Hochspannungsenergiespeicher

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Entladesystem für eine Hochspannungsquelle.

Diese Offenbarung betrifft elektrisch betriebene Fahrzeuge und insbesonde- re, aber nicht ausschließlich, eine Entladevorrichtung für eine Hochspannungsquelle bzw. einen Hochspannungsenergiespeicher zum gezielten Ent- laden von Energie, die in einer Hochspannungsquelle eines elektrisch betrie benen Fahrzeugs gespeichert ist. Hybridelektrofahrzeuge (HEVs für engl hybrid electric vehicles), Plug-in- Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs für engl plug-in electric hybrid vehicle), bat- teriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs für engl battery electric vehicles), Brennstoffzellenfahrzeuge und andere bekannte elektrisch betriebene Fahr- zeuge unterscheiden sich von herkömmlichen Motorfahrzeugen insofern, als sie von einer oder mehreren Elektromaschinen (d. h. Elektromotoren und Generatoren) anstelle von oder zusätzlich zu einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung angetrieben werden. Die Versorgung mit Hochspannungsstrom zum Speisen dieser Typen von Elektromaschinen erfolgt typischerweise durch ein Traktionsbatteriesystem mit einer oder mehreren Batteriezellen, welche Energie speichern. Zunehmend finden sogenannte Hochvolt- Speicherzellen Anwendung, deren Betriebsspannung deutlich über 48V liegt, z.B. bei 650 V.

Bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen spielt nicht nur die Reichweite eine bedeutende Rolle, sondern auch das Ladeequipment. Serienmäßig ver- fügen heutige Elektro- und Hybridfahrzeuge über ein Ladekabel, welches das fahrzeugeigene Ladegerät mit elektrischer Energie versorgt. Zukünftig wird verstärkt induktives Laden über eine Bodenplatte mit Primärspule und einer im Fahrzeug verbauten Sekundärspule eingesetzt. Um diese Technologien auf einem ausgereiften Niveau anwenden zu können, sind bei der Entwicklung zahlreiche Ladetests nötig. Da die Kapazität der Batterien begrenzt ist, müssen Versuche regelmäßig unterbrochen werden, um die Hochvolt- Speicher zeitaufwendig zu entladen.

Es ist bei elektrischen und anderen Prüfungen auf Prüfständen und für ande- re Untersuchungen demzufolge immer wieder erforderlich, die Hochspan nungsquelle gezielt und schnell zu entladen.

Das Entladen einer Hochvolt-Batterie kann z. B. durch das Aktivieren aller elektrischen Verbraucher, wie beispielsweise Innenraumheizung, Klimaanla- ge, Heckscheibenheizung, Scheinwerfer und Sitzheizung erfolgen. Dabei fließen Leistungen von wenigen Kilowatt. Bei Hybridfahrzeugen mit geringer Batteriekapazität dauert der Entladevorgang ca. drei Stunden. Reine Elektro- fahrzeuge mit Energieinhalten von bis zu 100 kWh würden dafür ca. einen Tag in Anspruch nehmen.

In der Praxis werden alternativ z. B. zu prüfende Fahrzeuge oder Testfahr zeuge durch einen Fahrzeugführer solange im Straßenverkehr oder auf einer Teststrecke betrieben d. h. gefahren, bis der gewünschte Entladezustand eingetreten ist. Bei solchen Erprobungsfahrzeugen, die offen auf der Straße bewegt werden dürfen, muss bei jedem Entladevorgang die Messverkabe lung entfernt und nach der Rückkehr wieder angeschlossen werden. Fahr zeuge, die über ein induktives Ladesystem verfügen, sind vor einem erneu ten Ladeversuch wieder millimetergenau im Prüfstand an der vorherigen Position zu positionieren, um gleiche Prüfbedingungen zu erhalten. Nachteilig ist dabei nicht nur der Umstand, dass dieser Vorgang zeitaufwen dig und teuer ist, sondern auch jeweils die in der Batteriezelle gespeicherte Energie nutzlos verschwendet werden muss.

Im Stand der Technik sind Entladeivorrichtungen für Batterien bekannt, um Batterien zu entladen. Aus der DE 10 2014 224 779 A1 ist z. B. eine Lösung bekannt bei der ein Sensor vorgesehen ist, der so ausgelegt ist, dass er ei nen Parameter einer Hochspannungsquelle erfasst und eine Steuerung in Kommunikation mit dem Sensor und einen Entladekreis, welcher Energie, die in der Hochspannungsquelle gespeichert ist, in Reaktion auf ein Befehlssignal von der Steuerung entlädt. Der Entladekreis umfasst hierzu eine Mehr- zahl von Widerständen, die parallel zueinander geschaltet sind. Solche und ähnliche bekannte Lösungen sind, aber nicht geeignet eine Fahrzeugbatterie mit einer Ladekapazität zwischen 20 KW und 50KW oder größer (bei einer typischen Betriebsspannung zwischen 300V und 450V bis teilweise 1000V) ausreichend schnell zu entladen. Damit bei einer Batteriespannung von z. B. 300 V noch eine gewünschte Leistung von 50 kW erzielt werden kann, sollte eine Hochvolt-Entladekomponente mit Strömen von bis etwa 175 A entladen können. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Lösung für einen Prüfstand zum kostengünstigen, schnellen und effizienten Entladen eines Hochspannungsenergiespeichers vorzuschlagen, die

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird hierzu ein Hochgeschwindigkeitsentladesystem zum Entladen eines Hochspannungsenergiespeicher über einen Netzanschluss in ein herkömmliches Stromnetz bis zu einer bestimmten Restladung (SOC) der Ladekapazität vorgeschlagen, umfassend einen netzseitig angeschlossenen Wechselrichter, der über eine Anschlussleitung mit einer am oder im Hoch- spannungsenergiespeicher angeordneten Junction-Box verbindbar oder verbunden ist und im Betrieb des Hochgeschwindigkeitsentladesystem zwischen dem Wechselrichter und dem Hochspannungsenergiespeicher eine Zwi- schenkreisspannung U _Z K anliegt, wobei ferner eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die während dem Entladevorgang sicher stellt, dass die Zwischenkreisspannung U _ZK größer ist als der Scheitelwert der Netzwechsel- spannung U _Ne tz des Stromnetzes. Eine solche Lösung kann mit Vorteil in einem einen Schaltschrank aufweisenden Prüfstand integriert werden bzw. damit verbunden sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die

Steuerungseinrichtung einen Transformator umfasst, der netzspannungssei tig zwischen dem Wechselrichter und dem Netzanschluss angeordnet ist, wobei der Transformator ein Übersetzungsverhältnis aufweist, um die Aus- gangsspannung U _Ne tz_neu am Wechselrichter auf mindestens die Netzspannung U _Ne tz anzuheben, für den Fall, dass die Spannung U _Netz-neu niedriger ist als die die Netzspannung U _Ne tz·

In dem Entlademodus arbeitet der Wechselrichter entladend, indem er die Energie nicht aus dem Stromnetz bezieht, sondern von der Hochvolt-Batterie entnimmt und in das Stromnetz einspeist. Aufgrund der hohen Batteriekapa zität eines Hochspannungsenergiespeichers bleibt die Batteriespannung über den Entladevorgang bis zum SOC der Batterie nahezu stabil, wodurch der Stromfluss auf Werte höher als 100 A steigen könnte, was allerdings durch eine Strombegrenzung verhindert wird.

Die minimal mögliche Zwischenkreisspannung muss oberhalb des Scheitel wertes der Netzspannung liegen. Da der Fahrzeugprüfstand in der Lage sein muss die Fahrzeugbatterie auf einen Kunden-SOC von 0 % zu entladen, ist das Erreichen einer minimalen Zwischenkreisspannung zwingend erforder- lieh. Die Bezeichnung SOC steht für„State of Charge“ und bezeichnet den Ladezustand der Fahrzeugbatterie in Prozent. Aufgrund der vorherrschenden Netzspannung, welche derzeit typischerweise oberhalb der minimalen Zwischenkreisspannung liegt, ist der zuvor genannte Transformator erforderlich.

In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass nicht eine DC/AC Einspeisung vorgenommen wird, sondern gezielt eine DC/DC Umspeisung über eine Umspeiseeinheit, um die elektrische Energie in einen Pufferspeicher zu speichern. Weiter bevorzugt ist es, eine Vorrichtung mit einem Schaltzweig vorzusehen, um beide Entladeoptionen nutzen zu können und vorzugsweise mittels einer Steuerung den Entladepfad zum Pufferspei- eher und/oder zum Netzanschluss zu schalten. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Nullstromregelung realisiert wird. Hierbei wird die Steuerung so ausgebildet, dass möglichst keine Rückspeisung d.h.„Null“-Strom ins Netz fließt, sondern die Ener- gie, solange ein Eigenverbrauch möglich ist, in das„eigene“ Netz zu den Verbrauchern gespeist wird oder bei Ladereserven bevorzugt beim

Entladevorgang zum Laden der DC-Pufferspeicher verwendet wird. Die Steuerung kann hierzu vom Nutzer gemäß einer individuell auswählbaren Priorisierung eine gezielte Stromflussregelung vornehmen, die weiter bevor zugt sich selbständig dynamisch anpasst, abhängig von Zeitvarianten Grö ßen. So kann das Entladeverhalten zu Nachttarifzeiten anders gesteuert werden als zu Tagtarifzeiten, wobei jeweils bevorzugt die Nullstromregelung als Regelkreis überlagert ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass fer ner netzspannungsseitig in der Verbindung zwischen dem Wechselrichter und dem Netzanschluss ein Kombifilter und vorzugsweise noch ein Netzfilter angeordnet sind, zum Ausfiltern von hochfrequenten Spannungsstörungen, wobei der Kombifilter weiter bevorzugt eine Drossel umfasst. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Umstand, dass der Hochspannungsenergiespeicher in einem Fahrzeug an seinem bestim mungsgemäßen Einbauort eingebaut ist.

Die Leitungen der PTC-Innenraumheizung und des elektrischen Klimakom pressors (EKK) sind zum Verbinden zu schwach dimensioniert. Über die AC- Ladedose (LD) kann keine Energie entnommen werden, da der On-Board Charger (OBC) zwar die Hochvolt-Batterie mit Energie versorgt, aber keine Verbraucher über die Ladedose betreiben kann. Da eine standardisierte DC- Ladedose derzeit bei vielen Fahrzeugen noch überhaupt nicht verfügbar ist, würde die Verwendung dieser Leitung die Kompatibilität des Hochgeschwindigkeitsentladesystem eutlich einschränken. Die

Traktionsleitungen zwischen Leistungselektronik (LE) werden mit Wechselspannung beaufschlagt, so dass auch hier keine geeignete Verbindung zur Hochvoltbatterie geschaffen werden kann. Erfindungsgemäß umfasst damit das Hochgeschwindigkeitsentladesystem in einer bevorzugten Ausgestaltung einen Kabelsatz, umfassend die Verbin dungsleitung und zwei Breakoutboxen. Die erste Breakoutbox ist mit einem Anschluss versehen, zum Verbinden der Anschlussleitung mit der Junction- Box des Fahrzeugs. Ferner verläuft die Anschlussleitung der ersten Break- outbox in die zweite Breakoutbox, von wo eine lösbare Verbindungsleitung als Teil des Kabelsatzes zum Schaltschrank bzw. Wechselrichter führt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in der zweiten Breakoutbox drei Leitungspaare des Kabelsatzes aus jeweils einer Hochvoltleitungen (HV+) und einer Hochvoltleitungen (HV-) verlaufen, wobei jeweils die Hochvoltleitungen (HV+) und die Hochvoltleitungen (HV-) über eine gemeinsame Stromschiene (71 bzw. 72) miteinander elektrisch verbun- den sind. Ein Leitungspaar führt dabei (aus der Breakoutbox heraus) zu ei nem an der Breakoutbox angebrachten Steckverbinder (Gehäusesteckverbinder), der die Schnittstelle zum Verbinden der An schlussleitung mit dem Wechselrichter bereitstellt.

Ein anderes Leitungspaar (HV+, HV-) ist durch Kabeldurchführungen aus der zweiten Breakoutbox zur Verbindung mit der Leistungselektronik (LE) des Fahrzeugs herausgeführt. Durch einen wie zuvor beschriebenen (zum Teil bestimmungsgemäß über Steckverbindungen trennbaren) Kabelsatz aus Verbindungsleitungen und den beiden Breakoutboxen, lässt sich eine Ver bindung und damit lösbare Anschlussleitung zwischen dem Wechselrichter und dem im Fahrzeug verbauten Hochspannungsenergiespeicher realisieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und zweite Breakoutboxen jeweils ein metallisches insbeson dere geschirmtes Gehäuse aufweisen, welche mit einer gemeinsamen Potentialausgleichleitung (PE) verbunden sind, die zu dem Steckverbinder zum Anschluss des Wechselrichters führt, um beim Anschluss einer Verbindungs- leitung zum Wechselrichter gleichzeitig eine Verbindung zu einem externen Potentialausgleich herzustellen.

Um ferner einen sicheren Betrieb beim Entladevorgang zu gewährleisten, muss sichergestellt sein, dass kein unbeabsichtigtes Trennen der lösbaren Verbindung zum Wechselrichter möglich ist und dabei z. B. ein Lichtbogen gezündet werden könnte.

Erfindungsgemäß wird hierzu in einer vorteilhaften Ausführung vorgeschlagen, dass eine mechanische Freischalt- und Verriegelungsvorrichtung an der zweiten Breakoutbox vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass ein Verrie- gelungsbügel (zum Verriegeln der Steckverbindung) vorgesehen ist, der in einer Position beim Verriegeln der Steckverbindung mit einem eingesteckten Gegenstecker einen Positionsschalter in der Breakoutbox mittelbar oder un- mittelbar betätigt. Ein Betätigungsstößel für den Positionsschalter kann dabei in Betätigungsrichtung hinter dem Verriegelungsbügels angeordnet werden, so dass dieser beim Öffnen des Verschlusses betätigt wird. Mit dem Positi- onsschalter wird ein Öffner mit Doppeiunterbrechung realisiert, welcher den Not-Halt-Kreis sicher trennt.

Der Fahrzeugprüfstand ist mit Vorteil so realisiert, dass ein Schaltschrank vorgesehen ist, in dem der Wechselrichter untergebracht ist und ein Lei- tungspfad zum Netzanschluss eines Dreiphasennetzes (L1 , L2, L3) führt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entladen eines Hochspannungsenergiespeichers in einem Fahrzeug mit einem wie zuvor beschriebenen Hochgeschwindigkeitsentladesystem. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass nach dem Verbinden des Hochspannungsenergiespeichers mit dem Wechselrichter (bzw. dem Fahrzeugprüfstand) über die steckbare Anschlussleitung die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs unmittelbar oder über eine Manipulation des Fahrzeugsteuergerätes hergestellt wird und dann der Entladevorgang gestartet wird.

Das Herstellen der Fahrbereitschaft ist insofern notwendig, als dass eine Ent- ladung überhaupt von der Bordelektronik eines Fahrzeugs zugelassen wird. Eine zunächst naheliegend erscheinende Möglichkeit zur Herstellung der Entladebereitschaft besteht darin, die Zündung des Fahrzeuges mittels Start/Stop-Taster zu aktivieren. Dabei wird das Signal des vom Bordnetz- steuergerät eingelesen, welches das entsprechende Relais schließt. Wird das Gateway mit Spannung versorgt, veranlasst der HVK das Schließen der Hochvolt-Schütze. Um die 12 V Starter- Batterie zu schonen, wird die Klem- me allerdings nach einigen Minuten automatisch wieder deaktiviert. Dies hat zur Folge, dass die Schütze öffnen und der Entladevorgang unterbrochen wird. Somit ist diese Variante zum Entladen einer Hochvolt-Batterie ungeeig- net.

Gemäß der Idee der vorliegenden Erfindung arbeitet das

Hochgeschwindigkeitsentladesystem nach dem Schließen der entsprechen den Schütze indem nicht nur das Betätigen des Start/Stop-Tasters, sondern auch das Betätigen der Bremse durch eine SPS übernommen wird. Ferner kann durch gezielte Manipulation des Fahrzeugsteuergerätes der Zustand „Fahrbereitschaft“ entsprechend hergestellt oder simuliert werden

Beim Entladen einer Hochvolt-Batterie wird einerseits die Ist-Spannung ausgelesen und auf dem Display des Prüfstandes angezeigt. Andererseits wird der SOC überwacht. Beim Entladen muss spätestens bei einem von 0 % der Entladevorgang beendet werden, wobei dann noch entsprechende Rest-

Energie in der Batterie gespeichert ist. Ferner wird der Batteriestrom überwacht. Hierbei wird durch einen Parameter die Höhe des Stroms festgelegt, der dauerhaft fließen darf, ohne dass das Batteriemanagementsystem eine Reduzierung des Stromflusses veranlasst.

Da beim Entladen einer Hochvolt-Batterie die Energie nicht über die Leistungselektronik fließt und somit fahrzeugseitig nicht von der Leistungselekt ronik geregelt werden kann, muss diese Aufgabe von dem

Hochgeschwindigkeitsentladesystem bzw. dem Prüfstand übernommen wer den. Um innerhalb der Grenzwertvorgaben zu bleiben, soll der tatsächliche Entladestrom nie höher sein als die maximale Sollwertvorgabe.

Die Grenz- und Messwerte des Batteriemanagementsystems werden über eine CAN-Bus kommuniziert und somit allen Busteilnehmern zur Verfügung gestellt. Damit keine weitere Leitung vom Prüfstand zu dem zu entladenden Fahrzeug geführt werden muss, soll die CAN-Kommunikation in vorteilhafter Weise per Funkübertragung erfolgen. Hierfür werden ein Sender- und ein Empfängermodul verwendet, wobei der Sender mit dem Fahrzeug verbunden und aus der 12 V Starterbatterie versorgt wird. Der Empfänger ist am Prüf- stand über CAN-Leitungen mit der SPS verbunden.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels ei nes Hochgeschwindigkeitsentladesystems,

Fig. 2 eine Darstellung der Spannungspegel zwischen dem Hoch

spannungsenergiespeicher gemäß Figur 1 und dem Netzan- Schluss;

Fig. 3 ein Kabelsatz zur Verbindung des Hochspannungsenergiespei- chers mit dem Wechselrichter und der Leistungselektronik;

Fig. 4 eine schematische Teilansicht eines Fahrzeugs mit einem Teil der Komponenten des Flochgeschwindigkeitsentiadesystems;

Fig. 5 eine schematische Ansicht von Komponenten zur Fiersteilung der Fahrzeugbetriebsbereitschaft für einen Entladevorgang;

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Verdrahtung des Wechselrichters im Schaltschrank;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Entladeprozesses; Fig. 8 ein beispielhafter Spannungsverlauf beim Entladevorgang und

Fig. 9 ein beispielhafter Stromverlauf beim Entladevorgang.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 bis 9 anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.

In der Fig. 1 findet sich eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispiels eines Hochgeschwindigkeitsentladesystems 1. Das

Hochgeschwindigkeitsentladesystem 1 ist ausgebildet zum Entladen eines Flochspannungsenergiespeichers 10 über einen Netzanschluss N in ein öffentliches oder privates Stromnetz bis zu einer bestimmten Restladung SOC der Ladekapazität. Der SOC ist dabei ein vom Hersteller festgelegter Wert bis zu dem eine Batteriezelle oder Energiezelle maximal entladen werden soll, um eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten.

Das Hochgeschwindigkeitsentladesystem 1 umfasst einen netzseitig ange- schlossenen Wechselrichter 20, der über eine Anschlussleitung 2 mit einer am oder im Hochspannungsenergiespeicher 10 angeordneten Junction-Box 61 (wie beispielhaft in der Figur 4 gezeigt) verbindbar oder verbunden ist. Ferner sind netzspannungsseitig in der Verbindung zwischen dem Wechsel richter 20 und dem Netzanschluss N ein Kombifilter 40, ein Netzfilter 50, eine Drossel 51 und ein Transformator 30 angeordnet. Die Filter und die Drossel dienen zum Ausfiltern von hochfrequenten Spannungsschwankungen und Stromspitzen.

Im Betrieb des Hochgeschwindigkeitsentladesystems 1 liegt zwischen dem Wechselrichter 20 und dem Hochspannungsenergiespeicher 10 eine Zwi schenkreisspannung UZK an, wobei ferner eine Steuerungseinrichtung 30 vorgesehen ist, die während dem Entladevorgang sicher stellt, dass die Zwi- schenkreisspannung UZK größer ist als der Scheitelwert der Netzwechsel spannung U _Netz des Stromnetzes ist.

Flierzu ist, wie in der Figur 2 gezeigt, der Transformator 30 vorgesehen, der netzspannungsseitig zwischen dem Wechselrichter 20 und einem Netzan schluss N angeordnet ist, wobei der Transformator 30 ein Übersetzungsver- hältnis aufweist, um die Ausgangsspannung U _Ne t _z _neu am Wechselrichter 20 auf mindestens die Netzspannung U _Ne t _z anzuheben, für den Fall, dass die Spannung U _Ne tz_ _n eu niedriger ist als die die Netzspannung U _Ne tz·

Im vorliegenden Beispiel stellt sich dies wie folgt dar. Da der Prüfstand in der Lage sein muss die Fahrzeugbatterie auf einen Kunden-SOC von 0 % zu entladen, ist das Erreichen einer minimalen Zwischenkreisspannung von 300 V erforderlich. Die Ausgangsspannung am Wechselrichter von 180 V auf der AC-Seite ergibt sich wie folgt. Aufgrund einer Netzspannung von 400 V, muss die minimale Zwischenkreisspannung höher als der Scheitelwert der Netzspannung sein. Zudem sind mit Vorteil eine fünfprozentige Regelreser- ve, sowie mögliche Spannungsschwankungen am Netz von 10 % zu berück sichtigen. Damit ergibt sich:

UZK min - U Netz neu V2 1 ,15 Aufgelöst nach U _Ne tz_neu kann die maximal mögliche Netzspannung und somit das Übersetzungsverhältnis ü des Transformators bestimmt werden.

ÜNetz_neu ^— 184 V

Um bei einer Primärspannung von 184 V auf die von der Netzseite geforderte Sekundärspannung von 400 V zu gelangen ist ein Übersetzungsverhältnis von 0,46 nötig. Damit auf eine Sonderanfertigung verzichtet werden kann, wird ein handelsüblicher Transformator mit einer in der Nähe liegenden Übersetzung von ü = 0,45 beschafft.

ÜNetz_neu ⁼ ÜNetz Ü = 400 V 0,45 = 180 V Somit ergibt sich eine Ausgangsspannung am Wechselrichter von 180 V.

Die Ausgangsströme am Wechselrichter betragen in dem vorliegenden Bei spiel 155 A , während der Transformator 31 durch das Übersetzungsverhältnis 70 A in das Netzt N einspeist. Somit wird der Hochspannungsenergiespeicher 10 mit einer Leistung von bis zu 48 kW entladen. Mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 ist gezeigt, wie der erfindungsgemäße Kabelsatz zur Verbindung des Hochspannungsenergiespeichers 10 mit dem Wechselrichter 20 und der Leistungselektronik LE ausgebildet ist.

Der Kabelsatz umfasst eine erste und zweite mit der Anschlussleitung 2 je weils verbundene Breakoutbox 60, 70. Die Breakoutbox 60 ist mit einem An- Schluss 63 zum Verbinden der Anschlussleitung 2 mit der Junction-Box 61 ausgestattet. Die erste Breakoutbox 60 ist mit der zweiten Breakoutbox 70 über die Leitungen 2 des Leitungspaars HV+ und HV- verbunden.

In der der zweiten Breakoutbox 70 sind drei Leitungspaare aus jeweils einer Hochvoltleitung HV+ und einer Hochvoltleitung HV- vorgesehen, wobei ei- nerseits die drei Hochvoltleitungen HV+ und andererseits die drei Hochvolt leitungen HV- über eine gemeinsame Stromschiene 71 bzw. 72 miteinander elektrisch verbunden sind. Jede Leitungsschiene 71 , 72 ist gegenüber der anderen Leitungsschiene und gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert.

Ein Leitungspaar HV+, HV- führt zu einem an der Breakoutbox 70 ange- brachten Steckverbinder 73, der die Schnittstelle zum Verbinden der An- Schlussleitung 2 mit dem Wechselrichter 20 herstellt.

Ein anderes Leitungspaar HV+, HV- führt durch Kabeldurchführungen aus der zweiten Breakoutbox 70 heraus und zwar zur Verbindung mit der Leis- tungselektronik LE des Fahrzeugs, wie dies schematisch in der Figur 4 ge zeigt ist. Die erste und zweite Breakoutboxen 60, 70 weisen jeweils ein metallisches insbesondere geschirmtes Gehäuse 65, 75 auf, welche mit einer gemeinsamen Potentialausgleichleitung PE verbunden sind, die zu dem Steckverbinder 73 und von dort zum nicht näher gezeigten Schaltschrank des Fahrzeug- prüfstands. Beim Anschluss der Verbindungsleitung zum Wechselrichter 20 wird damit gleichzeitig eine Verbindung zu einem externen Potentialausgleich hergestellt.

In der Figur 3 ist ferner eine mechanische Freischalt- und Verriegelungsvor- richtung 80 gezeigt und zwar an der zweiten Breakoutbox 70. Diese ist so ausgebildet, dass ein Verriegelungsbügel 73a des Steckverbinders 73 in ei ner Position beim Verriegeln der Steckverbindung mit einem eingesteckten Gegenstecker 74 (der an der Verbindungsleitung zum Wechselrichter bzw. Schaltschrank angeschlossen ist), einen Positionsschalter 81 in Breakoutbox mittelbar oder unmittelbar betätigt. Hierdurch lässt sich sicherstellen, dass eine freischaltende Verriegelung auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden kann. Würde ein Bediener den Gegenstecker 74 vom Steck verbinder 73 unter Last lösen wollen, so würde bereits beim Öffnen der Ver- riegelungsbügel 73a der Positionsschalter 81 betätigt und der Lastpfad un terbrochen. Ein Stößel des Positionsschalters 81 befindet sich hierzu außerhalb der Breakoutbox 70, um mit dem Bügel in Betätigungsrichtung Zusam menwirken zu können. Die Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht von Komponenten zur Herstellung einer Möglichkeit der Fahrzeugbetriebsbereitschaft für einen Entladevorgang. Die Herstellung der Entladebereitschaft besteht darin, die Zündung des Fahrzeuges zu aktivieren. Dabei wird das Signal des Start/Stop-Tasters vom Bordnetzsteuergerät eingelesen, welches das Relais an Klemme 15 schließt. Wird das Gateway mit Spannung versorgt, wird das Schließen der Hochvolt- Schütze veranlasst. Es wird aber nicht nur das Betätigen des Start/Stop- Tasters veranlasst, sondern auch das Betätigen der Bremse durch eine SPS angesteuert. Im allgemeinen Teil der Beschreibung der Erfindung ist eine weitere Möglichkeit erläutert, die Fahrzeugbetriebsbereitschaft für einen Entladevorgang herzustellen.

Die Figur 5 zeigt schematisch den Verlauf des Lastpfades im Schaltschrank des Fahrzeugprüfstandes. In diesem ist ein Lasttrennschalter verbaut, der über einen in der Tür integrierten Hebel betätigt wird.

Neben den Sicherungen mit F1 bis F5 bezeichnet, sind Schütze in den Lastpfad geschaltet. Nach den 100 A Sicherungen F1 befindet sich das

Hauptschütz. Anschließend folgen Netzfilter, Transformator und der Kombifilter. Am Eingang der Netzdrossel erfolgt der Abgriff zu dem mit 25 A abgesi cherten Vorladeschütz. Von dort aus werden die Klemmen L1 , L2 und L3 des Wechselrichters kontaktiert. Dieses Schütz dient allein der Vorladung des wechselrichterseitigen Zwischenkreises. Sobald die eingestellte Zwischenkreisspannung erreicht ist, wird das Vorladeschütz geöffnet und das Netzschütz geschlossen. Somit ist der Wechselrichter betriebsbereit. Der Aus gang der Netzdrossel ist über das Netzschütz mit den Klemmen U, V und W des Wechselrichters verbunden. Beim Entladen einer Hochvolt-Batterie 10 fließt der gesamte Strom von den DC-Eingängen DC+, DV- über die HV- leitungen 2 des Wechselrichters über die Klemmen U, V und W ins Strom netz. Die DC-Leitungen zwischen dem Wechselrichter 20 und der Hochvolt- Batterie 10 werden durch die beiden 160 A Niederspannungs-Hochleistungssicherungen F4 und F5 vor Überströmen geschützt und können über die di- rekt darüber angedeuteten Schütze sicher unterbrochen werden. Dass hier zwei Schütze verbaut werden, dient der Sicherheit.

Die Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines softwaregestützen

Entladeprozesses. Zunächst sollte allerdings eine Parametrierung des

Wechselrichters in eine bestimmte Betriebsart erfolgen, um den Wechselrichter nicht in der üblichen Grundeinstellung für den Betrieb unter hoher Über last zu betreiben. Da beim bestimmungsgemäßen Entladen einer Hochvolt- Batterie keine dynamischen Änderungen im Stromverlauf zu erwarten sind, darf der Bemessungsstrom auf den Maximalwert erhöht werden. Zudem kann durch Setzen eines Parameters die gewünschte Zwischenkreisspan nung angepasst werden.

Die DC-Schütze innerhalb des Prüfstandes sind zu Beginn geöffnet und die generatorische Stromgrenze ist auf den minimal realisierbaren Wert von 3 % gesetzt. Mithilfe dieser Variablen wird die Entladeleistung geregelt. Über den CAN-Bus wird die aktuelle Batteriespannung U _Batt übermittelt und der Schalt zustand mittels z. B. eines Discharge-Buttons über ein Touch-Display eingelesen.

Nach dem Aktivieren werden zunächst die Vorbereitungen zum Schließen der DC-Schütze getroffen. Dafür wird die Soll-Zwischenkreisspannung auf die Batteriespannung plus 15 V angehoben und dem Wechselrichter die Reglerfreigabe erteilt, damit dieser die Zwischenkreisspannung auf den ge wünschten Wert setzen kann. Nach einer Wartefrist von zwei Sekunden wer- den die DC-Schütze geschlossen. An dieser Stelle ist ein Timer nötig, da das Ändern der Zwischenkreisspannung mehrere hundert Millisekunden in An spruch nimmt. Danach erfolgt eine weitere Zeitverzögerung von zwei Sekun den. Diese verhindert, dass während dem Schließen der Schütze bereits die Leistung angehoben wird.

Im nächsten Schritt findet der Entladevorgang statt. Dabei wird die Soll- Zwischenkreisspannung auf 280 V gesetzt. Diese Spannung wird gewählt, da sie oberhalb der minimalen Zwischenkreisspannung von 243 V liegt, aber geringer als die minimal geforderte Batteriespannung von 300 V ist. Es muss sichergestellt sein, dass die Soll-Zwischenkreisspannung stets unterhalb der Batteriespannung liegt, damit der Wechselrichter die vorgegebene Stromgrenze erreichen kann. Solange der Wechselrichter in seiner Stromgrenze betrieben wird, kann auf die Zwischenkreisspannung nicht mehr eingewirkt werden. Dauerhaft abgefragt werden mehrere Parameter. Der Zustand des Discharge-Buttons wird benötigt, um den Entladevorgang auch manuell be enden zu können. Der Ziel-SOC und der aktuelle SOC müssen dabei perma nent verglichen werden, damit der Entladevorgang bei Erreichen des ge wünschten Ladezustands der Hochvolt-Batterie 10 beendet wird. Für die Berechnung der Entladeleistung sind die Batteriespannung und der

Entladestrom nötig. Zusätzlich kann ein Bediener auswählen, ob er mit maximaler Leistung, oder mit geringerer Leistung entladen möchte. Diese Auswahl erfolgt über einen Regler am Touch-Display und wird in der Variable P_soii_Regier gespeichert. Die Variable P_ _e ntiade_berechnet dient als Hilfsvariable. Bevor der berechnete Wert dem Parameter generatorische Stromgrenze zu- geschrieben werden darf, muss dieser zuerst auf seine Plausibilität geprüft werden. Bei einer berechneten Leistung, welche größer als die maximal erlaubten 48 kW ist, wird der Wert 100 % im Parameter generatorische Stromgrenze gespeichert. Da kleinere Werte als 3 % zu einer Fehlfunktion des Wechselrichters führen, dürfen diese keinesfalls übermittelt werden. Werte zwischen 3 % und 100 % werden unverändert im Parameter für die genera- torische Stromgrenze gespeichert.

Wird der Discharge-Button erneut betätigt, oder entspricht der aktuelle SOC dem Ziel-SOC, gelangt das Programm in den nächsten Schritt. Die

Entladeleistung wird auf den Minimalwert von 3 % herabgesetzt und die Zwi- schenkreisspannung auf die aktuelle Batteriespannung plus 15 V erhöht. Somit arbeitet der Wechselrichter generatorisch und es kann aufgrund der dauerhaft gesetzten motorischen Stromgrenze von 0 %, der Stromfluss auf ein Minimum reduziert werden. Nach Ablauf des Timers werden die DC- Schütze geöffnet, dem Wechselrichter die Reglerfreigabe entzogen und das Programm könnte wieder von Beginn starten.

Figur 8 zeigt den Verlauf der Netzspannung, der Zwischenkreisspannung und der SOC in Abhängigkeit von der Zeit. Am Verlauf der Zwischenkreis spannung ist der Programmablauf besonders gut zu erkennen. Zum Zeit- punkt t = 0 s, d. h. bei geöffneten DC-Schützen, entspricht die Zwischen- kreisspannung der minimalen Spannung von 243 V. Bei Aktivierung des Discharge-Buttons wird die Zwischenkreisspannung auf 436 V angehoben. Dieser Wert entspricht der Batteriespannung plus 15 V. Im nächsten Schritt werden die DC-Schütze geschlossen. Da die motorische Stromgrenze bei 0 % liegt und somit kein Stromfluss erlaubt ist, kann die Soll-Zwischenkreis- Spannung von 436 V nicht aufrechterhalten werden. Die Zwischenkreisspan nung wird von der Hochvolt-Batterie auf ihr derzeitiges Spannungsniveau ge- zogen. Im nächsten Schritt werden die Soll-Zwischenkreisspannung abge- senkt und die generatorische Stromgrenze auf den Wert von 100 % gesetzt. Aufgrund des hohen Stromflusses und des Innenwiderstandes der Hochvolt- Batterie sinkt die Zwischenkreisspannung auf 408 V ab. Während des

Entladevorganges nimmt neben dem SOC auch die Batteriespannung ab, bis diese ihre Minimalspannung von 360 V erreicht hat.

Die Netzspannung beträgt im Leerlauf 403 V und wird während der Einspei- sung auf 405 V angehoben, um einen Stromfluss in Netzrichtung erzielen zu können.

Bei erneutem Aktivieren des Discharge-Buttons, oder wie in diesem Fall, bei Erreichen des Ziel SOC ^' s von 0 %, wird die Stromgrenze auf 3 % gesetzt und die Zwischenkreisspannung erneut um 15 V angehoben. Nach einer Wartezeit von 2 s werden die DC-Schütze geöffnet. Danach sinkt die wech selrichterseitige Zwischenkreisspannung wieder auf ihren Minimalwert von 243 V.

In der Figur 9 sind die Entladeströme und die Entladeleistungen in Abhängig- keit von der Zeit zu sehen. Hierbei ist zu erkennen, dass trotz konstantem Zwischenkreisstrom l _z « der Strom auf der 400 V Netzseite l _Ne tz langsam ab nimmt. Dies ist die Wirkung der sinkenden Batteriespannung. Bei konstanter Netzspannung und sinkender Entladeleistung muss somit die Höhe des Stromes l _Net2 abnehmen. Sobald der Entladestrom durch das Batteriemana- gementsystem begrenzt wird, ist eine deutliche Abnahme der Entladeleistung PZK und folglich auch P _Ne tz zu erkennen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.