DE102022203089A1

DE102022203089A1 - Verfahren zum Betrieb eines Überlastschutzes eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022203089A1
Application number: DE102022203089.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dürgner; Duc Minh Le; Bernd Rösch; Tamara Rogalski; Ewald Schneider; Linga Schütz; Matthias Schwarz
Original assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Current assignee: Ellenberger and Poensgen GmbH
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (48) zum Betrieb eines Überlastschutzes (34) eines Fahrzeugs (2), mit einem Hauptstrompfad (36), in den ein Schalter (38) eingebracht ist, der mittels einer Steuereinheit (44) betätigt ist. In einem Anlernmodus (52) wird ein einen mittels des Hauptstrompfads (36) geführten elektrischem Strom charakterisierender Wert (54) erfasst, und anhand des charakterisierenden Werts (56) wird ein Grenzwert (62) ermittelt. In einem Normalmodus (68) wird der charakterisierende Wert (56) erfasst, wobei der Schalter (40) geöffnet, wenn der charakterisierende Wert (56) den Grenzwert (62) überschreitet. Ferner betrifft die Erfindung einen Überlastschutz (34) eines Fahrzeugs (2) und einen Stromverteiler (10) eines Fahrzeugs (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Überlastschutzes eines Fahrzeugs sowie einen Überlastschutz eines Fahrzeugs als auch einen Stromverteiler eines Fahrzeugs, mit einem Überlastschutz. Der Überlastschutz weist einen Hauptstrompfad auf, in den ein mittels einer Steuereinheit betätigter Schaltereingebracht ist.
Fahrzeuge, wie Kraftfahrzeuge, weisen üblicherweise eine Anzahl an Nebenaggregaten auf, die mittels eines Elektromotors betrieben sind. Ein derartiges Nebenaggregat ist, sofern das Kraftfahrzeug beispielsweise eine Landmaschine oder Baumaschine ist, ein Hydrauliksystem, mittels derer weitere Aktoren angetrieben sind. Mit anderen Worten dient das Nebenaggregat dem Ausführen einer bestimmten Funktion des Kraftfahrzeugs. Auch sind meist sonstige Nebenaggregate vorhanden, die dem Komfort des Benutzers des Kraftfahrzeugs dienen, wie eine Sitzheizung oder ein Heizgebläse. Weitere Nebenaggregate dienen der Beleuchtung und sind beispielsweise ein Arbeitsscheinwerfer oder eine Geräteraumbeleuchtung.
Die zum Betrieb der Nebenaggregate erforderliche elektrische Energie wird üblicherweise mittels einer Batterie bereitgestellt, die je nach Ausgestaltung eine Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V aufweist. Üblicherweise ist an die Batterie, zum Beispiel über einen Stromverteiler, eine Anzahl an Leitungen angeschlossen, von denen jede zu dem jeweiligen Nebenaggregat reicht. Jede der Leitungen ist meist mittels einer zugeordneten Sicherung abgesichert. Hierbei wird mittels der Sicherung ein Überstrom über die jeweilige Leitung überwacht, der beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion des jeweiligen Nebenaggregats hervorgerufen wird.
In diesem Fall wird aufgrund des Überstrom die Sicherung zerstört. Für eine nachfolgende Wiederinbetriebnahme ist somit ein Ersatz der Sicherung erforderlich. Hierbei ist es möglich, dass die Sicherung, beispielsweise in der gewünschten Konfiguration, nicht sofort zur Verfügung steht, sodass das Nebenaggregat eine bestimmte Zeitspanne nicht verwendet werden kann. Zur Abhilfe hiervon ist daher meist anstatt der Sicherung ein Schutzschalter mit einem Schalter vorgesehen, der zurückgestellt werden kann.
Bei dem Schutzschalter, wie auch bei der Sicherung, ist es erforderlich, dass der Hersteller des Fahrzeugs den Grenzwert, nämlich die Auslöseschwelle, ab der ein Unterbrechen des Stromflusses erfolgt, zunächst einstellt. Falls das Nebenaggregat von einem Zulieferer bezogen wird, ist ein genaues Wissen um den Aufbau des Nebenaggregats bei dem Hersteller des Fahrzeugs meist nicht vorhanden. Daher wird üblicherweise, um ein übermäßiges Fehlauslösen der Sicherung/des Schutzschalters zu vermeiden, ein erhöhter Grenzwert verwendet, weswegen jedoch ein Schutz verschlechtert ist. Dabei wird der Grenzwert zunächst zum Beispiel anhand von theoretischen Überlegungen oder empirisch anhand eines bestimmten Nebenaggregats ermittelt. Da jedoch die Nebenaggregate Fertigungstoleranzen und daher auch die jeweils zugeordnete Überlast eine Streuung aufweist, wird der auf diese Weise ermittelte Grenzwert weiter erhöht. Auch ist es erforderlich, bei der Auswahl des Grenzwerts etwaige Alterungseffekte des Schutzschalters / der Sicherung /des Nebenaggregats zu berücksichtigen, sodass während der vollständigen Betriebsdauer des Fahrzeugs ebenfalls Fehlauslösungen vermieden werden. Daher wird deswegen ebenfalls der Grenzwert vergleichsweise hoch gewählt, weswegen der Schutz weiter verschlechtert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Überlastschutzes eines Fahrzeugs und einen besonders geeigneten Überlastschutz eines Fahrzeugs als auch einen besonders geeigneten Stromverteiler eines Fahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere eine Montage vereinfacht und/oder ein Schutz verbessert ist, und wobei vorteilhafterweise ein fehlerhaftes Unterbrechen eines Stromflusses vermieden ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des Überlastschutzes durch die Merkmale des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Stromverteilers durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Verfahren dient dem Betrieb eines Überlastschutzes. Der Überlastschutz ist ein Bestandteil eines Fahrzeugs. Hierfür ist der Überlastschutz geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Boot oder zum Beispiel landgebunden. Das Fahrzeug ist vorzugsweise nicht schienengebundenen ausgestaltet und weist zum Beispiel eine Anzahl an steuerbaren Rädern auf, mittels derer eine Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs eingestellt werden kann.
Beispielsweise ist das Fahrzeug nicht angetrieben. Somit ist zum Fortbewegen des Fahrzeugs das auf beaufschlagen mit einer externen Kraft erforderlich. Besonders bevorzugt jedoch ist das Fahrzeug angetrieben, sodass es sich um ein Kraftfahrzeug handelt. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen (Pkw) oder eine Landmaschine, wie ein Traktor, also ein landwirtschaftliches Zugfahrzeug, ein Mähdrescher, eine Pflanzmaschine oder ein Düngerstreuer. Alternativ hierzu ist das Kraftfahrzeug insbesondere eine Baumaschine, wie ein Bagger, ein Frontlader, ein Muldenkipper, ein Seitenkipper, ein Gabelstapler oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus.
In einer weiteren Alternative ist das Fahrzeug eine mobile Maschine, mittels derer insbesondere ein Werkzeug transportiert wird. Mit anderen Worten weist das Fahrzeug das Werkzeug auf, das mittels der Räder oder sonstiger Bestandteile des Fahrzeugs versehen ist, sodass ein Fortbewegen des Werkzeugs ermöglicht ist.
Der Überlastschutz dient insbesondere dem Schutz einer Last vor einer Überlastung, und ist hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Die Überlast tritt dabei insbesondere aufgrund eines erhöhten elektrischen Stromflusses auf. Beispielsweise diente der Überlastschutz dem Schutz einer Leitung, sodass der Überlastschutz als Leitungsschutz ausgestaltet ist. Besonders bevorzugt jedoch dient der Überlastschutz dem Schutz eines Geräts als Last, wie eines Nebenaggregats des Fahrzeugs, das bei Betrieb mit elektrischer Energie versorgt wird. Insbesondere handelt es sich somit bei dem Überlastschutz um einen Geräteschutz.
Der Überlastschutz weist einen Hauptstrompfad auf, in den ein Schalter eingebracht ist. Der Hauptstrompfad ist beispielsweise zumindest teilweise mittels einer Stromschiene gebildet und erstreckt sich vorzugsweise zwischen zwei Anschlüssen des Überlastschutzes. Mittels des Schalters ist es hierbei möglich, einen Stromfluss über den Hauptstrompfad zu unterbrechen oder zu ermöglichen, insbesondere je nach Einstellung des Schalters. Hierfür weist der Schalter insbesondere einen elektrisch leitenden und einen elektrisch nicht leitenden Zustand auf. Insbesondere erfolgt mittels des Schalters ein Unterbrechen eines elektrischen Gleichstroms.
Der Schalter ist beispielsweise mechanisch ausgestaltet und zum Beispiel ein Relais. Alternativ hierzu ist der Schalter beispielsweise ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Leistungshalbleiterschalter. Zum Beispiel ist der Halbleiterschalter ein Feldeffekttransistor, wie ein MOSFET, oder ein IGBT oder GTO. Alternativ hierzu weist der Schalter beispielsweise eine Verschaltung von mehreren Schaltelementen auf, wobei eines der Schaltelemente beispielsweise mechanisch und ein anderes hiervon als Halbleiterschalter ausgestaltet ist. Insbesondere sind die einzelnen Schaltelemente elektrisch in Reihe geschaltet.
Insbesondere ist der Überlastschutz im Montagezustand mit einem Bordnetz des Fahrzeugs elektrisch kontaktiert und in dieses zum Beispiel teilweise eingebracht. Hierfür sind die beiden Anschlüsse zweckmäßigerweise mittels korrespondierender Anschlüsse des Bordnetzes elektrisch kontaktiert, vorzugsweise direkt. Der Hauptstrompfad und der Schalter sind insbesondere zum Führen eines elektrischen Stroms von über 1 A, 10 A oder 50 A vorgesehen. Insbesondere ist ein maximaler Strom oder Nennstrom des Überlastschutzes kleiner als 400 A, 300 A, 200 A, 150 A oder 100 A. Hierbei wird der maximale Strom oder Nennstrom zweckmäßigerweise mittels des Hauptstrompfads geführt.
Beispielsweise ist im Montagezustand zwischen den beiden etwaigen Anschlüssen und/oder über den Schalter anliegende elektrische Spannung, sofern der Schalter in dem elektrisch nicht leitenden Zustand ist, gleich einer Bordnetzspannung des Fahrzeugs, die insbesondere 12 V, 24 V, oder 48 V beträgt.
Der Schalter ist mittels einer Steuereinheit betätigt. Die Steuereinheit ist ein Bestandteil des Überlastschutzes und zum Beispiel in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Stromschiene und/oder dem Schalter angeordnet. Die Steuereinheit ist beispielsweise als anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC) ausgestaltet oder umfasst beispielsweise einen Mikroprozessor, der insbesondere programmierbar ausgestaltet ist. Mittels der Steuereinheit ist insbesondere ein Antrieb des Schalters zumindest teilweise gebildet, oder die Steuereinheit umfasst insbesondere den etwaigen Antrieb. Zumindest jedoch wird ein etwaiger Antrieb, mittels dessen der Schalter zwischen den beiden Zuständen umgeschaltet wird, mittels der Steuereinheit oder eines Teils der Steuereinheit betätigt.
Das Verfahren sieht vor, dass in einem Anlernmodus ein einen mittels des Hauptstrompfads geführten elektrischen Strom charakterisierender Wert erfasst wird. Mit anderen Worten charakterisiert der Wert den mittels des Hauptstrompfads geführten elektrischen Strom. Hierbei ist der Schalter insbesondere in dem elektrisch leitenden Zustand, sodass mittels dessen ein Führen des elektrischen Stroms erfolgt. Der mittels des Hauptstrompfads geführte elektrische Strom dient hierbei insbesondere dem Betrieb der an den Überlastschutz angeschlossenen Last, wie des Geräts. Hierbei wird insbesondere zunächst sichergestellt, dass die Last fehlerfrei funktioniert, wofür zum Beispiel Zustandsdaten der Last überprüft und/oder ausgewertet werden.
Beispielsweise entspricht der charakterisierende Wert direkt dem elektrischen Strom oder einem Wert, der in einem funktionellen Zusammenhang zu dem elektrischen Strom steht, wie beispielsweise einer anliegenden elektrischen Spannung, insbesondere über den Schalter, der somit nach Art eines Shunts wirkt.
Das Erfassen des charakterisierenden Werts erfolgt insbesondere mittels der Steuereinheit. Vorzugsweise weist der Überlastschutz einen Sensor zum Erfassen oder zumindest Messen des charakterisierenden Werts auf. Alternativ hierzu ist der Sensor beispielsweise kein Bestandteil des Überlastschutzes. Mittels der Steuereinheit werden zum Erfassen insbesondere die mittels des etwaigen Sensors gemessenen Messdaten abgefragt und/oder ausgewertet. Der Sensor ist beispielsweise ein Shunt oder umfasst diesen. Alternativ hierzu weist der Sensor zum Beispiel einen Hallsensor auf. In einer Weiterbildung sind beispielsweise der Sensor und der Schalter als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet.
Anhand des charakterisierenden Werts wird ein Grenzwert ermittelt. Das Ermitteln des Grenzwerts erfolgt insbesondere mittels der Steuereinheit, die hierfür geeignet ausgestaltet ist. Insbesondere weist die Steuereinheit einen entsprechenden Algorithmus hierfür auf. Vorzugsweise besteht ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Grenzwert und dem charakterisierenden Wert, wobei der funktionelle Zusammenhang beispielsweise von dem Hersteller des Überlastschutzes und/oder des Herstellers des Fahrzeugs vorgegeben ist. Alternativ ist der funktionelle Zusammenhang abhängig von weiteren Parameter, die zum Beispiel erst bei Betrieb des Überlastschutzes separat ermittelt und/oder eingestellt werden. Das Ermitteln des Grenzwerts erfolgt zum Beispiel mittels eines Künstliche Intelligenz-Algorithmus, insbesondere eines neuronalen Netzes.
Insbesondere wird als Grenzwert der charakterisierende Wert zuzüglich einer Schwelle verwendet, wie beispielsweise 10 % des charakterisierenden Werts. Mit anderen Worten entspricht der Grenzwert 110 % des charakterisierenden Werts. Alternativ hierzu ist die Schwelle absolut vorgegeben, und diese korrespondiert zum Beispiel zu einem elektrischen Strom von 1 A oder 5 A. Vorzugsweise ist nach Ermitteln des Grenzwerts der Anlernmodus beendet. Zum Beispiel wird mittels der Steuereinheit nach dem Ermitteln des Grenzwerts der Anlernmodus selbstständig beendet.
In einem Normalmodus, der sich vorzugsweise direkt an den Anlernmodus anschließt, wird ebenfalls der charakterisierende Wert erfasst. Hierfür wird insbesondere der gleiche Sensor wie auch beim Anlernmodus verwendet, sodass Hardwareanforderungen reduziert sind. Der Normalmodus wird zweckmäßigerweise bei Betrieb des Fahrzeugs oder zumindest der Last herangezogen, also wenn diese insbesondere ordnungsgemäß verwendet wird oder werden soll. Zum Beispiel wird der charakterisierende Wert kontinuierlich oder lediglich zu diskreten Zeitpunkten erfasst, beispielsweise jede Sekunde, alle 0,5 Sekunden oder alle 100 ms. Mit anderen Worten wird auch im Normalmodus direkt oder indirekt der mittels des Hauptstrompfads geführte elektrische Strom erfasst, wobei dies beispielsweise stets oder lediglich dann erfolgt, wenn der Schalter in dem elektrisch leitenden Zustand ist.
Wenn der charakterisierende Wert den Grenzwert überschreitet wird der Schalter geöffnet, sodass der über den Hauptstrompfad fließende elektrische Strom unterbrochen wird. Bei dem Grenzwert handelt es sich somit insbesondere um eine Auslöseschwelle, in für den Betrieb des Überlastschutzes im Normalmodus verwendet wird.
Aufgrund des Verfahrens ist kein Wissen um den tatsächlichen Ausbau der mittels des Überlastschutzes abgesicherten Last, wie zum Beispiel des Geräts oder auch der Leitung, erforderlich. Es ist lediglich erforderlich, sicherzustellen, dass in dem Anlernmodus kein Fehlverhalten der Last vorliegt. Somit ist für den Hersteller des Fahrzeugs eine Montage erleichtert. Auch wird der Grenzwert auf die tatsächlich vorherrschenden Fertigungstoleranzen der mittels des Überlastschutzes abgesicherten Last angepasst. Mit anderen Worten ist es möglich, dass sich bei zueinander baugleichen Überlastschutzen, die jedoch in unterschiedlichen Fahrzeugen oder in dem gleichen Fahrzeug, jedoch bei unterschiedlichen aber baugleichen Geräten eingesetzt werden, aufgrund von Fertigungstoleranzen die Grenzwerte unterscheiden. Aufgrund der Anpassung des Grenzwerts an die jeweils verwendete Last ist es möglich, den Grenzwert vergleichsweise nahe an dem charakterisierenden Wert zu wählen. Mit anderen Worten ist eine Differenz zwischen dem Grenzwert und dem charakterisierenden Wert, zumindest im Anlernmodus, vergleichsweise gering. Infolgedessen wird bereits bei einem sich abzeichnenden Fehlverhalten der Last, die zu einem Anstieg des mittels des Hauptstrompfads geführten elektrischen Stroms führt, bereits frühzeitig mittels des Überlastschutzes der elektrische Stromfluss unterbrochen, sodass eine weitere Beschädigung verhindert wird. Somit ist ein Schutz und folglich eine Sicherheit verbessert. Hierbei erfolgt das Ermitteln des Grenzwerts zu dem lokal bei dem Überlastschutz, weswegen keine Kommunikation mit weiteren Bestandteilen erforderlich ist, was eine Robustheit erhöht und eine Fehleranfälligkeit reduziert. Auch ist somit ein Einsatzbereich des Überlastschutzes vergrößert.
In einer Weiterbildung wird zudem die an dem Hauptstrompfad anliegende elektrische Spannung erfasst, vorzugsweise zwischen den beiden Anschlüssen. Alternativ oder in Kombination hierzu weist der Überlastschutz einen weiteren Hauptstrompfad auf, der im Montagezustand mit dem verbleibenden Pol des Bordnetzes elektrisch kontaktiert ist, sodass zwischen den beiden Hauptstrompfaden eine elektrische Spannung anliegt, die der elektrischen Spannung entspricht, die mittels des Bordnetzes bereitgestellt ist. Vorzugsweise wird der Schalter ebenfalls betätigt, wenn die elektrische Spannung einen weiteren Grenzwert überschreitet. Der weitere Grenzwert wird hierbei insbesondere ebenfalls in dem Anlernmodus ermittelt, wofür insbesondere zunächst die zwischen den beiden Hauptstrompfaden bzw. die an dem Hauptstrompfad anliegende elektrische Spannung oder ein diese elektrische Spannung charakterisierender weiterer Wert erfasst wird. Mit anderen Worten wird der weitere Grenzwert in gleicher Weise wie der Grenzwert ermittelt. Auch erfolgt insbesondere ein betätigen des Schalters, wenn die anliegende elektrische Spannung den weiteren Grenzwert über- oder unterschreitet.
Beispielsweise wird im Anlernmodus der im charakterisierende Wert lediglich einmalig zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt das Erfassen des charakterisierenden Werts für eine bestimmte Zeitdauer. Im Normalmodus erfolgt dies insbesondere solange der Schalter geschlossen ist, also sich in dem elektrisch leitfähigen Zustand befindet. Im Anlernmodus wird der charakterisierende Wert alternativ oder in Kombination zweckmäßigerweise für die bestimmte Zeitdauer erfasst, die beispielsweise vorgegeben oder einstellbar ist. Insbesondere ist die Zeitdauer zwischen 0,5 Sekunden und 20 Sekunden oder zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden. Aufgrund der Wahl einer derartigen Zeitdauer werden insbesondere sich kurzzeitig ergebende Artefakte, die im Normalmodus beispielsweise nicht oder lediglich vergleichsweise selten auftreten, zur Ermittlung des Grenzwerts verwendet, sodass dieser nicht verfälscht wird. Somit wird die Anzahl an Fehlauslösungen reduziert. Beispielsweise wird der Grenzwert anhand des vollständigen (charakterisierenden) Werts, der eine Zeitreihe darstellt, ermittelt. Hierfür wird insbesondere eine bestimmte Funktion verwendet. Alternativ hierzu wird die mittels des charakterisierenden Werts bereitgestellte gebildete Zeitreihe zeitlich gemittelt, und der Mittelwert des charakterisierenden Werts wird zum Ermitteln des Grenzwerts verwendet. In einer weiteren Alternative wird ein Einzelwert des charakterisierenden Werts ausgewählt und anhand dessen insbesondere der Grenzwert ermittelt.
Besonders bevorzugt wird der Grenzwert zeitabhängig von einer Einschaltdauer des Schalters ermittelt. Beispielsweise wird hierbei zunächst die Einschaltdauer, also die Zeitdauer, seit dem Zeitpunkt des Versetzens des Schalters in den elektrisch leitenden Zustand, ermittelt und anschließend der charakterisierende Wert erfasst. Dieser charakterisierende Wert wird nachfolgend zum Ermitteln des Grenzwerts verwendet, sodass der Grenzwert zeitabhängig ermittelt ist. Alternativ hierzu wird der Grenzwert insbesondere anhand eines bestimmten charakterisierenden Werts ermittelt, der für die bestimmte Zeitdauer erfasst wird. Besonders bevorzugt ist der Grenzwert ebenfalls eine Zeitreihe und beispielsweise eine zeitabhängige Funktion. Hierbei weist der Grenzwert beispielsweise lediglich diskrete Stufen auf, beispielsweise zwei Stufen, wobei die eine der Stufen dem Zeitraum direkt nach dem Einschalten und die verbleibende Stufen dem verbleibenden Zeitraum zugeordnet ist. Bevorzugt jedoch sind mehrere Stufen vorhanden, und besonders bevorzugt ist der Grenzwert eine stetige Funktion. Insbesondere weist der Grenzwert einen stetigen zeitlicher Verlauf oder zumindest mehrere Einzelwerte auf. Beispielsweise werden hierbei jeder der Einzelwerte oder zumindest ein Teil hiervon mittels eines jeweils zugeordneten Einzelwerts des charakterisierenden Werts ermittelt, der somit ebenfalls einen zeitlicher Verlauf aufweist. Insbesondere wird zu der Zeitreihe des charakterisierenden Werts eine Schwelle hinzu addiert, um den Grenzwert zu erhalten. Beispielsweise ist die Schwelle konstant oder ebenfalls abhängig von der Einschaltdauer oder sonstigen Parametern.
Aufgrund der Zeitabhängigkeit ist es möglich, beispielsweise Stromspitzen, die sich beim Einschalten ergeben, oder einen langsamen Stromanstieg zu berücksichtigen, sodass diese nicht zu einer ungewünschten Betätigung des Schalters im Normalzustand beim Einschalten des Schalters führen. Jedoch ist es auf diese Weise möglich, den Grenzwert vergleichsweise gering oberhalb des charakterisierenden Werts, insbesondere gering oberhalb des sich tatsächlich ergebenden Stromverlaufs, zu wählen, sodass dennoch eine vergleichsweise sicherer Schutz gegeben ist.
Zusammenfassend wird aufgrund der Zeitabhängigkeit des Grenzwerts insbesondere eine Charakteristik der Last berücksichtigt, sodass beispielsweise kapazitive und induktive Lasten, die mittels des Überlastschutzes geschützt werden zu einem unterschiedlichen zeitlichen Verlauf des Grenzwerts führen. Somit ist ein Einsatzbereich des Überlastschutzes weiter vergrößert, wobei es nicht erforderlich ist, dass der Hersteller des Fahrzeugs oder zumindest der Monteur des Überlastschutzes ein spezielles Wissen um die abzusichernde Last hat.
Beispielsweise wird der charakterisierende Wert lediglich einmalig ermittelt und hieraus der Grenzwert ermittelt. Besonders bevorzugt jedoch wird in dem Anlernmodus der charakterisierende Wert mehrmals erfasst. Hierfür wird insbesondere mehrmals der Schalter betätigt, wobei nach jedem Einschalten des Schalters, also dem Überführen in den elektrisch leitenden Zustand, jeweils einer der charakterisierenden Werte erfasst wird. Beispielsweise wird aus den auf diese Weise erfassten charakterisierenden Werten einer ausgewählt oder einige. Besonders bevorzugt jedoch werden sämtliche charakterisierenden Werte zum Ermitteln des Grenzwerts verwendet. Hierfür wird insbesondere der zeitliche Durchschnitt der charakterisierenden Werte erstellt und anhand dessen der Grenzwert ermittelt.
Sofern die charakterisierenden Werte hierbei Zeitreihen sind, ist der Mittelwert dieser ebenfalls eine Zeitreihe, die zum Ermitteln des Grenzwerts verwendet wird. Aufgrund der Mittelung werden beispielsweise Artefakte oder Schwankungen ausgeglichen, weswegen eine etwaige Schwelle, die zu dem charakterisierenden Wert zum Erhalten des Grenzwerts addiert wird, vergleichsweise klein gewählt werden kann, wobei dennoch ein fehlerhaftes Stromlosschalten des Schalters im Normalmodus verhindert ist.
Beispielsweise wird der Grenzwert lediglich in einem Speicher des Überlastschutzes abgespeichert, insbesondere einem Speicher der Steuereinheit. Besonders bevorzugt jedoch wird der Grenzwert über eine Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Hierbei liegt beispielsweise ein zu dem Grenzwert korrespondierendes Signal durchgehend an der Schnittstelle an, und die Schnittstelle ist beispielsweise einer oder mehrere Pins. Besonders bevorzugt jedoch ist die Schnittstelle eine Datenschnittstelle, wie ein USB-Anschluss oder bevorzugt ein Anschluss an ein etwaiges Bussystem des Fahrzeugs. Vorzugsweise wirkt dabei der Überlastschutz oder zumindest die Steuereinheit als Client/Node/Device (ehemals „Slave“) des etwaigen Bussystems. Zum Beispiel wird bei einer entsprechenden Anfrage über die Datenschnittstelle der Grenzwert über die Schnittstelle ausgesandt, oder der Grenzwert wird, sobald dieser ermittelt wurde, oder wenn in den Normalmodus gewechselt wird, über die Schnittstelle ausgesandt, insbesondere an einen Bordcomputer des Fahrzeugs. Auf diese Weise ist auch in dem Bordcomputer das Wissen vorhanden, bei welchem Grenzwert ein Abschalten der Last erfolgt. Zudem wird auf diese Weise auch mitgeteilt, dass der Anlernmodus beendet wurde, und dass nun der Überlastschutz in dem Normalmodus betrieben wird.
Vorzugsweise ist nach der ersten Inbetriebnahme des Überlastschutzes der Anlernmodus aktiv. Zum Beispiel wird nach Ermitteln des Grenzwerts nicht nochmals ermittelt. Besonders bevorzugt jedoch wird der Anlernmodus zyklisch wiederholend gestartet. Beispielsweise weisen die Zyklen einen festen Zeitabstand zueinander auf, oder der Anlernmodus wird bei einem entsprechenden Bedarf gestartet. Mit anderen Worten ist der Anlernmodus nachträglich nochmals startbar, insbesondere bei einem Werkstattaufenthalt oder einer Wartung des Fahrzeugs.
Alternativ oder in Kombination hierzu wird der Anlernmodus erneut gestartet, wenn ein Teil des Fahrzeugs ersetzt wird, wie zum Beispiel die Last. Hierfür wird insbesondere jeweils eine entsprechende Anfrage, wie ein Triggersignal, an den Überlastschutz gesandt, insbesondere über das etwaige Bussystem oder zumindest die etwaige Schnittstelle. Alternativ hierzu wird beispielsweise ein entsprechender Pin oder dergleichen mittels eines Steckers überbrückt, sodass nachfolgend der Anlernmodus erneut gestartet wird.
Wenn der Anlernmodus erneut gestartet wird, wird beispielsweise der Grenzwert vollständig neu ermittelt. Mit anderen Worten wird der bereits vorhandene Grenzwert gelöscht und durch einen neu ermittelten Grenzwert ersetzt. Alternativ hierzu wird beispielsweise der Grenzwert abgewandelt. Hierfür wird beispielsweise der neu erfasste charakterisierende Wert mit dem bereits vorhandenen charakterisierenden Wert verglichen, und anhand des Vergleichs wird insbesondere der Grenzwerts abgeändert.
Aufgrund des zyklisch wiederholenden Startens des Anlernmodus und somit auch des zumindest zyklischen Abwandelns des Grenzwerts wird eine Alterung und somit auch ein geändertes Stromführen mittels der Last berücksichtigt. Wenn sich der Widerstand der Last und folglich der mittels der Last geführte elektrische Strom aufgrund von Alterungseffekten verändert, wird dies mittels des abgeänderten Grenzwerts berücksichtigt. Somit ist es bei jedem neuen Ermitteln des Grenzwerts möglich, die etwaige Schwelle, die zu dem charakterisierenden Wert addiert wird, vergleichsweise gering zu wählen. Zumindest jedoch ist es möglich, den funktionellen Zusammenhang zwischen dem Grenzwert und dem charakterisierenden Wert derart festzulegen, dass zwischen diesen lediglich eine vergleichsweise geringe Differenz vorhanden ist. Somit ist ein Schutz weiter verbessert.
Der Überlastschutz ist, zumindest im Montagezustand, ein Bestandteil des Fahrzeugs, wie eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Nutzkraftwagens, oder einer mobilen Maschine, hierfür ist der Überlastschutz geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Der Überlastschutz weist einen Hauptstrompfad auf, in den ein mittels einer Steuereinheit betätigter Schalter eingebracht ist. Der Schalter ist beispielsweise ein Halbleiterschalter. Alternativ ist der Schalter mechanisch ausgestaltet und zum Beispiel ein Relais. Der Hauptstrompfad ist beispielsweise mittels einer Stromschiene, mehrerer Stromschienen, einer Leiterbahn/Leiterbahnen einer Leiterplatte und/oder Kabel zumindest teilweise oder abschnittsweise gebildet. Die Steuereinheit ist beispielsweise ein anwendungsspezifischer Schaltkreis oder umfasst einen programmierbaren Mikroprozessor. Der Überlastschutz ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem in einem Anlernmodus ein einen mittels des Hauptstrompfads geführten elektrischem Strom charakterisierender Wert erfasst wird, und bei dem anhand des charakterisierenden Werts ein Grenzwert ermittelt wird. In einem Normalmodus wird der charakterisierende Wert ebenfalls erfasst. Der Schalter wird geöffnet, wenn der charakterisierende Wert den Grenzwert überschreitet. Zusammenfassend ist der Überlastschutz geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, das Verfahren durchzuführen. Vorzugsweise wird das Verfahren vollständig oder zumindest teilweise mittels der Steuereinheit durchgeführt.
Geeigneterweise umfasst der Überlastschutz einen Sensor, mittels dessen der charakterisierende Wert oder der elektrische Strom gemessen werden kann. Der Sensor ist hierbei geeigneterweise derart angeordnet, dass mittels dessen bei Betrieb der charakterisierende Wert oder der elektrische Strom gemessen wird. Vorzugsweise wird der Sensor zum Durchführen des Verfahrens verwendet. Der Sensor ist beispielsweise eine Shunt oder umfasst diesen. Alternativ hierzu weist der Sensor einen Hall-Sensor auf, mittels dessen ein den Hauptstrompfad zumindest teilweise umgebendes Magnetfeld erfasst wird.
Insbesondere weist die Steuereinheit einen Speicher auf, der zum Beispiel wiederbeschreibbar ausgestaltet ist. In dem Speicher ist geeigneterweise der Grenzwert und/oder ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Grenzwert und dem charakterisierenden Wert hinterlegt. Sofern der Anlernmodus zum Beispiel zyklisch wiederholend gestartet wird oder gestartet werden kann, ist in dem Speicher vorzugsweise zumindest der bisher verwendete Grenzwert und/oder charakterisierende Wert oder sämtliche charakterisierenden Werte und/oder ermittelten Grenzwerte hinterlegt. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Auswertung der Veränderung des Grenzwerts während des Betriebs des Fahrzeugs möglich. Vorzugsweise ist der Überlastschutz ein Bestandteil eines Leistungsrelais, wobei besonders bevorzugt das Leistungsrelais mittels des Überlastschutzes gebildet ist. Dabei ist bei dem Leistungsrelais beispielsweise der Schalter mechanisch, elektrisch oder als eine Kombination hieraus ausgestaltet.
Der Stromverteiler dient insbesondere dem Führen von elektrischer Energie. Hierfür ist im Montagezustand der Stromverteiler zweckmäßigerweise zwischen einer Batterie des Fahrzeugs und einem Gerät des Fahrzeugs, wie einem Aggregat, angeordnet, und die benötigte elektrische Energie des Geräts wird mittels des Stromverteilers zumindest teilweise geführt. Das Gerät ist beispielsweise ein Hauptantrieb des Fahrzeugs. Besonders bevorzugt jedoch handelt es sich bei dem Gerät um ein Nebenaggregat, das also insbesondere nicht dem Vortrieb des Fahrzeugs dient, sondern der Durchführung einer weiteren Funktion.
Beispielsweise dient das Nebenaggregat der Erhöhung eines Komforts eines Fahrers des Fahrzeugs. Besonders bevorzugt jedoch wird mittels des Nebenaggregats eine bestimmte Funktion durchgeführt, für die das Fahrzeug vorgesehen ist, insbesondere sofern das Fahrzeug eine Land- oder Baumaschine ist. Zum Beispiel ist das Nebenaggregat eine Hydraulikpumpe, mittels derer ein Hydraulikkreislauf angetrieben ist. Falls das Fahrzeug eine mobile Maschine ist, ist das Gerät insbesondere ein mittels der Maschine mitgeführtes Werkzeug. Das Gerät bildet hierbei insbesondere den Antrieb des Werkzeugs.
Der Stromverteiler weist vorzugsweise einen Stromeingang auf. Der Stromeingang ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, elektrisch mit einem Energiespeicher kontaktiert zu werden, wie insbesondere einer Batterie. Hierbei ist vorzugsweise zwischen dem Energiespeicher und dem Stromeingang eine Leitung, wie ein Kabel, angeordnet, sodass die elektrische Kontaktierung indirekt mittels des Kabels erfolgt. Hierfür ist der Stromeingang geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Beispielsweise ist der Stromeingang mittels eines Bolzens zumindest teilweise gebildet, an dem im Montagezustand ein Kabelschuh angebunden ist. Beispielsweise wird der Kabelschuh mittels einer Mutter gehalten, und der Bolzen weist vorzugsweise ein korrespondierendes Außengewinde auf, sodass die Mutter auf diesen geschraubt werden kann. Vorzugsweise wird mittels des Energiespeichers eine Gleichspannung bereitgestellt, und der Stromverteiler ist hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Die Gleichspannung weist beispielsweise 12 V, 24 V oder 48 V auf. Vorzugsweise ist der Stromverteiler geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, einen Gleichstrom zu tragen. Vorzugsweise ist der Stromverteiler geeignet, zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet, einen elektrischen Strom von maximal zwischen 50 A und 500 A oder zwischen 200 A und 350 A zutragen.
Ferner weist der Stromverteiler zweckmäßigerweise einen Stromausgang auf, der zum Beispiel geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet ist, an das Gerät, wie das Nebenaggregat angeschlossen zu werden. Insbesondere bei Montage an den Stromausgang ein Anschluss einer Leitung, vorzugsweise eines Kabels, mittels dessen somit der Stromausgang mit dem etwaigen Gerät verbunden ist. Mittels des Stromverteilers erfolgt beispielsweise eine Veränderung der elektrischen Spannung, sodass an dem Stromausgang eine geringere oder größere Spannung anliegt als am Stromeingang. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt mittels des Stromverteilers keine Beeinflussung der anliegenden elektrischen Spannung. Vorzugsweise erfolgt mittels des Stromverteilers eine Begrenzung eines über den Stromausgang geführten elektrischen Stroms. Hierfür ist der Stromverteiler insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Somit wird mittels des Stromverteilers zum Beispiel ein Überstrom zu dem etwaigen Gerät vermieden.
Der Stromverteiler weist einen Überlastschutz mit einem Hauptstrompfad auf, in den ein mittels einer Steuereinheit betätigter Schalter eingebracht ist. Der Hauptstrompfad ist hierbei zweckmäßigerweise zwischen dem etwaigen Stromausgang und dem Stromeingang angeordnet und dient dabei zumindest teilweise der elektrischen Verbindung dieser miteinander.
Beispielsweise weist der Schalter ein Relais auf. Bevorzugt ist der Schalter mittels des Relais gebildet. Aufgrund der Verwendung des Relais ist ein vergleichsweise geringer elektrischer Widerstand vorhanden und somit ein Betrieb mit vergleichsweise geringen Verlusten ermöglicht. Vorzugsweise umfasst der Stromverteiler einen Aufnahmestecker, in den das Relais lösbar gesteckt ist. Somit ist ein Austausch des Relais möglich. Alternativ hierzu ist das Relais beispielsweise mit weiteren Bestandteilen des Stromverteilers verlötet.
In einer Alternative weist der Schalter einen Halbleiterschalter auf. Zweckmäßigerweise ist der Halbleiterschalter mit weiteren Bestandteilen des Stromverteilers verlötet, was eine Robustheit erhöht. Vorzugsweise wird als Halbleiterschalter ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOSFET oder ein IGBT herangezogen. Somit ist mittels des Schaltelements auch ein Tragen eines vergleichsweise großen elektrischen Stroms und ein Schalten von diesem ermöglicht. Zudem ist ein Schalten des elektrischen Stroms ohne Ausbildung eines Lichtbogens oder sonstiger Funken ermöglicht, was eine Sicherheit erhöht. Beispielsweise ist der Schalter mittels des Halbleiterschalters gebildet. Alternativ hierzu weist der Schalter noch weitere Bestandteile auf, wie insbesondere das Relais. Beispielsweise sind diese elektrisch in Reihe oder elektrisch parallel geschaltet.
Der Überlastschutz ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem in einem Anlernmodus ein einen mittels des Hauptstrompfads geführten elektrischem Strom charakterisierender Wert erfasst wird, und bei dem anhand des charakterisierenden Werts ein Grenzwert ermittelt wird. In einem Normalmodus wird der charakterisierende Wert ebenfalls erfasst. Der Schalter wird geöffnet, wenn der charakterisierende Wert den Grenzwert überschreitet.
Zum Beispiel weist der Stromverteiler mehrere derartige Überlastschutze auf, wobei zweckmäßigerweise jedem Überlastschutz ein entsprechender Stromausgang zugeordnet ist. Mit anderen Worten ist zwischen jeden Stromausgang und den gemeinsamen Stromeingang der jeweilige Hauptstrompfad des jeweiligen Überlastschutzes elektrisch geschaltet. Folglich weist der Stromverteiler mehrere Stromausgänge auf. Beispielsweise ist hierbei jeder Hauptstrompfad elektrisch direkt mit dem Stromeingang verbunden. Bevorzugt jedoch sind sämtliche Hauptstrompfade gegen eine gemeinsame Stromschiene geführt, die mit dem Stromeingang elektrisch verbunden ist. Somit ist eine Konstruktion des Stromverteilers vereinfacht.
Jedem Stromausgang ist vorzugsweise ein Gerät, wie ein Nebenaggregat, zugeordnet, dass daran angeschlossen ist. Hierbei ist es möglich, baugleiche Überlastschutze/Überlastschütze zu verwenden, wobei die Einstellung auf das jeweilige Gerät anhand des jeweils zugeordneten Grenzwerts erfolgt.
Beispielsweise ist jedem Überlastschutz jeweils eine Steuereinheit zugeordnet, mittels derer der jeweilige Schalter betätigt ist. Auf diese Weise ist eine Modularisierung gegeben, und die Überlastschutze sind zueinander im Wesentlichen unabhängig, was eine Robustheit erhöht und eine Fehleranfälligkeit reduziert. Alternativ hierzu weist der Stromverteiler lediglich eine einzelne Steuereinheit auf, mittels derer sämtliche Schalter betätigt sind. Aufgrund der Verwendung lediglich einer einzigen Steuereinheit sind Herstellungskosten reduziert. Hierbei ist vorzugsweise in der Steuereinheit für jeden der Schalter jeweils ein zugeordneter Grenzwert hinterlegt. Gemäß dem Verfahren wird für jeden Schalter und somit für jeden Hauptstrompfad der Grenzwert separat ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise zeitlich hintereinander oder gleichzeitig.
In einer weiteren Alternative sind sämtliche Steuereinheit in einem gemeinsamen Steuergerät integriert, das somit auf die einzelnen Steuereinheiten zumindest teilweise aufgeteilt ist. Beispielsweise sind hierbei die Steuereinheit zumindest teilweise mittels eines jeweiligen Computerprogrammprodukts oder zugeordneter Ressourcen des Steuergeräts gebildet.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf den Überlastschutz und den Stromverteiler sowie untereinander zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Stromverteiler,
2 schematisch den Stromverteiler, der mehrere Überlastschutze aufweist,
3 ein Verfahren zum Betrieb der Überlastschutze,
4 den zeitlichen Verlauf mehrerer charakterisierender Werte und eines Grenzwerts in einem Anlernmodus, und
5, 6 jeweils den zeitlichen Verlauf des Grenzwerts und eines jeweiligen charakterisierenden Werts in einem Normalmodus.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht ein Fahrzeug 2, nämlich ein Kraftfahrzeug in Form eines Lastkraftwagens (LKW), gezeigt. Das Fahrzeug 2 weist eine Anzahl an Rädern 4 auf, die mittels eines nicht näher dargestellten Antriebs angetrieben sind. Mittels des Antriebs ist zudem über einen Generator eine Batterie 6 gespeist, mittels derer eine Gleichspannung mit 24 V bereitgestellt ist. Die Batterie 6 ist mittels eines Kabels 8 mit einem Stromverteiler 10 elektrisch verbunden. Das Kabel 8 ist einadrig oder zweiadrig aufgebaut, und aufgrund des Kabels 8 liegt somit an dem Stromverteiler 10 ebenfalls die Gleichspannung an.
Der Stromverteiler 10 ist mittels einer ersten Leitung 12 mit einem ersten Nebenaggregat 14 sowie mittels einer zweiten Leitung 16 mit einem zweiten Nebenaggregat 18 und mittels einer dritten Leitung 20 mit einem dritten Nebenaggregat 22 elektrisch kontaktiert. Somit erfolgt eine Bestromung des ersten Nebenaggregats 14 sowie des zweiten Nebenaggregats 18 als auch des dritten Nebenaggregats 22 mittels des Stromverteilers 10. bei den Nebenaggregaten 14, 18, 22 handelt es sich um Geräte, und das erste Nebenaggregat 14 ist eine Sitzheizung, das zweite Nebenaggregat 18 ist eine Hydraulikpumpe, mittels derer ein nicht näher dargestellter Hydraulikkreislauf angetrieben ist, und das dritte Nebenaggregat 22 ist ein Navigationssystem.
Ferner ist der Stromverteiler 10 an ein Bussystem 24 des Fahrzeugs 2 angeschlossen, das ein CAN-Bussystem ist. Mit dem Bussystem 24 ist ein nicht dargestellter Bordcomputer signaltechnisch verbunden, der eine zentrale Steuerung des Fahrzeugs 2 ist. Somit ist es mittels des Bussystems 24 möglich, Signale und/oder Daten zwischen dem Bordcomputer und dem Stromverteiler 10 auszutauschen.
In 2 ist schematisch vereinfacht der Stromverteiler 10 dargestellt. Der Stromverteiler weist ein Gehäuse 26 auf, das aus einem Kunststoff oder Metall erstellt ist. In das Gehäuse 26 ist ein Stromeingang 28 eingebracht, an den das Kabel 8 angeschlossen ist. Hierfür weist der Stromeingang eine entsprechende Aufnahme, wie beispielsweise einen Bolzen für einen Kabelschuh oder dergleichen auf. Alternativ ist der Stromeingang 28 zumindest teilweise mittels einer Steckers gebildet. In das Gehäuse 26 sind ferner drei Stromausgänge 30 eingebracht, wobei mit jeweils einem hiervon jeweils eine der Leitungen 12, 16, 20 elektrisch verbunden ist. Hierbei sind die Stromausgänge 30 entweder ebenfalls nach Art eines Bolzens zur Aufnahme eines entsprechenden Kabelschuhs oder nach Art eines Steckers ausgebildet. In das Gehäuse 26 ist ferner eine Schnittstelle 32 eingebracht. Die Schnittstelle 32 ist eine Datenschnittstelle, und nach Art eines Steckers ausgebildet, in den ein entsprechender Gegenstecker des Bussystems 24 eingesteckt ist.
Innerhalb des Gehäuses 26 sind drei zueinander baugleiche Überlastschutze 34 angeordnet. Jeder Überlastschutz 34 weist einen Hauptstrompfad 36 auf, in den ein jeweiliger Schalter 38 in Form eines Relais oder Halbleiterschalters, wie eines Leistungshalbleiters, eingebracht ist. Jeder Hauptstrompfad 36 ist mittels einer Stromschiene gebildet, und mittels des jeweiligen Schalters 38 ist es möglich, den jeweiligen Hauptstrompfad 36 aufzutrennen, sodass ein elektrischer Stromfluss hierüber unterbunden ist. Hierfür wird der jeweilige Schalter 38 von dem elektrisch leitenden in den elektrisch nicht leitenden Zustand überführt.
Jeder Überlastschutz 34 umfasst ferner einen Sensor 40, mittels dessen ein mittels des jeweiligen Hauptstrompfads 36 geführter elektrische Strom gemessen werden kann. Sämtliche Hauptstrompfade 36 sind gegen eine (gemeinsame) Stromschiene 42 geführt, die ebenfalls innerhalb des Gehäuses 26 angeordnet und gegen den Stromeingang 28 geführt und somit elektrisch mit diesem kontaktiert ist. Das verbleibende Ende jedes Hauptstrompfads 36 ist gegen jeweils einen der Stromausgänge 30 geführt, sodass sämtliche Stromausgänge 30 über den jeweils zugeordneten Hauptstrompfad 36 mit dem Stromeingang 28 verbunden sind.
Jeder Überlastschutz 34 weist ferner eine Steuereinheit 44 auf, wobei sämtliche Steuereinheiten 44 in ein gemeinsames Steuergerät 46 integriert sind. Hierbei sind die Steuereinheiten 44 beispielsweise mittels jeweils zugeordneter diskreter Bauteile gebildet, oder zumindest ein Teil jeder Steuereinheit 44 ist mittels eines Computerprogrammprodukts oder eines sonstigen Algorithmus gebildet, der mittels eines nicht näher dargestellten Computers oder Mikroprozessors des Steuergeräts 46 ausgeführt wird. Mittels jeder Steuereinheit 44 ist der jeweils zugeordnete Schalter 38 betätigt. Somit ist es möglich, mittels des Steuergeräts 46 jeden der Schalter 38 von dem elektrisch leitenden in den elektrisch nicht leitenden Zustand zu überführen sowie umgekehrt. Auch ist das Steuergerät 46 signaltechnisch mit der Schnittstelle 32 verbunden, mittels des Steuergeräts 46 wird die Kommunikation mit dem Bussystem 24 geregelt. Dabei bildet das Steuergerät 46 und somit der Stromverteiler 10 ein Slave-Gerät/ Client-Gerät des Bussystems 24.
In 3 ist ein Verfahren 48 zum Betrieb der Überlastschutze 34 dargestellt, wobei für jeden der Überlastschutze 34 das Verfahren 48 separat durchgeführt wird. Hierbei wird das Verfahren 48 mittels der jeweiligen Steuereinheit 44 sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile des Steuergeräts 46 durchgeführt.
In einem ersten Arbeitsschritt 50 wird ein Anlernmodus 52 gestartet. Der erste Arbeitsschritt 50 wird bei der ersten Inbetriebnahme des Stromverteilers 10 oder zumindest nach Anschluss der jeweiligen Leitung 12, 16, 20 an den jeweils zugeordnete Stromausgang 30 durchgeführt, also wenn nach Montage des Fahrzeugs 2 die Verbindung das erste Mal oder nach einem Abstecken der jeweiligen Leitung 12, 16, 20 die elektrische Verbindung erneut hergestellt wird. Hierbei wird beispielsweise von einem Monteure oder mittels weiterer Sicherungs- oder Überwachungseinheit sichergestellt, dass das jeweils zugeordnete Nebenaggregat 14, 18, 22 fehlerfrei arbeiten kann, und keinen Defekt aufweist.
In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 53 wird zu einem Einschaltzeitpunkt 54 der jeweils zugeordnete Schalter 38 von dem elektrisch nicht leitenden Zustand in den elektrisch leitenden Zustand überführt, sodass ein Stromfluss von dem Stromeingang 28 zu dem jeweils zugeordneten Stromausgang 30 erfolgt. Infolgedessen wird das jeweils zugeordnete Nebenaggregat 14, 18, 22 betrieben, wobei der mittels des Hauptstrompfads 36 geführte elektrische Strom genau dem Laststrom des jeweiligen Nebenaggregats 14, 18, 22 entspricht. Hierbei ist es möglich, dass der tatsächliche Laststrom aufgrund von Fertigungstoleranzen des jeweiligen Nebenaggregats 14, 18, 22 von einer Herstellerangabe abweicht.
Mittels der jeweiligen Steuereinheit 44 wird unter Zuhilfenahme des jeweiligen Sensors 40 ein den mittels des Hauptstrompfads 36 geführten elektrischen Strom charakterisierender Wert 56 für eine bestimmte Zeitdauer 58 erfasst. Hierfür wird mittels des Sensors 40 die über den Shunt abfallende elektrische Spannung gemessen und mittels eines entsprechender Algorithmus der Steuereinheit 44 in den korrespondierenden Wert für den elektrischen Strom überführt, der den charakterisierenden Wert 56 darstellt. Mit anderen Worten entspricht der charakterisierende Wert 54 dem geführten elektrischen Strom.
Die Zeitdauer 58 entspricht 3 Sekunden, sodass der charakterisierende Wert 56 jeweils eine Zeitreihe darstellt und folglich einen zeitlichen Verlauf aufweist, der in 4 dargestellt ist. Aufgrund von kapazitiven Eigenschaften des beispielhaft angeschlossenen Nebenaggregats 14, 18, 22 steigt der charakterisierende Wert 56 zum Einschaltzeitpunkt 54 auf einen vergleichsweise hohen Wert an und sinkt im Verlauf der Zeitdauer 58 auf einen bestimmten Wert ab, sodass dieser nachfolgend im Wesentlichen konstant bleibt.
Der charakterisierende Wert 56 wird mehrmals erfasst. Mit anderen Worten wird nach Ablauf der Zeitdauer 58 der Schalter 40 geöffnet, sodass der mittels des Hauptstrompfads 36 geführte elektrische Strom abklingt. Wenn dies erfolgt ist, oder zumindest nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne, wie 5 Sekunden, wird erneut der Schalter 38 zu dem Einschaltzeitpunkt 54 geschlossen und erneut für die Zeitdauer 58 der charakterisierende Wert 56 erfasst, in dem dargestellten Beispiel noch zweimal. Aufgrund von Artefakten oder Umwelteinflüssen sowie Fertigungstoleranzen unterscheiden sich die jeweiligen charakterisierenden Wert 56 geringfügig.
In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 60 wird anhand sämtlicher erfasster charakterisierender Werte ein Grenzwert 62 ermittelten, dessen zeitlicher Verlauf ebenfalls in 4 dargestellt ist. Der Grenzwert 62 ist somit ebenfalls eine Zeitreihe. Als Grenzwert 62 wird hierbei entweder der Mittelwert der charakterisierenden Werte 56 verwendet, zu dem zu jedem Zeitpunkt eine konstante Schwelle addiert ist. Alternativ hierzu wird, wie in 4 dargestellt, zu dem Mittelwert der charakterisierenden Werte 56 zum Einschaltzeitpunkt 54 oder zumindest zu dem Maximum des Mittelwerts der charakterisierenden Werte 56 eine feste Schwelle addiert, sodass ein Einzelwert des Grenzwerts 62 bestimmt ist. Zu einem Einzelwert des Mittelwerts der charakterisierenden Werte 56 kurz vor Ablauf der Zeitdauer 58, oder zu dem Zeitpunkt, nach dem eine Änderung des Mittelwerts der charakterisierenden Werte 56 unterhalb einer bestimmten Grenze verbleibt, wird die gleiche Schwelle addiert, sodass ein weiterer Einzelwert des Grenzwerts 62 bestimmt ist. Die zeitlich zwischen den auf diese Weise bestimmten Einzelwerten des Grenzwerts 62 liegenden weiteren Einzelwerte des Grenzwerts 62 liegen auf einer mittels dieser Einzelwerte definierten Geraden. Die zeitlich nachfolgenden Einzelwerte des Grenzwerts 62 liegen auf einer weiteren Geraden, die jedoch keine Steigung aufweist. Mit anderen Worten sind die zeitlich nachfolgenden Einzelwerte des Grenzwerts 62 gleich. Zusammenfassend ist der Grenzwert 62 zeitabhängig von einer Einschaltdauer des jeweiligen Schaltelements 40 ermittelt, und sämtliche charakterisierenden Werte 56 werden zum Ermitteln des Grenzwerts 62 verwendet. Aufgrund der Zusammensetzung des zeitlichen Verlaufs des Grenzwerts 62 aus zwei geraden Abschnitten, ist eine Parametrisierung des Grenzwerts 62 mit vergleichsweise wenigen Parametern möglich.
In einem sich anschließenden vierten Arbeitsschritt 64 wird der ermittelte Grenzwerts, also beispielsweise die vollständige Zeitreihe oder die Parameter des Grenzwerts 62, also insbesondere die Steigung der jeweiligen geraden Abschnitt und ein etwaiger Offset, über die Schnittstelle 32 zur Verfügung gestellt. Hierfür wird der Grenzwert 62 in das Bussystem 24 eingespeist, sodass der Grenzwert 62 dem Bordcomputer mitgeteilt wird. Im Anschluss hieran wird der Anlernmodus 52 beendet. Sobald somit mittels des Bordcomputers der Grenzwert 62 empfangen wurde, ist dort das auch Wissen vorhanden, dass der Anlernmodus 52 beendet wurde.
Der Anlernmodus 52 wird für jeden der Überlastschutze 34 separat durchgeführt. Da sich die Nebenaggregate 14, 18, 22 unterscheiden, ergibt sich trotz der Baugleichheit der Überlastschutze 34 für jeden von diesen ein unterschiedlicher Grenzwert 62. Somit ist jeder Überlastschutz 34 auf das jeweils zugeordnete Nebenaggregat 14, 18, 22 angepasst. Dabei ist ein Wissen um die Art und/oder den Aufbau der jeweiligen Nebenaggregate 14, 18, 22 zur Ermittlung des jeweiligen Grenzwerts 62 nicht erforderlich.
In einem sich an den vierten Arbeitsschritt 64 im Wesentlichen unverzüglich anschließenden fünften Arbeitsschritt 66 wird ein Normalmodus 68 gestartet. Auch hier wird zu einem Einschaltzeitpunkt 54 der Schalter 38 in den elektrisch leitenden Zustand versetzt, sodass sich ein elektrischer Stromfluss über den jeweiligen Hauptstrompfad 36 ergibt. Beginnend mit dem Einschaltzeitpunkt 54 wird der charakterisierende Wert 56 kontinuierlich erfasst, der auch hier eine Zeitreihe ist, und der in 5 dargestellt ist.
Das Versetzen des Schalters 38 in den elektrisch leitenden Zustand erfolgt beispielsweise aufgrund einer entsprechenden Aufforderung, die über das Bussystem 24 empfangen wurde. Alternativ hierzu befindet sich der Schalter 38 bereits in dem elektrisch leitenden Zustand, und zu dem Einschaltzeitpunkt 54 erfolgt ein Bezug von elektrischer Energie aus der Batterie 6 mittels des jeweiligen Nebenaggregats 14, 18, 22 mittels einer jeweils jeweiligen Steuerung. Mit anderen Worten wird mittels der Steuerung des jeweiligen Nebenaggregats 14, 18, 22 der Stromfluss eingestellt, und die Steuerung weist einen entsprechenden Schalter auf.
Auch im Normalmodus 68 steigt aufgrund der kapazitiven Ausgestaltung zum Einschaltzeitpunkt 54 der charakterisierende Wert 56 zunächst an und sinkt anschließend ab. Wenn das jeweilige Nebenaggregat 14, 18, 22 fehlerfrei arbeitet, verbleibt der charakterisierende Wert 56 unterhalb des Grenzwerts 62, der abhängig von der Einschaltdauer ist, also der Zeit(-dauer) nach dem Einschaltzeitpunkt 54.
Falls dahingegen das jeweils zugeordnete Nebenaggregat 14, 18, 22 einen Defekt oder dergleichen aufweist, der zu einem Fehlverhalten führt, insbesondere einem Kurzschluss, steigt der charakterisierende Wert 56 an, wie in 6 beispielhaft dargestellt, sodass dieser den Grenzwert 62 überschreitet. In diesem Fall wird der Schalter 40 geöffnet, sodass der Stromfluss über den Hauptstrompfad 36 unterbrochen wird. Infolgedessen sinkt der charakterisierende Wert 56, nämlich der elektrische Strom, auf 0 A ab, und eine weitere Beschädigung des jeweiligen Nebenaggregats 14, 18, 22 oder der damit verbundenen Leitung 12, 16, 20 wird vermieden.
Wenn der fünfte Arbeitsschritt 66 für eine bestimmte Zeitspanne ausgeführt wurde, beispielsweise eine Woche, einen Monat oder ein Jahr, oder wenn eine Wartung des Fahrzeugs 2 durchgeführt wird, wird der fünfte Arbeitsschritt 66 beendet und der erste Arbeitsschritt 50 durchgeführt, sodass der Anlernmodus 52 erneut gestartet wird. Mit anderen Worten wird der Anlernmodus 52 zyklisch wiederholend gestartet. Infolgedessen wird jeder Grenzwert 62 neu ermittelt. Somit wird ein geändertes Verhalten, insbesondere Alterungseffekte, des jeweils zugeordneten Nebenaggregat 14, 18, 22 oder der jeweiligen Leitung 12, 16, 20 berücksichtigt. Folglich ist es nicht erforderlich, dies bei der ersten Ermittlung des Grenzwerts 62 zu berücksichtigen, weswegen dieser vergleichsweise nahe an dem Mittelwert der zur Ermitteln des jeweiligen Grenzwerts 62 verwendeten charakterisierenden Werte 56 gewählt werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Fahrzeug
4: Rad
6: Batterie
8: Kabel
10: Stromverteiler
12: erste Leitung
14: erstes Nebenaggregat
16: zweite Leitung
18: zweites Nebenaggregat
20: dritte Leitung
22: drittes Nebenaggregat
24: Bussystem
26: Gehäuse
28: Stromeingang
30: Stromausgang
32: Schnittstelle
34: Überlastschutz
36: Hauptstrompfad
38: Schalter
40: Sensor
42: Stromschiene
44: Steuereinheit
46: Steuergerät
48: Verfahren
50: erster Arbeitsschritt
52: Anlernmodus
53: zweiter Arbeitsschritt
54: Einschaltzeitpunkt
56: Wert
58: Zeitdauer
60: dritter Arbeitsschritt
62: Grenzwert
64: vierter Arbeitsschritt
66: fünfter Arbeitsschritt
68: Normalmodus

Claims

Verfahren (48) zum Betrieb eines Überlastschutzes (34) eines Fahrzeugs (2), mit einem Hauptstrompfad (36), in den ein Schalter (38) eingebracht ist, der mittels einer Steuereinheit (44) betätigt ist, bei welchem - in einem Anlernmodus (52) ein einen mittels des Hauptstrompfads (36) geführten elektrischem Strom charakterisierender Wert (54) erfasst wird, und anhand des charakterisierenden Werts (56) ein Grenzwert (62) ermittelt wird, und - in einem Normalmodus (68) der charakterisierende Wert (56) erfasst wird, wobei der Schalter (40) geöffnet wird, wenn der charakterisierende Wert (56) den Grenzwert (62) überschreitet.
Verfahren (48) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der charakterisierende Wert (56) für eine bestimmte Zeitdauer (58) erfasst wird.
Verfahren (48) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (62) zeitabhängig von einer Einschaltdauer des Schalters (40) ermittelt wird.
Verfahren (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anlernmodus (52) der charakterisierende Wert (56) mehrmals erfasst wird, wobei sämtliche charakterisierenden Werte (56) zum Ermitteln des Grenzwerts (62) verwendet werden.
Verfahren (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (62) über eine Schnittstelle (32) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlernmodus (52) zyklisch wiederholend gestartet wird.
Überlastschutz (34) eines Fahrzeugs (2), der einen Hauptstrompfad (36) aufweist, in den ein mittels einer Steuereinheit (44) betätigter Schalter (38) eingebracht ist, und der gemäß einem Verfahren (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 betrieben ist.
Stromverteiler (10) eines Fahrzeugs (2), mit einem Überlastschutz (34) nach Anspruch 7.