DE102013223706A1 - Überwachen von Steckverbindungszuständen - Google Patents

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Abstract

Zum Überwachen von Steckverbindungszuständen (I, II) wird ein Überwachungsstromkreis (10) vorgeschlagen. Der Überwachungsstromkreis (10) umfasst eine Reihenschaltung (20r) von Steckverbinderkomponenten (20k), eine Spannungsquelle (40') zur Bereitstellung einer zeitlich nicht konstanten Spannung (Up') und/oder eine Stromquelle (40S) zur Bereitstellung eines zeitlich nicht konstanten Stroms (Ip), eine Erfassungsschaltung (50) zum Erfassen mindestens eines Merkmals eines durch den Überwachungsstromkreis (10) fließenden Prüfstroms (Ip) und eine Auswerteschaltung (60) zum Erkennen wenigstens eines nicht überbrückten Zweipols (30i) der Reihenschaltung (20r) mittels Auswertens des erfassten Merkmals, wenn alle anderen Zweipole (30i) mit einer Kurzschlussbrücke (70i) überbrückt sind. Die Steckverbinderkomponenten (20k) weisen jeweils einen ersten (21) und einen zweiten (22) Prüfkontakt auf. Je Steckverbinderkomponente (20k) ist ein Zweipol (30i) vorgesehen, der zwischen dem ersten Prüfkontakt (21) und einem Anschluss (22a) des zweitens Prüfkontakts (22) der jeweiligen Steckverbinderkomponente (20k) verdrahtet ist. Die Zweipole (30i) weisen ein zueinander unterschiedliches elektrisches Verhalten auf. Außerdem wird ein entsprechendes Verfahren und ein Netzwerk bereitgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Überwachungsstromkreis zum Überwachen von Steckverbindungszuständen. Überwachungsstromkreise werden unter anderem dazu verwendet, um eine Integrität einer Anlage oder einer Teilanlage abzusichern, die mehrere Netzkomponenten umfasst, welche im Wirkbetrieb über Netzverbindungen miteinander verbunden sind.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steckverbinder mindestens zwei Steckverbinderkomponenten, die zueinander komplementär sind. Typischerweise ist das Gehäuse einer ersten der beiden Steckverbinderkomponenten als Buchse ausgebildet und die andere der beiden Steckverbinderkomponenten als dazu passender Stecker ausgebildet. Die Gehäuse der Steckverbinderkomponenten können als Zwitter (d.h. hermaphrodit) ausgebildet sein. Im Interesse der Lesbarkeit werden hier die Begriffe „Steckverbinder“ und „Steckverbinderzustand“ verwendet, obwohl im Rahmen der Erfindung hierunter auch solche Verbinder verstanden werden sollen, in denen die beiden Verbindergehäusekomponenten nicht ineinandergesteckt, sondern mittels einer mechanischen Befestigung (beispielsweise mittels einer Verschraubung, einer Verklammerung oder einer durch Ösen geführten Kabelbinderschlaufe) nur gegeneinandergepresst werden.
  • Um im zusammengesteckten Zustand eine mehrpolige elektrische Verbindung bereitzustellen, umfasst jede der beiden Steckverbinderkomponenten typischerweise mehrere Kontakte. Die Steckverbinderkomponenten sind dann mehrpolig. Die erste der beiden Steckverbinderkomponenten kann nur Kontaktstifte und/oder Kontaktmesser, nur Kontaktfedern oder sowohl Kontaktstifte/ -messer als auch Kontaktfedern umfassen. Abgesehen davon kann ein Teil oder alle Kontakte der ersten der beiden Steckverbinderkomponenten als Zwitterkontakt (hermaphroditer Kontakt) ausgeführt sein.
  • Die Kontakte der zweiten der beiden Steckverbinderkomponenten sind typischerweise komplementär zu den Kontakten der ersten der beiden Steckverbinderkomponenten ausgeführt und angeordnet, so dass sie nach einem Zusammenstecken der Gehäuse der beiden Steckverbinderkomponenten jeweils paarweise einen elektrischen Übergang zwischen den beiden Steckverbinderkomponenten bereitstellen. Typischerweise kann der elektrische Übergang zwischen den beiden Steckverbinderkomponenten mittels Trennen der beiden Steckverbinderkomponenten wieder aufgetrennt werden. Auch ist es vorstellbar, dass zur Erhöhung einer Verlässlichkeit oder einer Stromtragfähigkeit (des Überwachungsstromkreises) mehrere Kontaktpaare eines Steckverbinders parallelgeschaltet sind. Im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten solche Parallelschaltungen als jeweils ein Kontaktpaar.
  • Insbesondere können Überwachungsstromkreise auch zur Durchführung von Selbsttests genutzt werden. In einer Gesamtanlage können auch mehrere voneinander unabhängige Überwachungsstromkreise vorgesehen werden, deren Überwachungsbereiche sich gegenseitig überlappen. Ein Überwachungsstromkreis kann auch als Interlock-Kreis oder als Pilotlinie (pilot line) bezeichnet werden.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Netzwerk zum Verteilen von Energie und/oder von Signalen über Kabel und Steckverbinder.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen von Steckverbindungszuständen.
  • Um einen Personenschutz zu gewährleisten, sind für Hochvolt-Netze in Hybrid-, Plug-In, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen Überwachungsmaßnahmen erforderlich, wie sie beispielsweise in der Norm SAE J2344 empfohlen sind.
  • Die DE 10 2010 045 990 A1 beschreibt eine Signalschleife, die Komponenten eines Hochspannungsbordnetzes verbindet und mit einem pulsweitenmodulierten Signal beaufschlagt. Um festzustellen, an welcher der Komponenten eine Fehlfunktion vorliegt, ist für jede Komponente eine zugeordnete Messvorrichtung vorgesehen, die über eine Datenleitung mit einem Steuergerät verbunden ist. Bei einer Störung wird mittels der Messvorrichtungen festgestellt, bei welcher Komponente des Hochspannungsbordnetzes die Störung vorliegt. Aufgrund der komplexen Systemstruktur mit mehreren Messvorrichtungen und Datenleitungen zu einem Steuergerät ist die bekannte Vorrichtung zum Überwachen eines Hochspannungsbordnetzes fehleranfällig und in der Herstellung aufwändig.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Überwachungsstromkreis zum Überwachen von Steckverbindungszuständen bereitzustellen, der weniger fehleranfällig und in der Herstellung weniger aufwändig ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Überwachungsstromkreis zum Überwachen von Steckverbindungszuständen eine Reihenschaltung von Steckverbinderkomponenten umfasst, wobei die Steckverbinderkomponenten jeweils einen ersten und einen zweiten Prüfkontakt aufweisen. Je Steckverbinderkomponente ist ein Zweipol vorgesehen, der zwischen dem ersten Prüfkontakt und einem Anschluss des zweiten Prüfkontakts der jeweiligen Steckverbinderkomponente verdrahtet ist, wobei die Zweipole ein zueinander unterschiedliches elektrisches Verhalten aufweisen. Zur Bereitstellung einer zeitlich nicht konstanten Spannung und/oder eines zeitlich nicht konstanten Stroms ist eine Spannungsquelle und/oder eine Stromquelle vorgesehen. Außerdem ist eine Erfassungsschaltung zum Erfassen mindestens eines Merkmals eines durch den Überwachungsstromkreis fließenden Prüfstroms vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Auswerteschaltung zum Erkennen wenigstens eines nicht überbrückten Zweipols der Reihenschaltung mittels Auswertens des erfassten Merkmals, wenn alle anderen Zweipole mit einer Kurzschlussbrücke überbrückt sind, vorgesehen. Die Auswerteschaltung ist dazu ausgebildet, den nicht überbrückten Zweipol (unter den Zweipolen der Reihenschaltung) unter Nutzung der Tatsache zu erkennen, dass der nicht überbrückte Zweipol ein anderes elektrisches Verhalten als die anderen Zweipole der Reihenschaltung aufweist. Die zeitlich nicht konstante Spannung kann als Prüfspannung und der zeitlich nicht konstante Strom kann als Prüfstrom bezeichnet werden.
  • Im Hinblick auf das Netzwerk zum Verteilen von Energie und/oder von Signalen über Kabel und Steckverbinder wird die Aufgabe durch ein Netzwerk gelöst, das einen erfindungsgemäßen Überwachungsstromkreis umfasst. Eine Anwendung im Kraftfahrzeugbereich sieht vor, dass das Netzwerk ein Hochvolt-Netzwerk eines Fahrzeugs ist oder umfasst. Hierdurch kann verhindert werden, dass das Hochvolt-Netzwerk eines Fahrzeugs in Betrieb genommen werden kann, ohne dass alle für einen Betrieb des Hochvoltnetzes erforderlichen Netzkomponenten mit dem Hochvoltnetz verbunden sind. Damit können sowohl Personenschäden als auch Schäden an der Hochvoltanlage des Fahrzeugs vermieden werden. Für den Fall, dass von der Auswerteschaltung eine Unterbrechung der Überwachungsschleife während eines Fahrbetriebs diagnostiziert wird, ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, auf Fehlerereignisse bestimmte Reaktionen auszulösen und (vorzugsweise bei Fahrzeugstillstand) den Fehler zu beheben.
  • Entsprechend umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen von Steckverbindungszuständen folgende Schritte:
    • – Anlegen einer zeitlich nicht konstanten Spannung und/oder eines zeitlich nicht konstanten Stroms an eine Reihenschaltung von Steckverbinderkomponenten, wobei die Steckverbinderkomponenten jeweils einen ersten und einen zweiten Prüfkontakt aufweisen, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Prüfkontakt einer jeden Steckverbinderkomponente jeweils ein erster Zweipol verdrahtet ist und alle Steckverbinderkomponenten mittels Verbindungsleitungen zwischen einem Anschluss des zweiten Prüfkontakts einer vorausgehenden Steckverbinderkomponente und einem ersten Prüfkontakt einer nachfolgenden Steckverbinderkomponente in Serie verdrahtet sind, wobei die Zweipole ein zueinander unterschiedliches elektrisches Verhalten aufweisen;
    • – Erfassen mindestens eines Merkmals eines durch die Reihenschaltung fließenden Prüfstroms;
    • – Erkennen wenigstens eines nicht überbrückten Zweipols der Reihenschaltung mittels Auswertens des erfassten Merkmals, wenn alle anderen Zweipole der Reihenschaltung mit einer Kurzschlussbrücke überbrückt sind.
  • Ein Konzept der Erfindung kann darin gesehen werden, dass der Überwachungsstromkreis mit dem Öffnen eines Steckverbinders (also mit Öffnen der zugehörigen Kurzschlussbrücke) nicht vollständig unterbrochen wird, sondern dann noch dazu genutzt wird, eine Kennzeichnung desjenigen Steckverbinders zu übertragen, der aufgetrennt ist. Diese Kennzeichnung ist in einer elektrischen Eigenschaft codiert, die ein Zweipol aufweist, welcher dem Steckverbinder zugeordnet ist. Die Zuordnung des jeweiligen Zweipols zu dem einzelnen Steckverbinder erfolgt dadurch, dass der einzelne Zweipol mit den beiden Prüfkontakten der ihm zugeordneten Steckverbinderkomponente elektrisch leitend verbunden ist. Durch dieses Konzept wird ein Überwachungsstromkreis zum steckverbinderspezifischen Überwachen mehrerer Steckverbinder bereitgestellt, der weniger fehleranfällig und in der Herstellung weniger aufwändig als bekannte Überwachungsstromkreise ist.
  • Es ist zweckmäßig, wenn alle Steckverbinderkomponenten mit ihrem zugeordneten Zweipol mittels Verbindungsleitungen zwischen dem Anschluss des zweiten Prüfkontakts einer in der Reihenschaltung vorausgehenden Steckverbinderkomponente und einem ersten Prüfkontakt einer in der Reihenschaltung nachfolgenden Steckverbinderkomponente in Reihe verdrahtet sind. Hierdurch ergibt sich eine übersichtliche, gut handhabbare Struktur des Überwachungsstromkreises.
  • Auch ist es zielführend, wenn ein Versorgungsanschluss der Spannungsquelle mit dem ersten Prüfkontakt einer Steckverbinderkomponente der Reihenschaltung verbunden ist und ein Anschluss der Auswerteschaltung mit dem Anschluss des zweiten Prüfkontakts einer letzten Steckverbinderkomponente der Reihenschaltung verbunden ist und ein Bezugspotentialanschluss der Auswerteschaltung über einen Rückleiter mit einem Bezugspotentialanschluss der Spannungsquelle verbunden ist. Auch diese Merkmale tragen zu einer Übersichtlichkeit und Handhabbarkeit des Überwachungsstromkreises bei.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein beliebiges Paar von zwei Zweipolen nicht die gleiche Impedanz aufweist wie ein anderer Zweipol aus der Menge der Zweipole oder wie ein anderes Paar der Zweipole. Hierdurch ist es möglich, eine Auswerteschaltung dazu auszubilden, gleichzeitig zwei Zweipole zu erkennen, die gleichzeitig nicht überbrückt sind.
  • Außerdem kann es zweckmäßig sein, wenn eine Serienschaltung eines beliebigen Tripels von drei Zweipolen nicht die gleiche Impedanz aufweist, wie ein anderer Zweipol aus der Menge der Zweipole oder wie ein anderes Paar der Zweipole oder wie ein anderes Tripel der Zweipole. Hierdurch ist es möglich, eine Auswerteschaltung dazu auszubilden, gleichzeitig zwei oder drei Zweipole zu erkennen, die gleichzeitig nicht überbrückt sind.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Auswerteschaltung dazu vorbereitet ist, gleichzeitig zwei oder drei Zweipole zu erkennen, die gleichzeitig nicht überbrückt sind. Für eine gleichzeitige Unterscheidbarkeit von mindestens zwei Zweipolen ist es zweckmäßig, dass eine Reihenschaltung eines beliebigen Paars von zwei Zweipolen nicht die gleiche Impedanz aufweist, wie ein anderer Zweipol aus der Menge der Zweipole oder wie ein anderes Paar der Zweipole. Für eine gleichzeitige Unterscheidbarkeit von mindestens drei Zweipolen ist es zweckmäßig, dass eine Serienschaltung eines beliebigen Tripels von drei Zweipolen nicht die gleiche Impedanz aufweist, wie ein anderer Zweipol aus der Menge der Zweipole oder wie ein anderes Paar der Zweipole oder wie ein anderes Tripel der Zweipole. Zusätzlich kann es je nach Anwendung auch zweckmäßig sein, wenn die Auswerteschaltung dazu vorbereitet ist, gleichzeitig mehr als drei Zweipole (beispielsweise bis zu 100 Zweipole) zu erkennen, die gleichzeitig nicht überbrückt sind. Für eine gleichzeitige Unterscheidbarkeit von mindestens n Zweipolen ist es zweckmäßig, dass eine Serienschaltung eines beliebigen Multiples von n Zweipolen nicht die gleiche Impedanz aufweist, wie ein anderer Zweipol aus der Menge der Zweipole oder wie ein anderes Multiple der Zweipole.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Spannungsquelle einen Strombegrenzungsschaltkreis zur Begrenzung des Prüfstroms umfasst. Hierdurch kann die Spannungsquelle an übrige Teile des Überwachungsstromkreises angepasst werden und/oder eine Leistungsaufnahme des Überwachungsstromkreises begrenzt werden und/oder eine Zerstörung einer Komponente des Überwachungsstromkreises infolge eines Kurzschluss mit Masse und/oder infolge eines Kurzschluss mit einer Versorgungsspannung vermieden werden.
  • Besondere Vorteile ergeben sich, wenn zwischen dem zweiten (netzkomponentenseitigen) Prüfkontakt und dem (dazugehörigen) Anschluss des zweiten Prüfkontakts mindestens eines der Steckverbinder eine Markierungsvorrichtung vorgesehen ist, deren Impedanz nicht immer kleiner als 100 Milliohm ist. Dieser weitere Zweipol kann beispielsweise ein manuell oder fernsteuerbarer Schalter (insbesondere Halbleiterschalter) oder eine weitere Kapazität, eine weitere Induktivität, ein weiterer Parallelschwingkreis oder ein weiterer Serienschwingkreis sein. Auch ist es möglich, dass der weitere Zweipol einen ohmschen Widerstand oder einen Kontakt von einem Diagnosestecker umfasst.
  • Die Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
  • 1 schematisch einen Überwachungsstromkreis mit einer Spannungsquelle,
  • 2 schematisch Schaltungsbeispiele von Zweipolen der Steckverbinderkomponenten,
  • 3 schematisch mögliche zeitliche Verläufe von Prüfspannungen sowie mögliche zeitliche Verläufe von Taktperioden von Prüfspannungen,
  • 4 schematisch Schaltbeispiele für den Strombegrenzungsschaltkreis,
  • 5 schematisch ein Schaltbeispiel für eine Erfassungsschaltung mit angeschlossener Auswerteschaltung,
  • 6 schematisch Schaltbeispiele für die Markierungsvorrichtung,
  • 7 schematisch einen Überwachungsstromkreis mit einer Stromquelle,
  • 8 schematisch ein Verfahren zum Überwachen von Steckverbindungszuständen.
  • Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
  • Die 1 zeigt einen Teil eines Netzwerks 90 eines Fahrzeugs zur Verteilung und/oder Verarbeitung von Energie und/oder Signalen. Das Netzwerk 90 umfasst mehrere Netzknoten 92i, die über Netzverbindungen 94i miteinander verbunden sind. Netzknoten 92i können beispielsweise sein: Ladegeräte, DC/DC-Wandler, DC/AC-Wandler, AC/DC-Wandler, Batteriesysteme, Zwischenkreise, elektrische Motoren, Steuergeräte. Bei den Netzverbindungen 94i handelt es sich typischerweise um elektrische Energieversorgungsleitungen (d.h. Leitungen zur Übertragung von elektrischer Energie) und/oder Steuerkabel (Leitungen zur Steuerung des Netzwerks 90). Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass alle oder eine Teilmenge der Netzverbindungen 94i für eine Verteilung von Energie oder eines Edukts (wie Luft) in einer anderen Energieform (beispielsweise Brennstoff) vorgesehen sind. Zumindest eine Teilmenge der Netzknoten 92i ist außer über Netzwerkverbindungen 94i auch über Verbindungsleitungen 80i eines Überwachungsstromkreises 10 verbunden. Die Verbindungsleitungen 80i werden typischerweise in selben Kabeln wie die Netzwerkverbindungen 94i geführt.
  • Jeder der Steckverbinder 20i kann wahlweise in jeden der folgenden beiden Steckverbindungszustände I, II versetzt werden. In einem ersten Steckverbindungszustand I sind die beiden paarweise zueinander zugehörigen Prüfkontakte 21, 22 eines Steckverbinders 20i nicht geschlossen. Dies zeigt die Figur am Beispiel des in der Figur zuunterst dargestellten Steckverbinders 20i. In einem zweiten Steckverbindungszustand II sind die beiden paarweise zueinander zugehörigen Prüfkontakte 21, 22 eines Steckverbinders 20i mit den paarweise zueinander zugehörigen komplementären Prüfkontakten 23, 24 elektrisch leitend verbunden und damit geschlossen. Dies zeigt die Figur am Beispiel der in der Figur oben gezeigten drei Steckverbinder 20i.
  • Wenn einer der Steckverbinder 20i eines Hochvolt-Netzwerks 90 nicht geschlossen ist, wie dies am Beispiel des in der Figur zuunterst dargestellten Steckverbinders 20i gezeigt ist, kann es durch Berührung eines frei zugänglichen hochspannungsführenden (in den Figuren nicht dargestellten) Kontaktes einer Steckverbinderkomponente 20k zu einem Personenschaden kommen (beispielsweise aufgrund eines Elektroschocks). Auch ist es möglich, dass eine Netzkomponente 92i, 94i (welche zum Netzwerk 90 gehört) allein dadurch beschädigt wird (beispielsweise durch einen Lichtbogens), das dieses in Betrieb genommen wird, obwohl (beispielsweise aufgrund von vorausgegangenen Wartungsarbeiten) eine der Komponenten 92i, 94i des Netzwerks 90 nicht angeschlossen ist oder nicht ordnungsgemäß angeschlossen ist.
  • Um solche Gefahren zu vermeiden, ist ein Überwachungsstromkreis 10 vorgesehen, wie ihn 1 zeigt. Der Überwachungsstromkreis 10 umfasst eine Spannungsquelle 40' zur Bereitstellung einer zeitlich nicht konstanten Spannung Up', eine Reihenschaltung 20r von Steckverbinderkomponenten 20k und eine Erfassungsschaltung 50 zur Erfassung eines Prüfstroms durch den Überwachungsstromkreis 10. Die Spannungsquelle 40' umfasst einen Strombegrenzer Z40, der beispielsweise mit einem ohmschen Widerstand realisiert sein kann. Der Strombegrenzer Z40 stellt gleichzeitig auch den Innenwiderstand der Spannungsquelle 40' dar. Das Bezugszeichen 40 bezeichnet den idealen Anteil der Spannungsquelle 40' und das Bezugszeichen Up die Leerlaufspannung der Spannungsquelle 40'.
  • Jede netzkomponentenseitige Steckverbinderkomponente 20k, durch die der Überwachungsstromkreis 10 hindurchgeschleift ist, weist einen ersten 21 und einen zweiten 22 Prüfkontakt auf. Die Prüfkontakte 23, 24 des Gegensteckers 29 der jeweiligen Steckverbinderkomponente 20k sind jeweils über eine Kurzschlussbrücke 70i kurzgeschlossen, die wiederum die beiden Prüfkontakte 21, 22 kurzschließt. Über diese Kurzschlussbrücke 70i werden die Prüfkontakte 21, 22 im eingesteckten Zustand des Steckverbinders 20i kurzgeschlossen. Bei dem Gegenstecker 29, der zu zweitunterst in der Figur dargestellt ist, ist die Kurzschlussbrücke 70i durch das Kabel geführt und erst am anderen Ende des Kabels geschlossen. Die Kurzschlussbrücke kann beispielsweise am Kabelanfang (d.h. beim Gegenstecker 29 des Steckverbinders 20i) oder irgendwo in der Kabelmitte oder am Kabelende oder in einer (in den Figuren nicht dargestellten) Steckverbinderkomponente am Kabelende oder in einem (in den Figuren nicht dargestellten) Gegenstecker einer Steckverbinderkomponente am Kabelende angeordnet sein. Mit diesem Konzept können mit dem Überwachungsstromkreis 10 nicht nur Steckverbinder, sondern auch Netzkabel 94i und/oder sogar eine (in den Figuren nicht dargestellte) Steckverbinderkomponente am Ende des jeweiligen Netzkabels 94i in die Überwachung einbezogen werden.
  • Zu den mittleren beiden Steckverbinderkomponenten 20k zeigt die Figur je einen MOS-FET 20mi vom Verarmungstyp. Für die folgende Betrachtung wird zunächst angenommen, dass der Gate-Anschluss 27 des MOS-FET nicht beschaltet ist, so dass der MOS-FET 20mi leitend ist. Unter dieser Voraussetzung werden durch die Kurzschlussbrücken 70i alle Zweipole 30i kurzgeschlossen, so dass die Erfassungsschaltung 50 ohne dazwischenliegende Impedanz von der Spannungsquelle 40' direkt versorgt wird.
  • Wenn einer der Steckverbinder 20i getrennt ist, ist der zugehörige Zweipol 30i nicht mittels der Kurzschlussbrücke 70i überbrückt, und die Erfassungsschaltung 50 wird von der Spannungsquelle 40' über den zwischenverschalteten Zweipol 30i versorgt.
  • Eine Hauptfunktion des MOS-FET 20mi kann darin bestehen, einen Diagnosetest durchführbar zu machen, ohne dass dafür die Steckverbinder 20i mechanisch geöffnet werden müssen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Steckverbinder 20i in dem Fahrzeug an unterschiedlichen Orten angeordnet sind, die örtlich weit entfernt voneinander sind.
  • Um auch eine Fehlfunktion eines Zweipols 30i erkennen zu können, die darin besteht, dass der Zweipol 30i einen inneren Kurzschluss aufweist, kann zwischen dem Anschluss 22a und dem zweiten Prüfkontakt 22 eine optionale Markierungsvorrichtung 20mi verdrahtet (eingeschleift) sein. Die 1 zeigt als Beispiel für so eine Markierungsvorrichtung 20mi einen MOS-FET vom Verarmungstyp. Wenn die Auswertung des erfassten Prüfstroms ergibt, dass angeblich alle Stecker 29 ordnungsgemäß eingesteckt sind, kann der MOS-FET 20mi mit einem Steuerbefehl zu Testzwecken auf Sperrbetrieb geschaltet werden. Dieser Vorgang kann als Zwangsdynamisierung bezeichnet werden.
  • Aus der darauf folgenden Änderung des elektrischen Verhaltens (beispielsweise einer Änderung des Stroms Ip in dem Überwachungskreis 10) der Reihenschaltung 20r kann die Auswerteschaltung 60 dann erstens schließen, ob eine oder mehrere Kurzschlussbrücken 70i (und somit die zugehörigen Stecker 29 ordnungsgemäß eingesteckt sind und zweitens, ob der zugehörige Zweipol 30i sein elektrisches Verhalten (beispielsweise aufgrund von Alterungserscheinungen) verändert hat. Markierungsvorrichtungen 20mi können auch mittels manuell betätigbaren Schaltern oder Diagnosesteckern verwirklicht werden. Weitere Beispiele für Markierungsvorrichtungen 20mi zeigt die 6.
  • Für Steckverbinder 20i, für die keine Markierungsvorrichtung 20mi vorgesehen ist, ist der Anschluss 22a identisch mit dem zweiten Prüfkontakt 22. Oder es ist statt der Markierungsvorrichtung 20mi jeweils eine Kurzschlussbrücke 22k vorzusehen.
  • Um den Aufwand für die Übermittlung des Steuersignals zu der Markierungsvorrichtung 20mi einzusparen, sieht eine Ausführungsvariante vor, dass das Steuersignal zum Unterbrechen (Verarmen) des MOS-FET in der Netzkomponente 92i wiederkehrend selbsttätig für eine kurze Zeitspanne lokal erzeugt wird. Wenn dies für einen verhältnismäßig kurzen Zeitraum (vorzugsweise nach einem morsezeichenartigen zeitlichen Muster) erfolgt, kann die Auswerteschaltung so ausgeführt werden, dass sie diese Art planmäßiger Unterbrechung von einer Unterbrechung aufgrund eines nicht eingesteckten oder beschädigten Steckverbinders unterscheiden kann.
  • Die 2 zeigt Schaltungsbeispiele von Zweipolen 30i der Steckverbinderkomponenten 20k. Von den in der oberen Reihe dargestellten Zweipolen 30i ist der kapazitive Zweipol Ci für den Überwachungsstromkreis 10 in der Regel am zweckmäßigsten, weil das kapazitive Verhalten des kapazitiven Zweipols Ci nicht so leicht durch magnetische oder elektromagnetische Felder wie das induktive Verhalten eines induktiven Zweipols Li beeinflussbar ist. Auch eine Änderung eines ohmschen Verhaltens liefert keine so zuverlässige Aussage über den Zustand der Steckverbinder 20i, weil eine Widerstandserhöhung auch durch einen teilweisen Kabelbruch und/oder durch verschmutzte Kontakte entstehen kann.
  • Eine Verwendung von kapazitiven Ci und/oder induktiven Zweipolen Li setzt eine Verwendung einer elektrischen Energiequelle 40, 40S voraus, die eine zeitlich nicht konstante Spannung Up oder einen zeitlich nicht konstanten Strom Ip bereitstellt. Eine Manipulation des Überwachungsstromkreises 10 durch nicht autorisierte Personen kann zusätzlich erschwert werden, wenn eine elektrische Energiequelle 40, 40S verwendet wird, die eine zeitlich nicht konstante, aperiodische Spannung Up oder einen zeitlich nicht stationären, aperiodischen Strom Ip bereitstellt.
  • Obwohl induktive Zweipole Li eher als kapazitive Zweipole Ci empfindlich für Einflüsse von magnetischen oder elektromagnetischen Feldern sein können, gibt es auch bevorzugte Ausführungsformen, in denen induktive Zweipolen Li verwendet werden. Beispielsweise ermöglicht eine Verwendung von induktiven Zweipolen Li zusammen mit kapazitiven Zweipolen Ci eine Erhöhung einer Wertevielfalt der verwendeten Zweipole aufgrund des unterschiedlichen elektrischen Verhaltens von Induktivitäten und Kapazitäten, ohne dass deshalb höhere Anforderungen an eine Erkennungsgenauigkeit (Trennschärfe) der Erfassungsschaltung 50 und/oder Auswerteschaltung 60 gestellt werden müssen.
  • In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird eine elektrische Energiequelle 40, 40S verwendet, die eine pulsweitenmodulierte Rechteckspannung Up bereitstellt. Die Rechteckspannung Up hat den Vorteil, dass sie mit geringem Schaltungsaufwand erzeugt werden kann. Mit der Pulsweitenmodulation kann der Überwachungsstromkreis 10 über einen vorbestimmten Frequenzbereich durchwobbelt werden. Dadurch kann die Erfassungsschaltung 50 und/oder die Auswerteschaltung 60, im Überwachungsstromkreis 10 aktuell vorhandene Zweipole Ci, Li zuverlässiger ermitteln, als wenn die Pulsweite der Rechteckspannung Up zeitlich konstant wäre.
  • In Verbindung mit einer pulsweitenmodulierten Spannungsquelle 40 hat eine Verwendung von induktiven Zweipolen Li den Vorteil, dass die induktiven Zweipole Li höhere Frequenzanteile stärker dämpfen als niedrigere Frequenzanteile. Durch induktive Zweipole Li werden (anders als bei einer Verwendung von kapazitiven Zweipolen Ci) Spannungsspitzen nicht in Stromspitzen abgebildet. Damit ergibt sich trotz der Rechteckspannung ein eher sinusförmiger Überwachungsstrom Ip durch den Überwachungsstromreis 10. Durch die Vermeidung von Stromspitzen wird weitgehend vermieden, dass der Überwachungsstroms Ip durch den Überwachungsstromkreis hochfrequente magnetische Felder induziert. Dies verbessert eine elektromagnetische Verträglichkeit des Überwachungsstromkreises 10 für andere Elektroniksysteme des Fahrzeugs und/oder benachbarter Fahrzeuge.
  • Wenn für die Zweipole 30i nur der in der 2 in der Mitte unten dargestellte Serienschwingkreis verwendet wird, bilden mehrere aufgetrennte Steckverbinder einen neuen gemeinsamen Schwingkreis mit einer Gesamtkapazität, die sich aus der Summe der Kapazitäten der Schwingkreise der aufgetrennten Steckverbinder berechnet, und mit einer Gesamtinduktivität, die sich aus der Summe der Induktivitäten der Schwingkreise der aufgetrennten Steckverbinder berechnet. Ein Vorteil einer Verwendung von Serienschwingkreisen kann darin gesehen werden, dass die Reihenschaltung in jedem Fall (im Frequenzbereich) nur eine Nullstelle aufweist. Die Auswertung des elektrischen Verhaltens der Reihenschaltung 20r von Serienschwingkreisen ist damit weniger komplex als eine Auswertung des elektrischen Verhaltens einer Reihenschaltung 20r von Parallelschwingkreisen.
  • Eine Verwendung von Parallelschwingkreisen, wie sie 2 links unten dargestellt, führt in der Reihenschaltung 20r (bei ordnungsgemäßer Auslegung mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen) dazu, dass die Reihenschaltung 20r genau so viele Polstellen aufweist, wie Steckverbinder 20i aufgetrennt sind. Welche Polstellen gerade vorliegen, kann beispielsweise mittels des an sich bekannten Wobbelverfahrens unter Verwendung einer Spannungsquelle 40' festgestellt werden, die ihre Frequenz laufend ändert, so dass immer wieder andere Sperrkreise zur Resonanz gebracht werden.
  • Das Bezugszeichen Fi bezeichnet andere Arten von Filtern, beispielsweise solche, die ein komplexes (gegebenenfalls auch nichtlineares und/oder zeitvariantes) elektrisches Verhalten aufweisen, welches die Zweipole 30i voneinander unterscheidbar und einzeln identifizierbar macht. Beispielsweise ist vorstellbar, dass jeder Zweipol 30i dem Prüfstrom wiederholt ein ihn charakterisierendes Bitmuster (beispielsweise per Pulsweiten- oder per Frequenzmodulation) aufmoduliert. Es ist auch vorstellbar, dass er die gesamte Energie dafür aus dem Prüfstrom bezieht.
  • In der 3 sind mögliche zeitliche Verläufe der Spannung der Spannungsquelle 40 dargestellt. Um eine Auswertung zu ermöglichen, sollte die Spannung Up zeitlich nicht konstant (also eine Wechselspannung, beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung) sein. Außerdem sollte von der Spannung Up mindestens ein Merkmal vorbestimmt sein. Dieses Merkmal kann beispielsweise eine Periodizität T1, T2, ein Frequenzspektrum und/oder eine Signalform sein.
  • Das linke obere Diagramm zeigt eine Spannung Up im Zeitbereich, deren Frequenzspektrum beispielsweise näherungsweise einem weißen Rauschen entspricht (F(jω)=const). Das rechte obere Diagramm zeigt einen rechteckförmigen Verlauf der Spannung Up der Spannungsquelle 40, also eine Rechteckspannung.
  • Das linke zweitoberste Diagramm zeigt eine sinusförmige Spannung Up. Das rechte zweitoberste Diagramm zeigt einen rechteckförmigen Verlauf der Spannung Up der Spannungsquelle 40 mit einem zusätzlichen Gleichanteil Ug. Der Gleichanteil Ug kann vorteilhaft für eine Erkennung einer Unterbrechung des Überwachungsstromkreises 10 und/oder für eine Erkennung eines Kurzschlusses des Überwachungsstromkreises 10 mit Masse oder eines Kurzschlusses des Überwachungsstromkreises 10 mit einer Versorgungsspannung sein. Grundsätzlich kann jede Wechselspannung mit einem Gleichanteil Ug beaufschlagt werden, um eine Erkennung einer Unterbrechung des Überwachungsstromkreises 10 und/oder eines Kurzschlusses des Überwachungsstromkreises 10 mit Masse und/oder eines Kurzschlusses des Überwachungsstromkreises 10 mit einer Versorgungsspannung zu ermöglichen und/oder zu erleichtern.
  • Das linke drittoberste Diagramm zeigt eine sinusförmige Spannung Up mit einer veränderlichen Periode T1. Ein möglicher zeitlicher Verlauf der Periode T1 der sinusförmigen Spannung Up ist in dem linken untersten Diagramm dargestellt.
  • Das rechte unterste Diagramm zeigt einen rechteckförmigen Verlauf der Spannung Up der Spannungsquelle 40 mit einer veränderlichen Periode T2 und einem zusätzlichen Gleichanteil Ug. Auch hier ist ein möglicher zeitlicher Verlauf der Periode T2 der Rechteckspannung Up in dem darunter angeordneten Diagramm dargestellt.
  • Dieselben Signalformen können auch vorgesehen werden, wenn statt einer Spannungsquelle 40 eine Stromquelle 40S (siehe 7) vorgesehen wird. Zwar kann grundsätzlich jede Spannungsquelle 40 in eine äquivalente Stromquelle uminterpretiert werden und umgekehrt. Hier werden jedoch die Begriffe 'Spannungsquelle' und 'Stromquelle' vorzugsweise mit einer durchaus gebräuchlichen engeren Bedeutung verwendet, wobei eine Spannungsquelle 40 typischerweise einen eher kleinen Innenwiderstand Z40 aufweist und eine Stromquelle 40S typischerweise einen eher großen Innenwiderstand Z40 aufweist.
  • Die 4 zeigt entsprechende Schaltbeispiele für den Strombegrenzungsschaltkreis Z40. Eine ebenfalls vorstellbare Ausführungsvariante ergibt sich, wenn die Spannungsquelle 40' als Oszillator aufgebaut wird, dessen Schwingkreis durch die Serienschaltung aus der Reihenschaltung 20r der Steckverbinderkomponenten 20k, dem Strombegrenzungsschaltkreis Z40 und einem Eingangskreis der Erfassungsschaltung 50 gebildet wird. Auch ist vorstellbar, dass der Strombegrenzungsschaltkreis Z40 als Optimalfilter (matched filter) zeitlich abwechselnd an die einzelnen Zweipole angepasst wird und bei der Auswerteschaltung 60 eine Erkennung durchgeführt wird, wenn eine Anpassung vorliegt. Eine davon unabhängige Weiterbildung sieht vor, dass der Eingangskreis der Erfassungsschaltung 50 so dimensioniert ist, dass er einen Teil oder sämtliche der Funktionen des Strombegrenzungsschaltkreises Z40 erfüllt. Dadurch kann sich in einer Weiterbildungsvariante ein Strombegrenzungsschaltkreis erübrigen, der von dem Eingangskreis verschieden ist.
  • In dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Erfassungsschaltung 50 wird der Prüfstrom Ip durch den Anschluss 51 über den Messwiderstand R53 zu dem Bezugspotentialanschluss 52 geleitet. Wenn alle Steckverbinder 20i geschlossen sind, bildet die Reihenschaltung 20r eine Kurzschlussleitung. Dann liegt die volle Spannung Up' der Spannungsquelle 40' an dem Messwiderstand R53 an.
  • Für die folgende Erläuterung der 5 wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit unterstellt, dass die Spannungsquelle 40' (oder deren idealer Anteil 40) ein Rechtecksignal mit konstanter Frequenz und konstantem Tastgrad (von beispielsweise 50%) liefert, das im Ausschaltzustand ungefähr 0 Volt beträgt und im Einschaltzustand einen positiven Spannungswert aufweist. Während der Einschaltzeiten des Rechtecksignals wird die Kapazität C53 über die Diode D53 aufgeladen. Diese Spannung wird mittels des RC-Glieds R55, C56 geglättet, mittels der Zenerdioden D56, D57 spannungsbegrenzt und über Ausgangsanschlüsse 58, 52' aus der Erfassungsschaltung 50 ausgegeben und der Auswerteschaltung 60 zur nachfolgenden Auswertung übergeben.
  • Falls der Überwachungsstromkreis 10 (beispielsweise aufgrund eines Kabelbruchs) an einer Stelle vollständig unterbrochen wird oder mit dem Bezugspotentialanschluss 42 der Spannungsquelle 40' kurzgeschlossen ist, entlädt sich die Kapazität C53 mit der Zeitkonstanten des RC-Glieds aus C53 und R54.
  • Falls der Überwachungsstromkreis 10 (beispielsweise aufgrund eines Isolierungsfehlers) dauerhaft auf einem Batteriespannungspotential (von beispielsweise 12 V) liegt, lädt sich die Kapazität C53 auf das Batteriespannungspotential auf und kann sich nicht über den Widerstand R54 entladen.
  • Für die Erläuterung der 5 wird außerdem ohne Beschränkung der Allgemeinheit unterstellt, dass die Zweipole 30i (wie in der Mitte der obersten Reihe der 2 dargestellt) Kapazitäten Ci sind, die sich in ihrem Kapazitätswert stark unterscheiden. Wenn nun nur genau ein Steckverbinder 20i nicht geschlossen ist, bildet diese Kapazität zusammen mit dem Messwiderstand R53 einen Hochpass. Wegen der Kapazität Ci kommt der Gleichanteil des Rechtecksignals bei dem Messwiderstand R53 nicht an. Folglich liegen an dem Widerstand R53 positive und negative Spannungsspitzen an. Von diesen Spannungsspitzen werden nur die positiven Spannungsspitzen (also nur diejenigen Spannungsspitzen, die aus der positiven Flanke des Rechtecksignals resultieren) von der Diode D53 auf den Kondensator C53 übertragen. Wenn die Kapazität Ci klein ist, wird wenig Ladung auf den Kondensator C53 übertragen. Wenn die Kapazität Ci groß ist, wird mehr Ladung auf den Kondensator C53 übertragen. Dieser Unterschied in der übertragenen Ladungsmenge wirkt sich in einer unterschiedlichen mittleren Spannung an dem Kondensator C53 aus.
  • Die mittlere (also geglättete) Spannung an dem Kondensator C53 spiegelt damit den Kapazitätswert der Kapazität Ci wider. Niederfrequente Anteile sind in dieser Spannung umso stärker vertreten, je größer die Kapazität Ci ist. Bei dieser Ausführungsform besteht das eingangs erwähnte Merkmal des Prüfstroms Ip also in einer Stärke niederfrequenter Anteile des Prüfstroms. Denn hochfrequente Anteile des Prüfstroms Ip werden durch alle Zweipole 30i näherungsweise gleich behandelt.
  • Aus der Spannung an dem Kondensator C53 wird eine analoge Spannung Ua erzeugt, die mittels des RC-Glieds R55, C56 geglättet und mittels der Zenerdioden D56, D57 spannungsbegrenzt ist. Die analoge Spannung Ua wird über Ausgangsanschlüsse 58, 52' aus der Erfassungsschaltung 50 ausgegeben und der Auswerteschaltung 60 zur nachfolgenden Auswertung übergeben.
  • In einem Musteraufbau wurde die in 5 dargestellte Schaltung mit folgenden Werten ausgeführt: R53 = 1 kΩ (gleicher Wert für Strombegrenzer Z40), C53 = 100 nF; R54 = 30 kΩ; R55 = 50 kΩ; C56 = 30 nF; Leerlaufspannung der Spannungsquelle 40' im Einschaltzustand: 5 V; Kapazitäten Ci der Zweipole 30i: 2(n-1) mal 20 nF mit n = 1 bis Anzahl der zu überwachenden Steckverbinder 20i in der Reihenschaltung 20r.
  • Die Auswerteschaltung 60 übersetzt die analoge Spannung Ua in ein digitales Signal e60. Dafür kann ein handelsüblicher Analog-Digital-Wandler vorgesehen werden, wie er häufig auch Controller-Bausteinen enthalten ist. Hierbei kann die Auswerteschaltung 60 auch den Fall, dass der Überwachungsstromkreis 10 (beispielsweise aufgrund eines Kabelbruchs) an einer Stelle vollständig unterbrochen wird oder mit dem Bezugspotentialanschluss 42 der Spannungsquelle 40' kurzgeschlossen ist und den Fall, dass der Überwachungsstromkreis 10 (beispielsweise aufgrund eines Isolierungsfehlers) dauerhaft auf einem Batteriespannungspotential (von beispielsweise 12 V) liegt, aufgrund der dafür eigenen charakteristischen Spannungspegel an der Kapazität C53 (und somit auch an C56) getrennt erkennen.
  • Für die in der 6 gezeigten Schaltbeispiele für die Markierungsvorrichtung 20mi sind sinnentsprechend auch die Erläuterungen zu 2 anwendbar. Darüber hinaus zeigt die 6 Schaltungsvarianten mit ein oder zwei steuerbaren Halbleiterschaltern 20mi'', 20mi''' in der Markierungsvorrichtung 20mi. Zweckmäßige Markierungsvorrichtungen 20mi können auch unter Verwendung von anderen Transistortypen (beispielsweise mit MOS-FET vom Anreicherungstyp) hergestellt werden.
  • Die 7 zeigt eine Alternative für einen Überwachungsstromkreis 10 mit einer Stromquelle 40S. Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung würde zumindest bei Verwendung einer idealen Stromquelle 40S statt der Spannungsquelle 40 nicht funktionieren. Denn eine ideale Stromquelle 40S würde den Strom Ip durch den Überwachungsstromkreis 10 vorbestimmen (einprägen). Damit wäre der Strom Ip durch die Erfassungsschaltung 50 vorbestimmt. Somit würde an der Erfassungsschaltung 50 keine elektrische Größe (Ip·R53) auftreten, die von einem Zustand eines oder mehrerer Steckverbinder 20i abhängig wäre.
  • Um eine Erkennung eines Steckverbindungszustands mit einem Überwachungsstromkreis 10 zu ermöglichen, der eine näherungsweise ideale Stromquelle 40S aufweist, ist in der 7 die Erfassungsschaltung 50 parallel zur Stromquelle 40S und der Serienschaltung der Netzknoten 92i verdrahtet. Hierdurch teilt sich der von der Stromquelle 40S vorgegebene Strom Ip in Abhängigkeit von Steckverbindungszuständen in einen Strom Ip1 durch die Serienschaltung der Netzknoten 92i und einen Strom Ip2 durch die Erfassungsschaltung 50 auf. Damit ist der Strom Ip2 (= Ip – Ip1) durch die Erfassungsschaltung 50 auch von Steckverbindungszuständen abhängig.
  • Das in 8 gezeigte Verfahren 100 zum Überwachen von Steckverbindungszuständen I, II umfasst folgende Schritte. In einem ersten Schritt 110 wird eine zeitlich nicht konstante Spannung Up' an eine Reihenschaltung 20r von Steckverbinderkomponenten 20k angelegt, wobei die Steckverbinderkomponenten 20k jeweils einen ersten 21 und einem zweiten 22 Prüfkontakt aufweisen. Hierbei ist zwischen dem ersten Prüfkontakt 21 und einem Anschluss 22a des zweiten Prüfkontakts 22 einer jeden Steckverbinderkomponente 20k jeweils ein Zweipol 30i elektrisch verdrahtet. Alle Steckverbinderkomponenten 20k sind mittels Verbindungsleitungen 80i zwischen dem Anschluss 22a des zweiten Prüfkontakts 22 einer vorausgehenden Steckverbinderkomponente 20k und dem ersten Prüfkontakt 21 einer nachfolgenden Steckverbinderkomponente 20k in Serie verdrahtet. Die Zweipole 30i weisen ein zueinander unterschiedliches elektrisches Verhalten auf. In einem zweiten Schritt 120 wird mindestens ein Merkmal eines durch die Reihenschaltung 20r fließenden Prüfstroms Ip erfasst. In einem dritten Schritt 130 wird wenigstens ein nicht überbrückter Zweipol 30i der Reihenschaltung 20r mittels Auswertens des erfassten Merkmals erkannt, wenn alle anderen Zweipole 30i der Reihenschaltung 20r mit einer Kurzschlussbrücke 70i überbrückt sind.
  • Durch Speisung des Überwachungsstromkreises 10 aus einer Spannungsquelle 40' mit einer zeitlich nicht konstanten Spannung Up' (also aus einer Wechselspannungsquelle) mit einer bestimmten Frequenz und einem bestimmten Pegel, kann das für die Inbetriebnahme des Netzwerks 90 erforderliche Wechselspannungssignal nicht ohne Weiteres aus einer 12-Volt-Gleichspannungsquelle erzeugt werden. Dadurch wird die Gefahr einer Manipulation durch nicht autorisierte Personen weitgehend verhindert.
  • Die Spannungsquelle 40', die Erfassungsschaltung 50 sowie die Auswerteschaltung 60 können in dem Netzwerk an frei wählbarer Stelle angeordnet werden, also sowohl lokal wie auch zentral. In einem selben Überwachungsstromkreis 10 können mehrere Erfassungsschaltkreise 50 eingeschleift sein, die sich beispielsweise in unterschiedliche Netzknoten 92i befinden.
  • Zum Überwachen von Steckverbindungszuständen I, II wird ein Überwachungsstromkreis 10 vorgeschlagen. Der Überwachungsstromkreis 10 umfasst eine Reihenschaltung 20r von Steckverbinderkomponenten 20k, eine Spannungsquelle 40' zur Bereitstellung einer zeitlich nicht konstanten Spannung Up', eine Erfassungsschaltung 50 zum Erfassen mindestens eines Merkmals eines durch den Überwachungsstromkreis 10 fließenden Prüfstroms Ip und eine Auswerteschaltung 60 zum Erkennen wenigstens eines nicht überbrückten Zweipols 30i der Reihenschaltung 20r mittels Auswertens des erfassten Merkmals, wenn alle anderen Zweipole 30i mit einer Kurzschlussbrücke 70i überbrückt sind. Die Steckverbinderkomponenten 20k weisen jeweils einen ersten 21 und einen zweiten 22 Prüfkontakt auf. Je Steckverbinderkomponente 20k ist ein Zweipol 30i vorgesehen, der zwischen dem ersten Prüfkontakt 21 und einem Anschluss 22a des zweiten Prüfkontakts 22 der jeweiligen Steckverbinderkomponente 20k verdrahtet ist. Die Zweipole 30i weisen ein zueinander unterschiedliches elektrisches Verhalten auf.
  • Der vorgeschlagene Überwachungsstromkreis 10 und das vorgeschlagene Verfahren 100 zum Überwachen von Steckverbindungszuständen ermöglicht mit geringem Herstellungs- und Betriebsaufwand eine zuverlässige Erkennung von Steckverbindungszuständen. Auch kann ein Kurzschluss in dem Überwachungsstromkreis 10 mit Masse oder mit einer Versorgungsspannung erkannt werden. Darüber hinaus kann auch ein Kabelbruch in dem Überwachungsstromkreis 10 erkannt werden.
  • Von besonderem Vorteil ist eine hohe Fehlerresistenz des Überwachungskonzepts, insbesondere im Falle einer Verschmutzung der Prüfkontakte 21, 22. Unter Alterung von Kontakten kann jede Art einer Verschlechterung des Kontaktzustands verstanden werden. Eine Verschmutzung von Prüfkontakten 21, 22 entsteht typischerweise aufgrund von Alterungsprozessen. Eine erste mögliche Folge so einer Verschmutzung besteht darin, dass sich zwischen benachbarten Prüfkontakten einer Steckverbinderkomponente 20k eine Schmutzschicht bildet, die eine nicht vernachlässigbare Leitfähigkeit 1/Rp aufweist (Rp = Parallelwiderstand). Dadurch kann sich zwischen den benachbarten Prüfkontakten 21, 22 eine elektrisch leitfähige Brücke mit einem Widerstand in der Größenordnung von beispielsweise zehn Kiloohm bilden.
  • Eine zweite mögliche Folge ist eine Erhöhung des Kontaktwiderstands durch Alterung. Beispielsweise kann sich zwischen einem zugehörigen Paar von Prüfkontakten 21, 22 eine Schmutzschicht bilden. Dadurch kann sich zwischen dem zugehörigen Paar von Prüfkontakten 21, 22 ein Übergangswiderstand Rs in der Größenordnung von beispielsweise zehn Milliohm bilden (Rs = Serienwiderstand).
  • 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
    • DE 102010045990 A1 [0009]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Norm SAE J2344 [0008]

Claims (10)

  1. Überwachungsstromkreis (10) zum Überwachen von Steckverbindungszuständen (I, II), wobei der Überwachungsstromkreis (10) umfasst: – eine Reihenschaltung (20r) von Steckverbinderkomponenten (20k), wobei die Steckverbinderkomponenten (20k) jeweils einen ersten (21) und einen zweiten (22) Prüfkontakt aufweisen; – je Steckverbinderkomponente (20k) einen Zweipol (30i), der zwischen dem ersten Prüfkontakt (21) und einem Anschluss (22a) des zweiten Prüfkontakts (22) der jeweiligen Steckverbinderkomponente (20k) verdrahtet ist, wobei die Zweipole (30i) ein zueinander unterschiedliches elektrisches Verhalten aufweisen; – eine Spannungsquelle (40') zur Bereitstellung einer zeitlich nicht konstanten Spannung (Up') und/oder eine Stromquelle (40S) zur Bereitstellung eines zeitlich nicht konstanten Stroms (Ip); – eine Erfassungsschaltung (50) zum Erfassen mindestens eines Merkmals eines durch den Überwachungsstromkreis (10) fließenden Prüfstroms (Ip), – eine Auswerteschaltung (60) zum Erkennen wenigstens eines nicht überbrückten Zweipols (30i) der Reihenschaltung (20r) mittels Auswertens des erfassten Merkmals, wenn alle anderen Zweipole (30i) mit einer Kurzschlussbrücke (70i) überbrückt sind.
  2. Überwachungsstromkreis (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Steckverbinderkomponenten (20k) mit ihrem zugeordneten Zweipol (30i) mittels Verbindungsleitungen (80i) zwischen dem Anschluss (22a) des zweiten Prüfkontakts (22) einer in der Reihenschaltung (20r) vorausgehenden Steckverbinderkomponente (20k) und einem ersten Prüfkontakt (21) einer in der Reihenschaltung (20r) nachfolgenden Steckverbinderkomponente (20k) in Reihe verdrahtet sind.
  3. Überwachungsstromkreis (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Versorgungsanschluss (41) der Spannungsquelle (40') mit dem ersten Prüfkontakt (21) einer Steckverbinderkomponente (20k) der Reihenschaltung (20r) verbunden ist und ein Anschluss (51) der Auswerteschaltung (50) mit dem Anschluss (22a) des zweiten Prüfkontakts (22) einer letzten Steckverbinderkomponente (20k) der Reihenschaltung (20r) verbunden ist und ein Bezugspotentialanschluss (52) der Auswerteschaltung über einen Rückleiter (89) mit einem Bezugspotentialanschluss (42) der Spannungsquelle (40') verbunden ist.
  4. Überwachungsstromkreis (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein beliebiges Paar von zwei Zweipolen (30i) nicht die gleiche Impedanz aufweist wie ein anderer Zweipol (30i) aus der Menge der Zweipole (30i) oder wie ein anderes Paar der Zweipole (30i).
  5. Überwachungsstromkreis (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Serienschaltung eines beliebigen Tripels von drei Zweipolen (30i) nicht die gleiche Impedanz aufweist, wie ein anderer Zweipol (30i) aus der Menge der Zweipole (30i) oder wie ein anderes Paar der Zweipole (30i) oder wie ein anderes Tripel der Zweipole (30i).
  6. Überwachungsstromkreis (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsschaltung (50) dazu vorbereitet ist, gleichzeitig zwei oder drei Zweipole (30i) zu erkennen, die gleichzeitig nicht überbrückt sind.
  7. Überwachungsstromkreis (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Prüfkontakt (22) und dem Anschluss (22a) des zweiten Prüfkontakts (22) mindestens eines der Steckverbinder (20i) eine Markierungsvorrichtung (20mi) vorgesehen ist, deren Impedanz nicht immer kleiner als 100 Milliohm ist.
  8. Überwachungsstromkreis (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (40') einen Strombegrenzungsschaltkreis (Z40) zur Begrenzung des Prüfstroms (Ip) umfasst.
  9. Netzwerk (90) zum Verteilen von Energie und/oder von Signalen über Kabel und Steckverbinder, wobei das Netzwerk (90) einen Überwachungsstromkreis (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
  10. Verfahren (100) zum Überwachen von Steckverbindungszuständen (I, II), das folgende Schritte umfasst: – Anlegen (110) einer zeitlich nicht konstanten Spannung (Up') und/oder Einprägen eines zeitlich nicht konstanten Stroms (Ip) an eine Reihenschaltung (20r) von Steckverbinderkomponenten (20k), wobei die Steckverbinderkomponenten (20k) jeweils einen ersten (21) und einen zweiten (22) Prüfkontakt aufweisen, wobei zwischen dem ersten Prüfkontakt (21) und einem Anschluss (22a) des zweiten Prüfkontakts (22) einer jeden Steckverbinderkomponente (20k) jeweils ein Zweipol (30i) verdrahtet ist und alle Steckverbinderkomponenten (20k) mittels Verbindungsleitungen (80i) zwischen einem Anschluss (22a) des zweiten Prüfkontakts (22) einer vorausgehenden Steckverbinderkomponente (20k) und dem ersten Prüfkontakt (21) einer nachfolgenden Steckverbinderkomponente (20k) in Serie verdrahtet sind, wobei die Zweipole (30i) ein zueinander unterschiedliches elektrisches Verhalten aufweisen; – Erfassen (120) mindestens eines Merkmals eines durch die Reihenschaltung (20r) fließenden Prüfstroms (Ip); – Erkennen (130) wenigstens eines nicht überbrückten Zweipols (30i) der Reihenschaltung (20r) mittels Auswertens des erfassten Merkmals, wenn alle anderen Zweipole (30i) der Reihenschaltung (20r) mit einer Kurzschlussbrücke (70i) überbrückt sind.
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