DE102014215260A1

DE102014215260A1 - Method for testing the function of a switching device

Info

Publication number: DE102014215260A1
Application number: DE102014215260.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Steil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-02-04
Also published as: WO2016020086A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Funktion einer Schalteinrichtung, insbesondere eines Batteriesystems, wobei die Schalteinrichtung durch Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms betätigt wird. Es ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung durch ein Spannungs- oder Stromsignal zum Schwingen angeregt wird, und dass ein Spannungs- oder Stromverlauf der Schalteinrichtung überwacht wird, um ein durch die angeregte Schalteinrichtung erzeugtes Antwortsignal zu erfassen, wobei in Abhängigkeit von dem Antwortsignal auf die Funktionsfähigkeit der Schalteinrichtung geschlossen wird.The invention relates to a method for testing the function of a switching device, in particular of a battery system, wherein the switching device is actuated by applying an electrical voltage or an electric current. It is envisaged that the switching device is caused to oscillate by a voltage or current signal, and that a voltage or current characteristic of the switching device is monitored to detect a response signal generated by the excited switching device, depending on the response signal on the operability the switching device is closed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Funktion einer Schalteinrichtung, insbesondere eines Batteriesystems, wobei die Schalteinrichtung durch Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms betätigt wird.The invention relates to a method for testing the function of a switching device, in particular of a battery system, wherein the switching device is actuated by applying an electrical voltage or an electric current.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie ein Computerprogramm-Produkt.Furthermore, the invention relates to a computer program and a computer program product.

Stand der TechnikState of the art

Batteriesysteme von modernen Fahrzeugen, wie beispielsweise Batteriesysteme von sogenannten Hybrid- oder Plug-In-Hybridsystemen von Fahrzeugen, die auch elektrische Antriebseinrichtungen aufweisen, sind üblicherweise mit Schützen ausgestattet, welche als monostabile Schalter das Batteriesystem einem Traktionsbordnetz zu- beziehungsweise abschalten können. Üblicherweise weist ein derartiger Schütz eine Steuerspule auf, die aus einer Energiequelle, insbesondere aus einer Spannungs- oder Stromquelle versorgt wird. Wenn an die Steuerspule eine elektrische Spannung angelegt wird, fließt durch diese ein elektrischer Strom, der wiederum ein Magnetfeld erzeugt, welches durch einen Kern der Steuerspule und durch eine metallischen Ring geführt wird. Der Ring ist im geöffneten Zustand des Schützes, wenn die Steuerspule also spannungslos beziehungsweise stromlos ist, durch einen Luftspalt unterbrochen. Dazu ist ein Ringabschnitt des Rings insbesondere radial verlagerbar. Ein oder mehrere Federelemente drücken beziehungsweise ziehen den Ringabschnitt radial nach außen, wodurch der Luftspalt des Rings vergrößert wird. An dem separaten Ringabschnitt ist in der Regel ein Riegel gekoppelt, der zum Herstellen beziehungsweise Trennen eines elektrischen und voneinander beabstandeten Hauptkontaktes zwischen zwei elektrischen Kontaktflächen dient.Battery systems of modern vehicles, such as battery systems of so-called hybrid or plug-in hybrid systems of vehicles, which also have electric drive devices are usually equipped with shooters, which can switch the battery system to a traction power supply as a monostable switch. Usually, such a contactor on a control coil, which is supplied from a power source, in particular from a voltage or current source. When an electrical voltage is applied to the control coil, an electric current flows through it, which in turn generates a magnetic field which is passed through a core of the control coil and through a metallic ring. The ring is in the open state of the contactor, so when the control coil is de-energized or de-energized, interrupted by an air gap. For this purpose, a ring portion of the ring is in particular radially displaceable. One or more spring elements press or pull the ring portion radially outwards, whereby the air gap of the ring is increased. On the separate ring portion is usually coupled a latch, which serves for producing or separating an electrical and spaced-apart main contact between two electrical contact surfaces.

Wird also an die Steuerspule eine Spannung angelegt, dann stellt sich ein Stromfluss durch die Spule ein und in der Folge ein magnetischer Fluss, der dazu führt, dass der separate Ringabschnitt zum Erreichen eines minimalen magnetischen Widerstands in den übrigen Ring hineingezogen wird, wodurch der metallische Kreis beziehungsweise Ring geschlossen wird. Dabei verbindet der Riegel die elektrischen Hauptkontakte. Dieses Reluktanzprinzip wird beispielsweise auch beim Reluktanzmotor genutzt. Der Schütz ist dann geschlossen. Fällt die Spannung aus, so wird der Riegel durch die Federkraft des Federelementes in den von den Kontakten abgehobenen Zustand zurückgedrängt, so dass der Schütz offen ist. Eine elektrische Verbindung des Hauptstrompfades zwischen den Kontakten und dem Riegel ist unterbrochen.Thus, when a voltage is applied to the control coil, current flows through the coil and, as a result, a magnetic flux that causes the separate ring portion to be drawn into the remaining ring to achieve a minimum magnetic resistance, thereby reducing the metal leakage Circle or ring is closed. The bolt connects the main electrical contacts. This reluctance principle is also used, for example, in the reluctance motor. The contactor is then closed. If the voltage fails, the bolt is pushed back by the spring force of the spring element in the lifted state of the contacts, so that the contactor is open. An electrical connection of the main current path between the contacts and the latch is interrupted.

Um eine fehlerhafte Funktion des Schützes zu erfassen, beispielsweise wenn der Schütz „verklebt“, ist es bekannt, eine Spannungsmessung im elektrischen Pfad vor und hinter dem Schütz durchzuführen. Dabei wird über die gemessenen Spannungen geprüft, ob ein ansteuerungsgemäß offenes Schütz im Strompfad einen hohen ohmschen Widerstand aufweist, der Schütz also nicht verklebt und offen ist, oder ob ein niedriger ohmscher Widerstand trotz stromloser Spule vorliegt, was auf einen „verklebten“ Schütz hindeutet.In order to detect a faulty function of the contactor, for example, when the contactor "glued", it is known to perform a voltage measurement in the electrical path in front of and behind the contactor. It is tested on the measured voltages, whether a contactor open according to control in the current path has a high ohmic resistance, the contactor is thus not glued and open, or if a low resistance in spite of currentless coil is present, indicating a "glued" contactor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass zur Diagnose beziehungsweise zur Prüfung der Funktionsfähigkeit der Schalteinrichtung keine extra Messleitungen vor oder hinter der Schalteinrichtung angebracht werden müssen, vielmehr werden die üblichen Ansteuerleitungen der Schalteinrichtung genutzt. Auch ist es im Fall des Einsatzes in einem Hybrid-Energiesystem mit einem Hochvoltteil und einem Niedervoltteil nicht mehr notwendig, eine galvanische Trennung zum Niedervoltteil des Steuergeräts vorzusehen. Dadurch wird insgesamt eine Verkabelung im Fahrzeug vereinfacht, da weniger Leitungen notwendig sind. Dies führt sowohl zu Kostenersparnissen bei den Teilekosten, wie auch zu Ersparnissen bei der Montage. Durch den Entfall von Leitungen wird außerdem die Betriebssicherheit erhöht, da insbesondere im Fall von Hochvolt-Leitungen die entfallenen Leitungen keine Isolationsschäden mehr aufweisen oder bekommen können, sodass die Sicherheit vor Kurzschlüssen oder dergleichen erhöht ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Schalteinrichtung durch ein Spannungs- oder Stromsignal zum Schwingen angeregt wird, und dass ein Spannungs- oder Stromverlauf der Schalteinrichtung überwacht wird, um ein durch die angeregte Schalteinrichtung erzeugtes Antwortsignal zu erfassen, wobei in Abhängigkeit von dem Antwortsignal auf die Funktionsfähigkeit der Schalteinrichtung geschlossen wird. Es ist also vorgesehen, dass die Schalteinrichtung angeregt und das dadurch erzeugte Antwortsignal im Spannungs- oder Stromverlauf der Schalteinrichtung zum Prüfen der Funktionsfähigkeit überwacht wird. Ist die Schalteinrichtung als mechanische Schalteinrichtung, wie beispielsweise als Schütz ausgebildet, so wird die Mechanik durch einen bestimmten Spannungs- oder Stromverlauf gezielt in Schwingungen versetzt und die Auswirkungen der mechanischen Schwingungen werden durch die Rückwirkung über den magnetischen Fluss den Stromfluss in der Steuerspule beeinträchtigen. Zu einem bestimmten Anregungsverlauf (Anregungssignal) ergibt sich somit ein spezieller Antwortverlauf (Antwortsignal). Ist die Schalteinrichtung fehlerhaft, das Schütz beispielsweise verklebt, so bewegt sich die Mechanik nicht und ihre Kupplung bleibt aus, so dass sich ein auf die Anregung folgender anderer Antwortverlauf ergibt. Daraus kann auf einfache Art und Weise auf die Funktionsfähigkeit der Schalteinrichtung geschlossen werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren durch ein Steuergerät einer Batterie oder eines Batteriesystems des Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, durchgeführt.The method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that for diagnosis or to test the functionality of the switching device no extra measuring lines must be mounted in front of or behind the switching device, but the usual control lines of the switching device are used. Also, in the case of use in a hybrid power system with a high-voltage part and a low-voltage part, it is no longer necessary to provide galvanic isolation to the low-voltage part of the control device. As a result, a total of wiring in the vehicle is simplified, since fewer lines are necessary. This leads to both cost savings in parts costs, as well as savings in assembly. Due to the elimination of lines, the reliability is also increased, since especially in the case of high-voltage cables, the loss of lines no longer have insulation damage or can get, so that the security is increased from short circuits or the like. The inventive method is characterized in that the switching device is excited by a voltage or current signal to oscillate, and that a voltage or current characteristic of the switching device is monitored to detect a generated by the excited switching device response signal, wherein in dependence Response signal on the operability of the switching device is closed. It is therefore provided that the switching device is excited and the response signal generated thereby is monitored in the voltage or current characteristic of the switching device for testing the functionality. If the switching device is designed as a mechanical switching device, such as a contactor, then the mechanism is selectively vibrated by a certain voltage or current profile and the effects of mechanical vibrations will affect the flow of current in the control coil by the reaction via the magnetic flux. For a specific excitation curve (excitation signal), a special response profile (response signal) results. If the switching device is faulty, the contactor glued, for example, so the mechanics does not move and their clutch remains off, so that results in the suggestion following another response. It can be concluded in a simple manner on the functioning of the switching device. The method according to the invention is preferably carried out by a control unit of a battery or a battery system of the vehicle, in particular a motor vehicle.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfasste Antwortsignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, wobei auf einen Funktionsfehler erkannt wird, wenn das Antwortsignal von dem Referenzsignal insbesondere über eine vorgebbare Grenze hinaus abweicht. Dadurch lässt sich schnell und einfach ein Funktionsfehler der Schalteinrichtung, insbesondere des Schützes, erkennen.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the detected response signal is compared with a reference signal, wherein a functional error is detected when the response signal deviates from the reference signal, in particular beyond a predefinable limit. As a result, a malfunction of the switching device, in particular of the contactor, can be quickly and easily recognized.

Bevorzugt wird als Referenzsignal ein zuvor erfasstes und gespeichertes Antwortsignal der Schalteinrichtung verwendet. So kann beispielsweise zu Beginn des Lebens der Schalteinrichtung, beispielsweise bei der Fertigung der Schalteinrichtung oder der Batterie des Batteriesystems bei einem sogenannten End-Off-Line-Test das Verfahren durchgeführt und das erfasste Antwortsignal als Referenzsignal gespeichert werden. Besonders bevorzugt wird zu einem späteren Zeitpunkt erneut ein erfasstes Antwortsignal gespeichert und für folgende Prüfungen als Referenzsignal verwendet.Preferably, a previously detected and stored response signal of the switching device is used as the reference signal. Thus, for example, at the beginning of the life of the switching device, for example, in the manufacture of the switching device or the battery of the battery system in a so-called end-off-line test performed the method and the detected response signal are stored as a reference signal. Particularly preferably, a detected response signal is stored again at a later time and used as a reference signal for the following tests.

Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass als Referenzsignal ein aktuelles oder zuvor erfasstes Antwortsignal einer baugleichen anderen Schalteinrichtung verwendet wird. Durch den Vergleich mit einem Antwortsignal einer baugleichen anderen Schalteinrichtung kann zumindest die Funktionsfähigkeit der Schalteinrichtung im Vergleich mit einer anderen Schalteinrichtung bestimmt werden. Vorzugsweise wird zur Auswertung des Antwortsignals ein Tiefpassfilter, ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter, der jeweils softwaretechnisch oder hardwaretechnisch realisiert sein kann, verwendet. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Phasenverschiebung zwischen Anregungssignal und Antwortsignal für die Durchführung der Prüfung verwendet wird. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Antwortsignal durch eine Integraltransformation zur Auswertung verarbeitet wird. Dadurch werden die für die Auswertung relevanten Zeitfunktionen in den Frequenzbereich überführt. Zweckmäßigerweise wird mit dem Referenzsignal entsprechend vorgegangen. Im Frequenzbereich kann dann direkt auf verschiedene Frequenzanteile geprüft werden und eine fehlerhafte Schalteinrichtung, insbesondere ein verklebter Schütz, noch einfacher identifiziert werden. Vorzugsweise werden als Integraltransformation die Fourier-Transformation, die Fast-Fourier-Transformation, die Waveflat-Transformation oder die Garbor-Transformation verwendet.Alternatively or additionally, it is preferably provided that a current or previously detected response signal of a structurally identical other switching device is used as the reference signal. By comparison with a response signal of a structurally identical other switching device, at least the functionality of the switching device can be determined in comparison with another switching device. For evaluating the response signal, a low-pass filter, a high-pass filter or a band-pass filter, which can be realized in each case by software technology or hardware, is preferably used. In particular, it is provided that a phase shift between excitation signal and response signal is used for carrying out the test. Furthermore, it is preferably provided that the response signal is processed by an integral transformation for evaluation. As a result, the relevant for the evaluation time functions are transferred to the frequency domain. Conveniently, the procedure is the same with the reference signal. In the frequency range can then be tested directly for different frequency components and a faulty switching device, in particular a bonded contactor, even easier to identify. Preferably, the integral transformation used is the Fourier transformation, the Fast Fourier transformation, the Waveflat transformation or the Garbor transformation.

Besonders bevorzugt wird als Schalteinrichtung, wie zuvor bereits erwähnt, ein elektromechanischer Schütz betätigt. Es ist jedoch alternativ bevorzugt vorgesehen, als Schalteinrichtung ein Halbleiterschaltelement, insbesondere einen Feldeffekt-Transistor oder Bipolar-Transistor anzusteuern. Particularly preferred as a switching device, as already mentioned, an electromechanical contactor is actuated. However, it is alternatively preferably provided as a switching device to drive a semiconductor switching element, in particular a field effect transistor or bipolar transistor.

Das erfindungsgemäße Computerprogramm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es auf einem Computer abläuft.The computer program according to the invention provides that all steps of the method according to the invention are executed when it runs on a computer.

Das erfindungsgemäße Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Computer abläuft. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Computer-Programmprodukt Teil eines Steuergeräts, insbesondere einer Batterie oder eines Batteriesystems eines Fahrzeugs, ist.The inventive computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier executes the method according to the invention when the program is run on a computer. In particular, it is provided that the computer program product is part of a control device, in particular a battery or a battery system of a vehicle.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzigeIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. The only one shows

Figur ein vorteilhaftes Verfahren zum Prüfen einer Schalteinrichtung eines Batteriesystems eines Fahrzeugs.FIG. 1 shows an advantageous method for testing a switching device of a battery system of a vehicle.

Die einzige Figur zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Flussdiagramm, anhand dessen ein vorteilhaftes Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit einer Schalteinrichtung eines Batteriesystems für ein Fahrzeug erläutert werden soll. The single figure shows a simplified representation of a flow chart, by means of which an advantageous method for testing the operability of a switching device of a battery system for a vehicle is to be explained.

Zunächst wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Schalteinrichtung um ein elektromechanisches Schütz handelt, das wie üblich eine bestrombare Steuerspule aufweist, sowie einen metallischen Ring, von dem ein Ringabschnitt beziehungswese -Segment gegen eine Federkraft radial verlagerbar ist, um einen Luftspalt des Rückschlussrings einzustellen. Wird die Steuerspule bestromt, so wird das Ringsegment in den Ring hineingezogen, so dass der Luftspalt minimiert wird. Das Ringsegment ist dabei mit einem Riegel verbunden, der zwischen zwei Kontaktstellen gebracht wird, wenn das Ringsegment durch die von der Steuerspule erzeugte Magnetkraft angezogen wird, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Kontaktstellen durch den Riegel hergestellt wird. Wird die Steuerspule spannungslos geschaltet, so drängt das Federelement das Ringsegment wieder nach außen, wodurch der elektrische Kontakt unterbrochen wird. Wenn bei einem Kurzschluss Ströme von über 3 bis 10 kA fließen, kommt es durch die Lorenzkraft im Schütz zu einer Abstoßung des Ringsegments von dem Rückschlussring, was als Levitation bezeichnet wird. Dabei entsteht trotz aktiver Steuerspule ein kleiner Abstand zwischen dem Rückschlussring und dem Ringsegment. Über diesen Luftspalt bildet sich ein Lichtbogen, der die Kontaktoberflächen aufschmilzt. Wird der Kurzschlussstrom anschließend unterbrochen, so drängt die Magnetkraft der Steuerspule das Ringsegment zurück in den Ring und damit die aufgeschmolzenen Kontaktstellen gegeneinander. Dabei erstarrt das Material, wodurch das Ringsegment mit dem Ring verklebt beziehungsweise verschweißt wird, so dass es anschließend nicht mehr zum Einstellen eines Luftspalts verlagerbar ist. Um insbesondere einen derartigen Fehler zu erfassen, wird das Verfahren wie folgt durchgeführt:
Zunächst wird in einen Schritt S1 das Verfahren gestartet. Dies kann regelmäßig, beispielsweise bei jeder Inbetriebnahme des Batteriesystems, erfolgen.First, it is assumed that the switching device is an electromechanical contactor which, as usual, has an energizable control coil, as well as a metallic ring, of which a ring section is radially displaceable against a spring force to adjust an air gap of the return ring , If the control coil is energized, the ring segment is drawn into the ring, so that the air gap is minimized. The ring segment is connected to a bolt which is brought between two contact points, when the ring segment is attracted by the magnetic force generated by the control coil, so that an electrical contact between the two contact points is made by the bolt. If the control coil is de-energized, the spring element urges the ring segment outward again, whereby the electrical contact is interrupted. If currents of more than 3 to 10 kA flow in the event of a short circuit, the Lorenz force in the contactor repulses the ring segment from the return ring, which is called levitation. Despite the active control coil, a small gap is created between the return ring and the Ring segment. Over this air gap, an arc forms, which melts the contact surfaces. If the short-circuit current is subsequently interrupted, the magnetic force of the control coil forces the ring segment back into the ring and thus the fused contact points against each other. In this case, the material solidifies, whereby the ring segment is glued or welded to the ring, so that it is then no longer displaceable for adjusting an air gap. In particular, to detect such an error, the method is performed as follows:
First, in a step S1, the process is started. This can be done regularly, for example every time the battery system is started up.

In einem zweiten Schritt S2 wird die Schalteinrichtung, insbesondere der Schütz, mit einer (Diagnose-)Spannung angeregt, die die Schalteinrichtung, insbesondere das verlagerbare Ringsegment, in Schwingungen versetzen soll. Dazu wird ein vorbestimmter Spannungsverlauf eingesetzt. Prinzipiell sind dazu unterschiedliche Anregungssignale denkbar, deren Eignung von der jeweiligen Situation und insbesondere von der jeweiligen Schalteinrichtung abhängt. Das Anregungssignal beziehungsweise die Anregungsspannung kann beispielsweise sinusförmig sein, einzelne oder eine Sequenz von rechteckigen Impulsen enthalten, Variationen in Frequenz und Amplitude aufweisen, nur positive beziehungsweise nur negative Spannungsamplituden enthalten, wie beispielsweise eine Sinuskurve, bei der der negative Anteil abgeschnitten ist, oder dergleichen. Die Auswirkungen der mechanischen Schwingungen werden durch die Rückwirkung über den magnetischen Fluss den Stromfluss in der Steuerspule beeinträchtigen. Zu einem bestimmten Anregungssignal (Anregungsverlauf)ergibt sich somit ein spezielles Antwortsignal (Antwortverlauf). Wenn der Schütz verklebt ist, dann bewegt sich die Mechanik nicht, die Rückkopplung bleibt aus, und es ergibt sich auf das Anregungssignal ein anderes Antwortsignal. In einem Schritt S3 wird dazu der Spannungs- und/oder Stromverlauf der Schalteinrichtung überwacht, um das Antwortsignal zu erfassen.In a second step S2, the switching device, in particular the contactor, is excited with a (diagnostic) voltage which is to set the switching device, in particular the displaceable ring segment, in vibration. For this purpose, a predetermined voltage curve is used. In principle, different excitation signals are conceivable, the suitability of which depends on the particular situation and in particular on the respective switching device. The excitation signal or the excitation voltage can be sinusoidal, for example, contain individual or a sequence of rectangular pulses, have variations in frequency and amplitude, contain only positive or negative voltage amplitudes, such as a sinusoid in which the negative portion is cut off, or the like. The effects of mechanical vibrations will affect the current flow in the control coil due to the feedback via the magnetic flux. For a given excitation signal (excitation curve), a special response signal thus results (response profile). If the contactor is glued, then the mechanism does not move, the feedback remains off, and there is another response signal to the excitation signal. In a step S3, the voltage and / or current characteristic of the switching device is monitored in order to detect the response signal.

Das Antwortsignal wird in einem Schritt S4 im Zeitbereich mit einem hinterlegten Referenzmuster beziehungsweise Referenzsignal für das funktionierende Schütz verglichen. Dieses Referenzsignal kann auf verschiedene Arten erfasst werden. So ist es möglich, ein Referenzsignal zu Beginn des Batterielebens beziehungsweise des Lebens der Schaltereinrichtung, beispielsweise in der Fertigung bei dem sogenannten End-Off-Line-Test, zu erfassen und zu speichern. Auch kann getriggert durch einen Initialisierungsbefehl der Batterie des Batteriesystems selbst, das Referenzsignal einmalig oder regelmäßig aus dem aktuellen Antwortsignal entnommen und gespeichert werden. Auch kann als Referenzsignal das Antwortsignal einer baugleichen Schalteinrichtung beziehungsweise eines baugleichen Schützes des gleichen Batteriesystems verwendet werden. Auch ist es denkbar, das Antwortsignal mit einem zuvor gespeicherten Referenzwert des Schützes oder eines anderen Schützes zu vergleichen, dazu ist beispielsweise vorgesehen, dass regelmäßig bei der Durchführung des Verfahrens ein in Schritt S3 erfasstes Antwortsignal als Referenzsignal in einem Schritt S3‘ gespeichert und für den Vergleich im Schritt S4 zur Verfügung gestellt wird.The response signal is compared in a step S4 in the time domain with a stored reference pattern or reference signal for the functioning contactor. This reference signal can be detected in various ways. It is thus possible to detect and store a reference signal at the beginning of the battery life or the life of the switch device, for example in production in the so-called end-off-line test. Also triggered by an initialization command of the battery of the battery system itself, the reference signal can be taken once or regularly from the current response signal and stored. Also, as a reference signal, the response signal of a structurally identical switching device or a contactor of the same type of the same battery system can be used. It is also conceivable to compare the response signal with a previously stored reference value of the contactor or another contactor, for example, it is provided that in the implementation of the method, a response signal detected in step S3 is regularly stored as a reference signal in a step S3 'and stored for the Comparison is provided in step S4.

Das getriggerte Speichern des Antwortsignals als Referenzsignal hat im Gegensatz zum Speichern eines festen Musters den Vorteil, dass das Antwortsignal alle speziellen Randbedingungen des System berücksichtigt, wie beispielsweise Ansteuerungsleitungen, vorhandene Übergangswiderstände oder eventuelle Kapazitäten und dergleichen. Jedes Batteriesystem, beziehungsweis jede Batterie, bekommt dadurch ein maßgeschneidertes Referenzsignal für einen funktionsfähigen nicht verklebten Schütz. The triggered storing of the response signal as a reference signal, in contrast to storing a fixed pattern, has the advantage that the response signal takes into account all special boundary conditions of the system, such as drive lines, existing contact resistances or possible capacitances and the like. Each battery system, or each battery, thereby receives a tailor-made reference signal for a functioning non-bonded contactor.

Dabei ist es auch möglich, zur Auswertung des Referenzsignals und/oder des Antwortsignals einen Tiefpassfilter, Hochpassfilter oder einen Bandpassfilter zu verwenden, der softwaretechnisch oder hardwaretechnisch realisiert sein kann. Insbesondere wird eine Phasenverschiebung zwischen Anregungssignal und Antwortsignal für die Prüfung beziehungsweise für die Diagnose verwendet. It is also possible to use for the evaluation of the reference signal and / or the response signal, a low-pass filter, high-pass filter or a band-pass filter, which can be implemented by software or hardware technology. In particular, a phase shift between the excitation signal and the response signal is used for the test or for the diagnosis.

Ergibt der Vergleich in Schritt S4, dass das Antwortsignal von dem Grenzwert insbesondere über einen vorgebbaren Grenzwert hinaus abweicht (n), so wird darauf erkannt, dass die Schalteinrichtung beziehungsweise der Schütz fehlerhaft ist und beispielsweise verklebt ist. Vorzugsweise wird dann im Schritt S5 eine Warnmeldung ausgegeben und/oder das Batteriesystem in einen sicheren Zustand geschaltet.If the comparison in step S4 reveals that the response signal deviates from the limit value, in particular beyond a predefinable limit value, it is recognized that the switching device or the contactor is faulty and, for example, adhered. Preferably, a warning message is then output in step S5 and / or the battery system is switched to a safe state.

Ergibt der Vergleich, dass das Antwortsignal dem Referenzsignal zumindest im Wesentlichen entspricht (j), so wird auf die Funktionsfähigkeit der Schalteinrichtung erkannt und der Normalbetrieb in Schritt S6 eingestellt.If the comparison reveals that the response signal at least essentially corresponds to the reference signal (j), then the functional capability of the switching device is recognized and the normal operation is set in step S6.

Das beschriebene Verfahren kann auch im Frequenzbereich durchgeführt werden. Dafür werden die für die Auswertung relevanten Zeitfunktionen durch eine geeignete Transformation, insbesondere Integraltransformation, in den Frequenzbereich überführt. Entsprechend wird mit dem Referenzsignal umgegangen. Dabei eignet sich hierzu insbesondere die Fast-Fourier-Transformation (FFT). Im Frequenzbereich kann dann direkt auf verschiedene Frequenzanteile geprüft werden und ein verklebtes Schütz noch einfacher identifiziert werden.The method described can also be carried out in the frequency domain. For this purpose, the time functions relevant for the evaluation are transferred into the frequency domain by means of a suitable transformation, in particular integral transformation. Accordingly, the reference signal is handled. In this case, the fast Fourier transformation (FFT) is particularly suitable for this purpose. In the frequency domain, it is then possible to test directly for different frequency components and identify a bonded contactor even more easily.

Im Frequenzbereich gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Verfahren durchzuführen. Wie bereits beschrieben, ist es ein wichtiger Aspekt, den Verlauf des Antwortsignals über die Zeit durch eine geeignete Transformation in den Frequenzbereich zu überführen. Andere Transformationen, wie die Waveflat-Transformation oder die Garbor-Transformation können ebenfalls zum Einsatz kommen. Im Frequenzbereich kann man, wie bereits beschrieben, die Energie bestimmter Frequenzanteile direkt per Software auswerten und damit den Vergleich mit dem Referenzsignal noch einfacher durchführen. Auch hier sollen die oben genannten Filterelemente zum Einsatz kommen können, zur Verbesserung der Detektionsgüte.In the frequency domain, there are several ways to perform the procedure. As already described, it is an important aspect to convert the course of the response signal over time by a suitable transformation in the frequency domain. Other transformations, such as the Waveflat transformation or the Garbor transformation can also be used. In the frequency domain, as already described, the energy of certain frequency components can be evaluated directly by software, making it even easier to compare with the reference signal. Again, the above-mentioned filter elements should be used to improve the detection quality.

Das kontinuierliche Erstellen eines Spektogramms des Antwortsignals während der Prüfung soll für die Detektion verwendet werden können. Zur Erstellung dieses Spektogramms soll insbesondere die sogenannten Short-Time-Fourier-Transformation (STFT) zum Einsatz kommen, welche im Gegensatz zu der Fourier-Transformation den Vorteil bietet, den zeitlichen Verlauf von auftretenden Frequenzanteilen detektieren zu können, was für die Diagnose über die Auswertung eines Spektogramms notwendig ist, vor allem wenn die Änderungen dieses Spektogramms über die Zeit als Diagnosekriterium herangezogen wird.The continuous creation of a spectogram of the response signal during the test should be able to be used for the detection. To create this spectrograph, in particular the so-called short-time Fourier transform (STFT) is used, which offers the advantage in contrast to the Fourier transform to be able to detect the time course of occurring frequency components, which is for the diagnosis of the Evaluation of a spectrograph is necessary, especially if the changes of this spectogram over time is used as a diagnostic criterion.

Statt der Short-Time-Fourier-Transformation können aber auch, wie beschrieben, die Waveflat-Transformation oder die Garbor-Transformation verwendet werden, um weitere Verbesserungen in der Erstellung des Zeit-Frequenz-Spektrums zu erzielen. Bei der Waveflat-Transformation ergibt sich der Vorteil, dass das zu untersuchende Signal mit einer Fensterfunktion verglichen wird, wobei anstatt das Fenster zu verschieben und zu modellieren, das Fenster verschoben und skaliert wird. Durch die Skalierung ergibt sich eine Frequenzverschiebung, wobei mit einer Frequenzerhöhung die Zeitdauer des Fensters verringert wird. Dadurch ergibt sich bei höheren Frequenzen eine bessere, zeitliche Auflösung. Bei niedrigen Frequenzen wird die Frequenzauflösung besser, die Zeitauflösung jedoch schlechter.However, instead of the short-time Fourier transformation, as described, the Waveflat transformation or the Garbor transformation can also be used in order to achieve further improvements in the creation of the time-frequency spectrum. The advantage of the Waveflat transformation is that the signal to be examined is compared with a window function, whereby instead of moving and modeling the window, the window is shifted and scaled. The scaling results in a frequency shift, with a frequency increase, the duration of the window is reduced. This results in a better, temporal resolution at higher frequencies. At low frequencies, the frequency resolution gets better, but the time resolution gets worse.

Das Verfahren kann auch zum Prüfen von anderen Schalteinrichtungen als dem Schütz genutzt werden. So kann beispielsweise ein funktionierender Feld-Effekt-Transistor in seiner Ansteuerung bestimmte Kapazitäten aufweisen, welche bei einem defekten Feld-Effekt-Transistor (ein dauerhaft leitender Feld-Effekt-Transistor wäre beispielsweise vergleichbar mit dem verklebten Schütz) verändert sind. Durch das Anregungssignal und durch Auswerten des Antwortsignals kann dabei ebenfalls auf eine Fehlfunktion geschlossen werden.The method can also be used to test other switching devices than the contactor. Thus, for example, a functioning field-effect transistor in its drive have certain capacities, which are changed in a defective field-effect transistor (a permanently conductive field-effect transistor, for example, would be comparable to the bonded contactor). By the excitation signal and by evaluating the response signal can also be concluded that a malfunction.

Grundsätzlich ändert sich beim Schütz die Induktivität der Steuerspule in Abhängigkeit von der Lage des Eisenkerns zur Spulenwicklung. Damit ändert sich die Induktivität der Steuerspule und das elektrische Übertragungsverhalten der Steuerspule auch ohne mechanische Bewegung des Systems beziehungsweise des Ringelements. Somit kann schon mit sehr kleinen elektrischen Schwingungsanregungen der Spannung gearbeitet werden, die wegen der mechanischen Reibung zu keiner mechanischen Bewegung führen. Dennoch kann aufgrund der sich verändernden Induktivität auf eine Fehlfunktion der Spule geschlossen werden.Basically, the contactor's inductance changes as a function of the position of the iron core relative to the coil winding. Thus, the inductance of the control coil and the electrical transmission behavior of the control coil also changes without mechanical movement of the system or of the ring element. Thus, it is possible to work with very small electrical oscillatory excitations of the voltage which, because of the mechanical friction, do not lead to any mechanical movement. Nevertheless, due to the changing inductance, a malfunction of the coil can be inferred.

Bei Spannungen und Strömen, die deutlich unter den Werten für die Spulenbewegung liegen, liegt somit bei einem intakten, „unbestromten“ Schütz weniger oder mehr (je nach Bauform) Eisen in der Steuerspule und dadurch eine andere Induktivität als bei klebendem Schütz, der mit dem Eisen mechanisch verbunden ist. Durch diese andere Induktivität ergibt sich ein anderes Antwortsignal, das wie zuvor beschrieben ausgewertet wird.With voltages and currents significantly below the values for the coil movement, with an intact, "de-energized" contactor, there is less or more (depending on the design) iron in the control coil and thus a different inductance than with an adhesive contactor, which with the Iron is mechanically connected. This other inductance results in a different response signal, which is evaluated as described above.

Anstelle von einem Spannungssignal zur Anregung der Schalteinrichtung ist es auch denkbar, ein Stromsignal zu verwenden. Eine weitere Möglichkeit ist es, den Stromverlauf auf das gewöhnliche Anlegen der Steuerspannung zu beobachten. Die veränderte Induktivität von verklebtem zu unverklebtem Schütz (bei unverklebtem Schütz wäre es ein Induktionsverlauf, der durch die ausgelöste Bewegung des beweglich gelagerten Ringsegments zustande kommt) bewirkt einen unterschiedlichen Verlauf des Antwortsignals.Instead of a voltage signal for exciting the switching device, it is also conceivable to use a current signal. Another possibility is to observe the current flow to the usual application of the control voltage. The changed inductance from bonded to unglued contactor (in the case of unglued contactor it would be an induction curve, which is due to the triggered movement of the movably mounted ring segment) causes a different course of the response signal.

Claims

A method for testing the function of a switching device, in particular a battery system, wherein the switching device is actuated by applying an electrical voltage or an electric current, characterized in that the switching device is excited by a voltage or current signal to oscillate, and that a voltage or Current characteristic of the switching device is monitored to detect a response signal generated by the excited switching device, wherein in response to the response signal on the operability of the switching device is closed.

A method according to claim 1, characterized in that the detected response signal is compared with a reference signal, wherein a malfunction is detected when the response signal deviates from the reference signal in particular beyond a predeterminable limit.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a previously detected and stored response signal of the switching device is used as the reference signal.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a current or previously detected response signal of a structurally identical other switching device is used as the reference signal.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the response signal is processed by an integral transformation for evaluation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an electromechanical contactor is actuated as the switching device.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a semiconductor switch is actuated as a switching device.

A computer program that performs all the steps of a method as claimed in any one of claims 1 to 7 when the program is run on a computer.

A computer program product comprising program code stored on a machine-readable medium for performing the method of any one of claims 1 to 7 when the program is run on a computer.