DE102018220195A1

DE102018220195A1 - Elektrisches Bordnetz sowie Verfahren zur Detektion eines fehlerhaften Anschlusselements

Info

Publication number: DE102018220195A1
Application number: DE102018220195.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Rau; Bernd Schneider
Original assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2038-11-24
Also published as: DE102018220195B4

Abstract

Es wird ein elektrisches Bordnetz (2) für ein Fahrzeug angegeben, das zumindest zwei Strompfade (4), die jeweils eine Versorgungsleitung (6), eine elektrische Last (10) sowie eine Masseleitung (8) aufweisen, aufweist. Weiterhin weist das Bordnetz (2) zumindest zwei Anschlusselemente (16) für einen Masseanschluss, wobei jeweils eine der zumindest zwei Masseleitungen (8) mit einem der zumindest zwei Anschlusselemente (16) elektrisch verbunden ist, auf. Die zumindest zwei Anschlusselemente (16) sind mittels einer Überbrückungsleitung (22) dauerhaft elektrisch miteinander verbunden sind. Weiterhin wird ein Verfahren zur Detektion eines fehlerhaften Anschlusselements (16) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Detektion eines fehlerhaften Anschlusselements eines Bordnetzes.
In einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges ist eine Masseverbindung, also eine mechanische Verbindung einer Komponente an ein Massepotential, beispielsweise mittels einer Leitung oder einer Ader, üblicherweise über die Karosserie des Fahrzeuges realisiert. Hierdurch können beispielsweise zusätzliche Leitungen innerhalb des Bordnetzes vermieden werden.
Fehlerhafte Masseverbindungen können zu einem Ausfall einer an der fehlerhaften Masseverbindung angeschlossenen Komponente oder sogar des kompletten Bordnetzes führen. Unter der fehlerhaften Masseverbindung wird hierbei beispielsweise eine korrodierte Masseverbindung oder in einem Extremfall eine abgerissene Masseverbindung verstanden.
Ein Verfahren zur Detektion einer fehlerhaften Masseverbindung ist beispielsweise aus der DE 100 02 537 A1 bekannt. Hierbei wird ein Wert einer Messgröße, typischerweise eine elektrische Spannung mittels einer Detektionsschaltung ermittelt. Anschließend wird der ermittelte Messwert mit einem festgelegten Referenzwert verglichen. Sofern der ermittelte Messwert betragsmäßig von dem Referenzwert abweicht, wird hierdurch eine fehlerhafte Masseverbindung detektiert. Anschließend werden Maßnahmen zur Sicherstellung eines Weiterbetriebes des Bordnetzes initialisiert.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Bordnetz sowie ein Verfahren anzugeben, mit deren Hilfe ein Weiterbetrieb eines Bordnetzes bei einer fehlerhaften Masseverbindung einfach sichergestellt ist.
Die auf das Bordnetz gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das elektrische Bordnetz, nachfolgend kurz als Bordnetz bezeichnet, ist insbesondere für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Es weist zumindest zwei Strompfade auf, die jeweils eine Versorgungsleitung, eine elektrische Last sowie eine Masseleitung aufweisen. Unter der Versorgungsleitung wird hierbei eine elektrische Leitung verstanden, die einen Phasenanschluss (Plus-Pol) einer Spannungsquelle (vorzugsweise eine Fahrzeugbatterie) mit der elektrischen Last verbindet. Unter der elektrischen Last wird hierbei eine elektrische Komponente des Fahrzeuges verstanden.
Weiterhin weist das Bordnetz zumindest zwei Anschlusselemente für einen Masseanschluss auf, wobei jeweils eine der zumindest zwei Masseleitungen mit einem der zumindest zwei Anschlusselemente elektrisch verbunden ist. Unter den Masseleitungen werden hierbei also elektrische Leitungen verstanden, die die elektrische Last mit den Anschlusselementen verbinden, und somit - zur Schließung eines Stromkreises - die elektrische Last mit einem Massepotential (Minus-Pol der Spannungsquelle) verbinden.
Weiterhin sind die zumindest zwei Anschlusselemente mittels einer Überbrückungsleitung dauerhaft elektrisch miteinander verbunden. Unter der Überbrückungsleitung wird hierbei eine durchgehende elektrische Leitung, beispielsweise ein Draht oder eine elektrische Ader verstanden, die einen Stromfluss zwischen den beiden Anschlusselementen ermöglicht. Unter dauerhaft wird hierbei verstanden, dass die Überbrückungsleitung fest mit den Anschlusselementen verdrahtet ist. Die beiden Anschlusselemente sind lediglich mittels der Überbrückungsleitung elektrisch miteinander verbunden, sodass insbesondere keine Unterbrechung der Überbrückungsleitung durch beispielsweise Schaltelemente und/oder Messgeräte vorgesehen ist.
Hierdurch ist erreicht, dass bei einem fehlerhaften Anschlusselement ein Masseanschluss des mittels des fehlerhaften Anschlusselements verbundenen Strompfades über die Überbrückungsleitung sichergestellt ist. Unter dem fehlerhaften Anschlusselement wird hierbei verstanden, dass das Anschlusselement keine (vollständige) Verbindung mehr zu dem Massepotential aufweist. Dies ist üblicherweise der Fall, wenn das Anschlusselement entweder korrodiert ist, oder sich mechanisch gelöst hat.
Die Überbrückungsleitung dient somit als eine Redundanzleitung zur Masseverbindung mittels der Anschlusselemente. Somit ist weiterhin eine erhöhte Verfügbarkeit der elektrischen Lasten in einem Fehlerfall der Anschlusselemente sichergestellt. D. h. bei einem fehlerhaften Anschlusselement und somit einem fehlerhaften Masseanschluss fließt der elektrische Strom über die Überbrückungsleitung zu dem jeweils anderen Anschlusselement und stellt somit den Anschluss des an dem fehlerhaften Anschlusselement angeschlossenen Strompfades an ein Massepotential sicher.
Durch diese Ausgestaltung ist weiterhin eine, beispielsweise durch Normen geforderte redundante Ausführung von Masseverbindung und somit ein Weiterbetrieb des Bordnetzes gewährleistet. Eine derartige Norm ist gegenwärtig beispielsweise die ISO 26262.
Weiterhin ist, insbesondere bei einer Ausgestaltung des Bordnetzes als ein 48V-Bordnetz, durch einen Stromfluss durch die Überbrückungsleitung bei einem fehlerhaften Anschlusselement eine Ausbildung eines Lichtbogens und somit eine Brandgefahr verhindert.
Eine Dimensionierung im Hinblick auf einen Leitungsquerschnitt der Überbrückungsleitung erfolgt derart, dass diese zumindest den gleichen Durchmesser aufweist, wie die Masseleitung mit dem größten Leitungsdurchmesser der beiden über die Anschlusselemente und die Überbrückungsleitung verbundenen Strompfade. Somit ist die Überbrückungsleitung im Hinblick auf eine im Weiterbetrieb des Bordnetzes auftretende Strombelastung durch die Überbrückungsleitung ausreichend dimensioniert. Hierdurch ist einem Ausfall der Überbrückungsleitung durch eine strombedingte thermische Belastung vorgebeugt.
Bevorzugt sind die zumindest zwei Anschlusselemente als Massebolzen ausgebildet. Hierdurch ist eine einfache Anordnung, insbesondere Befestigung der Masseleitungen an die Anschlusselemente ermöglicht.
Zweckdienlicherweise ist jeweils eine Masseleitung sowie ein Ende der Überbrückungsleitung direkt an dem Anschlusselement über ein Kontaktelement befestigt. Unter direkt wird hierbei verstanden, dass die Befestigung der Masseleitung sowie der Überbrückungsleitung an das Anschlusselement jeweils am Ende der beiden Leitungen (Masseleitung und Überbrückungsleitung) erfolgt. D. h. das Ende der Masseleitung sowie das Ende der Überbrückungsleitung sind direkt an dem Anschlusselement befestigt. Es ist somit insbesondere keine vorherige Abzweigung der Masseleitung oder der Überbrückungsschaltung zu einem Anschluss an das Anschlusselement vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Masseleitung und die Überbrückungsleitung unabhängig vom Anschlusselement elektrisch leitend miteinander verbunden. D.h. die beiden Leitungen sind auch ohne eine Befestigung am Anschlusselement bereits direkt aneinander befestigt. Speziell sind hierzu die Enden der beiden Leitungen miteinander verbunden. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei einem fehlerhaften Anschlusselement, beispielsweise bei einem Abriss des als Massebolzen ausgebildeten Anschlusselements, eine elektrische Verbindung der Masseleitung des fehlerhaften Anschlusselements über die Überbrückungsleitung zu dem anderen Anschlusselement sichergestellt ist. Mit anderen Worten führt ein fehlerhaftes Anschlusselement somit nicht zu einer elektrischen Trennung der an die Überbrückungsschaltung angeschlossenen Masseleitung.
Zweckdienlicherweise sind die Masseleitung und die Überbrückungsleitung über ein gemeinsames Kontaktelement mit dem Anschlusselement verbunden. Unter dem gemeinsamen Kontaktelement wird hierbei beispielsweise ein gemeinsamer Kabelschuh mit einem Doppelanschlag der Leitungen (Masseleitung und Überbrückungsleitung) verstanden. Durch das gemeinsame Kontaktelement ist eine Verbindung der beiden Leitungen unabhängig vom Anschlusselement gegeben. Unter dem Doppelanschlag wird hierbei verstanden, dass das Kontaktelement hierbei vorzugsweise lediglich eine Kontaktöffnung aufweist, in die beide Leitungen (Masseleitung und Überbrückungsleitung) eingeführt sind. Zu einer dauerhaften und insbesondere mechanischen Verbindung der beiden Leitungen mit dem Kontaktelement ist dieses beispielsweise als ein Crimp-Kontaktelement ausgebildet und weist gemäß dieser zweckdienlichen Ausgestaltung lediglich eine Crimpzone auf, in der die beiden Leitungen angeordnet und vercrimpt sind (Doppelcrimp). Alternativ weist das Kontaktelement eine Schweißzone oder eine Stecklasche auf, mittels der die beiden Leitungen gemeinsam mit dem Kontaktelement mechanisch verbunden sind. Die Masseleitung sowie die Überbrückungsleitung sind somit zum einen fest untereinander aber auch fest mit dem Anschlusselement verbunden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Masseleitung und die Überbrückungsleitung jeweils endseitig an ein Kontaktelement angeschlossen. Die beiden Kontaktelemente sind hierbei vorzugsweise miteinander und unabhängig vom Anschlusselement elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung wird hierbei beispielsweise mittels eines Leitklebers sichergestellt. Die beiden Kontaktelemente sind beispielsweise stoffschlüssig oder auch über ein Verbindungselement - unabhängig vom Anschlusselement - elektrisch miteinander verbunden.
Durch die elektrische Verbindung der Leitungen (Masseleitung und Überbrückungsleitung) sowohl untereinander als auch mit dem Anschlusselement über Kontaktelemente ist eine einfache Konfektionierung und Anordnung sowie elektrische Verbindung der Leitungen untereinander sichergestellt. Weiterhin kann hierbei auf herkömmliche und bekannte Kontaktelemente zurückgegriffen werden, was die Ausgestaltungen vereinfacht.
Bevorzugt sind die zumindest zwei als Massebolzen ausgebildeten Anschlusselement an einer Karosserie des Fahrzeuges angeordnet. Hierzu sind die Anschlusselemente vorzugsweise stoffschlüssig oder formschlüssig mit der Karosserie verbunden, beispielsweise geschweißt oder eingepresst. Hierdurch ist zum einen eine einfache Anordnung der Anschlusselemente an die Karosserie erreicht und zum Anderen dient die Karosserie des Fahrzeuges hierbei als eine Verbindung der Anschlusselemente an einen Masseanschluss der Batterie des Fahrzeuges. Diese Ausgestaltung ist typisch für Masseanschlüsse innerhalb von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen. Die als Massebolzen ausgebildeten Anschlusselemente sind beispielsweise als Gewindebolzen ausgebildet, sodass die mittels den Kontaktelementen konfektionierten Leitungen (Masseleitung und Überbrückungsleitung), beispielsweise auf die Anschlusselemente gesteckt und fixiert, z.B. verschraubt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die als Gewindebolzen ausgebildeten Anschlusselemente beschränkt, sodass auch andere Arten der Befestigung der Kontaktelemente an die Anschlusselemente herangezogen werden können.
Zweckdienlicherweise ist eine Vielzahl von Masseleitungen vorgesehen, die jeweils mit einem Anschlusselement verbunden sind. Unter der Vielzahl wird hierbei vorzugsweise eine Anzahl >4 und speziell >10 verstanden. Vorzugsweise sind jeweils lediglich zwei Anschlusselemente hierbei paarweise miteinander über jeweils eine Überbrückungsleitung verbunden. Unter der paarweisen Anordnung wird hierbei verstanden, dass kein Anschlusselement mit zwei anderen Anschlusselementen über jeweils eine Überbrückungsleitung verbunden ist. Mit anderen Worten ist ein Anschlusselement immer nur mit einem anderen Anschlusselement mittels einer Überbrückungsleitung verbunden.
Gemäß einer ersten, einfachen Ausführungsvariante ist die Überbrückungsleitung als eine einfache unmittelbare Verdrahtung der beiden Anschlusselemente ausgebildet, beispielsweise als Ader (mit Isolierung versehener Leiter). Es sind keine weiteren Komponenten in dem durch die Überbrückungsleitung ausgebildeten Strompfad zwischen den beiden Anschlusselementen angeordnet.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung zu einer solchen einfachen elektrischen Verbindung der zumindest zwei Anschlusselemente mittels lediglich der Überbrückungsleitung ist weiterhin eine Detektionseinheit vorgesehen, die derart eingerichtet ist, einen elektrischen Strom durch die Überbrückungsleitung zu erfassen und auszuwerten. Hierdurch ist alternativ und ergänzend zu der leidlichen Überbrückung der - üblicherweise durch die Karosserie des Fahrzeuges realisierten - Masseverbindung der beiden Anschlusselemente mit der Überbrückungsleitung weiterhin eine Auswertemöglichkeit gegeben.
Unter der Auswertemöglichkeit wird hierbei verstanden, dass eine Information über ein fehlerhaftes Anschlusselement beispielsweise mittels der Detektionseinheit in Form eines Signals an einen Bordcomputer und hierbei insbesondere an einen Fehlerspeicher des Fahrzeuges übermittelt wird. Somit sind beispielsweise ein Fahrer und/oder ein Mechaniker darüber informiert, dass zumindest eine der durch die Anschlusselemente realisierten Masseverbindungen des elektrischen Bordnetzes fehlerhaft ist.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist die Detektionseinheit derart eingerichtet, den erfassten elektrischen Strom durch die Überbrückungsleitung im Hinblick auf Betrag und/oder Richtung zu erfassen und auszuwerten. Dieser Ausgestaltung liegt der Gedanke zugrunde, dass beispielsweise die Richtung des erfassten elektrischen Stromes durch die Überbrückungsleitung von dem fehlerhaften Anschlusselement abhängt. Mit anderen Worten ist hierbei beispielsweise je nachdem, welches der beiden mittels der Überbrückungsleitung verbundenen Anschlusselemente fehlerhaft ist, ein elektrischer Strom mit einem positiven oder mit einem negativen Vorzeichen seitens der Detektionseinheit erfassbar. Das unterschiedliche Vorzeichen resultiert aus den unterschiedlichen Fließrichtungen des elektrischen Stromes bei gleichbleibender Erfassungsrichtung der Detektionseinheit.
Weiterhin ist es mittels der Detektionseinheit ermöglicht, das fehlerhafte Anschlusselement anhand des Betrages des durch die Überbrückungsleitung fließenden elektrischen Stromes zu ermitteln. D. h. weist beispielsweise einer der beiden mittels der Überbrückungsleitung verbundenen Strompfade im (regulären) Betrieb eine Stromstärke von 20 A auf und der andere Strompfad eine Stromstärke von 10 A, so kann seitens der Detektionseinheit je nachdem, ob diese einen Strom mit einem Betrag von 20 A oder 10 A detektiert, auf das fehlerhafte Anschlusselement geschlossen werden.
Die Detektionseinheit ist bevorzugt derart eingerichtet, anhand des erfassten Stromes durch die Überbrückungsleitung insbesondere zumindest einen der folgenden Fehlerfälle zu identifizieren:

- Lösen eines Anschlusselements,
- Identifizierung des gelösten Anschlusselements,
- Korrosion eines Anschlusselements sowie
- ein elektrischer Übergangswiderstand bei zwei Karosserieteilen.

Die Identifizierung eines Lösens eines Anschlusselements durch die Detektionseinheit beruht auf der bereits erwähnten Erfassung eines durch die Überbrückungsleitung fließenden elektrischen Stromes. In einem regulären Betriebsfall, d. h. bei nicht fehlerhaften Anschlusselementen und somit nicht fehlerhaften Masseanschlüssen fließt durch die Überbrückungsleitung ein vernachlässigbarer bis gar kein Strom, da es sich um eine Parallelschaltung mit der zur Überbrückungsleitung vergleichsweise niederohmigen Karosserie handelt. Tritt nun eine fehlerhafte Masseverbindung durch ein fehlerhaftes Anschlusselement auf, so nimmt der Stromfluss durch die Überbrückungsleitung zu, was mittels der Detektionseinheit erfasst wird.
Überschreitet beispielsweise der durch die Detektionseinheit erfasste Strom einen Grenzwert, so ist seitens der Detektionseinheit ein gelöstes Anschlusselement und somit eine fehlerhafte Masseverbindung einer der Masseleitungen detektiert, was weiterhin beispielsweise - wie ebenfalls zuvor beschrieben - in einen Fehlerspeicher des Fahrzeuges eingetragen wird und/oder einem Fahrer des Fahrzeuges in Form einer Warnmeldung ausgegeben wird. Der Grenzwert, ab dem eine gelöste Masseverbindung detektiert wird, ist beispielsweise in einem internen Speicher der Detektionseinheit hinterlegt.
Die Identifizierung des gelösten Anschlusselements beruht auf der bereits erläuterten Detektion der Richtung, also des Vorzeichens des elektrischen Stromes seitens der Detektionseinheit. Diese Information ist ebenfalls vorzugsweise in Form eines Speichereintrags in den Fehlerspeicher realisiert, sodass im Rahmen einer Durchsicht durch z.B. einen Mechaniker die fehlerhafte Masseverbindung eindeutig identifiziert und somit ausgetauscht werden kann.
Die Identifizierung einer Korrosion eines Anschlusselementes beruht darauf, dass sich aufgrund der Korrosion ein erhöhter Übergangswiderstand zwischen dem Anschlusselement und dem Karosserieblech ausbildet. Dieser erhöhte Übergangswiderstand führt zu einem erhöhten Stromfluss durch die Überbrückungsleitung. Hierbei ist beispielsweise in der Detektionseinheit ein weiterer Grenzwert hinterlegt, welcher zwar einen geringeren Wert aufweist als der Grenzwert, welcher einen Abriss und somit ein vollständiges Lösen des Anschlusselementes von der Karosserie beschreibt aber einen höheren Wert aufweist als der elektrische Strom, welcher durch die Überbrückungsleitung fließt, wenn beide mit der Überbrückungsleitung elektrisch verbundenen Anschlusselement keinen Fehler aufweisen. Die Detektion der Korrosion zumindest eines der Anschlusselemente dient hierbei einer Früherkennung vor einem Ausfall der eigentlichen Funktion des Anschlusselementes. Diese Früherkennung wird auch als „Predictive Wear“ bezeichnet.
Die Identifizierung eines elektrischen Übergangswiderstandes bei und insbesondere zwischen zwei Karosserieteilen weist zwei Vorteile auf. Hierbei ist zunächst vorauszusetzen, dass sich die beiden mit der Überbrückungsleitung miteinander verbundenen Anschlusselemente jeweils auf zwei unterschiedlichen miteinander verbundenen Karosserieteilen befinden.
Zum einen ist hierdurch eine beispielsweise geschweißte Verbindung der beiden Karosserieteile im Hinblick auf eine Korrosion überwachbar. D. h. korrodiert die Schweißverbindung zwischen den beiden Teilen, ist kein beeinflussungsfreier Stromfluss zur Masseanbindung der Batterie des Fahrzeuges über diese Schweißstelle mehr sichergestellt. Der Übergangswiderstand an dieser Schweißstelle ist hierbei durch die Korrosion erhöht. Dieser Übergangswiderstand hemmt einen Stromfluss, der dann durch einen Stromfluss über die Überbrückungsleitung kompensiert wird. Dieser Stromfluss durch die Überbrückungsleitung ist mittels der Detektionseinheit detektierbar.
Als weitere Voraussetzung dieser Identifikation muss gegeben sein, dass eines der beiden miteinander verbundenen Karosserieteile keine weitere elektrische Verbindung zu einer Energiequelle, beispielsweise der Fahrzeugbatterie aufweist.
Der zweite Vorteil der Identifizierung des elektrischen Übergangswiderstandes zwischen den zwei bereits genannten Karosserieteilen ist, dass bei einer beispielsweise geklebten Fügestelle zwischen den Karosserieteilen üblicherweise eine niederohmige elektrische Verbindung nicht oder nur unzureichend gegeben ist. Mittels der Überbrückungsschaltung ist hierbei diese gewünschte niederohmige Verbindung realisierbar.
Zweckdienlicherweise weist die Detektionseinheit einen Shunt zur Erfassung des elektrischen Stromes auf. Der Shunt ist bevorzugt an der Überbrückungsleitung angeordnet und insbesondere in diese integriert. Alternativ ist der elektrische Strom durch die Überbrückungsleitung mittels eines Hall-Sensors oder mittels eines Strommesswandlers erfassbar. Hierdurch ist eine einfache Erfassung des durch die Überbrückungsleitung fließenden elektrischen Stromes realisiert, da auf herkömmliche und handelsübliche Stromerfassungselemente zurückgegriffen wird.
Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung umfasst die Detektionseinheit eine Auswerteeinheit, die in einem Leistungsverteiler des Fahrzeuges angeordnet ist. Die Auswerteeinheit ist hierbei insbesondere zur Auswertung des durch die Überbrückungsleitung fließenden Stromes ausgebildet. Die Detektionseinheit ist hierbei dann beispielsweise durch die Auswerteeinheit und ein Detektionselement wie beispielsweise der zuvor erwähnte Shunt ausgebildet. Zur Übermittlung des erfassten elektrischen Stromes ist der Shunt vorzugsweise mit der Auswerteeinheit beispielsweise drahtgebunden verbunden.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Das Verfahren dient insbesondere zur Detektion eines fehlerhaften Anschlusselements eines Bordnetzes. Bei dem Bordnetz handelt es sich insbesondere um das bereits zuvor erwähnte elektrische Bordnetz eines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges.
Somit weist das Bordnetz zumindest zwei Strompfade auf, die jeweils eine Versorgungsleitung, eine elektrische Last sowie eine Masseleitung aufweisen. Weiterhin weist das Bordnetz zumindest zwei Anschlusselemente für einen Masseanschluss auf, wobei jeweils eine der zumindest zwei Masseleitungen mit einem der zumindest zwei Anschlusselemente elektrisch verbunden ist. Bei dem Verfahren wird im Falle zumindest eines fehlerhaften Anschlusselements ein aufgrund des fehlerhaften Anschlusselements durch die Überbrückungsleitung fließender elektrischer Strom erfasst. Die Erfassung erfolgt beispielsweise über die bereits im Rahmen der Erläuterungen zum elektrischen Bordnetz aufgeführten Detektionseinheit, die hierzu vorzugsweise ein Shunt aufweist. Anschließend wird der erfasste elektrische Strom im Hinblick auf seinen Betrag und/oder seine Richtung ausgewertet und diese Information, beispielsweise in Form eines Signals, an einen Fehlerspeicher und/oder Bordcomputer zur Hinterlegung bzw. Warnung eines Fahrers des Fahrzeuges übermittelt.
Die im Hinblick auf das elektrische Bordnetz aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt. Weiterhin sind die Ausgestaltungen des Bordnetzes und des Verfahrens nicht auf Kraftfahrzeugbordnetze beschränkt. Vielmehr sind die Ausgestaltungen des Bordnetzes und des Verfahrens auch auf Bordnetze anderer Fahrzeuge, beispielsweise Wasser- und/oder Luftfahrzeuge anwendbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen teilweise in stark vereinfachten Darstellungen:

1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes gemäß einer bevorzugten ersten Ausgestaltung,
2 eine schematische Darstellung des Bordnetzes gemäß einer alternativen Ausgestaltung,
3 eine schematische Darstellung der alternativen Ausgestaltung des Bordnetzes in einem ersten Fehlerfall sowie,
4 eine schematische Darstelllung der alternativen Ausgestaltung des Bordnetzes in einem zweiten Fehlerfall.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Bei dem in 1 dargestellten elektrischen Bordnetz 2 (nachfolgend kurz als Bordnetz 2 bezeichnet) handelt es sich um ein Bordnetz 2 für ein nicht dargestelltes Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Das Bordnetz 2 weist zumindest zwei Strompfade 4, im Ausführungsbeispiel drei Strompfade 4 auf. Die Strompfade 4 weisen jeweils eine Versorgungsleitung 6 sowie eine Masseleitung 8 auf. Zwei der drei im Ausführungsbeispiel dargestellten Strompfade 4 weisen eine elektrische Last 10 auf. Bei der elektrischen Last 10 handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs. Eine der drei in 1 dargestellten Strompfade 4 weist anstelle der elektrischen Last 10 eine Energiequelle 12, im Ausführungsbeispiel eine Batterie, zur Versorgung der elektrischen Lasten 10 auf. Zur Versorgung der elektrischen Lasten 10 mit elektrischer Energie sind die Versorgungsleitungen 6 der Strompfade 4 im Ausführungsbeispiel über/durch einen Leistungsverteiler 14 elektrisch miteinander verbunden.
Das Bordnetz 2 weist im Ausführungsbeispiel weiterhin drei Anschlusselemente 16 für einen Masseanschluss der Strompfade 4 auf. Hierzu ist jeweils eine der im Ausführungsbeispiel drei dargestellten Masseleitungen 8 mit einem der Anschlusselemente 16 elektrisch verbunden. Die Anschlusselemente 16 sind an einer Karosserie 18 des Fahrzeuges angeordnet, beispielsweise angeschweißt. Die Anschlusselemente 16 sind im Ausführungsbeispiel als Massebolzen mit einem Außengewinde ausgebildet. Die Karosserie 18, insbesondere das Karosserieblech dient somit als eine elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Anschlusselementen 16. Hierdurch wird ein Stromkreis zur Versorgung der elektrischen Lasten 10 mittels elektrische Energie aus der Energiequelle 12 geschlossen.
Zur elektrischen Verbindung der Masseleitungen 8 mit den als Massebolzen ausgebildeten Anschlusselementen 16 weisen die Masseleitungen 8 an einem Ende ein Kontaktelement 20 auf. Im Ausführungsbeispiel sind die Kontaktelemente 20 als Kabelschuhe ausgebildet. Diese weisen bevorzugt eine Öse auf, die derart an dem als Massebolzen ausgebildeten Anschlusselement 16 angeordnet ist, dass der Massebolzen durch die Öse geführt und fixiert ist. Es sind jedoch auch andere Befestigungs- und Ausgestaltungsvarianten zum einen der Kontaktelemente 20 und zum anderen zur mechanischen Befestigung der Kontaktelemente 20 an den Anschlusselementen 16 denkbar. So sind alternativ die Kontaktelemente 20 beispielsweise als Crimp-Kontaktelemente oder Steck-Kontaktelemente ausgebildet.
Zumindest zwei der Anschlusselemente 16 (im Ausführungsbeispiel die Anschlusselemente 16, an denen die Strompfade 4 mit den elektrischen Lasten 10 angeordnet sind) sind mittels einer Überbrückungsleitung 22 dauerhaft elektrisch miteinander verbunden. Hierzu weist die Überbrückungsleitung 22 jeweils an einem Ende 24 ebenfalls ein Kontaktelement 20 auf, mit dem die Überbrückungsleitung 22 an dem jeweiligen Anschlusselement 16 angeordnet, insbesondere befestigt ist. Die Überbrückungsleitung 22 dient als eine redundante Masseverbindung der jeweiligen Strompfade 4 bei einem fehlerhaften Anschlusselement 16. D. h. bei einem fehlerhaften Anschlusselement 16 in einem Fehlerfall (vergleiche 3 und/oder 4) stellt die Überbrückungsleitung 22 eine Anbindung des Strompfades 4, dessen Anschlusselement 16 fehlerhaft ist, an das Anschlusselement 16 sicher, welches nicht fehlerhaft ist (vgl. 3 und/oder 4). Somit ist auch bei einem fehlerhaften Anschlusselement 16 ein Masseanschluss des Stromfades 4 sichergestellt, dessen Anschlusselement 16 fehlerhaft ist, sodass dieser Strompfad 4 weiter in Betrieb bleibt.
In 2 ist eine schematische Darstellung des Bordnetzes 2 gemäß einer alternativen Ausgestaltung gezeigt. Das Bordnetz 2 weist im Wesentlichen die bereits in den Ausführungen zur 1 beschriebenen Komponenten auf, sodass nachfolgend lediglich auf Unterschiede und/oder Erweiterungen dieser alternativen Ausgestaltung des Bordnetzes 2 eingegangen wird.
Zusätzlich zur Ausgestaltung des Bordnetzes 2 gemäß 1 weist das Bordnetz 2 gemäß der alternativen Ausgestaltung eine Detektionseinheit 26 auf. Die Detektionseinheit 26 weist zur Erfassung eines durch die Überbrückungsleitung 22 fließenden elektrischen Stromes I ein Shunt 28 auf. Alternativ zu dem Shunt 28 weist die Detektionseinheit 26 einen Hallsensor oder einen Strommesswandler auf. Grundsätzlich können zur Erfassung des durch die Überbrückungsleitung 22 fließenden elektrischen Stromes I alle bekannten und/oder herkömmlichen Strommesselemente herangezogen werden.
Weiterhin umfasst die Detektionseinheit 26 eine Auswerteeinheit 30, die im Ausführungsbeispiel im Leistungsverteiler 14 des Bordnetzes 2 angeordnet ist. Weiterhin sind im Ausführungsbeispiel die Auswerteeinheit 30 und der Shunt 28 elektrisch miteinander verbunden. Die Detektionseinheit 26 ist, ist derart eingerichtet und ausgebildet, den bereits beschriebenen elektrischen Strom I durch die Überbrückungsleitung 22 zu erfassen und auszuwerten. Dieser fließt, insbesondere in einem Fehlerfall, d. h. sofern eines der beiden Anschlusselemente 16 fehlerhaft ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung der alternativen Ausgestaltung des Bordnetzes 2 in einem ersten Fehlerfall. Unter dem ersten Fehlerfall wird hierbei verstanden, dass das eines der Anschlusselemente 16 der Strompfade 4 (hier das linke Anschlusselement 16) fehlerhaft ist. Unter fehlerhaft wird hierbei im Ausführungsbeispiel verstanden, dass sich das betreffende Anschlusselement 16 von der Karosserie 18 und somit von der Masseverbindung gelöst hat. D. h. es besteht durch das sich gelöste Anschlusselement 16 keine Masseverbindung mehr für den betreffenden Strompfad 4.
In diesem ersten Fehlerfall ist durch die Überbrückungsleitung 22 eine Masseanbindung des betroffenen Strompfades 4 über das andere Anschlusselement 16 sichergestellt. D.h. ein Stromfluss erfolgt nun durch die Überbrückungsleitung 22 zu dem noch an der Karosserie 18 befestigten Anschlusselement 16 (in 3 das rechte Anschlusselement 16). Dieser Stromfluss durch die Überbrückungsleitung 22 wird mittels der Detektionseinheit 26, insbesondere mittels des Shunts 28 detektiert. Im Ausführungsbeispiel wird hierbei insbesondere auch eine Richtung und/oder ein Betrag des elektrischen Stromes I ermittelt. Im Ausführungsbeispiel fließt der elektrische Strom I von dem sich gelösten Anschlusselement 16 zu dem noch an der Karosserie 18 befestigten Anschlusselement 16, d. h. bildlich gesprochen von links nach rechts.
Insbesondere die Richtung des durch die Überbrückungsleitung 22 und somit auch durch den Shunt 28 fließenden elektrischen Stromes I ermöglicht eine Identifizierung des sich gelösten Anschlusselements 16, da die lediglich paarweise miteinander verbundenen Anschlusselemente 16, wenn sie fehlerhaft sind, einen charakteristischen Stromfluss durch die Überbrückungsleitung 22 verursachen. D. h. im Fehlerfall gemäß 3 ist ein Stromfluss von - bildlich gesprochen - links nach rechts, der beispielsweise durch den Shunt 28 mit einem positiven Vorzeichen erfasst wird, ist charakteristisch dafür, dass sich das - ebenfalls bildlich gesprochen - linke Anschlusselement 16 gelöst hat. Diese Information wird im Ausführungsbeispiel mittels der Detektionseinheit 26, speziell mittels der Auswerteeinheit 30 beispielsweise an einen hier nicht dargestellten Fehlerspeicher übermittelt, sodass auf dessen Basis ein Warnsignal an einen Fahrer des Fahrzeugs und/oder eine Information für einen Mechaniker vorliegt, dass ein und welches Anschlusselement 16 fehlerhaft ist.
In 4 ist eine schematische Darstellung der alternativen Ausgestaltung des Bordnetzes 2 in einem zweiten Fehlerfall dargestellt. Unter dem zweiten Fehlerfall wird hierbei analog zu dem in 3 geschilderten Fehlerfall verstanden, dass sich das jeweils andere Anschlusselement 16 (hier bildlich gesprochen das rechte Anschlusselement 16) von der Karosserie Ziffer 18 gelöst hat. Die Verfahrensweise zur Detektion des gelösten Anschlusselements 16 erfolgt hierbei analog zu den Ausführungen gemäß 3. Ein Unterschied hierzu besteht jedoch in der Richtung des durch die Überbrückungsleitung 22 fließenden elektrischen Stromes I. Dieser fließt nun im Ausführungsbeispiel gemäß 4 entgegengesetzt zu dem Strom I, der im ersten Fehlerfall gemäß 3 fließt.
Somit ist es durch eine Erfassung der Stromrichtung des durch die Überbrückungsleitung erfassten Stromes I seitens der Detektionseinheit 26 eindeutig ermöglicht, nicht nur ein Lösen des Anschlusselements 16 zu detektieren, sondern auch - wie bereits erwähnt - welches der beiden Anschlusselemente 16 sich gelöst hat. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 detektiert hierzu der Shunt 28 einen elektrischen Strom I mit einem negativen Vorzeichen, der in diesem Ausführungsbeispiel charakteristisch für das (sich gelöste) rechte Anschlusselement 16 ist.
Durch die Ausgestaltung des Bordnetzes 2 mittels der Überbrückungsleitung 22 und der Detektionseinheit 26 ist nicht nur ein Lösen der Anschlusselemente 16 detektierbar, sondern vielmehr auch - im Rahmen einer präventiven (Früh-)Erkennung - bereits eine Korrosion an den jeweiligen Befestigungsstellen der Anschlusselemente 16 an der Karosserie 18 des Fahrzeuges. Diese präventive Erkennung beruht darauf, dass eine Korrosion an den Anschlusselementen 16 zu einer Erhöhung des Übergangswiderstandes zur Karosserie 18 führt. Dieser erhöhte Übergangswiderstand führt wiederum zu einer Erhöhung des durch die Überbrückungsleitung 22 fließenden elektrischen Stromes I, der in einem Normalbetrieb vernachlässigbar klein bis nicht vorhanden ist. Unter dem Normalbetrieb wird hierbei verstanden, dass sämtliche Anschlusselemente 16 korrosionsfrei und an der Karosserie 18 des Fahrzeugs befestigt sind und somit jeweils einen fehlerfreien Masseanschluss ausbilden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: elektrisches Bordnetz
4: Strom pfad
6: Versorgungsleitung
8: Masseleitung
10: elektrische Last
12: Energiequelle
14: Leistungsverteiler
16: Anschlusselement
18: Karosserie
20: Kontaktelement
22: Überbrückungsleitung
24: Ende der Überbrückungsleitung
26: Detektionseinheit
28: Shunt
30: Auswerteeinheit
I: elektrischer Strom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10002537 A1 [0004]

Claims

Elektrisches Bordnetz (2) für ein Fahrzeug aufweisend: - zumindest zwei Strompfade (4), die jeweils eine Versorgungsleitung (6), eine elektrische Last (10) sowie eine Masseleitung (8) aufweisen, - zumindest zwei Anschlusselemente (16) für einen Masseanschluss, wobei jeweils eine der zumindest zwei Masseleitungen (8) mit einem der zumindest zwei Anschlusselemente (16) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Anschlusselemente (16) mittels einer Überbrückungsleitung (22) dauerhaft elektrisch miteinander verbunden sind.
Bordnetz (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Anschlusselemente (16) als Massebolzen ausgebildet sind.
Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Masseleitung (8) sowie ein Ende (24) der Überbrückungsleitung (22) direkt an dem Anschlusselement (16) über ein Kontaktelement (20) befestigt sind.
Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseleitung (8) und die Überbrückungsleitung (22) unabhängig vom Anschlusselement (16) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseleitung (8) und die Überbrückungsleitung (22) über ein gemeinsames Kontaktelement (20) mit dem Anschlusselement (16) verbunden sind.
Bordnetz (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseleitung (8) und die Überbrückungsleitung (22) jeweils endseitig an einem Kontaktelement (20) angeschlossen sind und die beiden Kontaktelemente (20) miteinander elektrisch leitend verbunden sind und mit dem Anschlusselement (16) elektrisch leitend verbunden sind.
Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Anschlusselemente (16) an einer Karosserie (18) des Fahrzeuges angeordnet sind.
Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Masseleitungen (8) vorgesehen ist, die jeweils mit einem Anschlusselement (16) verbunden sind und wobei jeweils lediglich zwei Anschlusselemente (16) paarweise miteinander über jeweils eine Überbrückungsleitung (22) verbunden sind.
Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Detektionseinheit (26) vorgesehen ist, die derart eingerichtet ist, einen elektrischen Strom (I) durch die Überbrückungsleitung (22) zu erfassen und auszuwerten.
Bordnetz (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (26) derart eingerichtet ist, den erfassten elektrischen Strom (I) durch die Überbrückungsleitung (22) im Hinblick auf Betrag und/oder Richtung zu erfassen und auszuwerten.
Bordnetz (2) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Detektionseinheit (26) derart eingerichtet ist, anhand des erfassten Stroms (I) durch die Überbrückungsleitung (22) insbesondere zumindest einen der folgenden Fehlerfälle zu identifizieren: - Lösen eines Anschlusselements (16), - Identifizierung des gelösten Anschlusselements (16), - Korrosion eines Anschlusselements (16) sowie - ein elektrischer Übergangswiderstand bei zwei Karosserieteilen.
Bordnetz (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (26) ein Shunt (28) aufweist.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (26) eine Auswerteeinheit (30) umfasst, die in einem Leistungsverteiler (14) des Fahrzeuges angeordnet ist.
Verfahren zur Detektion eines fehlerhaften Anschlusselements (16) eines Bordnetzes (2), welches aufweist: - zumindest zwei Strompfade (4), die jeweils eine Versorgungsleitung (6), eine elektrische Last (10) sowie eine Masseleitung (8) aufweisen, - zumindest zwei Anschlusselemente (16) für einen Masseanschluss, wobei jeweils eine der zumindest zwei Masseleitungen (8) mit einem der zumindest zwei Anschlusselemente (16) elektrisch verbunden ist sowie - eine Überbrückungsleitung (22), mittels der die zumindest zwei Anschlusselemente (16) dauerhaft elektrisch miteinander verbunden sind, bei dem im Falle zumindest eines fehlerhaften Anschlusselements (16) ein aufgrund des fehlerhaften Anschlusselements (16) durch die Überbrückungsleitung (22) fließender elektrischer Strom (I) erfasst wird.