2 sind beispielsweise jeweils als ein Halbleiterschalter, beispielsweise MOSFET, ausgebildet. Dadurch wird ein Entladenetzwerk zwischen dem Pluspotential HV+ und dem Bezugspotential M, insbesondere der Rohbaumasse, bzw. ein Entladenetzwerk zwischen dem Minuspotential HV- und dem Bezugspotential M, insbesondere der Rohbaumasse, geschaltet. Diese Entladenetzwerke sind im dargestellten Beispiel Schutzschaltungsteile 9.1, 9.2 der Schutzschaltung 9.
Das jeweilige Entladenetzwerk, d. h. der jeweilige Schutzschaltungsteil 9.1, 9.2, umfasst mindestens einen elektrischen Widerstand, über welchen die Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- entladen werden. Im dargestellten Beispiel besteht das jeweilige Entladenetzwerk vorzugsweise aus einem ungeladenen Kondensator, im Folgenden als Schutzkondensator Cs1, Cs2 bezeichnet, und einem elektrisch parallel geschalteten Widerstand, im Folgenden als Entladewiderstand Re1, Re2 bezeichnet. Zusätzlich ist ein Schutzwiderstand Rs1, Rs2 vorgesehen, welcher zum Schutzkondensator Cs1, Cs2 elektrisch in Reihe geschaltet ist. Es könnte beispielsweise auch nur der Entladewiderstand Re1, Re2 vorgesehen sein.
Soweit bisher beschrieben entspricht das Hochvoltbordnetz 3 inklusive der Schutzvorrichtung 8 demjenigen aus der DE 10 2019 008 833 A1 . Für weitere Informationen zu dessen Aufbau und Funktionsweise wird daher auf diese DE 10 2019 008 833 A1 verwiesen, insbesondere auf deren Figuren und Figurenbeschreibung. Weitere Beispiele solcher Hochvoltbordnetze 3 mit Schutzvorrichtung 8 werden in der DE 10 2021 003 834 und in der DE 10 2021 003 835 beschrieben. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen im Aufbau der Schutzvorrichtung, insbesondere in den Komponenten des Entladenetzwerks.
Für die im Folgenden beschriebene Lösung können die in der DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 und in der DE 10 2021 003 835 beschriebenen Schutzvorrichtungen 8 und deren jeweilige Funktionsweise für das Hochvoltbordnetz 3 des Fahrzeugs 2 verwendet werden, d. h. die in 1 dargestellte Schutzvorrichtung 8 kann auch in Form einer anderen der in der DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 und in der DE 10 2021 003 835 beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein und funktionieren, wie dort beschrieben.
Der wesentliche Unterschied des hier dargestellten Hochvoltbordnetzes 3 zu den in der DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 und in der DE 10 2021 003 835 dargestellten und beschriebenen Hochvoltbordnetzen 3 besteht darin, dass im hier dargestellten und beschriebenen Hochvoltbordnetz 3 des Fahrzeugs 2 in einem der Hochvoltpotentiale HV+, HV-, im hier dargestellten Beispiel im Pluspotential HV+, zwischen der Schutzvorrichtung 8 und dem Gleichstromladeanschluss des Fahrzeugs 2 ein galvanisch gekoppelter Gleichspannungswandler GW angeordnet ist. Dadurch wird es ermöglicht, die Hochvoltbatterie 6 an einer Gleichstromladestation 5 zu laden, die eine Ladespannung bereitstellt, die geringer ist als eine Nennspannung der Hochvoltbatterie 6. Die dargestellte Gleichstromladestation 5 ist eine solche Gleichstromladestation 5.
Dieser Gleichspannungswandler GW hat Auswirkungen auf die Wirkung der Schutzvorrichtung 8, wenn der Isolationsfehler IF und der oben beschriebene Körperkontakt zwischen einem der Hochvoltpotentiale HV+, HV- und dem Bezugspotential M mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 erfolgt. Im hier dargestellten Beispiel ist dieses Hochvoltpotential das Pluspotential HV+. In anderen Beispielen kann der Gleichspannungswandler GW auch im Minuspotential HV- angeordnet sein, so dass dann dieses Minuspotential HV- betroffen wäre. Diese für die Wirkung der Schutzvorrichtung 8 kritische Position des Körperkontakts mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 wird im Folgenden als Position P2 bezeichnet.
Die anderen möglichen Positionen, in denen der Körperkontakt zwischen einem der Hochvoltpotentiale HV+, HV- und dem Bezugspotential M erfolgen könnte, sind das andere Hochvoltpotential, im dargestellten Beispiel das Minuspotential HV-, im Folgenden als Position P1 bezeichnet, und das Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Hochvoltbatterie 6, im Folgenden als Position P3 bezeichnet. An diesen beiden anderen Positionen P1 und P3 ist der Körperkontakt auch bei Verwendung des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers GW im Hochvoltbordnetz 3 des Fahrzeugs 2 für die Schutzvorrichtung 8, insbesondere für deren Funktionsweise und Wirkungsweise, unkritisch. Erfolgt der Körperkontakt mit einem der Hochvoltpotentiale HV+, HV- somit an einer dieser beiden Positionen P1, P3, so arbeitet die Schutzvorrichtung 8 weiterhin wie in der DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 oder in der DE 10 2021 003 835 , insbesondere in deren Figuren und Figurenbeschreibung, beschrieben und erzielt dabei die gleiche Wirkung wie dort beschrieben.
Erfolgt der Körperkontakt an Position P3, d. h. zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Hochvoltbatterie 6, dann wird mittels der Schutzvorrichtung 8 die Spannung zwischen dem vom Körper MK kontaktierten Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M an Position P3 auf 0V reduziert. An der Position P2 reduziert sich die Spannung zwischen diesem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M um den gleichen Spannungsbetrag wie an Position P3. Da die Ausgangsspannung zwischen diesem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M an Position P2 um den Spannungswert des Gleichspannungswandlers GW reduziert ist, ist als Endwert ebenfalls eine wesentlich niedrigere oder sogar negative Spannung die Folge. Da der Körperkontakt jedoch nicht an Position P2, sondern an Position P3 erfolgt, ist dies nicht von Bedeutung. An Position P3, an welcher der Körperkontakt erfolgt, wird die Spannung schnell abgebaut. Die Funktionsweise der Schutzvorrichtung, wie sie in der DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 oder in der DE 10 2021 003 835 beschrieben ist, ist somit für den Körperkontakt an Position P3 vorteilhaft und wird daher auch bei der hier beschriebenen Lösung für den Körperkontakt an Position P3 beibehalten.
Erfolgt der Körperkontakt an Position P2, d. h. zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5, dann reduziert sich die Spannung zwischen dem vom Körper MK kontaktierten Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M an Position P3 nur um einen geringen Wert, nämlich um die Spannung zwischen diesem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M an der Position P2. Die Spannung zwischen diesem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M reduziert sich an der Position P2 auf einer Kondensatorentladungskurve auf den Wert 0V. Das Zuschalten der Schutzschaltung 9 der Schutzvorrichtung 8 an Position P3, wie in DE 10 2019 008 833 A1 , in DE 10 2021 003 834 oder in DE 10 2021 003 835 beschrieben, würde die Spannung an der Position P3 schlagartig auf 0V reduzieren. In Folge dessen reduziert sich ab dem Zuschaltzeitpunkt die Spannung zwischen dem vom Körper MK kontaktierten Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M an der Position P2 um den Spannungswert, der an der Position P3 zum Zeitpunkt des Zuschaltens geherrscht hat. Aufgrund des Vorzeichenwechsels, da die Ausgangsspannung an Position P2 geringer ist als an Position P3, erhöht sich dann der Spannungsbetrag an der Position P2 und stellt somit sogar eine höhere Gefahr dar als ohne das Zuschalten der Schutzschaltung 9 der Schutzvorrichtung 8.
Erfolgt der Körperkontakt an Position P1, d. h. an dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW nicht angeordnet ist, im hier dargestellten Beispiel somit am Minuspotential HV-, dann wird mittels der Schutzvorrichtung 8 die Spannung zwischen dem vom Körper MK kontaktierten Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M an Position P1 auf 0V reduziert. Die Spannung zwischen dem anderen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M steigt sowohl an der Position P2 als auch an der Position P3 um den gleichen Betrag an. Da in diesem Fall das Berühren durch den menschlichen Körper MK jedoch an Position P1 erfolgt, ist dies unerheblich, denn hier wird die Spannung schnell abgebaut. Die Funktionsweise der Schutzvorrichtung, wie sie in der DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 oder in der DE 10 2021 003 835 beschrieben ist, ist somit für den Körperkontakt an Position P3 vorteilhaft und wird daher auch bei der hier beschriebenen Lösung für den Körperkontakt an Position P3 beibehalten.
Wie aus den vorangegangenen Schilderungen erkennbar ist, besteht somit die Notwendigkeit zur Unterscheidung, ob der Körper MK an der Position P2 oder P3 mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, in Berührung kam. Insbesondere muss ermittelt werden, ob der Körper MK an Position P2 mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, in Berührung kam, denn dann ist eine andere Funktionsweise der Schutzvorrichtung 8, insbesondere der Schutzschaltung 9, erforderlich als in DE 10 2019 008 833 A1 , in der DE 10 2021 003 834 oder in der DE 10 2021 003 835 beschrieben.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist daher vorgesehen, dass ermittelt wird, ob der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 erfolgt, d. h. ob der Körperkontakt an Position P2 erfolgt. Da die Erkennung der jeweiligen Position P1, P2, P3, insbesondere der Position P2, sehr schnell erfolgen muss, damit die Schutzvorrichtung 8, insbesondere deren Schutzschaltung 9, die korrekte Handlung vornimmt, kann nicht auf ein Abklingen der Entladungskurve, d. h. der e-Funktion der Kondensatorentladung der Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL-, gewartet werden.
Das für die hier beschriebene Lösung herangezogene Unterscheidungsmerkmal ist die Steigung der Entladungskurve, d. h. die Ableitung der Entladungskurve. Es wird somit anhand der Steigung der gemessenen Spannung zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential M ermittelt, ob der Körperkontakt zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 erfolgt. Die Spannung wird dabei mittels der zur Messung der Spannung zwischen diesem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M vorgesehenen Spannungsmessvorrichtung gemessen, im hier dargestellten Beispiel somit mittels der ersten Spannungsmessvorrichtung SV1.
Es gilt die Maschengleichung für das Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, hier somit für das Pluspotential HV+: $U_{P 3} (t) = U_{G W} + U_{P 2} (t)$
Dabei ist
U_P3(t) die Spannung zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, hier dem Pluspotential HV+, und dem Bezugspotential M an der Position P3,
U_P2(t) die Spannung zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, hier dem Pluspotential HV+, und dem Bezugspotential M an der Position P2,
U_GW die Spannung des Gleichspannungswandlers GW.
Eine Körperentladung an der Position P3 hat bezogen auf die Position P3 folgenden Verlauf: $U_{P 3} (t) = U_{0 P 3} * e^{- \frac{t}{R * C}}$
und für ihre Steigung (Ableitung) gilt: $\frac{d U_{P 3} (t)}{d t} = - \frac{1}{R * C} U_{0 P 3} * e^{- \frac{t}{R * C}}$
Eine Körperentladung an der Position P2 hat bezogen auf die Position P3 folgenden Verlauf: $U_{P 3} (t) = U_{G W} + U_{0 P 2} * e^{- \frac{t}{R * C}}$
und für ihre Steigung (Ableitung) gilt: $\frac{d U_{P 3} (t)}{d t} = - \frac{1}{R * C} U_{0 P 2} * e^{- \frac{t}{R * C}}$
U_0P3 und U_0P2 entsprechen dabei den Spannungen des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, in diesem Beispiel somit des Pluspotentials HV+, zum Bezugspotential M an den Positionen P3 bzw. P2 unmittelbar vor dem Eintritt der Körperentladung. R ist der Körperwiderstand R_K und C ist die Gesamtkapazität der zu entladenden Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL-.
Aus der Betrachtung der beiden Ableitungen ergibt sich ein Unterschied in der Steigung in Abhängigkeit von der Position der Körperberührung. Bei einer Berührung an Position P3 enthält die Formel der Ableitung (Formel (3)) den Faktor U_0P3, während bei einer Berührung an Position P2 die Ableitung (Formel (5)) den Faktor U_0P2 enthält.
Es kann also ohne Verzögerung anhand der Steigung der Ort der Körperberührung erkannt werden und somit auch sofort für die Schutzvorrichtung 8, insbesondere deren Schutzschaltung 9, das korrekte Verhalten erfolgen. Hierzu wird die ermittelte Steigung insbesondere mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Insbesondere wird ermittelt, ob dieser Schwellwert unterschritten oder überschritten wird. Durch diesen Vergleich wird ermittelt, ob der Körperkontakt an Position P2 erfolgt oder nicht.
Die Ermittlung der Steigung (Ableitung) kann beispielsweise anhand einer Kondensatorschaltung, eines Operationsverstärkers (Differenzierer) oder durch mehrfache Abtastung, d. h. Messung der Spannung mittels der betreffenden, hier der ersten, Spannungsmessvorrichtung SV1, und Berechnung erfolgen.
Im Folgenden werden Reaktionsmöglichkeiten der Schutzvorrichtung 8 für den ermittelten Körperkontakt an der jeweiligen Position P1, P2, P3 beschrieben, bzw. insbesondere wenn ermittelt wurde, dass der Körperkontakt an Position P2 erfolgt, denn wenn der Körperkontakt an den Positionen P1 und P3 erfolgt, d. h. wenn nicht ermittelt wird, dass der Körperkontakt an Position P2 erfolgt, dann erfolgt ein Kurzschließen/Schnellentladen des betroffenen Hochvoltpotentials mittels der Schutzvorrichtung 8 und deren Schutzschaltung 9 auf in der DE 10 2019 008 833 A1 und/oder in der DE 10 2021 003 834 und/oder in der DE 10 2021 003 835 beschriebene Weise.
Der Wesentliche Unterschied zur DE 10 2019 008 833 A1 , DE 10 2021 003 834 und DE 10 2021 003 835 besteht somit in der Ermittlung, ob der Körperkontakt an Position P2 erfolgt, und wenn dies der Fall ist, im dann anderen Vorgehen. Es kommt somit das Auslösekriterium zum Auslösen der Schutzschaltung 9, d. h. zum Schließen mindestens eines oder beider Schutzschalter SS1, SS2, der Position P1, P2, P3 des Körperkontakts hinzu, insbesondere das Auslösekriterium, ob der Körperkontakt an Position P2 erfolgt oder nicht, oder des Auslösekriteriums, dass der Körperkontakt an Position P2 erfolgt. Dieses Auslösekriterium, d. h. dessen Vorliegen, wird dabei, wie oben beschrieben, insbesondere anhand der Steigung der Spannung über die Zeit t zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, im hier dargestellten Beispiel dem Pluspotential HV+, und dem Bezugspotential M ermittelt, insbesondere gemäß Formel (5).
Wenn somit ermittelt wurde, dass der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, im dargestellten Beispiel somit mit dem Pluspotential HV+, zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 erfolgt, d. h. an Position P2, dann gibt es mehrere Möglichkeiten für die dann durchzuführende Funktionsweise der Schutzvorrichtung 8, insbesondere deren Schutzschaltung 9:

- Keine Aktion durch die Schutzvorrichtung 8, wenn die Spannung zu keiner Gefährdung des Menschen führt, d. h. die Umladung der Y-Kondensatoren CyF+, CyF-, CyL+, CyL- um den Betrag von U_0P2 zu keiner Überschreitung vorgegebener, insbesondere gesetzlich vorgegebener, Grenzwerte führt.

Wenn somit die Spannung U_0P2 des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5, d. h. an Position P2, unmittelbar vor dem Körperkontakt einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, werden die Schutzschalter SS1, SS2 nicht geschlossen.

- Entladung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, im hier dargestellten Beispiel des Pluspotentials HV+, zum Bezugspotential M an der Position P3 um den Spannungswert U_0P2, d.h.um den Wert der Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5, d. h. an Position P2, unmittelbar vor dem Körperkontakt. Dies kann beispielsweise durch das Schließen des betreffenden Schutzschalters, hier des ersten Schutzschalters SS1, und wieder Öffnen erfolgen. Das Öffnen erfolgt dabei beispielsweise, sobald an Position P3 zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential M eine Spannung von U_0P3 - U_0P2 anliegt, d. h. bis diese Spannung der Differenz der Spannung U_0P2 des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5, d. h. an Position P2, zur Spannung U_0P3 des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Hochvoltbatterie 6, d. h. an Position P3, unmittelbar vor dem Körperkontakt entspricht. Alternativ erfolgt das Öffnen beispielsweise, wenn an Position P2, d. h. im Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 die Spannung zwischen diesem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential M 0V beträgt. Insbesondere wenn die Spannung U_0P2 des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5, d. h. an Position P2, unmittelbar vor dem Körperkontakt den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird somit mindestens der Schutzschalter SS1 zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential M solange geschlossen, bis die aktuelle Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 Null ist, und dann wieder geöffnet, und/oder bis eine aktuelle Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Hochvoltbatterie 6 so groß ist wie eine Differenz zwischen der Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Hochvoltbatterie 6 unmittelbar vor dem Körperkontakt und der Spannung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5 unmittelbar vor dem Körperkontakt, und dann wieder geöffnet.

Für diese beiden Möglichkeiten gemäß der obigen beiden Anstriche ist eine möglichst genaue Kenntnis über die Spannung U_0P2 des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5, d. h. an Position P2, unmittelbar vor dem Körperkontakt erforderlich. Diese Spannung U_0P2 kann aus dem Übersetzungsverhältnis des Gleichspannungswandlers GW und aus der mittels der entsprechenden Spannungsmessvorrichtung, hier der ersten Spannungsmessvorrichtung SV1, gemessenen Spannung U_0P3 des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Hochvoltbatterie 6, d.h. an Position P3, unmittelbar vor dem Körperkontakt ermittelt werden oder mittels einer weiteren Spannungsmessvorrichtung direkt an einem Eingang des Gleichspannungswandlers GW gemessen werden.
Alternativ zu diesen beiden Möglichkeiten, insbesondere alternativ zu der Möglichkeit gemäß obigem zweiten Anstrich, kann beispielsweise auch ein Entladen an der Position P2 erfolgen. Hierzu ist eine weitere Entladeschaltung, insbesondere ein weiteres Entladenetzwerk, insbesondere eine weitere Schutzschaltung 9, zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential an der Position P2 erforderlich, d. h. zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5. Zur Realisierung dieser Möglichkeit weist somit das Hochvoltbordnetz 3 an dieser Position P2 eine solche weitere Entladeschaltung, insbesondere weitere Schutzschaltung 9, auf. Diese ist vorteilhafterweise ausgebildet wie in der DE 10 2019 008 833 A1 und/oder in der DE 10 2021 003 834 und/oder in der DE 10 2021 003 835 beschrieben.
Bei Verwendung dieser weiteren Schutzschaltung wird somit, insbesondere wenn die Spannung U_0P2 des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, zum Bezugspotential M zwischen dem Gleichspannungswandler GW und der Gleichstromladestation 5, d. h. an Position P2, unmittelbar vor dem Körperkontakt den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, mindestens ein Schutzschalter zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential M im Bereich der Position P2, d. h. zwischen dem Gleichspannungswandler GW und dem Gleichstromladeanschluss, angeordneten weiteren Schutzschaltung 9 geschlossen.
Zur besseren Unterscheidung oder schnelleren Reaktionsmöglichkeit können, zusätzlich zur oben beschriebenen Steigung der gemessenen Spannung zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential M, noch weitere Messgrößen verwendet werden, beispielsweise der aktuelle Wert der Spannungsmessung des Hochvoltpotentials, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, im hier dargestellten Beispiel somit des Pluspotentials HV+, zum Bezugspotential M, hier ermittelt mittels der ersten Spannungsmessvorrichtung SV1, oder dessen Mittelwertbildung über einen vorgegebenen Zeitraum. Beispielsweise kann ein vorgegebener Grenzwert für diesen aktuellen Wert der Spannungsmessung oder ein Mittelwert vorgegeben sein. Der Schutzschalter SS1 der Schutzschaltung 9 schließt dann, wenn dieser Grenzwert unterschritten ist, zeitgleich die berechnete Steigung der gemessenen Spannung zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential M beispielsweise einen Wert von unter -1e5 aufweist und der Schutzschalter der weiteren Schutzschaltung 9 geöffnet ist. Dieser Schutzschalter der weiteren Schutzschaltung 9 wird beispielsweise geschlossen, wenn der oben erwähnte Grenzwert der Spannungsmessung unterschritten ist und zeitgleich die berechnete Steigung der gemessenen Spannung zwischen dem Hochvoltpotential, in dem der Gleichspannungswandler GW angeordnet ist, und dem Bezugspotential M beispielsweise einen Wert zwischen -1e4 und -1e5 aufweist. Zudem darf dann der erste Schutzschalter SS1 der Schutzschaltung 9 nicht geschlossen sein.
Bei der beschriebenen Lösung kann somit, insbesondere anhand der Steigung der Entladekurve, ein Rückschluss auf die Position P1, P2, P3 des Körperkontaktes erfolgen und daraufhin die richtige Reaktion der Schutzvorrichtung 8 vorgenommen werden. Die beschriebene Lösung ist insbesondere für Fahrzeuge 2 mit einem galvanisch gekoppeltem Gleichspannungswandler GW und/oder mit mindestens einem als Gleichspannungswandler betriebenen Inverter geeignet. Dabei kann der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler GW beispielsweise auch zur Versorgung von Nebenaggregaten verwendet werden. Die Lösung kann auch für Gleichstromladestationen 5, bestehend aus einem galvanisch isolierenden Gleichspannungswandler und/oder einer Batterie und einem galvanisch gekoppelten Wandler verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Gleichstromnetz
2: Fahrzeug
3: Hochvoltbordnetz
4: Ladekabel
5: Gleichstromladestation
6: Hochvoltbatterie
7: Batterieenergiequelle
8: Schutzvorrichtung
9: Schutzschaltung
9.1, 9.2: Schutzschaltungsteil
AK+, AK-: Anschlusskontakt eines Gleichstromladeanschlusses
Cs1, Cs2: Schutzkondensator
Cx: X-Kondensator
CyF+, CyF-: Y-Kondensator Fahrzeug
CyL+, CyL-: Y-Kondensator Gleichstromladestation
GW: Gleichspannungswandler
HS+, HS-: Hauptschütz
HV+: Pluspotential
HV-: Minuspotential
HV+L: Pluspotentialleitung
HV-L: Minuspotentialleitung
IF: Isolationsfehler
LS+, LS-: Ladeschütz
M: Bezugspotential
ML: Bezugspotentialleitung
MK: Körper
P1, P2, P3: Position
RBatt: Batterieinnenwiderstand
RK: Körperwiderstand
RLS: Ladestationinnenwiderstand
Re1, Re2: Entladewiderstand
Rs1, Rs2: Schutzwiderstand
SQ: Ladestationsspannungsquelle
SS1, SS2: Schutzschalter
SV1, SV2: Spannungsmessvorrichtung

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes (3) eines Fahrzeugs (2) mit einer Schutzvorrichtung (8) zum Schutz eines menschlichen Körpers (MK) bei einem Körperkontakt mit einem der Hochvoltpotentiale (HV+, HV-) und einem Bezugspotential (M) während eines Ladens einer Hochvoltbatterie (6) durch eine Gleichstromladestation (5), an welcher das Fahrzeug (2) mittels eines Ladekabels (4) angeschlossen ist, wobei die Schutzvorrichtung (8) jeweils eine Spannungsmessvorrichtung (SV1, SV2) und eine Schutzschaltung (9) mit einem Schutzschalter (SS1, SS2) zwischen dem jeweiligen Hochvoltpotential (HV+, HV-) und dem Bezugspotential (M) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Hochvoltpotentiale (HV+, HV-) des Hochvoltbordnetzes (3) des Fahrzeugs (2) zwischen der Schutzvorrichtung (8) und einem Gleichstromladeanschluss des Fahrzeugs (2) ein galvanisch gekoppelter Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist und die Gleichstromladestation (5) eine Ladespannung bereitstellt, die geringer ist als eine Nennspannung der Hochvoltbatterie (6), wobei ermittelt wird, ob der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) erfolgt indem dies anhand einer Steigung der gemessenen Spannung zwischen dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, und dem Bezugspotential (M) ermittelt wird und dies als ein Auslösekriterium für eine Ansteuerung der Schutzschaltung (9) und/oder einer weiteren Schutzschaltung (9), die zwischen dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, und dem Bezugspotential (M) an einer Position zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und dem Gleichstromladeanschluss angeordnet ist, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn ermittelt wurde, dass der Körperkontakt mit dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) erfolgt, - wenn eine Spannung des Hochvoltpotentials (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zum Bezugspotential (M) zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) unmittelbar vor dem Körperkontakt einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, die Schutzschalter (SS1, SS2) nicht geschlossen werden, - wenn die Spannung des Hochvoltpotentials (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zum Bezugspotential (M) zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) unmittelbar vor dem Körperkontakt den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, mindestens der Schutzschalter (SS1, SS2) zwischen dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, und dem Bezugspotential (M) solange geschlossen wird, bis eine aktuelle Spannung des Hochvoltpotentials (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zum Bezugspotential (M) zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) Null ist, und dann wieder geöffnet wird, und/oder bis eine aktuelle Spannung des Hochvoltpotentials (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zum Bezugspotential (M) zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Hochvoltbatterie (6) so groß ist wie eine Differenz zwischen einer Spannung des Hochvoltpotentials (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zum Bezugspotential (M) zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Hochvoltbatterie (6) unmittelbar vor dem Körperkontakt und der Spannung des Hochvoltpotentials (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, zum Bezugspotential (M) zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) unmittelbar vor dem Körperkontakt, und dann wieder geöffnet wird, und/oder - mindestens ein Schutzschalter der weiteren Schutzschaltung (9), die zwischen dem Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, und dem Bezugspotential (M) an der Position zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und dem Gleichstromladeanschluss angeordnet ist, geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird, wobei insbesondere ermittelt wird, ob der Schwellwert unterschritten oder überschritten wird, und dadurch ermittelt wird, ob der Körperkontakt zwischen dem Gleichspannungswandler (GW) und der Gleichstromladestation (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Schließen des jeweiligen Schutzschalters (SS1, SS2) mindestens ein elektrischer Widerstand zwischen das Hochvoltpotential (HV+, HV-), in dem der Gleichspannungswandler (GW) angeordnet ist, und das Bezugspotential (M) geschaltet wird.