DE102014211738A1

DE102014211738A1 - Fehlerstromüberwachung im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014211738A1
Application number: DE102014211738.0A
Authority: DE
Inventors: Jan Falkenstein; Thomas Gauter; Holger Völkel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2015-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs. In einem ersten Schritt erfolgt die Bestimmung einer von einer ersten Spannungsquelle hervorgerufenen ersten elektrischen Stromstärke in einer ersten elektrischen Strom-Zuleitung zu einem ersten elektrischen Verbrauchersystem, das in einem ersten Leitungsabschnitt des elektrischen Leitungsnetzes, angeordnet ist. In einem zweiten Schritt erfolgt die Bestimmung einer zweiten elektrischen Stromstärke in einer ersten elektrischen Strom-Ableitung, die von dem ersten elektrischen Verbrauchersystem zur ersten Spannungsquelle führt. In einem dritten Schritt erfolgt die Erkennung des Vorhandenseins eines elektrischen Fehlerstroms über einen Teil der ersten elektrischen Strom-Ableitung hin zur Fahrzeugmasse, wobei die Fahrzeugmasse elektrisch mit einem Pol der ersten Spannungsquelle, insbesondere dem Minus-Pol der ersten Spannungsquelle, verbunden ist. In einem vierten Schritt wird die Erkennung des Vorhandenseins eines elektrischen Fehlerstroms indem eine Stromstärken-Differenz zwischen der ersten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und der zweiten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Ableitung bestimmt wird, vorgenommen. Schließlich erfolgt in einem fünften Schritt die Unterbrechung des elektrischen Stromflusses in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und/oder in der ersten Strom-Ableitung, wenn die Stromstärken-Differenz einen vorbestimmten ersten Schwellenwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein zwei- oder vierrädriges Fahrzeug.
Aufgabe der Erfindung ist eine kostengünstige Fehlerstromüberwachung im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs.
Zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines zwei- oder vierrädrigen Kraftfahrzeugs, werden die folgenden Schritte vorgeschlagen:

– Bestimmung einer von einer ersten Spannungsquelle hervorgerufenen ersten elektrischen Stromstärke in einer ersten elektrischen Strom-Zuleitung zu einem ersten elektrischen Verbrauchersystem, das in einem ersten Leitungsabschnitt des elektrischen Leitungsnetzes, angeordnet ist;
– Bestimmung einer zweiten elektrischen Stromstärke in einer ersten elektrischen Strom-Ableitung, die von dem ersten elektrischen Verbrauchersystem zur ersten Spannungsquelle führt;
– Erkennung des Vorhandenseins eines elektrischen Fehlerstroms über einen Teil der ersten elektrischen Strom-Ableitung hin zur Fahrzeugmasse, wobei die Fahrzeugmasse elektrisch mit einem Pol der ersten Spannungsquelle, insbesondere dem Minus-Pol der ersten Spannungsquelle, verbunden ist;
– Erkennung des Vorhandenseins eines elektrischen Fehlerstroms indem eine Stromstärken-Differenz zwischen der ersten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und der zweiten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Ableitung bestimmt wird; und
– Unterbrechung des elektrischen Stromflusses in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und/oder in der ersten Strom-Ableitung, wenn die Stromstärken-Differenz einen vorbestimmten ersten Schwellenwert überschreitet.

Schleichende, zeitlich zunehmende Fehlerströme sind ggü. abrupt auftretenden Fehlerströmen dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fehlerstrom, im insbesondere gegen Fahrzeugmasse kurzgeschlossenen Leiter, nicht abrupt auf einen hohen elektrischen Fehlerstrom, insbesondere einen Kurzschlussstrom, ansteigt. Vielmehr verstreicht bei einem schleichenden Kurzschluss und damit einhergehend zeitlich zunehmenden Fehlerströmen ein erstes Zeitintervall während dem ein Betriebsstrom im betreffenden Leiter über eine maximale Betriebsstromgröße hinaus ansteigt und im weiteren Zeitverlauf eine Stromstärke erreicht, die einem Kurzschlussstrom entspricht.
Bei der Bestimmung der von der ersten Spannungsquelle hervorgerufenen ersten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung zu dem ersten elektrischen Verbrauchersystem, das in einem ersten Leitungsabschnitt des elektrischen Leitungsnetzes, angeordnet ist, wird der in das elektrische Verbrauchersystem hineinfließende elektrische Strom gemessen bzw. bestimmt.
Bei der Bestimmung der zweiten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Ableitung, die von dem ersten elektrischen Verbrauchersystem zur ersten Spannungsquelle führt, wird der aus dem elektrischen Verbrauchersystem herausfließende elektrische Strom gemessen bzw. bestimmt.
Die Erkennung des Vorhandenseins eines elektrischen Fehlerstroms über einen Teil der ersten elektrischen Strom-Ableitung zur Fahrzeugmasse hin erfolgt, indem die Stromstärken-Differenz zwischen der ersten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und der zweiten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Ableitung gemessen bzw. bestimmt wird. Ist die elektrische Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung zum auf Fehlerströme hin überwachten elektrischen Verbraucher bzw. elektrischen Verbrauchersystem größer als die elektrische Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Ableitung, muss auf diesem Abschnitt des Leiternetzes ein Fehlerstrom in Höhe der Stromstärken-Differenz, insbesondere ein Fehlerstrom gegen die Fahrzeugmasse, vorhanden sein.
Die Stromstärken-Differenz wird gemessen bzw. bestimmt und mit einem vorbestimmten ersten Schwellenwert für eine noch zulässige Stromstärken-Differenz verglichen. Überschreitet die Stromstärken-Differenz den ersten vorbestimmten Schwellenwert wird der elektrische Stromfluss in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und/oder in der ersten elektrischen Strom-Ableitung unterbrochen, d.h. der Verbraucher bzw. das Verbrauchersystem ist spannungsfrei und der Fehlerstrom wird ebenfalls unterbrochen. Eine durch einen Fehlerstrom bzw. einen (schleichenden) Kurzschluss, insbesondere gegen Fahrzeugmasse, hervorgerufene Gefahr eines Kabelbrands und/oder einer für Menschen gefährlich hohen Berührungsspannung wird durch die Unterbrechung beseitigt.
Alternativ oder ergänzend zum Schritt der Unterbrechung ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Stromstärken-Differenz gemessen bzw. bestimmt und mit einem vorbestimmten zweiten Schwellenwert verglichen wird, der geringer als der erste Schwellenwert ist. Überschreitet die Stromstärken-Differenz den zweiten vorbestimmten Schwellenwert, wird insbesondere als Vorstufe zu einer Unterbrechung des Stromflusses eine Warnvorrichtung zur Warnung des Fahrers aktiviert.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das erste elektrische Verbrauchersystem ein einzelner elektrischer Verbraucher ist, wie insbesondere eine Klimaanlage des Fahrzeugs. Durch die Überwachung eines oder mehrerer einzelner Verbraucher können diese erforderlichenfalls gezielt abgeschaltet werden und das Fahrzeug wird nicht vollständig außer Betrieb gesetzt.
Alternativ oder ergänzend ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste elektrische Verbrauchersystem mindestens zwei elektrische Verbraucher aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind. Hierdurch ist eine flexible und kostengünstige Art der Überwachung auf Fehlerströme ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden elektrische Kurzschlüsse und insbesondere schleichende elektrische Kurzschlüsse bzw. die damit einhergehenden Fehlerströme, insbesondere gegen Fahrzeugmasse, überwacht.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das auf Fehlerströme überwachte Leitungsnetz des Kraftfahrzeugs ein Niedervolt-Spannungsnetz ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Spannungsnetz mit einer Wechselspannung von unter 50 Volt oder einer Gleichspannung von unter 120 Volt handeln. Bei einem Niedervolt-Spannungsnetz steht die Vermeidung von Kabel- bzw. Fahrzeugbränden durch Fehlerströme im Vordergrund.
Alternativ oder ergänzend ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das auf Fehlerströme überwachte Leitungsnetz des Kraftfahrzeugs ein Hochvolt-Spannungsnetz ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Spannungsnetz mit einer Wechselspannung von über 50 Volt oder einer Gleichspannung von über 120 Volt handeln. Bei einem Hochvolt-Spannungsnetz steht sowohl die Vermeidung von Kabel- bzw. Fahrzeugbränden als auch die Vermeidung von für Menschen gefährlichen Berührungsspannungen durch Fehlerströme im Vordergrund.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige Unterbrechung des elektrischen Stromflusses zuverlässig, kompakt und kostengünstig mittels eines jeweiligen Halbleiterschalters erfolgt. Alternativ oder ergänzend können für die Unterbrechung der überwachten Stromkreise im Fahrzeug ein oder mehrere elektromechanische Relais vorgesehen sein.
Weiter schlägt die Erfindung eine vorteilhafte Vorrichtung zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs vor, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
Zudem wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz des Kraftfahrzeugs versehen ist, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
Schließlich hat die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung mindestens eines Prozessors zur Ausführung eines oder mehrerer Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand.

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines zwei- oder vierrädrigen Kraftfahrzeugs, mit den folgenden Schritten: – Bestimmung einer von einer ersten Spannungsquelle hervorgerufenen ersten elektrischen Stromstärke in einer ersten elektrischen Strom-Zuleitung zu einem ersten elektrischen Verbrauchersystem, das in einem ersten Leitungsabschnitt des elektrischen Leitungsnetzes, angeordnet ist; – Bestimmung einer zweiten elektrischen Stromstärke in einer ersten elektrischen Strom-Ableitung, die von dem ersten elektrischen Verbrauchersystem zur ersten Spannungsquelle führt; – Erkennung des Vorhandenseins eines elektrischen Fehlerstroms über einen Teil der ersten elektrischen Strom-Ableitung hin zur Fahrzeugmasse, wobei die Fahrzeugmasse elektrisch mit einem Pol der ersten Spannungsquelle, insbesondere dem Minus-Pol der ersten Spannungsquelle, verbunden ist; – Erkennung des Vorhandenseins eines elektrischen Fehlerstroms indem eine Stromstärken-Differenz zwischen der ersten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und der zweiten elektrischen Stromstärke in der ersten elektrischen Strom-Ableitung bestimmt wird; und – Unterbrechung des elektrischen Stromflusses in der ersten elektrischen Strom-Zuleitung und/oder in der ersten Strom-Ableitung, wenn die Stromstärken-Differenz einen vorbestimmten ersten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Verbrauchersystem ein einzelner elektrischer Verbraucher ist, wie insbesondere eine Klimaanlage des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Verbrauchersystem mindestens zwei elektrische Verbraucher aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerstrom ein Kurzschlussstrom gegen Fahrzeugmasse ist, insbesondere der elektrische Strom eines schleichenden Kurzschlusses.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsnetz des Kraftfahrzeugs ein Niedervolt-Spannungsnetz ist, insbesondere ein Spannungsnetz mit einer Wechselspannung von unter 50 Volt oder einer Gleichspannung von unter 120 Volt bzw. bevorzugt mit einer Wechselspannung von unter 25 Volt oder einer Gleichspannung von unter 60 Volt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsnetz des Kraftfahrzeugs ein Hochvolt-Spannungsnetz ist, insbesondere ein Spannungsnetz mit einer Wechselspannung von über 50 Volt oder einer Gleichspannung von über 120 Volt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung des elektrischen Stromflusses mittels eines Halbleiterschalters oder eines elektromechanischen Relais erfolgt.
Vorrichtung zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines zwei- oder vierrädrigen Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche ausführt.
Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Erkennung eines Fehlerstroms im Leitungsnetz des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines zwei- oder vierrädrigen Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche ausführt.
Computerprogrammprodukt zur Steuerung mindestens eines Prozessors zur Ausführung eines oder mehrerer Schritte des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.