DE102017205403A1 - System mit einer Hochvoltbatterie und einer Kopplungsvorrichtung, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System mit einer Hochvoltbatterie (10) und einer Kopplungsvorrichtung (12), die ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie (10) mit einem Hochvoltbordnetz (14) eines Kraftfahrzeugs (16) zu koppeln. Dabei ist die Kopplungsvorrichtung (12) ausgelegt, Plus- und Minuspol mit entsprechenden Phasen des Hochvoltbordnetzes (14) zu koppeln. Die Kopplungsvorrichtung (12) umfasst eine Strommessvorrichtung (Sh1, Sh2), die ausgelegt ist, den zwischen einer ersten elektrisch leitfähigen Verbindung (20) und einer ersten Schnittstelle (26) fließenden Strom (I1) und/oder den zwischen einer zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (24) und einer zweiten Schnittstelle (30) fließenden Strom (I2) zu messen, eine Ansteuervorrichtung (46), die mit der Strommessvorrichtung (Sh1, Sh2) gekoppelt ist; und zumindest einen ersten Halbleiterschalter (HS1), der zwischen die erste elektrisch leitfähige Verbindung (20) und die erste Schnittstelle (26) gekoppelt ist, sowie zumindest einen zweiten Halbleiterschalter (HS2), der zwischen die zweite elektrisch leitfähige Verbindung (24) und die zweite Schnittstelle (30) gekoppelt ist, wobei der erste Halbleiterschalter (HS1) eine erste Steuerelektrode und der zweite Halbleiterschalter (HS2) eine zweite Steuerelektrode umfasst, die mit der Ansteuervorrichtung (46) gekoppelt sind.
Die Erfindung betrifft überdies ein Kraftfahrzeug (16) mit einem derartigen System sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung (12).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einer Hochvoltbatterie und einer Kopplungsvorrichtung, die ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie mit einem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs zu koppeln, wobei die Kopplungsvorrichtung über eine erste elektrisch leitfähige Verbindung mit dem Pluspol der Hochvoltbatterie und über eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung mit dem Minuspol der Hochvoltbatterie verbunden ist, wobei die Kopplungsvorrichtung weiterhin eine erste Schnittstelle zum Verbinden mit einer ersten elektrischen Phase des Hochvoltbordnetzes und eine zweite Schnittstelle zum Verbinden mit einer zweiten elektrischen Phase des Hochvoltbordnetzes umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin entsprechendes Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung, die ausgelegt ist, eine Hochvoltbatterie mit einem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs zu koppeln, das folgende Schritte umfasst: Verbinden der Kopplungsvorrichtung über eine erste elektrisch leitfähige Verbindung mit dem Pluspol der Hochvoltbatterie und Verbinden der Kopplungsvorrichtung über eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung mit dem Minuspol der Hochvoltbatterie. Verbinden der Kopplungsvorrichtung über eine erste Schnittstelle mit einer ersten elektrischen Phase eines Hochvoltbordnetzes und Verbinden der Kopplungsvorrichtung über eine zweite Schnittstelle mit einer zweiten elektrischen Phase des Hochvoltbordnetzes.
  • Ein derartiges, aus dem Stand der Technik bekanntes System ist schematisch in 1 dargestellt. Dabei ist eine Hochvoltbatterie 10 über eine Kopplungsvorrichtung 12, eine so genannte BJB (battery junction box), mit einem Hochvoltbordnetz 14 eines Kraftfahrzeugs 16 gekoppelt. Der Pluspol 18 der Hochvoltbatterie 10 ist über eine erste elektrisch leitfähige Verbindung 20 mit der Kopplungsvorrichtung 12 verbunden, während der Minuspol 22 der Hochvoltbatterie 10 über eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung 24 ebenfalls mit der Kopplungsvorrichtung 12 verbunden ist. Die Kopplungsvorrichtung 12 weist eine erste Schnittstelle 26 auf, über die sie mit einer ersten elektrischen Phase 28 des Hochvoltbordnetzes 14 verbunden ist, sowie eine zweite Schnittstelle 30, mit der sie mit einer zweiten elektrischen Phase 32 des Hochvoltbordnetzes 14 verbunden ist.
  • Mit dem Hochvoltbordnetz 14 sind unterschiedliche Hochvoltverbraucher gekoppelt, wovon beispielhaft ein erster Inverter 34a für eine erste E-Maschine 36a sowie ein zweiter Inverter 34b für eine zweite E-Maschine 36b gezeigt sind. Neben Invertern 34 kommen als weitere Hochvoltverbraucher insbesondere ein Klimakompressor sowie Heizvorrichtungen, insbesondere eine Innenraum- oder Scheibenheizung, in Betracht.
  • Weiterhin dargestellt sind eine Frontstoßstange 38 sowie eine Heckstoßstange 40 des Kraftfahrzeugs 16.
  • Das Innenleben der Koppelvorrichtung 12 ist detaillierter dargestellt in der Darstellung von 1b). Wie zu erkennen ist, weist die Kopplungsvorrichtung 12 einen Schütz 40 auf, der zwischen die elektrisch leitfähige Verbindung 20 und die Schnittstelle 26 gekoppelt ist, sowie einen Vorladeschütz 42, der dem Schütz 40 parallel geschaltet ist. Durch Vorladeschütze 42 ist es möglich, vor deren Einschalten leere Kondensatoren von Hochvoltverbrauchern ohne die Gefahr zerstörerischer Stromspitzen zu laden. Seriell zur Parallelschaltung der Schütze 40, 42 ist eine so genannte Pyrofuse 44 angeordnet. Dabei handelt es sich um einen pyrotechnischen Sicherheitsschalter, der durch Zündung eines explosiven Gemisches im Falle eines Crashes innerhalb weniger tausendstel Sekunden öffnen kann. Zur Ansteuerung der Pyrofuse 44, des Vorladeschützes 42 sowie des Schützes 40 ist eine Ansteuervorrichtung 46 vorgesehen, der über einen Eingang CR ein Crash-Signal, beispielsweise von einer Airbagsteuervorrichtung, zugeführt werden kann. Seriell zur Parallelschaltung aus Vorladeschütz 42 und Schütz 40 ist eine Leitungssicherung 50, insbesondere eine Schmelzsicherung, angeordnet, die bei Auftreten eines Überstromes schmilzt und damit die Hochvoltbatterie 10 Hochvoltbordnetz 14 trennt.
  • Über einen Eingang COM der Ansteuervorrichtung 46 kann ein Aktivierungssignal zum Ansteuern des Vorladeschützes 42 zugeführt werden.
  • Zurückkommend auf 1a wird im Folgenden die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problematik näher erläutert. Hier ist zu erkennen, dass die E-Maschine 36a und damit der Inverter 34a sehr weit vorne im Kraftfahrzeug 16 angeordnet sind, während die E-Maschine 36b sowie der Inverter 34b sehr weit hinten im Kraftfahrzeug 16 angeordnet sind. Trifft nun die Fahrzeugfront beispielsweise auf einen Pfahl 48a, wird die Stoßstange 38 von der Position zum Zeitpunkt t1 in die Position zum Zeitpunkt t2 verschoben. Wird durch einen Crash-Sensor ein Crash, d.h. ein Unfall, des Fahrzeugs detektiert, wird ein entsprechendes Aktivierungssignal über den Eingang CR an die Ansteuervorrichtung 46 angelegt. Daraufhin kann der Schütz 40 geöffnet werden, um eine elektrische Kopplung des Inverters 34a mit dem Pluspol 18 der Hochvoltbatterie 10 zu unterbrechen. Aufgrund der Trägheit eines Schützes dauert dies zwischen 10 und 30 ms. Würde der Inverter 34a im Crash-Fall mit dem Pluspol 18 und dem Minuspol 22 der Batterie 10 gekoppelt sein, könnte es zu einem Kurzschluss im Inverter 34a kommen, wodurch es aufgrund des bei Hochvoltsystemen hohen fließenden Kurzschlussstroms zu einem Hot-Spot kommen könnte. Bei einem Hochvolt-System kann ein Kurzschluss nur zwischen dem Plus- 18 und dem Minuspol 20 der Batterie 10 entstehen, da hier - im Gegensatz zu Niedervolt-Systemen - der Minuspol 22 nicht mit der Fahrzeugmasse verbunden ist. Spricht, wie es bei einem Pfahl-Crash der Fall sein kann, zunächst kein Crash-Sensor an, kann der Pfahl 48a sehr weit in die Front des Kraftfahrzeugs 16 eindringen. Wenn, wie beispielhaft dargestellt, dann nach einem Zeitraum, der zwischen 20 und 50 ms betragen kann, ein Crash erkannt wird und zum Beispiel ein Airbag des Kraftfahrzeugs 16 ausgelöst wird, kann dieses Crash-Signal über den Eingang CR der Koppelvorrichtung 12 zugeführt werden und verwendet werden, um die Pyrofuse 44 zu zünden. Dabei vergehen weitere 2 bis 8 ms., Dies kann für eine rechtzeitige Abkopplung des Inverters 34a vom Pluspol 18 und/oder Minuspol 22 der Batterie 10 zu spät sein, sodass die Gefahr eines Kurzschlusses nicht zuverlässig verhindert werden kann.
  • Bei einem Heck-Crash infolge eines Pfahls 48b besteht ebenfalls die Gefahr einer Deformierung des Inverters 34b, vorliegend dadurch, dass der Pfahl 48b die Heckstoßstange 40 auf die elektrische Maschine 36b schiebt, welche ihrerseits dann den Inverter 34b deformiert.
  • Demnach könnte es bei unterschiedlichen Crash-Ereignissen dazu kommen, dass ein Hochvoltverbraucher deformiert wird, bevor die Hochvoltbatterie sicher vom Hochvoltbordnetz getrennt wurde. Bei Schützen besteht neben der Gefahr, dass diese aufgrund ihrer Öffnungslatenzzeit zu spät trennen, das Problem, dass diese verkleben oder verschweißen und demnach gar nicht mehr öffnen, wenn der Kurzschlussstrom beim Öffnen bereits sehr hoch ist. Die Leitungssicherung kann im Crash-Fall zu spät auslösen, sodass bereits die Gefahr eines Hotspots besteht, obwohl der Kurzschlussstrom noch nicht hoch genug ist, um ein Auslösen der Leitungssicherung zu bewirken.
  • Um dem entgegen zu treten, ist aus dem Stand der Technik eine weitere Maßnahme zur Verhinderung eines Kurzschlusses bekannt, die darin besteht, dass Hochvoltverbraucher zusätzlich gepanzert werden. Aufgrund dieser zusätzlichen Panzerung wird erreicht, dass die Hochvoltverbraucher erst deformiert werden, wenn der Schütz 40 sicher abgeschaltet hat. Aufgrund der zu wählenden Materialstärke erhöht sich dadurch bei dem in 1 beispielhaft dargestellten Kraftfahrzeug 16 das Gesamtgewicht. Überdies entstehen durch eine derartige Panzerung unerwünschte Zusatzkosten.
  • Zusammenfassend umfasst demnach eine aus dem Stand der Technik bekannte Koppelvorrichtung 12 eine Leitungssicherung 50, Schütze 40 zum Zu- und Abschalten der Batteriespannung, eine Pyrofuse 44 zum schnellen Trennen des Hochvoltbatterienetzes 14 von der Hochvoltbatterie 10, beispielsweise im Crash-Fall, sowie Vorladeschütze 42 zum Vorladen von mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelten Hochvoltverbrauchern 34a, 34b vor dem Schließen der Schütze 40.
  • Eine derartige Vielzahl von Bauelementen benötigt einen unerwünscht großen Bauraum. Die Montage einer derartigen Vielzahl von Elementen ist zeit- und damit kostenintensiv. Im Falle der Pyrofuse 44 besteht überdies das Problem, dass diese nicht reversibel ist, d.h. im Auslösefall getauscht werden muss. Hierdurch entstehen beträchtliche unerwünschte Zusatzkosten. Dies kommt insbesondere vor dem Hintergrund zum Tragen, dass nicht bei jedem Crash, bei dem ein Airbag ausgelöst wird, bereits eine Deformation eines Hochvoltverbrauchers zu befürchten ist.
  • Aus der DE 10 2011 013 182 A1 ist eine Sicherheits-Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug bekannt. Dabei misst eine Sicherheitseinrichtung des Elektrofahrzeugs einen Stromfluss und trennt bei Überschreiten eines Grenzwerts Batteriezellenkaskaden in Gruppen mit ungefährlichen Spannungspotentialen. Unter anderem wird ein Stromsensor beschrieben, der im Strompfad der Traktionsbatterie angeordnet ist und mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die bei Überschreiten eines vorbestimmten Stromflusses den Trennvorgang aktiviert. Zur Trennung werden elektronische Leistungsschalter verwendet.
  • Aus der DE 10 2004 007 851 A1 ist eine intelligente Anschlussvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie bekannt. Die Anschlussvorrichtung wird durch eine Polklemme für eine Batterie realisiert, welche ein Strommessmodul umfasst, um die Kapazität der Fahrzeugbatterie zu bestimmen.
  • Aus der WO 2005/115805 A1 ist ein elektronischer Batterieschutzschalter für ein Niedervoltbordnetz, d.h. ein 12V-Bordnetz, bekannt, der eine sichere und reversible Trennung des Kraftfahrzeugbordnetzes von der Batterie ermöglicht. Zu diesem Zweck wird ein elektronischer Halbleiterschalter verwendet, der eine unbegrenzte Anzahl von Schaltzyklen ermöglicht. Der Halbleiterschalter trennt die elektrische Verbindung des Kraftfahrzeugbordnetzes und der Batterie bei Vorliegen eines Crash-Signals, eines Überstromsignals oder dem Ausschalten der Zündung. Bei einem 12V-System bildet das Fahrzeug den elektrischen Massepol, weshalb die Lösung gemäß der genannten WO 2005/115805 A1 nicht auf ein Hochvoltbordnetz übertragbar ist. Bei der genannten WO 2005/115805 A1 ist der Batterieschutzschalter in einem Modul vorgesehen, das an oder auf der Batterie befestigt ist und direkt die Pluspol-Klemme der Batterie umfasst. Es handelt sich demnach um eine einpolige Trennung. Ein derartiger Batterieschutzschalter ist demnach keine Koppelvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein eingangs genanntes System mit einer Hochvoltbatterie und einer Kopplungsvorrichtung sowie ein eingangs genanntes Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung derart weiterzubilden, dass bei möglichst geringem Bauraumbedarf ein Leitungskurzschluss möglichst zuverlässig verhindert wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System mit einer Hochvoltbatterie und einer Kopplungsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 10.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich Halbleiterschalter auch bei Hochvoltbordnetzen zur zuverlässigen Vermeidung von Leitungskurzschlüssen einsetzen lassen, wenn dies geschickt, nach sorgfältiger Analyse der Bedingungen und Notwendigkeiten in einem Hochvoltbordnetz, erfolgt. Im Ergebnis umfasst deshalb eine Kopplungsvorrichtung eines erfindungsgemäßen Systems weiterhin eine Strommessvorrichtung, die ausgelegt ist, den zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Verbindung und der ersten Schnittstelle fließenden Strom und/oder den zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung und der zweiten Schnittstelle fließenden Strom zu messen. Weiterhin ist eine Ansteuervorrichtung vorgesehen, die mit der Strommessvorrichtung gekoppelt ist.
  • Das erfindungsgemäße System umfasst weiterhin zumindest einen ersten Halbleiterschalter, der zwischen die erste elektrisch leitfähige Verbindung und die erste Schnittstelle gekoppelt ist, sowie zumindest einen zweiten Halbleiterschalter, der zwischen die zweite elektrisch leitfähige Verbindung und die zweite Schnittstelle gekoppelt ist, wobei der erste Halbleiterschalter eine erste Steuerelektrode und der zweite Halbleiterschalter eine zweite Steuerelektrode umfasst, die mit der Ansteuervorrichtung gekoppelt sind.
  • Durch diese Maßnahmen lassen sich selbst dann, wenn nur in einer Verbindung zur Batterie ein auf einen Kurzschluss hindeutender Strom gemessen wird, beide Verbindungen zur Hochvoltbatterie trennen. Mittels eines Halbleiterschalters kann dies in einer Größenordnung von einer µs erfolgen, quasi latenzfrei. Auf diese Weise kann selbst bei einem Pfahl-Crash ein Leitungskurzschluss zuverlässig verhindert werden. Das System kann bereits lange, bevor es infolge eines Eindringens des Pfahls in das Kraftfahrzeug zu kritischen Stromhöhen kommt, reagieren. Bei einem Halbleiterschalter, insbesondere einem Hochvolt-Halbleiterschalter, besteht auch bei den in einem Hochvoltbordnetz üblichen Spannungen von mindestens 60V keine Gefahr eines Verklebens oder Verschweißens. Ein Halbleiterschalter schaltet derart schnell, dass auf eine Pyrofuse verzichtet werden kann. Aufgrund der bei einem Halbleiterschalter möglichen schnellen Schaltvorgänge kann auch auf eine Leitungssicherung verzichtet werden. Dies resultiert einerseits in geringen Kosten, andererseits in einem niedrigen Bedarf an Bauraum für eine derartige Kopplungsvorrichtung. Überdies kann mittels der Halbleiterschalter die Grundfunktion der im Stand der Technik verwendeten Schütze ebenfalls ausgeführt werden, nämlich das Zu- und Abschalten der Batteriespannung auf dem Hochvoltbordnetz. Bei Bedarf können noch zusätzlich Schütze zur galvanischen Trennung in Reihe zu den Halbleiterschaltern angeordnet werden.
  • Die Strommessvorrichtung kann zum Beispiel unter Verwendung von Shunts oder mittels Hall-Sensoren realisiert sein. Auch im Stand der Technik sind Hochvoltbordnetze bekannt, bei denen eine Strommessvorrichtung vorgesehen ist, und zwar zur Messung beispielsweise des momentanen Stromverbrauchs, um dadurch eine Reichweite des Kraftfahrzeugs zu prädizieren. Bei derart ausgestatteten Kraftfahrzeugen kann die Strommessvorrichtung besonders kostengünstig zur Umsetzung der oben erwähnten, erfindungsgemäßen Maßnahmen aufgerüstet werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Ansteuereinrichtung einen ersten Eingang zur Zuführung eines mit einem Crash und/oder einem Pre-Crash des Kraftfahrzeugs korrelierten Anzeigesignals aufweist, wobei die Ansteuervorrichtung ausgebildet ist, bei Empfang des Anzeigesignals am ersten Eingang den zumindest einen ersten Halbleiterschalter und/oder den zumindest einen zweiten Halbleiterschalter zu öffnen. Wie bereits erwähnt, kann erfindungsgemäß der Halbleiterschalter die Verbindung zwischen Hochvoltbordnetz und Hochvoltbatterie nicht nur trennen, wenn mittels der Strommessvorrichtung ein Überstrom festgestellt wird, sondern auch dann, wenn er mittels eines Anzeigesignals, das einen Crash oder einen Pre-Crash des Kraftfahrzeugs indiziert, geöffnet wird, wodurch das Kraftfahrzeug stromlos geschaltet wird. Beispielsweise kann als ein einen Crash anzeigendes Anzeigesignal ein Steuersignal einer AirbagSteuervorrichtung des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Ein einen Pre-Crash anzeigendes Anzeigesignal kann von einer Pre-Crash-Erfassungsvorrichtung erzeugt werden, beispielsweise von Sensoren wie Radar, Kamera und dergleichen. Auf diese Weise kann der Halbleiterschalter zu einem besonders frühen Zeitpunkt die Verbindung zwischen Hochvoltbatterie und Hochvoltbordnetz öffnen, wenn mit höchster Sicherheit noch kein Kurzschlussstrom fließt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem für ein schnelles Trennen eine Pyrofuse verwendet wird, ist die Trennung mittels eines Halbleiterschalters reversibel. Sollte demnach nach einem detektierten Pre-Crash kein Crash folgen, kann ohne Beeinträchtigung von Komfort und Sicherheit die Hochvoltbatterie wieder auf die Hochvoltbordnetz aufgeschaltet werden. Aufgrund der Reversibilität kann demnach der Aktivierungsbereich bei der vorliegenden Erfindung größer gewählt werden als bei der Verwendung einer Pyrofuse nach dem Stand der Technik, da vorliegend ein unnötiges Öffnen der Verbindung zwischen Hochvoltbatterie und Hochvoltbordnetz im Gegensatz zum Stand der Technik keine kostenintensiven Folgen nach sich zieht. Dies resultiert in einer weiter erhöhten Sicherheit für die Insassen des Kraftfahrzeugs.
  • Bevorzugt ist die Ansteuervorrichtung ausgebildet, in dem Fall, in dem das Anzeigesignal nach einer vorgebbaren Zeitdauer nicht aufrechterhalten wird oder sie ein Widerrufsignal empfängt, zumindest den zuvor geöffneten Halbleiterschalter wieder zu schließen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beispielsweise nach einer stromlosen Phase von 30 ms bis 50 ms das Hochvoltbordnetz wieder mit Strom aus der Hochvoltbatterie versorgt wird. Eine derart geringe Zeitdauer führt zu keiner Beeinträchtigung des Fahrzeugbetriebs, erhöht jedoch dennoch beträchtlich die Sicherheit für die Fahrzeuginsassen.
  • Die Ansteuervorrichtung kann zur Verarbeitung des Anzeigesignals eine Schaltungsanordnung umfassen, die ausschließlich fest verdrahtete Hardware-Bauelemente, d.h. eine Hardware-Logik, umfasst und somit einen besonders schnellen, direkten Hardware-Durchgriff ermöglicht. Im Gegensatz zu einer Softwarelösung oder einer Software-assistierten Lösung können so deutlich schnellere Schaltvorgänge der Halbleiterschalter realisiert werden. Überdies besteht bei einer Softwarelösung die Gefahr, dass sich diese „aufhängt“ oder dass es zu einem Programmabsturz kommt. Besonders bevorzugt wird das einen Crash anzeigende Anzeigesignal über eine derart fest verdrahtete Hardware-Logik durch die Ansteuervorrichtung geschleust, um die Steuerelektrode zumindest eines der Halbleiterschalter anzusteuern.
  • Die Ansteuervorrichtung ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ausgebildet, bei Empfang eines Überstromsignals von der Strommessvorrichtung, das einen Stromfluss durch die Strommessvorrichtung über einem vorgebbaren Schwellwert anzeigt, zumindest den ersten Halbleiterschalter zu öffnen. Auf diese Weise lässt sich das Ansprechverhalten des Halbleiterschalters präzise einstellen, was in einer hohen Zuverlässigkeit des Systems resultiert.
  • Die Ansteuervorrichtung kann weiterhin einen zweiten Eingang zur Zuführung eines Aktivierungssignals für das Hochvoltbordnetz aufweisen, wobei die Ansteuervorrichtung ausgelegt ist, bei Empfang des Aktivierungssignals zumindest den ersten Halbleiterschalter derart anzusteuern, dass eine Vorladefunktion für das Hochvoltbordnetz, insbesondere Verbraucher des Hochvoltbordnetzes, ausgeführt wird. Auf diese Weise können bei einem erfindungsgemäßen System die Halbleiterschalter zusätzlich die Funktion der Vorladeschütze des Stands der Technik übernehmen, ohne dass dafür ein zusätzliches Bauteil benötigt würde. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Ansteuervorrichtung zur Ausführung der Vorladefunktion ausgelegt ist, zumindest den ersten Halbleiterschalter pulsweitenmoduliert, d.h. getaktet, oder im Analogbetrieb anzusteuern. Auf diese Weise können mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelte Hochvoltverbraucher ohne Stromspitzen und damit ohne eine Gefahr der Beschädigung von Hochvoltverbrauchern allmählich mit der Hochvoltbatterie gekoppelt werden. Dies resultiert in einer Erhöhung der Lebensdauer der Hochvoltverbraucher.
  • Insbesondere in diesem Zusammenhang kann die Ansteuervorrichtung zur Verarbeitung des Aktivierungssignals eine Schaltungsanordnung umfassen, die durch Software programmierbar und/oder steuerbar ist, insbesondere ein Bussystem und/oder einen Microcontroller, insbesondere ein FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder ein CPLD (Complex Programmable Logic Device). Auf diese Weise kann im Gegensatz zur Hardwareverarbeitung des Crash-Signals eine Aufschaltung der Hochvoltbatterie auf das Hochvoltbordnetz ganz spezifisch an die jeweils aktivierten Hochvoltverbraucher, d.h. insbesondere an die Kapazität der im jeweiligen Hochvoltverbraucher verwendeten Kondensatoren, angepasst werden. So wird einerseits ein schnelles Aufschalten ermöglicht, andererseits erfolgt dies bei niedrigster Beanspruchung von Bauteilen, insbesondere Kondensatoren, der Hochvoltverbraucher.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße System vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem derartigen System sowie für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem derartigen System weist bevorzugt weiterhin mindestens einen Pre-Crash-Sensor auf, der mit der Ansteuervorrichtung gekoppelt ist, um das Anzeigesignal an die Ansteuervorrichtung bereitzustellen. Wie im Zusammenhang mit mit einem Pre-Crash des Kraftfahrzeugs korrelierten Anzeigesignal bereits weiter oben ausgeführt, kann ein Pre-Crash-Sensor, beispielsweise eine Kamera oder ein Radar, aus der Erfassung des aktuellen Verkehrsgeschehens Anzeichen ableiten, die darauf hindeuten, dass mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in Kürze mit einem Unfall zu rechnen ist. Beispielsweise wird ein fremdes Kraftfahrzeug erfasst, das sich auf Kollisionskurs zum eigenen Kraftfahrzeug befindet, wobei der Abstand zwischen den beiden Kraftfahrzeugen unter einem vorgebbaren Schwellwert liegt. In diesem Fall kann die als Pre-Crash-Sensor agierende Vorrichtung ein entsprechendes Anzeigesignal an die Ansteuervorrichtung anlegen, woraufhin diese zumindest einen der Halbleiterschalter des erfindungsgemäßen Systems öffnet, um die Hochvoltbatterie vom Hochvoltbordnetz zu trennen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
    • 1 in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes System mit einer Hochvoltbatterie und einer Kopplungsvorrichtung, die ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie mit einem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs zu koppeln; und
    • 2 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Kopplungsvorrichtung eines erfindungsgemäßen Systems, welche in dem in 1 dargestellten System anstelle der aus dem Stand der Technik bekannten Kopplungsvorrichtung eingesetzt werden kann, um ein erfindungsgemäßes System zu realisieren.
  • Die mit Bezug auf 1 eingeführten Bezugszeichen werden, soweit gleiche und gleich wirkende Bauelemente betroffen sind, für die Ausführungen zu 2 weiter verwendet.
  • Bei der in 2 dargestellten Kopplungsvorrichtung 12 ist zwischen der Schnittstelle 26 und der elektrisch leitfähigen Verbindung 20 die Serienschaltung eines Shunts Sh1 und eines Halbleiterschalters HS1 angeordnet. Zwischen der Schnittstelle 30 und der elektrisch leitfähigen Verbindung 24 ist die Serienschaltung eines Shunts Sh2 sowie eines Halbleiterschalters HS2 angeordnet. Die Ansteuervorrichtung 46 weist einen Mikrocontroller 52 sowie eine Hardware-Logik 54 auf. Die Steuerelektroden der Halbleiterschalter HS1 und HS2 sind sowohl mit Ausgängen des Mikrocontrollers 52 als auch mit Ausgängen der Hardware-Logik 54 gekoppelt. Eingangsseitig wird der Hardware-Logik 54 ein Crash-Signal CR zugeführt, während dem Mikrocontroller 52 eingangsseitig ein Pre-Crash-Signal PRC sowie ein Aktivierungssignal COM zugeführt wird. Dem Mikrocontroller 52 wird überdies die jeweils an den Shunts Sh1, Sh2 abfallende Spannung zugeführt. Aus diesen Spannungswerten kann der Mikrocontroller 52 in Kenntnis der Widerstandswerte der Shunts Sh1, Sh2 die Amplitude des Stroms I1, der von der elektrisch leitfähigen Verbindung 20 zur Schnittstelle 26 fließt, sowie des Stroms I2, der von der Schnittstelle 30 zur elektrisch leitfähigen Verbindung 24 fließt, ermitteln.
  • Die Ansteuervorrichtung 46, insbesondere die Hardware-Logik 54, ist ausgelegt, bei Empfang eines Crash-Signals CR zumindest einen der Halbleiterschalter HS1, HS2, bevorzugt beide Halbleiterschalter HS1, HS2, zu öffnen. Die Ansteuervorrichtung 46 ist weiterhin ausgelegt, bei Empfang eines Pre-Crash-Signals PRC zumindest einen der Halbleiterschalter HS1, HS2, bevorzugt beide Halbleiterschalter HS1, HS2, zu öffnen. Empfängt die Ansteuervorrichtung, insbesondere der Mikrocontroller 52, ein Aktivierungssignal COM, so steuert er zumindest einen der Halbleiterschalter HS1, HS2, insbesondere beide Halbleiterschalter HS1, HS2, zur Ausführung einer Vorladefunktion für das Hochvoltbordnetz an. Dies erfolgt durch getakteten Betrieb des mindestens einen Halbleiterschalters HS1, HS2, insbesondere durch Pulsweitenmodulation oder durch Analogbetrieb der Halbleiterschalter HS1, HS2.
  • Weiterhin ist der Mikrocontroller 52 der Ansteuervorrichtung 46 ausgelegt, dann, wenn zumindest einer der Ströme I1, I2 einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt, mindestens einen der Halbleiterschalter HS1, HS2, insbesondere beide Halbleiterschalter HS1, HS2, derart anzusteuern, dass diese öffnen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. System mit einer Hochvoltbatterie (10) und einer Kopplungsvorrichtung (12), die ausgelegt ist, die Hochvoltbatterie (10) mit einem Hochvoltbordnetz (14) eines Kraftfahrzeugs (16) zu koppeln, wobei die Kopplungsvorrichtung (12) über eine erste elektrisch leitfähige Verbindung (20) mit dem Pluspol (18) der Hochvoltbatterie (10) und über eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung (24) mit dem Minuspol (22) der Hochvoltbatterie (10) verbunden ist; wobei die Kopplungsvorrichtung (12) weiterhin eine erste Schnittstelle (26) zum Verbinden mit einer ersten elektrischen Phase (28) des Hochvoltbordnetzes (14) und eine zweite Schnittstelle (30) zum Verbinden mit einer zweiten elektrischen Phase (32) des Hochvoltbordnetzes (14) umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (12) weiterhin umfasst: - eine Strommessvorrichtung (Sh1, Sh2), die ausgelegt ist, den zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Verbindung (20) und der ersten Schnittstelle (26) fließenden Strom (I1) und/oder den zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (24) und der zweiten Schnittstelle (30) fließenden Strom (I2) zu messen; - eine Ansteuervorrichtung (46), die mit der Strommessvorrichtung (Sh1, Sh2) gekoppelt ist; und - zumindest einen ersten Halbleiterschalter (HS1), der zwischen die erste elektrisch leitfähige Verbindung (20) und die erste Schnittstelle (26) gekoppelt ist, sowie zumindest einen zweiten Halbleiterschalter (HS2), der zwischen die zweite elektrisch leitfähige Verbindung (24) und die zweite Schnittstelle (30) gekoppelt ist, wobei der erste Halbleiterschalter (HS1) eine erste Steuerelektrode und der zweite Halbleiterschalter (HS2) eine zweite Steuerelektrode umfasst, die mit der Ansteuervorrichtung (46) gekoppelt sind.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (46) einen ersten Eingang zur Zuführung eines mit einem Crash und/oder einem Pre-Crash des Kraftfahrzeugs (16) korrelierten Anzeigesignals (CR; PRC) aufweist, wobei die Ansteuervorrichtung (46) ausgebildet ist, bei Empfang des Anzeigesignals (CR; PRC) am ersten Eingang den zumindest einen ersten Halbleiterschalter (HS1) und/oder den zumindest einen zweiten Halbleiterschalter (HS2) zu öffnen.
  3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (46) ausgebildet ist, in dem Fall, in dem das Anzeigesignal (CR; PRC) nach einer vorgebbaren Zeitdauer nicht aufrechterhalten wird oder sie ein Widerrufsignal empfängt, zumindest den zuvor geöffneten Halbleiterschalter (HS1, HS2) wieder zu schließen.
  4. System nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (46) zur Verarbeitung des Anzeigesignals (CR; PRC) eine Schaltungsanordnung (54) umfasst, die ausschließlich festverdrahtete Hardware-Bauelemente umfasst.
  5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (46) ausgebildet ist, bei Empfang eines Überstromsignals von der Strommessvorrichtung (Sh1, Sh2), das einen Stromfluss durch die Strommessvorrichtung (Sh1, Sh2) über einem vorgebbaren Schwellwert anzeigt, zumindest den ersten Halbleiterschalter (HS1) zu öffnen.
  6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (46) weiterhin einen zweiten Eingang zur Zuführung eines Aktivierungssignals (COM) für das Hochvoltbordnetz (14) aufweist, wobei die Ansteuervorrichtung (46) ausgelegt ist, bei Empfang des Aktivierungssignals (COM) zumindest den ersten Halbleiterschalter (HS1) derart anzusteuern, dass eine Vorladefunktion für das Hochvoltbordnetz (14), insbesondere Verbraucher des Hochvoltbordnetzes (14), ausgeführt wird.
  7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (46) zur Ausführung der Vorladefunktion ausgelegt ist, zumindest den ersten Halbleiterschalter (HS1) pulsweitenmoduliert oder im Analogbetrieb anzusteuern.
  8. System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (46) zur Verarbeitung des Aktivierungssignals (COM) eine Schaltungsanordnung (52) umfasst, die durch Software programmierbar und/oder steuerbar ist, insbesondere ein Bussystem und/oder einen Microcontroller, insbesondere ein FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder ein CPLD (Complex Programmable Logic Device).
  9. Kraftfahrzeug (16) mit einem System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin mindestens einen Pre-Crash-Sensor umfasst, der mit der Ansteuervorrichtung (46) gekoppelt ist, um das Anzeigesignal (CR; PRC) an die Ansteuervorrichtung (46) bereitzustellen.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung (12), die ausgelegt ist, eine Hochvoltbatterie (10) mit einem Hochvoltbordnetz (14) eines Kraftfahrzeugs (16) zu koppeln, folgende Schritte umfassend: - Verbinden der Kopplungsvorrichtung (12) über eine erste elektrisch leitfähige Verbindung (20) mit dem Pluspol (18) der Hochvoltbatterie (10) und Verbinden der Kopplungsvorrichtung (12) über eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung (24) mit dem Minuspol (22) der Hochvoltbatterie (10); - Verbinden der Kopplungsvorrichtung (12) über eine erste Schnittstelle (26) mit einer ersten elektrischen Phase (28) des Hochvoltbordnetzes (14) und Verbinden der Kopplungsvorrichtung (12) über eine zweite Schnittstelle (30) mit einer zweiten elektrischen Phase (32) des Hochvoltbordnetzes (14); gekennzeichnet durch folgende weiteren Schritte: - Messen eines ersten Stroms (I1) zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Verbindung (20) und der ersten Schnittstelle (26) und/oder Messen eines Stroms (I2) zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (24) und der zweiten Schnittstelle (30); und - Ansteuern zumindest eines ersten Halbleiterschalters (HS1), der zwischen die erste elektrisch leitfähige Verbindung (20) und die erste Schnittstelle (26) gekoppelt ist, sowie zumindest eines zweiten Halbleiterschalters (HS2), der zwischen die zweite elektrisch leitfähige Verbindung (24) und die zweite Schnittstelle (30) gekoppelt ist, in Abhängigkeit des ersten (I1) und/oder des zweiten gemessenen Stroms (I2).
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