DE102016009966A1

DE102016009966A1 - Method for operating a high-voltage network in a motor vehicle

Info

Publication number: DE102016009966A1
Application number: DE102016009966.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Konrad; Martin Schäffler; Thomas Glau
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-06-11
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Es soll ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltnetzes (10), insbesondere in einem Kraftwagen, aufgezeigt werden, bei welchem beginnende Kurzschlüsse bereits frühzeitig und sicher erkannt werden. Daher betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltnetzes (10) in einem Kraftwagen, der eine Mehrzahl an elektrischen Komponenten (12, 13, 14, 16, 18) aufweist, durch – Erfassen je einer elektrischen Stromstärke in und aus jeder der elektrischen Komponenten (12, 13, 14, 16, 18), – Bilden eines Summenstroms (30) durch vorzeichenrichtiges Aufsummieren der erfassten elektrischen Stromstärken, gekennzeichnet durch, – Ermitteln eines dynamischen ersten Schwellwerts (32) und eines dynamischen zweiten Schwellwerts (34) für eine Summe der Summenströme (yn) mittels eines Sequentiellen-Wahrscheinlichkeitsverhältnis-Tests (44), – Erzeugen eines ersten vorgegebenen Signals, wenn die Summe der Summenströme (yn) den ersten Schwellwert (32) überschreitet, und – Erzeugen eines zweiten vorgegebenen Signals, wenn die Summe der Summenströme (yn) den zweiten Schwellwert (34) unterschreitet.A method for operating a high-voltage network (10), in particular in a motor vehicle, is to be shown, in which incipient short-circuits are already detected early and reliably. Therefore, the invention relates to a method of operating a high voltage network (10) in a motor vehicle having a plurality of electrical components (12, 13, 14, 16, 18) by detecting each of an electric current in and out of each of the electrical components (12, 13, 14, 16, 18), - forming a summation current (30) by correct summation of the detected electric currents, characterized by, - determining a dynamic first threshold (32) and a dynamic second threshold (34) for a sum the sum currents (yn) by means of a sequential probability ratio test (44), generating a first predetermined signal when the sum of the sum currents (yn) exceeds the first threshold value (32), and generating a second predetermined signal when the sum the sum currents (yn) falls below the second threshold value (34).

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eins Hochvoltnetzes in einem Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to methods for operating a high-voltage network in a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Derartige Hochvoltnetze für ein Kraftfahrzeug sind bereits aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Die DE 10 2013 021 256 A1 beschreibt ein Hochvoltnetz für ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie, einen Umrichter zum Wandeln einer mit der Hochvolt-Batterie bereitgestellten elektrischen Spannung, einer elektrischen Verbindungsleitung zum elektrischen Verbinden der Hochvolt-Batterie mit dem Umrichter und einer Steuereinrichtung zum Erfassen einer elektrischen Stromstärke, die durch die elektrische Verbindungsleitung fließt, und zum Trennen der elektrischen Verbindungsleitung, falls die Stromstärke zumindest einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Die Steuereinrichtung erfasst die elektrische Stromstärke in einem Bereich oberhalb einer maximal zulässigen Stromstärke (I_max) für die elektrische Verbindungsleitung und unterhalb einer Auslöseschwelle einer Hochvolt-Sicherung der Hochvolt-Batterie und trennt die elektrische Verbindungsleitung, falls die elektrische Stromstärke einen Schwellwert (I_Schw) in diesem Bereich überschreitet.Such high-voltage networks for a motor vehicle are already well known from the prior art. The DE 10 2013 021 256 A1 describes a high-voltage network for a motor vehicle with a high-voltage battery, a converter for converting an electrical voltage provided with the high-voltage battery, an electrical connection line for electrically connecting the high-voltage battery to the inverter and a control device for detecting an electric current through the electrical connection line flows, and for disconnecting the electrical connection line, if the current exceeds at least a predetermined threshold. The control device detects the electrical current strength in a range above a maximum permissible current intensity (I _max ) for the electrical connection line and below a triggering threshold of a high-voltage fuse of the high-voltage battery and disconnects the electrical connection line if the electrical current intensity exceeds a threshold value (I _Schw ). exceeds in this area.

Des Weiteren offenbart die WO 2015/036007 A1 ein Differentialschutzverfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler hinsichtlich einer Primärkomponente eines elektrischen Versorgungsnetzes angibt, bei dem mittels Messeinrichtungen an mindestens zwei unterschiedlichen Messstellen der Primärkomponente des elektrischen Energieversorgungsnetzes jeweils Strommesswerte erfasst werden, die Strommesswerte an die Differentialschutzeinrichtung übermittelt werden, die mit zueinander gehörenden Strommesswerten aller Messeinrichtungen durch vorzeichenrichtige Addition einen Differenzstromwert bildet und mittels der Differentialschutzeinrichtung das Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Differenzstromwert einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.Furthermore, the WO 2015/036007 A1 a differential protection method for generating an error signal indicating an error with respect to a primary component of an electrical supply network, in which current readings are detected by measuring devices at at least two different measuring points of the primary component of the electrical power supply network, the current measured values are transmitted to the differential protection device, with associated current measurement values all measuring devices by sign-correct addition forms a differential current value and the error signal is generated by means of the differential protection device, when the difference current value exceeds a predetermined threshold.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltnetzes in einem Kraftwagen der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass beginnende Kurzschlüsse besonders frühzeitig und sicher erkannt werden können.Object of the present invention is to develop a method for operating a high-voltage network in a motor vehicle of the type mentioned in such a way that incipient short circuits can be detected particularly early and secure.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltnetzes der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein Kurzschluss frühzeitig und sicher erkannt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein dynamischer erster Schwellwert und ein dynamischer zweiter Schwellwert für eine Summe eines Summenstroms mittels eines Sequentiellen-Wahrscheinlichkeitsverhältnis-Tests ermittelt wird. Wenn die Summe der Summenströme den ersten Schwellwert überschreitet, wird ein erstes vorgegebenes Signal erzeugt. Wenn Summe der Summenströme den zweiten Schwellwert unterschreitet, wird ein zweites vorgegebenes Signal erzeugt. Mittels des Sequentiellen-Wahrscheinlichkeitsverhältnis-Tests (Sequential Probability Ratio Test) oder auch SPRT-Verfahren genannt, kann ein Integral der Stromsumme bewertet werden. Es handelt sich hierbei um eine spezielle Form einer statistischen Bewertung von Daten mit dem Anspruch, möglichst früh zu einer Entscheidung zu kommen, ob eine Hypothese (zum Beispiel erster dynamischer Schwellwert) wahr ist oder nicht. Dazu wird nach jedem Schritt eine Fehlerhypothese dahingehend bewertet, ob eine Entscheidung schon gefällt werden kann. Mittels dieses Verfahrens können kleine Fehler im Hochvoltnetz zu einem frühen Zeitpunkt erkannt werden, wodurch Folgefehler in dem Hochvoltnetz reduziert werden können.In order to develop a method for operating a high-voltage network specified in the preamble of claim 1 type such that a short circuit can be detected early and safe, it is provided according to the invention that a dynamic first threshold and a dynamic second threshold for a sum of a total current by means of a Sequential probability ratio tests is determined. When the sum of the sum currents exceeds the first threshold, a first predetermined signal is generated. If the sum of the summation currents falls below the second threshold value, a second predetermined signal is generated. By means of the Sequential Probability Ratio Test or SPRT method, an integral of the current sum can be evaluated. This is a special form of statistical evaluation of data that seeks to come to a decision as early as possible on whether a hypothesis (for example, the first dynamic threshold) is true or not. For this purpose, after each step, an error hypothesis is evaluated as to whether a decision can already be made. By means of this method, small errors in the high-voltage network can be detected at an early point in time, whereby subsequent errors in the high-voltage network can be reduced.

In einem idealen Hochvoltnetz ist die Summe aller Ströme gleich Null. In dem Hochvoltnetz können einzelne Ströme dezentral erfasst werden und die Summe der Ströme können daher erst in einem zentralen Steuergerät berechnet werden. Bedingt durch Messungenauigkeiten bzw. unterschiedlichen Filterungen der einzelnen Stromsensorwerte und Verzögerungen bei der Datenübertragung zum Steuergerät, in dem die Ströme bewertet werden, können die Werte besonders bei steilen Flanken kurzzeitig stark von Null abweichen. Zum Berechnen der Summenströme wird auf die Kirchhoffsche Knotenregel zurückgegriffen. Beim Vorzeichen der einzelnen Ströme ist darauf zu achten, ob die Komponente sich an die allgemeine Richtlinie hält (positiver Wert: Strom in die Komponente; negativer Wert: Strom aus der Komponente).In an ideal high-voltage network, the sum of all currents is zero. In the high-voltage network, individual currents can be detected decentrally and the sum of the currents can therefore only be calculated in a central control unit. Due to measurement inaccuracies or different filtering of the individual current sensor values and delays in the data transmission to the control unit, in which the currents are evaluated, the values can deviate from zero for a short time, especially on steep flanks. The Kirchhoff node rule is used to calculate the summation streams. The sign of the individual currents must be taken into account as to whether the component complies with the general guideline (positive value: current in the component, negative value: current from the component).

Beim SPRT-Verfahren handelt es sich um eine spezielle Form einer statistischen Bewertung von Daten. Das Ziel dieser Bewertung ist eine Entscheidung, ob eine zu definierende Hypothese (Schwellwerte) wahr ist. Im Gegensatz zu klassischen Methoden mit festgelegtem Stichprobenumfang wird beim SPRT-Verfahren nach jeder Stichprobe, unter Einbeziehung aller bisher beobachteten Daten, untersucht, ob bereits eine Entscheidung für oder wider die Hypothese getroffen werden kann. Solange keine Entscheidung getroffen werden kann, wird die Beobachtung fortgesetzt. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass bei großen Fehlern sehr schnell eine Aussage getroffen und damit der Stichprobenumfang reduziert werden kann.The SPRT method is a special form of statistical evaluation of data. The goal of this assessment is to decide if a hypothesis (thresholds) to be defined is true. In contrast to classical methods with a fixed sample size, the SPRT procedure after each sample, taking into account all previously observed data, examines whether a decision for or against the hypothesis can already be made. As long as no decision can be made, the observation is continued. The advantage of this procedure is that, in the case of large errors, a statement can be made very quickly and thus the sample size can be reduced.

Bei dem Verfahren wird die Differenz aus jeweils zwei, aus einem Paar zusammengefassten Werten, gebildet. Diese Differenz stellt den „Messwert” für das SPRT-Verfahren dar. Zur Bewertung der Stichproben wird eine Gleichverteilung der beobachteten Werte vorausgesetzt. Des Weiteren werden zwei Hypothesen aufgestellt. Eine Hypothese ist die Nullhypothese (dynamischer zweiter Schwellwert) die andere ist die Alternativhypothese (dynamischer erster Schwellwert). In unserem Fall ist die Nullhypothese „Messwert und Sollwert weichen nicht signifikant voneinander ab”. Die Alternativhypothese „Messwert und Sollwert weichen signifikant voneinander ab”. Es wird eine Entscheidung zugunsten einer der beiden Hypothesen – fehlerfreies System oder fehlerbehaftetes System – fallen. Der Schwellwert für das Erfüllen einer Hypothese wird durch das Festlegen der Standardabweichung bestimmt. Durch das Festlegen von Irrtumswahrscheinlichkeiten wird dem Verfahren zusätzliche Robustheit verliehen. Die Irrtumswahrscheinlichkeiten sagen aus, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Verfahren eine falsche Entscheidung fällt. Zunächst wird die Summe der Summenströme y_n berechnet. Die Erfüllung der Hypothesen wird überprüft, in dem y_n mit den Grenzwerten (Schwellwerten) L0 (dynamischer zweiter Schwellwert) und L1 (dynamischer erster Schwellwert) vergleichen wird. Ist y_n < L0 ist die Nullhypothese erfüllt. Ist y_n > L1 ist die Alternativhypothese erfüllt. Alternativ kann sich y_n auch zwischen L0 und L1 befinden, hierbei kann noch keine Entscheidung getroffen werden. Die Schwellwerte L0 und L1 werden daher mit den Formeln: L0 = a₀ + b × n L1 = a₁ + b × n berechnet. In the method, the difference is formed from two values combined from a pair. This difference represents the "measured value" for the SPRT method. For the evaluation of the samples, an equal distribution of the observed values is assumed. Furthermore, two hypotheses are put forward. One hypothesis is the null hypothesis (dynamic second threshold), the other is the alternative hypothesis (dynamic first threshold). In our case, the null hypothesis "measured value and setpoint are not significantly different". The alternative hypothesis "measured value and setpoint differ significantly from each other". There will be a decision in favor of one of the two hypotheses - error-free system or faulty system. The threshold for meeting a hypothesis is determined by setting the standard deviation. By setting erroneous probabilities, the method is given extra robustness. The error probabilities indicate with what probability the procedure makes a wrong decision. First, the sum of the sum currents y _{n is} calculated. The satisfaction of the hypotheses is tested by comparing y _n with the limits (thresholds) L0 (dynamic second threshold) and L1 (dynamic first threshold). If y _n <L0, the null hypothesis is fulfilled. If y _n > L1, the alternative hypothesis is fulfilled. Alternatively, y _{n can} also be between L0 and L1, in this case no decision can yet be made. The threshold values L0 and L1 are therefore given the formulas: L0 = a ₀ + b × n L1 = a ₁ + b × n calculated.

Über a₀ und a₁ werden die Startwerte der Grenzen definiert. Die Steigung der Grenzwerte wird über b bestimmt. Die Werte werden wie folgt berechnet:

The start values of the limits are defined via a ₀ and a ₁ . The slope of the limits is determined by b. The values are calculated as follows:

In einer Normalverteilung ist μ der Mittelwert der Normalverteilung, die aus den Abweichungen von Soll- zu Ist-Werten gebildet wird. Die Standardabweichung wird als σ bezeichnet. In Abhängigkeit von σ ergibt sich das Intervall der Abweichung vom Mittelwert. Der in diesem Intervall repräsentierte Anteil aller Messwerte wird unter der Kurve prozentual genannt. Im Fehlerfall kommt es zu einer Verschiebung des Mittelwertes, was zu einer Abweichung der summierten Mittelwerte (= y_n) von der Null führt. μ₀ ist der Mittelwert des fehlerfreien Systems. Der Mittelwert im fehlerhaften System wird mit μ₁ bezeichnet und entspricht dem Wert μ addiert mit einem Abweichungswert x. Die Werte für α und β geben die Wahrscheinlichkeiten an, für die das SPRT-Verfahren eine Hypothese als wahr erachtet, obwohl diese nicht zutreffend ist. Sie dienen der Robustheit des Verfahrens und werden auch als Irrtumswahrscheinlichkeiten bezeichnet.In a normal distribution μ is the mean value of the normal distribution, which is formed from the deviations from nominal to actual values. The standard deviation is called σ. Depending on σ, the interval of the deviation from the mean results. The proportion of all measured values represented in this interval is called percentage under the curve. In the event of an error, the mean value is shifted, which leads to a deviation of the summed average values (= y _n ) from zero. μ ₀ is the mean value of the error-free system. The mean value in the faulty system is denoted by μ ₁ and corresponds to the value μ added with a deviation value x. The values for α and β indicate the probabilities for which the SPRT method considers a hypothesis true, although this is not true. They serve the robustness of the method and are also referred to as fallacy probabilities.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Verfahrens wird ein drittes vorgegebenes Signal erzeugt, wenn die Summe der Summenströme den ersten Schwellwert nicht überschreitet und den zweiten Schwellwert nicht unterschreitet. Bei dem dritten vorgegebenen Signal handelt es sich insbesondere um ein Signal, dass noch keine Entscheidung getroffen werden kann. Dies bedeutet die Summe der Summenströme y_n befinden sich zwischen den Schwellwerten L0 und L1. Somit kann noch keine Entscheidung getroffen werden und das System wird mittels des Verfahrens weiter beobachtet, um eine Entscheidung treffen zu können.In an advantageous embodiment of the method, a third predetermined signal is generated if the sum of the summation currents does not exceed the first threshold value and does not fall below the second threshold value. The third predetermined signal is in particular a signal that no decision can yet be made. This means the sum of the summation currents y _n are between the threshold values L0 and L1. Thus, no decision can yet be made and the system is further monitored by the method to make a decision.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform werden der erste und zweite Schwellwert derart ermittelt, dass das erste Signal und/oder das zweite Signal unterhalb einer Auslöseschwelle einer vorgegebenen Hochvolt-Sicherung im Hochvoltnetz erzeugt werden. Die Hochvolt-Sicherung muss für die im fehlerfreien Fall maximal fließenden Ströme ausgelegt sein. Die Hochvolt-Sicherung schützt dabei insbesondere die Batterie gegen einen Kurzschluss und ist daher für relativ hohe Ströme ausgelegt. Somit kann vorteilhaft und sicher die Erkennung eines Fehlers bereits vor dem Auslösen der Sicherung realisiert werden.In a further advantageous embodiment, the first and second threshold values are determined such that the first signal and / or the second signal are generated below a triggering threshold of a predetermined high-voltage fuse in the high-voltage network. The high-voltage fuse must be designed for the maximum currents flowing in the fault-free case. The high-voltage fuse protects in particular the battery against a short circuit and is therefore designed for relatively high currents. Thus, advantageously and reliably, the recognition of a fault can be realized even before the fuse is triggered.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann ein Summenstromsignal, welches durch jeweilige Summenströme in Abhängigkeit eines Messintervalls gebildet wird, gefiltert werden. Mittels der Filterung im Messintervall ist es möglich, kurzzeitig auftretende Stromspitzen, zum Beispiel durch Jitter bei der Datenübertragung herauszufiltern, sodass es bei dem Summenstromsignal nicht zu einer Überschreitung des ersten dynamischen Schwellwertes kommen kann.According to a further advantageous embodiment, a summation current signal, which is formed by respective summation currents as a function of a measurement interval, can be filtered. By means of the filtering in the measuring interval, it is possible to filter out current spikes that occur for a short time, for example by jitter during the data transmission, so that the first dynamic threshold value can not be exceeded in the case of the total current signal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann nach Ablauf des Messintervalls das Summenstromsignal neu ermittelt werden. Bei einer (sehr) langen Messung, beziehungsweise Aufsummierung der Summenströme, kann die Summe der Summenströme einen sehr hohen Wert annehmen. Dies kann zu einer Unschärfe führen. Durch feste Intervalle, bei denen nach Ablauf des Messintervalls das Summenstromsignal neu ermittelt wird, können die hohen Werte der Summe der Summenströme (y_n) vermieden werden. Dies trägt zur Genauigkeit des Verfahrens bei.In a further advantageous embodiment, the summation current signal can be re-determined after the expiry of the measurement interval. For a (very) long measurement, or summation of the summation currents, the sum of the Summation currents assume a very high value. This can lead to a blur. By fixed intervals at which the summation current signal is newly determined after the expiry of the measurement interval, the high values of the sum of the total currents (y _n ) can be avoided. This contributes to the accuracy of the process.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform können vorgegebene erkennbare fehlerhafte elektrische Ströme von den elektrischen Komponenten unterdrückt und/oder zu null gesetzt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass fehlerhafte Werte, die zu einer Fehleinschätzung des Verfahrens führen können ausgeschlossen werden können.In a further advantageous embodiment, predetermined detectable faulty electrical currents can be suppressed by the electrical components and / or set to zero. Thus, it can be ensured that erroneous values that can lead to a misjudgment of the method can be excluded.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann durch das Überschreiten des ersten Schwellwertes und/oder das Unterschreiten des zweiten Schwellwertes innerhalb des Messintervalls eine Erfassung der elektrischen Ströme unterbunden werden bzw. kann eine Entscheidung bezüglich des Systems gefällt werden. Mittels dieser Ausgestaltungsform kann es bereits bei einem geringen Stichprobenumfang zu einer Entscheidung kommen, was zur Sicherheit des Hochvoltnetzes beitragen kann.According to a further advantageous embodiment, by exceeding the first threshold value and / or falling below the second threshold value within the measuring interval, a detection of the electrical currents can be prevented or a decision can be made with regard to the system. By means of this embodiment, even with a small sample size, a decision can be made, which can contribute to the safety of the high-voltage network.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird eine Diagnoseschärfe mittels einer Differenz zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert festgelegt. Die Differenz/der Abstand zwischen den beiden Schwellwerten (L0 und L1) sollte dabei nicht zu eng gewählt werden, da jede Schätzung auch Unsicherheiten beinhalten kann und die Diagnose kein falsches fehlerbehaftetes System melden darf. Es hat sich dabei als vorteilhafte erwiesen, die Irrtumswahrscheinlichkeit von 1 Prozent festzulegen. Dies bedeutet, die Möglichkeit, fälschlicherweise einen Fehler zu detektieren liegt bei maximal 1 Prozent (α = β = 0,01).According to a further advantageous embodiment, a diagnostic accuracy is determined by means of a difference between the first threshold value and the second threshold value. The difference / the distance between the two threshold values (L0 and L1) should not be too narrow, since every estimation can also contain uncertainties and the diagnosis must not report a wrong faulty system. It has proven to be advantageous to set the error probability of 1 percent. This means that the possibility of erroneously detecting an error is no more than 1 percent (α = β = 0.01).

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Darstellung eines Hochvoltnetzes; 1 a schematic representation of a high-voltage network;

2 zwei beispielhafte Diagramme mit elektrischen Strömen; und 2 two exemplary diagrams with electric currents; and

3 ein beispielhaftes Diagramm der Funktionsweise eines Sequentiellen-Wahrscheinlichkeitsverhältnis-Tests. 3 an exemplary diagram of the operation of a sequential probability ratio test.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines Hochvoltnetzes 10 in einem Kraftwagen, der hier nicht dargestellt ist. Das Hochvoltnetz 10 weist dabei eine Mehrzahl an elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 auf. Die elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 sind insbesondere über eine Verkabelung miteinander verbunden. Die elektrische Komponente 12 kann insbesondere eine Batterie sein, welche eine Hochvolt-Sicherung 22, sowie einen Schalter 23 aufweisen kann. Eine Steuerungseinrichtung 20 kann die elektrischen Stromstärken der elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 erfassen. Gemäß der Kirchhoffschen Knotengleichung müssen in dem Hochvoltnetz 10 die Summe aller Ströme, die an den elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 von der Steuerungseinrichtung 20 erfasst werden eine Summe von Null ergeben. Die Steuerungseinrichtung 20 erfasst dabei die Ströme dezentral wodurch das Steuergerät 20 Summenströme 30 berechnen muss. 1 shows a schematic representation of a high-voltage network 10 in a car, which is not shown here. The high voltage network 10 has a plurality of electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 on. The electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 are connected to each other in particular via a wiring. The electrical component 12 In particular, it may be a battery which is a high-voltage fuse 22 , as well as a switch 23 can have. A control device 20 can the electric currents of the electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 to capture. According to the Kirchhoff node equation must in the high-voltage network 10 the sum of all the currents connected to the electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 from the controller 20 to be detected will result in a sum of zero. The control device 20 detects the currents decentralized thereby the control unit 20 total currents 30 must calculate.

Bedingt durch Messungenauigkeiten, unterschiedliche Filterungen der einzelnen Stromsensorwerte und Verzögerungen bei der Datenübertragung zum Steuergerät 20, indem die Ströme bewertet/berechnet werden, können die Werte besonders bei steilen Flanken kurzzeitig stark von Null abweichen. Der Summenstrom 30 kann in der Steuerungseinrichtung 20 in ein Zeitraster, insbesondere in einem 20 Millisekunden Raster berechnet werden. Hierbei kann insbesondere durch Addition der Hochvolt-Ströme der 1 angeführten elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 der Summenstrom 30 berechnet werden. Beim Vorzeichen der einzelnen Ströme ist darauf zu achten, ob die elektrische Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 sich an die allgemeinen Richtlinien hält, dass ein Stromwert positiv wird, sobald Strom in die elektrische Komponente 12, 13, 14, 16, 18 fließt, oder einen negativen Wert annimmt, sobald Strom aus der elektrischen Komponente 12, 13, 14, 16, 18 fließt. Die Steuereinrichtung 20 ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, einen Sequentiellen-Wahrscheinlichkeitsverhältnis-Test (Sequential Probability Ratio Test oder auch SPRT-Verfahren genannt) 44 durchzuführen. Hierbei werden die einzelnen Ströme der elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 vorzeichenrichtig aufsummiert und es wird ein Summenstrom 30 gebildet. Mittels des Sequentiellen-Wahrscheinlichkeitsverhältnis-Test 44, wird ein dynamischer erster Schwellwert 32 und ein dynamischer zweiter Schwellwert 34 gebildet. Die Steuerungseinrichtung 20 kann dabei insbesondere ein erstes vorgegebenes Signal und ein zweites vorgegebenes Signal erzeugen. Die Hochvolt-Sicherung 22 ist dazu ausgelegt, bei sehr hohen Strömen, beispielsweise bei einem Kurzschluss der Batterie auszulösen. Mittels der Steuerungseinrichtung 20 können bereits kleinere Fehlerstrome frühzeitig erkannt werden, sodass die Wahrscheinlichkeit zu einer Zerstörung der einzelnen elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 weiter vermindert wird.Due to measurement inaccuracies, different filtering of the individual current sensor values and delays in the data transmission to the control unit 20 , in that the currents are evaluated / calculated, the values can deviate from zero for a short time, especially on steep flanks. The total current 30 can in the controller 20 be calculated in a time grid, in particular in a 20 millisecond grid. This can in particular by adding the high-voltage currents of 1 listed electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 the total current 30 be calculated. When the sign of the individual currents is to pay attention to whether the electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 Following the general guidelines, a current value becomes positive as soon as electricity enters the electrical component 12 . 13 . 14 . 16 . 18 flows, or takes a negative value as soon as electricity from the electrical component 12 . 13 . 14 . 16 . 18 flows. The control device 20 is in particular designed to perform a Sequential Probability Ratio Test (also called the SPRT method) 44 perform. Here, the individual currents of the electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 sums up with the correct sign and it becomes a summation current 30 educated. Using the Sequential Probability Ratio Test 44 , becomes a dynamic first threshold 32 and a dynamic second threshold 34 educated. The control device 20 can generate in particular a first predetermined signal and a second predetermined signal. The high-voltage fuse 22 is designed to trip at very high currents, such as a short circuit of the battery. By means of the control device 20 already smaller error currents can be detected early, so that the probability of destruction of the individual electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 is further reduced.

2 zeigt beispielhaft zwei Diagramme bei denen im oberen Diagramm drei einzelne Ströme der elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 aufgezeichnet sind. Auf der Ordinate ist die Stromstärke angetragen und auf der Abszisse die Anzahl von Messpunkten. Es wird dabei der Verlauf eines ersten Stromes 24, eines zweiten Stromes 26 und eines dritten Stromes 28 gezeigt. Der Verlauf der unterschiedlichen Ströme 24, 26, 28 ist dabei unterschiedlich, da beispielsweise durch Schaltflanken unterschiedliche Ströme generierte werden können bzw. der Verbrauch der einzelnen elektrischen Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 unterschiedlich sein kann. In der Summe sollte der Summenstrom 30 einen Wert von 0 annehmen. In dem zweiten Diagramm ist die Stromsumme 30 abgebildet, welche sich aus der Addition der Ströme 24, 26, 28 ergibt. 2 shows by way of example two diagrams in which in the upper diagram three individual currents of the electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 are recorded. The current is plotted on the ordinate and the number of measuring points on the abscissa. It becomes the course of a first stream 24 , a second stream 26 and a third stream 28 shown. The course of the different streams 24 . 26 . 28 is different, since different currents can be generated for example by switching edges or the consumption of the individual electrical components 12 . 13 . 14 . 16 . 18 can be different. In sum, the total current should be 30 assume a value of 0. In the second diagram is the current sum 30 shown, which results from the addition of the currents 24 . 26 . 28 results.

Hierbei ist deutlich zu sehen, dass die Summe der drei Einzelströme teilweise von Null abweicht.It can clearly be seen that the sum of the three individual currents deviates in part from zero.

3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm der Funktionsweise des SPRT-Verfahrens 44. Auf der Ordinate sind hierbei Ströme aufgetragen und auf der Abszisse die Anzahl von Messpunkten. Bei dem SPRT-Verfahren 44 handelt es sich um eine spezielle Form einer statistischen Bewertung von Daten. Das Ziel dieser Bewertung ist eine Entscheidung, ob eine zu definierende Hypothese wahr ist. Im Gegensatz zu klassischen Methoden mit festgelegtem Stichprobenumfang wird beim SPRT-Verfahren 44 nach jeder Stichprobe, unter Einbeziehung aller bisher beobachteten Daten, untersucht, ob bereits eine Entscheidung für oder wider die Hypothese getroffen werden kann. Solange keine Entscheidung getroffen werden kann, wird die Beobachtung fortgesetzt. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass bei großen Fehlern sehr schnell eine Aussage getroffen und damit der Stichprobenumfang reduziert werden kann. 3 shows an exemplary diagram of the operation of the SPRT method 44 , Currents are plotted on the ordinate and the number of measuring points on the abscissa. In the SPRT process 44 it is a special form of statistical evaluation of data. The goal of this assessment is to decide if a hypothesis to be defined is true. In contrast to classical methods with a fixed sample size, the SPRT method is used 44 After each sample, taking into account all previously observed data, it examines whether a decision for or against the hypothesis can already be made. As long as no decision can be made, the observation is continued. The advantage of this procedure is that, in the case of large errors, a statement can be made very quickly and thus the sample size can be reduced.

Es wird die Differenz aus jeweils zwei, zu einem Paar zusammengefassten Werten, gebildet. Diese Differenz stellt den „Messwert” für das SPRT-Verfahren 44 dar. Zur Bewertung der Stichproben wird eine Gleichverteilung der beobachteten Werte vorausgesetzt. Des Weiteren werden zwei Hypothesen (Schwellwerte 32, 34) aufgestellt. Eine Hypothese ist die Nullhypothese (zweiter Schwellwert 34), die andere die Alternativhypothese (erster Schwellwert 32).The difference is made up of two values combined into a pair. This difference represents the "reading" for the SPRT method 44 For the evaluation of the samples an equal distribution of the observed values is assumed. Furthermore, two hypotheses (thresholds 32 . 34 ). One hypothesis is the null hypothesis (second threshold 34 ), the other the alternative hypothesis (first threshold 32 ).

In dem in 3 gezeigten Fall ist die Nullhypothese (zweiter Schwellwert 34) „Messwert und Sollwert weichen nicht signifikant voneinander ab”. Die Alternativhypothese (erster Schwellwert 32) „Messwert und Sollwert weichen signifikant voneinander ab”. Es wird eine Entscheidung zugunsten einer der beiden Hypothesen – fehlerfreies System (zweiter Schwellwert 34) oder Leckagesystem (erster Schwellwert 32) – fallen. Der Schwellwert 32, 34 wird durch Festlegen der Standardabweichung bestimmt. Durch das Festlegen von weiteren Irrtumswahrscheinlichkeiten wird dem Verfahren zusätzliche Robustheit verliehen. Die Irrtumswahrscheinlichkeiten sagen aus, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Verfahren eine falsche Entscheidung fällt.In the in 3 the case shown is the null hypothesis (second threshold 34 ) "Measured value and setpoint do not differ significantly". The alternative hypothesis (first threshold 32 ) "Measured value and setpoint differ significantly". It becomes a decision in favor of one of the two hypotheses - error-free system (second threshold 34 ) or leakage system (first threshold 32 ) - fall. The threshold 32 . 34 is determined by setting the standard deviation. By setting further error probabilities, the method is given additional robustness. The error probabilities indicate with what probability the procedure makes a wrong decision.

Bei dem Verfahren wird die Summe der Summenströme (y_n) berechnet. Die Erfüllung einer der Hypothesen wird überprüft, indem die Summe der Summenströme (y_n) mit den Schwellwerten 32, 34 verglichen wird. Sollte die Summe der Summenströme (y_n) kleiner als der untere Schwellwert 34 sein, so ist die Nullhypothese erfüllt. Sollte die Summe der Summenströme (y_n) größer als der erste Schwellwert 32 sein, ist die Alternativhypothese erfüllt. Sollte die Summe der Sollströme (y_n) größer als der zweite Schwellwert 34 und kleiner als der erste Schwellwert 32 sein, so kann noch keine Entscheidung getroffen werden, ob das System fehlerhaft sein kann oder nicht. Liegt also kein Stromfehler vor, wird die Summe der Sollströme (y_n) kleiner als der zweite Schwellwert 34 sein. Im Fall eines Stromfehlers liegt ein erhöhter Mittelwert vor und damit steigt auch der Wert der Summe der Sollströme (y_n) an. Überschreitet dieser den ersten Schwellwert 32 wird die Alternativhypothese, und damit ein Fehler erkannt. Zusätzlich kann eine zeitliche Grenze verwendet werden, nach welcher das System als fehlerfrei betrachtet wird, falls vorher keine Entscheidung durch das SPRT-Verfahren 44 vorliegt.In the method, the sum of the sum currents (y _n ) is calculated. The fulfillment of one of the hypotheses is checked by dividing the sum of the sum currents (y _n ) by the threshold values 32 . 34 is compared. Should the sum of the sum currents (y _n ) be less than the lower threshold value 34 be, then the null hypothesis is fulfilled. Should the sum of the sum currents (y _n ) be greater than the first threshold value 32 be, the alternative hypothesis is fulfilled. Should the sum of the nominal currents (y _n ) be greater than the second threshold value 34 and smaller than the first threshold 32 can not yet be decided whether the system can be faulty or not. So if there is no current error, the sum of the set currents (y _n ) is smaller than the second threshold 34 be. In the case of a current error, there is an increased mean value and thus the value of the sum of the setpoint currents (y _n ) also increases. If this exceeds the first threshold value 32 is the alternative hypothesis, and thus an error detected. In addition, a time limit can be used, after which the system is considered error-free, if not previously decided by the SPRT method 44 is present.

In 3 ist beispielsweise ein erster Graph 36 eingezeichnet, der ein fehlerbehaftetes System beschreiben kann. Die Summe der Summenströme (y_n) wächst dabei kontinuierlich an, bis der erste Graph 36 den ersten Schwellwert 32 am ersten Punkt 40 überschreitet. Hierbei kann beispielsweise ein erstes Signal von der Steuerungseinrichtung 20 erzeugt werden, welches insbesondere ein Fehlersignal darstellen kann. Bei dem Graph 38 kann es sich beispielsweise um ein fehlerfreies System handeln. Auch hier wird die Summe der Summenströme (y_n) aufaddiert. Der Graph 38 kann dabei an einem zweiten Punkt 42 den zweiten Schwellwert 34 unterschreiten, sodass die Hypothese aufgestellt werden kann, dass das System in Ordnung ist und damit fehlerfrei sein kann.In 3 is for example a first graph 36 which can describe a faulty system. The sum of the summation currents (y _n ) increases continuously until the first graph 36 the first threshold 32 at the first point 40 exceeds. In this case, for example, a first signal from the control device 20 can be generated, which in particular can represent an error signal. At the graph 38 For example, it could be a bug-free system. Here, too, the sum of the summation currents (y _n ) is added up. The graph 38 can do it at a second point 42 the second threshold 34 below, so that the hypothesis can be that the system is in order and thus can be faultless.

Dieses Diagnoseverfahren soll dabei insbesondere immer aktiv sein, solange das Hochvoltnetz 10 aktiv ist. Zustände, die definitiv zu falschen Diagnoseergebnissen führen, dürfen ausgeblendet werden, dies kann beispielsweise die Entladung eines DC-Zwischenkreises beim Abschalten sein, falls der Entladestrom nicht gemessen werden kann. Ausblendungen dürfen aber nicht dazu führen, dass die Diagnose ganz abgeschaltet wird. Die Diagnosedauer, das heißt die Zeit, die bis zur Diagnosestellung vergeht, kann abhängig vom vorliegenden Fahrbetrieb sein, nach einer definierten Anzahl von Messpunkten N kann jedoch insbesondere eine Diagnose erzwungen werden. Die Anzahl der Messpunkt sollte dabei so groß gewählt werden, dass sichergestellt sein kann, dass die Wahrscheinlichkeit ein fehlerbehaftetes System zu erkennen sehr hoch ist. Die Diagnosefunktion kann insbesondere alle 20 Millisekunden aufgerufen werden. Jedoch kann die Anzahl der Messpunkte nicht direkt auf die Zeit umgerechnet werden, da hier nur die „gültigen” Werte gezählt werden. Ein Fehler kann erkannt werden, wenn die integrierte Fehlerabweichung Diagnoseschwellen überschreitet.This diagnostic method should in particular always be active, as long as the high-voltage network 10 is active. States which definitely lead to incorrect diagnostic results may be masked out; this can be, for example, the discharge of a DC link when switching off, if the discharge current can not be measured. But fades must not cause the diagnosis to be switched off completely. The duration of the diagnosis, that is to say the time that elapses until the diagnosis is made, can be dependent on the present driving operation, but after a defined number of measuring points N, a diagnosis can be forced in particular. The number of measuring points should be chosen so large that it can be ensured that the probability of detecting a faulty system is very high. The diagnostic function can be called in particular every 20 milliseconds. However, the number of measuring points can not be converted directly to the time, since only the "valid" values are counted here. An error can be detected if the integrated error deviation exceeds diagnostic thresholds.

Das SPRT-Verfahren 44 beinhaltete implizit eine Entprellung, sodass keine weiteren Entprellmaßnahmen nachgestellt werden müssen. Kein Fehler liegt vor, wenn nach den insbesondere N Messpunkten die Diagnoseschwelle nicht überschritten wurde. Nach Ablauf der N Messpunkte, welche ein Messintervall darstellen können, kann der die Summe der Summenströme (y_n) neu ermittelt werden. Um eine weitere Genauigkeit der Summe der Summenströme (y_n) zu erlangen, kann die Summe der Summenströme (y_n) insbesondere weiter gefiltert werden, um Schaltflanken herauszufiltern.The SPRT procedure 44 implied a debouncing, so no further Entprellmaßnahmen must be adjusted. There is no error if the diagnostic threshold has not been exceeded after the N measurement points in particular. After expiry of the N measuring points, which can represent a measuring interval, the sum of the total currents (y _n ) can be newly determined. In order to obtain a further accuracy of the sum of the sum currents (y _n ), the sum of the sum currents (y _n ) can in particular be further filtered in order to filter out switching edges.

Der Abstand zwischen den beiden Schwellwerten 32, 34 ist ein Maß für eine Diagnoseschärfe. Er sollte nicht zu eng gewählt werden, da jede Schätzungen auch Unsicherheiten beinhaltet und die Diagnose keinen falschen fehlerfreien Zustand melden darf. Folgende Vorgabewerte haben sich als sinnvoll erwiesen. Sie definieren eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 1 Prozent. Das bedeutet: die Möglichkeit, fälschlicherweise einen Fehler zu detektieren liegt bei maximal 1 Prozent.The distance between the two thresholds 32 . 34 is a measure of diagnostic accuracy. It should not be too narrow, as any estimates include uncertainties and the diagnosis must not report a false good condition. The following default values have proven to be useful. They define an error probability of 1 percent. This means that the possibility of wrongly detecting an error is a maximum of 1 percent.

Alternativ können die Berechnung aus den Hüllkurven berechnet werden. Die Berechnung der SPRT-Parameter aus den Hüllkurven von einem fehlerfreien und nicht fehlerfreien Zustand ist ein alternatives Vorgehen, das leicht graphisch nachvollzogen werden kann. Gemäß 3 kann der erste Schwellwert 32 als Grenzkennlinie für die Fehlererkennung zwischen Fehler- und Fehlerfreikurve gelegt werden. Der berechnete Wert der Summe der Summenströme (y_n) ist das Integral des Summenstroms 30. Daher kann aus dem Wert des Summenstroms 30 die Steigung der Kurve bestimmt werden. Dazu werden der höchste Mittelwert der fehlerfreien Messung und der niedrigste aus den Fehlermessungen bestimmt. Bei dieser Methode kann alternativ statt der arithmetischen Mittel der Medianwert verwendet werden.Alternatively, the calculation can be calculated from the envelopes. The calculation of the SPRT parameters from the envelopes from a healthy and not healthy state is an alternative approach that can be easily graphically traced. According to 3 can be the first threshold 32 as limiting characteristic curve for error detection between error and error free curve. The calculated value of the sum of the sum currents (y _n ) is the integral of the summation current 30 , Therefore, from the value of the summation current 30 the slope of the curve can be determined. For this purpose, the highest mean of the error-free measurement and the lowest of the error measurements are determined. In this method, instead of the arithmetic mean, the median value can alternatively be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: HochvoltnetzHigh-voltage network
1212: elektrische Komponenteelectrical component
1414: elektrische Komponenteelectrical component
1313: elektrische Komponenteelectrical component
1616: elektrische Komponenteelectrical component
1818: elektrische Komponenteelectrical component
2020: Steuerungseinrichtungcontrol device
2222: Hochvolt-SicherungHigh-voltage fuse
2323: Schalterswitch
2424: erster Stromfirst stream
2626: zweiter Stromsecond stream
2828: dritter Stromthird stream
3030: Summenstromtotal current
3232: erster Schwellwertfirst threshold
3434: zweiter Schwellwertsecond threshold
3636: erster Graphfirst graph
3838: zweiter Graphsecond graph
4040: erster Punktfirst point
4242: zweiter Punktsecond point
4444: Sequentieller Wahrscheinlichkeitsverhältnis-Test/SPRT-VerfahrenSequential probability ratio test / SPRT method
y_n y _n: Summe der SummenströmeSum of the summation currents

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013021256 A1 [0002]
WO 2015/036007 A1 [0003]

Claims

Method for operating a high-voltage network ( 10 ) in a motor vehicle having a plurality of electrical components ( 12 . 13 . 14 . 16 . 18 ) by detecting each of an electric current in and out of each of the electrical components ( 12 . 13 . 14 . 16 . 18 ), - forming a summation current ( 30 ) by correct summation of the detected electrical current strengths, characterized by - determining a dynamic first threshold value ( 32 ) and a dynamic second threshold ( 34 ) for a sum of the sum currents (y _n ) by means of a sequential likelihood ratio test ( 44 ), Generating a first predetermined signal if the sum of the summation currents (y _n ) is the first threshold value ( 32 ), and - generating a second predetermined signal if the sum of the summation currents (y _n ) exceeds the second threshold value ( 34 ) falls below.

Method according to Claim 1, characterized by generating a third predetermined signal if the sum of the summation currents (y _n ) is equal to the first threshold value ( 32 ) and the second threshold ( 34 ) does not fall below.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the first and second threshold values ( 32 . 34 ) are determined such that the first signal and / or the second signal below a trigger threshold of a predetermined high-voltage fuse ( 22 ) in the high-voltage network ( 10 ) be generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a summation current signal, which is formed by the respective sum of the summation currents (y _n ) as a function of a measuring interval, is filtered.

A method according to claim 4, characterized in that after the expiry of the measuring interval, the sum of the summation currents (y _n ) is newly determined.

A method according to any preceding claim, characterized in that predetermined detectable faulty electrical currents from the electrical components ( 12 . 13 . 14 . 16 . 18 ) and / or set to 0.

Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that after exceeding the first threshold value ( 32 ) and / or after falling below the second threshold ( 34 ) within the measuring interval, a detection of the electrical currents is prevented.

Method according to any preceding claim, characterized in that a diagnostic accuracy is determined by means of a difference between the first threshold value ( 32 ) and the second threshold ( 34 ).