DE102020103193A1

DE102020103193A1 - Verfahren zur aktiven HV-Bordnetzsymmetrierung sowie Vorrichtung, Steuergerät und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020103193A1
Application number: DE102020103193.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Graßl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: zumindest einen Hochvolt-Steckeranschluss, HV-Steckeranschluss (16), für jeweils einen HV-Stecker, wobei ein Steuerblock (10) zur Spannungsversorgung des Steuergerätes (1) und ein Symmetrierblock (13) zur aktiven Symmetrierung mit zumindest einem HV-Strang (8) verbunden sind, wobei der Steuerblock (10) mittels eines Versorgungsblocks (11) die Spannungsversorgung des Steuergeräts (1) vornimmt und mittels eines Überwachungsblocks (12) den Symmetrierblock (13) überwacht, um zu erkennen, ob im Symmetrierblock ein vorbestimmter Fehlerfall des Symmetrierblocks (13) vorliegt oder nicht, und der Überwachungsblock (12) den Symmetrierblock (13) im Fehlerfall des Symmetrieblocks (13) von dem zumindest einen HV-Strang (8) trennt oder ein Widerstandselement zwischen dem Symmetrierblock (13) und dem zumindest einen HV-Strang (8) schaltet. Die Erfindung sieht vor, dass der Symmetrierblock (13) zumindest eine Masseverbindung (17) zu einem Massepotential des Kraftfahrzeugs aufweist und die Symmetrie der Pole HV+ und HV- des zumindest einen HV-Strangs (8) gegen das Massepotential überwacht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Steuergerät zur aktiven HV-Bordnetzsymmetrierung und ein Kraftfahrzeug. Unter HV ist hier eine Hochvolt-Spannung zu verstehen, also eine elektrische Spannung größer als 60 Volt, insbesondere größer als 100 Volt. Ferner ist im Kontext dieser Anmeldung unter IT-Netz ein elektrisches Netz zu verstehen, das von einer elektrischen Fahrzeugmasse (Massepotential des Kraftfahrzeugs) komplett galvanisch getrennt ist. In diesem Zusammenhang steht IT für französisch Isole Terre, also von der Erde isoliert.
Aus der DE 10 2013 210 293 A1 ist ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang, einem Hochvoltspeicher und einem Niedervoltbordnetz bekannt. Der Hochvoltspeicher befindet sich in einem Hochvoltbordnetz und ist im Wesentlichen aus Zellmodulen aufgebaut, wobei ein Zellmodul aus einer parallelen und/oder seriellen Schaltung von elektrochemischen Energiespeichern aufgebaut ist. Die elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs sind im Niedervoltbordnetz integriert. Dabei wird mittels zumindest zwei Gleichspannungsstellern elektrische Leistung von dem Hochvoltbordnetz aus dem Hochvoltspeicher in das Niedervoltbordnetz derart transferiert, sodass das Niedervoltbordnetz von dem Hochvoltbordnetz versorgt wird. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, dass eine aktive Symmetrierung im Bereich des Niedervoltbordnetzes nicht erfolgt.
Aus der DE 10 2017 010 390 A1 ist ein Energiewandler bekannt, der ein mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagtes erstes Bordnetz mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz koppelt. Dabei weist der Energiewandler zwischen den Schaltelementen der beiden elektrischen Bordnetze Verbindungselemente auf, die jeweils mit einer elektrischen Induktivität an das andere der beiden Bordnetze angeschlossen sind. Durch die Verbindungsstellen zwischen den beiden elektrischen Bordnetzen ist es möglich, einen Ausgleich in Bezug auf das Bezugspotential zwischen den elektrischen Potentialen des ersten und des zweiten Bordnetzes zu realisieren. Nachteilig bei dem Verfahren ist, dass die Symmetrierung der beiden elektrischen Bordnetze nicht mittels eines separaten Steuergeräts erfolgt. Ferner wird eine passive Symmetrierung der beiden elektrischen Bordnetze mittels des Energiewandlers vorgenommen.
Aus der DE 10 2017 102 608 B3 ist eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen bei bipolaren Spannungsquellen bekannt, die eine Verstärkerschaltung und eine Drossel umfassen. Die Verstärkerschaltung ist dabei mit einer positiven und einer negativen Versorgungsleitung an jeweils einem Punkt verbunden. An den jeweiligen Punkten greift die Verstärkerschaltung jeweils ein Störsignal ab und sendet ein entsprechendes Korrektursignal. Dabei ist die Vorrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen für symmetrische Spannungsquellen ausgebildet. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass das Netz nicht symmetriert wird, sondern die Spannungsquelle. Dies hat ferner den Nachteil, dass bestehende Netzkomponenten im Fall einer Unsymmetrie umfassend angepasst werden müssen.
Aus der DE 10 2018 211 625 A1 ist eine Bordnetzanordnung mit einem HV-Energiespeicher, einem Hochvoltbordnetz, einen ersten und einen zweiten Isolationswiderstand bezüglich jeweils den Polen HV+ und HV- des HV-Energiespeichers und einer Symmetrieüberwachungseinrichtung mit einer Ausgleichsschaltung bekannt. Die Symmetrieüberwachungseinrichtung ist zum Überwachen der Symmetrie des Bordnetzes ist dazu ausgelegt, zu überprüfen, ob sich der erste Isolationswiderstand vom zweiten Isolationswiderstand um mehr als ein vorbestimmtes Maß unterscheidet und falls das vorbestimmte Maß überschritten wird, vorbestimmte Maßnahmen zur Symmetrierung des Bordnetzes auszulösen.
Da das Hochvoltbordnetz im Kraftfahrzeug als ein IT-Netz umgesetzt ist, ist es komplett galvanisch von der Fahrzeugmasse getrennt. Über parasitäre Widerstände in den Kabeln, HV-Verbrauchern und der Batterie ergeben sich jedoch oben genannte Verbindungen zwischen HV+/HV- und Fahrzeugmasse. Dies ist ein so genannter Isolationswiderstand Riso, der nur im Idealfall unendlich groß ist und in der Praxis aber einen signifikant geringen Wert annehmen kann. Da neben den Isolationswiderständen in jedem HV-Bordnetz ebenfalls so genannte Erdkapazitäten existieren, die zwischen den HV-Anschlüssen und der Fahrzeugmasse wirken, muss das HV-Bordnetz entsprechend von Normen ausgelegt werden. Wird beispielsweise in einem Fehlerfall die elektrische Fahrzeugmasse und ein HV-Kontakt des HV-Bordnetzes von einer Person berührt, können diese Kondensatoren über den Körper der Person entladen beziehungsweise umgeladen werden und somit zu einer Gefährdung führen. Um das Gefährdungspotential zu verringern, werden die Erdkapazitäten in Normengrenzwerten unterzogen. Dies hat eine Begrenzung der maximal zulässigen Gesamtkapazität in Abhängigkeit von der HV-Spannung im HV-Bordnetz zur Folge. Dies hat ebenfalls zur Folge, dass die Konzeption der HV-Bordnetze umfangreich und teuer wird, beispielsweise durch Verwenden von Drosselspulen.
Die Erfindung geht aus von der DE 10 2018 211 625 A1 , die eine Bordnetzsymmetrierung vorsieht, die an einen spezifischen Fahrzeugtyp angepasst werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug eine universell einsetzbare aktive Bordnetzsymmetrierung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass mittels einer aktiven Symmetrierung des HV-Bordnetzes eine aufwändige Beschränkung der Erdkapazitäten in der Konzeption und das Verwenden von Gleichtaktdrosseln ersetzt werden kann.
Durch die Erfindung ist eine Steuergerät für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Steuergerät umfasst dabei: zumindest einen Hochvolt-Steckeranschluss (HV-Steckeranschluss) für jeweils einen HV-Stecker, wobei im Steuergerät der jeweilige HV-Steckeranschluss mit zumindest einem HV-Strang Pole HV+ und HV- verbunden ist und ein Steuerblock zur Spannungsversorgung des Steuergerätes und ein Symmetrierblock zur aktiven Symmetrierung mit dem zumindest einen HV-Strang verbunden sind, wobei der Steuerblock in einem Versorgungsblock die Spannungsversorgung des Steuergeräts vornimmt und in einem Überwachungsblock den Symmetrierblock derart überwacht, um zu erkennen, ob im Symmetrierblock ein vorbestimmter Fehlerfall des Symmetrierblocks vorliegt oder nicht, und der Überwachungsblock den Symmetrierblock im Fehlerfall des Symmetrieblocks von dem zumindest einen HV-Strang trennt und/oder ein Widerstandselement zwischen dem Symmetrierblock und dem zumindest einen HV-Strang schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetrierblock zumindest eine Masseverbindung zu einem Massepotential des Kraftfahrzeugs aufweist, die Symmetrie der Pole HV+ und HV- des zumindest einen HV-Strangs gegen das Massepotential überwacht und bei einer vorbestimmten Unsymmetrie eine aktive Symmetrierung der Pole HV+ und HV- zum Massepotential vornimmt. Das Massepotential ist im Folgenden in der üblichen Weise auch als Fahrzeugmasse oder kurz Masse bezeichnet. Mit „aktiver Symmetrierung“ ist gemeint, dass das Symmetrieren durch aktives Schalten, d.h. durch zumindest einen Schaltvorgang, vorgenommen wird und bevorzugt nur bei Erkennen und/oder während des Vorliegens der vorbestimmten Unsymmetrie aktiviert ist. Eine mögliche Definition der Unsymmetrie ist die Angabe eines Schwellenwerts für einen betragsmäßigen Spannungsunterschied (Spannung Massepotential zu HV+ und Spannung Massepotential zu HV-). Bei Überschreiten des Schwellenwerts liegt dann eine Unsymmetrie vor.
Mit anderen Worten, das Steuergerät stellt mittels der Vorrichtung für das Steuergerät eine Symmetrierung des Bordnetzes in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltspannungsquelle zur Verfügung. Das Steuergerät umfasst dabei einen oder zwei oder mehr als zwei HV-Steckeranschlüsse für jeweils einen HV-Stecker beinhaltend zumindest eine Plus- und Minusleitung HV+ und HV-. Bei zumindest zwei HV-Steckeranschlüssen sind diese bevorzugt paarweise oder alternativ dazu in Sternschaltung miteinander über eine durchgehenden HV-Strangleitung miteinander verbunden. Dabei umfasst der durchgehende HV-Strang jeweils einen Plus- HV+ und einen Minusleiter HV-. Entsprechend sieht jeder der HV-Steckeranschlüsse einen Pluspol HV+ und einen Minuspol HV- vor. An diesen HV-Strang sind zwei Schaltungsblöcke angeschlossen, wobei der erste Block ein Steuerblock für den Bereich Spannungsversorgung des Steuergeräts ist und der zweite Block ein Symmetrierblock ist, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes durchführt.
Der Steuerblock des Steuergerätes weist einen Versorgungsblock und einen Überwachungsblock auf. Der Versorgungsblock nimmt die Spannungsversorgung des Steuergeräts vor. Dies kann beispielsweise mittels einer Verbindung des Versorgungsblocks an eine vom HV-Bordnetz unabhängige Spannungsquelle erfolgen. Somit kann der Versorgungsblock an ein vom HV-Bordnetz verschiedenes Netz oder an einen Energiespeicher (z.B. eine Batterie) angeschlossen sein. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät autark von dem HV-Bordnetz arbeiten kann, von dem es die Symmetrierung aktiv vornehmen soll. Die Spannungsversorgung kann aber alternativ über das HV-Bordnetz mittels eines Spannungswandlers erfolgen.
Der Überwachungsblock des Steuerblocks hat im Steuergerät die Aufgabe, den Symmetrierblock, der die aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vornimmt, zu überwachen, um zu erkennen, ob ein vorbestimmten Fehlerfall des Symmetrierblocks vorliegt, und im Fehlerfall den Symmetrierblock vom HV-Strang zu trennen und/oder einen Widerstand zwischen den Symmetrierblock und den HV-Strang zu schalten. Dies kann beispielsweise durch Ansteuern zumindest eines Schalters, der den Symmetrierblock mit dem HV-Strang verbindet, erfolgen. Dabei kann der jeweilige Schalter jeweils für den Plus-Leiter und den Minus-Leiter separat vorgesehen sein. Dabei werden jeweils der Plus-Leiter und der Minus-Leiter des HV-Strangs separat getrennt und/oder ein Widerstand zwischen diesen und den Symmetrierblock geschaltet. Die Erkennung des Fehlerfalls des Symmetrierblocks kann beispielsweise dahingehend erfolgen, dass der Überwachungsblock eine Abweichung der Potenzialdifferenzen HV+/Massepotenzial und HV-/Massepotenzial über einen Grenzwert erkennen kann, sodass auf eine Fehlfunktion des Symmetrierblocks, der eigentlich die Symmetrierung aktiv vornehmen sollte und diese Abweichung im bestimmungsmäßen Betrieb verhindern sollte, geschlossen werden kann.
Der Symmetrierblock weist zumindest eine Verbindung zum Massepotenzial des Kraftfahrzeugs auf und überwacht dabei die Symmetrie der Pole HV+ und HV- jeweils gegen das Massepotenzial des Kraftfahrzeugs. Wenn eine Unsymmeterie der Pole HV+ und HV- jeweils gegen das Massepotenzial durch den Symmetrierblock festgestellt wird, wird eine aktive Symmetrierung der Pole HV+ und HV- zum Massepotenzial durch den Symmetrierblock in der beschrieben Weise vorgenommen.
Die beschriebene Anordnung der Komponenten des Steuergerätes hat den Vorteil, dass das Steuergerät „elektrisch transparent“ an einer beliebigen Stelle im HV-Bordnetz seriell aufgeschaltet werden kann und energetisch autark von dem HV-Bordnetz, das symmetriert werden soll, sein kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die durch eine eventuelle Unsymmetrie des HV-Bordnetzes im Störfall zur Gefahrenreduzierung eingesetzten Erdkapazitäten und Gleichtaktdrosseln nicht für extreme Unsymmetrien ausgelegt werden müssen. Durch die Zusammenfassung der Funktionen der Regelung mittels aktiver Symmetrierung des HV-Bordnetzes in einem separaten Steuergerät ergibt sich außerdem den Vorteil, dass das Steuergerät an einer auswählbaren Stelle innerhalb des HV-Bordnetzes eingesetzt und auch in einem Kraftfahrzeug nachgerüstet werden kann. Indem das Steuergerät autark mit Strom versorgt werden kann, ergibt sich ferner der Vorteil, dass das Steuergerät bei der Auslegung des HV-Bordnetzes eine weitere Sicherheitsebene als Rückfallebene im Fehlerfall aufweisen kann.
Gegenüber der besagten Bordnetzanordnung aus der DE 10 2018 211 625 A1 hat der Gegenstand der Erfindung zum Unterschied, dass die Komponenten zur Symmetrieüberwachungseinrichtung und der dazugehörigen Ausgleichsschaltung unabhängig von einer spezifischen Kraftfahrzeugbordnetzarchitektur sind und somit an einer beliebigen Stelle innerhalb eines Hochvoltbordnetzes in unterschiedlichen Kraftfahrzeugbordnetzarchitekturen nachgerüstet werden können.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
In einer Ausführungsform sind zwei Hochvolt-Steckeranschlüsse, HV-Steckeranschlüsse, für jeweils einen HV-Stecker bereitgestellt, sodass sich das Steuergerät seriell in ein HV-Bordnetz auf zumindest einen Hochvolt-Strang, HV-Strang, schalten lässt und der zumindest eine HV-Strang durch das Steuergerät durchgeht. Die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse sind miteinander über eine durchgehenden HV-Strang miteinander verbunden. Dabei umfasst der durchgehende HV-Strang jeweils einen Plus- HV+ und einen Minusleiter HV-. An diesen HV-Strang sind in der beschriebenen Weise zwei Schaltungsblöcke angeschlossen, wobei der erste Block ein Steuerblock für den Bereich Spannungsversorgung des Steuergeräts ist und der zweite Block ein Symmetrierblock ist, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes durchführt. Da der HV-Strang durch das Gehäuse des Steuergerätes durchgeht, kann das Steuergerät damit elektrisch Transparent seriell in das HV-Bordnetz aufgeschaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät seriell an eine beliebige Stelle in ein HV-Bordnetz geschaltet werden kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse über zumindest zwei Stränge miteinander verbunden sind, wobei der erste Strang der HV-Strang mit den Polen HV+ und HV- ist und der zweite Strang ein Interlock-Strang ist. Mit anderen Worten, die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse werden über zumindest zwei verschiedene Stränge miteinander verbunden, sodass die zumindest zwei Stränge durch das Steuergerät durchgehen. Das Steuergerät kann, wie oben besagt, seriell und elektrisch transparent an eine beliebige Stelle des HV-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs aufgeschaltet werden. Dies erfolgt über die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse. Parallel zum dem HV-Strang verläuft ein zweiter Strang als Interlock-Strang, der als Interlock-Linie oder Pilotlinie dient. Der Interlock-Strang ist ein separater Strang von dem HV-Bordnetz und dient als separater Stromkreis zur Fehlerüberwachung der Steuergeräte in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise bei fehlerhaften Steckverbindungen, oder zur Fehlerlokalisierung. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindung der HV-Steckeranschlüsse mittels eines Interlock-Strangs, der Teil eines vom HV-Bordnetz unabhängigen Stromkreises ist, überwacht werden kann. Damit wird eine zusätzliche Sicherung des Steuergeräts sichergestellt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Steuergerät einen Block HV-Interlock, der über den Interlock-Strang verbunden ist, und/oder einen Diagnoseblock aufweist, die einen Fehlerfall des Steuergeräts signalisieren. Mit anderen Worten, das Steuergerät kann einen HV-Interlock und/oder eine Diagnoseblock aufweisen, die im Fehlerfall des Steuergeräts die HV-Spannung abschalten. Der Block HV-Interlock kann dabei über den Interlock-Strang als Sicherheitslinie verbunden sein. Der Diagnoseblock kann dabei mit dem Steuerblock, der eine Verbindung zu einem Bussystem aufweist, verbunden sein. Der Diagnoseblock kann dabei die gleichen Funktionen aufweisen wie der HV-Interlock Block. Jedoch wird der Diagnoseblock nicht über den Interlock-Strang geschaltet. Dies hat den Vorteil, dass eine Überwachung des Steuergeräts für einen Fehlerfall, beispielsweise bei einem Ausfall der Stromversorgung des Steuerblocks, über einen HV-Interlock über eine Sicherheitslinie und/oder einen Diagnoseblock erfolgen kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass in dem Überwachungsblock parametriert ist, welche Art von Fehlerfall des Steuergerätes den Block HV-Interlock veranlasst, geöffnet zu werden und/oder in einen Zwischenzustand mittels eines Widerstands geschaltet zu werden. Mit anderen Worten, der Überwachungsblock überwacht den Symmetrierblock, der die aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vornimmt. Stellt der Überwachungsblock einen Fehlerfall des Steuergeräts, wie beispielsweise einen Fehler in der Spannungsversorgung des Steuergerätes oder des Symmetrierblocks fest, so kann der Überwachungsblock veranlassen, den Block HV-Interlock zu öffnen und/oder in einen Zwischenzustand mittels eines Widerstands zu schalten. Das Schalten eines Widerstands (z.B. bei mehreren auswählbaren Widerständen) hat den Vorteil, dass mehrere Fehlerfälle des Steuergerätes unterschieden werden können, da der Block HV-Interlock in mehrere Zustände mittels des Überwachungsblocks geschaltet werden kann. Beispielsweise kann der Überwachungsblock einen schwerwiegenden Fehlerfall des Symmetrierblocks feststellen und den Block HV-Interlock veranlassen, den Interlock-Strang komplett zu öffnen, sodass die HV-Spannung abgeschaltet wird. Im Fall eines weniger schwerwiegenden Fehlers, der beispielsweise nach Normen berechtigt, dass das Steuergerät weiterlaufen darf, kann der Überwachungsblock den Block HV-Interlock veranlassen, einen Widerstand auf den Interlock-Strang zu schalten, sodass das Steuergerät aktiv bleibt und die HV-Spannung nicht abgeschaltet wird. Beispielsweise kann dies ein einphasiger Fehler auf einem Plus- oder Minusleiter des HV-Strangs sein. kann Jedoch kann im Fall eines weiteren Fehlers auf dem anderen Leiter des HV-Strangs die HV-Spannung abgeschaltet werden. So kann beispielsweise unterschieden werden, ob ein Fehlerfall auf dem HV+ oder HV- Leiter vorliegt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Steuergerät einen Kommunikationsanschluss für eine Verbindung mit einem Bussystem umfasst. Mit anderen Worten, der Steuerblock kann eine zusätzliche Verbindung zu einem Bussystem, wie beispielsweise ein CAN-Bus, des Kraftfahrzeugs aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät über den Steuerblock einen Informationsaustausch mit dem Kraftfahrzeug durchführen kann. Zusätzlich ergibt sich dadurch eine weitere Überwachung des Steuergeräts durch den Überwachungsblock, der im Fehlerfall des Symmetrierblocks ein Fehlersignal an das Bussystem über den Kommunikationsanschluss senden kann, sodass andere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs das entsprechende Fehlersignal empfangen und Maßnahmen einleiten können. Ferner ermöglicht der Kommunikationsanschluss an ein Bussystem einen redundanten Informationskanal zur Signalisierung eines Fehlers.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Kommunikationsanschluss eine Stromversorgung für den Diagnoseblock zum Erkennen einer offenen HV-Leitung umfasst. Mit anderen Worten, der besagte Diagnoseblock, der weiter oben beschrieben wurde, hat die Aufgabe, eine Fehlerfall des Steuergeräts anstelle und/oder mit dem Block HV-Interlock über den Interlock-Strang zu signalisieren. Die Aufgabe des Diagnoseblocks ist daher, eine offene HV-Leitung zu erkennen. Mittels einer separaten Stromversorgung über eine entsprechende Verdrahtung, die über den Kommunikationsanschluss läuft, ist es möglich, das Steuergerät energetisch unabhängig von einer Stromversorgung des HV-Bordnetzes und/oder der Linie des Interlock-Strangs auszulegen. Damit kann ermöglicht werden, dass das Steuergerät eine redundante Stromversorgung aufweisen kann. Dies hat den Vorteil, dass eine weitere Sicherheitsebene für die Fehlerfallerkennung des Steuergeräts vorliegt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Überwachungsblock ausgelegt ist, in einem Fehlerfall eine den Fehler beschreibende Fehlernachricht an das Bussystem auszugeben. Mit anderen Worten, wenn der Überwachungsblock einen Fehler des Symmetrierblocks, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes feststellt, erkennt, kann der Fehler an das Bussystem über den Kommunikationsanschluss an das Kraftfahrzeug ausgegeben werden. Dies hat den Vorteil, dass Maßnahmen von anderen Steuergeräten entsprechend ihrer Spezifikation durchgeführt werden können. Dies hat weiter den Vorteil, dass dabei zusätzliche Sicherheitsebenen zusätzlich zum Interlock-Strang als Pilotlinie über den HV-Interlock eingeführt werden können.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Steuergerät energiemäßig und kommunikationsmäßig autark arbeitet, insbesondere indem der Kommunikationsanschluss eine Schnittstelle zum Bussystem des Kraftfahrzeugs und eine von dem HV-Strang separate Spannungsversorgung zur Verfügung stellt. Mit anderen Worten, mittels mehrerer redundanter Stromversorgungen des Steuergeräts kann das Steuergerät mehrere Rückfallebenen für eine Stromversorgung für einen Fehlerfall aufweisen. Die Stromversorgung des Steuergerätes kann beispielsweise über den HV-Strang oder über eine Stromversorgung, die über den besagten Kommunikationsanschluss verdrahtet ist, erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät unabhängig von dem Zustand des HV-Bordnetzes arbeiten kann, dessen Symmetrierung es vornehmen soll. Ferner ist es möglich, das Steuergerät für Kraftfahrzeuge nachrüstbar auszulegen und im Nachhinein in das entsprechende Kraftfahrzeug einzubauen. Ferner hat das den Vorteil, dass das Steuergerät an einer beliebigen Stelle innerhalb des HV-Bordnetzes eingebaut und in einem Kraftfahrzeug nachgerüstet werden kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Gehäuse des Steuergeräts derart konstruiert ist, dass zumindest ein Stecker für die HV-Anschlüsse austauschbar oder variierbar ist. Mit anderen Worten, das Steuergerät weist zumindest zwei HV-Anschlüsse auf, von denen zumindest einer als Austauschteil z.B. mittels einer Schraubverbindung oder Klipsverbindung gehalten ist und damit nachträglich ausgetauscht werden kann. Dieser Anschluss kann derart konstruiert sein, dass verschiedene HV-Stecker an die HV-Anschlüsse jeweils steckbar sind. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät als Nachrüstlösung eingesetzt werden kann. Ferner hat das den Vorteil, dass das Steuergerät zwischen beliebigen HV-Verbrauchern innerhalb des HV-Bordnetzes eingebaut werden kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Gehäuse des Steuergeräts zumindest einen HV-Anschluss aufweist, sodass der HV-Strang in das Gehäuse eindringt, und das Steuergerät parallel zu elektrischen Verbrauchern des HV-Bordnetzes in das HV-Bordnetz geschaltet werden kann. Mit anderen Worten, das Steuergerät kann an einem HV-Anschluss mit dem HV-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verbunden werden, sodass das Steuergerät parallel mit dem HV-Bordnetz verschaltet ist. Dabei ist es ausreichend, dass der HV-Strang, über den das Steuergerät an das HV-Bordnetz angeschlossen ist, in das Steuergerät eindringt. Falls das Steuergerät mehrere HV-Anschlüsse aufweist, können die unbenutzten HV-Anschlüsse mittels eines Blindsteckers jeweils abgeschlossen werden. Dies hat den Vorteil, dass eine parallele Verschaltung des Steuergeräts mit dem HV-Bordnetz über einen HV-Anschluss als Alternative zu einer seriellen Verschaltung besteht. Eine parallele Verschaltung des Steuergeräts mit dem HV-Bordnetz ist insbesondere vorteilhaft, wenn das HV-Bordnetz noch eine freie Anschlussstelle für das Anschließen eines Steuergerätes aufweist.
Die Erfindung sieht auch ein Kraftfahrzeug vor, das eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst. Mit anderen Worten ist ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung vorgesehen, die ein Steuergerät umfasst, das eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes des Kraftfahrzeugs vornehmen kann. Dies ist bevorzugt in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug der Fall, das eine HV-Batterie aufweist und in dem das HV-Bordnetz galvanisch von der Fahrzeugmasse getrennt ist. Damit kann das HV-Bordnetz durch mittels besagtem Steuergerät aktiv symmetriert werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung des Einbaus der Vorrichtung für das Steuergerät innerhalb eines konventionellen HV-Bordnetzes; und
2 eine schematische Darstellung des Steuergeräts.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine Übersicht über ein Ersatzschaltbild eines konventionellen HV-Bordnetzes ohne Verbraucher, aber mit einem eingebauten Steuergerät 1 zur Bordnetzsymmetrierung. Eine HV-Batterie 3 wird dabei von Schutzschaltern 6 (hier bezeichnet als S_Bat,HV+ und S_Bat,HV-) von dem HV-Bordnetz 3 im Fehlerfall getrennt. Bezüglich der Fahrzeugmasse ergeben sich in dem HV-Bordnetz durch Isolationsmaterial und Luftstrecken Isolationswiderstände 5 bezüglich des jeweiligen Pols HV+ und HV- der HV-Batterie einerseits und dem Massepotenzial. Der jeweilige zu einem Pol gehörende Isolationswiderstand 5 ist jeweils als Isolationswiderstand R_iso,HV+ und R_iso,HV- im Ersatzschaltbild dargestellt. Erdkapazitäten 4, die in 1 als C_Y,HV+ und C_Y,HV-bezeichnet sind, werden mittels zweier Kapazitäten zu den jeweiligen Polen HV+ und HV- bezüglich der Fahrzeugmasse im Ersatzschaltbild dargestellt. Ein Isolationswächter 2 überwacht nun Symmetrieveränderungen der jeweiligen Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- bezüglich des Massepotenzials des Kraftfahrzeugs. Im Falle einer Abweichung über einen Grenzwert erfolgt die Aktivierung der Schutzschalter S_Bat,HV+ und/oder S_Bat,HV- zur Trennung der Batterie 3 von dem HV-Bordnetz. Der Isolationswächter 2 stellt dabei Abweichungen der Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,Hv- von vorbestimmten zulässigen Werteintervallen fest.
Eine aktive Symmetrierung der Isolationswiderstände 5 wird dabei mittels des besagten Steuergeräts 1 vorgenommen. Das Steuergerät 1 ist zwischen den Polen HV+ und HV- der HV-Batterie 3 geschaltet. Das Steuergerät 1 weist eine Verbindung zur Massepotenzial auf. Das Steuergerät 1 schaltet dabei derart elektrische Widerstände bezüglich der Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- dementsprechend auf, sodass eine Symmetrie des HV-Bordnetzes bezüglich des Massepotenzials bereitgestellt werden kann. Dabei kann das Steuergerät 1 an einer beliebigen Stelle innerhalb des HV-Bordnetzes zwischen den HV-Verbrauchern geschaltet werden. Im Zusammenspiel zwischen dem Steuergerät 1 zur aktiven Symmetrierung und dem Isolationswächter 2 kann dabei zur Feststellung, ob die Werte der Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- in den vorbestimmten zulässigen Werteintervallen liegen, das Steuergerät 1 die aktive Symmetrierung in Zeitintervallen deaktivieren, in denen der Isolationswächter 2 aktiv ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die beiden Steuergeräte, das Steuergerät 1 und der Isolationswächter 2, nicht gegenseitig beeinflussen können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 1 eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes über einen Wechselzyklus vornimmt, sodass sich das Steuergerät 1 nach einer bestimmten Zeit innerhalb des Zyklus ausschaltet. Während der Inaktivität des Steuergeräts 1 ist der Isolationswächter 2 aktiv und misst eine Symmetrie des HV-Bordnetzes bezüglich der beiden Isolationswiderstände R_iso,HV+ und R_iso,HV- zum Massepotenzial. Damit kann unterschieden werden, ob in dem HV-Bordnetz ein tatsächlicher Symmetriefehler, beispielsweise in Folge eines Versatzes des Massepotenzials, vorliegt.
2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Steuergeräts 1. Das Steuergerät weist dabei drei Blöcke auf: den Steuerblock 10 mit einem Versorgungsblock 11 und einem Überwachungsblock 12. Das Steuergerät 1 weist ferner einen Symmetrierblock 13 auf, der eine aktive Symmetrierung des Bordnetzes vornimmt. Zur Überwachung des Steuergeräts 1 gibt es noch einen zusätzlichen Block HV-Interlock 7. Der Steuerblock 10 ist dabei mit dem Block HV-Interlock 7 verbunden. Außerdem ist der Steuerblock 10 mit dem Symmetrierblock 13 verbunden. Das Steuergerät 1 weist einen durchgehenden HV-Strang 16 auf, der über zwei Leitungen für jeweils den Pol HV+ und HVverfügt. Das hat den Vorteil, dass das Steuergerät 1 an einer beliebigen Stelle des HV-Bordnetzes eingebracht werden kann.
Der Steuerblock 10 und der Symmetrierblock 13 sind dabei direkt mit den beiden Leitungen für jeweils den Pol HV+ und HV- des HV-Strangs 16 verbunden. Dies kann einerseits dazu führen, dass der Steuerblock 10 von dem HV-Strang 16 eine Strom- und Spannungsversorgung erhält, die über den Versorgungsblock 11 geregelt wird. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Versorgungsblock 11 einen Kommunikationsanschluss 15 mit einer separaten Stromversorgung über den Kommunikationsanschluss 15 aufweisen. Der Kommunikationsanschluss 15 kann dabei eine Verbindung zu einem Fahrzeug-Bussystem sein, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle. Zusätzlich kann der Versorgungsblock 11 noch einen weiteren Anschluss für eine externe Stromversorgung unabhängig von dem HV-Strang 16 aufweisen, beispielsweise aus einem andern elektrischen Netz oder aus einem Energiespeicher. Der Energiespeicher kann auch im Steuergerät 1 integriert sein. Dies hat den Vorteil, dass das Steuergerät 1 über mehrere Versorgungsebenen verfügen kann und dabei eine Rückfallebene im Fehlerfall innerhalb des HV-Bordnetzes bereitgestellt werden kann. Der Überwachungsblock 12 überwacht dabei die Funktion des Steuergeräts 1.
Das Steuergerät 1 hat jeweils eine Schnittstelle zwischen dem Überwachungsblocks 12 und dem Block HV-Interlock 7 und eine Schnittstelle zwischen dem Symmetrierblock 13 für die Überwachungs- und Steuertätigkeit des Überwachungsblocks 12. Der Überwachungsblock 12 überwacht den Symmetrierblock 13, der eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vornimmt. Stellt der Überwachungsblock 12 einen Fehler des Überwachungsblocks 13 fest, so kann dieser einen Schalter 14 aktivieren, der je nach Leitung für den Pol HV+ und HV- des HV-Strangs 16 den Überwachungsblock 13 von dem HV-Strang 16 trennt und/oder einen Widerstand zwischen dem Symmetrierblock 13 und dem HV-Strang 16 schaltet. Ferner kann der Überwachungsblock einen Fehler über den Block HV-Interlock 7 ausgeben, sodass eine Fehlermeldung durch den Block HV-Interlock 7 erfolgen kann. Der Block HV-Interlock 7 liegt dabei auf einer separaten Strang, dem Interlock-Strang 9, der elektrisch unabhängig von dem HV-Strang 16 ist. Zugleich ist der Block HV-Interlock 7 über den gleichen Stecker mit dem HV-Bordnetz oder kurz HV-Netz und den anderen Steuergeräten verbunden wie der HV-Strang 16, sodass der Interlock-Strang 9 als Sicherheitsleitung oder Pilotlinie dienen kann.
Zusätzlich kann der Überwachungsblock eine Fehlermeldung auch über die Kommunikationsanschluss 15, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle, an das Fahrzeug ausgeben. Der Symmetrierblock 13 nimmt eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes vor. Zur Überwachung der Symmetrierung ist dabei der Symmetrierblock 13 mit einer Verbindung zum Massepontenzial 17 versehen, die sich auf das Massepotenzial des Kraftfahrzeugs bezieht wie die Isolationswiderstände 5.
Mittels des Steuergeräts 1 kann eine aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes im Kraftfahrzeug erfolgen. Für eine sicher Funktionsweise weist dabei das Steuergerät 1 mehrere Stromversorgungen und Überwachungen der fehlerfreien Funktion des Steuergeräts 1 auf. So wird einerseits die Stromversorgung über das HV-Bordnetz über eine separate Stromversorgung und/oder über einen Kommunikationsanschluss 15 zur Verfügung gestellt. Über eine Sicherheitslinie wacht ein Block HV-Interlock 7, der im Fehlerfall eine Fehlermeldung an das Kraftfahrzeug ausgibt. Im Fehlerfall schaltet der Block HV-Interlock 7 das Steuergerät 1 ab. Wird die aktive Symmetrierung des HV-Bordnetzes 16 unterbrochen, so kann eine Abweichung von der Symmetrierung mittels des Isolationswächters 2 festgestellt werden und eine Trennung der HV-Batterie 3 über die Schutzschalter 6 erfolgen.
Das HV-Bordnetz eines Fahrzeugs mit e-Antrieb besteht mindestens aus einer HV-Batterie mit Batterieschütz und HV-Verbraucher. Beispielsweise kann der HV-Verbraucher ein Pulswechselrichter sein. In der Regel ist das HV-Bordnetz als IT Netz umgesetzt und somit komplett galvanisch getrennt von der Fahrzeugmasse. Über parasitäre Widerstände in den Kabeln, HV-Verbrauchern, Batterie et cetera ergibt sich jedoch eine hochimpedante Verbindung zwischen HV+ beziehungsweise HV- und Fahrzeugmasse, der sogenannte Isolationswiderstand Riso. Solange dieser Widerstand hochohmig (im Megaohm-Bereich) ist, besteht keine Gefährdung. Grenzwerte sind zum Beispiel in Normen, wie beispielsweise der werkseigenen Norm VW80303 der Volkswagen AG (R), spezifiziert. Aus Sicherheitsgründen wird mittels eines Isolationswächters dieser Isolationswiderstand permanent überwacht. Bei Unterschreitung eines definierten Schwellenwertes wird eine Warnung generiert und je nach Betriebszustand das HV-Bordnetz von der Batterie über die Batterieschütze S_Bat abgetrennt und ein sicherer Zustand hergestellt. In einem HV-Bordenetz kann damit beispielsweise ein Masseversatz bezüglich der Pole HV+ beziehungsweise HV- gemessen werden. Dies erfolgt mittels eines Isolationswächters.
Neben den Isolationswiderständen existieren in jedem HV-Bordnetz so genannte Erdkapazitäten (C_Y), die Zwischen den HV-Anschlüssen und der Fahrzeugmasse liegen. Diese ergeben sich durch parasitäre Effekte (zum Beispiel Kabelschirm) und werden sogar bewusst eingebaut, um das EMV-Verhalten zu verbessern.
Nach der Formel E = ½*C*U² ist in diesen Kondensatoren bei einer anliegender Spannung U eine Energie gespeichert. Wird nun von einer Person ein HV-Kontakt und die Fahrzeugmasse gleichzeitig berührt, werden diese Kondensatoren über den Körper entladen beziehungsweise umgeladen und können somit zu einer Gefährdung führen. Um das Gefährdungspotential gering zu halten, existieren in unterschiedlichen Normen Grenzwerte für die maximal erlaubte wirksame Energie in den Kondensatoren. Beispielsweise schreibt die Norm VW80303 maximal 0,2 Joule vor. Dies hat direkt eine Begrenzung der maximal zulässigen Gesamtkapazität C_Y in Abhängigkeit von der HV-Spannung zur Folge. Da von einem symmetrischen HV-Bordnetz nicht ausgegangen werden kann, sprich die Spannung HV+ gegen Erde und HV- gegen Erde sind nicht gleich der halben HV-Spannung, muss der schlimmste Fall angenommen werden. Dieser tritt ein, wenn die Spannung eines HV-Pols gemessen gegen Erde nahezu der HV-Spannung entspricht. Dies kann unter anderem durch Schmutzwiderstände oder Leckströme über die Lebensdauer auftreten.
Zusätzlich existieren Isolationswächter, die bewusst das HV-Netz periodisch unsymmetrisch belasten, um die Isolationswiderstände zu ermitteln.
Durch die Berücksichtigung der maximal möglichen HV-Bordnetzunsymmetrie reduziert sich die maximal zulässige Erdkapazität C_Y drastisch auf die Hälfte. Dies hat zur Folge, dass für EMV Filter deutlich geringer Kapazitätswerte gewählt und durch deutlich teurere und größere Gleichtaktdrosseln ersetzt werden müssen. Vor allem im 800 Volt Bordenetz stellt diese eine Herausforderung dar, da dort bereits aufgrund der erhöhten Bordnetzspannung nur deutlich geringer C_Y Werte möglich sind.
Insgesamt führt dies dazu, dass in allen HV-Komponenten die C_Y Werte der EMV Filter beschränkt werden müssen, um die Grenzwerte einzuhalten. Die somit notwendigen Gleichtaktdrosseln in den einzelnen Komponenten haben einen größeren Bauraumbedarf sowie deutlich höhere Teilekosten zur Folgen. Des Weiteren muss bei der Hardware-Auslegung darauf geachtet werden, dass die parasitären Erdkapazitäten bewusst gering gehalten und die Störaussendung mittels anderer Maßnahmen reduziert werden. Dies kompliziert den Aufbau der Komponenten und erhöht somit direkt die Teilekosten. Des Weiteren können sich aufgrund der Unsymmetrie auch andere Probleme ergeben, auf die hier nicht genauer eingegangen wird.
Die beschriebene Idee somit insgesamt vor, ein separates Steuergerät zur HV-Symmetrierung (HV-Sym) einzusetzen.
Das Steuergerät „HV-Sym“ besitz zwei HV-Stecker, eine Buchse und einen Stecker, ähnlich einer Breakoutbox. Dadurch lässt sich das Steuergerät an einer beliebigen Stelle vor beziehungsweise nachgeschaltet zu einer HV-Komponente ins HV-Bordnetz integrieren. Dazu ist nur die passende HV-Schnittstelle notwendig. Denkbar wäre, das Gehäuse des Steuergerätes so zu konstruieren, dass die HV-Stecker einfach variiert werden können. Im Steuergerät HV-Sym wird die HV-Leitung aufgeteilt, in HV-Plus und HV-Minus sowie HV-Interlock (soweit dieser vorhanden ist).
Der HV-Interlock wird einfach von dem einen Stecker auf den anderen Stecker gebrückt und ermöglicht somit weiterhin das Erkennen einer offenen HV-Leitung. Optional dazu kann über eine weitere Schaltung (Block HV-Interlock) im Fehlerfall des Steuergerätes HV-Sym, welcher durch seine interne Logik erkannt wird, der HV- Interlock zum Signalisieren des Fehlers verwendet werden. Der HV-Interlock kann in solch einem Fall entweder geöffnet, oder eine Art Zwischenzustand eingestellt werden, zum Beispiel als definierter Widerstand. Anhand dessen kann ein weiteres Steuergerät, welches den Interlock auswertet, einen Fehler des Steuergerätes HV-Sym detektieren. Welcher Fehler zu einem offenen Zustand oder zu zum Beispiel einem definierten Widerstand führt, kann in der Logik parametriert werden und hängt von der Kritikalität ab. Optional dazu, oder wenn kein HV-Interlock vorhanden ist, kann die Diagnose über einen separaten Signalstecker erfolgen. Dieser kann auch zur Versorgung aus 12 Volt und zur Ansteuerung verwendet werden, ist aber nicht zwingend notwendig. Die aktive Symmetrierung ist direkt mit dem HV-Potential verbunden. Optional kann diese über zwei Schalter weggeschalten werden. Die Symmetrierung überwacht die Symmetrie gegen Fahrzeugmasse. Dazu ist die Schaltung mit dem geerdeten Gehäuse verbunden, oder alternativ kann dazu der Kabelschirm verwendet werden. Wird das Bordnetz unsymmtrisch, kann mit Verfahren wie z.B. in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer DE 10 2018 211 625 A1 beschrieben, die Unsymmetrie ausgeglichen werden. Ist dies nicht möglich beziehungsweise unterschreitet der Isolationswiderstand einen bestimmten Wert, wird ein Fehler an die Logik weitergegeben.
Der Block Spannungsversorgung und Logik wird direkt mit den HV-Kontakten verbunden und stellt die Spannungsversorgung über die Logikböcke sowie die aktive Symmetrierung sicher. Detektiert die Logik einen Fehler in der Symmetrierung, wird diese sofort vom HV-Netz über zum Beispiel Relais, abgetrennt oder zumindest hochohmig weggeschalten. In Abhängigkeit vom Fehler wird dann von der Logik der HV-Interlock manipuliert beziehungsweise bei optionalen LV-Steckern der Fehler über den CAN ausgegeben.
Das vorhandene Bordnetz muss somit nicht angepasst werden. Das Steuergerät wird einfach zwischen zwei HV-Komponenten eingebaut. Eine Fehlersignalisierung kann im einfachsten Fall über den vorhandenen HV-Interlock erfolgen. Das Steuergerät arbeitet vollkommen autark. Ein Nachrüsten bei bereits bestehenden Fahrzeugen wäre ebenso möglich. Eine HV-Symmetrie ist somit ohne weitere Maßnahmen/Änderungen nach dem Einbauen gegeben.
Die Idee hat zum Gegenstand ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug umfassend: zumindest zwei Hochvolt (HV)-Steckeranschlüsse für jeweils einen HV-Stecker, sodass sich das Steuergerät seriell und elektrisch transparent in ein HV-Bordnetz aufschalten lässt, wobei im Steuergerät ein Steuerblock zur Spannungsversorgung des Steuergerätes und ein Symmetrierblock zur aktiven Symmetrierung mit zumindest einen durch das Steuergerät durchgehenden HV-Strang verbunden sind, wobei der Steuerblock in einem Versorgungsblock die Spannungsversorgung des Steuergeräts vornimmt und der Überwachungsblock den Symmetrierblock derart überwacht, um zu erkennen, ob im Symmetrierblock ein vorbestimmter Fehlerfall des Symmetrierblocks vorliegt oder nicht. Eine Fehlerüberwachung erfolgt auch über einen vom HV-Strang separaten Interlock. Das Steuergerät ist dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetrierblock zumindest eine Masseverbindung zum Kraftfahrzeug aufweist, die Symmetrie der Pole HV+ und HV- gegen ein Massepotenzial überwacht und bei einer Unsymmetrie eine aktive Symmetrierung der Pole HV+ und HV- zum Massepotenzial vornimmt.
Insgesamt zeigen das Beispiel, wie eine Vorrichtung für ein Steuergerät zur aktiven Symmetrierung eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013210293 A1 [0002]
DE 102017010390 A1 [0003]
DE 102017102608 B3 [0004]
DE 102018211625 A1 [0005, 0007, 0017, 0050]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm VW80303 [0042]

Claims

Steuergerät (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: zumindest einen Hochvolt-Steckeranschluss, HV-Steckeranschluss (16), für jeweils einen HV-Stecker, wobei im Steuergerät (1) zumindest ein HV-Strang (8) Pole HV+ und HV- aufweist und ein Steuerblock (10) zur Spannungsversorgung des Steuergerätes (1) und ein Symmetrierblock (13) zur aktiven Symmetrierung mit dem zumindest einen HV-Strang (8) verbunden sind, wobei der Steuerblock (10) mittels eines Versorgungsblocks (11) die Spannungsversorgung des Steuergeräts (1) vornimmt und mittels eines Überwachungsblocks (12) den Symmetrierblock (13) überwacht, um zu erkennen, ob im Symmetrierblock ein vorbestimmter Fehlerfall des Symmetrierblocks (13) vorliegt oder nicht, und der Überwachungsblock (12) den Symmetrierblock (13) im Fehlerfall des Symmetrieblocks (13) von dem zumindest einen HV-Strang (8) trennt oder ein Widerstandselement zwischen dem Symmetrierblock (13) und dem zumindest einen HV-Strang (8) schaltet, wobei der Symmetrierblock (13) zumindest eine Masseverbindung (17) zu einem Massepotential des Kraftfahrzeugs aufweist, die Symmetrie der Pole HV+ und HV- des zumindest einen HV-Strangs (8) gegen das Massepotential überwacht und bei einer vorbestimmten Unsymmetrie eine aktive Symmetrierung der Pole HV+ und HV- zur Masse vornimmt.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei HV-Steckeranschlüsss (16) für jeweils einen HV-Stecker bereitgestellt sind, die geräteintern durch den zumindest einen HV-Strang (8) des Steuergeräts verbunden sind, sodass sich das Steuergerät seriell in zumindest einen äußeren HV-Strang (8) des HV-Bordnetzes schalten lässt.
Steuergerät nach Anspruch 2, wobei die zumindest zwei HV-Steckeranschlüsse (16) über zumindest zwei Stränge (8, 9) miteinander verbunden sind, wobei der erste Strang der HV-Strang (8) mit den Polen HV+ und HV- ist und der zweite Strang ein Interlock-Strang (9) ist.
Steuergerät nach Anspruch 3, wobei das Steuergerät (1) einen Block HV-Interlock (7) aufweist, der über den Interlock-Strang (9) verbunden ist, und/oder einen Diagnoseblock aufweist, die jeweils einen Fehlerfall des Steuergerätes (1) signalisieren.
Steuergerät nach Anspruch 4, wobei in dem Überwachungsblock (12) parametriert ist, welche Art von Fehlerfall des Steuergerätes (1) den Block HV-Interlock (7) veranlasst, geöffnet zu werden und/oder in einen Zwischenzustand mittels eines Widerstands geschaltet zu werden.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (1) einen Kommunikationsanschluss (15) für eine Verbindung mit einem Bussystem umfasst.
Steuergerät nach Anspruch 6 wobei der Kommunikationsanschluss (15) eine Stromversorgung für den Diagnoseblock zum Erkennen einer offenen HV-Leitung umfasst.
Steuergerät nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Überwachungsblock (12) ausgelegt ist, in einem Fehlerfall des Symmetrierblocks (13) eine den Fehler beschreibende Fehlernachricht an das Bussystem auszugeben.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Steuergerät (1) energiemäßig und kommunikationsmäßig autark arbeitet, insbesondere indem der Kommunikationsanschluss (15) eine Schnittstelle zum Bussystem des Kraftfahrzeugs und eine von dem HV-Strang (8) separate Spannungsversorgung zur Verfügung stellt.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gehäuse des Steuergeräts (1) derart konstruiert ist, sodass zumindest ein Stecker für die HV-Anschlüsse (16) austauschbar ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 oder 6 bis 9, wobei das Gehäuse des Steuergeräts (1) zumindest einen HV-Anschluss (16) aufweist, sodass der HV-Strang (8) in das Gehäuse geführt ist.
Kraftfahrzeug, das ein Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.