DE102011113472A1

DE102011113472A1 - Verfahren zum Erkennen einer Verbindungsstörung

Info

Publication number: DE102011113472A1
Application number: DE102011113472A
Authority: DE
Inventors: Tommy Beyer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2031-09-10
Also published as: WO2013034249A3; WO2013034249A2; DE102011113472B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Verbindungsstörung zwischen einem Niedervoltausgang eines Spannungswandlers und einem Niedervoltbordnetz eines Kraftwagens, bei welchem eine Spannung am Niedervoltausgang des Spannungswandlers gegen Masse, eine Klemmenspannung einer Batterie des Niedervoltbordnetzes und ein Stromfluss am Niedervoltausgang des Spannungswandlers gemessen werden. Die Verbindungsstörung wird erkannt, wenn ein Absolutbetrag einer Differenz zwischen den gemessenen Spannungen einen ersten Schwellenwert überschreitet und gleichzeitig der Stromfluss am Niedervoltausgang einen zweiten Schwellenwert unterschreitet. Hierdurch wird sichergestellt, dass Leitungsabrisse, Wackelkontakte oder dergleichen zuverlässig erkannt werden können, ohne dass es zu Fehldiagnosen aufgrund von Folgefehlern kommt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Verbindungsstörung zwischen einem Niedervoltausgang eines Spannungswandlers und einem Niedervoltbordnetz eines Kraftwagens.
Bei Kraftwagen mit elektrischem oder Hybridantrieb sind in der Regel getrennte Hochvolt- und Niedervoltbordnetze vorgesehen. Das Hochvoltbordnetz weist eine Betriebsspannung von etwa 400 V auf und dient der Versorgung der elektrischen Antriebsaggregate. Das Niedervoltbordnetz wird üblicherweise mit 12 V betrieben und versorgt Kleinverbraucher wie Steuergeräte, Servomotoren und dergleichen.
Beide Bordnetze umfassen eine jeweilige Batterie und sind durch einen Gleichspannungswandler miteinander gekoppelt. Diese Koppelung ermöglicht die Versorgung von Kleinverbrauchern aus der Hochvoltbatterie bzw. das Aufladen der Niedervoltbatterie aus dem Hochvoltbordnetz, beispielsweise wenn die elektrischen Antriebsaggregate im Hochvoltbordnetz im Generatorbetrieb betrieben werden.
Treten Verbindungsstörungen zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Niedervoltbordnetz auf, so können die Verbraucher des Niedervoltbordnetzes nur aus der Niedervoltbatterie versorgt werden. Solche Verbindungsstörungen können beispielsweise durch Kabelschäden auf der Niederspannungsseite des Gleichspannungswandlers, durch Sicherungsdefekte oder dergleichen ausgelöst werden.
Da aufgrund der Verbindungsstörung eine Aufladung der Niedervoltbatterie aus dem Hochvoltbordnetz nicht mehr möglich ist, entlädt sich diese in diesem Fall schnell, so dass die Versorgung von Steuergeräten, Servomotoren und dergleichen gefährdet ist. Eine solche Verbindungsstörung muss daher schnell erkannt werden, um einen sicheren Betrieb des Kraftwagens zu ermöglichen.
Bekannte Steuerungsverfahren für elektrische Bordnetze von Kraftwagen umfassen zwar eine Überwachung von Spannungen und Stromflüssen in den Bordnetzen, können die geschilderte Art von Verbindungsstörungen jedoch nicht als solche erkennen. Meist wird daher ein Kabelabriss, ein Sicherungsdefekt oder ein Wackelkontakt auf der Niederspannungsseite des Gleichspannungswandlers als Steuergerätefehler fehldiagnostiziert. Diese Diagnose stellt zwar noch immer sicher, dass die Fahrsicherheit gewährleistet bleibt, kann jedoch gegebenenfalls zum Austausch falscher Komponenten bei der Wartung und damit zu hohen und unnötigen Kosten für den Fahrzeughalter führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels welchem eine sichere Erkennung von Verbindungsstörungen zwischen einem Niedervoltausgang eines Gleichspannungswandlers und einem Niedervoltbordnetz eines Kraftwagens ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Spannung am Niedervoltausgang eines Gleichspannungswandlers gegen Masse, eine Spannung an einer Niedervoltbatterie gegen Masse sowie ein Stromfluss am Niedervoltausgang des Gleichspannungswandlers gemessen. Falls ein Absolutwert der Differenz der gemessenen Spannungen einen ersten Schwellenwert überschreitet und gleichzeitig der gemessene Strom einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, so wird eine Verbindungsstörung zwischen dem Niedervoltausgang des Gleichspannungswandlers und dem Niedervoltbordnetz erkannt.
Da der Niedervoltausgang des Gleichspannungswandlers und der Abgriff der Batterie im Normalzustand des Niedervoltbordnetzes auf gleichem Potential liegen, ist eine Spannungsdifferenz zwischen den genannten Stellen ein Anzeichen für eine Verbindungsstörung. Durch die Überwachung des Stromflusses am Niedervoltausgang des Gleichspannungswandlers wird eine zusätzliche Plausibilisierung erzielt, so dass eine Fehldiagnose aufgrund fehlerhafter Spannungsmessungen oder aufgrund von Potentialdifferenzen, die trotz intakter Verbindung in Folge von thermisch bedingten Widerstandsschwankungen in den elektrischen Leitungen zwischen Gleichspannungswandler und Batterie auftreten können, zuverlässig vermieden wird. Damit ist sichergestellt, dass Verbindungsstörungen zwischen dem Niedervoltausgang des Gleichspannungswandlers und dem Niedervoltbordnetz sicher erkannt werden können.
Für übliche Bordnetze ist es zweckmäßig, den ersten Schwellenwert auf 1,5 V und den zweiten Schwellenwert auf 5 A festzulegen, um Fehldiagnosen aufgrund natürlich auftretender Spannungs- und Stromschwankungen zu vermeiden.
Um Verbindungsstörungen möglichst frühzeitig erkennen zu können, ist ferner eine periodische Durchführung des Verfahrens vorteilhaft. Besonders zweckmäßig ist es, die Messungen und Auswertung wenigstens ein mal pro Millisekunde durchzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, Störungen zu erkennen, noch bevor die Funktion der vorn Niedervoltbordnetz versorgten Geräte beeinträchtigt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beim Erkennen einer Verbindungsstörung einem Fahrer des Kraftwagens ein entsprechendes Signal übermittelt. Der Fahrer kann dann rechtzeitig Maßnahmen, wie beispielsweise eine Stilllegung des Kraftwagens, ergreifen, bevor die Verbindungsstörung die ordnungsgemäße Funktion des Kraftwagens beeinträchtigen kann.
Ferner ist es vorteilhaft, beim Erkennen einer Verbindungsstörung einen diesbezüglichen Eintrag in einem Fehlerspeicher des Kraftwagens vorzunehmen. Dieser kann bei der nächsten Wartung des Kraftwagens ausgelesen werden, so dass das Wartungspersonal zuverlässig über die Fehlerquelle informiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei eine schematische Darstellung eines Bordnetzes eines elektrischen Kraftwagens.
Ein Bordnetz 10 eines elektrischen Kraftwagens ist in eine Hochvoltbordnetz 12 zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine 14 und ein Niedervoltbordnetz 16, welches Kleinverbraucher, wie beispielsweise Steuergeräte und dgl. versorgt, aufgeteilt. Das Hochvoltbordnetz 12 umfasst eine Batterie 18, die eine Gleichspannung von etwa 400 V zur Verfügung stellt und von einem Batteriesteuergerät 20 überwacht wird. Zur Versorgung der Antriebsmaschine 14 wird diese Gleichspannung mittels eines Pulswechselrichters 22 in eine dreiphasige Wechselspannung gewandelt. Das Hochvoltbordnetz 12 versorgt ferner einen Klimakompressor 24, der mittels einer Sicherung 26 abgesichert ist.
Im Niedervoltbordnetz 16 ist ebenfalls eine Batterie 28 vorgesehen, welche eine Gleichspannung von 12 V liefert. Der Minuspol 30 der Batterie 28 ist mit Masse 32 verbunden, der Pluspol 34 über eine Leitung 36 mit einer Klemme 38, über welche die Verbraucher des Niedervoltbordnetzes versorgt werden.
Um bei niedrigem Ladezustand der Batterie 28 diese neu aufzuladen bzw. die Verbraucher des Niedervoltbordnetzes 16 versorgen zu können, ist das Niedervoltbordnetz 16 mittels eines Gleichspannungswandlers 40 mit dem Hochvoltbordnetz 12 gekoppelt. Der positive Niedervoltausgang 42 des Gleichspannungswandlers ist über eine Leitung 44, in der noch eine nicht gezeigte Sicherung vorhanden sein kann, ebenfalls mit der Klemme 38 verbunden, der negative Niedervoltausgang 46 des Gleichspannungswandlers liegt auf Masse 32.
Löst sich die Leitung 44 vom positiven Niedervoltausgang 42 oder versagt die Sicherung, so geht die Verbindung zwischen Hochvoltbordnetz 12 und Niedervoltbordnetz 16 verloren. Die Verbraucher des Niedervoltbordnetzes 16 können dann nur noch so lange mit Energie versorgt werden, wie die Ladung der Batterie 28 vorhält. Da zu diesen Verbrauchern wichtige Steuergeräte und Servomotoren des Kraftwagens zählen, muss eine solche Unterbrechung zuverlässig erkannt werden.
Um eine solche Erkennung zu ermöglichen, wird mit in der Figur nicht dargestellten Sensoren die Spannung zwischen dem positiven Niedervoltausgang 42 des Gleichspannungswandlers 40 und Masse 32, sowie die Spannung zwischen dem Pluspol 34 der Batterie 28 und Masse 32 gemessen. Ferner wird der Stromfluss am positiven Niedervoltausgang 42 überwacht.
Im Normalzustand liegt am positiven Niedervoltausgang 42 und dem Pluspol 34 der Batterie 28 die gleiche Spannung an, da die beiden Kontakte über die Klemme 38 miteinander verbunden sind. Lediglich durch gegebenenfalls unterschiedliche Leitungswiderstände der Leitungen 36 und 44 kann es zu geringfügigen Spannungsdifferenzen kommen.
Versagt dagegen die Leitung 44, so tritt eine deutliche Spannungsdifferenz zwischen dem Niedervoltausgang 42 und dem Pluspol 34 auf. Hierbei ist zu unterscheiden, ob der Gleichspannungswandler 40 zum Zeitpunkt des Versagens aktiv ist, also die Bordnetze 12, 16 miteinander koppelt, oder nicht.
Bei nicht aktivem Gleichspannungswandler 40 bricht nach Versagen der Leitung 44 die Spannung am positiven Niedervoltausgang 42 innerhalb von etwa 30 ms auf 0 V zusammen, während die Spannung am Pluspol 34 der Batterie zumindest kurzfristig konstant bleibt. Da der Niedervoltausgang 42 nicht aus dem Hochvoltbordnetz 12 versorgt wird, fließt keinerlei Strom am Niedervoltausgang 42.
Bei aktivem Gleichspannungswandler 40 wird nach Versagen der Leitung 44 die Spannung am positiven Niedervoltausgang 42 durch den Gleichspannungswandler 40 aufrechterhalten. Da im Niedervoltbordnetz 16 weiter Energie verbraucht wird, sinkt jedoch die Klemmenspannung der Batterie 28 langsam ab. Durch die Unterbrechung der Leitung 44 kann auch hier kein nennenswerter Stromfluss am Niedervoltausgang 42 gemessen werden – allenfalls Kriechströme oder dgl. können noch vorkommen.
In beiden Fällen wird also eine nennenswerte Differenz zwischen der Spannung am Niedervoltausgang 42 und am Pluspol 34 der Batterie 28 gemessen und gleichzeitig ein Absinken des Stromflusses am Niedervoltausgang 42 beobachtet. Tritt dieser Fall ein, so kann ein Steuergerät, welches die Messwerte der Sensoren empfängt und auswertet, ein entsprechendes Signal für den Fahrer des Kraftwagens erzeugen, so dass diese über den Zustand seines Fahrzeugs informiert wird und baldmöglichst eine Wartung veranlassen kann. Gleichzeitig wird ein entsprechender Fehlercode in einem Fehlerspeicher des Kraftwagens abgelegt. Dieser Code kann später vom Wartungspersonal mittels geeigneter Diagnosegeräte ausgelesen werden, so dass unmittelbar die notwendigen Reparaturen durchgeführt werden können.

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Verbindungsstörung zwischen einem Niedervoltausgang eines Spannungswandlers und einem Niedervoltbordnetz eines Kraftwagens, bei welchem eine Spannung am Niedervoltausgang des Spannungswandlers gegen Masse, eine Klemmenspannung einer Batterie des Niedervoltbordnetzes und ein Stromfluss am Niedervoltausgang des Spannungswandlers gemessen werden und eine Verbindungsstörung erkannt wird, wenn ein Absolutbetrag einer Differenz zwischen den gemessenen Spannungen einen ersten Schwellenwert überschreitet und gleichzeitig der Stromfluss am Niedervoltausgang einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert 1,5 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellwert 5 A beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren periodisch durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens einmal pro Millisekunde durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen einer Verbindungsstörung ein Signal an einen Fahrer des Kraftwagens übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen einer Verbindungsstörung eine entsprechende Information in einem Fehlerspeicher des Kraftwagens abgelegt wird.