WO2012007329A2 - Verfahren zur sicherheitsbedingten abschaltung eines elektrischen netzes - Google Patents

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    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned

Definitions

  • the present invention relates to a method for the safety-related disconnection of an electrical network, a safety device suitable for carrying out the method according to the invention, a battery suitable for carrying out the method according to the invention and a motor vehicle which comprises the safety device or battery according to the invention.
  • a safety line loop also called interlock or pilot line or interlock or pilot line
  • an electrical power source belonging to the electrical network is disconnected or disconnected from the electrical network is decoupled if a danger to persons due to live parts is to be feared.
  • a safety line loop which is implemented as a signal loop.
  • the generation of the signal is usually carried out in a power source (for example in a battery) which supplies power to the electrical network.
  • the signal is passed through all electrical network plugs and all components connected to the mains.
  • the system is designed so that when opening a connector or a cover, which prevents access to live parts, inevitably the safety line loop is interrupted.
  • the evaluation of the signal takes place in all participants of the network, which act as an energy source. In case of interruptions
  • Safety line loop and shutdown of the protected by this network is in the range below one second.
  • Assemblies or functions performed on these assemblies can pose a hazard. For example,
  • Torque monitoring units known in engine control units, which perform a continuous torque monitoring. Generally, such torque monitoring units known in engine control units, which perform a continuous torque monitoring. Generally, such torque monitoring units known in engine control units, which perform a continuous torque monitoring. Generally, such torque monitoring units known in engine control units, which perform a continuous torque monitoring. Generally, such torque monitoring units known in engine control units, which perform a continuous torque monitoring. Generally, such torque monitoring units known in engine control units, which perform a continuous torque monitoring. Generally, such
  • Monitoring units integrated in the monitored component itself which depending on the classification of the hazard (for example, according to IS026262) can lead to considerable effort, for example, the required use of
  • the monitoring units can also be provided in separate components, which have free computing capacity.
  • the separate component must have a special intervention mechanism, which can prevent the risk in the component to be monitored.
  • the integration of the monitoring units in separate components has the advantage that the monitoring is distributed in the overall system and this results in a flexible structure, by which computer resources can be saved if necessary.
  • a method for safety-related disconnection of an electrical network.
  • a plurality of electrical components are connected, which at least one electrical energy source (for
  • a battery preferably a lithium-ion battery
  • at least one electrical load include.
  • the electrical energy source is switched off or disconnected from the electrical network, if a safety line loop (also called interlock or pilot line or interlock or pilot line) on which the electrical components are or which by the electrical
  • Safety line loop may be accomplished by splitting / breaking the signal path, switching to an electrical potential that does not conform to the closed state, or otherwise disturbing the signal flow.
  • the interruption may occur at any point in the safety line loop, but may also be that a signal carried by the safety line loop (eg, a DC signal, a
  • Constant current signal or an AC signal defined time behavior is turned off.
  • Operating data of at least one of the electrical components are monitored by at least one monitoring unit, in particular by an electronic computing unit.
  • the safety line loop is interrupted if a safety-critical situation is detected on the basis of the operating data by the monitoring unit. Because the interruption of
  • Safety line loop causes the protected from unwanted contact network is isolated from the power source, the controlled interruption of the safety line loop can be used to prevent hazards that may arise directly or indirectly through the use of energy from the electrical network.
  • the safety line loop can be used as an additional shutdown path in the monitoring of electronic systems.
  • the electrical network is included
  • At least one monitoring unit is part of a first electrical component and monitors the operating data of a second electrical component. This can lead to a redistribution of computing capacity.
  • Computing capacity of the first electrical component can be used to the possibly existing computing capacity of the second electrical
  • Component has at least indirect access to the safety line loop.
  • the method according to the invention can be applied flexibly to various situations.
  • the electrical energy source may be a battery, in particular a lithium-ion battery, and a battery current flowing through the battery may be monitored by a first monitoring unit.
  • Safety line loop may be interrupted if the battery current exceeds a predetermined current threshold.
  • the electrical network may be a traction network of an electric motor vehicle, to which an electric motor is connected.
  • a target torque transmitted from a torque control device to the electric motor may be controlled by a second
  • the safety line loop can be interrupted if the setpoint torque does not correspond to other operating data acquired by the second monitoring unit.
  • an interruption can occur when the amount of the target torque is higher than the amount of a torque comparison value, which of the second
  • Monitoring unit based on the other operating data is calculated.
  • the following monitoring data is monitored by the second monitoring unit: a variable determinable by a driver of the motor vehicle, in particular an accelerator pedal position and / or a wheel speed and / or an engine speed and / or a vehicle speed.
  • a torque applied to the electric motor is monitored by a third monitoring unit and the safety line loop is interrupted when the set torque is not applied to a torque control device
  • a further aspect of the invention relates to a safety device which comprises at least one electrical energy source (for example a battery, preferably a lithium-ion battery) and at least one electrical consumer, which can be connected to an electrical network.
  • the safety device further comprises a guided by the electrical components
  • Safety line loop in the interruption of the electrical energy source can be switched off or decoupled from the electrical network.
  • a monitoring unit of the safety device which is preferably designed as an electronic computing unit, is adapted to the inventive method for
  • the monitoring unit has immediate access to the
  • Security loop has, for example, by a relay or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) which are each designed to break the safety line loop.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the battery is configured to be turned off or disconnected from an electrical network when a safety line loop passing through it is broken. In this case, the interruption can be done either inside or outside the battery.
  • the battery comprises a signal transported by the safety line loop (for example a DC voltage signal) is switched off, in particular by the battery itself.
  • the battery comprises a
  • Monitoring unit in particular an electronic processing unit, which is designed to monitor operating data of an electrical component and to interrupt the safety line loop when it determines a safety-critical situation based on the operating data.
  • the inventive method can be carried out.
  • Another aspect of the invention relates to a motor vehicle, in particular an electric motor vehicle, which comprises the safety device or battery according to the invention.
  • FIG. 1 shows a safety device according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a generally designated 100 safety device as part of an electric vehicle, not shown.
  • the safety device 100 includes the electrical components 1 1, 12, 13, 14, 15 and 16.
  • Component 1 1 is an energy source in the form of a lithium-ion battery.
  • the Lithium-ion battery 1 1 supplies the electrical components 12, 13 and 14 via a high-voltage network 10 with electrical energy.
  • the electrical components 1 1, 12, 13 and 14 are connected via high-voltage connector 17 to the high-voltage network 10.
  • the lithium-ion battery 1 1 supplies a signal generated by a signal generator 18
  • Components 12, 13 and 14 are connected as participants in the high-voltage network.
  • the safety-line loop 20 is interrupted, preferably before the high-voltage path is interrupted.
  • the safety line loop 20 when opening a non-illustrated
  • An evaluation unit 19a detects the interruption of the safety line loop 20 and switches off the high-voltage network 10 by the electrical lithium-ion battery 1 1 either switched off or disconnected from the high-voltage network 10.
  • the high-voltage line 10 is a traction network of the electric vehicle to which the component 14 is connected, which consists of an inverter or a pulse inverter and a
  • the electrical component 14 can also be operated as a generator, in which case one in the electrical component 14
  • evaluation unit 19b monitors the safety line loop 20 and disconnected when acting as a generator electrical component 14 decouples from the high-voltage network 10.
  • the electrical component 14 is operated as an electric motor and comprises a pulse inverter and an electric motor, not shown.
  • the electrical components 1 1 to 16 are connected to a CAN (Controller Area Network) bus 21, which is used for communication between the individual components.
  • the electrical component 16 is a CAN (Controller Area Network) bus 21, which is used for communication between the individual components.
  • the electrical component 16 is a CAN (Controller Area Network) bus 21, which is used for communication between the individual components.
  • the electrical component 16 is a CAN (Controller Area Network) bus 21, which is used for communication between the individual components.
  • the electrical component 16 is a CAN (Controller Area Network) bus 21, which is used for communication between the individual components.
  • the electrical component 16 is a CAN (Controller Area Network) bus 21, which is used for communication between the individual components.
  • the electrical component 16 is a CAN (Controller
  • Vehicle or torque coordinator which controls the electric motor in the electrical component 14.
  • the torque coordinator 16 acquires relevant operating data, e.g. As determined by a driver accelerator pedal position, the
  • the Torque coordinator 16 On the basis of this operating data, the Torque coordinator 16 a target torque of the electric motor and sends it to the electrical component 14th
  • Monitor unit 22 software-based a target torque and compares it with the torque from the coordinator 16 to the CAN bus 21 sent target torque.
  • Torque coordinator calculated target torque is higher than the amount of a torque comparison value, which is calculated by the monitoring unit 22 based on the operating data, so the monitoring unit 22 controls a relay not shown in detail 23, which interrupts the safety line loop 20.
  • the evaluation unit 19a detects this interruption and sets a shutdown of the high-voltage network 10 in motion. This happens because the lithium-ion battery
  • an additional, redundant shutdown mechanism in the form of an interruption of the safety signal line 20 is provided, which can prevent a hazard to the driver.
  • the example described corresponds to an arrangement in which the
  • Monitoring unit 22 is disposed in the electrical component 13 and controls the operation of the electrical component 16.
  • the invention is not limited to such an arrangement.
  • monitoring units provided in the electrical components 11 through 13 can be used to monitor the critical functions of both component 14 and component 16.
  • the components 12 to 14 can take over a monitoring of the component 1 1. For example, after interruption of the safety line loop 20 no current flows through the
  • Lithium-ion battery 1 so that further heating of the lithium-ion battery 1 1 is prevented.
  • Safety signal line 20 interrupts, a arranged in the electrical component 1 1 monitoring unit can directly control the signal generator 18 and turn off the generation of the signal.
  • the security line loop 20 is configured so that the exact location of the monitoring unit is not critical as long as the monitoring unit has direct or indirect access to the security line loop 20. In specific arrangements it may be preferable that the monitoring of each component whose malfunction leads to a hazard in each of the other components present in the safety line loop path between the generation of the signal (eg in the lithium-ion battery 1 1) and the signal evaluation of the component to be monitored, or their actuator causing the hazard, are, takes place.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes (10) sowie eine Sicherheitseinrichtung (100) zur Ausführung des Verfahrens beschrieben. An das elektrische Netz (10) sind mehrere elektrische Komponenten (11, 12, 13, 14, 15, 16) angeschlossen, welche wenigstens eine elektrische Energiequelle (11) und wenigstens einen elektrischen Verbraucher beinhalten. Die elektrische Energiequelle (11) wird abgeschaltet oder vom elektrischen Netz (10) abgekoppelt, wenn eine Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen wird. Betriebsdaten mindestens einer der elektrischen Komponenten (16) werden durch mindestens eine Überwachungseinheit (22) überwacht. Die Sicherheitsleitungsschleife (20) wird unterbrochen, wenn auf Grundlage der Betriebsdaten durch die Überwachungseinheit (22) eine sicherheitskritische Situation festgestellt wird.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes, eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Sicherheitseinrichtung, eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Batterie sowie ein Kraftfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung oder Batterie umfasst.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes bekannt, bei welchen eine Sicherheitsleitungsschleife (auch Interlock- oder Pilotlinie beziehungsweise Interlock- oder Pilotleitung genannt) eingesetzt wird, bei deren Unterbrechung eine zum elektrischen Netz gehörige elektrische Energiequelle abgeschaltet oder vom elektrischen Netz abgekoppelt wird, wenn eine Personengefährdung durch spannungsführende Teile zu befürchten ist.
So wird in elektrischen Netzen in Fahrzeugen mit einer Nennspannung, welche 60 Volt übersteigt, eine Sicherheitsleitungsschleife eingesetzt, welche als eine Signalschleife ausgeführt ist. Die Erzeugung des Signals erfolgt in der Regel in einer Energiequelle (zum Beispiel in einer Batterie), welche das elektrische Netz mit Strom versorgt. Das Signal wird durch alle Stecker des elektrischen Netzes und alle mit dem Netz verbundenen Komponenten geführt. Dabei wird das System so ausgeführt, dass bei Öffnen einer Steckverbindung oder einer Abdeckung, welche den Zugang zu spannungsführenden Teilen verhindert, zwangsläufig die Sicherheitsleitungsschleife unterbrochen wird. Die Auswertung des Signals erfolgt in allen Teilnehmern des Netzes, welche als Energiequelle wirken. Bei Unterbrechungen der
Sicherheitsleitungsschleife schaltet jede dieser Komponenten das Einspeisen von Energie in das Netz ab und führt gegebenenfalls eine Entladung des Netzes aus. Die typischerweise erforderliche Zeit zwischen Unterbrechung der
Sicherheitsleitungsschleife und Abschaltung des durch diese geschützten Netzes liegt im Bereich unter einer Sekunde.
Außerdem sind aus dem Stand der Technik Überwachungsmechanismen bekannt, die in Fahrzeugen und Anlagen vorgesehen sind, bei denen durch elektronische
Baugruppen oder durch Funktionen, die auf diesen Baugruppen ausgeführt werden, eine Gefährdung ausgehen kann. Beispielsweise sind
Momentenüberwachungseinheiten in Motorsteuergeräten bekannt, welche eine kontinuierliche Momentenüberwachung ausführen. Allgemein werden solche
Überwachungseinheiten in der zu überwachenden Komponente selbst integriert, was je nach Einstufung der Gefährdung (zum Beispiel gemäß IS026262) zu erheblichem Aufwand führen kann, zum Beispiel zum erforderlichen Einsatz von
Zwei-Rechner-Systemen.
Die Überwachungseinheiten können aber auch in separaten Komponenten vorgesehen sein, welche über freie Rechenkapazitäten verfügen. In diesem Fall muss die separate Komponente über einen speziellen Eingriffsmechanismus verfügen, welcher die Gefährdung in der zu überwachenden Komponente unterbinden kann. Die Integration der Überwachungseinheiten in separaten Komponenten hat den Vorteil, dass die Überwachung im Gesamtsystem verteilt wird und es dadurch zu einem flexiblen Aufbau kommt, durch den gegebenenfalls Rechnerressourcen eingespart werden können.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes bereitgestellt. An das elektrische Netz sind mehrere elektrische Komponenten angeschlossen, welche wenigstens eine elektrische Energiequelle (zum
Beispiel eine Batterie, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie) und wenigstens einen elektrischen Verbraucher beinhalten. Die elektrische Energiequelle wird abgeschaltet oder vom elektrischen Netz abgekoppelt, wenn eine Sicherheitsleitungsschleife (auch Interlock- oder Pilotlinie beziehungsweise Interlock- oder Pilotleitung genannt), an welcher die elektrischen Komponenten liegen bzw. welche durch die elektrischen
Komponenten geführt wird, unterbrochen wird. Das Unterbrechen der Sicherheitsleitungsschleife kann durch Auftrennen/Unterbrechen des Signalpfades, durch Schalten auf ein elektrisches Potential, welches nicht dem Geschlossen-Zustand entspricht, oder durch eine anderweitig gestaltete Störung des Signalflusses erfolgen. Die Unterbrechung kann an irgendeinem Punkt der Sicherheitsleitungsschleife erfolgen, aber auch darin bestehen, dass ein von der Sicherheitsleitungsschleife transportiertes Signal (beispielsweise ein Gleichspannungssignal, ein
Konstantstromsignal oder ein Wechselstromsignal definierten zeitlichen Verhaltens) abgeschaltet wird. Betriebsdaten mindestens einer der elektrischen Komponenten werden durch mindestens eine Überwachungseinheit, insbesondere durch eine elektronische Recheneinheit, überwacht. Die Sicherheitsleitungsschleife wird unterbrochen, wenn auf Grundlage der Betriebsdaten durch die Überwachungseinheit eine sicherheitskritische Situation festgestellt wird. Da die Unterbrechung der
Sicherheitsleitungsschleife dazu führt, dass das vor ungewolltem Kontakt geschützte Netz von der Energiequelle isoliert wird, kann die kontrollierte Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife dazu genutzt werden, Gefährdungen, die unmittelbar oder auch mittelbar durch die Nutzung der Energie des elektrischen Netzes entstehen können, zu unterbinden. Somit ist die Sicherheitsleitungsschleife als zusätzlicher Abschaltpfad in der Überwachung elektronischer Systeme einsetzbar. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das elektrische Netz bei
Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife entladen. Außerdem ist bevorzugt, dass mindestens eine Überwachungseinheit Teil einer ersten elektrischen Komponente ist und die Betriebsdaten einer zweiten elektrischen Komponente überwacht. Dadurch kann es zu einer Umverteilung der Rechenkapazitäten kommen. Die freien
Rechenkapazitäten der ersten elektrischen Komponente können genutzt werden, um die gegebenenfalls vorhandenen Rechenkapazitäten der zweiten elektrischen
Komponente zu entlasten. Einzige Bedingung ist, dass die erste elektrische
Komponente zumindest mittelbaren Zugriff auf die Sicherheitsleitungsschleife hat. Das erfindungsgemäße Verfahren kann flexibel auf verschiedene Situationen angewendet werden. Die elektrische Energiequelle kann eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen Batterie, sein, und ein durch die Batterie fließender Batteriestrom kann durch eine erste Überwachungseinheit überwacht werden. Die
Sicherheitsleitungsschleife kann unterbrochen werden, wenn der Batteriestrom einen vorbestimmten Stromschwellenwert überschreitet. In einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das elektrische Netz ein Traktionsnetz eines elektrischen Kraftfahrzeugs sein, an welches ein elektrischer Motor angeschlossen ist. Ein von einer Drehmomentsteuereinrichtung an den elektrischen Motor gesendetes Solldrehmoment kann durch eine zweite
Überwachungseinheit überwacht werden. Dabei kann die Sicherheitsleitungsschleife unterbrochen werden, wenn das Solldrehmoment nicht anderen von der zweiten Überwachungseinheit erfassten Betriebsdaten entspricht. Insbesondere kann eine Unterbrechung erfolgen, wenn der Betrag des Solldrehmoments höher ist als der Betrag eines Drehmomentvergleichswerts, welcher von der zweiten
Überwachungseinheit auf Grundlage der anderen Betriebsdaten berechnet wird.
Typischerweise werden von der zweiten Überwachungseinheit folgende Betriebsdaten überwacht: eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bestimmbare Größe, insbesondere eine Fahrpedalstellung und/oder eine Raddrehzahl und/oder eine Motordrehzahl und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein an dem elektrischen Motor gestelltes Drehmoment durch eine dritte Überwachungseinheit überwacht und die Sicherheitsleitungsschleife unterbrochen, wenn das gestellte Drehmoment nicht einem von einer Drehmomentsteuereinrichtung an den elektrischen
Motor gesendeten Sollmoment entspricht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung, welche wenigstens eine elektrische Energiequelle (zum Beispiel eine Batterie, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie) und wenigstens einen elektrischen Verbraucher umfasst, welche an ein elektrisches Netz anschließbar sind. Die Sicherheitseinrichtung umfasst weiterhin eine durch die elektrischen Komponenten geführte
Sicherheitsleitungsschleife, bei deren Unterbrechung die elektrische Energiequelle abschaltbar oder vom elektrischen Netz abkoppelbar ist. Eine Überwachungseinheit der Sicherheitseinrichtung, welche bevorzugt als elektronische Recheneinheit ausgelegt ist, ist dazu ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren zur
sicherheitsbedingten Abschaltung des elektrischen Netzes auszuführen.
Bevorzugt ist, dass die Überwachungseinheit unmittelbaren Zugriff auf die
Sicherheitsleitungsschleife hat, indem sie beispielsweise ein Relais oder einen MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ansteuert, welche jeweils dazu ausgelegt sind, die Sicherheitsleitungsschleife zu unterbrechen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie. Die Batterie ist so konfiguriert, dass sie abgeschaltet oder von einem elektrischen Netz abgekoppelt wird, wenn eine durch sie geführte Sicherheitsleitungsschleife unterbrochen wird. Hierbei kann die Unterbrechung entweder innerhalb oder auch außerhalb der Batterie erfolgen.
Außerdem kann sie darin bestehen, dass ein von der Sicherheitsleitungsschleife transportiertes Signal (beispielsweise ein Gleichspannungssignal) abgeschaltet wird, insbesondere durch die Batterie selbst. Die Batterie umfasst eine
Überwachungseinheit, insbesondere eine elektronische Recheneinheit, welche dazu ausgelegt ist, Betriebsdaten einer elektrischen Komponente zu überwachen und die Sicherheitsleitungsschleife zu unterbrechen, wenn sie auf Grundlage der Betriebsdaten eine sicherheitskritische Situation feststellt.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie als elektrische Energiequelle kann das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisches Kraftfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung oder Batterie umfasst.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine Sicherheitseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 100 bezeichnete Sicherheitseinrichtung als Teil eines nicht dargestellten elektrischen Fahrzeugs. Die Sicherheitseinrichtung 100 umfasst die elektrischen Komponenten 1 1 , 12, 13, 14, 15 und 16. Die erste elektrische
Komponente 1 1 ist eine Energiequelle in Form einer Lithium-Ionen-Batterie. Die Lithium-Ionen-Batterie 1 1 versorgt die elektrischen Komponenten 12, 13 und 14 über ein Hochvoltnetz 10 mit elektrischer Energie. Dabei sind die elektrischen Komponenten 1 1 , 12, 13 und 14 über Hochvoltstecker 17 mit dem Hochvoltnetz 10 verbunden. Die Lithium-Ionen-Batterie 1 1 speist ein durch einen Signalgenerator 18 erzeugtes
Gleichspannungssignal auf einem geschlossenen Kreis, welcher als
Sicherheitsleitungsschleife 20 ausgeführt ist und an welchen die elektrischen
Komponenten 12, 13 und 14 als Teilnehmer des Hochvoltnetzes angeschlossen sind. Wenn einer der Hochvoltstecker 17 gezogen wird, wird die Sicherheitsleitungsschleife 20 unterbrochen, vorzugsweise noch bevor der Hochspannungspfad unterbrochen ist. Analog wird die Sicherheitsleitungsschleife 20 beim Öffnen einer nicht dargestellten
Abdeckung einer elektrischen Komponente des Kraftfahrzeugs unterbrochen. Eine Auswerteeinheit 19a erkennt die Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife 20 und schaltet das Hochvoltnetz 10 ab, indem die elektrische Lithium-Ionen-Batterie 1 1 entweder abgeschaltet oder vom Hochvoltnetz 10 abgekoppelt wird.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit bildet die Hochvoltleitung 10 ein Traktionsnetz des elektrischen Fahrzeugs, an dem die Komponente 14 angeschlossen ist, welche aus einem Inverter beziehungsweise einem Pulswechselrichter und einem
Elektromotor besteht. Die elektrische Komponente 14 kann auch als Generator betrieben werden, in welchem Fall eine in der elektrischen Komponente 14
angeordnete Auswerteeinheit 19b die Sicherheitsleitungsschleife 20 überwacht und bei deren Unterbrechung die als Generator wirkende elektrische Komponente 14 vom Hochvoltnetz 10 abkoppelt. Im Folgenden wird das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in der Situation beschrieben, in welcher die elektrische Komponente 14 als elektrischer Motor betrieben wird und einen nicht näher dargestellten Pulswechselrichter und einen elektrischen Motor umfasst. Die elektrischen Komponenten 1 1 bis 16 sind an einen CAN (Controller Area Network)-Bus 21 angeschlossen, welcher der Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten dient. Die elektrische Komponente 16 ist ein
Fahrzeug- bzw. Momentenkoordinator, welcher den elektrischen Motor in der elektrischen Komponente 14 ansteuert. Der Momentenkoordinator 16 erfasst relevante Betriebsdaten, z. B. die von einem Fahrer bestimmte Fahrpedalstellung, die
Raddrehzahl des elektrischen Fahrzeugs, die Motordrehzahl des elektrischen Motors oder die Fahrzeuggeschwindigkeit. Auf Grundlage dieser Betriebsdaten errechnet der Momentenkoordinator 16 ein Sollmoment des elektrischen Motors und sendet dieses an die elektrische Komponente 14.
In der elektrischen Komponente 13, welcher im Normalbetrieb eine beliebige andere Hauptfunktion zukommt als die Momentenkoordination, ist eine Überwachungseinheit
22 in Form einer elektronischen Recheneinheit vorgesehen, welche über den CAN-Bus 21 ebenfalls Betriebsdaten erfasst, welche zur Berechnung eines Solldrehmoments dienen. Unabhängig vom Momentenkoordinator 16 berechnet die
Überwachungseinheit 22 softwaregestützt ein Solldrehmoment und vergleicht es mit dem vom Momentenkoordinator 16 auf den CAN-Bus 21 gesendeten Solldrehmoment.
Wenn die Überwachungseinheit 22 feststellt, dass der Betrag des vom
Momentenkoordinator berechneten Solldrehmoments höher ist als der Betrag eines Drehmomentvergleichswert, welcher von der Überwachungseinheit 22 auf Grundlage der Betriebsdaten berechnet wird, so steuert die Überwachungseinheit 22 ein nicht näher dargestelltes Relais 23 an, welches die Sicherheitsleitungsschleife 20 unterbricht.
Die Auswerteeinheit 19a erkennt diese Unterbrechung und setzt eine Abschaltung des Hochvoltnetzes 10 in Gang. Dies geschieht dadurch, dass die Lithium-Ionen-Batterie
1 1 vom Hochvoltnetz 10 getrennt wird und der in der elektrischen Komponente 14 angeordnete Pulswechselrichter das Hochvoltnetz 10 und die Induktivitäten im elektrischen Motor entlädt. Dadurch kann der elektrische Motor in der elektrischen Komponente 14 kein Moment mehr aufbauen, und es kommt zu keiner weiteren Gefährdung durch eine zu hohe Momentenstellung.
Auf diese Weise wird bei einer fehlerhaften Berechnung des Solldrehmoments durch den Momentenkoordinator 16 ein zusätzlicher, redundanter Abschaltmechanismus in Form einer Unterbrechung der Sicherheitssignalleitung 20 zur Verfügung gestellt, welcher eine Gefährdung des Fahrers verhindern kann.
Das beschriebene Beispiel entspricht einer Anordnung, in welcher die
Überwachungseinheit 22 in der elektrischen Komponente 13 angeordnet ist und die Funktionsweise der elektrischen Komponente 16 kontrolliert. Die Erfindung ist aber nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. In weiteren, nicht genauer dargestellten Ausführungsbeispielen können in den elektrischen Komponenten 1 1 bis 13 vorgesehene Überwachungseinheiten dazu genutzt werden, die kritischen Funktionen sowohl der Komponente 14 als auch der Komponente 16 zu überwachen. Ebenso können die Komponenten 12 bis 14 eine Überwachung der Komponente 1 1 übernehmen. So fließt beispielsweise nach Unterbrechung der Sicherheitsleitungsschleife 20 kein Strom durch die
Lithium-Ionen Batterie 1 1 , so dass eine weitere Erwärmung der Lithium-Ionen-Batterie 1 1 verhindert wird.
Während eine in den Komponenten 12 bis 14 angeordnete Überwachungseinheit softwaregestützt eine Trenneinrichtung ansteuern muss, welche die
Sicherheitssignalleitung 20 unterbricht, kann eine in der elektrischen Komponente 1 1 angeordnete Überwachungseinheit direkt den Signalgenerator 18 ansteuern und die Generierung des Signals abschalten.
Üblicherweise ist die Sicherheitsleitungsschleife 20 so konfiguriert, dass die genaue Anordnung der Überwachungseinheit unkritisch ist, solange die Überwachungseinheit direkten oder mittelbaren Zugriff auf die Sicherheitsleitungsschleife 20 hat. In speziellen Anordnungen kann es vorzuziehen sein, dass die Überwachung jeder Komponente, deren Fehlfunktion zu einer Gefährdung führt, in jeder der anderen Komponenten, die im Sicherheitsleitungsschleifenpfad zwischen der Generierung des Signals (z. B. in der Lithium-Ionen-Batterie 1 1 ) und der Signalauswertung der zu überwachenden Komponente, beziehungsweise deren die Gefährdung auslösenden Stellglieds, liegen, erfolgt.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes (10), wobei an das elektrische Netz (10) mehrere elektrische Komponenten (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16) angeschlossen sind, welche wenigstens eine elektrische Energiequelle (1 1 ) und wenigstens einen elektrischen
Verbraucher beinhalten, und wobei die elektrische Energiequelle (1 1 ) abgeschaltet oder vom elektrischen Netz (10) abgekoppelt wird, wenn eine durch die elektrischen Komponenten geführte Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsdaten mindestens einer der elektrischen Komponenten (16) durch mindestens eine Überwachungseinheit (22), insbesondere eine elektronische Recheneinheit, überwacht werden und dass die Sicherheitsleitungsschleife (20)
unterbrochen wird, wenn auf Grundlage der Betriebsdaten durch die
Überwachungseinheit (22) eine sicherheitskritische Situation festgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das elektrische Netz (10) entladen wird, wenn die Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine
Überwachungseinheit (22) Teil einer ersten elektrischen Komponente (13) ist und die Betriebsdaten einer zweiten elektrischen Komponente (16) überwacht.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Energiequelle (1 1 ) eine Batterie ist, eine sicherheitsrelevante Batteriegröße, insbesondere ein durch die Batterie (1 1 ) fließender Batteriestrom, eine Spannung, eine Temperatur und/oder ein Ladungsinhalt, durch eine erste Überwachungseinheit überwacht wird und die Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen wird, wenn die Batteriegröße einen vorbestimmten Wertebereich verlässt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elektrische Netz (10) ein Traktionsnetz eines elektrischen Kraftfahrzeugs ist, an welches ein elektrischer Motor angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein von einer
Drehmomentsteuereinrichtung (16) an den elektrischen Motor gesendetes Solldrehmoment durch eine zweite Überwachungseinheit (22) überwacht wird und die Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen wird, wenn das Solldrehmoment nicht anderen von der zweiten Überwachungseinheit (22) erfassten Betriebsdaten entspricht, insbesondere wenn ein Wert des Solldrehmoments eine sicherheitskritische Abweichung zu einem
Drehmomentvergleichswert aufweist, welcher von der Überwachungseinheit (22) auf Grundlage der anderen Betriebsdaten berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die anderen Betriebsdaten, welche von der zweiten Überwachungseinheit (22) erfasst werden, eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bestimmbare Größe, insbesondere eine
Fahrpedalstellung, und/oder eine Raddrehzahl und/oder eine Motordrehzahl und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein an dem elektrischen Motor gestelltes Drehmoment durch eine dritte Überwachungseinheit überwacht wird und die Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen wird, wenn das gestellte Drehmoment nicht einem von einer
Drehmomentsteuereinrichtung an den elektrischen Motor gesendeten Sollmoment entspricht.
Sicherheitseinrichtung (100) umfassend wenigstens eine elektrische
Energiequelle (1 1 ) und wenigstens einen elektrischen Verbraucher (12, 13, 14, 15, 16), welche an einem elektrischen Netz (10) anschließbar sind, sowie eine durch die elektrische Energiequelle (1 1 ) und den elektrischen
Verbraucher (12, 13, 14, 15, 16) geführte Sicherheitsleitungsschleife (20), wobei die elektrische Energiequelle (1 1 ) abschaltbar oder vom elektrischen Netz (10) abkoppelbar ist, wenn die Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (100) eine Überwachungseinheit (22), insbesondere eine elektronische Recheneinheit, umfasst und dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
10. Batterie (1 1 ), welche abschaltbar oder von einem elektrischen Netz (10) abkoppelbar ist, wenn eine durch sie geführte Sicherheitsleitungsschleife (20) unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1 1 ) eine Überwachungseinheit (22), insbesondere eine elektronische Recheneinheit, umfasst, welche dazu ausgelegt ist, Betriebsdaten einer elektrischen Komponente (16) zu überwachen und die Sicherheitsleitungsschleife (20) zu unterbrechen, wenn sie auf Grundlage der Betriebsdaten eine
sicherheitskritische Situation feststellt.
1 1 . Batterie (1 1 ) nach Anspruch 10, wobei mit der Batterie (1 1 ) als elektrischer Energiequelle ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführbar ist.
12. Kraftfahrzeug, insbesondere elektrisches Kraftfahrzeug, umfassend eine Sicherheitseinrichtung (100) nach Anspruch 9 oder eine Batterie (1 1 ) nach Anspruch 10 oder 1 1 .
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