DE102012204828B4 - Steuern eines Niedervolt- und eines Hochvolt-Bordnetzes in einem elektromobilen Kraftfahrzeug - Google Patents

Steuern eines Niedervolt- und eines Hochvolt-Bordnetzes in einem elektromobilen Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes eines elektromobilen Kraftfahrzeugs (1), wobeidem Niedervolt-Bordnetz ein Niedervolt-Energiespeicher (17) und eine Verbrennungsmaschine (13) zugeordnet sind und wobei dem Hochvolt-Bordnetz ein Hochvolt-Energiespeicher (2) und eine elektrische Antriebsmaschine (6) des elektromobilen Kraftfahrzeugs (1) zugeordnet sind, die Vorrichtung (4) aufweisendeine Überwachungseinrichtung (4.1) zum Erfassen eines Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes,eine Trenneinrichtung (4.2), welche mit der Überwachungseinrichtung (4.1) gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen ersten Referenz-Spannungspegel den Hochvolt-Energiespeicher (2) von dem Hochvolt-Bordnetz elektrisch zu trennen, undeine Aktivierungseinrichtung (4.4), welche mit der Überwachungseinrichtung (4.1) gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen zweiten Referenz-Spannungspegel die Verbrennungsmaschine (13) zu aktivieren, um mittels eines mit der Verbrennungsmaschine (13) mechanisch gekoppelten Generators (14) den Niedervolt-Energiespeicher (17) aufzuladen, so dass der Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes erhöht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der elektrischen Betriebssicherheit von elektromobilen Kraftfahrzeugen, welche zusätzlich zu einer elektrischen Antriebsmaschine eine Verbrennungsmaschine aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes eines elektromobilen Kraftfahrzeugs, wobei dem Niedervolt-Bordnetz ein Niedervolt-Energiespeicher und eine Verbrennungsmaschine zugeordnet sind und wobei dem Hochvolt-Bordnetz ein Hochvolt-Energiespeicher und eine elektrische Antriebsmaschine des elektromobilen Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektromobiles Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung zum Steuern des Niedervolt- und des Hochvolt-Bordnetzes des elektromobilen Kraftfahrzeugs.
  • Als elektromobile Kraftfahrzeuge bezeichnet man im Allgemeinen Kraftfahrzeuge, die ganz oder teilweise mittels elektrischer Energie angetrieben werden. Elektromobile Kraftfahrzeuge können beispielsweise Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb oder reine Elektrofahrzeuge sein.
  • Da die Reichweite von rein elektrisch angetriebenen elektromobilen Kraftfahrzeugen infolge der derzeit zur Verfügung stehenden Batterietechnik noch sehr begrenzt ist, werden heutzutage noch kaum reine Elektrofahrzeuge sondern hauptsächlich Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, auch Hybridfahrzeuge genannt, verwendet.
  • Hybridfahrzeuge weisen zusätzlich zu einer elektrischen Antriebsmaschine eine Verbrennungsmaschine auf. Die elektrische Antriebsmaschine wird in bekannter Weise von einem oder von mehreren elektrischen Energiespeichern mit elektrischer Energie versorgt. Im Falle einer Entleerung des elektrischen Energiespeichers kann ein Hybridfahrzeug mit der vorhandenen Verbrennungsmaschine angetrieben werden. Auf diese Weise kann die Reichweite eines Hybridfahrzeugs im Vergleich zu einem reinen Elektrofahrzeug erheblich erhöht werden.
  • Elektrische Energiespeicher für eine elektrische Antriebsmaschine sind typischerweise sog. Hochvolt-Batterien, welche ihre Energie mit einer Spannung in der Größenordnung von z.B. 400 Volt bereitstellen. Um beispielsweise bei einem Unfall insbesondere für Rettungskräfte eine Gefährdung durch die von einer Hochvolt-Speicherbatterie bereitgestellte Hochspannung auszuschließen, werden in einem Hybridfahrzeug elektrische Trennvorrichtungen verwendet, um bei einem Unfall eine Abtrennung der Hochvolt-Batterie zu veranlassen. Dieselben Vorsichtsmaßnahmen an Berührungsschutz sind auch in KFZ-Werkstätten einzuhalten, damit für Mechaniker während Reparatur- oder Servicearbeiten keine Gefahr infolge von Berührungen mit spannungsführenden Leitungen oder Leitungskontakten ausgeht.
  • Um die Betriebssicherheit von Hybridfahrzeugen zu verbessern, wird derzeit der Schwerpunkt der Verbesserungsanstrengungen auf die Hochvolt-Batterie bzw. auf das entsprechende Hochvolt-Bordnetz gelegt. Das für einen einwandfreien Betrieb eines Hybridfahrzeugs ebenfalls erforderliche Niedervolt-Bordnetz mit einer entsprechenden Niedervolt-Batterie, welche eine (Nominal)Spannung von z.B. 12, 24 oder 48 Volt bereitstellt, wird in der Regel nicht weiter beachtet, obwohl die elektrischen Betriebsbedingungen für das Niedervolt-Bordnetz im Vergleich zu den elektrischen Betriebsbedingungen für das Bordnetz eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs ohne elektrische Antriebsmaschine deutlich unterschiedlich sind. Zum Beispiel kann ein Fehler in dem Niedervolt-Bordnetz eines Hybridfahrzeugs letztendlich zu einem Liegenbleiben des Hybridfahrzeugs führen.
  • Die Druckschrift DE 10 2006 014 152 A1 beschreibt ein Batterieladesystem für Fahrzeuge, wobei eine Niederspannungsbatterie mit hohem Energiewirkungsgrad geladen wird. Die Ausgangsspannung des Generators ist kleiner als eine Ausgangsspannung eines Wandlers, der von einer Hochspannungsbatterie betrieben wird, und ist größer als die Nennspannung der Niederspannungsbatterie.
  • Die Druckschrift DE 37 34 183 A1 beschreibt einen Motorschutzschalter, dessen Lastschaltteil selbsttätig in eine AUS-Stellung geführt wird, und einen Nullspannungsschalter, der eine Schaltschlossauslösung bei Abfall der Betriebsspannung unter einen Grenzwert bewirkt.
  • Die Druckschrift DE 10 2008 043 909 A1 beschreibt ein Hybridfahrzeug, bei dem ein Meldesensor einen Unfall erkennen kann und, bei Vorliegen eines Unfalls, über eine Warneinrichtung vor einer hohen Berührspannung warnt.
  • Die Druckschrift DE 198 37 585 C1 beschreibt ein Verfahren zur allpoligen Abschaltung einer Energiequelle eines Fahrzeugs, etwa mittels einer pyrotechnischen Sicherung.
  • Die Druckschrift DE 100 12 964 A1 beschreibt ein Verfahren zum Laden eines Speichers, wobei der Ladevorgang mittels einer Strategie durchgeführt wird, die prognostizierte Zustände des Speichers berücksichtigt.
  • Die Druckschrift DE 10 2008 021 542 A1 beschreibt eine Überwachungsvorrichtung eines Hybridfahrzeugs, wobei eine Entladungseinheit aktiviert wird, wenn von einem Sensor erfasst wird, dass eine Kontaktverbindung gelöst ist.
  • Die Druckschrift DE 10 2009 036 672 A1 beschreibt einen Niedervoltsicherheitsschalter für ein Hochvoltsystem zur Realisierung einer mehrstufigen Abschaltprozedur, bei der ein zweiter Schalter automatisch und verzögert nach einem ersten Schalter geöffnet wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit eines elektromobilen Kraftfahrzeugs, welches neben einem Niedervolt-Bordnetz auch ein Hochvolt-Bordnetz aufweist, zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes eines elektromobilen Kraftfahrzeugs, wobei dem Niedervolt-Bordnetz ein Niedervolt-Energiespeicher und eine Verbrennungsmaschine zugeordnet sind und wobei dem Hochvolt-Bordnetz ein Hochvolt-Energiespeicher und eine elektrische Antriebsmaschine des elektromobilen Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) eine Überwachungseinrichtung zum Erfassen des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes, (b) eine Trenneinrichtung, welche mit der Überwachungseinrichtung gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen ersten Referenz-Spannungspegel den Hochvolt-Energiespeicher von dem Hochvolt-Bordnetz elektrisch zu trennen, und (c) eine Aktivierungseinrichtung, welche mit der Überwachungseinrichtung gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen zweiten Referenz-Spannungspegel die Verbrennungsmaschine zu aktivieren, um mittels eines mit der Verbrennungsmaschine mechanisch gekoppelten Generators den Niedervolt-Energiespeicher aufzuladen, so dass der Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes erhöht wird.
  • Der beschriebenen Steuerungsvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Betriebssicherheit eines Hybridfahrzeugs auf einfache Weise dadurch verbessert werden kann, dass der Ladezustand des Niedervolt-Energiespeichers permanent überwacht wird und mittels einer besonders einfachen Maßnahme ein weiteres Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter den zweiten Referenz-Spannungspegels verhindert wird. Erfindungsgemäß besteht diese besonders einfache Maßnahme darin, den Verbrennungsmotor zu aktivieren, um mittels eines dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten elektrischen Generators den Niedervolt-Energiespeicher wieder aufzuladen.
  • Das elektromobile Kraftfahrzeug ist insbesondere ein sog. Hybridfahrzeug, welches in bekannter Weise neben einem von einer elektrischen Antriebsmaschine angetriebenen Elektromotor auch noch einen Verbrennungsmotor aufweist. Die elektrische Antriebsmaschine kann eine zentrale Antriebseinheit oder alternativ mehrere dezentrale Antriebseinheiten aufweisen. So kann z.B. jeweils eine dezentrale Antriebseinheit einem angetriebenen Rad des Hybridfahrzeugs zugeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass bei einem Unterschreiten des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen ersten Referenz-Spannungspegel der Hochvolt-Energiespeicher von dem Hochvolt-Bordnetz elektrisch getrennt wird. Dies bedeutet, dass abgesehen von dem Hochvolt-Energiespeicher alle elektrischen Komponenten des Hybridfahrzeugs, welche mit dem Hochvolt-Bordnetz gekoppelt sind und welche in diesem Dokument auch kurz als Hochvolt-Komponenten bezeichnet werden, von dem Hochvolt-Energiespeicher getrennt werden. Damit kann nicht nur bei einem Fehlerfall, welcher durch einen Wartungseingriff beispielsweise in einer Service-Werkstatt behoben wird, oder bei einem technischen Kundendienst ein ausreichender Berührungsschutz gewährleistet werden muss. Ein ausreichender Berührungsschutz kann auch im alltäglichen Gebrauch eines fehlerfreien Hybridfahrzeugs sowie insbesondere auch dann gewährleistet werden, wenn das Hybridfahrzeug in einen Unfall verwickelt ist und Rettungskräfte mit schwerem Werkzeug (z.B. einer hydraulischen Schere) das verunglückte Kraftfahrzeug zugänglich machen müssen. Gerade bei Letzteren ist es erforderlich, dass der Hochvolt-Energiespeicher durch die Elektronik sicher abgetrennt wird.
  • Die elektrische Trennung oder Isolierung des Hochvolt-Energiespeichers kann insbesondere mittels einer Deaktivierung von zumindest einem Leistungsschalter erfolgen, um die Hochvolt-Komponenten von dem Hochvolt-Energiespeicher zu trennen. Erfindungsgemäß erfolgt diese Trennung automatisch immer dann, wenn der Spannungspegel des Niedervolt-Energiespeichers unter einen kritischen Spannungswert absinkt.
  • Um beim Vergleichen des aktuellen Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes mit dem jeweiligen Referenz-Spannungspegel stets zu eindeutigen Ergebnissen zu kommen und um bei geringfügigen Schwankungen des aktuellen Spannungspegels ein wiederholtes Trennen/Verbinden des Hochvolt-Energiespeicher von bzw. mit dem Hochvolt-Bordnetz und/oder ein wiederholtes Aktivieren/Deaktivieren der Verbrennungsmaschine zu verhindern, kann auf das Prinzip eines sog. Hysterese-Schalters zurückgegriffen werden. Dies bedeutet, dass für ein Trennen des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz ein unterer erster Referenz-Spannungspegel unterschritten werden muss, wohingegen für ein nachfolgendes erneutes Verbinden des Hochvolt-Energiespeichers mit dem Hochvolt-Bordnetz ein oberer erster Referenz-Spannungspegel überschritten werden muss. Gleiches gilt in entsprechender Weise für eine Aktivierung bzw. eine Deaktivierung der Verbrennungsmaschine, für die ebenfalls zwei unterschiedliche zweite Referenz-Spannungspegel herangezogen werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Energiespeicher oder des Niedervolt-Bordnetzes unter den ersten Referenz-Spannungspegel und/oder unter den zweiten Referenz-Spannungspegel sowohl bei einem Fehler in der Niedervolt-Spannungsversorgung als auch einem Abstellvorgang (Power off) des elektromobilen Kraftfahrzeugs auftreten kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Entladeeinrichtung auf, welche mit der Überwachungseinrichtung und/oder der Trenneinrichtung gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, unmittelbar nach einem Trennen des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz elektrische Hochvolt-Komponenten zu entladen, welche mit dem Hochvolt-Bordnetz gekoppelt sind und welche noch eine elektrische Ladung aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass nach einer (Ab-)Trennung des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz alle elektrischen Kapazitäten in den Hochvolt-Komponenten sicher und schnellstmöglich entladen werden, so dass es in dem gesamten Kraftfahrzeug keine gefährlichen spannungsführende Hochvolt-Energieleitungen oder Hochvolt-Komponenten mehr gibt. Zum Entladen dieser Kapazitäten kann jede beliebige elektrische Schaltung verwendet werden, welche dafür sorgt, dass nach einer Aktivierung derselben gefährliche Potentialdifferenzen mittels eines Entladestromes insbesondere über einen geeigneten Widerstand abgebaut werden.
  • Bevorzugt ist eine derartige elektrische Schaltung derart ausgebildet, dass sie die für ihren Betrieb erforderliche Energie aus den abzubauenden Potentialdifferenzen bezieht.
  • Unter dem Begriff Hochvolt-Komponenten können in diesem Dokument alle Komponenten des elektromobilen Kraftfahrzeugs verstanden werden, welche im Betrieb des elektromobilen Kraftfahrzeugs, zumindest wenn die elektrische Antriebsmaschine aktiv ist, mit dem Hochvolt-Bordnetz gekoppelt sind. Hochvolt-Komponenten können insbesondere Hochvolt-Leitungen des Hochvolt-Bordnetzes, Kontaktverbindungen, die elektrische Antriebsmaschine, Leistungsschalter oder Schütze, der Hochvolt-Energiespeicher und/oder eine Steuereinheit für das Hochvolt-Bordnetz sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zweite Referenz-Spannungspegel kleiner als der erste Referenz-Spannungspegel. Dies bedeutet, dass bei einem langsamen Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes zunächst die Verbrennungsmaschine aktiviert wird und dass erst später die Trennung des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz erfolgt.
  • Falls jedoch eine Spannungsstabilisierung bzw. -erhöhung durch das mit dem Betrieb der Verbrennungsmaschine verbundene Aufladen des Niedervolt-Energiespeichers zügig genug eintritt, kann ggf. auf eine Trennung des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz verzichtet werden. Dabei wird es jedoch in der Regel erforderlich sein, dass bei dem elektromobilen Kraftfahrzeug ein paralleler Betrieb von der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine möglich ist. Bevorzugt wird dann die Verbrennungsmaschine ausschließlich dazu verwendet, um die Spannung des Niedervolt-Bordnetzes zu stabilisieren.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste vorgegebene Referenz-Spannungspegel gleich hoch ist wie der zweite vorgegebene Referenz-Spannungspegel. Dies hat zur Folge, dass (a) die Aktivierung der Verbrennungsmaschine und damit der Beginn der Aufladung des Niedervolt-Energiespeichers und (b) das Trennen des Hochvolt-Energiespeicher von dem Hochvolt-Bordnetz zumindest annähernd gleichzeitig erfolgt. Damit kann die Überwachungseinrichtung auf besonders einfache Weise realisiert werden, weil der aktuelle Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes nur mit einem einzigen Referenz-Spannungspegel verglichen werden muss.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen der erste vorgegebene Referenz-Spannungspegel und/oder der zweite vorgegebene Referenz-Spannungspegel im Bereich für eine Erkennung einer Unterspannung für den Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes. Dies hat den Vorteil, dass zum Feststellen des Absinkens des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes herkömmliche und preiswert erhältliche Sensoreinheiten zur Unterspannungserkennung verwendet werden können.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste vorgegebene Referenz-Spannungspegel und/oder der zweite vorgegebene Referenz-Spannungspegel um mehr als (a) 2 Volt, (b) 3 Volt, (c) 4 Volt, (d) 5 Volt, (e) 6 Volt oder (f) sogar um mehr als zumindest 7 Volt kleiner ist als eine Nominalspannung des Niedervolt-Bordnetzes. Dies bedeutet bei einer üblichen Nominalspannung von 12 Volt, dass der erste vorgegebene Referenz-Spannungspegel und/oder der zweite vorgegebene Referenz-Spannungspegel kleiner als 10 Volt, kleiner als 9 Volt, kleiner als 8 Volt, kleiner als 7 Volt, kleiner als 6 Volt oder sogar kleiner als 5 Volt sind.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Auslöseeinrichtung auf, welche mit der Trenneinrichtung und/oder mit der Aktivierungseinrichtung gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, unabhängig von dem Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes (a) ein elektrisches Trennen des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz und/oder (b) ein Aktivieren der Verbrennungsmaschine zu veranlassen. Dies hat den Vorteil, dass (a) die Trennung des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz, (b) die Aktivierung der Verbrennungsmaschine zur Stabilisierung bzw. zur Erhöhung des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes und ggf. auch (c) die oben beschriebene Entladung der Hochvolt-Komponenten bei Bedarf von extern veranlasst oder in die Wege geleitet werden können. Auf diese Weise kann die Betriebssicherheit des elektromobilen Kraftfahrzeugs weiter verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Auslöseeinrichtung (a) eine manuelle Not-Aus-Bedieneinheit, (b) eine telemetrische Empfangseinheit und/oder (c) eine in dem elektromobilen Kraftfahrzeug befindliche Crash-Sensor-Einheit auf.
  • Eine manuelle Not-Aus-Bedieneinheit oder eine telemetrische Empfangseinheit können beispielsweise bei einem Wartungsfall dazu verwendet werden, die oben beschriebenen Maßnahmen zur Erhöhung der Betriebssicherheit (Trennung des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz, Aktivierung der Verbrennungsmaschine und ggf. Entladung der Hochvolt-Komponenten) durchzuführen. Bei einer telemetrischen Empfangseinheit können diese Maßnahmen sogar kontaktlos eingeleitet werden.
  • Eine Crash-Sensor-Einheit kann insbesondere dazu diesen, Rettungskräfte, die nach einem Unfall verunfallte Insassen oder das verunfallte elektromobile Kraftfahrzeug bergen wollen, vor den Gefahren eines Stromschlages durch das Hochvolt-Bordnetz zu schützen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Not-Aus-Bedieneinheit einen Schalter oder einen Taster auf. Dies hat den Vorteil, dass die Not-Aus-Bedieneinheit mit einer einfachen und damit auch preiswerten elektromechanischen Komponente realisiert werden kann.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung beschreibt ein elektromobiles Kraftfahrzeug, welches aufweist (a) eine elektrische Antriebsmaschine, (b) einen Hochvolt-Energiespeicher, welcher über ein Hochvolt-Bordnetz mit der elektrischen Antriebsmaschine energetisch gekoppelt ist, (c) eine Verbrennungsmaschine, (d) einen Generator, welcher mechanisch mit der Verbrennungsmaschine gekoppelt ist, (e) einen Niedervolt-Energiespeicher, welcher über ein Niedervolt-Bordnetz mit dem Generator energetisch gekoppelt ist, und (f) eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes.
  • Dem beschriebenen elektromobilen Kraftfahrzeug liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene Steuerungsvorrichtung die beiden elektrischen Bordnetze, nämlich das Niedervolt-Bordnetz und das Hochvolt-Bordnetz, während des Betriebs und auch außerhalb des Betriebs des Kraftfahrzeugs so steuern oder deren Betriebszustand derart beeinflussen kann, dass stets eine gefahrlose Handhabung von Hochvolt-Komponenten des Kraftfahrzeugs beispielsweise bei Wartungsarbeiten oder nach einem Unfall möglich ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes eines elektromobilen Kraftfahrzeugs, wobei dem Niedervolt-Bordnetz ein Niedervolt-Energiespeicher und eine Verbrennungsmaschine zugeordnet sind und wobei dem Hochvolt-Bordnetz ein Hochvolt-Energiespeicher und eine elektrische Antriebsmaschine des elektromobilen Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Erfassen des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes mittels einer Überwachungseinrichtung, (b) ein Trennen des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz mittels einer Trenneinrichtung als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen ersten Referenz-Spannungspegel, (c) ein Aktivieren der Verbrennungsmaschine mittels einer Aktivierungseinrichtung als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen zweiten Referenz-Spannungspegel, und (d) ein Aufladen des Niedervolt-Energiespeichers und Erhöhen des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes mittels eines mit der Verbrennungsmaschine mechanisch gekoppelten Generators.
  • Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Betriebssicherheit eines Hybridfahrzeugs auf einfache Weise dadurch verbessert werden kann, dass der Ladezustand des Niedervolt-Energiespeichers permanent überwacht wird und mittels einer einfachen Aktivierung der Verbrennungsmaschine und einer daraus resultierenden Aufladung des Niedervolt-Energiespeichers ein weiteres Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter den zweiten Referenz-Spannungspegels verhindert wird.
  • Erfindungsgemäß wird ferner der Hochvolt-Energiespeicher von dem Hochvolt-Bordnetz elektrisch getrennt, wenn der Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes unter den vorgegebenen ersten Referenz-Spannungspegel sinkt. Nach erfolgreicher (Ab- )Trennung des Hochvolt-Energiespeichers können dann alle Hochvolt-Komponenten, welche mit dem Hochvolt-Bordnetz verbunden sind, ohne die Gefahr eines Stromschlages von einer Bedienperson beispielsweise bei einem Wartungsfall oder nach einem Unfall berührt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird (a) das Erfassen des Spannungspegels, (b) das Trennen des Hochvolt-Energiespeichers von dem Hochvolt-Bordnetz, (c) das Aktivieren der Verbrennungsmaschine und (d) das Aufladen des Niedervolt-Energiespeichers während eines Fahrbetriebs des elektromobilen Kraftfahrzeuges durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die oben beschriebenen Maßnahmen zur Erhöhung der Betriebssicherheit ohne eine Unterbrechung der Nutzung des elektromobilen Kraftfahrzeugs eingeleitet und durchgeführt werden können.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
    • 1 zeigt eine Prinzip-Darstellung eines elektromobilen Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes.
    • 2 zeigt eine Prinzip-Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Realisierung einer selbsthaltenden Entladungsfunktion sowie zur Erzeugung eines standardmäßigen Systemzustandes nach der Erkennung eines zu geringen Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes.
    • 3 zeigt das in 1 dargestellte elektromobile Kraftfahrzeug, wobei in 3 zusätzlich eine Verbrennungsmaschine sowie ein mit der Verbrennungsmaschine mechanisch gekoppelter Generator zur Stabilisierung des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes dargestellt sind.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
  • Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
  • 1 zeigt eine Prinzip-Darstellung eines elektromobilen Kraftfahrzeugs 1 mit einer Steuerungsvorrichtung 4 zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes. Das elektromobile Kraftfahrzeug 1 weist vier Räder 5 auf, die entsprechend ihrer Anordnung am Kraftfahrzeug mit LV (Links Vorne), RV (Rechts Vorne), LH (Links Hinten) und RH (Rechts Hinten) gekennzeichnet sind. Ein Lenkmechanismus 5.2, welcher von einem Lenkkraftverstärker 5.1 unterstützt wird, dient zum Auslenken der vorderen Räder 5.
  • Das elektromobile Kraftfahrzeug 1 weist einen Hochvolt-Energiespeicher 2 auf, welcher dem elektrischen Hochvolt-Bordnetz zugeordnet ist. In diesem Dokument wird der Hochvolt-Energiespeicher auch kurz als Hochvolt-Batterie 2 bezeichnet. Das elektromobile Kraftfahrzeug 1 weist ferner einen Niedervolt-Energiespeicher 17 auf, welcher dem elektrischen Niedervolt-Bordnetz zugeordnet ist. In diesem Dokument wird der Niedervolt-Energiespeicher auch kurz als Niedervolt-Batterie 17 bezeichnet.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine elektrische Antriebsmaschine des elektromobilen Kraftfahrzeugs 1 mehrere dezentrale Radnabenmotoren 6 auf, wobei jeweils ein Radnabenmotor 6 einem Rad 5 zugeordnet ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass anstelle dieser Radnabenmotoren 6 auch andere Lösungen wie beispielsweise eine zentral angeordnete Antriebsmaschine möglich sind.
  • Wie aus 1 ersichtlich, sind dem Hochvolt-Bordnetz verschiedene Hochvolt-Komponenten zugeordnet. Dazu zählen neben der Hochvolt-Batterie 2 ein Leistungsschalter bzw. Schütz 3, die bereits genannte Steuerungsvorrichtung 4, die bereits genannten Radnabenmotoren 6, eine Hochvolt-Leitung 10 von dem Schütz 3 zur Steuerungsvorrichtung 4, eine Hochvolt-Leitung 11 von der Steuerungsvorrichtung 4 zu den Radnabenmotoren 6, mehrere Kontaktverbindungen 12 und eine (kapazitive) Einrichtung 18 zum Glätten und/oder Stabilisieren des Spannungspegels des Hochvolt-Bordnetzes. Die Hochvolt-Batterie 2 ist mittels des Leistungsschalters 3 und der Hochvolt-Leitung 10 mit der Steuerungsvorrichtung 4 verbunden, wobei der Leistungsschalter 3 für das Zuschalten oder Verbinden und Abschalten oder Trennen der Hochvolt-Komponenten 4, 6, 10, 11, 12, 18 mit bzw. von der Hochvolt-Batterie 2 zuständig ist.
  • Die Steuerungsvorrichtung 4 steuert mittels nicht näher gezeigten Leistungsstellgliedern den Energiefluss von der Hochvolt-Leitung 10 über die Kontaktverbindungen 12 und die Hochvolt-Leitungen 11 zu den Radnabenmotoren 6. Als eine Eingangsgröße für die Steuerungsvorrichtung 4 dient hierzu die Stellung eines Gas-Pedales 7, dessen Zustand mittels einer Schnittstelle 7.1 (mechanisch oder elektrisch) der Steuerungsvorrichtung 4 zugeführt wird.
  • Wie aus der 1 weiter ersichtlich, weist die Steuerungsvorrichtung 4 eine Überwachungseinrichtung 4.1, eine Trenneinrichtung 4.2, eine Entladeeinrichtung 4.3 und eine Aktivierungseinrichtung 4.4 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Einrichtungen 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 integrale Bestandteile der Steuerungsvorrichtung 4.
  • Der Steuerungsvorrichtung 4 bzw. genauer gesagt die Überwachungseinrichtung 4.1 der Steuerungsvorrichtung 4 wird der Spannungspegel der Niedervolt-Batterie 17 als Arbeits- und Referenzspannung zugeführt. Falls dieser Spannungspegel unter einen vorgegebenen Referenz-Spannungspegel absinkt, dann werden gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Trenneinrichtung 4.2, die Entladeeinrichtung 4.3 und die Aktivierungseinrichtung 4.4 aktiviert. Die Trenneinrichtung 4.2 sorgt dann dafür, dass über eine Signalleitung 8 der Schütz 3 mittels einer sog. Spannungsfrei-Schaltung deaktiviert wird. Ferner wird die Entladungseinrichtung 4.3 aktiviert. Durch diese Aktivierung der Entladungseinrichtung 4.3 wird sichergestellt, dass nach der Deaktivierung des Schützes 3 in kürzester Zeit alle in den Hochvolt-Komponenten 4, 6, 10, 11, 12, 18 verbliebenen Restspannungen garantiert auf einen unkritischen Wert entladen werden. Der als Kapazität schematisch dargestellte Niedervolt-Energiespeicher der Einrichtung 18 zum Glätten und/oder Stabilisieren des Spannungspegels des Hochvolt-Bordnetzes ist dabei stellvertretend für alle im System vorhandenen kapazitiven und induktiven Speicher im Hochvoltbereich zu verstehen.
  • Die Kontaktverbindungen 12 befinden sich nicht nur, wie in 1 gezeigt, an der Steuerungsvorrichtung 4, sondern auch, wie nicht näher gezeigt, an den Hinterrädern 5 (RH, LH) sowie an den Vorderrädern 5 (RV, LV).
  • Wie aus der 1 weiter zu entnehmen ist, kann mit einer Auslöseeinrichtung 19 über eine Steuerleitung 19.1 ein gleichwirkendes Signal generiert werden, welches von der Auslöseeinrichtung 19 der Steuerungsvorrichtung 4 zugeführt wird. Mittels des gleichwirkenden Signals wird eine Information simuliert, welche von der Überwachungseinrichtung 4.1 der Steuerungsvorrichtung 4 erkannt werden kann. Die Erkennung dieser Information wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dazu verwendet, wie bei dem oben beschriebenen Abfall des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter den vorgegebenen Referenz-Spannungspegel die Hochvolt-Komponenten 3, 4, 10, 11, 12, 18 zu deaktivieren sowie die Entladungseinrichtung 4.3 zu aktivieren. Als Eingangsgrößen für die Auslöseeinrichtung 19 zur Generierung eines gleichwirkenden Signals sind gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine manuell zu betätigende Notaustaste 20, ein Empfänger einer telemetrische Einheit 21, sowie ein Crash-Sensor 22 vorgesehen. Bei dem Crash-Sensor 22 kann es sich beispielsweise um einen Sensor eines Airbag-Steuergerätes oder um einen eigenständigen Sensor handeln. Die Notaustaste 20 sowie die telemetrische Einheit 21 sind primär dafür vorgesehen, dass im Falle eines Unfalls den Ersthelfern bzw. der Feuerwehr die Möglichkeit eröffnet wird, das Kraftfahrzeug 1 sicher von der Hochvoltspannung spannungsfrei zu schalten.
  • Die Deaktivierung des Schützes 3 sowie die Aktivierung der Entladungsschaltung 4.3 mittels Telemetrie kann in diesem Zusammenhang als besonders sicher eingestuft werden, da beispielsweise mittels eines telemetrischen Handsenders, welcher im Besitz der Feuerwehr ist, die Deaktivierung des Schützes 3 sowie die Aktivierung der Entladeeinrichtung 4.3 initiiert werden kann, ohne mit dem verunglücktem Kraftfahrzeug in physikalischen Kontakt treten zu müssen. Ferner bildet die Deaktivierung des Schützes 3 mittels Telemetrie eine ideale Voraussetzung für einen effektiven Diebstahlschutz, da somit ein gestohlenes Kraftfahrzeug relativ einfach fahrunfähig geschaltet werden kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in dieser Beschreibung der Einfachheit wegen die Hochvolt-Leitung 11 immer als Hochvolt-Leitung bezeichnet wird, unabhängig davon, wie viele Adern (z.B. Plus-Leitung/en & Minus-Leitung/en, oder Plus-Leitung/en & Fahrzeugstruktur) die Hochvolt-Leitung 11 tatsächlich umfasst. Ebenso wird in der gesamten Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit die Hochvolt-Leitung 11 in der Einzahl dargestellt.
  • Unter der Formulierung, dass „die Hochvoltkomponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 deaktiviert sind“ ist in diesem Dokument der Sachverhalt zu verstehen, dass mittels des Schützes 3 eine Trennung dieser Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 von der Hochvolt-Batterie 2 veranlasst wurde oder wird, sodass die Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 nicht mehr energetisch mit der Hochvolt-Batterie 2 gekoppelt sind bzw. nicht mehr aktiv mit Spannung oder Energie versorgt werden.
  • Ferner ist anzumerken, dass unter der Formulierung „eine Entladungseinrichtung 4.3 zur berührungssicheren Entladung eines Energiespeichers 18 aktiviert ist“ in diesem Dokument der Sachverhalt zu verstehen ist, dass es sich um eine oder mehrere Entladungseinheit/en 4.3 handeln kann, welche für eine Entladung der entsprechenden Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 sorgen, sodass die Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 definiert und zuverlässig auf ein ungefährliches Spannungsniveau entladen werden können, sofern diese nach der Trennung von der Hochvolt-Batterie 2 noch eine kapazitive und/oder induktive Restspannung aufweisen sollten. Der Einfachheit wegen sind, wie nachfolgend in 2 dargestellt, die Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 als einfacher Kondensator dargestellt, welcher stellvertretend für die einzelnen Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 steht. Als Energiespeicher sind hierbei eine oder mehrere Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 zu verstehen, welche im normalen Betriebsfall mit der hohen Spannung in Berührung kommen und welche nach der Trennung von der Hochvolt-Batterie 2 noch eine kapazitive und/oder induktive Restspannung aufweisen können.
  • 2 zeigt eine Prinzip-Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Realisierung einer selbsthaltenden Entladungsfunktion sowie zur Erzeugung eines standardmäßigen Systemzustandes nach der Erkennung eines zu geringen Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes. Wie aus 2 ersichtlich, wird mittels eines Schützes bzw. eines Leistungsschalters 3 die Hochvolt-Batterie 2 schaltbar mit den Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 energetisch gekoppelt. Die Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 sind in 2 als Kondensator dargestellt, der stellvertretend für weitere Hochvolt-Komponenten, wie z.B. (a) der Steuerungsvorrichtung 4, (b) der Radnabenmotoren 6, (c) der Hochvolt-Leitungen 10 und 11, (d) der Kontaktverbindungen 12 und (d) dem Energiespeicher der Einrichtung 18 zum Glätten und/oder Stabilisieren des Spannungspegels des Hochvolt-Bordnetzes in Form eines Kondensators für die Hochvolt-Komponenten steht.
  • Wie aus der 2 weiter ersichtlich, wird der Schütz 3 mittels eines Magneten 3.1 gesteuert, dem als Eingangsgröße der Ausgang der Trenneinrichtung 4.2 mittels der Signalleitung 8 zugeführt wird.
  • Wie aus der 2 ferner ersichtlich, ist der Ausgang der Entladeeinrichtung 4.3, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine selbsthaltende Entladeeinrichtung 4.3 ist, mit einer Hochvolt-Komponente 4, 6, 10, 11, 12, 18 verbunden. Die Entladeeinrichtung 4.3 ist der Einfachheit wegen nur einfach dargestellt, wobei eine mehrfache Ausführung der Entladeeinrichtung 4.3 für eine oder mehrere Hochvolt-Komponenten zu bevorzugen ist. Ferner ist anzumerken, dass abweichend zu 1 die Entladeeinrichtung 4.3 neben einer zentralen Anordnung als Bestandteil der Steuerungsvorrichtung 4 auch dezentral vor Ort möglichst nahe bei den Hochvolt-Komponenten 4, 6, 10, 11, 12, 18 angeordnet sein kann und mittels geeigneter Schnittstellen mit der Steuerungsvorrichtung 4 verbunden sein kann.
  • Das in 2 dargestellte einfache Prinzip der selbsthaltenden Entladeeinrichtung 4.3 kann wie folgt beschrieben werden: Mittels des gezeigten Widerstandes 32, angeordnet an der Basis und am Kollektor eines Entladungstransistors 4.3.1, wird erreicht, dass die Entladeeinrichtung 4.3 aktiv ist, sofern die Entladeeinrichtung 4.3 nicht gezielt passiv geschalten wird. Die Passiv-Schaltung erfolgt hierbei mittels des Transistors 4.3.2, welcher sich in einem durchgeschaltetem Zustand befindet, solange die Basis des Transistors 4.3.2 mittels eines aus zwei Widerständen 30, 31 gebildeten Spannungsteilers gegen die Niedervolt-Batterie 17 mit Spannung gesteuert wird. Bei einem Ausfall der Niedervolt-Batterie 17, bzw. bei einer Spannungserniedrigung der Niedervolt-Batterie 17 wird die Basis des Transistors 4.3.2 nicht mehr angesteuert, was zur Folge hat, dass die Basis des Transistors 4.3.1 nicht mehr aktiv auf „Low-Potential“ gezogen wird. Dies wiederum hat zur Folge, dass der Transistor 4.3.1 durch den Widerstand 32 in den leitenden Zustand überführt wird und somit als Entladungseinrichtung 4.3 aktiv wird bzw. eine berührungssichere Entladung der Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 bewirkt. Dabei bleibt der Transistor 4.3.1 mindestens solange aktiv, bis eine berührungssichere Entladung der Hochvoltkomponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 erfolgt ist.
  • Wie aus der 2 ferner zu entnehmen ist, ist die Trenneinrichtung 4.2 an ihren Eingängen mit dem Ausgang der Überwachungseinrichtung 4.1 und mit der Niedervolt-Batterie 17 verbunden. Infolge der ein UND-Gatter aufweisenden Trenneinrichtung 4.2 kann der Schütz 3 nur aktiv geschalten werden, wenn beide Eingänge ein positives Signal (Logischer Pegel „High“) aufweisen.
  • Wie aus der 2 ferner zu entnehmen ist, sind gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Widerstände 30 und 31 des Spannungsteilers derart dimensioniert, dass bei einem Spannungswert der Niedervoltspannung von ca. 9 Volt der Mittelabgriff des Spannungsteilers einen Spannungspegel von ca. 0,7 Volt aufweist. Ein Absinken des Spannungswertes der Niedervoltspannung unter 9 Volt bewirkt, dass der Transistor 4.3.2 in den nichtleitenden Zustand übergeht, sodass als Folge hiervon der Transistor 4.3.1 der Entladeeinrichtung 4.3 leitend wird und die Entladung der Hochvoltkomponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 aktiviert wird. Einhergehend mit der Deaktivierung der Leistungsschalter 3, um die Hochvolt-Komponenten 3, 4, 6, 10, 11, 12, 18 von der Hochvolt-Batterie 2 zu trennen, wird, wie nachfolgend anhand von 3 näher erläutert, eine Verbrennungsmaschine 13 aktiviert, um einer weiteren Entladung bzw. Erniedrigung der Spannung der Niedervolt-Batterie 17 entgegen zu wirken.
  • 3 zeigt das in 1 dargestellte elektromobile Kraftfahrzeug 1, wobei in 3 zusätzlich die oben genannte Verbrennungsmaschine 13 sowie ein mit der Verbrennungsmaschine 13 mechanisch gekoppelter Generator 14 zur Stabilisierung des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes dargestellt sind. Der Generator 14 ist mit einer Energieleitung 15 zur Ladung des Niedervolt-Energiespeichers 17 verbunden, um dem Niedervolt-Energiespeicher 17 Energie zuführen zu können.
  • Die Verbrennungsmaschine 13 kann hierzu entweder mit dem Schwungantrieb des elektromobilen Kraftfahrzeugs 1 oder mit einem herkömmlichen Startergenerator aktiviert werden. Die Aktivierung der Verbrennungsmaschine 13 mit dem Schwungantrieb des Kraftfahrzeugs 1 erfolgt beispielsweise dadurch, dass zwischen dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 1 und der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine 13 ein Kraftschluss hergestellt wird, welcher in einer bevorzugten Form nicht abrupt, sondern mit einem fließenden Übergang erfolgt.
  • Unter dem Begriff „Niedervolt-Energiespeicher“ oder „Niedervolt-Batterie“ ist in diesem Dokument eine herkömmliche Batterie mit typisch 12 (13,6) Volt Spannung zu verstehen. Sofern ein Kraftfahrzeug ein 42 Volt Bordnetz aufweist, so ist die entsprechende Batterie im Lichte der Erfindung ebenfalls als Niedervolt-Batterie zu betrachten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektromobiles Kraftfahrzeug
    2
    Hochvolt-Energiespeicher / Hochvolt-Batterie
    3
    Leistungsschalter / Schütz
    3.1
    Magnet
    4
    Steuerungsvorrichtung
    4.1
    Überwachungseinrichtung
    4.2
    Trenneinrichtung
    4.3
    Entladeeinrichtung
    4.3.1
    Aktives Element der Entladeeinrichtung / Entladungstransistor
    4.3.2
    Ansteuerelement für aktives Element der Entladeeinrichtung / Transistor
    4.4
    Aktivierungseinrichtung
    5
    Räder
    5.1
    Lenkkraftverstärker zum Auslenken der vorderen Räder (RV, LV)
    5.2
    Lenkmechanismus
    6
    Radnabenmotor / Radnaben-Antriebsmaschine / elektrische Antriebsmaschine
    7
    Gas-Pedal
    7.1
    Schnittstelle von dem Pedal 7 zur Steuerungsvorrichtung 4
    8
    Signalleitung von der Trenneinrichtung 4.2 zum Schütz 3
    10
    Hochvolt-Leitung vom Schütz 3 zur Steuerungsvorrichtung 4
    11
    Hochvolt-Leitung von der Steuerungsvorrichtung 4 zur elektrischen Antriebsmaschine 6
    12
    Kontaktverbindung
    13
    Verbrennungsmaschine
    14
    Generator
    15
    Energieleitung zur Ladung des Niedervolt-Energiespeichers
    17
    Niedervolt-Energiespeicher / Niedervolt-Batterie
    18
    Einrichtung zum Glätten und/oder Stabilisieren des Spannungspegels des Hochvolt-Bordnetzes
    19
    Auslöseeinrichtung / Verknüpfungseinheit / UND Gatter
    19.1
    Steuerleitung
    20
    Manuelle Not-Aus-Bedieneinheit
    21
    Telemetrische Empfangseinheit
    22
    Crash-Sensor-Einheit
    30
    Widerstand
    31
    Widerstand
    32
    Widerstand

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes eines elektromobilen Kraftfahrzeugs (1), wobei dem Niedervolt-Bordnetz ein Niedervolt-Energiespeicher (17) und eine Verbrennungsmaschine (13) zugeordnet sind und wobei dem Hochvolt-Bordnetz ein Hochvolt-Energiespeicher (2) und eine elektrische Antriebsmaschine (6) des elektromobilen Kraftfahrzeugs (1) zugeordnet sind, die Vorrichtung (4) aufweisend eine Überwachungseinrichtung (4.1) zum Erfassen eines Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes, eine Trenneinrichtung (4.2), welche mit der Überwachungseinrichtung (4.1) gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen ersten Referenz-Spannungspegel den Hochvolt-Energiespeicher (2) von dem Hochvolt-Bordnetz elektrisch zu trennen, und eine Aktivierungseinrichtung (4.4), welche mit der Überwachungseinrichtung (4.1) gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen zweiten Referenz-Spannungspegel die Verbrennungsmaschine (13) zu aktivieren, um mittels eines mit der Verbrennungsmaschine (13) mechanisch gekoppelten Generators (14) den Niedervolt-Energiespeicher (17) aufzuladen, so dass der Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes erhöht wird.
  2. Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend: eine Entladeeinrichtung (4.3), welche mit der Überwachungseinrichtung (4.1) und/oder der Trenneinrichtung (4.2) gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, unmittelbar nach einem Trennen des Hochvolt-Energiespeichers (2) von dem Hochvolt-Bordnetz elektrische Hochvolt-Komponenten (3, 4, 6, 10, 11, 12, 18), welche mit dem Hochvolt-Bordnetz gekoppelt sind und welche noch eine elektrische Ladung aufweisen, zu entladen.
  3. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 2, wobei der zweite Referenz-Spannungspegel kleiner ist als der erste Referenz-Spannungspegel.
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 2, wobei der erste vorgegebene Referenz-Spannungspegel gleich hoch ist wie der zweite vorgegebene Referenz-Spannungspegel.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste vorgegebene Referenz-Spannungspegel und/oder der zweite vorgegebene Referenz-Spannungspegel im Bereich für eine Erkennung einer Unterspannung für den Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes liegen.
  6. Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der erste vorgegebene Referenz-Spannungspegel und/oder der zweite vorgegebene Referenz-Spannungspegel um mehr als (a) 2 Volt, (b) 3 Volt, (c) 4 Volt, (d) 5 Volt, (e) 6 Volt oder (f) sogar um mehr als zumindest 7 Volt kleiner ist als eine Nominalspannung des Niedervolt-Bordnetzes.
  7. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Auslöseeinrichtung (19), welche mit der Trenneinrichtung (4.2) und/oder mit der Aktivierungseinrichtung (4.4) gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, unabhängig von dem Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes (a) das elektrische Trennen des Hochvolt-Energiespeichers (2) von dem Hochvolt-Bordnetz und/oder (b) ein Aktivieren der Verbrennungsmaschine (13) zu veranlassen.
  8. Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Auslöseeinrichtung (19) (a) eine manuelle Not-Aus-Bedieneinheit (20), (b) eine telemetrische Empfangseinheit (21) und/oder (c) eine in dem elektromobilen Kraftfahrzeug (1) befindliche Crash-Sensor-Einheit (22) aufweist.
  9. Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Not-Aus-Bedieneinheit (20) einen Schalter oder einen Taster aufweist.
  10. Elektromobiles Kraftfahrzeug, aufweisend eine elektrische Antriebsmaschine (6), einen Hochvolt-Energiespeicher (2), welcher über ein Hochvolt-Bordnetz mit der elektrischen Antriebsmaschine (6) energetisch gekoppelt ist, eine Verbrennungsmaschine (13), einen Generator (14), welcher mechanisch mit der Verbrennungsmaschine (13) gekoppelt ist, einen Niedervolt-Energiespeicher (17), welcher über ein Niedervolt-Bordnetz mit dem Generator (14) energetisch gekoppelt ist, und eine Vorrichtung (4) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zum Steuern des elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und des elektrischen Hochvolt-Bordnetzes.
  11. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Niedervolt-Bordnetzes und eines elektrischen Hochvolt-Bordnetzes eines elektromobilen Kraftfahrzeugs (1), wobei dem Niedervolt-Bordnetz ein Niedervolt-Energiespeicher (17) und eine Verbrennungsmaschine (13) zugeordnet sind und wobei dem Hochvolt-Bordnetz ein Hochvolt-Energiespeicher (2) und eine elektrische Antriebsmaschine (6) des elektromobilen Kraftfahrzeugs (1) zugeordnet sind, das Verfahren aufweisend: Erfassen eines Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes mittels einer Überwachungseinrichtung (4.1), Trennen des Hochvolt-Energiespeichers (2) von dem Hochvolt-Bordnetz mittels einer Trenneinrichtung (4.2) als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen ersten Referenz-Spannungspegel, und Aktivieren der Verbrennungsmaschine (13) mittels einer Aktivierungseinrichtung (4.4) als Antwort auf ein Absinken des Spannungspegels des Niedervolt-Bordnetzes unter einen vorgegebenen zweiten Referenz-Spannungspegel, um so den Niedervolt-Energiespeicher aufzuladen und den Spannungspegel des Niedervolt-Bordnetzes mittels eines mit der Verbrennungsmaschine (13) mechanisch gekoppelten Generators (14) zu erhöhen.
  12. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei (a) das Erfassen des Spannungspegels, (b) das Trennen des Hochvolt-Energiespeichers (2) von dem Hochvolt-Bordnetz, (c) das Aktivieren der Verbrennungsmaschine (13) und (d) das Aufladen des Niedervolt-Energiespeichers (17) während eines Fahrbetriebs des elektromobilen Kraftfahrzeuges (1) durchgeführt wird.
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