DE102018100244A1

DE102018100244A1 - Elektronikmodul eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018100244A1
Application number: DE102018100244.0A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schreckenberg; Hartmut Selter; Daniel Müller; Dietmar König; Bernd Kunze
Original assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Current assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Priority date: 2018-01-08
Filing date: 2018-01-08
Publication date: 2019-07-11

Abstract

Elektronikmodul (100,200,300) eines Kraftfahrzeugs, mit
einer optischen Detektionsvorrichtung (110,210,310) mit einem lichtempfindlichen Sensor (124,224,324) zur Erfassung eines Lichtbogens, und
einem Elektronikgehäuse (102,202,302), welches aus einem lichtundurchlässigen Material besteht,
einer Leiterplatte (106,206,306), welche in dem Elektronikgehäuse (102,202,302) angeordnet ist und auf welcher Elektronik (108,208,308) angeordnet ist,
einem Stecker (116,216,316) zur Energieversorgung des Elektronikmoduls (100,200,300),
wobei der Stecker (116,216,316) eine Steckerfassung (104,204,304) aufweist, welche aus einem lichtundurchlässigen Material besteht und mindestens einen Steckerkontakt (114,120,214,220,314,320) einfasst, und
wobei die Steckerfassung (104,204,304) einen Lichtkanal (130,230,330) aufweist, der eine optische Verbindung von dem Steckerkontakt (114,120,214,220,314,320) zu der optischen Detektionsvorrichtung (110,210,310) schafft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul eines Kraftfahrzeugs (KFZ), beispielsweise eine Steuerelektronik eines KFZ-Hilfsaggregats.
Um bei modernen KFZ den stetig steigenden Energiebedarf der elektrischen Verbraucher zu decken, wird immer häufiger zusätzlich zu dem konventionellen 12 V-Bordnetz, ein 48 V-Bordnetz oder ein Bordnetz mit noch höherer Spannung in die Fahrzeuge integriert. Auf Grund der höheren elektrischen Spannung von 48 V steigt hierbei das Risiko der Lichtbogenbildung an fehlerhaften elektrischen Kontakten, beispielsweise fehlerhafte Lötstellen auf einer Leiterplatte, deutlich an. Ferner treten Lichtbögen auch an Steckverbindungen auf, über welche das KFZ-Hilfsaggregat an das KFZ-Bordnetz angeschlossen ist. Hier kann es auf Grund eines mangelhaften Steckerkontakts zu der Bildung von Lichtbögen kommen. Auf Grund der sehr hohen Temperatur innerhalb des Lichtbogens können durch den Lichtbogen erhebliche Beschädigungen, beispielsweise an der Elektronik des Elektronikmoduls oder an einer Steckerfassung, verursacht werden. Lichtbögen sind elektrisch nicht zuverlässig oder nur sehr aufwendig detektierbar.
In diesem Zusammenhang beschreibt die WO 2017/108557 A1 ein Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats mit einem lichtundurchlässigen Gehäuse, in welchem Elektronik auf einer Leiterplatte angeordnet ist. Zur optischen Detektion von thermischen Fehlfunktionen, wie beispielsweise Lichtbögen, ist auf der Leiterplatte ein Fotosensor angeordnet, welcher zumindest einen Teil des Gehäuses des Elektronikmoduls erfasst. Da Anschlussstecker, über welche derartige Elektronikmodule von KFZ-Hilfsaggregaten an das KFZ-Bordnetz angeschlossen sind, im Allgemeinen in Steckerfassungen außerhalb des Elektronikgehäuses angeordnet sind, erlaubt die beschriebene Anordnung des Lichtsensors in dem lichtundurchlässigen Gehäuse keine Detektion von Lichtbögen an dem Anschlussstecker.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats zu schaffen, welches eine zuverlässige und kostengünstige Detektion von Lichtbögen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats umfasst eine optische Detektionsvorrichtung mit einem lichtempfindlichen Sensor zur Erfassung eines Lichtbogens, wobei der lichtempfindliche Sensor das von dem Lichtbogen erzeugte Licht detektiert. Derartige Lichtbögen erzeugen insbesondere Licht im ultravioletten (UV) Spektralbereich, sodass der lichtempfindliche Sensor insbesondere für die Detektion des UV-Spektralbereichs ausgelegt ist. Um einen möglichst großen Bereich des Elektronikmoduls zu erfassen, kann der lichtempfindliche Sensor eine geeignete Optik, beispielsweise eine Linse, aufweisen.
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats umfasst ein Elektronikgehäuse aus einem lichtundurchlässigen Material. Hierdurch wird vermieden, dass Umgebungslicht zu dem Fotosensor gelangt und von diesem erfasst wird. Ferner verhindert das lichtundurchlässige Gehäuse, dass von einem Lichtbogen erzeugtes Licht aus dem Elektronikgehäuse austritt. Folglich werden durch das lichtundurchlässige Gehäuse die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit der optischen Lichtbogendetektlon verbessert.
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats umfasst eine in dem Elektronikgehäuse angeordnete Leiterplatte, auf welcher Elektronik angeordnet ist. Die Leiterplatte erlaubt eine besonders einfache Anordnung der Elektronik in dem Elektronikgehäuse. Vorzugsweise ist die gesamte Elektronik des Elektronikmoduls auf der Leiterplatte angeordnet. Die Leiterplatte besteht beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff und umfasst Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung der einzelnen Elektronikkomponenten.
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats umfasst einen Stecker, über welchen das Elektronikmodul an das KFZ-Bordnetz angeschlossen ist, um das Elektronikmodul mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Stecker umfasst mindestens einen Steckerkontakt, an dem die Bordnetz-Versorgungsspannung, beispielsweise 48 V, anliegt. Der Steckerkontakt ist durch eine lichtundurchlässige Steckerfassung eingefasst. Die lichtundurchlässige Steckerfassung verhindert, dass Umgebungslicht in die Steckerfassung eindringt und dass innerhalb der Steckverfassung durch einen Lichtbogen erzeugtes Licht aus der Steckerfassung austritt. Unter Stecker sind vorliegend alle möglichen Arten von elektrischen Anschlüssen, wie beispielsweise auch Schraubanschlüsse zu verstehen, welche geeignet sind, das Elektronikmodul mit einem elektrischen Netz zu verbinden
Erfindungsgemäß weist die Steckerfassung einen Lichtkanal auf, über welchen der Steckerkontakt optisch mit der optischen Detektionsvorrichtung verbunden ist. Wenn an dem Steckerkontakt ein Lichtbogen auftritt, wird das von dem Lichtbogen erzeugte Licht somit über den Lichtkanal zu der optischen Detektionsvorrichtung und Im Speziellen zu dem lichtempfindlichen Sensor der optischen Detektionsvorrichtung geleitet. Der Lichtkanal ermöglicht folglich eine Detektion von Lichtbögen an dem Steckerkontakt über eine optische Detektionsvorrichtung welche außerhalb der Steckerfassung, vorzugsweise in dem Elektronikgehäuse, angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul eines KFZ-Hilfsaggregats ist daher geeignet, mit einem einzelnen lichtempfindlichen Sensor, welcher in dem Elektronikgehäuse des Elektronikmoduls angeordnet ist, sowohl Lichtbögen an der in dem Elektronikgehäuse angeordneten Elektronik als auch Lichtbögen an dem in der Steckerfassung angeordneten Steckerkontakt zu detektieren.
Vorzugsweise wird der Lichtkanal durch eine Bohrung in der Steckerfassung realisiert, welche in das Elektronikgehäuse mündet. Die Bohrung ist dabei vorteilhafterweise derart angeordnet, dass die Mündung in der Steckerfassung auf den Steckerkontakt gerichtet Ist, und dass die Mündung im Elektronikgehäuse auf den lichtempfindlichen Sensor der optischen Detektionsvorrichtung gerichtet ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausführung des Lichtkanals. Eine Bohrung im Sinne der Erfindung muss nicht durch mechanisches Bohren erzielt werden. Steckerfassung und Elektronikgehäuse können beispielweise einteilig ausgeformt werden, etwa im Spritzgussverfahren, wobei die Bohrung als eine Aussparung im einteiligen Gehäuse ausgeformt werden kann.
Alternativ kann die Steckerfassung ein Sichtfenster aus einem lichtdurchlässigen Material aufweisen, welches den Lichtkanal bildet. Das Sichtfenster ist derart angeordnet, dass es eine direkte optische Verbindung zwischen dem Steckerkontakt und dem lichtempfindlichen Sensor der optischen Detektionsvorrichtung schafft. Gleichzeitig verhindert das geschlossene Sichtfenster ein Eindringen von Verunreinigungen aus der Steckerfassung in das Elektronikgehäuse. Beispielsweise können das Elektronikgehäuse und die Steckerfassung einteilig ausgeführt sein und kann das einteilige Gehäuse eine Öffnung zwischen dem Elektronikgehäuse und der Steckerfassung aufweisen, welche mit einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise mit einem transparenten Kunststoff, verschlossen ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Lichtkanal einen Lichtleiter auf. Der Lichtleiter ermöglicht es, Licht zu führen, und ermöglicht somit, beispielsweise, eine gebogene oder gewinkelte Ausführung des Lichtkanals. Hierdurch können der Stecker und die optische Detektionsvorrichtung weitgehend unabhängig voneinander positioniert werden. Beispielsweise kann die Position des Anschlusssteckers unabhängig von der Position der optischen Detektionsvorrichtung an die Gegebenheiten innerhalb des KFZ-Motorraums angepasst werden.
Vorteilhafterweise ist der lichtempfindliche Sensor zusammen mit der Elektronik auf der Leiterplatte des Elektronikmoduls angeordnet. Der lichtempfindliche Sensor ist somit In unmittelbarer Nähe von der zu überwachenden Elektronik angeordnet, wodurch eine besonders zuverlässige Detektion von Lichtbögen an der Elektronik ermöglicht wird. Zusätzlich erlaubt die Anordnung auf der Platine eine einfache elektrische Anbindung des lichtempfindlichen Sensors.
In einer bevorzugten Ausführung ist der lichtempfindliche Sensor eine Photodiode, vorzugsweise aus Silizium. Dies ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige Ausführung des lichtempfindlichen Sensors, welche insbesondere auch geeignet ist, Licht im UV-Spektralbereich zu detektieren.
Vorzugsweise weist das Elektronikmodul einen Mikroprozessor auf, welcher signaltechnisch mit der optischen Detektionsvorrichtung gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine elektronische Verarbeitung eines Signals der optischen Detektionsvorrichtung, beispielsweise, um als Reaktion auf die Detektion eines Lichtbogens ein Fehlersignal an ein Motorsteuergerät bereitzustellen.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls eines Kraftfahrzeugs zeigt, wobei ein Lichtkanal als eine Bohrung in der Steckerfassung gebildet ist,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls eines Kraftfahrzeugs zeigt, wobei der Lichtkanal als ein Sichtfenster in der Steckerfassung gebildet ist, und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls eines Kraftfahrzeugs zeigt, wobei der Lichtkanal einen Lichtleiter aufweist.

Die 1 zeigt ein Elektronikmodul 100 eines Kraftfahrzeugs. Das Elektronikmodul 100 umfasst ein Elektronikgehäuse 102 aus einem lichtundurchlässigen Material, beispielweise aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff. An dem Elektronikgehäuse 102 ist auf der Oberseite eine Steckerfassung 104 aus dem gleichen lichtundurchlässigen Material angeformt. In dem Elektronikgehäuse 102 ist eine Leiterplatte 106 mit Elektronik 108 und mit einer optischen Detektionsvorrichtung 110 angeordnet. Die optische Detektionsvorrichtung 110 ist hierbei gegenüberliegend und vorzugsweise im direkten Sichtkontakt zu der Steckerfassung 104 positioniert.
Die Elektronik 108 umfasst einen Mikroprozessor 112 und ist elektrisch über einen ersten Steckerkontakt 114 eines Anschlusssteckers 116 mit einer Spannungsversorgung 118 eines KFZ-Bordnetzes verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt die Spannungsversorgung 118 eine Versorgungspannung von 48 V bereit. Der Mikroprozessor 112 ist über einen zweiten Steckerkontakt 120 des Anschlusssteckers 116 mit einem Motorsteuergerät 122 verbunden.
Die optische Detektionsvorrichtung 110 umfasst einen lichtempfindlichen Sensor 124, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Photodiode 126 aus Silizium ist. Der lichtempfindliche Sensor 124 Ist insbesondere geeignet Licht im UV-Spektralbereich und somit einen Lichtbogen zu detektieren. Die optische Detektionsvorrichtung 110 ist auf der Leiterplatte 106 in direkter Umgebung zu der Elektronik 108 angeordnet, sodass der lichtempfindliche Sensor 124 das Auftreten von Lichtbögen an der Elektronik 108 detektieren kann. Die optische Detektionsvorrichtung 110 ist signaltechnisch mit dem Mikroprozessor 112 verbunden, um bei einer Detektion eines Lichtbogens durch den lichtempfindlichen Sensor 124 ein entsprechendes Detektionssignal an den Mikroprozessor 112 bereitzustellen. Der Mikroprozessor 112 wertet das Detektionssignal aus und kann über den Steckerkontakt 120 ein Fehlersignal an das Motorsteuergerät 122 bereitstellen.
Die Steckerfassung 104 weist eine auf die optische Detektionsvorrichtung 110 gerichtete Bohrung 128 auf, welche einen Lichtkanal 130 bildet. Der Lichtkanal 130 ist derart angeordnet, dass er eine optische Verbindung zwischen den Steckerkontakten 114,120 des Anschlusssteckers 116 und dem lichtempfindlichen Sensor 124 der optischen Detektionsvorrichtung 110 schafft. Dies ermöglicht die Detektion von Lichtbögen an den Steckerkontakten 114,120 durch den lichtempfindlichen Sensor 124 der optischen Detektionsvorrichtung 110. Die optische Detektionsvorrichtung 110 ist somit In der Lage, das Auftreten von Lichtbögen sowohl an der Elektronik 108 als auch an den Steckerkontakten 114,120 des Anschlusssteckers 116 zu detektieren.
Die 2 zeigt ein alternatives erfindungsgemäßes Elektronikmodul 200. Die Merkmale des Elektronikmoduls 200 aus 2, welche mit den Merkmalen des Elektronikmoduls 100 aus 1 übereinstimmen, sind mit einem um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen.
Die Steckerfassung 204 des Elektronikmoduls 200 weist ein auf die optische Detektionsvorrichtung 210 gerichtetes Sichtfenster 232 aus einem optisch transparenten Material auf, beispielsweise aus einem transparenten Kunststoff. Das Sichtfenster 232 bildet einen Lichtkanal 230, welcher eine optische Verbindung zwischen den Steckerkontakten 214,220 des Anschlusssteckers 216 und dem lichtempfindlichen Sensor 224 der optischen Detektionsvorrichtung 210 schafft.
Die 3 zeigt ein weiteres alternatives erfindungsgemäßes Elektronikmodul 300. Die Merkmale des Elektronikmoduls 300 aus 3, welche mit den Merkmalen des Elektronikmoduls 100 aus 1 übereinstimmen, sind mit einem um 200 erhöhten Bezugszeichen versehen.
Bei dem Elektronikmodul 300 ist die Steckerfassung 304 mit den Steckerkontakten 314,320 des Anschlusssteckers 316 seitlich an dem Elektronikgehäuse 302 angeformt. Die optische Detektionsvorrichtung 310 ist somit nicht gegenüberliegend zu der Steckerfassung 304 positioniert.
Das Elektronikmodul 300 weist einen Lichtleiter 334, beispielsweise eine Glasfaser, mit einer Einkoppelvorrichtung 336 und einer Auskoppelvorrichtung 338 auf. Die Einkoppelvorrichtung 336 ist in der Steckerfassung 304 angeordnet und derart ausgerichtet, dass sie die Steckerkontakte 314,320 optisch erfasst. Die Auskoppelvorrichtung 338 ist an dem lichtempfindlichen Sensor 324 der optischen Detektionsvorrichtung 310 angeordnet. Von einem Lichtbogen an den Steckerkontakten 314,320 generiertes Licht kann somit über die Einkoppelvorrichtung 336 in den Lichtleiter 334 eingekoppelt und über den Lichtleiter 334 sowie die Auskoppelvorrichtung 338 zu dem lichtempfindlichen Sensor 324 geleitet werden. Der Lichtleiter 334, mit der Einkoppelvorrichtung 336 und der Auskoppelvorrichtung 338, bildet somit einen Lichtkanal 330, welcher eine optische Verbindung zwischen den Steckerkontakten 314,320 des Anschlusssteckers 316 und dem lichtempfindlichen Sensor 324 der optischen Detektionsvorrichtung 310 schafft.
Bezugszeichenliste

100: Elektronikmodul
102: Elektronikgehäuse
104: Steckerfassung
106: Leiterplatte
108: Elektronik
110: Detektionsvorrichtung
112: Mikroprozessor
114: erster Steckerkontakt
116: Anschlussstecker
118: Spannungsversorgung
120: zweiter Steckerkontakt
122: Motorsteuergerät
124: lichtempfindlicher Sensor
126: Photodiode
128: Bohrung
130: Lichtkanal
200: Elektronikmodul
202: Elektronikgehäuse
204: Steckerfassung
206: Leiterplatte
208: Elektronik
210: Detektionsvorrichtung
212: Mikroprozessor
214: erster Steckerkontakt
216: Anschlussstecker
218: Spannungsversorgung
220: zweiter Steckerkontakt
222: Motorsteuergerät
224: lichtempfindlicher Sensor
226: Photodiode
230: Lichtkanal
232: Sichtfenster
300: Elektronikmodul
302: Elektronikgehäuse
304: Steckerfassung
306: Leiterplatte
308: Elektronik
310: Detektionsvorrichtung
312: Mikroprozessor
314: erster Steckerkontakt
316: Anschlussstecker
318: Spannungsversorgung
320: zweiter Steckerkontakt
322: Motorsteuergerät
324: lichtempfindlicher Sensor
326: Photodiode
330: Lichtkanal
334: Lichtleiter
336: Einkoppelvorrichtung
338: Auskoppelvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/108557 A1 [0003]

Claims

Elektronikmodul (100,200,300) eines Kraftfahrzeugs, mit einer optischen Detektionsvorrichtung (110,210,310) mit einem lichtempfindlichen Sensor (124,224,324) zur Erfassung eines Lichtbogens, und einem Elektronikgehäuse (102,202,302), welches aus einem lichtundurchlässigen Material besteht, einer Leiterplatte (106,206,306), welche in dem Elektronikgehäuse (102,202,302) angeordnet ist und auf welcher Elektronik (108,208,308) angeordnet ist, einem Stecker (116,216,316) zur Energieversorgung des Elektronikmoduls (100,200,300), wobei der Stecker (116,216,316) eine Steckerfassung (104,204,304) aufweist, welche aus einem lichtundurchlässigen Material besteht und mindestens einen Steckerkontakt (114,120,214,220,314,320) einfasst, und wobei die Steckerfassung (104,204,304) einen Lichtkanal (130,230,330) aufweist, der eine optische Verbindung von dem Steckerkontakt (114,120,214,220,314,320) zu der optischen Detektionsvorrichtung (110,210,310) schafft.
Elektronikmodul (100) nach Anspruch 1, wobei die Steckerfassung (104) eine Bohrung (128) aufweist, die den Lichtkanal (130) bildet.
Elektronikmodul (200) nach Anspruch 1, wobei die Steckerfassung (204) ein Sichtfenster (232) aus einem lichtdurchlässigen Material aufweist, welches den Lichtkanal (230) bildet.
Elektronikmodul (300) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Lichtkanal (330) einen Lichtleiter (334) aufweist.
Elektronikmodul (100,200,300) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der lichtempfindliche Sensor (124,224,324) auf der Leiterplatte (106,206,306) angeordnet ist.
Elektronikmodul (100,200,300) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der lichtempfindliche Sensor (124,224,324) eine Photodiode (126,226,326) ist.
Elektronikmodul (100,200,300) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Elektronikmodul (100,200,300) einen Mikroprozessor (112,212,312) aufweist, welcher signaltechnisch mit der optischen Detektionsvorrichtung (110,210,310) gekoppelt ist.