-
Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug,
aufweisend wenigstens ein Bordnetz mit wenigstens einem daran angeschlossenen
elektrischen Verbraucher und/oder wenigstens einer daran angeschlossenen
elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung, sowie wenigstens einem
Energiespeicher, wobei der Energiespeicher über eine Schaltvorrichtung
vom Bordnetz getrennt werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein
Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridkraftfahrzeug mit zumindest
einem elektrischen Bordnetzsystem. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Überprüfen des
Betriebszustands einer elektrischen Schaltvorrichtung, die einen
elektrischen Energiespeicher mit einem Kraftfahrzeugbordnetz reversibel
verbindet.
-
Bei
Kraftfahrzeugen werden aus Sicherheitserwägungen sowie aus Gründen der
besseren Speicherbarkeit elektrischer Energie in zunehmendem Maße Batterien
(Akkumulatoren) verwendet, welche in einem Normalbetriebszu stand über sogenannte
Schütze
elektrisch mit dem Bordspannungsnetz verbunden sind. An dem Bordspannungsnetz sind
in an sich bekannter Weise elektrische Verbraucher sowie elektrische
Energieerzeuger, in der Regel elektrische Generatoren, angeschlossen.
In einem Stillstandsbetriebszustand werden die Schütze dagegen
geöffnet,
so dass die Batterie elektrisch vom Bordspannungsnetz getrennt wird
(wobei es möglich ist,
dass einige ausgewählte
Verbraucher nach wie vor mit der Fahrzeugbatterie verbunden bleiben,
wie beispielsweise eine Borduhr und dergleichen). Dadurch kann die
Fahrzeugbatterie beispielsweise vor einer Entladung durch Kriechströme geschützt werden.
Ein Öffnen
der Schütze
kann jedoch auch bei einem Unfall erfolgen, um so das Entstehen
von Kurzschlüssen
wirksam zu verhindern.
-
Besonders
häufig
werden derartige Schütze bei
sogenannten Hochvoltbordnetzen verwendet. Derartige Hochvoltbordnetze
werden bei einer gegenüber
der normalen Fahrzeugbordnetzspannung von 12 Volt beziehungsweise
24 Volt erhöhten
Spannung wie beispielsweise 42 Volt oder 48 Volt betrieben. Derartige
Hochvoltbordnetze werden in zunehmendem Maße zum Betrieb besonders leistungsstarker
elektrischer Komponenten verwendet. Beispielsweise kann es sich
dabei um elektrische Heizvorrichtungen, oder aber auch um Fahrmotoren
beziehungsweise Rekuperationsgeneratoren bei Hybridfahrzeugen handeln.
Durch die fortschreitende technische Entwicklung im Kraftfahrzeugbau
finden derartige elektrische Hochleistungskomponenten, und damit
einhergehend Hochvoltbordnetze eine zunehmende Verbreitung.
-
Wird
ein Schütz,
insbesondere ein bei einem Hochvoltbordnetz verwendetes Schütz, unter
Last geschaltet, kann es zu einem sogenannten Verkleben der Kontakte
kommen. Um ein derartiges Verkleben der Kontakte zu verhindern,
wird bislang über eine
Steuerungselektronik versucht, den über die Schütze fliesenden elektrischen
Strom zu mininieren, bevor ein Öffnen
der Schütze zugelassen
wird. In manchen Fällen
ist es jedoch nicht vermeidbar, die Schütze auch unter einer höheren Last
zu Schalten.
-
Auch
defekte beziehungsweise fehlerhafte Hardware oder Software kann
zu einem Verkleben der Schütze
führen.
Darüber
hinaus kann es bei einem Schütz
auch durch Alterung, durch konstruktive Mängel oder durch Herstellungsfehler
zu einem Fehler des Schützes
kommen.
-
Um
die Funktion und die Sicherheit eines mit Schützen versehenen Kraftfahrzeugs
zu erhöhen,
ist es erforderlich, etwaige auftretende Defekte des Schützes zuverlässig erkennen
zu können.
-
Bislang
bekannte Schütze
weisen hier nach wie vor Defizite auf.
-
Es
wird daher vorgeschlagen, ein elektrisches Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug,
welches wenigstens ein Bordnetz mit wenigstens einem daran angeschlossenen
elektrischen Verbraucher und/oder wenigstens einer daran angeschlossenen
Energieerzeugungsvorrichtung, sowie wenigstens einen Energiespeicher
aufweist, wobei der Energiespeicher über eine Schaltvorrichtung
vom Bordnetz getrennt werden kann, mit wenigstens einer Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
auszubilden, die den Betriebszustand der Schaltvorrichtung überprüft. Bei der
Schaltvorrichtung kann es sich insbesondere um einen elektrischen
Schalter handeln, welcher geöffnet
und geschlossen werden kann. Speziell kann es sich um ein Schütz handeln,
welches bevorzugt für hohe
elektrische Ströme
und/oder für
hohe Kraftfahrzeugbordnetzspannungen konstruiert ist. Bei dem Energiespeicher
kann es sich um eine Speichervorrichtung handeln, welche insbesondere
elektrische Energie zwischenspeichern kann. Die Zwischenspeicherung
elektrischer Energie kann beispielsweise auf physikalischem und/oder
chemischem Wege erfolgen, wie beispielsweise durch Akkumulatoren
(z. B. Bleiakkumulato ren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren,
Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Lithium-Polymer-Akkumulatoren oder
Kondensatoren (z. B. Goldcap-Kondensatoren). Möglich ist es auch, dass die
Zwischenspeicherung der elektrischen Energie auf mechanischem Wege,
wie beispielsweise durch das Beschleunigen beziehungsweise Abbremsen
eines Schwungrads, erfolgt. Am eigentlichen Bordnetz ist zumindest
ein elektrischer Verbraucher oder wenigstens eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung
angeschlossen. Bevorzugt ist insbesondere wenigstens ein elektrischer
Verbraucher sowie wenigstens eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung
vorgesehen. Üblicherweise
werden jedoch eine Mehrzahl an elektrischen Verbrauchern und gegebenenfalls
auch eine Mehrzahl an elektrischen Energieerzeugungsvorrichtungen
vorhanden sein. Möglich
ist es dabei im Übrigen,
dass eine beziehungsweise mehrere Vorrichtungen vorhanden sind,
welche zeitweise als elektrischer Verbraucher und zeitweise als
elektrische Energieerzeugungsvorrichtung wirken. Die Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung,
die den Betriebszustand der Schaltvorrichtung überprüft, kann beispielsweise als
elektronische Schaltung ausgebildet sein, wie beispielsweise als
Einplatinencomputer. Die elektronische Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
kann als gesonderte Vorrichtung ausgebildet sein oder baulich in
einer Komponente, wie beispielsweise der Schaltvorrichtung, integriert
sein. Möglich
ist es auch, dass die Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung in eine
ohnehin vorhandenen elektronischen Steuervorrichtung integriert
wird, indem diese beispielsweise mit einer zusätzlichen Schaltungslogik beziehungsweise
mit zusätzlichen Logikanweisungen
versehen wird. Die Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung beruht
bevorzugt auf einer Überprüfung des
Zusammenspiels mehrerer Komponenten und deren gegenseitiger Beeinflussung
untereinander. Auf diese Weise kann eine besonders zuverlässige Aussage über den
Betriebszustand der Schaltvorrichtung realisiert werden.
-
Möglich ist
es, dass zumindest einer der elektrischen Verbraucher als elektrischer
Fahrmotor ausgebildet ist. Vorzugsweise kann der elektrische Verbraucher
(der elektrische Fahrmotor) zeitweise als elektrischer Generator
betrieben werden. Ein derartiger, zeitweiser Betrieb eines Elektromotors
als elektrischer Generator ist beispielsweise bei Hybridantriebssystemen
für Kraftfahrzeuge üblich. Elektrische
Fahrmotoren benötigen
für deren
Betrieb hohe elektrische Leistungen, und damit einhergehend hohe
Spannungen und/oder hohe elektrische Ströme. Insofern erweist sich bei
Kraftfahrzeugen das Vorsehen eines Hochvoltbordnetzes in der Regel
als unumgänglich.
Ein derartiges Hochvoltbordnetz sollte jedoch aus Sicherheitsgründen, Betriebssicherheitsgründen sowie
aus Funktionalitätsgründen möglichst
mit einem durch eine Schaltvorrichtung abtrennbaren Energiespeicher
realisiert werden. Der Betrieb des elektrischen Fahrmotors als elektrischer Generator
erfolgt bei einem Hybridkraftfahrzeug in der Regel während des
sogenannten Rekuperationsbetriebs, bei dem die kinetische Energie
des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird, um im Energiespeicher
zwischengespeichert zu werden. Auch hier treten funktionsbedingt
in der Regel hohe elektrische Spannungen und/oder hohe elektrische Ströme auf.
-
Sinnvoll
kann es auch sein, wenn wenigstens eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung
als elektrischer Generator ausgebildet ist, der insbesondere von
einem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Auch eine derartige
Ausbildung von Energieerzeugungsvorrichtungen ist oftmals bei Hybridkraftfahrzeugen
anzutreffen. Mit Hilfe eines elektrischen Generators kann mechanische
beziehungsweise chemische Energie, welche im Kraftstoff enthalten
ist, in elektrische Energie umgewandelt werden. Bei einem Hybridkraftfahrzeug
ist es beispielsweise beim Vorhandensein eines dezidierten elektrischen
Generators möglich,
weitgehend unabhängig vom
aktuellen Betriebszustand des Hybridkraftfahrzeugs vom Verbrennungsmotor
erzeugte mechanische Leistung in elektrische Energie umzuwandeln. Dadurch
ist es beispielsweise möglich,
den beispielsweise möglich,
den Verbrennungsmotor besonders häufig in einem besonders kraftstoffeffizienten
Drehzahl- beziehungsweise Drehmomentbereich zu betreiben.
-
Eine
sinnvolle Ausführungsform
kann sich ergeben, wenn die Schaltvorrichtung zumindest zwei Schaltzustände, vorzugsweise
drei oder mehr Schaltzustände
einnehmen kann. Bei den zwei Schaltzuständen (beziehungsweise beim
Vorhandensein einer Mehrzahl von Schaltzuständen bei zweien dieser Schaltzustände) kann
es sich insbesondere um eine geöffnete
Schalterstellung (unendlicher elektrischer Widerstand) sowie um
eine geschlossene Schalterstellung (elektrischer Widerstand im Wesentlichen
gleich Null) handeln. Die genannten Schalterstellungen können sich
insbesondere deshalb als vorteilhaft erweisen, weil dadurch die
entstehenden elektrischen Verluste minimiert werden können. Es
kann sich jedoch auch als sinnvoll erweisen, dass bei zumindest
einem der Schaltzustände
ein elektrischer Widerstand in die Verbindung zwischen Energiespeicher
und Bordnetz eingeschleift wird. Insbesondere kann es sich dabei
um einen dritten, vierten usw. Schaltzustand handeln. Denn bei manchen
Betriebszuständen
kann ein derartiger Vorwiderstand zum Schutz des Energiespeichers
sinnvoll sein. Die Betriebssicherheit des elektrischen Bordnetzsystems
kann damit nochmals erhöht
werden.
-
Sinnvoll
kann es sein, wenn zumindest eine Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
als Lasttesteinrichtung ausgebildet ist und vorzugsweise Lasttestquellen
aufweist. Bei Kenntnis der elektrischen Belastung des Bordnetzes
durch den beziehungsweise die elektrischen Verbraucher kann die Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
beispielsweise über
den an der Schaltvorrichtung auftretenden Spannungsabfall überprüfen, welchen
Betriebszustand die Schaltvorrichtung aktuell einnimmt. Wird beispielsweise
von der Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
ein hoher Spannungs abfall entlang der Schaltvorrichtung ermittelt,
wenn eine beziehungsweise mehrere elektrische Verbraucher eingeschaltet
sind, obwohl die Schaltvorrichtung auf „geschlossen” angesteuert
(geschaltet) ist, so kann davon ausgegangen werden, dass die Schaltvorrichtung
einen Defekt aufweist, beispielsweise in Form von korrodierten Schaltkontaktoberflächen. Der
aktuelle Betriebszustand kann besonders genau ermittelt werden,
wenn das Verbrauchsverhalten der elektrischen Verbraucher besonders
genau bekannt ist. Um die Überprüfungsgenauigkeit
der Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
zu erhöhen
kann dabei eine besondere Lasttestlast vorgesehen werden, die als
alleiniger Verbraucher, oder zusätzlich
zu den aktuell betriebenen Verbrauchern als Last an das Bordnetz
gelegt wird. Sinnvoll ist es dabei selbstverständlich, wenn die Zeitdauer,
in der die Lasttestlast ans Bordnetz angeschlossen ist, so klein
ist, dass sich das Verbrauchsverhalten der gegebenenfalls übrigen ans
Bordnetz angeschlossenen Verbraucher nicht oder nur wenig ändert. Als
Lasttestlast ist insbesondere an einen zuschaltbaren elektrischen
Widerstand gegen Masse, wie beispielsweise den Brems-Chopper eines
elektrischen Umrichters zu denken.
-
Möglich ist
es aber auch, dass zumindest eine Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung als
Einspeisetesteinrichtung ausgebildet ist und vorzugsweise Einspeisetestquellen
aufweist. Auch hierdurch kann der Betriebszustand der Schaltvorrichtung
zuverlässig
ermittelt werden. Ein Einspeisetest kann sich insbesondere dann
anbieten, wenn der Energiespeicher einen nur niedrigen Befüllungsgrad aufweist.
Bei einem derartigen, nur niedrigen Befüllungsgrad des Energiespeichers
könnte
ein Lasttest mangels verfügbarer
elektrischer Energie gegebenenfalls nicht durchgeführt werden.
Möglich
wäre es unter
Umständen
auch, dass der Lasttest bei einem niedrigen Befüllungszustand des Energiespeichers sogar
zu einer Beschädigung
des Energiespeichers führen
könnte.
Bei den Einspeisetestquellen kann es sich be vorzugt um Energiequellen
handeln, deren elektrisches Energieabgabeverhalten möglichst
genau bekannt und/oder möglichst
reproduzierbar ist.
-
Möglich ist
es auch, dass zumindest eine Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung zumindest
eine Messeinrichtung aufweist, die der Gruppe entnommen ist, die
Strommesseinrichtungen, Spannungsmesseinrichtungen, Spannungsdifferenzmesseinrichtungen,
Spannungsverlaufmesseinrichtungen und Stromverlaufmesseinrichtungen
umfasst. Bei der Strommesseinrichtung kann es sich beispielsweise um
eine Messeinrichtung handeln, die den durch die Schaltvorrichtung
fließenden
elektrischen Strom (also den Batteriestrom) misst. Die Messung selbst kann
durch an sich bekannte Verfahren erfolgen. Bei einer Spannungsmesseinrichtung
kann es sich um eine Messeinrichtung handeln, welche die im Bordnetz
vorherrschende Spannung, die am Energiespeicher anliegende Spannung,
die an einem elektrischen Verbraucher und/oder die an einer elektrischen
Energieerzeugungsvorrichtung anliegende Spannung misst. Die derart
ermittelten Spannungen können
auch in der Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
miteinander verglichen werden. Bei einer Spannungsdifferenzmesseinrichtung
kann es sich um eine Messeinrichtung handeln, welche einen Spannungsabfall
beziehungsweise eine Spannungsdifferenz zwischen zwei definierten
Punkten misst. Bei den Punkten kann es sich beispielsweise um die
Eingangs- sowie Ausgangsseite der Schaltvorrichtung handeln. Bei
einer Spannungsverlaufmesseinrichtung kann es sich um eine Messeinrichtung
handeln, welche den zeitlichen Verlauf beziehungsweise die zeitliche
Entwicklung einer an einem bestimmten Punkt anliegenden Spannung
ermittelt. Dementsprechend kann auch ein Stromverlaufsmessmittel
vorgesehen werden, welches den zeitlichen Verlauf eines durch einen
bestimmten Punkt hindurchgehenden elektrischen Stroms ermittelt. Möglich ist
es selbstverständlich
auch, dass beispielsweise in der Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung
mehrere Messwerte unterschiedlicher Messeinrichtungen miteinander
kombiniert werden, um zu einer nochmals verbesserten Aussagegenauigkeit,
beziehungsweise zu einer schnelleren Ermittlung des Betriebszustands
der Schaltvorrichtung zu kommen.
-
Eine
weitere sinnvolle Ausführungsform
des elektrischen Bordnetzsystems kann sich ergeben, wenn das elektrische
Bordnetzsystem zumindest ein zweites Bordnetz aufweist, welches
vorzugsweise eine abweichende Sollspannung aufweist. Beispielsweise
kann das elektrische Bordnetzsystem ein Hochvoltbordnetz mit einer
Bordnetzspannung von 42 Volt beziehungsweise 48 Volt aufweisen,
welches insbesondere für
elektrische Hochleistungsverbraucher geeignet ist. Das zusätzliche,
zweite Bordnetz, kann beispielsweise mit einer Spannung von 12 Volt oder
24 Volt betrieben werden. Dadurch ist es möglich, besonders einfach auf
bereits vorhandene Kraftfahrzeugkomponenten zurückgreifen zu können. Dadurch
kann beispielsweise eine besonders rasche Verbreitung des vorgeschlagenen
elektrischen Bordnetzsystems gefördert
werden. Vorzugsweise ist das Bordnetz mit der Schaltvorrichtung
versehen, welches die höhere
Bordnetzspannung aufweist. Möglich
ist es jedoch auch, dass auch das zweite Bordnetz (beziehungsweise
weitere Bordnetze) mit einer Schaltvorrichtung versehen ist.
-
Vorgeschlagen
wird weiterhin ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridkraftfahrzeug,
welches zumindest ein elektrisches Bordnetzsystem mit dem oben beschriebenen
Aufbau aufweist. Ein entsprechend ausgebildetes Kraftfahrzeug weist
dann die bereits erläuterten
Eigenschaften und Vorteile in analoger Weise auf.
-
Weiterhin
wird vorgeschlagen, ein Verfahren zum Überprüfen des Betriebszustands einer
elektrischen Schaltvorrichtung, die einen elektrischen Energiespeicher
mit einem Kraftfahrzeugbordnetz reversibel verbindet, derart auszubilden,
dass der Betriebszustand der Schaltvorrichtung durch Mes sung des
zeitlichen Verlaufs zumindest einer Spannung, durch Messung des
zeitlichen Verlaufs zumindest eines Stroms, durch Messung des durch
die Schaltvorrichtung fließenden
elektrischen Stroms und/oder durch Messung einer Spannungsdifferenz über die Schaltvorrichtung
hinweg ermittelt wird. Auch das vorgeschlagene Verfahren kann im
Sinne der oben erläuterten
Ausbildungsmöglichkeiten
weiter gebildet werden. Es weist dann die bereits in Zusammenhang mit
dem elektrischen Bordnetzsystem erläuterten Eigenschaften und Vorteile
in analoger Weise auf.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1:
Ein Ausführungsbeispiel
für ein
Hochvoltbordnetz eines Hybridfahrzeugs mit geschlossenem Schütz;
-
2:
unterschiedliche Messkurven der in 1 dargestellten
Hochvoltbordnetzes bei fehlerhaftem Schütz;
-
3:
das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Hochvoltbordnetzes
eines Hybridfahrzeugs mit geschlossenem Schutz;
-
4:
unterschiedliche Messkurven des in 3 dargestellten
Hochvoltbordnetzes bei fehlerhaftem Schütz.
-
1 zeigt
in einem schematischen Schaltplan das elektrische Bordnetzsystem 1 für ein Hybridkraftfahrzeug 15.
Das elektrische Bordnetzsystem 1 weist dabei ein Hochspannungsbordnetz 2 mit
einer Sollspannung von beispielsweise 42 Volt oder 48 Volt, sowie
ein Normalspannungsbordnetz 3 mit einer Sollspannung von
12 Volt auf. Hochspannungsbordnetz 2 und Normalspannungsbordnetz 3 stehen über einen
Spannungswandler 4 elektrisch miteinander in Verbindung.
Je nach aktuellem Betriebszustand von Hochspannungsbordnetz 2 beziehungsweise
Normalspannungsbordnetz 3 ist der Spannungswandler 4 ohne
Funktion (ausgeschaltet), entnimmt aus dem Normalspannungsbordnetz 3 Strom
und setzt diesen auf die höhere
Betriebsspannung des Hochspannungsbordnetzes 2 um oder
entnimmt dem Hochspannungsbordnetz 2 Strom und setzt diesen
auf das niedrigere Spannungsniveau des Normalspannungsbordnetzes 3 um.
Beim nur schematisch eingezeichneten Spannungswandler 4 können ein
(oder mehrere) Unterbrechungsschalter 5 vorgesehen werden, um
das Hochspannungsbordnetz 2 und das Normalspannungsbordnetz 3 sicher
elektrisch voneinander trennen zu können. Der, beziehungsweise
die Unterbrechungsschalter 5 können selbstverständlich auch als
elektronische Schalter, wie beispielsweise als Transistoren, Thyristoren,
Triacs oder dergleichen ausgeführt
sein.
-
Das
Normalspannungsbordnetz 3 ist vorliegend nur schematisch
dargestellt. Im Zusammenhang mit dem Normalspannungsbordnetz 3 können beispielsweise
eine Lichtmaschine, ein Anlasser, eine Fahrzeugelektronik, beleuchtungstechnische Einrichtungen,
elektrische Heizkörper,
Zündsysteme, Kraftstoffeinspritzsysteme,
Ventilatoren und eine Fahrzeugbatterie vorgesehen sein.
-
Das
in 1 dargestellte Hochvoltbordnetz 2 weist
eine Hochvoltbatterieeinheit 6 auf, in welcher als integrale
Einheit eine Hochvoltbatterie 7 und ein elektrisches Schütz 8 ausgebildet
sind. Das elektrische Schütz 8 weist
drei unterschiedliche Unterbrecherschalter 9a, 9b, 9c auf,
welche in drei unterschiedliche Leitungszweige 10a, 10b, 10c eingeschleift
sind. Der Leitungzweig 10c entspricht der Masseleitung.
Die Hochvoltbatterie 7 kann also über die Unterbrecherschalter 9a, 9b, 9c des
elektrischen Schützes 8 elektrisch
potentialfrei vom übrigen
Bordnetzsystem 1 getrennt werden. Der Leitungszweig 10a entspricht
dem Spannungspol (Pluspol) der Hochvoltbatterie 7. Zusätzlich ist
noch ein Leitungszweig 10b vorgesehen, in dem ein Vorwiderstand 11 eingeschleift
ist. Bei einem sehr niedrigen Ladezustand der Hochvoltbatterie 7 kann
dieser Leitungszweig 10b mit Vorwiderstand 11 gewählt werden,
um einen übermäßigen Ladestrom,
der die Hochvoltbatterie 7 beschädigen könnte, zu vermeiden.
-
Im
Hochvoltbordnetz 2 ist darüber hinaus ein elektrischer
Fahrmotor 12 vorgesehen, mit dem das Hybridkraftfahrzeug 15 zumindest
zum Teil angetrieben werden kann. Dazu entnimmt der Fahrmotor 12 dem
Hochvoltbordnetz 2 eine entsprechende elektrische Leistung.
Wird das Hybridfahrzeug 15 verzögert, so wird der Fahrmotor 12 als
elektrischer Generator betrieben. Dadurch wird die kinetische Energie des
Hybridfahrzeugs 15 in elektrische Energie umgewandelt,
die in der Hochvoltbatterieeinheit 6 zwischengespeichert
werden kann (Rekuperationsbetrieb). Die dort gespeicherte elektrische
Energie kann beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden,
um das Hybridfahrzeug 15 erneut zu beschleunigen.
-
Weiterhin
ist im Hochvoltbordnetz 2 ein Generator 13 vorgesehen.
Der elektrische Generator 13 steht beispielsweise mit der
Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (vorliegend nicht dargestellt)
mechanisch in Verbindung. Wird das Hybridfahrzeug 15 beispielsweise
mit Hilfe des Verbrennungsmotors mit konstanter Fahrgeschwindigkeit
bewegt, so steht üblicherweise
ungenutzte mechanische Antriebsleistung des Verbrennungsmotors zur
Verfügung.
Diese ungenutzte mechanische Antriebsleistung des Verbrennungsmotors
kann mit Hilfe des Generators 13 in elektrische Energie
umgewandelt werden, und in der Hochvoltbatterieeinheit 6 zwischengespeichert
werden. Dadurch ist es möglich,
den Verbrennungsmotor in einem besonders energieeffizienten Drehzahl-
und Drehmomentbereich zu betreiben, sodass das Hybridfahrzeug 15 über einen
längeren
Zeitraum hinweg gesehen weniger Kraftstoff benötigt.
-
Schließlich ist
im Hochvoltbordnetz 2 des elektrischen Bordnetz 1 noch
ein Testwiderstand 14 zu erkennen, mit dem das Hochvoltbordnetz 2 (und bei
einer entsprechenden Schalterstellung der Unterbrecherschalter 9a, 9b, 9c des
elektrischen Schützes 8 auch
die Hochvoltbatterie 7) mit einer definierten elektrischen
Last belastet werden kann. Zusätzlich oder
alternativ können
selbstverständlich
auch der Fahrmotor 12 und/oder der Spannungswandler 4 (gegebenenfalls
auch weitere elektrische Verbraucher) als elektrische Last dienen.
-
Wie
in 1 dargestellt ist, sind beim Hochvoltbordnetz 2 unterschiedliche
Messpunkte 16, 17, 18, 19 vorgesehen.
Der Messpunkt U0 (18) entspricht dem
elektrischen Spannungsniveau des Masseleitungszweigs 10c der
Hochvoltbatterieeinheit 6. Der Messanschluss U1 (16)
entspricht dem Spannungsniveau des Pluspols der Hochvoltbatterie 7.
Der Messanschluss U2 (17) entspricht
dem Spannungsniveau der im Hochvoltbordnetz 2 angeschlossenen
elektrischen Verbraucher 4, 12, 14 beziehungsweise
elektrischen Energiequellen 4, 12, 13.
Weiterhin ist noch ein Messpunkt I1 (19)
vorgesehen, mit dem der Hochvoltbatteriestrom erfasst werden kann,
also der Strom, mit dem die Hochvoltbatterieeinheit 6 geladen beziehungsweise
entladen wird. Die Messwerte können
einer vorliegend nur schematisch dargestellten elektronischen Steuerschaltung 20 zugeführt werden,
die den Betriebszustand des Hochvoltbordnetzes 2 überwacht.
Insbesondere kann die Steuerschaltung 20 auch die Unterbrecherschalter 9a, 9b, 9c sowie
den Spannungswandler 4 ansteuern.
-
Bei
geöffnetem
elektrischem Schütz 8 der Hochvoltbatterieeinheit 6 (1)
können
sich unterschiedliche Messergebnisse einstellen, die jeweils auf
einen Defekt des elektrischen Schützes 8 hinweisen.
Ein solcher Defekt könnte
beispielsweise darin liegen, dass eine (oder mehrere) Unterbrechungs schalter 9a, 9b, 9c nicht
geschlossen sind, beziehungsweise die Kontaktflächen der entsprechenden Schalter 9a, 9b, 9c Kontaktschwierigkeiten
aufweisen (beispielsweise weil sie verzundert sind). Eine Auswahl
von Messergebnissen, die auf einen derartigen Fehler hinweisen,
ist in 2 (Teilfiguren 2a, 2b, 2c, 2d)
dargestellt. In 2 ist jeweils längs der Abszisse 21 die
Zeit t und längs
der Ordinate 22 der Messwert einer der Messpunkte 16, 17, 18, 19 dargestellt.
-
Wenn
beispielsweise bei geschlossenem elektrischem Schütz 8 (Unterbrechungsschalter 9a, 9c,
gegebenenfalls auch 9b sind geschlossen) die Spannung der
Hochvoltbatterie 7, U1 (16)
und die an den elektrischen Verbrauchern beziehungsweise Energieversorgungsvorrichtungen 4, 12, 13, 14 anliegende
Spannung U2 (17) stark von einander
abweicht (2a) so deutet dies auf einen
Defekt des elektrischen Schützes 8 hin.
-
Ebenfalls
deutet es auf einen Defekt des elektrischen Schützes 8 hin, wenn bei
geschlossenem elektrischen Schütz 8 der
Batteriestrom I1 (19) auf einem
niedrigen Niveau verharrt, obwohl zu diesem Zeitpunkt elektrische
Verbraucher 4, 12, 14, beziehungsweise
elektrische Energieversorgungseinheiten 4, 12, 13 eingeschaltet
sind. Es wird darauf hingewiesen, der Batteriestrom I1 (19)
vorzeichenbehaftet ist (Laden/Entladen der Hochvoltbatterieeinheit 6).
-
Ein
weiteres Signal ist 2c dargestellt. Auch
hier deutet es auf einen Defekt des elektrischen Schützes 8 hin,
wenn trotz geschlossenem elektrischen Schütz 8 die Hochvoltbatteriespannung
U1 (16) und die Hochvoltbordnetzausgangsspannung
U2 (17) stark von einander abzuweichen
beginnen, wenn zu einem Schaltzeitpunkt t0 (23)
ein oder mehrere elektrische Verbraucher 4, 12, 14 eingeschaltet werden.
-
In 2d ist dargestellt, wie sich ein defekter elektrischer
Schütz 8 bei
geschlossenem elektrischen Schütz 8 auswirken
kann, wenn zu einem Schaltzeitpunkt t0 (23)
ein oder mehrere Energieversorgungseinrichtungen 4, 12, 13 eingeschaltet
werden. Trotz geschlossenem elektrischen Schütz 8 kann es dann
zu einem Anwachsen der Hochvoltbordnetzspannung U2 (17)
im Verhältnis
zur Hochvoltbatteriespannung U1 (16)
kommen.
-
In 3 ist
das bereits in 1 dargestellte elektrische Bordnetzsystems 1 eines
Hybridfahrzeugs 15 dargestellt. Abweichend vom in 1 dargestellten
elektrischen Bordnetzsystem 1 ist beim in 3 dargestellten
elektrischen Bordnetzsystem 1 der elektrische Schütz 8 der
Hochvoltbatterieeinheit 6 geöffnet. Dazu sind die Unterbrechungsschalter 9a, 9b, 9c des
elektrischen Schützes 8 jeweils
in die Unterbrechungsschaltstellung gebracht worden.
-
Wenn
beispielsweise aufgrund eines Schaltvorgangs des elektrischen Schützes 8 unter
Last dessen elektrische Kontakte miteinander verklebt sind, so kann
es trotz geöffnetem
Schütz 8 zu
einer zumindest teilweisen elektrischen Verbindung zwischen der
Hochvoltbatterieeinheit 6 und den übrigen Komponenten 4, 12, 13, 14 des
Hochvoltbordnetzes 2 kommen. Infolgedessen ergeben sich
insbesondere an den Messpunkten 16, 17, 18, 19 typische Strom-
beziehungsweise Spannungskurven, die auf einen Defekt des elektrischen
Schützes 8 hinweisen. Eine
Auswahl derartiger Strom- beziehungsweise Spannungskurven, die auf
einen elektrischen Defekt des Schützes 8 hinweisen,
ist in 4 dargestellt. In den Teilfiguren 4a, 4b, 4c, 4d der 4 sind
dabei jeweils einzelne Messwerte dargestellt. Längs der Abszisse 21 ist
jeweils der Zeitverlauf t, längs
der Ordinate 22 jeweils die Größe des entsprechenden Messpunktes 16, 17, 18, 19 dargestellt.
-
Wenn
beispielsweise, wie in 4a dargestellt,
trotz geöffnetem
Schütz 8 unabhängig von
der Belastung des Hochvoltbordnetzes 2 mit elektrischen Verbrauchern 4, 12, 14 beziehungsweise
elektrischen Versorgungseinrichtungen 4, 12, 13 die
Hochvoltbatteriespannung U1 (16)
und die Hochvoltbordnetzausgangsspannung U2 (17)
im Wesentlichen gleich bleiben, so deutet dies auf einen elektrischen Schütz 8 hin,
der nicht mehr (vollständig) öffnen kann.
-
Ein
Fehler des elektrischen Schützes 8 wird auch
dadurch angezeigt, dass trotz geöffnetem Schütz 8 ein
Batteriestrom I1 (19) von signifikanter Größe verbleibt,
so wie dies in 4b dargestellt ist.
-
Ein
Fehler des elektrischen Schützes 8 liegt in
aller Regel ebenfalls dann vor, wenn die Hochvoltbatteriespannung
U1 (16) und die Hochvoltbordnetzausgangsspannung
U2 (17) auf einem gleichartigen Niveau
verbleiben (siehe 4c oder 4d), obwohl zu einem Schaltzeitpunkt t0 (23) ein elektrischer Verbraucher 4, 12, 14 im
Hochvoltbordnetz 2 eingeschaltet wird, beziehungsweise
eine elektrische Energieversorgungsvorrichtung 4, 12, 13 im
elektrischen Hochvoltbordnetz 2 eingeschaltet wird.