DE102020120410B3 - Method for operating an on-board network, on-board network and motor vehicle with an on-board network - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (10) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (11), wobei das Bordnetz (10) eine elektrische Hochvolt-Spannungsquelle (12) mit einem Pluspol (14) und einem Minuspol (16) umfasst,- wobei der Pluspol (14) mittels einer ersten Verbindungsleitung (18) und der Minuspol (16) mittels einer zweiten Verbindungsleitung (20) elektrisch leitend mit dem Bordnetz (10) verbindbar sind,- wobei in der ersten und der zweiten Verbindungsleitung (18, 20) jeweils ein elektronisches Trennelement (22, 24) angeordnet ist,- wobei in der ersten und/oder der zweiten Verbindungsleitung (18, 20) ein pyrotechnisches Trennelement (26) seriell eingekoppelt ist,- wobei das pyrotechnische Trennelement (26) einen Steueranschluss (28) aufweist, der in einem Normalbetrieb mittels eines Steuerzweigs (34) mit einem Ausgangsanschluss (30) einer Steuervorrichtung (32) gekoppelt ist, wobei in dem Steuerzweig (34) eine Steuereinheit (36) zwischen den Ausgangsanschluss (30) und den Steueranschluss (28) seriell zwischengekoppelt ist,wobei parallel zu dem Steuerzweig (34) zwischen dem Ausgangsanschluss (30) der Steuervorrichtung (32) und dem Steueranschluss (28) des pyrotechnischen Trennelements (26) ein Kurzschlusszweig (38) verläuft, der eine Kurzschlussleitung (40) zum Kurzschließen des Ausgangsanschlusses (30) und des Steueranschlusses (28) bereitstellt, wobei eine Schalteranordnung (42) dazu ausgebildet ist, eine steuernde Kopplung zur Übermittlung von Signalen zwischen dem Ausgangsanschluss (30) und dem Steueranschluss (28) entweder über den Kurzschlusszweig (38) oder über den Steuerzweig (34) herzustellen,wobei die Steuervorrichtung (32) bei einem Auftreten eines eine Trennung der Hochvolt-Spannungsquelle (12) von dem Bordnetz (10) erfordernden Schadensfalls einen von dem Normalbetrieb verschiedenen Notbetrieb auslöst und in dem Notbetrieb- einen Verbindungszustand des elektronischen Trennelements (22, 24) der ersten Verbindungsleitung (18) und/oder des elektronischen Trennelements (22, 24) der zweiten Verbindungsleitung (20) überwacht, und- für den Fall, dass das elektronische Trennelement (22, 24) der ersten Verbindungsleitung (18) und/oder das elektronische Trennelement (22, 24) der zweiten Verbindungsleitung (20) geöffnet sind, einen Schaltbefehl (50) zum Trennen des Steuerzweigs (34) und zum Verbinden des Kurzschlusszweigs (38) an die Schalteranordnung (42) übermittelt und einen Zündimpuls zum Zünden des pyrotechnischen Trennelements (26) über den Kurzschlusszweig (38) an den Steueranschluss (28) durchleitet.A method for operating an on-board network (10) for an at least partially electrically powered motor vehicle (11), the on-board network (10) comprising an electrical high-voltage voltage source (12) with a positive pole (14) and a negative pole (16), - the The positive pole (14) can be connected to the vehicle electrical system (10) in an electrically conductive manner by means of a first connecting line (18) and the negative pole (16) by means of a second connecting line (20), with the first and second connecting lines (18, 20) in each case an electronic separating element (22, 24) is arranged, - wherein a pyrotechnic separating element (26) is coupled in series in the first and / or the second connecting line (18, 20), - wherein the pyrotechnic separating element (26) has a control connection (28) which in normal operation is coupled to an output connection (30) of a control device (32) by means of a control branch (34), a control unit (36) in the control branch (34) between the output connections connection (30) and the control connection (28) is serially interconnected, with a short-circuit branch (38) parallel to the control branch (34) between the output connection (30) of the control device (32) and the control connection (28) of the pyrotechnic separating element (26) which provides a short-circuit line (40) for short-circuiting the output connection (30) and the control connection (28), a switch arrangement (42) being designed to provide a controlling coupling for transmitting signals between the output connection (30) and the control connection ( 28) either via the short-circuit branch (38) or via the control branch (34), the control device (32) in a case of damage that is different from normal operation when a disconnection of the high-voltage voltage source (12) from the vehicle electrical system (10) occurs Emergency operation triggers and in the emergency operation a connection state of the electronic isolating element (22, 24) of the first connection line (1 8) and / or the electronic separating element (22, 24) of the second connecting line (20) monitored, and - in the event that the electronic separating element (22, 24) of the first connecting line (18) and / or the electronic separating element (22 , 24) of the second connecting line (20) are open, a switching command (50) for disconnecting the control branch (34) and for connecting the short-circuit branch (38) is transmitted to the switch arrangement (42) and an ignition pulse for igniting the pyrotechnic separating element (26) passes through the short-circuit branch (38) to the control connection (28).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung ein solches Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetz.The invention relates to a method for operating an on-board network for an at least partially electrically driven motor vehicle. In addition, the application relates to such an on-board network and to a motor vehicle with such an on-board network.
Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit Bordnetzen auszustatten. An ein solches Bordnetz ist in der Regel eine Vielzahl an elektrischen Verbrauchern angeschlossen. Handelt es sich bei einem Kraftfahrzeug um ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, so ist das Bordnetz normalerweise in einen Hochvoltbereich mit einer Hochvolt-Spannungsquelle oder Hochvolt-Batterie, die als Lieferant für eine Antriebsenergie des Kraftfahrzeugs dient, und einen Niedervoltbereich aufgeteilt, wobei in letzterem eine Niedervolt-Batterie verschaltet sein kann, die die übrigen Verbraucher mit einer elektrischen Spannung im Bereich von weniger als 20 Volt, insbesondere mit einer 12 Volt-Spannung versorgt. In der Regel sind die beiden Netzbereiche durch einen Gleichspannungswandler miteinander gekoppelt, so dass ein Austausch von elektrischer Energie zwischen den Bereichen erfolgen kann.It is known to equip motor vehicles with electrical systems. A large number of electrical consumers are usually connected to such an on-board network. If a motor vehicle is an at least partially electrically powered motor vehicle, the on-board network is normally divided into a high-voltage area with a high-voltage voltage source or high-voltage battery, which serves as a source of drive energy for the motor vehicle, and a low-voltage area, the latter being divided into a low-voltage battery can be connected, which supplies the remaining loads with an electrical voltage in the range of less than 20 volts, in particular with a 12-volt voltage. As a rule, the two network areas are coupled to one another by a DC voltage converter, so that electrical energy can be exchanged between the areas.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist als Hochvolt-Spannungsquelle oder Hochvolt-Batterie ein elektrischer Energiespeicher bezeichnet, der in erster Linie dazu dient, eine elektrische Antriebsenergie für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Als solcher ist die Hochvolt-Spannungsquelle dazu ausgebildet, eine elektrische Spannung im Bereich von mehr als 60 Volt bis hin zu mehreren hundert Volt, insbesondere 400 Volt, bereitzustellen.In connection with the present invention, an electrical energy store is referred to as a high-voltage voltage source or high-voltage battery, which primarily serves to provide electrical drive energy for a motor vehicle. As such, the high-voltage voltage source is designed to provide an electrical voltage in the range of more than 60 volts up to several hundred volts, in particular 400 volts.
Während des Betriebs eines solchen Kraftfahrzeugs mit einer genannten Hochvolt-Batterie kann es notwendig werden, die Hochvolt-Batterie von dem Rest des Bordnetzes elektrisch zu trennen. Dieser Fall kann beispielsweise für Wartungsarbeiten oder auch bei Unfallereignissen auftreten. Zum Trennen der Hochvolt-Batterie von dem Bordnetz sind in der Regel elektronische Trennelemente oder Hochvoltschütze vorgesehen, welche die Hochvolt-Batterie einpolig und/oder zweipolig von dem Bordnetz trennen und mit diesem verbinden können. Zusätzlich weisen Bordnetze der bekannten Art in der Regel ein oder mehrere pyrotechnische Trennelemente auf, welche dazu ausgebildet sind, die Hochvolt-Batterie irreversibel von dem Bordnetz zu trennen. Entsprechende Anordnungen und Trenn-Konzepte sind beispielsweise aus der
Auch aus der
Wird die Hochvolt-Batterie infolge eines Unfallereignisses von dem Bordnetz getrennt, so ist diese Trennung nicht-flüchtig zu speichern, um bei einer erneuten Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs erkannt werden zu können (Diagnose in der Init-Phase). Zum Speichern dient in der Regel diejenige elektrische Energie, die durch den Niedervolt-Netzbereich des Bordnetzes bereitgestellt wird. Da allerdings ein Unfallereignis, welches zu einer Trennung der Hochvolt-Batterie von dem Bordnetz führt, auch dazu führen kann, dass eine Betriebsspannung in dem Niedervoltbereich einbricht, muss die zur Speicherung des Unfallereignisses notwendige elektrische Energie über das Unfallereignis hinaus gepuffert werden können. Die Pufferung wird in der Regel mithilfe von Kondensatoren durchgeführt, welche in nachteiliger Weise Gewicht und Herstellungskosten des gesamten Bordnetzes erhöhen und viel Bauraum in Anspruch nehmen. Eine derartige Kondensatorlösung ist beispielsweise aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Schadensfall oder in Folge eines Unfallereignisses eine Hochvolt-Batterie von einem Bordnetz der eingangs beschriebenen Art zuverlässig und auf effiziente Art und Weise zu trennen.The invention is based on the object of reliably and efficiently separating a high-voltage battery from an on-board network of the type described above in the event of damage or as a result of an accident.
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.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das oben beschriebene Erfordernis der Pufferung einer eingebrochenen Betriebsspannung des Bordnetzes über ein Unfallereignis hinaus eine Effizienz des Bordnetzes begrenzt ist. Die Möglichkeit, ganz oder zumindest teilweise auf diese Pufferung verzichten zu können, kann demnach die Effizienz des Bordnetzes erhöhen.The invention is based on the knowledge that the above-described requirement of buffering a collapsed operating voltage of the vehicle electrical system beyond an accident event limits the efficiency of the vehicle electrical system. The possibility of being able to do without this buffering in whole or at least in part can accordingly increase the efficiency of the on-board network.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Bordnetz umfasst eine elektrische Hochvolt-Spannungsquelle mit einem Pluspol und einem Minuspol. Der Pluspol ist mittels einer ersten Verbindungsleitung und der Minuspol ist mittels einer zweiten Verbindungsleitung elektrisch leitend mit dem Bordnetz verbindbar. In der ersten und der zweiten Verbindungsleitung ist jeweils ein elektronisches Trennelement angeordnet, welches beispielsweise als ein elektromechanischer Schütz realisiert sein kann. Des Weiteren ist in der ersten und/oder der zweiten Verbindungsleitung ein pyrotechnisches Trennelement seriell eingekoppelt. Das pyrotechnische Trennelement kann zwischen die Hochvolt-Spannungsquelle und das jeweilige elektrische Trennelement zwischengekoppelt sein.The invention provides a method for operating an on-board network for an at least partially electrically driven motor vehicle. The vehicle electrical system comprises an electrical high-voltage voltage source with a positive pole and a negative pole. The positive pole is electrical by means of a first connecting line and the negative pole is electrical by means of a second connecting line conductively connectable to the on-board network. An electronic isolating element, which can be implemented as an electromechanical contactor, for example, is arranged in each of the first and second connecting lines. Furthermore, a pyrotechnic separating element is coupled in series in the first and / or the second connecting line. The pyrotechnic separating element can be coupled between the high-voltage voltage source and the respective electrical separating element.
Das pyrotechnische Trennelement oder Zündelement oder Pyroelement weist einen Steueranschluss auf, der in einem Normalbetrieb mittels eines Steuerzweigs mit einem Ausgangsanschluss einer Steuervorrichtung gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung kann auf Bordnetzebene oder auch als ein Bordcomputer auf einer übergeordneten Fahrzeugsteuerungsebene angeordnet sein. Der Ausgangsanschluss der Steuervorrichtung und der Steueranschluss des pyrotechnischen Trennelements können elektrisch leitend miteinander verbunden sein und/oder signaltechnisch über eine optische Verbindung und/oder eine Funkverbindung miteinander gekoppelt sein.The pyrotechnic separating element or ignition element or pyro element has a control connection which, in normal operation, is coupled to an output connection of a control device by means of a control branch. The control device can be arranged on the on-board network level or as an on-board computer on a higher-level vehicle control level. The output connection of the control device and the control connection of the pyrotechnic separating element can be connected to one another in an electrically conductive manner and / or coupled to one another for signaling purposes via an optical connection and / or a radio connection.
In dem beschriebenen Steuerzweig ist eine Steuereinheit oder elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) zwischen den Ausgangsanschluss und den Steueranschluss seriell zwischengekoppelt. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet und eingerichtet, von der Steuervorrichtung Signale, insbesondere ein Zündsignal zum Zünden des pyrotechnischen Trennelements, zu empfangen, diese weiterzuverarbeiten und an den Steueranschluss des pyrotechnischen Trennelements zu übermitteln. Die Steuereinheit kann darüber hinaus noch weitere koordinierende Aufgaben betreffend den Betrieb des Bordnetzes und/oder den Betrieb der Hochvolt-Batterie ausführen. Insbesondere kann die Steuereinheit einen Kurzschluss innerhalb der Hochvolt-Batterie detektieren und daraufhin den Steueranschluss des pyrotechnischen Trennelements ansteuern. Mit anderen Worten laufen Signale im Normalbetrieb von der Steuervorrichtung zu dem pyrotechnischen Trennelement ausschließlich über die Steuereinheit. Hierzu muss im Normalbetrieb eine elektrische Energie zum Betreiben der Steuereinheit bereitgestellt werden. Dies kann beispielsweise aus dem genannten Niederspannungs-Netzbereich heraus bewerkstelligt werden.In the control branch described, a control unit or electronic control unit (Electronic Control Unit, ECU) is coupled in series between the output connection and the control connection. The control unit is preferably designed and set up to receive signals, in particular an ignition signal for igniting the pyrotechnic separating element, from the control device, to process them further and to transmit them to the control connection of the pyrotechnic separating element. The control unit can also carry out other coordinating tasks relating to the operation of the on-board network and / or the operation of the high-voltage battery. In particular, the control unit can detect a short circuit within the high-voltage battery and then trigger the control connection of the pyrotechnic separating element. In other words, signals run in normal operation from the control device to the pyrotechnic separating element exclusively via the control unit. For this purpose, electrical energy must be provided for operating the control unit in normal operation. This can be accomplished, for example, from the aforementioned low-voltage network area.
Erfindungsgemäß verläuft parallel zu dem Steuerzweig zwischen dem Ausgangsanschluss der Steuervorrichtung und dem Steueranschluss des pyrotechnischen Trennelements ein Kurzschlusszweig, der eine Kurzschlussleitung zum Kurzschließen des Ausgangsanschlusses und des Steueranschlusses bereitstellt. Mit anderen Worten verläuft parallel zu dem Steuerzweig unter Umgehung der Steuereinheit eine elektrisch leitfähige Verbindung von Steuervorrichtung und pyrotechnischem Trennelement. Diese Verbindung stellt gewissermaßen eine Ausweichstrecke zwischen dem Ausgangsanschluss der Steuervorrichtung und dem Steueranschluss des pyrotechnischen Trennelements bereit. Die Verbindung ist im Normalbetrieb nicht elektrisch leitend in das Bordnetz eingekoppelt. Mit anderen Worten wird der Kurzschlusszweig im Normalbetrieb nicht genutzt.According to the invention, a short-circuit branch, which provides a short-circuit line for short-circuiting the output connection and the control connection, runs parallel to the control branch between the output connection of the control device and the control connection of the pyrotechnic isolating element. In other words, an electrically conductive connection between the control device and the pyrotechnic separating element runs parallel to the control branch, bypassing the control unit. This connection provides, so to speak, an alternative route between the output connection of the control device and the control connection of the pyrotechnic separating element. In normal operation, the connection is not coupled into the vehicle electrical system in an electrically conductive manner. In other words, the short-circuit branch is not used in normal operation.
Erfindungsgemäß ist nun eine Schalteranordnung dazu ausgebildet, eine steuernde Kopplung zur Übermittlung von Signalen zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Steueranschluss entweder über den Kurzschlusszweig oder über den Steuerzweig herzustellen. Die Schalteranordnung kann also zwischen dem Steuerzweig und dem Kurzschlusszweig hin- und herschalten. Es ist nicht vorgesehen, dass beide Zweige gleichzeitig verbunden sind. Mit anderen Worten wird stets jeweils nur einer der Zweige bedient. Die Schalteranordnung kann als ein Halbleiterschaltelement ausgebildet sein.According to the invention, a switch arrangement is now designed to produce a controlling coupling for the transmission of signals between the output connection and the control connection either via the short-circuit branch or via the control branch. The switch arrangement can therefore switch back and forth between the control branch and the short-circuit branch. It is not intended that both branches be connected at the same time. In other words, only one of the branches is served at a time. The switch arrangement can be designed as a semiconductor switching element.
Bei einem Auftreten eines eine Trennung der Hochvolt-Spannungsquelle von dem Bordnetz erfordernden Schadensfalls löst erfindungsgemäß die Steuervorrichtung einen von dem Normalbetrieb verschiedenen Notbetrieb aus. Die Steuervorrichtung kann den Schadensfall beispielsweise durch eine Kollisionserkennungseinheit des Kraftfahrzeugs signalisiert bekommen und/oder anhand einer Nutzereingabe eines Nutzers des Kraftfahrzeugs erkennen. In dem Notbetrieb überwacht die Steuervorrichtung einen Verbindungszustand des elektronischen Trennelements der ersten Verbindungsleitung und/oder des elektronischen Trennelements der zweiten Verbindungsleitung zwischen der Hochvolt-Spannungsquelle und dem Bordnetz. Mit anderen Worten überwacht die Steuervorrichtung im Notbetrieb, ob die Hochvolt-Spannungsquelle ordnungsgemäß mit dem Bordnetz verbunden oder von diesem getrennt ist. Das Überwachen kann beispielsweise durch eine regelmäßige und/oder rhythmische und/oder zyklische Abfrage des Verbindungszustands oder durch eine stetig laufende Abfrage durchgeführt werden. Bei der Überwachung kann es sich auch um eine passive Überwachung einer Betriebsspannung des Hochvolt-Netzbereichs handeln. Für den Fall, dass es sich bei den elektronischen Trennelementen um elektromechanische Schütze handelt, kann das Überwachen auch darin bestehen, dass die Steuervorrichtung einen Stromfluss durch jeweilige die Schütze antreibende stromdurchflossene Spulen überprüft.In the event of damage requiring the high-voltage voltage source to be disconnected from the vehicle electrical system, the control device according to the invention triggers an emergency operation that differs from normal operation. The control device can have the damage event signaled, for example, by a collision detection unit of the motor vehicle and / or recognize it on the basis of a user input from a user of the motor vehicle. In the emergency mode, the control device monitors a connection state of the electronic isolating element of the first connecting line and / or of the electronic isolating element of the second connecting line between the high-voltage voltage source and the on-board electrical system. In other words, in emergency mode, the control device monitors whether the high-voltage voltage source is properly connected to or disconnected from the vehicle electrical system. The monitoring can be carried out, for example, by a regular and / or rhythmic and / or cyclical query of the connection status or by a continuously running query. The monitoring can also be a passive monitoring of an operating voltage of the high-voltage network area. In the event that the electronic isolating elements are electromechanical contactors, the monitoring can also consist in the control device checking a current flow through respective current-carrying coils driving the contactors.
Für den Fall, dass das elektronische Trennelement der ersten Verbindungsleitung und/oder das elektronische Trennelement der zweiten Verbindungsleitung geöffnet sind, also die Hochvolt-Spannungsquelle ein- und/oder zweipolig von dem Bordnetz getrennt ist, übermittelt die Steuervorrichtung einen Schaltbefehl zum Trennen des Steuerzweigs, der ja bis dahin noch gemäß dem Normalbetrieb geschlossen war, und zum Verbinden des Kurzschlusszweigs an die Schalteranordnung. Mit anderen Worten löst die Steuervorrichtung ein Umschalten weg von dem Steuerzweig hin zu dem Kurzschlusszweig aus. Dieses Umschalten kann auch als Überbrücken der in dem Steuerzweig zwischengekoppelten Steuereinheit verstanden werden. Schließlich leitet die Steuervorrichtung einen Zündimpuls zum Zünden des pyrotechnischen Trennelements über den Kurzschlusszweig an den Steueranschluss des pyrotechnischen Trennelements durch. Hierdurch wird das pyrotechnische Trennelement irreversibel getrennt, was einer Speicherung des Schadensfalls gleichkommt.In the event that the electronic isolating element of the first connecting line and / or the electronic isolating element of the second connecting line are open, that is, the high-voltage voltage source has one and / or two poles from the On-board power supply is disconnected, the control device transmits a switching command to disconnect the control branch, which up until then was still closed according to normal operation, and to connect the short-circuit branch to the switch arrangement. In other words, the control device triggers a switchover away from the control branch towards the short-circuit branch. This switchover can also be understood as bridging the control unit coupled in between in the control branch. Finally, the control device conducts an ignition pulse for igniting the pyrotechnic separating element via the short-circuit branch to the control connection of the pyrotechnic separating element. As a result, the pyrotechnic separating element is irreversibly separated, which is equivalent to storing the damage event.
In dem Moment, in dem die Hochvolt-Batterie durch die geöffneten elektronischen Trennelemente sicher von dem Bordnetz getrennt ist, wird also erfindungsgemäß die Steuereinheit überbrückt. In vorteilhafter Weise kann so eine Versorgung der Steuereinheit mit elektrischer Energie aufgegeben werden oder unterbleiben, sobald die Steuereinheit nicht mehr benötigt wird. Das Speichern des genannten Schadensfalls muss nämlich erfindungsgemäß auch nicht mehr durch die Steuereinheit erfolgen, sondern passiert, wie oben beschrieben, durch das Zünden des pyrotechnischen Trennelements. Somit kann in vorteilhafter Weise auf die eingangs beschriebene Pufferung verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt also einen besonders effizienten Betrieb des Bordnetzes, wobei zugleich das Unfallereignis zuverlässig gespeichert ist.At the moment when the high-voltage battery is safely disconnected from the vehicle electrical system by the opened electronic isolating elements, the control unit is bridged according to the invention. In this way, a supply of the control unit with electrical energy can advantageously be abandoned or omitted as soon as the control unit is no longer required. According to the invention, the storage of the mentioned damage case no longer has to be done by the control unit, but instead happens, as described above, by the ignition of the pyrotechnic separating element. The buffering described at the beginning can thus advantageously be dispensed with. The arrangement according to the invention therefore allows particularly efficient operation of the vehicle electrical system, with the accident event being reliably stored at the same time.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine Puffereinheit dazu ausgebildet ist, eine Versorgung der Steuereinheit mit elektrischer Energie bereitzustellen, wobei die Steuervorrichtung die Puffereinheit abschaltet, sobald die Steuervorrichtung erkennt, dass das elektronische Trennelement der ersten Verbindungsleitung und/oder das elektronische Trennelement der zweiten Verbindungsleitung geöffnet sind. Wie oben beschrieben, kann als Puffereinheit beispielsweise ein Kondensator bereitgestellt sein. Die Steuervorrichtung kann nun gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kondensator und der Steuereinheit unterbrechen, sobald die elektronischen Trennelemente geöffnet sind und die Steuereinheit nicht mehr gebraucht wird, um beispielsweise einen Kurzschluss in der Hochvolt-Batterie festzustellen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise in der Puffereinheit oder dem Kondensator verbleibende elektrische Energie anderweitig genutzt werden. Alternativ kann die Puffereinheit entsprechend klein dimensioniert werden. Im letzteren Fall bleibt zwar keine elektrische Energie für andere Verbraucher übrig, jedoch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Einsparung von Gewicht und/oder Produktionskosten für das Bordnetz.One embodiment provides that a buffer unit is designed to provide the control unit with electrical energy, the control device switching off the buffer unit as soon as the control device detects that the electronic isolating element of the first connecting line and / or the electronic isolating element of the second connecting line is open are. As described above, a capacitor, for example, can be provided as the buffer unit. According to the embodiment described here, the control device can now interrupt an electrically conductive connection between the capacitor and the control unit as soon as the electronic isolating elements are open and the control unit is no longer needed, for example to detect a short circuit in the high-voltage battery. In this way, electrical energy remaining in the buffer unit or the capacitor can advantageously be used for other purposes. Alternatively, the buffer unit can be made correspondingly small. In the latter case, there is no electrical energy left for other consumers, but there is advantageously a saving in weight and / or production costs for the on-board network.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die elektronischen Trennelemente der Verbindungsleitungen als sogenannte Hochvoltschütze ausgebildet, die sich bei einem Einbruch einer vorbestimmten Betriebsspannung des Bordnetzes selbsttätig öffnen. Die Hochvoltschütze können beispielsweise als elektromechanische Schütze ausgebildet sein, die sich öffnen, sobald jeweilige Schützspulen nicht mehr mit Spannung versorgt werden. Bei dem Einbruch der Bordnetzspannung öffnen sich derartige Schütze selbsttätig, wodurch gewissermaßen eine Kettenreaktion in Gang gesetzt wird. Das Öffnen der Schütze kann nämlich wie oben beschrieben durch die Steuervorrichtung erkannt werden, woraufhin die Steuervorrichtung das oben beschriebene Umschalten zwischen Steuerzweig und Kurzschlusszweig auslöst. Der genannte Einbruch der vorbestimmten Betriebsspannung kann beispielsweise in einem kompletten Wegfall der vorbestimmten Betriebsspannung oder auch in einem nur zeitweisen Reduzieren der Betriebsspannung bestehen.According to a further advantageous embodiment, the electronic isolating elements of the connecting lines are designed as so-called high-voltage contactors, which open automatically when a predetermined operating voltage of the vehicle electrical system breaks down. The high-voltage contactors can be designed, for example, as electromechanical contactors that open as soon as the respective contactor coils are no longer supplied with voltage. When the on-board electrical system voltage drops, such contactors open automatically, as a result of which a chain reaction is set in motion, so to speak. The opening of the contactors can namely be recognized by the control device as described above, whereupon the control device triggers the above-described switchover between control branch and short-circuit branch. The mentioned drop in the predetermined operating voltage can consist, for example, in a complete elimination of the predetermined operating voltage or in an only temporary reduction in the operating voltage.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung öffnet sich ein jeweiliger Hochvoltschütz erst nach einer vorbestimmten Schützlatenzzeit, wobei die Schützlatenzzeit von einer Schützcharakteristik abhängt. Mit anderen Worten kann durch eine geeignete Auswahl einer Schützcharakteristik die Schützlatenzzeit eingestellt werden.According to an advantageous development, a respective high-voltage contactor opens only after a predetermined contactor latency time, the contactor latency time depending on a contactor characteristic. In other words, the contactor latency can be set through a suitable selection of a contactor characteristic.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird nur für eine Dauer der Schützlatenzzeit eine für einen Betrieb der Steuereinheit erforderliche elektrische Spannung gepuffert. Mit anderen Worten kann durch eine geeignete Auswahl einer Schützcharakteristik und einer Dimensionierung der Pufferung das Bordnetz hinsichtlich seines Gewichts und/oder seiner Produktionskosten und/oder seiner Effizienz optimal ausgelegt werden.According to a further advantageous development, an electrical voltage required for operating the control unit is only buffered for a duration of the contactor latency. In other words, through a suitable selection of a contactor characteristic and dimensioning of the buffering, the vehicle electrical system can be optimally designed with regard to its weight and / or its production costs and / or its efficiency.
Es kann vorkommen, dass innerhalb der Schützlatenzzeit, also während die Hochvoltschütze sich öffnen, ein Kurzschluss in der Hochvolt-Spannungsquelle auftritt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Steuereinheit noch mit elektrischer Energie versorgt und kann diesen erkennen und daraufhin das pyrotechnische Trennelement zünden.It can happen that a short circuit occurs in the high-voltage voltage source within the contactor latency period, i.e. while the high-voltage contactors are opening. At this point in time, the control unit is still supplied with electrical energy and can recognize this and then ignite the pyrotechnic separating element.
In vorteilhafter Weise kann ein Verbindungszustand des pyrotechnischen Trennelements als ein Diagnoseparameter genutzt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nämlich der Verbindungszustand oder Zustand des pyrotechnischen Trennelements während einer Initialisierungsphase des Bordnetzes überprüft. Bei getrenntem Zustand wird eine Inbetriebnahme der Hochvolt-Spannungsquelle unterbunden. Mit anderen Worten wird ein Schließen der elektronischen Trennelemente verhindert, sofern während der Initialisierungsphase festgestellt wird, dass das pyrotechnische Trennelement gezündet wurde.A connection state of the pyrotechnic separating element can advantageously be used as a diagnostic parameter. According to a further embodiment, the connection state or state of the pyrotechnic separating element is namely checked during an initialization phase of the vehicle electrical system. When disconnected commissioning of the high-voltage voltage source is prevented. In other words, closing of the electronic separating elements is prevented if it is established during the initialization phase that the pyrotechnic separating element has been ignited.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Trennen des Steuerzweigs und das Verbinden des Kurzschlusszweigs durch eine Sicherheitsroutine, insbesondere auch im Notbetrieb, verhindert werden. Die Sicherheitsroutine kann beispielsweise vorsehen, dass die Umschaltung der Zündung des Pyroelements auf die Kurzschlussleitung oder Zündleitung nur im Falle eines Unfallereignisses erfolgen darf, bei dem ein vorbestimmter Spannungseinfall der Bordnetzspannung erfasst wird. Während des Normalbetriebs muss das Umschalten oder die Umschaltung generell verhindert werden. Die Verhinderung der Umschaltung muss gemäß derjenigen Sicherheitsroutine (Automotive Safety Integrity Level, ASIL) erfolgen, gemäß der auch ein potentiell auftretender Kurzschluss in der Hochvolt-Batterie getrennt werden muss. Nach der Umschaltung ist eine Pyrozündung durch die Steuereinheit bei Kurzschluss nämlich nicht mehr möglich.Another embodiment provides that the disconnection of the control branch and the connection of the short-circuit branch are prevented by a safety routine, in particular also in emergency operation. The safety routine can provide, for example, that the switchover of the ignition of the pyro element to the short-circuit line or ignition line may only take place in the event of an accident in which a predetermined voltage drop in the vehicle electrical system voltage is detected. Switching or switching must generally be prevented during normal operation. The switchover must be prevented in accordance with the safety routine (Automotive Safety Integrity Level, ASIL) according to which a potentially occurring short circuit in the high-voltage battery must also be disconnected. After switching over, the control unit can no longer ignite the pyro in the event of a short circuit.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Bordnetz für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wobei das Bordnetz eine elektrische Hochvolt-Spannungsquelle mit einem Pluspol und einem Minuspol umfasst. Der Pluspol ist mittels einer ersten Verbindungsleitung und der Minuspol ist mittels einer zweiten Verbindungsleitung elektrisch leitend mit dem Bordnetz verbindbar. In der ersten und der zweiten Verbindungsleitung ist jeweils ein elektronisches Trennelement angeordnet. In der ersten und/oder der zweiten Verbindungsleitung ist ein pyrotechnisches Trennelement seriell eingekoppelt. Das pyrotechnische Trennelement weist einen Steueranschluss auf, der in einem Normalbetrieb mittels eines eine Steuereinheit aufweisenden Steuerzweigs mit einem Ausgangsanschluss einer Steuervorrichtung gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist in dem Steuerzweig eine Steuereinheit zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Steueranschluss seriell zwischengekoppelt.The invention also relates to an on-board network for an at least partially electrically driven motor vehicle, the on-board network comprising an electrical high-voltage voltage source with a positive pole and a negative pole. The positive pole can be connected to the vehicle electrical system in an electrically conductive manner by means of a first connecting line and the negative pole can be connected in an electrically conductive manner by means of a second connecting line. An electronic isolating element is arranged in each of the first and second connecting lines. A pyrotechnic separating element is coupled in series in the first and / or the second connecting line. The pyrotechnic separating element has a control connection which, in normal operation, is coupled to an output connection of a control device by means of a control branch having a control unit. In other words, in the control branch, a control unit is interconnected in series between the output connection and the control connection.
Erfindungsgemäß verläuft parallel zu dem Steuerzweig zwischen dem Ausgangsanschluss der Steuervorrichtung und dem Steueranschluss des pyrotechnischen Trennelements ein Kurzschlusszweig, durch den eine Kurzschlussleitung zum Kurzschließen des Ausgangsanschlusses und des Steueranschlusses bereitgestellt ist. Weiterhin ist eine Schalteranordnung dazu ausgebildet, eine steuernde Kopplung zur Übermittlung von Signalen zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Steueranschluss entweder über den Kurzschlusszweig oder über den Steuerzweig herzustellen.According to the invention, a short-circuit branch, through which a short-circuit line is provided for short-circuiting the output connection and the control connection, runs parallel to the control branch between the output connection of the control device and the control connection of the pyrotechnic isolating element. Furthermore, a switch arrangement is designed to produce a controlling coupling for the transmission of signals between the output connection and the control connection either via the short-circuit branch or via the control branch.
Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, bei einem Auftreten eines eine Trennung der Hochvolt-Spannungsquelle von dem Bordnetz erfordernden Schadensfalls einen von dem Normalbetrieb verschiedenen Notbetrieb auszulösen und in dem Notbetrieb einen Verbindungszustand des elektronischen Trennelements der ersten Verbindungsleitung und/oder des elektronischen Trennelements der zweiten Verbindungsleitung zu überwachen. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, für den Fall, dass das elektronische Trennelement der ersten Verbindungsleitung und/oder das elektronische Trennelement der zweiten Verbindungsleitung geöffnet sind, einen Schaltbefehl zum Trennen des Steuerzweigs und zum Verbinden des Kurzschlusszweigs an die Schalteranordnung zu übermitteln und einen Zündimpuls zum Zünden des pyrotechnischen Trennelements über den Kurzschlusszweig, also unter Umgehung der Steuereinheit, an den Steueranschluss durchzuleiten.The control device is set up to trigger an emergency operation different from normal operation in the event of a damage requiring a separation of the high-voltage voltage source from the on-board network and to apply a connection state of the electronic isolating element to the first connecting line and / or the electronic isolating element to the second connecting line in emergency operation monitor. In the event that the electronic isolating element of the first connecting line and / or the electronic isolating element of the second connecting line are open, the control device is set up to transmit a switching command for disconnecting the control branch and for connecting the short-circuit branch to the switch arrangement and an ignition pulse for ignition of the pyrotechnic separating element via the short-circuit branch, that is to say bypassing the control unit, to the control connection.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.The invention also relates to a motor vehicle with an on-board network according to an embodiment of the invention.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bordnetzes und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bordnetzes und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the electrical system according to the invention and / or the motor vehicle according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the electrical system according to the invention and / or the motor vehicle according to the invention are not described again here.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.The control device for the motor vehicle also belongs to the invention. The control device can have a data processing device or a processor device which is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and / or at least one microcontroller and / or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and / or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when it is executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Bordnetz in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; -
2 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs eines ersten Betriebs eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; -
3 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs eines zweiten Betriebs eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; -
4 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs eines dritten Betriebs eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; und -
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Bordnetzes.
-
1 a schematic representation of a motor vehicle with an on-board network in an embodiment according to the invention; -
2 a schematic representation of a time profile of a first operation of an on-board network according to the invention; -
3 a schematic representation of a time profile of a second operation of an on-board network according to the invention; -
4th a schematic representation of a time profile of a third operation of an on-board network according to the invention; and -
5 a schematic representation of a method for operating an electrical system according to the invention.
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.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.
Beispielhaft ist in
Das gezeigte pyrotechnische Trennelement
Eine Schalteranordnung
Darüber hinaus ist in
Der schematischen Darstellung der
Der Zeitstrahl der
Der schematischen Darstellung der
Ist eine Trennung erforderlich, so wird das in
Bei bekannten Kraftfahrzeugen wird aktuell im Crashfall oder Schadensfall zwischen zwei Crashzuständen unterschieden. Wird ein leichter Crash erkannt, werden Airbags des Kraftfahrzeugs in der Regel nicht gezündet, jedoch wird die HV-Batterie oder Hochvolt-Spannungsquelle mittels eines Bussignals aufgefordert die Schütze oder elektronische Trennelemente innerhalb einer definierten Zeit zu öffnen (reversibel). Beim harten Crash zündet der Safety Computer oder eine Steuervorrichtung die Airbags und übermittelt über eine Hardwareleitung, die sog. Zündleitung oder einen Steuerzweig, ein Zündsignal an die HV-Batterie, welche darüber die Batterie nicht reversibel deaktiviert. Die Deaktivierung der HV-Batterie wird über das Zünden eines Pyroelements oder eines pyrotechnischen Trennelements einpolig und über das Öffnen der Schütze zweipolig realisiert. Weiterhin muss in der Batterie das Crashereignis nicht-flüchtig gespeichert werden.In known motor vehicles, a distinction is currently made between two crash states in the event of a crash or damage. If a slight crash is detected, the vehicle's airbags are usually not deployed, but the HV battery or high-voltage voltage source is requested by means of a bus signal to open the contactors or electronic isolating elements within a defined time (reversible). In the event of a hard crash, the safety computer or a control device ignites the airbags and transmits an ignition signal to the HV battery via a hardware line, the so-called ignition line or a control branch, which uses it to deactivate the battery irreversibly. The HV battery is deactivated by igniting a pyro element or a pyrotechnic isolating element with one pole and opening the contactors with two poles. Furthermore, the crash event must be stored in the battery in a non-volatile manner.
Bei einem harten Crash kommt es standardmäßig zu Spannungseinbrüchen des 12 V Energiebordnetzes oder eines Niedervolt-Netzbereichs eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs. Dies muss bei der Auslegung der Zündung im Crashfall berücksichtig werden. Die Umsetzung muss demnach eine gewisse Zeit puffern (vgl.
Die Erfindung nutzt den Umstand, dass stromlos offene Schütze als elektronische Trennelemente verwendet werden können. Die Abschaltung der HV-Batterie im Crashfall und das nicht-flüchtige Speichern des Crashereignisses werden über eine Kombination aus Schützöffnung und Zünden des Pyroelements realisiert.The invention makes use of the fact that normally open contactors can be used as electronic isolating elements. The shutdown of the HV battery in the event of a crash and the non-volatile storage of the crash event are implemented using a combination of opening the contactor and igniting the pyro element.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Dauer, für welche ein Spannungseinfall gepuffert werden muss, nur noch abhängig ist von der Schützcharakteristik. Zugleich kommt das Zünden des Pyroelements einer Speicherung des Crashereignisses in Hardware gleich.This has the advantage that the duration for which a voltage drop has to be buffered only depends on the contactor characteristics. At the same time, the ignition of the pyro element is equivalent to storing the crash event in hardware.
In der HV-Batterie können gemäß den Anforderungen der HV-Sicherheit stromlos offene Schütze verwendet werden. D. h. sobald die 12 V-Spannung lange genug einbricht, öffnen die Schütze sich, da die Schützspulen nicht mehr mit Spannung versorgt werden.In accordance with the requirements of HV safety, normally open contactors can be used in the HV battery. I. E. as soon as the 12 V voltage drops long enough, the contactors open because the contactor coils are no longer supplied with voltage.
Ein Pyroelement wird verwendet, um sowohl einen Kurzschluss im HV-System zu trennen, als auch, um eine Deaktivierung der HV-Batterie im Crashfall zu gewährleisten. Dabei wertet eine ECU oder eine Steuereinheit das Zündsignal der Zündleitung (Safety Computer zu HV-Batterie) aus und erzeugt einen Zündimpuls für das Pyroelement. Da diese ECU ebenfalls vom Niedervoltbordnetz versorgt wird, ist eine Zündung beim Spannungseinfall nicht ohne Pufferung möglich.A pyroelement is used both to separate a short circuit in the HV system and to ensure that the HV battery is deactivated in the event of a crash. An ECU or a control unit evaluates the ignition signal from the ignition cable (safety computer to HV battery) and generates an ignition pulse for the pyro element. Since this ECU is also supplied by the low-voltage on-board network, ignition in the event of a voltage failure is not possible without buffering.
Um eine möglichst geringe Spannungspufferung zu ermöglichen, wird davon Kredit genommen, dass stromlos offene Schütze zum Einsatz kommen. Die Versorgungsspannung der ECU zum Zünden des Pyroelements wird bei Einbruch des Niedervoltbordnetzes über einen Puffer so lange weiter versorgt, bis die Schütze durch den Spannungseinbruch sicher geöffnet sind. Wird in dieser Zeit ein Kurzschluss im HV-System oder auch ein Signal auf der Zündleitung erkannt, wird das Pyroelement durch die ECU gezündet und somit ein sicherer Zustand hergestellt. Damit ist die Speicherung des Crashereignisses über das getrennte Pyroelement, welches im Init überprüft wird, in Hardware sichergestellt.In order to enable the lowest possible voltage buffering, credit is taken of the fact that currentless, open contactors are used. The supply voltage of the ECU for igniting the pyro element is supplied in the event of a collapse in the low-voltage on-board network via a buffer until the contactors are safely opened by the voltage drop. If a short circuit in the HV system or a signal on the ignition cable is detected during this time, the pyroelement is ignited by the ECU and a safe condition is thus established. This ensures that the crash event is saved in hardware via the separate pyro element, which is checked in the Init.
Sobald die Schütze geöffnet sind, muss die ECU keinen Kurzschluss mehr trennen, da die Batterie bereits vom HV-Netz galvanisch getrennt ist. Weiterhin besteht die Notwendigkeit, dass das Crashsignal nicht-flüchtig gespeichert werden muss. Dazu wird die Verschaltung der Zündleitung geändert. Diese führt dann nicht mehr über die ECU zum Pyroelement, sondern der Zündimpuls wird direkt auf das Pyroelement durchgeleitet (über eine Kurzschlussleitung). Damit ist die Speicherung in Form des gezündeten Pyroelements wieder in Hardware realisiert.As soon as the contactors are open, the ECU no longer has to disconnect a short circuit, as the battery is already galvanically separated from the HV network. Furthermore, there is a need for the crash signal to be stored in a non-volatile manner. To do this, the wiring of the ignition cable is changed. This then no longer leads to the pyro element via the ECU, but the ignition pulse is transmitted directly to the pyro element (via a short-circuit line). This means that storage in the form of the ignited pyroelement is implemented in hardware again.
Es sind zwei mögliche Verläufe beim Crash vorstellbar, die im Folgenden kurz erläutert werden, wobei eine Wechselwirkung zwischen der Reaktion auf einen Kurzschluss im HV-System und der Crashabschaltung vorhanden ist (vgl.
Möglicher Verlauf Nr. 1: HV-Schütze sind geschlossen und Crash erfolgt
- - HV-Schütze sind zum Zeitpunkt des Crashs geschlossen
- - Die Zündleitung geht vom Airbag-Steuergerät (oder auch Safety Computer) zu einem Steuergerät (ECU), welches wiederum das Pyroelement zündet, sollte ein Crashsignal empfangen werden oder ein Kurzschluss detektiert werden
- - HV contactors are closed at the time of the crash
- - The ignition cable goes from the airbag control unit (or safety computer) to a control unit (ECU), which in turn ignites the pyro element if a crash signal is received or a short circuit is detected
Möglicher Verlauf Nr. 2.: HV-Schütze sind bereits geöffnet, da Spannungseinbruch beim Crash
- - Die HV-Schütze sind geöffnet, weshalb ein Kurzschluss kein Problem mehr darstellt
- - Es erfolgt eine Umschaltung
- - Durch die Umschaltung wird das Zündsignal jetzt direkt an das Pyroelement weiter geleitet, wenn ein Zündsignal kommt
- - Da das Pyroelement im Init geprüft wird, wird ein Zuschalten der HV-Batterie verhindert (Hardware-Speicher des Crashs)
- - The HV contactors are open, which is why a short circuit is no longer a problem
- - A switchover takes place
- - By switching, the ignition signal is now passed directly to the pyro element when an ignition signal is received
- - Since the pyro element is checked in the init, the HV battery is prevented from being switched on (hardware memory of the crash)
In
Die Umschaltung der Zündung des Pyroelements auf die Zündleitung darf nur im Crashfall und beim Spannungseinfall erfolgen. Während des Normalbetriebs muss dies verhindert werden. Die Verhinderung der Umschaltung muss mit dem ASIL erfolgen, mit welchem der Kurzschluss getrennt werden muss. Begründung: Nach der Umschaltung ist eine Pyrozündung durch die entsprechende ECU bei Kurzschluss nicht mehr möglich.The switchover of the ignition of the pyro element to the ignition cable may only take place in the event of a crash and in the event of a voltage drop. This must be prevented during normal operation. The switchover must be prevented with the ASIL with which the short circuit must be separated. Reason: After switching over, pyro ignition by the corresponding ECU is no longer possible in the event of a short circuit.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch ein Abschaltkonzept einer Hochvolt-Batterie ein Bordnetz effizient betrieben werden kann.Overall, the examples show how an on-board network can be operated efficiently using a shutdown concept for a high-voltage battery.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022214148A1 (en) | 2022-12-21 | 2024-06-27 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Switching device, switching system, drive train and vehicle |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013209835A1 (en) | 2013-05-27 | 2014-11-27 | Robert Bosch Gmbh | Module separation in battery systems in the event of accidents |
DE102016213072A1 (en) | 2016-07-18 | 2018-01-18 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | A high-voltage battery system with safety device |
DE102017214302A1 (en) | 2017-08-16 | 2019-02-21 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Switch-off device for an electrical supply network |
DE102018207247A1 (en) | 2017-12-15 | 2019-06-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Separating device for a high-voltage vehicle electrical system, high-voltage vehicle electrical system and motor vehicle |
DE102018203915A1 (en) | 2018-03-14 | 2019-09-19 | Audi Ag | HV energy storage |
-
2020
- 2020-08-03 DE DE102020120410.8A patent/DE102020120410B3/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013209835A1 (en) | 2013-05-27 | 2014-11-27 | Robert Bosch Gmbh | Module separation in battery systems in the event of accidents |
DE102016213072A1 (en) | 2016-07-18 | 2018-01-18 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | A high-voltage battery system with safety device |
DE102017214302A1 (en) | 2017-08-16 | 2019-02-21 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Switch-off device for an electrical supply network |
DE102018207247A1 (en) | 2017-12-15 | 2019-06-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Separating device for a high-voltage vehicle electrical system, high-voltage vehicle electrical system and motor vehicle |
DE102018203915A1 (en) | 2018-03-14 | 2019-09-19 | Audi Ag | HV energy storage |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022214148A1 (en) | 2022-12-21 | 2024-06-27 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Switching device, switching system, drive train and vehicle |
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