DE102014215289A1 - Energy supply system for a motor vehicle with electric or hybrid drive - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, mit – einem Niederspannungs-Versorgungsnetz (12), – einer Hochvolt-Energiespeichereinrichtung (20), insbesondere Hochvolt-Batterieeinrichtung, die ihrerseits einen mehrere Speicherzellen (22) aufweisenden Hochvolt-Energiespeicher (24) und mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (26) für diesen Energiespeicher (24) aufweist und – einem von dem Hochvolt-Energiespeicher (24) mit elektrischer Energie gespeisten Hochspannungs-Versorgungsnetz (14) zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine (16) des Elektro- oder Hybridantriebs, wobei zwischen den elektrischen Potentialen der beiden Versorgungsnetze (12, 14) eine von der Spannung des Hochvolt-Energiespeichers (24) abhängige Potentialdifferenz liegt. Es ist mindestens ein zwischen die beiden Versorgungsnetze (12, 14) zwischengeschaltetes Überspannungsableiter-Bauelement (34) und/oder Varistor-Bauelement und/oder sonstiges elektrisches Bauelement vorgesehen, welches bis zu einer definierten Spannungsgrenze einer zwischen den Versorgungsnetzen (12, 14) anliegenden Spannung nicht leitend ist und beim Überschreiten dieser Spannungsgrenze temporär leitfähig wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (26) für eine Hochvolt-Energiespeichereinrichtung (20) eines Energieversorgungssystems (10).The invention relates to an energy supply system (10) for a motor vehicle with electric or hybrid drive, comprising - a low-voltage supply network (12), - a high-voltage energy storage device (20), in particular high-voltage battery device, which in turn has a plurality of memory cells (22) High-voltage energy storage (24) and at least one control and / or regulating device (26) for this energy storage (24) and - one of the high-voltage energy storage (24) supplied with electrical energy high-voltage power supply (14) for supplying an electrical Drive machine (16) of the electric or hybrid drive, wherein between the electrical potentials of the two supply networks (12, 14) one of the voltage of the high-voltage energy storage device (24) dependent potential difference. At least one surge arrester component (34) and / or varistor component and / or other electrical component interposed between the two supply networks (12, 14) is provided which up to a defined voltage limit of one between the supply networks (12, 14) Voltage is not conductive and becomes temporarily conductive when this voltage limit is exceeded. The invention further relates to a control and / or regulating device (26) for a high-voltage energy storage device (20) of an energy supply system (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, wobei das Energieversorgungssystem (i) ein Niederspannungs-Versorgungsnetz aufweist, (ii) eine Hochvolt-Energiespeichereinrichtung, insbesondere Hochvolt-Batterieeinrichtung, aufweist, die ihrerseits einen mehrere Speicherzellen aufweisenden Hochvolt-Energiespeicher und mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für diesen Energiespeicher aufweist und (iii) ein von dem Hochvolt-Energiespeicher mit elektrischer Energie gespeisten Hochspannungs-Versorgungsnetz zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine des Elektro- oder Hybridantriebs aufweist, wobei die zwischen den elektrischen Potentialen der beiden Versorgungsnetze liegende Potentialdifferenz von der Spannung des Hochvolt-Energiespeichers bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Hochvolt-Energiespeichereinrichtung eines Energieversorgungssystems.The invention relates to a power supply system for a motor vehicle with electric or hybrid drive, wherein the energy supply system (i) has a low-voltage power supply, (ii) a high-voltage energy storage device, in particular high-voltage battery device, which in turn has a plurality of memory cells having high-voltage energy storage and at least one control and / or regulating device for this energy store and (iii) has a high-voltage power supply supplied by the high-voltage energy storage with electrical energy for supplying an electric drive machine of the electric or hybrid drive, wherein the between the electrical potentials of the two Supply networks lying potential difference of the voltage of the high-voltage energy storage is determined. The invention further relates to a corresponding control and / or regulating device for a high-voltage energy storage device of an energy supply system.

Stand der TechnikState of the art

Eine solches Energiesystem mit zwei Versorgungsnetzen, bei denen die zwischen den elektrischen Potentialen zweier Versorgungsnetze liegende Potentialdifferenz von der Spannung eines als Hochvolt-Batterie ausgebildeten Hochvolt-Energiespeichers bestimmt wird ist für Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb bekannt. Das Niederspannungs-Versorgungsnetz ist das übliche Bordnetz des Kraftfahrzeugs und hat beispielsweise eine Betriebsspannung von 12 Volt. Das von dem Hochvolt-Energiespeicher gespeiste Hochspannungs-Versorgungsnetz zur Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine des Elektrooder Hybridantriebs liefert üblicherweise eine Spannung von deutlich mehr als 100 Volt Gleichspannung. Mit Hochspannungs-Versorgungsnetz ist ein vom Fahrzeugpotenzial in mindestens einem Fahrzustand isoliertes Netz gemeint, welches eine Mindestspannungsfestigkeit zum Niederspannungsnetz des Fahrzeuges hat.Such an energy system with two supply networks, in which the potential difference between the electrical potentials of two supply networks is determined by the voltage of a high-voltage battery designed as a high-voltage battery is known for motor vehicles with electric or hybrid drive. The low-voltage supply network is the usual electrical system of the motor vehicle and has, for example, an operating voltage of 12 volts. The powered by the high-voltage energy storage high-voltage power supply to supply the electric drive machine of the electric or hybrid drive usually provides a voltage of well above 100 volts DC. By high-voltage power supply network is meant a isolated from the vehicle potential in at least one driving state network, which has a minimum voltage resistance to the low voltage network of the vehicle.

Bei Hochvolt-Batteriespeichern für Kraftfahrzeuge werden die Batteriezellen meist in Reihe geschaltet, um eine hohe Spannung und so bei hohen Leistungen geringe Ströme liefern zu müssen. Es entstehen so Systemspannungen von bis zu 450V in aktuellen Hochvolt-Energiespeichern. Aus Sicherheitsgründen ist das Hochspannungs-Versorgungsnetz im Fahrzeug galvanisch vom Niederspannungs-Versorgungsnetz, also dem Bord- oder Fahrzeugnetz bzw. der Fahrzeugmasse entkoppelt. Ein derartiger Aufbau wird in der Elektrotechnik als IT-Netz bezeichnet. Das Hochspannungs-Versorgungsnetz ist somit ein in sich geschlossener Stromkreis. Es hat (bei offenen Schützen) keinen definierten Potenzialunterschied zur Fahrzeugmasse (= Batteriegehäuse). Üblicherweise werden die lsolationsabstände auf Überspannungen von mehreren kV, beispielsweise 2,7kV, ausgelegt und getestet. Das heisst aber auch, dass ab einem Potenzialunterschied von mehr als 2700V ein Überschlag auftreten kann. Es ist hierbei nicht definiert, wo der Überschlag stattfindet und unter Umständen können Batteriekomponenten beschädigt werden.In high-voltage battery storage for motor vehicles, the battery cells are usually connected in series in order to provide a high voltage and thus low currents at high powers. This results in system voltages of up to 450V in current high-voltage energy storage systems. For safety reasons, the high-voltage supply system in the vehicle is galvanically decoupled from the low-voltage supply network, ie the on-board or vehicle network or vehicle mass. Such a structure is referred to in electrical engineering as an IT network. The high voltage power supply is thus a self-contained circuit. It has (with open contactors) no defined potential difference to the vehicle mass (= battery case). Usually, the insulation distances are designed and tested for overvoltages of several kV, for example 2.7 kV. But that also means that from a potential difference of more than 2700V, a rollover can occur. It is not defined where the flashover occurs, and battery components may be damaged.

Die als BCU (Battery control unit, Batterie-Steuergerät) ausgebildete Steuerund/oder Regeleinrichtung hat üblicherweise auf ihrer Leiterplatte (Platine) einen Teil auf dem elektrischen Potential des Hochspannungs-Versorgungsnetzes und einen Teil auf dem elektrischen Potential des Niederspannungs-Versorgungsnetzes. Dazwischen gibt es einen lsolationsgraben, um die Notwendigen lsolationsstrecken einzuhalten. Eine Signalübertragung bei gleichzeitiger Potenzialtrennung über den Graben erfolgt meist über Optokoppler oder Relais.The control and / or regulating device embodied as BCU (Battery Control Unit) usually has on its printed circuit board (board) a part at the electrical potential of the high-voltage supply network and a part at the electrical potential of the low-voltage supply network. In between there is an isolation ditch to keep the necessary isolation distances. Signal transmission with simultaneous electrical isolation across the trench is usually via optocouplers or relays.

Die Leiterplatte ist meist die Schwachstelle für Überschläge zwischen den Versorgungsnetzen weil die Spannungsfestigkeit der Komponenten (z. B. des Relais) beziehungsweise die lsolationsstrecken auf der Elektronik aus Verfügbarkeits-, Bauraum- und Kostengründen begrenzt ist. Wenn ein Überschlag auftritt, können Komponenten beschädigt werden und für einen Ausfall der Isolation zwischen den Hoch- und Niederspannungsteilen sorgen. Somit ist die Hochspannungssicherheit der Batterie nicht mehr gewährleistet.The circuit board is usually the weak point for flashovers between the supply networks because the dielectric strength of the components (eg of the relay) or the insulation paths on the electronics for availability, space and cost reasons is limited. If a flashover occurs, components can be damaged and cause a breakdown in the insulation between the high and low voltage parts. Thus, the high voltage safety of the battery is no longer guaranteed.

Die erfindungsgemäße Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass in der Steuer- und/oder verschaltete Bauteile besser vor transienten Überspannungen geschützt sind. The control and / or regulating device according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that in the control and / or interconnected components are better protected against transient overvoltages.

Bei dem erfindungsgemäßen ein Energieversorgungssystem ist vorgesehen, dass dieses mindestens ein zwischen die beiden Versorgungsnetze zwischengeschaltetes Überspannungsableiter-Bauelement und/oder Varistor-Bauelement und/oder sonstiges elektrisches Bauelement aufweist, welches bis zu einer definierten Spannungsgrenze einer anliegenden Spannung, z.B. 2,7kV, nicht leitend ist und beim Überschreiten dieser Spannungsgrenze temporär leitfähig wird. Das Varistor-Bauelement ist dabei ein Varistor-Bauelement, das beim Nichtleiten hochohmig isoliert.In the case of an energy supply system according to the invention, provision is made for this to have at least one surge arrester component and / or varistor component and / or other electrical component connected between the two supply networks, which voltage is applied up to a defined voltage limit of an applied voltage, e.g. 2.7kV, is non-conductive and becomes temporarily conductive when this voltage limit is exceeded. The varistor component is a varistor component, which isolates high impedance when not conducting.

Diese erfindungsgemäße Maßnahme erlaubt es, die geforderten Spannungsfestigkeiten einzuhalten und beim Überschreiten der Grenzen für einen sicheren Potenzialausgleich zwischen den Hoch- und Niederspannungspotentialen zu sorgen, ohne dass Komponenten beschädigt werden.This measure according to the invention makes it possible to comply with the required voltage strengths and, when the limits are exceeded, to ensure a secure equipotential bonding between the high and low-voltage potentials without damaging components.

Mit Vorteil sind die beiden Versorgungsnetze dabei –die Überbrückung durch das Varistor-Bauelement einmal ausgenommen- voneinander galvanisch getrennt angeordnet. Advantageously, the two supply networks are arranged-the bypass by the varistor component once except- galvanically separated from each other.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Steuerund/oder Regeleinrichtung eine Schaltungsanordnung auf, die ihrerseits einen ersten Schaltungsteil aufweist, der im Niederspannungs-Versorgungsnetz verschaltet ist, und einen zweiten Schaltungsteil aufweist, der im Hochspannungs-Versorgungsnetz verschaltetet ist, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung weiterhin auch das mindestens eine zwischen die beiden Schaltungsteilen zwischengeschaltete Überspannungsableiter- und/oder Varistor- und/oder sonstige elektrische Bauelement aufweist. aufweist. Durch diese Maßnahme werden die Bauteile/Komponenten der Steuer- und/oder Regeleinrichtung besonders effektiv geschützt.According to an advantageous embodiment of the invention, the control and / or regulating device has a circuit arrangement, which in turn has a first circuit part which is connected in the low-voltage supply network, and has a second circuit part, which is interconnected in the high-voltage supply network, wherein the control and / or control device furthermore also has the at least one between the two circuit parts intermediate surge and / or varistor and / or other electrical component. having. By this measure, the components / components of the control and / or regulating device are particularly effectively protected.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Schaltungsteile auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet oder zumindest Bauteile beider Schaltungsteile auf dieser Leiterplatte verschaltet, wobei auch das mindestens eine Überspannungsableiter- und/oder Varistor- und/oder sonstige elektrische Bauelement auf dieser Leiterplatte verschaltet ist. According to a further advantageous embodiment of the invention, the two circuit parts are arranged on a common circuit board or at least components of both circuit parts connected on this circuit board, wherein the at least one surge arrester and / or varistor and / or other electrical component is connected on this circuit board.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Überspannungsableiter-Bauelement als gasgefüllter Überspannungsableiter ausgebildet.In a preferred embodiment, the surge arrester component is designed as a gas-filled surge arrester.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingerichtet ist, bezüglich der Hochvolt-Energiespeichereinrichtung zumindest eine der folgenden Funktionen zu übernehmen:

  • – Ladekontrolle,
  • – Lastmanagement,
  • – Bestimmung des Ladezustandes der Speicherzellen,
  • – Bestimmung des Gesundheitszustandes der Speicherzellen,
  • – Ausbalancieren der Speicherzellen,
  • – Thermomanagement,
  • – Authentifizierung und Identifizierung und
  • – Kommunikation der Energiespeichereinrichtung.
According to yet another advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control and / or regulating device is set up to take over at least one of the following functions with regard to the high-voltage energy storage device:
  • - charge control,
  • - load management,
  • Determination of the state of charge of the memory cells,
  • Determination of the health of the memory cells,
  • - balancing the memory cells,
  • - thermal management,
  • - Authentication and identification and
  • - Communication of the energy storage device.

Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Hochspannungs-Versorgungsnetz einen Inverter (Wechselrichter) aufweist, über die im Hochspannungs-Versorgungsnetz verschaltete elektrische Antriebsmaschine mit elektrischer Energie versorgt wird.Furthermore, it is advantageously provided that the high-voltage supply network has an inverter (inverter), is supplied via the switched in the high-voltage power supply electric drive machine with electrical energy.

Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Hochvolt-Energiespeicher aus mehreren miteinander elektrisch verschalteten Energiespeichermodulen modular aufgebaut ist, wobei die Energiespeichermodule ihrerseits jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Speicherzellen aufweisen.Finally, it is provided with advantage that the high-voltage energy storage device of a plurality of electrically interconnected energy storage modules is modular, wherein the energy storage modules in turn each have a plurality of electrically interconnected memory cells.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Hochvolt-Energiespeichereinrichtung eines Energieversorgungssystems, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung einen ersten Schaltungsteil aufweist, der in einem Niederspannungs-Versorgungsnetz des Energieversorgungssystems verschaltbar ist und einen zweiten Schaltungsteil aufweist, der im Hochspannungs-Versorgungsnetz des Energieversorgungssystems verschaltbar ist. Es ist vorgesehen, dass die eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung weiterhin mindestens ein zwischen den beiden Schaltungsteilen zwischengeschaltetes Überspannungsableiter-Bauelement und/oder Varistor-Bauelement und/oder ein sonstiges elektrisches Bauelement, welches bis zu einer definierten Spannungsgrenze einer zwischen den Versorgungsnetzen anliegenden Spannung nicht leitend ist und beim Überschreiten dieser Spannungsgrenze temporär leitfähig wird.The invention further relates to a control and / or regulating device for a high-voltage energy storage device of a power supply system, wherein the control and / or regulating device comprises a first circuit part which is connectable in a low-voltage power supply system of the power supply system and has a second circuit part in the High-voltage power supply system of the power supply system is interconnected. It is envisaged that the one control and / or regulating device further comprises at least one between the two circuit parts interposed surge arrester component and / or varistor component and / or other electrical component, which up to a defined voltage limit of a voltage applied between the supply networks voltage is not conductive and becomes temporarily conductive when this voltage limit is exceeded.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Energieversorgungssystem als vorstehend beschriebenes Energieversorgungssystem ausgebildet.According to an advantageous development of the invention, the energy supply system is designed as an energy supply system described above.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to figures. Show it

1 in einer schematischen Darstellung ein Energieversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb und 1 in a schematic representation of an energy supply system for a motor vehicle with electric or hybrid drive and

2 eine Leiterplatte einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Energiespeicher des Energieversorgungssystems. 2 a printed circuit board of a control and / or regulating device for an energy storage of the power supply system.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Energieversorgungssystem 10 für ein (nicht gezeigtes) Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb. Das Energieversorgungssystem 10 umfasst ein als Rahmen angedeutetes Niederspannungs-Versorgungsnetz 12, das das übliche Fahrzeug- oder Bordnetz des Kraftfahrzeugs bildet. Weiterhin weist das Energieversorgungssystem 10 ein vom Niederspannungs-Versorgungsnetz 12 galvanisch getrenntes Hochspannungs-Versorgungsnetz 14 zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine 16 des Elektro- oder Hybridantriebs auf. Die Trennung ist durch Doppelpfeile 18 symbolisiert. In dem Hochspannungs-Versorgungsnetz 14 ist eine als Hochvolt-Batterieeinrichtung ausgebildete Hochvolt-Energiespeichereinrichtung 20 verschaltet, die ihrerseits einen mehrere Speicherzellen 22 aufweisenden Hochvolt-Energiespeicher 24 und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 für diesen Energiespeicher 24 aufweist. Die hier gezeigte Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 ist ein Batterie-Steuergrät bzw. ein Batteriemanagementsystem. Der Hochvolt-Energiespeicher 24 ist aus mehreren (im Beispiel drei) miteinander elektrisch verschalteten Energiespeichermodulen 28 modular aufgebaut, wobei die Energiespeichermodule 28 ihrerseits jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Speicherzellen 22 aufweisen. Weiterhin weist das Hochspannungs-Versorgungsnetz 14 einen zwischen den Energiespeicher 24 und die Antriebsmaschine 16 zwischengeschalteten Wechselrichter (Inverter) 30 auf, über den die elektrische Antriebsmaschine 16 mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei zwischen dem Energiespeicher 24 und dem Wechselrichter 30 Schütze 32 verschaltet sind. The 1 shows a schematic representation of a power supply system 10 for a (not shown) motor vehicle with electric or hybrid drive. The energy supply system 10 includes a low-voltage supply network indicated as a frame 12 , which forms the usual vehicle or electrical system of the motor vehicle. Furthermore, the power supply system 10 one from the low voltage supply network 12 galvanically isolated high-voltage supply network 14 for supplying an electric drive machine 16 of the electric or hybrid drive. The separation is by double arrows 18 symbolizes. In the high voltage supply network 14 is a designed as a high-voltage battery device high-voltage energy storage device 20 connected, in turn, a multiple memory cells 22 having high-voltage energy storage 24 and a control and / or regulating device 26 For this energy storage 24 having. The control and / or regulating device shown here 26 is a battery control or battery management system. The high-voltage energy storage 24 is composed of several (in the example three) electrically interconnected energy storage modules 28 modular, the energy storage modules 28 in turn, each with several electrically interconnected memory cells 22 exhibit. Furthermore, the high-voltage supply network 14 one between the energy storage 24 and the prime mover 16 Intermediate inverter (inverter) 30 on, over which the electric drive machine 16 is supplied with electrical energy, being between the energy storage 24 and the inverter 30 Sagittarius 32 are interconnected.

Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 ist in beiden Versorgungsnetzen 12, 14 verschaltet und weist ein zwischen die beiden Versorgungsnetze 12, 14 zwischengeschaltetes Überspannungsableiter-Bauelement 34 auf. Dieses Überspannungsableiter-Bauelement 34 ist als gasgefüllter Überspannungsableiter 36 ausgeführt. The control and / or regulating device 26 is in both supply networks 12 . 14 interconnects and assigns one between the two supply networks 12 . 14 Interposed surge arrester component 34 on. This surge arrester component 34 is a gas-filled surge arrester 36 executed.

Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 weist dazu eine in 2 angedeutete Schaltungsanordnung 38 auf, die ihrerseits einen ersten Schaltungsteil 40 besitzt, der im Niederspannungs-Versorgungsnetz 12 und einen zweiten Schaltungsteil 42 auf, der im Hochspannungs-Versorgungsnetz 14 verschaltetet ist. Die beiden Schaltungsteile 40, 42 sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 44 angeordnet oder es sind zumindest Bauteile beider Schaltungsteile 40, 42 auf dieser Leiterplatte 44 verschaltet. Das in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeordnete Überspannungsableiter-Bauelement 34 ist dabei zwischen den beiden Schaltungsteilen 40, 42 zwischengeschaltet, wobei auch dieses Bauelement 34 auf der Leiterplatte 44 verschaltet ist. The control and / or regulating device 26 has an in 2 indicated circuit arrangement 38 on, in turn, a first circuit part 40 owns that in the low voltage supply network 12 and a second circuit part 42 on that in the high-voltage supply network 14 is interconnected. The two circuit parts 40 . 42 are on a common circuit board 44 arranged or it is at least components of both circuit parts 40 . 42 on this circuit board 44 connected. The arranged in the control and / or regulating device surge arrester component 34 is between the two circuit parts 40 . 42 interposed, including this device 34 on the circuit board 44 is interconnected.

Es ergibt sich folgende Funktion:
Die gezeigte Maßnahme erlaubt es, die geforderten Spannungsfestigkeiten des Energieversorgungssystems 10 einzuhalten und beim Überschreiten der Grenzen für einen sicheren Potenzialausgleich zwischen den Potentialen der beiden Versorgungsnetze 12, 14 (den Hoch- und Niederspannungspotentialen) zu sorgen, ohne dass Komponenten der Energiespeichereinrichtung 20 oder andere Systemkomponenten beschädigt werden.The result is the following function:
The measure shown allows the required voltage strengths of the power supply system 10 and to exceed the limits for a secure equipotential bonding between the potentials of the two supply grids 12 . 14 (the high and low voltage potentials) without having components of the energy storage device 20 or other system components are damaged.

Bei angeschlossenem Energiespeicher 24 an das Stromversorgungsnetz 12 können (z.B. durch Blitzeinschläge in der Nähe) transiente Überspannungen auftreten. Diese Überspannungen werden für Niederspannungsnetze in der Norm DIN EN 60664-1 für unterschiedliche Geräte definiert. Je nachdem, wie „nah“ das Gerät an der Hochspannungs- Überlandleitung ist, werden die maximalen Überspannungen in unterschiedliche Kategorien eingeteilt. Um bei den auftretenden Transienten Überspannungen die Potenzialtrennung zwischen den Hoch- und Niedervoltnetzten aufrecht zu halten, müssen die entsprechenden Spannungsfestigkeiten eingehalten werden.With connected energy storage 24 to the power grid 12 can cause transient overvoltages (eg due to lightning strikes nearby). These surges are used for low voltage networks in the Standard DIN EN 60664-1 defined for different devices. Depending on how close the device is to the high-voltage transmission line, the maximum overvoltages are divided into different categories. In order to maintain the potential separation between the high-voltage and low-voltage networks in the case of transient overvoltages, the corresponding dielectric strengths must be maintained.

Im ungünstigsten Fall können Überspannungen über 2,7kV auftreten, so dass der Potentialunterschied zwischen Hochspannungs-Versorgungsnetz (kurz HV-System) 14 und Niederspannungs-Versorgungsnetz (kurz LV-System) 12 (Batteriegehäuse bzw. Fahrzeugmasse) den Wert, auf den die Isolation ausgelegt ist, überschreitet. Für diesen Fall soll das Überspannungsableiter-Bauelement 34 (typischerweise ein gasgefüllter Überspannungsableiter 36) zwischen das HV und LV-System eingebracht werden. Das Überspannungsableiter-Bauelement 34 isoliert unter einer Grenzspannung galvanisch und wenn diese Spannung überschritten wird (z.B. 2,7kV) entsteht ein Lichtbogen zwischen den Anschlüssen, so dass sich die zwei Potentiale angleichen. Nachdem der Potentialunterschied einen bestimmten Wert unterschritten hat, erlischt der Lichtbogen und die Isolation ist wieder galvanisch. Dabei wird das Überspannungsableiter-Bauelement 34 nicht zerstört.In the worst case overvoltages can occur over 2.7kV, so that the potential difference between high-voltage supply network (short HV system) 14 and low-voltage supply network (LV system for short) 12 (Battery housing or vehicle ground) exceeds the value to which the insulation is designed. In this case, the surge arrester component 34 (typically a gas-filled surge arrester 36 ) between the HV and LV system. The surge arrester component 34 isolated under a voltage limit galvanic and when this voltage is exceeded (eg 2,7kV) creates an arc between the terminals, so that the two potentials equalize. After the potential difference has fallen below a certain value, the arc goes out and the insulation is again galvanic. In this case, the surge arrester component 34 not destroyed.

Es werden bei dem Vorgang keine Bauteile beschädigt, es entsteht kein Sicherheitsrisiko durch die kurzzeitige Leitfähigkeit zwischen HV und LV-System. Das Energieversorgungssystem 10 hat am Überspannungsableiter-Bauelement 34 eine „definierte Schwachstelle“, die die sonstigen Komponenten schützt. Das Ableiter-Bauelement 34 kann dabei sowohl auf der Elektronik verbaut sein (s. 2) oder zwischen Bauteilen auf HV (z.B. Kabel, Stromschienen, Zellen) bzw. LV verbaut sein. Es ist nicht notwendig, dass das Überspannungsableiter-Bauelement 34 in der Energiespeichereinrichtung 20 verbaut ist, es kann auch an anderer Stelle im HV System integriert sein (Inverter 30, Kabel, Motor 16). Anstatt eines Überspannungsableiter-Bauelements 34 könnte auch ein (nicht gezeigtes) Varistor-Bauelement oder ein sonstiges elektrisches Bauelement zwischengeschaltet sein, welche bis zu einer definierten Spannungsgrenze einer anliegenden Spannung nicht leitend ist und beim Überschreiten dieser Spannungsgrenze leitfähig werden. There are no components damaged in the process, there is no security risk due to the short-term conductivity between HV and LV system. The energy supply system 10 has on the surge arrester component 34 a "defined vulnerability" that protects the other components. The arrester component 34 can be installed both on the electronics (s. 2 ) or between components on HV (eg cables, busbars, cells) or LV. It is not necessary that the surge arrester component 34 in the energy storage device 20 It can also be integrated elsewhere in the HV system (inverter 30 , Cable, engine 16 ). Instead of a surge arrester component 34 It would also be possible to interpose a varistor component or another electrical component (not shown) which is non-conductive up to a defined voltage limit of an applied voltage and becomes conductive when this voltage limit is exceeded.

Erfindungsgemäß können mehrere elektrische Bauelemente 34, die für einen definierten Potenzialausgleich zuständig sind, zwischen das HV und LV System jeweils an unterschiedliche Positionen verbaut werden. Somit kann sichergestellt werden, dass an keiner Stelle die maximal abgesicherte Spannungsfestigkeit der Komponenten überschritten wird.According to the invention, a plurality of electrical components 34 , which are responsible for a defined equipotential bonding, between the HV and LV system are installed in different positions. Thus, it can be ensured that at no point the maximum fused dielectric strength of the components is exceeded.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Norm DIN EN 60664-1 [0025] Standard DIN EN 60664-1 [0025]

Claims (8)

Energieversorgungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, mit – einem Niederspannungs-Versorgungsnetz (12), – einer Hochvolt-Energiespeichereinrichtung (20), insbesondere Hochvolt-Batterieeinrichtung, die ihrerseits einen mehrere Speicherzellen (22) aufweisenden Hochvolt-Energiespeicher (24) und mindestens eine Steuerund/oder Regeleinrichtung (26) für diesen Energiespeicher (24) aufweist und – einem von dem Hochvolt-Energiespeicher (24) mit elektrischer Energie gespeisten Hochspannungs-Versorgungsnetz (14) zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine (16) des Elektro- oder Hybridantriebs, wobei zwischen den elektrischen Potentialen der beiden Versorgungsnetze (12, 14) eine von der Spannung des Hochvolt-Energiespeichers (24) abhängige Potentialdifferenz liegt, gekennzeichnet durch mindestens ein zwischen die beiden Versorgungsnetze (12, 14) zwischengeschaltetes Überspannungsableiter-Bauelement (34) und/oder Varistor-Bauelement und/oder sonstiges elektrisches Bauelement, welches bis zu einer definierten Spannungsgrenze einer zwischen den Versorgungsnetzen (12, 14) anliegenden Spannung nicht leitend ist und beim Überschreiten dieser Spannungsgrenze temporär leitfähig wird. Energy supply system ( 10 ) for a motor vehicle with electric or hybrid drive, with - a low-voltage supply network ( 12 ), - a high-voltage energy storage device ( 20 ), in particular high-voltage battery device, which in turn has a plurality of memory cells ( 22 ) having high-voltage energy storage ( 24 ) and at least one control and / or regulating device ( 26 ) for this energy store ( 24 ) and - one of the high-voltage energy storage ( 24 ) supplied with electrical energy high-voltage supply network ( 14 ) for supplying an electric drive machine ( 16 ) of the electric or hybrid drive, wherein between the electrical potentials of the two supply networks ( 12 . 14 ) one of the voltage of the high-voltage energy store ( 24 ) dependent potential difference, characterized by at least one between the two supply networks ( 12 . 14 ) intermediate surge arrester component ( 34 ) and / or varistor component and / or other electrical component, which up to a defined voltage limit of one between the supply networks ( 12 . 14 ) voltage is not conductive and becomes temporarily conductive when exceeding this voltage limit. Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (26) eine Schaltungsanordnung (38) aufweist, die ihrerseits einen ersten Schaltungsteil (40) aufweist, der im Niederspannungs-Versorgungsnetz (12) verschaltet ist, und einen zweiten Schaltungsteil (42) aufweist, der im Hochspannungs-Versorgungsnetz (14) verschaltetet ist, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (26) weiterhin auch das mindestens eine zwischen den beiden Schaltungsteilen (40, 42) zwischengeschaltete Bauelement (34) aufweist. Energy supply system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the control and / or regulating device ( 26 ) a circuit arrangement ( 38 ), which in turn has a first circuit part ( 40 ) in the low-voltage supply network ( 12 ), and a second circuit part ( 42 ) in the high-voltage supply network ( 14 ), wherein the control and / or regulating device ( 26 ) also the at least one between the two circuit parts ( 40 . 42 ) intermediate component ( 34 ) having. Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schaltungsteile (40, 42) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (44) angeordnet sind oder zumindest Bauteile beider Schaltungsteile (40, 42) auf dieser Leiterplatte (44) verschaltet sind und dass auch das Überspannungsableiter-Bauelement (34) und/oder Varistor-Bauelement und/oder sonstige Bauelement auf dieser Leiterplatte (44) verschaltet ist. Energy supply system ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the two circuit parts ( 40 . 42 ) on a common printed circuit board ( 44 ) are arranged or at least components of both circuit parts ( 40 . 42 ) on this circuit board ( 44 ) and that also the surge arrester component ( 34 ) and / or varistor component and / or other component on this circuit board ( 44 ) is interconnected. Energieversorgungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überspannungsableiter-Bauelement (34) als gasgefüllter Überspannungsableiter (36) ausgebildet ist.Energy supply system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the surge arrester component ( 34 ) as a gas-filled surge arrester ( 36 ) is trained. Energieversorgungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (26) eingerichtet ist, bezüglich der Hochvolt-Energiespeichereinrichtung (20) zumindest eine der folgenden Funktionen zu übernehmen: – Ladekontrolle des Hochvolt-Energiespeichers (24), – Lastmanagement des Hochvolt-Energiespeichers (24), – Bestimmung des Ladezustandes der Speicherzellen (22), – Bestimmung des Gesundheitszustandes der Speicherzellen (22), – Ausbalancieren der Speicherzellen (22), – Thermomanagement des Hochvolt-Energiespeichers (24), – Authentifizierung und Identifizierung des Hochvolt-Energiespeichers (24) und – Kommunikation der Energiespeichereinrichtung (20).Energy supply system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control and / or regulating device ( 26 ) is arranged with respect to the high-voltage energy storage device ( 20 ) assume at least one of the following functions: - charge control of the high-voltage energy storage device ( 24 ), - load management of the high-voltage energy storage ( 24 ), - determination of the state of charge of the memory cells ( 22 ), - determination of the health status of the storage cells ( 22 ), - balancing the memory cells ( 22 ), - Thermal management of high-voltage energy storage ( 24 ), - authentication and identification of the high-voltage energy storage device ( 24 ) and - communication of the energy storage device ( 20 ). Energieversorgungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochspannungs-Versorgungsnetz (14) einen Wechselrichter (30) aufweist, über den die im Hochspannungs-Versorgungsnetz (14) verschaltete elektrische Antriebsmaschine (16) mit elektrischer Energie versorgt wird. Energy supply system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage supply network ( 14 ) an inverter ( 30 ), over which the in the high-voltage supply network ( 14 ) interconnected electric drive machine ( 16 ) is supplied with electrical energy. Energieversorgungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-Energiespeicher (24) aus mehreren miteinander elektrisch verschalteten Energiespeichermodulen (28) modular aufgebaut ist, wobei die Energiespeichermodule (28) ihrerseits jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Speicherzellen (22) aufweisen.Energy supply system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage energy storage ( 24 ) of a plurality of electrically interconnected energy storage modules ( 28 ) is modular, wherein the energy storage modules ( 28 ) in each case a plurality of electrically interconnected memory cells ( 22 ) exhibit. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (26) für eine Hochvolt-Energiespeichereinrichtung (20) eines Energieversorgungssystems (10), insbesondere eines Energieversorgungssystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (26) einen ersten Schaltungsteil (40) aufweist, der im Niederspannungs-Versorgungsnetz (12) des Energieversorgungssystems (10) verschaltbar ist und einen zweiten Schaltungsteil (42) aufweist, der im Hochspannungs-Versorgungsnetz (14) des Energieversorgungssystems (10) verschaltbar ist, gekennzeichnet durch mindestens einen zwischen den beiden Schaltungsteilen (40, 42) zwischengeschaltetes Überspannungsableiter-Bauelement (34) und/oder Varistor-Bauelement und/oder ein sonstiges elektrisches Bauelement, welches bis zu einer definierten Spannungsgrenze einer zwischen den Versorgungsnetzen (12, 14) anliegenden Spannung nicht leitend ist und beim Überschreiten dieser Spannungsgrenze temporär leitfähig wird.Control and / or regulating device ( 26 ) for a high-voltage energy storage device ( 20 ) of an energy supply system ( 10 ), in particular an energy supply system ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the control and / or regulating device ( 26 ) a first circuit part ( 40 ) in the low-voltage supply network ( 12 ) of the energy supply system ( 10 ) and a second circuit part ( 42 ) in the high-voltage supply network ( 14 ) of the energy supply system ( 10 ), characterized by at least one between the two circuit parts ( 40 . 42 ) intermediate surge arrester component ( 34 ) and / or varistor component and / or another electrical component, which up to a defined voltage limit of one between the supply networks ( 12 . 14 ) voltage is not conductive and becomes temporarily conductive when exceeding this voltage limit.
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