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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, bei dem wenigstens eine elektrische Einrichtung mit einer Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt wird und wenigstens eine elektrische Größe des Bordnetzes erfasst wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer Fahrzeugbatterie, wenigstens einer mit der Fahrzeugbatterie elektrisch koppelbaren elektrischen Einrichtung sowie einer Sensoreinheit zum Erfassen einer elektrischen Größe des Bordnetzes und zum Bereitstellen eines entsprechenden Sensorsignals. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Bordnetz.
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Verfahren der gattungsgemäßen Art, Bordnetze sowie auch Kraftfahrzeuge mit Bordnetzen sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt. Kraftfahrzeuge verfügen in der Regel über wenigstens ein Bordnetz, welches dazu dient, elektrische Einrichtungen in vorgebbarer Weise mit elektrischer Energie zu versorgen. Die elektrische Energie kann durch eine elektrische Maschine bereitgestellt werden, die in einem Generatorbetrieb betrieben wird. Zu diesem Zweck kann der elektrischen Maschine mechanische Leistung, beispielsweise von einer konventionellen Antriebseinrichtung oder dergleichen zugeführt werden, die dann mittels der elektrischen Maschine in elektrische Energie gewandelt wird. Die elektrische Energie kann dann beispielsweise in der Fahrzeugbatterie gespeichert werden, die in der Regel Bestandteil des Bordnetzes ist.
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Handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, weist dieses wenigstens eine elektrische Antriebseinrichtung auf, mittels der das Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb betrieben werden kann. Üblicherweise stellt die Fahrzeugbatterie die elektrische Energie für die elektrische Antriebseinrichtung im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb bereit. Darüber hinaus kann die Fahrzeugbatterie natürlich auch elektrische Energie für weitere elektrische Einrichtungen des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellen, wie beispielsweise einem Scheinwerfer, ein elektrischer Klimakompressor, eine elektrische Heizanlage und/oder dergleichen. Die elektrische Energie kann auch mittels eines Energiewandlers wie einem DC/DC-Wandler oder dergleichen bereitgestellt werden.
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Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeugs, welches ein Kraftfahrzeug ist, das zumindest teilweise elektrische Energie für seinen bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb nutzt. Darüber hinaus kann auch eine konventionelle Antriebseinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise Energie durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder dergleichen gewinnt, zum Beispiel mittels einer Verbrennungskraftmaschine, einer Brennstoffzelle oder dergleichen. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder dergleichen. Darüber hinaus ist das Kraftfahrzeug besonders bevorzugt ein Kraftwagen, insbesondere ein Personenkraftwagen. Dem Grunde nach kann das Kraftfahrzeug jedoch auch ein konventionelles Kraftfahrzeug sein, welches lediglich die konventionelle Antriebseinrichtung für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb nutzt.
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Das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs dient dazu, die wenigstens eine elektrische Einrichtung des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie in geeigneter Weise zu versorgen. Zu diesem Zweck ist die wenigstens eine elektrischen Einrichtung an das elektrische Bordnetz angeschlossen beziehungsweise Bestandteil hiervon. Elektrische Einrichtungen können beispielsweise Fahrzeugscheinwerfer, Fahrzeugleuchten, insbesondere Innenleuchten, ein elektrischer Klimakompressor, ein elektrischer Anlasser für die Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, ein Navigationsgerät und/oder eine Vielzahl weiterer derartiger elektrischer Einrichtungen sein. Darüber hinaus kann das elektrische Bordnetz auch die elektrische Antriebseinrichtung umfassen, die dazu dient, das Kraftfahrzeug mittels elektrischer Energie anzutreiben. Ist die elektrische Antriebseinrichtung als einzige Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs vorhanden, handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Elektrofahrzeug. Umfasst das Kraftfahrzeug dagegen ergänzend die Verbrennungskraftmaschine, handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridfahrzeug. Bei einem Hybridfahrzeug kann auch eine gemeinsame Nutzung der elektrischen Antriebseinrichtung und der Verbrennungskraftmaschine zum Zwecke des Antriebs vorgesehen sein. Bei Elektrofahrzeugen sowie gegebenenfalls auch bei Hybridfahrzeugen wird in diesem Fall die Fahrzeugbatterie in der Regel als Hochvoltbatterie ausgebildet, um eine entsprechende elektrische Leistung, die für Antriebszwecke erforderlich ist, günstig bereitstellen zu können. Bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug wird häufig die elektrische Antriebseinrichtung von der Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie versorgt. Dadurch wird die Fahrzeugbatterie während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in der Regel entladen. Wird von der Fahrzeugbatterie ein unterer Ladungszustand erreicht, ist es üblich, das Kraftfahrzeug an einer Ladestation abzustellen und dessen Bordnetz elektrisch mit der Ladestation zu koppeln, um der Fahrzeugbatterie elektrische Energie von der Ladestation zuführen zu können.
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Nicht nur, aber insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, besonders bei Elektrofahrzeugen sowie auch Hybridfahrzeugen, ist das Bordnetz, das die zumindest eine Fahrzeugbatterie umfasst, in der Regel mit einer hohen elektrischen Gleichspannung beaufschlagt, die beispielsweise etwa 400 V oder auch mehr betragen kann. Die Höhe dieser elektrischen Gleichspannung ist vor allem aus sicherheitstechnischen Gründen eine Herausforderung, weshalb hier zum Beispiel besondere Sicherheitsanforderungen zu beachten sind, die unter anderem auch durch die Normung vorgegeben sind. Beispielsweise ist durch die Norm ECE R 100 vorgegeben, dass bei einer elektrischen Spannung von größer als 60 V besondere Maßnahmen zum Schutz von Personen vor elektrischem Schlag vorzusehen sind. Aus diesem Grund ist zum Beispiel bei einer Fahrzeugbatterie, die für eine derart hohe Spannung ausgelegt ist, auch Hochvoltbatterie genannt, vorgesehen, dass die Fahrzeugbatterie mit einer integrierten Schalteinheit, die in der Regel durch ein integriertes Schütz gebildet ist, ausgerüstet sein soll. Die Schalteinheit kann aufgrund entsprechender Ansteuerung mittels des Schaltsignals Batteriezellen der Fahrzeugbatterie von Anschlüssen der Fahrzeugbatterie trennen oder mit diesen verbinden. Zu diesem Zweck kann die Schalteinheit ein oder auch mehrere Schaltelemente aufweisen, mittels dem beziehungsweise denen die gewünschte Schaltfunktion realisiert werden kann. Die Schalteinheit wird mittels eines Schaltsignals gesteuert. Ist das Schaltsignal ein Einschaltsignal, wird die elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen und den Anschlüssen hergestellt. Ist das Schaltsignal dagegen ein Ausschaltsignal, wird wenigstens einer der Anschlüsse der Fahrzeugbatterie von den Batteriezellen elektrisch getrennt, sodass ein Stromfluss durch die Fahrzeugbatterie unterbrochen ist. Vorzugsweise werden jedoch sämtliche Anschlüsse von den Batteriezellen getrennt, um ein galvanische Trennung oder zumindest eine vollständige elektrische Trennung der Batteriezellen von den Anschlüssen zu ermöglichen.
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Fahrzeugbatterien der gattungsgemäßen Art finden Einsatz bei einem elektrischen Bordnetz, um das elektrische Bordnetz in vorgebbarer Weise mit elektrischer Energie versorgen zu können. Dabei dient die Fahrzeugbatterie nicht nur der Bereitstellung von elektrischer Energie, wenn im elektrischen Bordnetz ein entsprechender Energiebedarf vorliegt, sondern sie kann darüber hinaus auch elektrische Energie aufnehmen und reversibel speichern, wenn im elektrischen Bordnetz ein Überschuss an elektrischer Energie vorhanden ist. Eine solche Fahrzeugbatterie wird auch als Akkumulator bezeichnet.
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Zum Zwecke des reversiblen Energiespeicherns umfasst die Fahrzeugbatterie in der Regel mehrere Batteriezellen, die als galvanische Zellen ausgebildet sind und elektrische Energie chemisch zu speichern vermögen. Zu diesem Zweck weist die Batteriezelle in der Regel zwei Elektroden auf, die elektrochemisch miteinander in Verbindung stehen, beispielsweise über einen Elektrolyten, der mit den Elektroden wechselwirkt. An den Elektroden stellt sich dann eine elektrische Gleichspannung ein, die sich im Wesentlichen aufgrund der Elektrochemie ergibt. Die Gleichspannung, die sich zwischen den Elektroden der einzelnen Batteriezelle einstellt, beträgt üblicherweise wenige Volt, beispielsweise etwa 1,2 V bis etwa 4,5 V, abhängig von der jeweiligen Zellchemie.
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Insbesondere wenn die Fahrzeugbatterie auch der Bereitstellung von elektrischer Energie für die elektrische Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs dient, sollen häufig hohe Gleichspannungen bereitgestellt werden können, beispielsweise bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, wie Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, eine Gleichspannung in einem Bereich von mehreren 100 V, beispielsweise etwa 400 V oder mehr, insbesondere etwa 800 V. Daraus ergibt sich, dass zur Realisierung einer solchen Gleichspannung durch die Fahrzeugbatterie eine Vielzahl von Batteriezellen elektrisch in Reihe geschaltet werden muss. Je nach Energie- beziehungsweise Leistungsbedarf kann ergänzend auch noch eine Parallelschaltung von Batteriezellen erforderlich sein.
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Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Fahrzeugbatterie sowie auch bei einer ersten Inbetriebnahme der Fahrzeugbatterie können Störungen auftreten, die aus unterschiedlichsten Gründen während des bestimmungsgemäßen Betriebs oder auch bereits aufgrund der Herstellung der Fahrzeugbatterie vorliegen können. Dies kann unter anderem einen Störlichtbogen zur Folge haben beziehungsweise einen solchen hervorrufen.
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Ein Störlichtbogen, gelegentlich auch Fehlerlichtbogen genannt, ist in der Elektrotechnik ein technisch unerwünscht auftretender Lichtbogen zwischen elektrischen Anlagenteilen, insbesondere solchen Anlagenteilen, die mit unterschiedlichem elektrischen Potential beaufschlagt sind. Dabei basiert die Lichtbogenerscheinung darauf, dass es bei einem ungenügenden Abstand zwischen den die unterschiedlichen elektrischen Potentiale führenden Teilen und/oder bei einer ungenügenden elektrischen Isolation zwischen den entsprechenden Teilen und/oder aufgrund von Verschmutzungen und/oder Fremdkörpern zu einem unerwünschten Spannungsüberschlag kommen kann, in dessen Verlauf der Lichtbogen entsteht beziehungsweise sich ausbildet. Der Spannungsüberschlag kann auch in einem elektrischen Bauteil selbst entstehen, zum Beispiel bei einem elektromechanischen Schaltelement, wenn sich dessen Schaltkontakte zu langsam öffnen, oder eine elektrische Isolation zwischen den elektrischen Potentialen beschädigt ist. Der Störlichtbogen ist nicht nur eine unerwünschte Erscheinung, die die Funktionalität des Bordnetzes beeinträchtigen kann, sondern sie kann auch betroffene Bauteile beschädigen, sodass deren Lebensdauer beeinträchtigt ist oder das Bauteil sogar vollständig ausfällt.
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So befasst sich zum Beispiel die
DE 10 2004 058 957 A1 mit einer Vorrichtung zur Erkennung von Lichtbögen in einem Stromkreis eines Kraftfahrzeugbordnetzes. Gemäß dieser Lehre wird die Veränderung eines Stroms in einem Stromkreis erfasst und unter Nutzung von Rauschsensormitteln eine Erkennung von Lichtbögen erreicht. Zum Zwecke der Auswertung wird ein für einen Lichtbogen typischer Wechselanteil genutzt. Auch wenn sich diese Lehre bewährt hat, so zeigen sich dennoch Nachteile. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetz auftretende Änderungen des Stroms teilweise als Störlichtbogen erkannt werden, obwohl diesen Änderungen kein Störlichtbogen zugeordnet werden kann. Ein Störlichtbogen liegt teilweise somit nicht vor.
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Ferner ist zu bedenken, dass insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen die Fahrzeugbatterie eine sehr große elektrische Leistung bereitzustellen vermag, sodass ein Störlichtbogen von den verfügbaren Sicherungsmitteln häufig nicht erkannt werden kann.
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Insgesamt besteht Bedarf, bei einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs die Erkennung von Störlichtbögen zu verbessern.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Störlichtbogen mit einer größeren Zuverlässigkeit erkennen zu können.
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Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, ein Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass für die wenigstens eine Größe ein Betriebsprofil für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes erstellt wird, im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes eine Abweichung vom Betriebsprofil ermittelt wird, und die ermittelte Abweichung bezüglich wenigstens einer vorbestimmten charakteristischen Eigenschaft von Lichtbögen ausgewertet wird.
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Bezüglich eines gattungsgemäßen Bordnetzes wird insbesondere vorgeschlagen, dass dieses eine Speichereinheit zum Speichern eines zuvor erstellten Betriebsprofils für die wenigstens eine Größe in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes und eine Auswerteeinheit zum Auswerten des Sensorsignals aufweist, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, eine Abweichung der Größe vom Betriebsprofil im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes zu ermitteln und die ermittelte Abweichung bezüglich wenigstens einer charakteristischen Eigenschaft von Lichtbögen auszuwerten.
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Bezüglich eines gattungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird vorgeschlagen, dass das Bordnetz gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass die wenigstens eine elektrische Größe des Bordnetzes Daten zu liefern vermag, aus denen auf das Vorhandensein eines oder mehrerer Lichtbögen verbessert geschlossen werden kann. Zu diesem Zweck wird für die elektrische Größe das Betriebsprofil erstellt. Das Betriebsprofil gibt an, welche Werte und gegebenenfalls auch unter welchen Bedingungen die Werte von der elektrischen Größe im bestimmungsgemäßen Betrieb eingenommen werden können. Im einfachsten Fall kann es sich bei dem Betriebsprofil um einen Vergleichswert handeln, wobei die elektrische Größe mit dem Vergleichswert verglichen wird, um die Abweichung zu ermitteln. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zwei unterschiedliche Vergleichswerte vorgesehen sind und das Betriebsprofil bilden und die elektrische Größe im bestimmungsgemäßen Betrieb, wenn kein Lichtbogen vorliegt, innerhalb eines Bereichs, der durch die beiden Vergleichswerte definiert ist, ist. Darüber hinaus können natürlich eine Reihe weiterer elektrischer Eigenschaften genutzt werden, um das Betriebsprofil zu erstellen. So können zum Beispiel Schaltvorgänge von einer oder mehrerer der elektrischen Einrichtungen des Bordnetzes ergänzend berücksichtigt werden, um zu vermeiden, dass genau solche Schaltvorgänge zu einer fehlerhaften Störlichtbogenerkennung führen. Darüber hinaus können natürlich eine Vielzahl von weiteren Eigenschaften genutzt werden, um das Betriebsprofil für die elektrische Größe zu erstellen. Besonders vorteilhaft kann für das Erstellen des Betriebsprofils auch die Funktionalität beziehungsweise Betriebszustände von wenigstens einer der elektrischen Einrichtungen berücksichtigt werden, die auf die jeweilige elektrische Größe Einfluss nehmen können.
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Die elektrische Größe kann zum Beispiel ein elektrischer Strom, eine elektrische Spannung, eine elektrische Leistung, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein. Die elektrische Größe kann an einer vorgegebenen Position des Bordnetzes erfasst werden. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass an mehreren Positionen des Bordnetzes eine jeweilige elektrische Größe erfasst wird. Dabei brauchen die jeweils erfassten elektrischen Größen nicht von der gleichen Art zu sein. Die elektrische Größe kann mit einer geeigneten Sensoreinheit erfasst werden. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit Bestandteil des Bordnetzes.
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Das erstellte Betriebsprofil wird vorzugsweise in einer Speichereinheit gespeichert, sodass es für die weitere Funktionalität gemäß der Erfindung abrufbar bereitsteht. Die Speichereinheit kann eine elektronische Speichereinheit sein, die vorzugsweise eine Veränderung des Betriebsprofils erlaubt, wenn das Betriebsprofil an sich ändernde Eigenschaften des Bordnetzes im bestimmungsgemäßen Betrieb angepasst werden können soll. Eine solche Speichereinheit kann zum Beispiel ein Random Access Memory (RAM), eine Festplatte, ein Flash-Speicher, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen sein. Die Speichereinheit kann auch Bestandteil von wenigstens einer der elektrischen Einrichtungen sein. Sie kann aber auch als separate Speichereinheit an geeigneter Stelle des Bordnetzes beziehungsweise im Kraftfahrzeug angeordnet sein.
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Das Erstellen des Betriebsprofils erfolgt für den Fall des bestimmungsgemäßen Betriebs des Bordnetzes, in dem kein Lichtbogen vorliegt. Das Betriebsprofil kann somit zum Beispiel herstellerseitig anhand von Messreihen oder dergleichen bereitgestellt werden. Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Betriebsprofil während der Inbetriebnahme des Bordnetzes und seiner Prüfung zu erstellen. Dadurch kann die Gesamtfunktionalität des Bordnetzes bei der Erstellung des Betriebsprofils für die wenigstens eine elektrische Größe berücksichtigt werden.
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Die Auswerteeinheit dient dazu, das Sensorsignal der Sensoreinheit, die die elektrische Größe erfasst, auszuwerten. Die Auswerteeinheit kann eine elektronische Hardwareschaltung, eine programmgesteuerte Rechnereinheit, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen sein. Sie kann unter anderem auch Bestandteil von wenigstens einer der elektrischen Einrichtungen sein. Zum Zwecke des Auswertens wird zunächst eine Abweichung der elektrischen Größe vom Betriebsprofil ermittelt. Dabei befindet sich das Bordnetz in einem bestimmungsgemäßen Betrieb. Abweichung bedeutet, dass die elektrische Größe einen Wert annimmt, der außerhalb eines Wertebereichs ist, der durch das Betriebsprofil vorgegeben ist. Dadurch kann zunächst ermittelt werden, dass eine derartige Abweichung vorliegt.
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Um nun zu vermeiden, dass jegliche Abweichung vom Betriebsprofil auch zu einer Lichtbogenerkennung führt, auch wenn kein solcher Lichtbogen vorliegt, erfolgt eine weitere Auswertung der Abweichung bezüglich wenigstens einer charakteristischen Eigenschaft von Lichtbögen. Dadurch wird erreicht, dass nicht ein selten auftretendes Ereignis im Bordnetz im bestimmungsgemäßen Betrieb dazu führt, dass fälschlicherweise ein Lichtbogen erkannt wird, obwohl es sich bei dem Ereignis um einen zulässigen Betriebszustand des Bordnetzes handelt. Zu diesem Zweck wird die Abweichung nun bezüglich der charakteristischen Eigenschaft von Lichtbögen untersucht.
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Dabei nutzt die Erfindung die Erkenntnis, dass bei modernen Kraftfahrzeugen die Fahrzeugbatterie große Energiemengen und große Leistungen bereitzustellen vermag, die ein Ausbilden und Halten des Lichtbogens erlauben, ohne dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bordnetzes im Übrigen beeinträchtigt zu sein braucht. Lichtbögen in einem derartigen Bordnetz können somit auch für eine längere Zeit vorliegen. Dies kann nicht nur für serielle, sondern auch für parallele Lichtbögen der Fall sein.
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Dies kann bei der Auswertung berücksichtigt werden. So kann die elektrische Größe auf bestimmte, lichtbogenzuordbare Frequenzbestandteile analysiert werden. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Auswerten umfasst, dass die entsprechenden Signalanteile für eine vorgegebene Mindestzeit vorliegen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Auswerten umfasst, dass entsprechende Signalanteile für eine vorgegebene Mindestzeit vorliegen. Darüber hinaus können auch Eigenschaften von elektrischen Einrichtungen berücksichtigt werden, zum Beispiel das Einschalten einer elektrischen Einrichtung, das Abschalten der elektrischen Einrichtung, spezifische, einer jeweiligen elektrischen Einrichtung zugeordnete Störungen und/oder dergleichen. Erst wenn die weitere Auswertung ergibt, dass die Abweichung dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes nicht mehr zugerechnet werden kann, wird auf das Vorliegen eines Lichtbogens erkannt.
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Dadurch ist es möglich, einen Lichtbogen mit deutlich größerer Zuverlässigkeit als im Stand der Technik möglich ermitteln zu können. Falscherkennungen, wie sie im Stand der Technik bei angemessener Auslegung der Störlichtbogenerkennung auftreten, können dadurch weitgehend vermieden werden. Zugleich kann trotzdem ein hohes Niveau bei der Lichtbogenerkennung erreicht werden, sodass Lichtbögen mit großer Zuverlässigkeit erkannt werden können.
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Wird ein Lichtbogen erkannt, wird vorzugsweise ein entsprechendes Lichtbogensignal erzeugt. Mit dem Lichtbogensignal kann eine Schalteinheit, insbesondere eine Schalteinheit der Fahrzeugbatterie, betätigt werden, sodass das Bordnetz zumindest im Bereich des erkannten Lichtbogens deaktiviert werden kann. Die Schalteinheit kann eine elektromechanische Schalteinheit sein, die mittels Schaltelementen ein Freischalten der entsprechenden Position des Bordnetzes ermöglicht. Darüber hinaus können natürlich auch elektronische Schaltelemente, beispielsweise Transistoren oder dergleichen vorgesehen sein, um die gewünschte Schaltfunktion realisieren zu können.
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Das Betriebsprofil umfasst somit einen Datensatz, der es erlaubt, zu ermitteln, welche Werte die elektrische Größe im bestimmungsgemäßen Betrieb einnimmt. Bei den Daten handelt es sich vorzugsweise um die digitalen Daten. Das Betriebsprofil kann zum Beispiel eine Tabelle mit zulässigen Werten umfassen. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das Betriebsprofil zumindest teilweise mittels mathematischer Funktionen beschrieben wird.
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Vorzugsweise wird das Betriebsprofil während des bestimmungsgemäßen Betriebs aktualisiert. Dies erlaubt es, Änderungen des Bordnetzes zu berücksichtigen, zum Beispiel wenn eine elektrische Einrichtung hinzugefügt wird oder auch eine vorhandene elektrische Einrichtung deaktiviert oder entfernt wird. Das Aktualisieren kann zu vorgebbaren Zeitpunkten erfolgen. Beispielsweise können hierfür Daten berücksichtigt werden, die durch das Erfassen der zugeordneten elektrischen Größe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten des Aktualisierens erfasst worden sind. Darüber hinaus kann hierdurch zum Beispiel auch eine schleichende Änderung von elektrischen Eigenschaften zumindest einer der elektrischen Einrichtungen des Bordnetzes sowie auch der Fahrzeugbatterie berücksichtigt werden. Insgesamt lässt sich hierdurch erreichen, dass die Zuverlässigkeit der Lichtbogenerkennung auch während der Lebensdauer des Bordnetzes weitgehend erhalten bleiben kann. Die Lichtbogenerkennung kann hierdurch zum Beispiel adaptiv an das aktuelle Bordnetz angepasst werden.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Betriebsprofil beibehalten wird, wenn die ermittelte Abweichung durch das Auswerten einem Lichtbogen zuordbar ist. In diesem Fall wurde auf das Vorliegen des Lichtbogens erkannt. Ein Aktualisieren des Betriebsprofils ist daher nicht angesagt. Ansonsten könnte die Lichtbogenerkennung beeinträchtigt werden. Damit eine derartige Beeinträchtigung der Lichtbogenerkennung vermieden wird, wird das Aktualisieren des Betriebsprofils in diesem Fall nicht durchgeführt.
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Vorzugsweise umfasst das Auswerten eine Spektralanalyse bezüglich der ermittelten Abweichung. Die Spektralanalyse kann zum Beispiel numerisch mittels einer programmgesteuerten Rechnereinheit realisiert werden, die eine entsprechende mathematische Transformation vorsieht, beispielsweise eine Fourier-Transformation, eine Laplace-Transformation oder dergleichen. Durch die Transformation ist es möglich, die Abweichung in einem Spektralbereich zu untersuchen. Lichtbögen bewirken in der Regel spezifisch zuordbare spektrale Energieverteilungen, die das Erkennen des Lichtbogens weiter verbessern. Besonders vorteilhaft kann für ein jeweiliges spezifisches Bordnetz untersucht werden, wie ein Lichtbogen sich auf die spektrale Energieverteilung auswirkt.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Auswerten nur dann erfolgt, wenn die Abweichung mindestens für einen vorgebbaren Zeitraum vorliegt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Zuverlässigkeit der Lichtbogenerkennung weiter verbessert wird. Beispielsweise kann der vorgegebene Zeitraum mindestens 0,1 s betragen. Darüber hinaus kann der Zeitraum aber auch mindestens 1 s, insbesondere mindestens etwa 4 s betragen. Ist die Abweichung lediglich für einen kürzeren Zeitraum als den vorgebbaren Zeitraum erfassbar, kann dies signalisieren, dass kein Lichtbogen vorliegt, sondern stattdessen vielmehr ein selten auftretender Betriebszustand des Bordnetzes im bestimmungsgemäßen Betrieb. Die Zuverlässigkeit der Lichtbogenerkennung kann dadurch weiter gesteigert werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Auswerten nur dann erfolgt, wenn die Abweichung mindestens für eine vorgebbare Wiederholrate vorliegt. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass der Lichtbogen für mehrere, voneinander zeitlich beabstandete Zeiträume vorliegt. Hierdurch können insbesondere Aussetzstörungen, die einen Lichtbogen verursachen können oder dergleichen, besser erfasst werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass mittels des Auswertens ermittelt wird, ob ein paralleler oder ein serieller Lichtbogen vorliegt, wobei abhängig von dem Ergebnis des Auswertens ein entsprechendes Lichtbogensignal abgegeben wird. Durch das Auswerten kann somit bereits eine Spezifizierung des Lichtbogens auf einen seriellen oder einen parallelen Lichtbogen erfolgen. Dies erlaubt es, eine Gefährlichkeit des Lichtbogens zu bewerten. In der Regel ist die Gefährlichkeit eines seriellen Lichtbogens deutlich geringer als die eines parallelen Lichtbogens. Bei einem seriellen Lichtbogen kann gegebenenfalls ein Notbetrieb des Bordnetzes, zumindest des betroffenen Teils des Bordnetzes, aufrechterhalten werden. Bei einem parallelen Lichtbogen ist hingegen in der Regel eine schnellstmögliche Abschaltung des betroffenen Teils des Bordnetzes zu empfehlen. Mittels des Lichtbogensignals kann hierdurch somit eine Entscheidungshilfe bereitgestellt werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass nur bei einem parallelen Lichtbogen das elektrische Koppeln der Fahrzeugbatterie mit der elektrischen Einrichtung beendet wird. Vorzugsweise kann zu diesem Zweck das Lichtbogensignal herangezogen werden. Das Beenden des elektrischen Koppelns erfolgt vorzugsweise automatisiert. Diese Weiterbildung berücksichtigt, dass - wie zuvor erläutert - der parallele Lichtbogen in der Regel eine große Gefährlichkeit und Schädlichkeit nach sich ziehen kann. Hier ist deshalb eine sofortige Reaktion in der Regel gewünscht. Darüber hinaus kann der parallele Lichtbogen bei einer Untersuchung des Bordnetzes vergleichsweise leicht ermittelt werden beziehungsweise die Position, an der der Lichtbogen vorhanden war. Dies ist bei einem seriellen Lichtbogen in der Regel anders. Bei einem seriellen Lichtbogen kann die Störstelle, an der der serielle Lichtbogen vorliegt, sehr schwer zu ermitteln sein, weshalb auch für die Analyse des Bordnetzes ein Weiterbetrieb sinnvoll sein kann. Auch hierzu kann das Lichtbogensignal dienen. Wird ein serieller Lichtbogen erkannt, braucht lediglich eine Meldung zu erfolgen, wohingegen bei einem parallelen Lichtbogen in der Regel eine unmittelbare Abschaltung ausgeführt werden sollte.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Bordnetz sowie das mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz ausgerüstete Kraftfahrzeug und umgekehrt. Insbesondere können für Verfahrensmerkmale auch Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 in einer schematisch perspektivischen Ansicht ein Chassis eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung;
- 2 in einer schematischen Darstellung ein Flussdiagramm für eine Verfahrensführung gemäß der Erfindung; und
- 3 eine schematische Diagrammdarstellung, bei der in einem Diagramm mittels eines Graphen ein Potentialverlauf eines elektrischen Potentials in einem Lichtbogen dargestellt ist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Chassis eines Hybridfahrzeugs, wobei Karosserieteile weggelassen sind, damit die Komponenten des Hybridfahrzeugs 20 sichtbar sind. Das Hybridfahrzeug 20 umfasst ein Bordnetz 22, welches hier lediglich schematisch dargestellt ist. Das Bordnetz 22 umfasst eine Fahrzeugbatterie 26, die vorliegend als Lithium-lon-Hochvoltbatterie ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst das Bordnetz 22 eine elektrische Antriebseinrichtung 36, die eine elektrische Maschine 24 umfasst, die vorliegend mittels eines Wechselrichters 34 betrieben wird. Der Wechselrichter 34 ist seinerseits über einen nicht weiter bezeichneten Gleichspannungszwischenkreis an die Hochvoltbatterie 26 angeschlossen.
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Mittels einer Ladeeinrichtung 38 kann dem Bordnetz 22 Energie zugeführt werden, die dann in der Hochvoltbatterie 26 reversibel gespeichert wird. In einem vorderen Bereich des Hybridfahrzeugs 20 ist ferner eine Verbrennungskraftmaschine 40 angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine 40 sowie auch die elektrische Maschine 24 wirken auf ein gemeinsames Getriebe 42, sodass das Hybridfahrzeug 20 im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb angetrieben werden kann.
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Vorliegend ist vorgesehen, dass die Hochvoltbatterie 26 mit der elektrischen Antriebseinrichtung 36 mittels einer nicht weiter dargestellten Schalteinheit der Hochvoltbatterie 26 koppelbar ist. Die Schalteinheit ist vorliegend als elektromechanische Schalteinheit ausgebildet und verfügt über geeignet ausgebildete elektromechanische Schaltelemente. Mittels eines Schaltsignals kann die Schalteinheit in die gewünschte Schaltstellung verfahren werden.
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Das Bordnetz 22 umfasst ferner eine Sensoreinheit 28, mittels der ein elektrischer Strom als elektrische Größe des Bordnetzes 22 erfasst wird. Die Sensoreinheit 28 stellt ein entsprechendes Sensorsignal bereit.
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Das Bordnetz 22 umfasst ferner eine Speichereinheit 30, die vorliegend als digitaler elektronischer Speicher nach Art eines RAM ausgebildet ist. Aus einem weiteren, nicht weiter dargestellten nicht-flüchtigen Speicher werden Daten eines zuvor erstellten Betriebsprofils für den elektrischen Strom im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes in der Speichereinheit 30 gespeichert. Damit stehen für die Verfahrensführung die Daten des zuvor erstellten Betriebsprofils zur Verfügung.
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Ferner umfasst das Bordnetz 22 eine Auswerteeinheit 32, die dem Auswerten des Sensorsignals dient. Die Auswerteeinheit 32 ist zu diesem Zweck an die Sensoreinheit 28 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 32 ermittelt eine Abweichung des erfassten elektrischen Stroms vom Betriebsprofil im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes 22. Sodann wird die Abweichung bezüglich charakteristischer Eigenschaften von Lichtbögen ausgewertet.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Flussdiagramm für eine erfindungsgemäße Verfahrensführung zum Betreiben des Bordnetzes 22 des Hybridfahrzeugs 20. Die elektrische Antriebseinrichtung 36 wird in einem ersten Schritt 10 mit der Fahrzeugbatterie 26 elektrisch gekoppelt. Zu diesem Zweck kann ein elektrisches Schaltsignal an die nicht dargestellte Schalteinheit abgegeben werden. Das Schaltsignal kann von einer nicht weiter bezeichneten übergeordneten Kraftfahrzeugsteuerung bereitgestellt sein. Sodann wird in einem zweiten Schritt 12 der elektrische Strom als elektrische Größe des Bordnetzes 22 erfasst. Zu diesem Zweck wird die Sensoreinheit 28 genutzt, die das entsprechende Sensorsignal bereitstellt.
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In einem weiteren Schritt 14 wird für den elektrischen Strom ein Betriebsprofil für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes 22 zur Auswertung herangezogen. Vorliegend ist vorgesehen, dass das Betriebsprofil vor einer ersten Inbetriebnahme des Hybridfahrzeugs 20 erstellt wird. Dies erfolgt herstellerseitig beziehungsweise werksseitig. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Betriebsprofil im Rahmen eines Werkstattbesuchs erstellt beziehungsweise adaptiert wird.
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Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes 22 wird der elektrische Strom überwacht. Dies erfolgt durch Vergleichen des Sensorsignals mit dem Betriebsprofil, welches zulässige Werte für den elektrischen Strom bereitstellt. In einem Schritt 16 wird eine Abweichung des erfassten elektrischen Stroms vom Betriebsprofil ermittelt. Die Abweichung wird dadurch ermittelt, dass der Wert des elektrischen Stroms keinem zulässigen Wert gemäß dem Betriebsprofil zugeordnet werden kann.
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Schließlich wird in einem Schritt 18 die ermittelte Abweichung bezüglich charakteristischer Eigenschaften von Lichtbögen ausgewertet. Zu diesem Zweck wird eine Spektralanalyse bezüglich der ermittelten Abweichung durchgeführt, die vorliegend mittels einer nicht weiter dargestellten programmgesteuerten Rechnereinheit numerisch mittels diskreter Fourier-Transformation (DFT) durchgeführt wird. Dadurch ergibt sich eine spektrale Energieverteilung, die mit zuvor in Bezug auf das Bordnetz 22 ermittelten spektralen Energieverteilungen verglichen wird, die im bestimmungsgemäßen Betrieb als zulässig auftreten können. Darüber hinaus kann der Vergleich natürlich auch anhand von zuvor bereitgestellten spektralen Energieverteilungen erfolgen, die spezifischen Lichtbögen, zum Beispiel seriellen oder auch parallelen Lichtbögen zugeordnet werden können. Wird ein Lichtbogen erkannt, stellt die Auswerteeinheit 32 ein Lichtbogensignal bereit. Das Lichtbogensignal erlaubt es, einen seriellen von einem parallelen Lichtbogen zu unterscheiden.
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Das Lichtbogensignal wird an die Schalteinheit übermittelt. Es dient somit vorliegend als Schaltsignal für die Schalteinheit. Ist das Lichtbogensignal einem seriellen Lichtbogen zuzuordnen, erfolgt lediglich eine Meldung an einen Fahrer des Hybridfahrzeugs 20. Die Schalteinheit wird in diesem Fall nicht betätigt. Wird dagegen mit dem Lichtbogensignal ein paralleler Lichtbogen signalisiert, wird die Schalteinheit betätigt und die elektrische Antriebseinrichtung 36 von der Hochvoltbatterie 26 galvanisch getrennt.
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3 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung mittels eines Graphen 50 den Verlauf eines elektrischen Potentials in einem nicht dargestellten Lichtbogen. Eine Abszisse 46 ist einer Länge innerhalb des Lichtbogens zugeordnet. Eine Ordinate 48 ist einer elektrischen Spannung bezogen auf einen Fußpunkt des Lichtbogens zugeordnet.
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Zu erkennen ist, dass an Endbereichen I, V eine große Spannungsänderung bei kleiner Wegänderung zu verzeichnen ist. Dies ergibt sich aufgrund von Raumladungsgebieten, die sich an den Endbereichen des Lichtbogens ausbilden. Daran schließen sich Bereiche II und IV an, die Übergangsgebiete darstellen. Die Bereiche II und IV sind mittels eines Bereichs III verbunden, der die Bogensäule repräsentiert. Innerhalb der Bogensäule ist die Spannungsänderung in Bezug auf eine Wegänderung gering.
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Insgesamt zeigt das Ausführungsbeispiel, wie durch die Erfindung eine verbesserte Lichtbogenerkennung realisiert werden kann. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass die Erfindung es ermöglicht, durch Nutzung eines Betriebsprofils eine hohe Anpassungsmöglichkeit der Lichtbogenerkennung bereitzustellen. Die Zuverlässigkeit der Erkennung von Lichtbögen kann dadurch erheblich verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004058957 A1 [0012]
- DE 102014108870 A1 [0014]
- DE 102014215279 A1 [0014]
