DE10333674B4

DE10333674B4 - Arc monitoring system in a vehicle electrical system

Info

Publication number: DE10333674B4
Application number: DE10333674.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Tigges
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: DE10333674A1

Abstract

Lichtbogenüberwachungssystem für einen Laststromkreis in einem Bordnetz (15), wobei das Lichtbogenüberwachungssystem Mittel zur Erkennung und Unterbrechung von seriellen Lichtbögen, welche in dem Laststromkreis an einer Last (10) zugeordneten, stromführenden Verbindungsleitungen (5, 5') des Bordnetzes und/oder an einem der Last zugeordneten Verbindungselement (1) des Bordnetzes auftreten können, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenüberwachungssystem eine Prüfleitung (4), eine Überwachungseinheit (3), ein Schaltelement (13) und eine dem Verbindungselement (1) zugeordnete Schaltungsanordnung (2) aufweist, mit deren Hilfe jede der Verbindungsleitungen kontrollierbar ist und das Verbindungselement kontrollierbar ist, wobei die Schaltungsanordnung über die Prüfleitung mit der Überwachungseinheit verbunden ist, durch die in Wirkverbindung mit dem Schaltelement bei einem von der Prüfleitung, infolge eines seriellen Lichtbogens im Laststromkreis, an die Überwachungseinheit weitergeleiteten Spannungsabfall eine Abschaltung des dem Verbindungselement zugehörigen Laststromkreises oder mindestens eine zum Erlöschen des Lichtbogens führende Stromreduzierung in dem Laststromkreis erfolgt.Arc monitoring system for a load circuit in a vehicle electrical system (15), wherein the arc monitoring system means for detecting and interrupting serial arcs, which in the load circuit to a load (10) associated, current-carrying connecting lines (5, 5 ') of the electrical system and / or on a Having the load associated with connecting element (1) of the on-board network, comprises, characterized in that the arc monitoring system comprises a test line (4), a monitoring unit (3), a switching element (13) and a connection element (1) associated circuitry (2) , with the aid of which each of the connection lines is controllable and the connection element is controllable, the circuit arrangement being connected via the test line to the monitoring unit, through which in operative connection with the switching element at one of the test line, as a result of a serial arc in the load circuit to the monitoring gseinheit forwarded voltage drop is a shutdown of the connection element associated load circuit or at least one leading to the extinction of the arc current reduction in the load circuit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenüberwachungssystem für einen Laststromkreis in einem Bordnetz, wobei das Lichtbogenüberwachungssystem Mittel zur Erkennung und Unterbrechung von seriellen Lichtbögen, welche in dem Laststromkreis an einer Last zugeordneten, stromführenden Verbindungsleitungen des Bordnetzes und/oder an einem der Last zugeordneten Verbindungselement des Bordnetzes auftreten können, umfasst.The invention relates to an arc monitoring system for a load circuit in a vehicle electrical system, wherein the arc monitoring system means for detecting and interrupting serial arcs, which can occur in the load circuit associated with a load, current-carrying connection lines of the electrical system and / or on a load associated with the connection element of the electrical system , includes.

Beim Öffnen von Spannungskreisen, bzw. Stromkreisen (Schalter, Steckverbindungen, Sicherungen) oder bei Defekten in stromführenden Leitungen in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen kann es zur Bildung von seriellen Lichtbögen kommen (Kurzschluss innerhalb eines Verbindungselementes und/oder Überbrücken von Leitungsenden), die bei höheren Bordnetzspannungen, beispielsweise in einem 42 V Bordnetz, „stehen bleiben” können, d. h., dass sie nach der Betätigung des betreffenden Verbindungselementes, beispielsweise beim Lösen einer Steckverbindung, im Stromkreis nicht verlöschen. Dadurch können erhebliche Schäden im Bordnetz entstehen. Insbesondere ist eine potentielle Brandgefahr durch „stehende” Lichtbögen gegeben. Durch die fortschreitende Entwicklung von ein- oder mehrkreisigen Kraftfahrzeugbordnetzen mit höheren Spannungsniveaus ist daher die Forderung nach effektiven Lichtbogenüberwachungssystemen von zunehmender Bedeutung.When opening voltage circuits or circuits (switches, plug connections, fuses) or in case of defects in current-carrying lines in on-board systems of motor vehicles, serial arcs may occur (short-circuit within a connection element and / or bridging of line ends), which may occur at higher vehicle system voltages For example, in a 42 V electrical system, you can "stop", ie. h., That they do not go out after actuation of the relevant connecting element, for example when releasing a connector in the circuit. This can cause considerable damage in the electrical system. In particular, there is a potential risk of fire from "standing" arcing. Due to the progressive development of single or multi-circuit motor vehicle electrical systems with higher voltage levels, the demand for effective arc monitoring systems is therefore of increasing importance.

Verschiedene Lichtbogenüberwachungssysteme sind bereits vorgeschlagen worden, die beispielsweise in einfachen, kostengünstigen Systemen auf die Messung einer signifikanten Spannungs- oder Stromänderung beruhen oder in besonders zuverlässig einen Lichtbogen identifizierenden, aber aufwendigeren Systemen das Frequenzspektrum eines Lichtbogens analysieren.Various arc monitoring systems have already been proposed, which are based, for example, in simple, inexpensive systems on the measurement of a significant voltage or current change or analyze the frequency spectrum of an arc in a particularly reliable arc-identifying, but more expensive systems.

Aus der DE 101 32 952 A1 ist ein Verfahren zum Schutz eines Leitungsnetzes bei Auftreten eines seriellen Lichtbogens bekannt. Eine Überwachungseinheit ist über eine Versorgungsleitung mit einer Zuleitung und einer Ableitung an eine Spannungsquelle angeschlossen. Die Überwachungseinheit weist eine Kontrolleinheit auf, von der mehrere Lasten angesteuert und über einzelne den Lasten zugeordnete Schalter geschaltet werden können. Die Überwachungseinheit weist weiterhin einen Spannungskomparator auf, der eine Referenzspannung mit der an der Überwachungseinheit anliegenden Spannung vergleicht. Wird an der Zu- oder Ableitung ein Spannungsabfall, der durch einen Lichtbogen entstanden sein kann, gemessen, erhält die Kontrolleinheit von dem Spannungskomparator ein Signal, dass zum Abschalten einer oder mehrerer Lasten verwendet wird. Dadurch wird der über die Versorgungsleitung fließende Strom reduziert, wodurch ein ggf. vorhandener Lichtbogen erlöscht. Mit Hilfe eines erneuten Einschaltversuchs der Last(en) wird überprüft, ob tatsächlich ein Leitungsdefekt vorliegt oder ob ein anderer Vorgang im Bordnetz zu dem detektierten Spannungsabfall geführt hat.From the DE 101 32 952 A1 For example, a method for protecting a line network in the event of a serial arc is known. A monitoring unit is connected via a supply line with a supply line and a derivative to a voltage source. The monitoring unit has a control unit, from which a plurality of loads can be controlled and switched via individual switches assigned to the loads. The monitoring unit further has a voltage comparator which compares a reference voltage with the voltage applied to the monitoring unit. If a voltage drop, which can be caused by an arc, is measured at the supply or discharge, the control unit receives from the voltage comparator a signal that is used to switch off one or more loads. As a result, the current flowing through the supply line is reduced, whereby a possibly existing arc extinguished. With the aid of a renewed switch-on attempt of the load (s) it is checked whether there is actually a line defect or whether another process in the vehicle electrical system has led to the detected voltage drop.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren wirkt sich aus, dass von jeder Last jeweils zu der Überwachungseinheit eine Zuleitung und eine Ableitung geführt werden muss. Dies ist relativ aufwendig. Wirksam überwacht wird auch nur die Zu,- bzw. Ableitung der zentralen Versorgungsleitung zwischen der Spannungsquelle und der Überwachungseinheit. Eine einzelne Überwachung der direkt mit den Lasten verbundenen stromführenden Zuleitungen, bzw. von einzelnen Steckverbindungen, wird damit jedoch nicht erreicht. Insbesondere kann nicht lokalisiert werden, auf welcher Leitung ein Lichtbogen aufgetreten ist.A disadvantage of the known method has the effect that a supply line and a drain must be routed from each load to the monitoring unit. This is relatively expensive. Only the supply, respectively discharge, of the central supply line between the voltage source and the monitoring unit is monitored effectively. A single monitoring of directly connected to the loads current-carrying leads, or of individual connectors, but this is not achieved. In particular, it can not be located on which line an arc has occurred.

Aus der DE 101 05 457 A1 ist eine Vorrichtung zum Trennen und Schalten einer Last bekannt, bei der zwischen einer Spannungsversorgung und einer Last ein Schaltelement angeordnet ist, dass mit einer Überwachungseinheit verbunden ist. Bei Unterschreiten eines Spannungsgrenzwertes wird das Schaltelement durch die Überwachungseinheit deaktiviert, wodurch die Last spannungslos wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Handhaben einer Steckverbindung oder einer Sicherung nach einem Fehlerfall im Bordnetz, der zu dem kritischen Spannungswert geführt hat, kein Lichtbogen entstehen kann.From the DE 101 05 457 A1 For example, a device for disconnecting and switching a load is known in which a switching element is arranged between a power supply and a load and is connected to a monitoring unit. If a voltage limit is undershot, the switching element is deactivated by the monitoring unit, whereby the load is de-energized. This ensures that when handling a plug connection or a fuse after an error in the electrical system, which has led to the critical voltage value, no arc can arise.

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung wirkt sich aus, dass über das Schaltelement nur eine stromführende Zuleitung überwacht wird. Die Gefahr eines Lichtbogens ist aber an beiden stromführenden Zuleitungen, bzw. Steckverbindungen, der Last, d. h. an der positiven und an der negativen Zuleitung, gegeben. Dadurch besteht die Gefahr, dass ein Lichtbogen an einer nicht überwachten Zuleitung, bei der Handhabung der Steckverbindung nicht erkannt wird.A disadvantage of the known device has the effect that only a current-carrying supply line is monitored via the switching element. The danger of an arc is, however, at both current-carrying leads, or plug-in connections, the load, d. H. at the positive and the negative supply, given. As a result, there is the danger that an arc at an unmonitored supply line, during handling of the connector is not recognized.

Weiterhin behandelt die Schrift DE 102 24 753 A1 ein elektrisches Verbindergehäuse mit einer Schutzfunktion zum Unterbinden einer Energiezufuhr von einer fahrzeugseitigen Energiequelle zu einer elektrischen Last zum Zeitpunkt der Wartung der elektrischen Last. Zu diesem Zweck umfasst das Gehäuse eine stationäre Einheit und ein bewegliches Bauteil, das von der stationären Einheit abnehmbar ist. Falls das Bauteil abgenommen wird, wird eine Energieversorgung von einer Batterie zu einer elektrischen Last unterbrochen. Der Schutz besteht darin, dass es bei dieser Unterbrechung zu einem Lichtbogenereignis bei ausreichender Spannungslage kommt, das aufgrund der Lage relevanter Kontakte zueinander nur an bestimmten Kontakten auftreten kann (siehe Abschnitte [0078, 0079]).Furthermore, the font handles DE 102 24 753 A1 an electrical connector housing having a protective function for preventing a power supply from a vehicle-side power source to an electric load at the time of the maintenance of the electric load. For this purpose, the housing comprises a stationary unit and a movable member which is removable from the stationary unit. If the component is removed, a power supply from a battery to an electrical load is interrupted. The protection consists in the fact that with this interruption an arc event occurs with sufficient voltage situation, which is more relevant due to the situation Contacts may only occur on certain contacts (see sections [0078, 0079]).

Insgesamt wird bei den bisherigen Systemen also nur jeweils eine stromführende Zuleitung eines Verbindungselementes überwacht oder es ist zumindest für jede stromführende Zuleitung eine eigene Prüfleitung mit einer Auswerteschaltung nötig. Weiterhin sind die stromführenden Zuleitungen bei der Überwachung nicht unterscheidbar und damit ist ggf. eine genaue Lokalisierung eines defekten Anschlusses aufgrund eines Lichtbogenereignisses nicht möglich.Overall, in the previous systems, therefore, only one current-carrying supply line of a connecting element is monitored or at least one separate test line with an evaluation circuit is required for each current-carrying supply line. Furthermore, the current-carrying leads are indistinguishable in the monitoring and thus an accurate localization of a defective connection due to an arc event is possibly not possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Lichtbogenüberwachungssysteme so zu verbessern, dass sie mit geringen Aufwand eine sicherere Überwachung an Verbindungsleitungen und Verbindungselementen gewährleisten.The object of the present invention is therefore to improve the known arc monitoring systems so that they ensure a safer monitoring of connecting lines and connecting elements with little effort.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Lichtbogenüberwachungssystem eine Prüfleitung, eine Überwachungseinheit, ein Schaltelement und eine dem Verbindungselement zugeordnete Schaltungsanordnung aufweist, mit deren Hilfe jede der Verbindungsleitungen kontrollierbar ist und das Verbindungselement kontrollierbar ist, wobei die Schaltungsanordnung über die Prüfleitung mit der Überwachungseinheit verbunden ist, durch die in Wirkverbindung mit dem Schaltelement bei einem von der Prüfleitung, infolge eines seriellen Lichtbogens im Laststromkreis, an die Überwachungseinheit weitergeleiteten Spannungsabfall eine Abschaltung des dem Verbindungselement zugehörigen Laststromkreises oder mindestens eine zum Erlöschen des Lichtbogens führende Stromreduzierung in dem Laststromkreis erfolgt.The object is achieved according to the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the arc monitoring system comprises a test line, a monitoring unit, a switching element and the connecting element associated circuitry, with the help of each of the connecting lines is controllable and the connecting element is controllable, wherein the Circuit arrangement is connected via the test line to the monitoring unit, by the operatively connected to the switching element in a forward of the test line, as a result of a serial arc in the load circuit to the monitoring unit voltage drop a shutdown of the connection element associated load circuit or at least one to extinguish the arc Current reduction takes place in the load circuit.

Dadurch, dass alle stromführenden Zuleitungen, bzw. Verbindungsleitungen überwacht werden, kann bei einem für das Auftreten eines Lichtbogens charakteristischen Spannungsabfall an irgendeiner einer der stromführenden Verbindungsleitungen eines Verbindungselementes, sofort eine Gegenmaßnahme, d. h. eine Reduzierung oder ein Abschalten des Stroms für den betreffenden Stromzweig eingeleitet werden. Dadurch wird die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems erhöht. Die Überwachung wird mit einer Schaltungsanordnung, die die stromführenden Zuleitungen eines Verbindungselementes einzeln berücksichtigt realisiert. Über lediglich eine Prüfleitung ist die Schaltungsanordnung mit der Überwachungseinheit verbunden. Es sind keine zusätzlichen Leitungen oder mehrere Überwachungssysteme für die einzelnen stromführenden Leitungen eines Verbindungselementes erforderlich. Die wirkt sich kosten-, bauraum- und gewichtssparend aus.Characterized in that all current-carrying leads, or connecting lines are monitored, at a characteristic of the occurrence of an electric arc voltage drop across any of the current-carrying connecting lines of a connecting element, immediately a countermeasure, d. H. a reduction or a shutdown of the current for the relevant branch of current to be initiated. This increases the security and reliability of the system. The monitoring is realized with a circuit arrangement that takes into account the current-carrying leads of a connecting element individually. About only one test line, the circuit arrangement is connected to the monitoring unit. There are no additional lines or multiple monitoring systems for the individual current-carrying lines of a connecting element required. This has a cost, space and weight saving.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist durch eine separate Auswertung der einzelnen stromführenden Verbindungsleitungen des Verbindungselementes mit Hilfe der Überwachungseinheit und der Schaltungsanordnung eine durch einen seriellen Lichtbogens fehlerhafte Verbindung lokalisierbar.According to a preferred embodiment of the invention, by a separate evaluation of the individual current-carrying connecting lines of the connecting element with the aid of the monitoring unit and the circuit arrangement a faulty connection by a serial arc can be localized.

Durch die separate Auswertung lässt sich ableiten, auf welcher der (beiden) Zuleitungen ein Lichtbogenereignis stattgefunden hat. Durch diese Lokalisierung einer fehlerhaften Verbindung wird die Aussagetiefe des Lichtbogenüberwachungssystems erhöht. Diese Information kann zu einer gezielten Abschaltung bestimmter Lasten verwendet werden. Weiterhin wird dadurch die Servicefreundlichkeit im Fehlerfall oder Wartungsfall verbessert sowie die Sicherheit bei der Handhabung der Verbindungselemente, bzw. Leitungen für Personen erhöht.The separate evaluation makes it possible to deduce on which of the (two) supply lines an arc event has occurred. This localization of a faulty connection increases the depth of statement of the arc monitoring system. This information can be used for a targeted shutdown of certain loads. Furthermore, this service friendliness in case of failure or maintenance is improved and increases the safety in handling the fasteners, or lines for people.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement durch Steckverbindungen ausgeführt, wobei jeder der Steckverbindungen eine der stromführenden Verbindungsleitungen zugeordnet ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the connecting element is designed by plug connections, wherein each of the plug connections is associated with one of the current-carrying connecting lines.

Lichtbögen entstehen, wenn bestimmte Randbedingungen erfüllt sind, vorrangig beim Lösen von Verbindungen die unter Strom stehen. Durch die Überwachung aller stromführenden Zuleitungen kann das Lichtbogenüberwachungssystem daher besonders effektiv zum Schutz von Steckverbindungen verwendet werden, bei denen der positive Anschluss und der negative Anschluss geschützt werden muss. Grundsätzlich ist das Lichtbogenüberwachungssystem nicht nur zur Überwachung von Steckverbindungen mit deren Zuleitungen, sondern auch für andere Verbindungselemente, beispielsweise Sicherungen, geeignet Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltungsanordnung als eine Widerstandskombination ausgebildet, bei der jeweils ein ohmscher Widerstand zwischen der Prüfleitung und den Steckverbindungen geschaltet ist.Arcs occur when certain boundary conditions are met, primarily when disconnecting live connections. By monitoring all current-carrying supply lines, the arc monitoring system can therefore be used particularly effectively for protecting plug connections in which the positive connection and the negative connection must be protected. Basically, the arc monitoring system is not only for monitoring connectors with their leads, but also for other fasteners, such as fuses, suitable According to a further preferred embodiment of the invention, the circuit arrangement is designed as a resistor combination, in each case an ohmic resistance between the test line and the Plug connections is switched.

Durch den Widerstand zwischen der Steckverbindung und der Prüfleitung wird jeweils die mit der Steckverbindung verbundene Zuleitung effektiv überwacht. Die Widerstandskombination ist kostengünstig und kann einfach mit den zu überwachenden Leitungen, bzw. Steckverbindungen verschaltet werden. Beispielsweise verbinden zwei Steckverbindungen eines Steckverbinders die positive und die negative Zuleitung mit einer angeschlossenen Last. Zwischen der einen Steckverbindung und dem positiven Anschluss an die Last, bzw. zwischen der anderen Steckverbindung und dem negativen Anschluss an die Last ist jeweils ein Widerstand mit der Prüfleitung parallel geschaltet. Tritt an einer der Steckverbindungen, beispielsweise beim Lösen des Steckers, ein Lichtbogen auf, wird, über den zugehörigen Widerstand, an der Prüfleitung ein Spannungsabfall auf der betroffenen Zuleitung registriert. Dieser Spannungsabfall hängt von dem Lichtbogenstrom und der Größe des Widerstandes ab und wird in der Überwachungseinheit ausgewertet. Entsprechendes gilt für die zweite und ggf. weitere stromführende Zuleitungen der Steckverbindung.Due to the resistance between the connector and the test line each connected to the connector supply is effectively monitored. The resistor combination is inexpensive and can be easily interconnected with the monitored lines or connectors. For example, two connectors of a connector connect the positive and the negative lead to a connected load. Between one plug connection and the positive connection to the load, or between the other plug connection and the negative connection to the load, in each case one resistor is connected in parallel with the test lead. Occurs at one of the connectors, for example, when loosening the Steckers, an arc on, a voltage drop is recorded on the relevant supply line via the corresponding resistor on the test lead. This voltage drop depends on the arc current and the size of the resistor and is evaluated in the monitoring unit. The same applies to the second and possibly further current-carrying leads of the connector.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Überwachungseinheit als ein Fensterkomparator ausgebildet ist, über den, mittels der Prüfleitung, ein Spannungsabfall auf mindestens einer der Verbindungsleitungen detektierbar ist. Der Fensterkomparator kann im Wesentlichen aus zwei einzelnen Komparatoren bestehen, in denen, von einer Spannungsversorgung des Bordnetzes ausgehend, über eine, durch zwei Spannungsleitungen mit jeweils einem vorgeschalteten ohmschen Widerstand zugeführte Spannung, eine obere und eine untere Vergleichsspannung zu einer über die Prüfleitung eingehenden Eingangsspannung vorgebbar ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the monitoring unit is designed as a window comparator, via which, by means of the test line, a voltage drop on at least one of the connecting lines can be detected. The window comparator can consist essentially of two individual comparators, in which, starting from a voltage supply of the vehicle electrical system, via a voltage supplied by two voltage lines, each with an upstream ohmic resistance, an upper and a lower reference voltage to an incoming via the test line input voltage can be predetermined is.

Durch den Fensterkomparator ist mit geringem Aufwand eine einfache und kompakte Überwachungseinheit für Lichtbögen realisierbar, die auf der Messung eines Spannungsabfalls beruht. Der zu detektierende Spannungsabfall an beiden Zuleitungen einer Steckverbindung wird der Schaltungsanordnung, vorzugsweise der Widerstandskombination zugeführt, und mit nur einer Prüfleitung an den Fensterkomparator weitergeleitet und dort mit zwei Spannungsgrenzwerten, bzw. Vergleichsspannungen, verglichen, die aus einem lichtbogenfreien Betrieb gewonnen werden. Es wird durch eine separate Auswertung der beiden Zuleitungen auch eine Lokalisierung, auf welcher der beiden Zuleitungen ggf. ein Lichtbogenereignis stattgefunden hat, ermöglicht.By means of the window comparator, a simple and compact arc monitoring unit can be realized with little effort, based on the measurement of a voltage drop. The voltage drop to be detected on both supply lines of a plug-type connection is fed to the circuit arrangement, preferably the resistance combination, and forwarded to the window comparator with only one test line, where it is compared with two voltage limit values or comparison voltages obtained from an arc-free operation. It is by a separate evaluation of the two leads also a localization on which the two leads, if necessary, an arc event has occurred, allows.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das über die Überwachungseinheit schaltbare Schaltelement zwischen der Spannungsversorgung des Bordnetzes und der Überwachungseinheit angeordnet. Das Schaltelement kann als eine Halbleiterelementschaltung, insbesondere als ein Feldeffekttransistor ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Schaltelement als ein Relais ausgebildet ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the switchable via the monitoring unit switching element between the power supply of the electrical system and the monitoring unit is arranged. The switching element may be formed as a semiconductor element circuit, in particular as a field effect transistor. However, it is also possible that the switching element is designed as a relay.

Wird durch die Überwachungseinheit ein Lichtbogenereignis registriert, kann das Schaltelement angesteuert und der entsprechende Stromkreis abgeschaltet werden. Halbleiterschaltelemente, insbesondere Feldeffekttransistoren, ermöglichen besonders schnelle Schaltvorgänge. Elektromechanische Schalter, insbesondere Relais ermöglichen dagegen eine besonders zuverlässige, physikalische Trennung eines Stromkreises von einer Spannungsquelle.If an arc event is registered by the monitoring unit, the switching element can be activated and the corresponding circuit can be switched off. Semiconductor switching elements, in particular field effect transistors, allow particularly fast switching operations. In contrast, electromechanical switches, in particular relays, allow a particularly reliable physical separation of a circuit from a voltage source.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bordnetz einen 42 V-Spannungskreis auf.According to a further preferred embodiment of the invention, the electrical system has a 42 V voltage circuit.

Das Lichtbogenüberwachungssystem kann besonders effektiv in ein- oder mehrkreisigen Bordnetzen in Kraftfahrzeugen mit höheren Bordnetzspannungen, insbesondere in dem für zukünftige Bordnetze vorgesehenen 42 V-Bordnetz, eingesetzt werden, da „stehende” Lichtbögen hauptsächlich bei Spannungen über 16 V, d. h. oberhalb der heute üblichen Bordnetzspannung von 14 V, auftreten können. Grundsätzlich ist das System jedoch, bei entsprechender Vorgabe der Spannungsgrenzwerte für den Fensterkomparator für beliebige Bordnetzspannungen geeignet.The arc monitoring system can be particularly effective in single or multi-circuit electrical systems in motor vehicles with higher vehicle electrical system voltages, especially in the planned for future Bordnetze 42 V electrical system used because "standing" arcs mainly at voltages above 16 V, d. H. above the usual vehicle electrical system voltage of 14 V, can occur. In principle, however, the system is suitable for any vehicle electrical system voltages if the voltage limit values for the window comparator are specified accordingly.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Überwachungseinheit mit Hilfe von Schaltmitteln wahlweise aktivierbar.According to a further preferred embodiment of the invention, the monitoring unit with the aid of switching means is selectively activated.

Dadurch, dass die Überwachungseinheit wahlweise über Schaltmittel aktivierbar ist, kann die Gefahr von Fehlauslösungen im normalen Fahrbetrieb vermieden werden. Es ist insbesondere möglich, dass das Lichtbogenüberwachungssystem nur dann zugeschaltet wird, beispielsweise mit einem Diagnoserechner, wenn die Gefahr eines Lichtbogens an den Steckverbindungen hoch ist. Dies ist insbesondere bei Servicearbeiten am Fahrzeug der Fall.The fact that the monitoring unit can optionally be activated via switching means, the risk of false triggering in normal driving can be avoided. It is particularly possible that the arc monitoring system is only switched on, for example with a diagnostic computer, when the risk of an arc at the connectors is high. This is especially the case with service work on the vehicle.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.Further details of the invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which a preferred embodiment of the invention is illustrated, for example.

Es zeigtIt shows

1: Ein Lichtbogenüberwachungssystem in einem 42 V-Kraftfahrzeugbordnetz. 1 : An arc monitoring system in a 42V vehicle electrical system.

Ein Lichtbogenüberwachungssystem besteht im Wesentlichen aus einer Schaltungsanordnung 2, die einem zu überwachenden Verbindungselement 1 zugeordnet ist, und die über eine Prüfleitung 4 mit einer Überwachungseinheit 3 verbunden ist.An arc monitoring system essentially consists of a circuit arrangement 2 that is a connecting element to be monitored 1 is assigned, and that via a test line 4 with a monitoring unit 3 connected is.

Das Verbindungselement 1 ist als ein Steckverbinder, bestehend aus zwei Steckverbindungen 6, 6', an die eine (induktive) Last 10 angeschlossen ist. Die Steckverbindungen 6, 6' sind über eine positive stromführende Verbindungsleitung 5' und eine negative stromführende Verbindungsleitung 5 an eine Spannungsversorgung 14 eines 42 V-Kraftfahrzeugbordnetzes 15 angeschlossen. Die Lichtbogenüberwachungseinheit ist in das Kraftfahrzeugbordnetz 15 integriert. Zwischen den Steckverbindungen 6, 6' und der Last 10 ist jeweils ein Widerstand 7, bzw. 7' parallel zu der Last 10 und in Reihe mit der Prüfleitung 4 geschaltet. Von der Widerstandskombination 2 führt die Prüfleitung 4 zu der Überwachungseinheit 3, die vorteilhaft als ein Fensterkomparator ausgebildet ist. Der Fensterkomparator 3 besteht aus zwei einzelnen Komparatoren 8, 8', die miteinander verschaltet sind. Von der Spannungsversorgung 14 geht ein Spannungszweig 16 ab, der zu dem Fensterkomparator 3 hinführt. Zwischen drei in Reihe geschalteten Widerständen 12, 12', 12'' des Spannungszweiges 16 greifen zwei Spannungsleitungen 9, bzw. 9' ab, die zu dem Minuseingang des Komparators 8, bzw. zu dem Pluseingang des Komparators 8' weitergeleitet werden. Der Pluseingang des Komparators 8 ist mit dem Minuseingang des Komparators 8' über eine weitere Leitung 17 verbunden, die wiederum mit der Prüfleitung 4 verbunden ist. Zwischen der Spannungsversorgung 14 und der Last 10 ist ein Schaltelement 13 angeordnet. Das Schaltelement 13 ist als ein Feldeffekttransistor (Smart FET) in an sich bekannter Bauart ausgebildet. Der FET 13 kann über eine von den Ausgängen 18, 18' der Komparatoren 8, 8' abgehende Steuerleitung 11 (Gate Control) angesteuert werden. Bei der Auslegung der Schaltungsanordnung 2 ist ein Störgrößenabstand berücksichtigt, der sich aus einem Spannungsabfall auf den Zuleitungen 5, 5' und den Steckverbindungen 6, 6' berechnet, der entsteht, wenn die Last 10 normal betrieben wird.The connecting element 1 is as a connector consisting of two connectors 6 . 6 ' to which an (inductive) load 10 connected. The plug connections 6 . 6 ' are via a positive current-carrying connection line 5 ' and a negative current-carrying connection line 5 to a power supply 14 a 42 V vehicle electrical system 15 connected. The arc monitoring unit is in the motor vehicle electrical system 15 integrated. Between the connectors 6 . 6 ' and the load 10 is always a resistance 7 , respectively. 7 ' parallel to the load 10 and in series with the test lead 4 connected. From the resistor combination 2 leads the test lead 4 to the monitoring unit 3 which is advantageously designed as a window comparator. The window comparator 3 consists of two separate comparators 8th . 8th' which are interconnected. From the power supply 14 goes a voltage branch 16 from that to the window comparator 3 takes you. Between three series resistors 12 . 12 ' . 12 '' of the voltage branch 16 grab two power lines 9 , respectively. 9 ' from that leading to the minus input of the comparator 8th , or to the positive input of the comparator 8th' to get redirected. The positive input of the comparator 8th is with the minus input of the comparator 8th' over another line 17 connected, in turn, with the test line 4 connected is. Between the power supply 14 and the load 10 is a switching element 13 arranged. The switching element 13 is designed as a field effect transistor (Smart FET) in a known type. The FET 13 can be over one of the outputs 18 . 18 ' the comparators 8th . 8th' outgoing control line 11 (Gate Control) are controlled. In the design of the circuit arrangement 2 a disturbance distance is taken into account resulting from a voltage drop on the supply lines 5 . 5 ' and the connectors 6 . 6 ' calculated, which arises when the load 10 is operated normally.

Im Überwachungsbetrieb generieren die Komparatoren 8, 8' mit der über die Leitungen 9, 9' abgegriffenen Spannung (ohne Lichtbogeneinfluss) einen oberen und einen unteren Spannungsgrenzwert, bzw. Die über die Prüfleitung 4 eingehende Spannung wird fortlaufend mit den Grenzwerten und verglichen. Im Normalbetrieb muss die Bedingung erfüllt sein, damit eine Verknüpfungsstelle 19 der Ausgänge 18, 18', die beispielsweise durch ein nicht dargestelltes UND-Gatter realisiert ist, ein Ausgangssignal liefert. In einem 42 V-Spannungskreis kann beispielsweise die Bedingung vorgegeben sein. Wird die obige Bedingung aufgrund eines Lichtbogenereignisses an dem Verbindungselement 1, das zu einem Spannungsabfall auf der Prüfleitung 4 führt, verletzt, wird über die Gate Control-Leitung 11 der FET 13 deaktiviert, wodurch die Last 10 spannungslos wird und der Lichtbogen unmittelbar verlöscht. Über die Widerstände 7, 7' werden beide stromführenden Zuleitungen 5, 5' einzeln überwacht, so dass eine größtmögliche Sicherheit gegeben ist. Bei einer separaten Auswertung der positiven und der negativen Zuleitung 5', bzw. 5 in der Überwachungseinheit 3 lässt sich darüber hinaus ableiten, auf welcher der beiden Zuleitungen 5, 5' ein Lichtbogenereignis stattgefunden hat.In monitoring mode, the comparators generate 8th . 8th' with the over the wires 9 . 9 ' tapped voltage (without the influence of an arc) an upper and a lower voltage limit, or via the test line 4 incoming voltage is continuously compared with the limits and. In normal operation, the condition must be fulfilled so that a linkage point 19 the outputs 18 . 18 ' , which is realized for example by an AND gate, not shown, provides an output signal. In a 42 V voltage circuit, for example, the condition may be predetermined. If the above condition becomes due to an arc event on the connector 1 leading to a voltage drop on the test line 4 leads, hurts, gets over the gate control line 11 the FET 13 disabled, reducing the load 10 de-energized and the arc extinguished immediately. About the resistances 7 . 7 ' Both are live leads 5 . 5 ' individually monitored, so that the greatest possible security is given. In a separate evaluation of the positive and the negative supply line 5 ' , respectively. 5 in the monitoring unit 3 can also be deduced on which of the two supply lines 5 . 5 ' an arc event has occurred.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Verbindungselementconnecting element
22: Schaltungsanordnungcircuitry
33: Überwachungseinheitmonitoring unit
44: PrüfleitungTest lead
5, 5'5, 5 ': Verbindungsleitungconnecting line
6, 6'6, 6 ': Steckverbindungconnector
7, 7'7, 7 ': Widerstandresistance
8, 8'8, 8 ': Komparatorcomparator
9, 9'9, 9 ': Spannungsleitungvoltage line
1010: Lastload
1111: Steuerleitungcontrol line
12, 12', 12''12, 12 ', 12' ': Widerstandresistance
1313: Schaltelementswitching element
1414: Spannungsversorgungpower supply
1515: KraftfahrzeugbordnetzMotor vehicle electrical system
1616: Spannungszweigvoltage branch
1717: Leitungmanagement
18, 18'18, 18 ': Komparatorausgangcomparator output
1919: Verknüpfungsstellepoint of attachment

Claims

Arc monitoring system for a load circuit in a vehicle electrical system ( 15 ), wherein the arc monitoring system comprises means for detecting and interrupting serial arcs present in the load circuit at a load ( 10 ), current-carrying connecting lines ( 5 . 5 ' ) of the vehicle electrical system and / or on a connection element assigned to the load ( 1 ) of the vehicle electrical system, characterized in that the arc monitoring system is a test line ( 4 ), a monitoring unit ( 3 ), a switching element ( 13 ) and a connecting element ( 1 ) associated circuit arrangement ( 2 ), by means of which each of the connecting lines is controllable and the connecting element is controllable, wherein the circuit arrangement is connected via the test line to the monitoring unit, through which in operative connection with the switching element at one of the test line, as a result of a serial arc in the load circuit to the monitoring unit forwarded voltage drop is a shutdown of the connection element associated load circuit or at least one leading to the extinction of the arc current reduction in the load circuit.

Arc monitoring system according to claim 1, characterized in that by a separate evaluation of the individual current-carrying connecting lines ( 5 . 5 ' ) of the connecting element ( 1 ) with the help of the monitoring unit ( 3 ) and the circuit arrangement ( 2 ) a connection faulty by a serial arc can be localized.

Arc monitoring system according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting element ( 1 ) by plug connections ( 6 . 6 ' ) is executed, wherein each of the connectors is associated with one of the current-carrying connecting lines.

Arc monitoring system according to claim 3, characterized in that the circuit arrangement ( 2 ) is formed as a resistor combination, in which in each case an ohmic resistance ( 7 . 7 ' ) between the test line ( 4 ) and the plug connections is switched.

Arc monitoring system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the monitoring unit ( 3 ) is designed as a window comparator over which, by means of the test line ( 4 ), a voltage drop on at least one of the connecting lines ( 5 . 5 ' ) is detectable.

Arc monitoring system according to claim 5, characterized in that the window comparator ( 3 ) essentially consists of two individual comparators ( 8th . 8th' ), in which, from a power supply ( 14 ) of the vehicle electrical system ( 15 ), via one, by two power lines ( 9 . 9 ' ), each with an upstream ohmic resistance ( 12 ' . 12 '' ) supplied voltage, an upper and a lower reference voltage to a via the test line ( 4 ) incoming input voltage is predetermined.

Arc monitoring system according to one of claims 1 to 6, characterized in that via the monitoring unit ( 3 ) switchable switching element ( 13 ) between the power supply ( 14 ) of the vehicle electrical system ( 15 ) and the monitoring unit ( 3 ) is arranged.

Arc monitoring system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switching element ( 13 ) is formed as a semiconductor element circuit.

Arc monitoring system according to claim 8, characterized in that the switching element ( 13 ) is formed as a field effect transistor.

Arc monitoring system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switching element ( 13 ) is designed as a relay.