-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches System für ein Fahrzeug, auf ein Fahrzeug sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Systems für ein Fahrzeug, insbesondere bei Auftreten eines Ereignisses, das eine elektrische Entladung des elektrischen Systems erforderlich macht, wie beispielsweise bei einem Unfall des Fahrzeugs.
-
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, können neben einer Fahrantriebseinrichtung mit einem elektrischen Fahrantriebs mit elektrischer Energie eine Zusatzeinrichtung mit einem elektrischen Zusatzmoduls des Fahrzeugs umfassen. Ein solcher Zusatzmodul kann beispielsweise einen Elektromotor zum Bewegen eines an dem Fahrzeug angeordneten Greifarms umfassen.
-
Bei einem Unfall des Fahrzeugs ist es wichtig, dass alle elektrischen Versorgungseinrichtungen des Fahrzeugs elektrisch entladen werden.
-
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Systems für ein Fahrzeug, ein verbessertes elektrisches System für ein Fahrzeug und ein verbessertes Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
-
Mit der hier vorgestellten Erfindung kann sowohl eine strikte elektrische Trennung unterschiedlicher elektrischer Versorgungseinrichtungen eines Fahrzeugs realisiert werden, als auch eine sichere elektrische Entladung der Versorgungseinrichtung gewährleistet werden, beispielsweise bei einem Unfall des Fahrzeugs.
-
Ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems für ein Fahrzeug, wobei das elektrische System eine Fahrantriebseinrichtung mit einem elektrischen Fahrantriebs des Fahrzeugs, eine Zusatzeinrichtung mit einem elektrischen Zusatzmoduls des Fahrzeugs und eine Schalteinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um in einem Trennzustand eine elektrische Verbindung zwischen der Fahrantriebseinrichtung und der Zusatzeinrichtung zu trennen und in einem Verbindungszustand die elektrische Verbindung zwischen der Fahrantriebseinrichtung und der Zusatzeinrichtung herzustellen, umfasst die folgenden Schritte:
- Einlesen eines Ereignissignals, das ein zum Veranlassen einer elektrischen Entladung des elektrischen Systems führendes Ereignis anzeigt;
- Bereitstellen eines Verbindungssignals an eine Schnittstelle zu der Schalteinrichtung ansprechend auf das Ereignissignal, um die Schalteinrichtung in den Verbindungszustand zu versetzen oder den Verbindungszustand aufrechtzuerhalten; und
- Bereitstellen eines Entladungssignals an eine Schnittstelle zu der Fahrantriebseinrichtung und an eine Schnittstelle zu der Zusatzeinrichtung ansprechend auf das Ereignissignal, um die elektrische Entladung des elektrischen Systems zu bewirken.
-
Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Nutzfahrzeug mit einem Hochvoltsystem handeln, das zusätzlich zum Fahrantrieb ein weiteres elektrisches System, wie einen Neben- und Hilfsantrieb und Versorgungen aufweisen kann. Zum Beispiel kann es sich bei dem Fahrzeug um einen Zementmischer, ein Mülllastwagen oder ein Transporter mit einem Aufbau, wie zum Beispiel einem Kipper, handeln. Der Fahrantrieb kann einen oder mehrere Elektromotoren zum Antreiben zumindest eines Rads oder einer Achse des Fahrzeugs umfassen. Die Fahrantriebseinrichtung kann ausgebildet sein, um den Fahrantrieb mit elektrischer Energie, also beispielsweise einer Betriebsspannung, zu versorgen. Die Zusatzeinrichtung kann ausgebildet sein, um neben dem Fahrantrieb vorhandene weitere Neben- und Hilfsantriebe und Versorgungen, soweit vorhanden, mit elektrischer Energie zu versorgen. Beispielsweise kann eine entsprechende Energieversorgungseinrichtung einen Spannungswandler zum Wandeln einer Batteriespannung in eine zum Betrieb eines Antriebs geeigneten Betriebsspannung umfassen. Unter Verwendung der Schalteinrichtung können die unterschiedlichen Energieversorgungseinrichtungen elektrisch voneinander isoliert sowie elektrisch miteinander verbunden werden. Auch ein Vorladen über einen zusätzlichen parallelen Schalter mit Vorladewiderstand ist möglich. Ein Schaltzustand der Schalteinrichtung kann von einem Betriebszustand des Fahrzeugs abhängen. Beispielsweise kann die Schalteinrichtung in den Trennzustand versetzt werden, sobald sich das Fahrzeug bewegt. Im Falle eines Unfalls kann die Schalteinrichtung in den Verbindungszustand versetzt werden. Die daraus resultierende Verbindung ermöglicht einen Stromfluss zwischen den über die Schalteinrichtung verbundenen Versorgungseinrichtungen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Fahrantriebseinrichtung über die Zusatzeinrichtung zu entladen, und umgekehrt. Die vollständige Endladung der Versorgungseinrichtungen kann bei vorbestimmten Ereignissen sinnvoll sein, beispielsweise im Fall eines Unfalls oder eines Wartungsvorgangs. Das Ereignissignal kann das Vorliegen eines solchen Ereignisses anzeigen. Ansprechend darauf kann unter Verwendung des Verbindungssignals sichergestellt werden, das eine elektrische Verbindung zwischen den Versorgungseinrichtungen besteht. Ferner kann ansprechend auf das Ereignissignal mit der Entladung aller Versorgungseinrichtungen begonnen werden. Sollte bei einer der Versorgungseinrichtungen, beispielsweise aufgrund eines Defekts, keine Selbstentladung möglich sein, so kann die Entladung dieser Versorgungseinrichtung aufgrund der Verbindung über die Schalteinrichtung von einer anderen Versorgungseinrichtungen übernommen werden.
-
Die Fahrantriebseinrichtung kann eine Hauptentladungseinrichtung zum elektrischen Entladen der Fahrantriebseinrichtung und die Zusatzeinrichtung kann eine Nebenentladungseinrichtung zum Entladen der Zusatzeinrichtung umfassen. Entsprechend kann das Entladungssignal über die Schnittstelle der Fahrantriebseinrichtung an die Hauptentladungseinrichtung und über die Schnittstelle der Zusatzeinrichtung an die Nebenentladungseinrichtung bereitgestellt wird. Eine entsprechende Entladungseinrichtung kann beispielsweise einen Schalter umfassen, der in einer zur Durchführung eines Potentialausgleichs geeigneten Leitung angeordnet ist. Ansprechend auf das Entladungssignal kann der entsprechende Schalter geschlossen werden, um den Potentialausgleich zu bewirken. Hier wird der Vorladewiderstand der Trenneinrichtung als Entladewiderstand oder als Übergangswiderstand genutzt, um Ausgleichströme in den zulässigen Werten zu halten.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann das zum Veranlassen der elektrischen Entladung des elektrischen Systems erforderliche Ereignis einen Unfall des Fahrzeugs repräsentieren. Das Verfahren kann einen Schritt des Bereitstellens des Ereignissignals ansprechend auf ein Erkennen des Unfalls umfassen. Beispielsweise kann der Unfall unter Verwendung einer geeigneten Sensorik des Fahrzeugs erfasst und ansprechend darauf das Ereignissignal bereitgestellt werden. Somit kann der Entladevorgang automatisiert gestartet werden.
-
Das Verfahren kann einen Schritt des Bereitstellens eines Trennsignals an die Schnittstelle zu der Schalteinrichtung umfassen. Das Trennsignal kann ansprechend auf ein Betriebssignal bereitgestellt werden, das einen vorbestimmten Betriebszustand des Fahrzeugs anzeigt. Ansprechend auf das Trennsignal kann die Schalteinrichtung in den Trennzustand versetzt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die unterschiedlichen Versorgungseinrichtungen in dem Betriebszustand voneinander elektrisch isoliert und nur während eines Entladevorgangs miteinander verbunden werden. Optional können andere vorbestimmte Betriebszustände zu einem Verbinden der Versorgungseinrichtungen über die Schalteinrichtung führen. Ein solcher anderer Betriebszustand kann beispielsweise ein Ladevorgang zum Aufladen einer oder mehrere Batterien des Fahrzeugs sein.
-
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
-
Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
-
Als Schaltelement kommen mechanische oder elektronische Bauelement einzeln oder in Modulen zum Einsatz. Eine Kombination derer inklusiver Überwachungssysteme über deren Schaltzustände ist realisierbar. Elektronische Bauelemente können nur zum Einsatz kommen, wenn eine Trennstrecke gemäß Sicherheitsvorschriften gemäß der Systemanforderungen nicht notwendig ist.
-
Eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Systems für ein Fahrzeug kann eine Einleseeinrichtung zum Einlesen eines Ereignissignals, dass ein zum Veranlassen einer elektrischen Entladung des elektrischen Systems führendes Ereignis anzeigt, eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen eines Verbindungssignals an eine Schnittstelle zu der Schalteinrichtung ansprechend auf das Ereignissignal, um die Schalteinrichtung in den Verbindungszustand zu versetzen oder den Verbindungszustand aufrechtzuerhalten, und eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen eines Entladungssignals an eine Schnittstelle zu der Fahrantriebseinrichtung und eine Schnittstelle zu der Zusatzeinrichtung umfassen, um die elektrische Entladung des elektrischen Systems zu bewirken. Die Einrichtungen können separat oder integriert ausgeführt sein und gegebenenfalls um weitere Einrichtungen zum Umsetzen weiterer Schritte des genannten Verfahrens ergänzt werden. Auch können separate Sensoren verwendet werden. Ein notwendiger Trennvorgang kann integriert realisiert sein, beispielsweise durch Stromsensoren zur Stromüberwachung, Spannungssensoren auf der Fahrzeug- und Nebenversorgungsseite, Temperatursensoren, Schaltzustandsüberwachungssensoren, Crash- oder Ortungssensoren.
-
Der beschriebene Ansatz kann somit vorteilhafterweise im Zusammenhang mit einem elektrischen System des Fahrzeugs eingesetzt werden. Ein solches elektrisches System weist gemäß einer Ausführungsform zumindest eine Fahrantriebseinrichtung mit einem elektrischen Fahrantriebs des Fahrzeugs, eine Zusatzeinrichtung mit einem elektrischen Zusatzmoduls des Fahrzeugs, eine Schalteinrichtung, die ausgebildet ist, um in einem Trennzustand eine elektrische Verbindung zwischen der Fahrantriebseinrichtung und der Zusatzeinrichtung zu trennen und in einem Verbindungszustand die elektrische Verbindung zwischen der Fahrantriebseinrichtung und der Zusatzeinrichtung herzustellen, und eine genannte Vorrichtung zum Betreiben des elektrischen Systems auf.
-
Zusätzlich können die Versorgungseinrichtungen oder das elektrische System einen oder mehrere Energiespeicher zum Bereitstellen elektrischer Energie umfassen.
-
Das elektrische System kann als ein Hochvoltsystem ausgeführt sein. Solche Hochvoltsysteme werden typischerweise im Nutzfahrzeugbereich verwendet.
-
Zudem wird ein Fahrzeug mit einer Variante der zuvor vorgestellten Vorrichtung vorgestellt. Bei dem Fahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen Milchwagen, einen Kühltransporter, einen Trockenschüttgut-Kompressor, einen Betonmischer, einen Chemietransporter, einen Müllwagen, ein Kommunalfahrzeug, einen Klein-Kipper, einen Kleintransporter, einen Kippanhänger, einen mittleren Kipper, einen mittleren oder großen Stückgutkran, einen Holztransporter, eine Betonpumpe oder einen mittleren Radlader handeln.
-
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug während eines zum Veranlassen einer elektrischen Entladung eines elektrischen Systems führenden Ereignisses gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 ein Zustandsdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei dem Fahrzeug 100 um ein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug. Das Fahrzeug 100 weist ein elektrisches System 102 auf, das eine Fahrantriebseinrichtung 104 und eine Zusatzeinrichtung 106 sowie eine Schalteinrichtung 108 zum Unterbrechen und Schließen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen der elektrischen Fahrantriebseinrichtung 104 und der Zusatzeinrichtung 106 umfasst.
-
Die Fahrantriebseinrichtung 104, die auch als elektrisches System Fahrantrieb bezeichnet wird, weist einen elektrischen Fahrantrieb 110 zum Antreiben zumindest eines Rads 112 des Fahrzeugs 100 des auf. Die Zusatzeinrichtung 106, die auch als zusätzliches elektrisches System bezeichnet wird, weist ein elektrisches Zusatzmodul 114 des Fahrzeugs 100 auf. Das Zusatzmodul 114 umfasst lediglich beispielhaft einen Elektromotor mit angeflanschter Hydraulikpumpe, einen Antrieb zum Bewegen von Aufbauten des Fahrzeugs 100 oder ein Kühlaggregat. Das elektrische System 102 umfasst beispielsweise zumindest eine Batterie zum Bereitstellen elektrischer Energie für den elektrischen Fahrantrieb 110 und das Zusatzmodul 114. Eine solche Batterie kann auch Teil der Fahrantriebseinrichtung 104 und zusätzlich oder alternativ Teil der Zusatzeinrichtung 106 sein.
-
Bei Auftreten bestimmter Ereignisse, beispielsweise eines Unfalls, werden sowohl die Fahrantriebseinrichtung 104 als auch die Zusatzeinrichtung 106 elektrisch entladen. In 1 ist beispielhaft ein Unfall, hier ein Zusammenstoß zwischen dem Fahrzeug 100 und einem Fremdfahrzeug 120 gezeigt. Dieser Unfall geführt gemäß diesem Ausführungsbeispiel zu einem Entladen sowohl der Fahrantriebseinrichtung 104 als auch der Zusatzeinrichtung 106.
-
Dazu wird die Schalteinrichtung 108 geschlossen oder, sofern sie bereits geschlossen ist, geschlossen gehalten. Dadurch ist ein Stromfluss zwischen der Fahrantriebseinrichtung 104 und der Zusatzeinrichtung 106 möglich und die Entladung kann sowohl über die Fahrantriebseinrichtung 104 als auch über die Zusatzeinrichtung 106 erfolgen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann dadurch das elektrische System 102 entladen werden, auch wenn eine Entlademöglichkeit über die Fahrantriebseinrichtung 104 oder die Zusatzeinrichtung 106 nicht möglich ist, beispielsweise weil eine dafür vorgesehene Entladeschaltung bei dem Unfall beschädigt wurde.
-
Vorteilhafterweise ermöglicht der beschriebene Ansatz eine sichere Entladung von Hochvolt-Antrieben, wie der Fahrantriebseinrichtung 104, mit Nebenversorgungen, wie der Zusatzeinrichtung 106, unter Unfallbedingungen. Dazu besteht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine strikte Trennung von dem elektrischen Fahrantrieb 110 und zusätzlichen Neben- und Hilfsantrieben und Versorgungen, wie dem Zusatzmodul 114. Die Schalteinrichtung 108 entspricht gemäß einem Ausführungsbeispiel einem Trenner für Hochvolt-Antriebe. Im Falle eines Unfalls kann diese Trennung aufgehoben werden und angeschlossenes Hochvoltsystem als also auch zusätzliche Neben- und Hilfsantriebe und Versorgungen beteiligen sich mit an der Aufgabe, dass Hochvolt-System, beispielsweise das elektrische System 102, des gesamten Fahrzeuges 100 sicher zu entladen.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Trennung zwischen Fahrantriebseinrichtung 104 und Zusatzeinrichtung 106 durch Hochvoltschütze der Schalteinrichtung 108, die ein Hochvolt-System, hier beispielsweise die Zusatzeinrichtung 106, beispielsweise abhängig vom Zustand des Fahrantriebes 110 zuschalten, abschalten und sicher trennen.
-
Im Falle eines Unfalls werden Schalter, beispielsweise Relais, Hochvoltschütze oder Transistoren, der Schalteinrichtung 108 geschlossen bzw. leitfähig geschaltet, um eine sichere Entladung des elektrischen Systems 102 sowohl über die Fahrantriebseinrichtung 104 als auch über die Zusatzeinrichtung 106 zu ermöglichen.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielsweise entspricht das elektrische System 102 dem anhand von 1 beschriebenen System mit Fahrantriebseinrichtung 104, Zusatzeinrichtung 106 sowie Schalteinrichtung 108.
-
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Fahrantriebseinrichtung 104 eine Hauptentladungseinrichtung 204 zum elektrischen Entladen der Fahrantriebseinrichtung 104 und die Zusatzeinrichtung 106 umfasst eine Nebenentladungseinrichtung 206 zum Entladen der Zusatzeinrichtung 106. Die Hauptentladungseinrichtung 204 stellt somit eine Entladefunktion für die Fahrantriebseinrichtung 104 und die Nebenentladungseinrichtung 206 eine Entladefunktion für die Zusatzeinrichtung 106 bereit. Die Schalteinrichtung 108 umfasst Schalter 208, hier beispielsweise zwei HochvoltSchütze, zum Unterbrechen und Schließen zweier Verbindungsleitungen zwischen der Fahrantriebseinrichtung 104 und der Zusatzeinrichtung 106. Die Schalteinrichtung 108 stellt ein Subsystem zur Trennung von Hochvolt-Systemen, hier der Fahrantriebseinrichtung 104 und der Zusatzeinrichtung 106 dar. Wenn die Schalteinrichtung 108 geschlossen ist, kann die Fahrantriebseinrichtung 104 zusätzlich oder alternativ unter Verwendung der Nebenentladungseinrichtung 206 entladen werden. Entsprechend kann die Zusatzeinrichtung 106 zusätzlich oder alternativ unter Verwendung der Hauptentladungseinrichtung 204 entladen werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das elektrische System 102 eine Vorrichtung 230, die ausgebildet ist, um sowohl die Schalteinrichtung 108 als auch die Hauptentladungseinrichtung 204 und die Nebenentladungseinrichtung 206 anzusteuern. Beispielsweise ist die Vorrichtung 230 ausgebildet, um ansprechend auf ein Ereignissignal 232, das ein zum Veranlassen einer elektrischen Entladung des elektrischen Systems 102 führendes Ereignis anzeigt, ein Verbindungssignal 234 an eine Schnittstelle zu der Schalteinrichtung 108 bereitzustellen, um die Schalteinrichtung 108 in einen Verbindungszustand zu versetzen oder zu halten, um die Fahrantriebseinrichtung 104 und die Zusatzeinrichtung 106 elektrisch leitfähig miteinander zu verbinden. Ferner ist die Vorrichtung 230 ausgebildet, um ansprechend auf das Ereignissignal 232 ein Entladungssignal 236, 238, hier ein erstes Entladungssignal 236 an die Hauptentladungseinrichtung 204 und ein zweites Entladungssignal 238 an die Nebenentladungseinrichtung 206 bereitzustellen, um die Hauptentladungseinrichtung 204 und die Nebenentladungseinrichtung 206 zu aktivieren.
-
Beispielsweise wird das Ereignissignal 232 von einer Erkennungseinrichtung 240 bereitgestellt, die ausgebildet ist, um das zur Entladung des elektrischen Systems 102 führende Ereignis zu erkennen. Beispielsweise umfasst die Erkennungseinrichtung 240 eine Sensorik zum Erkennen des in 1 dargestellten Unfallgeschehens. Das Ereignissignal 232 wird beispielsweise unter Verwendung einer Einleseeinrichtung der Vorrichtung 230 eingelesen und das oder die Entladungssignale 236, 238 werden beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer eine Bereitstellungseinrichtungen bereitgestellt.
-
Optional ist die Vorrichtung 230 oder eine weitere Vorrichtung ausgebildet, um ein Trennsignal 242 an die Schalteinrichtung 108 bereitzustellen, um die Schalteinrichtung 108 in einen Trennzustand zu versetzen, in dem die Schalter 208 geöffnet sind. Gemäß einer Ausführungsform befinden sich parallel zu den auch als Hauptschalter bezeichneten Schaltern 208, Hilfsschalter mit Vorladewiderständen, die ein Potential ausgleichen und einen Ausgleichstrom begrenzen können. Dadurch werden die Fahrantriebseinrichtung 104 und die Zusatzeinrichtung 106 elektrisch voneinander isoliert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Trennsignal 242 in bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs bereitgestellt, beispielsweise während einer Fahrt des Fahrzeugs. Ein entsprechender Betriebszustand wird beispielsweise über ein Betriebssignal 244 angezeigt.
-
Beispielsweise werden im Falle eines Unfalls Hochvoltschütze einer Batterie des Fahrzeuges 100 geöffnet und ein der Batterie zugeordneter Zwischenkreis wird aktiv entladen. Reaktionszeiten von 50ms sind sehr kurz. Beispielsweise öffnet ein Batterie-System in diesem Fall geeignete Hochvoltschütze und ein Inverter beginnt die aktive Entladung des Zwischenkreises bzw. der Zwischenkreise. Ein solcher Inverter ist beispielsweise vorgesehen um eine von der Batterie bereitgestellte Spannung in eine Betriebsspannung des Fahrantriebs 110 und/oder des Zusatzmoduls 114 zu wandeln.
-
Im Falle eines Unfalles kann die Entladung des oder der Zwischenkreise beschädigt werden, sodass ein sicheres Entladen nicht mehr möglich ist. Reaktionszeiten liegen dabei bei 50ms. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn entweder die Hauptentladungseinrichtung 204 oder die Nebenentladungseinrichtung 206 beschädigt und die Schalteinrichtung 108 nicht geschlossen ist. Mögliche Ursachen sind dabei beispielsweise eine zu späte Detektierung oder eine Beschädigung eines Hochvolt-Systems. Auch ein Zerreißen eines Hochvolt-Systems ist möglich. Dadurch kann das HV-System in Teile zerbrechen, die nicht mehr sicher entladen werden können. Mögliche Teile sind beispielsweise ein Inverter für den Fahrantrieb, ein Inverter für das Zusatzmodul, beispielsweise in Form eines elektrischen Nebenantriebs (ePTO), ein DC/DC-Konverter oder ein Lader.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Schalteinrichtung 108 mögliche Crash-Signale und Interlock-Signale auswerten, erkennen und auch versenden. Der Versand ist an das Fahrzeug 100 oder Aufbauten des Fahrzeugs 100 ist möglich.
-
Wenn eine Detektion möglich ist, kann die Schalteinrichtung 108 geschlossen werden und der Fahrantrieb und die Nebenantriebe und Nebenversorgungen können den Zwischenkreis schneller entladen.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden als Schalter der Schalteinrichtung 108 sogenannte Nomally-Closed-Relais eingesetzt, also Schalter, die ohne aktive Anschaltung geschlossen sind. Damit kann das System 102 sicher entladen werden, wenn im Falle eines Unfalls das Detektieren eines die Entladung erfordernden Ereignisses oder die Versorgung, insbesondere die Ansteuerung der Schalteinrichtung 108, hier beispielhaft der Relais, ausfällt.
-
Gemäß einem anderen weiteren Ausführungsbeispiel ist ein zu früher Ausfall der Versorgung des Steuergerätversorgung denkbar. Daher ist eine NO-(normally-open-) bauweise der Schalter (z.B. Schütze) vorteilhaft im Sinne der passiven Sicherheit, da diese aktive geschlossen werden müssen, um einen Energiefluss aufrechtzuerhalten.
-
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielsweise entspricht das elektrische System 102 dem anhand der 1 und 2 beschriebenen Systemen mit Fahrantriebseinrichtung, Zusatzeinrichtung sowie Schalteinrichtung.
-
In einem Schritt 301 wird ein Ereignissignal eingelesen, das ein zum Veranlassen einer elektrischen Entladung des elektrischen Systems führendes Ereignis anzeigt. Beispielsweise zeigt das Ereignissignal das in 1 gezeigte Unfallgeschehen an. Optional umfasst das Verfahren einen Schritt 303 des Erkennens des Ereignisses und des Bereitstellens des Ereignissignals. In einem Schritt 305 wird ein Verbindungssignal an eine Schnittstelle zu der Schalteinrichtung bereitgestellt, um die Schalteinrichtung in den Verbindungszustand zu versetzen oder den Verbindungszustand aufrechtzuerhalten. In einem Schritt 307 wird ein Entladungssignal an eine Schnittstelle zu der Fahrantriebseinrichtung und eine Schnittstelle zu der Zusatzeinrichtung bereitgestellt, um die elektrische Entladung des elektrischen Systems zu bewirken. Dabei kann ein Entladungssignal zum Entladen sowohl der Fahrantriebseinrichtung als auch der Zusatzeinrichtung bereitgestellt werden, oder es werden separate Signale an die Fahrantriebseinrichtung und die Zusatzeinrichtung bereitgestellt. Die Schritte 305, 307 werden ansprechend auf das Einlesen des Ereignissignals im Schritt 301 ausgeführt. Die Schritte 305, 307 können dabei gleichzeitig oder zeitlich versetzt in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
-
Optional umfasst das Verfahren einen Schritt 309, in dem ein Trennsignal an die Schnittstelle zu der Schalteinrichtung bereitgestellt wird, wenn ein Betriebssignal einen vorbestimmten Betriebszustand des Fahrzeugs anzeigt. Ein solcher Betriebszustand kann beispielsweise ein Fahrzustand sein, in dem das Fahrzeug sich schnell fortbewegt. In diesem Fall können Fahrantriebseinrichtung und Zusatzeinrichtung durch die geöffnete Schalteinrichtung elektrisch voneinander isoliert sein.
-
4 zeigt ein Zustandsdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielsweise entspricht das elektrische System 102 dem anhand der 1 und 2 beschriebenen Systemen mit Fahrantriebseinrichtung, Zusatzeinrichtung sowie Schalteinrichtung.
-
Zu Beginn befindet sich das Fahrzeug in einem Betriebszustand 411, in dem das Fahrzeug beispielsweise fährt. Je nach Art des Betriebszustands 411 befindet sich die Schalteinrichtung entweder in einem Verbindungszustand 413 oder einem Trennzustand 415. Wenn beispielsweise eine Erkennung eines Unfalls erfolgt ist, wird die Schalteinrichtung geschlossen oder geschlossen gehalten. Beispielsweise entspricht die erfolgte Erkennung eines Unfalls dem Einlesen eines Ereignissignals, wie es anhand von 2 beschrieben wurde. Wenn ein solches Ereignis vorliegt, wird die Schalteinrichtung geschlossen, wenn sie sich in dem Trennzustand 415 befindet. Dazu wird ein Befehl zum Schließen der Schalter der Schalteinrichtung bereitgestellt. Dies kann beispielsweise über den anhand von 2 beschriebenen Schritt 305 des Bereitstellens des Verbindungssignals erfolgen. Nachdem die Schalter der Schalteinrichtung geschlossen sind, oder alternativ auch vor dem Schließen der Schalter, wird ein Befehl zum Entladen aller Hochvolt-Systeme bereitgestellt, beispielsweise indem der anhand von 2 beschriebene Schritt des Bereitstellens eines Entladungssignals durchgeführt wird. Beispielsweise erfolgt dazu eine erste Ausgabe 417 eines ersten Befehls zum Entladen eines Inverters eines Antriebsstrangs und eine zweite Ausgabe 419 eines zweiten Befehls zum Entladen zusätzlicher Inverter.
-
Dadurch kann eine sichere Entladung 420 aller Hochvolt-Subsysteme durchgeführt werden, also beispielsweise aller Systeme des in 1 gezeigten elektrischen Systems.
-
Auch wenn ein Teil des Systems zum Zeitpunkt der Ausführung des Schritts 307 zerstört ist, können aufgrund der geschlossenen Schalteinrichtung alle Unterabschnitte des gesamten Hochvolt-Systems sicher entladen werden. Es kann somit eine separate Entladung auch von separierten Abschnitten des gegebenenfalls teilweise zerstörten Hochvolt-Systems durchgeführt werden.
-
Wenn ein Unfall passiert, dann wird das Hochvolt-System also gemäß einem Ausführungsbeispiel entladen durch das Schließen beispielsweise der Schalter/Schütze der Schalteinrichtung, wenn sie nicht schon geschlossen sind. Durch kurze Reaktionszeiten, ist eine kurze Detektierung und ein Schießbefehl möglich.
-
Bezugszeichen
-
- 100
- Fahrzeug
- 102
- elektrisches System
- 104
- Fahrantriebseinrichtung
- 106
- Zusatzeinrichtung
- 108
- Schalteinrichtung
- 110
- Fahrantrieb
- 112
- Rad
- 114
- Zusatzmodul
- 120
- Fremdfahrzeug
- 204
- Hauptentladungseinrichtung
- 206
- Nebenentladungseinrichtung
- 208
- Schalter
- 230
- Vorrichtung
- 232
- Ereignissignal
- 234
- Verbindungssignal
- 236
- erstes Entladungssignal
- 238
- zweites Entladungssignal
- 240
- Erkennungseinrichtung
- 242
- Trennsignal
- 244
- Betriebssignal
- 301
- Schritt des Einlesens
- 303
- Schritt des Bereitstellens des Ereignissignals
- 305
- Schritt des Bereitstellens eines Verbindungssignals
- 307
- Schritt des Bereitstellens eines Entladungssignals
- 309
- Schritt des Bereitstellens eines Trennsignals
- 411
- Betriebszustand
- 413
- Verbindungszustand
- 415
- Trennzustand
- 417
- erste Ausgabe
- 419
- zweite Ausgabe
- 420
- sichere Entladung
