DE102015201899A1 - Method for securing a high-voltage electrical system of a motor vehicle with a first and a second energy source, computer program product and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Es wird ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Absicherung eines Hochvolt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten und einer zweiten Energiequelle angegeben. Erfindungsgemäß werden die Schwellenwerte der Spannung und der Stromstärke der Unterbrechungselemente so gewählt, dass das Hochvolt-Bordnetz gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands abgesichert ist. Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogrammprodukt und ein Kraftfahrzeug.It is a simple and reliable method for securing a high-voltage electrical system of a motor vehicle specified with a first and a second energy source. According to the invention, the threshold values of the voltage and the current intensity of the interruption elements are selected so that the high-voltage vehicle electrical system is protected against overcurrents occurring due to an electrical short circuit at least for all values of the electrical short-circuit resistance lying below the maximum value of the electrical short-circuit resistance. The invention further comprises a computer program product and a motor vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absicherung eines Hochvolt-(HV-)Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten und einer zweiten Energiequelle. The present invention relates to a method for securing a high-voltage (HV) vehicle electrical system of a motor vehicle with a first and a second energy source.

Herkömmliche Bordnetze von Kraftfahrzeugen verfügen üblicherweise über eine Betriebsspannung von 12 Volt (V), welche von einer Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird. Tritt in einem solchen Niedervolt-(NV-)Bordnetz ein elektrischer Kurzschluss auf, d.h. wird in dem NV-Bordnetz unbeabsichtigt eine elektrische Verbindung mit geringem elektrischem Widerstand hergestellt, so könnte es ohne Absicherung zu einem Stromfluss mit hoher Stromstärke kommen, der Bauteile des NV-Bordnetzes, beispielsweise Kabel, überhitzen und schädigen könnte. Es werden daher elektrische Sicherungen eingesetzt, die die elektrische Verbindung unterbrechen, wenn die jeweilige Stromstärke einen bestimmten Wert (Nennstrom) überschreitet. Mit unterschiedlichen Sicherungen können einzelne Bauteile gegen unterschiedlich große Ströme abgesichert werden. Beispielsweise kann der Nennstrom der Sicherung in Abhängigkeit der Größe des Querschnitts eines Kabels gewählt werden. In der Regel weist der Wertebereich der Stromstärken, die im Normalbetrieb des NV-Bordnetzes auftreten, und der Wertebereich der Stromstärken, die im Störfall, beispielsweise im Fall eines Kurzschlusses, auftreten können, keine Überlappung auf. 1(a) veranschaulicht diesen Sachverhalt, indem die Wertebereiche der Stromstärken im Normalbetrieb und im Störfall auf einer Skala der Stromstärke dargestellt sind. Zur Absicherung des NV-Bordnetzes ist es daher ausreichend, elektrische Sicherungen vorzusehen, deren Nennströme jeweils zwischen dem größten im Normalbetrieb des NV-Bordnetzes und dem kleinsten im Störfall des NV-Bordnetzes auftretenden Wert der Stromstärke liegen. Conventional vehicle electrical systems usually have an operating voltage of 12 volts (V), which is provided by a vehicle battery. If an electrical short-circuit occurs in such a low-voltage (NV) vehicle electrical system, ie if an electrical connection with low electrical resistance is unintentionally produced in the vehicle's on-board electrical system, then a current flow with high current intensity could occur without protection, the components of the NV Board network, such as cables, could overheat and damage them. Therefore, electrical fuses are used which interrupt the electrical connection when the respective current exceeds a certain value (rated current). With different fuses, individual components can be protected against different currents. For example, the rated current of the fuse can be selected depending on the size of the cross section of a cable. As a rule, the value range of the current strengths that occur during normal operation of the NV on-board electrical system, and the range of values of the currents that can occur in the event of a fault, for example in the event of a short circuit, no overlap. 1 (a) illustrates this situation by the ranges of values of the currents in normal operation and in case of failure on a scale of the current are shown. To protect the NV-board network, it is therefore sufficient to provide electrical fuses whose rated currents are each between the largest in normal operation of the NV on-board network and the smallest occurring in case of failure of the NV on-board electrical current value.

Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb (Elektrofahrzeuge) verfügen über ein HV-Bordnetz. Dieses zeichnet sich durch eine Betriebsspannung von mehr als 60 V, bevorzugt zwischen 200 V und 400 V, aus. Unter dem Begriff Elektrofahrzeug sind dabei alle Kraftfahrzeuge zu verstehen, die wenigstens teilweise mittels eines Elektromotors antreibbar sind. Es sind Elektrofahrzeuge ohne Verbrennungsmotor und Elektrofahrzeuge mit Verbrennungsmotor bekannt. Der Verbrennungsmotor eines Elektrofahrzeugs kann dem Antrieb und / oder der Aufladung eines Energiespeichers mittels eines Generators dienen. Elektrofahrzeuge mit einem wenigstens teilweise dem Antrieb dienenden Verbrennungsmotor sind als Hybrid-Elektrofahrzeuge bekannt. Ein HV-Bordnetz eines Elektrofahrzeugs verfügt über einen Elektromotor und einen Energiespeicher, insbesondere eine HV-Batterie, der Energie zum Betrieb des Elektromotors bereitstellt. Motor vehicles with electric drive (electric vehicles) have a HV electrical system. This is characterized by an operating voltage of more than 60 V, preferably between 200 V and 400 V, from. The term "electric vehicle" means all motor vehicles that can be driven at least partially by means of an electric motor. There are electric vehicles without combustion engine and electric vehicles with internal combustion known. The internal combustion engine of an electric vehicle can serve to drive and / or charge an energy store by means of a generator. Electric vehicles with an at least partially driving the internal combustion engine are known as hybrid electric vehicles. An HV electrical system of an electric vehicle has an electric motor and an energy store, in particular a HV battery, which provides energy for operating the electric motor.

Anders als vorab für ein NV-Bordnetz beschrieben können sich die Wertebereiche der Stromstärken des HV-Bordnetzes im Normalbetrieb und im beispielsweise durch einen Kurzschluss verursachten Störfall überlappen. 1(b) veranschaulicht diesen Sachverhalt, indem die Wertebereiche der Stromstärken im Normalbetrieb und im Störfall auf einer Skala der Stromstärke dargestellt sind. Ein Grund für diesen Effekt liegt in der Abhängigkeit des Innenwiderstands der Batteriezellen der HV-Batterie vom Ladezustand (englisch „state of charge“, SOC) und von der Umgebungstemperatur. Treten Stromstärken in dem Überlappungsbereich der Wertebereiche von Normalbetrieb und Störungsfall auf, so kann nicht allein aufgrund der Stromstärke auf einen Störungsfall geschlossen werden. Zur Absicherung des HV-Bordnetzes gegen Überströme kann daher zusätzlich auch die Klemmenspannung der HV-Batterie überwacht werden. Der Kurzschlusswiderstand, also der durch Bauelemente des HV-Bordnetzes wie Kabel, Stecker und Zwischenwiderstände gebildete elektrische Widerstand im Falle eines Kurzschlusses im HV-Bordnetz, hat in der Regel einen so geringen Wert, dass im Falle eines Kurzschlusses die Klemmenspannung der HV-Batterie signifikant einbricht, also sinkt. Für beispielhaft gewählte Werte eines Kurzschlusswiderstands von 10 mOhm und einer Kurzschlussstromstärke von 5000 Ampere (A) ergibt sich nach dem Ohmschen Gesetz (U = R·I) eine Kurzschluss-Spannung von 50 V. Bei einer weiter beispielhaft angenommenen HV-Batterie-Spannung im Bereich von 200 V bis 400 V liegt die Kurzschluss-Spannung also deutlich unter der HV-Batterie-Spannung im Normalbetrieb, wodurch ein Kurzschluss erkannt werden kann. Zusammenfassend ist es daher bekannt, eine HV-Batterie mittels Strom- und Spannungsmessung gegen durch einen Kurzschluss verursachte Überströme abzusichern. Eine mögliche Ausgestaltung einer solchen Absicherung wird nachstehend mit Bezug zu den Figuren noch genauer erläutert. Unlike previously described for a vehicle electrical system, the value ranges of the currents of the HV electrical system can overlap in normal operation and caused, for example, by a short circuit accident. 1 (b) illustrates this situation by the ranges of values of the currents in normal operation and in case of failure on a scale of the current are shown. One reason for this effect is the dependence of the internal resistance of the battery cells of the HV battery from the state of charge (SOC) and the ambient temperature. If current intensities occur in the overlapping range of the value ranges of normal operation and fault occurrence, it is not possible to conclude a fault case solely on account of the current intensity. To protect the HV on-board electrical system against overcurrents, therefore, the terminal voltage of the HV battery can also be monitored. The short-circuit resistance, ie the electrical resistance formed by components of the HV on-board network such as cables, plugs and intermediate resistors in the event of a short circuit in the HV on-board network, usually has such a low value that in the event of a short circuit, the terminal voltage of the HV battery significantly breaks in, so sinks. For exemplarily selected values of a short-circuit resistance of 10 mOhm and a short-circuit current of 5000 amperes (A) results according to Ohm's law (U = R · I), a short-circuit voltage of 50 V. In a further exemplary assumed HV battery voltage in Range of 200 V to 400 V, the short-circuit voltage is thus well below the HV battery voltage in normal operation, whereby a short circuit can be detected. In summary, it is therefore known to fuse a HV battery by means of current and voltage measurement against overcurrents caused by a short circuit. A possible embodiment of such a hedge will be explained in more detail below with reference to the figures.

Die stromführenden Leitungen eines HV-Bordnetzes können für unterschiedliche Stromstärken geeignet sein. Insbesondere können Kabel aufgrund unterschiedlicher Kabelquerschnitte eine unterschiedliche Stromtragfähigkeit aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff Kabelquerschnitt gebräuchlicherweise die Größe der Querschnittsfläche eines Kabels bezeichnet. Beispielsweise kann ein Kabel eines HV-Bordnetzes im Pfad zwischen HV-Batterie und Elektromotor, wo beispielsweise Stromstärken im Bereich von 200 A auftreten können, einen Querschnitt im Bereich von 35 (mm)2 oder mehr haben. Andere Kabel im HV-Bordnetz, die beispielsweise der Anbindung von Komponenten mit geringerem Strombedarf (beispielsweise 40 A) dienen, können einen geringeren Querschnitt aufweisen (beispielsweise im Bereich von 6 (mm)2). Die vorstehend beschriebene zweifache Absicherung des HV-Bordnetzes wird in der Regel an der größten Stromtragfähigkeit des HV-Bordnetzes ausgerichtet, beispielsweise an dem Querschnitt des Kabels zwischen HV-Batterie und Elektromotor. Kabel mit einem geringeren Querschnitt erhalten daher zusätzliche Absicherungen. Diese zusätzlichen Absicherungen können lokal an der abzusichernden Leitung angeordnete herkömmliche Sicherungen sein, die bei Erreichen einer vorbestimmten Stromstärke die elektrische Verbindung unterbrechen. Neben dieser Absicherung der maximalen Stromstärke kann es wie vorstehend erläutert notwendig sein, auch einen Spannungsabfall zu detektieren. Hierzu kann jedoch die vorab erläuterte Spannungsüberwachung der Klemmenspannung der HV-Batterie dienen, so dass die Spannung nicht lokal überwacht werden muss. The current-carrying lines of a high-voltage vehicle electrical system can be suitable for different currents. In particular, cables may have a different current carrying capacity due to different cable cross-sections. It should be noted that the term cable cross section usually designates the size of the cross-sectional area of a cable. For example, a cable of a HV electrical system in the path between HV battery and electric motor, where, for example, currents in the range of 200 A may occur, have a cross section in the range of 35 (mm) 2 or more. Other cables in the HV electrical system, for example, the connection of components with lower power consumption (for example, 40 A) are used, may have a smaller cross-section (for example in the range of 6 (mm) 2 ). The As described above, two-fold protection of the HV on-board network is generally geared to the largest current carrying capacity of the HV on-board network, for example at the cross-section of the cable between HV battery and electric motor. Cables with a smaller cross section therefore receive additional safeguards. These additional fuses may be located locally on the line to be secured conventional fuses that interrupt the electrical connection upon reaching a predetermined current. In addition to this protection of the maximum current, it may be necessary, as explained above, to detect a voltage drop as well. However, for this purpose, the previously explained voltage monitoring of the terminal voltage of the HV battery can be used, so that the voltage does not need to be monitored locally.

Mittels der genannten Maßnahmen kann ein HV-Bordnetz mit einer Energiequelle, insbesondere einer HV-Batterie, effektiv gegen durch Kurzschlüsse verursachte Überströme abgesichert werden. By means of said measures, an HV electrical system with an energy source, in particular a HV battery, can be effectively protected against overcurrents caused by short circuits.

HV-Bordnetze können jedoch über mehr als eine Energiequelle verfügen. Beispiele für weitere Energiequellen eines HV-Bordnetzes neben der HV-Batterie, die einen elektrischen Strom in das HV-Bordnetz einspeisen können, sind

  • – eine weitere HV-Batterie;
  • – eine Brennstoffzelle;
  • – ein elektrischer Generator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie;
  • – eine Ladeschnittstelle zur unmittelbaren oder mittelbaren (mittels eines Ladegeräts) Verbindung einer fahrzeugexternen Energiequelle mit dem HV-Bordnetz;
  • – ein Spannungswandler (DC/DC-Wandler), welcher ein NV-Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit dem HV-Bordnetz verbindet.
However, HV electrical systems can have more than one energy source. Examples of further energy sources of a HV on-board network in addition to the HV battery, which can feed an electric current into the HV electrical system, are
  • - another HV battery;
  • A fuel cell;
  • An electrical generator for converting mechanical energy into electrical energy;
  • - A charging interface for direct or indirect (by means of a charger) connection of a vehicle external energy source with the HV-electrical system;
  • - A voltage converter (DC / DC converter), which connects an NV-electrical system of the motor vehicle with the HV electrical system.

Ein elektrischer Generator kann der dem Antrieb des Elektrofahrzeugs dienende Elektromotor selbst sein. Wenn das sich in Bewegung befindliche Fahrzeug nicht angetrieben wird, kann der Elektromotor als Generator die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandeln, die über das HV-Bordnetz in die HV-Batterie zurückgespeist wird. Auf diese Weise kann mittels des Elektromotors gebremst werden. Dieser Vorgang wird auch als Bremskraftrückgewinnung oder Rekuperation bezeichnet. Ein elektrischer Generator kann auch ein weiterer Elektromotor sein. Dieser weitere Elektromotor kann von einem Verbrennungsmotor erzeugte Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Da hierdurch die Reichweite des Elektrofahrzeugs verlängert wird, wird von einem Reichweitenverlängerer (englisch „range extender“) gesprochen. An electric generator may be the electric motor driving the electric vehicle itself. When the vehicle in motion is not driven, the electric motor as a generator can convert the kinetic energy of the vehicle into electrical energy which is fed back into the HV battery via the HV on-board network. In this way can be braked by means of the electric motor. This process is also referred to as brake force recovery or recuperation. An electric generator may also be another electric motor. This further electric motor can convert kinetic energy generated by an internal combustion engine into electrical energy. Since this extends the range of the electric vehicle is spoken by a range extender (English "range extender").

Die vorstehend erläuterte Absicherung des HV-Bordnetzes mittels Strom- und Spannungsüberwachung geht von dem Fall einer Energiequelle aus. Verfügt das HV-Bordnetz über zumindest eine weitere Energiequelle, so muss diese ebenfalls bei der Absicherung des HV-Bordnetzes berücksichtigt werden. The above-described protection of the HV on-board network by means of current and voltage monitoring is based on the case of an energy source. If the HV electrical system has at least one additional energy source, this must also be taken into account when securing the HV electrical system.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Absicherung eines Hochvolt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten und einer zweiten Energiequelle anzugeben. Die Aufgabe besteht darüber hinaus in der Bereitstellung eines Computerprogrammprodukts zur Ausführung des Verfahrens. Weiterhin besteht die Aufgabe in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem auf einfache und zuverlässige Weise gegen Kurzschlüsse abgesicherten Hochvolt-Bordnetz mit einer ersten und einer zweiten Energiequelle. Object of the present invention is therefore to provide a simple and reliable method for securing a high-voltage electrical system of a motor vehicle with a first and a second energy source. The object is also to provide a computer program product for carrying out the method. Furthermore, the object is to provide a motor vehicle with a secured in a simple and reliable manner against short circuits high-voltage electrical system with a first and a second energy source.

Die Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einem Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 8 sowie einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche. The object is achieved in a method having the features of patent claim 1, a computer program product according to claim 8 and a motor vehicle having the features of claim 9. Advantageous developments of the invention are subject matter of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung kann für jede der vorstehend aufgezählten weiteren Energiequellen eingesetzt werden. Besonders großen Nutzen entfaltet die Erfindung jedoch bei weiteren Energiequellen mit großem Energieinhalt, da diese hohe und zeitlich lang andauernde Kurzschlussströme verursachen können. Die Erfindung ist daher besonders nützlich und geeignet, um HV-Bordnetze abzusichern, die als zweite Energiequelle eine zweite HV-Batterie oder eine Brennstoffzelle aufweisen. The present invention can be used for any of the other energy sources enumerated above. However, the invention has particularly great utility in other energy sources with a high energy content, since these can cause high short-circuit currents lasting for a long time. The invention is therefore particularly useful and suitable for securing HV electrical systems which have as a second energy source a second HV battery or a fuel cell.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Absicherung eines Hochvolt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten und einer zweiten Energiequelle, wobei das Hochvolt-Bordnetz ein erstes Unterbrechungselement zur Unterbrechung einer ersten elektrischen Verbindung zwischen der ersten Energiequelle und dem Hochvolt-Bordnetz sowie ein zweites Unterbrechungselement zur Unterbrechung einer zweiten elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Energiequelle und dem Hochvolt-Bordnetz umfasst. Das erste Unterbrechungselement ist eingerichtet, die erste elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine Klemmenspannung der ersten Energiequelle einen Schwellenwert der Klemmenspannung unterschreitet und / oder wenn eine von der ersten Energiequelle ausgehende Stromstärke einen ersten Schwellenwert der Stromstärke überschreitet. Das erste Unterbrechungselement kann also mit anderen Worten im Falle eines Überstroms und / oder einer Unterspannung die erste Energiequelle vom HV-Bordnetz abtrennen. Das zweite Unterbrechungselement ist eingerichtet, die zweite elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der zweiten Energiequelle ausgehende Stromstärke einen zweiten Schwellenwert der Stromstärke überschreitet. Das zweite Unterbrechungselement kann also mit anderen Worten im Falle eines Überstroms die zweite Energiequelle vom HV-Bordnetz abtrennen. With the method according to the invention, the securing of a high-voltage electrical system of a motor vehicle with a first and a second energy source succeeds, the high-voltage electrical system a first interruption element for interrupting a first electrical connection between the first power source and the high-voltage electrical system and a second interruption element for interruption a second electrical connection between the second power source and the high-voltage electrical system. The first interruption element is set up to interrupt the first electrical connection when a terminal voltage of the first energy source falls below a threshold value of the terminal voltage and / or when a current output from the first power source exceeds a first threshold of the current. In other words, in the case of an overcurrent and / or an undervoltage, the first interruption element can thus disconnect the first energy source from the HV on-board network. The second interruption element is arranged to interrupt the second electrical connection when a current output from the second energy source exceeds a second threshold value of the current. In other words, in the event of an overcurrent, the second interruption element can separate the second energy source from the HV on-board network.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in einem ersten Schritt ein Bestimmen eines Maximalwerts eines elektrischen Kurzschlusswiderstands (bezeichnet durch das Formelzeichen Rsc,max) des Hochvolt-Bordnetzes. Der Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands wird auf an sich im Stand der Technik bekannte Weise aus den Eigenschaften der im HV-Bordnetz verwendeten Bauelemente bestimmt. Dabei soll der Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands mindestens demjenigen Wert des elektrischen Kurzschlusswiderstands entsprechen, der in dem HV-Bordnetz maximal auftreten kann. Hierzu können die aus Datenblättern, Messungen und dergleichen bekannten elektrischen Eigenschaften der Bauelemente des HV-Bordnetzes wie Kabel, Stecker und Zwischenwiderstände herangezogen werden. Ergibt eine Analyse des HV-Bordnetzes also beispielsweise, dass im Falle eines Kurzschlusses in dem HV-Bordnetz der durch die stromführenden Bauelemente gebildete Kurzschlusswiderstand 10 mOhm beträgt, so wird der Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands zu mindestens 10 mOhm bestimmt, also Rsc,max ≥ 10 mOhm. Vorzugsweise wird der Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands derart bestimmt, dass er den durch die stromführenden Bauelemente gebildeten Kurzschlusswiderstand wesentlich übersteigt, also z.B. Rsc,max = 100 mOhm. In accordance with the method according to the invention, in a first step, a maximum value of an electrical short-circuit resistance (designated by the formula symbol R sc, max ) of the high-voltage vehicle electrical system is determined. The maximum value of the electrical short-circuit resistance is determined in a manner known in the prior art from the properties of the components used in the HV electrical system. In this case, the maximum value of the electrical short-circuit resistance should at least correspond to that value of the electrical short-circuit resistance that can occur in the HV electrical system maximum. For this purpose, the known from data sheets, measurements and the like electrical properties of the components of the HV electrical system such as cables, connectors and intermediate resistors can be used. If an analysis of the HV on-board network thus provides, for example, that the short-circuit resistance formed by the current-carrying components is 10 mOhm in the HV on-board network, then the maximum value of the electrical short-circuit resistance is determined to be at least 10 mOhm, ie R sc, max ≥ 10 mOhm. The maximum value of the electrical short-circuit resistance is preferably determined in such a way that it substantially exceeds the short-circuit resistance formed by the current-carrying components, that is to say, for example, R sc, max = 100 mOhm.

In einem zweiten Schritt erfolgt ein Bestimmen des Schwellenwerts der Klemmenspannung (Uth) und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke (I1,th) derart, dass das Hochvolt-Bordnetz gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands abgesichert ist. Dieser zweite Schritt des Bestimmens des Schwellenwerts der Klemmenspannung und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke erfolgt unter der Annahme, dass die erste Energiequelle mit dem Hochvolt-Bordnetz verbunden ist, die zweite Energiequelle hingegen von dem Hochvolt-Bordnetz getrennt ist. In a second step, the threshold value of the terminal voltage (U th ) and of the first threshold value of the current intensity (I 1, th ) is determined such that the high-voltage on-board electrical system against overcurrents occurring due to an electrical short circuit at least for all below the maximum value of the electrical short circuit resistance lying values of the electrical short-circuit resistance is secured. This second step of determining the threshold value of the terminal voltage and the first threshold value of the current takes place on the assumption that the first power source is connected to the high-voltage electrical system, the second power source, however, is disconnected from the high-voltage electrical system.

In Ausführung des zweiten Schritts kann bevorzugt zunächst der erste Schwellenwert der Stromstärke (I1,th) bestimmt werden, da sich dieser aus den vorbekannten Eigenschaften der Bauelemente des HV-Bordnetzes ergeben kann. Zu jedem dieser Bauelemente ist nämlich in der Regel ein maximaler Stromwert bekannt oder kann bestimmt werden, für den dieses Bauelement geeignet ist. Beispielsweise können Kabel abhängig von ihrem Querschnitt eine bestimmte maximale Stromstärke führen, ohne übermäßig erwärmt zu werden. Hierbei kann vorzugsweise auch die Zeitdauer berücksichtigt werden, für die ein Bauelement einen Strom einer bestimmten Stärke führen kann. Aus dem ersten Schwellenwert der Stromstärke sowie dem Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands kann der größtmögliche Schwellenwert der Klemmenspannung mittels des Ohmschen Gesetzes wie folgt bestimmt werden: Uth ≥ Rsc,max·I1,th In execution of the second step, preferably the first threshold value of the current intensity (I 1, th ) can be determined initially, since this can result from the previously known properties of the components of the HV on-board network. As a rule, a maximum current value is known or can be determined for each of these components, for which this component is suitable. For example, depending on their cross-section, cables may carry a certain maximum current without overheating. In this case, the duration of time for which a component can carry a current of a certain strength can preferably also be taken into account. From the first threshold value of the current value and the maximum value of the electrical short-circuit resistance, the maximum threshold value of the terminal voltage can be determined by means of Ohm's law as follows: U th ≥ R sc, max · I 1, th

In einem dritten erfindungsgemäßen Schritt erfolgt ein Bestimmen des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke (I2,th) derart, dass das Hochvolt-Bordnetz gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands abgesichert ist. Dieser dritte Schritt des Bestimmens des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke erfolgt unter der Annahme, dass die erste und die zweite Energiequelle mit dem Hochvolt-Bordnetz verbunden sind. Mit anderen Worten wird nach dem gedanklichen Entfernen der zweiten Energiequelle aus dem Hochvolt-Bordnetz im dritten Schritt nun die zweite Energiequelle wieder dem HV-Bordnetz hinzugefügt. Zur Wiederholung sei darauf hingewiesen, dass im zweiten Verfahrensschritt die Schwellenwerte so gewählt wurden, dass jedenfalls solche Kurzschlüsse nicht abgesichert wären, deren Kurzschlusswiderstand über dem Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands läge. Anders ausgedrückt ist das HV-Bordnetz gegen alle Kurzschlüsse abgesichert, deren Kurzschlusswiderstand unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegt. Im ersten Verfahrensschritt wurde der Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands jedoch so gewählt, dass im HV-Bordnetz tatsächlich mögliche Kurzschlüsse einen Kurzschlusswiderstand haben, der unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegt. Indem nun eine zweite Energiequelle einen zusätzlichen Stromfluss verursachen kann, sinkt der Widerstandswert, unterhalb dessen das HV-Bordnetz gegen Kurzschlüsse abgesichert ist. Dies wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren noch ausführlich erläutert werden. Der zweite Schwellenwert der Stromstärke kann daher im dritten Schritt so bestimmt werden, dass der Widerstandswert, unterhalb dessen das HV-Bordnetz gegen Kurzschlüsse abgesichert ist, höchstens so klein wird, dass er immer noch mindestens so groß ist wie der größte im HV-Bordnetz tatsächlich auftretende Kurzschlusswiderstand. Es kann vorkommen, dass in dem dritten Schritt festgestellt wird, dass ein Hinzufügen der zweiten Energiequelle nicht möglich ist (d.h. es wird I2,th = 0 A bestimmt) oder nicht sinnvoll ist (d.h. es wird ein Wert I2,th bestimmt, der zwar größer ist als 0 A, der jedoch kleiner ist als der Wert der Stromstärke, die die zweite Energiequelle im ordnungsgemäßen Betrieb des HV-Bordnetzes liefern können soll). In diesem Fall kann das Verfahren abgebrochen und wieder von vorne begonnen werden, wobei die zum Zeitpunkt des Abbruchs des Verfahrens bestimmten Schwellenwerte (also Uth und / oder I1,th sowie I2,th) bei der erneuten Ausführung des Verfahrens soweit angepasst (also erhöht bzw. gesenkt) werden, dass ein Hinzufügen der zweiten Energiequelle ermöglicht wird. In a third step according to the invention, the second threshold value of the current intensity (I 2, th ) is determined such that the high-voltage vehicle electrical system is protected against overcurrents occurring due to an electrical short circuit at least for all values of the electrical short-circuit resistance lying below the maximum value of the electrical short-circuit resistance. This third step of determining the second threshold value of the current takes place on the assumption that the first and the second energy source are connected to the high-voltage electrical system. In other words, after the mental removal of the second energy source from the high-voltage electrical system in the third step, the second energy source is now added back to the high-voltage vehicle electrical system. To repeat it should be noted that in the second step, the thresholds were chosen so that in any case such short circuits would not be secured, the short-circuit resistance would be above the maximum value of the electrical short-circuit resistance. In other words, the HV on-board network is protected against all short circuits whose short-circuit resistance is below the maximum value of the electrical short-circuit resistance. In the first method step, however, the maximum value of the electrical short-circuit resistance was chosen such that actually possible short circuits in the HV on-board network have a short-circuit resistance which is below the maximum value of the electrical short-circuit resistance. By now a second energy source can cause an additional current flow, the resistance decreases, below which the HV electrical system is protected against short circuits. This will be explained in more detail below with reference to the figures. The second threshold of the Amperage can therefore be determined in the third step so that the resistance below which the HV on-board network is protected against short circuits, at most so small that it is still at least as large as the largest in the HV on-board network actually occurring short circuit resistance. It may happen that in the third step it is determined that adding the second energy source is not possible (ie it is determined I 2, th = 0 A) or not meaningful (ie a value I 2, th is determined, although it is greater than 0 A, but smaller than the value of the current that is to be able to supply the second energy source in the proper operation of the HV electrical system). In this case, the method can be aborted and started again from the beginning, whereby the threshold values determined at the time the method was aborted (ie U th and / or I 1, th and I 2, th ) are adapted to the extent that the method is carried out again ( thus increased or decreased) that an addition of the second energy source is made possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in vorteilhafter Weise auf mehrere Energiequellen erweitern. Das HV-Bordnetz kann eine weitere Energiequelle sowie ein weiteres Unterbrechungselement zur Unterbrechung einer weiteren elektrischen Verbindung zwischen der weiteren Energiequelle und dem HV-Bordnetz umfassen. Das weitere Unterbrechungselement ist eingerichtet, die weitere elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der weiteren Energiequelle ausgehende Stromstärke einen weiteren Schwellenwert der Stromstärke überschreitet. In einem zusätzlichen Verfahrensschritt erfolgt dann ein Bestimmen des weiteren Schwellenwerts der Stromstärke derart, dass das HV-Bordnetz gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands abgesichert ist, wobei der Schritt des Bestimmens des weiteren Schwellenwerts der Stromstärke unter der Annahme erfolgt, dass die erste, die zweite und die weitere Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden sind. Die weitere Energiequelle kann eine dritte Energiequelle des HV-Bordnetzes sein. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung kann das HV-Bordnetz aber auch für mehr als eine weitere Energiequelle abgesichert werden, indem für jede weitere Energiequelle der zusätzliche Verfahrensschritt durchgeführt wird. The method according to the invention can advantageously be extended to a plurality of energy sources. The HV electrical system may include a further energy source and a further interruption element for interrupting a further electrical connection between the further energy source and the HV electrical system. The further interruption element is set up to interrupt the further electrical connection when a current strength originating from the further energy source exceeds a further threshold value of the current intensity. In an additional method step, the further threshold value of the current intensity is then determined such that the HV on-board network is protected against overcurrents occurring due to an electrical short circuit, at least for all values of the electrical short-circuit resistance lying below the maximum value of the electrical short-circuit resistance, wherein the step of determining the further threshold value of the current strength on the assumption that the first, the second and the further energy source are connected to the HV electrical system. The further energy source may be a third energy source of the HV electrical system. Due to the advantageous embodiment, the HV electrical system can also be secured for more than one other energy source by the additional process step is performed for each additional energy source.

Verfügt also beispielsweise das HV-Bordnetz insgesamt über vier Energiequellen, so werden alle benötigten Schwellenwerte nacheinander bestimmt. Zunächst erfolgt der Schritt des Bestimmens des Schwellenwerts der Klemmenspannung und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke unter der Annahme, dass die zweite Energiequelle und alle weiteren Energiequellen (also die dritte und vierte Energiequelle) von dem HV-Bordnetz getrennt sind. Danach erfolgt der Schritt des Bestimmens des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke unter der Annahme, dass die zweite Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden ist. Die Annahme schließt ein, dass auch die erste Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden ist, dass aber die dritte und vierte Energiequelle von dem HV-Bordnetz getrennt sind. Danach erfolgt der Schritt des Bestimmens des weiteren, dritten Schwellenwerts der Stromstärke unter der Annahme, dass die dritte Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden ist. Die Annahme schließt ein, dass auch die erste und zweite Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden sind, dass aber die vierte Energiequelle von dem HV-Bordnetz getrennt ist. Zuletzt erfolgt der Schritt des Bestimmens des weiteren, vierten Schwellenwerts der Stromstärke unter der Annahme, dass die vierte Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden ist. Die Annahme schließt ein, dass auch alle weiteren, also die erste, zweite und dritte, Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden sind. If, for example, the HV electrical system has four energy sources in total, all required threshold values are determined one after the other. First, the step of determining the threshold voltage of the terminal voltage and the first threshold value of the current takes place under the assumption that the second energy source and all other energy sources (ie the third and fourth energy source) are separated from the HV electrical system. Thereafter, the step of determining the second threshold value of the current takes place on the assumption that the second power source is connected to the HV electrical system. The assumption includes that the first energy source is connected to the HV on-board network, but that the third and fourth energy source are separated from the HV on-board network. Thereafter, the step of determining the further, third threshold value of the current takes place under the assumption that the third energy source is connected to the HV electrical system. The assumption includes that the first and second energy source are connected to the HV on-board network, but that the fourth power source is disconnected from the HV electrical system. Lastly, the step of determining the further fourth threshold value of the current takes place on the assumption that the fourth energy source is connected to the HV electrical system. The assumption includes that all other, ie the first, second and third, energy source are connected to the HV electrical system.

Die Schritte des Bestimmens des zweiten und aller weiteren Schwellenwerte der Stromstärke können also wie beschrieben nacheinander durchgeführt werden. Alle oder einzelne dieser Schritte können aber in einer alternativen Ausführungsform auch zusammengefasst werden. Dies soll wiederum anhand des vorgenannten Beispiels eines HV-Bordnetzes mit vier Energiequellen erläutert werden. Zunächst erfolgt wie zuvor erläutert der Schritt des Bestimmens des Schwellenwerts der Klemmenspannung und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke unter der Annahme, dass die zweite Energiequelle und alle weiteren Energiequellen (also die dritte und vierte Energiequelle) von dem HV-Bordnetz getrennt sind. Anschließend erfolgt ein Schritt des Bestimmens des zweiten Schwellenwerts und aller weiteren Schwellenwerte der Stromstärke derart, dass das HV-Bordnetz gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands abgesichert ist, wobei der Schritt des Bestimmens des zweiten Schwellenwerts und aller weiteren Schwellenwerte der Stromstärke unter der Annahme erfolgt, dass die zweite Energiequelle und alle weiteren Energiequellen mit dem HV-Bordnetz verbunden sind. In dieser Ausführungsform werden also die zweite Energiequelle und alle weiteren Energiequellen nicht nacheinander, sondern zugleich, als mit dem HV-Bordnetz verbunden angenommen. The steps of determining the second and all further threshold values of the current intensity can therefore be carried out successively as described. All or some of these steps, however, can also be summarized in an alternative embodiment. This will again be explained with reference to the aforementioned example of an HV on-board network with four energy sources. First, as previously explained, the step of determining the threshold voltage of the terminal voltage and the first threshold value of the current takes place on the assumption that the second energy source and all other energy sources (ie the third and fourth energy source) are separated from the HV electrical system. Subsequently, a step of determining the second threshold value and all other threshold values of the current intensity takes place in such a way that the HV on-board network is at least for all below the maximum value of the overcurrent occurring due to an electrical short circuit electrical shorting resistance values, wherein the step of determining the second threshold and all other current thresholds is on the assumption that the second energy source and all other energy sources are connected to the HV electrical system. In this embodiment, therefore, the second energy source and all other energy sources are assumed not consecutively, but at the same time as connected to the HV electrical system.

In jedem Fall müssen die Schritte des Bestimmens des zweiten und aller weiteren Schwellenwerte der Stromstärke derart erfolgen, dass im Ergebnis das HV-Bordnetz gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme aller Energiequellen zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands abgesichert ist. Mit anderen Worten muss berücksichtigt werden, dass alle Energiequellen zusammen einen Summenstrom liefern, der bei der Absicherung des HV-Bordnetzes zu berücksichtigen ist. Dies gelingt in der vorbeschriebenen Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher die Energiequellen nacheinander als mit dem HV-Bordnetz verbunden angenommen werden, indem bei jedem Schritt des Hinzufügens einer Energiequelle auch alle in den vorangegangenen Schritten als mit dem HV-Bordnetz verbunden angenommene Energiequellen weiterhin als mit dem HV-Bordnetz verbunden angenommen werden. In any case, the steps of determining the second and all further threshold values of the current intensity must be such that, as a result, the HV on-board network is protected against overcurrents of all energy sources occurring due to an electrical short circuit, at least for all values of the electrical short-circuit resistance lying below the maximum value of the electrical short-circuit resistance is. In other words, it must be taken into account that all energy sources together deliver a total current that must be taken into account when securing the HV electrical system. This is achieved in the above-described embodiment of the method in which the energy sources are successively assumed to be connected to the HV on-board network by continuing to assume at each step of adding an energy source all assumed in the previous steps as connected to the HV electrical system energy sources be connected to the HV electrical system connected.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren nicht notwendigerweise alle Energiequellen des HV-Bordnetzes 1 berücksichtigen muss. Insbesondere ist es denkbar, dass bestimmte Energiequellen nicht gleichzeitig einen Strom liefern können. Dies gilt beispielsweise für die Rekuperation (Bremskraftrückgewinnung) und die Ladeschnittstelle (zur Anbindung einer externen Energiequelle), nicht gleichzeitig aktiv sein können, da das Fahrzeug beim Laden stillsteht. Zur Absicherung des HV-Bordnetzes ist es aber notwendig, in dem erfindungsgemäßen Verfahren alle Energiequellen zu berücksichtigen, die gleichzeitig einen Strom liefern können. It should be noted that the method is not necessarily all energy sources of the HV electrical system 1 must take into account. In particular, it is conceivable that certain energy sources can not simultaneously supply a power. This applies, for example, to the recuperation (brake power recovery) and the charging interface (for connecting an external power source), can not be active at the same time, since the vehicle is stopped when charging. To protect the HV on-board network, it is necessary to take into account in the method according to the invention all energy sources that can deliver a current at the same time.

In weiterer Ausgestaltung kann berücksichtigt werden, wenn das erste Unterbrechungselement die erste elektrische Verbindung erst dann unterbricht, wenn die Klemmenspannung der ersten Energiequelle den Schwellenwert der Klemmenspannung für eine erste Zeitdauer unterschreitet und / oder wenn die von der ersten Energiequelle ausgehende Stromstärke den ersten Schwellenwert der Stromstärke für eine zweite Zeitdauer überschreitet. In diesem Fall kann das Verfahren mit besonderem Vorteil dahingehend weitergebildet werden, dass der Schritt des Bestimmen des Schwellenwerts der Klemmenspannung und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke ein Bestimmen der ersten Zeitdauer und / oder der zweiten Zeitdauer umfasst. Auf diese Weise kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die maximale Stromtragfähigkeit eines Elements, z.B. eines Kabels, auch mit einer Zeitdauer verknüpft sein kann. Für eine bestimmte Stromstärke (in A) kann also eine Zeitdauer (in Sekunden) gegeben sein, für die das Element, z.B. das Kabel, die Stromstärke höchstens leiten kann. Eine solche Zeitdauer kann bestimmt werden, indem sie einem Datenblatt eines Bauteils entnehmbar ist. Sie kann aber auch durch Messungen, beispielsweise durch Temperaturmessungen, und / oder durch Simulationen bestimmt werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt also darin, dass dann, wenn eine hohe Stromstärke nur für eine unkritisch kurze Zeit auftritt, die Energiequelle nicht vom HV-Bordnetz getrennt wird. Es kommt also nicht zu an sich unnötigen Unterbrechungen der Energieversorgung des HV-Bordnetzes. In a further embodiment, it can be taken into account if the first interruption element interrupts the first electrical connection only if the terminal voltage of the first energy source falls below the threshold value of the terminal voltage for a first time duration and / or if the current intensity originating from the first energy source corresponds to the first threshold value of the current intensity for a second period of time. In this case, the method may be developed with particular advantage in that the step of determining the threshold value of the terminal voltage and of the first threshold value of the current comprises determining the first time duration and / or the second time duration. In this way, it can be taken into account that the maximum ampacity of an element, e.g. a cable, can also be linked to a period of time. Thus, for a given current (in A), there may be a period of time (in seconds) for which the element, e.g. the cable that can conduct current at most. Such a period of time can be determined by taking it from a data sheet of a component. However, it can also be determined by measurements, for example by temperature measurements, and / or by simulations. The advantage of this embodiment is therefore that when a high current only occurs for a non-critical short time, the energy source is not separated from the HV electrical system. It is therefore not necessary to unnecessary interruptions of the energy supply of the HV electrical system.

In weiterer Ausgestaltung kann berücksichtigt werden, wenn das zweite Unterbrechungselement die zweite elektrische Verbindung erst dann unterbricht, wenn die von der zweiten Energiequelle ausgehende Stromstärke den zweiten Schwellenwert der Stromstärke für eine dritte Zeitdauer überschreitet. Der Schritt des Bestimmens des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke kann dann mit Vorteil ein Bestimmen der dritten Zeitdauer umfassen. In a further embodiment, it can be taken into account if the second interruption element interrupts the second electrical connection only when the current strength issuing from the second energy source exceeds the second threshold value of the current intensity for a third time duration. The step of determining the second threshold value of current may then advantageously include determining the third time duration.

In weiterer Ausgestaltung kann berücksichtigt werden, wenn das weitere Unterbrechungselement die weitere elektrische Verbindung erst dann unterbricht, wenn die von der weiteren Energiequelle ausgehende Stromstärke den weiteren Schwellenwert der Stromstärke für eine weitere Zeitdauer überschreitet. Der Schritt des Bestimmens des weiteren Schwellenwerts der Stromstärke kann dann mit Vorteil ein Bestimmen der weiteren Zeitdauer umfassen. In a further embodiment, it can be taken into account if the further interruption element interrupts the further electrical connection only when the current intensity originating from the further energy source exceeds the further threshold value of the current intensity for a further period of time. The step of determining the further threshold value of the current intensity may then advantageously comprise determining the further time duration.

Besonders vorteilhaft ist eine Kombination der vorstehend genannten Ausführungsformen. Bei dieser Ausgestaltung sind also sowohl das erste als auch das zweite Unterbrechungselement (also auch das ggf. vorhandene weitere Unterbrechungselement) dazu eingerichtet, die jeweilige elektrische Verbindung nach Ablauf der jeweiligen Zeitdauer zu unterbrechen. Particularly advantageous is a combination of the aforementioned embodiments. In this embodiment, therefore, both the first and the second interruption element (thus also the possibly existing further interruption element) are adapted to interrupt the respective electrical connection after the expiration of the respective period of time.

Die erste Zeitdauer kann konstant sein oder als Funktion der Klemmenspannung der ersten Energiequelle gewählt werden. Ebenso kann die zweite Zeitdauer konstant sein oder als Funktion der von der ersten Energiequelle ausgehenden Stromstärke gewählt werden. Ebenso kann die dritte Zeitdauer konstant sein oder als Funktion der von der zweiten Energiequelle ausgehenden Stromstärke gewählt werden. Ebenso kann die weitere Zeitdauer konstant sein oder als Funktion der von der weiteren Energiequelle ausgehenden Stromstärke gewählt werden. Unter dem Begriff der Funktion kann jeweils eine mathematische Abbildungsvorschrift verstanden werden. Ebenso kann unter dem Begriff der Funktion eine Wertetabelle verstanden werden. The first time duration may be constant or chosen as a function of the terminal voltage of the first power source. Likewise, the second period may be constant or selected as a function of the current output from the first power source. Likewise, the third time period may be constant or chosen as a function of the current output from the second energy source. Likewise, the further period of time may be constant or chosen as a function of the current strength emanating from the further energy source. The term function can be understood in each case as a mathematical mapping rule. Likewise, the term function can be understood to be a value table.

Indem eine oder mehrere der Zeitdauern als Funktion gewählt wird oder werden, kann der vorstehend erwähnten Tatsache Rechnung getragen werden, dass die maximale Stromtragfähigkeit eines Elements eines HV-Bordnetzes häufig nicht oder nicht ausschließlich durch einen Wert in Ampere angegeben wird, sondern durch eine formelmäßig oder grafisch angegebene Funktion, die jedem Wert der Stromstärke eine Zeitdauer zuordnet. Einer solchen, beispielsweise in einem Datenblatt des Elements des HV-Bordnetzes angegebenen, Funktion kann also für einen gegebenen Wert der Stromstärke die Zeitdauer entnommen werden, für die das Element einen Strom dieser Stromstärke längstens tragen kann, ohne unzulässig erwärmt oder anderweitig beeinträchtigt zu werden. By choosing one or more of the time periods as a function, it is possible to take account of the above-mentioned fact that the maximum current-carrying capacity of an element of an HV on-board network is frequently not indicated, or not exclusively, by a value in amperes by a formulaally or graphically specified function that assigns a duration to each value of the current. Such a function, for example given in a data sheet of the element of the HV on-board network, can thus be taken for a given value of the current duration, for which the element can carry a current of this current maximum, without being heated inadmissible or otherwise impaired.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite (und / oder bei Vorhandensein der weiteren Energiequelle der weitere) Schwellenwert der Stromstärke einstellbar, wobei das Verfahren bei einem Hinzufügen und / oder Inbetriebnehmen der zweiten und / oder weiteren Energiequelle zu einem bestehenden HV-Bordnetz durchgeführt wird. Das Verfahren umfasst dann den weiteren Schritt des Einstellens des zweiten und / oder weiteren Schwellenwerts der Stromstärke. Das Verfahren kann so in vorteilhafter Weise genutzt werden, um ein bereits bestehendes HV-Bordnetz abzusichern, wenn dem HV-Bordnetz eine zusätzliche Energiequelle hinzugefügt wird oder wenn eine bereits vorhandene, aber bisher nicht aktive, zusätzliche Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden wird. Beispielsweise kann das Verfahren jedes Mal durchgeführt werden, wenn ein der Reichweitenverlängerung dienender Verbrennungsmotor mit Generator (range extender) in Betrieb genommen wird. In a further embodiment of the invention, the second (and / or in the presence of the further energy source of the further) threshold value of the current is adjustable, wherein the method is carried out at an addition and / or commissioning of the second and / or further energy source to an existing HV electrical system , The method then comprises the further step of adjusting the second and / or further threshold value of the current intensity. The method can be used in an advantageous manner to secure an existing HV on-board network, if the HV on-board network, an additional energy source is added or if an existing, but not yet active, additional energy source is connected to the HV on-board network. For example, the method may be performed each time a reach extender internal combustion engine is started up.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vielseitiger Weise eingesetzt werden. Eine Einsatzmöglichkeit bietet sich in der Entwicklung von Bordnetzen. Hierbei kann das Verfahren insbesondere in automatisierten Werkzeugen, z.B. Softwareprogrammen, zur Bordnetzentwicklung zum Einsatz kommen. Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere digitales Speichermedium, umfassend einen Satz von Anweisungen, welche bei Ausführung auf einem Computer bewirken, dass der Computer die Schritte des beanspruchten Verfahrens durchführt. Ein digitales Speichermedium kann eine CD-ROM, eine DVD oder ein anderer einmalig beschreibbarer oder wiederbeschreibbarer Datenträger sein. Ein digitales Speichermedium kann auch durch einen Server gebildet werden, auf dem das Computerprogrammprodukt zum Herunterladen mittels einer Datenverbindung bereitgestellt wird. Bei dem Server kann es sich um einen Internetserver handeln. The process of the invention can be used in many ways. One possible application is the development of on-board networks. In this case, the method can be used in particular in automated tools, e.g. Software programs, are used for on-board network development. The invention therefore also includes a computer program product, in particular a digital storage medium, comprising a set of instructions which, when executed on a computer, cause the computer to perform the steps of the claimed method. A digital storage medium may be a CD-ROM, a DVD or other write-once or rewritable medium. A digital storage medium can also be formed by a server on which the computer program product is made available for downloading by means of a data connection. The server can be an Internet server.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet sich beim Betrieb von Bordnetzen, also in dem Fall, dass einem HV-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eine zusätzliche Energiequelle hinzugefügt wird oder dass eine bereits vorhandene, aber bisher nicht aktive, zusätzliche Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden wird. Die Erfindung umfasst daher auch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Das Kraftfahrzeug weist ein mit dem zweiten Unterbrechungselement verbundenes Steuergerät auf, das zur Einstellung des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke eingerichtet ist, wobei das Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 eingerichtet ist. Another possible use of the method according to the invention is the operation of on-board networks, ie in the case that an HV power supply of a motor vehicle, an additional energy source is added or that an existing, but not yet active, additional energy source is connected to the HV electrical system , The invention therefore also encompasses a motor vehicle having the features of patent claim 9. The motor vehicle has a control device connected to the second interruption element, which is set up to set the second threshold value of the current, wherein the control device is set up to carry out the method according to claim.

Das Steuergerät kann dauerhaft in dem Kraftfahrzeug angeordnet und mit dem zweiten (und / oder mit dem weiteren) Unterbrechungselement verbunden sein. Das Steuergerät kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden, wenn die zweite Energiequelle mit dem HV-Bordnetz verbunden wird. The control unit can be permanently arranged in the motor vehicle and connected to the second (and / or with the other) interruption element. The control unit can be used to carry out the method according to the invention, when the second power source is connected to the HV electrical system.

Das Steuergerät kann auch nur zeitweilig mit dem Kraftfahrzeug verbindbar und insbesondere nur zeitweilig mit dem zweiten (und / oder weiteren) Unterbrechungselement verbindbar sein. Das Steuergerät kann in diesem Fall zum Einsatz kommen, wenn einem HV-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eine bisher nicht vorhandene zweite (oder weitere) Energiequelle hinzugefügt wird. Dies könnte beispielsweise der Fall sein, wenn ein Kraftfahrzeug mit einer weiteren HV-Batterie, einem Range Extender oder einer Brennstoffzelle nachgerüstet wird. Mit besonderem Vorteil ist das Kraftfahrzeug eingerichtet, eine Datenverbindung zwischen dem Steuergerät und dem zweiten Unterbrechungselement mittels einer Datenbusverbindung des Kraftfahrzeugs herzustellen. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn das Kraftfahrzeug eine Diagnoseschnittstelle umfasst, wobei die Diagnoseschnittstelle zur Verbindung des Steuergeräts mit dem Datenbus des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Bei dem Steuergerät kann es sich um ein in für die Arbeit an HV-Bordnetzen qualifizierten KFZ-Werkstätten genutztes Gerät handeln. Wird in einer solchen Werkstatt das HV-Bordnetz um eine Energiequelle erweitert, so kann mittels des Steuergeräts der zweite und / oder weitere Schwellenwert der Stromstärke eingestellt werden. Das um die zusätzliche Energiequelle erweiterte HV-Bordnetz ist dann abgesichert. In vorteilhafter Weiterbildung können die Schwellenwerte weiterer oder aller Unterbrechungselemente des HV-Bordnetzes mittels des Steuergeräts einstellbar sein. Beim Hinzufügen einer zweiten oder weiteren Energiequelle kann dann mit Vorteil das gesamte Verfahren durchgeführt werden, also z.B. auch das Bestimmen und Einstellen der Schwellenwerte des ersten Unterbrechungselements. The control unit can also only temporarily connectable to the motor vehicle and in particular only temporarily be connectable to the second (and / or further) interruption element. In this case, the control unit can be used when a previously non-existent second (or further) energy source is added to an HV electrical system of a motor vehicle. This could for example be the case when a motor vehicle is retrofitted with another HV battery, a range extender or a fuel cell. With particular advantage, the motor vehicle is set up to establish a data connection between the control unit and the second interruption element by means of a data bus connection of the motor vehicle. It is particularly advantageous if the motor vehicle comprises a diagnostic interface, wherein the diagnostic interface is set up to connect the control unit to the data bus of the motor vehicle. The control device may be a device used in work for HV vehicle electrical systems qualified for work on HV electrical systems. If in such a workshop the HV electrical system is extended by an energy source, the second and / or further threshold value of the current intensity can be adjusted by means of the control unit. The extended to the additional energy source HV electrical system is then secured. In an advantageous development, the threshold values of further or all interruption elements of the HV on-board network can be set by means of the control unit. When adding a second or further energy source, then advantageously the entire process can be carried out, e.g. also determining and setting the threshold values of the first interrupt element.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it

1(a) eine schematische Darstellung der Wertebereiche der Stromstärken in einem beispielhaften NV-Bordnetz, 1 (a) a schematic representation of the value ranges of the current intensities in an exemplary NV vehicle electrical system,

1(b) eine schematische Darstellung der Wertebereiche der Stromstärken in einem beispielhaften HV-Bordnetz, 1 (b) a schematic representation of the value ranges of the current strengths in an exemplary HV electrical system,

2 eine schematische Darstellung der Elemente eines beispielhaften HV-Bordnetzes, 2 a schematic representation of the elements of an exemplary HV electrical system,

3 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Unterbrechungselements, 3 a schematic representation of an exemplary interruption element,

4 ein erstes Prinzip-Schaltbild eines HV-Bordnetzes mit einem ersten Energiespeicher im Kurzschlussfall, 4 a first schematic circuit diagram of a HV electrical system with a first energy storage in the event of a short circuit,

5 ein zweites Prinzip-Schaltbild eines HV-Bordnetzes mit einem ersten Energiespeicher im Kurzschlussfall, 5 a second schematic circuit diagram of an HV electrical system with a first energy storage in the event of a short circuit,

6 eine Darstellung der in einem HV-Bordnetz mit einem ersten Energiespeicher abgesicherten beispielhaften Wertebereiche, 6 a representation of the example in a HV electrical system with a first energy storage protected exemplary value ranges,

7 ein erstes Prinzip-Schaltbild eines HV-Bordnetzes mit einem ersten und einem zweiten Energiespeicher im Kurzschlussfall, 7 a first schematic diagram of an HV on-board network with a first and a second energy storage in the event of a short circuit,

8 ein zweites Prinzip-Schaltbild eines HV-Bordnetzes mit einem ersten und einem zweiten Energiespeicher im Kurzschlussfall, 8th a second principle circuit diagram of an HV on-board network with a first and a second energy storage in the event of a short circuit,

9 eine Darstellung der in einem HV-Bordnetz mit einem ersten und einem zweiten Energiespeicher abgesicherten beispielhaften Wertebereiche, 9 a representation of the example in a HV electrical system with a first and a second energy storage protected exemplary value ranges,

10 eine beispielhafte Darstellung des größten noch abgesicherten Wertes des Kurzschlusswiderstands als Funktion der Stromstärke eines zweiten Energiespeichers, 10 an exemplary representation of the largest value of the short-circuit resistance that is still protected as a function of the current intensity of a second energy store,

11 eine beispielhafte Darstellung der Zeitdauer der Stromtragfähigkeit beispielhafter Elemente eines HV-Bordnetzes sowie der Zeitdauer beispielhafter Unterbrechungselemente als Funktion der Stromstärke. 11 an exemplary representation of the duration of the current carrying capacity of exemplary elements of a HV electrical system and the duration of exemplary interruption elements as a function of the current.

Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in den Figuren gleiche Merkmale der dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den dargestellten Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung lediglich um Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt. Insbesondere sind Darstellungen von Merkmalskombinationen in den Figuren und / oder der Figurenbeschreibung nicht dahingehend auszulegen, dass die Erfindung zwingend die Verwirklichung aller genannten Merkmale erfordert. Andere Ausführungsformen der Erfindung können weniger, mehr und / oder andere Merkmale enthalten. Der Schutzbereich und die Offenbarung der Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Patentansprüchen und der vollständigen Beschreibung. Like reference characters indicate like features in the figures of the illustrated embodiments of the invention. It should be noted that the illustrated figures and the associated description are merely exemplary embodiments of the invention. In particular, representations of combinations of features in the figures and / or the description of the figures are not to be interpreted as meaning that the invention necessarily requires the realization of all mentioned features. Other embodiments of the invention may include fewer, more, and / or different features. The scope and disclosure of the invention will be apparent from the appended claims and the complete description.

1(a) veranschaulicht, wie bereits eingangs erwähnt, die Wertebereiche der Stromstärken in einem NV-Bordnetz im Normalbetrieb und im Störfall auf einer Skala der Stromstärke. Es zeigt sich, dass die beiden Bereiche voneinander getrennt sind. Das NV-Bordnetz lässt sich daher in verhältnismäßig einfacher Weise gegen elektrische Kurzschlüsse durch den Einsatz elektrischer Sicherungen absichern, deren Nennströme jeweils zwischen dem größten im Normalbetrieb des NV-Bordnetzes und dem kleinsten im Störfall des NV-Bordnetzes auftretenden Wert der Stromstärke liegen. 1 (a) illustrates, as already mentioned, the value ranges of the current levels in a vehicle electrical system in normal operation and in case of failure on a scale of amperage. It turns out that the two areas are separated. The NV electrical system can therefore be secured in a relatively simple manner against electrical short circuits by the use of electrical fuses whose rated currents are each between the largest in normal operation of the NV on-board network and the smallest occurring in case of failure of the NV on-board electrical current value.

Anhand der für HV-Bordnetze in 1(b) dargestellten Wertebereiche wird deutlich, dass HV-Bordnetz in der Regel nicht ausschließlich mittels einfacher elektrischer Sicherungen abgesichert werden können. Die Wertebereiche überlappen. Stromstärken in diesem Überlappungsbereich können zwar durch einen elektrischen Kurzschluss verursacht worden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Stromstärken im Überlappungsbereich bei ordnungsgemäßem Betrieb des HV-Bordnetzes auftreten. Ein Grund für diesen Effekt liegt darin, dass der Innenwiderstand der Batteriezellen der HV-Batterie nicht konstant ist, sondern mit sinkendem Ladezustand (englisch „state of charge“, SOC) und / oder sinkender Umgebungstemperatur steigt. Based on the for HV-electrical wiring in 1 (b) ranges shown is clear that HV electrical system usually can not be hedged exclusively by means of simple electrical fuses. The value ranges overlap. Amperages in this overlap area may have been caused by an electrical short circuit. However, it is also possible that the currents occur in the overlap area with proper operation of the HV electrical system. One reason for this effect is that the internal resistance of the battery cells of the HV battery is not constant, but increases with decreasing state of charge (SOC) and / or decreasing ambient temperature.

2 zeigt eine schematische Darstellung der Elemente eines beispielhaften HV-Bordnetzes 1 eines Kraftfahrzeugs. Das HV-Bordnetz 1 umfasst eine HV-Batterie 2 als ersten Energiespeicher. Einzelne Komponenten der Leistungselektronik des HV-Bordnetzes 1 sind im vorliegenden Beispiel in einem Leistungselektronik-Modul 16 angeordnet. Stromleitungen innerhalb des Leistungselektronik-Moduls 16 könnten als Stromschienen ausgebildet sein, während die außerhalb des Leistungselektronik-Moduls 16 angeordneten Komponenten mittels Kabelverbindungen mit diesem 16 verbunden sein können. Die Kabelverbindungen können Kabel, Stecker, Schraubverbindungen und weitere Verbindungselemente umfassen. Es sei darauf hingewiesen, dass die dargestellte Anordnung des HV-Bordnetzes nur beispielhaft und keinesfalls einschränkend zu verstehen ist. Die HV-Batterie 2 ist über eine zweipolige Gleichstrom-(DC-)Kabelverbindung 14 elektrisch mit dem Leistungselektronik-Modul 16 und somit mit den weiteren DC-Komponenten des HV-Bordnetzes verbunden. Die elektrische Verbindung der HV-Batterie 2 mit dem weiteren HV-Bordnetz kann mittels des ersten Unterbrechungselements 4 unterbrochen werden. Dieses 4 wird mit Bezug zu 3 nachfolgend noch detaillierter erläutert. Ebenfalls dargestellt ist eine zweite Energiequelle 3 sowie ein zweites Unterbrechungselement 5. Die zweite Energiequelle 3 und das zweite Unterbrechungselement 5 sind gestrichelt eingezeichnet. Dies soll veranschaulichen, dass diese zweite Energiequelle 3 im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gedanklich aus dem HV-Bordnetz 1 entfernt wird. Die zweite Energiequelle 3 könnte im dargestellten Beispiel eine weitere HV-Batterie oder eine Brennstoffzelle sein. Ein Elektromotor 6, welcher dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dienen kann, wieder durch Wechselstrom (AC) angetrieben. Er 6 ist daher über eine dreipolige AC-Kabelverbindung 15 mit einem im Leistungselektronik-Modul 16 angeordneten Inverter 9 verbunden, welcher wiederum DC-seitig mit der DC-Kabelverbindung 14 verbunden ist. Eine NV-Batterie 7, die z.B. eine Spannung von 12 V, 14 V oder 48 V haben kann, ist mittels eines Gleichstromwandlers (DC/DC-Wandler) 8 mit dem HV-Bordnetz 1 verbunden. Selbstverständlich kann das NV-Bordnetz weitere, nicht dargestellte, Komponenten umfassen. Über eine AC-Ladeschnittstelle 10, welche mittels eines Ladegeräts 11 mit dem HV-Bordnetz 1 verbunden ist, kann die HV-Batterie 1 geladen werden. Die dargestellte Kabelverbindung zwischen AC-Ladeschnittstelle 10 und dem im Leistungselektronik-Modul angeordneten Ladegerät 11 ist zweipolig, ermöglicht also einphasiges Laden. Ebenso könnte es sich um eine dreiphasige AC-Ladeschnittstelle handeln. Weiter dargestellt sind diverse HV-Komponenten 12 des HV-Bordnetzes 1. Hierbei 12 könnte es sich um ein elektrisches Heizgerät, einen Klimakompressor, einen range extender und / oder eine DC-Ladeschnittstelle handeln. Entsprechend dem Strombedarf einer jeweiligen HV-Komponente 12 und dem Kabelquerschnitt, der zur Anbindung der jeweiligen HV-Komponente 12 an das HV-Bordnetz 1 genutzt wird, kann eine Sicherung 13 im jeweiligen Strompfad vorgesehen sein, die jeweils lokal das Element des HV-Bordnetzes (z.B. das Kabel), mit dem sie verbunden ist, vor Überströmen schützt. Nicht alle DC-Kabelverbindungen 14 des HV-Bordnetzes 1 haben notwendigerweise den gleichen Kabelquerschnitt. Beispielsweise können die DC-Kabelverbindungen 14, in denen hohe Stromstärken auftreten, einen Querschnitt im Bereich von 35 (mm)2 oder mehr haben. Beispiele hierfür können sein: die DC-Kabelverbindung 14 im Pfad zwischen HV-Batterie 1 und Inverter 9, die DC-Kabelverbindung 14 im Pfad zwischen HV-Batterie 3 und Inverter 9, die AC-Kabelverbindung 15 zwischen Elektromotor 6 und Inverter 9. Andere DC-Kabelverbindungen wie z.B. die DC-Kabelverbindung zu einer HV-Komponente 12 mit geringerem Strombedarf können einen geringeren Querschnitt aufweisen, beispielsweise im Bereich von 6 (mm)2. 2 shows a schematic representation of the elements of an exemplary HV electrical system 1 of a motor vehicle. The HV electrical system 1 includes a HV battery 2 as the first energy store. Individual components of the power electronics of the HV electrical system 1 are in the present example in a power electronics module 16 arranged. Power lines within the power electronics module 16 could be designed as busbars while the outside of the power electronics module 16 arranged components by means of cable connections with this 16 can be connected. The cable connections may include cables, connectors, screw connections and other connecting elements. It should be noted that the illustrated arrangement of the HV electrical system is to be understood only by way of example and not by way of limitation. The HV battery 2 is via a two-pole DC (DC) cable connection 14 electrically with the power electronics module 16 and thus connected to the other DC components of the HV electrical system. The electrical connection of the HV battery 2 with the further HV electrical system can by means of the first interruption element 4 to be interrupted. This 4 is related to 3 explained in more detail below. Also shown is a second energy source 3 and a second interruption element 5 , The second energy source 3 and the second interruption element 5 are shown in dashed lines. This is to illustrate that this second energy source 3 mentally in the course of the process according to the invention from the HV electrical system 1 Will get removed. The second energy source 3 could be another HV battery or a fuel cell in the example shown. An electric motor 6 , which can serve the drive of the motor vehicle, again powered by alternating current (AC). He 6 is therefore via a three-pole AC cable connection 15 with one in the power electronics module 16 arranged inverter 9 which in turn is DC-side with the DC cable connection 14 connected is. An NV battery 7 , which may have a voltage of 12 V, 14 V or 48 V, for example, is by means of a DC-DC converter (DC / DC converter) 8th with the HV electrical system 1 connected. Of course, the NV electrical system can include other, not shown, components. Via an AC charging interface 10 , which by means of a charger 11 with the HV electrical system 1 connected, the HV battery can 1 getting charged. The illustrated cable connection between AC charging interface 10 and the charger arranged in the power electronics module 11 is bipolar, allowing single-phase charging. It could also be a three-phase AC charging interface. Also shown are various HV components 12 of the HV electrical system 1 , in this connection 12 it could be an electric heater, an air conditioning compressor, a range extender and / or a DC charging interface. According to the power requirement of a respective HV component 12 and the cable cross section for connecting the respective HV component 12 to the HV electrical system 1 can be used, a backup 13 be provided in the respective current path, which locally protects the element of the HV electrical system (eg the cable), with which it is connected against overcurrents. Not all DC cable connections 14 of the HV electrical system 1 necessarily have the same cable cross-section. For example, the DC cable connections 14 in which high currents occur, have a cross section in the range of 35 (mm) 2 or more. Examples include: the DC cable connection 14 in the path between HV battery 1 and inverter 9 , the DC cable connection 14 in the path between HV battery 3 and inverter 9 , the AC cable connection 15 between electric motor 6 and inverter 9 , Other DC cable connections, such as the DC cable connection to a HV component 12 with lower power consumption may have a smaller cross-section, for example in the range of 6 (mm) 2 .

3 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Unterbrechungselements 4 der HV-Batterie 2. Das Unterbrechungselement 4 ist zwischen den Batteriezellen 20 der HV-Batterie 2 und den nach außen geführten Anschlüssen (nicht dargestellt) der HV-Batterie 2 angeordnet, so dass es 4 im Bedarfsfall die HV-Batterie 2 vom restlichen HV-Bordnetz 1 abtrennen kann. Das gezeigte Unterbrechungselement weist drei unterschiedliche Unterbrechungsmechanismen auf. Dies kann für eine umfassende Absicherung sinnvoll sein, da jeder der Unterbrechungsmechanismen in einem anderen Wertebereich der Stromstärke wirksam sein kann. Dies wird nachfolgend noch mit Bezug zu 11 erläutert werden. Unterbrechungselemente müssen jedoch keineswegs alle drei Unterbrechungsmechanismen aufweisen. Vielmehr können sie auch nur einen der Unterbrechungsmechanismen oder eine beliebige Kombination zweier Unterbrechungsmechanismen aufweisen. Der erste dargestellte Unterbrechungsmechanismus besteht in einem Sicherungselement 41, das die elektrische Verbindung unterbricht, wenn eine bestimmte Stromstärke überschritten wird. Es sei darauf hingewiesen, dass auch für jede der beiden Leitungen 14 eine eigene Sicherung vorgesehen sein könnte. Es kann sich bei dem Sicherungselement 41 beispielsweise um eine Schmelzsicherung handeln. Das Sicherungselement 41 kann beispielsweise den Bereich sehr hoher Stromstärken (z.B. größer als 1000 A) absichern. Die beiden weiteren dargestellten Unterbrechungsmechanismen sind eingerichtet, die elektrische Verbindung in Abhängigkeit einer gemessenen Spannung und / oder eines gemessenen Stroms zu unterbrechen. Hierzu sind ein Spannungssensor 42 und ein Stromsensor 43 vorgesehen. Beide Sensoren 42, 43 sind mit einer Auswerteschaltung 44 verbunden. Diese 44 wertet die von den Sensoren 42, 43 übermittelten Messwerte aus und vergleicht die Messwerte mit gespeicherten Schwellenwerten. Überschreitet oder unterschreitet einer der Messwerte den zugehörigen Schwellenwert, so steuert die Auswerteschaltung einen steuerbaren Schalter 45 an, worauf dieser 45 die elektrische Verbindung unterbricht. Die Auswerteschaltung 44 ist für die Ausführung der vorliegenden Erfindung so eingerichtet, dass sie die Verbindung unterbricht, wenn die gemessene Stromstärke einen Schwellenwert der Stromstärke übersteigt und / oder wenn die gemessene Spannung einen Schwellenwert der Spannung unterschreitet. Mit anderen Worten besteht also ein zweiter Unterbrechungsmechanismus in der geschilderten Stromüberwachung und ein dritter Unterbrechungsmechanismus in der geschilderten Spannungsüberwachung. Der zweite Unterbrechungsmechanismus (Stromüberwachung) kann beispielsweise den Bereich mittlerer Stromstärken (z.B. größer als 400 A) absichern. Der dritte Unterbrechungsmechanismus (Spannungsüberwachung) kann beispielsweise den Bereich kleiner Stromstärken (z.B. kleiner als 400 A) absichern. Die Spannungsüberwachung ist der wesentliche Unterbrechungsmechanismus bei der Überwindung des mit Bezug zu 1(b) geschilderten Problems. In dem in 1(b) gezeigten Überlappungsbereich kann ein stromstärkenbasierter Unterbrechungsmechanismus nicht wirksam eingesetzt werden. Hingegen kann in diesem Bereich eine Spannungsüberwachung wirksam zur Erkennung eines Kurzschlusses eingesetzt werden, da im Falle eines Kurzschlusses die Spannung aufgrund des geringen Kurzschlusswiderstands signifikant einbricht. Die Spannungsüberwachung ist daher ein wichtiger Bestandteil der Absicherung eines HV-Bordnetzes 1. Wie nachfolgend nach ausführlicher erläutert wird, kann die vorliegende Erfindung dahingehend verstanden werden, dass sie die Wirksamkeit der Spannungsüberwachung bei Vorhandensein einer zweiten Energiequelle 3 im HV-Bordnetz 1 sicherstellt. 3 shows a schematic representation of an exemplary interruption element 4 the HV battery 2 , The interruption element 4 is between the battery cells 20 the HV battery 2 and the outgoing leads (not shown) of the HV battery 2 arranged so that it 4 If necessary, the HV battery 2 from the remaining HV electrical system 1 can separate. The illustrated interruption element has three different interruption mechanisms. This may be useful for full coverage because each of the interrupt mechanisms may operate in a different range of amperage levels. This will be explained below with reference to 11 be explained. However, interrupt elements by no means must have all three interrupt mechanisms. Rather, they may also have only one of the interrupt mechanisms or any combination of two interrupt mechanisms. The first illustrated interrupt mechanism is a fuse element 41 which breaks the electrical connection when a certain current is exceeded. It should be noted that also for each of the two lines 14 a separate backup could be provided. It may be at the fuse element 41 for example, to act a fuse. The fuse element 41 For example, it can protect the range of very high currents (eg greater than 1000 A). The two further illustrated interruption mechanisms are set up to interrupt the electrical connection as a function of a measured voltage and / or a measured current. These are a voltage sensor 42 and a current sensor 43 intended. Both sensors 42 . 43 are with an evaluation circuit 44 connected. These 44 evaluates those of the sensors 42 . 43 transmitted measured values and compares the measured values with stored threshold values. If one of the measured values exceeds or falls below the associated threshold value, then the evaluation circuit controls a controllable switch 45 to what this 45 the electrical connection is interrupted. The evaluation circuit 44 is for the execution of The present invention is arranged to interrupt the connection when the measured current exceeds a threshold value of the current and / or when the measured voltage falls below a threshold value of the voltage. In other words, there is a second interrupt mechanism in the described current monitoring and a third interrupt mechanism in the described voltage monitoring. The second interrupt mechanism (current monitoring), for example, the range of average currents (eg greater than 400 A) secure. The third interruption mechanism (voltage monitoring) can, for example, protect the range of low current intensities (eg less than 400 A). The voltage monitoring is the essential interruption mechanism in overcoming the related to 1 (b) described problem. In the in 1 (b) shown overlap area, a current-based interruption mechanism can not be used effectively. On the other hand, in this area a voltage monitoring can be used effectively to detect a short circuit, since in the case of a short circuit the voltage drops significantly due to the low short circuit resistance. The voltage monitoring is therefore an important part of securing a HV electrical system 1 , As will be explained in more detail below, the present invention can be understood as meaning the effectiveness of voltage monitoring in the presence of a second energy source 3 in the HV electrical system 1 ensures.

Das zweite Unterbrechungselement 5 kann genauso aufgebaut sein wie das in 3 dargestellte Unterbrechungselement 4. Dies ist jedoch zur Ausführung der Erfindung nicht nötig. Insbesondere muss das zweite Unterbrechungselement 5 erfindungsgemäß keinen spannungsbasierten Unterbrechungsmechanismus aufweisen, sondern nur einen strombasierten Unterbrechungsmechanismus. Das zweite Unterbrechungselement 5 kann also nur eine Sicherung 41 und / oder eine Stromüberwachung 43, 44, 45 umfassen. The second interruption element 5 can be just like the one in 3 illustrated interruption element 4 , However, this is not necessary for carrying out the invention. In particular, the second interruption element must 5 According to the invention have no voltage-based interrupt mechanism, but only a current-based interrupt mechanism. The second interruption element 5 So only one backup 41 and / or a current monitor 43 . 44 . 45 include.

4 zeigt ein erstes Prinzip-Schaltbild eines HV-Bordnetzes 1 mit einem ersten Energiespeicher 2 im Kurzschlussfall. Der Kurzschluss wird durch Elemente des HV-Bordnetzes 1 gebildet, die miteinander in unbeabsichtigter Weise elektrisch leitend verbunden sind. Die Verbindung muss nicht notwendigerweise galvanisch sein. Ein Kurzschluss kann auch durch Lichtbögen entstehen. Die Kurzschlussverbindung weist insgesamt einen elektrischen Widerstandswert Rsc (Einheit Ohm) auf. Es sei darauf hingewiesen, dass der in 4 eingezeichnete Widerstand kein Bauteil darstellt, sondern den gesamten Widerstand der Kurzschlussverbindung symbolisiert. Die HV-Batterie 2, deren Unterbrechungselement 4 in 4 nicht dargestellt ist, liefert eine Klemmenspannung UBatt,1 und einen über die Kurzschlussverbindung fließenden Strom IBatt,1. 4 shows a first schematic diagram of a HV electrical system 1 with a first energy storage 2 in the event of a short circuit. The short circuit is caused by elements of the HV electrical system 1 formed, which are connected to each other in an unintentional manner electrically conductive. The connection does not necessarily have to be galvanic. A short circuit can also be caused by electric arcs. The short-circuit connection has an overall electrical resistance R sc (unit ohms). It should be noted that the in 4 drawn resistor is not a component, but symbolizes the total resistance of the short-circuit connection. The HV battery 2 , its interruption element 4 in 4 not shown, provides a terminal voltage U Batt, 1 and a current flowing through the short-circuit connection current I Batt, 1 .

5 zeigt ein zweites Prinzip-Schaltbild eines HV-Bordnetzes 1 mit einem ersten Energiespeicher 2 im Kurzschlussfall. Die 5 zeigt den gleichen Sachverhalt wie die 4. Zusätzlich dargestellt sind die in Reihe geschalteten Batteriezellen 20 der HV-Batterie 2. Die Batteriezellen sind als ideale Spannungsquellen dargestellt, die jeweils eine Spannung Ui, i = 1, ..., n, bereitstellen. Zusätzlich ist jeweils der Innenwiderstand Ri, i = 1, ..., n, einer jeden Batteriezelle dargestellt. Dessen Wert muss nicht konstant sein, sondern kann von der Umgebungstemperatur, dem Ladezustand der Batteriezelle und / oder weiteren Parametern abhängig sein. Zur besseren Verständlichkeit wird vorliegend davon ausgegangen, dass die HV-Batterie 2 nur die dargestellten in Reihe geschalteten identischen Batteriezellen 20 aufweist. Es sei darauf hingewiesen, dass dies Erklärungszwecken dient und nicht einschränkend zu verstehen ist. In der Regel können HV-Batterien seriell und / oder parallel miteinander verschaltete Batteriezellen umfassen. Diese Batteriezellen können unterschiedlich sein und insbesondere eine unterschiedliche Spannung liefern. 5 shows a second schematic diagram of a HV electrical system 1 with a first energy storage 2 in the event of a short circuit. The 5 shows the same facts as the 4 , Additionally shown are the battery cells connected in series 20 the HV battery 2 , The battery cells are shown as ideal voltage sources, each providing a voltage U i , i = 1, ..., n. In addition, in each case the internal resistance R i , i = 1,..., N, of each battery cell is shown. Its value does not have to be constant, but may depend on the ambient temperature, the state of charge of the battery cell and / or other parameters. For ease of understanding, it is assumed in the present case that the HV battery 2 only the illustrated in series identical battery cells 20 having. It should be understood that this is for purposes of explanation and is not to be considered as limiting. As a rule, HV batteries can comprise serial and / or parallel-connected battery cells. These battery cells can be different and in particular deliver a different voltage.

Es soll nun zunächst anhand der 5 dargestellt werden, wie die ersten beiden erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchgeführt werden können. It should now first on the basis of 5 be shown how the first two steps of the invention can be performed.

Im ersten Schritt wird der Maximalwert Rsc,max des elektrischen Kurzschlusswiderstands Rsc bestimmt. Hierzu ist eine genaue Kenntnis des Aufbaus des HV-Bordnetzes, also der Elemente und deren Anordnung und Verschaltung, notwendig. Aus dieser Kenntnis sowie aus Erfahrungswerten und ggf. Messungen und Versuchen kann für unterschiedliche denkbare Kurzschlussfälle der jeweilige Kurzschlusswiderstand Rsc bestimmt werden. Der Maximalwert Rsc,max des elektrischen Kurzschlusswiderstands ist dann so zu wählen, dass er jeden der derart bestimmten Kurzschlusswiderstände Rsc übersteigt. Mit anderen Worten soll der Maximalwert Rsc,max so bestimmt werden, dass er größer ist als jeder Kurzschlusswiderstand, der im HV-Bordnetz tatsächlich auftreten könnte. Im vorliegenden Beispiel soll von ausgegangen werden, dass der Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands Rsc,max = 150 mOhm ist. In the first step, the maximum value R sc, max of the electrical short-circuit resistance R sc is determined. For this purpose, a precise knowledge of the structure of the HV electrical system, so the elements and their arrangement and interconnection, necessary. From this knowledge as well as empirical values and possibly measurements and tests, the respective short-circuit resistance R sc can be determined for different conceivable short-circuit cases. The maximum value R sc, max of the electrical short-circuit resistance is then to be chosen such that it exceeds each of the thus determined short-circuit resistances R sc . In other words, the maximum value R sc, max should be determined so that it is greater than any short-circuit resistance that could actually occur in the HV electrical system. In the present example, it should be assumed that the maximum value of the electrical short-circuit resistance R sc, max = 150 mOhm.

Im zweiten Schritt werden der Schwellenwert Uth der Klemmenspannung UBatt,1 und der erste Schwellenwert I1,th der Stromstärke IBatt,1 derart bestimmt, dass das Hochvolt-Bordnetz 1 gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts Rsc,max des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands abgesichert ist. Hierzu wird angenommen, dass die zweite Energiequelle 3 vom HV-Bordnetz 1 getrennt ist. In the second step, the threshold value U th of the terminal voltage U Batt, 1 and the first threshold value I 1, th of the current intensity I Batt, 1 are determined such that the high-voltage vehicle electrical system 1 against overcurrents occurring due to an electrical short circuit at least for all below the maximum value R sc, max of electrical short-circuit resistance values of the electrical short-circuit resistance is protected. For this it is assumed that the second energy source 3 from the HV electrical system 1 is disconnected.

Gemäß der Kirchhoffschen Gesetze berechnet sich der Batteriestrom IBatt,1 im Kurzschlussfall zu

Figure DE102015201899A1_0002
und der Wert der Klemmenspannung UBatt,1 im Kurzschlussfall zu
Figure DE102015201899A1_0003
According to Kirchhoff's laws, the battery current I Batt, 1 is calculated in the event of a short circuit
Figure DE102015201899A1_0002
and the value of the terminal voltage U Batt, 1 in the event of a short circuit too
Figure DE102015201899A1_0003

Der Wert IBatt,1 kann den ersten Schwellenwert I1,th der Stromstärke nicht überschreiten, da das erste Unterbrechungselement 4 eingerichtet ist, in diesem Fall die elektrische Verbindung zwischen der HV-Batterie 2 und dem restlichen HV-Bordnetz 1 zu unterbrechen. Es gilt also IBatt,1 ≤ I1,th. The value I Batt, 1 can not exceed the first threshold I 1, th of the current, since the first interrupt element 4 is established, in this case, the electrical connection between the HV battery 2 and the rest of the HV electrical system 1 to interrupt. So it applies I Batt, 1 ≤ I 1, th .

Weiterhin kann der Wert UBatt,1 den Schwellenwert Uth der Klemmenspannung nicht unterschreiten, da das erste Unterbrechungselement 4 eingerichtet ist, in diesem Fall die elektrische Verbindung zwischen der HV-Batterie 2 und dem restlichen HV-Bordnetz 1 zu unterbrechen. Es gilt also UBatt,1 ≥ Uth. Furthermore, the value U Batt, 1 can not fall below the threshold value U th of the terminal voltage, since the first interruption element 4 is established, in this case, the electrical connection between the HV battery 2 and the rest of the HV electrical system 1 to interrupt. So it applies U Batt, 1 ≥ U th .

In Ausführung des zweiten Schritts ist es vorteilhaft, zunächst den ersten Schwellenwert I1,th der Stromstärke zu bestimmen, da sich dieser aus den vorbekannten Eigenschaften der Bauelemente des HV-Bordnetzes ergeben kann. Zu jedem dieser Bauelemente ist nämlich in der Regel ein maximaler Stromwert bekannt oder kann bestimmt werden, für den dieses Bauelement geeignet ist. Beispielsweise können Kabel abhängig von ihrem Querschnitt eine bestimmte maximale Stromstärke führen, ohne übermäßig erwärmt zu werden. Im vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass aus den bekannten Eigenschaften der Bauelemente des HV-Bordnetzes ein Schwellenwert von I1,th = 500 A bestimmt wird. Vorteilhafterweise kann auch die erste und zweite Zeitdauer bestimmt werden. Es sei aber darauf hingewiesen, dass das erste Unterbrechungselement aufgrund seiner technischen Eigenschaften (Hardware-Eigenschaften, z.B. Reaktionszeiten bzw. Schaltzeiten der Bauelemente 41, 45, sowie Software-Eigenschaften, z.B. Rechenvorgänge in der Auswerteschaltung 44) ohnehin eine gewisse Zeitdauer bis zur Unterbrechung der ersten elektrischen Verbindung 14 benötigt. Diese Zeitdauer ist dem Fachmann bekannt oder für den Fachmann bestimmbar. Falls diese Zeitdauer einen für die Absicherung des HV-Bordnetzes geeigneten Wert hat, so muss die erste und zweite Zeitdauer nicht gesondert bestimmt und eingestellt werden. In execution of the second step, it is advantageous to first determine the first threshold value I 1, th of the current intensity, since this can result from the previously known properties of the components of the HV on-board network. As a rule, a maximum current value is known or can be determined for each of these components, for which this component is suitable. For example, depending on their cross-section, cables may carry a certain maximum current without overheating. In the present example, it is assumed that a threshold value of I 1, th = 500 A is determined from the known properties of the components of the HV on-board network. Advantageously, the first and second time periods can also be determined. It should be noted, however, that the first interruption element due to its technical properties (hardware properties, eg reaction times or switching times of the components 41 . 45 , as well as software features, eg calculations in the evaluation circuit 44 ) anyway a certain amount of time until the interruption of the first electrical connection 14 needed. This period of time is known to the person skilled in the art or can be determined by a person skilled in the art. If this period of time has a value suitable for securing the HV vehicle electrical system, then the first and second periods of time need not be separately determined and set.

Aus dem ersten Schwellenwert I1,th der Stromstärke und dem Maximalwert Rsc,max des elektrischen Kurzschlusswiderstands lässt sich der minimale Schwellenwert Uth der Klemmenspannung mittels des Ohmschen Gesetzes berechnen: Uth ≥ Rsc,max·I1,th. From the first threshold value I 1, th of the current intensity and the maximum value R sc, max of the electrical short-circuit resistance, the minimum threshold U th of the terminal voltage can be calculated by means of Ohm's law: U th ≥ R sc, max · I 1, th .

Im vorliegenden Zahlenbeispiel ergäbe sich also Uth ≥ Rsc,max·I1,th = 150mΩ·500A = 75 V. In the present numerical example, this would result U th ≥ R sc, max * I 1, th = 150mΩ * 500A = 75V.

Der so berechnete minimale Wert (Uth = 75 V) stellt den niedrigsten Wert dar, den der Schwellenwert der Klemmenspannung annehmen darf. Es sollte aber im Hinblick auf die später dem HV-Bordnetz 1 hinzuzufügende zweite Energiequelle 3 ein höherer Wert gewählt werden, so dass die Unterbrechung der elektrischen Verbindung durch das Unterbrechungselement 4 bereits bei einem entsprechend geringeren Einbruch der Klemmenspannung UBatt,1 erfolgt. Der so entstehende zusätzliche Sicherheitsbereich kann für das Hinzufügen der zweiten Energiequelle 3 genutzt werden. Dies wird nachfolgend noch mit Bezug zu dem dritten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt erörtert werden. Für das vorliegende Beispiel wird ein Wert Uth = 137,5 V bestimmt. The minimum value calculated in this way (U th = 75 V) represents the lowest value that the threshold value of the terminal voltage is allowed to assume. It should, however, in view of the later the HV wiring system 1 to be added second energy source 3 a higher value can be chosen so that the interruption of the electrical connection by the interruption element 4 already occurs with a correspondingly lower break in the terminal voltage U Batt, 1 . The resulting additional safety area may be for adding the second energy source 3 be used. This will be discussed below with reference to the third method step according to the invention. For the present example, a value U th = 137.5 V is determined.

Alternativ könnte der zweite erfindungsgemäße Verfahrensschritt auch ausgeführt werden, indem zunächst der Schwellenwert Uth der Klemmenspannung bestimmt wird und danach mittels des Ohmschen Gesetzes der erste Schwellenwert I1,th der Stromstärke berechnet wird. Alternatively, the second method step according to the invention could also be carried out by first determining the threshold value U th of the terminal voltage and then calculating the first threshold I 1, th of the current intensity by means of Ohm's law.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Schwellenwert Uth der Klemmenspannung und der erste Schwellenwert I1,th der Stromstärke auch auf andere Weise als vorstehend beschrieben bestimmt werden können. Insbesondere ist jede dem mit der Absicherung von HV-Bordnetzen vertrauten Fachmann bekannte Möglichkeit geeignet, diese Schwellenwerte für ein HV-Bordnetz mit einer einzigen Energiequelle zu bestimmen. It should be noted that the threshold value U th of the terminal voltage and the first threshold value I 1, th of the current intensity may be determined in other ways than described above. In particular, each known to those familiar with the safety of HV electrical systems expert is capable of determining these thresholds for a HV electrical system with a single energy source.

Aus den vorstehend dargelegten Zusammenhängen ergeben sich die Wertebereiche, in denen das beispielhafte HV-Bordnetz 1 abgesichert ist. Diese Wertebereiche sind in der 6 dargestellt. Ergänzend zu den genannten beispielhaften Zahlenwerten sind dabei folgende weitere beispielhafte Zahlwerte zugrunde gelegt:

  • • Anzahl der Batteriezellen n = 96,
  • • Spannung jeder der Batteriezellen Ui = 4 V.
From the contexts set out above, the value ranges in which the exemplary HV on-board network results 1 is secured. These value ranges are in the 6 shown. In addition to the exemplary numerical values mentioned, the following further exemplary numerical values are used as a basis:
  • Number of battery cells n = 96,
  • • Voltage of each of the battery cells U i = 4V.

Auf der Abszisse des dargestellten Koordinatensystems sind Werte Ri des Innenwiderstands jeder Batteriezelle aufgetragen. Auf der Ordinate des dargestellten Koordinatensystems sind Werte Rsc des elektrischen Kurzschlusswiderstands aufgetragen. On the abscissa of the illustrated coordinate system values R i of the internal resistance of each battery cell are plotted. Values R sc of the electrical short-circuit resistance are plotted on the ordinate of the illustrated coordinate system.

In dem Koordinatensystem sind drei Ortskurven der Klemmenspannung UBatt,1 aufgetragen, wobei die drei Ortskurven den Werten UBatt,1 = 96 V, UBatt,1 = 137,5 V sowie UBatt,1 = 192 V entsprechen. Die mittlere der genannten Ortskurven der Klemmenspannung UBatt ist somit zugleich die Ortskurve 61 des Schwellenwerts Uth der Klemmenspannung. In the coordinate system, three loci of the terminal voltage U Batt, 1 are plotted, the three loci corresponding to the values U Batt, 1 = 96 V, U Batt, 1 = 137.5 V and U Batt, 1 = 192 V. The mean of said loci of the terminal voltage U Batt is thus at the same time the locus 61 the threshold value U th of the terminal voltage.

In dem Koordinatensystem sind weiterhin acht Ortskurven des Batteriestroms IBatt,1 aufgetragen, wobei die acht Ortskurven den Werten IBatt,1 = 1000 A, IBatt,1 = 900 A, IBatt,1 = 800 A, IBatt,1 = 700 A, IBatt,1 = 600 A, IBatt,1 = 500 A, IBatt,1 = 400 A sowie IBatt,1 = 300 A entsprechen. Die durch IBatt,1 = 400 A festgelegte Ortskurve des Batteriestroms IBatt,1 ist somit zugleich die Ortskurve 62 des ersten Schwellenwerts I1,th der Stromstärke. In the coordinate system, eight loci of battery current I Batt, 1 are plotted, the eight locus curves being I Batt, 1 = 1000 A, I Batt, 1 = 900 A, I Batt, 1 = 800 A, I Batt, 1 = 700 A, I Batt, 1 = 600 A, I Batt, 1 = 500 A, I Batt, 1 = 400 A and I Batt, 1 = 300 A. The locus of the battery current I Batt, 1 defined by I Batt, 1 = 400 A is thus at the same time the locus 62 the first threshold I 1, th of the current.

Wie vorstehend beschrieben ist das erste Unterbrechungselement 4 eingerichtet, die elektrische Verbindung bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts der Stromstärke sowie bei Unterschreiten des Schwellenwerts der Klemmenspannung zu unterbrechen. Somit sind alle in 6 dargestellten Wertebereiche links der Ortskurve 62 und rechts der Ortskurve 61 abgesichert. Es verbleibt ein nicht abgesicherter Wertebereich 60, dessen niedrigster Ordinatenwert Rsc = 275 mOhm ist. As described above, the first interruption element 4 set to break the electrical connection when the first threshold value of the current exceeds and falls below the threshold value of the terminal voltage. Thus, all are in 6 shown value ranges left of the locus 62 and to the right of the locus 61 hedged. An unsecured value range remains 60 whose lowest ordinate value R sc = 275 mOhms.

Es wird also mithilfe der Darstellung der 6 ersichtlich, dass das zugrunde liegende HV-Bordnetz 1 mit einer einzigen Energiequelle 2 ausreichend abgesichert ist. So it will be using the representation of the 6 seen that the underlying HV electrical system 1 with a single energy source 2 is sufficiently secured.

Es soll nachfolgend der Fall eines HV-Bordnetzes 1 mit zwei Energiequellen 2, 3 betrachtet werden. 7 zeigt ein erstes Prinzip-Schaltbild eines solchen HV-Bordnetzes 1 mit einem ersten 2 und einem zweiten Energiespeicher 3 im Kurzschlussfall. Das in 7 dargestellte HV-Bordnetz 1 entspricht somit dem in 4 dargestellten HV-Bordnetz, welches um eine zweite Energiequelle 3 erweitert wurde. Die zweite Energiequelle 3 erzeugt einen Strom IBatt,2, welcher zusammen mit dem von der ersten Energiequelle 2 erzeugten Strom IBatt,1 über die Kurzschlussverbindung fließt. Das zur Unterbrechung der elektrischen Verbindung der zweiten Energiequelle 3 mit dem restlichen HV-Bordnetz 1 eingerichtete zweite Unterbrechungselement 5 ist in der 7 nicht dargestellt. It will be the case of a HV electrical system below 1 with two energy sources 2 . 3 to be viewed as. 7 shows a first schematic diagram of such a HV electrical system 1 with a first 2 and a second energy storage 3 in the event of a short circuit. This in 7 illustrated HV electrical system 1 corresponds to the in 4 shown HV-electrical system, which is a second energy source 3 was extended. The second energy source 3 generates a current I Batt, 2 , which together with that of the first energy source 2 generated current I Batt, 1 flows through the short-circuit connection. The interruption of the electrical connection of the second energy source 3 with the remaining HV electrical system 1 established second interruption element 5 is in the 7 not shown.

8 zeigt ein zweites Prinzip-Schaltbild eines HV-Bordnetzes 1 mit einem ersten 2 und einem zweiten Energiespeicher 3 im Kurzschlussfall. Die Darstellung entspricht wiederum jener der 5, erweitert um eine zusätzliche Energiequelle 3, welche in der 8 als ideale Stromquelle 3 dargestellt ist. 8th shows a second schematic diagram of a HV electrical system 1 with a first 2 and a second energy storage 3 in the event of a short circuit. The representation again corresponds to that of 5 , extended by an additional energy source 3 which in the 8th as an ideal power source 3 is shown.

Im Vergleich zum vorstehend erörterten Fall eines HV-Bordnetzes 1 mit nur einer ersten Energiequelle 2 fließt nun ein zusätzlicher Strom IBatt,2 über die Kurzschlussverbindung. Dies hat Auswirkungen auf die vorstehend erläuterte Absicherung. Zunächst kann aber festgestellt werden, dass die strombasierte Absicherung (nämlich dass das erste Unterbrechungselement 4 eingerichtet ist, die erste elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der ersten Energiequelle 2 ausgehende Stromstärke IBatt,1 einen ersten Schwellenwert I1,th der Stromstärke überschreitet) durch die Erweiterung des HV-Bordnetzes 1 um eine zweite Energiequelle nicht beeinträchtigt wird. Hingegen wird die spannungsbasierte Absicherung (nämlich dass das erste Unterbrechungselement 4 eingerichtet ist, die erste elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine Klemmenspannung UBatt,1 der ersten Energiequelle 2 einen Schwellenwert Uth der Klemmenspannung unterschreitet) durch den zusätzlichen Strom IBatt,2 beeinträchtigt. Der der spannungsbasierten Absicherung zugrunde liegende Vorgang besteht darin, dass im Fall eines Kurzschlusses die Batteriespannung UBatt,1 aufgrund des geringen Kurzschlusswiderstands Rsc einbricht. Dieser Einbruch kann detektiert und so ein Kurzschluss festgestellt werden. Durch das Hinzufügen der zweiten Energiequelle 3 und durch den von ihr 3 gelieferten Strom IBatt,2 wird der von dem Spannungssensor 42 des ersten Unterbrechungselements 4 detektierte Spannungseinbruch verringert. Unterschreitet die Klemmenspannung UBatt,1 der ersten Energiequelle 2 daraufhin nicht den Schwellenwert Uth der Klemmenspannung, so kommt es nicht zu einer Unterbrechung der elektrischen Verbindung. Aus diesem Grund kann dem für den Fall einer einzigen Energiequelle 2 ordnungsgemäß abgesicherten HV-Bordnetz 1 nicht ohne weitere Absicherungs-Maßnahmen eine zweite Energiequelle 3 hinzugefügt werden. In comparison to the case of an HV on-board network discussed above 1 with only a first source of energy 2 Now flows an additional current I Batt, 2 via the short-circuit connection. This has an impact on the hedging described above. First, however, it can be stated that the current-based protection (namely, that the first interruption element 4 is arranged to interrupt the first electrical connection when one of the first power source 2 outgoing current intensity I Batt, 1 a first threshold I 1, th the current exceeds) by the extension of the HV electrical system 1 to a second energy source is not affected. On the other hand, the voltage-based protection (namely that the first interruption element 4 is set up to interrupt the first electrical connection when a Terminal voltage U Batt, 1 of the first energy source 2 exceeds a threshold value U th of the terminal voltage) by the additional current I Batt, 2 impaired. The underlying operation of the voltage-based protection is that in the event of a short circuit, the battery voltage U Batt, 1 breaks down due to the low short-circuit resistance R sc . This burglary can be detected and a short circuit detected. By adding the second energy source 3 and by that of her 3 supplied current I Batt, 2 is that of the voltage sensor 42 of the first interruption element 4 Detected voltage drop reduced. If the terminal voltage U Batt, 1 falls below the first energy source 2 then not the threshold U th of the terminal voltage, so there is no interruption of the electrical connection. For that reason, in the case of a single energy source 2 properly secured HV electrical system 1 not without further safeguards a second energy source 3 to be added.

Zur weiteren Erläuterung der Auswirkung des Hinzufügens der zweiten Energiequelle 3 werden nachfolgend die vorstehend hergeleiteten Formeln für den Fall eines um die einen Strom IBatt,2 liefernde zweite Energiequelle 3 ergänzten HV-Bordnetzes 1 angegeben:

Figure DE102015201899A1_0004
Uth ≥ Rsc,max·(I1,th + IBatt,2). To further explain the effect of adding the second energy source 3 In the following, the formulas derived above will be described for the case of a second energy source supplying the one current I Batt, 2 3 supplemented HV electrical system 1 stated:
Figure DE102015201899A1_0004
U th ≥ R sc, max · (I 1, th + I Batt, 2 ).

9 zeigt eine Darstellung der in einem HV-Bordnetz 1 mit einem ersten 2 und einem zweiten Energiespeicher 3 abgesicherten beispielhaften Wertebereiche. Dabei entspricht die 9 der 6. Der einzige Unterschied besteht in der in den 7 und 8 dargestellten zusätzlichen zweiten Energiequelle 3. Für die 9 wurde eine Stromstärke IBatt,2 = 400 A angenommen. Im Vergleich der 6 und 9 ist zu erkennen, dass sich durch das Hinzufügen der zweiten Energiequelle 3 der nicht abgesicherte Wertebereich 60, der wie vorstehend mit Bezug zu 6 beschrieben durch die beiden Ortskurven 61, 62 begrenzt wird, deutlich vergrößert. Der niedrigste Ordinatenwert des nicht abgesicherten Wertebereichs 60 beträgt nunmehr Rsc = 153 mOhm. 9 shows a representation of the in a HV electrical system 1 with a first 2 and a second energy storage 3 secure exemplary value ranges. This corresponds to the 9 of the 6 , The only difference is in the 7 and 8th shown additional second energy source 3 , For the 9 a current intensity I Batt, 2 = 400 A was assumed. In comparison of the 6 and 9 can be seen that by adding the second energy source 3 the unsecured value range 60 as related to above 6 described by the two loci 61 . 62 is limited, significantly increased. The lowest ordinate value of the unhedged value range 60 now R sc = 153 mOhm.

10 zeigte eine beispielhafte Darstellung des größten noch abgesicherten Wertes Rsc des Kurzschlusswiderstands als Funktion 100 der Stromstärke IBatt,2 des zweiten Energiespeichers 3. Aus dem Ohmschen Gesetz folgt als Rechenvorschrift für die Funktion 100:

Figure DE102015201899A1_0005
10 showed an exemplary representation of the highest value R sc of the short-circuit resistance as a function 100 the current intensity I Batt, 2 of the second energy storage 3 , From Ohm's law follows as calculation rule for the function 100 :
Figure DE102015201899A1_0005

Dabei sind die weiteren Zahlenwerte gleich den vorstehend genannten. Wie mit Bezug zu 9 erläutert beträgt für eine Stromstärke IBatt,2 = 400 A der größte noch abgesicherte Wertes des Kurzschlusswiderstands Rsc = 153 mOhm. Anhand der Funktionskurve 100 wird deutlich, dass der größte noch abgesicherte Wertes Rsc des Kurzschlusswiderstands mit steigender Stromstärke IBatt,2 rasch abnimmt. Somit ist ab einem bestimmten Wert die für die wirksame Absicherung des HV-Bordnetzes 1 geforderte Bedingung, dass der Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands mindestens demjenigen Wert des elektrischen Kurzschlusswiderstands entspricht, der in dem HV-Bordnetz maximal auftreten kann, nicht mehr erfüllt. The other numerical values are the same as those mentioned above. As related to 9 For a current intensity I Batt, 2 = 400 A, the maximum value of the short-circuit resistance R sc = 153 mOhm is still valid. Based on the function curve 100 It becomes clear that the largest value R sc of the short-circuit resistance which is still secured , decreases rapidly with increasing current intensity I Batt, 2 . Thus, from a certain value for the effective protection of the HV electrical system 1 Required condition that the maximum value of the electrical short-circuit resistance at least equal to that value of the electrical short-circuit resistance that can occur in the HV electrical system maximum, no longer satisfied.

Im dritten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird daher der zweite Schwellenwert I2,th der Stromstärke derart bestimmt, dass das Hochvolt-Bordnetz 1 gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts Rsc,max des elektrischen Kurzschlusswiderstands liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands Rsc abgesichert ist. Dies kann erfolgen, indem die vorstehende Formel wie folgt umgeschrieben wird:

Figure DE102015201899A1_0006
In the third method step according to the invention, therefore, the second threshold I 2, th of the current intensity is determined in such a way that the high-voltage vehicle electrical system 1 is protected against overcurrents occurring due to an electrical short circuit at least for all below the maximum value R sc, max of the electrical short-circuit resistance values of the electrical short-circuit resistance R sc . This can be done by rewriting the above formula as follows:
Figure DE102015201899A1_0006

Der sich aus dieser Rechnung eigentlich ergebende Wert I2,th = 416,7 A wurde vorstehend leicht auf 400 A abgerundet. Dies ist vorteilhaft, um die Absicherung des HV-Bordnetzes 1 um einen sich durch das Abrunden ergebenden Sicherheitsabstand zu ergänzen. Jedoch darf das Ergebnis der oben stehenden Formel nicht aufgerundet werden, da sich nach der vorstehenden Rechenvorschrift der größte Schwellenwert I2,th der Stromstärke ergibt, bei dem das HV-Bordnetz 1 für alle unterhalb des Maximalwerts Rsc,max des elektrischen Kurzschlusswiderstands Rsc liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands Rsc abgesichert ist. The value I 2, th = 416.7 A actually resulting from this calculation was slightly rounded off to 400 A above. This is advantageous to the security of the HV electrical system 1 to supplement a resulting from the rounding safety distance. However, the result of the above formula must not be rounded up, since, according to the above calculation rule, the largest threshold I 2, th results in the current intensity at which the HV electrical system 1 for all below the maximum value R sc, max of the electrical short-circuit resistance R sc lying values of the electrical short-circuit resistance R sc is hedged.

Der zweite Schwellenwert I2,th der Stromstärke kann auch grafisch anhand der Darstellung der 10 bestimmt werden, indem der Maximalwert Rsc,max des elektrischen Kurzschlusswiderstands an der Ordinate angetragen und der entsprechend der Funktionskennlinie 100 zugehörige Abszissenwert abgelesen wird. Im vorliegenden Beispiel beträgt Rsc,max = 150 mOhm. Man liest somit aus 10 den Wert I2,th = 400 A ab. Falls also der zweite Schwellenwert I2,th einen Wert von 400 A überschreitet, so wird die zweite Energiequelle mittels des zweiten Unterbrechungselements 5 vom HV-Bordnetz 1 abgetrennt. Das HV-Bordnetz 1 ist somit auch bei Vorhandensein zweier Energiequellen 2, 3 gegen durch Kurzschlüsse verursachte Überströme abgesichert. The second threshold I 2, th of the amperage can also be graphically indicated by the representation of 10 be determined by the maximum value R sc, max of the electrical short-circuit resistance at the ordinate plotted and according to the function characteristic 100 associated abscissa value is read. In the present example, R sc, max = 150 mOhm. One reads thus 10 the value I 2, th = 400 A from. Thus, if the second threshold I 2, th exceeds 400 A, the second power source becomes the second interrupt element 5 from the HV electrical system 1 separated. The HV electrical system 1 is thus also in the presence of two energy sources 2 . 3 secured against overcurrents caused by short circuits.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Zahlenbeispiele Rundungen enthalten. Eine exakte Bestimmung der Zahlenwerte ist durch die Verwendung der vorstehend aufgeführten Rechenvorschriften möglich. It should be noted that the present numerical examples contain roundings. An exact determination of the numerical values is possible through the use of the calculation rules listed above.

Es sei mit Bezug zu 10 noch darauf hingewiesen, dass sich der im zweiten Verfahrensschritt gewählte Abstand des Schwellenwerts Uth der Klemmenspannung UBatt,1 von seinem niedrigsten möglichen Wert (im obigen Zahlenbeispiel Uth = 75 V) auf den zweiten Schwellenwert I2,th der Stromstärke auswirkt. Wäre im Extremfall Uth = 75 V gewählt worden, so hätte im dritten Verfahrensschritt ein Wert von I2,th = 0 A bestimmt werden müssen. Ein Hinzufügen der zweiten Energiequelle 3 zum HV-Bordnetz 1 wäre somit nicht möglich gewesen. In diesem Fall kann das Verfahren abgebrochen und wieder von vorne begonnen werden, wobei die zum Zeitpunkt des Abbruchs des Verfahrens bestimmten Schwellenwerte bei der erneuten Ausführung des Verfahrens soweit angepasst (also erhöht bzw. gesenkt) werden, dass ein Hinzufügen des zweiten bzw. ggf. aller weiteren Energiequellen ermöglicht wird. It is with respect to 10 It should also be noted that the distance of the threshold value U th of the terminal voltage U Batt, 1 selected in the second method step from its lowest possible value (in the above numerical example U th = 75 V) to the second threshold value I 2, th of the current value. If, in the extreme case, U th = 75 V had been chosen, a value of I 2, th = 0 A would have had to be determined in the third method step. An addition of the second energy source 3 to the HV electrical system 1 would not have been possible. In this case, the method can be aborted and started again from the beginning, whereby the threshold values determined at the time of termination of the method are adapted (ie increased or decreased) during the re-execution of the method to such an extent that an addition of the second or optionally all other energy sources is made possible.

Würde das HV-Bordnetz noch eine weitere (dritte) Energiequelle umfassen, so würde deren Batteriestrom IBatt,3 bei dem nachfolgenden Schritt des Bestimmens des weiteren Schwellenwerts der Stromstärke wie folgt Berücksichtigung finden:

Figure DE102015201899A1_0007
Uth ≥ Rsc,max·(I1,th + I2,th + IBatt,3). If the HV on-board electrical system also comprises a further (third) energy source, its battery current I Batt, 3 would be taken into account in the subsequent step of determining the further threshold value of the current as follows:
Figure DE102015201899A1_0007
U th ≥ R sc, max · (I 1, th + I 2, th + I Batt, 3 ).

Die der Funktion 100 entsprechende Funktion des größten noch abgesicherten Wertes Rsc des Kurzschlusswiderstands als Funktion der Stromstärke IBatt,3 des weiteren Energiespeichers würde wie folgt lauten:

Figure DE102015201899A1_0008
The function 100 corresponding function of the maximum value R sc of the short-circuit resistance which is still protected as a function of the current intensity I Batt, 3 of the further energy store would be as follows:
Figure DE102015201899A1_0008

Es sei darauf hingewiesen, dass die 9 und 10 jeweils von einem HV-Bordnetz 1 mit genau zwei Energiequellen 2, 3 ausgehen. Bei Hinzufügen einer weiteren (dritten) Energiequelle könnten diese Figuren entsprechend der vorstehenden Rechenvorschriften angepasst bzw. neu erstellt werden. It should be noted that the 9 and 10 each from a HV electrical system 1 with exactly two energy sources 2 . 3 out. When adding another (third) energy source, these figures could be adapted or recreated according to the above calculation rules.

11 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Zeitdauer T (in Sekunden) der Stromtragfähigkeit beispielhafter Elemente eines HV-Bordnetzes 1 mit einer einzigen Energiequelle 2 sowie der Zeitdauer beispielhafter Unterbrechungselemente 41, 42, 43, 44 als Funktion der Stromstärke I (in Ampere). Die Wertekurve 113 gibt die die Stromtragfähigkeit einer beispielhaften Kabelverbindung 14, 15 mit großem Kabelquerschnitt an, wie sie beispielsweise im Strompfad zwischen HV-Batterie 2 und Elektromotor 6 verwendet werden könnte. Für einen bestimmten Stromwert I auf der Abszisse lässt sich mittels der Kurve 113 auf der Ordinate ablesen, für welche maximale Zeitdauer T (in Sekunden) die Kabelverbindung den Strom führen kann, ohne unzulässig belastet zu werden. In gleicher Weise gibt die Wertekurve 114 die Stromtragfähigkeit einer beispielhaften Kabelverbindung mit geringem Kabelquerschnitt an, wie sie beispielsweise für die Anbindung einer der HV-Komponenten 12 an das Leistungselektronik-Modul 16 verwendet werden könnte. Sollen bei der Ausführung der Erfindung die Zeitdauern berücksichtigt werden, so müssen die jeweiligen Unterbrechungselemente in Abhängigkeit der Stromstärke die elektrische Verbindung innerhalb einer höchstens so langen Zeitdauer wie durch die Kurven 113, 114 vorgegeben unterbrechen. Bevorzugt können die mit Bezug zu 3 dargestellten Unterbrechungsmechanismen in unterschiedlichen Wertebereichen der Stromstärke I wirken. Die Wertekurve 115 gibt für ein beispielhaftes Sicherungselement 13 die Zeitdauer in Sekunden bis zur Unterbrechung der elektrischen Verbindung an. Aus dem Verlauf der Kurven 115, 114 ergibt sich, dass das Sicherungselement 13 insbesondere in den Wertebereichen 111, 112 der Stromstärke wirksam ist. In diesen Bereichen 111, 112 liegt die Kurve 115 unterhalb der Kurve 114. Die Kurve 116 gibt einen beispielhaften Werteverlauf eines durch die Sicherungselemente 41, 42, 43, 44, 45 gebildeten Unterbrechungselements wieder. Das Sicherungselement 41 bestimmt den Verlauf der Kurve 116 in dem Wertebereich 112, also bei sehr hohen Stromstärken. Die strombasierte Absicherung 43, 44, 45 kann in einem mittleren Wertebereich 111 der Stromstärke besonders wirksam sein. Die spannungsbasierte Absicherung 42, 44, 45 kann in einem unteren Wertebereich 110 der Stromstärke besonders wirksam sein. Man erkennt daran, dass die Kurve 116 insgesamt unterhalb der Kurve 113 liegt, dass durch das Wirken der Sicherungselemente 41, 42, 43, 44, 45 die Kabelverbindung 14, 15 (mit großem Kabelquerschnitt) des HV-Bordnetzes 1 gegen Überströme abgesichert ist. Da zugleich die jeweils unteren Abschnitte der Kurven 115, 116 unterhalb der Kurve 114 liegen, sind auch die Verbindungen mit geringem Kabelquerschnitt abgesichert, so dass im vorliegenden Beispiel durch die Gesamtheit der Absicherungsmaßnahmen das gesamte HV-Bordnetz 1 gegen Überströme abgesichert ist. Die in 11 dargestellten Zeitdauern T der Sicherungselemente 41, 42, 43, 44, 45 können einstellbar sein. Sie können aber auch die technischen Eigenschaften der Sicherungselemente 41, 42, 43, 44, 45 vorgegeben sein. Beispielsweise können die dargestellten Zeitdauern durch Hardware-Eigenschaften und Software-Eigenschaften bedingte Mindestzeitdauern der Sicherungselemente 41, 42, 43, 44, 45 bis zur Unterbrechung der elektrischen Verbindung sein. Sind diese Zeitdauern für die Absicherung des HV-Bordnetzes 1 geeignet, wie dies in dem in 11 gezeigten Beispiel der Fall ist, so müssen die Zeitdauern nicht gesondert eingestellt werden. 11 shows an exemplary representation of the duration T (in seconds) of the current carrying capacity of exemplary elements of a HV electrical system 1 with a single energy source 2 and the duration of exemplary interrupt elements 41 . 42 . 43 . 44 as a function of the current I (in amperes). The value curve 113 gives the current carrying capacity of an exemplary cable connection 14 . 15 with a large cable cross-section, as for example in the current path between HV battery 2 and electric motor 6 could be used. For a given current value I on the abscissa can be determined by means of the curve 113 read on the ordinate, for which maximum time T (in seconds) the cable connection can carry the current without being loaded unduly. In the same way gives the value curve 114 the current carrying capacity of an exemplary cable connection with a small cable cross-section, as for example for the connection of one of the HV components 12 to the power electronics module 16 could be used. If the periods of time are to be taken into account in the embodiment of the invention, the respective interruption elements must, depending on the current intensity, make the electrical connection within a maximum length of time as long as through the curves 113 . 114 interrupt predetermined. Preferably, with reference to 3 illustrated interruption mechanisms in different value ranges of the current I act. The value curve 115 gives for an exemplary fuse element 13 the time in seconds to the interruption of the electrical connection. From the course of the curves 115 . 114 it turns out that the fuse element 13 especially in the value ranges 111 . 112 the amperage is effective. in these areas 111 . 112 is the curve 115 below the curve 114 , The curve 116 gives an example value history of one by the security elements 41 . 42 . 43 . 44 . 45 formed interruption element again. The fuse element 41 determines the course of the curve 116 in the range of values 112 So at very high currents. The electricity-based hedge 43 . 44 . 45 can be in a middle range of values 111 the amperage be particularly effective. The voltage-based protection 42 . 44 . 45 can be in a lower value range 110 the amperage be particularly effective. One recognizes that the curve 116 overall below the curve 113 lies that by the action of the security elements 41 . 42 . 43 . 44 . 45 the cable connection 14 . 15 (with large cable cross-section) of the HV electrical system 1 is protected against overcurrents. Because at the same time the lower sections of the curves 115 . 116 below the curve 114 The connections with a small cable cross-section are also protected, so that in the present example the entirety of the HV on-board network is covered by the totality of the safeguarding measures 1 is protected against overcurrents. In the 11 shown time periods T of the fuse elements 41 . 42 . 43 . 44 . 45 can be adjustable. But you can also check the technical characteristics of the fuse elements 41 . 42 . 43 . 44 . 45 be predetermined. For example, the time durations represented may be due to hardware properties and software properties due to minimum durations of the security elements 41 . 42 . 43 . 44 . 45 until the interruption of the electrical connection. Are these durations for securing the HV electrical system 1 suitable, as in the in 11 As shown in the example, the time periods do not have to be set separately.

Liste verwendeter Formelzeichen und Einheiten List of used symbols and units

  • U (V)U (V)
    Spannung (Volt) Voltage (volts)
    R (Ohm)R (ohms)
    Elektrischer Widerstand (Ohm) Electrical resistance (ohm)
    I (A)I (A)
    Strom (Ampere) Current (ampere)
    T (s)T (s)
    Zeitdauer (Sekunden) Duration (seconds)
    Rsc,max R sc, max
    Maximalwert des elektrischen Kurzschlusswiderstands Maximum value of the electrical short-circuit resistance
    Rsc R sc
    Wert des elektrischen Kurzschlusswiderstands Value of the electrical short-circuit resistance
    Uth U th
    Schwellenwert der Klemmenspannung Threshold value of the terminal voltage
    I1,th I 1, th
    Erster Schwellenwert der Stromstärke First threshold of amperage
    I2,th I 2, th
    Zweiter Schwellenwert der Stromstärke Second threshold of amperage
    UBatt,1 U Batt, 1
    Klemmenspannung terminal voltage
    IBatt,1 I Batt, 1
    Batteriestrom der ersten Energiequelle Battery power of the first energy source
    IBatt,2 I Batt, 2
    Batteriestrom der zweiten Energiequelle Battery current of the second energy source
    IBatt,3 I batt, 3
    Batteriestrom der dritten Energiequelle Battery power of the third power source
    Ui U i
    Spannung der i-ten Batteriezelle Voltage of the ith battery cell
    Ri R i
    Innenwiderstand der i-ten Batteriezelle Internal resistance of the ith battery cell
    nn
    Anzahl der Batteriezellen Number of battery cells

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
HV-Bordnetz HV-board network
2 2
Erste Energiequelle First energy source
3 3
Zweite Energiequelle Second energy source
4 4
Erstes Unterbrechungselement First interruption element
5 5
Zweites Unterbrechungselement Second interruption element
6 6
Elektromotor electric motor
7 7
NV-Batterie NV battery
8 8th
DC/DC-Wandler DC / DC converter
9 9
Inverter inverter
10 10
Ladeschnittstelle Loading interface
11 11
Ladeelektronik charging electronics
12 12
Hochvolt-Komponenten High-voltage components
13 13
Elektrische Sicherungen Electrical fuses
14 14
DC-Kabelverbindung DC cable connection
15 15
AC-Kabelverbindung AC-cable connection
16 16
Leistungselektronik power electronics
20 20
Batteriezellen der HV-Batterie Battery cells of the HV battery
41 41
Sicherungselement fuse element
42 42
Spannungssensor voltage sensor
43 43
Stromsensor current sensor
44 44
Auswerteschaltung evaluation
45 45
Steuerbarer Schalter Controllable switch
60 60
Nicht abgesicherter Wertebereich Unsecured value range
61 61
Ortskurve des Schwellenwerts der Klemmenspannung Locus of the threshold voltage of the terminal voltage
62 62
Ortskurve des ersten Schwellenwerts der Stromstärke Locus of the first threshold of amperage
100 100
Funktionskurve function curve
110–112 110-112
Bereiche der Stromstärke Ranges of amperage
113–116 113-116
Wertekurven value curves

Claims (9)

Verfahren zur Absicherung eines Hochvolt-Bordnetzes (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten (2) und einer zweiten Energiequelle (3), wobei das Hochvolt-Bordnetz (1) ein erstes Unterbrechungselement (4) zur Unterbrechung einer ersten elektrischen Verbindung zwischen der ersten Energiequelle (2) und dem Hochvolt-Bordnetz (1) sowie ein zweites Unterbrechungselement (5) zur Unterbrechung einer zweiten elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Energiequelle (3) und dem Hochvolt-Bordnetz (1) umfasst, wobei das erste Unterbrechungselement (4) eingerichtet ist, die erste elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine Klemmenspannung (UBatt,1) der ersten Energiequelle (2) einen Schwellenwert der Klemmenspannung (Uth) unterschreitet und wobei das erste Unterbrechungselement (4) weiter eingerichtet ist, die erste elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der ersten Energiequelle (2) ausgehende Stromstärke (IBatt,1) einen ersten Schwellenwert (I1,th) der Stromstärke überschreitet, und wobei das zweite Unterbrechungselement (5) eingerichtet ist, die zweite elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der zweiten Energiequelle (3) ausgehende Stromstärke (IBatt,2) einen zweiten Schwellenwert (I2,th) der Stromstärke überschreitet, mit den Schritten • Bestimmen eines Maximalwerts (Rsc,max) eines elektrischen Kurzschlusswiderstands (Rsc) des Hochvolt-Bordnetzes (1), • Bestimmen des Schwellenwerts der Klemmenspannung (Uth) und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke (I1,th) derart, dass das Hochvolt-Bordnetz (1) gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts (Rsc,max) des elektrischen Kurzschlusswiderstands (Rsc) liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands (Rsc) abgesichert ist, wobei der Schritt des Bestimmens des Schwellenwerts der Klemmenspannung (Uth) und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke (I1,th) unter der Annahme erfolgt, dass die zweite Energiequelle (3) von dem Hochvolt-Bordnetz (1) getrennt ist, • Bestimmen des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke (I2,th) derart, dass das Hochvolt-Bordnetz (1) gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts (Rsc,max) des elektrischen Kurzschlusswiderstands (Rsc) liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands (Rsc) abgesichert ist, wobei der Schritt des Bestimmens des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke (I2,th) unter der Annahme erfolgt, dass die zweite Energiequelle (3) mit dem Hochvolt-Bordnetz (1) verbunden ist. Method for securing a high-voltage vehicle electrical system ( 1 ) of a motor vehicle with a first ( 2 ) and a second energy source ( 3 ), whereby the high-voltage electrical system ( 1 ) a first interruption element ( 4 ) for interrupting a first electrical connection between the first energy source ( 2 ) and the high-voltage electrical system ( 1 ) as well as a second interruption element ( 5 ) for interrupting a second electrical connection between the second energy source ( 3 ) and the high-voltage electrical system ( 1 ), wherein the first interruption element ( 4 ) is arranged to interrupt the first electrical connection when a terminal voltage (U Batt, 1 ) of the first energy source ( 2 ) falls below a threshold value of the terminal voltage (U th ) and wherein the first interruption element (U 4 ) is further configured to interrupt the first electrical connection when one of the first energy source ( 2 ) outgoing current intensity (I Batt, 1 ) exceeds a first threshold value (I 1, th ) of the current intensity, and wherein the second interruption element ( 5 ) is arranged to interrupt the second electrical connection when one of the second energy source ( 3 ) outgoing current intensity (I Batt, 2 ) exceeds a second threshold value (I 2, th ) of the current intensity, with the steps of determining a maximum value (R sc, max ) of an electrical short-circuit resistance (R sc ) of the high-voltage vehicle electrical system ( 1 ), Determining the threshold value of the terminal voltage (U th ) and of the first threshold value of the current intensity (I 1, th ) such that the high-voltage vehicle electrical system ( 1 Is protected) values of the electrical short circuit resistance (R SC) lying against occurring due to an electrical short circuit overload currents at least for all (below the maximum value R sc, max) of the electrical short circuit resistance (R SC), wherein the step of determining the threshold value of the terminal voltage (U th ) and the first threshold value of the current (I 1, th ) assuming that the second energy source ( 3 ) from the high-voltage electrical system ( 1 ), determining the second threshold value of the current intensity (I 2, th ) such that the high-voltage electrical system ( 1 Is protected) values of the electrical short circuit resistance (R SC) lying against occurring due to an electrical short circuit overload currents at least for all (below the maximum value R sc, max) of the electrical short circuit resistance (R SC), wherein the step of determining the second threshold value of the current ( I 2, th ) on the assumption that the second energy source ( 3 ) with the high-voltage electrical system ( 1 ) connected is. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Hochvolt-Bordnetz (1) eine weitere Energiequelle sowie ein weiteres Unterbrechungselement zur Unterbrechung einer weiteren elektrischen Verbindung zwischen der weiteren Energiequelle und dem Hochvolt-Bordnetz (1) umfasst, wobei das weitere Unterbrechungselement eingerichtet ist, die weitere elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der weiteren Energiequelle ausgehende Stromstärke einen weiteren Schwellenwert der Stromstärke überschreitet, mit dem zusätzlichen Schritt • Bestimmen des weiteren Schwellenwerts der Stromstärke derart, dass das Hochvolt-Bordnetz (1) gegen aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses (Rsc) auftretende Überströme zumindest für alle unterhalb des Maximalwerts (Rsc,max) des elektrischen Kurzschlusswiderstands (Rsc) liegenden Werte des elektrischen Kurzschlusswiderstands (Rsc) abgesichert ist, wobei der Schritt des Bestimmens des weiteren Schwellenwerts der Stromstärke unter der Annahme erfolgt, dass die weitere Energiequelle mit dem Hochvolt-Bordnetz (1) verbunden ist. Method according to claim 1, wherein the high-voltage vehicle electrical system ( 1 ) a further energy source and a further interruption element for interrupting a further electrical connection between the further energy source and the high-voltage electrical system ( 1 ), wherein the further interruption element is set up to interrupt the further electrical connection when a current strength emanating from the further energy source exceeds a further threshold of the current intensity, with the additional step of determining the further threshold value of the current intensity such that the high-voltage on-board network ( 1 Is protected lying) occurring against (due to an electrical short circuit R sc) overcurrents at least for all (below the maximum value R sc, max) of the electrical short circuit resistance (R SC) values of the electrical short circuit resistance (R SC), wherein said step of determining further includes Current value assuming that the further energy source is connected to the high-voltage on-board electrical system ( 1 ) connected is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Unterbrechungselement (4) die erste elektrische Verbindung erst dann unterbricht, wenn die Klemmenspannung (UBatt,1) der ersten Energiequelle (2) den Schwellenwert der Klemmenspannung (Uth) für eine erste Zeitdauer unterschreitet und / oder wenn die von der ersten Energiequelle (2) ausgehende Stromstärke (IBatt,1) den ersten Schwellenwert der Stromstärke (I1,th) für eine zweite Zeitdauer überschreitet, wobei der Schritt des Bestimmen des Schwellenwerts der Klemmenspannung (Uth) und des ersten Schwellenwerts der Stromstärke (I1,th) ein Bestimmen der ersten Zeitdauer und / oder der zweiten Zeitdauer umfasst. Method according to one of the preceding claims, wherein the first interruption element ( 4 ) interrupts the first electrical connection only when the terminal voltage (U Batt, 1 ) of the first energy source ( 2 ) falls below the threshold value of the terminal voltage (U th ) for a first time period and / or if the voltage from the first energy source ( 2 ) output current (I Batt, 1 ) exceeds the first threshold current value (I 1, th ) for a second period of time, wherein the step of determining the threshold value of the terminal voltage (U th ) and the first threshold current value (I 1, th ) comprises determining the first time period and / or the second time duration. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Unterbrechungselement (5) die zweite elektrische Verbindung erst dann unterbricht, wenn die von der zweiten Energiequelle (3) ausgehende Stromstärke (IBatt,2) den zweiten Schwellenwert der Stromstärke (I2,th) für eine dritte Zeitdauer überschreitet, wobei der Schritt des Bestimmens des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke (I2,th) ein Bestimmen der dritten Zeitdauer umfasst. Method according to one of the preceding claims, wherein the second interruption element ( 5 ) interrupts the second electrical connection only when the second energy source ( 3 ) output current (I Batt, 2 ) exceeds the second threshold value of current (I 2, th ) for a third period of time, wherein the step of determining the second threshold value of current (I 2, th ) comprises determining the third period of time. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das weitere Unterbrechungselement die weitere elektrische Verbindung erst dann unterbricht, wenn die von der weiteren Energiequelle ausgehende Stromstärke den weiteren Schwellenwert der Stromstärke für eine weitere Zeitdauer überschreitet, wobei der Schritt des Bestimmens des weiteren Schwellenwerts der Stromstärke jeweils ein Bestimmen der weiteren Zeitdauer umfasst.  The method of any one of claims 2 to 4, wherein the further interruption element interrupts the further electrical connection only when the current output from the further energy source exceeds the further threshold current value for another period of time, wherein the step of determining the further threshold current value each includes determining the further period of time. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die erste Zeitdauer eine Funktion der Klemmenspannung (UBatt,1) der ersten Energiequelle (2) ist und / oder wobei die zweite Zeitdauer eine Funktion der von der ersten Energiequelle (2) ausgehenden Stromstärke (IBatt,1) ist und / oder wobei die dritte Zeitdauer eine Funktion der von der zweiten Energiequelle ausgehenden Stromstärke (IBatt,2) ist und / oder wobei die weitere Zeitdauer eine Funktion der von der weiteren Energiequelle ausgehenden Stromstärke ist. Method according to one of claims 3 to 5, wherein the first period of time a function of the terminal voltage (U Batt, 1 ) of the first energy source ( 2 ) and / or wherein the second time duration is a function of that of the first energy source ( 2 ) Outgoing current (I Batt, 1) and / or wherein the third time period is a function of the outgoing from the second power source current (I Batt, 2) and / or said further time period is a function of extending from the other power source current , Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite (I2,th) und / oder der weitere Schwellenwert der Stromstärke einstellbar ist, wobei das Verfahren bei einem Hinzufügen und / oder Inbetriebnehmen der zweiten (3) und / oder weiteren Energiequelle zu einem bestehenden Hochvolt-Bordnetz (1) durchgeführt wird, mit dem weiteren Schritt • Einstellen des zweiten (I2,th) und / oder weiteren Schwellenwerts der Stromstärke. Method according to one of the preceding claims, wherein the second (I 2, th ) and / or the further threshold value of the current intensity is adjustable, wherein the method when adding and / or commissioning the second ( 3 ) and / or further energy source to an existing high-voltage electrical system ( 1 ) with the further step of setting the second (I 2, th ) and / or further current intensity threshold. Computerprogrammprodukt, insbesondere digitales Speichermedium, umfassend einen Satz von Anweisungen, welche bei Ausführung auf einem Computer bewirken, dass der Computer die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführt.  Computer program product, in particular digital storage medium, comprising a set of instructions which, when executed on a computer, cause the computer to perform the steps of the method according to any one of claims 1 to 7. Kraftfahrzeug mit einem Hochvolt-Bordnetz (1) mit einer ersten (2) und einer zweiten Energiequelle (3), einem ersten Unterbrechungselement (4) zur Unterbrechung einer ersten elektrischen Verbindung zwischen der ersten Energiequelle (2) und dem Hochvolt-Bordnetz (1) sowie einem zweiten Unterbrechungselement (5) zur Unterbrechung einer zweiten elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Energiequelle (3) und dem Hochvolt-Bordnetz (1), wobei das erste Unterbrechungselement (4) eingerichtet ist, die erste elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine Klemmenspannung (UBatt,1) der ersten Energiequelle (2) einen Schwellenwert der Klemmenspannung (Uth) unterschreitet und wobei das erste Unterbrechungselement (4) weiter eingerichtet ist, die erste elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der ersten Energiequelle (2) ausgehende Stromstärke (IBatt,1) einen ersten Schwellenwert der Stromstärke (I1,th) überschreitet, und wobei das zweite Unterbrechungselement (5) eingerichtet ist, die zweite elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn eine von der zweiten Energiequelle (3) ausgehende Stromstärke (IBatt,2) einen zweiten Schwellenwert der Stromstärke (I2,th) überschreitet, wobei der zweite Schwellenwert der Stromstärke (I2,th) einstellbar ist, das Hochvolt-Bordnetz (1) weiter umfassend ein mit dem zweiten Unterbrechungselement (5) verbundenes Steuergerät, das zur Einstellung des zweiten Schwellenwerts der Stromstärke (I2,th) eingerichtet ist, wobei das Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 eingerichtet ist. Motor vehicle with a high-voltage electrical system ( 1 ) with a first ( 2 ) and a second energy source ( 3 ), a first interruption element ( 4 ) for interrupting a first electrical connection between the first energy source ( 2 ) and the high-voltage electrical system ( 1 ) and a second interruption element ( 5 ) for interrupting a second electrical connection between the second energy source ( 3 ) and the high-voltage electrical system ( 1 ), wherein the first interruption element ( 4 ) is arranged to interrupt the first electrical connection when a terminal voltage (U Batt, 1 ) of the first energy source ( 2 ) falls below a threshold value of the terminal voltage (U th ) and wherein the first interruption element (U 4 ) is further configured to interrupt the first electrical connection when one of the first energy source ( 2 ) outgoing current (I Batt, 1 ) exceeds a first threshold value of the current intensity (I 1, th ), and wherein the second interruption element ( 5 ) is arranged to interrupt the second electrical connection when one of the second energy source ( 3 ) outgoing current strength (I Batt, 2 ) exceeds a second threshold value of the current intensity (I 2, th ), wherein the second threshold value of the current intensity (I 2, th ) is adjustable, the high-voltage vehicle electrical system ( 1 ) further comprising a with the second interruption element ( 5 ), which is set up for setting the second threshold value of the current intensity (I 2, th ), wherein the control device is set up to carry out the method according to claim 7.
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