DE102020005248A1

DE102020005248A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems

Info

Publication number: DE102020005248A1
Application number: DE102020005248.7A
Authority: DE
Inventors: Heiko Witzenhausen; Peter Maier
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2020-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems (100), wobei das Energiespeichersystem (100) wenigstens umfasst einen ersten Batteriestrang (10) und einen zweiten Batteriestrang (20).Zum Abschalten des Hochvolt-Energiespeichersystems (100) im Fehlerfall werden wenigstens die Schritte durchgeführt: Detektieren eines Überstroms in einem Hochvolt-Hauptpfad (30, 32); Warten für ein vorgegebenes erstes Zeitintervall (T1), ob eine erste Sicherung (14) und/oder eine zweite Sicherung (24) auslöst; im Fall, dass keine der Sicherungen (14, 24) auslöst, Trennen des ersten Batteriestrangs (10) durch wenigstens ein Schütz (16, 18); Warten für ein vorgegebenes zweites Zeitintervall (T2), ob die zweite Sicherung (24) auslöst; im Fall, dass die zweite Sicherung (24) nicht auslöst, Trennen des zweiten Batteriestrangs (20) durch wenigstens ein Schütz (26, 28).Die Erfindung betrifft ferner ein Hochvolt-Energiespeichersystem (100) sowie ein Fahrzeug mit einem Hochvolt-Energiespeichersystem (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, sowie Hochvolt-Energiespeichersystem, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, für ein solches Verfahren und ein Fahrzeug mit einem solchen Hochvolt-Energ iespeichersystem.
Um eine Batterie eines Hochvolt-Energiespeichersystems mit hohen Strömen zu laden, werden möglichst träge Schmelzsicherungen mit hohem Nennstrom verwendet. Ein im Fehlerfall möglicherweise auftretender Kurzschlussstrom während des Ladevorgangs muss jedoch aus Sicherheitsgründen getrennt sein, bevor das in der entsprechenden DC-Ladenorm vorgegebene Schmelzintegral erreicht ist.
Das Grenzlastintegral, auch als Schmelzintegral und als i²t Wert bezeichnet, wobei i einen Stromwert und t eine Zeitdauer der Wirkung des Stroms angibt, ist ein Kriterium für die impulsförmige Kurzzeitüberlastbarkeit verschiedener elektrischer oder elektronischer Bauelemente wie beispielsweise eines Halbleiterbauelements oder
einer Schmelzsicherung. Bei einer Schmelzsicherung wird die impulsartige Überlastung bewusst als Sicherungsfunktion eingesetzt und durch das Schmelzintegral die Auslösecharakteristik der Sicherung beschrieben.
Um einen auftretenden Kurzschlussstrom im Fehlerfall rechtzeitig zu trennen, müsste eigentlich eine flinke Schmelzsicherung verwendet werden, die jedoch bei hohen Ladeströmen eine eingeschränkte Lebensdauer aufweist.
In den am Markt verfügbaren Produkten werden unterschiedliche Lösungsansätze angewendet, um dieses Problem zu umgehen. Meist wird das Potential zur maximalen Ladestromstärke nicht ausgenutzt und es wird eine flinke Sicherung mit niedrigem Nennstrom gewählt. Um trotz flinker Sicherung hohe Ladeströme zuzulassen, kann dann die Sicherung in einem von außen zugängigen Gehäuse verbaut werden. Die Sicherung kann dann aufgrund eingeschränkter Lebensdauer (thermische Zyklen durch Schnellladung führen zu einer Degradation der Sicherung) ein- oder mehrfach im Fahrzeugleben getauscht werden. Eine andere Maßnahme wäre die Einschränkung der Ladeleistung nach einer gewissen Anzahl thermischer Zyklen. Um die Sicherung zu schonen, würde ein Fahrzeug dann zum Beispiel in der zweiten Lebenshälfte nur noch mit verringerter Stromstärke geladen werden. Alternativ können Schütze mit deutlich höherer Trennfähigkeit verbaut werden. Diese Schütze sind jedoch deutlich größer, schwerer und erheblich teurer als notwendig. Außerdem muss dann, um die Anforderungen der DC-Ladenorm zu erfüllen, extrem schnell auf einen gemessenen Überstrom reagiert werden, was zu einer Reduktion der Robustheit des Systems führt. Eine weitere Möglichkeit ist der Verbau eines pyrotechnischen Trennelements mit entsprechender Trennfähigkeit. Auch für diese Reaktion muss sehr schnell auf einen Überstrom reagiert werden.
Die DE 102018003892 A1 offenbart eine Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer einen elektrischen Pluspol als ersten Pol und einen elektrischen Minuspol als zweiten Pol aufweisenden Hochvolt-Batterie, mit einem mit einem der Pole verbundenen ersten Hochvoltpfad, in welchem wenigstens eine Sicherung zum Unterbrechen des ersten Hochvoltpfads angeordnet ist, und mit einem mit dem anderen Pol verbundenen zweiten Hochvoltpfad, in welchem wenigstens ein pyrotechnisches Trennelement zum Unterbrechen des zweiten Hochvoltpfads angeordnet ist, wobei Zündkontakte des Trennelements, welches über die Zündkontakte elektrisch auslösbar ist, parallel zu der als Schmelzsicherung ausgebildeten Sicherung geschaltet sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs anzugeben, welches ein schnelles Abschalten des Hochvolt-Energiespeichersystems im Fehlerfall, insbesondere bei einem Überstrom ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Hochvolt-Energiespeichersystem für ein solches Verfahren anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Fahrzeug mit einem solchen Hochvolt-Energiespeichersystem anzugeben.
Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, vorgeschlagen, wobei das Energiespeichersystem wenigstens umfasst einen ersten Batteriestrang mit einer ersten Batterie in einem ersten Hochvoltpfad, 13, wobei in dem ersten Hochvoltpfad eine erste Sicherung, und wenigstens ein erstes Schütz mit der ersten Batterie in Reihe geschaltet sind; und einen zweiten Batteriestrang mit einer zweiten Batterie in einem zweiten Hochvoltpfad, wobei in dem zweiten Hochvoltpfad eine zweite Sicherung, und wenigstens ein zweites Schütz mit der zweiten Batterie in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der zweite Batteriestrang mit dem ersten Batteriestrang parallel geschaltet. Zum Abschalten des Hochvolt-Energiespeichersystems im Fehlerfall werden wenigstens die Schritte durchgeführt: Detektieren eines Überstroms in einem Hochvolt-Hauptpfad; Warten für ein vorgegebenes erstes Zeitintervall, ob die erste Sicherung und/oder die zweite Sicherung auslöst; im Fall, dass keine der Sicherungen auslöst, Trennen des ersten Batteriestrangs durch das wenigstens eine Schütz; Warten für ein vorgegebenes zweites Zeitintervall, ob die zweite Sicherung auslöst; im Fall, dass die zweite Sicherung nicht auslöst, Trennen des zweiten Batteriestrangs durch das wenigstens eine Schütz.
Erfindungsgemäß ist eine Aufteilung des Hochvolt-Energiespeichersystems auf mindestens zwei parallel geschaltete Batteriestränge vorgesehen. Damit teilen sich sowohl die Betriebsströme als auch die Fehlerströme im Kurzschlussfall nahezu gleichmäßig auf alle Batteriestränge auf. Die zu verwendenden Querschnitte der stromführenden Teile und die Nennströme der Trennelemente, wie Schütze und Sicherungen, können daher deutlich geringer ausfallen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine kaskadierte Reaktion auf ein Überstromereignis vor. Unter Überstrom wird ein Stromwert bezeichnet, der eine festgelegte Stromstärke für eine vorgegebene Zeitdauer überschreitet. Üblicherweise reagieren alle Batteriestränge nahezu gleichzeitig auf einen Überstrom. Bei sehr hohen Kurzschlussströmen trennt die Sicherung, welche üblicherweise eine Schmelzsicherung darstellt, bei geringeren Überströmen werden die Schütze geöffnet. Bei einem außen anliegenden Kurzschlusswiderstand zum Beispiel an einer DC-Ladestation reagiert aufgrund der Bauteil-Toleranzen der Schütze immer einer der Batteriestränge vor der dem anderen Batteriestrang, wenn auch mit einem sehr geringen Zeitversatz. Für den Fall zweier Batteriestränge, halbiert sich der Kurzschlussstrom dadurch jedoch nicht, da die beiden Batteriestränge sich nicht wie ideale Stromquellen, sondern eher wie Spannungsquellen mit einem Innenwiderstand verhalten. Im später trennenden Batteriestrang steigt damit der Strom sprunghaft an, sobald die Schütze des ersten Batteriestrangs geöffnet wurden. Dieser Umstand kann verwendet werden, um die Ersatz-Schmelzsicherungskennlinie des gesamten Hochvolt-Energiespeichersystems im Kurzschlussfall aktiv umzuschalten. Die Ersatz-Sicherungskennlinie, welche die Summenkennlinie der beiden Sicherungen darstellt, ist im Falle des komplett zugeschalteten Mehrstrangsystems ungefähr viermal so träge wie die eines einzelnen Batteriestrangs, da der Strom sich paritätisch aufteilt und die Auslösezeit einer Schmelzsicherung nahezu quadratisch. Um nun die Ersatzkennlinie aktiv umzuschalten, wird im Falle eines detektierten Überstromes einer der beiden Batteriestränge sehr schnell geöffnet. Der Strom kommutiert auf den zweiten Batteriestrang und das Gesamtsystem reagiert sehr viel schneller auf den Kurzschluss.
Diesen Überlegungen liegen beispielsweise folgende Annahmen zugrunde. Der Gesamtstrom des Hochvolt-Energiespeichersystems teilt sich auf die beiden Batteriestränge jeweils zur Hälfte auf. Die Sicherungen in den beiden Batteriesträngen können bei sehr hohen Strömen, beispielsweise einem Gesamtstrom größer als 6000 A, einen Kurzschluss schnell genug trennen können, beispielsweise in einem Zeitintervall kleiner als 100 msec. Jeder Batteriestrang kann durch ein Schütz bei einem mittleren Stromwert, beispielsweise bei maximal 3000 A getrennt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren soll eine ausreichend schnelle Trennung im Kurzschlussfall zwischen beispielsweise 1000 A und 6000 A ermöglichen. Der Kurzschlussstrom sinkt beim Trennen eines Batteriestrangs um einen bestimmten Wert, beispielsweise um 1000 A.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft mit diesen Annahmen wie folgt ab. Es wird ein Überstrom in dem Hochvolt-Energiespeichersystem detektiert, dessen genaue Höhe nicht bekannt ist. Daraufhin wird beispielsweise für ein Zeitintervall von 100 msec gewartet, ob die beiden Sicherungen trennen, was bei einem Gesamt-Stromwert größer 6000 A erfolgen würde. Falls das nicht der Fall ist, wird der erste Batteriestrang über die Schütze geöffnet, was erlaubt ist, da der Gesamtstrom dann offensichtlich kleiner als 6000 A und damit der Strom pro Batteriestrang kleiner als 3000 A ist. Damit steigt jetzt der Strom durch den zweiten Batteriestrang auf beispielsweise 6000 A - 1000 A = 5000 A. Daraufhin wird beispielsweise für ein weiteres, dieses Mal kleineres Zeitintervall von 50 msec gewartet, ob im zweiten Batteriestrang die Sicherung auslöst, um den Strom zu trennen. In dem Beispiel beträgt das erste Zeitintervall 100ms. Der Strom steigt im zweiten Batteriestrang nach Trennen des ersten Batteriestrangs jedoch an. Deswegen muss das weitere Zeitintervall nicht so groß sein wie das erste Zeitintervall.
Die Sicherung im zweiten Batteriestrang würde beispielsweise auslösen, wenn der Stromwert größer 3000 A wäre. Falls das nicht der Fall ist, wird der zweite Batteriestrang mit den Schützen getrennt, da der Stromwert offensichtlich kleiner als 3000 A beträgt.
Vorteilhaft kann, wenn aus anderen Gründen, z.B. Redundanz, sowieso ein Mehrstrangsystem vorliegt, auf diese Weise nicht nur sehr viel schneller auf einen Kurzschluss reagiert werden, ohne Einbußen bei der Ladestromstärke hinnehmen zu müssen. Es werden dafür auch keine zusätzlichen teuren und komplexen Komponenten benötigt. Außerdem ist das vorgeschlagene Verfahren besonders robust gegenüber fälschlicherweise erkannter Kurzschlüsse. Wird zum Beispiel aufgrund eines Sensorfehlers auf einen vermeintlichen Überstrom reagiert, obwohl kein Kurzschluss vorliegt, wird lediglich für einen kurzen Moment einer der beiden Batteriestränge deaktiviert. Folgt auf diese Erstreaktion kein Auslösen der Schmelzsicherung, kann die Fehlerkennung korrigiert werden. Der Batteriestrang wird einfach wieder zugeschaltet, ohne dass der Fehler von außen wahrnehmbar gewesen wäre.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die weiteren Schritte ausgeführt werden: im Fall, dass entweder die erste Sicherung oder die zweite Sicherung auslöst, Warten für ein vorgegebenes zweites Zeitintervall, ob die entsprechende Sicherung des jeweils anderen Batteriestrangs auslöst; im Fall, dass die entsprechende Sicherung des jeweils anderen Batteriestrangs nicht auslöst, Trennen des zweiten Batteriestrangs durch das wenigstens eine Schütz. Vorteilhaft kann so bei Vorliegen eines Stromwertes unterhalb eines unteren Grenzwerts der andere Batteriestrang reversibel über das Schütz getrennt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das zweite Zeitintervall wenigstens einer Zeitdauer des 0,5-fachen des ersten Zeitintervalls entsprechen. Insbesondere kann das zweite Zeitintervall wenigstens einer Zeitdauer des 0,25-fachen des ersten Zeitintervalls entsprechen. Dabei wird berücksichtigt, dass die Ersatz-Sicherungskennlinie ist im Falle des komplett zugeschalteten Mehrstrangsystems ungefähr viermal so träge ist wie die eines einzelnen Batteriestrangs, da der Strom sich paritätisch aufteilt und die Auslösezeit einer Schmelzsicherung nahezu quadratisch.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die weiteren Schritte ausgeführt werden: im Fall, dass nach Trennen eines Batteriestrangs und Warten für das vorgegebene zweite Zeitintervall kein Auslösen der Sicherung des jeweils anderen Batteriestrangs erfolgt und auch kein Überstrom mehr erkannt wird, Zuschalten des getrennten Batteriestrangs und Korrektur der Fehleranzeige. Wird zum Beispiel aufgrund eines Sensorfehlers auf einen vermeintlichen Überstrom reagiert, obwohl kein Kurzschluss vorliegt, wird lediglich für einen kurzen Moment einer der beiden Batteriestränge deaktiviert. Folgt auf diese Erstreaktion kein Auslösen der Schmelzsicherung, kann die Fehlerkennung korrigiert werden. Der Batteriestrang wird einfach wieder zugeschaltet, ohne dass der Fehler von außen wahrnehmbar gewesen wäre. In diesem Fall lag offensichtlich kein Kurzschluss vor, was auf einen möglichen Sensorfehler hindeuten würde.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können bei einer Stromstärke größer einem oberen Grenzwert die Batteriestränge durch eine Sicherung im jeweiligen Hochvoltpfad getrennt werden. Dabei können vorteilhaft auf Grund des hohen Stromwertes beide Sicherungen ausgelöst werden.
Im obigen Beispiel würde die Trennung durch die Sicherungen bei einem Gesamt-Strom von größer als 6000 A erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können bei einer Stromstärke zwischen dem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert die Batteriestränge durch ein Schütz in einem der Hochvoltpfade und eine Sicherung im anderen der Hochvoltpfade getrennt werden. Ist ein Batteriestrang durch ein Schütz getrennt, steigt der Strom im anderen Batteriestrang an, sodass in diesem Batteriestrang die Sicherung anspricht.
Im obigen Beispiel würde bei Stromwerten zwischen beispielsweise 4000 A und 6000 A der erste Batteriestrang durch die Schütze getrennt und daraufhin der zweite Batteriestrang durch die Sicherung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können unterhalb einem unteren Grenzwert die Batteriestränge durch ein Schütz in einem der Hochvoltpfade und ein Schütz im anderen der Hochvoltpfade getrennt werden. Bei einer Trennung des ersten Batteriestrangs durch ein Schütz sinkt der Strom in diesem Fall auf einen niedrigeren Wert, sodass auch der zweite Strang durch das Schütz getrennt werden kann.
Im obigen Beispiel würden bei Strömen unterhalb 4000 A der erste Batteriestrang durch die Schütze und anschließend der zweite Batteriestrang ebenfalls durch die Schütze getrennt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Hochvolt-Energiespeichersystem, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, für ein Verfahren wie oben beschrieben vorgeschlagen. Das Energiespeichersystem umfasst wenigstens einen ersten Batteriestrang mit einer ersten Batterie in einem ersten Hochvoltpfad, wobei in dem ersten Hochvoltpfad eine erste Sicherung, und wenigstens ein Schütz mit der ersten Batterie in Reihe geschaltet sind; und einen zweiten Batteriestrang mit einer zweiten Batterie in einem zweiten Hochvoltpfad, wobei in dem zweiten Hochvoltpfad eine zweite Sicherung, und wenigstens ein Schütz mit der zweiten Batterie in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der zweite Batteriestrang mit dem ersten Batteriestrang parallel geschaltet.
Vorteilhaft kann bei einem parallel geschalteten Hochvolt-Energiespeichersystem mit zwei Batteriesträngen nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, nicht nur sehr viel schneller auf einen Kurzschluss reagiert werden, ohne Einbußen bei der Ladestromstärke hinnehmen zu müssen. Es werden dafür auch keine zusätzlichen teuren und komplexen Komponenten benötigt. Besonders vorteilhaft kommt dies zum Tragen, wenn aus anderen Gründen, z.B. Redundanz, sowieso ein Mehrstrangsystem vorliegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Hochvolt-Energiespeichersystems kann der erste Hochvoltpfad an beiden Polen der ersten Batterie jeweils ein Schütz aufweisen, und der zweite Hochvoltpfad kann an beiden Polen der zweiten Batterie jeweils ein Schütz aufweisen. Auf diese Weise kann eine besonders günstige Trennung der Batteriestränge im Fehlerfall beidpolig erfolgen. Damit kann einer erhöhten Sicherheitsanforderung Rechnung getragen werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem Hochvolt-Energiespeichersystem wie oben beschrieben vorgeschlagen. Ein solches Fahrzeug kann vorteilhaft alle erforderlichen Sicherheitsanforderungen erfüllen, da dessen Hochvolt-Energiespeichersystem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders schnell und effizient im Kurzschlussfall stromlos geschaltet werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:

1 eine Systemübersicht eines Hochvolt-Energiespeichersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine Systemübersicht eines Hochvolt-Energiespeichersystems 100, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Hochvolt-Energiespeichersystem 100 umfasst einen ersten Batteriestrang 10 mit einer ersten Batterie 11 in einem ersten Hochvoltpfad 12, 13, wobei in dem ersten Hochvoltpfad 12, 13 eine erste Sicherung 14, und zwei Schütze 16, 18 mit der ersten Batterie 11 in Reihe geschaltet sind; sowie einen zweiten Batteriestrang 20 mit einer zweiten Batterie 21 in einem zweiten Hochvoltpfad 22, 23, wobei in dem zweiten Hochvoltpfad 22, 23 eine zweite Sicherung 24, und zwei Schütze 26, 28 mit der zweiten Batterie 21 in Reihe geschaltet sind. Der zweite Batteriestrang 20 ist mit dem ersten Batteriestrang 10 parallel geschaltet. Der erste Hochvoltpfad 12, 13 weist an beiden Polen der ersten Batterie 11 jeweils ein Schütz 16, 18 auf, und der zweite Hochvoltpfad 22, 23 weist an beiden Polen der zweiten Batterie 21 jeweils ein Schütz 26, 28 auf, sodass die Batterien 11, 21 jeweils beidpolig getrennt werden können.
Die beiden Batteriestränge 10, 20 sind an den Verbindungspunkten 34, 36 parallel verschaltet, sodass jeweils ein Hochvolt-Hauptpfad 30, 32 von diesen Verbindungspunkten 34, 36 zu den Anschlüssen 42, 44 führen, über welche der Gesamt-Strom des Hochvolt-Energiespeichersystems 100 fließt.
In 1 ist das Hochvolt-Energiespeichersystem 100 über die Anschlüsse 42, 44 an eine DC-Ladestation 40 angeschlossen.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung auf einen Kurzschluss als Fehlerfall Bezug genommen wird, ist damit beispielsweise ein durch die DC-Ladestation 40 verursachter Kurzschluss gemeint.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Hochvolt-Energiespeichersystems 100, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, werden zum Abschalten des Hochvolt-Energiespeichersystems 100 im Fehlerfall, insbesondere im Fall eines Kurzschlusses, wenigstens die Schritte durchgeführt, welche in dem in 2 dargestellten Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben des Hochvolt-Energiespeichersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgeführt sind.
In Schritt S100 wird ein Überstrom in dem Hochvolt-Hauptpfad 30, 32 detektiert.
Daraufhin wird in Schritt S102 für ein vorgegebenes erstes Zeitintervall T1, beispielsweise 100 msec in dem obigen Beispiel, gewartet, ob die erste Sicherung 14 und/oder die zweite Sicherung 24 auslöst.
Im Fall, dass keine der Sicherungen 14, 24 auslöst, wird in Schritt S104 der erste Batteriestrang 10 durch wenigstens ein Schütz 16, 18 getrennt.
Danach wird in Schritt S106 für ein vorgegebenes zweites Zeitintervall T2, beispielsweise 50 msec im obigen Beispiel, gewartet, ob die zweite Sicherung 24 auslöst.
Falls die Sicherung 24 in Schritt S106 auslöst, wird das Verfahren in Schritt S110 beendet.
Im Fall, dass die zweite Sicherung 24 in Schritt S106 nicht auslöst, wird in Schritt S108 der zweite Batteriestrang 20 durch wenigstens ein Schütz 26, 28 getrennt und in Schritt S110 das Verfahren beendet.
Im Fall, dass in Schritt S102 entweder die erste Sicherung 14 oder die zweite Sicherung 24 auslöst, wird in Schritt S112 geprüft, ob nur eine der beiden Sicherungen 14, 24 ausgelöst hat oder ob beide Sicherungen 14, 24 ausgelöst haben.
Hat nur eine der beiden Sicherungen 14, 24 ausgelöst, wird gleich in Schritt S106 für das vorgegebene zweite Zeitintervall T2 gewartet, ob die entsprechende Sicherung 24, 14 des jeweils anderen Batteriestrangs 20, 10 auslöst.
Haben beide Sicherungen 14, 24 ausgelöst, wird das Verfahren in Schritt S110 beendet.
Im Fall, dass die entsprechende Sicherung 24, 14 des jeweils anderen Batteriestrangs 20, 10 in Schritt S106 nicht auslöst, wird in Schritt S108 der zweite Batteriestrang 20 durch wenigstens ein Schütz 26, 28 getrennt.
In Schritt S110 wird das Verfahren beendet.
Im Fall, dass nach Trennen eines Batteriestrangs 10, 20 und Warten für das vorgegebene zweite Zeitintervall T2 in Schritt S106 kein Auslösen der Sicherung 24, 14 des jeweils anderen Batteriestrangs 20, 10 erfolgt und auch kein Überstrom mehr erkannt wird, kann der getrennte Batteriestrang 10, 20 wieder zugeschaltet und eine Korrektur der Fehleranzeige vorgenommen werden. In diesem Fall lag offensichtlich kein Kurzschluss vor, was auf einen möglichen Sensorfehler hindeuten würde.
Das zweite Zeitintervall T2 kann dabei wenigstens einer Zeitdauer des 0,5-fachen des ersten Zeitintervalls T1 entsprechen. Insbesondere kann dabei das zweite Zeitintervall T2 wenigstens einer Zeitdauer des 0,25-fachen des ersten Zeitintervalls T1 entsprechen.
Bei einer Stromstärke größer einem oberen Grenzwert I2 können die Batteriestränge 10, 20 durch eine Sicherung 14, 24 im jeweiligen Hochvoltpfad 12, 13; 22, 23 getrennt werden.
Bei einer Stromstärke zwischen dem oberen Grenzwert I2 und einem unteren Grenzwert I1 können die Batteriestränge 10, 20 durch ein Schütz 14, 24 in einem der Hochvoltpfade 12, 13; 22, 23 und eine Sicherung 14, 24 im anderen der Hochvoltpfade 12, 13; 22, 23 getrennt werden.
Unterhalb einem unteren Grenzwert I1 können die Batteriestränge 10, 20 durch ein Schütz 14, 24 in einem der Hochvoltpfade 12, 13; 22, 23 und ein Schütz 16, 18, 26, 28 im anderen der Hochvoltpfade 12, 13; 22, 23 getrennt werden.
Bezugszeichenliste

10: erster Batteriestrang
11: erste Batterie
12: erster Hochvoltpfad
13: erster Hochvoltpfad
14: Sicherung
16: Schütz
18: Schütz
20: zweiter Batteriestrang
21: zweite Batterie
22: zweiter Hochvoltpfad
23: zweiter Hochvoltpfad
24: Sicherung
26: Schütz
28: Schütz
30: Hochvolt-Hauptpfad
32: Hochvolt-Hauptpfad
34: Verbindungspunkt
36: Verbindungspunkt
40: DC-Ladestation
42: Anschluss
44: Anschluss
100: Energiespeichersystem
T1: erstes Zeitintervall
T2: zweites Zeitintervall
I1: unterer Strom-Grenzwert
I2: oberer Strom-Grenzwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018003892 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems (100), insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wobei das Energiespeichersystem (100) wenigstens umfasst - einen ersten Batteriestrang (10) mit einer ersten Batterie (11) in einem ersten Hochvoltpfad (12, 13), wobei in dem ersten Hochvoltpfad (12, 13) eine erste Sicherung (14), und wenigstens ein erstes Schütz (16, 18) mit der ersten Batterie (11) in Reihe geschaltet sind; - einen zweiten Batteriestrang (20) mit einer zweiten Batterie (21) in einem zweiten Hochvoltpfad (22, 23), wobei in dem zweiten Hochvoltpfad (22, 23) eine zweite Sicherung (24), und wenigstens ein zweites Schütz (26, 28) mit der zweiten Batterie (21) in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Batteriestrang (20) mit dem ersten Batteriestrang (10) parallel geschaltet ist, wobei zum Abschalten des Hochvolt-Energiespeichersystems (100) im Fehlerfall wenigstens die Schritte durchgeführt werden: - Detektieren eines Überstroms in einem Hochvolt-Hauptpfad (30, 32); - Warten für ein vorgegebenes erstes Zeitintervall (T1), ob die erste Sicherung (14) und/oder die zweite Sicherung (24) auslöst; - im Fall, dass keine der Sicherungen (14, 24) auslöst, Trennen des ersten Batteriestrangs (10) durch das wenigstens eine Schütz (16, 18); - Warten für ein vorgegebenes zweites Zeitintervall (T2), ob die zweite Sicherung (24) auslöst; - im Fall, dass die zweite Sicherung (24) nicht auslöst, Trennen des zweiten Batteriestrangs (20) durch das wenigstens eine Schütz (26, 28).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die weiteren Schritte ausgeführt werden - im Fall, dass entweder die erste Sicherung (14) oder die zweite Sicherung (24) auslöst, Warten für ein vorgegebenes zweites Zeitintervall (T2), ob die entsprechende Sicherung (24, 14) des jeweils anderen Batteriestrangs (20, 10) auslöst; - im Fall, dass die entsprechende Sicherung (24, 14) des jeweils anderen Batteriestrangs (20, 10) nicht auslöst, Trennen des zweiten Batteriestrangs (20) durch das wenigstens eine Schütz (26, 28).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Zeitintervall (T2) wenigstens einer Zeitdauer des 0,5-fachen des ersten Zeitintervalls (T1) entspricht, insbesondere, wobei das zweite Zeitintervall (T2) wenigstens einer Zeitdauer des 0,25-fachen des ersten Zeitintervalls (T1) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weiteren Schritte ausgeführt werden - im Fall, dass nach Trennen eines Batteriestrangs (10, 20) und Warten für das vorgegebene zweite Zeitintervall (T2) kein Auslösen der Sicherung (24, 14) des jeweils anderen Batteriestrangs (20, 10) erfolgt und auch kein Überstrom mehr erkannt wird, Zuschalten des getrennten Batteriestrangs (10, 20) und Korrektur der Fehleranzeige.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer Stromstärke größer einem oberen Grenzwert (I2) die Batteriestränge (10, 20) durch eine Sicherung (14, 24) im jeweiligen Hochvoltpfad (12, 13; 22, 23) getrennt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer Stromstärke zwischen dem oberen Grenzwert (I2) und einem unteren Grenzwert (I1) die Batteriestränge (10, 20) durch ein Schütz (14, 24) in einem der Hochvoltpfade (12, 13; 22, 23) und eine Sicherung (14, 24) im anderen der Hochvoltpfade (12, 13; 22, 23) getrennt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unterhalb einem unteren Grenzwert (I1) die Batteriestränge (10, 20) durch ein Schütz (14, 24) in einem der Hochvoltpfade (12, 13; 22, 23) und ein Schütz (16, 18, 26, 28) im anderen der Hochvoltpfade (12, 13; 22, 23) getrennt werden.
Hochvolt-Energiespeichersystem (100), insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energiespeichersystem (100) wenigstens umfasst - einen ersten Batteriestrang (10) mit einer ersten Batterie (11) in einem ersten Hochvoltpfad (12, 13), wobei in dem ersten Hochvoltpfad (12, 13) eine erste Sicherung (14), und wenigstens ein Schütz (16, 18) mit der ersten Batterie (11) in Reihe geschaltet sind; - einen zweiten Batteriestrang (20) mit einer zweiten Batterie (21) in einem zweiten Hochvoltpfad (22, 23), wobei in dem zweiten Hochvoltpfad (22, 23) eine zweite Sicherung (24), und wenigstens ein Schütz (26, 28) mit der zweiten Batterie (21) in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Batteriestrang (20) mit dem ersten Batteriestrang (10) parallel geschaltet ist.
Hochvolt-Energiespeichersystem nach Anspruch 8, wobei der erste Hochvoltpfad (12, 13) an beiden Polen der ersten Batterie (11) jeweils ein Schütz (16, 18) aufweist, und wobei der zweite Hochvoltpfad (22, 23) an beiden Polen der zweiten Batterie (21) jeweils ein Schütz (26, 28) aufweist.
Fahrzeug mit einem Hochvolt-Energiespeichersystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 9.