-
Technisches Gebiet:
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Entladeschaltungsanordnung zum Entladen eines Hochvoltstromkreises durch Heizen eines Kühlmediums.
-
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
-
In Hochvoltstromkreisen, bspw. von Bordnetz von Hybridelektro-/Elektrofahrzeugen, wie z. B. Zwischenkreisen, stehen unter einer Hochvoltspannung über 60 Volt und gar über 400 Volt und somit für Menschen, wie z. B. Fahrzeuginsassen, Rettungskräfte und Automechaniker, lebensgefährlich, die mit elektrisch leitfähigen Komponenten der Hochvoltstromkreise in Berührung kommen. Daher werden die Hochvoltstromkreise bzw. die Zwischenkreise in Situationen, in denen deren elektrisch leitfähigen Komponenten beabsichtigt oder unbeabsichtigt von Menschen berührt werden können, wie z. B. nach einem Unfall des Kraftfahrzeugs, mithilfe einer Entladeschaltungsanordnung aktiv entladen. Dabei wandelt die Entladeschaltungsanordnung die in dem Hochvoltstromkreis vorhandene elektrische Leistung in Wärmeleistung um und heizt damit ein Kühlmedium.
-
Die Druckschrift
DE 10 2016 008 057 A1 beschreibt einen elektrischen Energiespeicher für eine elektrische Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit zwei Energiespeicheranschlüssen, einer galvanischen Zelle, einem Schütz, welches für jeden der Energiespeicheranschlüsse ein Schaltelement zum gesteuerten elektrischen Verbinden der wenigstens einen galvanischen Zelle mit den Energiespeicheranschlüssen aufweist, sowie einer Steuereinheit zum Steuern des Schützes, wobei der elektrische Energiespeicher eine an die Energiespeicheranschlüsse angeschlossene und mittels der Steuereinheit steuerbare Entladeschaltung zum Verbrauchen von elektrischer Energie aufweist.
-
Wie bei allen Konsumgütern üblich, besteht für die Kraftfahrzeuge, insb. die Hybridelektro-/Elektrofahrzeuge, die allgemeine Anforderung, diese kostengünstiger herzustellen.
-
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der ein Kraftfahrzeug, insb. ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, kostengünstig hergestellt werden kann.
-
Beschreibung der Erfindung:
- Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Steuervorrichtung zum Betreiben einer Entladeschaltungsanordnung zum Entladen eines Hochvoltstromkreises, insb. eines Zwischenkreises eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, speziell eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, durch Heizen eines Kühlmediums bereitgestellt.
-
Die Steuervorrichtung weist eine Empfangsschaltung auf, die zum Empfangen eines ersten, eines zweiten und eines dritten Signals eingerichtet ist, die bspw. von einer oder mehreren verschiedenen externen Vorrichtungen oder einer oder mehreren verschiedenen internen Einheiten der Steuervorrichtung generiert und an die Empfangsschaltung ausgegeben werden. Dabei signalisiert das erste Signal, den Hochvoltstromkreis aktiv zu entladen, dass aus dem Hochvoltstromkreis bspw. eine Gefahr eines Stromanschlags ausgeht, wie z. B. nach einem Unfall des Kraftfahrzeugs. Das zweite Signal signalisiert, das Kühlmedium aktiv zu heizen, um bspw. Batteriezellen des Kraftfahrzeugs zu heizen oder eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs zu erwärmen. Das dritte Signal signalisiert wiederum, dass in der Entladeschaltungsanordnung und/oder in dem Hochvoltstromkreis ein (Schaltungs-)Fehler vorliegt, der bspw. zum Ausfall der Entladeschaltungsanordnung und/oder des Hochvoltstromkreises führen kann.
-
Die Steuervorrichtung weist ferner eine Steuerschaltung auf, die eingerichtet ist, abhängig von dem Signal, das die Empfangsschaltung erhält, die Entladeschaltungsanordnung zu betreiben. Dabei ist die Steuervorrichtung eingerichtet, beim Vorliegen (nur) des ersten Signals die Entladeschaltungsanordnung derart zu betreiben, dass diese den Hochvoltstromkreis mit einer ersten (insb. maximalen) Entladeleistung entlädt. Ferner ist die Steuervorrichtung eingerichtet, beim Vorliegen (nur) des zweiten Signals die Entladeschaltungsanordnung derart zu betreiben, dass diese den Hochvoltstromkreis mit einer zweiten, gegenüber der ersten Entladeleistung niedrigeren Entladeleistung entlädt. Außerdem ist die Steuervorrichtung eingerichtet, beim Vorliegen (nur) des dritten Signals die Entladeschaltungsanordnung derart zu betreiben, dass die Entladeschaltungsanordnung den Hochvoltstromkreis mit einer dritten, gegenüber der zweiten Entladeleistung niedrigeren (insb. minimalen) Entladeleistung entlädt oder nicht entlädt.
-
Dabei wird das erste Signal bspw. in sicherheitskritischen Situationen bei dem Kraftfahrzeug generiert und an die Empfangsschaltung abgegeben, wenn aus dem Hochvoltstromkreis bspw. eine Gefahr eines Stromanschlags ausgeht, wie z. B. nach einem Unfall des Kraftfahrzeugs. Das zweite Signal wird generiert und an die Empfangsschaltung abgegeben, wenn bspw. ein Bedarf besteht, durch Heizen des Kühlmediums Batteriezellen des Kraftfahrzeugs zu heizen oder eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs zu erwärmen. Das dritte Signal wird generiert und an die Empfangsschaltung abgegeben, wenn in der Entladeschaltungsanordnung und/oder in dem Hochvoltstromkreis ein (Schaltungs-)Fehler vorliegt, der bspw. zu einem unkontrollierbaren Ausfall der Entladeschaltungsanordnung und/oder des Hochvoltstromkreises führen kann.
-
Die Steuerschaltung ist eingerichtet, abhängig von den vorliegenden Signalen die Entladeschaltungsanordnung derart zu betreiben, dass diese einen Entladevorgang startet, unterbricht oder die Entladeleistung regelt. Im Allgemeinen erhöht die Steuerschaltung beim Vorliegen (nur) des ersten Signals die Entladeleistung der Entladeschaltungsanordnung auf die Höhe der ersten (insb. maximalen) Entladeleistung. Beim Vorliegen (nur) des dritten Signals reduziert die Steuerschaltung die Entladeleistung der Entladeschaltungsanordnung auf die Höhe der dritten (insb. minimalen) Entladeleistung oder bis auf 0, sodass der Entladevorgang heruntergefahren bzw. unterbrochen wird.
-
Die Entladeschaltungsanordnung, die primär zum aktiven Entladen des Hochvoltstromkreises, insb. eines Zwischenkreises eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, speziell eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, vorgesehen ist, wird durch die oben beschriebene Lösung mit der genannten Steuervorrichtung zusätzlich zum aktiven Heizen des Kühlmediums sowie zum Schutz des Hochvoltstromkreises bzw. des Zwischenkreises vor (Schaltungs-)Fehlern verwendet. Dabei wird die durch das aktive Heizen des Kühlmediums in dem Kühlmedium gespeicherte Wärmeleistung bspw. zum Heizen von Batteriezellen bspw. eines Traktionsbatteriesystems (bei niedrigen Batteriezellentemperaturen) oder zum Erwärmen einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs verwendet. Beim Vorliegen eines (Schaltungs-)Fehlers wird die Entladeschaltungsanordnung bzw. der Hochvoltstromkreis (und somit auch der Zwischenkreis) durch die genannte Steuervorrichtung vor Folgeschäden infolge eines durch einen Entladevorgang hervorgerufenen Stromflusses in der Entladeschaltungsanordnung bzw. dem Hochvoltstromkreis geschützt.
-
In ihrer primären Funktion dient die Entladeschaltungsanordnung weiterhin zum aktiven Entladen des Hochvoltstromkreises, insb. in sicherheitskritischen Situationen bei dem Hochvoltstromkreis, wie z. B. in einer Situation, in der aus dem Hochvoltstromkreis Gefahr eines Stromschlags für die Menschen besteht.
-
In einer sicherheitskritischen Situation kann die Entladeschaltungsanordnung entsprechend von der Steuervorrichtung gesteuert den Hochvoltstromkreis rasch entladen, sodass die oben genannte Gefahr schnellstmöglich beseitigt werden kann (aktive Entladefunktion).
-
In einer Situation, in der die Wärmeleitung des Kühlmediums zum Heizen der Batteriezellen oder zum Erwärmen der Fahrgastzelle verwendet werden soll, kann die Entladeschaltungsanordnung entsprechend von der Steuervorrichtung gesteuert den Hochvoltstromkreis mit einer entsprechenden regalbaren Entladeleistung (bzw. Wärmeleistung) entladen, mit der das Kühlmedium die Batteriezellen oder die Fahrgastzelle auf gewünschte Temperatur heizen bzw. erwärmen kann (aktive Heizfunktion).
-
Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung in einer Situation, in der ein Fehler bzw. eine Störung in der Entladeschaltungsanordnung bzw. in dem Hochvoltstromkreis vorliegt, die Entladeschaltungsanordnung derart zu betreiben, dass der Entladevorgang gedrosselt wird oder ganz unterbrochen wird (Schutzfunktion).
-
Dadurch, dass alle drei Signale, die die oben genannten unterschiedlichen Situationen signalisieren, von einer und derselben Empfangsschaltung empfangen werden und die Entladeschaltungsanordnung von einer und derselben Steuerschaltung abhängig von den vorliegenden Signalen mit unterschiedlich hohen Entladeleistungen betrieben wird, können alle drei oben genannten Funktionen, nämlich die aktive Entladefunktion, die aktive Heizfunktion sowie die Schutzfunktion, von einer einzigen und derselben Steuervorrichtung realisiert werden.
-
Die Entladeschaltungsanordnung kann auch ohne zusätzliche, teils kostenaufwendige Komponenten die drei genannten Funktionen, nämlich die aktive Entladefunktion, die aktive Heizfunktion und die Schutzfunktion, durchführen. Dadurch entfallen eine aufwendige Heizschaltung und/oder eine Schutzschaltung, die sonst zum aktiven Heizen des Kühlmediums bzw. zum Schutz des Hochvoltstromkreises erforderlich wären.
-
Dabei wird die Auswahl der aktuell durchzuführenden Funktion in einfacher Weise abhängig von dem oder den aktuell vorliegenden Signalen bestimmt, die jeweils eine der drei genannten Situationen signalisieren. Dabei werden die genannten Signale ohnehin für andere Funktionen, wie z. B. zur Sicherheitswarnung oder zur Klimatisierung der Fahrgastzelle, generiert, sodass keine zusätzlichen Komponenten zum Generieren der Signale erforderlich wären.
-
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der ein Kraftfahrzeug, insb. ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, kostengünstig hergestellt werden kann.
-
Bspw. ist der Fehler, der von dem dritten Signal signalisiert wird, ein Fehler betreffend Übertemperatur, Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Unterstrom, oder elektrischen Kurzschluss in der Entladeschaltungsanordnung und/oder in dem Hochvoltstromkreis.
-
Bspw. ist die Steuerschaltung ferner eingerichtet, beim Vorliegen des dritten Signals und mindestes eines weiteren Signals, nämlich des ersten und/oder des zweiten Signals, die Entladeschaltungsanordnung derart zu betreiben, dass die Entladeschaltungsanordnung den Hochvoltstromkreis mit der dritten Entladeleistung entlädt (bzw. die Entladeleistung zum aktiven Entladen oder zum aktiven Heizen bis auf die Höhe der dritten Entladeleistung drosselt) oder nicht entlädt (bzw. einen eventuell bereits gestarteten Entladevorgang bzw. Heizvorgang unterbricht).
-
Bspw. ist die Steuerschaltung ferner eingerichtet, beim Vorliegen (nur) des ersten und des zweiten Signals (also im Falle, dass das dritte Signal nicht vorliegt) die Entladeschaltungsanordnung derart zu betreiben, dass die Entladeschaltungsanordnung den Hochvoltstromkreis mit der ersten Entladeleistung entlädt (bzw. die Entladeleistung bis auf die Höhe der ersten Entladeleistung erhöht).
-
Bspw. weist die Steuervorrichtung Versorgungsstromanschlüsse auf und ist zur Stromversorgung über die Versorgungsstromanschlüsse an dem Hochvoltstromkreis bzw. dem Zwischenkreis elektrisch angeschlossen. Dadurch kann die Steuervorrichtung unabhängig von einer Niedervoltstromquelle und somit auch beim Ausfall eines Niedervoltstromkreises operieren. Die Entladeschaltungsanordnung bzw. deren Schaltungskomponenten, wie z. B. Gatetreiber, können ebenfalls zur Stromversorgung an dem Hochvoltstromkreis elektrisch angeschlossen sein.
-
Optional kann die Steuervorrichtung weitere Versorgungsstromanschlüsse aufweisen und zur redundanten Stromversorgung über diese weiteren Versorgungsstromanschlüsse zusätzlich an einem Niedervoltstromkreis bzw. einer Niedervoltstromquelle elektrisch angeschlossen sein. Die Entladeschaltungsanordnung bzw. deren Schaltungskomponenten, wie z. B. Gatetreiber, können ebenfalls zur redundanten Stromversorgung zusätzlich an dem Niedervoltstromkreis bzw. der Niedervoltstromquelle elektrisch angeschlossen sein.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Entladeschaltungsanordnung zum Entladen eines Hochvoltstromkreises bzw. eines Zwischenkreises durch Heizen eines Kühlmediums bereitgestellt.
-
Gemäß dem Verfahren wird zuerst ein oder mehrere Signale empfangen, das bzw. die sich um ein erstes, ein zweites und/oder ein drittes Signal handeln. Dabei signalisiert das ersten Signal, den Hochvoltstromkreis aktiv zu entladen. Das zweite Signal signalisiert, das Kühlmedium aktiv zu heizen. Das dritte Signal signalisiert, dass in der Entladeschaltungsanordnung bzw. in dem Hochvoltstromkreis ein (Schaltungs-)Fehler vorliegt.
-
Gemäß dem Verfahren wird die Entladeschaltungsanordnung abhängig von dem oder den empfangenen Signalen wie nachfolgend betrieben:
- - beim Vorliegen (nur) des ersten Signals entlädt die Entladeschaltungsanordnung den Hochvoltstromkreis mit einer ersten (insb. maximalen) Entladeleistung;
- - beim Vorliegen (nur) des zweiten Signals entlädt die Entladeschaltungsanordnung den Hochvoltstromkreis mit einer zweiten, gegenüber der ersten Entladeleistung niedrigeren Entladeleistung;
- - beim Vorliegen (nur) des dritten Signals entlädt die Entladeschaltungsanordnung den Hochvoltstromkreis mit einer dritten, gegenüber der zweiten Entladeleistung niedrigeren (insb. minimalen) Entladeleistung oder entlädt den Hochvoltstromkreis nicht.
-
Bspw. sieht der Schritt des Betreibens ferner vor, dass die Entladeschaltungsanordnung beim Vorliegen des dritten Signals und mindestes eines weiteren von dem zweiten und dem dritten Signal den Hochvoltstromkreis mit der dritten Entladeleistung entlädt (bzw. die Entladeleistung zum aktiven Entladen oder zum aktiven Heizen drosselt) oder nicht entlädt (bzw. einen eventuell bereits gestarteten Entlade- bzw. Heizvorgang unterbricht).
-
Bspw. sieht der Schritt des Betreibens ferner vor, dass die Entladeschaltungsanordnung beim Vorliegen (nur) des ersten und des zweiten Signals (also im Falle, dass das dritte Signal nicht vorliegt) den Hochvoltstromkreis mit der ersten Entladeleistung entlädt (bzw. die Entladeleistung auf die Höhe der ersten Entladeleistung erhöht).
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Steuervorrichtung sind, soweit im Übrigen, auf das oben genannte Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens anzusehen.
-
Beschreibung der Zeichnung:
- Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Schaltungstopologie ein Bordnetz BN (bzw. ein Teil davon) eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs mit einer Steuervorrichtung SV gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
-
Das Bordnetz BN weist einen Hochvoltbordnetzzweig (Hochvoltstromkreis) mit einem Zwischenkreis ZK auf, der unter einer Hochvoltspannung steht und unter anderem einen Zwischenkreiskondensator CZ aufweist.
-
Das Bordnetz BN weist ferner eine übergeordnete zentrale Hauptsteuervorrichtung HS zum Regeln der Spannung bzw. des Stromes in dem Hochvoltbordnetzzweig bzw. in dem Zwischenkreis ZK auf, die von dem Hochvoltbordnetzzweig bzw. dem Zwischenkreis ZK galvanisch getrennt ist. Hierzu ist die Hauptsteuervorrichtung HS signaleingangsseitig unter anderem mit einer Unfallerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Unfalls des Kraftfahrzeugs und einer Klimaanlage zur Klimatisierung der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs signaltechnisch verbunden.
-
Das Bordnetz BN weist zudem eine Entladeschaltungsanordnung EA zum Entladen des Hochvoltbordnetzzweigs bzw. des Zwischenkreises ZK auf.
-
Die Entladeschaltungsanordnung EA weist einen Entladestrompfad SP auf, der über zwei Hochvoltstromanschlüsse HV+, HV- an dem Hochvoltbordnetzzweig bzw. dem Zwischenkreise ZK elektrisch angeschlossen ist. Die Entladeschaltungsanordnung EA weist ferner zwei steuerbare Halbleiterschalter HS1, HS2, eine Spule L, einen Strommesser A sowie einen Heizwiderstand RH auf, die zueinander seriell in dem Strompfad SP elektrisch angeschlossen sind. Dabei sind die beiden Halbleiterschalter HS1, HS2, die Spule L, der Strommesser A und der Heizwiderstand RH in der Stromflussrichtung von dem positivspannungsseitigen Hochvoltstromanschluss HV+ zu dem negativspannungsseitigen Hochvoltstromanschluss HV- hin betrachtet hintereinander elektrisch angeschlossen.
-
Die beiden Halbleiterschalter HS1, HS2 sind in dieser Ausführungsform als Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren (MOSFETs) ausgebildet und jeweils über ihre jeweiligen Laststromstrecken in dem Strompfad SP elektrisch angeschlossen. Ein erster der beiden Halbleiterschalter HS1 dient zur Regelung des durch den Strompfad SP fließenden Stromes bzw. dessen Stromstärke. Damit dient der erste Halbleiterschalter HS1 zur Regelung der Entladeleistung in einem aktiven Entladevorgang bzw. der Heizleistung in einem aktiven Heizvorgang der Entladeschaltungsanordnung EA. Darüber hinaus dient der erste Halbleiterschalter HS1 durch entsprechende Ansteuerung zur Drosselung der Stromstärke in dem Strompfad SP. Ein zweiter der beiden Halbleiterschalter HS2 ist eingerichtet, durch eine entsprechende Steuerung den Stromfluss durch den Strompfad SP herzustellen oder gänzlich zu unterbrechen.
-
Die Spule L ist eingerichtet, Strom- bzw. Spannungsspitze in dem Strompfad SP zu begrenzen. Der Strommesser A ist eingerichtet, die Stromstärke des durch den Strompfad SP fließenden Stromes zu messen und die gemessene Stromstärke über eine galvanisch getrennte Signalverbindung an die zentrale Hauptsteuervorrichtung HS weiterzuleiten. Der Heizwiderstand RH ist eingerichtet, die elektrische Leistung, die auf den Heizwiderstand RH auffällt, in eine Wärmeleistung umzuwandeln.
-
Die Entladeschaltungsanordnung EA weist außerdem einen Spannungsmesser V auf, der zwischen den beiden Hochvoltstromanschlüssen HV+, HV- und parallel zu dem Hochvoltbordnetzzweig bzw. dem Zwischenkreis ZK sowie dem Strompfad SP elektrisch angeschlossen ist. Der Spannungsmesser V ist eingerichtet, die in dem Zwischenkreis ZK bzw. zwischen den beiden Hochvoltstromanschlüssen HV+, HVabfallende Hochvoltspannung zu messen und den gemessenen Spannungswert über eine weitere galvanisch getrennte Signalverbindung an die zentrale Hauptsteuervorrichtung HS weiterzuleiten.
-
Darüber hinaus weist die Entladeschaltungsanordnung EA eine Diode D auf, die über ihre Anode an dem negativspannungsseitigen Hochvoltstromanschluss HV- und über ihre Kathode an einem Stromverbindungspunkt zwischen einem der beiden Hableiterschalter HS1, HS2 und der Spule L elektrisch angeschlossen ist. Die Diode D ist eingerichtet, Stromrückfluss durch Entladestrompfad SP zu verhindern.
-
Die Entladeschaltungsanordnung EA weist ferner zwei Gatetreiber GT1, GT2 auf, die über ihren jeweiligen Steuersignalausgangsanschluss an dem Gate-Anschluss der jeweiligen Halbleiterschalter HS1, HS2 signaltechnisch angeschlossen sind.
-
Die Entladeschaltungsanordnung EA weist zudem einen Kühlkörper KK auf, der mit dem Heizwiderstand RH thermisch verbunden ist und Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlmediums, wie z. B. des Kühlwassers, aufweist. Der Kühlkörper KK ist eingerichtet, mit der von dem Heizwiderstand RH in Abwärme umgewandelten Wärmeleistung das Kühlmedium zu heizen. Die dadurch in dem Kühlmedium gespeicherte Wärmeleistung wird dann von dem Kühlmedium zu einem Traktionsbatteriesystem des Kraftfahrzeugs bzw. der Klimaanlage der Fahrgastzelle geführt, wo sie zum Heizen der Batteriezellen des Traktionsbatteriesystems bzw. zum Erwärmen der Fahrgastzelle verwendet wird.
-
Die Entladeschaltungsanordnung EA weist außerdem einen Temperatursensor T auf, der mit dem Heizwiderstand RH und dem Kühlkörper KK thermisch verbunden ist. Der Temperatursensor T ist eingerichtet, die Temperatur an dem Heizwiderstand RH und dem Kühlkörper KK zu messen und den gemessenen Temperaturwert über eine weitere galvanisch getrennte Signalverbindung an die zentrale Hauptsteuervorrichtung HS weiterzuleiten.
-
Das Bordnetz BN weist außerdem eine Steuervorrichtung SV zum Betreiben der Entladeschaltungsanordnung auf.
-
Die Steuervorrichtung SV weist unter anderem eine Empfangsschaltung ES auf, die signaleingangsseitig über weitere galvanisch getrennte Signalverbindungen mit der zentralen Hauptsteuervorrichtung HS signaltechnisch verbunden ist. Über die Signalverbindungen erhält die Empfangsschaltung ES von der Hauptsteuervorrichtung HS unter anderem ein erstes, ein zweites und ein drittes Signal S1, S2 und S3.
-
Das erste Signal S1 signalisiert eine sicherheitskritische Situation bei dem Hochvoltstromkreis bzw. dem Zwischenkreis ZK, nämlich, dass aus dem Zwischenkreis ZK eine Gefahr eines Stromschlags ausgeht, und veranlasst somit, den Zwischenkreis ZK aktiv zu entladen. Das erste Signal S1 wird von der Hauptsteuervorrichtung HS unter anderem basierend auf Signaldaten der Unfallerfassungsvorrichtung generiert.
-
Das zweite Signal S2 signalisiert, das Kühlmedium aktiv zu heizen, um mit der Wärme des Kühlmediums die Batteriezellen zu heizen oder die Fahrgastzelle zu erwärmen. Das zweite Signal S2 wird von der Hauptsteuervorrichtung HS unter anderem basierend auf Signaldaten der Klimaanlage der Fahrgastzelle generiert.
-
Das dritte Signal S3 signalisiert, dass in der Entladeschaltungsanordnung EA ein Schaltungsfehler betreffend Übertemperatur, Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Unterstrom, oder elektrischen Kurzschluss in der Entladeschaltungsanordnung EA vorliegt. Das dritte Signal S3 wird von der Hauptsteuervorrichtung HS basierend auf Messerwerte des Strommessers A, des Spannungsmessers V und/oder des Temperatursensors T generiert.
-
Die Steuervorrichtung SV weist ferner eine Steuerschaltung SS auf, die über einen Signaleingang signaleingangsseitig mit einem Signalausgang der Empfangsschaltung ES signaltechnisch verbunden ist. Die Steuerschaltung SS ist eingerichtet, abhängig von den Signalen, welche die Empfangsschaltung ES von der Hauptsteuervorrichtung erhält, die Entladeschaltungsanordnung EA zu betreiben. Hierzu ist die Steuerschaltung SS über zwei Signalausgänge signalausgangsseitig mit Steuersignaleingangsanschlüssen der beiden Gatetreiber GT1, GT2 signaltechnisch verbunden. Über die beiden Gatetreiber GT1, GT2 steuert die Steuerschaltung SS bzw. die Steuervorrichtung SV die beiden Halbleiterschalter HS1, HS2 mit pulsweitenmodulierten Steuersignalen und steuert bzw. regelt somit den Stromfluss durch den Strompfad SP und die Entlade- bzw. Heizleistung des Heizwiderstands RH.
-
Erhält die Empfangsschaltung ES nur das erste Signal S1, so betreibt die Steuerschaltung SS die Entladeschaltungsanordnung EA bzw. deren beiden Halbleiterschalter HS1, HS2 derart, dass die Entladeschaltungsanordnung EA den Zwischenkreis ZK und somit den Hochvoltbordnetzzweig mit einer ersten, insb. maximal möglichen, Entladeleistung entlädt, sodass der Zwischenkreis ZK bzw. der Hochvoltbordnetzzweig rasch entladen wird.
-
Erhält die Empfangsschaltung ES nur das zweite Signal S2, so betreibt die Steuerschaltung SS die Entladeschaltungsanordnung EA derart, dass die Entladeschaltungsanordnung EA den Hochvoltstromkreis ZK mit einer zweiten, gegenüber der ersten Entladeleistung niedrigeren Entladeleistung entlädt, die ausreicht, um das Kühlmedium auf eine bspw. zum Heizen der Batteriezellen oder zum Erwärmen der Fahrgastzelle gewünschte Temperatur zu heizen.
-
Erhält die Empfangsschaltung ES nur das dritte Signal S3, so betreibt die Steuerschaltung SS die Entladeschaltungsanordnung EA derart, dass die Entladeschaltungsanordnung EA den Hochvoltstromkreis ZK mit einer dritten, gegenüber der zweiten Entladeleistung niedrigeren Entladeleistung entlädt oder auch nicht entlädt. Beim Erhalten nur des dritten Signals S3 wird somit ein bereits eingeleiteter Entladevorgang gedrosselt bzw. gänzlich unterbrochen.
-
Erhält die Empfangsschaltung ES zwei oder alle drei Signale S1, S2, S3 gleichzeitig, so führt die Steuerschaltung SS bzw. die Steuervorrichtung SV eine Priorisierung der Signale S1, S2, S3 durch und betreibt die Entladeschaltungsanordnung EA wie nachfolgend beschrieben:
- Erhält die Empfangsschaltung ES das dritte Signal S3 und mindestes ein weiteres Signal S1 und/oder S2 gleichzeitig, so priorisiert die Steuerschaltung SS das dritte Signal S3 hoch und betreibt die Entladeschaltungsanordnung EA derart, dass diese den Hochvoltstromkreis ZK mit der dritten Entladeleistung entlädt oder nicht entlädt bzw. ein bereits eingeleiteter Entlade- bzw. Heizvorgang drosselt bzw. gänzlich unterbricht. Die Unterbrechung erfolgt bspw. durch Ausschalten des zweiten Halbleiterschalters HS2. Die Drosselung des Entlade- bzw. Heizvorgangs erfolgt bspw. durch eine entsprechende Reduzierung des Tastgrades des pulsweitenmodulierten Steuersignals des ersten Halbleiterschalters HS1.
-
Erhält die Empfangsschaltung ES nur das erste und das zweite Signal S1, S2 gleichzeitig (wobei kein drittes Signal S3 vorliegt), so priorisiert die Steuerschaltung SS das erste Signal S1 hoch und betreibt die Entladeschaltungsanordnung EA bzw. deren beiden Halbleiterschalter HS1, HS2 derart, dass diese den Hochvoltstromkreis ZK mit der ersten maximalen Entladeleistung entlädt bzw. die Entladeleistung bis auf die Höhe der ersten Entladeleistung steigert. Die Erhöhung der Entladeleistung erfolgt bspw. durch eine entsprechende Erhöhung des Tastgrades des pulsweitenmodulierten Steuersignals des ersten Halbleiterschalters HS1.
-
Die Steuervorrichtung SV weist ferner Versorgungsstromanschlüsse HV auf, über welche die Steuervorrichtung SV und somit auch die Empfangsschaltung ES und die Steuerschaltung SS zur Stromversorgung an dem Hochvoltstromkreis ZK elektrisch angeschlossen ist. Die Entladeschaltungsanordnung EA bzw. die Gatetreiber GT1, GT2 der Entladeschaltungsanordnung EA weisen weitere Versorgungsstromanschlüsse HV auf, über welche die Entladeschaltungsanordnung EA bzw. die Gatetreiber GT1, GT2 zur Stromversorgung ebenfalls an dem Hochvoltstromkreis ZK elektrisch angeschlossen sind. Dank der Stromversorgung durch den Hochvoltstromkreis ZK können die oben beschriebenen Entladevorgänge, insb. in der oben erwähnten sicherheitskritischen Situation, auch bei einem Ausfall einer Niedervoltstromquelle bzw. eines Niedervoltstromkreises des Bordnetzes BN von der Steuervorrichtung SV und der Entladeschaltungsanordnung EA zuverlässig durchgeführt werden.
-
Optional können die Steuervorrichtung SV und die Entladeschaltungsanordnung EA über weitere Versorgungsstromanschlüsse zur redundanten Stromversorgung an einer Niedervoltstromquelle bzw. einem Niedervoltbordnetzzweig des Bordnetzes BN elektrisch angeschlossen sein.
-
Mit einer einzigen Entladeschaltungsanordnung EA und einer einzigen Steuervorrichtung SV werden somit zwei Hauptfunktionen realisiert, nämlich das aktive Entladen des Hochvoltstromkreises bzw. des Zwischenkreises ZK des Bordnetzes BN in einer sicherheitskritischen Situation (also eine aktive Entladefunktion) und das aktive Heizen des Kühlmediums zum Heizen des Traktionsbatteriesystems oder zum Erwärmen der Fahrgastzelle (also eine aktive Heizfunktion). Darüber hinaus wird mit derselben Steuervorrichtung SV eine wichtige Schutzfunktion zum Schutz der Entladeschaltungsanordnung EA sowie des Hochvoltstromkreises bzw. des Zwischenkreises ZK vor Störungen durch Übertemperatur, Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Unterstrom, oder elektrischen Kurzschluss realisiert (also eine Schutzfunktion).
-
Da der in der Entladeschaltungsanordnung EA vorhandene Heizwiderstand RH mit einer hohen Leistungsaufnahmefähigkeit für alle drei genannten Funktionen ausreichend dimensioniert ist und zudem sehr gut an dem Kühlkörper KK und somit mit dem Kühlmedium thermisch verbunden ist, bedarf es keine zusätzliche Heizwiderstände oder sonstige Entladeschaltungen.
-
Das aktive Entladen in einer sicherheitskritischen Situation kann durch entsprechende Dimensionierung des Heizwiderstands RH und gute thermische Anbindung des Heizwiderstands RH an dem entsprechend dimensionierten Kühlkörper KK innerhalb von 500 Millisekunden erfolgen.
-
Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung SV mit einfachen Schaltungskomponenten kostengünstig gebaut werden und die Entladeschaltungsanordnung EA aus einer bereits bestehenden Entladeschaltungsanordnung EA zum aktiven Entladen des Hochvoltstromkreises ZK durch eine geringfügige Modifikation für die oben genannten Funktionen realisiert werden. Einer der beiden Halbleiterschalter HS1, HS2 kann auch als ein Sicherheitsschalter (auf Englisch „Safety Switch“) betrieben werden, der bei einer Störung durch Übertemperatur, Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Unterstrom, oder elektrischen Kurzschluss in der Entladeschaltungsanordnung EA oder in dem Hochvoltstromkreis bzw. dem Zwischenkreis ZK ausgeschaltet wird, wodurch der Stromfluss durch die Entladeschaltungsanordnung EA einfach unterbrochen werden kann.
-
Die Regelung der Entladeleistung bzw. der Heizleistung des Heizwiderstands RH kann mithilfe von einem pulsweitenmodulierten Steuersignal erfolgen, das von der Steuerschaltung entsprechend den durchzuführenden Funktionen mit einem entsprechenden Tastgrad generiert wird und mit dem der erste Halbleiterschalter HS1 betrieben wird.
-
Durch die Priorisierung zwischen den oben genannten Funktionen kann der Hochvoltstromkreis bzw. der Zwischenkreis ZK in einer sicherheitskritischen Situation stets rasch und zuverlässig entladen werden. Darüber hinaus können der Hochvoltstromkreis bzw. der Zwischenkreis ZK und die Entladeschaltungsanordnung EA vor möglicher Überlast bzw. Störung durch einen Fehler (Übertemperatur, Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Unterstrom, elektrischen Kurzschluss) in dem Hochvoltstromkreis ZK oder in der Entladeschaltungsanordnung EA stets zuverlässig geschützt werden.
