Hochvoltsystem Funktion

S54.10-A042-79

 Steckkupplungen der Hochvoltleitungen am Hochvolt-Bordnetz dürfen nur nach Spannungsfreischaltung durch geschultes Fachpersonal getrennt werden.

S54.10-A050-71

 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.

 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.

Funktionsvoraussetzung allgemein

 Klemme 30

Hochvolt-Bordnetz allgemein

Das hier näher beschriebene Hochvolt-Bordnetz besteht aus folgenden Komponenten:

 Elektrischer Kältemittelverdichter (A9/6)

 Elektrische Maschine (A79/1)

 Steuergerät Elektrische Maschine (A79/3)

 Hochvoltbatterien (G1/18, G1/27, G1/28)

 Steuergerät Hochvolt PTC-Heizer (N33/7)

 Steuergerät Batterieheizung (N33/8)

 Steuergerät DC/DC-Wandler (N83/3)

 Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie (N83/11)

 Modul Hochvoltverteiler 1 (N116/5)

 Modul Hochvoltverteiler 2 (N116/10)

 Steckdose Einspeisung 230 V (X58/23)

 Steuergerät Batteriemanagementsystem (N82/2)

Das Steuergerät Batteriemanagementsystem übernimmt die vollständige Überwachung der Hochvoltbatterien bezüglich Temperatur, Spannung und Strömen. Es legt die Sicherheitsgrenzen für diese Werte fest und übermittelt Werte sowie Sicherheitsgrenzen über Hybrid-CAN (CAN L) an das Steuergerät Antriebsstrang (N127).

Die Hochvoltbatterien dienen als Energiespeicher und sind über das Modul Hochvoltverteiler 2 (N116/10) und Modul Hochvoltverteiler 1 (N116/5) angeschlossen.

Einige Verbraucher des Hochvolt-Bordnetzes (z. B. elektrischer Kältemittelverdichter (A9/6)) sind durch Schmelzsicherungen im Sicherungs- und Relaismodul Motorraum (K40/10) abgesichert und mit Schraub- oder elektrischen Steckverbindungen mit den Modulen Hochvoltverteiler elektrisch verbunden.

Das Hochvolt-Bordnetz wird von den Hochvoltbatterien und im Schubbetrieb (Rekuperation) über einen Wechselrichter von der elektrischen Maschine 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. Sind die Hochvoltbatterien nahezu vollständig entladen, schaltet sich das Antriebssystem ab. Die Hochvoltbatterien sind so vor Tiefentladung geschützt.

Das Steuergerät Antriebsstrang dient als Schnittstelle (Gateway) zwischen den CAN-Bus-Systemen Fahrwerk-CAN (CAN E), Hybrid-CAN (CAN L) und Elektroantriebs-CAN (CAN ED).

Funktionsablauf Hochvolt-Bordnetz

Folgende Aufgaben des Hochvolt-Bordnetzes werden näher erläutert:

 Stationäres Laden

 Interlock-Kreis

 Einschalten und Trennen des Hochvolt-Bordnetzes

 Kühlung Hochvolt-Bordnetz

 Heizung Hochvoltbatterien

Stationäres Laden

Die elektrische Energie des Elektrofahrzeugs wird von den Hochvoltbatterien bereitgestellt, die zuvor stationär aufgeladen werden müssen.

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

Interlock-Kreis

Der Interlock-Kreis dient dem Berührungsschutz von Personen gegen versehentliches Berühren der Hochvoltkomponenten. Der Interlock ist ein vorauseilender Kontakt, der sich beim Öffnen eines Hochvoltanschlusses zeitlich vor dem Hochvoltanschluss öffnet. Damit wird ein rechtzeitiges Entladen des Hochvolt-Zwischenkreises durch die Steuergeräte der Hochvoltkomponenten realisiert.

Der Interlock-Kreis dient der Erkennung offener Leitungen oder Zugangsstellen am Hochvolt-Bordnetz. Ein 12­V­/88­Hz-Interlock­Signal wird hierzu durch alle abbaubaren oder zu öffnenden Bauteile des Hochvolt-Bordnetzes geschleift. Dazu befindet sich in jedem abbaubaren Hochvolt-Steckanschluss eine elektrische Brücke, die beim Abziehen des Hochvolt-Steckanschlusses den Interlock-Kreis unterbricht. Beim Abziehen eines Steuergeräte-Steckanschlusses wird über die Kontakte Interlock Ein- und Ausgang der Interlock-Kreis unterbrochen.

Das Unterbrechen des Interlock-Kreises bewirkt unter bestimmten Voraussetzungen das Öffnen der Schütze in den Hochvoltbatterien und ein Herunterfahren des gesamten Hochvolt-Bordnetzes. Das Steuergerät Batteriemanagementsystem (N82/2) und das Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie (N83/11) verfügen jeweils über eine eigene Auswerteschaltung für das Interlock-Signal. Die Fehlerzustände können durch die Auswertung der Interlock-Signale in den aktiven Komponenten (Hochvoltquellen) ermittelt werden (Unterbrechung, Kurzschluss). Dabei werden die jeweiligen Fehlerzustände über Hybrid-CAN (CAN L) dem Steuergerät Antriebsstrang gemeldet. Hier befindet sich die zentrale Steuerung und Auswertung der Interlock-Schaltung.

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.

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

Kühlung Hochvolt-Bordnetz

Die Betriebstemperatur der Hochvoltbatterien und der elektrischen Maschine müssen in einem bestimmten Bereich liegen, um sicherzustellen, dass die Ladekapazität, die Anzahl der Ladezyklen und die Lebenserwartung der Hochvoltbatterien bzw. der Betrieb der Hochvoltkomponenten optimiert und gesichert werden. Die Hochvoltbatterien und die elektrische Maschine sind deshalb Teil der Niedertemperatur-Kühlmittelkreisläufe.

Der Niedertemperatur-Kreis 1 schützt die Hochvoltkomponenten und die elektrische Maschine vor Überhitzungsschäden. Die Temperierung der Hochvoltbatterien erfolgt über den Niedertemperatur-Kreis 2.

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

S54.10-A059-76

Heizung Hochvoltbatterien

Da der Wirkungsgrad der Hochvoltbatterien temperaturabhängig ist, nimmt er mit sinkenden Temperaturen stark ab. Zudem können die Elektrolyte der Hochvoltbatterien bei sehr niedrigen Temperaturen "gelieren". Aus diesem Grund wird im Fahrbetrieb und bei Bedarf für den Ladevorgang der Batterieblock bei Batterietemperaturen kleiner ca. ­15 °C automatisch auf eine verbesserte Betriebs- und Ladetemperatur aufgeheizt. Beim Erreichen von ca. ­15 °C wird diese Unterstützung automatisch beendet.

Das Thermomanagement kontrolliert automatisch nach dem Systemstart die Temperaturen im Fahrzeuginnenraum sowie der Batterie- und Elektrokomponenten. Mit den ermittelten Temperaturwerten und der besonderen Funktion dieses Systems kann für die Aufwärmung des Wassers eine "Wärmepumpenfunktion" genutzt werden.

Die Heizung der Hochvoltbatterien erfolgt über das im Kühlmittelkreislauf integrierte Steuergerät Batterieheizung (N33/8) und stellt sicher, dass die Innenraumtemperatur 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.

Die Umwälzung des erwärmten Kühlmittels erfolgt über die Kühlmittelpumpe Niedertemperatur-Kreis 2 (M75/17). Die entstehende Wärme wird durch den Kühlmittelkreislauf Niedertemperatur-Kreis 2 an die Hochvoltbatterien abgegeben. Ist die Betriebstemperatur der Hochvoltbatterien erreicht (ca. 20 bis 35 °C), werden die Heizelemente des Steuergeräts Batterieheizung nicht mehr bestromt.