WO2024017773A1 - Vehicle having a high-voltage onboard electrical system and method for operating the high-voltage onboard electrical system - Google Patents

Vehicle having a high-voltage onboard electrical system and method for operating the high-voltage onboard electrical system Download PDF

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WO2024017773A1
WO2024017773A1 PCT/EP2023/069590 EP2023069590W WO2024017773A1 WO 2024017773 A1 WO2024017773 A1 WO 2024017773A1 EP 2023069590 W EP2023069590 W EP 2023069590W WO 2024017773 A1 WO2024017773 A1 WO 2024017773A1
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voltage
potential
vehicle
limit value
reference potential
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PCT/EP2023/069590
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Inventor
Norbert Chlouba
Urs Boehme
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Mercedes-Benz Group AG
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Publication date
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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Definitions

  • Vehicle with a high-voltage electrical system and method for operating the high-voltage electrical system Vehicle with a high-voltage electrical system and method for operating the high-voltage electrical system
  • the invention relates to a vehicle with a high-voltage electrical system according to the features of the preamble of claim 1 and a method for operating the high-voltage electrical system.
  • the vehicle electrical system arrangement includes a high-voltage energy storage device for providing a first and a second high-voltage potential, between which a total voltage can be tapped, a first insulation resistance between the first high-voltage potential and a mass, and a second insulation resistance between the second high-voltage potential and the Dimensions.
  • the on-board electrical system arrangement is designed symmetrically in such a way that, at least in a certain state of the on-board electrical system arrangement, the first insulation resistance differs from the second insulation resistance by a maximum of a predeterminable amount.
  • the on-board electrical system arrangement has a symmetry monitoring device which is designed to monitor the on-board electrical system symmetry to check whether the first insulation resistance differs from the second insulation resistance by more than the predeterminable amount and, if this is the case, to trigger a predetermined measure.
  • DE 102018 116 055 B3 describes a method and an insulation monitor for resistance-adaptive insulation monitoring.
  • a method for insulation monitoring of an HV system which has a first line with a first voltage value and a second line with a second voltage value, a first potential difference between the first voltage value and ground and a second potential difference between the second voltage value and ground are formed.
  • a first series circuit of a first semiconductor switch with a first resistor is arranged between the first voltage value and ground and a second series circuit of a second semiconductor switch with a second resistor is placed between the second voltage value and ground.
  • a first and a second pulse width modulation are carried out on the two semiconductor switches, with a first and a second pair of resistance values of the two series circuits being modulated by means of the respective pulse width modulation.
  • a first voltage measurement is carried out for the first pair of resistance values and a first pair of values from the first and second potential difference is thereby determined.
  • a second voltage measurement is carried out for the second pair of resistance values, thereby determining a second pair of values from the first and second potential difference.
  • the two pairs of values are used to calculate a first insulation resistance of the first line and a second insulation resistance of the second line.
  • the on-board electrical system includes an HV battery and is galvanically isolated from the vehicle ground.
  • a Y capacitance is provided between the positive potential and the vehicle mass and between the negative potential and the vehicle mass.
  • the insulation monitor has a current source or a voltage source. Furthermore, the insulation monitor includes a voltmeter for measuring at least one of the potentials.
  • the insulation monitor is configured to apply a negative current using the current source when the potential measured by the voltmeter exceeds a predetermined upper value and to apply a positive current using the current source when the potential measured by the voltmeter falls below a predetermined lower value, which reaches a maximum permissible contact current is limited in the event of an insulation fault, and the size of the insulation resistances can be determined based on the voltage measured by the voltmeter and the charged reversal current.
  • DE 102018 115 929 A1 describes a method for transferring energy from a charging device to an on-board electrical system of a vehicle and a system with a charging device and an on-board electrical system of a vehicle connected to the charging device.
  • the electrical system has a positive potential, a negative potential and an earth potential.
  • a first Y-capacitor is arranged between the positive potential and the ground potential and a second Y-capacitor is arranged between the negative potential and the ground potential.
  • a first adjustable resistance device is connected in parallel to the first Y-capacitor and a second adjustable resistance device is connected in parallel to the second Y-capacitor.
  • the charging device is connected to the vehicle electrical system first voltage measured across the first Y capacitor, an ohmic resistance of the first adjustable resistance device and / or the second adjustable resistance device adjusted depending on the measured first voltage and energy transferred from the charging device to the vehicle electrical system.
  • the generic document DE 102020 007 868 A1 shows a method for charging an electrical energy storage device of a vehicle, wherein the vehicle is coupled to a DC charging source for a charging process.
  • a DC voltage from the DC charging source is converted into a charging voltage for charging the electrical energy storage device via a DC-DC converter in the vehicle.
  • An insulation monitoring unit of the vehicle determines a potential distribution between a first potential of the vehicle and a second potential of the vehicle and a resistance value of at least one insulation resistance of the vehicle.
  • at least one potential protection resistor of a potential protection circuit is connected between the second potential of the vehicle and a reference potential.
  • DE 102021 003 884 A1 also discloses a protective device for an electrical direct current network, in particular for a high-voltage network.
  • the protective device comprises a protective circuit for reducing an electric shock caused by Y capacitors of the direct current electrical network, the protective circuit comprising a first protective switch between a plus potential line and a reference potential line and a second protective switch between a minus potential line and the reference potential line.
  • a tripping of the protective circuit can be detected via a voltage measurement after a test circuit has been switched on.
  • the invention is based on the object of specifying a vehicle with a high-voltage on-board electrical system that is improved compared to the prior art and an improved method for operating the high-voltage on-board electrical system.
  • the object is achieved according to the invention by a vehicle with a high-voltage electrical system with the features of claim 1 and a method for operating the high-voltage electrical system with the features of claim 7.
  • a vehicle has a high-voltage electrical system.
  • the term “high voltage”, also abbreviated as HV, is understood to mean in particular an electrical direct voltage that is in particular greater than approximately 60 V.
  • the term “high voltage” must be interpreted in accordance with the ECE R 100 standard.
  • the high-voltage electrical system includes a traction battery, i.e. H. an electrochemical energy storage device for supplying energy to at least one electric drive machine for driving the vehicle.
  • the vehicle is therefore in particular an electric vehicle or hybrid vehicle.
  • the high-voltage electrical system includes a positive high-voltage potential, a negative high-voltage potential, a reference potential designed in particular as a ground potential, an insulation resistance between the positive high-voltage potential and the reference potential, an insulation resistance between the negative high-voltage potential and the reference potential, a Y capacitance between the positive high-voltage potential and the Reference potential, a Y capacitance between the negative high-voltage potential and the reference potential, an insulation monitor electrically coupled to the positive high-voltage potential, the negative high-voltage potential and the reference potential, a voltage measuring device between the positive high-voltage potential and the reference potential for measuring a positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential, a voltage measuring device between the negative high-voltage potential and the reference potential for measuring a negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential, a potential distribution control circuit and a processing unit which is coupled to the voltage measuring devices for evaluating the measured high-voltage potential voltages and to
  • the processing unit is designed and set up to determine a currently existing vehicle status and to control the potential distribution control circuit to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, with a potential voltage limit value being predetermined for several vehicle statuses or being able to be determined by the processing unit.
  • the respective potential voltage limit value is an absolute value. It therefore applies to both the positive high-voltage potential voltage, here correspondingly with a positive sign, as well as for the negative high-voltage potential voltage, here correspondingly with a negative sign.
  • the processing unit determines the current vehicle status and controls the potential distribution control circuit to prevent the potential voltage limit value being exceeded, which is specified for this vehicle status or is determined by the processing unit before the potential distribution control circuit is activated .
  • the solution according to the invention thus enables a vehicle condition-dependent limitation of the high-voltage potential voltages to the reference potential to the respective potential voltage limit value.
  • This ensures in particular compliance with normative upper limits for energy/charge stored in the Y capacities.
  • normative upper limits for energy/charge stored in the Y capacities.
  • the stored energy/charge in the Y capacitances which are in particular designed as or include filter capacitors, increases. Compliance with the normative upper limits therefore represents a challenge.
  • Y capacities in the DC charging station are also electrically connected in parallel to the Y capacities of the vehicle. This leads to a further increase in stored energy/charge.
  • the solution according to the invention allows larger Y capacitances to be installed in the vehicle, which means that the filtering options of the vehicle's power electronics can be improved. Furthermore, the solution according to the invention makes it possible to prevent overloading of insulation in the DC charging station when charging via a galvanically coupled DC-DC converter. In addition, the solution according to the invention makes it possible for the insulation monitor in the vehicle and/or an insulation monitor in the DC charging station to function even when the potential distribution control circuit is active, i.e. H. with active switching to limit the high-voltage potential voltages to the respective potential voltage limit value.
  • a potential voltage limit value is predetermined or can be determined by the processing unit for a - vehicle status I: ferry operation, and - Vehicle status II: Charging the traction battery at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery, and
  • - Vehicle status III Charging the traction battery via a galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, and
  • - Vehicle status IV Operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than a design voltage of the high-voltage on-board electrical system via a galvanically coupled DC-DC converter.
  • the potential voltage limit value for the respective vehicle status is specified or can be determined by the processing unit as a function of at least one safety goal to be met.
  • the following safety objectives are particularly specified:
  • Safety objective I Reduction of the maximum energy in the Y capacities.
  • the energy content of the Y capacitances increases as the square of the DC voltage.
  • the charge content stored in the Y capacitances increases proportionally with the DC voltage.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • stray capacitances The maximum stored energy and the maximum amount of charge are normatively limited to prevent dangerous electric shock as a result of a simple insulation fault. Example standards for this are ISO 17409 and J1772.
  • a completely asymmetrical high-voltage potential distribution is considered the maximum energy in the Y capacitances.
  • the full battery voltage of the traction battery is present between one high-voltage potential and the reference potential, while above the other high-voltage potential and the Reference potential OV, ie no voltage, is present.
  • the energies stored in the Y capacitances ie the sum of the energies of both high-voltage potentials, can be reduced by limiting, ie limiting, the asymmetry of the high-voltage potentials relative to the reference potential. This is achieved by the solution described above via the corresponding potential voltage limit value and the potential distribution control circuit, which is correspondingly controlled by the processing unit, to prevent the potential voltage limit value from being exceeded.
  • Safety objective II Compliance with a maximum insulation design in a high-voltage system with a lower voltage design when connecting two high-voltage systems via a galvanically coupled voltage converter.
  • vehicle status III ie the charging of the traction battery via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery
  • vehicle status IV ie the operation of a high-voltage component with a Design voltage of their insulation, which is smaller than the design voltage of the high-voltage on-board electrical system, via the galvanically coupled DC-DC converter.
  • the high-voltage system with a higher voltage design is the high-voltage system, in particular the high-voltage electrical system, of the vehicle.
  • the high-voltage system with a lower voltage design is the DC charging station in vehicle status III and the high-voltage component in vehicle status IV. If the vehicle, in particular its traction battery, is charged with a higher voltage level, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station in which the insulation design is lower than this voltage level of the vehicle, for example only 400V or 500V (vehicle status III), then should According to this safety objective II, the insulation of the DC charging station will never be overloaded.
  • the same also applies to the operation of the high-voltage component with a lower design voltage of the insulation, for example 500V, compared to the design voltage of the vehicle, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter (vehicle status IV).
  • a lower design voltage of the insulation for example 500V
  • the design voltage of the vehicle for example 800V
  • the galvanically coupled DC-DC converter vehicle status IV
  • the insulation of this high-voltage component should never be overloaded.
  • it must be ensured that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials are related to the reference potential, especially when the vehicle and the DC charging station are in operation or during operation of the vehicle and the high-voltage component, no sign reversal occurs.
  • Safety objective III Compatibility with the insulation monitor in the vehicle and/or in the DC charging station.
  • the insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station determines the insulation resistance by recharging the high-voltage potential distribution by a certain, in particular predetermined, amount.
  • the voltage swing required for this must not lead to an exceedance of the safety target I (maximum energy content in Y capacities) and the safety target II (maximum voltage of the insulation not exceeded), but on the other hand, this voltage swing must still be sufficiently high so that the insulation monitor is sufficient can determine the exact calculation result.
  • the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predetermined or can be determined by the processing unit as a function of a total capacity of all Y-capacities active in this vehicle status.
  • vehicle condition I i.e. H.
  • the insulation monitor in the vehicle is active.
  • the vehicle is not connected to a DC charging station.
  • This potential voltage limit i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential can thus be calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 600V, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 600V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -600V.
  • the insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials.
  • the potential distribution control circuit which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
  • the total capacity in vehicle status II or III is determined by the processing unit from the sum of the Y capacities of the high-voltage electrical system and an estimated Y total capacity value of the DC charging station can be determined or can be measured using at least one metrological device.
  • the Y capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y capacities of the vehicle and an additionally assumed total Y capacity value for the DC charging station, for example, a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential.
  • the total capacity is determined using measurements. Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential, calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, i.e. H.
  • the insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials.
  • the potential distribution control circuit which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
  • vehicle state III ie charging the traction battery via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, there is a connection of the vehicle and thus of its high-voltage electrical system to such a DC charging station with a Charging voltage of, for example, 500V.
  • the traction battery is therefore charged via the galvanically coupled DC-DC converter.
  • the insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station is active and monitors the vehicle and the DC charging station.
  • the total capacity of all active Y-capacities is not exactly known at the start of the charging process, since the Y-capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y-capacities of the vehicle and one additionally assumed Y total capacity value for the DC charging station, for example a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements.
  • the potential voltage limit value ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential
  • the safety objective I for example a potential voltage limit value of 550V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -550V.
  • the insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials.
  • the potential distribution control circuit which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value, ie the maximum high-voltage potential voltages, is reached.
  • security objective II is also taken into account here, i.e. H. Overloading of the insulation of the DC charging station should be avoided.
  • this DC charging station has a maximum insulation design, i.e. H. a design voltage of its insulation, for example 500V, is assumed, a potential voltage limit of 500V is determined or specified on the connection side to the DC charging station, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 500V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -500V.
  • the insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials.
  • the potential distribution control circuit which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
  • the potential voltage limit value is or is predetermined or can be determined by the processing unit in such a way that a reversal of the sign of the high-voltage potential voltages is prevented.
  • the potential distribution control circuit has a controllable current source between the positive high-voltage potential and the reference potential and/or a controllable current source between the negative high-voltage potential and the reference potential.
  • the potential distribution control circuit controlled by the processing unit intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value.
  • a maximum current for adjusting the high-voltage potential distribution is, for example, 10mA. If only one controllable power source is provided, i.e. H. between the positive high-voltage potential and the reference potential or between the negative high-voltage potential and the reference potential, this drives positive and negative currents, i.e. H.
  • controllable power sources are used, i.e. H. one controllable current source per high-voltage potential, then each with only one possible current direction.
  • the controllable power source or the respective controllable power source can be galvanically isolated or coupled.
  • the potential distribution control circuit has a controllable voltage source between the positive high-voltage potential and the reference potential and/or a controllable voltage source between the negative high-voltage potential and the reference potential.
  • An intervention by the The potential distribution control circuit controlled by the processing unit to prevent the potential voltage limit value from being exceeded is carried out by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. If only one controllable voltage source is used, ie between the positive high-voltage potential and the reference potential or between the negative high-voltage potential and the reference potential, then this voltage source only controls a high-voltage potential to the reference potential.
  • controllable voltage sources are used, ie a controllable voltage source between the positive high-voltage potential and the reference potential and a controllable voltage source between the negative high-voltage potential and the reference potential.
  • the voltage source or the respective voltage source can be galvanically isolated or coupled.
  • the potential distribution control circuit has a controllable resistance between the positive high-voltage potential and the reference potential and a controllable resistance between the negative high-voltage potential and the reference potential.
  • the potential distribution control circuit controlled by the processing unit intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value.
  • the respective controllable resistance consists, for example, of a fixed resistor with a minimum resistance value of, for example, 1000hm/V and/or a controllable component.
  • the control can take place, for example, via a clocking operation of a low resistance or via the operation of a semiconductor in the linear range.
  • the potential distribution control circuit is inactive as long as the potential voltage limit value is not reached, that is, as long as the maximum positive high-voltage potential voltage is from the positive high-voltage potential to the reference potential and the maximum negative high-voltage potential voltage is from the negative high-voltage potential to the Reference potential is not reached.
  • the insulation monitor in particular in the vehicle, or the insulation monitor in the DC charging station, if the vehicle is coupled to it for charging the traction battery, can thus monitor the high-voltage potentials unaffected by the according to its functionality described above Move potential distribution control circuit and calculate the insulation value.
  • the processing unit which evaluates the voltage measuring devices, and the potential distribution control circuit is then activated, which then limits it accordingly to the potential voltage limit value, ie prevents it from being exceeded. This ensures in particular that safety objective III is achieved, ie compatibility with the insulation monitor in the vehicle and/or in the DC charging station.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle
  • Fig. 2 shows schematically a further embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle
  • Fig. 3 shows schematically a further embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle.
  • Figures 1 to 3 show exemplary embodiments of a vehicle 1 with a high-voltage electrical system 2.
  • the high-voltage electrical system 2 includes a traction battery 3, a positive high-voltage potential HV+ coupled to the traction battery 3, a negative high-voltage potential HV- coupled to the traction battery 3 and a reference potential M, which is designed in particular as a ground potential.
  • the high-voltage electrical system 2 includes an insulation resistance Riso+ between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and one Insulation resistance Riso- between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
  • the high-voltage electrical system 2 includes a Y-capacitance Cy+ between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and a Y-capacitance Cy- between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
  • the high-voltage electrical system 2 includes an insulation monitor 4 electrically coupled to the positive high-voltage potential HV+, the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
  • the high-voltage electrical system 2 includes a voltage measuring device V1 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M for measuring a positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M and a voltage measuring device V2 between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M for measuring a negative high-voltage potential voltage from the negative one High-voltage potential HV- to reference potential M.
  • the high-voltage electrical system 2 includes a potential distribution control circuit 5 and a processing unit 6, which is coupled to the voltage measuring devices V1, V2 for evaluating the measured high-voltage potential voltages and to the potential distribution control circuit 5 for controlling them.
  • the processing unit 6 is designed and set up to determine a currently existing vehicle status and to control the potential distribution control circuit 5 to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, whereby a potential voltage limit value is predetermined for several vehicle statuses or can be determined by the processing unit 6.
  • the respective potential voltage limit value is an absolute value. It therefore applies to both the positive high-voltage potential voltage, here correspondingly with a positive sign, and for the negative high-voltage potential voltage, here correspondingly with a negative sign.
  • This solution thus enables a vehicle condition-dependent limitation of the high-voltage potential voltages to the reference potential M to the respective potential voltage limit value.
  • this makes compliance more normative Upper limits in the Y capacities Cy+, Cy- stored energy/charge ensured.
  • the stored energy/charge increases in the Y capacitances Cy+, Cy-, which are designed in particular as filter capacitors or include them. Compliance with the normative upper limits therefore represents a challenge.
  • Y capacities in the DC charging station are also electrically connected in parallel to the Y capacities Cy+, Cy- of vehicle 1. This leads to a further increase in stored energy/charge.
  • a potential voltage limit value is specified or can be determined by the processing unit 6 for each
  • - Vehicle status II Charging the traction battery 3 at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery 3, and / or
  • - Vehicle status III Charging the traction battery 3 via a galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery 3, and / or
  • - Vehicle status IV Operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than a design voltage of the high-voltage vehicle electrical system 2, via a galvanically coupled DC-DC converter.
  • the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predefined or can be determined by the processing unit 6 depending on at least one safety goal to be met.
  • the following safety objectives are particularly specified: Safety goal I: Reduction of the maximum energy in the Y capacitances Cy+, Cy-.
  • Safety goal I Reduction of the maximum energy in the Y capacitances Cy+, Cy-.
  • the energy content of the Y capacitances Cy+, Cy- increases squarely with the DC voltage.
  • the charge content stored in the Y capacitances Cy+, Cy- increases proportionally with the DC voltage.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the maximum stored energy and the maximum amount of charge are normatively limited to prevent dangerous electric shock as a result of a simple insulation fault.
  • Example standards for this are ISO 17409 and J1772.
  • a completely asymmetrical high-voltage potential distribution is considered the maximum energy in the Y capacitances Cy+, Cy-.
  • the full battery voltage of the traction battery 3 is present between a high-voltage potential HV+, HV- and the reference potential M, while 0V, ie no voltage, is present across the other high-voltage potential HV-, HV+ and the reference potential M.
  • the energies stored in the Y capacitances Cy+, Cy-, ie the sum of the energies of both high-voltage potentials HV+, HV-, can be reduced by restricting, ie limiting, the asymmetry of the high-voltage potentials HV+, HV- in relation to the reference potential M. This is achieved by the solution described above via the corresponding potential voltage limit value and the potential distribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by means of the processing unit 6, to prevent the potential voltage limit value from being exceeded.
  • Safety objective II Compliance with a maximum insulation design in a high-voltage system with a lower voltage design when connecting two high-voltage systems via a galvanically coupled voltage converter.
  • vehicle status III ie the charging of the traction battery 3 via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery 3
  • vehicle status IV ie the operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than the design voltage of the high-voltage vehicle electrical system 2, via the galvanically coupled DC-DC converter.
  • the high-voltage system with a higher voltage design is the high-voltage system, in particular high-voltage electrical system 2, of the vehicle 1.
  • the high-voltage system with a lower one The voltage design is the DC charging station in vehicle status III and the high-voltage component in vehicle status IV.
  • the vehicle 1, in particular its traction battery 3 is charged with a higher voltage level, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station in which the insulation design is lower than this voltage level of the vehicle 1, for example only 400V or 500V (vehicle status III)
  • a higher voltage level for example 800V
  • the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station in which the insulation design is lower than this voltage level of the vehicle 1, for example only 400V or 500V (vehicle status III)
  • an overload of the insulation of the DC charging station should never occur.
  • the high-voltage component with a lower design voltage of the insulation for example 500V
  • the insulation of this high-voltage component should never be overloaded.
  • the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials HV+, HV-, based on the reference potential M do not undergo a sign reversal, in particular when the vehicle 1 and the DC charging station are in operation or when the vehicle 1 and the high-voltage component are in operation.
  • Safety objective III Compatibility with the insulation monitor 4 in vehicle 1 and/or in the DC charging station.
  • the insulation monitor 4 in the vehicle 1 or in the DC charging station determines the insulation resistance by recharging the high-voltage potential distribution by a certain, in particular predetermined, amount.
  • a voltage swing required for this must not lead to an exceedance of the safety target I (maximum energy content in Y capacities Cy+, Cy-) and the safety target II (maximum voltage of the insulation not exceeded), but on the other hand, this voltage swing must still be sufficiently high the insulation monitor 4 can determine a sufficiently accurate calculation result.
  • the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predetermined or can be determined by the processing unit 6 as a function of a total capacity of all Y capacitances Cy+, Cy- active in this vehicle status.
  • This potential voltage limit value ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M, can thus be calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 600V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 600V and a maximum negative high-voltage potential voltage from negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -600V.
  • the insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-.
  • the total capacity in vehicle status II or III can be determined by the processing unit 6 from the sum of the Y capacities Cy+, Cy- of the high-voltage vehicle electrical system 2 and an estimated Y total capacity value of the DC charging station or by means of at least one measurement Facility is measurable.
  • vehicle state II ie charging the traction battery 3 at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery 3 of, for example, 800V, there is a connection of the vehicle 1 and thus of its high-voltage electrical system 2 to a DC charging station with the same or higher Charging voltage, for example with a charging voltage of 1000V.
  • the insulation monitor 4 in vehicle 1 or in the DC charging station is active and monitors vehicle 1 and the DC charging station.
  • the total capacity of all active Y-capacities Cy+, Cy-, ie of the DC charging station and vehicle 1, is not exactly known at the start of the charging process, since the Y-capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y- Capacities Cy+, Cy- of the vehicle 1 and an additional assumed Y total capacity value for the DC charging station, for example a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements.
  • the potential voltage limit value ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M
  • the safety objective I for example a potential voltage limit value of 550V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -550V.
  • the insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-.
  • vehicle condition III i.e. H.
  • the traction battery 3 is therefore charged via the galvanically coupled DC-DC converter.
  • the insulation monitor 4 in the vehicle 1 or in the DC charging station is active and monitors the vehicle 1 and the DC charging station.
  • Y capacities of DC charging station and vehicle 1 are not exactly known at the beginning of the charging process because the Y capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y capacities Cy+, Cy- of vehicle 1 and an additional assumed Y -Total capacity value for the DC charging station, for example a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements.
  • the potential voltage limit value ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M
  • the safety objective I for example a potential voltage limit value of 550V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M from -550V.
  • the insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-.
  • security objective II is also taken into account here, i.e. H. Overloading of the insulation of the DC charging station should be avoided.
  • this DC charging station has a maximum insulation design, i.e. H. a design voltage of its insulation, for example 500V, is assumed, a potential voltage limit of 500V is determined or specified on the connection side to the DC charging station, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 500V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -500V.
  • the insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-.
  • the high-voltage potential distribution is thereby controlled by means of the potential distribution control circuit 5 in such a way that no sign reversal occurs.
  • the potential voltage limit value is or is specified in such a way or by the Processing unit 6 can be determined or will prevent a sign reversal of the high-voltage potential voltages.
  • the embodiments according to Figures 1 to 3 differ in the design of the potential distribution control circuit 5.
  • the potential distribution is carried out by the processing unit 6 via the evaluation of the high-voltage potential voltages measured by the voltage measuring devices V1, V2 from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M and from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M is particularly permanently recorded.
  • the potential distribution control circuit 5 has a controllable current source 7 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M, as shown in FIG. 1, and/or a controllable current source between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
  • the potential distribution control circuit 5 controlled by the processing unit 6 intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential M to the previously determined or predetermined potential voltage limit value.
  • a maximum current for adjusting the high-voltage potential distribution is, for example, 10mA. If only one controllable power source 7 is provided, i.e. H.
  • controllable power sources 7 are used, i.e. H. a controllable current source 7 for each high-voltage potential HV+, HV-, then each with only one possible current direction.
  • the controllable power source 7 or the respective controllable power source 7 can be galvanically isolated or coupled.
  • the potential distribution control circuit 5 has a controllable voltage source 8 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M, as shown in FIG. 2, and/or a controllable voltage source 8 between the negative one High voltage potential HV and the reference potential M.
  • the potential distribution control circuit 5 controlled by the processing unit 6 intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential M to the previously determined or predetermined potential voltage limit value.
  • controllable voltage source 8 If only one controllable voltage source 8 is used, ie between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M, as shown here, or between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M, then this voltage source 8 only controls a high-voltage potential HV+, HV- to the reference potential M.
  • two controllable voltage sources 8 are used, that is, a controllable voltage source 8 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and a controllable voltage source 8 between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
  • the controllable voltage source 8 or the respective controllable voltage source 8 can be galvanically isolated or coupled.
  • the potential distribution control circuit 5 has a controllable resistance 9 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and a controllable resistance 9 between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
  • the respective controllable resistor 9 consists, for example, of a fixed resistor with a minimum resistance value of, for example, 1000hm/V and/or a controllable component.
  • the control can take place, for example, via a clocking operation of a low resistance or via the operation of a semiconductor in the linear range.
  • the potential distribution control circuit 5 is inactive as long as the potential voltage limit value is not reached, that is, as long as the maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M and the maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M are not reached is achieved.
  • the processing unit 6 which evaluates the voltage measuring devices V1, V2, and the potential distribution control circuit 5 is then activated, which then limits it accordingly to the potential voltage limit value, ie prevents it from being exceeded. This ensures in particular that safety objective III is achieved, ie compatibility with the insulation monitor 4 in the vehicle 1 and/or in the DC charging station.
  • the solution described allows larger Y capacitances Cy+, Cy- to be installed in the vehicle 1, whereby the filtering options of power electronics of the vehicle 1 can be improved. Furthermore, the solution described makes it possible to prevent overloading of insulation in the DC charging station when charging via a galvanically coupled DC-DC converter. In addition, the solution described makes it possible to continue to ensure the function of the insulation monitor 4 in the vehicle 1 and/or an insulation monitor in the DC charging station even when the potential distribution control circuit 5 is active, ie when the circuit for limiting the high-voltage potential voltages to the respective potential voltage limit value is active.

Abstract

The invention relates to a vehicle (1) having a high-voltage onboard electrical system (2) with a traction battery (3), high-voltage potentials (HV+, HV-), a reference potential (M), insulation resistors (Riso+, Riso-), Y-capacitors (Cy+, Cy-), an insulation monitor (4), voltage measurement devices (V1, V2) between the high-voltage potentials (HV+, HV-) and the reference potential (M), a potential distribution control circuit (5) and a processing unit (6) which is designed and configured to determine a currently present vehicle status and to control the potential distribution control circuit (5) in order to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, wherein for a plurality of vehicle statuses, in each case one potential voltage limit value is specified or can be determined by the processing unit (6).

Description

Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz und Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes Vehicle with a high-voltage electrical system and method for operating the high-voltage electrical system
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes. The invention relates to a vehicle with a high-voltage electrical system according to the features of the preamble of claim 1 and a method for operating the high-voltage electrical system.
Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2018211 625 A1 beschrieben, eine Bordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Überwachen einer Bordnetzsymmetrie bekannt. Die Bordnetzanordnung umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher zur Bereitstellung eines ersten und eines zweiten Hochvolt-Potentials, zwischen welchen eine Gesamtspannung abgreifbar ist, einen ersten Isolationswiderstand zwischen dem ersten Hochvolt-Potential und einer Masse, und einen zweiten Isolationswiderstand zwischen dem zweiten Hochvolt-Potential und der Masse. Dabei ist die Bordnetzanordnung derart symmetrisch ausgebildet, dass sich zumindest in einem bestimmten Zustand der Bordnetzanordnung der erste Isolationswiderstand vom zweiten Isolationswiderstand maximal um ein vorbestimmbares Maß unterscheidet. Die Bordnetzanordnung weist eine Symmetrieüberwachungseinrichtung auf, die zur Überwachung der Bordnetzsymmetrie dazu ausgelegt ist, zu überprüfen, ob sich der erste Isolationswiderstand vom zweiten Isolationswiderstand um mehr als das vorbestimmbare Maß unterscheidet, und falls dies der Fall ist, eine vorbestimmte Maßnahme auszulösen. From the prior art, as described in DE 10 2018211 625 A1, an on-board electrical system arrangement for a motor vehicle, a motor vehicle and a method for monitoring an on-board electrical system symmetry are known. The vehicle electrical system arrangement includes a high-voltage energy storage device for providing a first and a second high-voltage potential, between which a total voltage can be tapped, a first insulation resistance between the first high-voltage potential and a mass, and a second insulation resistance between the second high-voltage potential and the Dimensions. The on-board electrical system arrangement is designed symmetrically in such a way that, at least in a certain state of the on-board electrical system arrangement, the first insulation resistance differs from the second insulation resistance by a maximum of a predeterminable amount. The on-board electrical system arrangement has a symmetry monitoring device which is designed to monitor the on-board electrical system symmetry to check whether the first insulation resistance differs from the second insulation resistance by more than the predeterminable amount and, if this is the case, to trigger a predetermined measure.
In der DE 102018 116 055 B3 werden ein Verfahren und ein Isolationswächter zur widerstandsadaptiven Isolierungsüberwachung beschrieben. In dem Verfahren zur Isolationsüberwachung eines HV-Systems, welches eine erste Leitung mit einem ersten Spannungswert und eine zweite Leitung mit einem zweiten Spannungswert aufweist, werden ein erster Potentialunterschied zwischen dem ersten Spannungswert und Masse und ein zweiter Potentialunterschied zwischen dem zweiten Spannungswert und Masse gebildet. Eine erste Serienschaltung eines ersten Halbleiterschalters mit einem ersten Widerstand wird zwischen dem ersten Spannungswert und Masse angeordnet und eine zweite Serienschaltung eines zweiten Halbleiterschalters mit einem zweiten Widerstand wird zwischen dem zweiten Spannungswert und Masse angeordnet. Auf den beiden Halbleiterschaltern werden eine erste und eine zweite Pulsweitenmodulation ausgeführt, wobei mittels der jeweiligen Pulsweitenmodulation ein erstes und ein zweites Paar an Widerstandswerten der beiden Serienschaltungen moduliert wird. Zu dem ersten Paar an Widerstandswerten wird eine erste Spannungsmessung durchgeführt und dadurch ein erstes Wertepaar aus erstem und zweitem Potentialunterschied ermittelt. Zu dem zweiten Paar an Widerstandswerten wird eine zweite Spannungsmessung durchgeführt und dadurch ein zweites Wertepaar aus erstem und zweitem Potentialunterschied ermittelt. Mit den beiden Wertepaaren werden ein erster Isolationswiderstand der ersten Leitung und ein zweiter Isolationswiderstand der zweiten Leitung berechnet. DE 102018 116 055 B3 describes a method and an insulation monitor for resistance-adaptive insulation monitoring. In the method for insulation monitoring of an HV system, which has a first line with a first voltage value and a second line with a second voltage value, a first potential difference between the first voltage value and ground and a second potential difference between the second voltage value and ground are formed. A first series circuit of a first semiconductor switch with a first resistor is arranged between the first voltage value and ground and a second series circuit of a second semiconductor switch with a second resistor is placed between the second voltage value and ground. A first and a second pulse width modulation are carried out on the two semiconductor switches, with a first and a second pair of resistance values of the two series circuits being modulated by means of the respective pulse width modulation. A first voltage measurement is carried out for the first pair of resistance values and a first pair of values from the first and second potential difference is thereby determined. A second voltage measurement is carried out for the second pair of resistance values, thereby determining a second pair of values from the first and second potential difference. The two pairs of values are used to calculate a first insulation resistance of the first line and a second insulation resistance of the second line.
Aus der DE 102021 003 843 A1 sind ein Isolationswächter für ein Hochvolt-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Betrieb des Isolationswächters bekannt. Das Bordnetz umfasst eine HV-Batterie und ist von einer Fahrzeugmasse galvanisch getrennt. Es ist jeweils eine Y-Kapazität zwischen dem positiven Potenzial und der Fahrzeugmasse sowie zwischen dem negativen Potenzial und der Fahrzeugmasse vorgesehen. Der Isolationswächter weist eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle auf. Des Weiteren umfasst der Isolationswächter einen Spannungsmesser zum Messen mindestens eines der Potenziale. Der Isolationswächter ist dazu konfiguriert, bei Überschreiten eines vorgegebenen oberen Wertes durch das vom Spannungsmesser gemessene Potenzial mittels der Stromquelle einen negativen Strom aufzuprägen und bei Unterschreiten eines vorgegebenen unteren Wertes durch das vom Spannungsmesser gemessene Potenzial mittels der Stromquelle einen positiven Strom aufzuprägen, der auf einen maximal zulässigen Berührstrom im Falle eines Isolationsfehlers begrenzt ist, und anhand der vom Spannungsmesser gemessenen Spannung und anhand des eingespeisten Umladestroms auf die Größe der Isolationswiderstände zu schließen. From DE 102021 003 843 A1 an insulation monitor for a high-voltage electrical system of a motor vehicle and a method for operating the insulation monitor are known. The on-board electrical system includes an HV battery and is galvanically isolated from the vehicle ground. A Y capacitance is provided between the positive potential and the vehicle mass and between the negative potential and the vehicle mass. The insulation monitor has a current source or a voltage source. Furthermore, the insulation monitor includes a voltmeter for measuring at least one of the potentials. The insulation monitor is configured to apply a negative current using the current source when the potential measured by the voltmeter exceeds a predetermined upper value and to apply a positive current using the current source when the potential measured by the voltmeter falls below a predetermined lower value, which reaches a maximum permissible contact current is limited in the event of an insulation fault, and the size of the insulation resistances can be determined based on the voltage measured by the voltmeter and the charged reversal current.
In der DE 102018 115 929 A1 werden ein Verfahren zur Übertragung von Energie von einer Ladevorrichtung in ein Bordnetz eines Fahrzeugs und ein System mit einer Ladevorrichtung und einem mit der Ladevorrichtung verbundenen Bordnetz eines Fahrzeugs beschrieben. Das Bordnetz weist ein positives Potential, ein negatives Potential und ein Erdpotential auf. Ein erster Y-Kondensator ist zwischen dem positiven Potential und dem Erdpotential angeordnet und ein zweiter Y-Kondensator ist zwischen dem negativen Potential und dem Erdpotential angeordnet. Eine erste einstellbare Widerstandseinrichtung ist parallel zu dem ersten Y-Kondensator geschaltet und eine zweite einstellbare Widerstandseinrichtung ist parallel zu dem zweiten Y-Kondensator geschaltet. Im Verfahren wird die Ladevorrichtung mit dem Bordnetz verbunden, eine erste Spannung über dem ersten Y-Kondensator gemessen, ein ohmscher Widerstand der ersten einstellbaren Widerstandseinrichtung und/oder der zweiten einstellbaren Widerstandseinrichtung in Abhängigkeit von der gemessenen ersten Spannung eingestellt und Energie von der Ladevorrichtung in das Bordnetz übertragen. DE 102018 115 929 A1 describes a method for transferring energy from a charging device to an on-board electrical system of a vehicle and a system with a charging device and an on-board electrical system of a vehicle connected to the charging device. The electrical system has a positive potential, a negative potential and an earth potential. A first Y-capacitor is arranged between the positive potential and the ground potential and a second Y-capacitor is arranged between the negative potential and the ground potential. A first adjustable resistance device is connected in parallel to the first Y-capacitor and a second adjustable resistance device is connected in parallel to the second Y-capacitor. In the process, the charging device is connected to the vehicle electrical system first voltage measured across the first Y capacitor, an ohmic resistance of the first adjustable resistance device and / or the second adjustable resistance device adjusted depending on the measured first voltage and energy transferred from the charging device to the vehicle electrical system.
Die gattungsbildende Schrift DE 102020 007 868 A1 zeigt ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug für einen Ladevorgang mit einer Gleichspannungsladequelle gekoppelt wird. Über einen Gleichspannungswandler des Fahrzeugs wird eine Gleichspannung der Gleichspannungsladequelle in eine Ladespannung zum Laden des elektrischen Energiespeichers umgewandelt. Eine Isolationsüberwachungseinheit des Fahrzeugs ermittelt eine Potentialverteilung zwischen einem ersten Potential des Fahrzeugs und einem zweiten Potential des Fahrzeugs und einen Widerstandswert zumindest eines Isolationswiderstands des Fahrzeugs. In Abhängigkeit von der ermittelten Potentialverteilung und dem Widerstandswert des zumindest einen Isolationswiderstands wird zumindest ein Potential-Schutzwiderstand einer Potential-Schutzschaltung zwischen dem zweiten Potential des Fahrzeugs und einem Bezugspotential verschaltet. The generic document DE 102020 007 868 A1 shows a method for charging an electrical energy storage device of a vehicle, wherein the vehicle is coupled to a DC charging source for a charging process. A DC voltage from the DC charging source is converted into a charging voltage for charging the electrical energy storage device via a DC-DC converter in the vehicle. An insulation monitoring unit of the vehicle determines a potential distribution between a first potential of the vehicle and a second potential of the vehicle and a resistance value of at least one insulation resistance of the vehicle. Depending on the determined potential distribution and the resistance value of the at least one insulation resistor, at least one potential protection resistor of a potential protection circuit is connected between the second potential of the vehicle and a reference potential.
Auch die DE 102021 003 884 A1 offenbart eine Schutzvorrichtung für ein elektrisches Gleichstromnetz, insbesondere für ein Hochvoltnetz. Die Schutzvorrichtung umfasst eine Schutzschaltung zur Reduzierung eines durch Y-Kondensatoren des elektrischen Gleichstromnetzes verursachten elektrischen Schlags, wobei die Schutzschaltung einen ersten Schutzschalter zwischen einer Pluspotentialleitung und einer Bezugspotentialleitung und einen zweiten Schutzschalter zwischen einer Minuspotentialleitung und der Bezugspotentialleitung umfasst. Zum Testen ist ein Auslösen der Schutzschaltung nach einem Zuschalten einer Testschaltung über eine Spannungsmessung erfassbar. DE 102021 003 884 A1 also discloses a protective device for an electrical direct current network, in particular for a high-voltage network. The protective device comprises a protective circuit for reducing an electric shock caused by Y capacitors of the direct current electrical network, the protective circuit comprising a first protective switch between a plus potential line and a reference potential line and a second protective switch between a minus potential line and the reference potential line. For testing purposes, a tripping of the protective circuit can be detected via a voltage measurement after a test circuit has been switched on.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug mit einem gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Hochvoltbordnetz und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes anzugeben. The invention is based on the object of specifying a vehicle with a high-voltage on-board electrical system that is improved compared to the prior art and an improved method for operating the high-voltage on-board electrical system.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes mit den Merkmalen des Anspruchs 7. The object is achieved according to the invention by a vehicle with a high-voltage electrical system with the features of claim 1 and a method for operating the high-voltage electrical system with the features of claim 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Fahrzeug weist ein elektrisches Hochvoltbordnetz auf. Unter dem Begriff „Hochvolt“, auch mit HV abgekürzt, ist insbesondere eine elektrische Gleichspannung zu verstehen, die insbesondere größer als etwa 60 V ist. Insbesondere ist der Begriff „Hochvolt“ konform zur Norm ECE R 100 auszulegen. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims. A vehicle has a high-voltage electrical system. The term “high voltage”, also abbreviated as HV, is understood to mean in particular an electrical direct voltage that is in particular greater than approximately 60 V. In particular, the term “high voltage” must be interpreted in accordance with the ECE R 100 standard.
Das Hochvoltbordnetz umfasst eine Traktionsbatterie, d. h. einen elektrochemischen Energiespeicher zur Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Das Fahrzeug ist somit insbesondere ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. The high-voltage electrical system includes a traction battery, i.e. H. an electrochemical energy storage device for supplying energy to at least one electric drive machine for driving the vehicle. The vehicle is therefore in particular an electric vehicle or hybrid vehicle.
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz ein positives Hochvoltpotential, ein negatives Hochvoltpotential, ein insbesondere als Massepotential ausgebildetes Bezugspotential, einen Isolationswiderstand zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, einen Isolationswiderstand zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, eine Y-Kapazität zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, eine Y-Kapazität zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, einen mit dem positiven Hochvoltpotential, dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential elektrisch gekoppelten Isolationswächter, eine Spannungsmessvorrichtung zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential zur Messung einer positiven Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential, eine Spannungsmessvorrichtung zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential zur Messung einer negativen Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential, eine Potentialverteilungssteuerungsschaltung und eine Verarbeitungseinheit, die mit den Spannungsmessvorrichtungen zur Auswertung der gemessenen Hochvoltpotentialspannungen und mit der Potentialverteilungssteuerungsschaltung zu deren Ansteuerung gekoppelt ist. Furthermore, the high-voltage electrical system includes a positive high-voltage potential, a negative high-voltage potential, a reference potential designed in particular as a ground potential, an insulation resistance between the positive high-voltage potential and the reference potential, an insulation resistance between the negative high-voltage potential and the reference potential, a Y capacitance between the positive high-voltage potential and the Reference potential, a Y capacitance between the negative high-voltage potential and the reference potential, an insulation monitor electrically coupled to the positive high-voltage potential, the negative high-voltage potential and the reference potential, a voltage measuring device between the positive high-voltage potential and the reference potential for measuring a positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential, a voltage measuring device between the negative high-voltage potential and the reference potential for measuring a negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential, a potential distribution control circuit and a processing unit which is coupled to the voltage measuring devices for evaluating the measured high-voltage potential voltages and to the potential distribution control circuit for controlling them.
Erfindungsgemäß ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet und eingerichtet, einen aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus zu ermitteln und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern eines Überschreitens eines Potentialspannungsgrenzwertes für den Fahrzeugstatus anzusteuern, wobei für mehrere Fahrzeugstatus jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist. Der jeweilige Potentialspannungsgrenzwert ist dabei ein Absolutbetrag. Er gilt somit sowohl für die positive Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit positivem Vorzeichen, als auch für die negative Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit negativem Vorzeichen. According to the invention, the processing unit is designed and set up to determine a currently existing vehicle status and to control the potential distribution control circuit to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, with a potential voltage limit value being predetermined for several vehicle statuses or being able to be determined by the processing unit. The respective potential voltage limit value is an absolute value. It therefore applies to both the positive high-voltage potential voltage, here correspondingly with a positive sign, as well as for the negative high-voltage potential voltage, here correspondingly with a negative sign.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes des Fahrzeugs ist entsprechend vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit den aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus ermittelt und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes ansteuert, der für diesen Fahrzeugstatus vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit vor dem Ansteuern der Potentialverteilungssteuerungsschaltung ermittelt wird. In a method according to the invention for operating the high-voltage on-board electrical system of the vehicle, it is accordingly provided that the processing unit determines the current vehicle status and controls the potential distribution control circuit to prevent the potential voltage limit value being exceeded, which is specified for this vehicle status or is determined by the processing unit before the potential distribution control circuit is activated .
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine fahrzeugzustandsabhängige Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert. Dadurch wird insbesondere eine Einhaltung normativer Obergrenzen in den Y-Kapazitäten gespeicherter Energie/Ladung sichergestellt. Insbesondere aufgrund einer zunehmenden Verwendung höherer Spannungslagen, beispielsweise 800V, in Fahrzeugen steigt die gespeicherte Energie/Ladung in den Y-Kapazitäten, die insbesondere als Filterkondensatoren ausgebildet sind oder diese umfassen. Die Einhaltung der normativen Obergrenzen stellt daher eine Herausforderung dar. Bei einem Laden an einer Gleichstromladestation werden zudem zu den Y-Kapazitäten des Fahrzeugs noch Y-Kapazitäten in der Gleichstromladestation elektrisch parallelgeschaltet. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der gespeicherten Energie/Ladung. The solution according to the invention thus enables a vehicle condition-dependent limitation of the high-voltage potential voltages to the reference potential to the respective potential voltage limit value. This ensures in particular compliance with normative upper limits for energy/charge stored in the Y capacities. In particular, due to an increasing use of higher voltage levels, for example 800V, in vehicles, the stored energy/charge in the Y capacitances, which are in particular designed as or include filter capacitors, increases. Compliance with the normative upper limits therefore represents a challenge. When charging at a DC charging station, Y capacities in the DC charging station are also electrically connected in parallel to the Y capacities of the vehicle. This leads to a further increase in stored energy/charge.
Durch die erfindungsgemäße Lösung können größere Y-Kapazitäten im Fahrzeug verbaut werden, wodurch Filtermöglichkeiten von Leistungselektroniken des Fahrzeugs verbessert werden können. Des Weiteren ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung, eine Überlastung einer Isolation in der Gleichstromladestation beim Laden über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler zu verhindern. Zudem ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung, eine Funktion des Isolationswächters im Fahrzeug und/oder eines Isolationswächters in der Gleichstromladestation auch bei aktiver Potentialverteilungssteuerungsschaltung, d. h. bei aktiver Schaltung zur Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert, weiterhin sicherzustellen. The solution according to the invention allows larger Y capacitances to be installed in the vehicle, which means that the filtering options of the vehicle's power electronics can be improved. Furthermore, the solution according to the invention makes it possible to prevent overloading of insulation in the DC charging station when charging via a galvanically coupled DC-DC converter. In addition, the solution according to the invention makes it possible for the insulation monitor in the vehicle and/or an insulation monitor in the DC charging station to function even when the potential distribution control circuit is active, i.e. H. with active switching to limit the high-voltage potential voltages to the respective potential voltage limit value.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist für einen - Fahrzeugstatus I: Fährbetrieb, und - Fahrzeugstatus II: Laden der Traktionsbatterie an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie, und According to the invention it is provided that a potential voltage limit value is predetermined or can be determined by the processing unit for a - vehicle status I: ferry operation, and - Vehicle status II: Charging the traction battery at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery, and
- Fahrzeugstatus III: Laden der Traktionsbatterie über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie, und - Vehicle status III: Charging the traction battery via a galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, and
- Fahrzeugstatus IV: Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als eine Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes, über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler. - Vehicle status IV: Operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than a design voltage of the high-voltage on-board electrical system via a galvanically coupled DC-DC converter.
Diese Fahrzeugstatus erfordern, insbesondere aufgrund einer jeweils anderen Gesamtkapazität der im jeweiligen Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten, jeweils einen eigenen Potentialspannungsgrenzwert, wobei dieser insbesondere im Fahrzeugstatus II und III auch von den Y-Kapazitäten der jeweiligen Gleichstromladestation, mittels welcher die Traktionsbatterie jeweils geladen wird, abhängig ist und sich daher bei verschiedenen Gleichstromladestationen unterscheiden kann. These vehicle statuses require, in particular due to a different total capacity of the Y-capacities active in the respective vehicle status, their own potential voltage limit value, which, in particular in vehicle statuses II and III, also depends on the Y-capacities of the respective DC charging station, by means of which the traction battery is charged. depends and can therefore differ between different DC charging stations.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von mindestens einem einzuhaltenden Sicherheitsziel vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist. Als Sicherheitsziele sind insbesondere vorgegeben: In particular, it is provided that the potential voltage limit value for the respective vehicle status is specified or can be determined by the processing unit as a function of at least one safety goal to be met. The following safety objectives are particularly specified:
Sicherheitsziel I: Reduzierung der maximalen Energie in den Y-Kapazitäten. Bei Fahrzeugen mit höheren Auslegungsspannungen des Hochvoltbordnetzes, d. h. Betriebsspannungen, beispielsweise 850V oder höher, steigt der Energieinhalt der Y-Kapazitäten quadratisch mit der Gleichspannung an. Der in den Y-Kapazitäten gespeicherte Ladungsinhalt steigt proportional mit der Gleichspannung an. Bei den Y-Kapazitäten handelt es sich teilweise um real existierende Bauteile in Form von EMV-Filter-Komponenten (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) und teilweise um so genannte Streukapazitäten. Die maximal gespeicherte Energie und die maximale Ladungsmenge sind normativ begrenzt, um einen gefährlichen Stromschlag als Folge eines einfachen Isolationsfehlers zu verhindern. Beispielhafte Normen hierzu sind die ISO 17409 und die J1772. Als maximale Energie in den Y-Kapazitäten wird eine komplett unsymmetrische Hochvoltpotentialverteilung betrachtet. Dabei liegt zwischen einem Hochvoltpotential und dem Bezugspotential die volle Batteriespannung der Traktionsbatterie an, während über dem anderen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential OV, d. h. keine Spannung, anliegt. Die in den Y-Kapazitäten gespeicherten Energien, d. h. die Summe der Energien beider Hochvoltpotentiale, können reduziert werden, indem die Unsymmetrie der Hochvoltpotentiale bezogen auf das Bezugspotential eingeschränkt, d. h. begrenzt, wird. Dies wird durch die oben beschriebene Lösung über den entsprechenden Potentialspannungsgrenzwert und die mittels der Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erreicht. Safety objective I: Reduction of the maximum energy in the Y capacities. In vehicles with higher design voltages of the high-voltage electrical system, ie operating voltages, for example 850V or higher, the energy content of the Y capacitances increases as the square of the DC voltage. The charge content stored in the Y capacitances increases proportionally with the DC voltage. The Y capacitances are partly actually existing components in the form of EMC filter components (EMC = electromagnetic compatibility) and partly so-called stray capacitances. The maximum stored energy and the maximum amount of charge are normatively limited to prevent dangerous electric shock as a result of a simple insulation fault. Example standards for this are ISO 17409 and J1772. A completely asymmetrical high-voltage potential distribution is considered the maximum energy in the Y capacitances. The full battery voltage of the traction battery is present between one high-voltage potential and the reference potential, while above the other high-voltage potential and the Reference potential OV, ie no voltage, is present. The energies stored in the Y capacitances, ie the sum of the energies of both high-voltage potentials, can be reduced by limiting, ie limiting, the asymmetry of the high-voltage potentials relative to the reference potential. This is achieved by the solution described above via the corresponding potential voltage limit value and the potential distribution control circuit, which is correspondingly controlled by the processing unit, to prevent the potential voltage limit value from being exceeded.
Sicherheitsziel II: Einhaltung einer maximalen Isolationsauslegung in einem Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung beim Verbinden zweier Hochvoltsysteme über einen galvanisch gekoppelten Spannungswandler. Dies betrifft insbesondere den Fahrzeugstatus III, d. h. das Laden der Traktionsbatterie über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie, und den Fahrzeugstatus IV, d. h. den Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler. Das Hochvoltsystem mit höherer Spannungsauslegung ist dabei jeweils das Hochvoltsystem, insbesondere Hochvoltbordnetz, des Fahrzeugs. Das Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung ist im Fahrzeugstatus III die Gleichstromladestation und im Fahrzeugstatus IV die Hochvoltkomponente. Wird das Fahrzeug, insbesondere dessen Traktionsbatterie, mit höherer Spannungslage, beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation geladen, bei der die Isolationsauslegung niedriger ist als diese Spannungslage des Fahrzeugs, beispielsweise nur 400V oder 500V beträgt (Fahrzeugstatus III), dann soll gemäß dieses Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation auftreten. Das Gleiche gilt auch für den Betrieb der Hochvoltkomponente mit niedrigerer Auslegungsspannung der Isolation, beispielsweise 500V, im Vergleich zur Auslegungsspannung des Fahrzeugs, beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler (Fahrzeugstatus IV). Auch hier soll gemäß diesem Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation dieser Hochvoltkomponente auftreten. Zudem ist, zumindest bei Bedarf, sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen bezogen auf das Bezugspotential, insbesondere im Betrieb des Fahrzeugs und der Gleichstromladestation bzw. im Betrieb des Fahrzeugs und der Hochvoltkomponente, keine Vorzeichenumkehr erfahren. Safety objective II: Compliance with a maximum insulation design in a high-voltage system with a lower voltage design when connecting two high-voltage systems via a galvanically coupled voltage converter. This applies in particular to vehicle status III, ie the charging of the traction battery via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, and vehicle status IV, ie the operation of a high-voltage component with a Design voltage of their insulation, which is smaller than the design voltage of the high-voltage on-board electrical system, via the galvanically coupled DC-DC converter. The high-voltage system with a higher voltage design is the high-voltage system, in particular the high-voltage electrical system, of the vehicle. The high-voltage system with a lower voltage design is the DC charging station in vehicle status III and the high-voltage component in vehicle status IV. If the vehicle, in particular its traction battery, is charged with a higher voltage level, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station in which the insulation design is lower than this voltage level of the vehicle, for example only 400V or 500V (vehicle status III), then should According to this safety objective II, the insulation of the DC charging station will never be overloaded. The same also applies to the operation of the high-voltage component with a lower design voltage of the insulation, for example 500V, compared to the design voltage of the vehicle, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter (vehicle status IV). Here, too, according to this safety objective II, the insulation of this high-voltage component should never be overloaded. In addition, at least if necessary, it must be ensured that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials are related to the reference potential, especially when the vehicle and the DC charging station are in operation or during operation of the vehicle and the high-voltage component, no sign reversal occurs.
Sicherheitsziel III: Kompatibilität mit dem Isolationswächter im Fahrzeug und/oder in der Gleichstromladestation. Der Isolationswächter im Fahrzeug oder in der Gleichstromladestation ermittelt den Isolationswiderstand, indem die Hochvoltpotentialverteilung um einen gewissen, insbesondere vorgegebenen, Betrag umgeladen wird. Ein dafür notwendiger Spannungshub darf einerseits nicht zu einer Überschreitung des Sicherheitsziels I (maximaler Energieinhalt in Y-Kapazitäten) und des Sicherheitsziels II (maximale Spannung der Isolation nicht überschritten) führen, andererseits muss dieser Spannungshub jedoch noch ausreichend hoch sein, damit der Isolationswächter ein ausreichend genaues Berechnungsergebnis ermitteln kann. Safety objective III: Compatibility with the insulation monitor in the vehicle and/or in the DC charging station. The insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station determines the insulation resistance by recharging the high-voltage potential distribution by a certain, in particular predetermined, amount. On the one hand, the voltage swing required for this must not lead to an exceedance of the safety target I (maximum energy content in Y capacities) and the safety target II (maximum voltage of the insulation not exceeded), but on the other hand, this voltage swing must still be sufficiently high so that the insulation monitor is sufficient can determine the exact calculation result.
Es ist daher insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von einer Gesamtkapazität aller in diesem Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist. It is therefore provided in particular that the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predetermined or can be determined by the processing unit as a function of a total capacity of all Y-capacities active in this vehicle status.
Im Fahrzeugzustand I, d. h. im Fährbetrieb des Fahrzeugs, ist der Isolationswächter im Fahrzeug aktiv. Es besteht keine Verbindung des Fahrzeugs zu einer Gleichstromladestation. Aktiv sind somit nur die Y-Kapazitäten im Fahrzeug. Deren Gesamtkapazität ist bekannt und somit der Ermittlung oder Vorgabe des Potentialspannungsgrenzwertes vorgegeben. Dieser Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, kann somit berechnet werden, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 600V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 600V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -600V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. In vehicle condition I, i.e. H. When the vehicle is in ferry mode, the insulation monitor in the vehicle is active. The vehicle is not connected to a DC charging station. This means that only the Y capacities in the vehicle are active. Their total capacity is known and is therefore used to determine or specify the potential voltage limit value. This potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential can thus be calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 600V, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 600V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -600V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Gesamtkapazität im Fahrzeugstatus II oder III durch die Verarbeitungseinheit aus der Summe der Y-Kapazitäten des Hochvoltbordnetzes und eines geschätzten Y-Gesamtkapazitätswertes der Gleichstromladestation ermittelbar ist oder mittels mindestens einer messtechnischen Einrichtung messbar ist. In particular, it is provided that the total capacity in vehicle status II or III is determined by the processing unit from the sum of the Y capacities of the high-voltage electrical system and an estimated Y total capacity value of the DC charging station can be determined or can be measured using at least one metrological device.
Im Fahrzeugzustand II, d. h. Laden der Traktionsbatterie an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie von beispielsweise 800V, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs und somit von dessen Hochvoltbordnetz zu einer Gleichstromladestation mit gleicher oder höherer Ladespannung, beispielsweise mit einer Ladespannung von 1000V. Der Isolationswächter im Fahrzeug oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug, ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y- Kapazitäten des Fahrzeugs und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswert für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt. Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -550V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. In vehicle condition II, i.e. H. When charging the traction battery at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery of, for example, 800V, there is a connection of the vehicle and thus of its high-voltage electrical system to a DC charging station with the same or higher charging voltage, for example with a charging voltage of 1000V. The insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station is active and monitors the vehicle and the DC charging station. The total capacity of all active Y capacities, i.e. H. of the DC charging station and the vehicle, is not exactly known at the beginning of the charging process because the Y capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y capacities of the vehicle and an additionally assumed total Y capacity value for the DC charging station, for example, a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements. Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential, calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -550V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
Im Fahrzeugzustand III, d. h. Laden der Traktionsbatterie über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs und somit von dessen Hochvoltbordnetz zu einer solchen Gleichstromladestation mit einer Ladespannung von beispielsweise 500V. Die Traktionsbatterie wird daher über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler geladen. Der Isolationswächter im Fahrzeug oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug, ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y-Kapazitäten des Fahrzeugs und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswert für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt. Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -550V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. In vehicle state III, ie charging the traction battery via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery, there is a connection of the vehicle and thus of its high-voltage electrical system to such a DC charging station with a Charging voltage of, for example, 500V. The traction battery is therefore charged via the galvanically coupled DC-DC converter. The insulation monitor in the vehicle or in the DC charging station is active and monitors the vehicle and the DC charging station. The total capacity of all active Y-capacities, that is, of the DC charging station and the vehicle, is not exactly known at the start of the charging process, since the Y-capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y-capacities of the vehicle and one additionally assumed Y total capacity value for the DC charging station, for example a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements. Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit value, ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential, is calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -550V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value, ie the maximum high-voltage potential voltages, is reached.
Zudem wird hier auch das Sicherheitsziel II beachtet, d. h. es soll eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation vermieden werden. Um das Sicherheitsziel II einzuhalten, wird, wenn bei dieser Gleichstromladestation von einer maximalen Isolationsauslegung, d. h. von einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, von beispielsweise 500V ausgegangen wird, ein Potentialspannungsgrenzwert von 500V auf der Anschlussseite zur Gleichstromladestation ermittelt bzw. vorgegeben, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential von 500V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential von -500V. Durch den Isolationswächter wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. In addition, security objective II is also taken into account here, i.e. H. Overloading of the insulation of the DC charging station should be avoided. In order to comply with safety objective II, if this DC charging station has a maximum insulation design, i.e. H. a design voltage of its insulation, for example 500V, is assumed, a potential voltage limit of 500V is determined or specified on the connection side to the DC charging station, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential of 500V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential of -500V. The insulation monitor causes a cyclical shift in the high-voltage potentials. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
In diesem Fahrzeugzustand III ist zudem gemäß Sicherheitsziel II sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen bezogen auf das Bezugspotential keine Vorzeichenumkehr erfahren. D.h. es ist zu vermeiden, dass die Spannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential negativ wird und/oder die Spannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential positiv wird. Der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential, wird somit derart ermittelt oder vorgegeben, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet. Die durch die Verarbeitungseinheit entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung begrenzt die Potentialverschiebung somit beim Erreichen dieses Potentialspannungsgrenzwertes. Die Hochvoltpotentialverteilung wird dadurch mittels der Potentialverteilungssteuerungsschaltung derart gesteuert, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet. In this vehicle state III, it must also be ensured in accordance with safety objective II that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials do not undergo a sign reversal in relation to the reference potential. Ie it is to be avoided that Voltage from the positive high-voltage potential to the reference potential becomes negative and / or the voltage from the negative high-voltage potential to the reference potential becomes positive. The potential voltage limit value, ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages relative to the reference potential, is thus determined or specified in such a way that no sign reversal occurs. The potential distribution control circuit, which is appropriately controlled by the processing unit, limits the potential shift when this potential voltage limit value is reached. The high-voltage potential distribution is thereby controlled by means of the potential distribution control circuit in such a way that no sign reversal occurs.
Es ist daher in möglichen Ausführungsformen des Fahrzeugs und des Verfahrens vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert derart vorgegeben ist bzw. wird oder von der Verarbeitungseinheit ermittelbar ist bzw. wird, dass eine Vorzeichenumkehr der Hochvoltpotentialspannungen verhindert ist. It is therefore provided in possible embodiments of the vehicle and the method that the potential voltage limit value is or is predetermined or can be determined by the processing unit in such a way that a reversal of the sign of the high-voltage potential voltages is prevented.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung eine steuerbare Stromquelle zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und/oder eine steuerbare Stromquelle zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den zuvor ermittelten oder vorgegebenen Potentialspannungsgrenzwert. Ein maximaler Strom zum Anpassen der Hochvoltpotentialverteilung beträgt beispielsweise 10mA. Ist nur eine steuerbare Stromquelle vorgesehen, d. h. zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential oder zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, so treibt diese positive und negative Ströme, d. h. sie ist entsprechend ausgebildet und eingerichtet. Alternativ werden zwei steuerbare Stromquellen eingesetzt, d. h. eine steuerbare Stromquelle je Hochvoltpotential, dann jeweils mit nur einer möglichen Stromrichtung. Die steuerbare Stromquelle oder die jeweilige steuerbare Stromquelle kann galvanisch getrennt oder gekoppelt sein. In a possible embodiment, the potential distribution control circuit has a controllable current source between the positive high-voltage potential and the reference potential and/or a controllable current source between the negative high-voltage potential and the reference potential. The potential distribution control circuit controlled by the processing unit intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. A maximum current for adjusting the high-voltage potential distribution is, for example, 10mA. If only one controllable power source is provided, i.e. H. between the positive high-voltage potential and the reference potential or between the negative high-voltage potential and the reference potential, this drives positive and negative currents, i.e. H. she is trained and equipped accordingly. Alternatively, two controllable power sources are used, i.e. H. one controllable current source per high-voltage potential, then each with only one possible current direction. The controllable power source or the respective controllable power source can be galvanically isolated or coupled.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und/oder eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den zuvor ermittelten oder vorgegebenen Potentialspannungsgrenzwert. Wenn nur eine steuerbare Spannungsquelle eingesetzt wird, d. h. zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential oder zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential, dann steuert diese Spannungsquelle nur ein Hochvoltpotential zum Bezugspotential. Alternativ werden zwei steuerbare Spannungsquellen eingesetzt, d. h. eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und eine steuerbare Spannungsquelle zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential. Die Spannungsquelle oder die jeweilige Spannungsquelle kann galvanisch getrennt oder gekoppelt sein. In a possible embodiment, the potential distribution control circuit has a controllable voltage source between the positive high-voltage potential and the reference potential and/or a controllable voltage source between the negative high-voltage potential and the reference potential. An intervention by the The potential distribution control circuit controlled by the processing unit to prevent the potential voltage limit value from being exceeded is carried out by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. If only one controllable voltage source is used, ie between the positive high-voltage potential and the reference potential or between the negative high-voltage potential and the reference potential, then this voltage source only controls a high-voltage potential to the reference potential. Alternatively, two controllable voltage sources are used, ie a controllable voltage source between the positive high-voltage potential and the reference potential and a controllable voltage source between the negative high-voltage potential and the reference potential. The voltage source or the respective voltage source can be galvanically isolated or coupled.
In einer möglichen Ausführungsform weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung einen steuerbaren Widerstand zwischen dem positiven Hochvoltpotential und dem Bezugspotential und einen steuerbaren Widerstand zwischen dem negativen Hochvoltpotential und dem Bezugspotential auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential auf den zuvor ermittelten oder vorgegeben Potentialspannungsgrenzwert. Der jeweilige steuerbare Widerstand besteht beispielsweise aus einem Festwiderstand mit einem Mindestwiderstandswert von beispielsweise 1000hm/V und/oder einem steuerbaren Anteil. Die Steuerung kann beispielsweise über einen taktenden Betrieb eines geringen Widerstandes erfolgen oder über den Betrieb eines Halbleiters im linearen Bereich. In a possible embodiment, the potential distribution control circuit has a controllable resistance between the positive high-voltage potential and the reference potential and a controllable resistance between the negative high-voltage potential and the reference potential. The potential distribution control circuit controlled by the processing unit intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. The respective controllable resistance consists, for example, of a fixed resistor with a minimum resistance value of, for example, 1000hm/V and/or a controllable component. The control can take place, for example, via a clocking operation of a low resistance or via the operation of a semiconductor in the linear range.
Für das beschriebene Fahrzeug, insbesondere dessen Hochvoltbordnetz, und das beschriebene Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass die Potentialverteilungssteuerungsschaltung inaktiv ist, solange der Potentialspannungsgrenzwert nicht erreicht wird, d. h. solange die maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential zum Bezugspotential und die maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential zum Bezugspotential nicht erreicht wird. Der Isolationswächter, insbesondere im Fahrzeug, oder der Isolationswächter in der Gleichstromladestation, wenn das Fahrzeug mit dieser zum Laden der Traktionsbatterie gekoppelt ist, kann somit entsprechend seiner oben beschriebenen Funktionsweise die Hochvoltpotentiale unbeeinflusst durch die Potentialverteilungssteuerungsschaltung verschieben und den Isolationswert berechnen. Wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. eine der maximalen Hochvoltpotentialspannungen, erreicht, dann wird dies von der Verarbeitungseinheit, die die Spannungsmessvorrichtungen auswertet, festgestellt und daraufhin die Potentialverteilungssteuerungsschaltung angesteuert, welche dann entsprechend auf den Potentialspannungsgrenzwert begrenzt, d. h. dessen Überschreiten verhindert. Dadurch wird insbesondere das Erreichen des Sicherheitsziels III sichergestellt, d. h. die Kompatibilität mit dem Isolationswächter im Fahrzeug und/oder in der Gleichstromladestation. For the vehicle described, in particular its high-voltage electrical system, and the method described, it is in particular provided that the potential distribution control circuit is inactive as long as the potential voltage limit value is not reached, that is, as long as the maximum positive high-voltage potential voltage is from the positive high-voltage potential to the reference potential and the maximum negative high-voltage potential voltage is from the negative high-voltage potential to the Reference potential is not reached. The insulation monitor, in particular in the vehicle, or the insulation monitor in the DC charging station, if the vehicle is coupled to it for charging the traction battery, can thus monitor the high-voltage potentials unaffected by the according to its functionality described above Move potential distribution control circuit and calculate the insulation value. If the potential voltage limit value, ie one of the maximum high-voltage potential voltages, is reached, then this is determined by the processing unit, which evaluates the voltage measuring devices, and the potential distribution control circuit is then activated, which then limits it accordingly to the potential voltage limit value, ie prevents it from being exceeded. This ensures in particular that safety objective III is achieved, ie compatibility with the insulation monitor in the vehicle and/or in the DC charging station.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen: Show:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs, 1 shows schematically an embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle,
Fig. 2 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs, und Fig. 2 shows schematically a further embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle, and
Fig. 3 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs. Fig. 3 shows schematically a further embodiment of a high-voltage electrical system of a vehicle.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Fahrzeugs 1 mit einem Hochvoltbordnetz 2. Figures 1 to 3 show exemplary embodiments of a vehicle 1 with a high-voltage electrical system 2.
Das Hochvoltbordnetz 2 umfasst eine Traktionsbatterie 3, ein mit der Traktionsbatterie 3 gekoppeltes positives Hochvoltpotential HV+, ein mit der Traktionsbatterie 3 gekoppeltes negatives Hochvoltpotential HV- und ein insbesondere als Massepotential ausgebildetes Bezugspotential M. The high-voltage electrical system 2 includes a traction battery 3, a positive high-voltage potential HV+ coupled to the traction battery 3, a negative high-voltage potential HV- coupled to the traction battery 3 and a reference potential M, which is designed in particular as a ground potential.
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz 2 einen Isolationswiderstand Riso+ zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M und einen Isolationswiderstand Riso- zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M. Furthermore, the high-voltage electrical system 2 includes an insulation resistance Riso+ between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and one Insulation resistance Riso- between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
Zudem umfasst das Hochvoltbordnetz 2 eine Y-Kapazität Cy+ zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M und eine Y-Kapazität Cy- zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M. In addition, the high-voltage electrical system 2 includes a Y-capacitance Cy+ between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and a Y-capacitance Cy- between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz 2 einen mit dem positiven Hochvoltpotential HV+, dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M elektrisch gekoppelten Isolationswächter 4. Furthermore, the high-voltage electrical system 2 includes an insulation monitor 4 electrically coupled to the positive high-voltage potential HV+, the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M.
Zudem umfasst das Hochvoltbordnetz 2 eine Spannungsmessvorrichtung V1 zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M zur Messung einer positiven Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M und eine Spannungsmessvorrichtung V2 zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M zur Messung einer negativen Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M. In addition, the high-voltage electrical system 2 includes a voltage measuring device V1 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M for measuring a positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M and a voltage measuring device V2 between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M for measuring a negative high-voltage potential voltage from the negative one High-voltage potential HV- to reference potential M.
Des Weiteren umfasst das Hochvoltbordnetz 2 eine Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 und eine Verarbeitungseinheit 6, die mit den Spannungsmessvorrichtungen V1 , V2 zur Auswertung der gemessenen Hochvoltpotentialspannungen und mit der Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zu deren Ansteuerung gekoppelt ist. Furthermore, the high-voltage electrical system 2 includes a potential distribution control circuit 5 and a processing unit 6, which is coupled to the voltage measuring devices V1, V2 for evaluating the measured high-voltage potential voltages and to the potential distribution control circuit 5 for controlling them.
Die Verarbeitungseinheit 6 ist ausgebildet und eingerichtet, einen aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus zu ermitteln und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zum Verhindern eines Überschreitens eines Potentialspannungsgrenzwertes für den Fahrzeugstatus anzusteuern, wobei für mehrere Fahrzeugstatus jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist. Der jeweilige Potentialspannungsgrenzwert ist dabei ein Absolutbetrag. Er gilt somit sowohl für die positive Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit positivem Vorzeichen, als auch für die negative Hochvoltpotentialspannung, hier entsprechend mit negativen Vorzeichen. The processing unit 6 is designed and set up to determine a currently existing vehicle status and to control the potential distribution control circuit 5 to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, whereby a potential voltage limit value is predetermined for several vehicle statuses or can be determined by the processing unit 6. The respective potential voltage limit value is an absolute value. It therefore applies to both the positive high-voltage potential voltage, here correspondingly with a positive sign, and for the negative high-voltage potential voltage, here correspondingly with a negative sign.
Diese Lösung ermöglicht somit eine fahrzeugzustandsabhängige Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert. Dadurch wird insbesondere eine Einhaltung normativer Obergrenzen in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- gespeicherter Energie/Ladung sichergestellt. Insbesondere aufgrund einer zunehmenden Verwendung höherer Spannungslagen, beispielsweise 800V, in Fahrzeugen 1 steigt die gespeicherte Energie/Ladung in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, die insbesondere als Filterkondensatoren ausgebildet sind oder diese umfassen. Die Einhaltung der normativen Obergrenzen stellt daher eine Herausforderung dar. Bei einem Laden an einer Gleichstromladestation werden zudem zu den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- des Fahrzeugs 1 noch Y-Kapazitäten in der Gleichstromladestation elektrisch parallelgeschaltet. Dies führt zu einerweiteren Erhöhung der gespeicherten Energie/Ladung. This solution thus enables a vehicle condition-dependent limitation of the high-voltage potential voltages to the reference potential M to the respective potential voltage limit value. In particular, this makes compliance more normative Upper limits in the Y capacities Cy+, Cy- stored energy/charge ensured. In particular, due to an increasing use of higher voltage levels, for example 800V, in vehicles 1, the stored energy/charge increases in the Y capacitances Cy+, Cy-, which are designed in particular as filter capacitors or include them. Compliance with the normative upper limits therefore represents a challenge. When charging at a DC charging station, Y capacities in the DC charging station are also electrically connected in parallel to the Y capacities Cy+, Cy- of vehicle 1. This leads to a further increase in stored energy/charge.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist für einen In the solution described here, it is in particular provided that a potential voltage limit value is specified or can be determined by the processing unit 6 for each
- Fahrzeugstatus I: Fährbetrieb, und/oder - Vehicle status I: Ferry operation, and/or
- Fahrzeugstatus II: Laden der Traktionsbatterie 3 an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3, und/oder - Vehicle status II: Charging the traction battery 3 at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery 3, and / or
- Fahrzeugstatus III: Laden der Traktionsbatterie 3 über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3, und/oder - Vehicle status III: Charging the traction battery 3 via a galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery 3, and / or
- Fahrzeugstatus IV: Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als eine Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes 2, über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler. - Vehicle status IV: Operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than a design voltage of the high-voltage vehicle electrical system 2, via a galvanically coupled DC-DC converter.
Diese Fahrzeugstatus erfordern, insbesondere aufgrund einer jeweils anderen Gesamtkapazität der im jeweiligen Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, jeweils einen eigenen Potentialspannungsgrenzwert, wobei dieser insbesondere im Fahrzeugstatus II und III auch von den Y-Kapazitäten der jeweiligen Gleichstromladestation, mittels welcher die Traktionsbatterie 3 jeweils geladen wird, abhängig ist und sich daher bei verschiedenen Gleichstromladestationen unterscheiden kann. These vehicle statuses each require their own potential voltage limit value, in particular due to a different total capacity of the Y-capacities Cy+, Cy- active in the respective vehicle status, which, in particular in vehicle status II and III, also depends on the Y-capacities of the respective DC charging station, by means of which the traction battery 3 is charged in each case and can therefore differ between different DC charging stations.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von mindestens einem einzuhaltenden Sicherheitsziel vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist. Als Sicherheitsziele sind insbesondere vorgegeben: Sicherheitsziel I: Reduzierung der maximalen Energie in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy-. Bei Fahrzeugen 1 mit höheren Auslegungsspannungen des Hochvoltbordnetzes 2, d. h. Betriebsspannungen, beispielsweise 850V oder höher, steigt der Energieinhalt der Y-Kapazitäten Cy+, Cy- quadratisch mit der Gleichspannung an. Der in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- gespeicherte Ladungsinhalt steigt proportional mit der Gleichspannung an. Bei den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- handelt es sich teilweise um real existierende Bauteile in Form von EMV-Filter-Komponenten (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) und teilweise um so genannte Streukapazitäten. Die maximal gespeicherte Energie und die maximale Ladungsmenge sind normativ begrenzt, um einen gefährlichen Stromschlag als Folge eines einfachen Isolationsfehlers zu verhindern. Beispielhafte Normen hierzu sind die ISO 17409 und die J1772. Als maximale Energie in den Y-Kapazitäten Cy+, Cy- wird eine komplett unsymmetrische Hochvoltpotentialverteilung betrachtet. Dabei liegt zwischen einem Hochvoltpotential HV+, HV- und dem Bezugspotential M die volle Batteriespannung der Traktionsbatterie 3 an, während über dem anderen Hochvoltpotential HV-, HV+ und dem Bezugspotential M 0V, d. h. keine Spannung, anliegt. Die in den Y- Kapazitäten Cy+, Cy- gespeicherten Energien, d. h. die Summe der Energien beider Hochvoltpotentiale HV+, HV-, können reduziert werden, indem die Unsymmetrie der Hochvoltpotentiale HV+, HV- bezogen auf das Bezugspotential M eingeschränkt, d. h. begrenzt, wird. Dies wird durch die oben beschriebene Lösung über den entsprechenden Potentialspannungsgrenzwert und die mittels der Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erreicht. In the solution described here, it is in particular provided that the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predefined or can be determined by the processing unit 6 depending on at least one safety goal to be met. The following safety objectives are particularly specified: Safety goal I: Reduction of the maximum energy in the Y capacitances Cy+, Cy-. In vehicles 1 with higher design voltages of the high-voltage electrical system 2, ie operating voltages, for example 850V or higher, the energy content of the Y capacitances Cy+, Cy- increases squarely with the DC voltage. The charge content stored in the Y capacitances Cy+, Cy- increases proportionally with the DC voltage. The Y capacitances Cy+, Cy- are partly actually existing components in the form of EMC filter components (EMC = electromagnetic compatibility) and partly so-called stray capacitances. The maximum stored energy and the maximum amount of charge are normatively limited to prevent dangerous electric shock as a result of a simple insulation fault. Example standards for this are ISO 17409 and J1772. A completely asymmetrical high-voltage potential distribution is considered the maximum energy in the Y capacitances Cy+, Cy-. The full battery voltage of the traction battery 3 is present between a high-voltage potential HV+, HV- and the reference potential M, while 0V, ie no voltage, is present across the other high-voltage potential HV-, HV+ and the reference potential M. The energies stored in the Y capacitances Cy+, Cy-, ie the sum of the energies of both high-voltage potentials HV+, HV-, can be reduced by restricting, ie limiting, the asymmetry of the high-voltage potentials HV+, HV- in relation to the reference potential M. This is achieved by the solution described above via the corresponding potential voltage limit value and the potential distribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by means of the processing unit 6, to prevent the potential voltage limit value from being exceeded.
Sicherheitsziel II: Einhaltung einer maximalen Isolationsauslegung in einem Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung beim Verbinden zweier Hochvoltsysteme über einen galvanisch gekoppelten Spannungswandler. Dies betrifft insbesondere den Fahrzeugstatus III, d. h. das Laden der Traktionsbatterie 3 über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3, und den Fahrzeugstatus IV, d. h. den Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes 2, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler. Das Hochvoltsystem mit höherer Spannungsauslegung ist dabei jeweils das Hochvoltsystem, insbesondere Hochvoltbordnetz 2, des Fahrzeugs 1. Das Hochvoltsystem mit niedrigerer Spannungsauslegung ist im Fahrzeugstatus III die Gleichstromladestation und im Fahrzeugstatus IV die Hochvoltkomponente. Safety objective II: Compliance with a maximum insulation design in a high-voltage system with a lower voltage design when connecting two high-voltage systems via a galvanically coupled voltage converter. This applies in particular to vehicle status III, ie the charging of the traction battery 3 via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery 3, and the vehicle status IV, ie the operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than the design voltage of the high-voltage vehicle electrical system 2, via the galvanically coupled DC-DC converter. The high-voltage system with a higher voltage design is the high-voltage system, in particular high-voltage electrical system 2, of the vehicle 1. The high-voltage system with a lower one The voltage design is the DC charging station in vehicle status III and the high-voltage component in vehicle status IV.
Wird das Fahrzeug 1 , insbesondere dessen Traktionsbatterie 3, mit höherer Spannungslage, beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation geladen, bei der die Isolationsauslegung niedriger ist als diese Spannungslage des Fahrzeugs 1, beispielsweise nur 400V oder 500V beträgt (Fahrzeugstatus III), dann soll gemäß dieses Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation auftreten. Das Gleiche gilt auch für den Betrieb der Hochvoltkomponente mit niedrigerer Auslegungsspannung der Isolation, beispielsweise 500V, im Vergleich zur Auslegungsspannung des Fahrzeugs 1 , beispielsweise 800V, über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler (Fahrzeugstatus IV). Auch hier soll gemäß diesem Sicherheitsziels II nie eine Überlastung der Isolation dieser Hochvoltkomponente auftreten. Zudem ist, zumindest bei Bedarf, sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen HV+, HV- bezogen auf das Bezugspotential M, insbesondere im Betrieb des Fahrzeugs 1 und der Gleichstromladestation bzw. im Betrieb des Fahrzeugs 1 und der Hochvoltkomponente, keine Vorzeichenumkehr erfahren. If the vehicle 1, in particular its traction battery 3, is charged with a higher voltage level, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station in which the insulation design is lower than this voltage level of the vehicle 1, for example only 400V or 500V (vehicle status III) , then according to this safety objective II, an overload of the insulation of the DC charging station should never occur. The same also applies to the operation of the high-voltage component with a lower design voltage of the insulation, for example 500V, compared to the design voltage of the vehicle 1, for example 800V, via the galvanically coupled DC-DC converter (vehicle status IV). Here, too, according to this safety objective II, the insulation of this high-voltage component should never be overloaded. In addition, it must be ensured, at least if necessary, that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials HV+, HV-, based on the reference potential M, do not undergo a sign reversal, in particular when the vehicle 1 and the DC charging station are in operation or when the vehicle 1 and the high-voltage component are in operation.
Sicherheitsziel III: Kompatibilität mit dem Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 und/oder in der Gleichstromladestation. Der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 oder in der Gleichstromladestation ermittelt den Isolationswiderstand, indem die Hochvoltpotentialverteilung um einen gewissen, insbesondere vorgegebenen, Betrag umgeladen wird. Ein dafür notwendiger Spannungshub darf einerseits nicht zu einer Überschreitung des Sicherheitsziels I (maximaler Energieinhalt in Y-Kapazitäten Cy+, Cy-) und des Sicherheitsziels II (maximale Spannung der Isolation nicht überschritten) führen, andererseits muss dieser Spannungshub jedoch noch ausreichend hoch sein, damit der Isolationswächter 4 ein ausreichend genaues Berechnungsergebnis ermitteln kann. Safety objective III: Compatibility with the insulation monitor 4 in vehicle 1 and/or in the DC charging station. The insulation monitor 4 in the vehicle 1 or in the DC charging station determines the insulation resistance by recharging the high-voltage potential distribution by a certain, in particular predetermined, amount. On the one hand, a voltage swing required for this must not lead to an exceedance of the safety target I (maximum energy content in Y capacities Cy+, Cy-) and the safety target II (maximum voltage of the insulation not exceeded), but on the other hand, this voltage swing must still be sufficiently high the insulation monitor 4 can determine a sufficiently accurate calculation result.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist daher insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von einer Gesamtkapazität aller in diesem Fahrzeugstatus aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy- vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist. In the solution described here, it is therefore particularly provided that the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predetermined or can be determined by the processing unit 6 as a function of a total capacity of all Y capacitances Cy+, Cy- active in this vehicle status.
Im Fahrzeugzustand I, d. h. im Fährbetrieb des Fahrzeugs 1 , ist der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 aktiv. Es besteht keine Verbindung des Fahrzeugs 1 zu einer Gleichstromladestation. Aktiv sind somit nur die Y-Kapazitäten Cy+, Cy- im Fahrzeug 1. Deren Gesamtkapazität ist bekannt und somit der Ermittlung oder Vorgabe des Potentialspannungsgrenzwertes vorgegeben. Dieser Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, kann somit berechnet werden, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 600V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 600V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -600V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. In vehicle state I, ie in ferry operation of the vehicle 1, the insulation monitor 4 in the vehicle 1 is active. There is no connection between vehicle 1 and one DC charging station. Only the Y capacitances Cy+, Cy- in vehicle 1 are active. Their total capacity is known and is therefore specified for determining or specifying the potential voltage limit value. This potential voltage limit value, ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M, can thus be calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 600V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 600V and a maximum negative high-voltage potential voltage from negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -600V. The insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-. The potential distribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by the processing unit 6, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, ie the maximum high-voltage potential voltages.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass die Gesamtkapazität im Fahrzeugstatus II oder III durch die Verarbeitungseinheit 6 aus der Summe der Y-Kapazitäten Cy+, Cy- des Hochvoltbordnetzes 2 und eines geschätzten Y-Gesamtkapazitätswertes der Gleichstromladestation ermittelbar ist oder mittels mindestens einer messtechnischen Einrichtung messbar ist. In the solution described here, it is in particular provided that the total capacity in vehicle status II or III can be determined by the processing unit 6 from the sum of the Y capacities Cy+, Cy- of the high-voltage vehicle electrical system 2 and an estimated Y total capacity value of the DC charging station or by means of at least one measurement Facility is measurable.
Im Fahrzeugzustand II, d. h. Laden der Traktionsbatterie 3 an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3 von beispielsweise 800V, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs 1 und somit von dessen Hochvoltbordnetz 2 zu einer Gleichstromladestation mit gleicher oder höherer Ladespannung, beispielsweise mit einer Ladespannung von 1000V. Der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug 1 und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug 1 , ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y-Kapazitäten Cy+, Cy- des Fahrzeugs 1 und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswertes für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt. Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -550V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. In vehicle state II, ie charging the traction battery 3 at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery 3 of, for example, 800V, there is a connection of the vehicle 1 and thus of its high-voltage electrical system 2 to a DC charging station with the same or higher Charging voltage, for example with a charging voltage of 1000V. The insulation monitor 4 in vehicle 1 or in the DC charging station is active and monitors vehicle 1 and the DC charging station. The total capacity of all active Y-capacities Cy+, Cy-, ie of the DC charging station and vehicle 1, is not exactly known at the start of the charging process, since the Y-capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y- Capacities Cy+, Cy- of the vehicle 1 and an additional assumed Y total capacity value for the DC charging station, for example a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements. Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit value, ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M, is calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -550V. The insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-. The potential distribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by the processing unit 6, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, ie the maximum high-voltage potential voltages.
Im Fahrzeugzustand III, d. h. Laden der Traktionsbatterie 3 über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie 3, besteht eine Verbindung des Fahrzeugs 1 und somit von dessen Hochvoltbordnetz 2 zu einer solchen Gleichstromladestation mit einer Ladespannung von beispielsweise 500V. Die Traktionsbatterie 3 wird daher über den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler geladen. Der Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 oder in der Gleichstromladestation ist aktiv und überwacht das Fahrzeug 1 und die Gleichstromladestation. Die Gesamtkapazität aller aktiven Y-Kapazitäten Cy+, Cy-, d. h. von Gleichstromladestation und Fahrzeug 1 , ist zu Beginn des Ladevorgangs nicht exakt bekannt, da die Y-Kapazitäten der Gleichstromladestation nicht bekannt sind, kann aber beispielsweise abgeschätzt werden aus der Summe der Y- Kapazitäten Cy+, Cy- des Fahrzeugs 1 und einem zusätzlich angenommenen Y-Gesamtkapazitätswertes für die Gleichstromladestation, beispielsweise einer maximal normativ zulässigen Kapazität der Gleichstromladestation von beispielsweise 500nF je Hochvoltpotential. Alternativ wird die Gesamtkapazität messtechnisch ermittelt. In vehicle condition III, i.e. H. Charging the traction battery 3 via the galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery 3, there is a connection of the vehicle 1 and thus of its high-voltage electrical system 2 to such a DC charging station with a charging voltage of, for example, 500V. The traction battery 3 is therefore charged via the galvanically coupled DC-DC converter. The insulation monitor 4 in the vehicle 1 or in the DC charging station is active and monitors the vehicle 1 and the DC charging station. The total capacity of all active Y capacities Cy+, Cy-, i.e. H. of DC charging station and vehicle 1, is not exactly known at the beginning of the charging process because the Y capacities of the DC charging station are not known, but can be estimated, for example, from the sum of the Y capacities Cy+, Cy- of vehicle 1 and an additional assumed Y -Total capacity value for the DC charging station, for example a maximum normatively permissible capacity of the DC charging station of, for example, 500nF per high-voltage potential. Alternatively, the total capacity is determined using measurements.
Aufgrund der auf die beschriebene Weise ermittelten Gesamtkapazität wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, berechnet, um das Sicherheitsziel I einzuhalten, beispielsweise ein Potentialspannungsgrenzwert von 550V, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 550V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -550V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. Based on the total capacity determined in the manner described, the potential voltage limit value, ie the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M, is calculated in order to comply with the safety objective I, for example a potential voltage limit value of 550V, ie a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 550V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M from -550V. The insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-. The potential distribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by the processing unit 6, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, ie the maximum high-voltage potential voltages.
Zudem wird hier auch das Sicherheitsziel II beachtet, d. h. es soll eine Überlastung der Isolation der Gleichstromladestation vermieden werden. Um das Sicherheitsziel II einzuhalten, wird, wenn bei dieser Gleichstromladestation von einer maximalen Isolationsauslegung, d. h. von einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, von beispielsweise 500V ausgegangen wird, ein Potentialspannungsgrenzwert von 500V auf der Anschlussseite zur Gleichstromladestation ermittelt bzw. vorgegeben, d. h. eine maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M von 500V und eine maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M von -500V. Durch den Isolationswächter 4 wird eine zyklische Verschiebung der Hochvoltpotentiale HV+, HV- hervorgerufen. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt diese zyklische Potentialverschiebung beim Erreichen des Potentialspannungsgrenzwertes, d. h. der maximalen Hochvoltpotentialspannungen. In addition, security objective II is also taken into account here, i.e. H. Overloading of the insulation of the DC charging station should be avoided. In order to comply with safety objective II, if this DC charging station has a maximum insulation design, i.e. H. a design voltage of its insulation, for example 500V, is assumed, a potential voltage limit of 500V is determined or specified on the connection side to the DC charging station, i.e. H. a maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M of 500V and a maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M of -500V. The insulation monitor 4 causes a cyclical shift in the high-voltage potentials HV+, HV-. The potential distribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by the processing unit 6, limits this cyclic potential shift when the potential voltage limit value is reached, i.e. H. the maximum high-voltage potential voltages.
In diesem Fahrzeugzustand III ist zudem gemäß Sicherheitsziel II sicherzustellen, dass die Hochvoltpotentialspannungen zwischen den Hochvoltpotentialen HV+, HV- bezogen auf das Bezugspotential M keine Vorzeichenumkehr erfahren. D.h. es ist zu vermeiden, dass die Spannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M negativ wird und/oder die Spannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M positiv wird. Der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. der Grenzwert der maximalen Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M, wird somit derart ermittelt oder vorgegeben, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet. Die durch die Verarbeitungseinheit 6 entsprechend angesteuerte Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 begrenzt die Potentialverschiebung somit beim Erreichen dieses Potentialspannungsgrenzwertes. Die Hochvoltpotentialverteilung wird dadurch mittels der Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 derart gesteuert, dass keine Vorzeichenumkehr stattfindet. In this vehicle state III, it must also be ensured in accordance with safety objective II that the high-voltage potential voltages between the high-voltage potentials HV+, HV- do not undergo a sign reversal in relation to the reference potential M. This means that it must be avoided that the voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M becomes negative and/or the voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M becomes positive. The potential voltage limit, i.e. H. the limit value of the maximum high-voltage potential voltages to the reference potential M is thus determined or specified in such a way that no sign reversal takes place. The potential distribution control circuit 5, which is correspondingly controlled by the processing unit 6, limits the potential shift when this potential voltage limit value is reached. The high-voltage potential distribution is thereby controlled by means of the potential distribution control circuit 5 in such a way that no sign reversal occurs.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist daher insbesondere vorgesehen, dass der Potentialspannungsgrenzwert derart vorgegeben ist bzw. wird oder von der Verarbeitungseinheit 6 ermittelbar ist bzw. wird, dass eine Vorzeichenumkehr der Hochvoltpotentialspannungen verhindert ist. In the solution described here, it is therefore provided in particular that the potential voltage limit value is or is specified in such a way or by the Processing unit 6 can be determined or will prevent a sign reversal of the high-voltage potential voltages.
Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 3 unterscheiden sich in der Ausgestaltung der Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5. In allen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Potentialverteilung durch die Verarbeitungseinheit 6 über die Auswertung der von den Spannungsmessvorrichtung V1, V2 gemessenen Hochvoltpotentialspannungen vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M und vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M insbesondere permanent erfasst wird. Der Eingriff in eine Potentialverschiebung, insbesondere durch den Isolationswächter 4 des Fahrzeugs 1 oder der Gleichstromladestation hervorgerufen, erfolgt nur dann, wenn der zuvor ermittelte oder vorgegebene Potentialspannungsgrenzwert erreicht wird. The embodiments according to Figures 1 to 3 differ in the design of the potential distribution control circuit 5. In all embodiments it is provided that the potential distribution is carried out by the processing unit 6 via the evaluation of the high-voltage potential voltages measured by the voltage measuring devices V1, V2 from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M and from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M is particularly permanently recorded. The intervention in a potential shift, in particular caused by the insulation monitor 4 of the vehicle 1 or the DC charging station, only takes place when the previously determined or specified potential voltage limit is reached.
In der Ausführungsform gemäß Figur 1 weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 eine steuerbare Stromquelle 7 zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M, wie in Figur 1 gezeigt, und/oder eine steuerbare Stromquelle zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit 6 angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M auf den zuvor ermittelten oder vorgegebenen Potentialspannungsgrenzwert. Ein maximaler Strom zum Anpassen der Hochvoltpotentialverteilung beträgt beispielsweise 10mA. Ist nur eine steuerbare Stromquelle 7 vorgesehen, d. h. zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M, wie hier dargestellt, oder zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M, so treibt diese positive und negative Ströme, d. h. sie ist entsprechend ausgebildet und eingerichtet. Alternativ werden zwei steuerbare Stromquellen 7 eingesetzt, d. h. eine steuerbare Stromquelle 7 je Hochvoltpotential HV+, HV-, dann jeweils mit nur einer möglichen Stromrichtung. Die steuerbare Stromquelle 7 oder die jeweilige steuerbare Stromquelle 7 kann galvanisch getrennt oder gekoppelt sein. 1, the potential distribution control circuit 5 has a controllable current source 7 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M, as shown in FIG. 1, and/or a controllable current source between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M. The potential distribution control circuit 5 controlled by the processing unit 6 intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential M to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. A maximum current for adjusting the high-voltage potential distribution is, for example, 10mA. If only one controllable power source 7 is provided, i.e. H. between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M, as shown here, or between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M, this drives positive and negative currents, i.e. H. she is trained and equipped accordingly. Alternatively, two controllable power sources 7 are used, i.e. H. a controllable current source 7 for each high-voltage potential HV+, HV-, then each with only one possible current direction. The controllable power source 7 or the respective controllable power source 7 can be galvanically isolated or coupled.
In der Ausführungsform gemäß Figur 2 weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 eine steuerbare Spannungsquelle 8 zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M, wie in Figur 2 gezeigt, und/oder eine steuerbare Spannungsquelle 8 zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit 6 angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M auf den zuvor ermittelten oder vorgegebenen Potentialspannungsgrenzwert. Wenn nur eine steuerbare Spannungsquelle 8 eingesetzt wird, d. h. zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M, wie hier dargestellt, oder zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M, dann steuert diese Spannungsquelle 8 nur ein Hochvoltpotential HV+, HV- zum Bezugspotential M. Alternativ werden zwei steuerbare Spannungsquellen 8 eingesetzt, d. h. eine steuerbare Spannungsquelle 8 zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M und eine steuerbare Spannungsquelle 8 zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M. Die steuerbare Spannungsquelle 8 oder die jeweilige steuerbare Spannungsquelle 8 kann galvanisch getrennt oder gekoppelt sein. In the embodiment according to FIG. 2, the potential distribution control circuit 5 has a controllable voltage source 8 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M, as shown in FIG. 2, and/or a controllable voltage source 8 between the negative one High voltage potential HV and the reference potential M. The potential distribution control circuit 5 controlled by the processing unit 6 intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential M to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. If only one controllable voltage source 8 is used, ie between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M, as shown here, or between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M, then this voltage source 8 only controls a high-voltage potential HV+, HV- to the reference potential M. Alternatively, two controllable voltage sources 8 are used, that is, a controllable voltage source 8 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and a controllable voltage source 8 between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M. The controllable voltage source 8 or the respective controllable voltage source 8 can be galvanically isolated or coupled.
In der Ausführungsform gemäß Figur 3 weist die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 einen steuerbaren Widerstand 9 zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV+ und dem Bezugspotential M und einen steuerbaren Widerstand 9 zwischen dem negativen Hochvoltpotential HV- und dem Bezugspotential M auf. Ein Eingriff der von der Verarbeitungseinheit 6 angesteuerten Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes erfolgt hierbei durch Steuerung einer der beiden Hochvoltpotentialspannungen zum Bezugspotential M auf den zuvor ermittelten oder vorgegebenen Potentialspannungsgrenzwert. Der jeweilige steuerbare Widerstand 9 besteht beispielsweise aus einem Festwiderstand mit einem Mindestwiderstandswert von beispielsweise 1000hm/V und/oder einem steuerbaren Anteil. Die Steuerung kann beispielsweise über einen taktenden Betrieb eines geringen Widerstandes erfolgen oder über den Betrieb eines Halbleiters im linearen Bereich. In the embodiment according to Figure 3, the potential distribution control circuit 5 has a controllable resistance 9 between the positive high-voltage potential HV+ and the reference potential M and a controllable resistance 9 between the negative high-voltage potential HV- and the reference potential M. The potential distribution control circuit 5 controlled by the processing unit 6 intervenes to prevent the potential voltage limit value from being exceeded by controlling one of the two high-voltage potential voltages to the reference potential M to the previously determined or predetermined potential voltage limit value. The respective controllable resistor 9 consists, for example, of a fixed resistor with a minimum resistance value of, for example, 1000hm/V and/or a controllable component. The control can take place, for example, via a clocking operation of a low resistance or via the operation of a semiconductor in the linear range.
Bei der hier beschriebenen Lösung ist insbesondere vorgesehen, dass die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 inaktiv ist, solange der Potentialspannungsgrenzwert nicht erreicht wird, d. h. solange die maximale positive Hochvoltpotentialspannung vom positiven Hochvoltpotential HV+ zum Bezugspotential M und die maximale negative Hochvoltpotentialspannung vom negativen Hochvoltpotential HV- zum Bezugspotential M nicht erreicht wird. Der Isolationswächter 4, insbesondere im Fahrzeug 1 , oder der Isolationswächter in der Gleichstromladestation, wenn das Fahrzeug 1 mit dieser zum Laden der Traktionsbatterie 3 gekoppelt ist, kann somit entsprechend seiner oben beschriebenen Funktionsweise die Hochvoltpotentiale HV+, HV- unbeeinflusst durch die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 verschieben und den Isolationswert berechnen. Wird der Potentialspannungsgrenzwert, d. h. eine der maximalen Hochvoltpotentialspannungen, erreicht, dann wird dies von der Verarbeitungseinheit 6, die die Spannungsmessvorrichtungen V1, V2 auswertet, festgestellt und daraufhin die Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5 angesteuert, welche dann entsprechend auf den Potentialspannungsgrenzwert begrenzt, d. h. dessen Überschreiten verhindert. Dadurch wird insbesondere das Erreichen des Sicherheitsziels III sichergestellt, d. h. die Kompatibilität mit dem Isolationswächter 4 im Fahrzeug 1 und/oder in der Gleichstromladestation. In the solution described here, it is in particular provided that the potential distribution control circuit 5 is inactive as long as the potential voltage limit value is not reached, that is, as long as the maximum positive high-voltage potential voltage from the positive high-voltage potential HV+ to the reference potential M and the maximum negative high-voltage potential voltage from the negative high-voltage potential HV- to the reference potential M are not reached is achieved. The insulation monitor 4, in particular in the vehicle 1, or the insulation monitor in the DC charging station, If the vehicle 1 is coupled to this for charging the traction battery 3, the high-voltage potentials HV+, HV- can be shifted in accordance with its functionality described above without being influenced by the potential distribution control circuit 5 and the insulation value can be calculated. If the potential voltage limit value, ie one of the maximum high-voltage potential voltages, is reached, then this is determined by the processing unit 6, which evaluates the voltage measuring devices V1, V2, and the potential distribution control circuit 5 is then activated, which then limits it accordingly to the potential voltage limit value, ie prevents it from being exceeded. This ensures in particular that safety objective III is achieved, ie compatibility with the insulation monitor 4 in the vehicle 1 and/or in the DC charging station.
Durch die beschriebene Lösung können größere Y-Kapazitäten Cy+, Cy- im Fahrzeug 1 verbaut werden, wodurch Filtermöglichkeiten von Leistungselektroniken des Fahrzeugs 1 verbessert werden können. Des Weiteren ermöglicht es die beschriebene Lösung, eine Überlastung einer Isolation in der Gleichstromladestation beim Laden über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler zu verhindern. Zudem ermöglicht es die beschriebene Lösung, eine Funktion des Isolationswächters 4 im Fahrzeug 1 und/oder eines Isolationswächters in der Gleichstromladestation auch bei aktiver Potentialverteilungssteuerungsschaltung 5, d. h. bei aktiver Schaltung zur Begrenzung der Hochvoltpotentialspannungen auf den jeweiligen Potentialspannungsgrenzwert, weiterhin sicherzustellen. The solution described allows larger Y capacitances Cy+, Cy- to be installed in the vehicle 1, whereby the filtering options of power electronics of the vehicle 1 can be improved. Furthermore, the solution described makes it possible to prevent overloading of insulation in the DC charging station when charging via a galvanically coupled DC-DC converter. In addition, the solution described makes it possible to continue to ensure the function of the insulation monitor 4 in the vehicle 1 and/or an insulation monitor in the DC charging station even when the potential distribution control circuit 5 is active, ie when the circuit for limiting the high-voltage potential voltages to the respective potential voltage limit value is active.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 Fahrzeug 1 vehicle
2 Hochvoltbordnetz 2 high-voltage electrical system
3 Traktionsbatterie 3 traction battery
4 Isolationswächter 4 isolation monitors
5 Potentialverteilungssteuerungsschaltung5 potential distribution control circuit
6 Verarbeitungseinheit 6 processing unit
7 steuerbare Stromquelle 7 controllable power source
8 steuerbare Spannungsquelle 8 controllable voltage source
9 steuerbarer Widerstand 9 controllable resistance
Cy+ Y-Kapazität Cy+ Y capacity
Cy- Y-Kapazität Cy-Y capacity
HV+ positives Hochvoltpotential HV+ positive high voltage potential
HV- negatives Hochvoltpotential HV- negative high voltage potential
M Bezugspotential M reference potential
Riso+ Isolationswiderstand Riso+ insulation resistance
Riso- Isolationswiderstand Riso- insulation resistance
V1 Spannungsmessvorrichtung V1 voltage measuring device
V2 Spannungsmessvorrichtung V2 voltage measuring device

Claims

Patentansprüche Fahrzeug (1) mit einem Hochvoltbordnetz (2), wobei das Hochvoltbordnetz (2) aufweist: Claims Vehicle (1) with a high-voltage electrical system (2), the high-voltage electrical system (2) having:
- eine Traktionsbatterie (3), - a traction battery (3),
- ein positives Hochvoltpotential (HV+), - a positive high-voltage potential (HV+),
- ein negatives Hochvoltpotential (HV-), - a negative high-voltage potential (HV-),
- ein Bezugspotential (M), - a reference potential (M),
- einen Isolationswiderstand (Riso+) zwischen dem positiven Hochvoltpotential (HV+) und dem Bezugspotential (M), - an insulation resistance (Riso+) between the positive high-voltage potential (HV+) and the reference potential (M),
- einen Isolationswiderstand (Riso-) zwischen dem negativen Hochvoltpotential (HV-) und dem Bezugspotential (M), - an insulation resistance (Riso-) between the negative high-voltage potential (HV-) and the reference potential (M),
- eine Y-Kapazität (Cy+) zwischen dem positiven Hochvoltpotential (HV+) und dem Bezugspotential (M), - a Y capacitance (Cy+) between the positive high-voltage potential (HV+) and the reference potential (M),
- eine Y-Kapazität (Cy-) zwischen dem negativen Hochvoltpotential (HV-) und dem Bezugspotential (M), - a Y capacitance (Cy-) between the negative high-voltage potential (HV-) and the reference potential (M),
- einen mit dem positiven Hochvoltpotential (HV+), dem negativen Hochvoltpotential (HV-) und dem Bezugspotential (M) elektrisch gekoppelten Isolationswächter (4), - an insulation monitor (4) electrically coupled to the positive high-voltage potential (HV+), the negative high-voltage potential (HV-) and the reference potential (M),
- eine Spannungsmessvorrichtung (V1) zwischen dem positiven- a voltage measuring device (V1) between the positive
Hochvoltpotential (HV+) und dem Bezugspotential (M) zur Messung einer positiven Hochvoltpotentialspannung, High-voltage potential (HV+) and the reference potential (M) for measuring a positive high-voltage potential voltage,
- eine Spannungsmessvorrichtung (V2) zwischen dem negativen Hochvoltpotential (HV-) und dem Bezugspotential (M) zur Messung einer negativen Hochvoltpotentialspannung, - a voltage measuring device (V2) between the negative high-voltage potential (HV-) and the reference potential (M) for measuring a negative high-voltage potential voltage,
- eine Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5), und - a potential distribution control circuit (5), and
- eine Verarbeitungseinheit (6), die mit den Spannungsmessvorrichtungen (V1, V2) zur Auswertung der gemessenen Hochvoltpotentialspannungen und mit der Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5) zu deren Ansteuerung gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungseinheit (6) ausgebildet und eingerichtet ist, - a processing unit (6) which is coupled to the voltage measuring devices (V1, V2) for evaluating the measured high-voltage potential voltages and to the potential distribution control circuit (5) for controlling them, wherein the processing unit (6) is designed and set up,
- einen aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus zu ermitteln und - to determine a current vehicle status and
- die Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5) zum Verhindern eines Überschreitens eines Potentialspannungsgrenzwertes für den Fahrzeugstatus anzusteuern, wobei für mehrere Fahrzeugstatus jeweils ein- to control the potential distribution control circuit (5) to prevent a potential voltage limit value for the vehicle status from being exceeded, with one for several vehicle statuses
Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit (6) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Potentialspannungsgrenzwert vorgegeben oder von derPotential voltage limit value is specified or can be determined by the processing unit (6), characterized in that a potential voltage limit value is specified or determined by the
Verarbeitungseinheit (6) ermittelbar ist für einen Processing unit (6) can be determined for one
- Fahrzeugstatus I: Fährbetrieb, und - Vehicle status I: Ferry operation, and
- Fahrzeugstatus II: Laden der Traktionsbatterie (3) an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung, die mindestens so groß ist wie eine Batterienennspannung der Traktionsbatterie (3), und - Vehicle status II: Charging the traction battery (3) at a DC charging station with a charging voltage that is at least as large as a nominal battery voltage of the traction battery (3), and
- Fahrzeugstatus III: Laden der Traktionsbatterie (3) über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung und einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als die Batterienennspannung der Traktionsbatterie (3), und - Vehicle status III: Charging the traction battery (3) via a galvanically coupled DC-DC converter at a DC charging station with a charging voltage and a design voltage of its insulation that is smaller than the nominal battery voltage of the traction battery (3), and
- Fahrzeugstatus IV: Betrieb einer Hochvoltkomponente mit einer Auslegungsspannung ihrer Isolation, die kleiner ist als eine Auslegungsspannung des Hochvoltbordnetzes (2), über einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von mindestens einem einzuhaltenden Sicherheitsziel vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit (6) ermittelbar ist. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialspannungsgrenzwert für den jeweiligen Fahrzeugstatus in Abhängigkeit von einer Gesamtkapazität aller in diesem Fahrzeugstatus aktiven - Vehicle status IV: Operation of a high-voltage component with a design voltage of its insulation that is smaller than a design voltage of the high-voltage on-board electrical system (2), via a galvanically coupled DC-DC converter. Vehicle (1) according to claim 1, characterized in that the potential voltage limit value for the respective vehicle status is predetermined depending on at least one safety objective to be met or can be determined by the processing unit (6). Vehicle (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the potential voltage limit value for the respective vehicle status depends on a total capacity of all active in this vehicle status
Y-Kapazitäten (Cy+, Cy-) vorgegeben oder von der Verarbeitungseinheit (6) ermittelbar ist. Fahrzeug (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkapazität im Fahrzeugstatus II oder III durch die Verarbeitungseinheit (6) aus der Summe der Y- Kapazitäten (Cy+, Cy-) des Hochvoltbordnetzes (2) und eines geschätzten Y-Gesamtkapazitätswertes der Gleichstromladestation ermittelbar ist oder mittels mindestens einer messtechnischen Einrichtung messbar ist. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialspannungsgrenzwert derart vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit (6) ermittelbar ist, dass eine Vorzeichenumkehr der Hochvoltpotentialspannungen verhindert ist. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5) Y capacities (Cy+, Cy-) specified or by the processing unit (6) can be determined. Vehicle (1) according to claim 3, characterized in that the total capacity in vehicle status II or III is determined by the processing unit (6) from the sum of the Y capacities (Cy+, Cy-) of the high-voltage vehicle electrical system (2) and an estimated Y total capacity value of the DC charging station can be determined or can be measured using at least one metrological device. Vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the potential voltage limit value is predetermined or can be determined by the processing unit (6) in such a way that a sign reversal of the high-voltage potential voltages is prevented. Vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the potential distribution control circuit (5)
- eine steuerbare Stromquelle (7) zwischen dem positiven Hochvoltpotential (HV+) und dem Bezugspotential (M) und/oder eine steuerbare Stromquelle (7) zwischen dem negativen Hochvoltpotential (HV-) und dem Bezugspotential (M) aufweist, oder- a controllable current source (7) between the positive high-voltage potential (HV+) and the reference potential (M) and / or a controllable current source (7) between the negative high-voltage potential (HV-) and the reference potential (M), or
- eine steuerbare Spannungsquelle (8) zwischen dem positiven Hochvoltpotential (HV+) und dem Bezugspotential (M) und/oder eine steuerbare Spannungsquelle (8) zwischen dem negativen Hochvoltpotential (HV-) und dem Bezugspotential (M) aufweist, oder - a controllable voltage source (8) between the positive high-voltage potential (HV+) and the reference potential (M) and / or a controllable voltage source (8) between the negative high-voltage potential (HV-) and the reference potential (M), or
- einen steuerbaren Widerstand (9) zwischen dem positiven Hochvoltpotential (HV+) und dem Bezugspotential (M) und einen steuerbaren Widerstand (9) zwischen dem negativen Hochvoltpotential (HV-) und dem Bezugspotential (M) aufweist. Verfahren zum Betrieb eines Hochvoltbordnetzes (2) eines Fahrzeugs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (6) den aktuell vorliegenden Fahrzeugstatus ermittelt und die Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5) zum Verhindern des Überschreitens des Potentialspannungsgrenzwertes ansteuert, der für diesen Fahrzeugstatus vorgegeben ist oder von der Verarbeitungseinheit (6) vor dem Ansteuern der Potentialverteilungssteuerungsschaltung (5) ermittelt wird. - has a controllable resistance (9) between the positive high-voltage potential (HV+) and the reference potential (M) and a controllable resistance (9) between the negative high-voltage potential (HV-) and the reference potential (M). Method for operating a high-voltage electrical system (2) of a vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the processing unit (6) determines the current vehicle status and the potential distribution control circuit (5) to prevent this being exceeded of the potential voltage limit value, which is specified for this vehicle status or is determined by the processing unit (6) before driving the potential distribution control circuit (5).
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