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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Schalteinrichtung eines elektrischen Netzes gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Schalteinrichtung.
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Beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug, welches insbesondere einen Hochvolt-Energiespeicher aufweist, werden die Hochvolt-Energiespeicher beziehungsweise Hochvolt-Batterien und andere Hochvolt-Spannungsquellen im ausgeschalteten Fahrzeugzustand durch mindestens ein Schütz, welcher vorliegend beispielsweise der Schalteinrichtung entsprechen kann, pro Hochvolt-Potential beziehungsweise pro alternativer Trennvorrichtung, vom Hochvolt-System, welches vorliegend dem elektrischen Netz entsprechen kann, getrennt. Da sich eine derartige Spannungsquelle nicht abschalten lässt, sind diese Schütze zur Trennung des Hochvolt-Systems von der Hochvolt-Batterie zwangsläufig unter Last zu öffnen. Dabei kann es infolge von Überströmen, Schaltlichtbögen, elektromagnetischer Levitation, zunehmender Alterung und weiteren Möglichkeiten zum Verschweißen der Kontakte innerhalb eines solchen Schützes kommen. Dies kann auch als Schützkleber bezeichnet werden. Infolgedessen lässt sich das betroffene Schütz nicht mehr öffnen, wodurch sich die Spannungsversorgung des Hochvolt-Systems nicht mehr trennen lässt, sodass ein großes Gefahren-Risiko entsteht. In einem sogenannten Worst-Case-Szenario, bei dem die Schütze beider Hochvolt-Potentiale einer Batterie gleichzeitig verschweißt sind, entsteht ein erhebliches Sicherheitsrisiko.
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Die
DE 10 2017 011 206 A1 betrifft eine elektromagnetische Schalteinrichtung mit wenigstens zwei Kontakteinheiten, wobei die Kontakteinheiten jeweils wenigstens ein an einem Kontaktträger der jeweiligen Kontakteinheit angeordnetes Kontaktelement aufweisen, wobei der Kontaktträger von wenigstens einer ersten der wenigstens zwei Kontakteinheiten mit einem Betätigungsstab einer Antriebseinheit mechanisch gekoppelt ist und mittels des Betätigungsstabs zwischen einer Kontaktierungsstellung, in der sich die Kontaktelemente berühren, und einer Offenstellung verfahrbar ist, in der die Kontaktelemente voneinander entfernt positioniert sind, wobei die mechanische Kopplung des Betätigungsstabs mit dem Kontaktträger derart ausgebildet ist, dass der Betätigungsstab in der Kontaktierungsstellung gegenüber dem mit ihm gekoppelten Kontaktträger in Richtung Kontaktierungsstellung hinaus in eine Hammerposition bewegbar ist und ein Anschlag zum Anschlagen an dem Kontaktträger bei einer Bewegung des Betätigungsstabs aus der Hammerposition in Richtung der Offenstellung aufweist.
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Die
DE 10 2012 222 129 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Ansteuerkreis eines elektromagnetischen Schalters, wobei der Ansteuerkreis eine Erregerspule des elektromagnetischen Schalters mit einer Ansteuerspannung ansteuert, wobei der elektromagnetische Schalter durch die Ansteuerung der Erregerspule eine elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens zwei Kontakten mittels eines Kontaktmittels herstellt oder trennt, wobei ein Verlauf der Ansteuerspannung vorgebbar ist, wobei durch die Ansteuerung mit dem vorgebbaren Verlauf der Ansteuerspannung ein mechanisches Rütteln an dem Kontaktmittel des elektromagnetischen Schalters bewirkt wird.
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Die
DE 3 719 298 A1 offenbart ein Verfahren zum Lösen der Kontakte eines klebenden Relais.
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Die
US 2007/0 205 771 A1 beschreibt ein Relaissteuerung zum Anschluss einer Stromquelle umfassend mindestens ein Relais mit mindestens zwei Kontakten. Die Relaissteuerung umfasst eine Verarbeitungsvorrichtung, die zum selektiven Schalten der Relaiskontakte betreibbar ist, und eine Rückkopplungsschaltung, die zum Identifizieren eines tatsächlichen Zustands der Relaiskontakte geeignet ist. Die Verarbeitungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie einen Fehlerkontaktzustand erkennt, der sich aus einer Abweichung zwischen einem erwarteten Zustand der Relaiskontakte und dem tatsächlichen Zustand der Relaiskontakte ergibt. Die Verarbeitungsvorrichtung ist auch so konfiguriert, dass sie als Reaktion Informationen bezüglich des Relaisfehlerzustands übermittelt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Schalteinrichtung zu schaffen, mittels welchen eine Verschweißung von Kontaktelementen innerhalb der Schalteinrichtung gelöst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Schalteinrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Schalteinrichtung eines elektrischen Netzes, bei welchem die Schalteinrichtung zwischen einer elektrischen Spannungsquelle des elektrischen Netzes und einem elektrischen Verbraucher des elektrischen Netzes verschaltet wird und bei welchem in Abhängigkeit von einem Steuersignal für die Schalteinrichtung eine Kontaktierung zwischen einem ersten Kontaktelement der Schalteinrichtung, welche mit der elektrischen Spannungsquelle gekoppelt ist, und einem zweiten Kontaktelement, welches mit dem elektrischen Verbraucher gekoppelt ist, geschlossen oder geöffnet wird, wobei mittels einer Überwachungseinrichtung der Schalteinrichtung ein Schaltzustand der Schalteinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuersignal detektiert wird.
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Es ist vorgesehen, dass beim detektierten geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung bei einem Steuersignal, welches eine Öffnung der Schalteinrichtung vorschreibt, ein in Pulsweite oder Frequenz moduliertes Steuersignal, welches zwischen Zuständen geöffnet und geschlossen bzw. 0 und 1 wechselt, im Folgenden Schwingsignal genannt, zum Anregen der Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement mittels einer elektronischen Recheneinrichtung der Schalteinrichtung erzeugt wird und die Kontaktierung mit diesem Schwingsignal beaufschlagt wird, sodass mittels des Schwingsignals die Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement gelöst wird.
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Dabei kann auch eine Ansteuerung des Schützes mit mehr als nur 2 Schaltstufen vorgesehen sein, beispielsweise wenn der Treiber eine dedizierte Schaltstufe für die Haltespannung hat, welche kleiner als die Anzugsspannung ist.
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Insbesondere ist somit ein Verfahren beschrieben, bei welchem in einem verschweißten Zustand der Schalteinrichtung diese Verschweißung dennoch durchtrennt beziehungsweise geöffnet werden kann. Es ist somit ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein verschweißtes Schütz durch gezieltes Ansteuern mit dem Schwingsignal zum mechanischen Schwingen angeregt wird und dadurch ein Aufbrechen der Schweißverbindung und somit ein Öffnen des Schützes ermöglicht wird. Es wird dabei besonders vorteilhaft der komplette Verbund aus Schütz und angeschlossenen Busleisten angeregt, was dahingehend vorteilhaft ist, das sich auf diesem Verbund, schon bei relativ niedrigen Frequenzen erste Moden ausbilden und der Resonanzfall eintritt.
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Dieses Verfahren kann auch als „Burst-Mode“ bezeichnet werden. Dieser Burst-Mode wird aktiviert, wenn ein angefordertes Öffnen von mindestens einem Schütz mittels beispielsweise Überkreuz-Spannungsmessung von dem positiven Hochvolt-Potential batterieseitig zu dem negativen Hochvolt-Potential fahrzeugseitig und umgekehrt durchgeführt wird oder mittels einer Spannungsmessung an den Hilfskontakten nicht erfolgreich bestätigt werden kann. Bei diesem Burst-Mode wird das Schwingsignal des zu öffnenden Schützes mittels einer Kombination aus Frequenz- und Pulsdauer-Modulation moduliert. Die Amplitude des Schwingsignals wird dabei nicht direkt moduliert, da das Schwingsignal ausschließlich die beiden Zustände „öffnen“ und „schließen“ annehmen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, ein verschweißtes Schütz einer Hochvolt-Batterie als Spannungsquelle zu öffnen und somit das Hochvolt-System als elektrisches Netz von dieser Batterie zu trennen. Bei einem Kraftfahrzeug mit mehreren Batterien kann die von der Verschweißung betroffene Batterie beispielsweise vom Kraftfahrzeug getrennt werden und das Kraftfahrzeug kann in einen Notbetrieb geschaltet werden. In diesem Notbetrieb kann es möglich sein, mithilfe einer weiteren, nicht von diesem Problem betroffenen Batterie, aus eigener Kraft in beispielsweise eine Werkstatt zu fahren. Demzufolge kann somit ein Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs vermieden werden, wodurch dem Kunden ein Abschleppen des Kraftfahrzeugs erspart bleibt, sodass Zeit und Kosten gespart werden.
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Bei einer unkritischen Fehlerursache kann mithilfe des beschriebenen Verfahrens das geöffnete Schütz anschließend in der Werkstatt fachmännisch ausgetauscht werden, sodass die betroffene Batterie gegebenenfalls weiterverwendet werden kann. Somit wird vermieden, dass eine Batterie mit einem verschweißten Schütz irreversibel zerstört und im Weiteren unter enormem Aufwand entsorgt werden muss.
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Sollte die Fehlerursache keine sichere Weiterverwendung der Batterie zulassen, kann durch das Öffnen des verschweißten Schützes zumindest eine Spannungsfreiheit an den Kontakten der Batterie gewährleistet werden. Somit werden die Anforderungen an die Transportsicherheit erfüllt, sodass eine kostenintensive Entsorgung unter hohen Sicherheitsbestimmungen vermieden wird.
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Ferner ist vorgesehen, dass das Schwingsignal frequenzmoduliert wird. Insbesondere, da die genaue Art und Größe sowie Dicke der Verschweißung unbekannt ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn mit unterschiedlichen Frequenzen das Schwingsignal erzeugt wird. Somit kann realisiert werden, dass auf zuverlässige Art und Weise der Resonanzfall innerhalb der Verschweißung eintritt. Bei der Frequenzmodulation werden innerhalb des Schwingsignals unterschiedliche Frequenzen der Schwingung auf die Kontaktierung beaufschlagt, sodass zuverlässig der Resonanzfall erzeugt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird mittels des Schwingsignals ein Resonanzfall der Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement erzeugt. Somit kann das mechanische System der Schalteinrichtung des verschweißten Schützes zum mechanischen Schwingen angeregt werden. Dabei ist angestrebt, das System gezielt zum Aufschwingen zu bringen, sodass es zum Resonanzfall beziehungsweise Resonanzunfall des mechanischen Systems kommt, um dadurch ein Aufbrechen der beiden verschweißten Kontaktelemente zu erzwingen. Weiter wird aufgrund der Tatsache, dass die Schalteinrichtung derart hohe Steuerfrequenzen beziehungsweise Schwingfrequenzen nicht umsetzen kann, das Risiko reduziert, dass sich dieses nach einem erfolgreichen Lösen der Schweißverbindung wieder verschließt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird als Schwingsignal eine Vielzahl von Schwingpulsen mit einer jeweiligen Schwingpulspause erzeugt. Insbesondere wird somit ein „Trial and Error“-Prinzip verfolgt, wobei das Schwingsignal bei jedem Durchlauf mit einer bestimmten konstanten und/oder dynamisch variierten Kombination aus Frequenz und Pulsdauer alternierend getriggert wird. Die Kontaktelemente werden dabei für eine ausreichend lange Zeitspanne mit dem Schwingsignal beaufschlagt. Somit kann mit dem Schwingsignal zuverlässig eine Lösung der Kontaktierung beziehungsweise Schweißverbindung realisiert werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn nach dem Beaufschlagen der Kontaktierung mit dem Schwingsignal mittels der Überwachungseinrichtung der Schaltzustand der Kontaktierung erneut detektiert wird. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass nach der Beaufschlagung der Schweißverbindung mit dem Schwingsignal die Überwachungseinrichtung erneut den Schaltzustand überprüft, und sollte beispielsweise festgestellt werden, dass die Schweißverbindung gelöst ist, so wird kein weiteres Schwingsignal erzeugt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird nach der erneuten Detektion des Schaltzustands der Kontaktierung erneut ein weiteres Schwingsignal erzeugt und die Kontaktierung wird mit dem weiteren Schwingsignal beaufschlagt. Sollte beispielsweise bei dem ersten Schwingsignal die Verschweißung noch nicht gelöst worden sein, so kann dies detektiert werden und nach der Detektion erneut ein Schwingsignal beaufschlagt werden, sodass die Verschweißung erneut versucht wird zu trennen.
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Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn das Schwingsignal mit einer Frequenz von über 1 Hz, insbesondere über 2 Hz, insbesondere über 5 Hz, insbesondere über 10 Hz, insbesondere über 100 Hz, erzeugt wird. Insbesondere wird somit eine Frequenzmodulation des Schwingsignals mit einer weitreichenden Bandbreite vorgeschlagen, die deutlich über der maximalen Frequenz von 1 Hz bis 2 Hz des Schaltverhaltens der Schalteinrichtung liegt, also mit der die Schalteinrichtung geöffnet und geschlossen werden kann. Mit diesen hohen Frequenzen wird darauf abgezielt, das mechanische System des verschweißten Schützes zum mechanischen Schwingen anzuregen.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn eine Schwingpulsdauer des Schwingungssignals, also die Pulsdauer des Steuersignals, moduliert wird. Insbesondere wird somit ein Schwingpuls innerhalb des Schwingsignals zeitlich variiert. Mit anderen Worten kann eine Periodendauer eines Schwingpulses zeitlich variiert werden. Insbesondere besteht das Schwingsignal aus zumindest einem Schwingpuls und einer Schwingpulspause. Die Periodendauer wird dann insbesondere vom Beginn des Schwingpulses bis zum Ende der Schwingpulspause gemessen. Durch die Variation der Schwingpulsdauer ist es ermöglicht, dass unterschiedlich mechanische Belastungen auf die Kontaktierung wirken, wodurch eine zuverlässige Trennung der beiden Kontaktelemente realisiert werden kann.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Schwingsignal mit einer Vielzahl von frequenzmodulierten Schwingpulsen mit unterschiedlichen Schwingpulslängen und/oder Schwingpulspausen erzeugt wird. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass das Schwingsignal dynamisch erzeugt wird. Insbesondere kann innerhalb des Schwingsignals eine Vielzahl von Schwingpulsen bereitgestellt werden, wobei wiederum jeder Schwingpuls frequenzmoduliert ist. Mit der Frequenzmodulation wird die Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit variiert und mit der Pulsdauermodulation das Puls-/Pausenverhältnis. Beispielsweise kann ein erster Schwingpuls eine erste Frequenz aufweisen und ein zweiter Schwingpuls kann eine zweite Frequenz aufweisen. Ebenfalls sind die Schwingpulsdauern und/oder die Schwingpulspausen dynamisch einstellbar. Somit kann eine unterschiedliche Belastung der Kontaktierung realisiert werden, wodurch zuverlässig eine Trennung des verschweißten Zustands der Schalteinrichtung realisiert werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein elektrisches Netz, mit zumindest einem ersten Kontaktelement, mit einem zweiten Kontaktelement, mit einer Überwachungseinrichtung und mit einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei die Schalteinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der Schalteinrichtung durchgeführt.
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Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Netz mit einer Schalteinrichtung, wobei das elektrische Netz insbesondere als elektrisches Bordnetz eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist.
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Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Netz nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch, in besondere vollelektrisch, angetrieben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Schalteinrichtung sowie des elektrischen Netzes anzusehen. Die Schalteinrichtung sowie das elektrische Netz weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Schalteinrichtung;
- 2 ein frequenzabhängiges Diagramm einer Ausführungsform eines Schwingsignals; und
- 3 ein zeitabhängiges Diagramm zur Erzeugung eines Schwingsignals.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform einer Schalteinrichtung 10. Die Schalteinrichtung 10 ist für ein rein schematisch dargestelltes elektrisches Netz 12 ausgebildet. Das elektrische Netz 12 kann beispielsweise ein elektrisches Bordnetz eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs sein. Das Kraftfahrzeug kann auch vollelektrisch betrieben sein. Die Schalteinrichtung 10 weist zumindest ein erstes Kontaktelement 14, ein zweites Kontaktelement 16, eine Überwachungseinrichtung 18 sowie eine elektronische Steuereinheit 20 auf.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das erste Kontaktelement 14 und das zweite Kontaktelement 16 über eine Kontaktbrücke 22 miteinander kontaktiert und bilden somit einen geschlossenen Stromkreis. Die Kontaktbrücke 22 kann über eine Verstelleinrichtung 24 verstellt werden, sodass die elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktelement 14 und dem zweiten Kontaktelement 16 unterbrochen werden kann, wodurch die Schalteinrichtung 10 in einem geöffneten Schaltzustand ist. Im geöffneten Schaltzustand kann dann wiederum keine elektrische Energie vom ersten Kontaktelement 14 zum zweiten Kontaktelement 16 übertragen werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ferner durch das Bezugszeichen 26 ein sogenannter Schützkleber gezeigt. Der Schützkleber, also die Verschweißung, wird vorliegend weiter als sogenannte Kontaktierung 26 bezeichnet, wobei der Schützkleber lediglich bei einem geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung 10 und einem Öffnungssignal für die Schalteinrichtung 10 zu verzeichnen ist.
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Beim Verfahren zum Betreiben der Schalteinrichtung 10 des elektrischen Netzes 12 wird die Schalteinrichtung 10 zwischen einer elektrischen Spannungsquelle des elektrischen Netzes 12 und einem elektrischen Verbraucher des elektrischen Netzes 12 verschaltet und es wird in Abhängigkeit von einem Steuersignal für die Schalteinrichtung 10 die Kontaktierung 26 zwischen dem ersten Kontaktelement 14 und dem zweiten Kontaktelement 16 geschlossen oder geöffnet, wobei mittels der Überwachungseinrichtung 18 der Schalteinrichtung 10 ein Schaltzustand der Schalteinrichtung 10 in Abhängigkeit von dem Steuersignal detektiert wird. Vorliegend kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das erste Kontaktelement 14 mit der elektrischen Spannungsquelle gekoppelt ist und das zweite Kontaktelement 16 kann mit dem elektrischen Verbraucher gekoppelt sein.
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Es ist vorgesehen, dass bei einem detektierten geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung 10 bei einem Steuersignal, welches eine Öffnung der Schalteinrichtung 10 vorschreibt, ein Schwingsignal 28 zum Anregen der Kontaktierung 26 zwischen dem ersten Kontaktelement 14 und dem zweiten Kontaktelement 16 mittels der elektronischen Steuereinheit 20 erzeugt wird und die Kontaktierung 26 mit dem Schwingsignal 28 beaufschlagt wird, sodass mittels des Schwingsignals 28 die Kontaktierung 26 zwischen dem ersten Kontaktelement 14 und dem zweiten Kontaktelement 16 gelöst wird, in dem durch die Modulation des Steuersignals, also des Schwingsignals 28 eine mechanische Schwingung der Schweißverbindung 26 bzw. der Kontakte hervorgerufen wird.
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Vorliegend ist insbesondere die Verschweißung zwischen dem ersten Kontaktelement 14 und der Kontaktbrücke 22 gezeigt. Es ist selbstverständlich, dass bei einer Ausführungsform ohne die Kontaktbrücke 22 die Verschweißung zwischen dem ersten Kontaktelement 14 und dem zweiten Kontaktelement 16 direkt aufgefunden werden kann. Ferner kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch zwischen dem zweiten Kontaktelement 16 und der Kontaktbrücke 22 die Verschweißung auftreten.
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Mit anderen Worten ist vorgesehen, sollte der Schützkleber, also vorliegend die Kontaktierung 26, vorliegen, so wird das Schwingsignal 28 erzeugt, also das Steuersignal moduliert, sodass der Schützkleber gelöst werden kann. Dadurch kann dann wiederum die Kontaktbrücke 22 verstellt werden, sodass die Schalteinrichtung 10 sich im geöffneten Zustand befindet.
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Insbesondere kann somit die verschweißte Schalteinrichtung 10, wobei die Schalteinrichtung 10 auch als Schütz bezeichnet werden kann, durch gezieltes Ansteuern zum mechanischen Schwingen angeregt werden und dadurch das Aufbrechen der Schweißverbindung beziehungsweise der Kontaktierung 26 und somit ein Öffnen des Schützes ermöglicht werden.
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Das Verfahren kann als sogenannter „Burst-Mode“ bezeichnet werden. Dieser Burst-Mode wird aktiviert, wenn ein angefordertes Öffnen von zumindest einem Schütz mittels bekannter Methoden zur Spannungsmessung, beispielsweise der Überkreuz-Spannungsmessung, vom HV(+)-Potential vor dem Schütz batterieseitig zum HV(-)-Potential nach dem Schütz fahrzeugseitig und umgekehrt, einer Spannungsmessung an den Hilfskontakten oder weiteren Spannungsmessungen, nicht erfolgreich bestätigt werden kann. In diesem Burst-Mode wird das Schwingsignal 28 des zu öffnenden Schützes mittels einer Kombination aus Frequenz- und Puls-Modulation moduliert.
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2 zeigt ein frequenzabhängiges Diagramm. Insbesondere ist die Amplitude der mechanischen Schwingung in Abhängigkeit der Frequenz des Steuersignals aufgetragen. Mit dem Bezugszeichen 30 ist insbesondere ein sogenannter Resonanzfall für die Kontaktierung 26 gezeigt. Ferner ist eine Anregung 32 gezeigt. Insbesondere zeigt die 2 somit, dass mittels des Schwingsignals 28, also dem modulierten Steuersinal, der Resonanzfall 30 der Kontaktierung 26 zwischen dem ersten Kontaktelement 14 und dem zweiten Kontaktelement 16 erzeugt wird.
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Insbesondere, da die resultierende Schwingungsamplitude des mechanischen Systems nicht gemessen werden kann, da die Resonanzfrequenz des mechanischen Systems unbekannt ist und diese für jeden Verschweißungszustand variieren kann, wird mithilfe des Burst-Mode systematisch versucht, ein mechanisches Aufschwingen und somit den Resonanzfall 30 des mechanischen Systems hervorzurufen. Der Ablauf des Burst-Mode gleicht dabei dem „Trial and Error“-Prinzip, wobei das Schwingsignal 28 des betroffenen Schützes bei jedem Durchlauf mit einer bestimmten konstanten und/oder dynamisch variierenden Kombination aus Frequenz und Pulsdauer alternierend getriggert wird.
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3 zeigt ein weiteres schematisches zeitabhängiges Diagramm. In der 3 ist insbesondere gezeigt, dass das Schwingsignal 28 aus einer Vielzahl von Schwingpulsen 34, insbesondere Rechteckpulsen, mit einer jeweiligen Schwingpulspause 36 erzeugt werden kann. Ein jeweiliger Schwingpuls 34 weist insbesondere eine Pulsdauer 38 auf. Aus einem Schwingpuls 34 und einer Schwingpulspause 36 kann insbesondere eine Schwingpulsperiode bereitgestellt werden.
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Insbesondere ist gezeigt, dass das Schwingsignal 28 frequenzmoduliert wird. Das Schwingsignal 28 kann beispielsweise bei einer Frequenz von über 1 Hertz, insbesondere über 2 Hertz, insbesondere über 5 Hertz, insbesondere über 10 Hertz, insbesondere über 100 Hertz, erzeugt werden. Ferner kann auch eine Schwingpulsdauer 38 im Schwingsignal 28 moduliert werden. Des Weiteren kann das Schwingsignal 28 mit einer Vielzahl von frequenzmodulierten Schwingpulsen 34 mit unterschiedlichen Schwingpulsdauern 38 und/oder Schwingpulspausen 36 erzeugt werden.
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Des Weiteren ist insbesondere gezeigt, dass nach dem Beaufschlagen der Kontaktierung 26 mit dem Schwingsignal 28 mittels der Überwachungseinrichtung 18 der Schaltzustand der Kontaktierung 26 erneut detektiert wird, um beispielsweise nach der erneuten Detektion des Schaltzustands der Kontaktierung 26 erneut ein weiteres Schwingsignal 28 erzeugt wird und die Kontaktierung 26 mit dem weiteren Schwingsignal 28 beaufschlagt wird. Insbesondere ist dies durch eine Prüfsequenz 40 gezeigt.
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Insbesondere kann somit bei der Frequenzmodulation des Schwingsignals 28 vorteilhaft eine weitreichende Bandbreite abgedeckt werden, die mitunter deutlich über der maximalen Frequenz liegt, die mit der Schalteinrichtung 10 geöffnet und geschlossen werden kann, was insbesondere zwischen 1 bis 2 Hertz liegt. Mit diesen hohen Frequenzen wird darauf abgezielt, das mechanische System des verschweißten Schützes zum mechanischen Schwingen anzuregen. Dabei wird es angestrebt, das System gezielt zum Aufschwingen zu bringen, somit den Resonanzfall 30 beziehungsweise Resonanzunfall des mechanischen Systems hervorzurufen und dadurch das Aufbrechen der Schweißverbindung zu erzwingen. Weiterhin wird aufgrund der Tatsache, dass ein Schütz derart hohe Steuerfrequenzen nicht umsetzen kann, das Risiko reduziert, dass sich dieses nach einem erfolgreichen Lösen der Schweißverbindung wieder verschließt.
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Wie in der 3 dargestellt, wird das derart modulierte Schwingsignal 28 bei jedem Durchlauf für eine ausreichend lange Zeitspanne beaufschlagt. Die Zeitsequenz wird im Folgenden als Burst-Sequenz bezeichnet. Im Anschluss an eine solche Burst-Sequenz erfolgt die Prüfsequenz 40 für eine definierte Zeitspanne, bei der das Steuersignal konstant „öffnen“ befiehlt. Innerhalb der Prüfsequenz 40 wird somit getestet, ob die Kontaktierung 26 durch die vorherige Burst-Sequenz gelöst werden konnte und sich das entsprechende Schütz öffnen lässt. Dabei wird mit bekannten Methoden der Spannungsmessung geprüft, ob eine Öffnung des Schützes erfolgreich verifiziert werden kann. Solange kein erfolgreiches Öffnen verifiziert werden kann, erfolgt ein erneuter Durchlauf, bei dem das Schütz mit einer weiteren Burst-Sequenz beaufschlagt wird, wobei das Schwingsignal 28 mit einer variierten Kombination aus Frequenz und Pulsdauer moduliert wird. Die beiden Variablen der Frequenz und der Pulsdauer können während einer jeden Burst-Sequenz jeweils konstant sein und/oder dynamisch verändert werden. Außerdem erfolgt während des gesamten Burst-Mode eine kontinuierliche Überprüfung der Schütz-Stellung, wobei eine sofortige Unterbrechung des Burst-Mode erfolgt, sobald ein geöffnetes Schütz festgestellt wird.
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Bei der Vorgehensweise zur Variation des modulierten Schwingsignals 28 empfiehlt es sich, möglichst systematisch vorzugehen, um zu ermöglichen, dass eine möglichst hohe Erfolgschance bezüglich einer Anregung im Resonanzbereich des mechanischen Systems erfolgt. Es kann hierzu vorgesehen sein, dass dabei jegliche Strategien zur Variation der Schwingsignalmodulation sowie deren Kombination berücksichtigt werden. Dabei kann die Frequenz- und/oder Pulsdauer-Modulation sowohl rein statisch als auch dynamisch variiert werden. Mitunter können diesbezüglich sogenannte Sweep-Verfahren angewandt werden, wobei die Frequenz des Steuersignals innerhalb jeder Burst-Sequenz einen vorgegebenen Bereich durchläuft.
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Sobald zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Burst-Modes eine erfolgreiche Öffnung eines betroffenen Schützes verifiziert wird, wird sofort ein Notbetrieb des Kraftfahrzeugs eingeleitet. In diesem Notbetrieb ist kein erneutes Schließen der Schütze der betroffenen Hochvolt-Batterie mehr möglich. Dies wird zur Sicherheit durch eine softwarebasierte, spezielle Routine abgesichert, welche ausschließlich von autorisiertem Fachpersonal, zum Beispiel mittels eines Diagnosetesters, aufgehoben werden kann. Somit wird gewährleistet, dass die Anschlüsse der betroffenen Batterie spannungsfrei sind. Weiterhin wird mitunter vermieden, dass die betroffene Batterie beispielsweise weiterverkauft wird und ohne eine Beachtung der Fehlerhistorie in einem anderen Kraftfahrzeug verbaut und in Betrieb genommen wird.
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Wenn das Kraftfahrzeug über mindestens eine weitere funktionsfähige HV-Batterie verfügt, besteht die Möglichkeit, das Kraftfahrzeug im Notbetrieb über diese Batterie zu versorgen und somit aus eigener Kraft in die nächste Werkstatt zu fahren.
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Insgesamt zeigt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lösen eines verschweißten Schützkontaktes.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schalteinrichtung
- 12
- elektrisches Netz
- 14
- erstes Kontaktelement
- 16
- zweites Kontaktelement
- 18
- Überwachungseinrichtung
- 20
- elektronische Steuereinheit
- 22
- Kontaktbrücke
- 24
- Verstelleinrichtung
- 26
- Kontaktierung
- 28
- Schwingsignal
- 30
- Resonanzfall
- 32
- Anregung
- 34
- Schwingpuls
- 36
- Schwingpulspause
- 38
- Schwingpulsdauer
- 40
- Prüfsequenz
- f
- Frequenz
- t
- Zeit
