WO2017076642A1 - Verfahren zum überwachen eines elektrischen bordnetzes - Google Patents

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WO2017076642A1
WO2017076642A1 PCT/EP2016/075054 EP2016075054W WO2017076642A1 WO 2017076642 A1 WO2017076642 A1 WO 2017076642A1 EP 2016075054 W EP2016075054 W EP 2016075054W WO 2017076642 A1 WO2017076642 A1 WO 2017076642A1
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Christian Bohne
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring an electrical
  • On-board network and a vehicle electrical system for carrying out the method are On-board network and a vehicle electrical system for carrying out the method.
  • a highly automatic driving which is also referred to as highly automated driving
  • the vehicle has its own intelligence that could plan ahead and take on the driving task, at least in most driving situations. Therefore, in a highly automatic driving, the electrical supply has a high
  • the wiring harness also plays a role.
  • faults such as interruptions and short circuits can occur in the wiring harness and connectors
  • contact resistances can also be increased.
  • a battery sensor EBS measures the terminal voltage and the battery current of the lead-acid battery in order, for example, via the
  • the document WO 2010121075 A2 describes a method for detecting errors in a circuit arrangement.
  • the cell voltages of a high-voltage battery are used to close from the comparison with a second voltage at a point in the wiring harness during a defined load current to contact resistances in the high-voltage electrical system and in the cell connections. If the contact resistances are too high, charge or discharge currents should be limited to prevent thermal overheating to avoid.
  • the document does not describe how the
  • EBS electronic battery sensor
  • Electronic fuses is known from the document DE 100 36 983 AI, which describes a device for fast short-circuit protection in a power semiconductor.
  • the document DE 103 23 145 A1 describes a method for checking an electrical machine, for example a generator.
  • the generator is connected in a vehicle electrical system of a motor vehicle with a battery and a control unit and is driven by an internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the generator with the aid of a battery sensor on the basis of determined measured values of the
  • the method takes into account that, in the case of two-channel on-board networks, coupling elements are provided, for example, in the form of intelligent switches or DC or DC / DC converters between the two on-board networks.
  • the presented method makes it possible, by means of extensions of the method discussed above, to have a single-channel or two-channel vehicle electrical system
  • the presented method also makes it possible to diagnose the power consumption of consumers or electronic fuses
  • the described method allows detection of harness failures, such as supply-to-ground shorts or increased contact resistances, for example:
  • the method makes it possible to selectively control loads or the DC / DC converter in order to selectively check the electrical system on the basis of the conditions thus induced.
  • the procedure sees a comparison of
  • Power supply gets the task to determine the electrical system condition and thus gets an added value compared to competing products.
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system
  • FIG. 2 shows an embodiment of a vehicle electrical system.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a vehicle electrical system.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a vehicle electrical system
  • FIG. 5 shows an embodiment of a vehicle electrical system.
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system, which is provided overall with the reference numeral 10 and represents a two-channel vehicle electrical system according to the prior art.
  • the illustration shows a generator or an electric machine 12, which supplies a voltage of 48 V, a first so-called electronic power
  • Distribution unit 14 (electronic power supply unit; ePDU), a first consumer 16, a first battery 18, a first
  • BMS Battery Management System
  • first DC-DC converter 22 that converts the voltage of 48V to a voltage of 14V
  • second ePDU 24 a second load 26
  • second battery 28 with a battery sensor 30
  • second DC-DC converter 32 which converts the voltage of 48 V to a voltage of 14 V
  • third battery 34 with a battery sensor 36
  • safety-relevant consumer Rsla 38 whose function is redundantly satisfied by a consumer Rslb 40
  • a safety-related consumer Rs2a 42 with an internal, redundant load Rs2b 44
  • Figure 2 shows a simplified electrical system, which is provided with the reference numeral 200 and is also referred to as a subnet.
  • the illustration shows a DC-DC
  • Transducer 202 an energy management system 204, a battery 206, a battery sensor 208, and a consumer Rsla 210. Further, a node K1 is designated by reference numeral 212.
  • the battery 206 supplies the entire vehicle electrical system 200.
  • the current on-board network load can be determined via the battery sensor 208. If the drive signals of the consumers are known, the theoretical load load can be determined via this. For example, 100% control means that the rated current of the component must flow.
  • I_EBS I_EBS is illustrated by reference numeral 230.
  • FIG. 3 shows a simplified electrical system, which is provided with the reference numeral 300 and is also referred to as a subnet.
  • the illustration shows a DC-DC converter 302 as a coupling element, a power management system 304, a battery 306 as a power supply, a battery sensor 308, a
  • a node Kl is designated by reference numeral 312. This also has the task to measure the current of the component in order to switch off, if necessary. It may also be turned off to test the ePDU 314 of the DCDC converter 302 here.
  • U_EBS (reference numeral 326) is in the range of battery return voltage.
  • the l_EBS 322 stream can be validated by using the ePDU 314
  • FIG. 4 shows a simplified vehicle electrical system, which is provided with the reference numeral 400 and is also referred to as a subnetwork.
  • the illustration shows a DC-DC converter 402, an energy management system 404, a battery 406, a battery sensor 408, a consumer Rsla 410, an ePDU 414 and a consumer Rs2a 416.
  • a node K1 is designated by reference numeral 412.
  • the diagnoses take place according to the scheme explained above, in particular the first embodiment. However, in order to allocate which consumer can not possibly be switched off, the consumers 410, 416 are deactivated one after the other and the current I_ePDU 424 or the source current is observed. The power does not change after a shutdown command, although a consumer turns off. or should be switched on, while all others
  • the DC-DC converter can also be used to diagnose the wiring harness.
  • the electrical system topology shown in FIG. 6 is assumed.
  • FIG. 5 shows a simplified vehicle electrical system, which is provided with the reference numeral 500 and is also referred to as a subnetwork.
  • the illustration shows a DC-DC converter 502, an energy management system 504, a consumer Rsla 510, a consumer Rs2a 516 and an ePDU 514.
  • FIG. 5 shows a possible implementation of the invention in the very schematically illustrated on-board network 500.
  • the DC-DC converter 502 including a measuring resistor 550 is shown for a current measurement.
  • the voltage measurement is also very simplistic two on-board network component shown, which consists among other things of the engine, control logic, switches and sensors. These represent consumers.
  • This vehicle electrical system component can be, for example, the stability system ESP, the iBooster, the electric power steering or another component. Relevant is a switchable load that generates a current flow that differs significantly between passive and active operation
  • the second load is exemplarily monitored by an electronic fuse, the ePDU 514.
  • an electronic fuse the ePDU 514.
  • the DC / DC converter 502 converts the converter output voltage U_DCDC and the converter current l_DCDC 520 as well as terminal voltage U_RSla / U_RSlb / U_ePDU and possibly the component current l_RSla in the component or in the ePDU l_ePDU measured.
  • the subsequent comparison takes place, for example, in the respective component by transferring the measured values from the DC-DC converter to the component.
  • the component flow For this purpose it is expedient to measure the component flow. From the two voltage measurements and the component current, the resistance in the wiring harness can be determined and checked with threshold values. However, it is expedient if the component is supplied only from the battery, since then the entire chain can be tested.
  • a comparison with previous values which have been stored is expedient in order, if necessary, to note a continuous deterioration or to compare it with the reference to the new condition.
  • the current measurement in the component can be dispensed with if it is determined on the basis of the change in the converter current I_DCDC.
  • the component must be supplied from the DC-DC converter and the change l_DCDC must be tracked simultaneously with the activation of the component. From the change of l_DCDC at input and output
  • an electronic fuse included in the "electronic power distribution unit” is inserted in the wiring harness
  • the ePDU is used to detect the component flow via appropriate measures.
  • the ePDU can be used to narrow the error by the method described above, in which the voltage is detected at the ePDU and compared both with the component voltage U_RE2a and with the converter output voltage U_DCDC.
  • the resistance of the components is well known and defined. This resistance causes depending on Supply voltage, this is measured by the component, a current flow. This means that in these components with defined load resistance in a further embodiment, the current is determined by calculation.
  • Component control and the component current is then the harness resistance in the harness to the ePDU and component detected.
  • the measurements mentioned can be carried out several times.
  • Error memory entry can be generated, a warning lamp can be turned on or safety-related functions such as automatic driving prohibited.
  • the described diagnoses can be carried out on the one hand during a driving cycle, for example on the one hand when the components are inactive and on the other hand when the components are active.
  • the diagnoses described can be carried out before a drive cycle or at the beginning of a drive cycle in order to actively test systems before the start of the journey.
  • components are selectively controlled and, for example, supplied specifically from the battery.
  • the diagnoses can be carried out in a workshop, for example, in which the wire harness and the electrical stores are checked according to the invention at regular intervals.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (200), das mindestens zwei Kanäle mit zumindest einer Komponente (210) und eine Energieversorgung umfasst, wobei zwischen den beiden Kanälen ein Koppelelement (202) vorgesehen ist, wobei das Koppelelement (202) dazu verwendet wird, um eine Diagnose durchzuführen, indem in diesem mindestens eine Messung vorgenommen wird,

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Bordnetzes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines elektrischen
Bordnetzes und ein Bordnetz zum Durchführen des Verfahrens.
Stand der Technik
Unter einem Bordnetz ist im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Generatoren oder elektrische Speicher, wie bspw. Batterien, umfasst. Weiterhin umfasst es auch sämtliche elektrische Verbindungs- und Verteilelemente wie Kabel bzw. Kabelbaum, Stromverteiler und Sicherungskästen. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung gegeben ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird.
Zu beachten ist, dass aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung von
Aggregaten sowie der Einführung von neuen Fahrfunktionen die Anforderung an die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung im Kraftfahrzeug stetig steigt. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass zukünftig bei einem
hochautomatischen Fahren fahrfremde Tätigkeiten in begrenztem Maße zulässig sein sollen. Eine sensorische, regelungstechnische, mechanische und energetische Rückfallebene durch den Fahrer ist in diesem Fall nur noch eingeschränkt vorhanden. Daher besitzt bei einem hochautomatischen Fahren die elektrische Versorgung eine bisher in Kraftfahrzeugen nicht gekannte Sicherheitsrelevanz. Fehler im elektrischen Bordnetz müssen daher zuverlässig und möglichst vollständig erkannt werden.
Unter einem hochautomatischen Fahren, das auch als hochautomatisiertes Fahren bezeichnet wird, ist ein Zwischenschritt zwischen einem assistierten Fahren, bei dem der Fahrer durch Assistenzsysteme unterstützt wird, und einem autonomen Fahren, bei dem das Fahrzeug selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt, zu verstehen. Beim hochautomatischen Fahren verfügt das Fahrzeug über eine eigene Intelligenz, die vorausplant und die Fahraufgabe zumindest in den meisten Fahrsituationen übernehmen könnte. Daher hat bei einem hochautomatischen Fahren die elektrische Versorgung eine hohe
Sicherheitsrelevanz.
Bei Bordnetz-Fehlern in Quellen, Speichern und Verbrauchern spielt auch der Kabelbaum eine Rolle. Im Kabelbaum und Steckern können einerseits Fehler wie Unterbrechungen und Kurzschlüsse auftreten, andererseits können auch Übergangswiderstände erhöht sein. Hierfür gibt es in heutigen Fahrzeugen keine Diagnosen. Hingegen ist es bereits bekannt, die Bordnetzspannung innerhalb von Komponenten zu messen. Sowohl die elektrische Lenkung, das ESP, als auch andere Steuergeräte messen dabei die Klemmenspannung. Darauf wird das Betriebsverhalten der Komponenten angepasst. Dies erfolgt bspw. durch Abschaltung oder Degradierung der Funktion bei Unterspannung, z. B. weniger als 9 V, oder bei Überspannung, bspw. mehr als 16 V.
Weiterhin ist bekannt, dass ein Batteriesensor EBS die Klemmenspannung und den Batteriestrom der elektrischen Bleibatterie misst, um bspw. über die
Ruhespannung auf den Ladezustand der Batterie zu schließen.
In der Druckschrift WO 2010121075 A2 ist ein Verfahren zum Erfassen von Fehlern in einer Schaltungsanordnung beschrieben. Bei diesem werden die Zellspannungen einer Hochvolt-Batterie dazu genutzt, um aus dem Vergleich mit einer zweiten Spannung an einem Punkt in dem Kabelbaum während eines definierten Laststroms auf Übergangswiderstände im Hochvolt-Bordnetz und in den Zellverbindungen zu schließen. Sind die Übergangswiderstände zu hoch, sollen Lade- bzw. Entladeströme begrenzt werden, um thermische Überhitzung zu vermeiden. In der Druckschrift ist jedoch nicht beschrieben, wie die
Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher im Niedervoltbordnetz
sicherzustellen ist.
Die Überwachung einer Bleibatterie durch einen elektronischen Batteriesensor (EBS) ist aus der Druckschrift WO 2013/139547 AI bekannt.
Die Überwachung von Verbrauchern durch Schmelzsicherungen bzw.
elektronische Sicherungen ist aus der Druckschrift DE 100 36 983 AI, die eine Vorrichtung zur schnellen Kurzschlussabsicherung bei einem Leistungshalbleiter beschreibt, bekannt.
In der Druckschrift DE 103 23 145 AI wird ein Verfahren zur Überprüfung einer elektrischen Maschine, bspw. eines Generators, beschrieben. Der Generator ist dabei in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie und einem Steuergerät verbunden und wird von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben. Bei dem vorgestellten Verfahren wird der Generator mit Hilfe eines Batteriesensors auf Grundlage ermittelter Messwerte des
Batteriestroms geprüft.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren betreffen vornehmlich einkanalige Bordnetze mit Generator. Mit der Einführung von automatischen Fahrfunktionen werden jedoch zweikanalige Bordnetze benötigt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und ein Bordnetz gemäß Anspruch 12 vorgestellt.
Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Das Verfahren berücksichtigt, dass bei zweikanaligen Bordnetzen zwischen beiden Bordnetzen Koppelelemente bspw. in Form von intelligenten Schaltern oder Gleichspannungs- bzw. DC/DC-Wandlern vorgesehen sind. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, durch Erweiterungen der eingangs erörterten Verfahren einkanalige oder zweikanalige Bordnetze mit
Koppelementen systemisch zu diagnostizieren, um die Sensorik in dem EBS und dem DC/DC-Wandler gegeneinander zu plausibilisieren und folgende Fehler zu erkennen:
- falsche Strommessung im EBS, DC/DC-Wandler, elektronische Sicherung oder Verbraucher, sofern diese vorhanden sind,
- falsche Spannungsmessung im EBS, DC/DC-Wandler, elektronische Sicherung oder Verbraucher,
- Ausfall von Batterie oder DC/DC-Wandler.
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es weiterhin, die Leistungsaufnahme von Verbrauchern zu diagnostizieren bzw. elektronische Sicherungen zu
plausibilisieren. Dies ermöglicht:
- die Überwachung der Leistungsaufnahme von Verbrauchern,
- die Überwachung der korrekten Abschaltung von elektronischen Sicherungen im Überlastfall,
- die Überwachung der Ruhestromaufnahme im Standbybetrieb
Verbrauchern.
Darüber hinaus ermöglicht es das beschriebene Verfahren, Kabelbaumfehler erkennen, also beispielsweise Kurzschlüsse von Versorgung zu Masse oder erhöhte Übergangswiderstände, und zwar:
- in der Leitung von der Bleibatterie zu einem Knotenpunkt Kl,
- im Sicherungskasten, einschließlich interner Leitungen, Sicherungshaltern, Schmelzsicherungen usw., - in Kabeln und Steckern der einzelnen Komponenten,
- in den Masseleitungen von der jeweiligen Komponente zum Massebolzen an der Karosserie bzw. zum Massepunkt bei Zweileiterbordnetzen.
Es wird somit ein Verfahren zur systemischen Diagnose des elektrischen Bordnetzes durch Zusammenführung vorhandener Signale vorgestellt. Dazu gehört die Anwendung der Kirchoffschen- Knotenregel zur Prüfung der Ströme in einem Netzwerk. Durch Vergleich der Signale vorhandener Stromsensoren bzw. durch Ermittlung des Laststroms anhand von Ansteuersignalen von
Verbrauchern sollten diese gegeneinander geprüft werden.
Weiterhin ermöglicht das Verfahren, gezielt Lasten bzw. den DC/DC-Wandler anzusteuern, um anhand der so herbeigeführten Zustände das elektrische Bordnetz gezielt zu prüfen. Das Verfahren sieht einen Vergleich von
Spannungsmessungen an verschiedenen Stellen im elektrischen Bordnetz, konkret in Energiequellen, Senken und Verteilelementen, vor. In Abhängigkeit des jeweiligen Laststroms, der durch vorhandene Signale bzw. Ansteuersignalen von Verbrauchern ermittelt werden kann, können somit Kurzschlüsse bzw.
erhöhte Übergangswiderstände erkannt werden.
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, vorhandene
Informationen für neue Diagnosen zu nutzen bzw. Komponenten gezielt so zu betreiben, dass neue Informationen über den Zustand des Bordnetzes generiert und somit zusätzliche Messpunkte nicht benötigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der DC/DC-Wandler neben der eigentlichen
Spannungsversorgung die Aufgabe bekommt, den Bordnetz-Zustand zu ermitteln und somit einen Mehrwert gegenüber Konkurrenzprodukten bekommt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein Bordnetz.
Figur 2 zeigt eine Ausführung eines Bordnetzes.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung eines Bordnetzes.
Figur 4 zeigt eine Ausführung eines Bordnetzes
Figur 5 zeigt noch eine Ausführung eines Bordnetzes.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen ist und ein zweikanaliges Bordnetz nach dem Stand der Technik darstellt.
Die Darstellung zeigt einen Generator bzw. eine elektrische Maschine 12, der eine Spannung von 48 V liefert, eine erste sogenannte electronic Power
Distribution Unit 14 (elektronische Energieversorgungseinheit; ePDU), einen ersten Verbraucher 16, eine erste Batterie 18, ein erstes
Batterieverwaltungssystem 20 (BMS: Battery Management System), einen ersten DC-DC-Wandler 22, der die Spannung von 48 V in eine Spannung von 14 V wandelt, eine zweite ePDU 24, einen zweiten Verbraucher 26, eine zweite Batterie 28 mit einem Batteriesensor 30, einen zweiten DC-DC-Wandler 32, der die Spannung von 48 V in eine Spannung von 14 V wandelt, eine dritte Batterie 34 mit einem Batteriesensor 36, einen sicherheitsrelevanten Verbraucher Rsla 38, dessen Funktion redundant durch einen Verbraucher Rslb 40 erfüllt wird, einen sicherheitsrelevanten Verbraucher Rs2a 42 mit einem internen, redundanten Verbraucher Rs2b 44.
Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 200 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC-
Wandler 202, ein Energiemanagementsystem 204, eine Batterie 206, einen Batteriesensor 208 und einen Verbraucher Rsla 210. Weiterhin ist ein Knoten Kl mit Bezugsziffer 212 gekennzeichnet. Der DC/DC-Wandler 202 speist als Stromquelle in dieses Teilnetz eine Strom l_DcDc 220 und versorgt die Gesamtheit aller Verbraucher, die hier vereinfacht durch den Verbraucher Rsla 210 dargestellt sind, mit dem Strom l_Consumer 222 und lädt die Batterie 206 mit einem Strom l_Batt 224. Es gilt also gemäß dem ersten 1. Kirchhoffsches Gesetz: l_Batt + l_Consumer = l_DcDc (1)
Wird der DC-DC-Wandler 202 ausgeschaltet, d. h. l_DcDc = 0, gilt: l_Consumer = l_Batt, (2) d. h. der Batteriestrom kehrt sich um, die Batterie 206 versorgt das gesamte Bordnetz 200. Somit kann über den Batteriesensor 208 die aktuelle Bordnetzlast ermittelt werden. Sind die Ansteuersignale der Verbraucher bekannt, kann darüber die theoretische Verbraucherlast ermittelt werden. Beispielsweise bedeuten 100% Ansteuerung, dass der Nennstrom der Komponente fließen muss.
In einer ersten Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens werden beispielsweise alle Verbraucher abgeschaltet. Dies wird auch als aktive
Diagnose bezeichnet, oder es wird alternativ gewartet, bis alle Verbraucher melden, dass sie zur Zeit inaktiv sind. Dies wird als passive Diagnose
bezeichnet. Es gilt dann: l_Consumer = 0 (3) Ist der DC-DC-Wandler 202 zu dieser Zeit ebenfalls ausgeschaltet, d. h. I_DCDC = 0, muss sich in diesem Fall l_EBS = 0 gelten. I_EBS ist mit Bezugsziffer 230 verdeutlicht.
Ist l_EBS O kann entweder a) der vom Batteriesensor 208 gemessene Strom falsch sein
oder
b) es können Verbraucher weiterhin aktiv sein.
Um dies zu plausibilisieren, wird der DC-DC-Wandler 202 eingeschaltet. Wird die Bordnetzspannung auf den Wert der Batterieruhespannung eingestellt, wird die Batterie nicht geladen, d. h. I_EBS= 0, und der DC/DC-Wandler 202 versorgt lediglich die Verbraucher. Sind die Verbraucher weiterhin abgeschaltet, muss gelten: l_DCDC = l_Consumer = 0 (4)
Ist ebenfalls l_DCDC Φ 0, sind somit Verbraucher unberechtigt aktiv.
Ist l_DCDC = l_Consumer = 0 jedoch l_EBS Φ 0, liegt in diesem Fall ein Fehler im Batteriesensor 208 vor.
Nach dem gleichen Schema kann in einer zweiten Ausführungsform
vorgegangen werden, wenn wie in Figur 4 gezeigt ist, der oder die Verbraucher von einer elektrischen Sicherung (ePDU) überwacht wird.
Figur 3 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 300 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC- Wandler 302 als Koppelelement, ein Energiemanagementsystem 304, eine Batterie 306 als Energieversorgung, einen Batteriesensor 308, einen
Verbraucher Rsla 310 als Komponente und eine ePDU 314. Weiterhin ist ein Knoten Kl mit Bezugsziffer 312 gekennzeichnet. Auch diese hat die Aufgabe, den Strom der Komponente zu messen, um ggf. abzuschalten. Es kann hier ebenfalls zur Prüfung der ePDU 314 der DCDC-Wandler 302 abgeschaltet werden.
Ist l_DCDC (Bezugsziffer 320) = 0, kann geprüft werden, ob gilt: l_EBS (Bezugsziffer 322) = - l_ePDU (Bezugsziffer 324) (5)
Sofern diese Prüfung fehlt schlägt, wird wiederum die Spannung des DCDC- Wandlers 302 auf einen Wert eingestellt, bei der l_EBS = 0, d. h. U_EBS (Bezugsziffer 326) ist im Bereich der Batterieruhespannung.
In diesem Fall kann geprüft werden, ob gilt: l_DCDC = - l_ePDU (6) Schlägt auch diese Prüfung fehl, so kann daraus geschlossen werden, dass l_ePDU 324 fehlerhaft ist, im anderen Fall ist l_EBS 322 fehlerhaft.
Der Strom l_EBS 322 kann validiert werden, indem die ePDU 314 die
Verbraucher vom Bordnetz 300 trennt.
Wird die Batterie 306 nun geladen oder die Spannung des DCDC-Wandlers 302 auf eine Spannung oberhalb der Gasungsspannung der Batterie 306 gesetzt und ist l_DCDC - l_EBS, so kann darauf geschlossen werden, dass l_EBS 322 falsch gemessen wird.
In einer dritten Ausführungsform werden durch die ePDU zwei oder mehr Verbraucher versorgt. Es wird hierzu auf Figur 4 verwiesen. Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 400 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC- Wandler 402, ein Energiemanagementsystem 404, eine Batterie 406, einen Batteriesensor 408, einen Verbraucher Rsla 410, eine ePDU 414 und einen Verbraucher Rs2a 416. Weiterhin ist ein Knoten Kl mit Bezugsziffer 412 gekennzeichnet.
Die Diagnosen laufen nach dem vorstehend erläuterten Schema insbesondere der ersten Ausführungsform ab. Um allerdings zuzuordnen, welcher Verbraucher möglichweise nicht abgeschaltet werden kann, werden die Verbraucher 410, 416 nacheinander deaktiviert und der Strom l_ePDU 424 bzw. der Quellenstrom beobachtet. Ändert sich der Strom nach einem Abschaltbefehl nicht, obwohl ein Verbraucher ab. bzw. zugeschaltet werden soll, während alle anderen
Verbraucher deaktiviert sind, so ist davon auszugehen, dass der Verbraucher nicht getrennt werden kann. Dies weist auf einen Defekt hin.
Der DC-DC-Wandler kann weiterhin dazu genutzt werden, um den Kabelbaum zu diagnostizieren. Beispielhaft wird die in Figur 6 gezeigte Bordnetz-Topologie angenommen.
Figur 5 zeigt ein vereinfachtes Bordnetz, das mit der Bezugsziffer 500 versehen ist und auch als Teilnetz bezeichnet wird. Die Darstellung zeigt einen DC-DC- Wandler 502, ein Energiemanagementsystem 504, einen Verbraucher Rsla 510, einen Verbraucher Rs2a 516 und eine ePDU 514.
Figur 5 zeigt eine mögliche Umsetzung der Erfindung in dem sehr schematisch dargestellten Bordnetz 500. Auf der linken Seite ist der DC-DC-Wandler 502 einschließlich eines Messwiderstands 550 für eine Strommessung abgebildet. Der Übersichtlichkeit halber nicht abgebildet ist die Spannungsmessung. Auf der rechten Seite ist ebenfalls sehr stark vereinfacht zwei Bordnetzkomponente dargestellt, welche u.a. aus Motor, Ansteuerlogik, Schalter und Sensorik besteht. Diese stellen Verbraucher dar. Diese Bordnetzkomponente kann beispielsweise das Stabilitätssystem ESP, der iBooster, die elektrische Lenkung (electric power steering) oder eine andere Komponente sein. Relevant ist eine schaltbare Last die einen Stromfluss erzeugt, der sich zwischen passiven und aktiven Betrieb signifikant unterscheidet
(beispielsweise > 10 A).
Auch innerhalb dieser Komponente gibt es eine Messung der
Versorgungsspannung gegen Masse. Weiterhin wird der Komponentenstrom gemessen. Auch dies ist bei einigen Komponenten bereits heute der Fall. In einer Variante der Erfindung kann auf die Messung des Komponentenstroms verzichtet werden.
Die zweite Last wird exemplarisch durch eine elektronische Sicherung, die ePDU 514, überwacht. Bei dem vorgestellten Verfahren werden bereits heute vorhandene, vorstehend genannte Komponenten verwendet.
Wenn die Komponente, z. B. das ESP, sich im Standby befindet, d. h. der MikroController aktiv ist, ohne dass der Motor bestromt wird, werden vom DC/DC- Wandler 502 die Wandlerausgangsspannung U_DCDC und der Wandlerstrom l_DCDC 520 sowie Klemmenspannung U_RSla/ U_RSlb/U_ePDU und ggf. der Komponentenstrom l_RSla in der Komponente bzw. in der ePDU l_ePDU gemessen.
Der anschließende Vergleich findet beispielsweise in der jeweiligen Komponente statt, indem die Messwerte von dem DC-DC-Wandler zur Komponente übertragen werden. In einer alternativen Lösung ist auch ein Übertragen zu einem anderen Steuergerät oder zu einer anderen Bordnetz- Komponente möglich. Die Wertepaare werden abschließend gespeichert.
Sobald die Komponente aktiv ist, werden die gleichen Messwerte aufgenommen. Die Komponente kann entweder für einen Selbsttest aktiviert werden, bei dem auch der Kabelbaum durch das dargestellte Verfahren geprüft wird. Andererseits kann auch gewartet werden, bis die Komponente durch Benutzung aktiv ist. Wichtig ist, dass ein definierter Strom über die Komponente fließt. Es werden nachfolgend drei Fälle unterschieden: Fall A)
Hierfür ist es zweckmäßig, den Komponentenstrom zu messen. Aus den beiden Spannungsmesswerten und dem Komponentenstrom kann der Widerstand im Kabelbaum ermittelt werden und mit Schwellwerten geprüft werden. Dabei ist jedoch zweckmäßig, wenn die Komponente nur aus der Batterie versorgt wird, da dann die gesamte Kette geprüft werden kann.
In einer Variante der Erfindung ist ein Vergleich mit früheren Werten, die gespeichert wurden, zweckmäßig, um ggf. eine kontinuierliche Verschlechtern zu bemerken oder um mit der Referenz zum Neuzustand zu vergleichen.
In einer Variante kann auf die Strommessung in der Komponente verzichtet werden, wenn dieser anhand der Änderung des Wandlerstromes l_DCDC ermittelt wird. Dazu muss die Komponente aus dem DC-DC-Wandler versorgt werden und gleichzeitig mit der Aktivierung der Komponente die Änderung l_DCDC verfolgt werden. Aus der Änderung von l_DCDC beim Ein- und
Ausschalten der Komponente kann auf den Strom in die Komponente
geschlossen werden.
Fall B)
In einer weiteren Ausführungsform ist eine elektronische Sicherung, enthalten i der "electronic Power Distribution Unit", in den Kabelbaum eingefügt,
beispielsweise anstelle der Sicherungsbox. In dieser Ausführungsform wird die ePDU dazu genutzt, den Komponentenstrom über geeignete Maßnahmen zu erfassen.
Weiterhin kann die ePDU dazu genutzt werden, um über das oben beschriebene Verfahren den Fehler näher einzugrenzen, in dem die Spannung an der ePDU erfasst wird und sowohl mit der Komponentenspannung U_RE2a als auch mit der Wandlerausgangsspannung U_DCDC verglichen wird.
Fall C)
Insbesondere bei Heizungen ist der Widerstandswert der Komponenten genau bekannt und definiert. Dieser Widerstandswert versursacht je nach Versorgungsspannung, diese wird von der Komponente gemessen, einen Stromfluss. Das bedeutet, dass bei diesen Komponenten mit definiertem Lastwiderstand in einer weiteren Ausführungsform der Strom rechnerisch ermittelt wird.
Über die jeweiligen Spannungsabfälle während und außerhalb der
Komponentenansteuerung und über den Komponentenstrom wird dann der Kabelbaumwiderstand im Leitungssatz zur ePDU und zur Komponente erfasst. Zur Steigerung der Robustheit können die genannten Messungen mehrmals durchgeführt werden.
Überschreitet der Kabelbaumwiderstand einen Schwellwert, kann ein
Fehlerspeichereintrag erzeugt werden, eine Warnlampe eingeschaltet werden oder sicherheitsrelevante Funktionen wie automatisches Fahren verboten werden.
Die beschriebenen Diagnosen können einerseits während eines Fahrzyklus durchgeführt werden, beispielsweise einerseits wenn die Komponenten inaktiv und andererseits wenn die Komponenten aktiv sind.
Die beschriebenen Diagnosen können in einer weiteren Ausführungsform vor einem Fahrzyklus bzw. zu Beginn eines Fahrzyklus durchgeführt werden, um Systeme vor Fahrtbeginn aktiv zu prüfen. Hierzu werden Komponenten gezielt angesteuert und beispielsweise gezielt aus der Batterie versorgt.
In einer weiteren Ausführungsform können die Diagnosen in einer Werkstatt durchgeführt werden, beispielsweise in dem in regelmäßigen Intervallen der Kabelbaum und die elektrischen Speicher erfindungsgemäß geprüft werden.
Dadurch wird erreicht, dass für sicherheitsrelevante Fahrfunktionen das elektrische System des Fahrzeugs in ordnungsgemäßem Zustand ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (200, 300, 400, 500), das mindestens zwei Kanäle mit zumindest einer Komponente und eine
Energieversorgung umfasst, wobei zwischen den beiden Kanälen ein
Koppelelement vorgesehen ist, wobei das Koppelelement dazu verwendet wird, um eine Diagnose durchzuführen, indem in diesem mindestens eine Messung vorgenommen wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem erste Messungen bei einer ersten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente und zweite Messungen bei einer zweiten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente durchgeführt werden und die ersten Messungen und die zweiten Messungen miteinander verglichen werden und anhand dessen bestimmt wird, ob die wenigstens eine der mindestens einen Komponente bestimmungsgemäß arbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die wenigstens eine der mindestens einen Komponente ein- und ausgeschaltet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Koppelelement DC-DC-Wandler (202, 302, 402, 502) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Strommessung in dem Koppelelement durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine
Spannungsmessung in dem Koppelelement durchgeführt wird
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Diagnose eines Kabelbaums des Bordnetzes (200, 300, 400, 500) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Vergleich mit von einem Batteriesensor (208, 308, 408) ermittelten Werten durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das bei einem Neustart des Bordnetzes (200, 300, 400, 500) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das zu Beginn eines
Fahrzyklus durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das mittels eines
Computerprogramms durchgeführt wird.
12. Bordnetz, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das mindestens zwei Kanäle mit zumindest einer
Komponente und eine Energieversorgung umfasst, wobei zwischen den beiden
Kanälen ein Koppelelement vorgesehen ist, wobei das Bordnetz (200, 300, 400, 500) dazu eingerichtet ist, das Koppelelement dazu zu verwenden, um eine Diagnose durchzuführen, indem in diesem mindestens eine Messung vorgenommen wird.
13. Bordnetz nach Anspruch 12, die weiterhin dazu eingerichtet ist, erste Messungen bei einer ersten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente und zweite Messungen bei einer zweiten Stromaufnahme wenigstens einer der mindestens einen Komponente durchzuführen und die ersten Messungen und die zweiten Messungen miteinander zu vergleichen und anhand dessen zu bestimmen, ob die wenigstens eine der mindestens einen Komponente bestimmungsgemäß arbeitet.
14. Bordnetz nach Anspruch 12 oder 13, das ein Energiemanagementsystem (204, 304, 404, 504) aufweist.
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