DE102020117672A1

DE102020117672A1 - Verfahren zur Überwachung der Filterfunktion und Filteranordnung

Info

Publication number: DE102020117672A1
Application number: DE102020117672.4A
Authority: DE
Inventors: Bastian Arndt
Original assignee: AVL Software and Functions GmbH
Current assignee: AVL Software and Functions GmbH
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-01-05

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Filters (2) vorgeschlagen. Der Filter (2) ist in oder an einer Stromversorgungsleitung angeordnet, vorzugsweise eingebaut in einem Gleichspannungsnetz und/oder einem Traktionsnetz eines Kraftfahrzeugs, um Störungen zu filtern. Um bei laufendem Betrieb eine unterbrechungsfreie Funktionsprüfung zu ermöglichen wird vorgeschlagen, dass am Eingang und/oder am Ausgang des Filters (2) ein Funktionsdetektor angeordnet ist, und dass mit dem Funktionsdetektor (3) eine Mittelwertbildung durchgeführt wird, und dass durch die Mittelwertbildung ein Spannungswert ermittelt wird und der ermittelte Spannungswert zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Filters (2) herangezogen wird, indem der ermittelte Spannungswert mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Filteranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 14.
In der Praxis werden Filter verwendet um Störungen, insbesondere elektromagnetische Störungen, zu unterdrücken. Infolge von Alterung einzelner Bauteile oder bei defekten Bauteilen können die Filter degradieren oder ganz ausfallen. Oftmals wird ein solcher Ausfall oder eine Verschlechterung des Filters nicht oder nur sehr spät bemerkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters und eine Filteranordnung bereitzustellen. Insbesondere soll die Funktionsprüfung bei laufendem Betrieb erfolgen können, vorzugsweise ohne dass zu der Funktionsprüfung die normale Funktion des Filters unterbrochen werden muss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Filteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters vorgesehen, vorzugsweise zur Funktionsprüfung eines Hochfrequenzfilters oder eines EMV-Filters, insbesondere eines Common-Mode-Filters und/oder eines Differential-Mode-Filters, wobei der Filter einen aktiven Filter und/oder einen passiven Filter und/oder einen digitalen Filter umfasst. Der Filter ist in oder an einer Stromversorgungsleitung angeordnet, vorzugsweise eingebaut in einem Gleichspannungsnetz und/oder einem Traktionsnetz eines Kraftfahrzeugs, um Störungen zu filtern. Wesentlich dabei ist, dass am Eingang und/oder am Ausgang des Filters ein Funktionsdetektor angeordnet ist, und dass mit dem Funktionsdetektor eine Mittelwertbildung durchgeführt wird, und dass durch die Mittelwertbildung ein Spannungswert ermittelt wird und der ermittelte Spannungswert zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Filters herangezogen wird, indem der Spannungswert mit einem Schwellwert verglichen wird.
Von Vorteil ist, dass durch das Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters die Qualität bzw. Funktionsfähigkeit des Filters im laufenden Betrieb, sozusagen inline, geprüft werden kann. Das Filter muss zur Prüfung weder ausgebaut werden, noch muss ein Schaltungseingriff oder eine Unterbrechung des normalen Betriebs erfolgen.
Die Funktionsprüfung des Filters kann fortlaufend erfolgen. Damit kann die Detektion eines Fehlers oder eine Verschlechterung der Filterwirkung zeitnah, quasi sofort mit Auftreten des Fehlers erfolgen.
Die Funktionsprüfung des Filters beinhaltet eine Mittelwertbildung bzw. eine Gleichrichtung. Die Mittelwertbildung erfolgt insbesondere über die auf einer Leitung im Eingangsbereich oder im Ausgangsbereich des zu prüfenden Filters vorhandenen Störsignale. Damit wird ein Maß für die Intensität bzw. die Amplitude der Störsignale erhalten.
Vorzugsweise erfolgt die Mittelwertbildung nachdem ein Nutzsignal von den Störsignalen abgetrennt wurde. Das kann bspw. über einen Hochpass erfolgen. Wenn das Nutzsignal eine Gleichspannung ist, kann hier bspw. ein Kondensator verwendet werden, um die Störsignale auszukoppeln. Wenn das Nutzsignal Wechselspannungen beinhaltet, kann die Auskopplung der Störsignale mittels eines Hochpassfilters erfolgen, um die Nutzsignale von den Störsignalen zu trennen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mittelwertbildung laufend bzw. kontinuierlich, oder über einen vorbestimmten Zeitraum, insbesondere periodisch durchgeführt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass der durch die Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert durch einen Detektor oder Gleichrichter, vorzugsweise durch einen Diodengleichrichter ermittelt wird. Dies ermöglicht eine kostengünstige Umsetzung des Verfahrens und eine einfache Integration in bestehende Filtertopologien. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Diodengleichrichter unabhängig von einer Versorgungsspannung oder Hilfsspannungsversorgung funktionsfähig ist. Dadurch wird die Zuverlässigkeit erhöht und der notwendige Schaltungsaufwand verringert.
Durch die Mittelwertbildung bzw. Gleichrichtung wird ein Spannungswert ermittelt, der ein Maß für die Störungen darstellt. Um zu beurteilen, ob die Störungen oberhalb oder unterhalb einer bestimmten Grenze liegen, kann ein Vergleich des ermittelten Spannungswertes mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert oder Sollwert erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass in einer Ausgestaltung der Vergleich des Spannungswertes mit einem Schwellwert durch einen Diskriminator und/oder ein Steuergerät erfolgt.
Es kann vorgesehen sein, dass der durch Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert überwacht wird, vorzugsweise durch ein Steuergerät überwacht wird, indem der erhaltene Spannungswert durch das Steuergerät mit einem Sollwert verglichen wird. Dazu kann der durch Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert direkt an das Steuergerät geleitet werden. Auch die Verstärkung des durch Mittelwertbildung erhaltenen Spannungswerts durch einen Zwischenverstärker kann vorgesehen sein. Der durch Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert kann auch über einen A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt werden, welches über einen digitalen BUS an das Steuergerät geleitet wird.
Vorzugsweise wird bei Überschreitung des vorgebbaren Sollwerts eine Fehleranzeige angesteuert oder es wird ein Fehler gemeldet. Beispielsweise kann im Falle eines Fahrzeugs der Fahrer angewiesen werden in eine Werkstatt zu fahren.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Funktionsdetektor einen Vorfilter umfasst, wobei der Vorfilter als Hochpassfilter und/oder als Bandpassfilter und/oder als Tiefpassfilter ausgebildet sein kann.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Vorfilter einstellbar ist, insbesondere im Hinblick auf seine Grenz- und/oder Übertragungsfrequenz und/oder seine Güte und/oder seine Bandbreite einstellbar ist. Dies ermöglicht, dass die Mittelwertbildung bzw. der durch Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert optimal an ein vorhandenes oder an ein zu erwartendes Störsignal angepasst werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitung wenigstens zwei Adern umfasst, wobei vorzugsweise die wenigstens zwei Adern jeweils ein unterschiedliches Potential aufweisen, und der Vorfilter eine Überlagerung von Signalen der wenigstens beiden Adern der Versorgungsleitung additiv und/oder subtraktiv durchführt, um Common-Mode-Signale und/oder Differential-Mode-Signale auszufiltern.
Es kann vorgesehen sein, dass der Funktionsdetektor eine Schalteinheit aufweist, um zwischen dem Filterausgang und Filtereingang umzuschalten, sodass die Mittelwertbildung wahlweise aus dem Eingangssignal des Filters oder aus dem Ausgangssignal des Filters ermöglicht wird.
Es kann vorgesehen sein, dass bei einer Messung der Funktionsdetektor zwischen dem Eingang des Filters und dem Ausgang des Filters umgeschaltet wird und der durch Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert zwischen dem Eingang des Filters und dem Ausgang des Filters verglichen wird, insbesondere durch Subtraktion und als Maß für die Funktionsfähigkeit des Filters verwendet wird. Durch den Vergleich der Pegel der Störsignale zwischen dem Eingang des Filters und dem Ausgang des Filters kann direkt auf die aktuelle bzw. tatsächliche Dämpfung des Filters geschlossen werden. Sollte die Dämpfung zu klein sein, d. h. nicht ausreichend sein, kann eine Fehlermeldung generiert werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Sollwert für die Differenz zwischen dem Mittelwertsignal des Eingangs des Filters und dem Mittelwertsignal des Ausgangs des Filters vorgebbar ist und die Funktionsfähigkeit des Filters gegeben ist, sofern die Differenz zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal gleich oder größer dem vorgegebenen Sollwert für die Differenz ist. Das bedeutet, dass das Filter als funktionsfähig angesehen wird, wenn die Dämpfung der Störsignale durch das Filter oberhalb eines bestimmten Wertes liegt. Über das Vorfilter kann dabei das Störsignal auf Wunsch gewichtet werden, beispielsweise um einzelne Störfrequenzen bei der Mittelwertbildung stärker zu berücksichtigen.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen dem durch Mittelwertbildung ermittelten Spannungswert zwischen Eingang des Filters und Ausgang des Filters unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt. Dies bedeutet, dass das Fehlersignal generiert wird, sobald die Filterwirkung des Filters nicht mehr ausreichend ist.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn der am Eingang des Filters durch Mittelwertbildung ermittelte Spannungswert oberhalb einer zweiten Schwelle liegt. Die zweite Schwelle kann ein Maß für einen zulässigen Maximalpegel der Störsignale auf der Leitung darstellen. Dieses Maß kann überschritten werden, wenn ein Bauteil der Leitung, beispielsweise ein Umrichter oder ein Inverter defekt ist und ein unzulässig hohes Störsignal generiert. In einem solchen Fall könnte trotz ausreichender Filterwirkung dennoch eine unzulässig hohe EMV-Störung resultieren. Um diesen Fall abzudecken, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der vor dem Filter vorhandene Störsignalpegel ermittelt und ausgewertet werden.
Weiter ist erfindungsgemäß eine Filteranordnung umfassend einen Filter und einen Funktionsdetektor vorgesehen, vorzugsweise zur Umsetzung eines Ausführungsbeispiels des voranstehend beschriebenen Verfahrens, wobei der Filter vorzugsweise als ein Hochfrequenzfilter oder als ein EMV-Filter, insbesondere als ein Common-Mode-Filter und/oder als ein Differential-Mode-Filter ausgebildet ist, und wobei der Filter einen aktiven Filter und/oder einen passiven Filter und/oder einen digitalen Filter umfasst, und wobei der Filter in oder an einer Versorgungsleitung angeordnet ist, um Störungen zu filtern, vorzugsweise eingebaut in einem Gleichspannungsnetz und/oder ein Traktionsnetz eines Kraftfahrzeugs. Wesentlich dabei ist, dass der Funktionsdetektor einen Vorfilter und eine Schaltung zur Mittelwertbildung umfasst, und der Funktionsdetektor einen Diskriminator umfasst, um den durch Mittelwertbildung erhaltenen Spannungswert mit einer vorgebbaren Schwelle zu vergleichen, oder der Funktionsdetektor einen A/D-Wandler umfasst, um den durch Mittelwertbildung erhaltenen Spannungswert in ein Digitalsignal umzuwandeln und an ein Steuergerät über einen BUS weiterzuleiten.
Der BUS kann ein üblicher digitaler BUS, bspw. ein Feldbus oder ein CAN-Bus sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Diskriminatorschwelle einstellbar und/oder programmierbar ist, vorzugsweise dass die Diskriminatorschwelle als Spannungswert über einen D/A-Wandler einstellbar ist. Dadurch können mit ein und derselben Filteranordnung unterschiedliche Schaltschwellen realisiert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Funktionsdetektor und/oder der Vorfilter mit einem Steuergerät verbunden ist, vorzugsweise der Funktionsdetektor und/oder der Vorfilter durch das Steuergerät steuerbar ist. Das Steuergerät kann einerseits die Steuerung der Filteranordnung übernehmen und andererseits die Kommunikation mit übergeordneten Instanzen, bspw. einem Fahrzeugnetz oder einem Bedien- und Anzeigegerät realisieren. Das Steuergerät kann dazu einen Mikroprozessor, einen Speicher mit einem durch den Mikroprozessor auslesbaren ablauffähigen Programmcode sowie wenigstens eine digitale Schnittstelle umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Diskriminator und/oder das Steuergerät einen elektrisch beschreibbaren Speicher aufweist, um mehrere der durch Mittelwertbildung gemessenen Spannungswerte zu speichern, insbesondere fortlaufend zu speichern, vorzugsweise periodisch über die gesamte Lebensdauer des Filters hinweg zu speichern. Dadurch wird eine Langzeit-Überwachung der Funktionsfähigkeit der Filteranordnung ermöglicht.
Es kann vorgesehen sein, dass die gespeicherten Werte untereinander verglichen werden, beispielsweise um eine Alterung des Filters zu detektieren.
Es kann vorgesehen sein, dass die in dem Speicher abgespeicherten Werte ausgelesen werden, vorzugsweise durch einen Messplatz ausgelesen werden, um einen Qualitätsnachweis für die Funktionsfähigkeit des Filters zu erstellen. Beispielsweise kann im Falle eines Elektrofahrzeugs bei turnusmäßigen Kontrollen nachgewiesen werden, dass die EMV-Unterdrückung der Filteranordnung ordnungsgemäß funktioniert. Dieser Funktionsnachweis kann anhand der gespeicherten Werte für das gesamte zurückliegende Zeitintervall seit Zulassung des Fahrzeugs oder seit der letzten turnusmäßigen Kontrolle durchgeführt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Filter in einer Hochvoltgleichspannungsleitung eines Traktionsnetzes eines Fahrzeugs zwischen einer Energiequelle, vorzugsweise einer Batterie, und einer Energiesenke, vorzugsweise einem Elektromotor, angeordnet ist. Insbesondere kann die Hochvoltgleichspannungsleitung eine Spannung größer gleich 200 Volt, vorzugsweise größer gleich 400 Volt, höchst vorzugsweise größer gleich 600 Volt umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Filter für einen Frequenzbereich von 1 kHz bis 1.000 MHz, oder für einen Frequenzbereich von 10 kHz bis 100 MHz, vorzugsweise für einen Frequenzbereich von 50 kHz bis 50 MHz ausgelegt ist.
Eine Anwendung der Erfindung kann im Bereich Elektromobilität oder stationären elektrischen Maschinen oder sonstigen Industrieanwendungen erfolgen.
Weitere Beispiele und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Figuren gezeigt und nachstehend beschrieben. Dabei zeigen:

1: Filter zwischen einer Störquelle und einer Störsenke;
2: Störspektrum mit funktionstüchtigem Filter aus 1 gemessen am Filterausgang;
3: Störspektrum mit defektem Filter aus 1 gemessen am Filterausgang;
4: erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Filteranordnung;
5: zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Filteranordnung mit Schalteinheit, um zwischen Filtereingang und Filterausgang umzuschalten;
6: erstes Ausführungsbeispiel eines Funktionsdetektors aus 4 oder 5;
7: zweites Ausführungsbeispiel eines Funktionsdetektors aus 4 oder 5;
8: drittes Ausführungsbeispiel eines Funktionsdetektors aus 4 oder 5;
9a: Bewertungspegel mit funktionstüchtigem Filter für positive Versorgungsleitung gemessen am Filterausgang;
9b: Bewertungspegel mit funktionstüchtigem Filter für negative Versorgungsleitung gemessen am Filterausgang;
9c: Bewertungspegel mit funktionstüchtigem Filter für Common-Mode-Störungen gemessen am Filterausgang;
9d: Bewertungspegel mit funktionstüchtigem Filter für Differential-Mode-Störungen gemessen am Filterausgang;
10a: Bewertungspegel mit defektem Filter für positive Versorgungsleitung gemessen am Filterausgang;
10b: Bewertungspegel mit defektem Filter für negative Versorgungsleitung gemessen am Filterausgang;
10c: Bewertungspegel mit defektem Filter für Common-Mode-Störungen gemessen am Filterausgang;
10d: Bewertungspegel mit defektem Filter für Differential-Mode-Störungen gemessen am Filterausgang;
11: drittes Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Filteranordnungen aus den 6 bis 8 in der positiven und negativen Versorgungsleitung.

Die Figuren zeigen unterschiedliche beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nicht abschließend sind und nicht einschränkend sind. Abwandlungen oder Kombinationen der gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung kann der Fachmann auf Basis seines handwerklichen Könnens im Rahmen des Schutzbereichs der Ansprüche vornehmen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
1 zeigt einen Filter 2 zwischen einer Störquelle 4, beispielsweise einem Umrichter 4 oder Wechselrichter 4, und einer Störsenke 5, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie 5 oder einem aufladbaren Akku 5, welche über eine positive Versorgungsleitung 6 und eine negative Versorgungsleitung 7 miteinander verbunden sind. Weiter sind in der 1 die Bereiche der Eingangssignal-Messpunkte 8 und der Ausgangssignal-Messpunkte 9 schematisch dargestellt, an denen die Spannung der positiven Versorgungsleitung 6 und/oder der negativen Versorgungsleitung 7 oder zwischen den Versorgungsleitungen oder einem Massepotenzial oder einem negativen oder positiven Bezugspotenzial gemessen werden kann. Der Bereich der Eingangssignal-Messpunkte 8 ist zwischen der Störquelle 4 und dem Filter 2 angeordnet. Der Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9 ist zwischen dem Filter 2 und der Störsenke 5 angeordnet.
2 zeigt ein beispielhaftes Störspektrum, welches im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9 bei einem funktionstüchtigen Filter gemessen wird. Im Vergleich dazu wird mit einem defekten Filter das Störspektrum aus 3 im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9 gemessen.
Die 3 zeigt eine Filteranordnung 1 mit einem Filter 2 und einem Funktionsdetektor 3. Der Filter 2 ist wie in 1 zwischen einer Störquelle 4 und einer Störsenke 5 angeordnet. Der Funktionsdetektor 3 ist im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9 mit der positiven Versorgungsleitung 6 und der negativen Versorgungsleitung 7 verbunden. Es ist auch möglich, dass der Funktionsdetektor 3 mit nur einer Versorgungsleitung verbunden ist. Der Funktionsdetektor 3 kann auch im Bereich der Eingangssignal-Messpunkte 8 mit den Versorgungsleitungen oder nur einer Versorgungsleitung verbunden sein.
Der Funktionsdetektor 3 weist in 4 einen Vorfilter 30, einen Gleichrichter 31 und einen Diskriminator 32 auf. Mit einem Steuergerät 43 können der Vorfilter 30 und der Diskriminator 32 gesteuert werden oder Signale ausgetauscht und verglichen werden. Das Steuergerät 43 übermittelt einen Schwellwert an den Diskriminator. Wenn der Schwellwert überschritten oder unterschritten wird, übermittelt der Diskriminator ein Signal an das Steuergerät 43. Das Steuergerät 43 weist einen Speicher 44 auf und ist mit einem Messplatz 45 verbunden. Die Verbindung zu einem Messplatz 45 ist für die Funktion der Filteranordnung nicht notwendig, sondern dient einer Kontrolle. Die Verbindung zu dem Messplatz 45 ist temporär, beispielsweise über einen nicht dargestellten Diagnosestecker. Beispielsweise kann die Verbindung zu einem Messplatz 45 für turnusmäßige Kontrollen kurzzeitig erfolgen, um Messprotokolle auszulesen oder zu erstellen. Es ist auch möglich, dass die Werte des Diskriminators 32 über das Steuergerät 43 ausgelesen und im Speicher 44 gespeichert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass anstelle eines Diskriminators 32 in der 4 ein A/D-Wandler ausgebildet ist. Im Unterschied zum Diskriminator 32 wird dann ein Signal an das Steuergerät 43 übergeben und dieses Signal im Steuergerät 43 mit einem Schwellwert verglichen.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches sich vom Ausführungsbeispiel der 4 nur darin unterscheidet, dass im Funktionsdetektor 3 eine Schalteinheit 36 vor dem Vorfilter 30 angeordnet ist, damit zwischen einer Messung im Bereich der Eingangssignal-Messpunkte und einer Messung im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte umgeschaltet werden kann.
6 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Funktionsdetektors 3 mit Vorfilter 20, Gleichrichter 31 und Diskriminator 32 zur Messung der Funktion des Filters 2 in der positiven oder negativen Versorgungsleitung 6, 7.
7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Funktionsdetektors 3 mit Vorfilter 20, Gleichrichter 31 und Diskriminator 32 zur Messung der Funktion des Filters 2 für Common-Mode-Störungen in der positiven oder negativen Versorgungsleitung 6, 7.
8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Funktionsdetektors 3 mit Vorfilter 20, Gleichrichter 31 und Diskriminator 32 zur Messung der Funktion des Filters 2 für Differential-Mode-Störungen in der positiven oder negativen Versorgungsleitung 6, 7.
Es kann vorgesehen sein, dass der Funktionsdetektor 3 aus den Schaltungen der 6 bis 8 ausgebildet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Funktionsdetektor 3 zwischen verschiedenen Vorfiltern 30 umschalten kann, um die Funktionsdetektoren 3 aus den 6 bis 8 in einer Schaltung umzusetzen. Dazu kann der Vorfilter 30 aus den 4 und 5 über das Steuergerät 43 gesteuert werden.
In den 9a bis 9d sind Bewertungspegel mit funktionstüchtigem Filter dargestellt, welche beispielsweise in dem Diskriminator 32 in den 4 oder 5 gemessen werden. 9a zeigt den Bewertungspegel in der positiven Versorgungsleitung 6 gemessen im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9. 9b zeigt den Bewertungspegel in der negativen Versorgungsleitung 7 gemessen im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9. 9c zeigt den Bewertungspegel für eine Common-Mode-Störung gemessen im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9. 9d zeigt den Bewertungspegel für eine Differential-Mode-Störung gemessen im Bereich der Ausgangssignal-Messpunkte 9.
Zum Vergleich der Bewertungspegel in den 9 sind in den 10 Bewertungspegel für einen defekten Filter entsprechend der 9 dargestellt.
11 zeigt eine Filteranordnung, in der die Funktionsdetektoren 3 in der positiven Versorgungsleitung 6, der negativen Versorgungsleitung 7, sowie für Common-Mode-Störungen und Differential-Mode-Störungen zwischen der positiven Versorgungsleitung 6 und der negativen Versorgungsleitung 7 jeweils separat zwischen dem Filter 2 und der Störsenke 5 ausgebildet sind.
Bezugszeichenliste

1: Filteranordnung
2: Filter
3: Funktionsdetektor
4: Störquelle, Umrichter
5: Störsenke, Batterie
6: positive Versorgungsleitung
7: negative Versorgungsleitung
8: Messpunkte Eingangssignal
9: Messpunkte Ausganssignal
30: Vorfilter
31: Gleichrichter
32: Diskriminator
43: Steuergerät
44: Speicher
45: Messplatz
36: Schalteinheit

Claims

Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2), vorzugsweise eines Hochfrequenzfilters oder eines EMV-Filters, insbesondere eines Common-Mode-Filters und/oder eines Differential-Mode-Filters, und wobei der Filter (2) einen aktiven Filter und/oder einen passiven Filter und/oder einen digitalen Filter umfasst, und wobei der Filter (2) in oder an einer Stromversorgungsleitung angeordnet ist, vorzugsweise eingebaut in einem Gleichspannungsnetz und/oder einem Traktionsnetz eines Kraftfahrzeugs, um Störungen zu filtern, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang und/oder am Ausgang des Filters (2) ein Funktionsdetektor (3) angeordnet ist, und dass mit dem Funktionsdetektor (3) eine Mittelwertbildung durchgeführt wird, und dass durch die Mittelwertbildung ein Spannungswert ermittelt wird und der ermittelte Spannungswert zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Filters (2) herangezogen wird, indem der Spannungswert mit einem Schwellwert verglichen wird.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwertbildung über einen vorbestimmten Zeitraum durchgeführt wird.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert durch einen Detektor oder Gleichrichter (31), vorzugsweise durch einen Diodengleichrichter ermittelt wird.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des Spannungswertes mit einem Schwellwert durch einen Diskriminator (32) und/oder ein Steuergerät (43) erfolgt.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert überwacht wird, vorzugsweise durch ein Steuergerät (43) überwacht wird, indem der erhaltene Spannungswert mit einem Sollwert verglichen wird und bei Überschreitung des vorgebbaren Sollwerts eine Fehleranzeige erfolgt oder ein Fehler gemeldet wird.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsdetektor (3) einen Vorfilter (30) umfasst, wobei der Vorfilter (30) als Hochpassfilter und/oder als Bandpassfilter ausgebildet ist;
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfilter (30) einstellbar ist, insbesondere im Hinblick auf seine Grenz- und/oder Übertragungsfrequenz und/oder seine Güte und/oder seine Bandbreite einstellbar ist.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung wenigstens zwei Adern umfasst, wobei vorzugsweise die wenigstens zwei Adern jeweils ein unterschiedliches Potential aufweisen, und der Vorfilter (30) eine Überlagerung von Signalen der wenigstens beiden Adern der Versorgungsleitung additiv und/oder subtraktiv durchführt, um Common-Mode-Signale und/oder Differential-Mode-Signale auszufiltern.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsdetektor (3) eine Schalteinheit aufweist, um zwischen dem Filterausgang und Filtereingang umzuschalten, sodass die Mittelwertbildung wahlweise aus dem Eingangssignal des Filters (2) oder aus dem Ausgangssignal des Filters (2) ermöglicht wird.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Messung der Funktionsdetektor (3) zwischen dem Eingang des Filters (2) und dem Ausgang des Filters (2) umgeschaltet wird und der durch Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert zwischen dem Eingang des Filters (2) und dem Ausgang des Filters (2) verglichen wird, insbesondere durch Subtraktion und als Maß für die Funktionsfähigkeit des Filters (2) verwendet wird.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für die Differenz zwischen dem Mittelwertsignal des Eingangs des Filters (2) und dem Mittelwertsignal des Ausgangs des Filters (2) vorgebbar ist und die Funktionsfähigkeit des Filters (2) gegeben ist, sofern die Differenz zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal gleich oder größer dem vorgegebenen Sollwert für die Differenz ist.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen dem durch Mittelwertbildung ermittelten Spannungswert zwischen Eingang des Filters (2) und Ausgang des Filters (2) unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt.
Verfahren zur Funktionsprüfung eines Filters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn der am Eingang des Filters (2) durch Mittelwertbildung ermittelte Spannungswert oberhalb einer zweiten Schwelle liegt.
Filteranordnung (1) umfassend einen Filter (2) und einen Funktionsdetektor (3), wobei der Filter (2) vorzugsweise als ein Hochfrequenzfilter oder als ein EMV-Filter, insbesondere ein Common-Mode-Filter und/oder ein Differential-Mode-Filter ausgebildet ist, und wobei der Filter (2) einen aktiven Filter und/oder einen passiven Filter und/oder einen digitalen Filter umfasst, und wobei der Filter (2) in oder an einer Versorgungsleitung angeordnet ist, vorzugsweise eingebaut in einem Gleichspannungsnetz und/oder ein Traktionsnetz eines Kraftfahrzeugs, um Störungen zu filtern, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsdetektor (3) einen Vorfilter (30) und eine Schaltung zur Mittelwertbildung (31) umfasst, und der Funktionsdetektor (3) einen Diskriminator (32) umfasst, um den durch Mittelwertbildung erhaltenen Spannungswert mit einer vorgebbaren Schwelle zu vergleichen, oder der Funktionsdetektor (3) einen A/D-Wandler umfasst, um den durch Mittelwertbildung erhaltenen Spannungswert in ein Digitalsignal umzuwandeln und an ein Steuergerät über einen BUS weiterzuleiten.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Diskriminatorschwelle einstellbar und/oder programmierbar ist, vorzugsweise dass die Diskriminatorschwelle als Spannungswert über einen D/A-Wandler einstellbar ist.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsdetektor (3) und/oder der Vorfilter (30) mit einem Steuergerät (43) verbunden ist, vorzugsweise der Funktionsdetektor (3) und/oder der Vorfilter (30) durch das Steuergerät (43) steuerbar ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Diskriminator (32) und/oder das Steuergerät (43) einen elektrisch beschreibbaren Speicher (44) aufweist, um mehrere der durch Mittelwertbildung gemessenen Spannungswerte zu speichern, insbesondere fortlaufend zu speichern, vorzugsweise periodisch über die gesamte Lebensdauer des Filters hinweg zu speichern.
Filteranordnung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Werte untereinander verglichen werden, um eine Alterung des Filterbausteins zu detektieren.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Speicher (44) abgespeicherten Werte ausgelesen werden, vorzugsweise durch einen Messplatz (45) ausgelesen werden, um einen Qualitätsnachweis für die Funktionsfähigkeit des Filters (2) zu erstellen.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (2) in einer Hochvoltgleichspannungsleitung eines Traktionsnetzes eines Fahrzeugs zwischen einer Energiequelle, vorzugsweise einer Batterie, und einer Energiesenke, vorzugsweise einem Elektromotor, angeordnet ist.
Filteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter für einen Frequenzbereich von 1 kHz bis 1.000 MHz, oder für einen Frequenzbereich von 10 kHz bis 100 MHz, vorzugsweise für einen Frequenzbereich von 50 kHz bis 50 MHz ausgelegt ist.