-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose eines Spannungswandlers.
-
Spannungswandler sind in vielfältiger Form bekannt und können in unterschiedlichen Technologien ausgebildet sein. Diese können beispielsweise als AC/AC-Wandler, AC/DC-Wandler oder DC/DC-Wandler ausgebildet sein. Dabei können galvanisch verbundene Wandler oder galvanisch trennende Wandler (z.B. transformatorische Wandler) zum Einsatz kommen.
-
Diese Spannungswandler werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei ein häufiges Einsetzgebiet eine Spannungsstabilisierung ist. So ist es beispielsweise bekannt, elektrische Komponenten an den Ausgang eines Spannungswandlers zu schalten, wobei dann der Spannungswandler auch bei schwankender Eingangsspannung die Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert steuert oder regelt.
-
Aus der
WO 91/00637 A1 ist eine Spannungsversorgungseinrichtung für eine elektrische Schutzeinrichtung bekannt, mit einer bei einem Ausfall oder einem Absinken einer Betriebsspannung in Funktion tretenden Energiereserve, die über ein steuerbares Schaltmittel an die Schutzeinrichtung anlegbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass für einen Kapazitätstest der in der Energiereserve vorhandenen Energie das Schaltmittel die sich im Normalbetrieb befindliche Schutzeinrichtung mit der Energiereserve verbindet, wobei die hierdurch erfolgende Energieentnahme aus der Energiereserve überwacht oder ausgewertet wird. Dabei ist weiter vorgesehen, dass die Energiereserve über einen Spannungswandler an die Betriebsspannung angeschlossen ist, wobei der Spannungswandler ein Aufwärts-Spannungswandler ist.
-
Aus der
WO 2010/000366 A1 ist ein Mehrspannungsbordnetz für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend ein erstes Teilbordnetz mit einer ersten Energiespeichereinrichtung und ein zweites Teilbordnetz mit einer zweiten Energiespeichereinrichtung. Die beiden Teilbordnetze sind über eine bidirektionale betreibbare, steuerbare Spannungswandlereinrichtung gekoppelt. Dabei sind weiter Ansteuermittel zur Ansteuerung der Spannungswandlereinrichtung vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass in Abhängigkeit von einer auf zumindest einer Anschlussseite der Spannungswandlereinrichtung detektierten Spannungsänderung ein Umschaltsignal zur Einleitung eines Betriebsartenwechsels erzeugt wird. Dabei wird vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal ein Diagnosesignal generiert. Über das interne Diagnosesignal kann z.B. in den Fällen, in denen eine Zustandsänderung trotz geschlossenem bzw. unverändertem Schaltzustand des Schaltelements detektiert wurde, auf einen Defekt im Bereich einer Energiespeichereinrichtung geschlossen werden oder eine entsprechende interne Diagnose und Notlaufbetriebsstrategien eingeleitet werden.
-
Nachteilig ist, dass die vorgeschlagenen Tests bzw. Diagnosen keinen Rückschluss auf den Spannungswandler liefern.
-
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose eines Spannungswandlers zu schaffen.
-
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Hierzu umfasst die Vorrichtung zur Diagnose eines Spannungswandlers einen Spannungswandler, an dessen Eingangsseite eine erste Spannungsquelle angeschlossen ist und an dessen Ausgangsseite mindestens eine mit Spannung zu versorgende elektrische Komponente angeschlossen ist, wobei der Spannungswandler über mindestens ein erstes Steuergerät ansteuerbar ist, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass es zu mindestens einem definierten Zeitpunkt den Spannungswandler derart ansteuert, dass dieser eine gegenüber einem normalen Betriebszustand geänderte Ausgangsspannung erzeugt. Ein Steuergerät ist dabei derart ausgebildet, dass es die geänderte Ausgangsspannung erfasst und für Diagnosezwecke auswertet. Hierdurch ist es möglich, den Spannungswandler direkt zu diagnostizieren, auch wenn dieser beispielsweise inaktive Betriebszustände aufweist. Aufgrund der definierten Änderung der Ausgangsspannung am Spannungswandler kann das Steuergerät detektieren, ob der Spannungswandler in der Lage ist, die gewünschte Spannungsänderung einzustellen. Ist der Spannungswandler hierzu in der Lage, so spricht dies für eine volle Funktionalität. Kann der Spannungswandler hingegen die geänderte Ausgangsspannung nicht einstellen, spricht dies für einen Defekt oder eine Störung des Spannungswandlers. Das Ergebnis der Diagnose des Spannungswandlers wird dann vorzugsweise signalisiert und gegebenenfalls eine Notlaufstrategie eingeleitet. Dabei sei angemerkt, dass die Änderung der Ausgangsspannung derart angepasst ist, dass die zu versorgenden elektrischen Komponenten nicht beschädigt werden. Die Vorrichtung ist vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Der Spannungswandler ist vorzugsweise ein DC/DC-Wandler.
-
In einer Ausführungsform wertet das erste Steuergerät, das den Spannungswandler ansteuert, auch die geänderte Ausgangsspannung aus. Dies hat den Vorteil, dass die Synchronisierung von Ansteuersignalen und Auswertung sehr einfach ist. Allerdings erfordert dies eine zusätzliche Diagnoseleitung vom Ausgang des Spannungswandlers zum Steuergerät. Des Weiteren sind häufig die Steuergeräte zum Ansteuern des Spannungswandlers sehr einfach aufgebaut, sodass diese beispielsweise nicht zur Übermittlung von Botschaften ausgebildet sind.
-
In einer alternativen Ausführungsform ist daher die zu versorgende elektrische Komponente das Steuergerät, das die Ausgangsspannung auswertet. Der Vorteil ist, dass eine separate Diagnoseleitung entfallen kann. Vielmehr wertet das Steuergerät seine Eingangsspannung aus. Hat das Steuergerät entsprechend Kenntnis, wie die Änderung der Ausgangsspannung des Spannungswandlers sein soll, kann so durch Überprüfung seiner Eingangsspannung die Funktionalität des Spannungswandlers diagnostiziert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass häufig die Steuergeräte am Ausgang eines Spannungswandlers solche Eingangsspannungsprüfungen ohnehin haben und meist auch fähig sind, Botschaften zu übermitteln. Daher bedarf es nur minimaler Anpassungen der Steuergeräte, um diese Diagnosefunktionalität zu implementieren.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist der Spannungswandler als spannungsstabilisierender Aufwärtswandler ausgebildet. Dabei kann der Spannungswandler derart ausgebildet sein, dass dieser die Ausgangsspannung auf die im Regelfall konstante Eingangsspannung stabilisiert, wenn es an der Eingangsseite zu Unterspannungen kommt. In diesem Fall arbeitet der Spannungswandler derart, dass solange die Eingangsspannung konstant ist, die konstante Eingangsspannung auf den Ausgang des Spannungswandlers geführt ist, wohingegen bei Unterspannungen an der Eingangsseite die niedrigere Eingangsspannung aufwärts gewandelt wird. Insbesondere bei derartigen Ausführungsformen ist im normalen Betriebsmodus die Funktionalität des Spannungswandlers normalerweise nicht überprüfbar, solange keine Unterspannungen an der Eingangsseite auftreten.
-
Prinzipiell ist es alternativ auch denkbar, gezielt die Eingangspannung in einer solchen Ausführungsform zu verändern (nämlich abzusenken), um dann die korrekte Arbeitsweise des Spannungswandlers zu überprüfen. Dies erfordert jedoch typischerweise einen zusätzlichen Hardwareaufwand an der Eingangsseite. Hierzu ist ein Mittel vorgesehen, das zumindest einen definierten Zeitpunkt gezielt die Eingangsspannung absenkt. Bleibt dann die Ausgangsspannung konstant, so arbeitet der Spannungswandler korrekt. Das Mittel kann dabei das erste Steuergerät oder ein anderes Steuergerät sein. So kann beispielsweise mittels des ersten Steuergeräts ein Widerstand am Eingang des Spannungswandlers zu- oder abgeschaltet werden.
-
Wie zuvor beschrieben, kann die Diagnose der Ausgangsspannung des Spannungswandlers durch das erste Steuergerät oder die zu versorgende elektrische Komponente erfolgen.
-
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen ist dabei zu beachten, ob am Ausgang des Spannungswandlers eine Energiespeichereinheit angeschlossen ist oder nicht. Ist keine Energiespeichereinheit angeschlossen, so ist eine Änderung der Ausgangsspannung schneller erfassbar. Ist hingegen eine Energiespeichereinheit angeschlossen, so kann diese die Erhöhung der Ausgangsspannung verzögern. Dies ist bei der Zeit für die Diagnose zu berücksichtigen.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist die geänderte Ausgangsspannung gegenüber dem normalen Betriebszustand eine Spannungserhöhung. Die Spannungserhöhung ist dabei derart zu wählen, das diese einfach und sicher detektierbar ist und andererseits unkritisch für die zu versorgenden Komponenten ist.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Steuergerät derart ausgebildet, dass die geänderte Ausgangsspannung für eine vorab definierte Zeitspanne eingestellt wird. Die Zeitspanne wird dabei derart gewählt, dass eine ausreichend sichere Erkennung der geänderten Ausgangsspannung möglich ist. Andererseits wird die Zeitspanne vorzugsweise so kurz wie möglich eingestellt, um insbesondere bei vergrößerter Ausgangsspannung die Belastung für die elektrischen Komponenten so gering wie möglich zu halten.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug angeordnet, wobei der mindestens eine definierte Zeitpunkt der Start des Kraftfahrzeugs ist. Somit wird frühzeitig vor Fahrbeginn die Funktionsfähigkeit des Wandlers überprüft. Alternativ oder zusätzlich kann zu vorbestimmten festen Zeitpunkten, beispielsweise alle Stunde, der Spannungswandler überprüft werden. Alternativ oder kumulativ können die Zeitpunkte ereignisgesteuert gewählt werden. Beispielsweise wird der Spannungswandler nach vorgegebenen Fahrleistungen (z.B. alle 100 km) oder in Abhängigkeit einer Leistungsfähigkeit der Spannungsquelle an der Eingangsseite überprüft.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Diagnose eines Spannungswandlers in einer ersten Ausführungsform,
-
2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Diagnose eines Spannungswandlers in einer zweiten Ausführungsform,
-
3 eine Darstellung der Ausgangsspannung am Spannungswandler über der Zeit sowie eines Zündungssignals in der Zeit und
-
4 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Diagnose eines Spannungswandlers in einer dritten Ausführungsform.
-
In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Diagnose eines Spannungswandlers 2 dargestellt, wobei der Spannungswandler 2 als DC/DC-Wandler ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 ein erstes Steuergerät 3, das den Spannungswandler 2 ansteuert. Am Ausgang des Spannungswandlers 2 ist eine elektrische Komponente 4 angeschlossen, die beispielsweise als ein Steuergerät ausgebildet ist. Dabei sei weiter angenommen, dass der Spannungswandler 2 als spannungsstabilisierender Aufwärtswandler ausgebildet ist. Am Eingang des Spannungswandlers 2 ist eine erste Spannungsquelle 5 angeschlossen, die beispielsweise eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ist. Aufgrund der ersten Spannungsquelle 5 liegt eine Eingangsspannung Ue an der Eingangsseite des Spannungswandlers 2 an.
-
Bevor die Diagnose des Spannungswandlers 2 beschrieben wird, soll zunächst kurz die Funktionsweise im normalen Betriebszustand erläutert werden. Solange die Eingangsspannung Ue einen bestimmten Wert nicht unterschreitet, ist der Spannungswandler 2 nicht aktiv und die Ausgangsspannung Ua = Ue. Sinkt die Eingangsspannung Ue hingegen unter den bestimmten Wert ab, so wandelt der Spannungswandler die Eingangsspannung auf die konstante Ausgangsspannung Ua hoch. Die Ansteuerung des Spannungswandlers 2 erfolgt dabei über das erste Steuergerät 3. Die konstante Ausgangsspannung Ua steht dann der elektrischen Komponente 4 zur Verfügung. Solange die Eingangsspannung Ue oberhalb des bestimmten Wertes liegt, ist der Spannungswandler 2 nicht aktiv, sodass die Ausgangsspannung Ua keine Aussage über die Funktionalität des Spannungswandlers 2 liefert.
-
Um nun eine Diagnose des Spannungswandlers 2 durchzuführen, steuert das erste Steuergerät 3 zu einem definierten Zeitpunkt t0 (siehe 3) derart an, dass die Ausgangsspannung Ua um einen Spannungshub ΔU erhöht wird, d.h. die Ausgangsspannung ist Ua = Ue + ΔU. Diese erhöhte Ausgangsspannung Ua wird dann vom ersten Steuergerät 3 erfasst und ausgewertet. Ist beispielsweise die erfasste Spannung kleiner als die erwartete Spannung, so liegt ein Fehler oder Defekt des Spannungswandlers 2 vor. Dieser Fehler kann dann einer Anzeigeeinrichtung übermittelt werden, wo eine entsprechende Warnmeldung angezeigt wird. Nach einer Zeitspannung TDiagnose wird dann zum Zeitpunkt t1 der Spannungswandler 2 wieder im normalen Betrieb betrieben, sodass sich Ue als Ausgangsspannung einstellt (solange Ue größer als der bestimmte Wert ist, unterhalb dessen der Aufwärtswandler aktiv ist). Der mindestens eine definierte Zeitpunkt t0, zu dem die Diagnose des Spannungswandlers 2 durchgeführt wird, ist vorzugsweise ein Start einer Brennkraftmaschine. Dieser Startvorgang wird durch das Signal Klemme 15 signalisiert (siehe 1). Bei Kraftfahrzeugen ohne Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Elektroautos, kann dann ein entsprechendes Startsignal verwendet werden. Neben dem Startvorgang als definierten Zeitpunkt t0 können alternativ oder zusätzlich Ereignisse wie beispielsweise ein bestimmter SOC (state of charge) und/oder SOH (state of health) der ersten Spannungsquelle 5 einen definierten Zeitpunkt bilden. Ein weiteres Ereignis kann beispielsweise eine Fahrleistung (z.B. 100 km) sein. Dabei sei angemerkt, dass am Ausgang des Spannungswandlers 2 auch noch zusätzlich eine Spannungsquelle wie beispielsweise ein Kondensator oder eine Batterie angeschlossen sein kann, was aber nicht zwingend ist. Mit zusätzlicher Spannungsquelle dauert es hingegen etwas länger, bis die Spannungserhöhung um ΔU erfassbar ist, da beispielsweise der Kondensator erst entsprechend aufgeladen werden muss.
-
In der 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist, dass bei dieser Ausführungsform die elektrische Komponente 4, die beispielsweise als Steuergerät ausgebildet ist oder mit einem Steuergerät verbunden ist, die Auswertung der Ausgangsspannung Ua vornimmt. Der Vorteil ist, dass die zusätzlichen Verbindungsleitungen vom Ausgang des Spannungswandlers 2 zum ersten Steuergerät 3 entfallen können. Die elektrische Komponente 4 weist hierzu Mittel zur Erfassung einer Eingangsspannung auf (entspricht der Ausgangsspannung Ua des Spannungswandlers 2). Da elektrische Komponenten 4, die in spannungsstabilisierten Kreisen angeordnet sind, im Regelfall solche Mittel aufweisen, erschöpft sich der Mehraufwand lediglich in einer zusätzlichen Auswerteroutine sowie der Generierung einer Botschaft über das Diagnoseergebnis an eine Anzeigeeinheit oder ein anderes Steuergerät. Dabei kann vorgesehen sein, dass die elektrische Komponente 4 über den definierten Zeitpunkt t0 vorab informiert wird. Dies ist allerdings nicht zwingend, da die Spannungserhöhung ΔU vorzugsweise derart hoch gewählt wird, dass diese eindeutig erkannt wird.
-
In der 4 schließlich ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei wieder gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei ist zusätzlich auf der Eingangsseite des Spannungswandlers 2 ein Widerstand 7 mit einem parallelen Schalter 8 angeordnet. Der Schalter 8 wird dabei durch das erste Steuergerät 3 angesteuert. Ist der Schalter 8 geschlossen, so wird der Widerstand 7 überbrückt und die Vorrichtung 1 arbeitet im normalen Betriebsmodus. Für Diagnosezwecke wird zum definierten Zeitpunkt t0 der Schalter 8 geöffnet. Dies bewirkt ein Absinken der Eingangsspannung Ue' an der Eingangsseite des Spannungswandlers 2. Als Reaktion auf das Absinken der Eingangsspannung Ue' unter einen vorgegebenen Wert arbeitet der Spannungswandler 2 als Aufwärtswandler, sodass wieder Ua = Ue gilt. Ist hingegen der Spannungswandler 2 defekt, so sinkt die Ausgangsspannung Ua. Durch den Widerstand 7 wird also ein Spannungseinbruch auf der Eingangsseite zu Diagnosezwecken simuliert. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Spannungswandler 2 in seinem Arbeitsbereich diagnostiziert wird. Der Nachteil sind hingegen die zusätzlichen Bauteile. Dabei kann der Widerstand 7 mit dem parallelen Schalter 8 auch durch einen steuerbaren Widerstand wie beispielsweise ein Transistor ersetzt werden. Des Weiteren kann die Auswertung analog dem Ausführungsbeispiel in 2 auch in der elektrischen Komponente 4 erfolgen und nicht wie dargestellt im ersten Steuergerät 3.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 91/00637 A1 [0004]
- WO 2010/000366 A1 [0005]
