DE102019128453A1

DE102019128453A1 - Method for performing a line diagnosis on a return line of a supply cable of a motor vehicle and a control device and motor vehicle set up for this purpose

Info

Publication number: DE102019128453A1
Application number: DE102019128453.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Oberthür
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Leitungsdiagnose an einer Rückleitung (21) eines Versorgungskabels (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei mittels des Versorgungskabels (12) eine elektrische Versorgungseinheit (13) mit zumindest einem elektrischen Verbraucher (11) verbunden ist, wobei über die Rückleitung (21) ein Rückstrom (R) von dem zumindest einen Verbraucher (11) zu der Versorgungseinheit (13) geführt wird. Die Erfindung sieht vor, dass an der Rückleitung (21) eine Messschaltung (25) bereitgestellt ist, welche zumindest ein Messsignal (26) erzeugt, das mit einer Stromstärke des Rückstroms (R) korreliert ist, und durch eine Prozessorschaltung (24) Zustandsdaten (31), welche einen aktuellen Betriebszustand des zumindest einen Verbrauchers (11) beschreiben, ermittelt werden und mittels einer vorbestimmen Zuordnungsvorschrift (32) dem ermittelten Betriebszustand (31) ein In-Ordnung-Werteintervall (38) zugeordnet wird und für den Fall, dass ein Signalwert des zumindest einen Messsignals (26) außerhalb des In-Ordnung-Werteintervalls (33) liegt, ein Fehlersignal (35) erzeugt wird.The invention relates to a method for performing a line diagnosis on a return line (21) of a supply cable (12) of a motor vehicle (10), an electrical supply unit (13) being connected to at least one electrical consumer (11) by means of the supply cable (12), wherein a return current (R) is conducted from the at least one consumer (11) to the supply unit (13) via the return line (21). The invention provides that a measuring circuit (25) is provided on the return line (21) which generates at least one measuring signal (26) which is correlated with a current strength of the return current (R), and status data (24) through a processor circuit (24). 31), which describe a current operating state of the at least one consumer (11), are determined and an OK value interval (38) is assigned to the determined operating state (31) by means of a predetermined assignment rule (32) and, in the event that a Signal value of the at least one measurement signal (26) is outside the OK value interval (33), an error signal (35) is generated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Leitungsdiagnose an einer Rückleitung eines Versorgungskabels eines Kraftfahrzeugs. Durch die Leitungsdiagnose soll festgestellt werden, ob eine Isolierung in der Rückleitung und/oder in einem elektrischen Verbraucher, der an die Rückleitung angeschlossen ist, defekt oder beschädigt ist. Bei einer solchen beschädigten Isolierung würde ein elektrischer Strom nicht durch die Rückleitung selbst sondern über andere Metallteile abfließen. Zu der Erfindung gehört auch ein Steuergerät, das die Leitungsdiagnose gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführt. Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, das ein solches Steuergerät aufweist.The invention relates to a method for performing a line diagnosis on a return line of a supply cable of a motor vehicle. The line diagnosis is intended to determine whether an insulation in the return line and / or in an electrical consumer connected to the return line is defective or damaged. With such a damaged insulation, an electrical current would not flow away through the return line itself but through other metal parts. The invention also includes a control device which carries out the line diagnosis according to the method according to the invention. Finally, the invention also includes a motor vehicle that has such a control device.

In einem Kraftfahrzeug kann ein elektrisches Bordnetz bereitgestellt sein, durch welches elektrische Verbraucher über eine Plus-Leitung mit einem elektrischen Versorgungsstrom versorgt werden können. Der Rückstrom zum Schließen des Stromkreises wird über das sogenannte Massepotential oder die Fahrzeugmasse zurück zum Generator und/oder der Batterie geführt. Ein solches Bordnetz sind das an sich genannte 12-Volt-Bordnetz und das 24-Volt-Bordnetz. Zusätzlich zu diesem Bordnetz kann ein weiteres Bordnetz bereitgestellt sein, das eine andere Niedervolt-Spannung (elektrische Spannung kleiner als 60 Volt) bereitstellen kann, insbesondere das sogenannte 48-Volt-Bordnetz mit einer Nennspannung von 48 Volt. Für dieses Bordnetz muss zusätzlich zur Plus-Leitung auch eine kabelbasierte Rückleitung zum Schließen des Stromkreises vorgesehen sein. Daher kann für dieses zusätzliche Bordnetz vorgesehen sein, dass zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers über ein Versorgungskabel anzuschließen, welches sowohl die Plus-Leitung für den elektrischen Versorgungsstrom als auch die Rückleitung zum Rückführen eines Rückstroms aufweist. Das Versorgungskabel kann an eine Versorgungseinheit angeschlossen sein. Als eine solche Versorgungseinheit kann beispielsweise ein Wechselrichter vorgesehen sein, an welchen über das Versorgungskabel als Verbraucher eine elektrische Maschine oder ein Kompressormotor angeschlossen sein kann.In a motor vehicle, an on-board electrical system can be provided through which electrical loads can be supplied with an electrical supply current via a positive line. The return current for closing the circuit is fed back to the generator and / or the battery via the so-called ground potential or the vehicle ground. Such an on-board network are the 12-volt on-board network and the 24-volt on-board network. In addition to this on-board network, a further on-board network can be provided that can provide a different low-voltage voltage (electrical voltage less than 60 volts), in particular the so-called 48-volt on-board network with a nominal voltage of 48 volts. In addition to the plus line, a cable-based return line for closing the electrical circuit must also be provided for this on-board network. It can therefore be provided for this additional on-board network that at least one electrical load is connected via a supply cable which has both the plus line for the electrical supply current and the return line for returning a return current. The supply cable can be connected to a supply unit. An inverter, for example, can be provided as such a supply unit, to which an electrical machine or a compressor motor can be connected as a consumer via the supply cable.

Zu einem solchen zusätzlichen Bordnetz, insbesondere einem 48-Volt-Bordnetz, gibt es die Anforderung an die Leitungsdiagnose, eine Beschädigung in der Isolierung und/oder Verschaltung zu überwachen, um zu erkennen, falls ein elektrischer Strom nicht ausschließlich in dem vorgesehenen Stromkreis über das Versorgungskabel fließt, sondern beispielsweise aufgrund einer beschädigten Isolierung der Strom auch über ein Metallteil des Kraftfahrzeugs, beispielsweise die Fahrzeugmasse, fließt. Es ist daher notwendig, beide Strompfade, also sowohl die Plus-Leitung von der Versorgungseinheit zum Verbraucher als auch die Rückleitung von diesem Verbraucher zurück zur Versorgungseinheit zu überwachen oder zu diagnostizieren, da der zulässige Massepfad (Rückleitung) nicht die KraftfahrzeugKarosserie ist.For such an additional on-board network, in particular a 48-volt on-board network, there is a requirement for line diagnostics to monitor damage to the insulation and / or wiring in order to detect if an electrical current is not exclusively in the intended circuit via the Supply cable flows, but for example due to damaged insulation, the current also flows through a metal part of the motor vehicle, for example the vehicle ground. It is therefore necessary to monitor or diagnose both current paths, i.e. both the positive line from the supply unit to the consumer and the return line from this consumer back to the supply unit, since the permissible ground path (return line) is not the vehicle body.

Das Überwachen oder Monitoring sowohl des Versorgungsstroms von der Versorgungseinheit hin zu dem zumindest einen Verbraucher als auch des Rückstroms von dem zumindest einen Verbraucher hin zur Versorgungseinheit separat mittels separater Sensoren oder Messschaltungen für jede Leitung (Versorgungsleitung und Rückleitung) ist technisch nicht verfügbar.The monitoring or monitoring of both the supply current from the supply unit to the at least one consumer and the return current from the at least one consumer to the supply unit separately by means of separate sensors or measuring circuits for each line (supply line and return line) is technically not available.

Ein 48-Volt-Bordnetz mit Versorgungsleitung und Rückleitung ist beispielsweise aus der DE 10 2011 105 971 A1 bekannt.A 48-volt electrical system with a supply line and return line is, for example, from the DE 10 2011 105 971 A1 known.

Ein elektrisches Bordnetz, welches die Fahrzeugmasse als Rückleitung nutzt, ist beispielsweise aus der DE 10 2012 019 996 A1 bekannt.An on-board electrical system that uses the vehicle ground as a return line is, for example, from the DE 10 2012 019 996 A1 known.

Aus der DE 10 2015 011 001 A1 ist bekannt, dass in einer Schirmleitung eines Hochvolt-Bordnetzes (elektrische Spannung kleiner als 60 Volt) ein Fehlerstrom entstehen kann, wenn in einem elektrischen Verbraucher die elektrische Verbindung zu der Fahrzeugmasse abreißt. Um eine solche Unterbrechung zu erkennen, ist ein aufwendiger Schätzprozess mit einem Kalman-Filter notwendig.From the DE 10 2015 011 001 A1 it is known that a fault current can arise in a shielding line of a high-voltage on-board network (electrical voltage less than 60 volts) if the electrical connection to the vehicle ground breaks in an electrical consumer. In order to recognize such an interruption, a complex estimation process with a Kalman filter is necessary.

Um durch eine Versorgungseinheit zumindest einen Verbraucher korrekt schalten zu können, der über ein Versorgungskabel mit dieser Versorgungseinheit verschaltet ist, ist in der Regel für die Plus-Leitung des Versorgungskabels bereits eine Messung der Stromstärke und/oder der elektrischen Spannung implementiert. Dagegen ist eine Leitungsdiagnose für die Rückleitung des Versorgungskabels mit zusätzlichem schaltungstechnischem Aufwand verbunden.In order to be able to correctly switch at least one consumer via a supply unit, which is connected to this supply unit via a supply cable, a measurement of the current strength and / or the electrical voltage is usually already implemented for the positive line of the supply cable. In contrast, a line diagnosis for the return line of the supply cable is associated with additional circuitry effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitungsdiagnose (Defekt in der Isolierung und/oder der Verschaltung) an einer Rückleitung eines Versorgungskabels eines Kraftfahrzeugs mit geringem schaltungstechnischem Aufwand zu implementieren.The invention is based on the object of implementing a line diagnosis (defect in the insulation and / or the interconnection) on a return line of a supply cable of a motor vehicle with little circuit complexity.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen einer Leitungsdiagnose an einer Rückleitung eines Versorgungskabels eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Mittels des Versorgungskabels ist eine elektrische Versorgungseinheit mit zumindest einem elektrischen Verbraucher verbunden. Die Versorgungseinheit kann beispielsweise eine elektrische Batterie (elektrochemischer Akkumulator) und/oder einen Generator und/oder ein Steuergerät umfassen. Ein Beispiel für ein solches Steuergerät ist ein Wechselrichter oder Stromrichter. Durch die Versorgungseinheit wird bevorzugt eine Niedervolt-Spannung für den zumindest einen elektrischen Verbraucher geschaltet oder eingestellt. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass das Versorgungskabel für ein 48-Volt-Bordnetz vorgesehen ist, also eine verspannt mit einem Nennwert von 48 Volt.The invention provides a method for performing a line diagnosis on a return line of a supply cable Motor vehicle provided. An electrical supply unit is connected to at least one electrical consumer by means of the supply cable. The supply unit can comprise, for example, an electrical battery (electrochemical accumulator) and / or a generator and / or a control device. An example of such a control device is an inverter or converter. A low-voltage voltage for the at least one electrical consumer is preferably switched or set by the supply unit. In particular, it is assumed that the supply cable is intended for a 48-volt vehicle electrical system, that is to say a tensioned cable with a nominal value of 48 volts.

Als Verbraucher kann beispielsweise eine elektrische Maschine vorgesehen sein. Zumindest ein solcher Verbraucher ist an die Versorgungseinheit über da besagte Versorgungskabel angeschlossen.For example, an electrical machine can be provided as the consumer. At least one such consumer is connected to the supply unit via said supply cable.

Über eine Plus-Leitung des Versorgungskabels wird dabei ein elektrischer Versorgungsstrom zu dem zumindest einen Verbraucher hingeführt. Zum Schließen des Stromkreises wird über die Rückleitung des Versorgungskabels ein Rückstrom von dem zumindest einen Verbraucher zu der Versorgungseinheit geführt. Der Versorgungsstrom und der Rückstrom sind bei einem intakten Versorgungskabel und bei intaktem Verbraucher gleich groß, das heißt ihre Stromstärken sind gleich. Kommt es allerdings zu einem Fehler in der Isolierung in dem zumindest einen Verbraucher und/oder in dem Versorgungskabel, so kann von dem hinfließenden Versorgungsstrom ein Teil als Rückstrom und ein weiterer Teil über zumindest ein Metallteil des Kraftfahrzeugs, also insbesondere über die Fahrzeugmasse, zurück zu der zumindest einen elektrischen Versorgungseinheit selbst oder zu einem ihr vorgeschalteten elektrischen Energiespeicher und/oder Generator fließen. Dies ist dann ein Leckstrom oder Fehlerstrom.An electrical supply current is fed to the at least one consumer via a plus line of the supply cable. To close the circuit, a return current is conducted from the at least one consumer to the supply unit via the return line of the supply cable. The supply current and the return current are the same with an intact supply cable and with an intact consumer, that is, their amperages are the same. However, if there is a fault in the insulation in the at least one consumer and / or in the supply cable, part of the incoming supply current can be returned as a return current and another part via at least one metal part of the motor vehicle, i.e. in particular via the vehicle ground the at least one electrical supply unit itself or to an electrical energy store and / or generator connected upstream of it. This is then a leakage current or fault current.

Um einen solchen Defekt zu erkennen, ist erfindungsgemäß an der Rückleitung eine Messschaltung bereitgestellt, welche zumindest ein Messsignal erzeugt, das mit einer Stromstärke des Rückstroms korreliert ist. Somit kennt man den Ist-Stromstärkewert des Rückstroms oder zumindest die Information, ob der Stromstärkewert größer als ein Schwellenwert ist. Durch eine Prozessoreinrichtung werden Zustandsdaten, welche einen aktuellen Betriebszustand des zumindest einen Verbrauchers beschreiben, ermittelt, und mittels einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift wird dem ermittelten Betriebszustand ein In-Ordnung-Werteintervall zugeordnet. Zu jedem möglichen Betriebszustand, der ermittelt werden kann und durch die Zustandsdaten beschrieben werden kann, kann mittels der Zuordnungsvorschrift ein jeweiliges In-Ordnung-Werteintervall zugeordnet oder vorgegeben werden. Für den Fall, dass ein Signalwert des zumindest einen Messsignals außerhalb des In-Ordnung-Werteintervalls liegt, wird durch die Prozessorschaltung ein Fehlersignal erzeugt, welches signalisiert, dass eine Isolierung in dem zumindest einen Verbraucher und/oder in der Rückleitung beschädigt ist. Durch das Fehlersignal kann beispielsweise eine Schutzmaßnahme ausgelöst werden. Eine solche Schutzmaßnahme kann beispielsweise darin bestehen, dass die Versorgungseinheit und/oder der zumindest eine elektrische Verbraucher abgeschaltet wird. Eine andere Schutzmaßnahme kann darin bestehen, dass ein Warnhinweis ausgegeben wird, der beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann, beispielsweise in Form einer optischen Anzeige und/oder einer akustischen Warnung. Eine weitere Möglichkeit besteht im Erzeugen eines Fehlereintrags in einen Fehlerdatenspeicher des Steuergeräts.In order to detect such a defect, according to the invention, a measuring circuit is provided on the return line, which generates at least one measuring signal that is correlated with a current intensity of the return current. Thus, one knows the actual current value of the return current or at least the information as to whether the current value is greater than a threshold value. State data describing a current operating state of the at least one consumer are determined by a processor device, and an OK value interval is assigned to the determined operating state by means of a predetermined assignment rule. For each possible operating state that can be determined and described by the state data, a respective OK value interval can be assigned or specified by means of the assignment rule. In the event that a signal value of the at least one measurement signal is outside the OK value interval, the processor circuit generates an error signal which signals that an insulation in the at least one consumer and / or in the return line is damaged. A protective measure can, for example, be triggered by the error signal. Such a protective measure can for example consist in switching off the supply unit and / or the at least one electrical consumer. Another protective measure can consist in outputting a warning that can, for example, be made available to the driver of the motor vehicle, for example in the form of a visual display and / or an acoustic warning. Another possibility is to generate an error entry in an error data memory of the control unit.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mit geringem messtechnischem Aufwand eine Beschädigung in einer Isolierung zu einer Rückleitung und/oder eines elektrischen Verbrauchers erkannt werden kann.The invention results in the advantage that damage in an insulation to a return line and / or to an electrical consumer can be detected with little effort in terms of measurement technology.

Die Erfindung umfasst Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention encompasses embodiments which result in additional advantages.

In einer Ausführungsform umfasst die Messschaltung eine Spannungsmessschaltung, die zwischen die Rückleitung und ein vorbestimmtes Bezugspotential geschaltet ist. Ein Messsignal der Messschaltung ist mit einer elektrischen Spannung korreliert, die zwischen der Rückleitung und dem Bezugspotential anliegt. Mit anderen Worten wird durch die Messschaltung die Spannung zwischen der Rückleitung und einem Bezugspotential gemessen. Das Ergebnis der Messung wird durch das Messsignal ausgedrückt. Die Verwendung einer Spannungsmessschaltung ergibt den Vorteil, dass kein Shunt-Widerstand in die Rückleitung geschaltet sein muss. Eine geeignete Messschaltung kann dem Stand der Technik entnommen werden.In one embodiment, the measuring circuit comprises a voltage measuring circuit which is connected between the return line and a predetermined reference potential. A measurement signal from the measurement circuit is correlated with an electrical voltage that is present between the return line and the reference potential. In other words, the measuring circuit measures the voltage between the return line and a reference potential. The result of the measurement is expressed by the measurement signal. The use of a voltage measuring circuit has the advantage that no shunt resistor has to be connected in the return line. A suitable measuring circuit can be found in the prior art.

In Bezug auf die Verwendung des Bezugspotentials sieht eine Ausführungsform vor, dass die Messschaltung zwischen die Rückleitung und die Plus-Leitung des Versorgungskabels geschaltet ist. Beispielsweise kann hierzu das Bezugspotential der Plus-Leitung an einem Stecker des Versorgungskabels durch die Messschaltung abgegriffen werden. Es wird somit das als Bezugspotential das Potential der Plus-Leitung verwendet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Messung der Spannung innerhalb des Stromkreises erfolgt, der durch die Versorgungseinheit, das Versorgungskabel und den zumindest einen elektrischen Verbraucher gebildet ist. Hierdurch kann eine Potentialdrift dieses Stromkreises bezüglich eines anderen Potentials der Umgebung keinen Einfluss auf die Messung der Spannung haben.With regard to the use of the reference potential, one embodiment provides that the measuring circuit is connected between the return line and the plus line of the supply cable. For example, for this purpose, the reference potential of the positive line can be tapped at a plug of the supply cable by the measuring circuit. The potential of the plus line is used as the reference potential. This has the advantage that the voltage is measured within the circuit which is formed by the supply unit, the supply cable and the at least one electrical consumer. As a result, a potential drift in this circuit with respect to another potential in the environment cannot have any influence on the measurement of the voltage.

In einer alternativen Ausführungsform ist das Bezugspotential ein Massepotential des Kraftfahrzeugs, also die sogenannte Fahrzeugmasse. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein in Bezug auf den Potentialwert stabiles Bezugspotential verfügbar ist.In an alternative embodiment, the reference potential is a ground potential of the motor vehicle, that is to say the so-called vehicle ground. This has the advantage that a reference potential that is stable with respect to the potential value is available.

In einer Ausführungsform umfasst die Messschaltung einen Hall-Schalter, der an dem Rückleiter angeordnet und dessen Messsignal ein Schaltsignal ist, das von einem durch den Rückstrom des Rückleiters verursachten Magnetfeld abhängig ist. Es ist also kein technisch aufwendiges Hall-Element zum Messen der Stromstärke notwendig, sondern es reicht ein Hall-Schalter, durch dessen Schaltsignal signalisiert oder unterschieden ist, ob das Magnetfeld und damit die Stromstärke des Rückstroms kleiner oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert sind. Diese Information reicht bereits, um eine Beschädigung der Isolierung zu erkennen. Durch eine Wahl eines Modells oder Typs des Hall-Schalters kann hierbei der Schwellenwert festgelegt werden.In one embodiment, the measuring circuit comprises a Hall switch which is arranged on the return conductor and whose measurement signal is a switching signal that is dependent on a magnetic field caused by the return current of the return conductor. No technically complex Hall element is required to measure the current intensity, but a Hall switch is sufficient, the switching signal of which signals or distinguishes whether the magnetic field and thus the current intensity of the return current are smaller or larger than a predetermined threshold value. This information is sufficient to identify damage to the insulation. The threshold value can be established here by selecting a model or type of Hall switch.

Wird mittels der Messschaltung die elektrische Spannung zwischen dem Rückleiter und dem Bezugspotential gemessen, so hängt der zu erwartende Signalwert des Messsignals davon ab, wie groß die Stromstärke des Versorgungsstroms in der Plus-Leitung aktuell ist, das heißt welcher Lastfall bei dem zumindest einen Verbraucher vorliegt. Um ein passendes In-Ordnung-Werteintervall zu ermitteln, wird die besagte Zuordnungsvorschrift verwendet, die gemäß einer Ausführungsform eine Look-up-Tabelle umfasst, welche dem ermittelten aktuellen Betriebszustand jeweils ein In-Ordnung-Werteintervall, also beispielsweise die untere und die obere Intervallgrenze, zuordnet. Eine geeignete Look-up-Tabelle kann auf der Grundlage von Versuchen ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ zu einer Look-up-Tabelle kann die Zuordnungsvorschrift auf der Grundlage eines digitalen Modells zu zumindest einen Verbrauchers gebildet werden. Ein solches digitales Modell kann beschreiben, welcher Betriebszustand in Abhängigkeit von den gegebenen Steuerbefehlen, durch welche der zumindest eine Verbraucher gesteuert wird und/oder in Abhängigkeit von Sensorsignalen betreffend den zumindest einen Verbraucher, zum Beispiel eine aktuelle Drehzahl einer elektrischen Maschine, vorliegt. Ein solches digitales Modell kann beispielsweise bei der Konstruktion des zumindest einen Verbrauchers oder an einem Prototypen desselben entwickelt werden.If the electrical voltage between the return conductor and the reference potential is measured by means of the measuring circuit, the expected signal value of the measurement signal depends on how high the current strength of the supply current in the positive line is, i.e. which load case is present at the at least one consumer . In order to determine a suitable OK value interval, the said assignment rule is used, which, according to one embodiment, comprises a look-up table which gives the determined current operating state an OK value interval, for example the lower and upper interval limit , assigns. A suitable look-up table can be determined on the basis of experiments. In addition or as an alternative to a look-up table, the assignment rule can be formed on the basis of a digital model for at least one consumer. Such a digital model can describe which operating state is present as a function of the given control commands by which the at least one consumer is controlled and / or as a function of sensor signals relating to the at least one consumer, for example a current speed of an electrical machine. Such a digital model can be developed, for example, during the construction of the at least one consumer or on a prototype of the same.

In einer Ausführungsform wird als der besagte Betriebszustand, der zum Ermitteln des In-Ordnung-Werteintervalls zugrunde gelegt wird, eine Leistungsaufnahme an elektrischer Leistung und/oder eine Stromstärke des Versorgungsstroms, der über die Plus-Leitung fließt, ermittelt. Anhand der Leistungsaufnahme und/oder der Stromstärke kann direkt auf den zu erwarteten Spannungsabfall in der Rückleitung rückgeschlossen werden, so dass ein geeignetes In-Ordnung-Werteintervall durch eine Zuordnungsvorschrift ermittelt werden kann.In one embodiment, a power consumption of electrical power and / or a current strength of the supply current flowing via the positive line is determined as the said operating state, which is used as the basis for determining the OK value interval. On the basis of the power consumption and / or the current intensity, conclusions can be drawn directly about the expected voltage drop in the return line, so that a suitable OK value interval can be determined using an assignment rule.

In einer Ausführungsform wird der Betriebszustand mittels zumindest eines Sensors gemessen. Mit anderen Worten ist der Betriebszustand als Messergebnis bekannt oder ermittelt. Insbesondere im Zusammenhang mit einer Stromstärke des Versorgungsstroms kann hierbei auf eine Messschaltung für den Stromstärkewert zurückgegriffen werden, die vor oder hinter die Plus-Leitung geschaltet sein kann, beispielsweise als Bestandteil der Versorgungseinheit. Ist die Stromstärke des Versorgungsstroms bekannt und kann die Stromstärke des Rückstroms nicht gemessen werden, weil keine entsprechende Messschaltung in die Rückleitung geschaltet ist, so reicht es, mittels der Messschaltung, welche die elektrische Spannung zwischen der Rückleitung und dem Bezugspotential misst, zu erkennen, ob diese elektrische Spannung in dem In-Ordnung-Werteintervall liegt. Fließt ein Teil des Versorgungsstroms nicht als Rückstrom über die Rückleitung des Versorgungskabels zurück, sondern entlang eines anderen Strompfads, beispielsweise über die Fahrzeugmasse, so kann dies an dem Messsignal der Messschaltung für die Spannung zwischen Rückleitung und Bezugspotential erkannt und mittels des In-Ordnung-Werteintervalls überprüft werden.In one embodiment, the operating state is measured by means of at least one sensor. In other words, the operating state is known or determined as a measurement result. In particular in connection with an amperage of the supply current, a measuring circuit for the amperage value can be used, which can be connected upstream or downstream of the positive line, for example as part of the supply unit. If the current strength of the supply current is known and the current strength of the return current cannot be measured because no corresponding measuring circuit is connected to the return line, it is sufficient to use the measuring circuit, which measures the electrical voltage between the return line and the reference potential, to detect whether this electrical voltage lies in the OK value interval. If part of the supply current does not flow back as a return current via the return line of the supply cable, but along another current path, for example via the vehicle ground, this can be recognized from the measurement signal of the measurement circuit for the voltage between return line and reference potential and using the OK value interval to be checked.

Alternativ zum Messen des Betriebszustands kann der Betriebszustand auch mittels eines digitalen Modells geschätzt werden. Insbesondere im Zusammenhang mit einer elektrischen Maschine als elektrischer Verbraucher ist ein solches Modell im Stand der Technik verfügbar. Durch ein digitales Modell kann die Stromstärke des zu erwartenden Rückstroms vorausgesagt oder geschätzt werden. Das Modell kann andere gemessene Betriebsgrößen, z.B. ein Drehzahl und/oder ein Drehmoment, auf ein In-Ordnung-Werteintervall abbilden. Das Modell kann zusätzlich oder alternativ dazu einen an den jeweiligen Verbraucher und/oder an die Versorgungseinheit gesendeten Steuerbefehl auf ein In-Ordnung-Werteintervall abbilden.As an alternative to measuring the operating state, the operating state can also be estimated using a digital model. Such a model is available in the prior art, in particular in connection with an electrical machine as an electrical consumer. The current strength of the expected return current can be predicted or estimated using a digital model. The model can map other measured operating variables, e.g. a speed and / or a torque, to an OK value interval. In addition or as an alternative to this, the model can map a control command sent to the respective consumer and / or to the supply unit onto an OK value interval.

Wie bereits ausgeführt, kann die Versorgungseinheit, an die über das Versorgungskabel der zumindest eine Verbraucher angeschlossen ist, ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug sein. Entsprechend sieht die Erfindung ein Steuergerät zum Einstellen eines Versorgungsstroms für zumindest einen Verbraucher vor. Es kann insbesondere ein einzelner Verbraucher an das Steuergerät zugeschaltet sein. Der zumindest eine Verbraucher ist dabei über ein Versorgungskabel mit dem Steuergerät verschaltet. Das Einstellen des Versorgungsstroms kann durch Schalten des Versorgungsstroms (ein und aus) und/oder durch ein Regeln einer Stromstärke des Versorgungsstroms (beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation und/oder mittels einer Leistungselektronik) erfolgen. Das Steuergerät ist für eine Leitungsdiagnose an einer Rückleitung des besagten Versorgungskabels, über welches der zumindest eine Verbraucher an das Steuergerät angeschlossen ist, ausgestaltet. Hierzu weist das Steuergerät eine Messschaltung und eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet sind, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Es kann ein Datenspeicher dargestellt sein, der mit dem zumindest einen Mikroprozessor und/oder einen Mikrocontroller gekoppelt sein kann. In dem Datenspeicher können Programminstruktionen gespeichert sein, die bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung diese veranlassen, die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.As already stated, the supply unit to which the at least one consumer is connected via the supply cable can be a control device for a motor vehicle. Accordingly, the invention provides a control device for setting a supply current for at least one consumer. In particular, a single consumer can be connected to the control unit. The at least one consumer is connected to the control device via a supply cable. The setting of the supply current can be done by switching the supply current (on and off) and / or by regulating a current intensity of the Supply current take place (for example by means of pulse width modulation and / or by means of power electronics). The control device is designed for a line diagnosis on a return line of said supply cable via which the at least one consumer is connected to the control device. For this purpose, the control device has a measuring circuit and a processor device which are set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and / or at least one microcontroller. A data memory can be shown which can be coupled to the at least one microprocessor and / or a microcontroller. Program instructions can be stored in the data memory which, when executed by the processor device, cause the processor device to carry out the embodiment of the method according to the invention.

Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektrischen Verbraucher, der über ein Versorgungskabel an ein Steuergerät gemäß der Erfindung angeschlossen ist. Als elektrischer Verbraucher kann beispielsweise eine elektrische Maschine vorgesehen sein. Das Steuergerät kann beispielsweise ein Wechselrichter für eine solche elektrische Maschine sein.Finally, the invention also includes a motor vehicle with at least one electrical consumer which is connected to a control device according to the invention via a supply cable. An electrical machine, for example, can be provided as the electrical consumer. The control device can, for example, be an inverter for such an electrical machine.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Zuordnungsvorschrift, wie sie in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs von 1 verwendet werden kann.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention; and
2 a diagram to illustrate an assignment rule as it is in a control unit of the motor vehicle from 1 can be used.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 10 kann ein elektrischer Verbraucher 11 oder mehrere elektrische Verbraucher (nicht dargestellt) über ein Versorgungskabel 12 mit einem Steuergerät 13 verschaltet sein. Das Steuergerät 13 kann an ein elektrisches Bordnetz 14 angeschlossen sein, bei dem es sich insbesondere um ein Niedervolt-Bordnetz (Niedervolt - elektrische Spannung kleiner als 60 Volt) handeln kann. Das Bordnetz 14 kann beispielsweise ein 48 Volt-Bordnetz sein. In dem Bordnetz kann durch eine elektrische Spannungsquelle 15 eine Bordnetz-Spannung 16 bereitgestellt sein. Die Spannungsquelle 15 kann eine elektrische Batterie (elektrochemischer Akkumulator) und/oder einen Generator und/oder einen DC-DC-Wandler umfassen. Für das Bordnetz 14 sind Leitungswiderstände 17 repräsentiert, welche den elektrischen Widerstand von Leitungen des Bordnetzes 14 repräsentieren. 1 shows a motor vehicle 10 , which can be a motor vehicle, in particular a passenger car or truck. In the motor vehicle 10 can be an electrical consumer 11 or several electrical consumers (not shown) via a supply cable 12th with a control unit 13th be interconnected. The control unit 13th can be connected to an electrical system 14th be connected, which can in particular be a low-voltage vehicle electrical system (low voltage - electrical voltage less than 60 volts). The on-board network 14th can be, for example, a 48 volt vehicle electrical system. An electrical voltage source can be used in the vehicle electrical system 15th an electrical system voltage 16 be provided. The voltage source 15th can comprise an electric battery (electrochemical accumulator) and / or a generator and / or a DC-DC converter. For the on-board network 14th are line resistances 17th represents the electrical resistance of lines in the vehicle electrical system 14th represent.

Das Steuergerät 13 kann einen Versorgungsstrom I für den elektrischen Verbraucher 11 schalten, was hier symbolisch durch ein Schaltelement 18 repräsentiert ist, durch welchen der Versorgungsstrom I in einer Plus-Leitung 19 eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann. Es kann auch eine Regelung der Stromstärke des Versorgungsstroms I vorgesehen sein. Eine aktuelle Stromstärke kann beispielsweise durch einen Sensor 20 ermittelt werden, der beispielsweise einen Shunt-Widerstand umfassen kann. Die Messung der Stromstärke in einer Plus-Leitung 19 ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt.The control unit 13th can provide a supply current I for the electrical consumer 11 switch what is symbolized here by a switching element 18th is represented by which the supply current I in a plus line 19th can be switched on and off. A regulation of the current strength of the supply current I can also be provided. A current strength of the current can, for example, be provided by a sensor 20th be determined, which can include a shunt resistor, for example. The measurement of the amperage in a plus line 19th is known per se from the prior art.

Der Versorgungsstrom I für den Verbraucher 11 müsste in dem Versorgungskabel 12 bei intakter Isolierung über eine Rückleitung 21 zurück in das Bordnetz 14 fließen. Kommt es allerdings zu einer Beschädigung der Isolierung, beispielsweise an einem Stecker des Versorgungskabels 12, so kann ein Leckstrom 22 beispielsweise über ein Massepotential 23 des Kraftfahrzeugs abfließen.The supply current I for the consumer 11 would have to be in the supply cable 12th with intact insulation via a return line 21 back to the on-board network 14th flow. However, if the insulation is damaged, for example on a plug of the supply cable 12th so can a leakage current 22nd for example via a ground potential 23 of the motor vehicle drain.

Um die Rückleitung 21 auf einen Defekt der Isolierung zu überwachen, kann in dem Steuergerät 13 vorgesehen sein, dass eine Prozessoreinrichtung 24 aus einer Messschaltung 25 ein Messsignal 26 empfängt, welches mit einer Stromstärke eines tatsächlich in der Rückleitung fließenden Rückstroms R korreliert. 1 zeigt hierbei mehrere mögliche Messschaltungen 25. Eine Spannungsmessschaltung 25` kann eine Spannungsmessung vorsehen und hierzu an die Rückleitung 21 über eine zusätzliche elektrische Verbindung 27 zugeschaltet sein. Die Spannungsmessschaltung 25' kann eine elektrische Spannung messen, die zwischen der Rückleitung 21 und einem Bezugspotential 28 anliegen kann, wobei das Bezugspotential einerseits das Massepotential 23 sein kann oder das Potential der Plus-Leitung 19. Eine weitere mögliche Messschaltung 25 kann auf der Grundlage eines Hall-Schalters 29 gebildet sein, dessen Messsignal 26 dann ein Schaltsignal 30 des Hall-Schalters 29 wäre.To the return line 21 Monitoring for a defect in the insulation can be done in the control unit 13th be provided that a processor device 24 from a measuring circuit 25th a measurement signal 26th which correlates with a current intensity of a return current R actually flowing in the return line. 1 shows several possible measuring circuits 25th . A Voltage measuring circuit 25 'can provide a voltage measurement and for this purpose to the return line 21 via an additional electrical connection 27 be connected. The voltage measurement circuit 25 ' can measure an electrical voltage between the return line 21 and a reference potential 28 can be applied, the reference potential on the one hand being the ground potential 23 can be or the potential of the plus line 19th . Another possible measurement circuit 25th can be based on a hall switch 29 be formed, the measurement signal 26th then a switching signal 30th of the Hall switch 29 would.

Die Prozessoreinrichtung 24 kann das Messsignal 26 der Messschaltung 25 mit einem In-Ordnung-Werteintervall überprüfen, um zu erkennen, ob das Messsignal 26 Signalwerte aufweist, die darauf hindeuten oder signalisieren, dass die Isolierung der Rückleitung 21 in Ordnung ist. Da das Messsignal 26 hierbei auch von einem aktuellen Betriebszustand 31 des Verbrauchers 11 abhängig ist, kann die Prozessoreinrichtung 24 eine Zuordnungsvorschrift 32 aufweisen, mittels welcher in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand 31 das In-Ordnung-Werteintervall ermittelt wird. The processor facility 24 can the measurement signal 26th the measuring circuit 25th check with an OK value interval to see whether the measurement signal 26th Has signal values that indicate or signal that the isolation of the return line 21 is ok. Since the measurement signal 26th here also from a current operating status 31 of the consumer 11 is dependent, the processor device 24 an assignment rule 32 have, by means of which depending on the current operating status 31 the OK value interval is determined.

2 veranschaulicht hierzu, wie mittels der Zuordnungsvorschrift 32 ein In-Ordnung-Werteintervall 33 ermittelt werden kann. 2 illustrates how to use the assignment rule 32 an okay value interval 33 can be determined.

2 zeigt ein Diagramm, das über mögliche Werte der Stromstärke des Versorgungsstroms I einen zu erwartenden Spannungswert 34 der von der Messschaltung 25' gemessenen elektrischen Spannung U anzeigt. Je größer die Stromstärke des Versorgungsstroms I ist, desto größer ist auch der zu erwartende Spannungswert der Spannung U. 2 veranschaulicht beispielhaft, wie für einen konkreten Stromstärkewert des Versorgungsstroms I dies als ein Betriebszustand 31 des Verbrauchers 11 gewertet wird, der den Versorgungsstrom I mit diesem Stromstärkewert empfängt. Ausgehend von dem resultierenden erwarteten Spannungswert U kann durch Addieren und Subtrahieren eines entsprechenden Toleranzwerts ein In-Ordnung-Werteintervall 33 gebildet werden, mit welchem das Messsignal 26 verglichen werden kann. Liegt das Messsignal 26 außerhalb des In-Ordnung-Werteintervalls 33, so muss davon ausgegangen werden, dass es einen Leckstrom 22 gibt. Entsprechend kann durch das Steuergerät 13 ein Fehlersignal 35 erzeugt werden und/oder eine Maßnahme ausgelöst werden, wie es bereits beschrieben wurde. Das Steuergerät 13 stellt somit eine Versorgungseinheit im Sinne der Erfindung dar. 2 shows a diagram which shows an expected voltage value via possible values of the current strength of the supply current I. 34 that of the measuring circuit 25 ' measured electrical voltage U. The greater the current strength of the supply current I, the greater the expected voltage value of the voltage U. 2 illustrates by way of example how this is used as an operating state for a specific current value of the supply current I 31 of the consumer 11 is evaluated, which receives the supply current I with this current value. Starting from the resulting expected voltage value U, an in-order value interval can be created by adding and subtracting a corresponding tolerance value 33 be formed with which the measurement signal 26th can be compared. Is the measurement signal 26th outside of the okay value interval 33 so it must be assumed that there is a leakage current 22nd gives. Correspondingly, through the control unit 13th an error signal 35 can be generated and / or a measure can be triggered, as has already been described. The control unit 13th thus represents a supply unit within the meaning of the invention.

Für die Sensierung und/oder Diagnose ist insgesamt keine zusätzliche Masse-Messleitung benötigt.Overall, no additional ground measuring line is required for sensing and / or diagnosis.

Dazu werden hier unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen:

1) Spannung Massepunkt wird gemessen und gegen Erwartungswerte verglichen,
2) Stromfluss durch Masseanschluss wird per Hall-Element gemessen,
3) Spannungseinbruch zwischen Masse und 48V wird gemessen und gegen Erwartungswert verglichen.

Different solutions are proposed here:

1) The voltage at the ground point is measured and compared against expected values,
2) Current flow through the ground connection is measured by a Hall element,
3) The voltage drop between ground and 48V is measured and compared against the expected value.

Der Massepfad muss über das ansteuernde Steuergerät zurückgeführt werden. Der Anschluss zur 48V-Masse kann jedoch auf dem gleichen Anschlusspunkt erfolgen. Beim Stromdurchfluss wird der Massepunkt auf Grund der bekannten Widerstände zwischen Steuergerät und 48V-Massepunkt in der Spannung angehoben. Die Spannung wird vom Steuergerät gemessen und in Relation zur Ansteuerung der 48V-Last (Verbraucher) gesetzt. Der erwartete Spannungshub des 48V Masseanschlusses am Steuergerät wird gegen den Messwert geprüft und bei einer Abweichung des Messwertes zum erwarteten Wert der Massefehler gemeldet.The ground path must be fed back via the controlling control unit. The connection to the 48V ground can, however, be made on the same connection point. When the current flows through, the voltage of the ground point is increased due to the known resistances between the control unit and the 48V ground point. The voltage is measured by the control unit and set in relation to the activation of the 48V load (consumer). The expected voltage swing of the 48V ground connection on the control unit is checked against the measured value and, if the measured value deviates from the expected value, the ground error is reported.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Leitungsdiagnose der Masseleitung (Rückleitung) in einem 48-Volt-System bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide a line diagnosis of the ground line (return line) in a 48-volt system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102011105971 A1 [0005]
DE 102012019996 A1 [0006]
DE 102015011001 A1 [0007]

Claims

A method for performing a line diagnosis on a return line (21) of a supply cable (12) of a motor vehicle (10), an electrical supply unit (13) being connected to at least one electrical consumer (11) by means of the supply cable (12), with a plus - Line (19) of the supply cable (12) an electrical supply current (I) to the at least one consumer (11) and a return current (R) from the at least one consumer (11) to the supply unit (13) via the return line (21) ), characterized in that a measuring circuit (25) is provided on the return line (21), which generates at least one measuring signal (26) which is correlated with a current strength of the return current (R), and by a processor circuit (24) - Status data (31), which describe a current operating status of the at least one consumer (11), are determined and - by means of a predetermined assignment rule (32) to which it an OK value interval (38) is assigned to the average operating state (31) and an error signal (35) is generated in the event that a signal value of the at least one measurement signal (26) is outside the OK value interval (33) which signals that electrical insulation in the at least one consumer (11) and / or in the return line (21) is damaged.

Procedure according to Claim 1 , wherein the measuring circuit comprises a voltage measuring circuit which is connected between the return line and a predetermined reference potential and whose measurement signal is correlated with an electrical voltage that is applied between the return conductor and the reference potential.

Procedure according to Claim 2 , the measuring circuit being connected between the return line and the plus line and the reference potential being the potential of the plus line.

Procedure according to Claim 2 , wherein the reference potential is a ground potential of the motor vehicle.

Method according to one of the preceding claims, wherein the measurement circuit comprises a Hall switch which is arranged on the return conductor and whose measurement signal is a switching signal which is dependent on a magnetic field caused by the return current.

Method according to one of the preceding claims, wherein the assignment rule comprises a look-up table and / or a digital model of the at least one consumer.

Method according to one of the preceding claims, wherein a power consumption of electrical power and / or a current strength of the supply current flowing via the positive line is determined as the operating state.

Method according to one of the preceding claims, wherein the operating state is measured by means of at least one sensor or wherein the operating state is estimated by means of a digital model.

Control device (13 ') for a motor vehicle (10), the control device being designed to set a supply current for at least one consumer and for a line diagnosis on a return line of a supply cable via which the at least one consumer is connected to the control device, a measuring circuit and a processor device are provided which are set up to carry out a method according to one of the preceding claims.

Motor vehicle (10) with at least one consumer (11) which is connected to a control unit (13 ') via a supply cable (12) Claim 9 connected.