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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug mit auswechselbarer Komponente.
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Auf dem Gebiet der Elektrofahrzeuge, insbesondere im Bereich von elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugen, gibt es Bestrebungen, die Fahrzeuge mit auswechselbaren Batterien zu versehen, um eine Energieversorgung der Fahrzeuge ohne lange Unterbrechungen und Standzeiten bereitstellen zu können. Beim Austauschen einer auswechselbaren Batterie ist ein Potentialausgleich zwischen einem Batteriegehäuse der auswechselbaren Batterie und einem Fahrgestell des Fahrzeugs herzustellen, welcher in der Regel mittels einer hierfür vorgesehenen Schutzleiterverbindung hergestellt wird, die beim Auswechseln zusammen mit einer Verbindung von Leistungskontakten ausgebildet wird.
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Aus der
DE 10 2020 212 917 A1 sind ein Bordnetz und ein Verfahren zur Überprüfung der Integrität einer Potentialausgleichs-(PA)-Leitung innerhalb eines Bordnetzes bekannt, wobei die PA-Leitung zum Potentialausgleich zwei Gehäuse zweier Komponenten des Bordnetzes elektrisch leitend verbindet und die beiden Komponenten weiterhin über eine mit einem Schirm versehene Versorgungsleitung miteinander verbunden sind. In einem Prüfmodus ist ein Messkreis über den Schirm, eines der beiden Gehäuse, über die PA-Leitung sowie über eine Messeinheit ausgebildet und die Messeinheit ist zur Durchführung einer Messung zur Prüfung des ordnungsgemäßen Zustands der PA-Leitung ausgebildet.
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Aus der
DE 10 2018 216 499 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Potentialausgleich für eine leistungselektrische Vorrichtung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Vorrichtung eine berührbare, leitfähige Komponente umfasst, die weder im Versorgungsstromkreis noch im Signalstromkreis des Bordnetzes elektrisch angeschlossen ist, wobei die Schaltungsanordnung umfasst: einen Potentialausgleichsleiter, der eingerichtet ist, die Komponente zum Potentialausgleich mit der Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs niederohmig zu verbinden; eine Ermittlungsanordnung, die eingerichtet ist, während des Betriebs der Vorrichtung kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen zyklisch, und automatisch einen Übergangswiderstand des Potentialausgleichsleiters zu ermitteln. Ferner ist hieraus ein Bordnetz (BN) eines Kraftfahrzeugs mit der genannten Schaltungsanordnung bekannt.
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Aus der
DE 10 2017 209 445 A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung eines Massesystems bekannt. Das Massesystem umfasst mehrere Gehäuse elektrischer Komponenten, wobei die Gehäuse über eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Potentialausgleichsverbindungen mit einer Masse verbunden sind. Das Verfahren umfasst das Bewirken eines Gesamtstroms in dem Massesystem. Außerdem umfasst das Verfahren das Erfassen von Stromdaten bezüglich eines Teilstroms über eine erste Potentialausgleichsverbindung der Mehrzahl von Potentialausgleichsverbindungen. Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln eines Zustands des Massesystems auf Basis der Stromdaten und auf Basis von Referenz-Stromdaten bezüglich eines Referenzstroms für die erste Potentialausgleichsverbindung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug mit auswechselbarer Komponente zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird ein Verfahren zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug mit auswechselbarer Komponente zur Verfügung gestellt, wobei mittels hierfür eingerichteter Messleitungen ein elektrischer Widerstand zwischen einem Fahrgestell des Fahrzeugs und einem Komponentengehäuse der auswechselbaren Komponente bestimmt wird, wobei der bestimmte elektrische Widerstand durch Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen Widerstandsschwellwert überprüft wird, und wobei ein Überprüfungsergebnis bereitgestellt wird.
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Ferner wird insbesondere eine Vorrichtung zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug mit auswechselbarer Komponente geschaffen, umfassend Messleitungen, die zum Erfassen eines elektrischen Widerstands zwischen einem Fahrgestell des Fahrzeugs und einem Komponentengehäuse der auswechselbaren Komponente eingerichtet sind, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den bestimmten elektrischen Widerstand durch Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen Widerstandsschwellwert zu überprüfen und ein Überprüfungsergebnis bereitzustellen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen es, einen Potentialausgleich zwischen dem Fahrgestell des Fahrzeugs (welches auch als Fahrzeugchassis bezeichnet werden kann) und dem Komponentengehäuse zu überprüfen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass beim Auswechseln der Komponente neben den Leistungskontakten auch ein Kontakt für eine Schutzleiterverbindung zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse ausgebildet wird. Ist diese Schutzleiterverbindung fehlerfrei ausgebildet, so ist ein elektrischer Widerstand zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse verschwindend gering, da ein elektrischer Strom niederohmig über den Schutzleiter fließen kann (insbesondere im Bereich von mOhm). Ist die Schutzleiterverbindung hingegen nicht fehlerfrei ausgebildet, beispielsweise, weil ein hierfür vorgesehener Kontakt verschmutzt oder in anderer Weise beeinträchtigt ist, so ist der elektrische Widerstand zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse deutlich größer. Dieses Verhalten macht sich die Erfindung zunutze, indem ein elektrischer Widerstand zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse erfasst und überprüft wird. Dies erfolgt mittels hierfür eingerichteter Messleitungen, die mit dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse verbunden sind. Mittels dieser Messleitungen wird der elektrische Widerstand zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse bestimmt. Der bestimmte elektrische Widerstand wird durch Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen Widerstandsschwellwert überprüft. Das Überprüfungsergebnis wird bereitgestellt, beispielsweise wird dieses in Form eines analogen oder digitalen Signals ausgegeben.
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Ein Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung ist, dass die fehlerfrei ausgebildete Verbindung des Schutzleiters zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse ohne großen Aufwand überprüft werden kann. Eine Sicherheit beim Betrieb einer auswechselbaren Komponente kann hierdurch erhöht und sichergestellt werden.
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Eine Komponente ist insbesondere eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie oder eine Traktionsbatterie. Grundsätzlich kann eine Komponente aber beispielsweise auch eine Brennstoffzelle oder eine elektrische Maschine sein.
Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Grundsätzlich kann das Fahrzeug aber auch ein anderes Land-, Schienen-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug sein, beispielsweise ein Lufttaxi oder eine Drohne.
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Der elektrische Widerstand lässt sich bei Annahme eines Ohmschen Verhaltens aus dem aufgeprägten und erfassten Strom Im und der erfassten Spannung Vm bestimmen über:
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Der aufgeprägte Strom weist insbesondere einen Wert von 1 A auf. Grundsätzlich können jedoch auch andere Werte verwendet werden, beispielsweise 200 mA. Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass der Wert für den Strom auf einen konstanten Wert geregelt wird. Dies erfolgt insbesondere mittels einer geregelten Stromquelle (einer Messelektronik) der Vorrichtung. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der Wert für den Strom hierzu erfasst wird.
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Der vorgegebene Widerstandsschwellwert kann beispielsweise durch empirische Versuchsreihen und/oder durch Simulation bestimmt und festgelegt werden. Typischerweise wird der vorgegebene Widerstandsschwellwert insbesondere Werte von einigen mOhm bis einigen zehn mOhm aufweisen.
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Das Überprüfen des elektrischen Widerstands wird insbesondere wiederholt durchgeführt, insbesondere regelmäßig durchgeführt.
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Die Vorrichtung kann in dem Fahrzeug angeordnet und/oder ausgebildet sein. Alternativ kann die Vorrichtung auch in der Komponente, insbesondere in einer Batterie, angeordnet und/oder ausgebildet sein.
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Teile der Vorrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung, können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind.
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Es ist vorgesehen, dass ein erster Widerstandsschwellwert und ein hiervon verschiedener größerer zweiter Widerstandsschwellwert vorgesehen sind, wobei bei Überschreiten des ersten Widerstandsschwellwertes eine Warnmeldung erzeugt und ausgegeben wird, und wobei bei Überschreiten des zweiten Widerstandsschwellwertes eine Abschaltung und/oder Trennung der Komponente, insbesondere der Batterie, erfolgt. Hierdurch kann eine mehrstufige Überwachung erfolgen. Insbesondere kann bei beobachteter Verschlechterung der Schutzleiterverbindung bzw. des Potentialausgleichs zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse, d.h. beim Überschreiten des vorgegebenen ersten Widerstandsschwellwertes, vorerst eine Warnmeldung ausgegeben werden, welche beispielsweise eine Überprüfung der Kontaktierung zwischen Komponente und Fahrzeug nach sich ziehen kann, ohne dass ein Betrieb des Fahrzeugs bei Überschreiten des ersten Widerstandsschwellwertes einschränkt wird. Erst bei einem (nachfolgenden) Überschreiten des zweiten Widerstandschwellwertes erfolgen größere Maßnahmen, nämlich die Abschaltung und/oder die Trennung der Komponente vom Fahrzeugnetz. Hierbei werden beispielsweise Schütze unterbrochen, um eine elektrische Verbindung zu trennen. Dies wird insbesondere mittels der Steuereinrichtung veranlasst. Die vorgegebenen Widerstandsschwellwerte können beispielsweise durch empirische Versuchsreihen und/oder durch Simulation bestimmt und festgelegt werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bestimmen des elektrischen Widerstands im Wege einer Vierleitermessung erfolgt. Hierdurch kann die Widerstandsmessung verbessert werden, da eine Verfälschung des bestimmten elektrischen Widerstands durch Leitungswiderstände und Anschlusswiderstände vermieden wird. Entsprechend sind insbesondere jeweils zwei Messleitungen zum Fahrgestell und zum Komponentengehäuse vorgesehen (insbesondere jeweils eine für das Aufprägen eines Stromes zwischen dem Fahrgestell und dem Komponentengehäuse und jeweils eine zur Spannungsmessung). Die Vierleitermessung erfolgt ansonsten in an sich bekannter Art und Weise.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Spannungsversatz einer beim Bestimmen des elektrischen Widerstands durchgeführten Spannungsmessung kompensiert wird. Hierdurch kann ein Spannungsversatz, der von einem zur Spannungsmessung verwendeten Messverstärker bzw. Vorverstärker einer Messelektronik der Vorrichtung hervorgerufen wird, kompensiert werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, da ein solcher Spannungsversatz oder eine Veränderung eines solchen Spannungsversatzes im Bereich von Spannungen um Null herum große Auswirkungen auf den bestimmten elektrischen Widerstand haben kann. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass ein solcher Spannungsversatz sowohl bei einer Spannungsmessung als auch bei einer Strommessung (welche als Spannungsmessung an einem Shunt-Widerstand durchgeführt wird) erfolgt, da in beiden Fällen in der Regel Messverstärker eingesetzt werden, an denen ein Spannungsversatz auftreten kann.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spannungsversatz vor jedem Bestimmen des elektrischen Widerstands neu bestimmt und korrigiert wird. Hierdurch kann ein stets aktueller Wert für den Spannungsversatz bestimmt und verwendet werden. Insbesondere beim wiederholten, insbesondere regelmäßigen, Überprüfen des elektrischen Widerstands kann auf diese Weise stets ein aktueller Wert für den Spannungsversatz bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektrische Widerstand ausgehend von am Ende einer Messdauer erfassten Messwerten für einen Messstrom und/oder eine Messspannung bestimmt wird. Hierdurch kann nach Aktivieren der Messung des elektrischen Widerstands ein Einschwingen des Systems abgewartet werden, bevor der Wert für den elektrischen Widerstand bestimmt wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Messleitungen zum Komponentengehäuse oder zum Fahrgestell über hierfür eingerichtete Kontakte einer zum Verbinden der Leistungskontakte der Komponente vorgesehenen Steckverbindung kontaktiert und/oder ausgebildet werden. Hierdurch können die Kontakte für die Messleitungen gleichzeitig mit dem Ausbilden der Leistungskontakte (und des Schutzleiterkontaktes) und ohne Mehraufwand ausgebildet werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Überprüfung auf Drahtbruch und/oder Kurzschluss der Messleitungen durchgeführt wird. Hierdurch können die elektrischen Verbindungen zum Fahrgestell und zum Komponentengehäuse überprüft werden. Ein Drahtbruch und/oder Kurzschluss von einer der Spannungsmessleitungen äußert sich beispielsweise derart, dass die Spannungsmessung stets konstante Werte von Null bzw. im Bereich eines Spannungsversatzes des Messverstärkerausgangs liefert, unabhängig davon, ob ein Strom eingeprägt wird oder nicht. Ein Drahtbruch bei einer der Strommessleitungen äußert sich beispielsweise derart, dass der Strom nicht eingeregelt werden kann bzw. immer beim Wert Null bleibt. Ein Kurzschluss der Strommessleitungen äußert sich beispielsweise derart, dass die Spannungsmessung stets konstante Werte von Null bzw. im Bereich eines Spannungsversatzes des Messverstärkerausgangs liefert, unabhängig davon, ob Strom eingeprägt wird oder nicht. Die Vorrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung, ist entsprechend dazu eingerichtet, ein solches Verhalten zu erkennen und eine jeweilige Überprüfungsinformation zu bestimmen und auszugeben.
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Weitere Merkmale zur Ausgestaltung der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile der Vorrichtung sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.
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Es wird ferner auch eine Komponente geschaffen, umfassend mindestens eine Vorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen und/oder mindestens eine mit einem Komponentengehäuse verbundene Messleitung, welche zur Verbindung mit einer Vorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen eingerichtet ist. Die mindestens eine Messleitung ist insbesondere zwischen einem Kontaktpunkt an dem Komponentengehäuse und einem Kontakt an einer Steckverbindung ausgebildet. Eine Komponente ist insbesondere eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie. Grundsätzlich kann die Komponente aber beispielsweise auch eine Brennstoffzelle oder eine elektrische Maschine sein.
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Weiter wird auch ein Fahrzeug geschaffen, umfassend mindestens eine Vorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen und/oder mindestens eine mit einem Fahrgestell des Fahrzeugs verbundene Messleitung, welche zur Verbindung mit einer Vorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen eingerichtet ist. Die mindestens eine Messleitung ist insbesondere zwischen einem Kontaktpunkt an dem Fahrgestell und einem Kontakt an einer Steckverbindung ausgebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug mit auswechselbarer Komponente;
- 2(a)-(c) schematische Darstellungen zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens;
- 3(a)-(d) schematische Darstellungen zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens;
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug 50 mit auswechselbarer Komponente 60 gezeigt. Es wird angemerkt, dass in der Darstellung eine Unterscheidung bzw. Trennung zwischen der Komponente 60 und dem Fahrzeug 50 getroffen wird. Dies dient jedoch nur zur Verdeutlichung des Verfahrens und der Vorrichtung 1. Im eingebauten Zustand ist die Komponente 60 insbesondere Teil des Fahrzeugs 50. Die dargestellte Trennung erfolgt daher lediglich als Bezugspunkt zur Verdeutlichung der Problemstellung des Potentialausgleichs zwischen Komponente 60 und Fahrzeug 50. Die Komponente 60 ist insbesondere eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie. Grundsätzlich kann die Komponente aber auch eine andere Komponente sein.
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Die Vorrichtung 1 ist insbesondere dazu eingerichtet, das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug 50 mit auswechselbarer Komponente 60 durchzuführen. Das Verfahren wird nachfolgend anhand der Vorrichtung 1 näher erläutert. Die Vorrichtung 1 ist im gezeigten Beispiel in dem Fahrzeug 50 angeordnet und/oder ausgebildet. Grundsätzlich kann jedoch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 in der Komponente 60 angeordnet und/oder ausgebildet ist; die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen gelten hierbei analog für den Fall, dass die Vorrichtung 1 in der Komponente 60 angeordnet und/oder ausgebildet ist.
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Die Vorrichtung 1 umfasst Messleitungen V1, 11, V2.V, I2.V und eine Steuereinrichtung 2. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Messelektronik 3. Die Messleitungen V1, 11 sind über Kontaktpunkte TI.V und TV.V elektrisch mit einem Fahrgestell 51 des Fahrzeugs 50 verbunden.
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Das Fahrzeug 50 umfasst eine Fahrzeugsteuerung 52 und elektrische Verbraucher 53 (Bordnetz/Traktionsnetz). Im Beispiel ist die Komponente 60 eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie und umfasst eine Batteriesteuerung 62 und eine Batterieleistungseinheit 63, welche Batteriezellen, Batteriemodule, Schütze, Vorladeeinheiten und Messeinrichtungen etc. umfasst.
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Eine elektrische Verbindung zwischen der Komponente 60 und den Verbrauchern 53 des Fahrzeugs 50 wird mit Hilfe von Leistungskontakten B+, B- einer Steckverbindung 70 ausgebildet. Gleichzeitig wird eine Schutzleiterverbindung PE zwischen einem Komponentengehäuse 61 (bei PE.B) und dem Fahrgestell 51 (bei PE.V) des Fahrzeugs 50 über einen hierfür eingerichteten Kontakt der Steckverbindung 70 ausgebildet. Ferner wird eine Kommunikationsverbindung 20 zwischen der Batteriesteuerung 62 und der Fahrzeugsteuerung 52 ausgebildet über hierfür eingerichtete Kontakte.
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Ferner sind bei der Komponente 60 insbesondere Messleitungen I2.B, V2.B vorgesehen, welche insbesondere über hierfür eingerichtete Kontakte 71 der Steckverbindung 70 mit den Messleitungen I2.V, V2.V der Vorrichtung 1 verbunden werden bzw. verbunden sind. Die Messleitungen I2.B, V2.B sind über die Kontaktpunkte TI.B und TV.B elektrisch mit dem Komponentengehäuse 61 verbunden. Die Vorrichtung 1 und die Messleitungen I2.B, V2.B bilden zusammen insbesondere eine Anordnung 10 zum Überwachen eines Potentialausgleichs in dem Fahrzeug 50 mit auswechselbarer Komponente 60.
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Durch die Kontakte 71 und die Kontaktpunkte TI.V, TV.V, TI.B, TV.B sind die Messleitungen V1, I1, I2.V, V2.V, I2.B, V2.B zum Erfassen eines elektrischen Widerstands R zwischen dem Fahrgestell 51 des Fahrzeugs 50 und dem Komponentengehäuse 61 der auswechselbaren Komponente 60 eingerichtet.
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Die Steuereinrichtung 2 umfasst beispielsweise eine Recheneinrichtung (nicht gezeigt) und einen Speicher (nicht gezeigt). Die Recheneinrichtung führt insbesondere zum Durchführen des in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahrens notwendige Rechenoperationen aus. Die Steuereinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, den bestimmten elektrischen Widerstand R durch Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen Widerstandsschwellwert R1 zu überprüfen und ein Überprüfungsergebnis 4 bereitzustellen. Das Überprüfungsergebnis 4 umfasst insbesondere eine Information darüber, ob der vorgegebene Widerstandsschwellwert R1 überschritten ist oder nicht. Das Überprüfungsergebnis 4 wird beispielsweise der Fahrzeugsteuerung 52 zugeführt und kann beispielsweise auf einer Anzeigeeinrichtung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs angezeigt werden.
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Es ist, wie dargestellt, insbesondere vorgesehen, dass das Bestimmen des elektrischen Widerstands R im Wege einer Vierleitermessung erfolgt. Daher sind insbesondere vier Messleitungen V1, I1, I2.V/I2.B und V2.V/V2.B vorgesehen.
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Bei fehlerfrei ausgebildetem elektrischen Kontakt des Schutzleiters PE findet ein Potentialausgleich zwischen dem Komponentengehäuse 61 und dem Fahrzeuggestell 51 über die Kontaktpunkte PE.B und PE.V statt. Ist der elektrische Kontakt des Schutzleiters PE hingegen fehlerhaft oder verschmutzt, so kann der Potentialausgleich gestört sein. Da dann keine oder nur eine verringerte Anzahl von Ladungen über den Kontakt des Schutzleiters PE fließen können, erhöht sich der elektrische Widerstand R zwischen dem Komponentengehäuse 61 und dem Fahrgestell 51. Dieser elektrische Widerstand R wird mittels der Vorrichtung 1 bestimmt und überprüft.
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Es ist vorgesehen, dass ein erster Widerstandsschwellwert R1 und ein hiervon verschiedener größerer zweiter Widerstandsschwellwert R2 vorgesehen sind, wobei bei Überschreiten des ersten Widerstandsschwellwertes R1 eine Warnmeldung 5 erzeugt und ausgegeben wird, und wobei bei Überschreiten des zweiten Widerstandsschwellwertes R2 eine Abschaltung und/oder Trennung der Komponente, insbesondere der Batterie, erfolgt. Zur Abschaltung und/oder Trennung wird beispielsweise ein Abschaltbefehl 6 und/oder Trennungsbefehl 7 erzeugt und ausgeben. Die Warnmeldung 5 und/oder die Befehle 6, 7 werden insbesondere der Fahrzeugsteuerung 52 zugeführt, welche diese auf einer Anzeigeeinrichtung (nicht gezeigt) anzeigt und/oder an die Batteriesteuerung 62 weiterleitet.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Spannungsversatz einer beim Bestimmen des elektrischen Widerstands durchgeführten Spannungsmessung kompensiert wird. Die Kompensation wird insbesondere mittels der Steuereinrichtung 2 durchgeführt. Diese Ausführungsform ist schematisch anhand der 2 verdeutlicht. Die 2 zeigt einen simulierten Verlauf einer Spannung V zwischen dem Komponentengehäuse 61 und dem Fahrgestell 51 während der Durchführung des Verfahrens im Zeitverlauf (Zeit t in Sekunden), wenn diese Spannung V durch einen durch einen Vorverstärker der Messelektronik 3 der Vorrichtung 1 hervorgerufenen Spannungsversatz 30 beeinflusst wird. Die 2(c) zeigt den simulierten Spannungsversatz 30 (in Volt). Aus dem simulierten Spannungsversatz 30 wird durch Addition von simuliertem Rauschen ein realistischer Spannungsversatz 30 an dem Vorverstärker der Messelektronik 3 erzeugt, dies ist beispielhaft in 2(a) gezeigt. Ein Zustandssignal 31 verdeutlicht hierbei in 2(a) die Zeiträume, zu denen eine Messung stattfindet (die Messung des elektrischen Widerstands findet stets während der Messdauer 40 statt). In dem (simulierten) Beispiel steigt der derartig simulierte Spannungsversatz 30 linear an. Kurz vor dem jeweiligen Bestimmen des elektrischen Widerstands R (im Beispiel bei etwa 0,4 Sekunden und bei etwa 0,9 Sekunden) wird dann ein aktueller Wert 32 des Spannungsversatzes 30 bestimmt und beim Bestimmen des elektrischen Widerstands R zum Korrigieren verwendet. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt zum Erfassen und/oder Bestimmen des Spannungsversatzes 30 ausgehend von einem Startzeitpunkt des Bestimmens des elektrischen Widerstands R bestimmt wird, beispielsweise indem eine vorgegebene Zeitdifferenz von diesem Startzeitpunkt abgezogen wird. Der jeweils für den Spannungsversatz 30 bestimmte und zum Kompensieren verwendete aktuelle Wert 32 ist beispielhaft in der 2(b) dargestellt (etwa 0,4 V und etwa 0,63 V). Der jeweils bestimmte aktuelle Wert 32 für den Spannungsversatz 30 wird beim Bestimmen des elektrischen Widerstands R insbesondere von dem hierzu erfassten Spannungsmesswert abgezogen (d.h. kompensiert). Es ist in der 2(a) deutlich zu erkennen, dass die Spannung während des Bestimmens des elektrischen Widerstands, das heißt, während der Messdauer 40, (für einen beispielhaften Widerstand > 0 zwischen Komponentengehäuse 61 und Fahrgestell 51) deutlich ansteigt.
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Es kann hierbei weiterbildend vorgesehen sein, dass der Spannungsversatz 30 vor jedem Bestimmen des elektrischen Widerstands R neu bestimmt und korrigiert wird. Die Kompensation eines Spannungsversatzes kann hierbei sowohl bei der Spannungsmessung als auch bei der Strommessung (bei der ebenfalls eine Spannung an einem Shunt-Widerstand erfasst wird) erfolgen, da hierbei verwendete Messverstärker ebenfalls einen Spannungsversatz aufweisen können.
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Es kann vorgesehen sein, dass der elektrische Widerstand R ausgehend von am Ende einer Messdauer 40 erfassten Messwerten 41 für einen Messstrom Im und/oder eine Messspannung Vm bestimmt wird. Dies ist schematisch in der 3 anhand einer beispielhaften Simulation im Zeitverlauf verdeutlicht (Zeit t in Sekunden). Die 3(a) zeigt hierbei eine Messspannung Vm (in V) im Zeitverlauf. Die 3(b) zeigt einen Messstrom Im (in A) sowie den realen Wert des Stroms I im Zeitverlauf. 3(c) zeigt die Messspannung Vm (in V) sowie einen in der Simulation beispielhaft gewählten elektrischen Widerstand R (in mOhm), der im Zeitverlauf stufenweise erhöht wird. Die 3(d) zeigt die Messzeitdauern 40 im Zeitverlauf an. Es ist deutlich zu erkennen, dass sowohl beim Messstrom Im als auch deutlicher noch bei der Messspannung Vm ein Einschwingvorgang stattfindet (beispielhaft ein PT1-Verhalten wie bei einem Tiefpass). Um diesem Einschwingvorgang Rechnung zu tragen, ist vorgesehen, dass der elektrische Widerstand R ausgehend von am Ende einer Messdauer 40 erfassten Messwerten 41 für einen Messstrom Im und/oder eine Messspannung Vm bestimmt wird.
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Es kann hierbei auch vorgesehen sein, dass ausgehend von mehreren am Ende einer Messdauer 40 in einem Messfenster 42 erfassten Messwerten 41 für den Messstrom Im und/oder die Messspannung Vm Mittelwerte gebildet werden und der elektrische Widerstand R ausgehend von diesen Mittelwerten bestimmt wird.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Bestimmen des elektrischen Widerstands R im Wege einer Zweileitermessung erfolgt. Es ist dann jeweils nur eine einzige Messleitung zum Komponentengehäuse 61 und zum Fahrgestell 51 notwendig. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass elektrische Widerstände der Messleitungen berücksichtigt werden, insbesondere herausgerechnet werden. Dies wird insbesondere mittels der Steuereinrichtung 2 durchgeführt.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das Bestimmen des elektrischen Widerstands R im Wege einer Dreileitermessung erfolgt. Es sind dann insgesamt drei Messleitungen notwendig. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass elektrische Widerstände der Messleitungen berücksichtigt werden, insbesondere herausgerechnet werden. Dies wird insbesondere mittels der Steuereinrichtung 2 durchgeführt.
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Die 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Überwachen eines Potentialausgleichs in einem Fahrzeug mit auswechselbarer Komponente, insbesondere mit auswechselbarer Batterie. Das Verfahren wird insbesondere mittels einer Vorrichtung und/oder einer Anordnung gemäß einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt.
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In einer Maßnahme 100 wird mittels hierfür eingerichteter Messleitungen ein elektrischer Widerstand zwischen einem Fahrgestell des Fahrzeugs und einem Komponentengehäuse der auswechselbaren Komponente bestimmt. Hierzu wird insbesondere eine Vierleitermessung durchgeführt. Deshalb wird in einer Maßnahme 100a mittels einer geregelten Stromquelle der Messelektronik der Vorrichtung ein Strom an den Messleitungen I1 und I2.V/I2.B (1) auf einen vorgegebenen Wert (z.B. 1 A) geregelt. In einer Maßnahme 100b wird über die Messleitungen V1, V2.V/V2.B (1) eine Spannung erfasst. Aus dem geregelten (und hierzu auch erfassten) Strom und der erfassten Spannung wird der elektrische Widerstand zwischen dem Komponentengehäuse und dem Fahrgestell bestimmt.
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In Maßnahme 101 wird der bestimmte elektrische Widerstand durch Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen Widerstandsschwellwert überprüft. Überschreitet der bestimmte elektrische Widerstand nicht den vorgegebenen Widerstandsschwellwert, so wird in einer Maßnahme 102 ein Überprüfungsergebnis ausgegeben und anschließend erneut mit Maßnahme 100 fortgefahren. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Maßnahme 100 in regelmäßigen Abständen wiederholt wird (z.B. alle 0,5 Sekunden).
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Überschreitet der bestimmte elektrische Widerstand hingegen den vorgegebenen Widerstandsschwellwert, so wird mit Maßnahme 103 fortgefahren. In einer Maßnahme 103 wird das Überprüfungsergebnis ausgegeben. Es kann in Maßnahme 103 ferner vorgesehen sein, dass eine Warnmeldung ausgegeben wird.
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Weitere Ausführungsformen des Verfahrens wurden bereits voranstehend mit Bezug auf die Vorrichtung beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Steuereinrichtung
- 3
- Messelektronik
- 4
- Überprüfungsergebnis
- 5
- Warnmeldung
- 6
- Abschaltbefehl
- 7
- Trennungsbefehl
- 10
- Anordnung
- 20
- Kommunikationsverbindung
- 30
- Spannungsversatz
- 31
- Zustandssignal
- 32
- aktueller Wert (Spannungsversatz)
- 40
- Messdauer
- 41
- erfasster Messwert
- 42
- Messfenster
- 50
- Fahrzeug
- 51
- Fahrgestell
- 52
- Fahrzeugsteuerung
- 53
- elektrische Verbraucher
- 60
- Komponente (insb. Batterie)
- 61
- Komponentengehäuse
- 62
- Batteriesteuerung
- 63
- Batterieleistungseinheit
- 70
- Steckverbindung
- 71
- Kontakt
- 100-103
- Maßnahmen des Verfahrens
- B+
- Leistungskontakt
- B-
- Leistungskontakt
- I
- Strom
- Im
- Messstrom
- V1
- Messleitung (Spannung)
- I1
- Messleitung (Strom)
- I2.B
- Messleitung (Spannung)
- V2.B
- Messleitung (Strom)
- V2.V
- Messleitung (Spannung)
- I2.V
- Messleitung (Strom)
- PE
- Schutzleiter(verbindung)
- PE.B
- Kontaktpunkt (Komponentengehäuse)
- PE.V
- Kontaktpunkt (Fahrgestell)
- R
- Widerstand
- R1
- (erster) Widerstandsschwellwert
- R2
- zweiter Widerstandsschwellwert
- t
- Zeit
- TI.B
- Kontaktpunkt (Komponentengehäuse)
- TV.B
- Kontaktpunkt (Komponentengehäuse)
- TI.V
- Kontaktpunkt (Fahrgestell)
- TV.V
- Kontaktpunkt (Fahrgestell)
- V
- Spannung
- Vm
- Messspannung
