DE102012222928A1 - Vorladeschaltung zum Laden eines Zwischenkreiskondensators - Google Patents

Vorladeschaltung zum Laden eines Zwischenkreiskondensators Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorladeschaltung (7) zum Laden eines Zwischenkreiskondensators (2) mit einem ersten elektronischen Bauteil (8), einem zweiten elektronischen Bauteil (9) und einer Diagnoseschaltung (14) bereitgestellt. Die Diagnoseschaltung (14) ist zur Funktionsprüfung des ersten elektronischen Bauteils (8) und/oder des zweiten elektronischen Bauteils (9) ausgebildet und umfasst eine Energiequelle (21) mit einer Klemmenspannung. Durch die Energiequelle (21) ist ein Spannungsabfall an dem ersten elektronischen Bauteil (8) hervorrufbar, wodurch die Funktionsfähigkeit des ersten elektronischen Bauteils (8) und/oder des zweiten elektronischen Bauteils (9) überprüfbar ist. Die Diagnoseschaltung (14) weist einen Diagnoseschalter (20) auf, über den die Energiequelle (21) derart mit dem ersten elektronischen Bauteil (8) verschaltbar ist, dass die an dem ersten elektronischen Bauteil (8) abfallende Spannung der Klemmenspannung entspricht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorladeschaltung zum Laden eines Zwischenkreiskondensators mit einem ersten elektronischen Bauteil, einem zweiten elektronischen Bauteil und einer Diagnoseschaltung, wobei die Diagnoseschaltung zur Funktionsprüfung des ersten elektronischen Bauteils und/oder des zweiten elektronischen Bauteils ausgebildet ist und eine Energiequelle mit einer Klemmenspannung umfasst, wobei durch die Energiequelle ein Spannungsabfall an dem ersten elektronischen Bauteil hervorrufbar ist, wodurch die Funktionsfähigkeit des ersten elektronischen Bauteils und/oder des zweiten elektronischen Bauteils überprüfbar ist.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 10 2011 016 532 A1 ist eine Ladeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Ladeeinheit, die zum Aufladen einer Batterie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist bekannt. Es sind Diagnosemittel vorgesehen, mit denen die Funktionsfähigkeit der Ladeeinheit überprüfbar ist. Hierzu wird eine Testspannung in einen Wechselstromeingang der Ladeeinheit eingekoppelt und durch die Testspannung hervorgerufene Spannungen an unterschiedlichen Messpunkten der Ladeeinrichtung gemessen. Mithilfe der Diagnosemittel können einzelne Baugruppen der Ladeeinheit geprüft werden. Ein Prüfen einzelner elektronischer Bauteile ist nicht möglich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorladeschaltung weist eine Diagnoseschaltung mit einem Diagnoseschalter auf, über den die Energiequelle derart mit dem ersten elektronischen Bauteil verschaltbar ist, dass die an dem ersten elektronischen Bauteil abfallende Spannung der Klemmenspannung entspricht.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Vorladeschaltung können das erste und das zweite elektronische Bauteil gezielt auf eine Fehlfunktion bzw. Schädigung hin geprüft werden. Bevorzugt sind dies die beiden elektronischen Bauteile die in einer Vorladeschaltung am stärksten beanspruchten Bauelemente.
  • Beispielsweise ist das erste elektronische Bauteil als Widerstand und das zweite elektronische Bauteil als Transistor ausgebildet. Mittels beider Bauteile wird der Vorladestrom für den Zwischenkreiskondensator konstant geregelt.
  • Bevorzugt ist die Energiequelle als ideale Stromquelle ausgebildet, die einen konstanten Strom liefert.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass eine Spannung, die an einem Transistor abfällt, der sich in einem stromleitenden Zustand befindet, vernachlässigbar ist.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein Mikrocontroller zum Messen und Auswerten der an dem ersten elektronischen Bauteil abfallenden Spannung vorgesehen. Beispielsweise ist ein Diagnosepfad vorgesehen, über den dem Mikrocontroller die an dem ersten elektronischen Bauteil abfallende Spannung zugeführt wird.
  • Vorzugsweise vergleicht der Mikrocontroller den gemessenen Spannungsabfall mit einem voreingestellten Wert. Beispielsweise wird für den voreingestellten Wert eine Spannung gewählt, die dem Produkt aus dem von der Energiequelle generierten Strom und dem Widerstand des ersten elektronischen Bauteils entspricht. Weicht der gemessene Spannungsabfall von dem voreingestellten Wert ab, ist das jeweilige elektronische Bauteil, dessen Funktion überprüft wurde, fehlerhaft. Bevorzugt ist bei der Ermittlung des voreingestellten Wertes ein Toleranzband vorgesehen, so dass geringfügige Schwankungen in der gemessenen Spannung nicht zu einer falschen Beurteilung des Funktionszustands der elektronischen Bauteile führen.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Diagnoseschalter durch den Mikrocontroller schaltbar. Somit können Funktionsüberprüfungen der elektrischen Bauteile durch den Mikrocontroller durchgeführt werden. Beispielsweise umfasst der Mikrocontroller eine Steuerung über die der Diagnoseschalter geschaltet wird. Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Formulierung, die Steuerung schaltet, gleichbedeutend mit der Formulierung, der Mikrocontroller schaltet. Dies gilt nicht nur für den Diagnoseschalter sondern auch für alle anderen Schalter und alle Ausführungsformen im Rahmen dieser Erfindung.
  • Besonders bevorzugt ist die Energiequelle durch den Diagnoseschalter parallel zu dem ersten elektronischen Bauteil verschaltbar. Soll die Funktionsfähigkeit des ersten elektronischen Bauteils überprüft werden, wird die Energiequelle mittels des Diagnoseschalters parallel zu dem elektronischen Bauteil geschaltet. Entspricht die über dem ersten elektronischen Bauteil abfallende Spannung der Klemmenspannung der Energiequelle, ist das erste elektronische Bauteil funktionsfähig. Unterscheidet sich die durch den Mikrocontroller gemessene Spannung von der Klemmenspannung der Energiequelle erheblich, dass heißt ist der Unterschied größer als der im Mikrocontroller voreingestellte Wert inklusive dem vordefinierten Toleranzband, ist eine Funktion des ersten elektronischen Bauteils nicht mehr gegeben.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zweite elektronische Bauteil als Diagnoseschalter ausgebildet. Beispielsweise ist die Diagnoseschaltung ausgebildet, sowohl die Funktionsfähigkeit des ersten wie auch die Funktionsfähigkeit des zweiten elektronischen Bauteils zu überprüfen. Hierzu ist ein weiterer Schalter vorgesehen, über den die Energiequelle mit den beiden elektronischen Bauteilen derart verschaltbar ist, dass die Klemmenspannung der Energiequelle über beiden elektronischen Bauteilen anliegt. Ist das zweite elektronische Bauteil als Diagnoseschalter ausgebildet und kann der Spannungsabfall an dem zweiten elektronischen Bauteil in einem stromleitenden Zustand vernachlässigt werden, entspricht die an dem ersten elektronischen Bauteil abfallende Spannung der Klemmenspannung.
  • Auch kann der Diagnoseschalter als Transistor ausgebildet sein, der durch den Mikrocontroller in einen leitenden und einen sperrenden Zustand schaltbar ist. Indem der Transistor durch den Mikrocontroller schaltbar ist, kann er als Diagnoseschalter und damit zur Funktionsüberprüfung der beiden elektronischen Bauteile verwendet werden. Soll beispielsweise die Funktionsfähigkeit des ersten elektronischen Bauteils überprüft werden, wird der Transistor durch den Mikrocontroller in einen leitenden Zustand geschaltet. Dabei ist der Widerstand des Transistors in dem leitenden Zustand vernachlässigbar, weshalb, die Funktionsfähigkeit des ersten elektronischen Bauteils vorausgesetzt, der messbare Spannungsabfall an dem ersten elektronischen Bauteil der Klemmenspannung der Energiequelle entspricht. Weicht die an dem ersten elektronischen Bauteil gemessene Spannung erheblich von der Klemmenspannung der Energiequelle ab, ist das erste elektronische Bauteil defekt.
  • Besonders bevorzugt ist der Transistor zu seiner Funktionsüberprüfung in einen sperrenden Zustand schaltbar, wobei die an dem ersten elektronischen Bauteil abfallende Spannung einen Wert von 0 aufweist. Die Klemmenspannung der Energiequelle liegt über dem Transistor und dem ersten elektronischen Bauteil an. Wird der Transistor durch den Mikrocontroller in einen sperrenden Zustand geschaltet, fließt kein Strom durch das erste elektronische Bauteil, weshalb kein Spannungsabfall an dem ersten elektronischen Bauteil messbar ist. Folglich ist die Funktionsfähigkeit des Transistors gegeben.
  • Auch kann ein Entkopplungsschalter zur Entkopplung der Vorladeschaltung von dem Zwischenkreiskondensator vorgesehen sein. Dadurch kann der Einfluss bzw. eine Fehlfunktion im Zwischenkreis während einer Funktionsprüfung des ersten elektronischen Bauteils und/oder des zweiten elektronischen Bauteils ausgeblendet werden. Somit kann ein Fehler in der Vorladeschaltung eindeutig diagnostiziert werden. Ist beispielsweise die Diagnoseschaltung nur zur Funktionsüberprüfung des ersten elektronischen Bauteils konfiguriert, ist das zweite elektronische Bauteil als Entkopplungsschalter ausgebildet, das zur Entkopplung in einen sperrenden Zustand geschaltet wird. Ist die Diagnoseschaltung derart konfiguriert, dass sie die Funktion beider elektronischer Bauteile überprüfen kann, ist der Entkopplungsschalter als zusätzlicher Schalter ausgebildet, der durch den Mikrocontroller steuerbar ist und in geöffnetem Zustand die Vorladeschaltung von dem Zwischenkreiskondensator entkoppelt.
  • In den Rahmen der Erfindung fällt auch eine Ladeschaltung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine erfindungsgemäße Vorladeschaltung. Beispielsweise weist die Ladeschaltung weiter eine Batterie und zwei Hauptschütze auf, über die die Batterie mit einem Zwischenkreiskondensator verbindbar ist. Bevorzugt wird zum Laden des Zwischenkreiskondensators zuerst ein Hauptschütz geschlossen und der zweite Hauptschütz mittels der Vorladeschaltung überbrückt. Hat der Zwischenkreiskondensator einen hinreichenden Ladezustand erreicht, wird der zweite Hauptschütz geschlossen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Ladeschaltung mit einer Vorladeschaltung in einer ersten Ausführungsform und
  • 2 eine Ladeschaltung mit einer Vorladeschaltung in einer zweiten Ausführungsform.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine Ladeschaltung 1 zum Laden eines Zwischenkreiskondensators 2, der in einem Zwischenkreis 3 angeordnet ist. Die Ladeschaltung 1 umfasst eine Batterie 4 zum Bereitstellen einer Ladespannung, einen ersten Schaltschütz 5 und einen zweiten Schaltschütz 6 zum Verbinden der Batterie 4 mit dem Zwischenkreiskondensator 2.
  • Die Ladeschaltung 1 umfasst weiter eine Vorladeschaltung 7, mittels der bei geschlossenem ersten Schaltschütz 5 ein konstanter Vorladestrom zum Laden des Zwischenkreiskondensators 2 einstellbar ist. Hierzu weist die Vorladeschaltung 7 ein als Widerstand 8 ausgebildetes erstes elektronisches Bauteil und ein als Transistor 9 ausgebildetes zweites elektronisches Bauteil auf.
  • Die Vorladeschaltung 7 umfasst weiter einen Regler 10, der über einen Anschluss 11 mit einer Betriebsspannung versorgt wird. Dem Regler 10 wird einerseits über eine Rückführung 12 der Vorladestrom als Ist-Größe und andererseits über einen Eingang 13 ein vordefinierter Sollwert zugeführt. Der Regler 10 vergleicht den Ist-Wert mit dem Soll-Wert und regelt in Abhängigkeit von bestehenden Abweichungen den Transistor 9 derart, dass ein konstanter Vorladestrom eingestellt wird.
  • Die Vorladeschaltung 7 umfasst eine Diagnoseschaltung 14 mit einem Mikrocontroller 15, der über einen Diagnosepfad 16 den geregelten Stromfluss bzw. den Ladevorgang überwacht.
  • Der Mikrocontroller 15 weist eine Steuerung 17 auf, über die er mittels eines ersten Schalters 18 den als Transistor 9 ausgebildeten Entkopplungsschalter zur Entkopplung der Vorladeschaltung 7 von dem Zwischenkreis 3 schalten kann. Hierzu schaltet der Mikrocontroller den Transistor 9 in einen sperrenden Zustand. Über die Steuerung 17 ist der Mikrocontroller 15 optional weiter in der Lage einen zweiten Schalter 19 zu schalten, der die Rückführung 12 zum Regler 10 unterbricht. Der Mikrocontroller 15 kann weiter über seine Steuerung 17 einen als dritten Schalter 20 ausgebildeten Diagnoseschalter schalten, so dass bei geschlossenem dritten Schalter 20 eine als Stromquelle 21 ausgebildete Energiequelle parallel zu dem Widerstand 8 verschaltet ist.
  • Die Stromquelle 21 bewirkt an ihren Klemmen 22 eine Klemmenspannung. Die Stromquelle 21 ist Teil der Diagnoseschaltung 14 und damit ein Bestandteil der Vorladeschaltung 7.
  • Im Folgenden soll anhand der 1 kurz die Funktionsweise der Diagnoseschaltung 14 erläutert werden. Soll die Funktion des Widerstands 8 überprüft werden, wird die Vorladeschaltung 7 von dem Zwischenkreis 3 getrennt. Hierzu wird der Transistor 9 durch Schließen des ersten Schalters 18 durch die Steuerung 17 des Mikrocontrollers 15 in einen sperrenden Zustand geschaltet. Optional kann zusätzlich durch Öffnen des zweiten Schalters 19 die Rückführung 12 zum Regler 10 unterbrochen werden. Durch Schließen des dritten Schalters 20 wird die Stromquelle 21 parallel zu dem Widerstand 8 geschaltet. Dadurch ruft die Energiequelle einen Spannungsabfall an dem Widerstand 8 hervor, wodurch die Funktionsfähigkeit des Widerstands 8 überprüft werden kann.
  • Die an dem Widerstand 8 abfallende Spannung wird dem Mikrocontroller 15 über den Diagnosepfad 16 zugeführt. Der Mikrocontroller 15 misst die an dem Widerstand 8 abfallende Spannung und wertet diese aus. Hierzu vergleicht er den Spannungsabfall am Widerstand 8 mit einem vordefinierten Wert, der der Klemmenspannung der Stromquelle 1 entspricht. Ist die am Widerstand 8 gemessene Spannung identisch mit der Klemmenspannung der Stromquelle 21 oder liegt die gemessene Spannung innerhalb eines dem Mikrocontroller 15 vorgegebenen Toleranzbandes um die Klemmenspannung der Stromquelle 21, ist der Widerstand 8 funktionsfähig.
  • Stellt der Mikrocontroller 15 eine erhebliche Abweichung zwischen der am Widerstand 8 gemessenen Spannung und dem vordefinierten Wert fest und ist diese Abweichung größer als das dem Mikrocontroller 15 vorgegebene Toleranzband, ist der Widerstand 8 fehlerhaft.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorladeschaltung 7', wobei gleiche Bauteile wie in der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Gemäß 2 umfasst die Vorladeschaltung 7' eine Diagnoseschaltung 14', die zur Funktionsprüfung des Widerstands 8 und des Transistors 9 ausgebildet ist. Die Diagnoseschaltung 14' weist einen Mikrocontroller 15' mit einer Steuerung 17' auf.
  • Im Gegensatz zu der Diagnoseschaltung 14 aus 1 weist die Diagnoseschaltung 14' einen vierten Schalter 23 auf, der über die Steuerung 17' des Mikrocontrollers 15' schaltbar ist und über den die Steuerung 17' den Transistor 9 in einen stromleitenden Zustand schalten kann.
  • Ein weiterer Unterschied zu der Diagnoseschaltung 14 aus 1 besteht darin, dass bei der Diagnoseschaltung 14' das zweite elektronische Bauteil als Diagnoseschalter ausgebildet ist. Als Diagnoseschalter ist der Transistor 9 vorgesehen. Der Transistor 9 kann durch Schließen des ersten Schalters 18 in einen sperrenden Zustand und durch Schließen des vierten Schalters 23 in einen leitenden Zustand geschaltet werden.
  • Weiter ist im Unterschied zur Diagnoseschaltung 14 aus 1 der Entkopplungsschalter als fünfter Schalter 24 ausgebildet, der über den Mikrocontroller 15' schaltbar und über den die Vorladeschaltung 7' von dem Zwischenkreis 3 entkoppelbar ist.
  • Die Diagnoseschaltung 14' weist weiter einen sechsten Schalter 25 auf, über den, durch die Steuerung 17' gesteuert, die Stromquelle 21 mit dem Widerstand 8 und dem Transistor 9 verschaltbar ist. Im Gegensatz zur Diagnoseschaltung 14 entfällt bei der Diagnoseschaltung 14' die Funktion des dritten Schalters 20 (1).
  • Im Folgenden soll anhand von 2 kurz die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform der Vorladeschaltung 7' näher erläutert werden.
  • Um die Funktion des Widerstands 8 oder des Transistors 9 zu überprüfen, wird durch Öffnen des fünften Schalters 24 durch die Steuerung 17' bzw. durch den Mikrocontroller 15' die Vorladeschaltung 7' von dem Zwischenkreis 3 entkoppelt. Optional kann durch Öffnen des zweiten Schalters 19 durch den Mikrocontroller 15' die Rückführung zu dem Regler 10 unterbrochen werden. Ein Schließen des sechsten Schalters 25 bewirkt, dass die an den Klemmen 22 hervorgerufene Klemmenspannung der Stromquelle 21 über dem Transistor 9 und dem Widerstand 8 anliegt.
  • Soll die Funktionsfähigkeit des Transistors 9 überprüft werden, wird der Transistor 9 mithilfe des Mikrocontrollers 15' durch Schließen des ersten Schalters 18 in einen sperrenden Zustand geschaltet. Kann über den Diagnosepfad 16 durch den Mikrocontroller 15' in diesen Schaltzustand des Transistors 9 kein Spannungsabfall am Widerstand 8 ermittelt werden bzw. weist die am Widerstand 8 abfallende Spannung einen Wert von 0 auf, ist der Transistor 9 funktionsfähig. Kann bei einem im Sperrzustand befindlichen Transistor 9 ein Spannungsabfall an dem Widerstand 8 durch den Mikrocontroller 15' gemessen werden, ist der Transistor 9 fehlerhaft.
  • Soll die Funktionsfähigkeit des Widerstands 8 überprüft werden, wird der erste Schalter 18 durch den Mikrocontroller 15' geöffnet und der vierte Schalter 23 geschlossen, so dass sich der Transistor 9 in einem leitenden Zustand befindet. Beträgt die an dem Widerstand 8 abfallende und durch den Mikrocontroller 15' über den Diagnosepfad 16 gemessene Spannung den Wert der Klemmenspannung der Stromquelle 21, ist der Widerstand 8 funktionsfähig. Weicht die vom Mikrocontroller 15' gemessene am Widerstand 8 abfallende Spannung von einem vordefinierten Wert erheblich ab, ist der Widerstand 8 fehlerhaft.
  • Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Widerstands 8 beruht auf der Annahme, dass ein Spannungsabfall am Transistor 9, der in einen leitenden Zustand geschaltet ist, vernachlässigt werden kann. Somit ist es möglich, durch Schalten des Transistors 9 in einen leitenden Zustand die Stromquelle 21 mit dem Widerstand 8 derart zu verschalten, dass die an dem Widerstand 8 abfallende Spannung der Klemmenspannung entspricht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011016532 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Vorladeschaltung zum Laden eines Zwischenkreiskondensators (2) mit einem ersten elektronischen Bauteil (8), einem zweiten elektronischen Bauteil (9) und einer Diagnoseschaltung (14, 14'), wobei die Diagnoseschaltung (14, 14') zur Funktionsprüfung des ersten elektronischen Bauteils (8) und/oder des zweiten elektronischen Bauteils (9) ausgebildet ist und eine Energiequelle (21) mit einer Klemmenspannung umfasst, wobei durch die Energiequelle (21) ein Spannungsabfall an dem ersten elektronischen Bauteil (8) hervorrufbar ist, wodurch die Funktionsfähigkeit des ersten elektronischen Bauteils (8) und/oder des zweiten elektronischen Bauteils (9) überprüfbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseschaltung (14, 14') einen Diagnoseschalter (9, 20) aufweist, über den die Energiequelle (21) derart mit dem ersten elektronischen Bauteil (8) verschaltbar ist, dass die an dem ersten elektronischen Bauteil (8) abfallende Spannung der Klemmenspannung entspricht.
  2. Vorladeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrocontroller (15, 15') zum Messen und Auswerten der an dem ersten elektronischen Bauteil (8) abfallenden Spannung vorgesehen ist.
  3. Vorladeschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (15, 15') den gemessenen Spannungsabfall mit einem voreingestellten Wert vergleicht.
  4. Vorladeschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diagnoseschalter (9, 20) durch den Mikrocontroller (15, 15') schaltbar ist.
  5. Vorladeschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (21) durch den Diagnoseschalter (20) parallel zu dem ersten elektronischen Bauteil (8) verschaltbar ist.
  6. Vorladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elektronische Bauteil als Diagnoseschalter (9) ausgebildet ist.
  7. Vorladeschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Diagnoseschalter als Transistor (9) ausgebildet ist, der durch den Mikrocontroller (15') in einen leitenden und einen sperrenden Zustand schaltbar ist.
  8. Vorladeschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das der Transistor (9) zu seiner Funktionsüberprüfung in einen sperrenden Zustand schaltbar ist, wobei die an dem ersten elektronischen Bauteil (8) abfallende Spannung einen Wert von Null aufweist.
  9. Vorladeschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entkopplungsschalter (9, 24) zur Entkopplung der Vorladeschaltung (7, 7') von dem Zwischenkreiskondensator (2) vorgesehen ist.
  10. Ladeschaltung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Vorladeschaltung (7, 7') nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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