Energiemanagement Hochvoltsystem Funktion

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Energiemanagement Hochvolt-Bordnetz allgemein

Das Energiemanagement Hochvolt-Bordnetz verwaltet die Bereitstellung (Versorgung) und den Verbrauch (Haushalt) von elektrischer Energie. Das Ziel ist ein geringer Energieverbrauch und ein optimaler Ladevorgang.

Das 12­V­Bordnetz wird über das Steuergerät DC/DC-Wandler (N83/3) versorgt, welches hier wie ein Generator in einem herkömmlichen Verbrennungsfahrzeug arbeitet.

Die Funktion Energiemanagement ist im Steuergerät Antriebsstrang (N127) integriert.

Am Energiemanagement Hochvolt-Bordnetz sind folgende Bauteile maßgeblich beteiligt:

 Elektrische Maschine

 Hochvoltbatterien

 Steuergerät Batteriemanagementsystem

 Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie

 Steuergerät Antriebsstrang

 Steuergerät Elektrische Maschine

 Steckdose Einspeisung 230 V

Im Detail umfasst das Energiemanagement folgende Funktionen:

 Bordnetzstützung

 Einschalten und Trennen des Hochvolt-Bordnetzes

 Interlock-Schaltung

 Isolationsüberwachung

 Energieverteilung

 Fahrprogramme "C", "E", "E+"

Bordnetzstützung

Alle eingesetzten Steuergeräte werden über die Bordnetzbatterie (G1) des 12­V­Bordnetzes versorgt. Die Bordnetzbatterie sitzt im Sitzkasten des Beifahrersitzes. Bei stehendem Fahrzeug, ohne eingeschaltete Zündung, werden alle Verbraucher durch die Bordnetzbatterie versorgt.

Die Bordnetzstützung stellt sicher, dass die Bordnetzbatterie jederzeit geladen ist. Unterschreitet der Ladezustand der Bordnetzbatterie oder die Außentemperatur während des Fahrbetriebs einen Schwellenwert, wird sie über das Steuergerät DC/DC­Wandler (N83/3) aufgeladen. Das Steuergerät DC/DC­Wandler wandelt die Hochspannung aus dem Hochvolt-Bordnetz auf das Spannungsniveau des 12­V­Bordnetzes zur Versorgung der 12­V­Verbraucher und zum Laden der Bordnetzbatterie. Dazu erhält das Steuergerät DC/DC-Wandler vom Steuergerät Signalerfass- und Ansteuermodul (SAM) (N10/1) eine Spannungs-Sollwertvorgabe für das 12­V­Bordnetz.

Nachdem die Zündung eingeschaltet wurde, wird die vorhandene Spannung der Bordnetzbatterie überprüft und je nach Bedarf über das Steuergerät DC/DC­Wandler durch die Hochvoltbatterien (G1/18, G1/27, G1/28) aufgeladen bzw. unterstützt. Die Verbraucher des 12­V­Bordnetzes werden weiterhin durch die Bordnetzbatterie versorgt.

Wenn der Ladezustand der Bordnetzbatterie oder die Außentemperatur während des Fahrbetriebs einen Schwellenwert unterschreitet, erfolgt auch nach vorheriger Prüfung die Zuschaltung des Hochvolt-Bordnetzes zur Stützung und gegebenenfalls zur Ladung des 12­V­Bordnetzes inklusive der Bordnetzbatterie.

Durch Anschließen des Ladekabels an die Steckdose Einspeisung 230 V (X58/23) und an das private Stromnetz (stationärer Hausanschluss) oder ein öffentliches Stromnetz (Ladestation) werden die Hochvoltbatterien extern aufgeladen.

Einschalten und Trennen des Hochvolt-Bordnetzes

Je nach Betriebssituation, z. B. Laden, Service oder Unfall, kann bzw. muss das Hochvolt-Bordnetz eingeschaltet oder getrennt werden. Der Hochvoltausgang der Hochvoltbatterien kann dazu durch vom Steuergerät Antriebsstrang angesteuerte Schütze vom Hochvolt-Bordnetz getrennt werden.

Im Fall eines Unfalls erkennt ein Sicherheitssystem die Schwere des Crashs und entscheidet, ob das Hochvolt-Bordnetz reversibel oder irreversibel abgeschaltet werden muss.

 Reversibel: kleine Bagatellschäden ohne Auslösung des Airbags oder Beeinträchtigung des Hochvolt-Bordnetzes. Der Hochvolt-Zwischenspeicher wird innerhalb weniger Sekunden entladen. Das Fahrzeug kann über die Zündung wieder neu gestartet werden.

 Irreversibel: Die Spannungsversorgung der Schütze wird durch ein pyrotechnisches Element unterbrochen. Der Hochvolt-Zwischenspeicher wird innerhalb weniger Sekunden entladen. Das Fahrzeug kann durch den Betreiber nicht wieder gestartet werden.

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Manuelle Spannungsfreischaltung des Hochvolt-Bordnetzes

Es sind zwei Hochvolt-Abschaltvorrichtungen vorhanden:

 Hochvolt-Abschaltvorrichtung (Service­Disconnect):

Die Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) im Motorraum dient der Werkstatt zum Freischalten des Fahrzeugs.

Sie befindet sich in der Lastleitung der Schütze, ist in Reihe geschaltet und kann für den Servicefall entfernt werden. Die Hochvolt-Abschaltvorrichtung befindet sich am Modulhalter (3) vorn rechts im Motorraum.

 Alternative Hochvolt-Abschaltvorrichtung für den Notfall (Rettungstrennstelle):

Die alternative Hochvolt-Abschaltvorrichtung befindet sich im Sitzkasten des Beifahrersitzes. Sie ist mit einem Hinweisschild (2) gekennzeichnet. Hierbei ist die elektrische Leitung an der markierten Trennstelle durchzuschneiden. Die elektrische Leitung befindet sich nicht im Hochvolt-Bordnetz.

Die standardisierte Rettungstrennstelle dient den Rettungskräften zur irreversiblen Abschaltung des Hochvolt-Bordnetzes bei Rettung und Bergung.

 Die alternative Hochvolt-Abschaltvorrichtung ist nur zu betätigen, wenn die Hochvolt-Abschaltvorrichtung (Service­Disconnect) im Motorraum nicht betätigt werden kann, da dieser Schritt irreversibel ist.

 Für die Rettungsdienste gibt es zwei spezielle Aufkleber mit dem QR­Code® als Link zur Rettungskarte. Diese befinden sich auf der Innenseite der Klappe der Fahrzeugsteckdose sowie an der B­Säule auf der Beifahrerseite. Sie kennzeichnen die Lage der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes sowie pyrotechnische Einrichtungen und Abschaltvorrichtungen.

Interlock-Schaltung

Wenn der Interlock-Kreis unterbrochen wird, z. B. durch Trennen einer Steckkupplung, bewirkt dies ein Öffnen der Schütze in den Hochvoltbatterien durch Unterbrechung der Spannungsversorgung. Das Öffnen der Schütze führt zum Herunterfahren des Hochvolt-Bordnetzes.

Zusätzlich ist in die Hochvoltkomponenten eine aktive Schnellentladung integriert, da das Hochvolt-Bordnetz aufgrund von Kondensatoren in den Hochvoltkomponenten nicht unmittelbar nach dem Öffnen der Schütze spannungsfrei ist.

Wenn der Interlock-Kreis während des Fahrbetriebs unterbrochen wird, erfolgt die Abschaltung des Hochvolt-Bordnetzes erst nach dem nächsten Fahrzeugstopp, wenn der Wählhebel bei Fahrzeugstillstand in Stellung "N" gestellt oder der Schlüssel in Stellung "AUS" gedreht wird.

 Um Servicearbeiten ohne Gefährdung durch Stromschlag durchführen zu können, muss das Hochvolt-Bordnetz ebenfalls spannungsfrei geschaltet werden. Dazu kann die Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) vorn rechts im Motorraum betätigt werden, wodurch der Interlock-Kreis ebenfalls unterbrochen wird.

Isolationsüberwachung

Durch die Isolationsüberwachung der Hochvoltkomponenten werden frühzeitig Isolationsfehler im Hochvolt-Bordnetz erkannt. Ein Sensor ist in jeder Hochvoltbatterie integriert und misst permanent den Widerstand. Der gemessene Wert wird über Hybrid-CAN (CAN L) vom Steuergerät Batteriemanagementsystem (N82/2) an das Steuergerät Antriebsstrang gesendet und dort ausgewertet. Wird ein bestimmter Widerstandswert unterschritten, ist weder das Laden der Hochvoltbatterien noch ein Fahrbetrieb möglich.

Energieverteilung

Die Betriebsstrategie im Fahrzeug ist für eine dynamische Steuerung des Energieflusses ausgelegt. Somit wird die notwendige Energie für die auftretende Betriebssituation rechtzeitig bereitgestellt. Dazu fließen zahlreiche Informationen in die intelligente Steuerung ein, die diese Informationen auswertet und entsprechende Antriebsmomente bereitstellen lässt. Zu den Informationen gehören der Fahrerwunsch, die Anforderungen an das Fahrzeug und die Umweltbedingungen.

Auch die erzielbare Lebensdauer der Energiespeicher hängt erheblich von der Betriebsstrategie ab. Dies erfordert insbesondere im Heizfall ein intelligentes Energiemanagement, das alle verfügbaren Energiequellen nutzt, um die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Dabei wird die Energieverteilung an die Hochvoltkomponenten, abhängig von der aktuellen Fahrsituation eingeschränkt (12­V­Bordnetz, Heiz- und Klimatisierungsfunktionen).

Fahrprogramme "C", "E", "E+"

Es werden drei Fahrprogramme angeboten. Beim Start ist das Basis Fahrprogramm "E" ("Economy") aktiv. Die beiden Programme "C" ("Comfort") und "E+" ("Economy Plus") können über die Taste Fahrprogramm (N72/1s6) in der Mittelkonsole ausgewählt werden.

Das Fahrprogramm "E+" ist darauf ausgelegt, möglichst verbrauchsgünstig zu fahren. Dazu gehören eine Limitierung der bauartbedingten Höchstgeschwindigkeit, die Anpassung der Fahrpedalkennlinie sowie die feste Einstellung der maximalen Rekuperationsstufe.

Zusätzlich gibt es einen Beschleunigungsboost als zeitlich befristete Funktion, die durch die Kick-down-Funktionalität des Fahrpedals ausgelöst wird.

Im Economy-Modus schaltet die Heizung bzw. Klimaanlage in ein Energie sparendes Programm.

 Weitere Informationen hierzu sind in der separaten Funktionsbeschreibung "Elektrofahrzeug Funktion" enthalten.