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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Überwachungsvorrichtung zum Erkennen eines Defektes in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs. Das Bordnetz weist eine elektrische Energiequelle, beispielsweise eine Batterie, und mehrere mit der Energiequelle elektrisch verbundene elektrische Verbraucher auf.
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In Bordnetzen, insbesondere für Anwendungen mit einer elektrischen Spannung von mehr als 18 Volt, kann es aufgrund eines Defektes in der Isolierung beispielsweise zu Lichtbogenbildung kommen, was im schlimmsten Fall zu einem Brand in dem Kraftfahrzeug führen kann. Um dies zu vermeiden, ist eine Diagnose des Fehlerzustands notwendig.
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Lichtbögen können in Kraftfahrzeugen mit zwei unterschiedlichen Messmethoden erkannt werden, je nachdem, wo sie verlaufen. Ein sogenannter serieller Lichtbogen verursacht einen unerwünschten Stromfluss innerhalb des Bordnetzes, ohne dass es zu einem Stromabfluss über die Masse kommt. Er kann mit erträglichem Aufwand über eine Spannungsplausibilisierung auf Grundlage der Kirchoff'schen-Maschenregel erkannt werden. Ein paralleler Lichtbogen verursacht dagegen einen Stromfluss aus dem Bordnetz über die elektrische Masse zurück zur Energiequelle. Ein solcher paralleler Lichtbogen kann mittels einer Stromplausibilisierung auf Grundlage der Kirchoff'schen-Knotenregel erkannt werden. Bei der Erkennung von parallelen Lichtbögen ist hierzu aber ein großer technischer Aufwand für die Strommessung erforderlich, da an jedem überprüften Knoten die einfließenden und ausfließenden elektrischen Ströme bekannt sein müssen. Dazu muss der Stromfluss über jede Komponente dezentral ermittelt werden.
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Auch bezüglich der Strommessgenauigkeit sind dann hohe Anforderungen gestellt. Beispielsweise kann eine Stromstärke eines durch einen Lichtbogen verursachten Leckstroms fünf Ampere betragen, so dass bei einer Messwerttoleranz von einem Ampere pro Strommessung, wie es üblich ist, bei fünf Messpunkten für die Einzelstromstärken an den Verbrauchern ein solcher Lichtbogen nicht mehr zuverlässig erkannt werden kann.
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Abhängig von der Anzahl der im Bordnetz verbauten Stromverbraucher und Stromquellen können sich also Toleranzen in der Strommessung sich in der Größenordnung eines parallelen Lichtbogens bewegen. Um die Toleranzen gering zu halten, ist ein großer technischer Aufwand und damit hohe Herstellungskosten für die Umsetzung einer solchen elektrischen Stromerkennung auf Grundlage der Knotenregel erforderlich. Im Zusammenhang mit einem Hochvoltbordnetz, die eine elektrische Spannung von mehr als 60 Volt vorsehen, ist derzeit die Erkennung von parallelen Lichtbögen technisch wegen des hohen Aufwandes oftmals überhaupt nicht darstellbar.
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Aus der
DE 10 2011 052 712 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die einen Beschleunigungssensor aufweist und dazu eingerichtet ist, eine Trenneinrichtung zum Unterbrechen eines Stromflusses in dem Bordnetz abhängig von den gemessenen Beschleunigungswerten zu betätigen. Über zusätzliche externe Geräte oder Sensoren können auch ein Leckstrom und ein Ableitstrom in dem Bordnetz erkannt werden.
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Aus der
DE 10 2004 058 957 A1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung von Lichtbögen in einem Stromkreis eines Bordnetzes beschrieben. Der Lichtbogen wird mittels eines Mikrocontrollers auf Grundlage eines in einem Spannungs- und Stromverlauf beobachteten Rauschsignals erkannt.
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Aus der
DE 10 2011 106 297 A1 ist eine Batterieanordnung für einen Kraftwagen bekannt. Eine Steuereinheit ist dazu ausgelegt, einen Lichtbogen zu erkennen und hierzu einen Erkennungsalgorithmus zu verwenden, mit dem der zeitliche Verlauf des elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung über Anschlüssen der Batterie überprüft wird.
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Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass sie einen Leckstrom anhand eines hochfrequenten Rauschens im Spannungssignal oder Stromsignal erkennen, wie es durch den Lichtbogen aber nicht in jedem Fall verursacht wird. Damit können Lichtbögen undetektiert bleiben. Auch andere Defekte, die überhaupt keinen Leckstrom verursachen, bleiben unerkannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug eine technisch einfach zu realisierende Erkennung eines Defekts in einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung geht dabei von einem Bordnetz aus, in welchem eine elektrische Energiequelle mit mehreren elektrischen Verbrauchern verbunden ist. Beispielsweise kann es sich bei der Energiequelle um eine Batterie, wie beispielsweise eine Traktionsbatterie oder eine 48-Volt-Batterie, oder einen Brennstoffzellenstapel oder einen elektrischen Generator handeln. Die Energiequelle kann auch einen Spannungswandler umfassen, welcher elektrische Energie aus einem anderen Bordnetz des Kraftfahrzeugs transferiert. Bei dem Bordnetz kann es sich um ein Niedervoltbordnetz oder bevorzugt um ein Mittelvoltbordnetz, dessen Spannung im Bereich von 16 Volt bis 60 Volt, oder um ein Hochvoltbordnetz, dessen Spannung größer als 60 Volt ist, handeln. Ein Beispiel für einen elektrischen Verbraucher eines Mittelvolt- und Hochvoltbordnetzes ist ein Klimakompressor für eine Klimaanlage, ein DC-DC-Wandler zum Transferieren von elektrischer Energie aus dem Bordnetz, ein Bremskraftverstärkersystem, ein Lenkassistenzsystem, ein Wechselrichter für einen Elektromotor.
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Die elektrischen Verbraucher sind dabei schaltbar, das heißt sie können durch ein Sperrsignal in einen Aus-Zustand geschaltet werden, in welchem sie nur einen Ruhestrom verbrauchen, der insbesondere kleiner als ein Ampere ist. Eine andere Bezeichnung für Aus-Zustand ist auch Stand-By-Zustand.
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Um nun in einem solchen Bordnetz einen Defekt zu erkennen, ist bei der Überwachungsvorrichtung eine Koordinatoreinheit vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, durch Erzeugen des Sperrsignals die Verbraucher in den Aus-Zustand zu schalten und dann durch Erzeugen eines Aus-Signals den Aus-Zustand der Verbraucher zu signalisieren. Mit anderen Worten stellt die Koordinatoreinheit sicher, dass alle Verbraucher im Aus-Zustand sind. Die Koordinatoreinheit ist eine Zentraleinheit zum zentralen Schalten der Verbraucher in dem Bordnetz. Koordinatoreinheiten sind an sich aus dem Stand der Technik für die zentrale Steuerung von Verbrauchern eines Bordnetzes bekannt.
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Die Koordinatoreinheit kann erfindungsgemäß aber von außen gesteuert werden, indem sie das Sperrsignal und das Aus-Signal in Abhängigkeit von einem Triggerereignis oder Triggersignal erzeugt.
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Das Aus-Signal signalisiert einer Messeinrichtung, dass eine Leckstrommessung durchgeführt werden soll. D. h. zu der Überwachungsvorrichtung gehört auch eine Messeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Aus-Signal einen Stromstärkewert eines aus der Energiequelle fließenden elektrischen Stroms zu ermitteln. Mit anderen Worten wird nur an einer Stelle im Bordnetz, nämlich an der Energiequelle, die Stromstärke gemessen.
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Schließlich gehört zu der Überwachungsvorrichtung noch eine Analyseeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ein Fehlersignal zu erzeugen, falls der Strommesswert betragsmäßig größer als ein vorbestimmter Ruhestromwert ist. Da sich alle Verbraucher im Aus-Zustand befinden, sie also nur einen Ruhestrom verbrauchen, kann anhand des gemessenen Stromstärkewerts, welcher den Gesamtstrom aus der Energiequelle repräsentiert, durch die Analyseeinrichtung überprüft werden, ob tatsächlich nur die Ruheströme zu den Verbrauchern fließen oder ob zusätzlich noch ein Leckstrom fließt. Dies kann an dem Strommesswert durch Vergleichen mit dem Ruhestromwert erkannt werden. Der Ruhestromwert kann dabei in Abhängigkeit von den im Bordnetz vorhandenen Verbrauchern festgelegt sein. Die Analyseeinrichtung kann z. B. ein Steuergerät und/oder ein Programmmodul für ein Steuergerät oder allgemein eine Prozessoreinrichtung des Kraftfahrzeugs umfassen.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass nur eine einzelne Strommessung an der Energiequelle nötig ist, um einen Leckstrom zu erkennen. Dies führt zu einem geringen schaltungstechnischen Aufwand bei der Bereitstellung der Überwachungsvorrichtung.
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Durch eine bevorzugte Weiterbildung der Überwachungseinrichtung ist es möglich, die Defekterkennung auch während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Hierbei ist die Koordinatoreinrichtung dazu ausgelegt, während des Fahrbetriebs nach Empfangen des Triggersignals, wenn also eine Überprüfung auf Leckstrom ausgelöst werden soll, zunächst abzuwarten, bis ein jeweiliger Betriebszustand jedes Verbrauchers ein vorbestimmtes Sicherheitskriterium erfüllt. Beispielsweise kann das Sicherheitskriterium besagen, dass der Verbraucher gerade signalisiert, dass er nicht aktiv ist, also beispielsweise ein Aktor eines Bremskraftverstärkers gerade inaktiv ist oder ein Klimakompressor momentan seinen Motor nicht betreibt. Erst nachdem alle Verbraucher ihr Sicherheitskriterium erfüllen, werden die Verbraucher durch die Koordinatoreinheit ausgeschaltet und das Aus-Signal erzeugt. Dann kann in der beschriebenen Weise der Stromstärkewert zum Erkennen eines Leckstroms ermittelt werden. Stellt die Analyseeinrichtung dabei fest, dass der Strommesswert tatsächlich unterhalb des Ruhestromwerts liegt, so können die Verbraucher wieder während des Fahrbetriebs in Betrieb genommen werden. Die Verbraucher werden dann in Abhängigkeit von einem Freigabesignal der Analyseeinheit wieder für den Fahrbetrieb angeschaltet. Die Unterbrechung des Betriebs der Verbraucher beträgt für die Leckstrommessung vorzugsweise weniger als drei Sekunden, insbesondere weniger als zwei Sekunden. Dies reicht für die Leckstrommessung aus und führt in der Regel nicht zu einer vom Benutzer als störend empfundenen Betriebsunterbrechung.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung betrifft das Festlegen des Zeitpunkts für die Leckstrommessung während des Fahrbetriebs. Hierzu ist die Analyseeinrichtung dazu ausgelegt, von den Verbrauchern jeweils einen Einzelmesswert zu einer lokal an dem Verbraucher ermittelten Stromstärke zu empfangen und zu überprüfen, ob die Einzelmesswerte zusammen ein vorbestimmtes Plausibilitätskriterium verletzen. Das Plausibilitätskriterium kann insbesondere auf der Grundlage der beschriebenen Kirchoff'schen-Knotenregel gebildet sein. Es wird also überprüft, ob trotz aller Toleranzen bei der Strommessung an den einzelnen Verbrauchern die im Bordnetz fließenden Einzelströme plausibel erscheinen. Hierzu können Schwellwerte für die Einzelmesswerte festgelegt sein. Wird das Plausibilitätskriterium verletzt, fließt also aus der Energiequelle ein Gesamtstrom, der nicht gemäß dem Plausibilitätskriterium zu den Einzelmesswerten passt, so wird das Triggersignal an die Koordinatoreinheit ausgesendet, die dann in der beschriebenen Weise den Messzyklus mit ausgeschalteten Verbrauchern auslöst, um die genaue Leckstrommessung an der Energiequelle zu veranlassen.
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Natürlich muss die Leckstrommessung nicht nur während des Fahrbetriebs durchgeführt werden. Eine Weiterbildung der Überwachungseinrichtung sieht vor, dass die Koordinatoreinheit dazu ausgelegt ist, mit einer Zündung des Kraftfahrzeugs gekoppelt zu werden und von der Zündung ein Zündungssignal als ein Triggersignal zu empfangen. Dann kann das Aus-Signal vor dem Fahrbetrieb und/oder nach dem Fahrbetrieb erzeugt werden. Somit wird der Fahrer also schon vor Beginn des Fahrbetriebs oder nach dem Fahrbetrieb auf einen möglichen Fehler im Bordnetz aufmerksam gemacht. Unter Fahrbetrieb ist hier insbesondere der Zeitraum zwischen Erzeugen eines Zündung-Ein-Signals und eines Zündung-Aus-Signals in dem Kraftfahrzeug gemeint. Diese Signale können in heutigen Kraftfahrzeugen über ein Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise einen Fahrzeugbus, wie einen CAN-Bus (CAN – Controller Area Network) ausgesendet werden.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Koordinatoreinheit dazu ausgelegt ist, das Triggersignal über einen Diagnoseanschluss von einem fahrzeugexternen Prüfgerät zu empfangen. Dann kann die Überwachungseinrichtung auch im Rahmen einer Produktion des Kraftfahrzeugs und/oder bei einem Kundendienst in einer Werkstatt genutzt werden, um einen Fehler in der Verkabelung des Bordnetzes zu lokalisieren.
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Bevorzugt ist die Analyseeinrichtung dazu ausgelegt, das Fehlersignal einem Benutzer des Kraftfahrzeugs anzuzeigen. Da mittels der Überwachungsvorrichtung Leckströme erkannt werden, wird der Fahrer dann in vorteilhafter Weise vor Gefahren, wie beispielsweise einem möglichen Brand, gewarnt.
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Die Analyseeinrichtung ist bevorzugt auch mit der Koordinatoreinheit in der Weise gekoppelt, dass die Koordinatoreinheit in Abhängigkeit von dem Fehlersignal der Analyseeinrichtung das Bordnetz abschaltet. Hierdurch ist ein möglicher Brand in dem Kraftfahrzeug wirkungsvoll vermieden.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Koordinatoreinheit dazu ausgelegt ist, die Leckstrommessung nach einem Crash oder Unfall des Kraftfahrzeugs durchzuführen, um ein beschädigtes Bordnetz zu erkennen, bevor dieses nach einer crashbedingten Notabschaltung wieder in Betrieb genommen wird. Hierbei ist die Koordinatoreinheit dazu ausgelegt, als das Triggersignal zum Auslösen der Leckstrommessung ein Crash-Signal einer Kollisionserkennung zu empfangen und das Sperrsignal und das Aus-Signal nach dem Crash, aber vor dem Wiederstart des Bordnetzes zu erzeugen. Hierdurch wird dann die Leckstrommessung vor dem Wiederstart ausgelöst.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches das beschriebene Bordnetz mit der elektrischen Energiequelle und mehreren mit der Energiequelle elektrisch verbundenen elektrischen Verbrauchern aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung aus. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Kraftwagen, bevorzugt als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Unabhängig von den beschriebenen Komponenten kann die Leckstrommessung auch mittels anderer Schaltungskomponenten durchgeführt werden. Hierzu sieht die Erfindung ein Verfahren vor, das die folgenden Schritte umfasst. Es werden in dem Bordnetz alle Verbraucher in den Aus-Zustand geschaltet, in welchem sie nur ihren Ruhestrom verbrauchen. Während sich alle Verbraucher im Aus-Zustand befinden, wird ein Stromstärkewert eines aus der Energiequelle fließenden elektrischen Gesamtstroms ermittelt und es wird ein Fehlersignal erzeugt, falls der Strommesswert betragsmäßig größer als ein vorbestimmter Ruhestromwert ist. Der Stromstärkewert kann hierbei vor einem Fahrbetrieb und/oder nach dem Fahrbetrieb ermittelt werden. Er kann auch zusätzlich oder alternativ dazu während des Fahrbetriebs ermittelt werden, indem während des Fahrbetriebs Einzelmesswerte zu einer lokal an dem Verbraucher ermittelten Stromstärke daraufhin überprüft werden, ob sie zusammen ein vorbestimmtes Plausibilitätskriterium verletzen. Bei dem Plausibilitätskriterium kann es sich um das beschriebene, auf der Knotenregel basierende Kriterium handeln. Bei verletztem Plausibilitätskriterium werden dann alle Verbraucher während des Fahrbetriebs in den Aus-Zustand geschaltet und der Stromstärkewert des Gesamtstroms ermittelt und dieser anhand des Ruhestromwerts in der beschriebenen Weise daraufhin überprüft, ob er auf einen Leckstrom hinweist.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 10, welche in an sich bekannter Weise ein Bordnetz 12 mit einer Fahrzeugbatterie 14, einer Verkabelung 16 und elektrischen Verbrauchern 18, 20 aufweisen kann. In der Fig. sind lediglich beispielhaft nur zwei Verbraucher 18, 20 dargestellt. Das Bordnetz 12 kann mehr oder weniger elektrische Verbraucher aufweisen. Der Verbraucher 18 kann beispielsweise ein Klimakompressor sein. Der Verbraucher 20 kann beispielsweise ein DC-DC-Wandler sein, welcher elektrische Energie aus dem Bordnetz 12 in ein weiteres Bordnetz 12 des Kraftfahrzeugs 10 transferieren kann. Die Verkabelung 16 stellt eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie 14 einerseits und den elektrischen Verbrauchern 18, 20 andererseits dar.
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Für die weitere Erläuterung der Erfindung sei angenommen, dass das Bordnetz 12 einen Defekt 22 aufweist, beispielsweise eine beschädigte elektrische Isolierung. Beispielsweise kann in der Verkabelung 16 aufgrund des Defekts 22 ein Leckstrom, beispielsweise über einen Lichtbogen, fließen. Der Leckstrom kann beispielsweise eine Stromstärke zwischen einem Ampere und zehn Ampere aufweisen.
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In dem Kraftfahrzeug 10 kann dieser Leckstrom des Defektes 22 erkannt werden. Hierzu weist das Kraftfahrzeug 10 eine Überwachungsvorrichtung 24 für das Bordnetz 12 auf. Die Überwachungsvorrichtung 24 kann eine Koordinatoreinheit 26, eine Messeinrichtung 28 und eine Analyseeinrichtung 30 aufweisen. Die Koordinatoreinheit 26 kann beispielsweise in einem Gateway eines Kommunikationsbusses des Kraftfahrzeugs 10 beispielsweise als Programmmodul integriert sein. Die Messeinrichtung 28 kann dazu ausgelegt sein, einen Batteriestrom der Batterie 14 zum Messen und einen die Stromstärke des Batteriestroms angebenden Strommesswert I zu erzeugen. Die Analyseeinrichtung 30 kann dazu ausgelegt sein, den Strommesswert I mit einem Ruhestromwert IO zu vergleichen und für den Fall, dass der Strommesswert I größer als der Ruhestromwert IO ist, ein Fehlersignal E auszugeben.
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Das Fehlersignal E kann beispielsweise an eine Anzeigeeinrichtung 32 übertragen werden, welche das Fehlersignal E einem (nicht dargestellten) Benutzer des Kraftfahrzeugs 10 anzeigen kann. Das Fehlersignal E kann auch an die Koordinatoreinheit 26 übertragen werden, welche dieses Fehlersignal E als ein Triggersignal T empfängt. Jeweils ein weiteres Triggersignal T kann beispielsweise durch eine Zündung 34 des Kraftfahrzeugs 10 und einen Diagnoseanschluss 36, über welchen ein Prüfgerät an das Kraftfahrzeug 10 angeschlossen werden kann, erzeugt werden. Die Zündung 34 signalisiert hierbei durch ihr Triggersignal T einen bevorstehenden Start des Kraftfahrzeugs 10 beziehungsweise nach einem Fahrbetrieb, das Abstellen des Kraftfahrzeugs 10. Durch den Diagnoseanschluss 36 kann das Prüfgerät ein Triggersignal T an die Koordinatoreinheit 26 übertragen.
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Die Analyseeinheit 36 kann ebenfalls ein Triggersignal T erzeugen.
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Falls die Koordinatoreinheit 26 eines der Triggersignale T empfängt, kann sie ein Sperrsignal S erzeugen, welches dann an die Verbraucher 18, 20 übertragen wird. Der Verbraucher 18 kann beispielsweise ein Netzteil 40 aufweisen, welches dazu ausgelegt ist, bei Empfangen des Sperrsignals S den Verbraucher 18 auszuschalten, so dass der Verbraucher 18 nur noch einen Ruhestrom für einen Stand-By-Betrieb verbraucht. Der Wandler 20 kann dazu ausgelegt sein, bei Empfangen des Sperrsignals S Halbleiterschalter in einen sperrenden Zustand zu schalten, so dass keine elektrische Energie mehr transferiert wird.
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Bevor die Schalteinheit 38 das Schaltsignal S erzeugt, kann sie überprüfen, ob eine Sicherungseinheit 42 der Koordinatoreinheit 26 durch ein Ruhesignal R signalisiert, dass die Verbraucher 18, 20 gerade nicht aktiv sind. Hierzu kann die Sicherungseinheit 42 Zustandsdaten betreffend einen jeweiligen Betriebszustand C1, C2 von den Verbrauchern 18, 20 empfangen und überprüfen, ob der Betriebszustand C1, C2 darauf hindeutet, dass in den Verbrauchern 18, 20 gerade kein Betrieb herrscht. Beispielsweise kann ein digitales Aktivitätsflag betreffend einen elektrischen Motor eines der Verbraucher 18, 20 überprüft werden. Bei dem Wandler 20 kann überprüft werden, ob gerade Schaltsignale für die Halbleiterschalter erzeugt werden.
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Sobald das Ruhesignal R vorliegt, kann die Schalteinheit 38 das Schaltsignal S erzeugen und hierdurch die Verbraucher 18, 20 abschalten. Nach dem Erzeugen des Sperrsignals S kann die Schalteinheit 38 ein Aus-Signal O an die Analyseeinrichtung 30 aussenden. Bei Empfangen des Aus-Signals O vergleicht die Analyseeinrichtung 30 den Strommesswert I mit dem Ruhestromwert IO. Da alle Verbraucher 18, 20 abgeschaltet sind, darf bei defektfreiem Bordnetz 12 aus der Batterie 14 nur ein Batteriestrom mit dem Betrag der Summe der Ruheströme der Verbraucher 18, 20 fließen. Diesen Wert repräsentiert der Ruhestromwert IO. Da in dem Bordnetz 12 der Defekt 22 vorliegt, ist der Strommesswert I größer als der Ruhestromwert IO. Das deshalb erzeugte Fehlersignal E wirkt in der beschriebenen Weise als Triggersignal T, so dass die Verbraucher 18, 20 hierdurch ausgeschaltet bleiben. Mit anderen Worten wird das Bordnetz 12 aufgrund des Defektes 22 notabgeschaltet.
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Während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 10 kann durch die Analyseeinrichtung 30 mittels einer Stromplausibilisierung auf der Grundlage der Kirchoff'schen-Knotenregel überprüft werden, ob ein Hinweis auf den Defekt 22 vorliegt. Hierzu kann die Analyseeinrichtung 30 während des Fahrbetriebs Einzelmesswerte I1, I2 von Strommesseinrichtungen 44, 46 an beispielsweise Anschlüssen der Verbraucher 18, 20 an die Verkabelung 16 empfangen. Die Analyseeinrichtung 30 kann dann überprüfen, ob die Einzelmesswerte I1, I2 ein Plausibilitätskriterium P erfüllen, das beispielsweise besagen kann, dass der Batteriestrom, also der Strommesswert I, und die Summe der Einzelmesswerte I1, I2 nur einen Unterschied aufweisen dürfen, der kleiner als ein vorbestimmter Höchstwert ist, der beispielsweise in einem Bereich von 0,5 Ampere bis 7 Ampere liegen kann. Ist das Plausibilitätskriterium P verletzt, kann die Analyseeinrichtung 30 ihr Triggersignal T erzeugen.
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Bei dem Bordnetz 12 kann es sich um ein 48 Volt-Bordnetz oder allgemein um ein Mittelvoltbordnetz oder auch um ein Hochvoltbordnetz handeln. Generell gilt für alle Bordnetze mit einer Spannung größer 18 Volt, dass sich hier Lichtbögen bei einem Defekt 22 ausbilden können, über welche ein Leckstrom parallel zu den Verbrauchern 18, 20 fließen kann.
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Da die Verbraucher 18, 20 zentral über eine Zentraleinheit oder eben die Koordinatoreinheit 26 koordiniert werden, bedeutet dies, dass hier jeder Verbraucher 18, 20 nur aktiv werden darf, also seinen Aus-Zustand verlassen darf, wenn eine Freigabe durch den Koordinator vorliegt, also das Sperrsignal S nicht anliegt.
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Durch die zentrale Koordinierung können auf Basis von Triggerereignissen oder den Triggersignalen T sämtliche 48 Volt-/Hochvolt-Komponenten außer der 48 Volt-/Hochvolt-Batterie 14 in den Stand-By kommandiert werden.
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Gleichzeitig kann dann eine Quick Ruhestrommessung und optional auch eine Spannungsmessung angestoßen werden. Hierbei ist dann nicht mal eine Spannungs-Strom-Filterung zur Glättung und/oder zum Ausblenden von Verbraucherströmen nötig. Falls im Stand-By-Betrieb trotzdem ein Batterieentladestrom von mehr als vier Ampere, insbesondere mehr als fünf Ampere fließt, so ist dies ein Hinweis auf einen parallelen Lichtbogen oder Leckstrom. Dann wird das Bordnetz 12 als fehlerhaft diagnostiziert und es können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden.
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Die beschriebene Erkennung eines Leckstroms und parallelen Lichtbogens kann für verschiedene Punkte verwendet werden. So kann die Erkennung von parallelen Lichtbögen kontinuierlich während des Fahrbetriebs ohne merkliche Einschränkung der Kundenfunktionen erfolgen. Die Ruhestrommessung und Spannungsmessung kann auch in der Produktion und beim Kundendienst zur Erkennung von Fehlern und Leckströmen genutzt werden. Auch eine systematische Eingrenzung und Lokalisierung von Fehlern in der Verkabelung 16 ist hierdurch möglich.
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Bei dem Kraftfahrzeug 10 bietet die Überwachungsvorrichtung 24 die Möglichkeit einer kostengünstigen Realisierung einer Leckstromdiagnose und einer Diagnose von parallelen Lichtbögen. Diese kann sowohl in einem Mittelvolt-Bordnetz als auch in einem Hochvolt-Bordnetz realisiert werden. In Hochvolt-Bordnetzen können die Kosten für eine Pilotlinie zur Fehlererkennung sowie teure Stecker entfallen. Im Kundendienst kann ebenfalls auf teure Messtechnik für die Leckstrommessung verzichtet werden, da nun die Messinstrumente im Fahrzeug bereits vorhanden sind. Die Anzeige und Analyse kann über ein Diagnosegerät mittels des Diagnoseanschlusses 36 realisiert werden, welche über diesen mit dem Fahrzeug als Diagnoseschnittstelle (OBD – On Board Diagnosis) kommunizieren können.
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Die Triggerung für die Messung kann beispielsweise über die Zündung 34 vor Fahrtantritt oder am Ende der Fahrt erfolgen. Weiter kann eine kontinuierliche Knotenstromanalyse durch die Analyseeinrichtung 30 für die parallele Lichtbogendetektion erfolgen und bei Verdacht, also bei verletztem Plausibilitätskriterium P, das 48 Volt-/Hochvolt-Bordnetz in den Stand-By kommandiert werden, um kurzzeitig die beschriebene Fehlerqualifizierung durchzuführen. Durch die Koordinatoreinheit 26 kann das Netz dabei in weniger als einer Sekunde, insbesondere weniger als 500 Millisekunden, in den Stand-By kommandiert werden. Anschließend kann die Messung erfolgen beziehungsweise das Ergebnis qualifiziert werden und nach einer Sekunde bis drei Sekunden können dann Maßnahmen eingeleitet werden. Liegt ein qualifizierter Fehler vor, also ist das Fehlersignal E erzeugt, erfolgt die Abschaltung des 48 Volt-/Hochvolt-Bordnetzes und es wird eine Kundenwarnung, beispielsweise über die Anzeigeeinheit 32, ausgegeben. Wird kein Fehler erkannt, so handelt es sich um eine Fehldiagnose und es erfolgt keine Rückmeldung an den Kunden. Die Koordinatoreinheit 26 kann dann wieder durch ein entsprechendes Aufwecksignal die Verbraucher 18, 20 aus dem Aus-Zustand aktivieren. Über den Diagnoseanschluss 36 kann in der Produktion und in einer Werkstatt für Messzwecke gezielt die Triggerung der Leckstrommessung erfolgen.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung in 48 V-/HV-Fahrzeugbordnetzen eine Ruhestrom-/Leckstrommessung aufwandsarm durchgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011052712 A1 [0006]
- DE 102004058957 A1 [0007]
- DE 102011106297 A1 [0008]
