DE102014203257A1

DE102014203257A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik

Info

Publication number: DE102014203257A1
Application number: DE102014203257.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Müller; Martin SAITNER; Simon Raedler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Es wird ein Verfahren (500) zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last (102) an einer Ansteuerelektronik (100) vorgestellt, wobei die Ansteuerelektronik (100) einen ersten Anschluss (104) für ein erstes Potenzial (106), einen zweiten Anschluss (108) für ein zweites Potenzial (110), zumindest eine Zwischenleitung (112) mit einem Lastanschluss (114) zum Anschließen der elektrischen Last (102), zumindest einen Schalter (116) zwischen dem ersten Anschluss (104) und der Zwischenleitung (112), und zumindest einen weiteren Schalter (118) zwischen dem zweiten Anschluss (108) und der Zwischenleitung (112) umfasst. Das Verfahren (500) umfasst einen Schritt des Bereitstellens (510) eines Testsignals (354) an dem ersten Anschluss (104), einen Schritt des Bereitstellens (520) eines Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter (116, 118), einen Schritt des Einlesens (530) eines Potenzialsignals (362) sowie einen Schritt des Auswertens (540) des Potenzialsignals (362), um den Anschlusszustand der elektrischen Last (102) an der Ansteuerelektronik (100) zu überwachen, wobei das Potenzialsignal (362) ein Zwischenpotenzial der Zwischenleitung (112) repräsentiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik, auf ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Ansteuerelektronik für eine elektrische Last, auf eine Vorrichtung zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik sowie ein entsprechendes Computer-Programmprodukt. Dabei kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform der Ansteuerelektronik um eine Leistungselektronik für einen elektrischen Fahrzeugantrieb handeln.
Um einen geöffneten Stecker in einer Hochvoltverkabelung zu erkennen, gibt es verschiedene bekannte Möglichkeiten wie beispielsweise eine Installation eines Pilotlinienkreises (englisch Interlock). Dabei wird mit einem Hilfsstrom oder einer Hilfsspannung ein zusätzlicher Niedervoltstromkreis an alle Hochvolt-führenden Stecker geführt. Beim Trennen der Stecker wird dieser Stromkreis ebenfalls getrennt, was detektiert werden kann. Vorteil dieser Lösung ist, dass die Überwachung ständig stattfinden kann – im Leerlauf ohne angelegte Hochvolt-Spannung, aber auch im laufenden Betrieb. Nachteil ist, dass ein Kabelabriss nicht erkannt wird, nur das Trennen des kompletten Steckers. Auch ist ein Pilotlinienkreis oder Interlockkreis aufwendig zu installieren und störanfällig (EMV, Kontaktstörungen, ...). Wenn die Last oder die Quelle komplett oder ganz fehlt, beispielsweise bei Steckerabfall oder Kabelabriss, kann dies im laufenden Betrieb mittels Überwachungsfunktionen der Lastregelung, etc. erkannt werden. Vorteil ist, dass dies meist mit einer Software-Funktion erledigt werden kann. Nachteil ist, dass dies nur im laufenden Betrieb funktioniert und in der Regel gewisse Mindestströme zur Erkennung über die integrierte Stromsensorik erfordert.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik, ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Ansteuerelektronik für eine elektrische Last, eine Vorrichtung zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik sowie ein entsprechendes Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
In einer Ansteuerelektronik für eine elektrische Last fließt auch bei offenen Schaltern, das heißt, wenn kein Stromfluss zu erwarten ist, Strom aufgrund parasitärer Effekte. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um eine defekte Leitung, einen gelösten Stecker, etc. zwischen der Ansteuerelektronik und der elektrischen Last zu erkennen. Hierzu kann eine Testspannung oder ein Teststrom als Testsignal der Ansteuerelektronik zugeführt werden und ein sich aufgrund der genannten parasitären Effekte aufbauendes Potenzial im Bereich des Lastanschlusses ausgewertet werden.
Ein Verfahren zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik, wobei die Ansteuerelektronik einen ersten Anschluss für ein erstes Potenzial, einen zweiten Anschluss für ein zweites Potenzial, zumindest eine Zwischenleitung mit einem Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, zumindest einen Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der Zwischenleitung, und zumindest einen weiteren Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der Zwischenleitung aufweist, umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Testsignals an dem ersten Anschluss;
Bereitstellen eines Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter;
Einlesen eines Potenzialsignals, wobei das Potenzialsignal ein Zwischenpotenzial der Zwischenleitung repräsentiert; und
Auswerten des Potenzialsignals, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
Bei der Ansteuerelektronik kann es sich zumindest um einen Teil einer Leistungselektronik eines elektrischen Fahrzeugantriebs handeln. So kann es sich bei der elektrischen Last um einen elektrischen Fahrzeugantrieb handeln. Bei der elektrischen Last kann es sich um eine elektrische Maschine wie beispielsweise einen Elektromotor handeln. Zum Betreiben der elektrischen Last kann eine Spannung von mehr als 60 V erforderlich sein. So kann zum Betreiben der elektrischen Last eine Hochspannung erforderlich sein. Bei dem ersten Potenzial kann es sich um eine positive Versorgungsspannung handeln. Bei dem zweiten Potenzial kann es sich um eine negative Versorgungsspannung handeln. Wenn das erste Potenzial eine positive Versorgungsspannung repräsentiert, kann der zumindest eine Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der Zwischenleitung als ein High-Side-Schalter bezeichnet werden und der zumindest eine weitere Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der Zwischenleitung als ein Low-Side-Schalter bezeichnet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann es sich bei dem ersten Potenzial um eine negative Versorgungsspannung und bei dem zweiten Potenzial um eine positive Versorgungsspannung handeln. Einer der beiden Anschlüsse kann auf Masse liegen. Unter den Schaltern können beispielsweise Halbleiterschalter, Transistoren, Bipolartransistoren oder bipolare Leistungstransistoren verstanden werden. Das Testsignal kann eine konstante Spannung und gleichzeitig oder alternativ eine konstante Stromstärke aufweisen. Die Schalter, das heißt der Schalter und der weitere Schalter, können über ein Schaltsignal einstellbar sein. Das Zwischenpotenzial kann über eine Auswerteelektronik oder eine Messeinrichtung erfasst und ein Ergebnis der Auswerteelektronik oder der Messeinrichtung kann als ein Potenzialsignal bereitgestellt werden. Ein Zwischenpotenzial kann sich aufgrund parasitärer Effekte auch bei geöffneten Schaltern an der Zwischenleitung einstellen. Das Zwischenpotenzial bei an die Zwischenleitung angeschossener Last unterscheidet sich dabei von dem Zwischenpotenzial bei einer von der Zwischenleitung getrennten Last. Somit kann durch Auswertung des Zwischenpotenzial erkannt werden, ob eine Verbindung zwischen der Zwischenleitung zu der Last besteht oder unterbrochen ist.
Das Testsignal kann eine Spannung aufweisen, die geringer als eine Betriebsspannung zum Betreiben der elektrischen Last ist. So kann das Testsignal eine Spannung von bis zu 60 Volt aufweisen. Das Testsignal kann eine Spannung von weniger als 42 Volt aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Testsignal eine Spannung von weniger als 24 Volt aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Testsignal eine Spannung von weniger als 12 Volt aufweisen. So kann das Testsignal vorteilhaft eine Spannung im Schutzkleinspannungsbereich aufweisen. So kann der Strom an den Anschlüssen in einem Milliampere-Bereich liegen. So kann in einem Testbetriebsmodus ein Anwender vor zu hohen Strömen oder Spannungen geschützt werden.
Im Schritt des Einstellens kann der Schalter geöffnet werden und der weitere Schalter kann auf einen ersten Schaltzustand eingestellt werden. Der erste Schaltzustand kann einen offenen oder alternativ einen geschlossenen Zustand des weiteren Schalters repräsentieren. Ferner kann in einem dem Schritt des Einlesens folgenden weiteren Schritt des Bereitstellens ein weiteres Schaltsignal zum Einstellen des Schaltzustands des zumindest einen weiteren Schalters auf einen von dem ersten Schaltzustand verschiedenen zweiten Schaltzustand eingestellt werden. In einem darauf folgenden weiteren Schritt des Einlesens kann ein weiteres Potenzialsignal eingelesen werden. Dabei kann das weitere Potenzialsignal ein weiteres Zwischenpotenzial der Zwischenleitung repräsentieren. Im Schritt des Auswertens kann das weitere Potenzialsignal ausgewertet werden, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen. Vorteilhaft kann das Potenzial der Zwischenleitung in zwei verschiedenen definierten Zuständen der Ansteuerelektronik ausgewertet werden. Beispielsweise kann das Potenzialsignal mit dem weiteren Potenzialsignal verglichen werden. Alternativ kann das Potenzialsignal mit einem ersten Schwellwertsignal oder mit einem ersten Toleranzbereich verglichen werden und das weitere Potenzialsignal kann mit einem zweiten Schwellwertsignal oder mit einem zweiten Toleranzbereich verglichen werden, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Ansteuerlogik zwei Schalterpaare zum Ansteuern von zwei Phasen einer zweiphasigen Last auf. Dazu kann die Ansteuerelektronik eine erste Zwischenleitung mit einem ersten Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, einen ersten Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der ersten Zwischenleitung, einen weiteren ersten Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der ersten Zwischenleitung, eine zweite Zwischenleitung mit einem zweiten Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, einen zweiten Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der zweiten Zwischenleitung, und einen weiteren zweiten Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der zweiten Zwischenleitung aufweisen. Im Schritt des Bereitstellens kann das Schaltsignal dann zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter bereitgestellt werden. Das Schaltsignal kann ausgebildet sein den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu öffnen bzw. in einer offenen Position zu halten und den weiteren ersten Schalter auf einen ersten Schaltzustand und den weiteren zweiten Schalter auf einen zweiten Schaltzustand einzustellen bzw. in dem entsprechenden Schaltzustand zu halten. Dabei kann zu einem Zeitpunkt der weitere erste Schalter geöffnet und der weitere zweite Schalter geschlossen und zu einem weiteren Zeitpunkt der weitere erste Schalter geschlossen und der weitere zweite Schalter geöffnet sein. So können nacheinander Schaltmuster eingestellt werden, welche eine einfache und schnelle Erkennung, beispielsweise eines losen Steckers oder einer offenen Verbindung zu der elektrischen Last erlauben.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Ansteuerlogik drei Schalterpaare zum Ansteuern von drei Phasen einer dreiphasigen Last auf. Dazu kann die Ansteuerelektronik eine erste Zwischenleitung mit einem ersten Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, einen ersten Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der ersten Zwischenleitung und einen weiteren ersten Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der ersten Zwischenleitung aufweisen, ferner eine zweite Zwischenleitung mit einem zweiten Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, einen zweiten Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der zweiten Zwischenleitung und einen weiteren zweiten Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der zweiten Zwischenleitung aufweisen, und ferner eine dritte Zwischenleitung mit einem dritten Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, einen dritten Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der dritten Zwischenleitung und einen weiteren dritten Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der dritten Zwischenleitung aufweisen. Im Schritt des Bereitstellens kann dann das Schaltsignal zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter bereitgestellt werden. So kann ein Schaltmuster eingestellt werden, welches beispielsweise eine einfache und schnelle Erkennung eines losen Steckers oder einer offene Verbindung zu der elektrischen Last erlaubt.
Dazu kann im Schritt des Einlesens ein erstes Potenzialsignal, ein zweites Potenzialsignal und ein drittes Potenzialsignal eingelesen werden. Das erste Potenzialsignal kann ein erstes Zwischenpotenzial der ersten Zwischenleitung repräsentieren. Das zweite Potenzialsignal kann ein zweites Zwischenpotenzial der zweiten Zwischenleitung repräsentieren. Das dritte Potenzialsignal kann ein drittes Zwischenpotenzial der dritten Zwischenleitung repräsentieren. Im Schritt des Auswertens können das erste Potenzialsignal, das zweite Potenzialsignal und das dritte Potenzialsignal ausgewertet werden, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen. Vorteilhaft kann dadurch ein fehlendes Phasenkabel zum Anschließen der elektrischen Last an die Ansteuerelektronik erkannt und auf ein abgefallenes Kabel oder einen abgefallenen Stecker zurückgeschlossen werden.
Dazu kann im Schritt des Bereitstellens das Schaltsignal den ersten Schalter, den zweiten Schalter und den dritten Schalter auf offen einstellen oder den ersten Schalter, den zweiten Schalter und den dritten Schalter öffnen bzw. in einer offenen Position halten. Das Schaltsignal kann ausgebildet sein, den den weiteren ersten Schalter, den weiteren zweiten Schalter und den weiteren dritten Schalter einem Schaltmuster entsprechend einzustellen, bei dem einer der drei weiteren Schalter offen und zwei der drei weiteren Schalter geschlossen sind. Bei einer wiederholten Ausführung der Schritte des Verfahrens kann das Schaltmuster variiert werden und ein anderer der drei Schalter geöffnet werden. So kann die Genauigkeit der Überwachung verbessert werden.
Das Schaltsignal kann im Schritt des Bereitstellens bereitgestellt werden, um einen der weiteren Schalter auf offen und die anderen weiteren Schalter auf geschlossen einzustellen. In aufeinanderfolgenden Schritten des Bereitstellens können Schaltsignale bereitgestellt werden, die je einen anderen der weiteren Schalter auf offen einstellen können. So können drei verschiedene Schaltmuster für die drei mit dem zweiten Anschluss verbundenen weiteren Schalter eingestellt werden. Vorteilhaft kann dadurch eine, beispielsweise von einem abgefallenen Kabel oder abgefallenen Stecker betroffene Phase des Lastanschlusses lokalisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Ansteuerelektronik einen Testbetriebsmodus und einen Normalbetriebsmodus auf. In dem Normalbetriebsmodus kann die Last bestimmungsgemäß betrieben werden. Dazu wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ansteuerelektronik für eine elektrische Last vorgestellt, wobei die Ansteuerelektronik einen ersten Anschluss für ein erstes Potenzial, einen zweiten Anschluss für ein zweites Potenzial, zumindest eine Zwischenleitung mit einem Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, einen Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der Zwischenleitung, und einen weiteren Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der Zwischenleitung aufweist. Das Verfahren umfasst zum Betreiben der Ansteuerelektronik in einem Testbetriebsmodus die Schritte einer Variante des beschriebenen Verfahrens zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik. Ferner umfasst das Verfahren zum Betreiben der Ansteuerelektronik in einem Normalbetriebsmodus zum Betreiben der Last die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Versorgungssignals an dem ersten Anschluss;
Bereitstellen eines Betriebs-Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter;
Einlesen eines Betriebssignals, wobei das Betriebssignals ein Betriebszwischenpotenzial der Zwischenleitung repräsentiert; und
Auswerten des Betriebssignals, um einen Status zumindest einer Phase zum Betreiben der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
Vorteilhaft kann im Normalbetriebsmodus das Schaltverhalten der Schalter im laufenden Betrieb der Last kostengünstig und effizient überwacht werden. Dabei können sich das Testsignal und das Versorgungssignal entsprechen, jedoch unterschiedliche elektrische Spannungswerte aufweisen. Entsprechend können sich das Potenzialsignal und das Betriebssignal entsprechen, jedoch ebenfalls unterschiedliche elektrische Spannungswerte aufweisen. Somit können die Schritte des Verfahrens im Testbetriebsmodus und im Normalbetriebsmodus einander entsprechen. Vorteilhafterweise können die Schritte des Einlesens des Potenzialsignals und des Betriebssignals unter Verwendung ein und derselben Einleseeinrichtung durchgeführt werden.
Es wird eine Vorrichtung zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik vorgestellt, wobei die Ansteuerelektronik einen ersten Anschluss für ein erstes Potenzial, einen zweiten Anschluss für ein zweites Potenzial, zumindest eine Zwischenleitung mit einem Lastanschluss zum Anschließen der elektrischen Last, zumindest einen Schalter zwischen dem ersten Anschluss und der Zwischenleitung, und zumindest einen weiteren Schalter zwischen dem zweiten Anschluss und der Zwischenleitung aufweist. Die Vorrichtung zum Überwachen des Anschlusszustands der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik weist die folgenden Merkmale auf:
eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines Testsignals an dem ersten Anschluss;
eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter;
eine Einrichtung zum Einlesen eines Potenzialsignals, wobei das Potenzialsignal ein Zwischenpotenzial der Zwischenleitung repräsentiert; und
eine Einrichtung zum Auswerten des Potenzialsignals, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
Die Vorrichtung zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Die Einrichtung zum Einlesen eines Potenzialsignals kann einen Lastschutz, eine Entkopplungsdiode und einen Komparator aufweisen. Dabei kann eine Kathode der Entkopplungsdiode mit dem Zwischenleiter verbunden sein. Ein Diagnosesignal kann über den mit einer Anode der Entkopplungsdiode verbundenen Lastschutz einleitbar sein. Über den Komparator kann das Potenzialsignal messbar sein oder mit dem Diagnosesignal vergleichbar sein.
Der zumindest eine Schalter und gleichzeitig oder alternativ der zumindest eine weitere Schalter kann als ein Halbleiterschalter und gleichzeitig oder alternativ als ein Transistor und gleichzeitig oder alternativ als ein Bipolartransistor ausgebildet sein. Die Schalter der Ansteuerelektronik können als Halbleiterschalter, als Transistor, als Bipolartransistor oder als bipolarer Leistungstransistor ausgebildet sein. So kann eine kostengünstige Brückenschaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors geschaffen werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ansteuerelektronik zum Betreiben einer elektrischen Last gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Ansteuerelektronik zum Betreiben einer elektrischen Last gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 einen vereinfachten Schaltplan einer Ansteuerelektronik zum Betreiben einer elektrischen Last gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben einer Ansteuerelektronik für eine elektrische Last gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
7 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Fahrzeugantrieb und einer entsprechenden Leistungselektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ansteuerelektronik 100 zum Betreiben einer elektrischen Last 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Ansteuerelektronik 100 um eine Leistungselektronik 100 eines elektrischen Fahrzeugantriebs 102. Die Ansteuerelektronik 100 weist einen ersten Anschluss 104 für ein erstes Potenzial 106, einen zweiten Anschluss 108 für ein zweites Potenzial 110 sowie eine Zwischenleitung 112 mit einem Lastanschluss 114 zum Anschließen der elektrischen Last 102 auf. Zwischen dem ersten Anschluss 104 und der Zwischenleitung 112 ist ein Schalter 116 angeordnet. Zwischen dem zweiten Anschluss 108 und der Zwischenleitung 112 ist ein weiterer Schalter 118 angeordnet. Eine Messeinrichtung 120 ist mit der Zwischenleitung 112 verbunden. Der Schalter 116 ist mit dem ersten Anschluss 104 über eine erste Leitung 122 verbunden. Der weitere Schalter 118 ist mit dem zweiten Anschluss 108 über eine zweite Leitung 124 verbunden.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Zwischenleitung 112 einen Zwischenknoten 126 auf, wobei ein erster Teilabschnitt der Zwischenleitung 112 den Zwischenknoten 126 mit dem Schalter 116 verbindet, ein zweiter Teilabschnitt der Zwischenleitung 112 den Zwischenknoten 126 mit dem weiteren Schalter 118 verbindet und ein dritter Teilabschnitt der Zwischenleitung 112 den zwischen Knoten 126 mit dem Lastanschluss 114 verbindet.
Wie bereits beschrieben ist ein Aspekt des dargestellten Ausführungsbeispiels eine Verwendung in Zusammenhang mit einer Leistungselektronik eines elektrischen Fahrzeugantriebs. Bei einem Einsatz der Vorrichtung zum Überwachen eines Anschlusszustands der elektrischen Last 102 an der Ansteuerelektronik 100 liegt eine messbare Testspannung an den Klemmen beziehungsweise dem Leistungsanschluss 114 an. Weiterhin ist in besonderen Ausführungsbeispielen eine Fehlerreaktion in Software erkennbar.
Vorteilhaft werden vor Zuschalten von gefährlichen Spannungen größer 60V auf die Lastkabel diese auf korrekte Verbindung getestet. Dies ist ansonsten nur mit einem aufwendigen Interlock-Kreis möglich. Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz kann zum Testen der Lastkabel eine Testspannung an die Anschlüsse 104, 108 angelegt werden, die kleiner als 60V ist. Das vermeidet den Fall, dass eine offene Verbindung Spannungen mit größer 60V führt. Vorteilhaft kann bei einem mehrphasigen System (beispielsweise dreiphasige Motoransteuerung), wie beispielsweise nachfolgend in 2 und 4 dargestellt, ein einzelner, getrennter Phasenanschluss erkannt und zugeordnet werden. Vorteilhaft werden keine großen Ströme für eine solche Erkennung benötigt, vielmehr liegen die Diagnose-Ströme im Milliampere-Bereich. In einem Ausführungsbeispiel wird die hier vorgestellte Idee genutzt, um die korrekte Verkabelung zur Spannungsquelle zu testen. Für diesen Fall benötigt die Spannungsquelle eine auswertbare Spannungsmessung nach den Lastschützen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ansteuerelektronik 100 zum Betreiben einer elektrischen Last 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Ansteuerelektronik 100 kann es sich um eine erweiterte Darstellung einer in 1 gezeigten Ansteuerelektronik 100 handeln. Die Ansteuerelektronik 100 weist einen ersten Anschluss 104 für ein erstes Potenzial 106, einen zweiten Anschluss 108 für ein zweites Potenzial 110 sowie eine erste Zwischenleitung 112 mit einem ersten Lastanschluss 114 zum Anschließen der elektrischen Last 102, eine zweite Zwischenleitung 230 mit einem zweiten Lastanschluss 232 zum Anschließen der elektrischen Last 102 und eine dritte Zwischenleitung 234 mit einem dritten Lastanschluss 236 zum Anschließen der elektrischen Last 102 auf. Zwischen dem ersten Anschluss 104 und der ersten Zwischenleitung 112 ist ein erster Schalter 116 angeordnet. Zwischen dem zweiten Anschluss 108 und der ersten Zwischenleitung 112 ist ein weiterer erster Schalter 118 angeordnet. Zwischen dem ersten Anschluss 104 und der zweiten Zwischenleitung 230 ist ein zweiter Schalter 238 und zwischen dem zweiten Anschluss 108 und der zweiten Zwischenleitung 230 ist ein weiterer zweiter Schalter 240 angeordnet. Zwischen dem ersten Anschluss 104 und der dritten Zwischenleitung 234 ist ein dritter Schalter 242 und zwischen dem zweiten Anschluss 108 und der dritten Zwischenleitung 234 ist ein weiterer zweiter Schalter 244 angeordnet. Eine erste Messeinrichtung 120 ist mit der ersten Zwischenleitung 112 verbunden. Eine zweite Messeinrichtung 246 ist mit der zweiten Zwischenleitung 230 verbunden. Eine dritte Messeinrichtung 248 ist mit der dritten Zwischenleitung 234 verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Schalter 116, 238, 242 und die weiteren Schalter 118, 240, 244 der Ansteuerelektronik als Halbleiterschalter, Transistor, Bipolartransistor oder bipolarer Leistungstransistor ausgebildet, wie dies auch in dem Ausführungsbeispiel in 4 dargestellt ist.
In einem Ausführungsbeispiel dient der erste Lastanschluss 114 zum Anschließen der ersten Phase U der elektrischen Last 102, der zweite Lastanschluss 232 zum Anschließen der zweiten Phase V der elektrischen Last 102 und der dritte Lastanschluss 236 zum Anschließen der dritten Phase W der elektrischen Last 102. Dies wird in 4 noch detaillierter gezeigt beziehungsweise beschrieben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann auch nur eine der Messeinrichtungen 120, 246, 248 vorgesehen sein. In diesem Fall kann zwar eine Unterbrechung einer Leitung einer Phase erkannt werden, es kann unter Umständen jedoch nicht festgestellt werden, welche der Phasen von der Unterbrechung unterbrochen ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können zwei der Messeinrichtungen 120, 246, 248 vorgesehen sein.
Der beschriebene Ansatz kann auch für Ansteuerelektroniken und Lasten mit weniger oder mehr als drei Phasen eingesetzt werden. Dabei kann für jede Phase ein Schalterpaar vorgesehen sein.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 350 zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Ansteuerelektronik kann es sich um die in 1 und 2 beschriebene Ansteuerelektronik 100 handeln. Die Vorrichtung 350 umfasst eine Schnittstelle 352 zum Bereitstellen eines Testsignals 354 an den ersten Anschluss der Ansteuerelektronik, eine Schnittstelle 356 zum Bereitstellen eines Schaltsignals 358 zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter der Ansteuerelektronik, eine Einrichtung 360 zum Einlesen eines Potenzialsignals 362, wobei das Potenzialsignal 362 ein Zwischenpotenzial einer Zwischenleitung der Ansteuerelektronik repräsentiert sowie eine Einrichtung 364 zum Auswerten des Potenzialsignals 362, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
In einem optionalen Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung 360 zum Einlesen des Potenzialsignals 362 einen Lastschutz, eine Entkopplungsdiode und einen Komparator auf. Dabei ist eine Kathode der Entkopplungsdiode mit der Zwischenleitung verbunden bzw. die Katode der Entkopplungsdiode stellt den Anschluss für das Potenzialsignal 362 dar. Über den mit einer Anode der Entkopplungsdiode verbundenen Lastschutz ist ein Diagnosesignal einleitbar. Über den Komparator ist das Potenzialsignal 362 oder ein davon abgeleitetes Signal messbar oder mit dem Diagnosesignal vergleichbar. Somit ist der Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik überwachbar. Alternativ kann die Einrichtung 360 auch Teil der Ansteuerelektronik sein.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Testsignal 354 eine Spannung auf, die geringer ist als eine Betriebsspannung zum Betreiben der elektrischen Last. So weist das Testsignal je nach Ausführungsbeispiel eine Spannung von weniger als 60 V oder eine Spannung von weniger als 42 V auf. In einem Ausführungsbeispiel weist das Testsignal 354 eine Spannung von weniger als 24 V auf.
4 zeigt einen Schaltplan einer Ansteuerelektronik 100 zum Betreiben einer elektrischen Last 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Ansteuerelektronik kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 2 beschriebenen Ansteuerelektronik 100 handeln. Bei der elektrischen Last kann es sich demzufolge um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 oder 2 beschriebenen elektrischen Last 102 handeln. Insbesondere kann es sich bei der Ansteuerelektronik 100 um eine Leistungselektronik 100 für einen elektrischen Fahrzeugantrieb 102 und somit bei der elektrischen Last 102 um einen elektrischen Fahrzeugantrieb 102 handeln.
Die Ansteuerelektronik 100 weist an einer ersten Leitung 122 einen ersten Anschluss 104 und an einer zweiten Leitung 124 einen zweiten Anschluss 108 auf. Die erste Leitung 122 ist über eine Kapazität 470 bzw. einen Kondensator 470 mit der zweiten Leitung 124 verbunden. Hierüber stellt sich ein Zwischenkreis ein. Eine erste Zwischenleitung 112 ist über einen ersten Schalter 116 mit der ersten Leitung 122 und über einen weiteren ersten Schalter 118 mit der zweiten Leitung 124 verbunden. Eine zweite Zwischenleitung 230 ist über einen zweiten Schalter 238 mit der ersten Leitung 122 und über einen weiteren zweiten Schalter 240 mit der zweiten Leitung 124 verbunden. Eine dritte Zwischenleitung 234 ist über einen dritten Schalter 242 mit der ersten Leitung 122 und über einen weiteren dritten Schalter 244 mit der zweiten Leitung 124 verbunden. Bei den Schaltern 116, 118, 238, 240, 242, 244 handelt es sich um bipolare Leistungstransistoren. Die erste Zwischenleitung 112 stellt die erste Phase U, die zweite Zwischenleitung 230 stellt die zweite Phase V und die dritte Zwischenleitung 234 stellt die dritte Phase W für die elektrische Last 102 dar. Der erste Schalter 116 und der weitere erste Schalter 118 sind ausgebildet, die erste Phase U zu schalten oder zu steuern. Der zweite Schalter 238 und der weitere zweite Schalter 240 sind ausgebildet, die zweite Phase V zu schalten oder zu steuern. Der dritte Schalter 242 und der weitere dritte Schalter 244 sind ausgebildet, die dritte Phase W zu schalten oder zu steuern.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Anschluss 104 zum Einspeisen einer positiven Spannung und der zweite Anschluss 108 zum Einspeisen einer negativen Versorgungsspannung vorgesehen. Somit werden der erste Schalter 116, der zweite Schalter 238 und der dritte Schalter 242 auch als High-Side-Schalter 116, 238, 242 bezeichnet. Entsprechend werden der weitere erste Schalter 118, der weitere zweite Schalter 240 sowie der weitere dritte Schalter 244 als Low-Side-Schalter 118, 240, 244 bezeichnet.
Zum Betrieb der Ansteuerelektronik 100 in einem Testbetriebsmodus können Schnittstellen der Ansteuerelektronik 100 mit der in 3 gezeigten Vorrichtung 350 verbunden werden. Als Testsignal 354 wird ein Teststrom I_Test bzw. eine Testspannung U_Test an dem ersten Anschluss 104 bereitgestellt.
Die Messeinrichtungen 120, 246, 248 umfassen je einen Lastschutz 472, eine Entkopplungsdiode 474 sowie einen Komparator 476. An dem Komparator 476 wird je ein Ergebnissignal 478 bereitgestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind die Bezugszeichen 472, 474, 476 und 478 nur bei der Messeinrichtung 120 in 4 eingetragen, gelten jedoch analog auch für die zweite Messeinrichtung 246 sowie die dritte Messeinrichtung 248. Das Ergebnissignal 478 stellt an dem Komparator 474 der ersten Messeinrichtung 120 ein Ergebnis U für die erste Phase U bereit. Das Ergebnissignal 478 stellt an dem Komparator 474 der zweiten Messeinrichtung 246 ein Ergebnis V für die zweite Phase V bereit. Das Ergebnissignal 478 stellt an dem Komparator 474 der dritten Messeinrichtung 248 ein Ergebnis W für die dritte Phase W bereit.
Steuereingänge der Schalter 116, 118, 238, 240, 242, 244 werden über das in 3 beschriebene Schaltsignal 358 angesteuert. Dazu kann das Schaltsignal 358 mehrere Teilsignale zum unabhängigen Ansteuern der einzelnen Schalter 116, 118, 238, 240, 242, 244 umfassen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der erste Schalter 116, der zweite Schalter 238 und der dritte Schalter 242 durch das Schaltsignal 358 geöffnet bzw. in einer offenen Position gehalten. Das Schaltsignal 358 liegt dazu an der Basis der bipolaren Leistungstransistoren 116, 118, 238, 240, 242, 244 an. Der weitere erste Schalter 118, der weitere zweite Schalter 240 sowie der weitere dritte Schalter 244 werden durch das Schaltsignal 358 derart angesteuert, dass immer einer der drei Schalter 118, 240, 244 geöffnet und zwei der drei Schalter 118, 240, 244 geschlossen sind. In einem derartigen, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird somit ein Schaltmuster „011“ auf die Low-Side-Schalter 118, 240, 244 gegeben.
Als ein Aspekt der vorgestellten Idee wird in einem ersten Schaltungsteil durch eine Strom-/Spannungsquelle ein Testsignal 354 im Schutzkleinspannungsbereich bereitgestellt. So wird eine Testspannung U_Test im Schutzkleinspannungsbereich < 60V bzw. ein Teststrom I_Test auf die Versorgungsleitungen 122, 124 beziehungsweise auf den Zwischenkreis gebracht (I_test, U_test). Die drei High-Side-Schalter 116, 238, 242 werden beim Test dauerhaft ausgeschalten (0). In einem zweiten Schaltungsteil erfolgt eine Rückführung der Spannungspegel der Phasen. Am Kollektor einer oder mehrerer Low-Side-Schalter 118, 240, 244 wird über eine Entkopplungsdiode 474 eine Strom- oder Spannungsquelle U_D angeschlossen. Der Spannungspegel hinter der Entkopplungsdiode 474 wird beispielsweise mit einem Komparator 476 ausgewertet. Diese Funktion wird im Normalbetrieb als Statusmeldung der Phasen verwendet und wechselt dann den Status (High, Low), wenn die Low-Side-Schalter 118, 240, 244 geschaltet werden.
Um einen Phasenabriss zu erkennen, wird ein Schaltmuster auf den bzw. die Low-Side-Schalter 118, 240, 244 gegeben, beispielsweise Phase UVW = 011. Wenn alle drei Phasenkabel angeschlossen sind, wird über die Komparatoren 476 immer ein niedriger Spannungspegel nahe null (entsprechend der UCE-Spannung) zurückgeliefert. Fehlen ein oder mehrere Phasenkabel, dann verfälscht sich dieses Ergebnis. Über diese Verfälschung kann man dann auf das abgefallene Kabel/auf den abgefallenen Stecker zurückschließen. Für eine "Stecker auf"-Erkennung genügt grundsätzlich auch nur eine Rückführung. Für eine genaue Detektion, welches Phasenkabel (UVW) fehlt, werden zwei benötigt. Die Verfälschung entsteht, weil im unbelasteten Zustand einer Phase (abgefallenes Kabel, High-Side-Schalter 116, 238, 242 und Low-Side-Schalter 118, 240, 244 offen), an der Halbbrücke eine Zwischenspannung entsteht. Die Zwischenspannung ist kleiner der Testspannung U_test und größer als die UCE-Spannung an dem entsprechenden Leistungstransistor. Diese wird über die zugeschalteten Low-Side-Schalter 118, 240, 244 direkt oder über die elektrische Last 102 geleitet.
In alternativen Ausführungsbeispielen ist die Strom- oder Spannungsquelle auch an den Kollektoren der High-Side-Schalter oder in Low- und High-Side-Schalter gemischt angebracht.
Der zweite Schaltungsteil "Rückführung der Spannungspegel der Phasen" ermöglicht weitere Diagnose- und Überwachungsfunktionen. So ist es mit diesem Schaltungsteil möglich, während des normalen Betriebs, also dem Normalbetriebsmodus der Ansteuerelektronik 100, das korrekte Schalten der Schalter 116, 238, 242, 118, 240, 244 zu überwachen. Da diese Rückführung direkt den Zustand der Phasenausgänge überwacht, können sämtliche Schalter 116, 238, 242, 118, 240, 244 auf korrektes Schalten überwacht werden. Mithilfe dieser Information lässt sich der komplette Signalweg von der Ansteuerung bis zum Schaltvorgang überwachen. Mithilfe einer zeitlichen Auswertung ist auch eine Plausibilisierung der Schaltzeiten möglich. Mit den Schaltzeiten lassen sich weitere Parameter absichern wie beispielsweise Strom, Temperatur, Position des Aktors, beispielsweise der Last 102.
Ein Aspekt der vorgestellten Idee ist es, dass auch wenn ein Schalter 116, 238, 242, 118, 240, 244 offen ist, (kein Stromfluss) Strom aufgrund parasitärer Effekte fließt. Bei offenen High-Side Schaltern 116, 238, 242 baut sich aufgrund U_Test daher an den Phasen U, V, W eine Zwischenspannung auf, die über die Komparatoren 472 erfasst werden kann. Die Spannung U_D an den Komparatoren 472 dient nur als Schaltspannung oder Messspannung, um die Zwischenspannung erfassen zu können. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Spannung U_D um einen Schwellwert.
Elektrischer Strom kann von einer Zwischenleitung 112, 230, 234 über eine Motorwicklung der Last 102 zum Sternpunkt der Last 102 und von dem Sternpunkt über eine andere Motorwicklung der Last 102 zu einer anderen der Zwischenleitungen 112, 230, 234 zurückfließen. Dadurch kann mit einem geeigneten Schaltmuster für die Low-Side-Schalter 118, 240, 244 auch nur mit einer Komparatorschaltung erkannt werden, ob eine Phase U, V, W abgetrennt ist.
Vorteilhaft ist es, dass im Testbetriebsmodus sehr kleine Ströme (im Bereich von Mikro-Ampere) zum Überwachen des Anschlusszustands der elektrischen Last 102 an der Ansteuerelektronik 100 ausreichend sind und somit keine Gefahr für Personen besteht.
Alternativ können im Testbetriebsmodus die Low-Side-Schalter 118, 240, 244 ständig offen sein und die High-Side-Schalter 116, 238, 242 mit dem beschriebenen Schaltmuster eingestellt werden.
Als eine Zusatzfunktion wird in einem speziellen Ausführungsbeispiel während eines Normalbetriebs der Last 102, beispielsweise eines Motors, über die Komparatorschaltung festgestellt, ob die Phasen U, V, W wie gewünscht schalten.
5 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 500 zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last an einer Ansteuerelektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Ansteuerelektronik kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 bis 4 beschriebenen Ansteuerelektronik 100 handeln. Bei der elektrischen Last kann es sich demzufolge um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 bis 4 beschriebenen elektrischen Last 102 handeln. Insbesondere kann es sich bei der Ansteuerelektronik um eine Leistungselektronik für einen elektrischen Fahrzeugantrieb und somit bei der elektrischen Last um einen elektrischen Fahrzeugantrieb handeln. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Bereitstellens eines Testsignals an dem ersten Anschluss der Ansteuerelektronik, einen Schritt 520 des Bereitstellens eines Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter der Ansteuerelektronik, einen Schritt 530 des Einlesens eines Potenzialsignals und einen Schritt 540 des Auswertens des Potenzialsignals, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen. Das Potenzialsignal repräsentiert ein Zwischenpotenzial der zumindest einen Zwischenleitung.
Beispielsweise wird im Schritt 530 des Einstellens der Schalter der Ansteuerelektronik geöffnet und der weitere Schalter auf einen ersten Schaltzustand eingestellt, das heißt beispielsweise ebenfalls geöffnet. Dann wird im Schritt 540 das Potenzialsignal ausgewertet. Bei einem wiederholten Ausführen der Schritte 530 des Einstellens und 540 des Auswertens wird im Schritt 530 des Einstellens der weitere Schalter auf einen zweiten Schaltzustand eingestellt, das heißt beispielsweise geschlossen. Dann wird im Schritt 540 das Potenzialsignal erneut ausgewertet. Das Potenzialsignal kann dabei unter Verwendung des Schaltzustands des weiteren Schalters ausgewertet werden.
Wenn die Ansteuerelektronik eine Mehrzahl von Zwischenleitungen, das heißt, beispielsweise zwei oder drei Zwischenleitungen, und dementsprechend eine Mehrzahl an Schaltern und weiteren Schaltern aufweist, ist in einem optionalen Ausführungsbeispiel im Schritt 520 des Bereitstellens das Schaltsignal ausgebildet, den Schaltzustand einer Mehrzahl von Schaltern und weiteren Schaltern selektiv entsprechend einem oder mehrere Schaltmuster einzustellen. Entsprechend können im Schritt 530 des Einlesens mehrere Potenzialsignale von mehreren Zwischenleitungen eingelesen und im Schritt 540 des Auswertens ausgewertet werden, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
Bei einer dreiphasigen Ansteuerlogik kann im Schritt 520 des Bereitstellens das Schaltsignal so bereitgestellt werden, dass es den ersten Schalter, den zweiten Schalter und den dritten Schalter auf offen einstellt und einen der weiteren Schalter auf offen und die anderen beiden weiteren Schalter auf geschlossen einstellt. In weiteren Schritten 520 des Bereitstellens kann das Schaltsignal so bereitgestellt werden, dass es jeweils einen anderen einzelnen der weiteren Schalter auf offen einstellt. So lassen sich aufeinanderfolgend verschiedene Schaltmuster einstellen und die sich daraus ergebenden Potenzialsignale auf den Zwischenleitungen auswerten.
Bei einer entsprechenden Ansteuerelektronik mit drei Zwischenleitungen und somit einem ersten Schalter, einem zweiten Schalter, einem dritten Schalter, einem weiteren ersten Schalter, einem weiteren zweiten Schalter und einem weiteren dritten Schalter, deren Schaltzustände in dieser Reihenfolge durch die Ziffern null und eins repräsentiert werden soll, wobei eine Null einen offenen Schalter und eine Eins einen geschlossenen Schalter repräsentiert, so ergeben sich beispielsweise folgende voneinander verschiedene Schaltmuster: 000011, 000101, 000110. Diese Schaltmuster können über aufeinanderfolgende Schaltsignale eingestellt werden. Mit anderen Worten bewirkt das Schaltsignal in einem ersten Schritt 520 des Bereitstellens einen geöffneten weiteren ersten Schalter, einen geschlossenen weiteren zweiten Schalter und einen geschlossenen weiteren dritten Schalter, in einem nachfolgenden weiteren ersten Schritt 520 einen geschlossenen weiteren ersten Schalter, einen geöffneten weiteren zweiten Schalter und einen geschlossenen weiteren dritten Schalter, und in einem nachfolgenden weiteren ersten Schritt 520 einen geschlossenen weiteren ersten Schalter, einen geschlossenen weiteren zweiten Schalter und einen geöffneten weiteren dritten Schalter.
6 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 600 zum Betreiben einer Ansteuerelektronik für eine elektrische Last gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Ansteuerelektronik kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 bis 4 beschriebenen Ansteuerelektronik 100 handeln. Bei der elektrischen Last kann es sich demzufolge um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 bis 4 beschriebenen elektrischen Last 102 handeln.
Das Verfahren 600 umfasst einen Schritt 605 des Auswählens eines Betriebsmodus der Ansteuerelektronik. Im Schritt 605 der Wahl des Betriebsmodus wird eine Entscheidung zwischen einem Testbetriebsmodus und einem Normalbetriebsmodus getroffen.
Wenn der Testbetriebsmodus ausgewählt wird, umfasst das Verfahren 600 wie anhand von 5 beschrieben einen Schritt 510 des Bereitstellens eines Testsignals an dem ersten Anschluss, einen Schritt 520 des Bereitstellens eines Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter, einen Schritt 530 des Einlesens eines Potenzialsignals und einen Schritt 540 des Auswertens des Potenzialsignals, um den Anschlusszustand der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
Wenn der Normalbetriebsmodus gewählt wird, umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 610 des Bereitstellens eines Versorgungssignals an dem ersten Anschluss, einen Schritt 620 des Bereitstellens eines Betriebs-Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter, einen Schritt 630 des Einlesens eines Betriebssignals, wobei das Betriebssignals ein Betriebszwischenpotenzial der Zwischenleitung repräsentiert, sowie einen Schritt 640 des Auswertens des Betriebssignals, um einen Status zumindest einer Phase zum Betreiben der elektrischen Last an der Ansteuerelektronik zu überwachen.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 780 mit einem elektrischen Fahrzeugantrieb 102 und einer entsprechenden Leistungselektronik 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem elektrischen Fahrzeugantrieb 102 handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in den vorangegangenen Figuren beschriebenen elektrischen Last 102. Bei der Leistungselektronik 100 handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Ansteuerelektronik 100. Das Fahrzeug 780 weist neben dem elektrischen Fahrzeugantrieb 102 und der Leistungselektronik 100 eine Vorrichtung 350 zum Überwachen eines Anschlusszustands des elektrischen Fahrzeugantriebs 102 an der Ansteuerelektronik sowie eine Energieversorgung 782 auf. Bei der Energieversorgung 782 kann es sich um einen Energiespeicher 782, bzw. um eine Batterie 782 handeln.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Ansteuerelektronik
102: elektrische Last
104: erster Anschluss
106: erstes Potenzial
108: zweiter Anschluss
110: zweites Potenzial
112: Zwischenleitung, erste Zwischenleitung
114: erster Lastanschluss
116: Schalter, erster Schalter
118: weiterer Schalter, weiterer erster Schalter
120: Messeinrichtung
122: erste Leitung
124: zweite Leitung
126: Zwischenknoten
230: zweite Zwischenleitung
232: zweiter Lastanschluss
234: dritte Zwischenleitung
236: dritter Lastanschluss
238: zweiter Schalter
240: weiterer zweiter Schalter
242: dritter Schalter
244: weiterer dritter Schalter
246: zweite Messeinrichtung
248: dritte Messeinrichtung
350: Vorrichtung
352: Schnittstelle zum Bereitstellen
354: Testsignal
356: Schnittstelle zum Bereitstellen
358: Schaltsignal
360: Einrichtung zum Einlesen
362: Potenzialsignal
364: Einrichtung zum Auswerten
U: erste Phase
V: zweite Phase
W: dritte Phase
470: Kondensator, Kapazität
472: Lastschutz
474: Entkopplungsdiode
476: Komparator
I_Test: Teststrom
U_Test: Testspannung
U_D: Diagnosespannung
478: Ergebnissignal
500: Verfahren
510: Schritt des Bereitstellens
520: Schritt des Bereitstellens
530: Schritt des Einlesens
540: Schritt des Auswertens
600: Verfahren
605: Schritt des Auswählens
610: Schritt des Bereitstellens
620: Schritt des Bereitstellens
630: Schritt des Einlesens
640: Schritt des Auswertens

Claims

Verfahren (500) zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last (102) an einer Ansteuerelektronik (100), insbesondere für eine Leistungselektronik eines elektronischen Fahrzeugantriebs, wobei die Ansteuerelektronik (100) einen ersten Anschluss (104) für ein erstes Potenzial (106), einen zweiten Anschluss (108) für ein zweites Potenzial (110), zumindest eine Zwischenleitung (112) mit einem Lastanschluss (114) zum Anschließen der elektrischen Last (102), zumindest einen Schalter (116) zwischen dem ersten Anschluss (104) und der Zwischenleitung (112), und zumindest einen weiteren Schalter (118) zwischen dem zweiten Anschluss (108) und der Zwischenleitung (112) aufweist, und wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (510) eines Testsignals (354) an dem ersten Anschluss (104); Bereitstellen (520) eines Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter (116, 118); Einlesen (530) eines Potenzialsignals (362), wobei das Potenzialsignal (362) ein Zwischenpotenzial der Zwischenleitung (112) repräsentiert; und Auswerten (540) des Potenzialsignals (362), um den Anschlusszustand der elektrischen Last (102) an der Ansteuerelektronik (100) zu überwachen.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, wobei das Testsignal (354) eine Spannung (U_Test) aufweist, die geringer als eine Betriebsspannung zum Betreiben der elektrischen Last (102) ist.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal (354) eine Spannung (U_Test) von bis zu 60 Volt aufweist, insbesondere weniger als 42 Volt aufweist, insbesondere weniger als 24 Volt aufweist.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen dem Schritt (360) des Einlesens folgenden weiteren Schritt des Bereitstellens, wobei im weiteren Schritt des Bereitstellens ein weiteres Schaltsignal zum Einstellen des Schaltzustands des zumindest einen weiteren Schalters (118) auf einen von dem ersten Schaltzustand verschiedenen zweiten Schaltzustand bereitgestellt wird, und mit einem darauf folgenden weiteren Schritt des Einlesens eines weiteren Potenzialsignals, wobei das weitere Potenzialsignal ein weiteres Zwischenpotenzial der Zwischenleitung (112) repräsentiert, und wobei im Schritt (540) des Auswertens das weitere Potenzialsignal ausgewertet wird, um den Anschlusszustand der elektrischen Last (102) an der Ansteuerelektronik (100) zu überwachen.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ansteuerelektronik (100) eine erste Zwischenleitung (112) mit einem ersten Lastanschluss (114) zum Anschließen der elektrischen Last (102), einen ersten Schalter (116) zwischen dem ersten Anschluss (104) und der ersten Zwischenleitung (112), einen weiteren ersten Schalter (118) zwischen dem zweiten Anschluss (108) und der ersten Zwischenleitung (112), eine zweite Zwischenleitung (230) mit einem zweiten Lastanschluss (232) zum Anschließen der elektrischen Last (102), einen zweiten Schalter (238) zwischen dem ersten Anschluss (104) und der zweiten Zwischenleitung (230), einen weiteren zweiten Schalter (240) zwischen dem zweiten Anschluss (108) und der zweiten Zwischenleitung (230), eine dritte Zwischenleitung (234) mit einem dritten Lastanschluss (236) zum Anschließen der elektrischen Last (102), einen dritten Schalter (242) zwischen dem ersten Anschluss (104) und der dritten Zwischenleitung (234), und einen weiteren dritten Schalter (244) zwischen dem zweiten Anschluss (108) und der dritten Zwischenleitung (234) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (520) des Bereitstellens das Schaltsignal (358) zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter (116, 118; 238, 240, 242, 244) bereitgestellt wird.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (530) des Einlesens ein erstes Potenzialsignal (362), ein zweites Potenzialsignal und ein drittes Potenzialsignal eingelesen werden, wobei das erste Potenzialsignal (362) ein erstes Zwischenpotenzial der ersten Zwischenleitung (112) repräsentiert, wobei das zweite Potenzialsignal ein zweites Zwischenpotenzial der zweiten Zwischenleitung (230) repräsentiert, wobei das dritte Potenzialsignal ein drittes Zwischenpotenzial der dritten Zwischenleitung (234) repräsentiert, und wobei im Schritt (540) des Auswertens das erste Potenzialsignal (362), das zweite Potenzialsignal und das dritte Potenzialsignal ausgewertet werden, um den Anschlusszustand der elektrischen Last (102) an der Ansteuerelektronik (100) zu überwachen.
Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens das Schaltsignal (358) bereitgestellt wird, um den ersten Schalter (116), den zweiten Schalter (238) und den dritten Schalter (242) auf offen einzustellen.
Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (520) des Bereitstellens das Schaltsignal (358) bereitgestellt wird, um einen der weiteren Schalter (118, 240, 244) auf offen und die anderen weiteren Schalter (118, 240, 244) auf geschlossen einzustellen.
Verfahren (600) zum Betreiben einer Ansteuerelektronik (100) für eine elektrische Last (102), insbesondere einer Leistungselektronik eines elektronischen Fahrzeugantriebs, wobei die Ansteuerelektronik (100) einen ersten Anschluss (104) für ein erstes Potenzial (106), einen zweiten Anschluss (108) für ein zweites Potenzial (110), zumindest eine Zwischenleitung (112) mit einem Lastanschluss (114) zum Anschließen der elektrischen Last (102), zumindest einen Schalter (116) zwischen dem ersten Anschluss (104) und der Zwischenleitung (112), und zumindest einen weiteren Schalter (118) zwischen dem zweiten Anschluss (108) und der Zwischenleitung (112) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (600) zum Betreiben der Ansteuerelektronik (100) in einem Testbetriebsmodus die Schritte des Verfahrens (600) nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfasst und zum Betreiben der Ansteuerelektronik (100) in einem Normalbetriebsmodus zum Betreiben der elektrischen Last (102) die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (610) eines Versorgungssignals an dem ersten Anschluss (104); Bereitstellen (620) eines Betriebs-Schaltsignals zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter (116, 118); Einlesen (630) eines Betriebssignals, wobei das Betriebssignals ein Betriebszwischenpotenzial der Zwischenleitung (112) repräsentiert; und Auswerten (640) des Betriebssignals, um einen Status zumindest einer Phase (U, V, W) zum Betreiben der elektrischen Last (102) an der Ansteuerelektronik (100) zu überwachen.
Vorrichtung (350) zum Überwachen eines Anschlusszustands einer elektrischen Last (102) an einer Ansteuerelektronik (100), insbesondere einer Leistungselektronik eines elektronischen Fahrzeugantriebs, wobei die Ansteuerelektronik (100) einen ersten Anschluss (104) für ein erstes Potenzial (106), einen zweiten Anschluss (108) für ein zweites Potenzial (110), zumindest eine Zwischenleitung (112) mit einem Lastanschluss (114) zum Anschließen der elektrischen Last (102), zumindest einen Schalter (116) zwischen dem ersten Anschluss (104) und der Zwischenleitung (112), und zumindest einen weiteren Schalter (118) zwischen dem zweiten Anschluss (108) und der Zwischenleitung (112) aufweist, wobei die Vorrichtung (350) die folgenden Merkmale aufweist: eine Schnittstelle (352) zum Bereitstellen eines Testsignals (354) an dem ersten Anschluss (104); eine Schnittstelle (356) zum Bereitstellen eines Schaltsignals (358) zum Einstellen eines Schaltzustands zumindest eines der Schalter (116, 118); eine Einrichtung (360) zum Einlesen eines Potenzialsignals (362), wobei das Potenzialsignal (362) ein Zwischenpotenzial der Zwischenleitung (112) repräsentiert; und eine Einrichtung (364) zum Auswerten des Potenzialsignals (362), um den Anschlusszustand der elektrischen Last (102) an der Ansteuerelektronik (100) zu überwachen.
Vorrichtung (350) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (360) zum Einlesen eines Potenzialsignals (362) einen Lastschutz (472), eine Entkopplungsdiode (474) und einen Komparator (476) aufweist, wobei eine Kathode der Entkopplungsdiode (474) mit der Zwischenleitung (112) verbunden ist, wobei ein Diagnosesignal (U_D) über den mit einer Anode der Entkopplungsdiode (474) verbundenen Lastschutz (472) einleitbar ist, und wobei über den Komparator (476) das Potenzialsignal (362) mit dem Diagnosesignal (U_D) vergleichbar ist.
Vorrichtung (350) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schalter (116) und/oder zumindest eine weitere Schalter (118) als ein Halbleiterschalter und/oder als ein Transistor und/oder als ein Bipolartransistor ausgebildet ist.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (350) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung (350) ausgeführt wird.