DE102017200496A1

DE102017200496A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Durchführen einer Hochspannungs-Impedanzanalyse und Kurzschlussdiagnose für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017200496A1
Application number: DE102017200496.7A
Authority: DE
Inventors: Josep Jacas Miret; Marc Deumal Herraiz; Jordi Borras GARGALLO
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2037-01-14
Also published as: US20170322248A1; CN107340428A; US9977065B2; DE102017200496B4; CN107340428B

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Durchführen einer Hochspannungs-Kurzschlussdiagnose (HV-Kurzschlussdiagnose) und einer Impedanzanalyse für ein Fahrzeug geschaffen. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, eine erste Spannung, die einer Batterie zugeordnet ist, und einen ersten Strom, der auf der Basis eines HV-Leistungsnetzes variiert, während des Vorladebetriebs zu messen und die Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms durchzuführen. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, eine Differenz zwischen der ersten Spannung und einer Vorladespannung über einem eines Kondensators und des HV-Leistungsnetzes zu bestimmen und einen zweiten Strom auf der Basis zumindest der Differenz zu messen. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert ist, die Impedanzanalyse für das Fahrzeug auf der Basis des zweiten Stroms durchzuführen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Hier offenbarte Aspekte beziehen sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen einer Hochspannungs-Impedanzanalyse und Kurzschlussdiagnose für ein Fahrzeug, während es sich in einem Hochspannungsnetz-Vorlademodus (HV-Netz-Vorlademodus) befindet.
HINTERGRUND
Die US-Veröffentlichung Nr. 2013/0106437 (”die '437-Veröffentlichung”) offenbart eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen eines Isolationswiderstandes, einer Impedanz oder von anderen eine Isolation widerspiegelnden Bedingungen zwischen Fahrzeugsystemen. Die Überwachungseinrichtung kann beim Bewerten eines Isolationswiderstandes zwischen einem Hochspannungsleistungsnetz und einem Niederspannungsleistungsnetz nützlich sein. Die Überwachungseinrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Hinlänglichkeit des Isolationswiderstandes auf der Basis eines Frequenzgangs des Hochspannungsleistungsnetzes zu bewerten.
ZUSAMMENFASSUNG
In mindestens einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Durchführen einer Hochspannungs-Kurzschlussdiagnose (HV-Kurzschlussdiagnose) und einer Impedanzanalyse für ein Fahrzeug geschaffen. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die mit einem HV-Leistungsnetz in einem Fahrzeug betriebsfähig gekoppelt sein soll. Die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, irgendeine Anzahl von Schaltern während eines Vorladebetriebs zu aktivieren, um das HV-Leistungsnetz zu speisen und eine erste Spannung, die der Batterie zugeordnet ist, und einen ersten Strom, der auf der Basis des HV-Leistungsnetzes variiert, während des Vorladebetriebs zu messen. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, die Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms während des Vorladebetriebs durchzuführen. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, eine Differenz zwischen der ersten Spannung und einer Vorladespannung über einem eines Kondensators und des HV-Leistungsnetzes zu bestimmen und einen zweiten Strom auf der Basis zumindest der Differenz zu messen. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, die Impedanzanalyse für das Fahrzeug auf der Basis des zweiten Stroms durchzuführen.
In mindestens einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Durchführen einer Hochspannungs-Kurzschlussdiagnose (HV-Kurzschlussdiagnose) und einer Impedanzanalyse für ein Fahrzeug geschaffen. Das Verfahren umfasst das Aktivieren irgendeiner Anzahl von Schaltern während eines Vorladebetriebs, um das HV-Leistungsnetz zu speisen. Das Verfahren umfasst ferner das Messen einer ersten Spannung, die einer Batterie zugeordnet ist, und eines ersten Stroms, der auf der Basis des HV-Leistungsnetzes variiert, während des Vorladebetriebs und das Durchführen der Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten Spannung und einer Vorladespannung über einem eines Kondensators und des HV-Leistungsnetzes und das Messen eines zweiten Stroms auf der Basis zumindest der Differenz. Das Verfahren umfasst ferner das Durchführen der Impedanzanalyse für das Fahrzeug auf der Basis des zweiten Stroms.
In mindestens einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Durchführen einer Hochspannungs-Kurzschlussdiagnose (HV-Kurzschlussdiagnose) und einer Impedanzanalyse für ein Fahrzeug geschaffen. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, eine erste Spannung, die einer Batterie zugeordnet ist, und einen ersten Strom, der auf der Basis eines HV-Leistungsnetzes variiert, während des Vorladebetriebs zu messen und die Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms durchzuführen. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, eine Differenz zwischen der ersten Spannung und einer Vorladespannung über einem eines Kondensators und des HV-Leistungsnetzes zu bestimmen und einen zweiten Strom zu messen, der auf der Basis zumindest der Differenz variiert. Die Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, die Impedanzanalyse für das Fahrzeug auf der Basis des zweiten Stroms durchzuführen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in den beigefügten Ansprüchen mit Besonderheit aufgezeigt. Andere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen werden jedoch besser ersichtlich und werden am besten verstanden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Vorrichtung zum Durchführen einer Hochspannungs-Niederimpedanz-Analyse (KV-Niederimpedanz-Analyse) und einer Kurzschlussdiagnose gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ein Diagramm von verschiedenen Schwellenwertkurven für die Kurzschlussdiagnose gemäß einer Ausführungsform darstellt;
3A–3B jeweils ein Diagramm, das einem detektierten Fehler angesichts einer entsprechenden Schwellenwertkurve entspricht, während der Kurzschlussdiagnose gemäß einer Ausführungsform darstellen;
4 ein Diagramm von verschiedenen Stromschwellenwerten für die Niederimpedanzanalyse gemäß einer Ausführungsform darstellt;
5A–5B jeweils ein Diagramm, das einer Kein-Fehler-Bedingung bzw. einer Fehlerbedingung entspricht, während der Niederimpedanzanalyse gemäß einer Ausführungsform darstellen; und
6 ein Verfahren zum Durchführen der MV-Impedanzanalyse und der Kurzschlussdiagnose für das Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es soll jedoch selbstverständlich sein, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich für die Erfindung beispielhaft sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezielle Struktur- und Funktionsdetails nicht als begrenzend interpretiert werden, sondern lediglich als repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns auf dem Gebiet, die vorliegende Erfindung verschiedenartig einzusetzen.
Es wird erkannt, dass irgendeine Steuereinheit, wie hier offenbart, irgendeine Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, Speichereinrichtungen (z. B. FLASH, Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), elektrisch programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) und andere geeignete Varianten davon) und Software umfassen kann, die miteinander zusammenwirken, um (eine) hier offenbarte Operation(en) durchzuführen. Außerdem verwendet irgendeine Steuereinheit, wie offenbart, irgendeinen oder mehrere Mikroprozessoren, um ein Computerprogramm auszuführen, das in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium enthalten ist, das programmiert ist, um irgendeine Anzahl der Funktionen, wie offenbart, durchzuführen. Ferner umfasst irgendeine Steuereinheit, wie hier vorgesehen, ein Gehäuse und die verschiedene Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen und Speichereinrichtungen (z. B. FLASH, Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), elektrisch programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM)), die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Die Steuereinheit(en), wie offenbart, umfassen auch Eingänge und Ausgänge auf Hardwarebasis zum Empfangen bzw. Senden von Daten von und zu anderen Einrichtungen auf Hardwarebasis, wie hier erörtert.
Im Allgemeinen wird eine Hochspannungsbatterie (HV-Batterie) in dem Fahrzeug umgeschaltet, um sie mit einem HV-Fahrzeugleistungsnetz zu verbinden (z. B. verschiedenen Komponenten im Fahrzeug, die mit der HV-Batterie betriebsfähig gekoppelt sind), über eine HV-Vorladesequenz, direkt bevor das Fahrzeug in einen normalen Betriebsmodus eintritt. Die HV-Vorladesequenz entspricht einem Übergangszustand, in dem das HV-Fahrzeugleistungsnetz vorgeladen wird, um eine Spannung der HV-Batterie an einen begrenzten Strom vor dem Start des Fahrzeugs anzupassen. Wenn ein Defekt bei dem HV-Fahrzeugleistungsnetz besteht, kann ein solcher Defekt eine niedrige Impedanz oder einen Kurzschluss schaffen. Diese Fehlermodi können für Fahrgäste und für verschiedene Fahrzeugsysteme problematisch sein. Hier offenbarte Aspekte schaffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Analysieren oder Diagnostizieren der Fahrzeugleistungsnetzimpedanz während der Vorladesequenz und können die Batterie abtrennen, um eine Verletzung zu verhindern. Außerdem können eine robuste Detektion und Reaktion auf den Fehler auch die Gesamtlebensdauer der HV-Komponenten im Fahrzeug verlängern.
Im Allgemeinen ist es für eine Kurzschlussfehlerbedingung erwünscht, diesen Fehler schnell zu detektieren und darauf zu reagieren, da ein solcher Fehler einen Fahrzeugfahrgast verletzen oder verschiedene elektrische Fahrzeugsysteme und/oder die Fahrzeugelektronik beschädigen kann. Für eine Niederimpedanz-Fehlerbedingung ist es erwünscht, einen solchen Fehler robust zu detektieren. Obwohl die Konsequenzen eines solchen Fehlers einen Fahrzeugfahrgast nicht verletzen oder die Integrität der Fahrzeugsysteme gefährden können, ist in Anbetracht der Komplexität der Detektion eines Niederimpedanzfehlers die Vermeidung einer falschen Detektion der Niederimpedanz-Fehlerdetektion grundlegend.
1 stellt eine Vorrichtung 10 zum Durchführen der HV-Impedanzanalyse und der Kurzschlussdiagnose gemäß einer Ausführungsform dar. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Steuereinheit 12 und ein HV-Leistungsnetz 14. Die Steuereinheit 12 ist mit dem HV-Leistungsnetz 14 in einem Fahrzeug 16 elektrisch gekoppelt. Die Steuereinheit 12 ist programmiert, um eine Kurzschlussanalyse während eines HV-Vorladebetriebs zu schaffen. Die Steuereinheit 12 ist dazu konfiguriert, die Kurzschluss-Bedingungsdiagnose (oder Kurzschluss-Bedingungsanalyse) am HV-Leistungsnetz 14 durchzuführen, wenn das Fahrzeug 16 einem Vorladebetrieb unterzogen wird, der im Allgemeinen stattfindet, wenn das Fahrzeug 16 gestartet wird. Das Fahrzeug 16 umfasst eine Batterie 18, mehrere Schalter (oder Kontakte) 20a–20n und einen Vorladewiderstand 22.
Das HV-Leistungsnetz 14 umfasst einen Kondensator 24 und einen ersten Widerstand 26. Das HV-Leistungsnetz 14 stellt im Allgemeinen ein physikalisches Modell von Kapazitäts- und Widerstandswerten innerhalb des Fahrzeugs 12 dar. Während des HV-Vorladebetriebs ist der Schalter 20a offen und die Steuereinheit 12 steuert die Schalter 20b und 20n zum Schließen, wodurch ermöglicht wird, dass die Batterie 18 eine Spannung (z. B. V_batt) durch den Vorladewiderstand 22 liefert. Es wird erkannt, dass die Steuereinheit 12 irgendeine Anzahl der Schalter 20a–20n steuern kann, damit sie aktiviert und/oder deaktiviert werden, um den Vorladebetrieb zu initialisieren (und in diesen einzutreten) oder zu verlassen. Wenn das Fahrzeug 16 den Vorladebetrieb verlässt, tritt das Fahrzeug 16 in einen normalen Betriebsmodus ein, in dem die Batterie 18 direkt Leistung zum HV-Leistungsnetz 14 unter normalen Fahrbedingungen zuführt. Die Batterie 18 kann eine Spannung im Bereich von 150 V–450 V oder einem anderen geeigneten Spannungsbereich liefern. In Anbetracht dessen, dass die Batterie 18 einen großen Betrag an Spannung zum HV-Leistungsnetz 14 liefert, dient der Vorladebetrieb zum Minimieren des Betrags des Einschaltstroms, der durch das HV-Leistungsnetz 14 fließt, wenn es erwünscht ist, das HV-Leistungsnetz 14 anfänglich hochzufahren. Insbesondere dient der Vorladewiderstand 22 zum Begrenzen eines ansonsten hohen Einschaltstroms, der zum Kondensator 24 fließen kann. Ein hoher Einschaltstrom kann den Kondensator 24 und andere Elektronik (nicht dargestellt) im Fahrzeug 16 überlasten. Der Vorladewiderstand 22 ist dazu konfiguriert, den Betrag des Stroms zu verlangsamen, der in das HV-Leistungsnetz 14 über die Zeit während des Vorladebetriebs fließt. Über die Zeit speichert der Kondensator 24 langsam die Spannung von der Batterie 18 während des Vorladebetriebs. Sobald der Kondensator 24 vollständig aufgeladen ist, kann die Steuereinheit 12 dann den Schalter 20b öffnen, während der Schalter 20a geschlossen wird, um den Vorladebetrieb zu verlassen und in den normalen Betrieb einzutreten (d. h. die Batterie 18 liefert Leistung zum HV-Leistungsnetz 14 und das Fahrzeug 16 kann gefahren werden).
In einem Beispiel kann der Vorladewiderstand 22 einen Widerstandswert von 15 Ohm (+/–5%) aufweisen. Es wird erkannt, dass der Vorladewiderstand 22 irgendeine Anzahl von geeigneten Widerstandswerten aufweisen kann. Der Kondensator 24 kann eine Kapazität von 2 mF aufweisen. Wiederum wird erkannt, dass die Kapazität des Kondensators 24 auf der Basis der gewünschten Kriterien einer speziellen Implementierung variieren kann. Der erste Widerstand 26 entspricht im Allgemeinen einer Impedanz über dem HV-Leistungsnetz 14 oder stellt diese dar. Folglich kann ein Kurzschluss im Fall detektiert werden, dass der erste Widerstand 26 geringer als oder gleich 100 Ohm ist. Diese Bedingung entspricht im Allgemeinen der Tatsache, dass der Kondensator 24 oder irgendeine andere Komponente im HV-Leistungsnetz 14 (z. B. Sekundärkapazität, elektronische Schaltungen, Verdrahtung usw.) eine Kurzschlussbedingung aufweist. Wie vorstehend angegeben, kann es vorteilhaft sein, die Kurzschlussbedingung schnell während des Vorladebetriebs zu detektieren, um eine Verletzung zu verhindern. Es wird erkannt, dass eine Kurzschlussfehlerbedingung durch I_net (d. h. der Strom, der durch das HV-Leistungsnetz 14 fließt) als Funktion von V_batt (d. h. die durch die Batterie 18 gelieferte Spannung} gekennzeichnet sein kann.
2 stellt ein Diagramm 50 von verschiedenen Kurzschluss-Schwellenwertkurven 52 für die Kurzschlussdiagnose gemäß einer Ausführungsform dar. Unter der Annahme beispielsweise eines Szenarios des schlimmsten Falls, in dem der Vorladewiderstand 150 Ohm mit einer Toleranz von +5% ist und die Spannung am Kondensator (oder Vc) gleich 0 ist, kann eine Kurzschlussfehlerbedingung durch irgendeine der Kurzschluss-Schwellenwertkurven 52 gekennzeichnet sein, wie im Diagramm 50 dargestellt. Im Allgemeinen entspricht jede Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52 einem vorbestimmten Wert von I_net und einem vorbestimmten Wert von V_batt für einen entsprechenden Zeitwert (siehe Zeitwerte auf der x-Achse) des Diagramms 50. Der Zeitwert entspricht einem Moment in der Zeit, in dem die Steuereinheit 12 tatsächlich die Kurzschlussdiagnose ausführt. In einem Beispiel kann die Steuereinheit 12 die Kurzschlussanalyse alle 6 ms ausführen. Es wird erkannt, dass der Zeitwert (z. B. 6 ms) auf der Basis der gewünschten Kriterien einer speziellen Implementierung variieren kann. Die Steuereinheit 12 umfasst einen Speicher (nicht dargestellt) zum Speichern einer ersten Nachschlagetabelle, die vorbestimmten Werten von I_net und V_batt entspricht, die durch die Kurzschluss-Schwellenwertkurven 52 definiert sind. Im Allgemeinen führt die Steuereinheit 12 die Kurzschlussanalyse kontinuierlich und zyklisch durch, bis ein vorbestimmter Betrag an Zeit erreicht wurde (z. B. 200 ms) oder eine Spannung sich zwischen V_batt unterscheidet und die Spannung im HV-Leistungsnetz 14 (z. B. V_net oder V_cap) geringer ist als eine vorbestimmte Spannung (z. B. 6 V für verschiedene HV-Relais). Ein Zeitpunkt (z. N. im Allgemeinen als T_ckpoint definiert) stellt die Zeit dar, in der die Spannungsdifferenz zwischen V_batt und der Spannung im HV-Leistungsnetz 14 (z. B. V_net oder V_cap) geringer ist als eine vorbestimmte Spannung. Wenn der Spannungsdifferenz-Schwellenwert (z. B. 6 V) zuerst erreicht wird, gibt diese Bedingung im Allgemeinen an, dass der Vorladeprozess einen Pegel erreicht hat, bei dem der Schalter 20a sicher geschlossen werden kann, um das HV-Netz 14 zu erregen. Aber davor stellt die Steuereinheit 12 sicher, dass die Batterie 18 nicht unerwartet entladen werden kann, und daher startet die Steuereinheit 12 den Niederimpedanz-Schwellenwert, der nachstehend genauer erörtert wird. Die Strommessung wird in diesem Moment mit einem vorgespeicherten Stromwert im Speicher (nicht dargestellt) der Steuereinheit 12 für die gemessene V_batt verglichen.
Wenn dagegen die Zeitgrenze erreicht ist (z. B. 200 ms) (wobei die Spannungsdifferenz größer ist als 6 V), bestimmt die Steuereinheit 12, dass ein niedrigerer Widerstand im HV-Leistungsnetz 14 besteht (z. B. sogar niedriger als das, was in Bezug auf einen Niederimpedanz-Schwellenwertvergleich verglichen worden wäre, wie in Verbindung mit einem Niederimpedanztest durch die Steuereinheit 12 durchgeführt). Obwohl dies kein Kurzschluss ist, besteht eine unerwartete hohe Stromentnahme im HV-Leistungsnetz 14 und es kann ein Risiko einer schnellen Batterieentladung bestehen.
Abgesehen davon kann, wenn sich der Vorladestrom exponentiell verhält, nach einer Reihe von I_net-Messungen die Steuereinheit 12 das Verhalten von I_net mathematisch vorhersagen und in diesem Moment im Voraus schlussfolgern, dass der Kurzschluss-Schwellenwert nicht erreicht werden kann. Dann kann der zyklische Kurzschluss-Schwellenwertvergleich entweder vor dem Ablauf des vorbestimmten Betrags an Zeit (200 ms), oder wenn der Spannungsdifferenz-Schwellenwert (z. B. 6 V) erreicht wird, abgeschlossen werden. Die Steuereinheit 12 kann sich dann auf einen Vergleich dieser zwei Schwellenwerte (Zeit und Spannungsdifferenz) konzentrieren.
3A stellt ein Beispiel von gemessenen I_net-Werten in Bezug auf eine Reihe von Zeitwerten dar, wobei ein Kurzschlussfehler am Punkt 54 vorhanden ist. Die Wellenform 56 entspricht im Allgemeinen den gemessenen Werten von I_net in einer einzelnen Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52. Die Wellenform 58 entspricht im Allgemeinen einer einzelnen Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52. In diesem Beispiel misst die Steuereinheit 12 I_net mit ungefähr 18 A an der Markierung von 14 Millisekunden (siehe x-Achse) am Punkt 54. Wie gezeigt, und wenn die Zeit zunimmt (z. B. alle 6 ms), überschreiten die gemessenen I_net-Werte oder sind größer als die Werte, die die Kurzschluss Schwellenwertkurve 52 in 2 bilden. Die Steuereinheit 12 schafft eine kontinuierliche Überwachung für die Kurzschluss-Massefehlerbedingung während des Vorladebetriebs. Die Steuereinheit 12 bestimmt schnell, dass ein Kurzschluss-Massefehler am Punkt 54 vorhanden ist, und trennt die Batterie 18 in Reaktion auf die Detektion des Kurzschluss-Massefehlers ab. Im Allgemeinen gibt der Punkt 54 im Allgemeinen an, dass der gemessene I_net-Wert den Einschaltstrom überschreitet, der in das HV-Leistungsnetz 14 fließt.
3B stellt ein Beispiel von gemessenen I_net-Werten in Bezug auf eine Reihe von Zeitwerten dar, wobei ein Kurzschlussfehler am Punkt 59 vorhanden ist. Die Wellenform 60 entspricht im Allgemeinen den gemessenen Werten von I_net in einer einzelnen Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52. In diesem Beispiel misst die Steuereinheit 12 I_net mit ungefähr 6 A an der Markierung von 54 Millisekunden (siehe x-Achse) am Punkt 59. Wie gezeigt, und wenn die Zeit zunimmt (z. B. alle 6 ms), überschreiten die gemessenen I_net-Werte oder sind größer als die Werte, die die Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52 in 2 bilden. Die Steuereinheit 12 schafft eine kontinuierliche Überwachung für die Kurzschluss-Massefehlerbedingung während der Dauer des Vorladebetriebs durch Messen von I_net. Die Steuereinheit 12 bestimmt schnell, dass ein Kurzschluss-Massefehler am Punkt 59 vorhanden ist. Im Allgemeinen gibt der Punkt 59 an, dass der gemessene I_net-Wert den Einschaltstrom überschreitet, der in das HV-Leistungsnetz 14 fließt, und kann die Batterie 18 in Reaktion auf die Detektion des Kurzschluss-Massefehlers deaktivieren. Sobald die Steuereinheit 12 bestimmt, dass ein Fehler vorhanden ist, bricht die Steuereinheit 12 im Allgemeinen den Vorladebetrieb durch Öffnen der Schalter 20b und 20n ab. Wie vorstehend angegeben, gibt der Punkt 59 im Allgemeinen an, dass der gemessene I_net-Wert den Einschaltstrom überschreitet, der in das HV-Leistungsnetz 14 fließt.
Mit Rückbezug auf 1 ist die Steuereinheit 12 auch dazu konfiguriert, eine Niederimpedanzanalyse am HV-Leistungsnetz 14 durchzuführen. Die Steuereinheit 12 ist dazu konfiguriert, die Niederimpedanzanalyse am HV-Leistungsnetz 14 zu einem Zeitpunkt direkt vor dem Ablauf des Vorladebetriebs durchzuführen. Insbesondere leitet die Steuereinheit 12 die Niederimpedanzanalyse ein, wenn eine Differenz zwischen V_batt und V_c (d. h. die Spannung über dem Kondensator 24) oder V_net (d. h. die Spannung über dem HV-Leistungsnetz 14) geringer als oder gleich 6 V ist, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Wenn die Differenz zwischen V_batt und V_c geringer als oder gleich 6 V ist, entspricht diese Bedingung im Allgemeinen einem Zeitpunkt, zu dem es sicher ist, den Schalter 20a zu schließen und den Schalter 20b zu öffnen (während der Schalter 20n geschlossen gehalten wird), um den Vorladebetrieb zu deaktivieren. Wenn die Steuereinheit 12 versuchen würde, den Schalter 20a zu schließen und den Schalter 20b zu öffnen, bevor die Differenz von V_batt und V_c (oder V_net) geringer als oder gleich der vorbestimmten Spannung ist, kann der Schalter 20a eine Bogenbildung oder eine andere Funktionsstörung beim Schließen erfahren. Im Allgemeinen leitet die Steuereinheit 12 die Niederimpedanzanalyse ein, wenn die Differenz zwischen V_batt und V_c (oder V_net) geringer als oder gleich 6 V (oder irgendein anderer vorbestimmter Spannungswert) ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Steuereinheit 12 nicht den Schalter 20a schließt und den Schalter 20b öffnet, um den Vorladebetrieb zu verlassen, bis die Niederimpedanzanalyse tatsächlich durchgeführt ist. Wie auch vorstehend angegeben, kann die Steuereinheit 12 auch die Niederimpedanzanalyse einleiten, falls der Spannungsdifferenz-Schwellenwert (z. B. 6 V) nicht erfüllt wird, wenn die vorbestimmte Zeitgrenze erreicht wird, beispielsweise 200 ms.
Die Steuereinheit 12 kann bestimmen, dass das HV-Leistungsnetz 14 einen Niederimpedanzfehler erfährt, wenn detektiert wird, dass der erste Widerstand 26 einen Widerstandswert von weniger als oder gleich 1500 Ohm und größer als 100 Ohm aufweist. Das HV-Leistungsnetz 14 kann einen Niederimpedanzbereich aufgrund der Alterung von verschiedenen elektrischen/elektronischen Komponenten aufweisen, die das HV-Leistungsnetz 14 bilden. Im Allgemeinen kann am Beginn des Vorladebetriebs das HV-Leistungsnetz 14 einen hohen Betrag an Einschaltstrom aufweisen. Dagegen kann nahe dem Ende oder am Ende des Vorladebetriebs das HV-Leistungsnetz 14 einen niedrigen Einschaltstrom aufweisen.
4 stellt ein Diagramm 64 für verschiedene Niederimpedanz-Schwellenwertkontro1lpunkte 66 für die Niederimpedanzanalyse gemäß einer Ausführungsform dar. Im Allgemeinen entspricht jeder Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkt 66 einem vorbestimmten Wert von I_net und einem vorbestimmten Wert von V_batt zu einer speziellen Zeit (z. B. t_ckpoint), wobei die spezielle Zeit einem Zeitpunkt entspricht, zu dem die Steuereinheit 12 die Niederimpedanzanalyse ausführt. Der Speicher der Steuereinheit 12 speichert auch eine zweite Nachschlagetabelle, die den Werten entspricht, die durch die Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkte 66 definiert sind. Wie vorstehend angegeben, entspricht, wenn die Steuereinheit 12 bestimmt, dass eine Differenz zwischen V_batt und v_c(t) geringer als oder gleich einer vorbestimmten Spannung ist, diese Bedingung der speziellen Zeit (z. B. t_ckpoint), zu der die Steuereinheit 12 die Niederimpedanzanalyse einleitet.
5A stellt ein Diagramm 70 mit einer Wellenform 72, die eine Nicht-Fehler-Bedingung 74 während der Niederimpedanzdiagnose aufweist, gemäß einer Ausführungsform dar. Die Steuereinheit 12 führt die Niederimpedanzanalyse zur speziellen Zeit (oder t_ckpoint) von 140 ms durch und misst I_net mit 212 mA und V_batt mit 330 V. Wie in 4 gezeigt, ist, wenn V_batt gleich 330 V ist, der erwartete oder vorbestimmte Stromschwellenwert für I_net 475 mA. In Anbetracht dessen, dass der gemessene Wert für I_net 212 mA ist und dies geringer ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert von 475 mA ist, bestimmt die Steuereinheit 12, dass ein Fehler nicht vorhanden ist. Die Wellenform 72 stellt dar, dass ein annehmbarer Betrag an Strom in das HV-Leistungsnetz 14 von der Batterie 18 fließt. Die Wellenform 52, wie in 5A dargestellt, entspricht einer Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52 für V_batt mit 330 V und dies ist für Erläuterungszwecke vorgesehen. Im Allgemeinen liegen die Stromwerte, die verglichen werden, während die Wellenform 52 verwendet wird, im Amperebereich, wohingegen die Stromwerte, die verglichen werden, während die Wellenform 72 verwendet wird, im Milliamperebereich liegen.
5B stellt ein Diagramm 80, das eine Wellenform 82 umfasst, die eine Fehlerbedingung 84 während der Niederimpedanzdiagnose aufweist, gemäß einer Ausführungsform dar. Die Steuereinheit 12 führt die Niederimpedanzanalyse zur speziellen Zeit (oder t_ckpoint) von 140 ms durch und misst I_net mit 820 mA und V_batt mit 330 V. Wie in 4 gezeigt, ist, wenn V_batt gleich 330 V ist, der erwartete oder vorbestimmte Stromschwellenwert für I_net 475 mA. in Anbetracht dessen, dass der gemessene Wert für I_net 820 mA ist und dieser Wert größer ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert von 475 mA, bestimmt die Steuereinheit 12, dass das HV-Leistungsnetz 14 einen Niederimpedanzfehler aufweist. Die Wellenform 82 stellt dar, dass zu viel Strom in das HV-Leistungsnetz 14 von der Batterie 18 fließt, was auf eine zu niedrige Impedanz im HV-Leistungsnetz 14 hinweist. In diesem Fall verlässt die Steuereinheit 12 den Vorladebetrieb und eine Warnung wird von der Steuereinheit 12 oder anderen Steuereinheiten (nicht dargestellt) im Fahrzeug 16 ausgegeben, bevor die Batterie 18 direkt mit dem HV-Leistungsnetz 14 verbunden werden muss, wobei ein elektronisches Energiemanagement-Steuersystem bestimmt, ob eine solche Verbindung durchgeführt wird. Die Wellenform 52, wie in 5A dargestellt, entspricht einer Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52 für V_batt bei 330 V und dies ist für Erläuterungszwecke vorgesehen. Im Allgemeinen liegen die Stromwerte, die verglichen werden, während die Wellenform 52 verwendet wird, im Amperebereich, wohingegen die Stromwerte, die verglichen werden, während die Wellenform 72 verwendet wird, im Milliamperebereich liegen.
6 stellt ein Verfahren 100 zum Durchführen der MV-Impedanzanalyse und der Kurzschlussdiagnose für das Fahrzeug 16 gemäß einer Ausführungsform dar.
In der Operation 102 misst die Steuereinheit 12 V_batt für das Fahrzeug 16 und die Steuereinheit 12 prüft die Kapazität des Kondensators 24 für eine spezielle Fahrzeugplattform während des Vorladebetriebs. Im Allgemeinen kann die Steuereinheit 12 im Allgemeinen so angeordnet sein, dass sie irgendeine Anzahl von Kapazitätswerten für den Kondensator 24 umfasst, die jeweils verschiedenen Fahrzeugplattformen entsprechen. Es wird erkannt, dass die Kapazität, die für jede Fahrzeugplattform verwendet wird, auf der Basis der gewünschten Kriterien einer speziellen Implementierung variieren kann. Diese Informationen können in den Speicher der Steuereinheit 12 in einer speziellen Fahrzeugfertigungseinrichtung heruntergeladen werden, so dass sie der gewünschten Fahrzeugplattform entsprechen. Die Steuereinheit 12 misst V_batt, nachdem die Steuereinheit 12 mit der Kapazität für die spezielle Fahrzeugplattform versehen wird.
In der Operation 104 greift die Steuereinheit 12 auf den entsprechenden Satz von Kurzschluss-Schwellenwertkurven 52 und die Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkte 66 für die entsprechende Fahrzeugplattform zu. Der Satz von Kurzschluss-Schwellenwertkurven 52 und die Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkte 66 können jeweils auf der Basis der Fahrzeugplattform variieren, an der die Steuereinheit 12 angeordnet ist, da jede der Fahrzeugplattformen verschiedene Sätze von elektrischen/elektronischen Komponenten umfassen kann, die das HV-Leistungsnetz 14 bilden. Auf der Basis des Vorangehenden sind verschiedene Ebenen von ersten und zweiten Nachschlagetabellen (LUTs) im Speicher der Steuereinheit 12 vorgesehen. Die erste und die zweite LUT umfassen die Kurzschluss-Schwellenwertkurven 52 bzw. die Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkte 66.
In der Operation 106 initialisiert die Steuereinheit 12 den Vorladebetrieb durch Steuern der Schalter 20b und 20n zum Schließen.
In der Operation 108 leitet die Steuereinheit 12 die Kurzschluss-Bedingungsdiagnose zu einer anfänglichen Zeit (z. B. t = 0) ein oder startet diese.
In der Operation 110 misst die Steuereinheit 12 I_net und vergleicht denselben mit dem entsprechenden vorbestimmten Stromschwellenwert an der entsprechenden Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52, wobei der entsprechende Kurzschlussschwellenwert 52 auf der Basis des gemessenen Werts von V_batt ausgewählt wird. Wenn die Steuereinheit 12 bestimmt, dass I_net größer ist als die vorbestimmten Stromschwellenwerte an der entsprechenden Kurzschluss-Schwellenwertkurve 52, dann begibt sich das Verfahren 100 zur Operation 112. Wenn nicht, dann begibt sich das Verfahren 100 zur Operation 116.
In der Operation 112 bestimmt die Steuereinheit 12, dass ein Kurzschluss-Analysefehler bei dem HV-Leistungsnetz 14 vorliegt.
In der Operation 114 bricht die Steuereinheit 12 den Vorladebetrieb ab oder unterbricht diesen und öffnet die Schalter 20b und 20n, um die Batterie 18 vom HV-Leistungsnetz 14 abzutrennen.
In der Operation 116 bestimmt die Steuereinheit 12, ob die Zeit t gleich t_ckpoint ist. Wie vorstehend angegeben, ist diese Bedingung wahr, wenn die Steuereinheit 12 bestimmt, dass eine Differenz zwischen V_batt und V_c oder V_net geringer als oder gleich einer vorbestimmten Spannung (z. B. 6 V) ist. Wenn die Differenz zwischen V_batt und V_c (oder V_net) geringer als oder gleich der vorbestimmten Spannung ist (d. h. die Zeit t gleich t_ckpoint ist), dann begibt sich das Verfahren 100 zur Operation 118, um die Niederimpedanzanalyse durchzuführen. Wenn nicht, dann begibt sich das Verfahren 100 zur Operation 117. Obwohl nicht gezeigt, kann die Steuereinheit 12 auch bestimmen, ob die vorbestimmte Zeitgrenze abgelaufen ist, wenn die Differenz zwischen V_batt und V_c (oder V_net) größer bleibt als die vorbestimmte Spannung. Wenn die Steuereinheit 12 bestimmt, dass die vorbestimmte Zeitgrenze abgelaufen ist, und wenn die Differenz zwischen V_batt und V_c (oder V_net) größer bleibt als die vorbestimmte Spannung, dann geht die Steuereinheit 12 zum Durchführen der Niederimpedanzanalyse weiter, wie in der Operation 118 dargelegt.
In der Operation 117 inkrementiert die Steuereinheit 12 die Zeit t um einen vorbestimmten Zeitwert (z. B. 6 ms) und begibt sich zur Operation 110 zurück. In diesem Fall ist es zu früh, um die Niederimpedanzdiagnose einzuleiten.
In der Operation 118 führt die Steuereinheit 12 die Niederimpedanzanalyse durch.
In der Operation 120 misst die Steuereinheit 12 I_net und vergleicht denselben mit dem entsprechenden vorbestimmten Stromschwellenwert am entsprechenden Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkt 66, wobei der entsprechende Niederimpedanz-Schwellenwertpunkt 66 auf der Basis des gemessenen Werts von V_batt ausgewählt wird. Wenn die Steuereinheit 12 bestimmt, dass I_net größer ist als die vorbestimmten Stromschwellenwerte am entsprechenden Niederimpedanz-Schwellenwertpunkt 66, dann begibt sich das Verfahren 100 zur Operation 122, Wenn nicht, dann begibt sich das Verfahren 100 zur Operation 121.
In der Operation 121 steuert die Steuereinheit 12 den Schalter 20a zum Schließen und den Schalter 20b zum Öffnen, während der Schalter 20n geschlossen gehalten wird, so dass das Fahrzeug 16 den Vorladebetrieb verlässt, um den normalen Betriebsmodus zu starten. Im normalen Betriebsmodus kann das Fahrzeug 16 durch den Fahrer gefahren werden. Während des Vorladebetriebs kann der Fahrer das Fahrzeug 16 nicht fahren, bis das Fahrzeug 16 in den normalen Fahrmodus eintritt.
In der Operation 122 bestimmt die Steuereinheit 12, dass ein Niederimpedanzdiagnosefehler bei dem HV-Leistungsnetz 14 vorliegt, und begibt sich zur Operation 104, um den Vorladebetrieb abzubrechen.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Worte Worte zur Beschreibung als zur Begrenzung und selbstverständlich können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale von verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2013/0106437 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Durchführen einer Hochspannungs-Kurzschlussdiagnose (HV-Kurzschlussdiagnose) und einer Impedanzanalyse für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Steuereinheit, die mit einem HV-Leistungsnetz in einem Fahrzeug betriebsfähig gekoppelt sein soll, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist: irgendeine Anzahl von Schaltern während eines Vorladebetriebs zu aktivieren, um das HV-Leistungsnetz zu speisen; eine erste Spannung, die einer Batterie zugeordnet ist, und einen ersten Strom, der auf der Basis des HV-Leistungsnetzes variiert, während des Vorladebetriebs zu messen; die Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms während des Vorladebetriebs durchzuführen; eine Differenz zwischen der ersten Spannung und einer Vorladespannung über einem eines Kondensators und des HV-Leistungsnetzes zu bestimmen; einen zweiten Strom auf der Basis zumindest der Differenz zu messen; und die Impedanzanalyse für das Fahrzeug auf der Basis des zweiten Stroms durchzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, die beliebige Anzahl von Schaltern während des Vorladebetriebs zu aktivieren, um den Kondensator während des Vorladebetriebs aufzuladen und die Vorladespannung zu liefern, bevor das Fahrzeug gefahren wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, den zweiten Strom in Reaktion darauf zu messen, dass die Differenz geringer als oder gleich einer vorbestimmten Spannung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, den zweiten Strom während des Vorladebetriebs zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, den ersten Strom mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert an einer ersten Kurzschluss-Schwellenwertkurve von mehreren Kurzschluss-Schwellenwertkurven während der Kurzschlussdiagnose zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, den Vorladebetrieb in Reaktion darauf abzubrechen, dass der erste Strom größer ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit einen Speicher zum Speichern der mehreren Kurzschluss-Schwellenwertkurven in einer Nachschlagetabelle umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, die Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms in regelmäßigen und kontinuierlichen Zeitintervallen während des Vorladebetriebs durchzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, den zweiten Strom mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert an einem ersten Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkt von mehreren Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkten während der Impedanzanalyse zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit einen Speicher zum Speichern der mehreren Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkte in einer Nachschlagetabelle umfasst.
Verfahren zum Durchführen einer Hochspannungs-Kurzschlussdiagnose (HV-Kurzschlussdiagnose) und einer Impedanzanalyse für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Aktivieren irgendeiner Anzahl von Schaltern während eines Vorladebetriebs, um das HV-Leistungsnetz zu speisen; Messen einer ersten Spannung, die einer Batterie zugeordnet ist, und eines ersten Stroms, der auf der Basis des HV-Leistungsnetzes variiert, während des Vorladebetriebs; Durchführen der Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms während des Vorladebetriebs; Bestimmen einer Differenz zwischen der ersten Spannung und einer Vorladespannung über einem eines Kondensators und des HV-Leistungsnetzes; Messen eines zweiten Stroms auf der Basis zumindest der Differenz; und Durchführen der Impedanzanalyse für das Fahrzeug auf der Basis des zweiten Stroms.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Aufladen des Kondensators während des Vorladebetriebs, um die Vorladespannung zu liefern, bevor das Fahrzeug gefahren wird, in Reaktion auf das Aktivieren der beliebigen Anzahl von Schaltern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Messen des zweiten Stroms während des Vorladebetriebs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Messen des zweiten Stroms in Reaktion darauf, dass die Differenz geringer als oder gleich einer vorbestimmten Spannung ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Vergleichen des ersten Stroms mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert an einer ersten Kurzschluss-Schwellenwertkurve von mehreren Kurzschluss-Stromschwellenwertkurven während der Kurzschlussdiagnose umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Abbrechen des Vorladebetriebs in Reaktion darauf, dass der erste Strom größer ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Speichern der mehreren Kurzschluss-Stromschwellenwertkurven in einer Nachschlagetabelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Durchführen der Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms in regelmäßigen und kontinuierlichen Zeitintervallen während des Vorladebetriebs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Vergleichen des zweiten Stroms mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert an einem ersten Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkt von mehreren Niederimpedanz-Schwellenwertkontrollpunkten während der Impedanzanalyse umfasst.
Vorrichtung zum Durchführen einer Hochspannungs-Kurzschlussdiagnose (HV-Kurzschlussdiagnose) und einer Impedanzanalyse für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist: eine erste Spannung, die einer Batterie zugeordnet ist, und einen ersten Strom, der auf der Basis eines HV-Leistungsnetzes variiert, während eines Vorladebetriebs zu messen; die Kurzschlussdiagnose auf der Basis der ersten Spannung und des ersten Stroms während des Vorladebetriebs durchzuführen; eine Differenz zwischen der ersten Spannung und einer Vorladespannung über einem eines Kondensators und des HV-Leistungsnetzes zu bestimmen; einen zweiten Strom zu bestimmen, der auf der Basis zumindest der Differenz variiert; und die Impedanzanalyse für das Fahrzeug auf der Basis des zweiten Stroms durchzuführen.