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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Interlocksystem mit in einem Interlockkreis realisiertem Interlockgenerator, Interlockdetektor, einer Vielzahl von Interlockteilnehmern sowie einer zusätzlichen Beschaltung, welche den Interlockgenerator sowie den Interlockdetektor des Interlockkreises zum Zweck der Selbstdiagnose direkt miteinander zu verbinden vermag.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2010 031 456 A1 ist ein Verfahren zur sicherheitsbedingten Abschaltung eines elektrischen Netzes bekannt, bei welchem ein Interlockkreis (auch Sicherheitsleitungsschleife, Interlock- oder Pilotlinie beziehungsweise Interlock- oder Pilotleitung genannt) eingesetzt wird, bei dessen Unterbrechung eine zum elektrischen Netz gehörige elektrische Energiequelle abgeschaltet oder vom elektrischen Netz abgekoppelt wird, wenn eine Personengefährdung durch spannungsführende Teile zu befürchten ist.
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So wird in solchen elektrischen Netzen, beispielsweise in Fahrzeugen, mit einer Nennspannung, welche 60 Volt übersteigt, ein Interlockkreis eingesetzt, welcher als eine Signalschleife ausgeführt ist. Die Erzeugung eines sogenannten Interlocksignals erfolgt im Interlockkreis in der Regel über einen Interlockgenerator in einer Energiequelle (zum Beispiel in einer Batterie), welche das elektrische Netz mit Strom versorgt. Das Interlocksignal wird durch alle Stecker des elektrischen Netzes und alle mit dem Netz verbundenen Komponenten, das heißt über passive und/oder aktive Interlock-Teilnehmer geführt. Dabei wird das System so ausgeführt, dass bei Öffnen einer Steckverbindung oder einer Abdeckung, welche den Zugang zu spannungsführenden Teilen verhindert, zwangsläufig der Interlockkreis unterbrochen wird. Die Auswertung des Interlocksignals erfolgt in allen Interlockteilnehmern des Netzes, welche als Energiequelle wirken. Bei Unterbrechungen des Interlockkreises schaltet jede dieser Komponenten das Einspeisen von Energie in das Netz ab und führt gegebenenfalls eine Entladung des Netzes aus. Die typischerweise erforderliche Zeit zwischen Unterbrechung des Interlockkreises und Abschaltung des durch diesen geschützten Netzes liegt im Bereich unter einer Sekunde.
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Regelmäßig befindet sich am Ende oder auch an einer anderen Position eines solchen Interlockkreises ein Interlockdetektor, der, genau wie der Interlockgenerator, innerhalb eines Batteriesteuergeräts realisiert ist, das von dem Interlockgenerator generierte Interlocksignal auswertet und diese Auswertung dem Batteriesteuergerät zuführt.
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Aus der
DE 10 2006 050 180 A1 ist des Weiteren eine Vorrichtung bekannt, mit der sowohl ein Stromkreis als auch ein Interlockkreis in einem Fahrzeug sicher geschlossen werden kann und welche eine, wie oben beschriebene, Steckverbindung/Abdeckung bereitstellt, die eine Unterbrechung des Interlockkreises bei der Öffnung der Steckverbindung/Abdeckung kausiert. Diese Vorrichtung weist ein Gehäuse zur Aufnahme der zu schließenden Kontakte des Stromkreises und des Interlockkreises sowie einen Gehäusedeckel auf, wobei der Gehäusedeckel eine Schließposition einnehmen kann, in der der Interlockkreis geschlossen ist, und eine Öffnungsposition einnehmen kann, in der der Interlockkreis unterbrochen ist.
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Die 1 zeigt einen Prinzipaufbau eines Interlockkreises 30 als Teil eines Interlocksystems 60 nach dem Stand der Technik. In dem Interlockkreis 30 liegen ein Interlockgenerator 10, ein Interlockdetektor 2 sowie eine Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45, die in 1 durch Punkte angedeutet sind. Im Betrieb wird von dem Interlockgenerator 10 ein Interlocksignal erzeugt und über den Interlockkreis 30 gesendet. Das Interlocksignal wird über jeden einzelnen der Vielzahl an aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmer 45 geführt und dabei überprüft, ob der jeweilige Interlockteilnehmer 45 ordnungsgemäß mit dem Interlockkreis 30 und dem elektrischen Netz verbunden ist. In dem Interlockdetektor 2 wird das Interlocksignal ausgewertet und eine Störung im Interlockkreis 30 detektiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Interlocksystem umfasst einen Interlockkreis, einen im Interlockkreis liegenden Interlockgenerator, der dazu ausgelegt ist, ein Interlocksignal zu generieren und über den Interlockkreis zu führen sowie einen Interlockdetektor, der mit dem Interlockkreis verbunden und dazu ausgelegt ist, das über den Interlockkreis geführte Interlocksignal zu detektieren. Des Weiteren umfasst das Interlocksystem eine Vielzahl im Interlockkreis liegender aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer. Über mindestens ein Schaltmittel ist die Vielzahl im Interlockkreis liegender aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer überbrückbar. Mit anderen Worten ist im Interlocksystem über mindestens ein Schaltmittel eine elektrische Masche ausbildbar, die über den Interlockgenerator, den Interlockdetektor sowie das mindestens eine Schaltmittel führt, und die Vielzahl im Interlockkreis liegender aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer nicht umfasst und über das mindestens eine Schaltmittel schließbar ist. Ist das mindestens eine Schaltmittel geschlossen, ergibt sich also eine Parallelschaltung aus dem Schaltmittel selbst und den aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmern. Das mindestens eine Schaltmittel unterteilt den Interlockkreis im geschlossenen Zustand in zwei Maschen, deren gemeinsame Schnittmenge das mindestens eine Schaltmittel selbst beziehungsweise das Schaltmittel mit seinen direkten Verbindungen zum Interlockkreis ist. In der ersten Masche, welche der oben aufgeführten Masche entspricht, liegen der Interlockgenerator, der Interlockdetektor sowie das mindestens eine Schaltmittel und bevorzugt keine weiteren Elemente, während in der zweiten Masche die Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer sowie abermals das mindestens eine Schaltmittel liegen.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Interlocksystems ist in der Möglichkeit der Selbstdiagnose von dessen Komponenten des Interlockgenerators sowie des Interlockdetektors gegeben. Für diese Selbstdiagnose ist es nicht erforderlich, dass der Interlockkreis abseits der den Interlockgenerator sowie den Interlockdetektor enthaltenden ersten Masche geschlossen oder intakt ist. Durch das Schließen des Schaltmittels wird der Interlockgenerator direkt an den Interlockdetektor angeschlossen. Der Interlockgenerator kann dann, über die Generation spezieller Testsignale, dazu herangezogen werden, die Funktionalität der Komponenten des Interlockdetektors zu überprüfen. Umgekehrt können die Komponenten des Interlockgenerators unter Verwendung des Interlockdetektors auf Funktionstüchtigkeit überprüft werden. Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht also einen Selbsttest von Interlockgenerator und Interlockdetektor, der auch im Rahmen der Prüfungsverfahren von Werks- und Produktionsstätten (bei sogenannten „On-Board-Diagnosen“) durchgeführt werden kann, bei denen die restlichen Komponenten des Interlockkreises nicht vollständig oder nur teilweise angeschlossen sind. Durch das erfindungsgemäße Interlocksystem wird aber auch die Diagnose im Feld verbessert möglich, da zwischen einer Störung im Interlockkreis abseits der angesprochenen Masche und einer Störung im Interlockgenerator beziehungsweise im Interlockdetektor (besser) unterschieden werden kann. Die Fehlersuche wird somit verkürzt und die Reparatur-/Wartungskosten werden reduziert. Konkret können beispielsweise durch den Interlockgenerator zu jeder Zeit Testsignale beziehungsweise Testsequenzen erzeugt werden, mit denen das statische/dynamische Verhalten von Interlockgenerator und Interlockdetektor im Rahmen einer Selbstdiagnose überprüft werden kann.
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Vorzugsweise ist die Vielzahl im Interlockkreis liegender aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer über mindestens ein weiteres Schaltmittel zur Unterbrechung von dem restlichen Interlockkreis abkoppelbar. Bei einer solchen Ausführungsform kann durch das Öffnen dieses mindestens einen weiteren Schaltmittels zur Unterbrechung sichergestellt werden, dass während der Selbstdiagnose von Interlockgenerator und Interlockdetektor keine Störeinflüsse von aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmern ausgehen und sich auf die Selbstdiagnose bzw. deren Ergebnis auswirken können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schaltmittel des Interlocksystems durch Transistoren und/oder Relais realisiert. Die Vorteile von Transistoren sind insbesondere in ihrer steilen Kennlinie zu suchen, welche eine hohe Schaltgeschwindigkeit ermöglichen. Transistoren sind darüber hinaus kostengünstig und platzsparend. Sie haben eine geringe Störanfälligkeit sowie eine lange Lebensdauer. Vorteile von Relais sind in ihrem hohen Isolationswiderstand sowie der hohen Sperrspannung ihrer Schaltstrecke gegeben. Des Weiteren weist die Schaltstrecke von Relais eine geringe Kapazität auf.
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Vorzugsweise sind die Schaltmittel über einen Mikrocontroller und/oder eine Software steuerbar. Vorteil einer solchen Ausführung ist die mit ihr gegebene Möglichkeit, einen Selbsttest von Interlockgenerator und Interlockdetektor von einem Programm initiiert, gesteuert und überwacht durchzuführen. Auf diese Weise kann die Diagnose genauer durchgeführt und ausgewertet werden. Über das Programm können frühzeitig Warnhinweise für den Nutzer computergesteuert generiert und ausgegeben werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Interlockgenerator dazu ausgelegt, neben dem Interlocksignal, Testsignale und/oder Testsequenzen zu erzeugen und über den Interlockkreis zu führen. Über die Erzeugung spezieller Testsignale beziehungsweise spezieller Testsequenzen kann die Diagnose des Interlockdetektors aber auch des Interlockgenerators verfeinert und genauer ablaufen.
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Vorzugsweise ist der Interlockdetektor dazu ausgelegt, neben dem Interlocksignal, über den Interlockkreis geführte Testsignale und/oder Testsequenzen zu detektieren und auszuwerten. Über die Detektion spezieller Testsignale beziehungsweise spezieller Testsequenzen kann die Diagnose des Interlockdetektors, aber auch des Interlockgenerators verfeinert und genauer ablaufen.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zur Diagnose des Interlockdetektors und/oder des Interlockgenerators eines Interlocksystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst den Verfahrensschritt des Schließens des Schaltmittels, des Erzeugens von Testsignalen über den Interlockgenerator und des Einspeisens dieser in den Interlockkreis sowie des Detektierens und Auswertens der Testsignale über den Interlockdetektor.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung umfasst dieses Verfahren ferner den Schritt des Abkoppelns der Vielzahl im Interlockkreis liegender aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer durch Öffnen des mindestens einen weiteren Schaltmittels zur Unterbrechung.
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Vorzugsweise wird eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Interlocksystem realisiert, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine Lithium-Ionen Batterie ausgeführt ist. Vorteilig an Lithium-Ionen Batterien ist deren vergleichsweise hohe Energiedichte.
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Vorzugsweise wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einem erfindungsgemäßen Interlocksystem realisiert, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Prinzipaufbau eines Interlocksystems nach dem Stand der Technik,
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2 den Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Interlocksystems,
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3 den Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Interlocksystems mit abkoppelbarer Masche, und
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4 den Prinzipaufbau einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interlocksystems.
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2 zeigt den Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Interlocksystems 60. In einem Interlockkreis 30 liegen ein Interlockgenerator 10, eine Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45 sowie ein Interlockdetektor 2. Durch den Interlockgenerator 10 kann ein Interlocksignal generiert und über den Interlockkreis 30 geführt werden. Das über den Interlockkreis 30 geführte Interlocksignal kann von dem Interlockdetektor 2 detektiert und ausgewertet werden. Über ein Schaltmittel 8 ist die Vielzahl im Interlockkreis 30 liegender aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45 überbrückbar. Durch das Schließen des Schaltmittels 8 kann also eine elektrische Masche 5, die über den Interlockgenerator 10, den Interlockdetektor 2 sowie das Schaltmittel 8 selbst führt, und die Vielzahl im Interlockkreis 30 liegender aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45 nicht umfasst, geschlossen werden. Mit anderen Worten kann der Interlockkreis 30 durch das Schließen des Schaltmittels 8 in zwei Maschen 5, 6 unterteilt werden, welche als gemeinsame Schnittmenge das Schaltmittel 8 selbst beziehungsweise das Schaltmittel 8 mit seinen direkten Verbindungen zum Interlockkreis 30 haben. In der ersten Masche 5 liegen neben dem Schaltmittel 8 der Interlockgenerator 10 sowie der Interlockdetektor 2 und bevorzugt keine weiteren Elemente. In der zweiten Masche 6 liegt neben dem Schaltmittel 8 die Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45. Es ergibt sich also bei geschlossenem Schaltmittel 8 eine Parallelschaltung aus dem Schaltmittel 8 selbst und den aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmern 45. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Interlockgenerator 10 dazu ausgelegt, neben dem Interlocksignal noch weitere Testsignale und alternativ oder ergänzend Testsequenzen zu erzeugen und über den Interlockkreis 30 zu führen, während der Interlockdetektor 2 dazu ausgelegt ist, derartige Testsignale und/oder Testsequenzen zu detektieren und auszuwerten. Durch das Schließen des Schaltmittels 8 wird der Interlockdetektor 2 direkt an den Interlockgenerator 10 angeschlossen. Durch den Interlockgenerator 10 können dann die speziellen Testsignale und/oder Testsequenzen erzeugt und dem Interlockdetektor 2 zugeführt werden. In diesem erfolgt dann eine Auswertung der Testsignale und/oder Testsequenzen, welche einen Rückschluss auf die Funktionstüchtigkeit von zum einen des Interlockgenerators 10 und zum anderen des Interlockdetektors 2 zulässt. Beispielsweise können Testsignale und/oder Testsequenzen mit dynamischem oder statischem Verlauf von dem Interlockgenerator 10 erzeugt und von dem Interlockdetektor 2 ausgewertet werden. So können zum Beispiel die dynamischen Filterzeiten des Interlockdetektors 2 überprüft werden.
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3 zeigt den Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Interlocksystems 60, bei dem die Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45 über ein Schaltmittel 8 zur Unterbrechung 15 einseitig von dem Interlockkreis 30 abkoppelbar ist. Das hier dargestellte Interlocksystem 60 unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Interlocksystem 60 ausschließlich darin, dass in der Masche 6, welche neben dem Schaltmittel 8 die Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45 enthält, noch ein weiteres Schaltmittel zur Unterbrechung 15 liegt, über welches die Masche 6 geöffnet und geschlossen werden kann. Anders ausgedrückt ist es über das Schaltmittel zur Unterbrechung 15 möglich, die die Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45 enthaltende Masche 6 von dem Interlockkreis 30 einseitig abzukoppeln beziehungsweise zu unterbrechen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für die Durchführung einer Selbstdiagnose von Interlockgenerator 10 und Interlockdetektor 2 zunächst das Schaltmittel zur Unterbrechung 15 geöffnet und im Anschluss daran das Schaltmittel 8 geschlossen. Dann wird mit der Generation der Testsignale und/oder Testsequenzen durch den Interlockgenerator 10 sowie der Einspeisung dieser in den Interlockdetektor 2 begonnen. Da die die Vielzahl aktiver und/oder passiver Interlockteilnehmer 45 enthaltende Masche 6 unterbrochen ist, kann es nicht zu unerwünschten Störeinflüssen, beispielsweise durch aktive und/oder passive Interlockteilnehmer 45 und/oder durch die Interlockleitung des Interlockkreises 30 während der Selbstdiagnose kommen. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur ein weiteres Schaltmittel zur Unterbrechung 15 der die aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmer 45 enthaltenden Masche 6 vorgesehen. Es können aber auch zwei, drei oder eine noch größere Anzahl an weiteren Schaltmitteln zur Unterbrechung 15 der Masche 6 vorgesehen sein.
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4 zeigt den Prinzipaufbau einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interlocksystems 60. Das in 4 gezeigte Interlocksystem 60 entspricht dem des in 3 gezeigten, mit dem Unterschied, dass in der in 4 gezeigten Ausführungsform zwei Schaltmittel zur Unterbrechung 15, 16 in der die aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmer 45 enthaltenden Masche 6 im Interlockkreis 30 vorgesehen sind. Die Vielzahl der aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmer 45 kann in diesem Ausführungsbeispiel über die Schaltmittel zur Unterbrechung 15, 16 beidseitig von dem Interlockkreis 30 abgekoppelt werden. Während sich das erste dieser Schaltmittel zur Unterbrechung 15 innerhalb der Masche 6 vor den aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmern 45 befindet, ist das zweite Schaltmittel zur Unterbrechung 16 nach den beziehungsweise auf die Vielzahl der aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmer 45 folgend, innerhalb der Masche 6 angeordnet. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel sind exemplarisch sowohl die Schaltmittel zur Unterbrechung 15, 16 als auch das Schaltmittel 8 zur Verbindung von Interlockgenerator 10 und Interlockdetektor 2 als selbstsperrende Feldeffekttransistoren (FETs) ausgeführt. Die Gate-Elektroden der FETs zur Unterbrechung beziehungsweise Verbindung 15, 16, 8 sind hier mit einer Treiberstufe verbunden, welche einen Eingang aufweist, über den sie mit einem Mikrocontroller zum Empfang von Steuersignalen verbunden werden. Die Verwendung einer Treiberstufe für die Ansteuerung der FETs ist dabei abhängig von der Auslegung und Funktion der Halbleiterschalter innerhalb der Schaltung. In dem hier vorliegenden speziellen Ausführungsbeispiel werden die FETs 8, 15, 16, veranlasst von einer Software, welche den Mikrocontroller steuert, für die Durchführung einer Selbstdiagnose, automatisch in einen leitenden Zustand beziehungsweise einen sperrenden Zustand geschaltet. Dazu gibt der Mikrocontroller ein Steuersignal an die Gate-Elektrode des jeweiligen FETs 8, 15, 16. Für eine Selbstdiagnose wird die Vielzahl der aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmer 45 zunächst durch Sperrung der FETs zur Unterbrechung 15, 16, beidseitig von der Masche 6, welche den Interlockgenerator 10, den Interlockdetektor 2 sowie den N-Kanal-FET 8 zur Verbindung der beiden zuletzt genannten Elemente enthält, abgekoppelt. Im Anschluss daran wird der N-Kanal-FET 8 in einen leitenden Zustand geschaltet und somit der Interlockgenerator 10 direkt mit dem Interlockdetektor 2 verbunden. Da die Vielzahl der aktiven und/oder passiven Interlockteilnehmer 45 nun vollständig elektrisch von dem Interlockgenerator 10 und dem Interlockdetektor 2 abgekoppelt sind, kann es während der Selbstdiagnose von Interlockgenerator 10 und Interlockdetektor 2 nicht zu Störeinflüssen beziehungsweise einer Interaktion mit den Interlockteilnehmern 45 kommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010031456 A1 [0002]
- DE 102006050180 A1 [0005]
