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WO2018108514A1 - Kraftfahrzeug mit einem elektromotor, insbesondere hybrid- oder elektrofahrzeug - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einem elektromotor, insbesondere hybrid- oder elektrofahrzeug Download PDF

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WO2018108514A1
WO2018108514A1 PCT/EP2017/080644 EP2017080644W WO2018108514A1 WO 2018108514 A1 WO2018108514 A1 WO 2018108514A1 EP 2017080644 W EP2017080644 W EP 2017080644W WO 2018108514 A1 WO2018108514 A1 WO 2018108514A1
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WO
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voltage
signal
motor vehicle
electrical system
signal line
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PCT/EP2017/080644
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Achatz
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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Publication of WO2018108514A1 publication Critical patent/WO2018108514A1/de
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Motor vehicle with an electric motor in particular hybrid or electric vehicle
  • the invention relates to a motor vehicle with an electric motor, in particular hybrid or electric vehicle.
  • Motor vehicles which can be driven by an electric motor, usually have a high-voltage electrical system with a high-voltage energy storage, which supplies electric power to the electric motor.
  • a high-voltage energy storage which supplies electric power to the electric motor.
  • separating elements such as e.g. pyrotechnic elements or electromagnetic contactors used.
  • signaling using a low-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle with a low-voltage energy storage can be used.
  • the signal transmission should be as fast as possible in order to deactivate the high-voltage vehicle electrical system with little delay. Furthermore, the signal transmission should be reliable in order to prevent unintentional disconnection of the high-voltage on-board electrical system due to malfunctions in the signal transmission.
  • Document DE 10 2010 029 806 A1 discloses an electrical system for a vehicle with an electric power source for driving the vehicle. By operating a switch, the power source is disconnected from the electrical system and connected to a short-circuit line. In this case, a separator is installed in the power source, which causes the separation of the short-circuit line by the heat of the short-circuit current in the short-circuit line.
  • the object of the invention is to provide a reliable shutdown of a high-voltage electrical system in a motor vehicle by means of signaling via a low-voltage electrical system.
  • the motor vehicle according to claim 1 is equipped with an electric motor which is provided for driving the motor vehicle.
  • the electric motor can be permanently used to drive the motor vehicle or it can also be switched on only when needed.
  • the motor vehicle can thus be a pure electric vehicle or even a hybrid vehicle.
  • a high-voltage electrical system is provided with a high-voltage energy storage, is provided via the electrical energy for the electric motor.
  • the motor vehicle further includes a low-voltage electrical system for the electrical supply of a number of consumers in the motor vehicle, the low-voltage electrical system includes a low-voltage energy storage.
  • the high-voltage energy storage and / or the low-voltage energy storage is a battery.
  • the low-voltage vehicle electrical system has in the motor vehicle according to the invention in particular a voltage of 60 V or less, preferably 12 V, on.
  • the high-voltage vehicle electrical system preferably has a voltage of more than 60 V, in particular between more than 60 V and at most 1500 V, preferably between 300 V and 1500 V and particularly preferably of 400 V.
  • an electrical signal path is provided between the low-voltage vehicle electrical system and the high-voltage vehicle electrical system, which is fed via the voltage of the low-voltage vehicle electrical system.
  • a control device of the motor vehicle is configured to effect on the signal path a predetermined signal change from a first signal state to a second signal state, wherein the first signal state indicates normal operation of the motor vehicle and the second signal state indicates an emergency operation state of the motor vehicle deviating from normal operation.
  • the high-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle is configured to disconnect the high-voltage energy store from the (remaining) high-voltage vehicle electrical system in response to this predetermined signal change.
  • the motor vehicle according to the invention is characterized in that the signal path comprises a first and a second signal line and the predetermined signal change on the signal path includes a change of a signal level and in particular a voltage level on each of the first and the second signal line.
  • the signal path comprises a first and a second signal line
  • the predetermined signal change on the signal path includes a change of a signal level and in particular a voltage level on each of the first and the second signal line.
  • both the first and the second signal line are respectively supplied by the low-voltage vehicle electrical system, the first signal line comprising a first switch which can be actuated via the control unit for disconnecting and connecting the first signal line. and the second signal line comprises a second switch operable to disconnect and connect the second signal line via the controller.
  • the simultaneous actuation of the first and second switches in this embodiment causes the predetermined signal change on the signal path.
  • the predetermined signal change is achieved in a simple manner via corresponding switches.
  • the switches are in the form of semiconductor switches, e.g. Transistors, designed.
  • the first and second switches are closed at the predetermined signal change, i. It is changed from the open switch position of both switches in normal operation of the motor vehicle in the closed position switch both switches. Nevertheless, it is also possible that the first and second switches are opened at the predetermined signal change, so that both switches are closed during normal operation of the motor vehicle. Likewise, in a further embodiment, one of the first and second switches can be opened at the predetermined signal change, and the other can be closed from the first and second switches.
  • the logic evaluation unit is also provided which has an input for the first signal. naltechnisch and having an input for the second signal line and an output, wherein only the predetermined signal change, the output of a predetermined signal level at the output triggers and the predetermined signal level causes the separation of the high-voltage energy storage device from the high-voltage electrical system. As a result, the shutdown of the high-voltage electrical system is effected in a simple manner via a single predetermined signal level.
  • the logic evaluation unit in the embodiment just described can be implemented in various ways.
  • the logic evaluation unit is an AND logic element, wherein, depending on the design of the signal path, one or both or possibly also none of the inputs of the AND logic element can be inverting inputs.
  • the logic evaluation unit as another logic element, such. is designed as an OR logic element, or as a combination of multiple logic elements.
  • the signal path can be switched by the control unit into a first test state for checking the first signal line and into a second test state for checking the second signal line.
  • the first test state is assumed by a change in the signal level only on one of the first and second signal line.
  • the second test state is assumed by a change in the signal level only on the other of the first and second signal lines.
  • This variant of the invention enables a simple way of checking the functionality of the respective signal lines.
  • the signal level is measured by means of a test device and compared with the expected signal level.
  • the test device may be an external test device connected to the motor vehicle or it may already be integrated in the motor vehicle.
  • the motor vehicle comprises a sensor system for detecting the emergency operating state, wherein the control device is configured such that it causes the predetermined signal change when the emergency operating state is detected by the sensor system.
  • the sensor is an accident sensor, which by means of a Number of sensors, for example by means of acceleration sensors and / or yaw rate sensors, detects an accident of the motor vehicle as an emergency operating state.
  • one or more separating elements for the separation of the high-voltage energy storage are provided by the high-voltage electrical system in the high-voltage electrical system.
  • a respective separating element is preferably an irreversible separating element in order to achieve a safe separation in the emergency operating state.
  • a corresponding separating element may be a pyrotechnic element.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a switching arrangement in an embodiment of the motor vehicle according to the invention to separate the high-voltage energy storage from the high-voltage electrical system.
  • a motor vehicle which can be driven by an electric motor installed therein.
  • This can be either a pure electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the electric motor can also be used in recuperation mode in which it operates as a generator and generates electric current from the movement of the motor vehicle, which is stored in the high-voltage energy store.
  • the electric motor of the motor vehicle is designated by reference numeral 2.
  • This electric motor is part of a high-voltage electrical system 1, which has a high-voltage energy storage in the form of a high-voltage battery 3 with an operating voltage of about 600 V.
  • This high-voltage battery feeds the electric motor 2 in order to drive the motor vehicle over this.
  • the high-voltage electrical system 1 further contains an irreversible switch in the form of a pyrotechnic element 4, with which the high-voltage battery 3 is separated from the remaining high-voltage electrical system 1 in emergency situations and in particular in an accident. The occurrence of an accident is detected by a suitable accident sensor, as will be explained in more detail below.
  • the motor vehicle contains a low-voltage vehicle electrical system 10 with a low-voltage battery 5, the operating voltage of the low-voltage battery voltage electrical system and thus also the low-voltage battery is approximately 12 V.
  • the voltage of the low-voltage vehicle electrical system is designated in FIG. 1 with Ubatt.
  • the low voltage electrical system feeds different electrical consumers in the motor vehicle, with some of such consumers being designated by the reference numeral 6 by way of example.
  • the consumers can be fed depending on the mode by the low-voltage battery 5 or by a generator in the low-voltage electrical system. Consumers include, among others, the navigation system, driver assistance systems, the lighting of the motor vehicle and the like.
  • the accident sensor system 7 described below and the airbag control unit 8 described below also represent consumers that are fed via the low-voltage vehicle electrical system 10.
  • the airbag control unit 8 interacts with the crash sensor system 7, as indicated by the double arrow DP in FIG. 1.
  • the accident sensor detects an accident of the motor vehicle via various sensors, in particular via acceleration sensors and gyroscopes.
  • the sensor signals of these sensors are supplied to the airbag control unit 8 which, in the event that these sensor signals indicate an accident, triggers the airbags in the motor vehicle.
  • the airbag control unit 8 further causes the pyrotechnic element 4 is actuated in the high-voltage electrical system 1, thereby switching off the high-voltage electrical system by disconnecting the high-voltage battery 3. In order to achieve this shutdown, a signal path between the airbag control unit 8 and the high-voltage vehicle electrical system 1 is formed.
  • this signal path contains two signal lines SM and SI2. Both signal lines, the voltage Ubatt of the low voltage electrical system 10 is supplied.
  • the signal line SM carries the voltage Ubatt via the switch S1 and the resistor R1 to ground GND.
  • the switch S1 is in the normal operation of the motor vehicle in the open position.
  • the signal line SI2 carries the voltage Ubatt via the resistor R2 and the switch S2 to ground GND. Just as the switch S1, the switch S2 is open during normal operation of the motor vehicle.
  • the signal line SM also leads to the non-inverting input 11 of an AND evaluation logic 9, whereas the signal line SI2 leads to an inverting input 12 of the AND evaluation logic 9.
  • the input 11 is grounded and thus on a low voltage level.
  • the input Ubatt voltage Ubatt and thus a high voltage level.
  • the ground potential corresponds to a logical zero and the voltage Ubatt corresponds to a logical one.
  • the inverting input 12 is inverted to a logical zero. Accordingly, in the switching state of the AND evaluation logic 9 shown in FIG.
  • the control unit 8 can also switch the switches such that a first test mode for the signal line SM and a second test mode for the signal line SI2 are assumed.
  • a test device (not shown), which is connected to the lines SM and SI2, the functionality of these lines can be checked.
  • the test device can be a permanently installed component of the motor vehicle or possibly also an external device which is connected as required.
  • the functionality of this line can be tested.
  • the switch S2 is closed in the second test mode, starting from the open positions of the switches S1 and S2, so that the signal line SM is at ground potential GND. In this case, a logical zero is still generated at the output O, so that the pyrotechnic element is not triggered.
  • the following table again shows the signal levels on the individual signal lines SM and SI2 for the normal mode, the emergency mode and the first and second test modes.
  • the above-explained embodiment of the invention has a number of advantages.
  • the use of a signal path with two signal lines creates a secure signal transmission which is insensitive to interference.
  • a reliable separation of the high-voltage battery is achieved by the high-voltage electrical system in an emergency situation and there is no unintentional triggering of the pyrotechnic element.
  • a fast signal transmission in the ⁇ - ⁇ is ensured via the signal lines, so that the shutdown of the high-voltage electrical system takes place in an accident with a slight delay.
  • the use of two signal lines allows diagnosis of signal transmission on both lines by appropriate test modes. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (2), insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein Hochvolt-Bordnetz (1) mit einem Hochvolt-Energiespeicher (3), über den elektrische Energie für den Elektromotor (2) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, sowie ein Kleinspannungs-Bordnetz (10) zur elektrischen Versorgung einer Anzahl von Verbrauchern (6, 7, 8) im Kraftfahrzeug, wobei ein elektrischer Signalpfad zwischen dem Kleinspannungs-Bordnetz (10) und dem Hochvolt-Bordnetz (1) vorgesehen ist, der über die Spannung des Kleinspannungs-Bordnetzes (10) gespeist wird. Ein Steuergerät (8) des Kraftfahrzeugs ist dazu konfiguriert, auf dem Signalpfad einen vorbestimmten Signalwechsel von einem ersten Signalzustand in einen zweiten Signalzustand zu bewirken, wobei der erste Signalzustand den Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs und der zweite Signalzustand einen vom Normalbetrieb abweichenden Notbetriebszustand des Kraftfahrzeugs anzeigt. Ferner ist das Hochvolt-Bordnetz (1) dazu konfiguriert, in Antwort auf den vorbestimmten Signalwechsel den Hochvolt-Energiespeicher (3) vom Hochvolt-Bordnetz (1) zu trennen. Der Signalpfad umfasst eine erste und eine zweite Signalleitung (Sl1, Sl2), wobei der vorbestimmte Signalwechsel auf dem Signalpfad einen Wechsel eines Signalpegels auf jeder der ersten und zweiten Signalleitung (Sl1, Sl2) beinhaltet.

Description

Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, insbesondere Hybrid- oder Elektro- fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
Kraftfahrzeuge, welche mit einem Elektromotor angetrieben werden können, verfügen in der Regel über ein Hochvolt-Bordnetz mit einem Hochvolt-Energiespeicher, der dem Elektromotor elektrische Energie zuführt. Im Falle eines Notbetriebszustands eines solchen Kraftfahrzeugs, z.B. bei einem Unfall, ist sicherzustellen, dass der Hochvolt-Energiespeicher schnell und sicher vom restlichen Hochvolt-Bordnetz getrennt wird. Hierzu werden Trennelemente, wie z.B. pyrotechnische Elemente oder elektromagnetische Schütze, genutzt.
Um ein Hochvolt-Bordnetz abzuschalten, kann eine Signalisierung unter Verwendung eines Kleinspannungs-Bordnetzes des Kraftfahrzeugs mit einem Kleinspannungs- Energiespeicher genutzt werden. Die Signalübertragung sollte dabei möglichst schnell sein, um das Hochvolt-Bordnetz mit geringer Verzögerung zu deaktivieren. Ferner sollte die Signalübertragung zuverlässig sein, um ein unbeabsichtigtes Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes aufgrund von Fehlfunktionen in der Signalübertragung zu unterbinden.
Die Druckschrift DE 10 2010 029 806 A1 offenbart ein elektrisches System für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Leistungsquelle zum Antrieb des Fahrzeugs. Über die Betätigung eines Schalters wird die Leistungsquelle vom Bordnetz getrennt und mit einer Kurzschlussleitung verbunden. Dabei ist in der Leistungsquelle ein Separator verbaut, der durch die Wärme des Kurzschlussstroms in der Kurzschlussleitung die Trennung der Kurzschlussleitung bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige Abschaltung eines Hochvolt-Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug mittels einer Signalisierung über ein Kleinspannungs-Bordnetz zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist mit einem Elektromotor ausgestattet, der zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Der Elektromotor kann dabei dauerhaft zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt werden oder er kann auch nur bei Bedarf zugeschaltet werden. Das Kraftfahrzeug kann somit ein reines Elektrofahrzeug oder auch ein Hybridfahrzeug sein. In dem Kraftfahrzeug ist ein Hochvolt-Bordnetz mit einem Hochvolt- Energiespeicher vorgesehen, über den elektrische Energie für den Elektromotor bereitgestellt wird.
Das Kraftfahrzeug enthält ferner ein Kleinspannungs-Bordnetz zur elektrischen Versorgung einer Anzahl von Verbrauchern im Kraftfahrzeug, wobei das Kleinspannungs- Bordnetz einen Kleinspannungs-Energiespeicher umfasst. Hier und im Folgenden sind unter einem Hochvolt-Energiespeicher und einem Kleinspannungs-Energiespeicher solche Energiespeicher zu verstehen, die Gleichspannung und damit Gleichstrom zur Verfügung stellen. Demzufolge wird zum Antrieb des Elektromotors ein Wechselrichter zwischengeschaltet. Vorzugsweise ist der Hochvolt-Energiespeicher und/oder der Kleinspannungs-Energiespeicher eine Batterie.
Das Kleinspannungs-Bordnetz weist im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug insbesondere eine Spannung von 60 V oder weniger, vorzugsweise von 12 V, auf. Demgegenüber weist das Hochvolt-Bordnetz vorzugsweise eine Spannung von über 60 V auf, insbesondere zwischen mehr als 60 V und maximal 1500 Volt, vorzugsweise zwischen 300 V und 1500 V und besonders bevorzugt von 400 V.
In dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist ein elektrischer Signalpfad zwischen dem Kleinspannungs-Bordnetz und dem Hochvolt-Bordnetz vorgesehen, der über die Spannung des Kleinspannungs-Bordnetzes gespeist wird. Ferner ist ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs dazu konfiguriert, auf dem Signalpfad einen vorbestimmten Signalwechsel von einem ersten Signalzustand in einen zweiten Signalzustand zu bewirken, wobei der erste Signalzustand einen Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs und der zweite Signalzustand einen vom Normalbetrieb abweichenden Notbetriebszustand des Kraftfahrzeugs anzeigt. Das Hochvolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs ist dazu konfiguriert, in Antwort auf diesen vorbestimmten Signalwechsel den Hochvolt-Energiespeicher vom (restlichen) Hochvolt- Bordnetz zu trennen. Gegebenenfalls können in Antwort auf den vorbestimmten Signalwechsel auch weitere Hochvolt- Verbraucher im Hochvolt-Bordnetz abgeschaltet werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass der Signalpfad eine erste und eine zweite Signalleitung umfasst und der vorbestimmte Signalwechsel auf dem Signalpfad einen Wechsel eines Signalpegels und insbesondere eines Spannungspegels auf jeder der ersten und der zweiten Signalleitung beinhaltet. Mit anderen Worten ist es zum Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes erforderlich, dass die Signalpegel auf zwei Signalleitungen geändert werden. Hierdurch wird eine sehr zuverlässige Signalübertragung erreicht, die auch bei einem Fehler auf einer Signalleitung nicht zu einer unbeabsichtigten Trennung des Hochvolt-Energiespeichers vom Hochvolt-Bordnetz führt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs werden sowohl die erste als auch die zweite Signalleitung jeweils von dem Kleinspan- nungs-Bordnetz gespeist, wobei die erste Signalleitung einen ersten Schalter umfasst, der zum Trennen und Verbinden der ersten Signalleitung über das Steuergerät betätigbar ist, und die zweite Signalleitung einen zweiten Schalter umfasst, der zum Trennen und Verbinden der zweiten Signalleitung über das Steuergerät betätigbar ist. Die gleichzeitige Betätigung des ersten und zweiten Schalters bewirkt in dieser Ausführungsform den vorbestimmten Signalwechsel auf dem Signalpfad. Gemäß dieser Variante der Erfindung wird der vorbestimmte Signalwechsel auf einfache Weise über entsprechende Schalter erreicht. Vorzugsweise sind die Schalter dabei als Halbleiterschalter, wie z.B. Transistoren, ausgestaltet.
In einer bevorzugten Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform werden beim vorbestimmten Signalwechsel der erste und der zweite Schalter geschlossen, d.h. es wird von der geöffneten Schaltstellung beider Schalter im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs in die geschlossene Schaltstellung beider Schalter gewechselt. Nichtsdestotrotz ist es auch möglich, dass beim vorbestimmten Signalwechsel der erste und zweite Schalter geöffnet werden, so dass im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs beide Schalter geschlossen sind. Ebenso kann in einer weiteren Ausgestaltung beim vorbestimmten Signalwechsel einer aus dem ersten und zweiten Schalter geöffnet werden und der andere aus dem ersten und zweiten Schalter geschlossen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist ferner die Logik-Auswerteeinheit vorgesehen, welche einen Eingang für die erste Sig- nalleitung und einen Eingang für die zweite Signalleitung sowie einen Ausgang aufweist, wobei ausschließlich der vorbestimmte Signalwechsel die Ausgabe eines vorbestimmten Signalpegels am Ausgang auslöst und der vorbestimmte Signalpegel die Trennung des Hochvolt-Energiespeichers vom Hochvolt-Bordnetz bewirkt. Hierdurch wird auf einfache Weise über einen einzelnen vorbestimmten Signalpegel das Abschalten des Hochvolt- Bordnetzes bewirkt.
Die Logik-Auswerteeinheit in der soeben beschriebenen Ausführungsform kann auf verschiedene Arten realisiert sein. In einer bevorzugten Variante ist die Logik-Auswerteeinheit ein UND-Logikelement, wobei in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Signalpfads einer oder beide oder ggf. auch keiner der Eingänge des UND-Logikelements invertierende Eingänge sein können. Ferner ist es auch möglich, dass die Logik-Auswerteeinheit als anderes Logikelement, wie z.B. als ODER-Logikelement, oder als Kombination aus mehreren Logikelementen ausgestaltet ist.
In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Signalpfad durch das Steuergerät in einen ersten Testzustand zur Überprüfung der ersten Signalleitung und in einen zweiten Testzustand zu Überprüfung der zweiten Signalleitung schaltbar. Ausgehend vom ersten Signalzustand, der dem Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs entspricht, wird der erste Testzustand durch einen Wechsel des Signalpegels lediglich auf einer der ersten und zweiten Signalleitung eingenommen. Demgegenüber wird ausgehend vom ersten Signalzustand der zweite Testzustand durch einen Wechsel des Signalpegels lediglich auf der anderen der ersten und zweiten Signalleitung eingenommen. Diese Variante der Erfindung ermöglicht auf einfache Weise eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der jeweiligen Signalleitungen. In den entsprechenden Testzuständen wird dabei mittels eines Testgeräts der Signalpegel gemessen und mit dem erwarteten Signalpegel verglichen. Das Testgerät kann dabei ein externes, am Kraftfahrzeug angeschlossenes Testgerät sein oder es kann bereits im Kraftfahrzeug integriert sein.
In einer weiteren bevorzugten Variante umfasst das Kraftfahrzeug eine Sensorik zur Erkennung des Notbetriebszustands, wobei das Steuergerät derart ausgestaltet ist, dass es bei Erkennung des Notbetriebszustands durch die Sensorik den vorbestimmten Signalwechsel bewirkt. Vorzugsweise ist die Sensorik eine Unfallsensorik, welche mittels einer Anzahl von Sensoren, z.B. mittels Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren, einen Unfall des Kraftfahrzeugs als Notbetriebszustand erkennt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind im Hochvolt-Bordnetz ein oder mehrere Trennelemente zur Trennung des Hochvolt- Energiespeichers vom Hochvolt-Bordnetz vorgesehen. Ein jeweiliges Trennelement ist vorzugsweise ein irreversibles Trennelement, um eine sichere Trennung im Notbetriebszustand zu erreichen. Beispielsweise kann ein entsprechendes Trennelement ein pyrotechnisches Element sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Fig. 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltanordnung in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, um den Hochvolt- Energiespeicher vom Hochvolt-Bordnetz zu trennen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines Kraftfahrzeugs beschrieben, das über einen darin verbauten Elektromotor angetrieben werden kann. Hierbei kann es sich sowohl um ein reines Elektrofahrzeug als auch um ein Hybridfahrzeug handeln. Der Elektromotor kann gegebenenfalls auch in Rekuperationsbetrieb genutzt werden, in dem er als Generator arbeitet und aus der Bewegung des Kraftfahrzeugs elektrischen Strom erzeugt, welcher in dem Hochvolt-Energiespeicher gespeichert wird.
In der Darstellung der Fig. 1 ist der Elektromotor des Kraftfahrzeugs mit Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieser Elektromotor ist Bestandteil eines Hochvolt-Bordnetzes 1 , das über einen Hochvolt-Energiespeicher in der Form einer Hochvolt-Batterie 3 mit einer Betriebsspannung von etwa 600 V verfügt. Diese Hochvolt-Batterie speist den Elektromotor 2, um hierüber das Kraftfahrzeug anzutreiben. Das Hochvolt-Bordnetz 1 enthält ferner einen irreversiblen Schalter in der Form eines pyrotechnischen Elements 4, mit dem in Notsituationen und insbesondere bei einem Unfall die Hochvolt-Batterie 3 vom restlichen Hochvolt-Bordnetz 1 abgetrennt wird. Das Auftreten eines Unfalls wird über eine geeignete Unfallsensorik detektiert, wie weiter unten noch näher erläutert wird.
Neben dem Hochvolt-Bordnetz 1 enthält das Kraftfahrzeug ein Kleinspannungs-Bordnetz 10 mit einer Kleinspannungs-Batterie 5, wobei die Betriebsspannung des Kleinspan- nungs-Bordnetzes und damit auch der Kleinspannungs-Batterie bei in etwa 12 V liegt. Die Spannung des Kleinspannungs-Bordnetzes ist in Fig. 1 mit Ubatt bezeichnet. Das Klein- spannungs-Bordnetz speist unterschiedliche elektrische Verbraucher im Kraftfahrzeug, wobei beispielhaft einige solcher Verbraucher mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet sind. Die Verbraucher können je nach Betriebsart durch die Kleinspannungs-Batterie 5 oder auch durch einen Generator im Kleinspannungs-Bordnetz gespeist werden. Die Verbraucher umfassen unter anderem das Navigationssystem, Fahrerassistenzsysteme, die Beleuchtung des Kraftfahrzeugs und dergleichen. Auch die weiter unten beschriebene Un- fallsensorik 7 und das weiter unten beschriebene Airbag-Steuergerät 8 stellen Verbraucher dar, die über das Kleinspannungs-Bordnetz 10 gespeist werden.
Das Airbag-Steuergerät 8 wechselwirkt mit der Unfallsensorik 7, wie durch den Doppelpfeil DP in Fig. 1 angedeutet ist. Die Unfallsensorik erkennt dabei einen Unfall des Kraftfahrzeugs über verschiedene Sensoren, insbesondere über Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren. Die Sensorsignale dieser Sensoren werden dem Airbag-Steuergerät 8 zugeführt, welches im Falle, dass diese Sensorsignale einen Unfall anzeigen, die Airbags im Kraftfahrzeug auslöst. In diesem Fall bewirkt das Airbag-Steuergerät 8 ferner, dass das pyrotechnische Element 4 im Hochvolt-Bordnetz 1 betätigt wird, um hierdurch das Hochvolt-Bordnetz durch Trennung der Hochvolt-Batterie 3 abzuschalten. Um dieses Abschalten zu erreichen, ist ein Signalpfad zwischen dem Airbag-Steuergerät 8 und dem Hochvolt-Bordnetz 1 ausgebildet. Im Unterschied zum Stand der Technik enthält dieser Signalpfad zwei Signalleitungen SM und SI2. Beiden Signalleitungen wird die Spannung Ubatt des Kleinspannungs-Bordnetzes 10 zugeführt. Die Signalleitung SM führt die Spannung Ubatt über den Schalter S1 und den Widerstand R1 zur Masse GND. Der Schalter S1 ist im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs in geöffneter Stellung. Die Signalleitung SI2 führt die Spannung Ubatt über den Widerstand R2 und den Schalter S2 zur Masse GND. Genauso wie der Schalter S1 ist der Schalter S2 im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs geöffnet. Die beiden Schalter S1 und S2 sind vorzugsweise Halbleiterschalter, wie z.B. FETs (FET = Field Effect Transistor).
Die Signalleitung SM führt ferner zu dem nicht-invertierenden Eingang 11 einer UND- Auswertelogik 9, wohingegen die Signalleitung SI2 zu einem invertierenden Eingang 12 der UND-Auswertelogik 9 führt. In dem in Fig. 1 gezeigten Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs mit geöffneten Schaltern S1 und S2 liegt der Eingang 11 auf Masse und damit auf einem niedrigen Spannungspegel. Demgegenüber liegt am Eingang 12 die Spannung Ubatt und damit ein hoher Spannungspegel an. Für die Logik-Auswerteeinheit entspricht dabei das Massepotential einer logischen Null und die Spannung Ubatt einer logischen Eins. Durch den invertierenden Eingang 12 wird die logische Eins in eine logische Null invertiert. Demzufolge werden in dem in Fig. 1 gezeigten Schaltzustand der UND-Aus- wertelogik 9 zwei logische Nullen zugeführt, so dass am Ausgang O der Auswertelogik eine logische Null anliegt. Dabei ist zu beachten, dass nur im Falle, dass über dem Ausgang O eine logische Eins ausgegeben wird, die Betätigung des pyrotechnischen Elements 4 zum Trennen der Hochvolt-Batterie 3 vom Hochvolt-Bordnetz 1 ausgelöst wird.
Tritt nunmehr ein Unfall des Kraftfahrzeugs auf, wird durch das Steuergerät 8 ein Schließen beider Schalter S1 und S2 bewirkt, so dass sich die Signalpegel auf beiden Signalleitungen SM und SI2 ändern. Als Folge liegt auf der Signalleitung SM die Batteriespannung Ubatt und damit eine logische Eins, wohingegen die Signalleitung SI2 auf Masse und damit auf einer logischen Null liegt. Durch den invertierenden Eingang 12 wird diese logische Null in eine logische Eins gewandelt, so dass der UND-Auswertelogik 9 zwei logische Einsen zugeführt werden, so dass am Ausgang O eine logische Eins erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass das pyrotechnische Element 4 ausgelöst wird und die Hochvolt- Batterie 3 sicher vom restlichen Hochvolt-Bordnetz 1 getrennt wird.
Neben den beiden Schaltzuständen, in denen die Schalter S1 und S2 entweder geschlossen oder geöffnet sind, kann das Steuergerät 8 die Schalter auch derart schalten, dass ein erster Testmodus für die Signalleitung SM und ein zweiter Testmodus für die Signalleitung SI2 eingenommen wird. Über ein (nicht gezeigtes) Testgerät, welches an die Leitungen SM und SI2 angeschlossen ist, kann hierdurch die Funktionsfähigkeit dieser Leitungen überprüft werden. Das Testgerät kann dabei ein fest verbauter Bestandteil des Kraftfahrzeugs oder ggf. auch ein externes Gerät sein, das bei Bedarf angeschlossen wird.
Im ersten Testmodus zum Überprüfen der Leitung SM wird ausgehend von dem geöffneten Zustand der beiden Schalter S1 und S2 nur der Schalter S1 geschlossen. Demzufolge bleibt am Ausgang O weiterhin eine logische Null und das pyrotechnische Element wird nicht ausgelöst. Mittels einer Überprüfung, ob in diesem Zustand tatsächlich die Spannung Ubatt an der Signalleitung SM anliegt, kann die Funktionsfähigkeit dieser Leitung getestet werden. Im Unterschied zum ersten Testmodus wird im zweiten Testmodus ausgehend von den geöffneten Stellungen der Schalter S1 und S2 lediglich der Schalter S2 geschlossen, so dass die Signalleitung SM auf Massepotential GND liegt. Dabei wird weiterhin am Ausgang O eine logische Null erzeugt, so dass das pyrotechnische Element nicht ausgelöst wird. Über die Überprüfung, ob in diesem Schaltzustand die Signalleitung SI2 tatsächlich auf Masse liegt, kann die Funktionsfähigkeit dieser Signalleitung SI2 überprüft werden.
In der nachfolgenden Tabelle sind nochmals die Signalpegel auf den einzelnen Signalleitungen SM und SI2 für den Normalbetrieb, den Notbetriebszustand sowie den ersten und zweiten Testmodus wiedergegeben.
Figure imgf000010_0001
Die im Vorangegangenen erläuterte Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird durch die Verwendung eines Signalpfads mit zwei Signalleitungen eine sichere Signalübertragung geschaffen, die unempfindlich gegenüber Störungen ist. Hierdurch wird eine zuverlässige Trennung der Hochvolt-Batterie vom Hochvolt-Bordnetz in einer Notsituation erreicht und es kommt nicht zu einem unbeabsichtigten Auslösen des pyrotechnischen Elements. Über die Signalleitungen wird dabei auch eine schnelle Signalübertragung im με-ΒβΓβίοΙι sichergestellt, so dass das Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes bei einem Unfall mit geringer Verzögerung erfolgt. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von zwei Signalleitungen eine Diagnose der Signalübertragung auf beiden Leitungen durch entsprechende Testmodi. Bezugszeichenliste
1 Hochvolt-Bordnetz
2 Elektromotor
3 Hochvolt-Batterie
4 Pyrotechnisches Element
5 Kleinspannungs-Batterie
6 Elektrische Verbraucher
7 Unfallsensorik
8 Airbag-Steuergerät
9 UND-Auswertelogik
SM , SI2 Signalleitungen
S1 . S2 Schalter
Ubatt Spannung des Kleinspannungs-Bordnetzes
GND Masse
R1 , R2 Widerstände
DP Doppelpfeil

Claims

Patentansprüche
1 . Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (2), insbesondere Hybrid- oder Elektrofahr- zeug, umfassend ein Hochvolt-Bordnetz (1 ) mit einem Hochvolt-Energiespeicher (3), über den elektrische Energie für den Elektromotor (2) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, sowie ein Kleinspannungs-Bordnetz (10) zur elektrischen Versorgung einer Anzahl von Verbrauchern (6, 7, 8) im Kraftfahrzeug, wobei das Kleinspannungs-Bordnetz (10) einen Kleinspannungs-Energiespeicher (5) umfasst, wobei ein elektrischer Signalpfad zwischen dem Kleinspannungs-Bordnetz (10) und dem Hochvolt-Bordnetz (1 ) vorgesehen ist, der über die Spannung des Kleinspannungs-Bordnetzes (10) gespeist wird, wobei ein Steuergerät (8) des Kraftfahrzeugs dazu konfiguriert ist, auf dem Signalpfad einen vorbestimmten Signalwechsel von einem ersten Signalzustand in einen zweiten Signalzustand zu bewirken, wobei der erste Signalzustand einen Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs und der zweite Signalzustand einen vom Normalbetrieb abweichenden Notbe- triebszustand des Kraftfahrzeugs anzeigt und das Hochvolt-Bordnetz (1 ) dazu konfiguriert ist, in Antwort auf den vorbestimmten Signalwechsel den Hochvolt- Energiespeicher (3) vom Hochvolt-Bordnetz (1 ) zu trennen;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Signalpfad eine erste und eine zweite Signalleitung (SM , SI2) umfasst und der vorbestimmte Signalwechsel auf dem Signalpfad einen Wechsel eines Signalpegels auf jeder der ersten und zweiten Signalleitung (SM , SI2) beinhaltet.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Signalleitung (SM , SI2) jeweils von dem Kleinspannungs-Bordnetz (10) gespeist werden, wobei die erste Signalleitung (SM ) einen ersten Schalter (S1 ) umfasst, der zum Trennen und Verbinden der ersten Signalleitung über das Steuergerät (8) betätigbar ist, und die zweite Signalleitung (SI2) einen zweiten Schalter (S2) umfasst, der zum Trennen und Verbinden der zweiten Signalleitung (SI2) über das Steuergerät (8) betätigbar ist, wobei durch eine gleichzeitige Betätigung des ersten und zweiten Schalters (S1 , S2) der vorbestimmte Signalwechsel auf dem Signalpfad bewirkt wird.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim vorbestimmten Signalwechsel der erste und der zweite Schalter (S1 , S2) geschlossen werden oder der erste und zweite Schalter (S1 , S2) geöffnet werden oder einer aus dem ersten und zweiten Schalter (S1 , S2) geöffnet und der andere aus dem ersten und zweiten Schalter (S1 , S2) geschlossen wird.
4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Logik-Auswerteeinheit (9) vorgesehen ist, welche einen Eingang
(11 ) für die erste Signalleitung (SM ) und einen Eingang (12) für die zweite Signalleitung (SI2) sowie einen Ausgang (O) aufweist, wobei ausschließlich der vorbestimmte Signalwechsel die Ausgabe eines vorbestimmten Signalpegels am Ausgang (O) auslöst und der vorbestimmte Signalpegel die Trennung des Hochvolt- Energiespeichers (3) vom Hochvolt-Bordnetz (1 ) bewirkt.
5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalpfad durch das Steuergerät (8) in einen ersten Testzustand zum Überprüfen der ersten Signalleitung (SM ) und in einen zweiten Testzustand zum Überprüfen der zweiten Signalleitung (SI2) schaltbar ist, wobei ausgehend vom ersten Signalzustand der erste Testzustand durch einen Wechsel des Signalpegels lediglich auf einer der ersten und zweiten Signalleitung (SM , SI2) und der zweite Testzustand durch einen Wechsel des Signalpegels lediglich auf der anderen der ersten und zweiten Signalleitung (SM , SI2) eingenommen wird.
6. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Sensorik (7) zur Erkennung des Notbetriebszu- stands umfasst, wobei das Steuergerät (8) derart ausgestaltet ist, dass es bei Erkennung des Notbetriebszustands durch die Sensorik (7) den vorbestimmten Signalwechsel bewirkt.
7. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (9) eine Unfallsensorik ist, welche mittels einer Anzahl von Sensoren als Notbetriebszustand einen Unfall des Kraftfahrzeugs erkennt.
8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Hochvolt-Bordnetz (1 ) ein oder mehrere Trennelemente zur Trennung des Hochvolt-Energiespeichers (3) vom Hochvolt-Bordnetz (1 ) vorgesehen sind, wobei ein jeweiliges Trennelement vorzugsweise ein irreversibles Trennelement, insbesondere ein pyrotechnisches Element, ist.
9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kleinspannungs-Bordnetz (10) eine Spannung (Ubatt) von 60 V oder weniger, insbesondere von 12 V, aufweist und/oder das Hochvolt-Bordnetz (1 ) eine Spannung von über 60 V, insbesondere zwischen mehr als 60 V und maximal 1500 V und vorzugsweise von 400 V, aufweist.
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