DE102020108493B4

DE102020108493B4 - Diagnosegerät und Verfahren zur Diagnose

Info

Publication number: DE102020108493B4
Application number: DE102020108493.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dittrich
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2040-03-28
Also published as: DE102020108493A1

Abstract

Diagnosegerät (11) für ein Hochvolt-Schütz (S1, S2) in einem Fahrzeug (10), wobei das Hochvolt-Schütz (S1, S2) eine Spule und einen Anker aufweist, und wobei das Diagnosegerät (11) einen Strommesser (IS1, IS2) zum Erfassen des Spulenstroms und einen Spannungsmesser (VS1, VS2) zum Erfassen der Spulenspannung aufweist, gekennzeichnet durcheine Auswerteeinrichtung (AE), die ausgebildet ist,aus der erfassten Spulenspannung und aus dem erfassten Spulenstrom einen vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werteverlauf (20) in Beziehung zum Spulenstrom zu ermitteln,den Werteverlauf in einem ersten Bereich (26) zu einem ersten Extrapolationsverlauf (22) zu extrapolieren;den Werteverlauf in einem zweiten Bereich (28) zu einem zweiten Extrapolationsverlauf (24) zu extrapolieren;und ein Fehlersignal bereitzustellen, wenn die Differenz zwischen dem ersten Extrapolationsverlauf (22) und dem zweitenExtrapolationsverlauf (24) kleiner als ein vorgebbarer Schwellwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (AE) ausgebildet ist, aus dem Spulenstrom und der Spulenspannung den Innenwiderstand der Spule zu ermitteln und den Innenwiderstand der Spule zur Ermittlung des vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werteverlaufs (20) zu verwenden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnosegerät für ein Hochvolt-Schütz in einem Fahrzeug. Das Hochvolt-Schütz weist eine Spule und einen Anker auf und kann wie ein Relais ausgebildet sein. Das Diagnosegerät weist einen Strommesser zum Erfassen des Spulenstroms und einen Spannungsmesser zum Erfassen der Spulenspannung auf. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Diagnose eines Hochvolt-Schützes in einem Fahrzeug.
Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeug und/oder Hybridfahrzeuge können Bordnetze mit Spannungen von über 60 V nutzen. Solche Spannungen im Fahrzeug werden als Hochvolt-Spannungen bezeichnet. Dazugehörige Batterien werden als Hochvolt-Batterien bezeichnet. Sie werden beispielsweise zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt und deshalb auch als Traktionsbatterien bezeichnet. Es sind beispielsweise Traktionsbatterien für Fahrzeuge bekannt, die Spannungen von 400 V oder sogar 800 V liefern.
Ein Schütz, auch Schaltschütz genannt, ist ein elektrisch oder elektromagnetisch betätigter Schalter für große elektrische Leistungen und ähnelt einem Relais für große elektrische Leistungen. Das Schütz kennt in der Regel zwei Schaltstellungen und schaltet im Normalfall monostabil. Zwei Kontakte eines Schützes können dabei durch ein bewegliches Schaltstück verbunden oder getrennt werden. Die Bewegung des Schaltstücks erfolgt über einen Anker, der durch das von einer Spule erzeugt Magnetfeld bewegt wird. Bei einem sogenannten Schützkleber klebt der Anker in seiner Schaltposition fest und kann nicht in seine Ruhelage zurückkehren. Die Schaltwirkung des Schützes ist damit beeinträchtigt.
In DE 10 2016 107 598 B3 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen eines Hochvolt-Schützes in einem Fahrzeug beschrieben. Während eines Schaltvorgangs des Hochvolt-Schützes wird die Spulenspannung und/oder der Spulenstrom gemessen und in einer Auswerteeinrichtung werden daraus Bewegungsinformationen des Ankers ermittelt.
In DE 195 05 219 A1 wird die Lage eines Ankers einer elektromagnetischen Stelleinrichtung über den magnetischen Fluss der Spule bestimmt.
Demgegenüber soll die Diagnose eines Schützes in einem Fahrzeug schneller, günstiger und/oder zuverlässiger ausgestaltet werden.
Ein Diagnosegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist jeweils aus der US 2020 / 0 079 222 A1 . sowie der WO 2008 / 064 694 A1 bekannt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Diagnosegerät gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzelnen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner angemerkt, dass eine hierin nachstehend verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Ein Hochvolt-Schütz in einem Fahrzeug weist eine Spule und einen Anker zum Schalten elektrischer Leistungen im Fahrzeug auf. Der Anker ist mit den Schaltkontakten des Schützes mechanisch gekoppelt. Durch die Bewegung des Ankers ändert sich der Luftspalt zwischen Spule und Anker und es ändert sich das Magnetfeld und damit der magnetische Fluss der Spule.
Ein oder mehrere Hochvolt-Schütze können beispielsweise in einem Elektroauto zur Erfüllung von Sicherheitsanforderungen eingesetzt werden, z. B. für das zuverlässige Trennen oder Zuschalten einer Hochvolt-Batterie von einer Last und/oder von Ladedosenkontakten. Die Klemmenspannung des Hochvolt-Schützes ist die Spannung, die an den beiden Schaltklemmen des Schützes anliegt. Die Schaltklemmen sind dabei die Klemmen, zwischen denen die Last des Schützes zugeschaltet oder getrennt wird.
Ein Diagnosegerät für einen Hochvolt-Schütz in einem Fahrzeug weist einen Strommesser zum Erfassen des Spulenstroms auf. Der Spulenstrom ist der Strom, der durch die Spule fließt. Das Diagnosegerät weist einen Spannungsmesser zum Erfassen der Spulenspannung auf. Die Spulenspannung ist die Spannung, die an der Spule anliegt. Das Diagnosegerät weist außerdem eine Auswerteeinrichtung auf, die ausgebildet ist, aus der erfassten Spulenspannung und aus dem erfassten Spulenstrom, den Innenwiderstand der Spule zu ermitteln und aus dem Innenwiderstand einen vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werteverlauf in Beziehung zum Spulenstrom zu ermitteln. Hierfür werden zu verschiedenen Zeitpunkten beispielweise Wertepaare ermittelt. Ein erster Wert des Wertepaares ist vom magnetischen Fluss abgeleitet. Ein zweiter Wert des Wertepaares ist der Spulenstrom oder ein vom Spulenstrom abgeleiteter Wert. Anschließend werden die ermittelten Wertepaare für jeden Zeitschritt über dem jeweils korrelierenden anderen Wert des Wertepaares aufgetragen. Der vom magnetischen Fluss abgeleitete Wert kann auch der magnetische Fluss selbst sein.
Beispielsweise sind beim Werteverlaufs die ersten Werte, d. h. die vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werte, in Richtung einer x-Achse aufgetragen und die zweiten Werte, d. h. die vom Spulenstrom abgeleiteten Werte, in Richtung einer y-Achse aufgetragen.
Zur Diagnose des Hochvolt-Schützes wird in der Auswerteeinheit der ermittelte Werteverlauf in einem ersten Bereich zu einem ersten Extrapolationsverlauf extrapoliert und der Werteverlauf in einem zweiten Bereich zu einem zweiten Extrapolationsverlauf extrapoliert. Es wird die Fläche zwischen den beiden Extrapolationsverläufen, also den extrapolierten Werteverläufen ermittelt. Es wird ein Fehlersignal bereitgestellt, wenn die Fläche zwischen dem ersten Extrapolationsverlauf und dem zweiten Extrapolationsverlauf kleiner als ein vorgebbarer Schwellwert ist. Die Fläche zwischen den Werteverläufen repräsentiert die im Luftspalt gespeicherte bzw, aufgewendete magnetische Koenergie. Die magnetische Koenergie ist direkt proportional zur Luftspaltänderung. Liegt die Differenz der beiden Extrapolationsverläufe über einem vorgebbarer Schwellwert, ist die magnetisch Koenergie also groß, wird davon ausgegangen, dass sich der Luftspalt in hinreichendem Maße geändert hat und das Relais somit seine Funktion erfüllt. Ist die Differenz, insbesondere der Betrag der Differenz, der Extrapolationsverläufe klein oder nicht vorhanden, ist auch die magnetische Koenergie klein oder nicht vorhanden und es wird folglich daraus abgeleitet, dass eine Bewegung des Ankers und das damit verbundene Öffnen oder Schließen des Relais nicht stattgefunden hat. Es wird von dem Diagnosegerät ein Fehlersignal bereitgestellt.
Das Fehlersignal wird zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Die Weiterverarbeitung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Ausgabe an den Fahrer erfolgt, beispielsweise mit dem Inhalt, eine Werkstatt aufzusuchen. Die Weiterverarbeitung kann auch alternative oder zusätzliche Arbeitsschritte umfassen, beispielsweise das Ablegen in einem Fehlerspeicher und/oder die Ausgabe an ein oder mehrere weitere Steuergeräte.
Der Werteverlauf des vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Wertes weist eine charakteristische Form auf, die vom Schütz abhängig ist. Tritt in dem Hochvolt-Schütz ein Fehler, z. B. durch einen Schützkleber, auf, so ändert sich die Differenz zwischen erstem und zweitem Extrapolationsverlauf. Sich diesen Zusammenhang zunutze zu machen, ist besonders vorteilhaft, da die absolute Höhe und Breite des Werteverlaufes des vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Wertes auch von Temperatur, Spannung und/oder Strom abhängt. Durch die Verwendung der Differenz, insbesondere des Betrages der Differenz, können sich diese Effekte aufheben und es kann auf den Einfluss der Luftspaltänderung geschlossen werden. Hierdurch lässt sich zuverlässig und schnell eine Fehlfunktion des Hochvolt-Schützes ermitteln
Der vorgebbare Schwellwert ist bevorzugt von der Spulengeometrie und der Geometrie des Schützes abhängig. Die Form des ersten und/oder des zweiten Extrapolationsverlaufes ist beispielsweise auch vorgebbar. Bevorzugt haben der erste und/oder der zweite Extrapolationsverlauf jeweils die Form eines Polynoms.
In einer Ausführungsform haben der erste und der zweite Extrapolationsverlauf die gleiche Form.
Die Ermittlung des ersten und/oder zweiten Extrapolationsverlaufs erfolgt bevorzugt durch eine Regression im ersten und/oder zweiten Bereich, bei der eine Rückführung der Messpunkte auf einen möglichen Verlauf vorgenommen wird.
Das Heranziehen eines vom magnetischen Fluss abgeleiteten Wertes hat gegenüber dem Heranziehen von Spulenstrom oder Spulenspannung den Vorteil, dass der Werteverlauf schneller und zuverlässiger ausgewertet werden kann. Bei Spulenspannung und Spulenstrom können Minima und Maxima in Abhängigkeit vom Ansteuersignal variieren, was die Auswertung schwieriger macht.
Der magnetische Fluss oder der vom magnetischen Fluss abgeleitete Wert kann über die Spulenspannung, den Spulenstrom, den Innenwiderstand der Spule und die Spannung über den Schaltkontakten, d. h. der Klemmenspannung des Hochvolt-Schützes, ermittelt werden. Hierfür wird bevorzugt im statischen Zustand, d. h. ohne Änderung des Spulenstromes, z. B. vor einem Schaltvorgang, der Innenwiderstand der Spule auch Spulenspannung und Spulenstrom nach dem Ohm'schen Gesetz bestimmt. Unter der Annahme, dass sich der Innenwiderstand der Spule beim Schaltvorgang nicht ändert, wird für die Berechnung des magnetischen Flusses oder des von ihm abgeleiteten Wertes, der Innenwiderstand verwendet, der kurz vor Beginn eines Schaltvorgangs bestimmt wurde. Bevorzugt wird der Innenwiderstand der Spule permanent aus Spulenstrom und Spulenspannung bestimmt und jeweils der bestimmte Wert kurz vor einem Schaltvorgang zur Berechnung des magnetischen Flusses oder des vom magnetischen Fluss abgeleiteten Wertes herangezogen.
In einer Ausführungsform ist der vom magnetischen Fluss abgeleitete Wert ein verketteter magnetischer Fluss der Spule. Als verketteter Fluss wird der gesamte magnetische Fluss der Spule über alle Windungen der Spule bezeichnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Hochvolt-Schütz mittels des Spulenstroms gesteuert, d. h. geschaltet. Es ist ebenfalls möglich, das Hochvolt-Schütz über die Spulenspannung zu schalten.
In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit ausgebildet, den Wertverlauf des vom magnetischen Fluss abgeleiteten Wertes während eines Schaltvorgangs des Schützes zu ermitteln. Bevorzugt erfolgt die Ermittlung des Werteverlaufes während eines Einschaltvorgangs, jedoch ist auch eine Ermittlung des Werteverlaufes während eines Trennvorgangs möglich.
Das Hochvolt-Schütz ist in einer Ausführungsform zwischen einen Anschluss einer Traktionsbatterie des Fahrzeuges sowie einen Anschluss einer Ladedose schaltbar. Bevorzugt ist ein weiterer Hochvolt-Schütz dann zwischen einen anderen Anschluss der Traktionsbatterie und einen anderen Anschluss der Ladedose schaltbar. Hierdurch soll ein sicheres Laden erreicht werden und vermieden werden, dass die Ladekontakte des Fahrzeuges außerhalb eines Ladevorgangs mit den Anschlüssen der Traktionsbatterie in elektrischer Verbindung stehen. Somit soll vermieden werden, dass die Ladekontakte des Fahrzeuges außerhalb des Ladevorgangs unter hoher Spannung stehen. Der Ladevorgang kann dabei so definiert werden, dass es der Zeitraum ist, in dem die Traktionsbatterie des Fahrzeuges mit Energie über die Ladekontakte des Fahrzeuges versorgt wird. Für den Ladevorgang werden die Ladekontakte des Fahrzeuges an die Ladedose angeschlossen und während des Ladevorgangs wird Energie von der Ladedose über die Ladekontakte des Fahrzeuges an die Batterie des Fahrzeuges, insbesondere die Traktionsbatterie des Fahrzeuges übertragen.
In einer Ausführungsform wird das Hochvolt-Schütz beim Start des Ladevorgangs der Traktionsbatterie durch einen Schaltvorgang geschlossen und/oder das Hochvolt-Schütz beim Beenden des Ladevorgangs durch einen Schaltvorgang geöffnet, also getrennt.
Bei einem Verfahren zur Diagnose eines Hochvolt-Schützes in einem Fahrzeug wird der Spulenstrom und die Spulenspannung erfasst. Erfindungsgemäß wird aus dem Spulenstrom und der Spulenspannung der Innenwiderstand der Spule ermittelt. Es wird ein vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteter Werteverlauf in Beziehung zum Spulenstrom unter Verwendung des Innenwiderstands der Spule ermittelt. Der ermittelte Werteverlauf wird aus der Spulenspannung und dem Spulenstrom ermittelt. Der ermittelte Werteverlauf wird in einem ersten Bereich zu einem ersten Extrapolationsverlauf extrapoliert. Der ermittelte Werteverlauf wird in einem zweiten Bereich zu einem zweiten Extrapolationsverlauf extrapoliert. Ein Fehlersignal wird bereitgestellt, wenn die Differenz, insbesondere der Betrag der Differenz, zwischen erstem Extrapolationsverlauf und zweitem Extrapolationsverlauf zu klein ist, d. h. wenn sie unter einem vorgebbaren Schwellwert liegt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente. Es zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug mit zwei Hochvolt-Schützen;
2 ein Beispiel eines Werteverlauf des verketteten Flusses ψ über dem Spulenstrom;
3 schematisch ein Beispiel eines Ablaufs eines Diagnose-Verfahrens;
4 schematisch ein Beispiel eines detaillierteren Ablaufs eines Diagnose-Verfahrens;
5 schematisch ein Beispiel eines Ablaufs eines Ladeverfahrens mit Diagnose.

1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Diagnosegerät 11, mit einer Traktionsbatterie 12 und mit einer Ladedose 14. Bei der Traktionsbatterie 12 handelt es sich um eine Hochvolt-Batterie mit beispielsweise 400 V oder 800 V. Zwischen einen ersten Anschluss 12.1 der Traktionsbatterie 12 und einen ersten Anschluss 14.1 der Ladedose 14 ist ein erstes Hochvolt-Schütz S1 geschaltet. Zwischen einen zweiten Anschluss 12.2 der Traktionsbatterie 12 und einen zweiten Anschluss 14.2 der Ladedose 14 ist ein zweites Hochvolt-Schütz S2 geschaltet. Die Hochvolt-Schütz S1 und S2 dienen zum sicheren Trennen und Verbinden der Traktionsbatterie 12 mit der Ladedose 14. Die Last des Hochvolt-Schützes S1 wird zwischen den Anschlüssen 14.1 und 12.1 geschaltet. Die Last des Hochvolt-Schütz S2 wird zwischen den Anschlüssen 14.2 und 12.2 geschaltet.
Der Hochvolt-Schütz S1 verfügt über zwei Steueranschlüsse S1.1 und S1.2. Der Hochvolt-Schütz S2 verfügt über zwei Steueranschlüsse S2.1 und S2.2. Über diese Steueranschlüsse werden die Schütze S1 und S2 gesteuert. Dies kann mittels einer Spulenspannung und/oder eines Spulenstromes erfolgen.
Das Diagnosegerät 11 weist eine Auswerteeinrichtung AE auf. Das Diagnosegerät 11 weist einen Spannungsmesser VS1 zum Messen der Spulenspannung des Schützes S1 auf. Das Diagnosegerät 11 weist einen Strommesser IS1 zum Messen des Spulenstromes des Schützes S1 auf. Das Diagnosegerät 11 weist außerdem einen Spannungsmesser VS2 zum Messen der Spulenspannung des Schützes S2 auf sowie einen Strommesser IS2 zum Messen des Spulenstromes des Schützes S2 auf.
2 zeigt in schematischer Form einen möglichen Verlauf 20 des Spulenstroms (y-Achse) über dem verketteten magnetischen Fluss ψ (x-Achse) einer Spule eines Beispiels eines Hochvoltschützes S1, S2. Der verkettete magnetische Fluss von 2 ist geschätzt und ist annähernd proportional zur gemessenen Spannung. Es gilt $u (t) = \frac{d Ψ (t)}{d t} + R_{C u} \cdot i (t) .$
Da sich die Ableitung des verketteten magnetischen Flusses $\frac{d Ψ (t)}{d t}$
auch als Differenz ausdrücken lässt, entspricht u(t) - R_Cu · i(t) in einer Näherung dem verketteten magnetischen Fluss ψ(t) · R_Cu kann in einer stationären Endlage für sehr großes t ermittelt werden, da hier $\frac{d Ψ (t)}{d t}$
annähernd 0 wird. Für die Darstellung von 2 wird also von zwei zeitabhängigen Größen u(t) und ψ(t) auf die Darstellung der Größen zueinander gegangen. Hierdurch können die Extrapolationen 22, 24 von 2 durchgeführt werden.
Maßgeblich für die Bewertung der Ankerbewegung ist die Fläche zwischen den extrapolierten Kurven 24 und 22. Die Fläche zwischen den Kurven ist die magnetische Energie, welche über den Zusammenhang ΔW_mag = ΔRδ · Φ²/2 mit der Ankerbewegung verknüpft ist. Da ΔW_mag ermittelt wurde und Φ konstant ist lässt sich somit der direkte Zusammenhang von AW_mag ~ ΔRδ darstellen. ΔRδ ist hierbei die Differenz von Rδ1- Rδ2 - den magnetischen Widerständen des Luftspaltes in der jeweiligen Endlage. Der magnetische Widerstand des Luftspaltes ist wiederum direkt proportional zur Größe des Luftspalts an sich.
Der in 2 gezeigte Verlauf 20 entspricht einem möglichen Verlauf bei einem Schaltvorgang, der das Schütz S1, S2 schließt oder öffnet. Ein erster Extrapolationsverlauf 22 extrapoliert den Werteverlauf 20 im in einem ersten Bereich 26. Der erste Extrapolationsverlauf 22 ist in Form eines Polynoms gegeben. Ist im Bereich 26 die Differenz von Extrapolationsverlauf 22 und Extrapolationsverlauf 24 groß genug, so ist eine erste Bedingung erfüllt, die für eine Entscheidung „Schütz in Ordnung“ nötig ist. Ein zweiter Extrapolationsverlauf 24 extrapoliert den Werteverlauf 20 in einem zweiten Bereich 28. Der zweite Extrapolationsverlauf 24 ist ebenfalls in Form eines Polynoms gegeben. Ist im Bereich 28 die Differenz von Extrapolationsverlauf 22 und Extrapolationsverlauf 24 groß genug, , so ist eine zweite Bedingung erfüllt, die für eine Entscheidung „Schütz in Ordnung“ nötig ist. Sind die erste und die zweite Bedingung erfüllt, so kann auf in der Auswerteeinheit AE auf „Schütz in Ordnung“ entschieden werden.
3 zeigt schematisch ein Beispiel eines Ablaufs 30 eines Diagnoseverfahrens für einen Hochvolt-Schütz mit Spule und Anker, z. B. das Hochvolt-Schütz S1 oder S2 in dem Fahrzeug 10. Das Verfahren 30 kann beispielsweise in dem Diagnosegerät 11 ablaufen. Das Verfahren 30 startet mit Schritt 32. In Schritt a) wird der Spulenstrom erfasst. Dies kann beispielsweise mittels des Strommessers IS1 für das Schütz S1 oder mittels des Strommessers IS2 für das Schütz S2 erfolgen. Der Spulenstrom ist der Strom, der die Spule des Schützes S1, S2 durchfließt. In Schritt b) wird Spulenspannung erfasst. Dies kann beispielsweise mittels des Spannungsmessers VS1 für das Schütz S1 oder mittels des Spannungsmessers VS2 für das Schütz S2 erfolgen. Die Spulenspannung ist die Spannung, die an den Anschlüssen der Spule des Schützes S1, S2 anliegt. In Schritt c) wird dann ein vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteter Werteverlauf 20 in Beziehung zum Spulenstrom aus der erfassten Spulenspannung und aus dem erfassten Spulenstrom ermittelt. Der vom magnetischen Fluss der Spule abgeleitete Werteverlauf 20 kann beispielsweise der verkettete Fluss der Spule sein. In Schritt d) wird der Werteverlauf 20 in dem ersten Bereich 26 zu dem ersten Extrapolationsverlauf 22 extrapoliert. In Schritt e) wird der Werteverlauf 20 in dem zweiten Bereich 28 zu dem zweiten Extrapolationsverlauf 24 extrapoliert.
In Schritt f) wird ein Fehlersignal bereitgestellt, wenn der Betrag der Differenz zwischen erstem und zweitem Extrapolationsverlauf 22 und 24 unter einem vorgebbaren Schwellwert liegt. Das Verfahren endet mit Schritt 34. Das bereitgestellte Fehlersignal kann von der Auswerteeinheit AE z. B. an ein weiteres Steuergerät ausgegeben werden oder über einen Fahrzeugkommunikationsbus zur Verfügung gestellt werden. Es kann ebenfalls an den Fahrer, z. B. verbunden mit der Aufforderung, eine Werkstatt aufzusuchen, ausgegeben werden.
4 zeigt schematisch ein Beispiel eines detaillierteren Ablaufs 50 eines Diagnose-Verfahrens für ein Hochvolt-Schütz S1, S2, wie es beispielsweise in dem Diagnosegerät 11 ausgeführt werden kann. Das Verfahren startet mit Schritt 52. In Schritt 54 wird das Schütz S1, S2 so angesteuert, dass es schließt. In Schritt 56 werden die Messwerte zur Diagnose erfasst, z. B. zwischen 10 ms und 80 ms lang, bevorzugt ca. 40 ms lang. Die in Schritt 54 erfassten Messwerte sind z. B. der Spulenstrom und die Spulenspannung von Schritt a) und b) aus 3. In Schritt 58 wird das Ansteuern des Schützes beendet und das Schütz öffnet. In Schritt 60 werden die erfassten Messwerte gespeichert. Die Schritte 52 bis 60 bilden zusammen die Phase der Datenakquisition des Verfahrens 50.
In Schritt 62 wird in der Auswerteeinheit AE der Widerstand der Spule des Schützes S1, S2 aus dem gemessenen Spulenstrom I_Mess und der gemessenen Spulenspannung U_Mess ermittelt. Der Zeitpunkt, der für die Ermittlung des Widerstandes R der Spule herangezogen wird ist bevorzugt einer, in dem die Spule in einem statischen Zustand ist, also z. B. direkt vor dem Schalten des Schützes S1, S2. In Schritt wird die in der Spule induzierte Spannung U_ind nach der Formel U_ind=U_Mess-(I_Mess*R) berechnet. Durch die Annahme einer konstanten Induktivität H der Spule, können die berechneten Werte in Schritt 66 von U_ind in Richtung der x-Achse eines Charts gegenüber dem gemessenen Spulenstrom I_Mess aufgetragen werden. Der Verlauf entspricht dann dem Verlauf von ψ, wie beispielsweise in 2 dargestellt. In Schritt 68 werden die Wendepunkte des Verlaufes von ψ, z. B. Verlauf 20, ermittelt. In Schritt 70 wird der Verlauf , z. B. Verlauf 20, in einem zweiten Bereich, z. B. Bereich 28, durch lineare Regression ermittelt. In Schritt 72 werden durch Regression die Koeffizienten des Polynoms, das den Verlauf in einem ersten Bereich extrapoliert, z. B. Bereich 26 von Verlauf 20, ermittelt. In Schritt 74 werden die in Schritt 70 und 72 ermittelten Kurven extrapoliert und voneinander subtrahiert. Die Subtraktion erfolgt dabei bezogen auf den ersten Bereich 26 und bezogen auf den zweiten Bereich 28, d. h. für Werte der x-Achse, die dem ersten Bereich 26 und dem zweiten Bereich 28 entsprechen. Dabei entspricht der erste Extrapolationsverlauf dem in Schritt 72 ermittelten Polynom und der zweite Extrapolationsverlauf entspricht dem in Schritt 70 ermittelten Polynom. Die Schritte 62 bis 74 können beispielsweise in der Auswerteeinheit AE ausgeführt werden und bilden zusammen die Verarbeitungsphase des Verfahrens 50. Die Verarbeitungsphase des Verfahrens 50 kann dabei in einer Ausführungsform den Schritten a) bis e) aus 3 entsprechen.
In Schritten 76 und 78 wird ausgewertet, ob die in Schritt 74 ermittelten Beträge der Differenzen groß genug sind, d. h. ob die Fläche zwischen den Extrapolationsverläufen 22 und 24 größer als ein vorgebbarer Schwellwert sind. In Schritt 76 wird dabei der erste Bereich 26 ausgewertet und in Schritt 78 wird der zweite Bereich 28 ausgewertet. Ist dies für beide Bedingungen der Fall, so trifft der Zweig „ja“ von Schritt 80 zu und es wird in Schritt 88 entschieden, dass das Schütz in Ordnung ist. Trifft dies für mindestens eine Bedingung nicht zu, so wird zu Schritt 82 weitergegangen, wo ausgewertet wird, ob beide Bedingungen nicht zutreffen. Dies entspricht dem Zweig „ja“ von Schritt 82. Daraufhin wird in Schritt 90 entschieden, dass das Schütz „nicht in Ordnung“ ist. Falls von den beiden Bedingungen aus den Schritten 76 und 78 eine zutrifft und die andere nicht entspricht dies dem Zweig „ja“ von Schritt 84. Daraufhin wird der Ablauf 50 drei Mal ab Schritt 52 neu durchlaufen, um etwaige transiente Schwankungen abzufangen. Hierfür wird ein Zähler in Schritt 92 hochgezählt und in Schritt 94 die Wiederholung ausgelöst. Nach dem dritten Mal Zweig „ja“ in Schritt 84 - d. h. Zweig „nein“ von Schritt 92, wird in Schritt 96 auf einen Fehler in der Diagnoseroutine 50 erkannt. Falls die Auswertung von den Bedingungen von Schritt 76 und 78 unplausibel ist - Zweig „nein“ von Schritt 84, so wird ebenfalls in Schritt 96 auf einen Fehler der Diagnoseroutine 50 erkannt.
In Schritt 100 wird das Ergebnis gespeichert, zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt und ggf. ausgegeben. Ein Fehlersignal wird beispielsweise ebenfalls in Schritt 100 bereitgestellt. In Schritt 102 wird das Verfahren 50 beendet. Die Schritte 76 bis 102 können beispielsweise in der Auswerteeinheit AE ausgeführt werden und bilden zusammen die Entscheidungsphase des Verfahrens 50. Die Entscheidungsphase des Verfahrens 50 kann dabei in einer Ausführungsform dem Schritt f) aus 3 entsprechen.
5 zeigt schematisch ein Beispiel eines Ablaufs eines Ladeverfahrens 110 eines Elektroautos mit Diagnose. Das Verfahren startet mit Schritt 112. In Schritt 114 wird eine elektrische Verbindung mit dem Ladestecker hergestellt und der Ladestecker mechanisch verriegelt. In Schritt 116 wird die Ladesteuerung Fahrzeugs auf das Laden vorbereitet. In Schritt 118 werden die Hochvolt-Schütze S1, S2 angesteuert und geschlossen. Die Schritte 112 bis 118 bilden zusammen die Vorbereitungsphase des Ladeverfahrens 110.
In Schritt 120 wird das eigentliche Laden durchgeführt. Schritt 122 wird auf einen Fehler oder Absturz beim Laden überprüft. Falls eine solcher nicht vorliegt - Zweig „nein“ von Schritt 122, überprüft die Ladesteuerung des Fahrzeugs in Schritt 124, ob das Laden beendet wurde. Ist dies nicht der Fall - Zweig „nein“ von Schritt 124 -, so wird mit Schritt 120 weiter geladen. Ist das Laden beendet worden - Zweig „ja“ von Schritt 124, so wird zu Schritt 128 übergegangen. Ergibt die Auswertung von Schritt 122, dass ein Fehler oder Crash vorliegt - Zweig „ja“ von Schritt 122 - so werden die Schütze S1, S2 in Schritt 126 geöffnet und danach auch zu Schritt 128 übergegangen.
Die Schritte 120 bis 124 bilden zusammen die Ladephase des Ladeverfahrens 110.
In Schritt 128 wird überprüft, ob die Spannung an der Ladedose kleiner einem Schwellwert, z. B. 60V, ist und der Strom kleiner einem Schwellwert, z. B. 1A, ist. Ist dies nicht der Fall - Zweig „nein“ von Schritt 128 so wird in Schritt 136 auf einen Fehler erkannt und ein Fehlersignal bereitgestellt. Danach wird das Verfahren in Schritt 138 beendet und in Schritt 140 wird der Ladestecker mechanisch entriegelt.
Wird in Schritt 128 erkannt, dass die Spannung an der Ladedose kleiner einem Schwellwert, z. B. 60V, ist und der Strom kleiner einem Schwellwert, z. B. 1A, ist - Zweig „ja“ von Schritt 128 - so wird in Schritt 130 bei der Ladesteuerung abgefragt, ob die Diagnose ausgeführt werden soll. Falls nicht - Zweig „nein“ von Schritt 130, wird Schritt 128 wiederholt. Falls ja - Zweig „ja“ von Schritt 130, so wird das Diagnoseverfahren 50 für das Schütz S1 in Schritt 132 ausgeführt und falls das Schütz S1 in Ordnung ist - Zweig „IO“ von Schritt 132, in Schritt 134 das Diagnoseverfahren 50 für das Schütz S2 ausgeführt. Sind beide Schütze in Ordnung, wird das Verfahren in Schritt 138 beendet und in Schritt 140 wird der Ladestecker mechanisch entriegelt.
Ist einer der Schütze nicht in Ordnung - Zweig „NiO“ von Schritt 132 oder Schritt 134, so wird in Schritt 136 auf einen Fehler erkannt und ein Fehlersignal bereitgestellt. Danach wird das Verfahren in Schritt 138 beendet und in Schritt 140 wird der Ladestecker mechanisch entriegelt. Die Schritte 126 bis 140 bilden zusammen die Beendigungsphase des Ladeverfahrens 110.

Claims

Diagnosegerät (11) für ein Hochvolt-Schütz (S1, S2) in einem Fahrzeug (10), wobei das Hochvolt-Schütz (S1, S2) eine Spule und einen Anker aufweist, und wobei das Diagnosegerät (11) einen Strommesser (IS1, IS2) zum Erfassen des Spulenstroms und einen Spannungsmesser (VS1, VS2) zum Erfassen der Spulenspannung aufweist, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (AE), die ausgebildet ist, aus der erfassten Spulenspannung und aus dem erfassten Spulenstrom einen vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werteverlauf (20) in Beziehung zum Spulenstrom zu ermitteln, den Werteverlauf in einem ersten Bereich (26) zu einem ersten Extrapolationsverlauf (22) zu extrapolieren; den Werteverlauf in einem zweiten Bereich (28) zu einem zweiten Extrapolationsverlauf (24) zu extrapolieren; und ein Fehlersignal bereitzustellen, wenn die Differenz zwischen dem ersten Extrapolationsverlauf (22) und dem zweiten Extrapolationsverlauf (24) kleiner als ein vorgebbarer Schwellwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (AE) ausgebildet ist, aus dem Spulenstrom und der Spulenspannung den Innenwiderstand der Spule zu ermitteln und den Innenwiderstand der Spule zur Ermittlung des vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werteverlaufs (20) zu verwenden.
Diagnosegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Extrapolationsverlauf (22) und der zweite Extrapolationsverlauf (24) vorgebbar sind und vom magnetischen Fluss der Spule abgeleitete Sollwerte in Beziehung zum Spulenstrom angeben.
Diagnosegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Extrapolationsverlauf (22) ein Polynom ist.
Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Extrapolationsverlauf (24) ein Polynom, insbesondere das gleiche Polynom wie für den ersten Extrapolationsverlauf (22), ist.
Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom magnetischen Fluss abgeleitete Wert ein verketteter magnetischer Fluss der Spule ist.
Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des Hochvolt-Schützes (S1, S2) die Spule mit einem Spulenstrom gesteuert wird.
Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (AE) ausgebildet ist, den Werteverlauf (20) während eines Schaltvorgangs des Hochvolt-Schützes (S1, S2) zu ermitteln.
Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvolt-Schütz (S1, S2) zwischen einen Anschluss (12.1, 12.2) einer Traktionsbatterie (12) des Fahrzeuges (10) und einen Anschluss (14.1, 14.2) einer Ladedose (14) schaltbar ist.
Diagnosegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvolt-Schütz (S1, S2) beim Start eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie (12) durch einen Schaltvorgang geschlossen werden kann und/oder dass das Hochvolt-Schütz (S1, S2) beim Beenden eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie (12) durch einen Schaltvorgang geöffnet werden kann.
Verfahren zur Diagnose (30) eines Hochvolt-Schützes (S1, S2) in einem Fahrzeug (10), wobei das Hochvolt-Schütz (S1, S2) eine Spule und einen Anker aufweist, mit den Schritten, a) Erfassen des Spulenstromes; b) Erfassen der Spulenspannung; c) Ermitteln eines vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werteverlaufs (20) in Beziehung zum Spulenstrom aus der erfassten Spulenspannung und aus dem erfassten Spulenstrom; d) Extrapolieren des Werteverlaufs in einem ersten Bereich (26) zu einem ersten Extrapolationsverlauf (22); e) Extrapolieren des Werteverlaufs in einem zweiten Bereich (28) zu einem zweiten Extrapolationsverlauf (24); f) Bereitstellen eines Fehlersignals, wenn die Differenz zwischen erstem Extrapolationsverlauf (22) und zweitem Extrapolationsverlauf (24) kleiner als ein vorgebbarer Schwellwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Spulenstrom und der Spulenspannung dee Innenwiderstand der Spule ermittelt wird und der Innenwiderstand der Spule zur Ermittlung des vom magnetischen Fluss der Spule abgeleiteten Werteverlaufs (20) verwendet wird.