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Die Erfindung betrifft eine Stromverteilereinheit für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Stromverteilereinheit für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Moderne Kraftfahrzeuge weisen eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern auf, die über ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs über verschiedene Leitungszweige mit einer Energiequelle, insbesondere einer Batterie, des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden sind. Zukünftig wird eine Anzahl von elektrischen Verbrauchern und eine Komplexität des Bordnetzes weiter ansteigen. Hierdurch steigt insbesondere ein Aufwand bei der Entwicklung und beim Testen des Bordnetzes an.
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Es ist bekannt, während einer Entwicklungsphase mit Hilfe von fahrzeugexternen Diagnoseeinrichtungen elektrische Zustandsgrößen von einzelnen elektrischen Verbrauchern bzw. Komponenten an einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs abzufragen oder elektrische Zustandsgrößen beispielsweise mittels Messshunts oder Stromzangen an dem Bordnetz zu erfassen. Ferner ist es bekannt, Datenlogger in ein Entwicklungsfahrzeug einzubringen, um während einer Testfahrt Messdaten zu sammeln und zu speichern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen das Erfassen von Messdaten in einem Kraftfahrzeug, insbesondere während einer Entwicklungsphase des Kraftfahrzeugs, vereinfacht ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromverteilereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird eine Stromverteilereinheit für ein Kraftfahrzeug geschaffen, umfassend Halbleitersicherungen zum Absichern von Leitungszweigen eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, eine Messsensorik zum Erfassen von Messdaten zu mindestens einer elektrischen Zustandsgröße an den Leitungszweigen, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Halbleitersicherungen in Abhängigkeit der erfassten Messdaten, wobei die Steuereinrichtung neben einem normalen Betriebszustand mindestens einen Erprobungsmodus als Betriebszustand aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, in dem mindestens einen Erprobungsmodus die erfassten Messdaten über eine Kommunikationsschnittstelle bereitzustellen.
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Ferner wird insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Stromverteilereinheit für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, wobei als Betriebszustand einer Steuereinrichtung der Stromverteilereinheit ein Erprobungsmodus aktiviert wird, wobei nach Aktivieren des Erprobungsmodus erfasste Messdaten mittels der Stromverteilereinheit über eine Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden.
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Die Stromverteilereinheit, auch als Power Distribution Unit (PDU) oder electronic Power Distribution Unit (ePDU) bezeichnet, umfasst elektrische Halbleitersicherungen, mit denen elektrische Leitungszweige eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs abgesichert werden. Darüber hinaus wird zumindest ein elektrischer Strom, der über die einzelnen Leitungszweige fließt, jeweils mittels einer Messsensorik (insbesondere eines Stromsensors) der Stromverteilereinheit erfasst. Der erfasste elektrische Strom wird von einer Steuereinrichtung ausgewertet und insbesondere mit einem Auslösestrom verglichen. Überschreitet der erfasste elektrische Strom den Auslösestrom, so wird eine zugehörige Halbleitersicherung mittels der Steuereinrichtung ausgelöst und eine elektrische Verbindung zu dem elektrischen Leitungszweig des Bordnetzes getrennt. Dies erfolgt insbesondere im normalen Betriebszustand und insbesondere auch, wenn der mindestens einen Erprobungsmodus aktiviert ist.
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Die Stromverteilereinheit und das Verfahren ermöglichen es, das Erfassen von Messdaten an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zu Test- und Diagnosezwecken zu vereinfachen. Hierzu wird eine Stromverteilereinheit geschaffen, bei der eine Steuereinrichtung insbesondere einen normalen Betriebsmodus und mindestens einen Erprobungsmodus aufweist, In dem normalen Betriebsmodus dient die Stromverteilereinheit zum Verteilen von elektrischer Energie und zum Absichern von Leitungszweigen des Bordnetzes. In dem mindestens einen Erprobungsmodus werden, darüber hinaus, erfasste Messdaten über eine Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt. Da zum Absichern der Leitungszweige des Bordnetzes mittels der Stromverteilereinheit Messdaten von elektrischen Zustandsgrößen, insbesondere elektrische Ströme, an den einzelnen Leitungszweigen erfasst werden, müssen die Messdaten zum Testen und für eine Diagnose nicht erneut bzw. separat erfasst werden, sondern können direkt von der Stromverteilereinheit bereitgestellt werden. Durch die offenbarte Ausgestaltung der Stromverteilereinheit können daher Aufwand und Kosten bei der Messdatenerfassung reduziert werden. Insbesondere kann auf einen Einsatz von zusätzlichen Messshunts oder Stromzangen verzichtet werden.
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Die mindestens eine elektrische Zustandsgröße umfasst insbesondere einen Strom, eine Spannung, einen Widerstand, einen Leitwert und/oder eine Leistung. Zugehörige Messdaten werden mittels einer entsprechend ausgestalteten Messsensorik, insbesondere zeitaufgelöst, erfasst.
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Die Steuereinrichtung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise als Controller Area Network (CAN)-Busschnittstelle, CAN FD-Schnittstelle, serielle Schnittstelle oder Ethernet-Schnittstelle ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, dass der mindestens eine Erprobungsmodus mittels eines externen Steuersignals aktiviert werden kann. Hierdurch kann die Steuereinrichtung auf einfache Weise in den mindestens einen Erprobungsmodus versetzt werden. Das externe Steuersignal kann beispielsweise über eine hierfür vorgesehene Kommunikationsschnittstelle der Steuereinrichtung empfangen werden, beispielsweise über einen Controller Area Network (CAN)-Bus oder eine serielle Schnittstelle. Das Deaktivieren des mindestens einen Erprobungsmodus bzw. eine Rückkehr in einen normalen Betriebsmodus kann in gleicher Weise erfolgen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, dass eine Art und ein Umfang der bereitgestellten erfassten Messdaten festgelegt werden kann. Die Art der Messdaten gibt hierbei insbesondere vor, welche elektrischen Zustandsgrößen bereitgestellt werden sollen. Der Umfang gibt hierbei insbesondere vor, in welcher zeitlichen und/oder dynamischen Auflösung die Messdaten bereitgestellt werden sollen. Hierdurch kann insbesondere festgelegt werden, welche Messdaten bzw. welche elektrischen Zustandsgrößen in welcher Auflösung etc. bereitgestellt werden. Dies ermöglicht ein maßgeschneidertes Bereitstellen der erfassten Messdaten für ein konkretes Testszenario.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung mehrere Erprobungsmodi als Betriebszustände aufweist, wobei zu jedem Erprobungsmodus jeweils ein Konfigurationsprofil hinterlegt ist oder hinterlegt werden kann, das eine Art und einen Umfang der bereitgestellten erfassten Messdaten festlegt. Hierdurch können Erprobungsmodi für verschiedene Messszenarios bereitgehalten werden und bei Bedarf auf einfache Weise abgerufen bzw. aktiviert werden. Die Art der Messdaten gibt hierbei insbesondere vor, welche elektrischen Zustandsgrößen bereitgestellt werden sollen. Der Umfang gibt hierbei insbesondere vor, in welcher zeitlichen und/oder dynamischen Auflösung die Messdaten bereitgestellt werden sollen. Ein gewünschter Erprobungsmodus kann beispielsweise durch ein entsprechend ausgestaltetes externes Steuersignal aktiviert werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromverteilereinheit einen Massenspeicher aufweist, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, in dem mindestens einen Erprobungsmodus die erfassten Messdaten vor dem Bereitstellen in dem Massenspeicher zwischenzuspeichern. Hierdurch wird ein späteres Auslesen der erfassten Messdaten möglich, beispielsweise im Anschluss an eine Testfahrt mit dem Kraftfahrzeug. Insbesondere müssen die erfassten Messdaten hierdurch nicht in Echtzeit empfangen bzw. ausgelesen werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromverteilereinheit dazu eingerichtet ist, in dem mindestens einen Erprobungsmodus eine elektrische Konfiguration der Stromverteilereinheit zu verändern. Hierdurch können in der Stromverteilereinheit und/oder in dem Bordnetz spezielle Testszenarien umgesetzt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, Auslöseströme der Halbleitersicherungen in einem Erprobungsmodus zu erhöhen, um beispielsweise ein Verhalten der elektrischen Verbraucher am Bordnetz in einem Überlastfall zu untersuchen. Die elektrische Konfiguration kann beispielsweise verknüpft mit dem mindestens einen Erprobungsmodus in einem Speicher der Stromverteilereinheit hinterlegt sein und wird bei Bedarf aus diesem mittels der Steuereinrichtung abgerufen und eingestellt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung und/oder die Messsensorik dazu eingerichtet sind, in dem mindestens einen Erprobungsmodus beim Erfassen der Messdaten eine Abtastrate festlegen zu können. Insbesondere kann eine Abtastrate während eines Erprobungsmodus erhöht werden, so dass die erfassten Messdaten mit einer größeren zeitlichen Auflösung bereitgestellt und ausgewertet werden können. Die Abtastrate kann beispielsweise verknüpft mit dem mindestens einen Erprobungsmodus in einem Speicher der Stromverteilereinheit hinterlegt sein und wird bei Bedarf aus diesem mittels der Steuereinrichtung abgerufen und eingestellt.
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Weiter wird insbesondere auch ein Kraftfahrzeug geschaffen, umfassend mindestens eine Stromverteilereinheit nach einer der beschriebenen Ausführungsformen.
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In einer Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine Datenfernübertragungsschnittstelle aufweist, wobei die Datenfernübertragungsschnittstelle dazu eingerichtet ist, die über die Kommunikationsschnittstelle bereitgestellten Messdaten an mindestens einen fahrzeugexternen Empfänger zu übermitteln und/oder ein externes Steuersignal zum Aktivieren des Erprobungsmodus zu empfangen. Hierdurch wird eine (Echtzeit-)Übermittlung der erfassten Messdaten an einen fahrzeugexternen Empfänger, beispielsweise an einen externen Server, ermöglicht. Erfasste Messdaten können dann auf Seiten des externen Empfängers gesammelt und ausgewertet werden. Ferner kann hierdurch eine Fernsteuerung der Stromverteilereinheit erfolgen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Stromverteilereinheit für ein Kraftfahrzeug.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Stromverteilereinheit 1 in einem Kraftfahrzeug 50 gezeigt. Die Stromverteilereinheit 1 dient zum Ausbilden von elektrischen Verbindungen zwischen Leitungszweigen 53 eines Bordnetzes 51 und einer Batterie 52 des Kraftfahrzeugs 50. Über die Leitungszweige 53 werden elektrische Verbraucher 54 versorgt.
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Die Stromverteilereinheit 1 umfasst Halbleitersicherungen 2, eine Messsensorik 3 und eine Steuereinrichtung 4. Die Halbleitersicherungen 2 dienen zum Absichern der Leitungszweige 53 des Bordnetzes 51. Die Messsensorik 3 dient zum Erfassen von Messdaten 5 mindestens einer elektrischen Zustandsgröße an den Leitungszweigen 53. Die Steuereinrichtung 4 steuert die Halbleitersicherungen 2 in Abhängigkeit der erfassten Messdaten 5, wobei die erfassten Messdaten 5 hierzu der Steuereinrichtung 4 zugeführt werden. Die Messsensorik 3 umfasst insbesondere für jeden der Leitungszweige 53 einen Stromsensor zum Erfassen eines Stromes, der jeweils über die Leitungszweige 53 fließt. Die Steuereinrichtung 4 vergleicht die erfassten Ströme mit vorgegebenen Auslöseströmen und unterbricht mittels der Halbleitersicherungen 2 eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie 52 und einem Leitungszweig 53, wenn der an dem Leitungszweig 53 erfasste Strom den zugehörigen Auslösestrom überschreitet.
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Die erfassten Messdaten 5 können neben dem Strom weitere elektrische Zustandsgrößen umfassen (z.B. Spannungen, Widerstände, Leistungen, Arbeitspunkte etc.).
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Die Steuereinrichtung 4 weist zumindest zwei Betriebszustände 10, 11 auf: einen normalen Betriebsmodus 10 und einen Erprobungsmodus 11. Im normalen Betriebsmodus 10 erfolgt insbesondere nur das Überwachen der Leitungszweige 53. Im Erprobungsmodus 11 werden zusätzlich die erfassten Messdaten 5 von der Steuereinrichtung 4 über eine Kommunikationsschnittstelle 6 bereitgestellt. Bei aktiviertem Erprobungsmodus 11 können die bereitgestellten Messdaten 5 für Tests des Kraftfahrzeugs 50 gesammelt und ausgewertet werden. Die Kommunikationsschnittstelle 6 kann beispielsweise ein Controller Area Network (CAN)-Bus, ein CAN FD-Bus oder eine Ethernet-Schnittstelle sein.
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Der Erprobungsmodus 11 kann aktiviert und deaktiviert werden, indem der Steuereinrichtung 4 ein externes Steuersignal 7 zugeführt wird. Dies kann beispielsweise über ein Bussystem, beispielsweise einen Controller Area Network (CAN)-Bus oder eine andere Schnittstelle erfolgen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 4 ferner dazu eingerichtet ist, dass eine Art und ein Umfang der bereitgestellten erfassten Messdaten 5 festgelegt werden kann. Insbesondere kann festgelegt werden, beispielsweise durch ein entsprechend konfiguriertes externes Steuersignal 7, das beispielsweise entsprechende Konfigurationsdaten umfasst, welche elektrischen Zustandsdaten bereitgestellt werden sollen und mit welcher zeitlichen und/oder dynamischen Auflösung die erfassten Messdaten 5 bereitgestellt werden sollen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 4 mehrere Erprobungsmodi 11 als Betriebszustände aufweist, wobei zu jedem Erprobungsmodus 11 jeweils ein Konfigurationsprofil 12 hinterlegt ist oder hinterlegt werden kann, das eine Art und einen Umfang der bereitgestellten erfassten Messdaten 5 festlegt. Die Konfigurationsprofile 12 sind beispielsweise in einem Speicher 8 der Stromverteilereinheit 1 hinterlegt und werden bei Aktivierung eines Erprobungsmodus 11 aus diesem von der Steuereinrichtung 4 abgerufen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stromverteilereinheit 2 einen Massenspeicher 9 aufweist, wobei die Steuereinrichtung 4 die erfassten Messdaten 5 bei aktiviertem Erprobungsmodus 11 vor dem Bereitstellen in dem Massenspeicher 9 zwischenspeichert. Zu einem späteren Zeitpunkt werden die zwischengespeicherten erfassten Messdaten 5 dann von der Steuereinrichtung 4 aus dem Massenspeicher 9 abgerufen und über die Kommunikationsschnittstelle 6 bereitgestellt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stromverteilereinheit 1 dazu eingerichtet ist, in dem mindestens einen Erprobungsmodus 11 eine elektrische Konfiguration der Stromverteilereinheit 1 zu verändern. Beispielsweise kann ein Auslösestrom der Halbleitersicherungen 2 verändert sein oder verändert werden, um beispielsweise ein Auslösen im Überlastfall zu verhindern, sodass ein Verhalten des Bordnetzes 51 auch im Überlastfall erfasst und getestet werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 4 und/oder die Messsensorik 3 dazu eingerichtet sind, in dem Erprobungsmodus 11 beim Erfassen der Messdaten 5 eine Abtastrate festlegen zu können. Beispielsweise kann eine Abtastrate bei einer Analog-Digital-Wandlung an den Stromsensoren erhöht werden, um auch schnelle Änderungen eines über die Leitungszweige 53 fließenden Stromes erfassen und auflösen zu können.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug 50 eine Datenfernübertragungsschnittstelle 55 aufweist. Die Datenfernübertragungsschnittstelle 55 ist dazu eingerichtet, die über die Kommunikationsschnittstelle 6 bereitgestellten Messdaten 5 an mindestens einen fahrzeugexternen Empfänger 60 zu übermitteln und/oder ein externes Steuersignal 5 zum Aktivieren des Erprobungsmodus 11 zu empfangen. Die Datenfernübertragungsschnittstelle 55 kann beispielsweise eine Mobilfunkschnittstelle oder eine WiFi-Schnittstelle sein. Die übermittelten erfassten Messdaten 5 können beispielsweise in einer Datenbank erfasst und hinterlegt werden, um von dort aus ausgewertet zu werden und ein elektrisches Verhalten des Bordnetzes 51 analysieren zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromverteilereinheit
- 2
- Halbleitersicherung
- 3
- Messsensorik
- 4
- Steuereinrichtung
- 5
- erfasste Messdaten
- 6
- Kommunikationsschnittstelle
- 7
- externes Steuersignal
- 8
- Speicher
- 9
- Massenspeicher
- 10
- normaler Betriebsmodus
- 11
- Erprobungsmodus
- 12
- Konfigurationsprofil
- 50
- Kraftfahrzeug
- 51
- Bordnetz
- 52
- Batterie
- 53
- Leitungszweig
- 54
- elektrischer Verbraucher
- 55
- Datenfernübertragungsschnittstelle
