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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Überwachungseinrichtung und mehrere zu überwachende Einrichtungen, die Gehäuse und/oder elektrische Verbindungen sind oder umfassen, wobei die Überwachungseinrichtung an einem Anschlusspunkt mit mehreren Pilotleitungen oder einer mit den Pilotleitungen verbundenen Verbindungsleitung gekoppelt ist, wobei ein Öffnen eines Gehäuses oder ein Trennen einer elektrischen Verbindung eine jeweilige dem Gehäuse oder der Verbindung zugeordnete Pilotleitung trennt. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Überwachung mehrerer zu überwachender Einrichtungen.
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Es ist bekannt, Gehäuse und elektrische Verbindungen zu überwachen und bei einem Öffnen eines Gehäuses, einem Abziehen eines Steckers, einer Unterbrechung einer leitenden Verbindung zwischen mehreren Platinen oder Ähnlichem bestimmte Schaltvorgänge, insbesondere eine Unterbrechung einer Spannungsversorgung bzw. ein Entladen von energiespeichernden Komponenten, durchzuführen. Dies wird beispielsweise genutzt, um einen Berührschutz für hochspannungsführende Komponenten zu realisieren. Eine Möglichkeit, dies zu realisieren ist eine sogenannte Pilotlinien-Überwachung. Hierbei wird eine Pilotlinie genutzt, die alle zu überwachenden Punkte, also beispielsweise alle Gehäuseöffnungen und Steckverbinder, in Form einer Leiterschleife verbindet. Durch ein Trennen von Steckverbindungen bzw. ein Öffnen von Gehäusen wird diese Pilotlinie unterbrochen. Zur Überwachung wird diese Pilotlinie mit einer Konstantstromquelle mit einem definierten Strom beaufschlagt. Somit kann durch eine Überwachungseinrichtung leicht eine Unterbrechung der Leiterschleife und somit die Öffnungen eines Gehäuses oder die Trennung einer elektrischen Verbindung erkannt werden.
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Nachteilig an diesem Überwachungskonzept ist es, dass bei einer Unterbrechung an einer beliebigen Stelle die komplette Pilotlinie unterbrochen ist, womit nicht oder nur mit hohem technischen Aufwand ermittelt werden kann, an welcher Stelle eine Unterbrechung auftritt. Zudem ist die Länge der Leiterschleife und somit die Anzahl der zu überwachenden Komponenten begrenzt, da mit zunehmender Länge der Gesamtwiderstand der Leiterschleife zunimmt und somit potentiell hohe Spannungen zur Bereitstellung des benötigten Konstantstroms erforderlich wären. Dieses Problem wird dadurch verschärft, dass Übergangsstellen der Leiterschleife aufgrund von Verschmutzungen oder einer Kontakt- bzw. Leitungskorrosion über die Zeit einen steigenden Widerstand aufweisen, weshalb es potentiell zu Fehlerkennungen der Unterbrechung der Leiterschleife kommen kann.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 003 082 A1 schlägt als Alternative zu diesem Vorgehen vor, Ereignisse, die eine Hochvoltabschaltung auslösen sollen, lokal zu detektieren. Die Abschaltung des Gesamtsystems erfolgt anschließend mithilfe einer Kommunikation über einen Datenbus. Wird der Datenbus unterbrochen, wird das Hochspannungsnetz ebenfalls stillgelegt. Hierzu ist der Datenbus derart eingerichtet, dass er eine Trennung eines Anschlusselements des Datenbusses erkennen kann. Zur Erhöhung der Funktionssicherheit kann auch ein periodisches Signal über den Datenbus gesendet werden, wobei eine Hochvoltabschaltung erfolgt, wenn dieses Signal nicht mehr bzw. nicht mehr regelmäßig gesendet bzw. empfangen wird. Nachteilig an diesem Vorgehen ist es, dass für jede zu überwachende Einrichtung eine zugeordnete Kommunikationseinrichtung vorgesehen werden muss, die über den Datenbus kommunizieren kann. Dies erhöht die Komplexität der Überwachungsschaltung und somit die Kosten und den Bauraumbedarf der elektrischen Schaltung und potentiell auch ihre Fehleranfälligkeit.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Überwachung von Gehäusen und elektrischen Verbindungen anzugeben, die einfach und günstig umsetzbar ist und zugleich die eingangs erläuterten Nachteile einer stromschleifenbasierten Überwachung überwindet.
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Die Aufgabe wird durch eine elektrische Schaltung der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Anschlusspunkt über ein erstes Widerstandselement mit einer Spannungsquelle verbunden ist, wobei jede der Pilotleitungen über ein jeweiliges zweites Widerstandselement mit einem Bezugspotential gekoppelt ist, wobei die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Anschlusspotential an dem Anschlusspunkt zu überwachen, um eine Trennung einer Pilotleitung zu erkennen.
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Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, separate Pilotleitungen für einzelne zu überwachende Einrichtungen zu verwenden, wobei jede dieser Pilotleitungen den Anschlusspunkt über ein jeweiliges zweites Widerstandselement mit einem Bezugspotential, insbesondere dem Massepotential, koppelt. Die Überwachung der Einrichtungen erfolgt somit über eine Parallelschaltung der Pilotleitungen und somit über eine Art Busstruktur. Eine Trennung einer oder mehrerer Pilotleitungen kann erkannt werden, da das erste Widerstandselement und die Parallelschaltung der zweiten Widerstandselemente als Spannungsteiler wirkt, womit die am Anschlusspunkt abfallende Spannung davon abhängt, welcher Gesamtwiderstand durch die parallel geschalteten zweiten Widerstandselemente erzeugt wird. Werden einzelne Pilotleitungen getrennt, so werden weniger zweite Widerstandselemente parallel geschaltet, womit der durch die zweiten Widerstandselemente realisierte Gesamtwiderstand steigt. Somit wird die Spannung am Anschlusspunkt von dem Bezugspotential in Richtung des Potentials der Spannungsquelle verschoben, das heißt bei Verwendung von positiven Spannungen und einem Massepotential als Bezugspotential erhöht. Eine Trennung wenigstens einer Pilotleitung kann somit durch Messung der Spannung am Anschlusspunkt erkannt werden.
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Im einfachsten Fall kann die Spannung am Anschlusspunkt einem Komparator, einem Schmidt-Trigger oder Ähnlichem zugeführt werden, um eine Überschreitung eines Spannungsgrenzwertes und somit die Trennung wenigstens einer der Pilotleitungen zu erkennen. In diesem Fall kann beispielsweise ein Hinweis an einen Nutzer gegeben werden, eine Hochspannungsversorgung kann deaktiviert werden oder Ähnliches. Wie später noch detailliert erläutert werden wird, ist es jedoch vorteilhaft, die Spannung an dem Anschlusspunkt, beispielsweise über einen Analog-Digital-Wandler, zu erfassen. In Abhängigkeit der gemessenen Spannung kann erkannt werden, wie viele bzw. in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch welche der Pilotleitungen unterbrochen wurden. Dies ermöglicht es, in Abhängigkeit dieser Informationen verschiedene Steuereingriffe durchzuführen, beispielsweise bei der Unterbrechung bestimmter Pilotleitungen ein Spannungsniveau in einem Hochspannungsnetz nur abzusenken, wobei das Hochspannungsnetz bei Unterbrechung anderer Pilotleitungen vollständig abgeschaltet wird oder Ähnliches.
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Die überwachten Gehäuse bzw. Verbindungen können insbesondere als Berührschutz für hochspannungsführende Bereiche dienen. Es ist hierbei möglich, dass solche Bereiche erst dann berührt werden können, wenn das entsprechende Gehäuse geöffnet wurde bzw. die entsprechende Verbindung getrennt wurde. Elektrische Verbindungen können beispielsweise mehrere Leitungen verbinden, von denen eine die Pilotleitung ist. Zur Erkennung eines Öffnens eines Gehäuses kann eine Pilotleitung beispielsweise zum Teil durch ein Befestigungs- oder Verriegelungselement gebildet werden, das von dem Gehäuse entfernt bzw. von einer anderen Komponente der Pilotleitungen wegbewegt werden muss, um das Gehäuse zu öffnen.
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Unter einer Trennung einer Pilotleitung ist vorliegend eine Trennung innerhalb der Pilotleitung oder eine Trennung der Pilotleitung von der Verbindungsleitung oder dem Widerstandselement oder eine Trennung des Widerstandselements vom Bezugspotential zu verstehen. Die Widerstandselemente sind insbesondere Ohm'sche Widerstände. Es kann sich hierbei um Widerstände mit fest vorgegebenen Widerstandswerten handeln.
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Die elektrischen Verbindungen sind insbesondere Steckverbindungen die z. B. durch einen Stecker und eine Buchse gebildet sein können, es können jedoch auch andere Verbindungen genutzt werden, beispielsweise Verbindungen, bei denen Kontaktbereiche von Platinen aufeinander gepresst werden oder Ähnliches.
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In dem Gehäuse kann wenigstens eine hochspannungsführende Komponente angeordnet sein und/oder über das Verbindungselement kann eine Hochspannung geführt werden, wobei die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet sein kann, bei einer erkannten Trennung einer Pilotleitung eine Hochspannungsquelle zu steuern, um die Komponente und/oder die Verbindung spannungsfrei zu schalten oder die Spannung zwischen der Komponente und dem Bezugspotential und/oder zwischen der Verbindung und dem Bezugspotential unter einen Grenzwert zu reduzieren. Hierdurch kann insbesondere der eingangs erläuterte Berührschutz für hochspannungsführende Komponenten realisiert werden. Ein Zugang zu diesen Komponenten kann somit erst möglich sein, wenn diese spannungsfrei geschaltet sind bzw. ihre Spannung ausreichend weit reduziert wurde.
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Die Pilotleitungen können über voneinander unterschiedliche zweite Widerstandselemente mit dem Bezugspotential gekoppelt sein. Somit resultiert ein unterschiedliches Anschlusspotential, je nachdem, welche der Pilotleitungen unterbrochen wird. Ist der Unterschied der Widerstände der Widerstandselemente ausreichend groß oder wird das Anschlusspotential mit ausreichend hoher Genauigkeit erfasst, kann somit zumindest dann, wenn nur eine der Pilotleitungen getrennt wird, stets erkannt werden, welche der Pilotleitungen getrennt wurde. Durch eine entsprechende Auswahl der zweiten Widerstandselemente kann auch erreicht werden, dass auch bei einer Trennung mehrerer der Pilotleitungen stets eindeutig ermittelt werden kann, welche der Pilotleitungen getrennt wurden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Reihenfolge der Pilotleitungen vorgegeben wird, wobei die zweiten Widerstandselemente aller Pilotleitungen abgesehen von der ersten der Pilotleitungen jeweils einen Widerstand aufweisen, der um einen vorgegebenen Faktor von insbesondere wenigstens zwei größer ist als der Widerstand des zweiten Widerstandselements der in der Reihenfolge vorangehenden Pilotleitung. Bei Wahl eines Faktors von genau 2 wird quasi eine „Binärkodierung“ der Pilotleitungen erreicht. Ein größerer Faktor kann gewählt werden, um eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Kombinationen von unterbrochenen Pilotleitungen trotz Produktionstoleranzen der zweiten Widerstandselemente zu erreichen.
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Die Überwachungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, bei einer Unterbrechung wenigstens einer der Pilotleitungen in Abhängigkeit des Anschlusspotentials zu ermitteln, welche der Pilotleitungen unterbrochen ist. Wie vorangehend erläutert ist es hierfür ausschließlich erforderlich, unterschiedliche zweite Widerstandselemente für die einzelnen Pilotleitungen zu nutzen und das Anschlusspotential mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen, da ein bestimmtes erfasstes Anschlusspotential jeweils einer oder einer Gruppe von Pilotleitungen zugeordnet werden kann, die unterbrochen sind. Alternativ wäre es möglich, dass die Überwachungseinrichtung nur ermittelt, ob überhaupt wenigstens eine Pilotleitung unterbrochen ist. Eine genauere Ermittlung, welche der Pilotleitungen unterbrochen ist oder sind, könnte anschließend beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein externes Messgerät mit dem Anschlusspunkt elektrisch leitend verbunden wird, um das Potential am Anschlusspunkt zu erfassen und hieraus zu ermitteln, welche der Pilotleitungen unterbrochen ist bzw. sind. Wird die elektrische Schaltung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug genutzt, kann dies beispielsweise im Rahmen einer Wartung in einer Werkstatt durchgeführt werden.
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Der Anschlusspunkt kann an wenigstens eine Kommunikationskomponente angeschlossen sein, wobei die Kommunikationskomponente das Spannungspotential an dem Anschlusspunkt durch ein Schaltelement der Kommunikationskomponente verändern kann, um mit der Überwachungseinrichtung und/oder mit einer weiteren Kommunikationskomponente zu kommunizieren. Anders ausgedrückt kann der Anschlusspunkt Teil eines Kommunikationsbusses sein. Eine Möglichkeit zum Betrieb eines Kommunikationsbusses ist es, dass mehrere an dem Bus angeschlossene Kommunikationskomponenten durch ein entsprechendes Schaltelement den Bus auf einen sogenannten dominanten Pegel ziehen können. Beispielsweise kann der Bus über einen Widerstrand betromt werden, womit bereits eine einzige niederohmige Verbindung zu einem Massepotential ausreicht, um den Spannungspegel auf dem gesamten Bus näherungsweise auf das Massepotential zu ziehen. Zieht keine der Komponenten den Bus auf das dominante Potential, so liegt ein rezessives Potential an, beispielsweise ein bestimmtes Spannungsniveau.
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Ein derartiger Kommunikationsbus kann problemlos zugleich genutzt werden, um die Pilotleitungen in der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung mit Spannung zu beaufschlagen. Eine Trennung einer oder mehrerer Pilotleitungen kann in diesem Fall erkannt werden, indem das Anschlusspotential an dem Anschlusspunkt ermittelt wird, während der Bus auf dem rezessiven Potential liegt. Während ein Wechsel auf das dominante Potential in der Regel zu einer Spannungsabsenkung führt, ist eine Trennung wenigstens einer Pilotleitung durch eine Erhöhung des Spannungspegels erkennbar.
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Der Anschluss der Kommunikationskomponenten an dem Anschlusspunkt kann über eine jeweilige weitere Pilotleitung erfolgen, wobei eine Öffnung eines weiteren Gehäuses oder eine Trennung einer weiteren elektrischen Verbindung die weitere Pilotleitung trennt, wobei die Überwachungseinrichtung und die Kommunikationskomponente dazu eingerichtet sind, miteinander, insbesondere in vorgegebenen Abständen, zu kommunizieren, wobei durch die Überwachungseinrichtung eine Unterbrechung der weiteren Pilotleitung bei einer Unterbrechung der Kommunikation erkennbar ist. Die Kommunikation kann unidirektional sein, das heißt, es kann insbesondere ausschließlich eine Kommunikation von der Kommunikationskomponente zu der Überwachungseinrichtung erfolgen. Es ist jedoch auch eine bidirektionale Kommunikation möglich. Insbesondere kann die Überwachungseinrichtung Abfragenachrichten an die Kommunikationskomponente senden, wobei eine Unterbrechung der Kommunikation erkannt wird, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne keine Antwort von der Kommunikationskomponente erhalten wird.
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Das beschriebene Vorgehen ist vorteilhaft, wenn mit einer Komponente, deren Gehäuse bzw. elektrische Verbindung überwacht werden soll, ohnehin eine Kommunikation erforderlich ist. In diesem Fall ist die Überwachung der zugeordneten weiteren Pilotleitung bereits durch geringfügige Protokollanpassung des Kommunikationsprotokolls möglich. Ein zusätzlicher Hardwareaufwand ist nicht erforderlich. Zugleich kann die beschriebene Überwachung über eine Kommunikationskomponente problemlos mit der vorangehend erläuterten Überwachung kombiniert werden, wobei ein gemeinsamer Anschlusspunkt für beide Überwachungsstrategien genutzt werden kann. Dies ermöglicht es, sowohl aktive als auch passive Komponenten mit insgesamt minimalem technischen Aufwand zu überwachen.
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Die Überwachungseinrichtung kann einen Referenzanschluss aufweisen, der auf dem Bezugspotential liegt, wobei der Referenzanschluss über eine jeweilige Referenzleitung mit dem jeweiligen zweiten Widerstandselement leitend verbunden ist. Anders ausgedrückt kann eine gemeinsame Masse über eine weitere Leitung zu den einzelnen zu überwachenden Einrichtungen geführt werden. Hierdurch kann eine Änderung des Gesamtwiderstands der zweiten Widerstandselemente mit hoher Genauigkeit erfasst werden, da mögliche Spannungsunterschiede zwischen lokalen Massepotentialen vermieden werden können.
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Alternativ ist es möglich, dass das Gehäuse und/oder eine über die Verbindung geführte Leitung auf dem Bezugspotential liegen und mit dem zweiten Widerstandselement leitend verbunden sind. Es wird somit ein lokales Bezugspotential bzw. eine lokale Masse genutzt. Dies ist vorteilhaft, da in vielen Nutzungssituationen Gehäuse bzw. einzelne Leitungen ohnehin auf dem Bezugspotential, insbesondere auf einem Massepotential, liegen. Eine zusätzliche Verdrahtung kann eingespart werden, wobei häufig dennoch eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden kann, um zu bestimmen, welche der Pilotleitungen unterbrochen ist.
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Neben der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße elektrische Schaltung umfasst. Insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden zum Teil sehr hohe Bordnetzspannungen genutzt, womit es vorteilhaft ist, Gehäuse und elektrische Verbindungselemente zu überwachen, um einen ausreichenden Berührschutz zu gewährleisten. Dies ist mit der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung besonders einfach möglich.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung mehrerer zu überwachender Einrichtungen, die Gehäuse und/oder elektrische Verbindungen sind oder umfassen, wobei die Überwachungseinrichtung an einem Anschlusspunkt mit mehreren Pilotleitungen oder mit einer mit den Pilotleitungen verbundenen Verbindungsleitung gekoppelt ist, wobei durch ein Öffnen eines Gehäuses oder ein Trennen einer elektrischen Verbindung eine jeweilige dem Gehäuse oder der Verbindung zugeordnete Pilotleitung getrennt wird, wobei der Anschlusspunkt über ein erstes Widerstandselement mit einer Spannungsquelle verbunden ist, wobei jede der Pilotleitungen über ein jeweiliges zweites Widerstandselement mit einem Bezugspotential gekoppelt ist, wobei durch die Überwachungseinrichtung das Anschlusspotential an dem Anschlusspunkt überwacht wird, um eine Trennung einer Pilotleitung zu erkennen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit jenen Merkmalen weitergebildet werden, die zur erfindungsgemäßen Schaltung erläutert wurden. Hierbei können die dort genannten Vorteile erreicht werden.
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Die Pilotleitungen können über voneinander unterschiedliche zweite Widerstandselemente mit dem Bezugspotential gekoppelt sein, wobei nach Erkennung einer Trennung einer Pilotleitung eine separat von der elektrischen Schaltung ausgebildete Diagnoseeinrichtung mit dem Anschlusspunkt verbunden wird, wonach durch die Diagnoseeinrichtung das Anschlusspotential an dem Anschlusspunkt gemessen wird, um zu bestimmen, welche Pilotleitung oder welche Pilotleitungen getrennt wurden. Durch das beschriebene Vorgehen kann erkannt werden, welche der Pilotleitungen getrennt wurde oder wurden, obwohl eine sehr einfache Überwachungseinrichtung genutzt werden kann, die beispielsweise auf einem Komparator basieren kann. Wird erkannt, dass wenigstens eine Pilotleitung getrennt wurde, kann beispielsweise ein Nutzer der elektrischen Schaltung bzw. des Kraftfahrzeugs darauf hingewiesen werden, dass Wartungsbedarf besteht. Ergänzend kann ein Hochspannungsnetz deaktiviert werden oder auf einem niedrigeren Spannungsniveau betrieben werden. Anschließend kann, beispielsweise durch ein Wartungsteam oder einer Werkstatt, die Fehlerquelle gefunden werden, indem das Anschlusspotential am Anschlusspunkt durch die Diagnoseeinrichtung gemessen wird. Insbesondere kann die Diagnoseeinrichtung unmittelbar eine Information ausgeben, welche Pilotleitung unterbrochen wurde bzw. an welcher zu überwachenden Einrichtung eine Pilotleitung unterbrochen wurde. Somit können Fehlerquellen leicht aufgefunden werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung, und
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt eine elektrische Schaltung 1, die insbesondere Teil eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs sein kann. Die elektrische Schaltung 1 umfasst eine Überwachungseinrichtung 2 und mehrere zu überwachende Einrichtungen 3, 4, 5. Diese umfassen jeweils ein Gehäuse 11, das Komponenten 40 einschließen kann, die beim Betrieb der elektrischen Schaltung 1 mit Hochspannung beaufschlagt werden können. Zudem weisen sie teils Verbindungselemente 12 auf, mit denen sie mit einem Hochspannungsnetz 31 verbindbar sind. Um zu gewährleisten, dass die hochspannungsführende Komponenten 40 nur dann berührt werden können, wenn sie spannungsfrei geschaltet sind bzw. wenn zumindest eine relativ geringe Spannung anliegt, werden die Gehäuse 11 bzw. Verbindungen 12 durch eine Überwachungseinrichtung 2 überwacht, die, wie später noch detailliert erläutert werden wird, eine Hochspannungszufuhr unterbrechen kann.
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Zur Überwachung der Einrichtungen 3, 4, 5 werden jeweilige Pilotleitungen 7, 8, 9 genutzt, die über eine gemeinsame Verbindungsleitung 10 mit einem Anschlusspunkt 6 der Überwachungseinrichtung 2 gekoppelt sind. Werden diese Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen, wie dies durch die gestrichelten Linien 30 angedeutet ist, so ist dies durch die Überwachungseinrichtung 2 erfassbar. Die Pilotleitungen 7, 8, 9 werden an den Einrichtungen 3, 4, 5 so geführt, dass sie unterbrochen werden, wenn ein jeweiliges Gehäuse 11 geöffnet wird bzw. ein Verbindungselement 12 abgezogen wird. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist eine Pilotleitung pro Einrichtung 3, 4, 5 dargestellt, prinzipiell wäre es jedoch auch möglich, dass über mehrere Pilotleitungen 7, 8, 9 mehrere Gehäuseöffnungen des gleichen Gehäuses 11 und/oder mehrere an der gleichen Einrichtung 3, 4, 5 vorgesehene Verbindungselemente 12 überwacht werden.
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Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, Gehäuse 11 bzw. Verbindungselemente 12 durch Pilotleitungen 7, 8, 9 zu überwachen. Daher soll hierauf im Folgenden nur grob eingegangen werden. Beispielsweise kann ein Verriegelungselement vorgesehen sein, das entfernt werden muss, bevor das Gehäuse 11 geöffnet werden kann bzw. das Verbindungselement 12 von der Einrichtung 3, 4, 5 abgezogen werden kann. Das Verriegelungselement kann einen Teil der Pilotleitung bilden oder umfassen, womit die Pilotleitung bei Entfernung des Verriegelungselements automatisch unterbrochen wird. Es ist jedoch auch möglich, die Pilotleitung derart am Gehäuse anzuordnen, dass sie beim Herausnehmen einer Gehäusewand oder beim Öffnen einer Gehäuseklappe unterbrochen wird oder Ähnliches. Entsprechend kann die Pilotleitung gemeinsam mit anderen Leitungen über eine elektrische Verbindung, z. B. einen Stecker, geführt werden, so dass bei Trennung der Verbindung auch die Pilotleitung getrennt wird.
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Um eine Trennung der Pilotleitung 7, 8 und/oder 9 zu erkennen, wird durch die Überwachungseinrichtung 2 ein Anschlusspotential an dem Anschlusspunkt 6 überwacht. Hierzu wird eine Steuereinrichtung 19 genutzt, die einen Analog-Digital-Wandler zur Spannungserfassung aufweist. Hierdurch kann, wie später noch genauer erläutert wird, exakt erfasst werden, welche der Pilotleitungen 7, 8, 9 getrennt wird. Alternativ wäre es möglich, das Anschlusspotential durch einen Komparator zu überwachen, wodurch beispielsweise nur festgestellt werden könnte, ob überhaupt eine der Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen wird. Dies wäre jedoch beispielsweise bereits ausreichend, um ein Hochspannungsnetz zu deaktivieren, falls irgendeine der Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen wird.
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Der Anschlusspunkt 6 ist über ein erstes Widerstandselement 13 mit einer Spannungsquelle 14 verbunden. Zugleich ist jede der Pilotleitungen 7, 8, 9 über ein jeweiliges zweites Widerstandselement 15, 16, 17 mit einem Bezugspotential 18, insbesondere dem Erdpotential, verbunden. Das erste Widerstandselement 13 und die parallel geschalteten zweiten Widerstandselemente 15, 16, 17 bilden gemeinsam einen Spannungsteiler aus. Das Anschlusspotential am Anschlusspunkt 6 hängt somit von den relativen Widerständen des Widerstandselements 13 und der Parallelschaltung der zweiten Widerstandselemente 15, 16, 17 ab. Werden nun eine oder mehrere der Pilotleitungen 7, 8, 9 getrennt, so steigt der Widerstand der Parallelschaltung der verbleibenden zweiten Widerstandselemente 15, 16, 17, wodurch auch die Spannung am Anschlusspunkt 6 steigt. Dies kann durch die Steuereinrichtung 19 erfasst werden, womit erkannt werden kann, dass wenigstens eine der Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen ist. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 19 beispielsweise ein Steuersignal an die Hochspannungsquelle 20 ausgeben, um den Hochspannungskreis 31 und somit die in den Gehäusen 11 der Einrichtungen 3, 5 angeordneten Komponenten 40 spannungsfrei zu schalten.
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In einer Weiterbildung der gezeigten elektrischen Schaltung wäre es möglich, dass die Ansteuerung externer Einrichtungen durch die Überwachungseinrichtung 2 bzw. die Steuereinrichtung 19 davon abhängt, welche der Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen wurden. Beispielsweise kann die Einrichtung 4 nicht gezeigte Komponenten aufweisen, die durch einen nicht gezeigten weiteren Hochspannungskreis gespeist werden. Je nachdem, ob die Pilotleitung 8 oder die Pilotleitungen 7 und/oder 9 unterbrochen sind, könnte es somit zweckmäßig sein, den Hochspannungskreis 31 oder den weiteren Hochspannungskreis zu deaktivieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Widerstandselemente 15, 16, 17 genutzt werden, die voneinander unterschiedliche Widerstände aufweisen. Vorzugsweise wird eine Reihenfolge der Widerstandselemente 15, 16, 17 definiert und eine jeweils nachfolgendes Widerstandselement 15, 16, 17 hat jeweils wenigstens den doppelten Widerstand seines vorangehenden Widerstandselements 15, 16, 17, wodurch auch in Fällen, in denen mehr als eine der Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen wird, anhand des am Anschlusspunkt 6 gemessenen Anschlusspotentials eindeutig ermittelt werden kann, welchen Widerstand die Parallelschaltung der verbleibenden Widerstandselemente 15, 16, 17 aufweist und somit welche der Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen sind. In Abhängigkeit der erwarteten Toleranzen der Widerstandswerte der Widerstandselemente 15, 16, 17 kann es vorteilhaft sein, einen Faktor von mehr als zwei zwischen den einzelnen Widerständen der Widerstandselemente 15, 16, 17 zu wählen.
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Die gemeinsame Verbindungsleitung 10 kann zusätzlich zu Überwachung der Einrichtungen 3, 4, 5 als Bussystem dienen, das zur Kommunikation der Überwachungseinrichtung 2 mit einer Kommunikationskomponente 22 und/oder zur Kommunikation von mehreren Kommunikationskomponenten 22 untereinander dient. Eine Möglichkeit zur Kommunikation auf solchen Datenbussen ist es, dass der Datenbus über ein Widerstandselement 13 mit einem Spannungspegel beaufschlagt wird, der durch ein kommunikationskomponentenseitiges Schaltelement 23 auf einen niedrigen Pegel gezogen werden kann. Das Schaltelement 23 kann z. B. ein Schalter auf Halbleiterbasis oder ein mechanischer Schalter sein.
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Auf dem Bus bzw. an der Verbindungsleitung 10 und somit am Anschlusspunkt 6 liegt somit in allen Fällen, in denen ein Schaltelement 23 einer Kommunikationskomponente 22 aktiv ist, ein Potential an, das im Wesentlichen dem Bezugspotential entspricht. Sind hingegen die Schaltelemente 23 aller Kommunikationskomponenten 22, die mit dem Bus bzw. dem Anschlusspunkt 6 gekoppelt sind, geöffnet, so gilt wie vorangehend diskutiert, dass das Anschlusspotential am Anschlusspunkt 6 durch den durch das erste Widerstandselement 13 und die zweiten Widerstandselemente 15, 16, 17 gebildeten Spannungsteiler bestimmt wird.
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Durch Erfassung des Anschlusspotentials am Anschlusspunkt 6 kann eindeutig erkannt werden, wenn wenigstens eines der Schaltelemente 23 geschlossen ist, da in diesem Fall eine sehr niedrige Spannung erfasst wird. Solange dies der Fall ist, kann die Überwachung der Pilotleitungen ausgesetzt werden. Während Intervallen, in denen alle Schaltelemente 23 geöffnet sind, kann die Überwachung der Pilotleitungen wie vorangehend erläutert erfolgen.
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Da bei üblichen Kommunikationsbussen, beispielsweise bei einem LIN-Bus, relativ kurze Schaltintervalle zur Kommunikation genutzt werden, wird die Überwachung der Pilotleitungen nur für sehr kurze Zeitintervalle, beispielsweise für einige Millisekunden, ausgesetzt, womit trotz der gemeinsamen Nutzung der Verbindungsleitung 10 als Kommunikationsbus und zur Überwachung der Pilotleitungen 7, 8, 9 eine hohe Überwachungsdichte und Überwachungsqualität für die Unterbrechung der Pilotleitungen 7, 8, 9 erreicht wird.
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Soll ein Gehäuse 25 oder ein Verbindungselement einer Einrichtung überwacht werden, die eine Kommunikationskomponente 22 aufweist, so kann dies prinzipiell genauso erfolgen, wie für die Komponenten 3, 4, 5. In vielen Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, die Kommunikationskomponenten 22 zu nutzen, um dieses weitere Gehäuse oder diese weitere elektrische Verbindung zu überwachen. Dies kann erreicht werden, indem der Anschluss der Kommunikationskomponente 22 an dem Anschlusspunkt 6 über eine jeweilige weitere Pilotleitung 24 erfolgt, wobei bei einer Öffnung des weiteren zu überwachenden Gehäuses bzw. einer Trennung der weiteren zu überwachenden elektrischen Verbindung die weitere Pilotleitung 24 getrennt wird. Erfolgt nun eine regelmäßige Kommunikation zwischen der Kommunikationskomponente 22 und der Überwachungseinrichtung 2, so kann die Überwachungseinrichtung 2 bzw. deren Steuereinrichtung 19 eine Unterbrechung der weiteren Pilotleitung 24 erkennen, wenn diese Kommunikation ausbleibt.
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Es ist hierbei möglich, dass die Kommunikationskomponente 22 mit der Überwachungseinrichtung 2 unidirektional kommuniziert. Beispielsweise können in festen Abständen Signale an die Überwachungseinrichtung 2 gesendet werden. Alternativ ist es beispielsweise möglich, dass die Überwachungseinrichtung 2 eine Abfragenachricht an die Kommunikationskomponente 22 sendet, woraufhin diese antwortet. Bleibt eine entsprechende Antwort aus, wird eine Unterbrechung der Pilotleitung 24 festgestellt.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Gehäuse 11 der zu überwachenden Einrichtungen 3, 4, 5 geerdet, das heißt, sie liegen auf dem Bezugspotential 18. Die zweiten Widerstandselemente 15, 16, 17 können somit zwischen die jeweilige Pilotleitung 7, 8, 9 und das jeweilige Gehäuse 11 geschaltet werden. Hierdurch wird das beschriebene Vorgehen mit sehr geringem Verkabelungsaufwand erreicht. Ein ähnliches Vorgehen wäre beispielsweise möglich, wenn die Pilotleitung eine elektrische Verbindung 12 überwacht und wenigstens eine Leitung dieser Verbindung 12 auf dem Bezugspotential liegt. In diesem Fall könnte das zweite Widerstandselement 15, 16, 17 zwischen die jeweilige Pilotleitung 7, 8, 9 und diese auf dem Bezugspotential liegende Leitung geschaltet werden.
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In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, den durch die zweiten Widerstandselemente 15, 16, 17 realisierten Gesamtwiderstand mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, beispielsweise dann, wenn für eine Vielzahl von Pilotleitungen 7, 8, 9 mithilfe von unterschiedlichen Widerstandselementen 15, 16, 17 erkannt werden soll, welche dieser Pilotleitungen 7, 8, 9 unterbrochen sind. Insbesondere, wenn die zu überwachenden Einrichtungen 3, 4, 5 an relativ weit voneinander beabstandeten Punkten mit einem Bezugspotential verbunden sind, wie dies beispielsweise in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen der Fall sein kann, können sich die lokalen Bezugspotentiale geringfügig voneinander unterscheiden, womit unter Umständen das Widerstandsverhältnis des Gesamtwiderstands der parallel geschalteten zweiten Widerstandselemente 15, 16, 17 und des ersten Widerstandselements 13 durch die Spannungsmessung am Anschlusspunkt 6 nicht korrekt bestimmt werden kann bzw. mit einem relativ großen Messfehler behaftet ist.
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Eine mögliche Lösung für dieses Problem ist die alternative Ausgestaltung der elektrischen Schaltung 1, die in 2 dargestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung weist die Überwachungseinrichtung 2 einen Referenzanschluss 21 auf, der auf dem Bezugspotential liegt. Jeder zu überwachenden Einrichtung 26 ist wie im vorangehend erläuterten Beispiel einer Pilotleitung 28 zugeordnet, die mit einem zweiten Widerstandselement 27 gekoppelt ist. Statt jedoch ein lokales Bezugspotential 18 zu nutzen, wie dies in 1 gezeigt ist, ist das zweite Widerstandselement 27 über eine jeweilige Referenzleitung 29 mit dem Referenzanschluss 21 verbunden. Somit ist sichergestellt, dass für die Spannungsmessung am Anschlusspunkt 6 das gleiche Bezugspotential genutzt wird, an dem auch der durch das erste Widerstandselement 13 und die zweiten Widerstandselemente 27 gebildete Spannungsteiler angeschlossen ist.
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Die beschriebene Überwachung von Einrichtungen kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug genutzt werden, wie dies mit Bezug auf 3 am Beispiel des Kraftfahrzeugs 32 erläutert wird. Die Steuereinrichtung 2 überwacht hierbei als Einrichtungen 36, 38, 39 eine Batterie, einen Elektromotor und einen Hochspannungsverteiler. Der Elektromotor und der Hochspannungsverteiler sind über einen Trennschalter 37 mit der Batterie gekoppelt. Eine Überwachungseinrichtung 2 ist mit mehreren Pilotleitungen gekoppelt, um, wie dies zu den vorangehenden Figuren erläutert wurde, die die Integrität der Gehäuse und elektrischen Verbindungen der Einrichtungen 36, 38, 39 überwachen. Wird wenigstens eine dieser Pilotleitungen unterbrochen, da beispielsweise eines der Gehäuse geöffnet wird oder eine der Verbindungen getrennt wird, so steigt, wie zu den vorangehenden Figuren erläutert, eine Spannung an einem nicht gezeigten Anschlusspunkt der Überwachungseinrichtung 2. Dies könnte, wie in den vorangehenden Beispielen erläutert, über einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler erfasst werden und es könnte unmittelbar diagnostiziert werden, welche der Pilotleitungen unterbrochen ist und somit welches der Gehäuse geöffnet ist bzw. welche der Verbindungen getrennt ist. Im Kraftfahrzeug 32 wird hingegen eine demgegenüber vereinfachte Schaltung genutzt, bei der die Spannung am Anschlusspunkt mithilfe eines Komparators mit einem festen Grenzwert verglichen wird. Wird dieser feste Grenzwert überstiegen, so deutet dies darauf hin, dass wenigstens eine der Pilotleitungen unterbrochen ist. Demnach wird das Hochspannungsnetz durch eine Ansteuerung des Trennschalters 37 deaktiviert und eine Warnleuchte 33 im Kraftfahrzeug 32 wird aktiviert. Hierdurch wird ein Nutzer darauf hingewiesen, dass eine Wartung des Kraftfahrzeugs 32 erforderlich ist.
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Im Rahmen der Wartung des Kraftfahrzeugs kann eine fahrzeugexterne Diagnoseeinrichtung 35 über einen Diagnoseanschluss 34 an dem Kraftfahrzeug 32 angeschlossen werden. Diese kann die Spannung an dem Anschlusspunkt bzw. einer mit diesem verbundenen Verbindungsleitung messen und anhand der bekannten Widerstandswerte des ersten und der zweiten Widerstandselemente ermitteln, welche der Pilotleitungen unterbrochen ist und somit welche der Gehäuse geöffnet bzw. welche der elektrischen Verbindungen getrennt sind. Dies ermöglicht eine schnelle und effiziente Fehlerdiagnose.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011003082 A1 [0004]
