DE102006021913A1

DE102006021913A1 - Schaltungsanordnung zum Erkennen von Kurzschlüssen in einem Kraftfahrzeugbordnetz

Info

Publication number: DE102006021913A1
Application number: DE102006021913A
Authority: DE
Inventors: Ronald Brandes; Rolf Hermann; Ulrich Stich
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-15

Abstract

Schaltungsanordnung zum Erkennen von Lichtbögen und/oder in einem Kraftfahrzeugbordnetz mit folgenden Merkmalen, die Schaltungsanordnung (S1) umfasst einen Reihenschwingkreis (1), der parallel zu einer in dem Kraftfahrzeugbordnetz eingesetzten Last (V) anschließbar und durch im Kraftfahrzeugbordnetz auftretende Lichtbögen anregbar ist, die Schaltungsanordnung umfasst Mittel (2) zum Auskoppeln eines Schwingungssignals aus dem Reihenschwingkreis (1), die Schaltungsanordnung umfasst Mittel (3) zum Feststellen eines Lichtbogens in dem ausgekoppelten Schwingungssignal, die Schaltungsanordnung umfasst zumindest eine Schnittstelle (4), über welche das Auftreten eines Lichtbogens anzeigbar ist.

Description

STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erkennen von Lichtbögen und/oder Kurzschlüssen in einem Kraftfahrzeugbordnetz.
Aus der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer US 6,751,528 B1 ist beispielsweise eine Schaltungsanordnung zum Erkennen von Lichtbögen in einem Kraftfahrzeugbordnetz bekannt. Zur Lichtbogenerkennung wird dabei eine schnelle Frequenzanalyse (FFT) benutzt, womit zwischen einem ungestörten Verbraucherstrom und einen Strom über einen Lichtbogen unterschieden werden kann.
Eine alternative Lösung ist beispielsweise aus der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer DE 101 32 752 A1 bekannt. Die dort offenbarte Technik macht eine Leitung mit einer Sensierungsader notwendig, die ausschließlich zur Lichtbogenerkennung genutzt wird. Die Sensierungsader innerhalb eines mehradrigen Kabels ist mit einem Isolationsmaterial auf Polypropylenbasis ausgeführt. Dieses Isolationsmaterial schmilzt schon bei 105°C, während die Standardisolation Temperaturen bis zum 150°C verträgt. Kommt es zu einem Lichtbogen, schmilz die Isolation der Sensierungsader und es entsteht ein Kontakt zur Versorgungsleitung. Die Potentialänderung auf der Sensierungsader dient der Erkennung des Lichtbogens. Ein Nachteil dieser Technik ist, dass damit nur sogenannte parallele Lichtbögen erkannt werden können. Ein weiterer und schwerwiegender Nachteil ist, dass in dem Kraftfahrzeugbordnetz nur Leitungen mit Sensierungsadern verlegt werden können, wenn eine Lichtbogenerkennung möglich sein soll.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfache Möglichkeit vorzuschlagen, mit der Lichtbögen, d. h. sowohl parallele Lichtbögen, als auch serielle Lichtbögen ohne großen Aufwand und ohne besonders ausgestaltete Kabel erkannt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist dazu einen Reihenschwingkreis auf, der parallel zu einer in dem Kraftfahrzeugbordnetz eingesetzten Last anschließbar und durch im Kraftfahrzeugbordnetz auftretende Lichtbögen anregbar ist. Die Schaltungsanordnung umfasst Mittel zum Auskoppeln eines Schwingungssignals aus diesem Reihenschwingkreis. Zum Feststellen eines Lichtbogens weist die Schaltungsanordnung Mittel auf, mit denen das ausgekoppelte Schwingungssignal ausgewertet wird. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung zumindest eine Schnittstelle, über welche das Auftreten eines Lichtbogens angezeigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zum Entstehen eines Lichtbogens ein Niederspannungsbereich bis ca. 60–100 v Gleichspannung ein Kurzschluss voraus gehen muss. Der Kurzschluss regt in einem Schwingkreis eine Schwingung an. Gleichzeitig kann ein Lichtbogen an der Stelle des Kurzschlusses auftreten, wenn der Kurzschluss beseitigt ist. Dadurch wird in dem Kraftfahrzeugbordnetz und gegebenenfalls einem Schwingkreis eine Schwingung angeregt. Die Anregung des Reihenschwingkreises kann bei Entstehen eines Lichtbogens zum Detektieren eines Lichtbogens benutzt werden.
Die Mittel zum Auskoppeln des Schwingungssignals aus dem Reihenschwingkreises können durch einen Filter, vorzugsweise durch einen Hochpass gebildet sein.
Die Mittel zum Feststellen eines Lichtbogens sind vorzugsweise dagegen durch einen programmierbaren integrierten Schaltkreis, zum Beispiel einem Mikrocontroller gebildet.
Die Schaltungsanordnung kann eine Schnittstelle aufweisen, an welche ein Datenbus anschließbar ist.
In einem Kraftfahrzeugbordnetz kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung parallel zu einer Last eingesetzt sein. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbordnetz kann zwei Schaltungsanordnungen aufweisen. Zumindest zwei Schaltungsanordnungen sind notwendig, wenn mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen nicht nur eine Aussage über das Vorliegen eines Lichtbogens getroffen werden soll, sondern zugleich auch eine Aussage über den Ort des Lichtbogens angegeben werden soll.
Damit eine möglichst fehlerfreie Funktion eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbordnetzes gewährleistet ist, sollten die Leitungen von einer Schaltungsanordnung zu einer Batterie und/oder zu einer Last eine Mindestinduktivität aufweisen, damit der Ort des Auftretens eines Lichtbogens aus dem ausgekoppelten Schwingungssignal eindeutig bestimmbar ist.
ZEICHNUNGEN
Ein Teil eines Kraftfahrzeugbordnetzes ist in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Schaltbild eines Teils eines Kraftfahrzeugbordnetzes und
2 ein Teil des Schaltbildes nach 1 mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Erkennen von Lichtbögen in Blockschaltbilddarstellung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Das in 1 in schematischer Art und Weise dargestellte Teil eines Kraftfahrzeugbordnetzes umfasst eine Quelle Q und einen Verbraucher V, die über Leitungen miteinander verbunden sind. Parallel zu dem Verbraucher sind zwei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen S1, S2 zur Erkennung von Lichtbögen in dem Kraftfahrzeugbordnetz eingesetzt. Aufgrund eines Defektes in der Isolierung der Leitungen ist ein Lichtbogen B zwischen den beiden von der Quelle Q zum Verbraucher V führenden Leitungen entstanden. Der Lichtbogen ist dabei in Leitungsabschnitten zwischen den beiden Schaltungsanordnungen S1, S2 gezündet.
Die Quelle, die in einem Kraftfahrzeugbordnetz in der Regel durch eine Batterie gebildet wird, wird durch eine ideale Spannungsquelle Uq einen dazu in Reihe liegenden Widerstand Rq sowie einer dazu in Reihe liegenden Induktivität Lq und einer parallel geschalteten Kapazität Cq dargestellt. Der Verbraucher wird symbolhaft durch drei parallel geschaltete Zweige dargestellt, wobei der erste Zweig eine Kapazität CV, der zweite Zweig eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand RV1 und einer Induktivität LV und der dritte Zweig einen ohmschen Widerstand RV2 umfasst.
Den Leitungen zwischen der Quelle Q und dem Verbraucher V sind ohmsche Widerstände R1, R2, R3, R4 und Leitungsinduktivitäten L1, L2, L3, L4 zugeordnet. Dieses ist in der 1 nur für die obere der beiden Leitungen dargestellt. Die untere Leitung zwischen der Quelle und dem Verbraucher weist ebenso ohmsche Widerstände und Leitungsinduktivitäten auf. Die Leitungen von der Quelle zum Verbraucher sind in Leitungsabschnitte unterteilt, die von der Quelle zur ersten Schaltungsanordnung S1, von der ersten Schaltungsanordnung S2 zum Ort des Auftreten des Lichtbogens B, vom Ort des Auftretens des Lichtbogens B zur zweiten Schaltungsanordnung S2 und von der zweiten Schaltungsanordnung S2 zum Verbraucher V führen.
Die erste Schaltungsanordnung S1 ist in 2 näher dargestellt. Die Schaltungsanordnung S1 umfasst einen Reihenschwingkreis aus einem ohmschen Widerstand RE1, einer Induktivität LE1 und einem Kondensator CE1. Dieser Reihenschwingkreis ist zwischen den beiden Leitungen zwischen der Quelle Q und dem Verbraucher V geschaltet.
Der Reihenschwingkreis 1 ist mit einem Mittel 2 zum Auskoppeln einer Schwingung aus dem Reihenschwingkreis verbunden. Dieses Mittel wird durch einen Hochpass gebildet. Das Mittel 2 zum Auskoppeln eines Schwingungssignals aus dem Reihenschwingkreis 1 ist mit einem Mittel 3 zum Feststellen eines Lichtbogens in dem ausgekoppelten Schwingungssignal verbunden. Das Mittel 3 wird durch einen Mikrocontroller gebildet, der mit einer Schnittstelle 4 zum Anschluss der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an einen Datenbus verbunden ist. Über die Schnittstelle kann abgefragt werden, ob ein Lichtbogen vorliegt.
Das Funktionsprinzip der Lichtbogenerkennung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, dass der Reihenschwingkreis der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beim Auftreten eines Lichtbogens, sei es ein sogenannter serieller Lichtbogen, sei es ein sogenannter paralleler Lichtbogen, angeregt wird. Das so entstehende Schwingungssignal wird mit den Mitteln 2 zum Auskoppeln aus dem Reihenschwingkreis 1 ausgekoppelt. Die Mittel 3 zum Feststellen des Lichtbogens bewerten das ausgekoppelte Schwingungssignal und geben über die Schnittstelle 4 eine Meldung, dass ein Lichtbogen gezündet ist.
Bei der Abstimmung des Reihenschwingkreises müssen die grundsätzlich bekannten oder erfassbaren Induktivitätsbelege der Abschnitte der Leitungen des Bordnetzes berücksichtigt werden.
Für eine eindeutige Erkennung des Zündens eines Lichtbogens wird für das Kraftfahrzeugbordnetz sowohl in Richtung zur Quelle Q als auch in Richtung zur Last V eine Mindestinduktivität vorausgesetzt. Rein ohmsche Lasten müssen durch geeignete Maßnahmen kapazitiv abgeblockt werden, damit Belastungssprünge der Last V nicht als Lichtbögen fehl interpretiert werden können.
Werden wie in 1 dargestellt, im Kraftfahrzeugbordnetz mindestens zwei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen S1, S2 platziert, kann aus den unterschiedlichen Schwingfrequenzen der einzelnen Schaltungsanordnungen S1, S2 der Ort des Lichtbogens ermittelt werden.

Claims

Schaltungsanordnung zum Erkennen von Lichtbögen und/oder Kurzschlüssen in einem Kraftfahrzeugbordnetz mit folgenden Merkmalen: – die Schaltungsanordnung (S1) umfasst einen Reihenschwingkreis (1), der parallel zu einer in dem Kraftfahrzeugbordnetz eingesetzten Last (V) anschließbar und durch im Kraftfahrzeugbordnetz auftretende Lichtbögen anregbar ist; – die Schaltungsanordnung umfasst Mittel (2) zum Auskoppeln eines Schwingungssignals aus dem Reihenschwingkreis (1); – die Schaltungsanordnung umfasst Mittel (3) zum Feststellen eines Lichtbogens in dem ausgekoppelten Schwingungssignal; – die Schaltungsanordnung umfasst zumindest eine Schnittstelle (4) über welche das Auftreten eines Lichtbogens anzeigbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Mittel (2) zum Auskoppeln des Schwingungssignals durch einen Filter, vorzugsweise einen Hochpass gebildet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum Feststellen eines Lichtbogens durch einen programmierbaren integrierten Schaltkreis gebildet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung über die Schnittstelle (4) an ein Datenbus anschließbar ist.
Kraftfahrzeugbordnetz, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einer Last (V) eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 angeschlossen ist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbordnetz zumindest zwei Schaltungsanordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen (L1, R2; L2, R2; L3, R3; L4, R4) von einer Schaltungsanordnung zu einer Batterie (Q) und/oder zu einer Last (V) eine Mindestinduktivität (L1, L2, L3, L4) aufweisen, damit der Ort des Auftreten eines Lichtbogens aus dem ausgekoppelten Schwingungssignal eindeutig bestimmbar ist.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen einen Induktivitätsbelag aufweisen, der die erforderliche Mindestinduktivität hat.
Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen durch geometrische Gestaltung oder verlegetechnische Maßnahmen auf die erforderliche Mindestinduktivität gebracht sind.