Hochvolt-Bordnetz Funktion

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 Alle Stecker sind berührgeschützt ausgeführt.
Der Sitz aller Steckkupplungen wird durch einen Interlock-Kreis überwacht.
Alle Hochvoltleitungen sind in der Farbe orange ausgeführt.
Alle Hochvoltkomponenten sind mit gelben Warnaufklebern gekennzeichnet.

Warnhinweis Hochvolt-Bordnetz
 Hochvolt-Bordnetz mit Spannungsklasse B (Gleichspannung 60 V < U  1500 V und Wechselspannung 30 V < U  1000 V):
Ausschließlich Fachwerkstätten mit entsprechendem Fachpersonal dürfen am Hochvolt-Bordnetz Reparaturen durchführen oder Fehler beheben.

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Hochvolt-Bordnetz allgemein

Im Detail umfasst die Funktionsbeschreibung folgende Informationen:

 Hochvolt-Bordnetz

 Interlock-Kreis

 Hochvolt-Sicherheit

 Heizung Hochvoltbatterien

 Energiemanagement Hochvolt-Bordnetz

 Energieverteilung

 Rekuperation

 Bordnetzstützung

 Fahrprogramme "C", "E", "E+"

 Einschalten und Trennen des Hochvolt-Bordnetzes

 Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes bei Unfall und Kurzschluss

 Manuelle Spannungsfreischaltung des Hochvolt-Bordnetzes

 Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) (Service-Trennstelle im Motorraum)

 Freischalten (spannungsfrei)

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

Hochvolt-Bordnetz

Das Hochvolt-Bordnetz ermöglicht den Betrieb der elektrischen Maschine 1 für den Elektroantrieb. Außerdem versorgt das Hochvolt-Bordnetz Verbraucher mit hohem Energiebedarf wie z. B. den elektrischen Kältemittelverdichter oder das Steuergerät Hochvolt PTC­Heizer mit elektrischer Energie. In bestimmten Fahrsituationen wird die elektrische Maschine 1 generatorisch zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt (Rekuperation). Das Hochvolt-Bordnetz versorgt über das Steuergerät DC/DC­Wandler das 12­V-Bordnetz mit elektrischer Energie aus den Hochvoltbatterien.

Das Steuergerät Batteriemanagementsystem (N82/2) übernimmt die vollständige Überwachung der Hochvoltbatterien bezüglich Temperatur, Spannung und Strömen. Es legt die Sicherheitsgrenzen für diese Werte fest und übermittelt Werte sowie Sicherheitsgrenzen an das Steuergerät Antriebsstrang (N127).

Das Hochvolt-Bordnetz wird von den Hochvoltbatterien im Schubbetrieb über den im Steuergerät Leistungselektronik (A79/3) integrierten Wechselrichter mit Energie versorgt. Die Ladung der Hochvoltbatterien erfolgt im Schubbetrieb durch Rekuperation oder stationär durch Anschluss an eine externe Stromquelle über das Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie (N83/15) bzw. die Gleichstromladeverbindungseinheit (N24/6). Sind die Hochvoltbatterien nahezu vollständig entladen, schaltet sich das Antriebssystem ab. Die Hochvoltbatterien sind so vor Tiefentladung geschützt.

Interlock-Kreis

Der Interlock­Kreis ist ein Schutz gegen versehentliches Berühren der Hochvoltkomponenten. Ein Interlock-Spannungssignal wird durch alle abbaubaren oder zu öffnenden Bauteile des Hochvolt­Bordnetzes geschleift. Dazu befindet sich in jedem abbaubaren Hochvoltanschluss eine elektrische Brücke, die beim Abbauen des Hochvoltanschlusses den Interlock­Kreis unterbricht.

Zusätzlich wird der Interlock­Kreis in einer Reihenschaltung über die 12­V­Steuergeräte­Steckanschlüsse der Hochvoltkomponenten geführt. Beim Abziehen eines Steuergeräte­Steckanschlusses wird über die Interlock­Kontakte der Interlock­Kreis unterbrochen. Während der Fahrt führt eine Unterbrechung des Interlock­Kreises nicht zum Abschalten des Hochvolt­Bordnetzes. Bei ausgeschalteter Zündung und unterbrochenem Interlock­Kreis ist das Fahrzeug nicht mehr fahrbereit.

Hochvolt-Sicherheit

Im Crash-Fall, oder wenn die Hochvolt-Abschaltvorrichtung geöffnet wird, werden folgende Systeme abgeschaltet:

 Hochvolt-Bordnetz

 Ladesystem

 Elektrischer Antrieb

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Heizung Hochvoltbatterien

Da der Wirkungsgrad der Hochvoltbatterien temperaturabhängig ist, nimmt er mit sinkenden Temperaturen stark ab. Abhängig von Ladezustand und Temperatur der Hochvoltbatterien wird diese, wenn nötig, aufgeheizt, bis die erforderliche Stromstärke für den Fahr- oder Ladebetrieb von den Hochvoltbatterien frei gegeben wird.

Die Heizung der Hochvoltbatterien erfolgt über das im Kühlmittelkreislauf der Hochvoltbatterien (Niedertemperaturkreislauf 2) integrierte Steuergerät Batterieheizung (N33/17) und stellt sicher, dass während des Fahr- oder Ladebetriebs die Temperatur der Hochvoltbatterien ­15 °C nicht unterschreitet.

Das Steuergerät Batterieheizung ist ein Hochvolt-PTC-Zuheizer und wird vom Steuergerät Antriebsstrang angesteuert. Durch die Bestromung der Heizelemente werden diese erwärmt. Das durch das Steuergerät Batterieheizung strömende Kühlmittel nimmt die Wärme der Heizelemente auf und wird somit erhitzt. Bis zum Erreichen einer geeigneten Temperatur wird diese Unterstützung gehalten und anschließend automatisch beendet.

Energiemanagement Hochvolt-Bordnetz

Das Hochvolt-Bordnetz ermöglicht den Betrieb der elektrischen Maschine 1 für den Elektroantrieb. Außerdem versorgt das Hochvolt-Bordnetz Verbraucher mit hohem Energiebedarf wie z. B. den elektrischen Kältemittelverdichter oder das Steuergerät Hochvolt PTC-Heizer mit elektrischer Energie.

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.

In bestimmten Fahrsituationen wird die elektrische Maschine generatorisch zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt (Rekuperation). Das Hochvolt-Bordnetz versorgt über das Steuergerät DC/DC-Wandler (N83/3) das 12­V-Bordnetz mit elektrischer Energie aus den Hochvoltbatterien.

Die Funktion Energiemanagement ist im Steuergerät Antriebsstrang (N127) integriert. Nachfolgend sind einige der wesentlichen Aufgaben aufgelistet:

 Aktivierung bzw. Deaktivierung der Hochvoltkomponenten unter Einhaltung der Hochvolt-Sicherheitsanforderungen

 Ermittlung der nutzbaren Energiemenge in den Hochvoltbatterien

 Energieaufteilung zwischen Hochvoltkomponenten auf Basis der verfügbaren Energie

 Prognose der aktuell verfügbaren elektrischen Leistung des Antriebsstrangs

 Koordination des Ladevorgangs (Interaktion Hochvoltbatterien und Ladekomponenten)

 Berechnung der elektrischen Reichweite und elektrischen Verbräuche für den Reiserechner

 Überprüfung der Hochvolt-Sicherheitsanforderungen und bedarfsgerechte Überführung in einen sicheren Zustand

Am Energiemanagement Hochvolt-Bordnetz sind folgende Bauteile maßgeblich beteiligt:

 Elektrische Maschine 1 (A79/1)

 Steuergerät Leistungselektronik (A79/3)

 Fahrzeugsteckdose Gleichstromladen/Wechselstromladen (G10)

 Hochvoltbatterie 1 (G1/31)

 Hochvoltbatterie 2 (G1/32)

 Hochvoltbatterie 3 (G1/33)

 Optional Hochvoltbatterie 4 (G1/34) (mit Code E4T (Hochvoltbatterie (47 kWh)))

 Gleichstromladeverbindungseinheit (N24/6)

 Steuergerät Batteriemanagementsystem (N82/2)

 Steuergerät DC/DC­Wandler (N83/3)

 Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie (N83/15)

 Steuergerät Antriebsstrang (N127)

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).

Rekuperation

Das Antriebskonzept erlaubt eine Rekuperation bei Fahrzeugverzögerung. Dabei wird die elektrische Maschine 1 als Generator betrieben und erzeugt ein Bremsmoment an den Rädern. Die dabei erzeugte elektrische Energie fließt in die Hochvoltbatterien zurück. Die Rückführung der Energie steuert das Energiemanagement.

 Näheres hierzu siehe im Dokument "Rekuperation Funktion".

Bordnetzstützung

Alle eingesetzten Steuergeräte werden über die Bordnetzbatterie (G1) des 12­V­Bordnetzes versorgt.

Bei stehendem Fahrzeug, ohne eingeschaltete Zündung, werden alle Verbraucher durch die Bordnetzbatterie versorgt.

Die Bordnetzstützung stellt sicher, dass die Bordnetzbatterie jederzeit geladen ist. Das Bordnetz wird kontinuierlich über den DC/DC­Wandler gestützt. Die Spannungslage variiert zwischen 12 V und ca. 14,8 V, abhängig vom Ladezustand der Bordnetzbatterie und anderen Umweltbedingungen.

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/DC­Wandler vom Steuergerät SAM (N10) 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 aufgeladen bzw. unterstützt. Die Verbraucher des 12­V­Bordnetzes werden weiterhin durch die Bordnetzbatterie versorgt. Während der Fahrt ist das Hochvolt-Bordnetz kontinuierlich zugeschaltet.

Durch Anschließen des Ladekabels an die Fahrzeugsteckdose Gleichstromladen/Wechselstromladen (G10) und an das private Stromnetz (stationärer Hausanschluss) oder ein öffentliches Stromnetz (Ladestation) werden die Hochvoltbatterien extern aufgeladen. Des Weiteren ist eine "Mercedes-Benz Wallbox Home" erhältlich. Damit lassen sich batterieelektrische Fahrzeuge von Mercedes-Benz um ein Vielfaches schneller aufladen als an einer herkömmlichen Netzsteckdose.

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

Die Fahrprogramme haben unterschiedliche Eigenschaften in der Fahrleistung, im Ansprechverhalten des Fahrpedals sowie bei der Heiz- und Klimatisierungsleistung. Diese Eigenschaften zusammen betrachtet können zu unterschiedlichen Reichweiten des Fahrzeugs führen.

 Näheres hierzu siehe im Dokument "Elektrofahrzeug Funktion".

Einschalten und Trennen des Hochvolt-Bordnetzes

 Grundsätzlich ist eine Freischaltung des Hochvolt-Bordnetzes mit XENTRY Diagnosis durchzuführen.

 Die Reparatur-, Wartungs- und Diagnosetätigkeiten an Fahrzeugen mit Hochvolt-Bordnetz dürfen ausschließlich nur von qualifizierten Mitarbeiten durchgeführt werden. Als Mindestqualifikation ist hierfür die Hochvolt-Sensibilisierung erforderlich. Das Freischalten (spannungsfrei) des Hochvolt-Bordnetzes vor Tätigkeiten am Fahrzeug und für die anschließende Inbetriebnahme nach den Tätigkeiten darf nur durch eine Elektrofachkraft für Hochvolt-Bordnetze in Kraftfahrzeugen, Arbeitsgebiet Serienfahrzeug, durchgeführt werden.

Je nach Betriebssituation, z. B. Laden, Service oder Unfall, kann bzw. muss das Hochvolt-Bordnetz eingeschaltet oder getrennt werden.

Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes bei Unfall und Kurzschluss

Das Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes bei einem Unfall wird durch das Auslösen der Pyrosicherung veranlasst. Das Trennelement wird vom Steuergerät Supplemental Restraint System (SRS) (N2/5) bei Crash-Erkennung angesteuert. Es führt zu einem allpoligen Trennen der Energiequellen, zur Deaktivierung des generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine 1 und zum Entladen der Kondensatoren auf einen Wert unterhalb des gefährlichen Spannungsbereichs. Es findet ein gestuftes Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes bei Kurzschluss über Software und elektrische Sicherungen statt.

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.

Manuelle Spannungsfreischaltung des Hochvolt-Bordnetzes

Für Arbeiten am Hochvolt-Bordnetz muss die Spannungsfreiheit hergestellt sowie der spannungsfreie Zustand des Hochvolt-Bordnetzes sichergestellt werden.

Dies muss unter Beachtung und Einhaltung der drei Sicherheitsregeln geschehen:

 Freischalten (spannungsfrei)

 Gegen Wiedereinschalten sichern.

 Spannungsfreiheit prüfen und sicherstellen (Fahrzeug-Freischaltprotokoll gut sichtbar am Fahrzeug anbringen).

Bei der Spannungsfreischaltung des Hochvolt-Bordnetzes mit XENTRY Diagnosis sind die Sicherheitshinweise zu beachten und die Anweisungen zu befolgen.

Dabei werden u. a. vor der Aktivierung der Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) die Istwerte aus dem jeweiligen Steuergerät ausgelesen und ausgewertet sowie die Verriegelung der Hochvoltkomponenten-Sperre in den Steuergeräten angesteuert.

Auch bei einem Unfall muss das Fahrzeug durch Rettungskräfte spannungsfrei geschaltet werden.

Es sind zwei Hochvolt-Abschaltvorrichtungen für die manuelle Spannungsfreischaltung vorhanden:

 Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) (Service-Trennstelle im Motorraum)

Spannungsfreischaltung des Hochvolt-Bordnetzes, z. B. für Arbeiten in der Werkstatt, aber auch bei einem Unfall.

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

Irreversible Spannungsfreischaltung des Hochvolt-Bordnetzes nur für den Notfall, z. B. bei einem Unfall.

Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) (Service-Trennstelle im Motorraum)

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Die Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) dient der Sicherung der Spannungsfreischaltung und befindet sich am Modulhalter vorn rechts im Motorraum.

Die Hochvolt-Abschaltvorrichtung trennt die Spannungsversorgung der Schütze, sodass diese nicht mehr zugeschaltet werden können.

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Freischalten (spannungsfrei)

Der Brückenstecker (2) wird, wie in Bildfolge (A, B, C) dargestellt, an der Sicherung (4) entriegelt, aus dem Gehäuse Hochvolt-Abschaltvorrichtung (1) herausgezogen und mit einem Vorhängeschloss (3) gegen eine Wiederinbetriebnahme gesichert.

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

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 Die alternative Hochvolt-Abschaltvorrichtung (Hochvolt-Rettungstrennstelle) ist nur zu betätigen, wenn die Hochvolt-Abschaltvorrichtung (S7) 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 an der B­Säule Fahrerseite sowie an der B­Säule auf der Beifahrerseite und kennzeichnen die Lage der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes sowie pyrotechnische Einrichtungen und Abschaltvorrichtungen.

Die alternative Hochvolt-Abschaltvorrichtung befindet sich hinter der Abdeckung Sitzkasten Fahrersitz (5). Sie ist mit einem Hinweisschild (6) an der elektrischen Leitung gekennzeichnet. Hierbei ist die elektrische Leitung an der markierten Trennstelle durchzuschneiden. Die Leitung befindet sich nicht im Hochvolt-Bordnetz.

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