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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Leitungssystems, insbesondere für ein Bordnetzsystem eines Fahrzeuges, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein entsprechendes Leitungssystem, insbesondere ein Bordnetzsystem eines Fahrzeuges, nach dem Oberbegriff des Anspruches 15.
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Moderne Fahrzeuge zu Lande, zu Wasser oder in der Luft, umfassen zunehmend umfangreichere und kompliziertere Bordnetzsysteme, die viele verschiedene elektrische Komponenten aufweisen. Zu den elektrischen Komponenten eines Bordnetzsystems zählen unter anderem Leitungssysteme zur Verkabelung der elektrischen Komponenten, Trennvorrichtungen (Vorsicherungsdosen), Sicherungen, z. B. Schmelzsicherungen, Spannungssteckdosen, Steuergeräte verschiedener Verbraucher im Fahrzeug, unterschiedliche Sensoren, Anzeigeelemente, z. B. Warn- und Kontrollleuchten, Displays, Aktoren, z. B. Elektromotoren, Leuchten und Beleuchtungssysteme, Bussysteme, Energiespeicher wie z. B. Batterien und Akkumulatoren sowie Generatoren und dergleichen. Mit zunehmendem Einsatz von elektronischen Komponenten in Bordnetzsystemen in Fahrzeugen ergeben sich neue Anforderungen an geeignete Leitungssysteme zur Verkabelung der elektrischen Komponenten, die dazu ausgelegt sein müssen, hoher dynamischer Strombelastung standzuhalten. Hierbei hat sich als nachteilig herausgestellt, dass die Absicherung von zentralen Versorgungsleitungen mit hoher dynamischer Strombelastung zu Überdimensionierung der Leitungen selbst und der verwendeten Sicherungen führt. Die Leitungssysteme werden dadurch aufwendiger, schwerer und kostspieliger. Ein weiterer Nachteil liegt dabei außerdem darin, dass die bekannten Sicherungen nicht immer zuverlässig und/oder rechtzeitig aktiviert werden können und oft zu irreparablen Schäden im Bordnetzsystem führen können. Insbesondere ist es in bekannten Leitungssystemen nachteilig, dass die verwendeten Sicherungen, insbesondere die Schmelzsicherungen, träge Auslösecharakteristiken, nachteilige Temperaturabhängigkeiten und Toleranzen aufweisen. Folglich müssen Stecksysteme, Vorsicherungsdosen und Leitungen in bekannten Leitungssystemen immer größer, bspw. mit einem größeren Querschnitt, ausgeführt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, mindestens einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil zumindest zum Teil zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum sicheren Betreiben eines Leitungssystems, insbesondere für ein Bordnetzsystem eines Fahrzeuges, und ein entsprechendes Leitungssystem, insbesondere für ein Bordnetzsystem eines Fahrzeuges, bereitzustellen. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Leitungssystem zu schaffen, welches kostengünstig ist, wenige Bauteile aufweist und welches dennoch eine sichere und effiziente elektrische Versorgung elektrischer Komponenten im Bordnetzsystem gewährleistet. Bevorzugt ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leitungssystem zur Verfügung zu stellen, welches optimal an die Anforderungen im Betrieb des Bordnetzsystems ausgelegt ist.
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Voranstehende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Leitungssystems, insbesondere für ein Bordnetzsystem eines Fahrzeuges, gelöst, wobei das Leitungssystem zur elektrischen Versorgung mindestens eines Verbrauchers mindestens eine Leitung aufweist, die ein Versorgungselement mit dem mindestens einem Verbraucher verbindet, und wobei das Verfahren folgende Schrotte umfasst:
- a) Erfassen einer Ausgangsspannung am Versorgungselement,
- b) Erfassen einer Eingangsspannung am Verbraucher,
- c) Vergleichen der Ausgangsspannung mit der Eingangsspannung,
- d) Ermitteln einer Verlustleistung der Leitung.
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Erfindungsgemäß kann das Versorgungselement in Form einer Batterie, eines Akkumulators und/oder eines Generators ausgebildet sein. Unter dem Verbraucher kann erfindungsgemäß jede elektronische Komponente des Bordnetzsystemes des Fahrzeuges verstanden werden.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass eine vorhandene Infrastruktur des Bordnetzsystems mit ihren Messmöglichkeiten, zumindest für die Spannung am Versorgungselement und am Verbraucher, genutzt wird, um eine aktuelle Verlustleistung in der Leitung (Spannungsabfall zwischen dem Versorgungselement und dem Verbraucher) zu ermitteln. Die Erfindung nutzt dabei vorteilhafterweise den Umstand aus, dass nahezu jedes Steuergerät im Bordnetzsystem in der Lage ist, die lokale Betriebsspannung zu messen. Die Ermittlung der Batteriespannung bzw. deren Güte, Temperatur und Strombelastung ist für viele Fahrzeugserien bereits Serienumfang. Somit kann die Ausgangsspannung am Versorgungselement und die Eingangsspannung am Verbraucher für die erfindungsgemäße Ermittlung gemessen werden. In modernen Bordnetzen sind die Steuergeräte über ein Bus-System miteinander verbunden und können Daten, wie im vorliegenden Falle die Ausgangsspannung am Versorgungselement und die Eingangsspannung am Verbraucher, austauschen.
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Die erfindungsgemäße Ermittlung der Verlustleistung kann über einen bestimmten Zeitraum, bspw. über einen bestimmten Arbeitszyklus des Verbrauchers bzw. über einen bestimmten Temperaturzyklus der Leitung ausgeführt werden. Mithin kann eine Kennlinie für die Verlustleistung in der Leitung in Abhängigkeit von der Zeit über diesen bestimmten Zeitraum bereitgestellt werden. Somit kann festgestellt werden, welchen Belastungen die Leitung tatsächlich im Laufe eines typischen Betriebes des Verbrauchers standhalten muss. Mit Hilfe von diesen Informationen kann folglich ermittelt werden, welche Eigenschaften, darunter zumindest Querschnitt und/oder Material, die Leitung aufweisen muss, um den ermittelten typischen Leistungsbelastungen in der Leitung und für wie lange standzuhalten.
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Zum anderen kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet werden, welcher maximalen Belastung (wie viel Strom und/oder Temperatur für welche Zeit), bspw. in einem Fehlerfall, die vorhandene Leitung aushalten kann. Ein Fehlerfall kann sich ereignen, wenn die Leitung durch zu hohe Stromstärken überlastet ist, wenn der Verbraucher und/oder das Versorgungselement und/oder die Leitung unzulässig erwärmt werden/wird, im Falle eines Verkehrsunfalls oder dergleichen. Bei der Berechnung können vorhandene konstante Daten über die geometrischen Größen der Leitung, wie die Länge und der Querschnitt, und über den elektrischen und/oder thermischen Leitungswiderstand der Leitung bei der Ermittlung im Schritt d) herangezogen werden. Dabei kann sowohl aktuell, als auch vorausschauend ermittelt werden, ob bzw. wann die Leitung überlastet ist. Somit kann ein Fehlerfall unverzüglich erkannt werden und die Sicherungsmaßnahmen können unmittelbar und ohne Zeitverlust eingeleitet werden. Vorteilhafterweise können die Sicherungsmaßnahmen ohne die aufwendigen Schmelzsicherungen getroffen werden, bspw. durch Öffnen eines Relais in der Leitung und/oder Betätigen eines Halbleiterschalters.
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Erfindungsgemäß können folgende Messdaten aktuell erfasst und für die Ermittlung im Schritt d) benutzt werden, wie:
- – die Spannung am Versorgungselement, wie einer Batterie, einem Akkumulator und/oder einem Generator (Ausgangsspannung) durch einen entsprechenden, am Versorgungselement und/oder in einer Steuereinheit des Versorgungselementes vorhandenen Sensor;
- – optional der Strom am Versorgungselement durch einen entsprechenden, am Versorgungselement und/oder in der Steuereinheit des Versorgungselementes vorhandenen Sensor;
- – die Spannung an entsprechenden Versorgungseingängen des Verbrauchers bzw. dessen Steuereinheit (Eingangsspannung) durch einen entsprechenden am Verbraucher und/oder in einer Steuereinheit vorhanden Sensor;
- – optional der über den Verbraucher bzw. über dessen Steuereinheit abfließende Strom durch einen entsprechenden am Verbraucher und/oder in der Steuereinheit vorhanden Sensor;
- – optionale Temperaturen am Versorgungselement und/oder am Verbraucher durch entsprechende vorhandene Sensoren.
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Zudem können folgende konstante Daten bzw. Parameter der Leitung für die Berechnung im Schritt d) herangezogen werden, wie:
- – Leitungslänge;
- – Leitungsquerschnitt;
- – elektrischer Leitungswiderstand;
- – thermischer Leitungswiderstand;
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Solche Parameter können aus dem Speicher der jeweiligen Steuereinheiten und/oder einer vorhandenen zentralen Steuereinheit im Bordnetzsystem abgerufen werden. Ferner kann die Berechnung einer aktuellen Verlustleistung und/oder einer zulässigen Leistungsbelastung für jede konkrete Leitung im Leitungssystem des Bordnetzsystems durch die zentrale Steuereinheit im Bordnetzsystem und/oder die Steuereinheit des Versorgungselementes oder eine Steuereinheit einer Trennvorrichtung des Versorgungselementes (Vorsicherungsdose) oder jede weitere geeignete Steuereinheit im Bordnetzsystem ausgeführt werden.
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Somit kann gemäß der Erfindung die aktuelle Verlustleistung und/oder die zulässige Leitungsbelastung der Leitung ermittelt werden. Hierzu kann erfindungsgemäß jeweils ein Model bzw. ein Algorithmus und/oder ein Computer-Programm-Produkt zur Bestimmung der Verlustleistung und/oder der Leitungsbelastung mit entsprechenden festgelegten Parametern der Leitung in einer zuständigen Steuereinheit hinterlegt werden, wobei die zu messenden Daten über ein vorhandenes Bus-System empfangen werden können.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden somit mehrere Vorteile erreicht, wie:
- – Reduzierung von Leitungsquerschnitten und damit verbundene Gewichtsreduktion des Leitungssystems;
- – C02-Reduktion;
- – zuverlässige, unverzügliche Detektion von Fehlerzuständen und instabilen Bordnetzzuständen, wodurch vorteilhafterweise die Möglichkeit geschaffen wird, kritische Zustände nicht nur zu beseitigen, sondern auch den kritischen Zuständen entgegenzusteuern (rechtzeitig im oder sogar vorausschauend vor dem kritischen Fehlerfall durch Abschalten des Versorgungspfades bzw. der Leitung);
- – Erstellung einer dynamischen Sicherungskennlinie der Leitung (in Abhängigkeit von der Zeit und/oder Strom) gemäß den aktuellen Begebenheiten im Fahrzeug, insbesondere im Bordnetzsystem;
- – selektives, stets aktuelles und situationsgemäßes Betreiben des Leistungssystems (Unterscheidung zwischen Fahrbetrieb, Parken und Dauerparken, bspw. in einer Flughafensituation);
- – zuverlässiges Detektieren eines Brandrisikos in permanent unter Spannung stehenden Leitungen;
- – Entbehrung von aufwendigen und kostspieligen Sicherungen.
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Ferner ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Verfahren durch eine Elektronikeinheit des Fahrzeuges, insbesondere durch eine zentrale Elektronikeinheit des Bordnetzsystems, ausgeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann somit die vorhandene Infrastruktur des Fahrzeugs bzw. des Bordnetzsystems ausgenutzt werden, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Zudem ist es dabei vorteilhaft, dass Bordnetzsysteme in verschiedenen Fahrzeugen durch das erfindungsgemäße Verfahren verbessert werden können, wobei keine zusätzlichen Aufwendungen und/oder Bauteile benötigt werden.
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Erfindungsgemäß kann es vorteilhaft sein, wenn im Schritt a) und/oder im Schritt b) aktuelle Spannungswerte am Versorgungselement (3) und/oder am Verbraucher (13, 15) sensiert werden. Somit können stets aktuelle Daten für die Ermittlung der Leitungsbelastung bereitgestellt werden.
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Zudem können im Rahmen der Erfindung die im Schritt a) und/oder im Schritt b) erfassten Spannungswerte mit einem Zeitstempel versehen werden. Somit kann sichergestellt werden, dass zeitgleiche Werte am Versorgungselement und/oder am Verbraucher verglichen werden.
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Ferner können im Rahmen der Erfindung die im Schritt d) ermittelten Werte der Verlustleistung der Leitung ebenfalls mit einem Zeitstempel versehen werden. Folglich können mehrere Werte der Verlustleistung über eine bestimmte Zeit ermittelt werden.
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Vorteilhaft ist dabei, dass somit eine Kennlinie für die Verlustleistung der Leitung über eine bestimmte Zeit erstellt werden kann. Hierbei ist es denkbar, dass die Verlustleistung als Spannungsabfall zwischen dem Versorgungselement und dem jeweiligen Verbraucher ermittelt werden kann.
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Weiterhin kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass im Schritt d) geometrische Eigenschaften und/oder Materialeigenschaften der Leitung berücksichtigt werden können. Dabei ist es vorteilhaft, dass diese Daten dazu genutzt werden können, um eine Kennlinie für die Stromstärke und/oder für die Erwärmung der Leitung über Zeit zu erstellen. Ferner können diese Daten dazu genutzt werden, um eine maximale zulässige Stromstärke und/oder eine maximale zulässige Erwärmung der Leitung in Abhängigkeit von der Zeit zu ermitteln.
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Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass im Schritt d) aktuelle Stromwerte am Versorgungselement und/oder am Verbraucher berücksichtigt werden. Hierbei ist es denkbar, dass der Stromfluss aus bzw. in die Batterie, Summenströme der verschiedenen Verbraucher oder dergleichen sensiert und insbesondere im Schritt d) berücksichtigt werden können. Somit kann vorteilhafterweise auch eine Kennlinie für eine Erwärmung der Leitung über Zeit erstellt werden. Zudem kann es dabei vorteilhaft sein, dass für die Leitung mit Hilfe dieser Daten eine typische Erwärmung der Leitung bei einer gebrauchsgemäßen Benutzung des Verbrauchers sowie eine zulässige maximale Anzahl an Temperaturzyklen der Leitung ermittelt werden kann.
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Nach einem Vorteil der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäßen Schritte, insbesondere die Schritte a) bis d) gleichzeitig und/oder nacheinander ausgeführt werden können. Hierbei kann es vorteilhaft sein, dass die Leitung somit simultan und/oder phasenverschoben überwacht werden kann.
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Des Weiteren kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Schritte a) bis d) kontinuierlich ausgeführt werden, um eine Kennlinie für die Verlustleistung der Leitung, insbesondere in Abhängigkeit von der Zeit, bevorzugt für die Dauer eines Arbeitszyklus des Verbrauchers bzw. eines Temperaturzyklus der Leitung, zu ermitteln. Somit können vorteilhafterweise die Kennlinien für die Leitung für den typischen Ablauf und eine typische Dauer einer gebrauchsgemäßen Benutzung des Verbrauchers aufgezeichnet werden. Dabei können unterschiedliche Verbraucher bestimmte Abläufe in ihrer gebrauchsgemäßen Benutzung aufweisen, die sich in einem typischen Verhalten der Leitung (z. B. typische Erwärmung) äußern können. Z. B. muss eine Leitung, die von einer Traktionsbatterie zum Motor des Fahrzeuges führt, im Startfall einen hohen Strom leiten (dabei erwärmt sich die Leitung), wobei beim Erreichen einer optimalen Drehzahl, die Stromstärke, die die Leitung aushalten muss, viel niedriger sein kann und die Leitung dabei abkühlen kann. Dabei muss die Leitung dick genug sein, um diese anfangs sehr hohe Stromstärke auszuhalten, und aus einem geeigneten Material hergestellt sein, um trotz starker Erwärmung nicht zu schmelzen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei vorteilhafterweise die zulässige Leistungsbelastung in der Leitung in Abhängigkeit von der Dauer der Belastung ermitteln. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren helfen, festzustellen, wie viele solche typischen Arbeitszyklen des Verbrauchers bzw. wie viele solche Temperaturzyklen der Leitung die entsprechende Leitung aushalten kann. Diese Informationen können dabei vorteilhafterweise dazu genutzt werden, um optimale geometrische und materialtechnische Eingeschalten der Leitung zu bestimmen, die zur elektrischen Versorgung eines bestimmten Verbrauchers geeignet sein kann. Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig und ohne Zeitverlust einen unerwarteten Fehlerfall ermitteln. Somit kann die Erfindung einen sicheren Betrieb des Leitungssystems gewährleisten.
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Erfindungsgemäß kann das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen:
- e) Berechnen einer zulässigen Leistungsbelastung der Leitung.
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Dabei kann die Leistungsbelastung als die Menge an Strom über eine bestimmte Zeit ausgedrückt werden. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren somit eine Information nicht nur aktuell, sondern auch vorrausschauend bereitstellen, ob und bzw. wann die Leitung überlastet ist bzw. wird. In einem solchen Fall kann ein entsprechendes Trennelement, bspw. ein Leitungshalbleiter oder ein Relais, in der Leitung angesteuert bzw. geöffnet werden, um die Leitung zu trennen. Zudem kann es von Vorteil sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren helfen kann, um zu bestimmen, wie lange die Leitung getrennt werden muss, um ausreichend abzukühlen. Somit kann vorteilhafterweise ein Durchbrennen bzw. -Beschädigen des Versorgungselementes und/oder des Verbrauchers und/oder der Leitung selbst vermieden werden. Auch kann somit ein Ausbreiten eines internen und/oder externen Kurzschlusses zuverlässig vermieden werden.
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Nach einem weiteren Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen:
- f) Berechnen einer zulässigen Anzahl an Arbeitszyklen des Verbrauchers und/oder einer zulässigen Anzahl an Temperaturzyklen der Leitung.
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Somit kann rechtzeitig erkannt werden, wann die Leitung überlastet wird, um unverzüglich Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten.
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Vorteilhafterweise kann das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen:
- g) Einleiten von Sicherheitsmaßnahmen im Falle von Überschreitung einer zulässigen Leistungsbelastung und/oder einer zulässigen Anzahl an Arbeitszyklen des Verbrauchers und/oder einer zulässigen Anzahl an Temperaturzyklen der Leitung.
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Als eine Sicherheitsmaßnahme ist es denkbar, dass die Leitung durchtrennt werden kann. Dabei kann vorteilhafterweise auf den Einsatz von Schmelzsicherungen verzichtet werden. Die Leitung kann bspw. mit Hilfe von sicherungslosen Trennelementen geöffnet oder unterbrochen werden. Erfindungsgemäß kann die Leitung zumindest für eine bestimmte Zeit getrennt werden, die erforderlich ist, dass die Leitung ausreichend abkühlt und wieder funktionsfähig wird. Diese Zeit ist nach einem Vorteil der Erfindung durch das Verfahren bestimmbar.
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Vorteilhafterweise kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass im Schritt g) Trennvorrichtungen des Kraftfahrzeuges, insbesondere durch eine Elektronikeinheit des Fahrzeuges angesteuert werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere nur mit Hilfe von vorhandenen Komponenten im Bordnetzsystem, einen sicheren Betrieb des Leitungssystems gewährleisten.
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Nach einem weiteren Vorteil der Erfindung kann der Schritt g) sicherungslos, insbesondere schmelzsicherungslos, oder mit anderen Worten ohne Sicherungen, insbesondere ohne Schmelzsicherungen, ausgeführt werden. Sicherungen, insbesondere Schmelzsicherungen sind aufwendige, kostspielige und große Bauteile. Die Möglichkeit, auf die Sicherungen, insbesondere auf die Schmelzsicherungen, zu verzichten, bedeutet eine erhebliche Kostenersparnis und eine bedeutende Vereinfachung des Leistungssystems. Erfindungsgemäß werden dabei keine weiteren Bauteile bzw. Ersatzbauteile vorgeschlagen, sondern vielmehr nur die vorhandenen Mittel im Bordnetzsystem auf eine erfindungsgemäße vorteilhafte Weise genutzt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann darin liegen, dass das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen kann:
- h) Ermitteln von geeigneten geometrischen Eigenschaften und/oder Materialeigenschaften der Leitung, um die Leitung für berechnete Verlustleistung und/oder Leistungsbelastung auszugestalten.
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Vorteilhafterweise ist es dabei, dass somit jegliche Leitungssysteme optimiert bzw. optimal ausgestaltet werden können. Folglich kann vermieden werden, dass die Leitungen überdimensioniert werden oder dass Leitungen mit ungeeigneten Eigenschaften eingesetzt werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können folglich verschiedene Bordnetzsysteme für verschiedene Anwendungen in unterschiedlichen Fahrzeugen optimal ausgelegt werden.
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Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Leitungssystem, insbesondere für ein Bordnetzsystem eines Fahrzeuges gelöst, welches mit mindestens einer Leitung zur elektrischen Versorgung mindestens eines Verbrauchers ausgeführt ist, wobei die Leitung mit geometrischen Eigenschaften und/oder Materialeigenschaften, bevorzugt sicherungslos, ausgestaltet ist, wie oben beschrieben, ermittelt wurden. Auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Leitungssystem werden die gleichen Vorteile erreicht, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hierbei vollumfänglich darauf Bezug genommen.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figur nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Dabei zeigt:
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1 einen schematischen Aufbau eines beispielhaften Bordnetzsystems mit einem Leitungssystem, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben und/oder ausgestaltet werden kann.
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Die 1 zeigt dabei einen beispielhaften Aufbau eines typischen Bordnetzsystems 100 in einem Fahrzeug. Das Bordnetzsystem 100 umfasst dabei ein Versorgungselement 3 in Form einer Fahrzeug-Batterie 3, welche am negativen Pol eine GND-Leitung 2 und am positiven Pol 1 einen Anschluss an eine Vorsicherungsdose 4 aufweist. Die Vorsicherungsdose 4 kann auch als eine Trennvorrichtung 4 bezeichnet werden und dient dazu, die Batterie 3 in einem Fehlerfall vom restlichen Stromkreis zu trennen. Ein solcher Fehlerfall kann sich bspw. bei einem thermischen Durchgehen der Batterie 3, einen fremden Partikel innerhalb der Batterie 3, bei einer Kurzschluss innerhalb oder außerhalb der Batterie 3, bei einem Verkehrsunfall oder dergleichen ereignen und zu einer Überlastung einer der Leitungen 7.1, 7.2 im Bordnetzsystem 100 führen.
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Das Versorgungselement 3 kann außerdem als ein Akkumulator ausgebildet sein und/oder einen Generator aufweisen, je nachdem welches Fahrzeugmodel betrachtet wird. Ferner umfasst das Bordnetzsystem 100 mehrere Verbraucher 13, 15, die je nach Fahrzeugmodel variieren können (elektronische Steuereinheiten, Sensoren, Leuchten, Motoren, elektrische Lasten und dergleichen). Hierbei sind als Verbraucher 13, 15 Elektronikeinheiten 13 entsprechender Verbraucher denkbar, bspw. einer Glühlampe 15 oder dergleichen. Die Batterie 3 und die Verbraucher 13, 15 sind miteinander über ein Leitungssystem 7 mit einer entsprechenden Anzahl an Leitungen 7.1, 7.2 verbunden. Die Batterie 3 dient dabei dazu, die Verbraucher 13, 15 mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Die jeweiligen Leitungen 7.1, 7.1 sind über die Vorsicherungsdose 4 an die Batterie 3 angeschlossen. In der Vorsicherungsdose 4 können für jede Leitung 7.1, 7.2 Sicherungen 14.1, 14.2 und/oder Relais-Schalter 5 vorgesehen sein, um die jeweilige Leitung 7.1, 7.2 in einem Fehlerfall und/oder bei Überlastung zu trennen. Eine Elektronikeinheit 8 der Vorsicherungsdose 4 kann dazu dienen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Hierbei kann die Elektronikeinheit 8 innerhalb oder außerhalb der Vorsicherungsdose 4 angeordnet sein. In diesem Beispiel ist die Elektronikeinheit 8 in der Vorsicherungsdose 4 integriert. Alternativ dazu kann jede andere geeignete Elektronikeinheit bzw. Steuereinheit im Fahrzeug oder im Bordnetzsystem dazu genutzt werden, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Hierbei weist die Elektronikeinheit 8 einen Eingang 9 für die Spannungsversorgung und ein Kommunikationsinterface 10 für einen Datenaustausch mit weiteren Elektronikeinheiten 13 der Verbraucher 13, 15 über ein Bus-System 11 auf. In den jeweiligen Elektronikeinheiten 13 der Verbraucher 13, 15 sind ebenfalls Anschlüsse 9.1, 9.2 für die Spannungsversorgung und Kommunikationsinterfaces 10 für einen Datenaustausch mit der Elektronikeinheit 8 der Vorsicherungsdose 4 über das Bus-System 11 vorgesehen. Ferner kann die Vorsicherungsdose 4 sowie jeder Verbraucher 13, 15 ebenfalls einen entsprechende GND-Anschluss 6, 6.1, 6.2, 6.3 aufweisen.
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Die Elektronikeinheit 8 ist dazu ausgelegt, um mittels elektronischer Halbleiterschalter und/oder Relais 5 die Leitungen 7.1, 7.2 für die verschiedenen Verbraucher 13, 15 zu trennen. Gleichzeitig kann die Elektronikeinheit 8 alle Leitungen 7.1, 7.2 im Sinne der Erfindung überwachen. Wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Überlastung einer Leitung 7.1, 7.2 festgestellt, so kann die Elektronikeinheit 8 einleiten, dass diese Leitung 7.1, 7.2 von der Batteriespannung getrennt wird. Somit kann das Bordnetzsystem 100, insbesondere die Batterie 3 und/oder die Verbraucher 13, 15, in einem Fehlerfall abgesichert werden und die Ausbreitung eines Kurzschlusses durch das Leitungssystem 7 kann verhindert werden.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt dabei darin, dass eine Absicherung über die Sicherungen 14.1 bis 14.2, insbesondere über die Schmelzsicherungen 14.1 bis 14.2 nicht mehr erforderlich ist. Die Überdimensionierung der Leitungen 7.1, 7.2, auf Grund der Toleranz und der Trägheit der Schmelzsicherungen 14.1, 14.2, kann somit ebenfalls verhindert werden.
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Die Abschaltzeit der Leitungen 7.1, 7.2 kann erfindungsgemäß optimal auf die max. erlaubte Verlustleistung in der jeweiligen Leitung 7.1, 7.2 (Strom über Zeit) und/oder auf die erlaubte Anzahl an Temperaturzyklen (Temperatur über Zeit) angepasst werden.
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Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist dabei die Erkennung einer Überlastung einer Leitung 7.1, 7.2 mittels der schon vorhandenen Mittel und bereits vorhandener Daten des Bordnetzsystems.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können dabei folgende Messdaten von der Elektronikeinheit 8 über das vorhandene Bus-System 11 mittels der Kommunikationsschnittstelle 10 empfangen und ausgewertet werden:
- – lokale Spannung 9.1, 9.2 der verschiedenen Verbraucher 13, 15,
- – aktueller Bordnetz-Zustand des Fahrzeuges: aktive Kommunikationsbusse, aktive Steuergeräte, aktive Lasten,
- – optional aktueller Stromfluss aus bzw. in die Batterie 3 über einen entsprechenden Sensor an der Batterie 3 und/oder in der Vorsicherungsdose 4 und/oder in der Steuereinheit 8,
- – optional Summenströme der verschiedenen Verbraucher 13, 15.
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Mit Hilfe dieser gemessenen lokalen Spannungen 9.1, 9.2, vorzugsweise mit einem Zeitstempel, und der in der Elektronikeinheit 8 gemessenen Spannung 9 kann ein Spannungsabfall über die jeweilige Leitung 7.1, 7.2 zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt werden. Mit Hilfe des Lastzustands des Bordnetzsystems 100 kann auch der Strom über die jeweilige Leitung 7.1, 7.2 zu diesem Zeitpunkt bestimmt werden. Da die spezifischen Eigenschaften der Leitung 7.1, 7.2 der Elektronikeinheit 8 bekannt sind, kann die Elektronikeinheit 8 die Verlustleistung der Leitung 7.1, 7.2 und damit die Erwärmung und die Temperatur der Leitung 7.1, 7.2 ermitteln. Wird erfindungsgemäß eine bestimmte Temperatur der Leitung 7.1, 7.2 überschritten, so kann diese Leitung 7.1, 7.2 vom Bordnetzsystem 100 getrennt werden.
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Die erfindungsgemäße Ermittlung der Verlustleistung (Spannungsabfall zwischen der Batterie 3 und dem Verbraucher 13, 15) kann außerdem über einen bestimmten Zeitraum, bspw. über einen bestimmten Arbeitszyklus des Verbrauchers 13, 15 bzw. über einen bestimmten Temperaturzyklus der Leitung 7.1, 7.2 aufgezeichnet werden. Dadurch kann eine Kennlinie für die Verlustleistung in der Leitung 7.1, 7.2 in Abhängigkeit von der Zeit über diesen bestimmten Zeitraum ermittelt werden. Somit kann bestimmt werden, welchen typischen Belastungen die Leitung 7.1, 7.2 in einem Normalbetrieb des Verbrauchers 13, 15 ausgesetzt ist. Mit Hilfe von diesen Informationen kann erfindungsgemäß ermittelt werden, welchen Querschnitt die Leitung 7.1, 7.2 optimal aufweisen muss und/oder aus welchem geeigneten Material die Leitung 7.1, 7.2 ausgebildet sein muss, um den ermittelten Leistungsbelastungen (Strom und/oder Temperatur) in der Leitung 7.1, 7.2 und für wie lange standzuhalten.
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Zum anderen kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet werden, welche maximale Belastung (wie viel Strom und/oder welche Temperatur für welche Zeit) die Leitung 7.1, 7.2 aushalten kann. Wenn die Leitung 7.1, 7.2 jedoch über der maximalen Belastung betrieben wird, kann die Leitung 7.1, 7.2 durchbrennen und/oder ein Kurzschluss kann durch die Leitung 7.1, 7.2 verbreitet werden. Erfindungsgemäß kann ein solcher Fehlerfall rechtzeitig erkannt werden, wenn ein zu hoher Spannungsabfall festgestellt wird. Unverzüglich können dabei die Sicherungsmaßnahmen eingeleitet werden, indem die Leitung 7.1, 7.2 durch Halbleiter und/oder Relais 5 von der Spannungsversorgung abgeschaltet wird. Vorteilhafterweise können die Sicherungsmaßnahmen ohne die aufwendigen Schmelzsicherungen 14.1, 14.2 getroffen werden.
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Erfindungsgemäß kann mit Hilfe des Verfahrens ebenfalls bestimmt werden, für wie lange die Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden müssen bzw. für wie lange die Leitung 7.1, 7.2 getrennt werden muss, bis die Leitung 7.1, 7.2 nach einem Fehlerfall und/oder nach einer zulässigen Anzahl an Temperaturzyklen der Leitung 7.1, 7.2 und/oder nach einer zulässigen Anzahl an Arbeitszyklen des Verbrauchers 13, 15 ausreichend abgekühlt ist, oder ob und wann die Leitung 7.1, 7.2 gar ausgetauscht werden muss.
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Die voranstehende Beschreibung der Figur beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Positiver Pol am Versorgungselement
- 2
- GND-Leitung vom Versorgungselement
- 3
- Versorgungselement / Batterie
- 4
- Vorsicherungsdose / Trennvorrichtung
- 5
- Relais-Schalter
- 6
- GND-Vorsicherungsdose
- 6.1
- GND-elektronische Steuereinheit 1
- 6.2
- GND-elektronische Steuereinheit 2
- 6.3
- GND-Verbraucher
- 7
- Leitungssystem
- 7.1
- Abgesicherter Ausgang Vorsicherungsdose mit Relais-Schaltfunktion / Spannungsversorgung, elektronische Steuereinheit 1
- 7.2
- Abgesicherter Ausgang Vorsicherungsdose ohne Relais-Schaltfunktion / Spannungsversorgung, elektronische Steuereinheit 2
- 8
- Elektronikeinheit Vorsicherungsdose
- 8.1
- Elektronikeinheit 1. Verbraucher
- 8.2
- Elektronikeinheit 2. Verbraucher
- 9
- Eingang Spannungsversorgung Elektronikeinheit Vorsicherungsdose
- 9.1
- Eingang Spannungsversorgung Elektronikeinheit 1. Verbraucher mit Spannungsmesseinrichtung
- 9.2
- Eingang Spannungsversorgung Elektronikeinheit 2. Verbraucher mit Spannungsmesseinrichtung
- 10
- Kommunikationsinterface Vorsicherungsdose
- 10.1
- Kommunikationsinterface Elektronikeinheit 1. Verbraucher
- 10.2
- Kommunikationsinterface Elektronikeinheit 2. Verbraucher
- 11
- Bus System (CAN / LIN)
- 13
- Elektronische Steuereinheit
- 14.1
- Sicherung für die Elektronikeinheit 1. Verbraucher
- 14.2
- Sicherung für die Elektronikeinheit 2. Verbraucher
- 15
- Verbraucher / Glühlampe
- 100
- Bordnetzsystem
