DE102019132769A1

DE102019132769A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schützes einer elektrischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019132769A1
Application number: DE102019132769.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Schiller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) sowie ein Verfahren zur Diagnose eines Schützes (22) einer elektrischen Vorrichtung (20). Die Schaltungsanordnung (10) umfasst dabei eine schaltbare Energiequelle (11), eine elektrische Sensoreinrichtung (12) und eine Steuereinrichtung (13). Die schaltbare Energiequelle (11) ist ausgebildet eine Steuerspannung (Us) zum Ansteuern einer Schützspule bereitzustellen. Die Sensoreinrichtung (12) ist ausgebildet einen resultierenden Spulenstrom (Is) solange die Steuerspannung (Us) bereitgestellt ist, zu erfassen. Die Steuereinrichtung (13) ist ausgebildet, die schaltbare Energiequelle (11) zum Schalten der Steuerspannung (Us) unter Anwendung eines vorgegebenen Schaltkriteriums anzusteuern. Weiterhin ist die Steuereinrichtung (13) ausgebildet, ein Stromprofils (P) aus dem erfassen Spulenstrom (Is) zu erstellen, das erstellte Stromprofil (P) mit einem vorgegebenen Kalibrierstromprofil (K) zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichen einen eine Funktionsfähigkeit des Schützes (22) betreffenden Zustand (Z) des Schützes (22) auszugeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Schützes einer elektrischen Vorrichtung. Die elektrische Vorrichtung kann dabei beispielsweise als Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schützes einer elektrischen Vorrichtung.
Ein Schütz oder Schaltschütz ist ein elektromechanischer Schalter, welcher in Abhängigkeit von einem Schaltzustand zum Trennen oder Verbinden von zwei verschiedenen Stromkreisen oder Arbeitsstromkreisen ausgebildet ist. Ein Schütz ist insbesondere für große Lasten oder Leistungen zum Beispiel von 500 Watt bis mehrere 100 Kilowatt geeignet. Häufig werden Schütze deshalb in Hochvoltbordnetzen von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Elektrofahrzeugen zum schaltbaren galvanischen Trennen einer Hochvoltbatterie, einer Ladeelektrik und einer elektrischen Maschine eingesetzt.
Zum Schalten umfasst ein Schütz eine Spule (Schützspule) oder elektrische Induktivität, welche als Elektromagnet genutzt wird. Weiterhin umfasst ein Schütz einen bewegbar gelagerten, insbesondere metallischen Anker, an welchem Schalt- oder Arbeitskontakte des Schützes angebracht sind. Durch Anlegen einer Steuerspannung oder eines Steuerstroms an der Schützspule wird durch den resultierenden Stromfluss (Spulenstrom) in der Schützspule ein Magnetfeld induziert, durch welches der Anker und dadurch auch die mit dem Anker verbundenen Schaltkontakte bewegt und in einen definierten Schaltzustand versetzt werden können. In einem ersten Schaltzustand ist eine Steuerspannung an der Spule angelegt, sodass der Spulenstrom fließt und der Anker angezogen wird. Der erste Schaltzustand kann somit als aktivierter oder angesteuerter Schaltzustand bezeichnet werden. Ist hingegen keine Steuerspannung an der Spule angelegt, fließt also kein Spulenstrom, wird der Anker nicht angezogen, sondern beispielsweise durch eine Feder in einer Ruheposition gehalten. Dieser Schaltzustand wird deshalb auch als inaktiver oder nicht angesteuerter Schaltzustand bezeichnet. Zum Ansteuern des Schützes und auslösen eines Schaltvorgangs wird dabei in der Regel eine Schaltungsanordnung oder Treiberschaltung oder Ansteuerschaltung verwendet.
Allgemein sind zwei Arten von Schaltschützen bekannt. Eine erste Art ist als Schließer („normally open“ oder „active closed“) bekannt. Hierbei werden die Schaltkontakte im ersten Schaltzustand zum Beispiel mit Schließerkontakten des Schützes verbunden. In diesem Fall kann der erste Schaltzustand somit auch als geschlossener oder aktivierten Zustand der Schaltkontakte bezeichnet werden, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei an den Schließerkontakten angeschlossenen Stromkreisen entsteht. Durch Abschalten der Steuerspannung kann der Anker anschließend mittels der Federkraft einer Feder auf seine Ursprungsposition zurück bewegt werden, sodass die Schaltkontakte in einen zweiten Schaltzustand versetzt werden. Dabei können die Schaltkontakte zum Beispiel mit Öffnerkontakten des Schützes verbunden werden. Bei dem zweiten Schaltzustand kann es sich somit um einem geöffneten oder deaktivierten Zustand der Schaltkontakte handeln, sodass die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Stromkreisen getrennt wird (galvanische Trennung). Anders ausgedrückt, wird somit beim Ansteuern der Schützspule einen Stromkreis geschlossen. Eine zweite Art eines Schaltschützes wird als Öffner („normally closed“ oder „active open“) bezeichnet, wobei beim Ansteuern der Schützspule ein Stromkreis unterbrochen wird.
Mit der Zeit, das heißt durch Alterungseffekte, oder aufgrund von betriebsbedingten Effekten kann es zum Verschleiß des Schützes, insbesondere der Komponenten des Schützes, kommen. Zum Beispiel kann es durch Schmelzen oder Verklebungen der Schaltkontakte mit den Schließerkontakten oder Öffnerkontakten zu einem Schützkleber (remains closed), bei dem die Schaltkontakte dauerhaft im geschlossenen Zustand verbleiben, oder zu dauerhaft offenen Schützen (remains open), bei denen die Schaltkontakte dauerhaft im geöffneten Zustand verweilen, kommen. Ein Verschweißen (Schützkleber) kann beispielweise auch schon durch einmaliges Schalten bei (zu) hohen Strömen (Spulenstrom) verursacht werden. Alternativ kann auch ein zu hoher Stromfluss durch den jeweiligen Schaltkontakt im geschlossenen Zustand kann zum Verschweißen führen. Ein vorzeitiger Verschleiß kann auch durch in Prellen unter hoher Last (große Ströme) herbeigeführt werden. Ein „remains open“ ist meist auf eine Fehlfunktion des elektrischen Stromkreises zurückzuführen. Ein ordnungsgemäßes Schließen (ausreichend Stromfluss, genügend starke Anzugskraft, niederohmige Kontaktierung der Kontakte, usw.) ist aber notwendig um ein späteres „Verschweißen“ zu vermeiden.
Durch den Verschleiß kann die durch das in der Spule induzierte Magnetfeld verursachte Bewegung des Ankers eingeschränkt oder sogar komplett verhindert werden, sodass ein Schütz nicht mehr geschaltet werden kann oder in einem undefinierten Zustand zwischen angezogenem Anker und nicht angezogenem Anker verharrt. Deshalb ist es nötig, einen Schütz hinsichtlich seiner elektrischen und mechanischen oder elektromechanischen Funktionsfähigkeit zu prüfen, um gegebenenfalls Fehler diagnostizieren zu können.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2010 043 744 A1 eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Schaltens einer Energiequelle eines Elektroantriebs bekannt. Die Schaltungsanordnung umfasst dabei mindestens einen Schütz zum elektrischen Trennen des Energiespeichers von einem Verbraucher. Zum Überprüfen des Schaltzustands und der Funktionstüchtigkeit des Schützes ist eine Überwachungsvorrichtung vorgesehen, mit der die Position und/oder Änderung der Position eines Betätigungselements des Schütz und/oder eines Ankers des Schützes erfasst werden kann.
Weiterhin ist aus der DE 10 2011 077 363 A1 eine elektrische Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose eines Schützes bekannt Dabei wird ein Spulenstrom einer Spule des Schützes in einem vorgegebenen Auswertezeitraum während eines Schaltvorgangs des Schützes bei Zuschalten einer Spannung erfasst und der Gradient des resultierenden Stromverlaufs ausgewertet. Diese Methode ist jedoch aufgrund von Bauteiltoleranzen unterschiedlicher Spulen in der Regel unzuverlässig.
Außerdem ist aus der DE 10 2017 003 755 A1 eine elektrische Schaltung zur Funktionsprüfung eines Relais und/oder eines Schützes, welcher mechanische Defekte des Relais und/oder des Schützes erkennt und signalisiert. Dabei wird durch eine Messschaltung überprüft, ob ein Anker des Schützes nach dem Ausschalten einer Steuerspannung der Spule ordnungsgemäß abgefallen ist.
Aus dem internen Stand der Technik ist zudem eine Diagnose des Schützes mittels Hilfsschützen oder Hilfskontakten oder Hilfsrelais bekannt. Eine weitere Möglichkeit zur Diagnose eines Schützes ist beispielsweise eine Diagnose des Schützes mittels einer Spannungsmessung beispielsweise an den Hochvoltanschlüssen eines Hochvoltbordnetzes.
Aus dem genannten Stand der Technik ergibt sich jedoch der Nachteil, dass eine derartige Diagnose einerseits teuer ist, da zusätzliche Bauteile nötig sind, durch die ein Bauraum und ein Gewicht einer entsprechende Schaltungsanordnung zum Ansteuern und Diagnostizieren des Schützes erhöht werden. Andererseits sind Hochvoltspannungs- oder -strommessungen zur Plausibilisierung der Messergebnisse der Hilfsschütze oder Hilfskontakte oder Hilfsrelais nötig. Außerdem ist hierbei aufgrund des Nutzes von Hochvoltspannungen eine hohe Anforderung an funktionaler Sicherheit für die Ansteuerschaltung und die Diagnose des Schützes nötig. Ein weiterer Nachteil ist es, dass diese Messungen in der Regel ungenau und fehleranfällig sind und zusätzliche Messleitungen oder Hochvoltmesskanäle nötig sind. Allein um beispielsweise die Hauptschütze einer Batterie (in der Regel zwei Stück) diagnostizieren zu können, werden nämlich vier Spannungsmessungen und somit vier Messleitungen benötigt. Für jeden weiteren Schütz werden dann zwei weitere Spannungsmesskanäle benötigt. Diese Messleitungen sind teuer und insbesondere für Hochvoltsysteme mit mehr als 800 Volt sind aktuell keine passenden Steckverbindungen oder Anschlüsse verfügbar. Gegebenenfalls sind auch zusätzlich noch Bauteile, wie zum Beispiel Reedrelais zur galvanischen Trennung notwendig. Zusammengefasst ergibt sich allgemein aus dem Stand der Technik der Nachteil, dass eine Schützdiagnose heutzutage entweder teuer ist, da die entsprechende Ansteuerschaltung groß, schwer und komplex ist, oder die Schützdiagnose zwar günstig ist, dafür aber ungenau und unzuverlässig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Funktionsfähigkeit und einen Zustand eines Schützes kostengünstig und zuverlässig diagnostizieren zu können.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüchen, die folgende Beschreibung sowie die Fig. offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine zuverlässige Diagnose eines Schützes während eines statischen Schaltvorgangs (Einschaltvorgang oder Ausschaltvorgang) des Schützes nicht hinreichend genau bestimmt werden kann. Im Gegensatz zu einem statischen Ein- oder Ausschalten eines Schützes ist in der Erfindung stattdessen ein dynamisches Schalten der Steuerspannung oder eines Steuerstroms einer Schützspule vorgesehen. Das heißt, es wird ein Steuerstrom mit einem Wechsel und Gleichanteil in die Induktivität (Spule) eingeprägt. Dabei kann die Steuerspannung beispielsweise so gewählt werden, dass gerade kein Schalten des Schützes, also ein vollständiges Bewegen des Ankers und dadurch ein Schalten der Schaltkontakte in einem jeweiligen Schaltzustand, erfolgt. Bevorzugt kann der Steuerstrom also so erzeugt oder geformt werden, dass nur eine minimale Bewegung des Ankers verursacht wird, wodurch die mechanischen Funktion des Schützes getestet werden kann. Es kann auch eine hochfrequente Ansteuerung mit kleiner Amplitude (hochfrequentes Umschalten des Steuerstroms bei geringer Amplitude des Streuerstroms) vorgesehen sein. Dadurch kann die elektrische Funktion des Steuerkreises geprüft werden. In diesem Fall erfolgt aufgrund der Trägheit des Ankers in der Regel gar keine Bewegung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose eines Schützes einer elektrischen Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Hochvoltbordnetz, umfasst dabei die folgenden Schritte. In einem Schritt a) wird zuerst eine schaltbare Steuerspannung zum Ansteuern einer Schützspule bereitgestellt. Eine schaltbare Steuerspannung ist dabei insbesondere eine Spannung, welche ein- oder ausgeschaltet werden kann. Somit kann die Steuerspannung zum Beispiel von einem Betriebswert von zum Beispiel 24 Volt zu einem Nullwert von zum Beispiel 0 Volt geschaltet werden, und umgekehrt. Es kann also zwischen einer Betriebsspannung und einer Nullspannung gewechselt werden, die sich in ihren Spannungswerten unterscheiden. Bevorzugt wird die Steuerspannung getaktet geschaltet (getaktete Steuerspannung). Durch das Ansteuern mit einer getakteten Steuerspannung entsteht ein Stromfluss in der Spule, welcher einen Mittelwert oder Effektivwert aufweist, der in Abhängigkeit zu der Einschaltdauer (Dutycycle) und der Frequenz steht. Erfolgt nun das Ansteuern der Schützspule mit der schaltbaren Steuerspannung, wird in einem Schritt b) als nächstes ein resultierender Spulenstrom erfasst, solange die schaltbare Steuerspannung bereitgestellt wird. Ein Schaltvorgang, also ein Schalten der Steuerspannung, wird dabei unter Anwendung eines vorgegebenen Schaltkriteriums durchgeführt wird. Gemäß dem Schaltkriterium kann das Schalten der Steuerspannung beispielsweise bevorzugt in Abhängigkeit von einer Stromstärke des resultierenden Spulenstroms oder von einer Zeitdauer des Anlegens der Steuerspannung erfolgen. In einem Schritt c) wird dann aus dem erfassen Spulenstrom ein Stromprofil erstellt. Das Stromprofil zeigt insbesondere einen Verlauf des Spulenstroms über die Zeit. Anschließend erfolgt in einem Schritt d) ein Vergleichen des erstellten Stromprofils mit einem vorgegebenen Kalibrierstromprofil. Das vorgegebene Kalibrierstromprofil stellt insbesondere eine uneingeschränkte oder korrekte Funktionsfähigkeit des Schützes dar. Das heißt, das Kalibierstromprofil zeigt einen Spulenstromverlauf über die Zeit eines funktionsfähigen oder intakten Schützes. Bevorzugt kann das Kalibrierstromprofil während der Produktion, zum Beispiel während der Inbetriebnahme (IBN) oder während des finalen Prüfungsschritts in der Produktion (EOL - End of Line) vermessen oder kalibriert werden. Der vermessene Verlauf des Kalibierstromprofil dient dann als Normverhalten des Schützes. Schließlich wird in einem Schritt e) in Abhängigkeit von dem Vergleichen gemäß Schritt d) ein eine Funktionsfähigkeit oder Betriebsbereitschaft des Schützes betreffender Zustand des Schützes ausgegeben. Das heißt, es kann beispielsweise ein Zustandssignal erzeugt werden, durch welches ein Funktionszustand, also die Funktionsfähigkeit des Schützes charakterisiert ist. Dabei kann der Zustand entweder darstellen, dass der Schütz funktionsfähig oder, dass der Schütz funktionsunfähig, also defekt, ist.
Durch das dynamische Schalten der Steuerspannung ergibt sich somit ein charakteristisches Stromprofil für den Spulenstrom. Beim Auswerten dieses Stromprofils im Vergleich mit dem Kalibrierstromprofil kann somit besonders zuverlässig auf den Zustand des angesteuerten Schützes rückgeschlossen werden. Würde nämlich ein defekter Schütz mit der Steuerspannung angesteuert werden, aber die Schaltkontakte könnten aufgrund eines Fehlers nicht in den aktivierten Schaltzustand versetzt werden, würde der resultierenden Spulenstrom schneller ansteigen als beispielsweise bei einem intakten Schütz. Eine Diagnose bezüglich einer Funktionsfähigkeit des Schützes könnte auch über eine resultierende Ankerrückwirkung festgestellt werden. Eine Ankerrückwirkung ergibt sich dabei insbesondere durch die Bewegung des Ankers aufgrund des von der Schützspule erzeugen Magnetfelds, durch die das Magnetfeld der Schützspule beeinflusst wird, sodass wiederum ein Strom in der Spule induziert wird und sich dadurch einer Veränderung in dem gemessenen Spulenstroms zeigt. Das heißt, es kann auch durch eine Bewegung des Ankers eine Rückwirkung auf den Stromverlauf, also auf das resultierende Stromprofil erzeugt werden und somit Rückschlüsse auf den Schützstatus, also den Zustand des Schützes, gezogen werden. Zum Beispiel könnte dadurch der zuvor genannte Schützkleber detektiert werden, da die Ankerrückwirkung in diesem Fall ausbleiben würde.
Durch das beschriebene Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit eines Schützes, insbesondere eines Hochvoltschützes, mit hoher Zuverlässigkeit und besonders genau bestimmt werden kann. Weiterhin kann die Diagnose des Schützes auch besonders günstig und mit geringerem Bauraum als im Stand der Technik erfolgen, da beispielsweise keine Hilfsschütze, Hilfskontakte oder Hilfsrelais für die Diagnose nötig sind. Weiterhin ergeben sich auch mehr Freiheitsgrade zur Zustandsbestimmung eines Schützes oder Hochvoltschützes. Der Zustand eines Schützes kann nämlich nicht nur über den Spulenstrom als Momentaufnahme sondern einen Stromverlauf, also das erstellte Stromprofil und beispielsweise auch über die Ankerrückwirkung erfolgen. Durch das dynamische Ansteuern des Schützes beziehungsweise der Schützspule mit der schaltbaren Steuerspannung kann somit zuverlässiger auf einen Zustand des Schützes rückgeschlossen werden, als beispielsweise bei einer Einzelmessung während eines Einschaltvorgangs oder eines Ausschaltvorgangs des Schützes.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Schaltvorgang der Steuerspannung gemäß dem vorgegebenen Schaltkriterium immer dann, und insbesondere nur dann, durchgeführt wird, wenn der Spulenstrom einen jeweils oberen Schwellenwert oder unteren Schwellenwert erreicht. Somit erfolgt das Schalten der Steuerspannung in Abhängigkeit von dem Spulenstrom. Zum Beispiel kann die Steuerspannung aktiviert oder eingeschaltet oder die genannte Betriebsspannung so lange an die Schützspule angelegt werden, bis der resultierende Spulenstrom den oberen Schwellenwert oder Grenzwert erreicht. Bei Erreichen des oberen Schwellenwerts erfolgt dann beispielsweise ein Schalten der Steuerspannung, zum Beispiel auf die Nullspannung oder ein Ausschalten oder Abschalten der Steuerspannung. Die Nullspannung wird insbesondre solange bereitgestellt, bis der Spulenstrom den unteren Schwellenwert oder Grenzwert erreicht.
Das Überwachen der Umschaltpunkte der Steuerspannung in Abhängigkeit von dem Spulenstrom kann dabei beispielsweise mittels einer diskret aufgebauten elektronischen Schaltung oder eines ASICs (application specific integrated circuit - anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder einem digitalen Zweipunktregler, beispielweise in Form eines Mikrocontrollers (µC) oder eines digitalen Signalprozessors (DSP) erfolgen. Somit kann die Steuerspannung in Abhängigkeit von dem resultieren Spulenstrom zwischen zwei Zuständen, nämlich einem Betriebszustand oder eingeschalteten Zustand und Nullzustand oder einem ausgeschalteten Zustand wechseln. Durch das Schalten der Steuerspannung ergibt sich somit auch ein innerhalb eines Grenzbereichs, der durch den oberen Schwellenwert und den unteren Schwellenwert eingegrenzt ist, schwingender Spulenstrom.
Alternativ dazu ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass ein Schaltvorgang der Steuerspannung gemäß dem vorgegebenen Schaltkriterium innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs, insbesondere spätestens bei Erreichen eines jeweiligen Zeitschwellenwerts, durchgeführt wird. Bei dem vorgegebenen Zeitbereich kann es sich zum Beispiel um einen Mikrosekundenbereich handeln. Der Zeitbereich kann aber je nach Bedarf auch variabel ausgestaltet sein. Das heißt, die Steuerspannung kann vorzugsweise in einem Mikrosekundenrhythmus geschaltet werden. Anstatt eines vollständigen Schaltens des Schützes, das heißt einer vollständigen Bewegung des Ankers zum Bringen der Schaltkontakte in den eingeschalteten oder ausgeschalteten Schaltzustand, können stattdessen zeitlich begrenzte Testpulse der Steuerspannung erzeugt werden, um die elektrische Verbindung zum Schütz und die interne Verbindung sowie die Funktionsfähigkeit des Schützes, insbesondere der Schützspule, zu testen. Ein Testpuls wird bevorzugt zeitlich so schnell ausgeführt, dass noch keine Aktion, also ein Öffnen oder Deaktivieren beziehungsweise ein Schließen oder Aktivieren der Schaltkontakte erfolgt, da der Anker in der Regel träge ist und durch einen wenige Mikrosekunden langen Strompuls durch die Schützspule in der Regel nicht vollständig bewegt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der ausgegebene Zustand des Schützes gemäß Schritt e) darstellt, dass der Schütz funktionsunfähig ist, wenn in Schritt d) festgestellt wird, dass das Stromprofil zumindest abschnittweise um einen vorgegebenen Toleranzbereich von dem Kalibrierstromprofil abweicht. Das heißt, in diesem Fall kann eine Funktionsfähigkeit des Schützes verneint oder eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit des Schützes bestätigt werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass gemäß dem Vergleich in Schritt d) ein jeweiliger Gradient und/oder ein jeweiliger Startwert und/oder ein jeweiliger Endwert und/oder ein jeweiliger Zeitpunkt, zu dem der obere Schwellenwert erreicht ist und/oder ein jeweiliger Zeitpunkt, zu dem der untere Schwellenwert erreicht ist, des Stromprofils und des Kalibrierstromprofils verglichen wird. Somit kann beispielsweise beim ersten Einschalten der Steuerspannung, bis zum Erreichen des oberen Schwellenwerts ein jeweiliger Gradient oder eine Steigung des Stromprofils mit einem jeweiligen Gradienten oder einer Steigung des Kalibrierstromprofils verglichen werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass als die Steuerspannung eine Testspannung bereitgestellt wird, welche einen geringeren Spannungswert aufweist als eine Schaltspannung zum Schalten des Schützes. Das heißt, zum Erzeugen anstatt der zuvor beschriebenen zeitlich beschränkten Testpulse können spannungswertbegrenzte Testpulse für die Schützdiagnose verwendet werden. Der Spannungswert der Testspannung führt dabei noch nicht zu einem Schalten des Schützes, das heißt zu einem Öffnen oder Schließen der Schaltkontakte. Durch derartige Testpulse kann besonders einfach auf die Funktionalität des Schützes rückgeschlossen werden, ohne den Anker dabei vollständig zu bewegen, sodass sich der eingeschaltete Schaltzustand oder der ausgeschaltete Schaltzustand der Schützkontakte ergibt.
Um das Kalibrierstromprofil bereitstellen zu können, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass vor Ausführen von Schritt a) folgende Schritte durchgeführt werden. In einem Schritt f) wird zunächst ein funktionsfähiger oder intakter Schütz bereitgestellt. Anschließend werden in einem Schritt g) Schaltwerte des Schützes, die einem Schaltvorgang des Schützes zugeordnet sind, bestimmt. Die Schaltwerte oder Schaltgrößen betreffen dabei insbesondere eine Schaltspannung, einen Schaltstrom und eine Schaltzeit, bei denen ein Schaltvorgang des Schützes, das heißt das Bringen der Schaltkontakte in den eingeschalteten oder ausgeschalteten Schaltzustand, erfolgt oder abgeschlossen ist. In Abhängigkeit von wenigstens einem der Schaltwerte wird anschließend in einem Schritt h) das Schaltkriterium festgelegt oder vorgegeben. Zum Beispiel können in Abhängigkeit von dem Schaltstrom, das heißt von dem Spulenstrom, bei dem sich das Schütz beziehungsweise die Schaltkontakte des Schützes sicher im eingeschalteten Schaltzustand befinden, der obere Schwellenwert und der untere Schwellenwert als Grenzwerte zum Schalten der Steuerspannung bestimmt oder festgelegt werden. In einem Schritt i) wird als nächstes die schaltbare Steuerspannung zum Ansteuern der Schützspule bereitgestellt. Danach wird in einem Schritt j) der resultierende Spulenstrom solange die schaltbare Steuerspannung bereitgestellt wird, erfasst, wobei ein Schaltvorgang der Steuerspannung unter Anwendung des vorgegebenen Schaltkriteriums ähnlich wie in Schritt b) durchgeführt wird. Schließlich wird in einem Schritt k) das Kalibrierstromprofil aus dem erfassen Spulenstrom erstellt.
Zum Ansteuern des Schützes ist gemäß der Erfindung auch eine Schaltungsanordnung zur Diagnose des Schützes der elektrischen Vorrichtung offenbart. Die Schaltungsanordnung oder Treiberschaltung umfasst dabei eine schaltbare Energiequelle, die ausgebildet ist, die Steuerspannung zum Ansteuern der Schützspule bereitzustellen. Bei der Energiequelle handelt es sich insbesondere um eine elektrische Energiequelle, wie zum Beispiel eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle. Diese Energiequelle kann dabei geschaltet, das heißt, zum Beispiel in einen eingeschalteten Zustand oder Betriebszustand, oder in einen ausgeschalteten Zustand oder Nullzustand versetzt werden. In dem Betriebszustand stellt die Energiequelle bevorzugt die genannte Betriebsspannung bereit, während sie im Nullzustand vorzugsweise die genannte Nullspannung bereitstellt. Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung eine Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, den resultierenden Spulenstrom solange die Steuerspannung bereitgestellt ist, zu erfassen. Bei der Sensoreinrichtung handelt es sich bevorzugt um eine elektrische Sensoreinrichtung, wie beispielsweise einen Stromsensor oder einen Spannungssensor. Schließlich umfasst die Schaltungsanordnung auch eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, die schaltbare Energiequelle zum Schalten, also zum Durchführen eines Schaltvorgangs, der Steuerspannung unter Anwendung des vorgegebenen Schaltkriteriums anzusteuern. Somit kann durch die Steuereinrichtung der Zustand oder Schaltzustand der Energiequelle und somit der Wert der ausgegebenen Steuerspannung bestimmt werden. Weiterhin ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, das Stromprofil aus dem erfassen Spulenstrom zu erstellen. Das heißt, die Steuereinrichtung kann den von der Sensoreinrichtung erfassten Spulenstrom zu einem Stromprofil, welches den Spulenstrom über die Zeit zeigt, erzeugen. Zudem ist die Steuereinrichtung ausgebildet, das erstellte Stromprofil mit dem vorgegebenen Kalibrierstromprofil zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichen den die Funktionsfähigkeit des Schützes betreffenden Zustand des Schützes auszugeben. Zum Ausgeben des Zustands kann die Steuereinrichtung beispielsweise den Zustand in Form eines Zustandssignals an eine Ausgabeeinrichtung eine Kraftfahrzeugs, zum Beispiel ein Display, senden. Über das Display kann einem Nutzer dann der Zustand des Schützes angezeigt werden. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel als Recheneinheit oder Mikrocontroller ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, also beispielsweise als ASIC (application specific integrated circuit) ausgebildet ist. Bevorzugt kann es sich dabei um einen ASIC handeln, wie er beispielsweise von Injektortreibern, also zur Diagnose von Solenoidinjektoren aus der Automobilelektronik bekannt ist. Ein Vorteil eines derartigen ASIC ist es, dass dieser in Motorsteuerungsanwendungen seit Jahrzehnten erprobt ist und deshalb in der Regel sehr zuverlässig und robust die Funktionsfähigkeit des Schützes bestimmen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung zum Überwachen des Schaltkriteriums wenigstens einen Zweipunktregler (Peak and Hold Treiber) umfasst. Anders ausgedrückt, umfasst die Schaltungsanordnung oder elektronische Schaltung also den genannten Zweipunktregler, damit ein Schaltvorgang der Steuerspannung ausgelöst werden kann. Wie zuvor beschrieben kann gemäß dem Schaltkriterium das Schalten der Steuerspannung in Abhängigkeit von dem Spulenstrom, insbesondere einem Wert des Spulenstroms, erfolgen. Mit dem Zweipunktregler kann dabei das Erreichen des genannten oberen oder unteren Schwellenwerts überwacht werden.
Bevorzugt betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz als elektrische Vorrichtung, wobei das Hochvoltbordnetz wenigstens einen Schütz und eine Schaltungsanordnung, wie sie zuvor beschrieben ist, umfasst. Das Kraftfahrzeug kann dabei bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet sein.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Funktionsfähigkeit eines Schützes eines Kraftfahrzeugbordnetzes;
2 ein schematischer eines Stromprofils eines defekten Schützes im Vergleich zum einem Kalibierstromprofil eines intakten Schützes, und
3 ein schematisches Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten zum Ausführen der Diagnose der Funktionsfähigkeit des Schützes.

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.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine elektrische Vorrichtung, welche als Bordnetz 20, insbesondere als Hochvoltbordnetz, ausgebildet ist. Das Bordnetz 20 kann dabei beispielsweise das Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs oder Elektrofahrzeugs sein. Dazu umfasst das Bordnetz 20, wie in 1 gezeigt, eine Hochvoltbatterie 24, welche als Energiespeicher zum Antreiben eines Elektromotors 26 des Bordnetzes 20 genutzt wird. Um die Hochvoltbatterie 24 von dem Rest des Bordnetzes 20, insbesondere den Elektromotor 26 trennen oder zuschalten zu können, weist das Bordnetz 20 wenigstens einen Schütz 22 oder Schaltschütze auf. In 1 sind zwei Schütze 22 vorgesehen. Die Schütze 22 sind dabei als elektromechanische Schalter ausgebildet, mit denen durch Schalten der Schütze 22 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie 24 und dem Elektromotor 26 hergestellt werden kann oder die Hochvoltbatterie 24 von dem Elektromotor 26 galvanisch getrennt werden kann.
Zum elektrisch leitendenden Verbinden kann jeder der Schütze 22 dabei in einen aktivierten oder geschlossenen Schaltzustand versetzt werden. Dazu kann beispielsweise eine Betriebsspannung als Steuerspannung Us mit einem Betriebswert (z.B. 12 Volt) an eine Schützspule des Schützes bereitgestellt oder angelegt werden. Durch den resultierenden Spulenstrom Is erzeugt die Schützspule ein Magnetfeld. Das Magnetfeld kann dann einen beweglich gelagerten Anker, an dem Schaltkontakte des Schützes angebracht sind, bewegen. Dadurch können die Schaltkontakte mit Schließerkontakten des Schützes elektrisch leitend verbunden werden. An den Schließerkontakten ist das Bordnetz, insbesondere die Hochvoltbatterie 24 und der Elektromotor 26 angeschlossen.
Zum galvanischen Trennen kann jeder der Schütze 22 hingegen in einen deaktivierten oder geöffneten Schaltzustand versetzt werden. Dazu kann beispielsweise eine Nullspannung als Steuerspannung Us mit einem Spannungswert oder Nullwert (z.B. 0 Volt) an der Schützspule bereitgestellt oder angelegt werden. Dadurch sinkt der resultierende Spulenstrom Is und das Magnetfeld wir abgebaut. Durch eine Feder kann der Anker dann in eine Ursprungsposition zurückbewegt werden. Dadurch können die Schaltkontakte mit Öffnerkontakten des Schützes verbunden werden. Hochvoltbatterie 24 und Elektromotor sind somit elektrisch voneinander getrennt.
Mit der Zeit kann ein Schütz 22 jedoch verschleißen und somit nur noch eingeschränkt funktionsfähig oder funktionsunfähig werden. Deshalb ist es nötig, einen Schütz 22 hinsichtlich verschiedener Fehler diagnostizieren zu können. Zu den Fehlern zählen vor allem ein so genannter Schützkleber, bei dem der Schütz dauerhaft geöffnet, also nicht mehr in den geschlossenen oder aktivierten Schaltzustand versetzt werden kann, oder dauerhaft geöffnete Schütze, bei denen der Schütz somit nicht mehr in den geschlossenen Schaltzustand versetzt werden kann.
Wie in 1 gezeigt, kann die Diagnose der Schütze 22 dabei mittels einer Schaltungsanordnung 10 erfolgen. Diese Schaltungsanordnung kann dabei beispielsweise als ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung - application specific integrated circuit), insbesondere als Injektortreiber ASIC, wie sie zum Beispiel aus Motorsteuerungsanwendungen zur Diagnose von Solenoidinjektoren bekannt ist, ausgebildet sein. Mittels der Schaltungsanordnung 10 kann dabei besonders zuverlässig und mit geringem Bauraumbedarf ein Zustand oder die Funktionszustand eines Schützes 22 bestimmt werden, indem indirekt der Spulenstrom I_s überprüft wird.
Wie in 1 gezeigt umfasst die Schaltungsanordnung 10 dazu eine elektrische Energiequelle 11, die insbesondere als Spannungsquelle ausgebildet ist. Die Energiequelle 11 ist schaltbar ausgebildet und kann die Steuerspannung U_s zum Ansteuern der Schützspule während eines vorgegebenen Zeitintervalls bereitstellen. Mit „schaltbar“ ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass die Energiequelle 11 zum Beispiel ein- und ausgeschaltet werden kann oder derart angesteuert werden kann, dass sie je nach Zustand eine unterschiedliche Spannung bereitstellt. Zum Beispiel kann sie im eingeschalteten Zustand oder Betriebszustand eine Betriebsspannung, also eine Steuerspannung größer oder kleiner als 0 Volt zum Ansteuern der Schützspule bereitstellt. Hingegen kann sie im ausgeschalteten Zustand oder Nullzustand eine Nullspannung, also eine Steuerspannung von in etwa 0 Volt zum Ansteuern der Schützspule bereitstelle. Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 10 auch eine elektrische Sensoreinrichtung 12, welche in 1 insbesondere als Stromsensor ausgebildet ist. Die Sensoreinrichtung 12 ist dabei dazu ausgebildet, den in Abhängigkeit von der Steuerspannung U_s resultierenden Spulenstrom I_s zu erfassen, insbesondere nur solange, wie die Steuerspannung U_s bereitgestellt wird.
Schließlich umfasst die Schaltungsanordnung 10 auch eine Steuereinrichtung 13. Die Steuereinrichtung 13 kann dabei insbesondere als Recheneinheit, beispielsweise als CPU (central processing unit, zentrale Recheneinheit) oder als Mikrocontroller ausgebildet sein. Diese ist ausgebildet, die Energiequelle 11 zum Schalten anzusteuern und somit einen Schaltvorgang der Steuerspannung U_s durchzuführen. Das Schalten erfolgt dabei unter Anwendung eines vorgegebenen Schaltkriteriums. Bevorzugt erfolgt das Schalten der Steuerspannung U_s mit einer Frequenz im Kilohertz Bereich. Gemäß dem Schaltkriterium kann ein Schaltvorgang der Steuerspannung U_s beispielsweise nur dann ausgeführt werden, der resultierende Spulenstrom I_s einen jeweils vorgegebenen oberen oder unteren Schwellenwert O, U erreicht. Alternativ kann das Schalten der Steuerspannung beziehungsweise der Energiequelle 11 gemäß dem Schaltkriterium auch nur dann erfolgen, wenn ein jeweiliger Zeitschwellenwert des Anlegens der Steuerspannung U_s erreicht ist. Zusätzlich zum Ansteuern der Energiequelle 11 ist die Steuereinrichtung 13 außerdem dazu ausgebildet, aus dem erfassten Spulenstrom I_s ein Stromprofil P zu erstellen und schließlich das Stromprofil P mit einem vorgegebenen Kalibrierstromprofil K zu vergleichen. Das Kalibrierstromprofil K stellt dabei ein Stromprofil eines intakten oder funktionsfähigen Schützes dar. In Abhängigkeit von dem Vergleich kann die Steuereinrichtung 13 schließlich einen Zustand Z des jeweiligen Schützes 22 ausgeben, wobei der Zustand eine Funktionsfähigkeit des jeweiligen Schützes 22 beschreibt oder darstellt.
Zum Ausgeben des Zustands Z des jeweiligen Schützes 22 kann die Steuereinrichtung 13 dabei beispielsweise ein Zustandssignal erzeugen welches beispielsweise an ein Multimediainterface des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden kann. Somit kann einem Nutzer des Kraftfahrzeugs über das Multimediainterface angezeigt werden, dass wenigstens einer der Schütze 22 eine Funktionsstörung aufweist.
Das heißt, es erfolgt ein dynamisches Schalten der Steuerspannung U_s in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schaltkriterium, wobei ein Stromprofil P des resultierenden Spulenstrom I_s anschließend mit einem Kalibrierstromprofil K eines funktionsfähigen Schützes verglichen wird. Durch das dynamische Schalten der Steuerspannung und daraus resultierende dynamische Variieren des Spulenstroms I_s kann somit besonders zuverlässig auf eine Funktionsfähigkeit des Schützes rückgeschlossen werden.
2 zeigt dazu eine beispielhafte Ausgestaltung eines resultierenden Stromprofils P (strichpunktierte Linie) eines defekten Schützes 22 im Vergleich zu einem Kalibrierstromprofil K (durchgezogene Linie) eines intakten oder funktionsfähigen Schützes 22. Die Stromprofile P, K sind als jeweilige Spulenstrom I_s über die Zeit t aufgetragen. Das in 2 gezeigte Stromprofil P kann sich dabei beispielsweise ergeben, wenn sich keine Last an der Spule befindet und der Anker beispielsweise weggebrochen ist.
Wie in 2 gezeigt, kann das Schalten der Steuerspannung U_s gemäß dem Schaltkriterium beispielsweise in Abhängigkeit von einem Wert des Spulenstroms I_s erfolgen. Gemäß dem Schaltkriterium kann nämlich beispielsweise die Steuerspannung U_s so lange eingeschaltet bleiben, bis der resultierende Spulenstrom I_s einen oberen Schwellenwert O erreicht und anschließend ausgeschaltet werden. Entsprechend kann die Steuerspannung U_s dann so lange in dem ausgeschalteten Zustand bleiben, bis der resultierende Spulenstrom I_s einen unteren Schwellenwert U erreicht und dann wieder eingeschaltet werden. Wie in 2 gezeigt können der obere Schwellenwert O und der untere Schwellenwert U dabei bevorzugt größer beziehungsweise kleiner sein als ein Schaltwert H des Spulenstroms I_s. Dieser Schaltwert H gibt einen Wert des Spulenstroms I_s an, der nötig ist, um den jeweiligen Schütz 22 in den eingeschalteten Schaltzustand oder den ausgeschalteten Schaltzustand zu versetzen. Durch das entsprechende Schalten der Steuerspannung U_s in Abhängigkeit von dem Spulenstrom I_s kann somit wie in 2 gezeigt, der Schütz dynamisch in einem vorgegebenen Zeitintervall Δt ein- und ausgeschaltet werden. Je nach Schaltzustand der Energiequelle 11 schwingt der resultierende Spulenstrom I_s dabei zwischen dem oberen Schwellenwert O und dem unteren Schwellenwert U hin und her.
Zum Beispiel kann die Steuerspannung U_s zu einem Zeitpunkt to eingeschaltet werden. Danach bleibt die Steuerspannung U_s so lange eingeschaltet, bis der jeweilige Spulenstrom I_s den oberen Schwellenwert O erreicht. Anschließend kann die jeweilige Steuerspannung U_s in Abhängigkeit von dem Spulenstrom I_s gemäß dem Schaltkriterium so lange (innerhalb des Zeitintervalls Δt) umgeschaltet werden, bis ein Zeitpunkt t_E erreicht ist, bei welchem die Steuerspannung U_s schließlich endgültig ausgeschaltet wird, sodass der resultierende Spulenstrom I_s vollständig abklingen kann.
2 zeigt nun einen Vergleich des Stromprofils P eines defekten Schützes, bei dem beispielsweise der Anker weggebrochen ist und somit nicht mehr bewegt werden kann und dem Kalibrierstromprofil K eines funktionsfähigen oder intakten Schützes 22. Der Spulenstrom I_s gemäß dem Stromprofil P steigt dabei schneller an als ein Spulenstrom des Kalibrierstromprofils K. Dadurch erreicht der Spulenstrom I_s des Stromprofils P den oberen Schwellenwert O auch zu einem früheren Zeitpunkt t₁(P) als das Kalibrierstromprofil K, welches den oberen Schwellenwert O zu einem späteren Zeitpunkt t₁(K) erreicht. Analog gilt dies natürlich auch für den jeweiligen unteren Schwellenwert U. Durch das schnellere Ansteigen des jeweiligen Spulenstroms I_s des Stromprofils P ergibt sich dabei auch ein unterschiedlicher Gradient, also eine unterschiedliche Steigung G(P) des Stromprofils P im Vergleich zum Gradienten G(K) des Stromprofils K. Auch nach dem Ausschalten der Steuerspannung U_s fällt oder sinkt der Spulenstrom I_s des Stromprofils P schneller, als der Spulenstrom I_s des Kalibrierstromprofils K. Dementsprechend erreicht das Stromprofil P auch zu einem früheren Zeitpunkt t₂(P) einen Nullstrom (Stromwert des Spulenstroms I_s von etwa 0 Ampere) als das Kalibrierstromprofil K, welches den Nullstrom erst zu einem späteren Zeitpunkt t₂(K) erreicht.
Indem durch die Steuereinrichtung 13 nun die beiden Stromprofile P und K miteinander verglichen werden, kann festgestellt werden, ob der Schütz, welcher das Stromprofil P erzeugt, funktionsfähig ist oder nicht. Durch die Abweichung des Stromprofil P gemäß 2 von dem Kalibrierstromprofil K beispielsweise in Bezug auf den jeweiligen Gradienten G(P), G(K) und einen jeweiligen Zeitpunkt t₁(P), t₁(K) zu dem der oberen Schwellenwert O erreicht ist, könnte nun beispielsweise festgestellt werden, dass der dem Stromprofil P zugeordnete Schütz funktionsunfähig ist und somit einen funktionsunfähigen Zustand aufweist. Anhand der Ausgestaltung des Stromprofils, zum Beispiel in Bezug auf den schnell ansteigenden Spulenstrom I_s könnte entsprechend auch festgestellt werden, um welche Art Funktionsstörung des zugeordneten Schützes es sich dabei handelt.
Alternativ zu dem Ansteuern der jeweiligen Schützspule mit einer Steuerspannung U_s durch die sich ein Schalten des jeweiligen Schützes 22 ergibt, könnte wie in 2 gezeigt, als die Steuerspannung U_s auch eine Testspannung bereitgestellt werden, welche einen geringen Spannungswert aufweist als eine Schaltspannung, die zum Schalten des jeweiligen Schützes 22 führt. Anstelle des Stromprofils P würde dann das in 2 dargestellte Teststromprofil T erzeugt werden. Dabei erreicht der Spulenstrom I_s des Teststromprofils T nicht den in 2 gezeigten Schaltstrom H, der nötig ist um den Anker vollständig zu bewegen und den jeweiligen Schütz 22 in einen anderen Schaltzustand zu versetzen. Die Diagnose des jeweiligen Schützes 22 kann in diesem Fall beispielsweise über eine Rückwirkung einer Bewegung des Ankers auf den Spulenstrom I_s erfolgen. In 2 ist das Kalibrierstromprofil zum Vergleichen mit dem Teststromprofil der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
3 fasst nun noch einmal die einzelnen Verfahrensschritte zur Diagnose eines Schützes 22 einer elektrischen Vorrichtung, wie beispielsweise des Hochvoltbordnetzes 20 zusammen. In einem Schritt S10 wird dabei zunächst eine schaltbare Steuerspannung U_s zum Ansteuern einer Schützspule bereitgestellt. In einem Schritt S20 erfolgt danach ein Erfassen des resultierenden Spulenstroms I_s, wobei ein Schaltvorgang, das heißt ein Schalten der Steuerspannung U_s unter Anwendung eines vorgegebenen Schaltkriteriums durchgeführt wird. In einem Schritt S30 wird danach ein Stromprofil P aus dem erfassen Spulenstrom I_s erstellt. Das Stromprofil P wird in einem Schritt S40 mit einem vorgegebenen Kalibrierstromprofil K verglichen. Schließlich wird in einem Schritt S50 in Abhängigkeit von dem Vergleichen ein eine Funktionsfähigkeit des jeweiligen Schützes 22 betreffenden Zustands Z des Schützes 22 ausgegeben.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein Hochvoltschütz beispielsweise mittels eines Solenoidinjektor Treibers (Treiberschaltung) angesteuert und seine Funktionsfähigkeit indirekt diagnostiziert werden kann. Über den Stromverlauf des Spulenstroms I_s können dabei beispielsweise aufgrund von Ankerrückwirkungen Rückschlüsse auf den Zustand des Schützes 22 gezogen werden und zusätzlich jederzeit eine Funktionalität des Schützes 22 mittels Testpulsen, also einer Testspannung, geprüft werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010043744 A1 [0007]
DE 102011077363 A1 [0008]
DE 102017003755 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Diagnose eines Schützes (22) einer elektrischen Vorrichtung (20), folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellen einer schaltbaren Steuerspannung (U_s) zum Ansteuern einer Schützspule, b) Erfassen eines resultierenden Spulenstroms (I_s) solange die schaltbare Steuerspannung (U_s) bereitgestellt wird, wobei ein Schaltvorgang der Steuerspannung (U_s) unter Anwendung eines vorgegebenen Schaltkriteriums durchgeführt wird, und c) Erstellen eines Stromprofils (P) aus dem erfassen Spulenstrom (I_s), d) Vergleichen des erstellten Stromprofils (P) mit einem vorgegebenen Kalibrierstromprofil (K), und e) in Abhängigkeit von dem Vergleichen gemäß Schritt d): Ausgeben eines eine Funktionsfähigkeit des Schützes (22) betreffenden Zustands (Z) des Schützes (22).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Schaltvorgang der Steuerspannung (U_s) gemäß dem vorgegebenen Schaltkriterium immer dann durchgeführt wird, wenn der Spulenstrom (I_s) einen jeweils oberen Schwellenwert (O) oder unteren Schwellenwert (U) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Schaltvorgang der Steuerspannung (U_s) gemäß dem vorgegebenen Schaltkriterium innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs, insbesondere spätestens bei Erreichen eines jeweiligen Zeitschwellenwerts, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ausgegebene Zustand (Z) gemäß Schritt e) darstellt, dass der Schütz (22) funktionsunfähig ist, wenn in Schritt d) festgestellt wird, dass das Stromprofil (P) zumindest abschnittweise um einen vorgegebenen Toleranzbereich von dem Kalibrierstromprofil (K) abweicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gemäß dem Vergleich in Schritt d) ein jeweiliger Gradient (G (P), G (K)) und/oder ein jeweiliger Startwert und/oder ein jeweiliger Endwert und/oder ein jeweiliger Zeitpunkt, zu dem der obere Schwellenwert erreicht ist (T₁ (P), T₁ (K)) und/oder ein jeweiliger Zeitpunkt, zu dem der untere Schwellenwert erreicht ist (T₂ (P), T₂ (K)), des Stromprofils (P) und des Kalibrierstromprofils (K) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als die Steuerspannung (U_s) eine Testspannung bereitgestellt wird, welche einen geringeren Spannungswert aufweist als eine Schaltspannung zum Schalten des Schützes (22).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Ausführen von Schritt a) folgende Schritte durchgeführt werden: f) Bereitstellen eines funktionsfähigen Schützes (22), g) Bestimmen von Schaltwerten (H) des Schützes (22), die einem Schaltvorgang des Schützes (22) zugeordnet sind, h) Festlegen des Schaltkriteriums in Abhängigkeit von wenigstens einem der Schaltwerte (H), i) Bereitstellen der schaltbaren Steuerspannung (U_s) zum Ansteuern der Schützspule, j) Erfassen des resultierenden Spulenstroms (I_s) solange die schaltbare Steuerspannung (U_s) bereitgestellt wird, wobei ein Schaltvorgang der Steuerspannung (U_s) unter Anwendung des vorgegebenen Schaltkriteriums durchgeführt wird, und k) Erstellen des Kalibrierstromprofils (K) aus dem erfassen Spulenstrom (Is).
Schaltungsanordnung (10) zur Diagnose eines Schützes (22) einer elektrischen Vorrichtung (20), umfassend - eine schaltbare Energiequelle (11), die ausgebildet ist, eine Steuerspannung (U_s) zum Ansteuern einer Schützspule bereitzustellen, - eine Sensoreinrichtung (12), die ausgebildet ist, einen resultierenden Spulenstrom (I_s) solange die schaltbare Steuerspannung (U_s) bereitgestellt ist, zu erfassen, - eine Steuereinrichtung (13), die ausgebildet ist, die schaltbare Energiequelle (11) zum Schalten der Steuerspannung (U_s) unter Anwendung eines vorgegebenen Schaltkriteriums anzusteuern, wobei die Steuereinrichtung (13) weiterhin ausgebildet ist, ein Stromprofils (P) aus dem erfassen Spulenstrom (I_s) zu erstellen, das erstellte Stromprofil (P) mit einem vorgegebenen Kalibrierstromprofil (K) zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichen einen eine Funktionsfähigkeit des Schützes (22) betreffenden Zustand (Z) des Schützes (22) auszugeben.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 8, wobei die Schaltungsanordnung (10) als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Schaltungsanordnung (10) zum Überwachen des Schaltkriteriums wenigstens einen Zweipunktregler umfasst.