WO2024056339A1 - Hochvoltsystem für ein kraftfahrzeug mit passiven entladeschaltungen für y-kapazitäten - Google Patents

Hochvoltsystem für ein kraftfahrzeug mit passiven entladeschaltungen für y-kapazitäten Download PDF

Info

Publication number
WO2024056339A1
WO2024056339A1 PCT/EP2023/073198 EP2023073198W WO2024056339A1 WO 2024056339 A1 WO2024056339 A1 WO 2024056339A1 EP 2023073198 W EP2023073198 W EP 2023073198W WO 2024056339 A1 WO2024056339 A1 WO 2024056339A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
connections
electrical system
discharge
capacitances
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/073198
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Hasch
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Publication of WO2024056339A1 publication Critical patent/WO2024056339A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • 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
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • 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
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage system for a motor vehicle.
  • the high-voltage system has an electrical high-voltage energy storage with HV connections on the storage side and a high-voltage electrical system with HV connections on the electrical system and a capacity arrangement.
  • the capacitance arrangement has an Furthermore, the high-voltage system has a switching device, which is connected to the storage-side and the on-board network-side HV connections for connecting the high-voltage energy storage device to the high-voltage vehicle electrical system, as well as a discharging device for discharging the capacity arrangement.
  • the invention also relates to a motor vehicle with a high-voltage system.
  • high-voltage systems for electrified motor vehicles, such as electric vehicles, hybrid vehicles and fuel cell vehicles.
  • Such high-voltage systems usually have a high-voltage energy storage device, which is designed to supply high-voltage components, for example an electric drive machine, of a high-voltage on-board electrical system of the motor vehicle.
  • the high-voltage on-board electrical system can also include a charging connection, via which the high-voltage energy storage can be connected to a charging station external to the vehicle for charging.
  • HV connections of the high-voltage energy storage system carrying HV potential are usually connected to HV connections of the high-voltage vehicle electrical system via a switching device, which can have contactors, for example.
  • the high-voltage on-board electrical system can be switched off via this switching device by separating the high-voltage energy storage device, in particular galvanically, from the high-voltage on-board electrical system.
  • the high-voltage on-board electrical system also has capacities that are either deliberately introduced into the high-voltage on-board electrical system, for example in the form of interference suppression capacitors, or parasitically, for example due to the design.
  • the X capacitance is in the closed state of the switching device with HV connections, i.e. a positive pole and a negative pole of the high-voltage energy storage unit.
  • HV connections i.e. a positive pole and a negative pole of the high-voltage energy storage unit.
  • Y capacitors are each connected to one of the HV connections and a ground potential, the so-called vehicle ground.
  • the HV connections on the vehicle electrical system and storage side have no electrical connection to the ground potential, apart from strictly monitored parasitic insulation resistances.
  • a discharge resistor is usually prescribed, which is connected in parallel with the X-capacitance and is designed to discharge the X-capacitance, for example after opening the switching device. In this way, any danger to people caused by the high-voltage energy storage device and the X-capacities can be ruled out if both HV potentials come into contact.
  • the electrical connection of the HV connections to the vehicle ground via the Y capacitances is problematic.
  • the deliberately introduced Y capacitors can be designed in such a way, for example their capacity can be reduced to such an extent that the total energy content of the Y capacitances does not exceed a predetermined threshold value.
  • this has a negative effect on EMC behavior in the high-voltage vehicle electrical system.
  • a voltage applied to the Y capacitors and influencing the energy content must be taken into account.
  • this voltage is influenced by the parasitic insulation resistances, in particular a changing ratio of the insulation resistances due to aging and a possibly associated unbalanced load in the high-voltage system, so that the total energy content of the Y capacitances, depending on the extent of the unbalanced load, can exceed the predetermined threshold value.
  • DE 102020 006 919 A1 proposes to determine information about such an unbalanced load and to determine a parameter that characterizes the amount of energy in the Y capacities.
  • the parameter can be, for example, a voltage, a voltage ratio, a ratio of insulation resistances or the like. If an unbalanced load has been detected, measures can be taken. Such a measure can be, for example, switching off the high-voltage vehicle electrical system or reducing the voltage on the Y capacitances, for example via a discharge device.
  • the method shown in the prior art is complex in that the unbalanced load must first be determined in order to be able to initiate a suitable measure.
  • Switching off the high-voltage electrical system by opening the switching device can also be ineffective if the Y capacitances are also be further charged via high-resistance, parasitic connections between the high-voltage energy storage and the high-voltage vehicle electrical system.
  • a high-resistance connection can be achieved, among other things, via aging-related particle deposits in a housing of the contactors or via a monitoring device for monitoring switching processes of the contactors, for example a so-called contactor adhesive detection.
  • a high-voltage system according to the invention for a motor vehicle has an electrical high-voltage energy storage device with HV connections on the storage side and a high-voltage electrical system with HV connections on the electrical system side and a capacity arrangement.
  • the capacitance arrangement has an Furthermore, the high-voltage system has a switching device, which is connected to the storage-side and the on-board network-side HV connections for connecting the high-voltage energy storage device to the high-voltage vehicle electrical system, as well as a discharging device for discharging the capacity arrangement.
  • the discharging device has at least one discharging resistor connected to the HV connections on the vehicle electrical system and a passive discharging circuit for each Y capacitance.
  • the discharge circuits are designed to discharge the Y capacitances, which can be charged due to parasitic high-resistance connections of the HV connections on the vehicle electrical system and the ground potential with the HV connections on the storage side even when the switching device is open.
  • the discharge circuits each have at least one diode, the diodes being polarized in the reverse direction with respect to a normal polarity of voltages dropped across the Y capacitances when the switching device is closed.
  • the at least one diode of a discharge circuit is caused by a polarity change of the voltage at the associated Y- Capacitance for discharging the Y capacitances can be poled in the flow direction, whereby the polarity change is caused by the charging of the Y capacitances and by the potential coupling of the HV connections on the vehicle electrical system due to the discharge resistance.
  • the invention also relates to a motor vehicle with a high-voltage system according to the invention.
  • the high-voltage system can also be used for other, non-motor vehicle-specific applications.
  • the motor vehicle is an electrified motor vehicle and has the high-voltage energy storage of the high-voltage system as a traction battery.
  • the high-voltage energy storage device has a large number of energy storage cells that are interconnected or can be interconnected as needed.
  • the storage-side high-voltage connections, HV connections for short, or poles of the high-voltage energy storage device carry a high-voltage potential and are connected to the switching device.
  • the switching device can be arranged internally or externally to the memory, for example in a relay box.
  • the switching device can have HV relays or contactors, with one contactor being electrically connected to an HV connection on the storage side.
  • the switching device can be part of a so-called switching matrix, in which individual storage units of the high-voltage energy storage can be connected in series or in parallel as required.
  • the high-voltage system in particular has a monitoring device for monitoring the switching device, through which the switching device is bridged with high resistance even in the open state.
  • the monitoring device is designed in particular to detect a so-called contactor adhesive, i.e. an undesirable, low-resistance connection between the high-voltage energy storage and the high-voltage vehicle electrical system by welding the switching contacts of the switching device.
  • the monitoring device can, for example, have measuring resistors connected in parallel to the contactors. These measuring resistors provide a permanent high-resistance connection between the high-voltage energy storage and the high-voltage vehicle electrical system, even when the switching device is open.
  • the high-voltage electrical system has the HV connections on the electrical system side, which are connected to the HV connections on the storage side via the switching device. When the switching device is closed, the high-voltage potential present at the HV connections on the storage side is also present at the HV connections on the vehicle electrical system.
  • the high-voltage electrical system can contain a variety of high-voltage components, such as a traction machine and other high-voltage consumers, as well as a charging connection for connecting to a charging station external to the vehicle.
  • the high-voltage electrical system has the capacity arrangement with the X capacity and the two Y capacities.
  • the capacitances can at least partially be interference suppression capacitors of a filter device in the high-voltage vehicle electrical system.
  • the capacities can also be at least partially parasitic, design-related capacities of the high-voltage electrical system.
  • the X capacitance can include all parasitic and non-parasitic capacitances that are connected between the HV connections on the vehicle electrical system and therefore have no connection to ground potential.
  • a first Y capacitance can include all parasitic and non-parasitic capacitances that are connected to a first, for example plus-side, HV connection on the vehicle electrical system and the ground potential.
  • a second Y-capacitance can include all parasitic and non-parasitic capacitances that are connected to a second, for example negative-side, HV connection on the vehicle electrical system and the ground potential.
  • the high-voltage system also has parasitic insulation resistances on the storage side and on the electrical system side, which form high-resistance electrical connections between the HV connections and the ground potential. These insulation resistances can age unevenly, so that a voltage across the insulation resistances is distributed asymmetrically and the insulation resistances thus form an unbalanced load. Since the insulation resistances are connected in parallel to the Y capacitances, a voltage asymmetry caused by unbalanced loads also affects a voltage on the Y capacitances and thus on the energy content of the Y capacitances. If the energy content of at least one of the Y capacitances exceeds a predetermined threshold value, people may be at risk when touching an HV potential.
  • the high-voltage system has the discharging device.
  • This at least one discharge resistor discharges the X-capacitance after opening the switching device and thus reduces the voltage applied to the X-capacitance and thus the energy content of the Since the at least one discharge resistor is permanently connected to the HV connections on the vehicle electrical system and since a resistance value of the discharge resistor is significantly smaller than a resistance value of the insulation resistors and is, for example, in the kiloohm range, there is a low-resistance coupling between the high-voltage potentials.
  • this low-resistance coupling means that the voltages present at the Y capacitances, i.e. the voltage dropped between the respective HV connection and the ground potential, are of the same polarity.
  • This polarity of the voltages on the Y capacitors during normal operation of the high-voltage system is referred to here as normal polarity.
  • the discharge circuits each have a diode.
  • each discharge circuit has a cascade of at least two diodes.
  • each diode can have a resistor connected in parallel.
  • a first discharge circuit is connected to the first HV connection on the vehicle electrical system and to the ground potential.
  • the second discharge circuit is connected to the second HV connection on the vehicle electrical system and the ground potential.
  • the discharge circuits are therefore connected in parallel to a Y capacitance.
  • the at least one diode per discharge circuit is arranged so that it is polarized in the reverse direction when the voltage at the associated Y capacitance is of normal polarity.
  • the at least one diode of the parallel-connected discharge circuit is polarized in the flow direction and discharges the Y capacitances.
  • the diodes therefore reduce the voltages on the Y capacitances and thus the amount of energy stored in the Y capacitances. Since the amount of energy increases as the square of the voltage, reducing the voltages to reduce the energy amounts of the Y capacitors is significantly more efficient than reducing the capacitances of the Y capacitors.
  • each discharge circuit has at least one protective diode, for example a Zener diode or a suppressor diode, which is polarized in the direction of flow with respect to the normal polarity of the respective voltage and which provides reverse polarity protection against reverse polarity provided by an insulation monitor of a charging station external to the vehicle .
  • a protective diode for example a Zener diode or a suppressor diode
  • the discharge circuits are tolerant to a polarity reversal of the voltages imposed by the insulation monitor, for example due to a shift in the ground potential.
  • FIG. 1 shows an exemplary representation of a circuit diagram of a high-voltage system of a motor vehicle in normal operation
  • Fig. 2. the high-voltage system according to Fig. 1 in a discharging operation of Y capacities of the high-voltage system.
  • the high-voltage system 1 has an electrical high-voltage energy storage device 2 and a high-voltage vehicle electrical system 3.
  • the high-voltage energy storage 2 and the high-voltage vehicle electrical system 3 can be connected via a switching device 4.
  • These are for this Storage-side HV connections 5a, 5b and on-board network-side HV connections 6a, 6b are connected to contactors 7a, 7b of the switching device 4.
  • the contactors 7a, 7b are closed, so that the high-voltage energy storage 2 and the high-voltage vehicle electrical system 3 are electrically connected.
  • Fig. 1 the contactors 7a, 7b are closed, so that the high-voltage energy storage 2 and the high-voltage vehicle electrical system 3 are electrically connected.
  • the contactors 7a, 7b are open, so that the high-voltage energy storage 2 and the high-voltage vehicle electrical system 3 are separated.
  • Both the high-voltage energy storage 2 and the high-voltage electrical system 3 have parasitic insulation resistors 8a, 8b, 9a, 9b, which are connected to the HV connections 5a, 5b, 6a, 6b and a ground potential M of the motor vehicle.
  • the storage-side insulation resistors 8a, 8b are connected to the respective storage-side HV connections 5a, 5b and the ground potential M and the on-board electrical system-side insulation resistors 9a, 9b are connected to the respective on-board electrical system-side HV connections 6a, 6b and the ground potential M.
  • the high-voltage electrical system 3 also has a capacitance arrangement 10, which has an X-capacitance Cx and two Y-capacitances Cy1, Cy2.
  • the capacitances Cx, Cy1, Cy2 can be formed, for example, by deliberately introduced capacitors and/or parasitic capacitances.
  • the X capacitance Cx is connected to the HV connections 6a, 6b on the vehicle electrical system.
  • the first Y-capacitance Cy1 is connected to the first positive HV connection 6a on the vehicle electrical system and to the ground potential M.
  • the second Y capacitance Cy2 is connected to the second negative HV connection 6b on the vehicle electrical system and to the ground potential M.
  • the HV connections 5a, 5b, 6a, 6b thus have an electrical connection to the ground potential M via the insulation resistances 8a, 8b, 9a, 9b and the Y capacitances Cy1, Cy2.
  • the high-voltage system 1 has a discharging device 11.
  • the discharge device 11 includes a discharge resistor Re, which is connected in parallel to the X capacitance Cx. This discharge resistor Re also couples the potentials of the HV connections 6a, 6b on the vehicle electrical system in a low-resistance manner.
  • the discharging device 11 has two passive discharging circuits 12a, 12b, with a first discharging circuit 12a being connected in parallel to the first Y capacitance Cy1 and thus with the first HV connection 6a on the vehicle electrical system and the ground potential M connected is.
  • a second discharge circuit 12b is connected in parallel to the second Y-capacitance Cy2 and connected to the second connection 6b on the vehicle electrical system and the ground potential M.
  • the voltages llx, Uy1, Uy2 applied to the capacitances Cx, Cy1, Cy2 are shown in FIG. 1 in the closed state of the switching device 4. Due to the coupling of the HV connections 6a, 6b on the vehicle electrical system provided via the discharge resistor Re, the voltages Uy1, Uy2 present at the Y capacitances Cy1, Cy2 have the same polarity.
  • the discharge circuits 12a, 12b each have a cascade of diodes D, which are polarized in the reverse direction with respect to the voltages Uy1, Uy2, so that the discharge circuits 12a, 12b in normal operation of the high-voltage system 1 with the switching device 4 closed and thus with normal polarity of the voltages Uy1, Uy2 are inactive.
  • a high-resistance connection 13 can still exist between the HV connections 5a, 5b, 6a, 6b, here via the contactors 7a, 7b of the switching device. This can arise, for example, due to aging-related particle deposits on the contactors 7a, 7b, which shorten an air and creepage distance between the switching contacts of the contactors 7a, 7b.
  • This high-resistance connection 13 can also be provided by a monitoring device, not shown here, which monitors switching operations of the contactors 7a, 7b and is designed, for example, to detect undesirable contact welding of the switching contacts of the contactors 7a, 7b.
  • the coupling of the HV connections 5a, 5b provided by the discharge resistor Re ensures that one of the voltages Uy1, Uy2, here the voltage Uy2, experiences a potential reversal when the Y capacitances are charged. Which of the voltages Uy1, Uy2 experiences a potential reversal depends on the ratio of the insulation resistances 8a, 8b, 9a, 9b and a resistance of the high-resistance connection 13.
  • each diode D has a resistor Rs connected in parallel.
  • each discharge circuit 12a, 12b has a Zener diode Z, for example a 60 VZ diode, each of which has a Series resistor Rv is connected upstream and which is designed to provide protection against polarity reversal of the high-voltage system 1 by an insulation monitor of a vehicle-external charging station, not shown here.
  • Zener diode Z for example a 60 VZ diode
  • Rv Series resistor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltsystem (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: - einen elektrischen Hochvoltenergiespeicher (2) mit speicherseitigen HV-Anschlüssen (5a, 5b), - ein Hochvoltbordnetz (3) aufweisend bordnetzseitige HV-Anschlüsse (6a, 6b) und eine Kapazitätsanordnung (10) mit einer X-Kapazität (Cx) und zwei Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2), - eine mit den HV-Anschlüssen (5a, 5b, 6a, 6b) verbundene Schalteinrichtung (4) zum Verschalten des Hochvoltenergiespeichers (2) und des Hochvoltbordnetzes (3), - eine Entladevorrichtung (11) zum Entladen der Kapazitätsanordnung (10), welche einen mit den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen (6a, 6b) verbundenen Entladewiderstand (Re) und pro Y-Kapazität (Cy1, Cy2) eine passive Entladeschaltung (12a, 12b) aufweist, wobei die Entladeschaltungen (12a, 12b) dazu ausgelegt sind, die Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2) zu entladen, und dazu jeweils zumindest eine Diode (D) aufweisen, wobei die Dioden (D) bezüglich einer Normalpolarität von bei geschlossener Schalteinrichtung (4) an den Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2) abfallenden Spannungen (Uy1, Uy2) in Sperrrichtung gepolt sind und wobei die zumindest eine Diode (D) einer Entladeschaltung (12b) durch einen Polaritätswechsel der Spannung (Uy2) an der zugehörigen Y-Kapazität (Cy2), verursacht durch das Aufladen der Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2) und durch die entladewiderstandsbedingte Potentialkopplung der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse (6a, 6b), zum Entladen der Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2) in Flussrichtung polbar ist.

Description

Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug mit passiven Entladeschaltungen für Y-Kapazitäten
Die Erfindung betrifft ein Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug. Das Hochvoltsystem weist einen elektrischen Hochvoltenergiespeicher mit speicherseitigen HV-Anschlüssen und ein Hochvoltbordnetz mit bordnetzseitigen HV-Anschlüssen und einer Kapazitätsanordnung auf. Die Kapazitätsanordnung weist eine X-Kapazität, welche mit den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen verbunden ist, und zwei Y-Kapazitäten, welche mit jeweils einem der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse und einem Massepotential des Hochvoltsystems verbundenen sind, auf. Ferner weist das Hochvoltsystem eine Schalteinrichtung, welche zum Verschalten des Hochvoltenergiespeichers mit dem Hochvoltbordnetz mit den speicherseitigen und den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen verbunden ist, sowie eine Entladevorrichtung zum Entladen der Kapazitätsanordnung auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltsystem.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltsysteme für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also beispielsweise Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge. Solche Hochvoltsysteme weisen üblicherweise einen Hochvoltenergiespeicher auf, welcher zum Versorgen von Hochvoltkomponenten, beispielsweise einer elektrischen Antriebsmaschine, eines Hochvoltbordnetzes des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Zum Hochvoltbordnetz kann auch ein Ladeanschluss gehören, über weichen der Hochvoltenergiespeicher zum Laden mit einer fahrzeugexternen Ladestation verbunden werden kann. HV-Potential führende HV- Anschlüsse des Hochvoltenergiespeichers sind üblicherweise über eine Schalteinrichtung, welche beispielsweise Schaltschütze aufweisen kann, mit HV-Anschlüssen des Hochvoltbordnetzes verbunden. Über diese Schalteinrichtung kann das Hochvoltbordnetz abgeschaltet geschaltet werden, indem der Hochvoltenergiespeicher, insbesondere galvanisch, von dem Hochvoltbordnetz getrennt wird.
Das Hochvoltbordnetz weist außerdem Kapazitäten auf, welche entweder bewusst, beispielsweise in Form von Entstörkondensatoren, oder parasitär, beispielsweise konstruktionsbedingt, in das Hochvoltbordnetz eingebracht sind. Die X-Kapazität ist dabei im geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung mit HV-Anschlüssen, also einem Pluspol und einem Minuspol, des Hochvoltenergiespeichers, verbunden. Y-Kapazitäten sind im geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung mit jeweils einem der HV-Anschlüsse sowie einem Massepotential, der sogenannten Fahrzeugmasse, verbunden. Die bordnetzseitigen und speicherseitigen HV-Anschlüsse weisen, abgesehen von streng überwachten parasitären Isolationswiderständen, keine elektrische Verbindung zu dem Massepotential auf. Zudem ist üblicherweise ein Entladewiderstand vorgeschrieben, welcher zu der X-Kapazität parallelgeschaltet ist und zum Entladen der X-Kapazität, beispielsweise nach Öffnen der Schalteinrichtung, ausgelegt ist. So kann eine von dem Hochvoltenergiespeicher und den X-Kapazitäten ausgehende Gefährdung von Personen bei Berührung beider HV-Potentiale ausgeschlossen werden.
Problematisch ist allerdings die elektrische Anbindung der HV-Anschlüsse zu der Fahrzeugmasse über die Y-Kapazitäten. Um eine Gefährdung von Personen bei Berührung von bereits nur einem HV-Potential zu verhindern, können die bewusst eingebrachten Y-Kondensatoren so ausgelegt werden, beispielsweise so weit in ihrer Kapazität verringert werden, dass ein Gesamtenergieinhalt der Y-Kapazitäten einen vorbestimmten Schwellwert nicht überschreitet. Dies wirkt sich im Falle von Entstörkondensatoren jedoch negativ auf ein EMV-Verhalten im Hochvoltbordnetz aus. Außerdem muss bei der Auslegung der Y-Kondensatoren eine an den Y-Kondensatoren anliegende und den Energieinhalt beeinflussende Spannung berücksichtig werden. Diese Spannung wird jedoch von den parasitären Isolationswiderständen, insbesondere einem sich alterungsbedingt verändernden Verhältnis der Isolationswiderstände und einer möglicherweise damit verbundenen Schieflast im Hochvoltsystem, beeinflusst, sodass der Gesamtenergieinhalt der Y-Kapazitäten, je nach Ausprägung der Schieflast, den vorbestimmten Schwellwert überschreiten kann.
Dazu schlägt die DE 102020 006 919 A1 vor, Informationen über eine solche Schieflast zu ermitteln und hierfür eine die Energiemenge der Y-Kapazitäten charakterisierende Kenngröße zu bestimmen. Die Kenngröße kann beispielsweise eine Spannung, ein Spannungsverhältnis, ein Verhältnis von Isolationswiderständen oder dergleichen sein. Im Falle, dass eine Schieflast erkannt wurde, können Maßnahmen eingeleitet werden. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise die Abschaltung des Hochvoltbordnetzes oder die Reduzierung der Spannung an den Y-Kapazitäten, beispielsweise über eine Entladevorrichtung, sein. Das im Stand der Technik gezeigte Verfahren ist dahingehend aufwändig, dass zunächst die Schieflast ermittelt werden muss, um eine geeignete Maßnahme einleiten zu können. Die Abschaltung des Hochvoltbordnetzes durch Öffnen der Schalteinrichtung kann außerdem wirkungslos sein, wenn die Y-Kapazitäten auch über hochohmige, parasitäre Verbindungen zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und dem Hochvoltbordnetz weiter aufgeladen werden. Eine solche hochohmige Verbindung kann unter anderem über alterungsbedingte Partikelablagerungen in einem Gehäuse der Schaltschütze oder über eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung von Schaltvorgängen der Schaltschütze, beispielsweise eine sogenannte Schützklebererkennung, erfolgen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Lösung zum Reduzieren einer Energiemenge in Y-Kapazitäten eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochvoltsystem sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug weist einen elektrischen Hochvoltenergiespeicher mit speicherseitigen HV-Anschlüssen und ein Hochvoltbordnetz mit bordnetzseitigen HV-Anschlüssen und einer Kapazitätsanordnung auf. Die Kapazitätsanordnung weist eine X-Kapazität, welche mit den bordnetzseitigen HV- Anschlüssen verbunden ist, und zwei Y-Kapazitäten, welche mit jeweils einem der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse und einem Massepotential des Hochvoltsystems verbundenen sind, auf. Ferner weist das Hochvoltsystem eine Schalteinrichtung, welche zum Verschalten des Hochvoltenergiespeichers mit dem Hochvoltbordnetz mit den speicherseitigen und den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen verbunden ist, sowie eine Entladevorrichtung zum Entladen der Kapazitätsanordnung auf.
Die Entladevorrichtung weist zumindest einen mit den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen verbundenen Entladewiderstand und pro Y-Kapazität eine passive Entladeschaltung auf. Die Entladeschaltungen sind dazu ausgelegt, die Y-Kapazitäten, welche aufgrund von parasitären hochohmigen Verbindungen der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse und des Massepotentials mit den speicherseitigen HV-Anschlüssen auch bei geöffneter Schalteinrichtung aufgeladen sein können, zu entladen. Dazu weisen die Entladeschaltungen jeweils zumindest eine Diode auf, wobei die Dioden bezüglich einer Normalpolarität von, bei geschlossener Schalteinrichtung an den Y-Kapazitäten abfallenden Spannungen in Sperrrichtung gepolt sind. Die zumindest eine Diode einer Entladeschaltung ist durch einen Polaritätswechsel der Spannung an der zugehörigen Y- Kapazität zum Entladen der Y-Kapazitäten in Flussrichtung polbar, wobei der Polaritätswechsel durch das Aufladen der Y-Kapazitäten und durch die entladewiderstandsbedingte Potentialkopplung der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse verursacht wird.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Hochvoltsystem. Das Hochvoltsystem kann aber auch für andere, nicht kraftfahrzeugspezifische, Anwendungen verwendet werden. Das Kraftfahrzeug ist ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug und weist den Hochvoltenergiespeicher des Hochvoltsystems als Traktionsbatterie auf. Der Hochvoltenergiespeicher weist eine Vielzahl von miteinander verschalteten oder bedarfsgerecht verschaltbaren Energiespeicherzellen auf. Die speicherseitigen Hochvoltanschlüsse, kurz HV-Anschlüsse, bzw. Pole des Hochvoltenergiespeichers führen ein Hochvoltpotential und sind mit der Schalteinrichtung verbunden. Die Schalteinrichtung kann speicherintern oder speicherextern, beispielsweise in einer Relaisbox, angeordnet sein. Die Schalteinrichtung kann HV-Relais bzw. Schaltschütze aufweisen, wobei jeweils ein Schaltschütz mit einem speicherseitigen HV- Anschluss elektrisch verbunden ist. Die Schalteinrichtung kann Teil einer sogenannten Umschaltmatrix sein, bei welcher einzelne Speichereinheiten des Hochvoltenergiespeichers bedarfsgerecht seriell oder parallel verschaltet werden können.
Das Hochvoltsystem weist insbesondere eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Schalteinrichtung auf, durch welche die Schalteinrichtung auch im geöffneten Zustand hochohmig überbrückt ist. Die Überwachungseinrichtung ist insbesondere zur Erkennung eines sogenannten Schützklebers, also einer unerwünschten, niederohmigen Verbindung zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und dem Hochvoltbordnetz durch Verschweißen der Schaltkontakte der Schalteinrichtung, ausgebildet. Die Überwachungseinrichtung kann beispielsweise parallel zu den Schaltschützen geschaltete Messwiderstände aufweisen. Durch diese Messwiderstände wird eine dauerhafte hochohmige Verbindung zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und dem Hochvoltbordnetz, auch bei geöffneter Schalteinrichtung bereitgestellt.
Das Hochvoltbordnetz weist die bordnetzseitigen HV-Anschlüsse auf, welche über die Schalteinrichtung mit den speicherseitigen HV-Anschlüssen verbunden sind. Im geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung liegt das an den speicherseitigen HV- Anschlüssen anliegende Hochvoltpotential auch an den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen an. Das Hochvoltbordnetz kann eine Vielzahl von Hochvoltkomponenten, beispielsweise eine Traktionsmaschine und andere Hochvoltverbraucher, sowie einen Ladeanschluss zum Verbinden mit einer fahrzeugexternen Ladestation aufweisen. Außerdem weist das Hochvoltbordnetz die Kapazitätsanordnung mit der X-Kapazität und den zwei Y- Kapazitäten auf. Die Kapazitäten können zumindest teilweise Entstörkondensatoren einer Filtereinrichtung des Hochvoltbordnetzes sein. Auch können die Kapazitäten zumindest teilweise parasitäre, konstruktionsbedingte Kapazitäten des Hochvoltbordnetzes sein. Unter der X-Kapazität können dabei alle, parasitären und nicht parasitären Kapazitäten zusammengefasst sein, welche zwischen die bordnetzseitigen HV-Anschlüsse geschaltet sind und somit keine Verbindung zum Massepotential aufweisen. Unter einer ersten Y- Kapazität können dabei alle, parasitären und nicht parasitären Kapazitäten zusammengefasst sein, welche mit einem ersten, beispielsweise plusseitigen, bordnetzseitigen HV-Anschluss und dem Massepotential verbunden sind. Unter einer zweiten Y-Kapazität können alle, parasitären und nicht parasitären Kapazitäten zusammengefasst sein, welche mit einem zweiten, beispielsweise minusseitigen, bordnetzseitigen HV-Anschluss und dem Massepotential verbunden sind.
Das Hochvoltsystem weist außerdem, speicherseitig und bordnetzseitig, parasitäre Isolationswiderstände auf, welche hochohmige, elektrische Verbindungen zwischen den HV-Anschlüssen und dem Massepotential ausbilden. Diese Isolationswiderstände können dabei ungleichmäßig altern, sodass sich eine Spannung an den Isolationswiderständen asymmetrisch aufteilt und die Isolationswiderstände somit eine Schieflast ausbilden. Da die Isolationswiderstände parallel zu den Y-Kapazitäten geschaltet sind, wirkt sich eine schieflastbedingte Spannungsasymmetrie auch auf eine Spannung an den Y-Kapazitäten und damit auf einen Energieinhalt der Y-Kapazitäten aus. Überschreitet der Energieinhalt zumindest einer der Y-Kapazitäten einen vorbestimmten Schwellwert, so kann es zu einer Gefährdung von Personen beim Berühren eines HV-Potentials kommen.
Zum Entladen der Kapazitäten weist das Hochvoltsystem die Entladevorrichtung auf. Zum Entladen der X-Kapazität ist der zumindest eine Entladewiderstand vorgesehen, welcher zwischen die bordnetzseitigen HV-Anschlüsse geschaltet ist und somit parallel zu der X- Kapazität geschaltet ist. Dieser zumindest eine Entladewiderstand entlädt die X-Kapazität nach Öffnen der Schalteinrichtung und verringert somit die an der X-Kapazität anliegende Spannung und damit den Energieinhalt der X-Kapazität. Da der zumindest eine Entladewiderstand dauerhaft mit den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen verbunden ist und da ein Widerstandswert des Entladewiderstandes deutlich kleiner ist als ein Widerstandswert der Isolationswiderstände und sich beispielsweise im Kiloohmbereich befindet, existiert eine niederohmige Kopplung zwischen den Hochvoltpotentialen. Diese niederohmige Kopplung führt im Normalbetrieb des Hochvoltsystems bei geschlossener Schalteinrichtung dazu, dass die an den Y-Kapazitäten anliegenden Spannungen, also die zwischen dem jeweiligen HV-Anschluss und dem Massepotential abfallende Spannung, von gleicher Polarität sind. Diese Polarität der Spannungen an den Y-Kondensatoren im Normalbetrieb des Hochvoltsystems wird hier als Normalpolarität bezeichnet. Sobald sich jedoch die Y-Kapazitäten aufgrund der parasitären, beispielsweise schützbrückenden, hochohmigen Verbindung zwischen den speicherseitigen HV-Anschlüssen und den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen sowie aufgrund der parasitären, isolationswiderstandsbedingten hochohmigen Verbindung zwischen den HV-Anschlüssen und dem Massepotential aufladen, kehrt sich aufgrund der entladewiderstandsbedingten Potentialkopplung die Polarität einer der Spannungen an den Y-Kapazitäten um. Diese Polaritätsumkehr der Spannung an einer der Y-Kapazitäten wird durch die Entladeschaltungen der Entladevorrichtungen genutzt.
Die Entladeschaltungen weisen die jeweils eine Diode auf. Insbesondere weist jede Entladeschaltung eine Kaskade aus zumindest zwei Dioden auf. Zur Spannungssymmetrierung kann jede Diode jeweils einen parallel geschalteten Widerstand aufweisen. Eine erste Entladeschaltung ist dabei mit dem ersten bordnetzseitigen HV-Anschluss sowie dem Massepotential verbunden. Die zweite Entladeschaltung ist mit dem zweiten bordnetzseitigen HV-Anschluss und dem Massepotential verbunden. Die Entladeschaltungen sind somit parallel zu jeweils einer Y- Kapazität geschaltet. Pro Entladeschaltung ist die zumindest eine Diode so angeordnet, dass sie bei Normalpolarität der Spannung an der zugehörigen Y-Kapazität in Sperrrichtung gepolt ist. Sobald sich die Y-Kapazitäten aufladen und die Spannung an einer der Y-Kapazitäten die Potentialumkehr aufgrund der entladewiderstandsbedingten Potentialkopplung erfährt, wird die zumindest eine Diode der parallelgeschalteten Entladeschaltung in Flussrichtung gepolt und entlädt die Y-Kapazitäten. Die Dioden reduzieren also die Spannungen an den Y-Kapazitäten und damit die in den Y- Kapazitäten gespeicherten Energiemengen. Da die Energiemenge quadratisch mit der Spannung steigt, ist das Reduzieren der Spannungen zum Reduzieren der Energiemengen der Y-Kapazitäten deutlich effizienter als das Reduzieren der Kapazitäten der Y-Kondensatoren. Dadurch, dass die Entladeschaltungen passiv ausgebildet sind und eine Entladeschaltung immer dann reagiert, wenn sich die Y-Kapazitäten aufladen, ist somit keine Erkennung der Aufladung sowie kein bewusstes Ansteuern der Entladeschaltungen nötig. Hierdurch ist die Entladevorrichtung besonders einfach und kostengünstig ausgebildet. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn jede Entladeschaltung zumindest eine Schutzdiode, beispielsweise eine Z-Diode oder eine Suppressordiode, aufweist, welche bezüglich der Normalpolarität der jeweiligen Spannung in Flussrichtung gepolt ist und welche einen Verpolschutz vor einer von einem Isolationswächter einer fahrzeugexternen Ladestation bereitgestellten Verpolung ausbildet. Durch die zumindest eine Schutzdiode, der vorzugsweise zum Bauteilschutz ein Vorwiderstand vorgeschaltet ist, sind die Entladeschaltungen tolerant gegenüber einer von dem Isolationswächter aufgeprägte Verpolung der Spannungen, beispielsweise durch eine Verschiebung des Massepotentials.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Hochvoltsystem vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung eines Schaltplans eines Hochvoltsystems eines Kraftfahrzeugs in einem Normalbetrieb;
Fig. 2. das Hochvoltsystem gemäß Fig. 1 in einem Entladebetrieb von Y- Kapazitäten des Hochvoltsystems.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen ein Hochvoltsystem 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Hochvoltsystem 1 weist einen elektrischen Hochvoltenergiespeicher 2 sowie ein Hochvoltbordnetz 3 auf. Der Hochvoltenergiespeicher 2 und das Hochvoltbordnetz 3 können über eine Schalteinrichtung 4 verschaltet werden. Dazu sind speicherseitige HV-Anschlüsse 5a, 5b sowie bordnetzseitige HV-Anschlüsse 6a, 6b mit Schaltschützen 7a, 7b der Schalteinrichtung 4 verbunden. In Fig. 1 sind die Schaltschütze 7a, 7b geschlossen, sodass der Hochvoltenergiespeicher 2 und das Hochvoltbordnetz 3 elektrisch verbunden sind. In Fig. 2 sind die Schaltschütze 7a, 7b geöffnet, sodass der Hochvoltenergiespeicher 2 und das Hochvoltbordnetz 3 getrennt sind. Sowohl der Hochvoltenergiespeicher 2 als auch das Hochvoltbordnetz 3 weisen parasitäre Isolationswiderstände 8a, 8b, 9a, 9b auf, welche mit den HV-Anschlüssen 5a, 5b, 6a, 6b sowie einem Massepotential M des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Die speicherseitigen Isolationswiderstände 8a, 8b sind mit den jeweiligen speicherseitigen HV-Anschlüssen 5a, 5b und dem Massepotential M verbunden und die bordnetzseitigen Isolationswiderstände 9a, 9b sind mit den jeweiligen bordnetzseitigen HV-Anschlüssen 6a, 6b und dem Massepotential M verbunden.
Das Hochvoltbordnetz 3 weist außerdem eine Kapazitätsanordnung 10 auf, welche eine X-Kapazität Cx und zwei Y-Kapazitäten Cy1, Cy2 aufweist. Die Kapazitäten Cx, Cy1 , Cy2 können beispielsweise durch bewusst eingebrachte Kondensatoren und/oder parasitäre Kapazitäten ausgebildet sein. Die X-Kapazität Cx ist mit den bordnetzseitigen HV- Anschlüssen 6a, 6b verbunden. Die erste Y-Kapazität Cy1 ist mit dem ersten bordnetzseitigen, positiven HV-Anschluss 6a sowie mit dem Massepotential M verbunden. Die zweite Y-Kapazität Cy2 ist mit dem zweiten bordnetzseitigen, negativen HV- Anschluss 6b sowie mit dem Massepotential M verbunden. Somit weisen die HV- Anschlüsse 5a, 5b, 6a, 6b über die Isolationswiderstände 8a, 8b, 9a, 9b und die Y- Kapazitäten Cy1 , Cy2 eine elektrische Verbindung zum Massepotential M auf.
Zum Entladen der Kapazitäten Cx, Cy1, Cy2 bei geöffneter Schalteinrichtung 4 weist das Hochvoltsystem 1 eine Entladevorrichtung 11 auf. Die Entladevorrichtung 11 umfasst einen Entladewiderstand Re, welcher parallel zu der X-Kapazität Cx geschaltet ist. Dieser Entladewiderstand Re koppelt außerdem die Potentiale der bordnetzseitigen HV- Anschlüsse 6a, 6b niederohmig. Zum Entladen der Y-Kapazitäten Cy1 , Cy2 weist die Entladevorrichtung 11 zwei passive Entladeschaltungen 12a, 12b auf, wobei eine erste Entladeschaltung 12a parallel zu der ersten Y-Kapazität Cy1 geschaltet ist und somit mit dem ersten bordnetzseitigen HV-Anschluss 6a und dem Massepotential M verbunden ist. Eine zweite Entladeschaltung 12b ist parallel zu der zweiten Y-Kapazität Cy2 geschaltet und mit dem zweiten bordnetzseitigen Anschluss 6b und dem Massepotential M verbunden. Außerdem sind in Fig. 1 die an den Kapazitäten Cx, Cy1 , Cy2 anliegenden Spannungen llx, Uy1 , Uy2 im geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung 4 gezeigt. Durch die über den Entladewiderstand Re bereitgestellte Kopplung der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse 6a, 6b weisen die an den Y-Kapazitäten Cy1, Cy2 anliegenden Spannungen Uy1, Uy2 die gleiche Polarität auf. Die Entladeschaltungen 12a, 12b weisen jeweils eine Kaskade von Dioden D auf, welche bezüglich der Spannungen Uy1 , Uy2 in Sperrrichtung gepolt sind, sodass die Entladeschaltungen 12a, 12b im Normalbetrieb des Hochvoltsystems 1 bei geschlossener Schalteinrichtung 4 und damit bei Normalpolarität der Spannungen Uy1 , Uy2 inaktiv sind.
Wenn nun die Schalteinrichtung 4, wie in Fig. 2 gezeigt, geöffnet ist, so kann dennoch eine hochohmige Verbindung 13 zwischen den HV-Anschlüssen 5a, 5b, 6a, 6b, hier über die Schaltschütze 7a, 7b der Schalteinrichtung existieren. Diese kann beispielsweise aufgrund alterungsbedingter Partikelablagerungen an den Schaltschützen 7a, 7b, welche eine Luft- und Kriechstrecke zwischen Schaltkontakten der Schaltschütze 7a, 7b verkürzen, entstehen. Auch kann diese hochohmige Verbindung 13 durch einer hier nicht gezeigten Überwachungseinrichtung bereitgestellt werden, welche Schaltvorgänge der Schaltschütze 7a, 7b überwacht und beispielsweise zur Erkennung einer unerwünschten Kontaktverschweißung der Schaltkontakte der Schaltschütze 7a, 7b ausgebildet ist. Zudem existieren hochohmige Verbindungen 14 zwischen den HV-Anschlüssen 5a, 5b, 6a, 6b und dem Massepotential M aufgrund der Isolationswiderstände 8a, 8b, 9a, 9b. Diese hochohmigen Verbindungen 13, 14 können zu einer Aufladung der Y-Kapazitäten Cy1 , Cy2 auch im geöffneten Zustand der Schalteinrichtung 4 führen.
Die durch den Entladewiderstand Re bereitgestellte Kopplung der HV-Anschlüsse 5a, 5b sorgt bei der Aufladung der Y-Kapazitäten dafür, dass eine der Spannungen Uy1 , Uy2, hier die Spannung Uy2, eine Potentialumkehr erfährt. Welche der Spannungen Uy1 , Uy2 eine Potentialumkehr erfährt, hängt dabei vom Verhältnis der Isolationswiderstände 8a, 8b, 9a, 9b sowie einem Widerstand der hochohmigen Verbindung 13 ab. Diese Potentialumkehr sorgt dafür, dass die Dioden D einer der Entladeschaltungen 12a, 12b, hier die Dioden D der zu der zweiten Y-Kapazität Cy2 parallel geschalteten Entladeschaltung 12b, in Flussrichtung gepolt sind und damit die Spannungen Uy1, Uy2 an den Y-Kapazitäten Cy1 , Cy2 abgebaut. Die Y-Kapazitäten Cy1, Cy2 werden also durch diejenige Seite entladen, welche die Potentialumkehr erfährt. Zur Spannungssymmetrierung der an den Dioden D abfallenden Spannungen ist jeder Diode D jeweils ein Widerstand Rs parallel geschaltet. Außerdem weist jede Entladeschaltung 12a, 12b eine Z-Diode Z, beispielsweise eine 60 V-Z-Diode, auf, der jeweils ein Vorwiderstand Rv vorgeschaltet ist und welche dazu ausgelegt ist, einen Schutz vor einer Verpolung des Hochvoltsystems 1 durch einen Isolationswächter einer hier nicht gezeigten fahrzeugexternen Ladestation bereitzustellen.

Claims

Patentansprüche Hochvoltsystem (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend:
- einen elektrischen Hochvoltenergiespeicher (2) mit speicherseitigen HV-Anschlüssen (5a, 5b),
- ein Hochvoltbordnetz (3) aufweisend bordnetzseitige HV-Anschlüsse (6a, 6b) und eine Kapazitätsanordnung (10) mit einer X-Kapazität (Cx), welche mit den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen (6a, 6b) verbunden ist, und zwei Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2), welche mit jeweils einem der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse (6a, 6b) und einem Massepotential (M) des Hochvoltsystems (1) verbundenen sind,
- eine mit den speicherseitigen und den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen (5a, 5b, 6a, 6b) verbundene Schalteinrichtung (4) zum Verschalten des Hochvoltenergiespeichers (2) und des Hochvoltbordnetzes (3),
- eine Entladevorrichtung (11) zum Entladen der Kapazitätsanordnung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Entladevorrichtung (11) einen mit den bordnetzseitigen HV-Anschlüssen (6a, 6b) verbundenen Entladewiderstand (Re) und pro Y-Kapazität (Cy1, Cy2) eine passive Entladeschaltung (12a, 12b) aufweist, wobei die Entladeschaltungen (12a, 12b) dazu ausgelegt sind, die, aufgrund von parasitären hochohmigen Verbindungen (13, 14) der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse (6a, 6b) und des Massepotentials (M) mit den speicherseitigen HV-Anschlüssen (5a, 5b) auch bei geöffneter Schalteinrichtung (4) aufgeladenen, Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2) zu entladen, und dazu jeweils zumindest eine Diode (D) aufweisen, wobei die Dioden (D) bezüglich einer Normalpolarität von bei geschlossener Schalteinrichtung (4) an den Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2) abfallenden Spannungen (Uy1, Uy2) in Sperrrichtung gepolt sind und wobei die zumindest eine Diode (D) einer Entladeschaltung (12b) durch einen Polaritätswechsel der Spannung (Uy2) an der zugehörigen Y-Kapazität (Cy2), verursacht durch das Aufladen der Y- Kapazitäten (Cy1, Cy2) und durch die entladewiderstandsbedingte Potentialkopplung der bordnetzseitigen HV-Anschlüsse (6a, 6b), zum Entladen der Y-Kapazitäten (Cy1, Cy2) in Flussrichtung polbar ist. Hochvoltsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvoltsystem (1) eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Schalteinrichtung (4) aufweist, durch welche die Schalteinrichtung (4) auch im geöffneten Zustand hochohmig überbrückt ist. Hochvoltsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten (Cx, Cy1 , Cy2) zumindest teilweise durch Entstörkondensatoren einer Filtereinrichtung des Hochvoltbordnetzes (3) ausgebildet sind. Hochvoltsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten (Cx, Cy1 , Cy2) zumindest teilweise durch parasitäre Kapazitäten des Hochvoltbordnetzes (3) ausgebildet sind. Hochvoltsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Entladeschaltung (12a, 12b) eine Kaskade aus zumindest zwei Dioden (D) aufweist. Hochvoltsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Diode (D) jeweils einen parallel geschalteten Widerstand (Rs) zur Spannungssymmetrierung der Dioden (D) der jeweiligen Kaskade aufweist. Hochvoltsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Entladeschaltung (12a, 12b) zumindest eine Schutzdiode (Z) aufweist, welche bezüglich der Normalpolarität der Spannungen (Uy1 , Uy2) in Flussrichtung gepolt ist und welche einen Verpolschutz vor einer von einem Isolationswächter einer fahrzeugexternen Ladestation bereitgestellten Verpolung ausbildet. Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2023/073198 2022-09-16 2023-08-24 Hochvoltsystem für ein kraftfahrzeug mit passiven entladeschaltungen für y-kapazitäten WO2024056339A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022123754.0 2022-09-16
DE102022123754.0A DE102022123754B3 (de) 2022-09-16 2022-09-16 Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug mit passiven Entladeschaltungen für Y-Kapazitäten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024056339A1 true WO2024056339A1 (de) 2024-03-21

Family

ID=87847862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/073198 WO2024056339A1 (de) 2022-09-16 2023-08-24 Hochvoltsystem für ein kraftfahrzeug mit passiven entladeschaltungen für y-kapazitäten

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022123754B3 (de)
WO (1) WO2024056339A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA572726A (en) * 1959-03-24 R. Young Donald Ferroelectric condenser transfer circuit
US20130195497A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-01 Canon Kabushiki Kaisha Power source, power failure detection apparatus, and image forming apparatus
US20170047758A1 (en) * 2014-02-14 2017-02-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dc voltage supply system configured to precharge a smoothing capacitor before supplying a load
DE102019202892A1 (de) * 2019-03-04 2020-09-10 Audi Ag Bordnetzanordnung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Bordnetzanordnung
DE102020207972A1 (de) * 2020-06-26 2020-10-29 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zum Entladen eines Fahrzeug-Hochvoltnetzes, Fahrzeug-Bordnetz und Isolationsüberwachungseinrichtung
DE102020111454A1 (de) * 2020-04-27 2021-10-28 Audi Aktiengesellschaft Elektrische Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug
DE102020006919A1 (de) 2020-07-01 2022-01-05 Daimler Ag Verfahren zum Ermitteln einer Schieflast in einem Hochvoltsystem eines Fahrzeugs und Reaktion darauf

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015016000A1 (de) 2015-12-10 2016-08-11 Daimler Ag Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Entladung von Y-Kapazitäten in Fahrzeugen mit Hochvoltbordnetz

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA572726A (en) * 1959-03-24 R. Young Donald Ferroelectric condenser transfer circuit
US20130195497A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-01 Canon Kabushiki Kaisha Power source, power failure detection apparatus, and image forming apparatus
US20170047758A1 (en) * 2014-02-14 2017-02-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dc voltage supply system configured to precharge a smoothing capacitor before supplying a load
DE102019202892A1 (de) * 2019-03-04 2020-09-10 Audi Ag Bordnetzanordnung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Bordnetzanordnung
DE102020111454A1 (de) * 2020-04-27 2021-10-28 Audi Aktiengesellschaft Elektrische Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug
DE102020207972A1 (de) * 2020-06-26 2020-10-29 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zum Entladen eines Fahrzeug-Hochvoltnetzes, Fahrzeug-Bordnetz und Isolationsüberwachungseinrichtung
DE102020006919A1 (de) 2020-07-01 2022-01-05 Daimler Ag Verfahren zum Ermitteln einer Schieflast in einem Hochvoltsystem eines Fahrzeugs und Reaktion darauf

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022123754B3 (de) 2024-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2996899B1 (de) Vorladen eines kraftfahrzeug-hochvoltnetzes
DE102015016000A1 (de) Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Entladung von Y-Kapazitäten in Fahrzeugen mit Hochvoltbordnetz
DE102019202892A1 (de) Bordnetzanordnung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Bordnetzanordnung
WO2015055417A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur spannungsgesteuerten selbstabschaltung von elektronikkomponenten oder batteriezellen
WO2017060354A1 (de) Fahrzeugbatterievorrichtung
EP4078754A1 (de) Schutzvorrichtung für ein elektrisches gleichstromnetz, bordnetz für ein fahrzeug, fahrzeug und gleichstromladestation
WO2016050406A1 (de) Batteriesystem mit einer zum versorgen eines hochvoltnetzes mit elektrischer energie ausgebildeten batterie und einer messeinrichtung zum messen mindestens eines isolationswiderstandes der batterie
DE102018211625A1 (de) Bordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Überwachen einer Bordnetzsymmetrie
DE10257588B3 (de) Verfahren zur Vorhersage einer Spannung einer Batterie
EP2786891A1 (de) Batteriesystem, Fahrzeug mit einem Batteriesystem und Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems in einem Fahrzeug
DE102021003884A1 (de) Schutzvorrichtung für ein elektrisches Gleichstromnetz
WO2022128521A1 (de) Fahrzeugladeschaltung mit gleichrichtereinrichtung, zwischenkreiskondensator und vor-/entladeschaltung
EP1475875B1 (de) Verfahren und Anordnung zur Prüfung einer Leistungsendstufe
DE102022123754B3 (de) Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug mit passiven Entladeschaltungen für Y-Kapazitäten
WO2017050404A1 (de) Vorhersage eines spannungseinbruchs in einem kraftfahrzeug
DE102021003830B3 (de) Schutzvorrichtung für ein elektrisches Gleichstromnetz, Bordnetz für ein Fahrzeug, Fahrzeug und Gleichstromladestation
DE102021003843B4 (de) Isolationswächter und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102018221479A1 (de) Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem
DE102018201677A1 (de) Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems und Elektrofahrzeug
DE102021003850A1 (de) Hochvoltbordnetz für ein Fahrzeug
DE102020117681A1 (de) Kontrolleinrichtung für einen Batteriespeicher
DE102022002626B3 (de) Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz und Verfahren zum Betrieb des Hochvoltbordnetzes
DE102016012375A1 (de) Schalteinrichtung zum elektrischen Koppeln einer Zwischenkreiskapazität eines Gleichspannungszwischenkreises mit einer Gleichspannungsquelle
WO2024017776A1 (de) Fahrzeug mit einem elektrischen bordnetz
WO2023006751A1 (de) Bordnetz für ein kraftfahrzeug und verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23761834

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1