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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Prüfung einer Schalteinheit für elektrische Antriebssysteme. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Prüfverfahren.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Elektrofahrzeugen erläutert. Es versteht sich aber, dass die vorliegende Erfindung in allen Anwendungen eingesetzt werden kann, in welchen elektrische Energiequellen sicher von den jeweiligen Verbrauchern getrennt werden müssen.
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In modernen Fahrzeugen werden zunehmend elektrische Antriebsmotoren eingesetzt, um beispielsweise die Emissionen der Fahrzeuge zu reduzieren. Da solche Antriebsmotoren üblicherweise mit hohen Spannungen, von beispielsweise bis zu 800 V, und hohen Strömen, von beispielsweise bis zu 800 A, betrieben werden, sollen diese zuverlässig von der Energiequelle, also beispielsweise einer Hochspannungsbatterie getrennt werden können. Üblicherweise wird beispielsweise der Strompfad zwischen Energiequelle und Antriebsmotor getrennt, wenn das Fahrzeug abgestellt wird oder einen Fehler aufweist.
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In Elektroautos werden zum Trennen der Hochvoltbatterie von dem Antriebsmotor beispielsweise sogenannte Schaltboxen eingesetzt, die auch über Batteriemanagementfunktionen verfügen können. Solche Schaltboxen werden üblicherweise zwischen der Hochvoltbatterie und einem Inverter des Antriebsstrangs angeordnet und können den Stromfluss zwischen dem Inverter und der Hochvoltbatterie bei Bedarf unterbrechen. Dies ist beispielsweise beim Abstellen des Fahrzeugs oder bei Fehlern im Antriebssystem nötig.
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Üblicherweise werden solche Schaltboxen in der Entwicklungsphase geprüft und qualifiziert. Um eine solche Prüfung aber auch in der Serienproduktion, beispielsweise als Band-Ende-Prüfung, zu ermöglichen, sind komplexe Prüfvorrichtungen nötig, die hohe Anforderungen an die Sicherheit und den Schutz des Bedienpersonals erfüllen.
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US 2017 / 0 269 161 A1 zeigt eine synthetische Testschaltung zum Durchführen eines elektrischen Tests an einem zu testenden Gerät. Die Testschaltung enthält eine Spannungsinjektionsschaltung, die eine Spannungsquelle enthält, wobei die Spannungsquelle einen Kettengliedkonverter mit einer Vielzahl von Modulen enthält, wobei jedes Modul eine Vielzahl von miteinander verbundenen Modulschaltern enthält mit mindestens einem Energiespeicher. So kann ein Spannungssignal mit einer stufigen Annäherung erzeugt werden.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Prüfung von Schalteinheiten zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
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Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zur Prüfung einer Schalteinheit für elektrische Antriebssysteme weist eine steuerbare Hochspannungsquelle auf, welche elektrisch mit einem Spannungseingang der Schalteinheit koppelbar ist und welche ausgebildet ist, der Schalteinheit eine Prüfspannung bereitzustellen. Ferner weist eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung eine steuerbare Hochstromquelle, welche elektrisch mit dem Spannungseingang und/oder einem Spannungsausgang der Schalteinheit koppelbar ist und welche ausgebildet ist, der Schalteinheit einen Prüfstrom bereitzustellen, und einen Kommunikationssimulator auf, welcher kommunikativ mit der Hochspannungsquelle und mit der Schalteinheit gekoppelt ist und welcher ausgebildet ist, von der Hochspannungsquelle Informationen über die von der Hochspannungsquelle bereitgestellte Prüfspannung zu erhalten und der Schalteinheit entsprechende Spannungsinformationen bereitzustellen. Schließlich weist eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung eine Steuereinheit auf, welche kommunikativ mit der Schalteinheit und mit der steuerbaren Hochspannungsquelle und mit der steuerbaren Hochstromquelle gekoppelt ist und ausgebildet ist, die Schalteinheit und die steuerbare Hochspannungsquelle und die steuerbare Hochstromquelle basierend auf einem vorgegebenen Prüfprogramm zu steuern.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prüfen einer Schalteinheit für elektrische Antriebssysteme, aufweisend die Schritte Anlegen einer steuerbaren Prüfspannung an die Schalteinheit, Anlegen eines steuerbaren Prüfstroms an die Schalteinheit, Bereitstellen einer Spannungsinformationen für die Schalteinheit basierend auf Informationen über die steuerbare Prüfspannung, und Steuern der Schalteinheit und der steuerbaren Hochspannungsquelle und der steuerbaren Hochstromquelle basierend auf einem vorgegebenen Prüfprogramm.
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Schalteinheiten werden, wie oben bereits beschrieben, in Fahrzeugen mit elektrischen Antriebsmotoren eingesetzt, um die Antriebsmotoren beispielsweise im Stillstand des Fahrzeugs von der Hochspannungsbatterie zu trennen. Ferner können solche Schalteinheiten vor oder auch nach dem Verbinden der Hochspannungsbatterie mit dem Antriebsmotor Messungen von Spannungen und Strömen in dem System durchführen, die beispielsweise dazu genutzt werden können, die Restreichweite des Fahrzeugs bei der aktuellen Batterieladung zu errechnen.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Prüfung solcher Schalteinheiten nach dem Quelle/Senke-Prinzip, also beispielsweise mit einer realen Hochspannungsbatterie beziehungsweise einem entsprechenden Batteriesimulator, nur sehr aufwändig zu realisieren ist.
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Die vorliegende Erfindung ersetzt daher das Quelle/Senke-Prinzip durch eine geeignete Simulation beziehungsweise Nachbildung von Spannungen und Strömen und eine entsprechende Simulation beziehungsweise Nachbildung der Kommunikation zwischen der Schalteinheit und einer realen Hochspannungsbatterie.
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Dazu sieht die vorliegende Erfindung die steuerbare Hochspannungsquelle in Kombination mit der steuerbaren Hochstromquelle vor. Die Begriffe Hochspannungsquelle und Hochstromquelle beziehen sich jeweils auf eine Spannungsquelle beziehungsweise eine Stromquelle, welche die Spannungen beziehungsweise Ströme liefern können, die in der Betriebsumgebung der Schalteinheit üblicherweise vorhanden sind. Eine Betriebsspannung der Schalteinheit kann beispielsweise zwischen 100 V und 1000 V liegen, insbesondere beispielsweise bei 800 V. Der Betriebsstrom der Schalteinheit kann beispielsweise zwischen 100 A und 1000 A liegen, insbesondere beispielsweise bei 800 A.
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Die Kombination aus steuerbarer Hochspannungsquelle, die lediglich eine niedrige Ausgangsleistung aufweisen muss, und steuerbarer Hochstromquelle, die ebenfalls lediglich eine niedrige Ausgangsleistung aufweisen muss, ermöglicht es, die Schalteinheit mit minimalen Leistungen aber nominalen Kennwerten zu prüfen.
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Gleichzeitig sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Kommunikation zwischen der Schalteinheit und einer realen Hochvoltbatterie nicht durch die Steuereinheit simuliert wird. Vielmehr simuliert der Kommunikationssimulator unabhängig von einem Prüfprogramm, welches die Steuereinheit durchführt, die Kommunikation mit der Schalteinheit basierend auf Informationen über die von der Hochspannungsquelle bereitgestellte Prüfspannung. Diese Informationen können beispielsweise lediglich den Betrag der Ausgangsspannung aufweisen. Der Kommunikationssimulator kann basierend auf dieser Information beispielsweise eine Kommunikation simulieren, die üblicherweise zwischen der Schalteinheit und einem oder mehreren Batterie-Kontrollern in einer Hochvoltbatterie stattfindet.
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Unter dem Begriff „Prüfprogramm“ ist eine vorgegebene Abfolge von Testschritten zu verstehen, bei welcher eine oder mehrere Funktionen der Schalteinheit geprüft werden. Dazu kann das „Prüfprogramm“ beispielsweise Definitionen für unterschiedliche Parameter der Prüfvorrichtung aufweisen, die vor, während und nach der jeweiligen Prüfung eingestellt beziehungsweise erwartet werden. Solche Parameter können beispielsweise den Prüfstrom und die Prüfspannung und/oder Kommunikationssignale und Nachrichten betreffen.
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Der Kommunikationssimulator muss dabei keine vollständige Kommunikation eines Batterie-Kontrollers simulieren. Vielmehr genügt es, wenn der Kommunikationssimulator eine solche Kommunikation derart simuliert, dass in der Schalteinheit kein Fehler detektiert wird. Beispielsweise ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Kommunikationssimulator ein Load-Balancing einzelner Zellen in einer Hochvoltbatterie simuliert. Der Kommunikationssimulator kann beispielsweise lediglich die gleiche Spannung für alle Zellen ausgeben. Es versteht sich, dass auch komplexe Kommunikationsszenarien, wie Load-Balancing, bei Bedarf durch den Kommunikationssimulator nachgebildet werden können.
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Die Kommunikation zwischen dem Kommunikationssimulator und der Schalteinheit kann über das in der jeweiligen Schalteinheit eingesetzte Kommunikationssystem erfolgen. Beispielsweise kann eine solche Kommunikation über einen CAN-Bus, einen FlexRay-Bus, ein Datennetzwerk, wie beispielsweise Ethernet, ein drahtloses Netzwerk, wie beispielsweise Bluetooth, ZigBee oder WiFi, oder eine optische Verbindung erfolgen.
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Die Steuereinheit ersetzt in der Prüfvorrichtung das Steuergerät, mit welchem die Schalteinheit in einer realen Anwendung gekoppelt wird. Damit ist es der Steuereinheit möglich, der Schalteinheit Steuerbefehle zu übermitteln und von dieser entsprechende Statusinformation abzufragen. Die Steuerbefehle können beispielsweise Befehle sein, welche die Schalteinheit in bestimmte Betriebszustände versetzen. Beispielsweise kann die Schalteinheit einen Betriebszustand aufweisen, in welchem die Hochvoltbatterie nicht mit einem Antriebsmotor gekoppelt ist (HVoff) und einen Betriebszustand aufweisen, in welchem die Hochvoltbatterie mit einem Antriebsmotor gekoppelt ist (HVon).
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Die Steuereinheit kann also beispielsweise einen Übergang von dem HVoff Zustand in den HVon Zustand veranlassen, um zu prüfen, ob die Schalteinheit diesen korrekt durchführt. Es versteht sich, dass die Steuereinheit dazu auch die weiteren Komponenten der Prüfvorrichtung entsprechend konfigurieren kann. Die Schalteinheit kann beispielsweise einen Schutzmechanismus aufweisen, der einen Übergang von dem HVoff Zustand in den HVon Zustand lediglich dann zulässt, wenn eine entsprechende Spannung an den Spannungseingängen der Schalteinheit anliegt. Die Steuereinheit kann für einen solchen Test also beispielsweise zuerst die steuerbare Hochspannungsquelle veranlassen, eine entsprechend hohe Spannung bereitzustellen und danach die Schalteinheit ansteuern, um diese in den HVon Zustand zu versetzen. Es versteht sich, dass die Steuereinheit weitere eventuell vorhandene Bedingungen ebenfalls entsprechend einstellen kann.
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Der tatsächliche Übergang der Schalteinheit in den HVon Zustand kann beispielsweise anhand einer Rückmeldung der Schalteinheit über die kommunikative Verbindung mit der Steuereinheit geprüft werden. Beispielsweise können Statusinformationen der Schalteinheit geprüft werden. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich Messelemente eingesetzt werden können, beispielsweise um Spannungen und/oder Ströme am Eingang und/oder am Ausgang der Schalteinheit zu erfassen.
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Das oben beschriebene Vorgehen kann selbstverständlich analog auch auf andere Testfälle angewandt werden. Beispielsweise kann die Prüfvorrichtung auch den umgekehrten Übergang der Schalteinheit aus dem HVon Zustand in den HVoff Zustand prüfen. Ferner kann beispielsweise geprüft werden, ob die Schalteinheit Ströme und Spannungen korrekt misst. Dazu kann die Steuereinheit beispielsweise die an der steuerbaren Hochspannungsquelle eingestellte Spannung mit einer von der Schalteinheit als gemessen gemeldeten Spannung vergleichen oder den an der steuerbaren Hochstromquelle eingestellten Strom mit einem von der Schalteinheit als gemessen gemeldeten Strom vergleichen. Weitere Testfälle können beispielsweise das korrekte Trennen des Stromkreises zwischen Hochvoltbatterie und Antriebsmotor im Fehlerfall oder dergleichen betreffen.
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Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit eine Busschnittstelle aufweisen, welche einer Busschnittstelle der Schalteinheit entspricht, wobei die Steuereinheit über die Busschnittstelle mit der Schalteinheit koppelbar sein kann und wobei die Steuereinheit einen Bussimulator aufweisen kann, welcher ausgebildet ist, Kommunikationspartner der Schalteinheit zu simulieren und entsprechende Signale über die Busschnittstelle an die Schalteinheit zu übermitteln und/oder von der Schalteinheit zu empfangen.
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Die Schalteinheit weist üblicherweise eine Busschnittstelle zur Kommunikation mit Steuergeräten und anderen Einheiten in einem Fahrzeugbordnetz auf. Beispielsweise kann die Busschnittstelle eine CAN-Busschnittstelle, eine FlexRay-Busschnittstelle oder auch eine andere Daten- oder Netzwerkschnittstelle, wie beispielsweise eine Ethernet-Schnittstelle sein. Die Busschnittstelle der Steuereinheit ist entsprechend ausgebildet, um mit der Busschnittstelle der Schalteinheit zu kommunizieren. Folglich kann die Busschnittstelle der Steuereinheit ausgebildet sein, über das entsprechende Kommunikationssystem beziehungsweise Kommunikationsprotokoll zu kommunizieren. Der Bussimulator kann auch als sogenannter Restbussimulator bezeichnet werden. Unter einem Restbussimulator beziehungsweise einer Restbussimulation wird üblicherweise eine Einheit verstanden, welche die auf einem Bus stattfindende Kommunikation soweit simuliert, dass das an dem Bus angeschlossene Gerät hinreichend mit Kommunikationsnachrichten versorgt wird. Das bedeutet, dass zumindest diejenigen Nachrichten an die Schalteinheit übermittelt werden, welche diese benötigt, um den Betrieb aufzunehmen.
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Beispielsweise kann bei einer CAN-Busschnittstelle oder einer FlexRay-Schnittstelle oder anderen Schnittstellen der Bussimulator die Kommunikation der Fahrzeugsteuergeräte simulieren, welche die Schalteinheit für den Betrieb als Kommunikationspartner benötigt. Beispielsweise kann der Bussimulator eine CAN-Busnachricht simulieren, welche den Status der sog. Klemme 15 übermittelt. Die Klemme 15 bezeichnet üblicherweise den Zustand einer geschalteten positiven Versorgungsspannung im Fahrzeugbordnetz. Diese ist also positiv, wenn die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist. Es versteht sich, dass andere Nachrichten und/oder Kommunikationspartner ebenfalls simuliert werden können.
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Der Bussimulator kann beispielsweise in einer Recheneinrichtung der Steuereinheit angeordnet sein und gemeinsam mit Steuer- und Auswertefunktionen von der Recheneinrichtung bereitgestellt werden. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise ein Prozessor, insbesondere beispielsweise ein Mikrocontroller oder eine CPU, sein, auf welcher eine entsprechende Firmware und/oder entsprechende Programme ausgeführt werden. Es versteht sich aber, dass der Bussimulator beispielsweise auch einen ASIC, CPLD oder FPGA oder dergleichen aufweisen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die steuerbare Hochstromquelle einen ersten Strompfad aufweisen, welcher mit einem positiven Spannungseingang der Schalteinheit und einem positiven Spannungsausgang der Schalteinheit koppelbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann die steuerbare Hochstromquelle einen zweiten Strompfad aufweisen, welcher mit einem negativen Spannungseingang der Schalteinheit und einem negativen Spannungsausgang der Schalteinheit koppelbar ist.
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Übliche Schalteinheiten weisen ein Strommesselement entweder in dem positiven Strompfad oder in dem negativen Strompfad beziehungsweise an einer positiven oder negativen Stromschiene auf. Der Strom wird also nur zwischen dem positiven Spannungseingang und dem positiven Spannungsausgang der Schalteinheit oder dem negativen Spannungseingang und dem negativen Spannungsausgang der Schalteinheit gemessen.
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Die Prüfvorrichtung nutzt diese Tatsache aus und koppelt die steuerbare Hochstromquelle eben nicht als Quelle an den positiven und negativen Spannungseingang der Schalteinheit und als Senke an den positiven und negativen Spannungsausgang der Schalteinheit. Vielmehr wird die steuerbare Hochstromquelle lediglich mit den positiven Anschlüssen oder lediglich den negativen Anschlüssen der Schalteinheit gekoppelt. Der erste Strompfad stellt folglich den Strom zwischen dem positiven Spannungseingang und dem positiven Spannungsausgang der Schalteinheit bereit und der zweite Strompfad stellt den Strom zwischen dem negativen Spannungseingang und dem negativen Spannungsausgang der Schalteinheit bereit.
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Da die steuerbare Hochstromquelle den Strom also direkt über ein Strommesselement leitet, kann die steuerbare Stromquelle den Strom einstellen, ohne die im Betrieb des Schaltelements nötigen Spannungen bereitzustellen. Der Strom kann von der steuerbaren Hochstromquelle also bei sehr geringen Spannungen und damit bei geringen elektrischen Leistungen bereitgestellt werden. Die für den Betrieb der Schalteinheit nötige Spannung zwischen dem positiven Spannungseingang und dem negativen Spannungseingang kann dabei weiter von der steuerbaren Hochspannungsquelle bereitgestellt werden.
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Für Schalteinheiten, welche eine Überwachung der Ströme sowohl auf der positiven Stromschiene als auch auf der negativen Stromschiene aufweisen, kann die steuerbare Hochstromquelle jeweils separat den entsprechenden Strom für die positive Stromschiene und die negative Stromschiene bereitstellen.
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Der Kommunikationssimulator weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, welche einer Schnittstelle der Schalteinheit zur Übermittlung der Spannungsinformationen entsprechen kann, wobei der Kommunikationssimulator ausgebildet ist, der Schalteinheit über die Kommunikationsschnittstelle die Spannungsinformationen bereitzustellen.
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Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise ebenfalls eine der oben genannten Busschnittstellen sein, also beispielsweise eine CAN-Busschnittstelle, eine FlexRay-Schnittstelle, eine Netzwerkschnittstelle oder dergleichen. Ferner kann die Kommunikationsschnittstelle auch eine Schnittstelle, wie beispielsweise eine SPI, insbesondere eine isoSPI (isolated SPI) Schnittstelle oder dergleichen sein.
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Es versteht sich, dass die Kommunikationsschnittstelle in dem Kommunikationssimulator beispielsweise als auswechselbares Modul ausgebildet sein kann. Auf einem solchen Modul kann beispielsweise der jeweilige Kommunikationscontroller einer Kommunikationsschnittstelle angeordnet sein, der beispielsweise über eine digitale Schnittstelle, beispielsweise eine SPI-Schnittstelle, mit einem Prozessor des Kommunikationssimulators gekoppelt sein kann. Damit ist es sehr leicht möglich, den Kommunikationssimulator an unterschiedliche Schalteinheiten anzupassen. Es versteht sich, dass ein solches auswechselbares Modul beispielsweise auch in der Steuereinheit eingesetzt werden kann.
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Über die Kommunikationsschnittstelle kann der Kommunikationssimulator der Schalteinheit diejenigen Spannungsinformationen bereitstellen, die ein Batteriekontroller oder mehrere Batteriekontroller einer Hochspannungsbatterie der Schalteinheit im normalen Betrieb bereitstellen. Dabei kann die Spannungsinformation soweit vereinfacht werden, dass die minimalen Anforderungen für einen Betrieb der Schalteinheit erfüllt werden, aber keine weiteren Detailinformationen bereitgestellt werden. Solche Detailinformationen können beispielsweise unterschiedliche Zellspannungen der Hochvoltbatterie oder dergleichen betreffen.
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Simuliert der Kommunikationssimulator eine Hochvoltbatterie mit mehreren Zellen und/oder Batteriekontrollern, kann er also beispielsweise für alle Zellen oder Batteriekontroller die gleichen Zellspannungen ausgeben.
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In einer Ausführungsform kann die Kommunikationsschnittstelle eine Anzahl, also einen oder mehrere, von Modulsteckern zur Aufnahme von Kommunikationsmodulen aufweisen, wobei in mindestens einem der Modulstecker ein Kommunikationsmodul angeordnet sein kann und wobei jedes der Kommunikationsmodule einen Kommunikationskontroller zur Übermittlung einer Teil-Spannungsinformation an die Schalteinheit aufweisen kann. Dabei kann die Anzahl der Modulstecker ausgebildet sein jeweils ein Kommunikationsmodul aufzunehmen.
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Der Kommunikationssimulator kann beispielsweise eine Art Backplane aufweisen, auf welcher die Modulstecker zur Aufnahme der Kommunikationsmodule angeordnet sind. Eine solche Backplane kann folglich eine maximale Anzahl an Kommunikationsmodulen aufnehmen, die der Anzahl der Modulstecker entspricht. Je nach Anwendung beziehungsweise Schalteinheit kann der Kommunikationssimulator folglich entsprechend ausgestattet werden. Es versteht sich, dass unterschiedliche Kommunikationsmodule für unterschiedliche Kommunikationsstandards beziehungsweise Kommunikationssysteme vorgesehen werden können.
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Es versteht sich, dass der Kommunikationssimulator weitere Elemente aufweisen kann. Beispielsweise kann ein Controller oder Prozessor vorgesehen werden, der dazu ausgebildet sein kann, den einzelnen Kommunikationsmodulen Steuerbefehle zum Einstellen der Zellspannung zu übermitteln. Alternativ kann ein solcher Controller oder Prozessor oder eine andere Schaltung den Kommunikationsmodulen auch eine Zellspannung als Spannungssignal vorgeben. In den einzelnen Kommunikationsmodulen kann dann ein Ausgangssignal erzeugt werden, welches die jeweilige Teil-Spannungsinformation an die Schalteinheit übermittelt. Diese Teil-Spannungsinformation kann beispielsweise die Zellspannungen einer fiktiven Hochvoltbatterie aufweisen, die durch die steuerbare Hochspannungsquelle und den Kommunikationssimulator simuliert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Kommunikationsmodule jeweils einen Batterie-Kontroller, auch Zellmodulkontroller genannt, aufweisen, welcher ausgebildet sein kann, eine Anzahl, also eine oder mehrere, von Zellspannungen zu überwachen und die Beträge der überwachten Zellspannungen als Teil-Spannungsinformation auszugeben.
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Reale Hochvoltbatterien beispielsweise für Fahrzeuge können eine unterschiedliche Anzahl und für jeden Typ von Hochvoltbatterie auch unterschiedliche Typen von Batterie-Kontrollern aufweisen. Die Batterie-Kontroller dienen dabei der Überwachung der einzelnen Zellen einer solchen Hochvoltbatterie. Werden die einzelnen Kommunikationsmodule jeweils mit einem Batterie-Kontroller ausgestattet, können diese folglich den in der späteren Anwendung der Schalteinheit tatsächlich vorhandenen Kommunikationspartner bereits beim Prüfen der Schalteinheit bereitstellen.
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Die Zellspannungen, welche von dem Batterie-Kontroller jeweils überwacht werden können beispielsweise durch eine geeignete analoge und/oder digitale Schaltung erzeugt und bereitgestellt werden. Eine solche Schaltung kann beispielsweise eine Eingangsschaltung in die von dem Batterie-Kontroller erwarteten Zellspannungen wandeln.
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Beispielsweise kann ein Batterie-Kontroller ausgebildet sein, sechs in Serie angeordnete Batteriezellen zu überwachen. Eine geeignete Schaltung zur Erzeugung der Zellspannungen kann folglich eine Basiszellspannung für jede simulierte Batteriezelle mit einem jeweiligen Multiplikator multiplizieren. Für die erste Zelle würde die Basisspannung folglich mit eins multipliziert. Für die zweite Zelle würde die Basisspannung folglich mit zwei multipliziert. Dieses Schema wird analog für die weiteren Zellen fortgesetzt. Für den Batterie-Kontroller werden folglich jeweils Batteriezellen mit identischen Zellspannungen simuliert.
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Es versteht sich, dass auf jedem der Kommunikationsmodule eine Mehrzahl von Batterie-Kontrollern angeordnet sein kann. Beispielsweise können auf jedem der Kommunikationsmodule 5 bis 10, insbesondere 8 oder 9, Batterie-Kontroller angeordnet sein. Die einzelnen Batterie-Kontroller können über einen Datenbus, beispielsweise einen SPI-Bus, insbesondere einen isoSPI-Bus, miteinander gekoppelt sein. Diese Anordnung kann beispielsweise auch der Anordnung der Batterie-Kontroller in einer realen Hochspannungsbatterie entsprechen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Kommunikationssimulator einen Spannungseingang aufweisen, welcher mit einem Spannungsausgang der steuerbaren Hochspannungsquelle gekoppelt sein kann und welcher ausgebildet sein kann, den Betrag der Prüfspannung zu bestimmen, wobei der Kommunikationssimulator ausgebildet sein kann, die Spannungsinformation basierend auf dem bestimmten Betrag der Prüfspannung einzustellen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Kommunikationssimulator einen programmierbaren Logikbaustein, wie beispielsweise einen Prozessor oder einen Kontroller, oder einen konfigurierbaren Logikbaustein, wie beispielsweise einen FPGA oder CPLD, aufweisen. In solch einer Ausführungsform kann die Funktion des Kommunikationssimulators zumindest teilweise von einem solchen Logikbaustein abgebildet werden. Beispielsweise kann die Schnittstelle zur Kommunikation mit der Hochspannungsquelle, also zur Übertragung der Informationen über die Prüfspannung in einem solchen Logikbaustein integriert sein. Wird diese Information digital übertragen kann in dem Logikbaustein beispielsweise eine entsprechende Schnittstelle beziehungsweise ein entsprechender Bus-Kontroller oder dergleichen vorgesehen sein. Es versteht sich, dass ein eventuell benötigter Treiber oder dergleichen ebenfalls in dem Logikbaustein angeordnet sein kann oder als externes Element bereitgestellt werden kann. Gleiches gilt für die Kommunikationsschnittstelle, welche der Kommunikation zwischen Kommunikationssimulator und Schalteinheit dient, und für die Schnittstelle zur Übermittlung der Konfiguration an den Kommunikationssimulator. Diese können ebenfalls zumindest teilweise in dem Logikbaustein angeordnet werden und wenn nötig durch entsprechende Transceiver oder Treiber oder dergleichen ergänzt werden.
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Wird die Information über die Prüfspannung analog, also beispielsweise in Form der Prüfspannung selbst, an den Kommunikationssimulator übermittelt, kann beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler des Logikbausteins genutzt werden, um den Betrag der Prüfspannung zu ermitteln. Es versteht sich, dass Spannungsteiler und/oder Isolatoren oder andere nötige Bausteine zusätzlich bereitgestellt und zwischen dem Logikbaustein und dem Spannungseingang des Kommunikationssimulators angeordnet werden können.
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Es versteht sich, dass ein Logikbaustein auch die Funktion der einzelnen Kommunikationsmodule bereitstellen kann. Es sind folglich keine Kommunikationsmodule nötig. Vielmehr kann die notwendige Funktionalität, welche in Verbindung mit diesen oben beziehungsweise in Verbindung mit den Figuren beschrieben wird, durch Firmware und/oder Software oder eine entsprechende Konfiguration umgesetzt werden. Es versteht sich, dass die Firmware und/oder Software und/oder Konfiguration dazu auch auf Peripheriebausteine des Logikbausteins zugreifen kann.
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Beispielsweise kann auf einem FPGA eine Rechnereinheit konfiguriert werden, die beispielsweise ähnlich einem Mikrocontroller mit einer Firmware und/oder Software versehen werden kann. Eine solche Rechnereinheit kann beispielsweise den Betrag der Prüfspannung aufnehmen und aus diesen die Zellspannung berechnen beziehungsweise erzeugen. Ferner kann auf einem solchen FPGA auch eine Anzahl, also einer oder mehrere, von Kommunikationskontrollern und/oder Batterie-Kontrollern, je nach Bedarf konfiguriert werden. Diese können entsprechend durch die Rechnereinheit angesteuert und mit dem Betrag der Zellspannung versorgt werden. Es versteht sich, dass die nachgebildeten Kommunikationskontroller und/oder Batterie-Kontroller nicht vollständig nachgebildet werden müssen. Vielmehr muss lediglich die Kommunikationsschnittstelle derart nachgebildet werden, dass diese von der Schalteinheit als Kommunikationspartner akzeptiert wird. Intern kann dazu in dem Kommunikationssimulator beispielsweise lediglich ein Register mit dem Wert der Zellspannung beschrieben werden. Die simulierten Kommunikationskontroller und/oder Batterie-Kontroller können daraufhin diesen Wert aus dem Register auslesen und an die Schalteinheit weiterleiten. Es muss also derjenige Bestandteil der Kommunikationskontroller und/oder Batterie-Kontroller nicht nachgebildet werden, der bei den realen Kommunikationskontrollern und/oder Batterie-Kontrollern die einzelnen Zellen der Batterie kontaktiert und deren Spannungen bestimmt.
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Es versteht sich, dass ein Kommunikationssimulator, der auf einem Logikbaustein basiert, eine Schnittstelle zur Aktualisierung der Konfiguration aufweisen kann. Folglich kann im Betrieb oder vor Beginn einer Prüfung die Ausbildung eines solchen Kommunikationssimulators angepasst werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Kommunikationskontroller und/oder Batterie-Kontroller dynamisch angepasst werden, oder unterschiedliche Kommunikationsschnittstellen konfiguriert werden.
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Der Spannungseingang ist ein Eingang, der direkt den Betrag oder die Größenordnung der von der steuerbaren Hochspannungsquelle ausgegebenen Prüfspannung bestimmen kann. Ein solcher Eingang kann beispielsweise entsprechende Elemente aufweisen um die Prüfspannung zu digitalisieren und weiterzuverarbeiten oder um die Prüfspannung analog weiterzuverarbeiten. Es ist also keine digitale Kommunikation zwischen der steuerbaren Hochspannungsquelle und dem Kommunikationssimulator notwendig.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Spannungseingang einen positiven Eingangsanschluss und einen negativen Eingangsanschluss und einen Spannungsteiler aufweisen, welcher zwischen dem positiven Eingangsanschluss und dem negativen Eingangsanschluss angeordnet ist. Der Spannungsteiler kann ausgebildet sein, die Prüfspannung derart zu teilen, dass diese in dem Spannungseingang verarbeitbar ist, wobei der Spannungseingang einen Spannungswandler aufweisen kann, welcher ausgebildet sein kann, die geteilte Prüfspannung in eine entsprechende Zellspannung zu wandeln, wobei die Spannungsinformation basierend auf der Zellspannung bestimmt werden kann.
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Wie oben bereits erläutert, kann die (Teil-)Spannungsinformation beispielsweise Zellspannung(en) aufweisen. Ferner kann, wie ebenfalls bereits erläutert, für eine Prüfung der Schalteinheit der Kommunikationssimulator für jede Zelle einer simulierten Hochvoltbatterie die gleiche Zellspannung als (Teil-)Spannungsinformation ausgeben. Folglich genügt es, die Zellspannung einmalig basierend auf der Prüfspannung zu bestimmen und für alle Zellen der simulierten Hochvoltbatterie auszugeben.
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Das Teilen der Prüfspannung dient insbesondere dazu, die hohe Prüfspannung von beispielsweise 800 V auf eine Spannung herunterzuteilen, die ohne Beschädigung weiterer Bauteile, wie beispielsweise Analog-Digital-Wandlern und Kontrollern, weiterverarbeitet werden kann. Die Prüfspannung kann also beispielsweise auf einen Spannungsbereich zwischen 0 V und 1,5 V, oder 0 V und 3 V, oder 0 V und 5 V, oder 0 V und 12 V oder dergleichen geteilt werden. Der so eingestellte Spannungsbereich kann also wie weiter oben bereits beschrieben einem Spannungsbereich einer Batteriezelle oder eines Batteriemoduls entsprechen, die in einer realen Batterie eingesetzt werden. Dazu kann beispielsweise ein hochpräziser Spannungsteiler aus hochpräzisen Widerständen eingesetzt werden.
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Ferner kann der Spannungseingang ein isolierendes Element aufweisen, durch welches die weiteren Elemente des Spannungseingangs von dem positiven Eingangsanschluss und dem negativen Eingangsanschluss beziehungsweise von dem Spannungsteiler isoliert werden. Ein solches Element kann beispielsweise ein isolierender Verstärker, auch „isolated OpAmp“ oder „isolating amplifier“ genannt, sein.
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Der Spannungswandler kann die heruntergeteilte Prüfspannung dann weiterverarbeiten, um die Zellspannung zu bestimmen. Dazu kann der Spannungswandler beispielsweise Verstärker und/oder Spannungsteiler und dergleichen aufweisen. Alternativ kann der Spannungswandler auch ein programmierbares Element, beispielsweise einen Mikrocontroller oder Prozessor, aufweisen. Ein solches programmierbares Element kann die geteilte Prüfspannung beispielsweise über einen Analog-Digital-Wandler aufnehmen, entsprechend verarbeiten, und dann über einen Digital-Analog-Wandler ausgeben. Das Verarbeiten kann beispielsweise ein Multiplizieren, Teilen oder Abbilden, beispielsweise mittels einer Look-Up-Tabelle, aufweisen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Prüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Prüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Kommunikationssimulators gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Backplane eines Kommunikationssimulators gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Kommunikationsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kommunikationsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- 7 ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Prüfverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Prüfvorrichtung 100 zur Prüfung einer Schalteinheit 180 beispielsweise für elektrische Antriebssysteme. Die Prüfvorrichtung 100 weist eine steuerbare Hochspannungsquelle 101, eine steuerbare Hochstromquelle 103, einen Kommunikationssimulator 105 und eine Steuereinheit 108 auf. Die Steuereinheit 108 ist kommunikativ mit der Schalteinheit 180, der Hochspannungsquelle 101, und der Hochstromquelle 103 gekoppelt. Der Kommunikationssimulator 105 ist mit der Hochspannungsquelle 101 und mit der Schalteinheit 180 gekoppelt.
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Die Hochspannungsquelle 101 ist mit einem Spannungseingang der zu prüfenden Schalteinheit 180 gekoppelt und die Hochstromquelle 103 ist sowohl mit dem Spannungseingang als auch mit dem Spannungsausgang der Schalteinheit 180 gekoppelt.
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Die steuerbare Hochspannungsquelle 101 gibt bei entsprechender Ansteuerung durch die Steuereinheit 108 eine Prüfspannung 102 aus. Die Hochspannungsquelle 101 kann beispielsweise eine einstellbare Hochspannungsquelle 101 sein. Die Steuereinheit 108 kann also die Prüfspannung 102 nicht nur ein- und ausschalten. Vielmehr kann die Steuereinheit 108 beispielsweise auch den Betrag der Prüfspannung 102 einstellen. Gleiches gilt analog für die Hochstromquelle 103, die der Schalteinheit 180 steuerbar einen Prüfstrom 104 zuführt.
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Um der Schalteinheit 180 den Prüfstrom 104 mit geringer Leistung bereitstellen zu können, wird der Strom von der Hochstromquelle 103 direkt von dem Spannungseingang über die Schalteinheit 180 und zurück zur Hochstromquelle 103 geführt. Der Strompfad stellt also einen geschlossenen Stromkreis dar. Der Strom kann folglich mit einer sehr geringen Spannung bereitgestellt werden und in der Schalteinheit 180 beispielsweise von Strommesselementen erfasst werden. Im Gegensatz dazu müssen bei einer Prüfung nach dem Quelle/Senke Prinzip, also mit einer realen Hochleistungsquelle und einer realen Hochleistungssenke, große elektrische Leistungen bereitgestellt werden.
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Im Betrieb der Prüfvorrichtung 100 kann die Steuereinheit 108 sowohl die Schalteinheit 180, also auch die Hochspannungsquelle 101 und die Hochstromquelle 103 durch Steuerbefehle 110, 111, 112 steuern beziehungsweise Informationen mit diesen austauschen, um ein vorgegebenes Prüfprogramm durchzuführen und die Schalteinheit 180 zu testen beziehungsweise zu prüfen.
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Schaltet die Steuereinheit 108 für eine Prüfung der Schalteinheit 180 die Hochspannungsquelle 101 ein, erhält der Kommunikationssimulator 105 von der Hochspannungsquelle 101 eine Information 106 über die Prüfspannung 102. Die Information 106 kann beispielsweise den Betrag der Prüfspannung 102 aufweisen. Es versteht sich, dass die Information 106 beispielsweise die Prüfspannung 102 selbst sein kann, deren Betrag in dem Kommunikationssimulator 105 bestimmt werden kann. Der Kommunikationssimulator 105 kann also parallel zu der Schalteinheit 180 an den Ausgang der Hochspannungsquelle 101 geschaltet werden.
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Der Kommunikationssimulator 105 nutzt die Information 106 und erzeugt daraus Spannungsinformationen 107, welche an die Schalteinheit 180 übermittelt werden. Die Spannungsinformationen 107 können beispielsweise denjenigen Informationen entsprechen, die der Schalteinheit 180 im realen Betrieb von einem Batterie-Kontroller übermittelt werden, also beispielsweise Zellspannungen der einzelnen Zellen einer Fahrzeughochvoltbatterie.
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Es versteht sich, dass die Kommunikation zwischen den einzelnen Elementen der Prüfvorrichtung 100 beispielsweise mittels digitaler oder analoger Schnittstellen erfolgen kann. Beispielsweise kann die Information 106 analog, also beispielsweise als Spannung, oder digital übermittelt werden. Die Steuersignale 110, 111, 112 beziehungsweise die Antworten der Schalteinheit 180, der Hochspannungsquelle 101 und der Hochstromquelle 103 können beispielsweise über digitale Bussysteme oder Netzwerke übermittelt werden. Insbesondere für die Anwendung in Fahrzeugen kann die Schnittstelle zwischen der Steuereinheit 108 und der Schalteinheit 180 beispielsweise eine CAN-Busschnittstelle oder eine FlexRay-Busschnittstelle oder dergleichen sein. Es versteht sich aber, dass die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 108 und der Schalteinheit 180 nicht auf diese Schnittstellen beschränkt ist.
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Um eine Schalteinheit 180 zu prüfen, kann die Steuereinheit 108 nun das Prüfprogramm 109 durchführen. Das Prüfprogramm 109 gibt dazu in einer Ausführung Einstellung oder Steuerbefehle vor, die an die Hochspannungsquelle 101 und die Hochstromquelle 103 übermittelt werden, um beispielsweise Spannungen und Ströme einzustellen. Ebenso kann das Prüfprogramm 109 Einstellungen oder Parameter vorgeben, die an die Schalteinheit 180 übermittelt werden. Das Prüfprogramm 109 kann ferner auch die erwarteten Reaktionen der Schalteinheit 180 vorgegeben, sodass durch einen entsprechenden Vergleich festgestellt werden kann, ob die Schalteinheit 180 sich korrekt verhält.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer Prüfvorrichtung 200. Die Prüfvorrichtung 200 basiert auf der Prüfvorrichtung 100. Folglich weist die Prüfvorrichtung 200 eine steuerbare Hochspannungsquelle 201, eine steuerbare Hochstromquelle 203, einen Kommunikationssimulator 205 und eine Steuereinheit 208 auf. Die Steuereinheit 208 ist kommunikativ mit der Schalteinheit 280, der Hochspannungsquelle 201, und der Hochstromquelle 203 gekoppelt. Der Kommunikationssimulator 205 ist mit der Hochspannungsquelle 201 und mit der Schalteinheit 280 gekoppelt. Die Hochspannungsquelle 201 ist mit einem Spannungseingang der zu prüfenden Schalteinheit 280 gekoppelt und die Hochstromquelle 203 ist sowohl mit dem Spannungseingang als auch mit dem Spannungsausgang der Schalteinheit 280 gekoppelt.
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Ferner weist die Steuereinheit 208 einen Bussimulator 216 auf, der über eine Busschnittstelle 215 mit der Schalteinheit 280 kommuniziert. Der Bussimulator 216 kann beispielsweise in einem Prozessor oder Kontroller angeordnet sein, der auch die Durchführung des Prüfprogramms 209 steuert.
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In 2 wird verdeutlicht, wie die Hochstromquelle 203 mit der Schalteinheit 280 gekoppelt ist, sodass diese den Prüfstrom 204 bei geringer elektrischer Leistung bereitstellen kann. Die Schalteinheit 280 weist üblicherweise entweder in dem positiven Strompfad oder in dem negativen Strompfad einen Stromsensor auf. Es kann auch sein, dass sowohl in dem positiven Strompfad als auch in dem negativen Strompfad ein Stromsensor angeordnet ist. Die Hochstromquelle 203 weist daher ebenfalls zwei Stromfade 217, 218 auf. Jeder der Strompfade kann den Prüfstrom 204 bereitstellen. Dabei ist der erste Strompfad 217 mit einem positiven Spannungseingang 281 und mit einem positiven Spannungsausgang 282 der Schalteinheit 280 gekoppelt. Der zweite Strompfad ist mit einem negativen Spannungseingang 281 und mit einem negativen Spannungsausgang 282 der Schalteinheit 280 gekoppelt. Dadurch wird es möglich, durch jeden der Strompfade in der Schalteinheit 280 einen Prüfstrom 204 bei sehr geringen Spannungen zu leiten.
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3 zeigt ein Blockschaltbild eines Kommunikationssimulators 305. Der Kommunikationssimulator 305 weist eine Backplane 328 auf, welche mit einer Anzahl von Modulsteckern 321, 322, 323 gekoppelt ist. In dem Modulstecker 321 ist ein Kommunikationsmodul 324 angeordnet, welches einen Kommunikationskontroller 325 aufweist, der auch ein Batterie-Kontroller 326 ist. Es versteht sich, dass die Anzahl von drei Modulsteckern 321, 322, 323 lediglich beispielhaft gewählt wurde und dass mehr oder weniger Modulstecker möglich sind (durch drei Punkte angedeutet).
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Der Kommunikationssimulator 305 ermöglicht es, je nach Anwendung, also spezifisch für die zu prüfende Schalteinheit, entsprechende Kommunikationsmodule 324 einzusetzen. Dabei kann zum einen die Anzahl der Kommunikationsmodule 324 variiert werden und zum anderen auch die Art der Kommunikationsmodule 324 variiert werden. So können beispielsweise Kommunikationsmodule 324 mit den von der Schalteinheit erwarteten Batterie-Kontrollern beziehungsweise Kommunikationskontrollern eingesetzt werden. Dabei versteht sich, dass ein Batterie-Kontroller 326 auch den jeweiligen Kommunikationskontroller 325 aufweisen kann oder umgekehrt.
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Üblicherweise messen Batterie-Kontroller die Spannungen einzelner Zellen einer Batterie und melden diese Information, beispielsweise an die Schalteinheit. In der Prüfvorrichtung gemäß 3 sind aber keine Batteriezellen vorhanden beziehungsweise werden diese auch nicht physikalisch korrekt simuliert. Vielmehr wird die Information 306 genutzt, um eine Zellspannung 327 zu bestimmen, die den Batterie-Kontrollern 326 dann über die Backplane 328 bereitgestellt wird. Die Batterie-Kontroller 326 erfassen also für alle Zellen die gleiche Zellspannung 327 und geben diese über die Kommunikationsschnittstelle 319 aus.
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In 3 ist ferner angedeutet, dass die Backplane 328 mit einer Versorgungsspannung 320 versorgt wird. Es versteht sich, dass diese auch an die Modulstecker 321, 322, 323 und die Kommunikationsmodule 324 weitergeleitet werden kann.
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4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Backplane 428 eines Kommunikationssimulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Backplane 428 weist einen Spannungseingang 430 auf. Über einen positiven Eingangsanschluss 431 und einen negativen Eingangsanschluss 432 wird der Backplane 428 die Prüfspannung bereitgestellt. Da diese mehrere hundert Volt betragen kann, ist ein Spannungsteiler 433 vorgesehen, der diese auf eine in der Backplane 428 verarbeitbare Spannung herunterteil. Nach dem Spannungsteiler 433 ist ferner ein isolierender Verstärker 434, auch „isolated OpAmp“ oder „isolating amplifier“ genannt, vorgesehen, der die weiteren Schaltungselemente von der hohen Prüfspannung isoliert.
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Dem isolierenden Verstärker 434 schließt sich ein Spannungswandler 435 an, der aus der heruntergeteilten Prüfspannung die Zellspannung 427 erzeugt, welche den einzelnen Kommunikationsmodulen (siehe 3) bereitgestellt wird. Der Spannungswandler 435 weist beispielhaft einen Analog-Digital-Wandler 440 auf, der die heruntergeteilte Prüfspannung in einen digitalen Wert wandelt. Dem Analog-Digital-Wandler 440 schließt sich eine Recheneinheit 441 an, die aus der digitalisierten heruntergeteilten Prüfspannung die Zellspannung bestimmt. Ein Digital-Analog-Wandler gibt die Zellspannung 427 dann als analoge Spannung aus. Die Recheneinheit 441 kann ferner mit Konfigurationsdaten 443 parametriert beziehungsweise konfiguriert werden. Es kann also eingestellt werden, wie sich aus der heruntergeteilten Prüfspannung die Zellspannung 427 ergibt.
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Beispielsweise kann sich die Zellspannung aus der Prüfspannung geteilt durch die Anzahl der Batteriezellen errechnen. Die Anzahl der Batteriezellen kann dann beispielsweise in den Konfigurationsdaten 443 an die Recheneinheit 441 übermittelt werden.
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Ferner ist ein Spannungswandler 436 vorgesehen, der eine Versorgungsspannung 420 in eine Kleinversorgungsspannung 437 wandelt, die dem isolierenden Verstärker 434 und den Kommunikationsmodulen bereitgestellt wird.
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5 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Kommunikationsmoduls 524. Das Kommunikationsmodul 524 kann beispielsweise an die in 4 beschriebene Backplane 428 angeschlossen werden. Das Kommunikationsmodul 524 weist eine Vielzahl von Verstärkern 550, 551, 552 auf, welche jeweils einem Batterie-Kontroller 553, 554, 555 die Zellspannung bereitstellen. Die Verstärker werden vorgesehen, um die Quelle der Zellspannung 527 nicht zu überlasten und die Zellspannung 527 für die Verarbeitung durch die Batterie-Kontroller 553, 554, 555 aufzubereiten. Es versteht sich, dass die Anzahl von drei Verstärkern 550, 551, 552 und Batterie-Kontrollern 553, 554, 555 lediglich beispielhaft gewählt wurde und weitere Verstärker 550, 551, 552 und Batterie-Kontroller 553, 554, 555 möglich sind. Insbesondere können beispielsweise acht oder neun solcher Kombinationen vorgesehen sein.
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Das Kommunikationsmodul 524 erhält ferner die Kleinversorgungsspannung 537 und die Zellspannung 527 zur Versorgung der einzelnen Verstärker.
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Ferner ist zu erkennen, dass die Batterie-Kontroller 553, 554, 555 in einer Art Daisy-Chain miteinander gekoppelt sind. Die Batterie-Kontroller 553, 554, 555 können die erfassten Zellspannungen also weiterreichen und der letzte Batterie-Kontroller 553, 554, 555 in der Kette kann alle erfassten Zellspannungen beispielsweise an die Schalteinheit ausgeben.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kommunikationsmoduls 624. 6 zeigt die Anordnung des Kommunikationsmoduls 624 für einen der in 5 gezeigten Verstärker mit dem entsprechenden Batterie-Kontroller 663. Es ist zu erkennen, dass der Verstärker eine Mehrzahl einzelner Verstärker 660, 661, 662 aufweist. Konkret wird für jede simulierte Batteriezelle einer der Verstärker 660, 661, 662 bereitgestellt. Der Verstärkungsfaktor steigt dabei von dem Verstärker, welcher der ersten Batteriezelle entspricht, zu dem Verstärker, welcher der letzten Batteriezelle entspricht, jeweils um eins an. Die Batteriezellen, welche in 6 dargestellt sind, sind lediglich zur Veranschaulichung des Prinzips der dargestellten Schaltung gezeigt. In dem realen Kommunikationsmodul 624 sind diese nicht vorhanden.
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Es ist zu erkennen, dass die Batteriezellen in einer Reihenschaltung angeordnet sind und dass der Batterie-Kontroller 663 jeweils die Spannungen über die einzelnen Batteriezellen misst. Folglich gibt der erste Verstärker 662 die Zellspannung unverändert, also mit Verstärkungsfaktor 1, aus. Der zweite Verstärker gibt die doppelte Zellspannung, also mit Verstärkungsfaktor 2, aus. Für die weiteren Verstärker steigt der Verstärkungsfaktor entsprechend dem Rang des jeweiligen Verstärkers. Bei sechs Batteriezellen würde der Verstärker 661 die fünffache Zellspannung, also mit Verstärkungsfaktor 5, ausgeben. Der Verstärker 660 würde die sechsfache Zellspannung, also mit Verstärkungsfaktor 6, ausgeben. Dies ermöglicht es, den in der späteren Anwendung eingesetzten Batterie-Kontroller 663 auch in den einzelnen Kommunikationsmodulen 624 einzusetzen und mit einer einzelnen Zellspannung 627 alle Batterie-Kontroller 663 zu versorgen.
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-6 als Referenz beibehalten.
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7 zeigt ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Prüfverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In einem ersten Schritt S1 des Anlegens wird eine steuerbare Prüfspannung 102, 202 an die Schalteinheit 180, 280 angelegt. In einem zweiten Schritt S2 des Anlegens wird ein steuerbarer Prüfstrom 104, 204 an die Schalteinheit 180, 280 angelegt. In einem dritten Schritt S3 des Bereitstellens wird eine Spannungsinformationen 107, 207 für die Schalteinheit 180, 280 basierend auf Informationen 106, 206, 306 über die steuerbare Prüfspannung 102, 202 bereitgestellt. Schließlich werden in einem vierten Schritt S4 des Steuerns die Schalteinheit 180, 280 und die steuerbare Hochspannungsquelle 101, 201 und die steuerbare Hochstromquelle 103, 203 basierend auf einem vorgegebenen Prüfprogramm 109, 209 gesteuert.
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Beim Steuern S4 können beispielsweise Kommunikationspartner der Schalteinheit 180, 280 simuliert werden und entsprechende Signale über eine Busschnittstelle 215 an die Schalteinheit 180, 280 übermittelt werden und/oder von der Schalteinheit 180, 280 empfangen werden.
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Die Spannungsinformationen 107, 207 kann der Schalteinheit 180, 280 beispielsweise ebenfalls über eine Kommunikationsschnittstelle 219, 319 bereitgestellt werden.
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In der Kommunikationsschnittstelle kann 219, 319 eine Anzahl von steckbaren Kommunikationsmodulen 324, 524 angeordnet werden, wobei von jedem der Kommunikationsmodule 324, 524 über einen Kommunikationskontroller 325 eine Teil-Spannungsinformation an die Schalteinheit 180, 280 übermittelt werden kann.
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Ferner kann in den Kommunikationsmodulen 324, 524 jeweils ein Batterie-Kontroller 326, 553, 554, 555, 663 eine Anzahl von Zellspannungen 327, 427, 527, 627 überwachen und die Beträge der überwachten Zellspannungen 327, 427, 527, 627 als Teil-Spannungsinformation ausgeben. Beispielsweise kann der Betrag der Prüfspannung 102, 202 bestimmt werden und die Spannungsinformation kann basierend auf dem bestimmten Betrag der Prüfspannung 102, 202 eingestellt werden. Die Prüfspannung 102, 202 kann dazu über einen Spannungsteiler 433 geteilt werden und die geteilte Prüfspannung 102, 202 kann in eine entsprechende Zellspannung 327, 427, 527, 627 gewandelt werden, wobei die Spannungsinformation basierend auf der Zellspannung 327, 427, 527, 627 bestimmt werden kann.
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Der steuerbare Prüfstrom 104, 204 kann beispielsweise über einen positiven Spannungseingang 281 der Schalteinheit 180, 280 und einen positiven Spannungsausgang 282 der Schalteinheit 180, 280 angelegt werden, um den Leistungsbedarf für die Prüfung der Schalteinheit 180, 280 zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich kann der steuerbare Prüfstrom 104, 204 auch über einen negativen Spannungseingang 283 der Schalteinheit 180, 280 und einen negativen Spannungsausgang 284 der Schalteinheit 180, 280 angelegt werden.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtung und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft
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Bezugszeichenliste
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- 100,200
- Prüfvorrichtung
- 101, 201
- steuerbare Hochspannungsquelle
- 102, 202
- Prüfspannung
- 103, 203
- steuerbare Hochstromquelle
- 104, 204
- Prüfstrom
- 105, 205, 305
- Kommunikationssimulator
- 106, 206, 306
- Informationen
- 107, 207
- Spannungsinformationen
- 108, 208
- Steuereinheit
- 109, 209
- Prüfprogramm
- 110, 111, 112
- Steuersignal
- 210, 211, 212
- Steuersignal
- 215
- Busschnittstelle
- 216
- Bussimulator
- 217
- erster Strompfad
- 218
- zweiter Strompfad
- 219, 319
- Kommunikationsschnittstelle
- 320
- Versorgungsspannung
- 321, 322, 323
- Modulstecker
- 324, 524, 624
- Kommunikationsmodul
- 325
- Kommunikationskontroller
- 326, 553, 554, 555, 663
- Batterie-Kontroller
- 327, 427, 527, 627
- Zellspannung
- 328, 428
- Backplane
- 430
- Spannungseingang
- 431
- positiver Eingangsanschluss
- 432
- negativer Eingangsanschluss
- 433
- Spannungsteiler
- 434
- isolierender Verstärker
- 435
- Spannungswandler
- 436
- Spannungswandler
- 437, 537, 637
- Kleinversorgungsspannung
- 440
- ADC
- 441
- Recheneinheit
- 442
- DAC
- 443
- Konfigurationsdaten
- 550,551,552
- Verstärker
- 660, 661, 662
- Verstärker
- 180, 280
- Schalteinheit
- 281
- positiver Spannungseingang
- 282
- positiver Spannungsausgang
- 283
- negativer Spannungseingang
- 284
- negativer Spannungsausgang
- S1, S2, S3
- Verfahrensschritt
