WO2021140147A1 - Schaltungsanordnung zur diagnose einer service-disconnect-leitung eines elektrisch betriebenen fahrzeugs - Google Patents

Schaltungsanordnung zur diagnose einer service-disconnect-leitung eines elektrisch betriebenen fahrzeugs Download PDF

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WO2021140147A1
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voltage
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Harald Schmauss
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Vitesco Technologies GmbH
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    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • Circuit arrangement for diagnosing a service disconnect line of an electrically operated vehicle
  • the invention relates to a circuit arrangement for diagnosing a service disconnect line of an electrically operated vehicle with two on-board networks of different voltages, the service disconnect line comprising at least one manual disconnect element and optionally a fuse and interconnected between a first terminal and a second terminal is.
  • a voltage applied to the second terminal is detected with a measuring device and voltage information representing the voltage is evaluated by a computing unit.
  • the arithmetic unit is designed to disconnect the electrical system with the high voltage from consumers connected to it or not, depending on the voltage information.
  • Electrically operated vehicles have two vehicle electrical systems with different voltages.
  • An on-board network with low voltage, typically 12 V, 24 is an on-board network with low voltage, typically 12 V, 24
  • V or 48 V is used to supply low-power electrical consumers, such as control units, lights, comfort and ventilation systems, navigation systems, driver assistance systems and the like.
  • An on-board network with high voltage also known as a high-voltage on-board network, is used to supply high-power electrical consumers, such as an electric drive of the electric vehicle.
  • the voltage in the high-voltage vehicle electrical system can, depending on its design, be 400
  • an electrically operated vehicle is a purely battery-operated vehicle (Battery Electric Vehicle, BEV), which only has an electric motor as its drive source, or a hybrid-electric vehicle (Hybrid Electric Vehicle, HEV or Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV), which has a combination of combustion engine and electric motor as drive sources.
  • BEV Battery Electric Vehicle
  • PHEV Plug-In Hybrid Electric Vehicle
  • An electric vehicle is not only understood to mean motor vehicles, but also all electrically operated vehicles such as industrial trucks or forklifts.
  • a manual disconnection element also known as a manual service disconnector, is therefore provided in a so-called service disconnect line for fast and reliable voltage disconnection.
  • the manual separating element lies in the service disconnect line, and when the manual separating element is opened, a safe state is brought about for the workshop personnel or rescue workers.
  • a safe state is brought about for the workshop personnel or rescue workers.
  • the circuit arrangement e.g. the voltage applied to a terminal is recorded with a measuring device, which changes depending on whether the manual isolating element is open or closed.
  • Voltage information representing the voltage is evaluated by a processing unit, the processing unit deactivating the high-voltage electrical system if the manual disconnection element or the service disconnect line is open (e.g. due to an intended disconnection by a rescue).
  • a disadvantage of the solution currently in use is that detection of an error state at the terminal at which the voltage is evaluated is incomplete with regard to various error situations.
  • the object of the invention is to specify a functionally improved circuit arrangement for diagnosing a service disconnect line of an electrically operated vehicle with two on-board networks of different voltages.
  • a circuit arrangement for diagnosing a service disconnect line of an electrically operated vehicle with two on-board networks of different voltages is proposed.
  • the service disconnect line is connected between a first terminal and a second terminal and comprises at least one manual disconnection element.
  • a fuse can optionally be provided in the service disconnect line.
  • a voltage applied to the second terminal is detected with a measuring device and voltage information representing the voltage is evaluated by a computing unit.
  • the arithmetic unit is designed to disconnect the electrical system with the high voltage from the consumers connected to it or not, depending on the voltage information.
  • the computing unit is also designed to carry out a test routine to determine a fault in the service disconnect line to iteratively impress different voltage or current levels by activating the respective switching elements on the first terminal and / or the second terminal, the respective one on the second terminal to detect the applied voltage with the measuring device and to evaluate the voltage information representing the voltage by the computing unit.
  • the processing unit is designed to detect a short circuit in the service disconnect line with the potential of the vehicle electrical system with the low voltage or with a reference potential as a fault. Furthermore, the processing unit is designed to detect an interruption in the service disconnect line as a fault that was not carried out by actuating the manual disconnection element or a targeted disconnection of the service disconnect line by a rescue worker.
  • the circuit arrangement according to the invention therefore provides improved safety for workshop personnel or rescue workers, since if there is no monitoring, a short circuit of the second terminal with the potential of the on-board network with the low voltage could prevent the establishment of the safe state despite deliberately opening the manual isolating element. Furthermore, without the proposed monitoring by means of the circuit arrangement, a short circuit of the second terminal to the reference potential could prevent the vehicle from being established in a ready-to-drive state.
  • the invention is based on the idea that the detection of an error state at the second terminal, which is terminal 30c (KI30c for short) of the vehicle, is not possible only by evaluating the voltage level of the voltage present in the vehicle electrical system with the lower voltage.
  • the detection of a short circuit or an interruption in the second terminal rather requires an active, impressed change in the voltage and / or current level at the second terminal.
  • the proposed circuit arrangement provides a remedy in that the arithmetic unit for performing a test routine is designed to iteratively control respective switching elements at the first and / or the second terminal, whereby different voltage or current levels are impressed.
  • the resulting voltage applied to the second terminal can then be recorded with the measuring device.
  • the voltage information (s) representing the voltage is evaluated by the computing unit, which as a result can deduce an error or a targeted disconnection of the service disconnect line, e.g. by opening the manual disconnection element or mechanical disconnection by rescue workers.
  • a first controllable switching element is connected between a supply voltage and a node of a voltage divider consisting of two resistors.
  • the supply voltage can, for example, be derived from the on-board electrical system with the low voltage and comprise, for example, 12 V, 24 V or 48 V.
  • the series connection of the voltage divider consisting of the two resistors is connected between the first terminal and a reference potential.
  • the computing unit is designed to control the first switching element one after the other from a conductive state to a non-conductive state, and to conclude that the service disconnect line is shorted to the potential of the on-board network with the low voltage, if the potential of the electrical system with the low voltage is detected at the second terminal in both switching positions of the first switching element.
  • a second controllable switching element is connected to the second terminal via a resistor.
  • the computing unit is expediently designed to control the second switching element one after the other from a conductive state to a non-conductive state, or vice versa, and to conclude that the service disconnect line is short-circuited with reference potential if the second terminal is in both Switching positions of the second switching element, the reference potential is detected.
  • a current is impressed into the first terminal by a first, fixed or variable current source.
  • the processing unit is expediently designed to conclude that the service disconnect line has shorted to the potential of the vehicle electrical system with the low voltage when the potential of the vehicle electrical system with the low voltage is detected at the second terminal.
  • the computing unit is designed to conclude that the service disconnect line has shorted to the reference potential of the on-board network when the reference potential of the on-board network is detected at the second terminal.
  • the second terminal is connected via a resistor to a switchable current source arrangement which loads the second terminal or impresses a current into it.
  • the second terminal is terminal 30c (KI30c for short) of the vehicle.
  • the first clamp is a specific clamp for the test cycle, which differs in particular from clamp 30 (KI30) of the vehicle.
  • the computing unit is designed to carry out the test routine once per driving cycle or per charging cycle of the vehicle.
  • the computing unit can be designed to carry out the test routine cyclically when the vehicle is in operation.
  • the proposed circuit arrangement can prevent an incorrect evaluation of the voltage signal applied to the second terminal, whereby in particular dangerous and undesired vehicle states can be avoided or excluded.
  • 1 shows a known circuit arrangement in which the conventional interconnection of a service disconnect signal loop is shown; 2 shows a first exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention with a switchable voltage supply; and
  • FIG 3 shows a second exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention with current sources and current sinks.
  • FIG. 1 shows a known circuit arrangement of a service disconnect signal loop which is customary in electrically operated vehicles and which is used to ensure a safe state for workshop personnel or rescue workers.
  • the signal loop is formed by a service disconnect line 4 (hereinafter: line 4) in which a manual disconnection element 3, e.g. in the form of a disconnector, is arranged.
  • the line 4 is connected between a terminal 1, the terminal 30 (KI30) of the vehicle, and a terminal 2, the terminal 30c (KI30c) of the vehicle.
  • Terminal 1 is connected to the on-board network with the low voltage, e.g. 12 V. If the on-board electrical system with the low voltage has a voltage other than 12 V, e.g. 24 V, then terminal 1 is connected to 24 V.
  • a measuring device 5 is connected to terminal 2.
  • the voltage currently applied to terminal 2 (KI30c) is recorded by the measuring device 5.
  • Voltage information s4 representing the voltage is fed to a computing unit 30, e.g. a control unit, and is evaluated by it.
  • the line 4 connects the terminals 1 and 2 to one another.
  • a high-voltage battery not shown in the figures, which is part of a high-voltage on-board network (also not shown) (hereinafter: high-voltage on-board network) may then be connected to a wiring harness and / or consumers of the high-voltage on-board network.
  • the line 4 is disconnected by means of the manual isolating element 3, the voltage information s4 determined by the measuring device 5 corresponds to the reference potential GND (it being assumed here that the vehicle electrical system with high and the vehicle electrical system with low voltage have the same reference potential GND).
  • the computing unit 30 then controls a corresponding switching element in order to disconnect the high-voltage battery from the cable harness and / or the consumers of the high-voltage on-board electrical system.
  • the separation of the line 4 can instead of the manual separating element 3, which is operated by workshop personnel, also be brought about by mechanical (in particular forcible) opening of the line 4, for example a cut with rescue scissors by rescue workers.
  • a short circuit of terminal 2 (KI30c) with a line of the vehicle electrical system with low voltage (i.e. 12 V) could prevent the establishment of a safe state after the targeted opening of the manual isolating element 3 or a mechanical separation of the line 4.
  • a short circuit between terminal 2 (KI30c) and reference potential GND could also prevent the vehicle in a ready-to-drive state.
  • FIGS. 2 and 3 enable the detection of an error state at terminal 2 (KI30c) by making an actively impressed change in the voltage and / or current level at terminal 2 (KI30c).
  • Terminal 2 (KI30c) corresponds to a second terminal in the present description.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which there is an active change in the voltage level at the second terminal 2 (KI30c).
  • the line 4 is now between the second terminal 2 (KI30c) and a first terminal 6, which is a terminal specific only for the test cycle and in particular from terminal 1 (KI30 ) of the vehicle is different.
  • the manual separating element 3 is in turn connected in the line 4.
  • Terminal 1 (KI30) does not play a role for the present circuit arrangement and is shown in FIG. 2 for the sake of information only to illustrate that the first terminal 6 is a different terminal from terminal 1 (KI30).
  • a first controllable switching element is between a node 15 of a voltage divider consisting of two resistors and a diode 14 which is connected to a supply voltage, for example 12 V.
  • the supply voltage can be, for example, the vehicle electrical system voltage of the vehicle electrical system with the low voltage. In principle, the supply voltage can also be a voltage different therefrom.
  • the controllable switching element 13 is switched on or off by means of a control signal s1 from the computing unit 30 already described.
  • the series connection of the two resistors existing voltage divider 11, 12 is connected between the first terminal 6 and the reference potential GND.
  • An optional second controllable switching element 21 is connected to the second terminal 2 (KI30c) via a resistor 23. The other end of the second controllable switching element 21 is connected to the supply voltage (here: 12 V).
  • Another optional third controllable switching element 22 is also shown, which is connected between a node 24, which is formed between the second controllable switching element 21 and the resistor 23, and the reference potential GND.
  • the second controllable switching element 21 is switched on or off by the arithmetic unit 30 via a second control signal s2.
  • the third controllable switching element 22 is switched on or off by the computing unit 30 by means of a third control signal s3.
  • the switching arrangement connected to the second terminal 2 can be completely or partially dispensed with in order to simplify the functionality of the circuit arrangement.
  • the computing unit 30 is designed to control the first switching element 13 one after the other from a conductive state to a non-conductive state. If the potential of the on-board electrical system with the low voltage is detected at the second terminal 2 (KI30c) in the two switching positions of the first switching element 13 that are present one behind the other, the computing unit 30 deduces a short circuit in the line 4. The presence of the second and third controllable switching elements 21, 22 is not required to carry out this test. In the event that these two controllable switching elements are present, however, they are each switched to be blocking.
  • the computing unit 30 is designed to control the second switching element 21 one after the other from a conductive state to a non-conductive state.
  • the switching sequence can also be reversed. While the second controllable switching element 21 is activated, the first and the third controllable switching element 13, 22 are each switched off. If the reference potential is detected at the second terminal 2 (KI30c) in both switching positions of the second switching element 21, it can be concluded that there is a short circuit between the line 4 and the reference potential.
  • the first terminal 6 is connected to a first power source 16, which is supplied with the supply potential 12 V (either the supply voltage of the vehicle electrical system or a supply voltage different therefrom).
  • a switch arrangement comprising the first and the second controllable switching element 21, 22, is connected to the second terminal 2 (KI30c).
  • the first controllable switching element 21 is connected between the node 24 and a current source 25.
  • the current source 25 is connected to the 12 V supply potential.
  • the second controllable switching element 22 is connected between the node 24 and a current source 26 which is connected to reference potential.
  • the computing unit 30 is designed to conclude that there is a short circuit between the line 4 and the potential of the vehicle electrical system with the low voltage when the potential of the vehicle electrical system with the low voltage is detected at the second terminal 2 (KI30c). This check is carried out in that the second and third controllable switching elements 21, 22 are switched off.
  • a short circuit between the line 4 and the reference potential GND of the vehicle electrical system with the low voltage can be concluded if the reference potential GND of the vehicle electrical system is activated at the second terminal 2.
  • the check takes place in that the second controllable switching element 21 is switched on and the third controllable switching element 22 is switched off.
  • the switchable current source arrangement acts as one
  • Voltage divider which means that an average voltage, ie a voltage between the reference potential and the supply voltage (here: 12 V), must be set at the second terminal 6 (KI30c). If there is a different voltage at terminal 6 (KI30c), it can be concluded that there is a short circuit with the on-board network of the low voltage.
  • controllable switching element 13 control signal for controllable switching element 21 s3 control signal for controllable switching element 22 s4 voltage information

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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Service-Disconnect-Leitung (4) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit zwei Bordnetzen unterschiedlich hoher Spannungen. Die Service-Disconnect-Leitung (4) ist zwischen einer ersten Klemme (6) und einer zweiten Klemme (2) verschaltet und umfasst zumindest ein manuelles Trennelement (3), wobei im Betrieb der Schaltungsanordnung in dem Fahrzeug eine an der zweiten Klemme (2) anliegende Spannung mit einer Messeinrichtung (5) erfasst und eine die Spannung repräsentierende Spannungsinformation (s4) durch eine Recheneinheit (30) ausgewertet wird. Die Recheneinheit (30) ist dazu ausgebildet, abhängig von der Spannungsinformation das Bordnetz mit der hohen Spannung von daran angeschlossen Verbrauchern zu trennen oder nicht. Die Recheneinheit (30) ist weiter dazu ausgebildet, zur Durchführung einer Testroutine zur Feststellung eines Fehlers der Service-Disconnect-Leitung (4) durch Ansteuerung jeweiliger Schaltelemente (13, 21, 22) an der ersten Klemme (6) und/oder der zweiten Klemme (2) iterativ unterschiedliche Spannungs- oder Stromniveaus einzuprägen, die jeweilige an der zweiten Klemme (2) anliegende Spannung mit der Messeinrichtung (5) zu erfassen und die die Spannung repräsentierende Spannungsinformation (s4) durch die Recheneinheit (30) auszuwerten.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Service-Disconnect-Leitung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Service-Disconnect-Leitung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit zwei Bordnetzen unterschiedlich hoher Spannungen, wobei die Service-Disconnect-Leitung zumindest ein manuelles Trennelement und optional eine Sicherung umfasst und zwischen einer ersten Klemme und einer zweiten Klemme verschaltet ist. Im Betrieb der Schaltungsanordnung in dem Fahrzeug wird eine an der zweiten Klemme anliegende Spannung mit einer Messeinrichtung erfasst und eine die Spannung repräsentierende Spannungsinformation durch eine Recheneinheit ausgewertet. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, abhängig von der Spannungsinformation das Bordnetz mit der hohen Spannung von daran angeschlossenen Verbrauchern zu trennen oder nicht.
Elektrisch betriebene Fahrzeuge verfügen über zwei Bordnetze unterschiedlich hoher Spannungen. Ein Bordnetz mit niedriger Spannung, typischerweise 12 V, 24
V oder 48 V, dient zur Versorgung elektrischer Verbraucher geringer Leistung, wie z.B. Steuergeräte, Lichter, Komfort- und Lüftungssysteme, Navigationssysteme, Fahrerassistenzsysteme und dergleichen. Ein Bordnetz mit hoher Spannung, auch Hochvolt-Bordnetz genannt, dient zur Versorgung elektrischer Verbraucher hoher Leistung, wie z.B. eines elektrischen Antriebs des elektrischen Fahrzeugs. Die Spannung im Hochvolt-Bordnetz kann dabei, abhängig von seiner Auslegung, 400
V oder mehr betragen.
Unter einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wird in der vorliegenden Anmeldung ein rein batteriebetriebenes Fahrzeug (Battery Electric Vehicle, BEV), das als Antriebsquelle ausschließlich über einen Elektromotor verfügt, oder ein Hybrid-elektrisch betriebenes Fahrzeug (Hybrid Electric Vehicle, HEV oder Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV), das übereine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor als Antriebsquellen verfügt, verstanden. Unter einem elektrischen Fahrzeug sind nicht nur Kraftfahrzeuge, sondern sämtlich elektrisch betriebene Fahrzeuge, wie z.B. Flurförderfahrzeuge oder Gabelstapler, zu verstehen.
Aufgrund des Vorhandenseins zweier Bordnetze mit unterschiedlich hohen Spannungen stellen sich bei einem Unfall und bei Servicearbeiten Herausforderungen an die Sicherheit. Jede Arbeit und Manipulation an den Hochspannungskomponenten des elektrischen Fahrzeugs ist unter Umständen lebensgefährlich. Weder Werkstattpersonal bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten noch Ersthelfer oder Feuerwehr bei einem Unfall dürfen mit der Hochspannung des Hochvolt-Bordnetzes in Berührung kommen. Zur schnellen und sicheren Spannungsfreischaltung ist daher in einer sog. Service-Disconnect-Leitung ein manuelles Trennelement, auch als manueller Service-Trennschalter bekannt, vorgesehen.
Das manuelle Trennelement liegt in der Service-Disconnect-Leitung, wobei beim Öffnen des manuellen Trennelements ein sicherer Zustand für das Werkstattpersonal oder Rettungskräfte herbeigeführt wird. Hierzu wird im Betrieb der Schaltungsanordnung z.B. die an einer Klemme anliegende Spannung mit einer Messeinrichtung erfasst, die abhängig davon, ob das manuelle Trennelement offen oder geschlossen ist, sich verändert. Eine die Spannung repräsentierende Spannungsinformation wird hierbei durch eine Recheneinheit ausgewertet, wobei die Recheneinheit, sofern ein offener Zustand des manuellen Trennelements oder der Service-Disconnect-Leitung (z.B. aufgrund eines beabsichtigten Trennens durch eine Rettung) herbeigeführt ist, das Hochvoltbordnetz deaktiviert.
Ein Nachteil der bislang im Einsatz befindlichen Lösung besteht darin, dass eine Erkennung eines Fehlerzustands an der Klemme, an der die Spannung ausgewertet wird, in Bezug auf verschiedene Fehlersituationen unvollständig ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine funktional verbesserte Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Service-Disconnect-Leitung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit zwei Bordnetzen unterschiedlich hoher Spannungen anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es wird eine Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Service-Disconnect-Leitung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit zwei Bordnetzen unterschiedlich hoher Spannungen vorgeschlagen. Die Service-Disconnect-Leitung ist zwischen einer ersten Klemme und einer zweiten Klemme verschaltet und umfasst zumindest ein manuelles Trennelement. Darüber hinaus kann optional in der Service-Disconnect-Leitung eine Sicherung vorgesehen sein. Im Betrieb der Schaltungsanordnung in dem Fahrzeug wird eine an der zweiten Klemme anliegende Spannung mit einer Messeinrichtung erfasst und eine die Spannung repräsentierende Spannungsinformation durch eine Recheneinheit ausgewertet. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, abhängig von der Spannungsinformation das Bordnetz mit der hohen Spannung von daran angeschlossenen Verbrauchern zu trennen oder nicht.
Die Recheneinheit ist erfindungsgemäß weiter zur Durchführung einer Testroutine zur Feststellung eines Fehlers der Service-Disconnect-Leitung dazu ausgebildet, durch Ansteuerung jeweiliger Schaltelemente an der ersten Klemme und/oder der zweiten Klemme iterativ unterschiedliche Spannungs- oder Stromniveaus einzuprägen, die jeweilige an der zweiten Klemme anliegende Spannung mit der Messeinrichtung zu erfassen und die die Spannung repräsentierende Spannungsinformation durch die Recheneinheit auszuwerten.
Insbesondere ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, als Fehler einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung oder mit einem Bezugspotential zu detektieren. Ferner ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, als Fehler eine Unterbrechung in der Service-Disconnect-Leitung zu detektieren, die nicht durch die Betätigung des manuellen Trennelements oder ein gezieltes Auftrennen der Service-Disconnect-Leitung durch eine Rettungskraft vorgenommen ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sorgt daher für eine verbesserte Sicherheit für Werkstattpersonal oder Rettungskräfte, da bei fehlender Überwachung ein Kurzschluss der zweiten Klemme mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung die Herstellung des sicheren Zustandes trotz bewusstem Öffnen des manuellen Trennelements verhindert werden könnte. Ferner könnte ohne die vorgeschlagene Überwachung mittels der Schaltungsanordnung ein Kurzschluss der zweiten Klemme zum Bezugspotential die Herstellung eines fahrbereiten Zustandes des Fahrzeugs verhindern.
Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zugrunde, dass die Erkennung eines Fehlerzustandes an der zweiten Klemme, welche die Klemme 30c (kurz: KI30c) des Fahrzeugs ist, nur durch Auswertung des Spannungsniveaus der in dem Bordnetz mit der niedrigeren Spannung vorliegenden Spannung nicht möglich ist. Die Erkennung eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung der zweiten Klemme erfordert vielmehr eine aktive eingeprägte Änderung des Spannungs- und/oder Stromniveaus an der zweiten Klemme.
Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung schafft dadurch Abhilfe, dass die Recheneinheit zur Durchführung einer Testroutine dazu ausgebildet ist, jeweilige Schaltelemente an der ersten und/oder der zweiten Klemme iterativ anzusteuern, wodurch unterschiedliche Spannungs- oder Stromniveaus eingeprägt werden. Die daraus resultierende an der zweiten Klemme anliegende Spannung kann dann mit der Messeinrichtung erfasst werden. Die die Spannung repräsentierende Spannungsinformation(en) wird dabei durch die Recheneinheit ausgewertet, welche infolgedessen auf einen Fehler oder auf ein gezieltes Auftrennen der Service-Disconnect-Leitung, z.B. durch Öffnen des manuellen Trennelements oder ein mechanisches Auftrennen durch Rettungskräfte, schließen kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung einer ersten Variante, bei der eine schaltbare Spannungsversorgung vorgesehen ist, ist ein erstes steuerbares Schaltelement zwischen einer Versorgungsspannung und einem Knotenpunkt eines aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers verbunden. Die Versorgungsspannung kann beispielsweise aus dem Bordnetz mit der niedrigen Spannung abgeleitet sein und z.B. 12 V, 24 V oder 48 V umfassen. Die Serienschaltung des aus den zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers ist zwischen der ersten Klemme und einem Bezugspotential verschaltet.
Die Recheneinheit ist gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung dazu ausgebildet, das erste Schaltelement hintereinander von einem leitenden Zustand in einen nicht-leitenden Zustand zu steuern, und auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung zu schließen, wenn an der zweiten Klemme in beiden Schaltstellungen des ersten Schaltelements das Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung detektiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist ein zweites steuerbares Schaltelement über einen Widerstand mit der zweiten Klemme verbunden. Die Recheneinheit ist zweckmäßigerweise dazu ausgebildet, das zweite Schaltelement hintereinander von einem leitenden Zustand in einen nicht-leitenden Zustand, oder umgekehrt, zu steuern, und auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung mit Bezugspotential zu schließen, wenn an der zweiten Klemme in beiden Schaltstellungen des zweiten Schaltelements das Bezugspotential detektiert wird. In einer anderen Variante, in der Stromquellen und Stromsenken genutzt werden, wird in die erste Klemme durch eine erste, feste oder veränderbare Stromquelle ein Strom eingeprägt. Zweckmäßigerweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung zu schließen, wenn an der zweiten Klemme das Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung detektiert wird.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung mit dem Bezugspotential des Bordnetzes zu schließen, wenn an der zweiten Klemme das Bezugspotential des Bordnetzes detektiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung dieser Variante ist die zweite Klemme über einen Widerstand mit einer schaltbaren Stromquellenanordnung verbunden, die die zweite Klemme belastet oder einen Strom in diese einprägt.
Wie vorstehend bereits beschrieben, handelt es sich bei der zweiten Klemme um die Klemme 30c (kurz: KI30c) des Fahrzeugs. Demgegenüber ist die erste Klemme eine für den Testzyklus spezifische Klemme, die insbesondere von Klemme 30 (KI30) des Fahrzeugs unterschiedlich ist.
Die Recheneinheit ist gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung dazu ausgebildet, die Testroutine einmalig pro Fahr- oder pro Ladezyklus des Fahrzeugs durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, die Testroutine im Betrieb des Fahrzeugs zyklisch durchzuführen.
Durch die vorgeschlagene Schaltungsanordnung kann eine fehlerhafte Auswertung des an der zweiten Klemme anliegenden Spannungssignals verhindert werden, wodurch insbesondere gefährliche und ungewollte Fahrzeugzustände vermieden bzw. ausgeschlossen werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung, in der die herkömmliche Verschaltung einer Service-Disconnect-Signalschleife dargestellt ist; Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer schaltbaren Spannungsversorgung; und
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Stromquellen und Stromsenken.
In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung einer in elektrisch betriebenen Fahrzeugen gebräuchlichen Service-Disconnect-Signalschleife, die zur Flerbeiführung eines sicheren Zustands für Werkstattpersonal oder Rettungskräfte dient.
Die Signalschleife wird durch eine Service-Disconnect-Leitung 4 (nachfolgend: Leitung 4) gebildet, in der ein manuelles Trennelement 3, z.B. in Gestalt eines Trennschalters, angeordnet ist. Die Leitung 4 ist zwischen einer Klemme 1 , der Klemme 30 (KI30) des Fahrzeugs, und einer Klemme 2, der Klemme 30c (KI30c) des Fahrzeugs, verschaltet. Die Klemme 1 ist mit dem Bordnetz mit der niedrigen Spannung, z.B. 12 V, verbunden. Weist das Bordnetz mit der niedrigen Spannung eine von 12 V abweichende Spannung auf, z.B. 24 V, dann ist die Klemme 1 mit 24 V verbunden. An der Klemme 2 ist eine Messeinrichtung 5 angeschlossen. An der Klemme 2 (KI30c) wird die gerade anliegende Spannung durch die Messeinrichtung 5 erfasst. Eine die Spannung repräsentierende Spannungsinformation s4 wird einer Recheneinheit 30, z.B. einem Steuergerät, zugeführt und durch diese ausgewertet.
Entspricht die Spannungsinformation s4 der Spannung des nicht im Detail dargestellten Bordnetzes mit der niedrigen Spannung (hier: 12 V), so verbindet die Leitung 4 die Klemmen 1 und 2 miteinander. Eine in den Figuren nicht dargestellte Hochvolt-Batterie, die Teil eines ebenfalls nicht dargestellten Bordnetzes mit hoher Spannung (nachfolgend: Hochvolt-Bordnetz) darf dann mit einem Kabelbaum und/oder Verbrauchern des Hochvolt-Bordnetzes verbunden sein. Wird mittels des manuellen Trennelements 3 demgegenüber die Leitung 4 aufgetrennt, so entspricht die durch die Messeinrichtung 5 ermittelte Spannungsinformation s4 dem Bezugspotential GND (wobei hier davon ausgegangen wird, dass das Bordnetz mit hoher und das Bordnetz mit niedriger Spannung das gleiche Bezugspotential GND aufweisen). Die Recheneinheit 30 steuert dann ein entsprechendes Schaltelement an, um die Hochvolt-Batterie vom Kabelbaum und/oder den Verbrauchern des Hochvolt-Bordnetzes zu trennen. Die Auftrennung der Leitung 4 kann anstelle des manuellen Trennelements 3, welches durch Werkstattpersonal bedient wird, auch durch mechanisches (insbesondere gewaltsames) Auftrennen der Leitung 4, beispielsweise einen Schnitt mit einer Rettungsschere durch Rettungskräfte, hervorgerufen sein.
Ein Kurzschluss der Klemme 2 (KI30c) mit einer Leitung des Bordnetzes mit niedriger Spannung (d.h. 12 V) könnte die Herstellung eines sicheren Zustands nach dem gezielten Öffnen des manuellen Trennelements 3 oder einer mechanischen Auftrennung der Leitung 4 verhindern. Ebenso könnte ein Kurzschluss der Klemme 2 (KI30c) zum Bezugspotential GND die Herstellung eines fahrbereiten Zustands verhindern.
Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele ermöglichen die Erkennung eines Fehlerzustandes an der Klemme 2 (KI30c), indem diese eine aktiv eingeprägte Änderung des Spannungs- und/oder Stromniveaus an der Klemme 2 (KI30c) vornehmen. Die Klemme 2 (KI30c) entspricht einer zweiten Klemme in der vorliegenden Beschreibung.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem aktiv eine Änderung des Spannungsniveaus an der zweiten Klemme 2 (KI30c) erfolgt. Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung gemäß Fig. 1 ist die Leitung 4 nunmehr zwischen der zweiten Klemme 2 (KI30c) und einer ersten Klemme 6, welche eine nur für den Testzyklus spezifische Klemme ist und insbesondere von Klemme 1 (KI30) des Fahrzeugs unterschiedlich ist, verschaltet. In der Leitung 4 ist wiederum das manuelle Trennelement 3 verschaltet. Die Klemme 1 (KI30) spielt für die vorliegende Schaltungsanordnung keine Rolle und ist in Fig. 2 lediglich der Information halber dargestellt, um zu illustrieren, dass es sich bei der ersten Klemme 6 um eine von der Klemme 1 (KI30) unterschiedliche Klemme handelt.
Ein erstes steuerbares Schaltelement ist zwischen einem Knotenpunkt 15 eines aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers und einer Diode 14, die an eine Versorgungsspannung, z.B. 12 V, verschaltet. Die Versorgungsspannung kann beispielsweise die Bordnetzspannung des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung sein. Grundsätzlich kann die Versorgungsspannung auch eine davon unterschiedliche Spannung sein. Das steuerbare Schaltelement 13 wird mittels eines Ansteuersignals s1 von der bereits beschriebenen Recheneinheit 30 leitend oder sperrend geschaltet. Die Serienschaltung des aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers 11 , 12 ist zwischen der ersten Klemme 6 und dem Bezugspotential GND verschaltet.
Ein optionales zweites steuerbares Schaltelement 21 ist über einen Widerstand 23 mit der zweiten Klemme 2 (KI30c) verschaltet. Das andere Ende des zweiten steuerbaren Schaltelements 21 ist mit der Versorgungsspannung (hier: 12 V) verbunden. Ebenfalls eingezeichnet ist ein weiteres optionales drittes steuerbares Schaltelement 22, das zwischen einem Knotenpunkt 24, der zwischen dem zweiten steuerbaren Schaltelement 21 und dem Widerstand 23 gebildet ist, und dem Bezugspotential GND verschaltet ist. Das zweite steuerbare Schaltelement 21 wird über ein zweites Ansteuersignal s2 durch die Recheneinheit 30 leitend oder sperrend geschaltet. Das dritte steuerbare Schaltelement 22 wird mittels eines dritten Steuersignals s3 durch die Recheneinheit 30 leitend oder sperrend geschaltet.
Auf die mit der zweiten Klemme 2 (KI30c) verbundene Schaltanordnung kann für eine vereinfachte Funktionalität der Schaltungsanordnung ganz oder teilweise verzichtet werden.
Die Recheneinheit 30 ist dazu ausgebildet, das erste Schaltelement 13 hintereinander von einem leitenden Zustand in einen nicht leitenden Zustand zu steuern. Wenn an der zweiten Klemme 2 (KI30c) in den beiden hintereinander vorliegenden Schaltstellungen des ersten Schaltelements 13 jeweils das Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung detektiert wird, so wird durch die Recheneinheit 30 auf einen Kurzschluss der Leitung 4 geschlossen. Für die Durchführung dieses Tests ist das Vorhandensein des zweiten und dritten steuerbaren Schaltelements 21 , 22 nicht erforderlich. Für den Fall, dass diese beiden steuerbaren Schaltelemente jedoch vorhanden sind, sind diese jeweils sperrend geschaltet.
Die verschiedenen Varianten von Schalterstellungen des ersten Schaltelements und an der zweiten Klemme 2 (KI30c) erhaltene Spannungsinformationen s4 sind in der nachfolgenden Tabelle nochmals dargestellt:
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Tabelle 1 : Fehlerzustandsmatrix
Um auf einen Kurzschluss der Leitung 4 mit dem Bezugspotential GND zu schließen, ist die Recheneinheit 30 dazu ausgebildet, das zweite Schaltelement 21 hintereinander von einem leitenden Zustand in einen nicht-leitenden Zustand zu steuern. Die Schaltreihenfolge kann auch umgekehrt sein. Während das zweite steuerbare Schaltelement 21 angesteuert wird, sind das erste und das dritte steuerbare Schaltelement 13, 22 jeweils sperrend geschaltet. Wenn an der zweiten Klemme 2 (KI30c) in beiden Schaltstellungen des zweiten Schaltelements 21 das Bezugspotential detektiert wird, kann auf einen Kurzschluss der Leitung 4 mit dem Bezugspotential geschlossen werden.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle einer schaltbaren Spannungsversorgung Stromquellen und Stromsenken verwendet werden. Die erste Klemme 6 ist mit einer ersten Stromquelle 16 verbunden, die mit dem Versorgungspotential 12 V (entweder Versorgungsspannung des Bordnetzes oder einer davon abweichenden Versorgungsspannung) versorgt ist. Mit der zweiten Klemme 2 (KI30c) ist eine Schalteranordnung, umfassend das erste und das zweite steuerbare Schaltelement 21 , 22, verbunden. Das erste steuerbare Schaltelement 21 ist hierbei zwischen dem Knotenpunkt 24 und einer Stromquelle 25 verschaltet. Die Stromquelle 25 ist mit dem Versorgungspotential 12 V verbunden. Das zweite steuerbare Schaltelement 22 ist zwischen dem Knotenpunkt 24 und einer Stromquelle 26, die mit Bezugspotential verbunden ist, verbunden. Die Recheneinheit 30 ist dazu ausgebildet, auf einen Kurzschluss der Leitung 4 mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung zu schließen, wenn an der zweiten Klemme 2 (KI30c) das Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung detektiert wird. Diese Überprüfung wird durchgeführt, indem das zweite und dritte steuerbare Schaltelement 21 , 22 sperrend geschaltet sind.
Auf einen Kurzschluss der Leitung 4 mit dem Bezugspotential GND des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung kann geschlossen werden, wenn an der zweiten Klemme 2 das Bezugspotential GND des Bordnetzes aktiviert wird. Die
Überprüfung erfolgt, indem das zweite steuerbare Schaltelement 21 leitend und das dritte steuerbare Schaltelement 22 sperrend geschaltet ist.
Sind das zweite und das dritte steuerbare Schaltelement s2 und s3 leitend geschaltet, so wirkt die schaltbare Stromquellenanordnung wie ein
Spannungsteiler, wodurch sich an der zweiten Klemme 6 (KI30c) eine mittlere Spannung, d.h. eine Spannung zwischen dem Bezugspotential und der Versorgungsspannung (hier: 12 V), einstellen muss. Liegt eine davon abweichende Spannung an der Klemme 6 (KI30c) vor, so kann auf einen Kurzschluss mit dem Bordnetz der niedrigen Spannung geschlossen werden.
Bezugszeichenliste
1 dritte Klemme (KI30)
2 zweite Klemme (KI30c)
3 manuelles Unterbrechungselement
4 Service-Disconnect-Leitung
5 Messeinrichtung
6 erste Klemme (KI30)
11 Widerstand
12 Widerstand
13 steuerbares Schaltelement
14 Diode
15 Knotenpunkt
16 Stromquelle
21 steuerbares Schaltelement
22 steuerbares Schaltelement
23 Widerstand
24 Knotenpunkt
25 Stromquelle
26 Stromquelle
30 Recheneinheit s1 Ansteuersignal für steuerbares Schaltelement 13 s2 Ansteuersignal für steuerbares Schaltelement 21 s3 Ansteuersignal für steuerbares Schaltelement 22 s4 Spannungsinformation
GND Bezugspotential
12V Versorgungspotential

Claims

Patentansprüche
1 . Schaltungsanordnung zur Diagnose einer Service-Disconnect-Leitung (4) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit zwei Bordnetzen unterschiedlich hoher Spannungen, wobei die Service-Disconnect-Leitung (4) zwischen einer ersten Klemme (6) und einer zweiten Klemme (2) verschaltet ist und zumindest ein manuelles Trennelement (3) umfasst, wobei im Betrieb der Schaltungsanordnung in dem Fahrzeug eine an der zweiten Klemme (2) anliegende Spannung mit einer Messeinrichtung (5) erfasst und eine die Spannung repräsentierende Spannungsinformation (s4) durch eine Recheneinheit (30) ausgewertet wird, wobei die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, abhängig von der Spannungsinformation das Bordnetz mit der hohen Spannung von daran angeschlossen Verbrauchern zu trennen oder nicht, wobei die Recheneinheit (30) zur Durchführung einer Testroutine zur Feststellung eines Fehlers der Service-Disconnect-Leitung (4) weiter dazu ausgebildet ist, durch Ansteuerung jeweiliger Schaltelemente (13, 21 , 22) an der ersten Klemme (6) und/oder der zweiten Klemme (2) iterativ unterschiedliche Spannungs- oder Stromniveaus einzuprägen, die jeweilige an der zweiten Klemme (2) anliegende Spannung mit der Messeinrichtung (5) zu erfassen und die die Spannung repräsentierende Spannungsinformation (s4) durch die Recheneinheit (30) auszuwerten.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , bei der die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, als Fehler einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung (4) mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung oder mit einem Bezugspotential (GND) zu detektieren.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, als Fehler eine Unterbrechung in der Service-Disconnect-Leitung (4) zu detektieren.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein erstes steuerbares Schaltelement (13) zwischen einer Versorgungsspannung (12V) und einem Knotenpunkt (15) eines aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers (11 , 12) verbunden ist, wobei die Serienschaltung des aus den zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers (11 , 12) bestehenden Spannungsteilers zwischen der ersten Klemme (6) und einem Bezugspotential (GND) verschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, das erste Schaltelement (13) hintereinander von einem leitenden Zustand in einen nicht-leitenden Zustand zu steuern, und auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung (4) mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung zu schließen, wenn an der zweiten Klemme (2) in beiden Schaltstellungen des ersten Schaltelements (13) das Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung detektiert wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei der ein zweites steuerbares Schaltelement (21 ) über einen Widerstand (23) mit der zweiten Klemme (2) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei der die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, das zweite Schaltelement (21 ) hintereinander von einem leitenden Zustand in einen nicht-leitenden Zustand, oder umgekehrt, zu steuern, und auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung (4) mit dem Bezugspotential (GND) zu schließen, wenn an der zweiten Klemme (2) in beiden Schaltstellungen des zweiten Schaltelements (13) das Bezugspotential (GND) detektiert wird.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der in die erste Klemme (6) durch eine erste, feste oder veränderbare Stromquelle (16) ein Strom eingeprägt wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, bei der die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung (4) mit dem Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung zu schließen, wenn an der zweiten Klemme (2) das Potential des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung detektiert wird.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, auf einen Kurzschluss der Service-Disconnect-Leitung (4) mit dem Bezugspotential des Bordnetzes zu schließen, wenn an der zweiten Klemme (2) das Bezugspotential (GND) des Bordnetzes detektiert wird.
11 . Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die zweite Klemme (2) über einen Widerstand (23) mit einer schaltbaren Stromquellenanordnung (21,22,25,26) verbunden ist, die die zweite Klemme (2) belastet oder einen Strom in diese einprägt.
12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Klemme (2) die Klemme 30c des Fahrzeugs ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Klemme (6) eine für den Testzyklus spezifische Klemme ist, die von Klemme 30 des Fahrzeugs unterschiedlich ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, die Testroutine einmalig pro Fahr- oder Ladezyklus des Fahrzeugs durchzuführen.
15. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die
Recheneinheit (30) dazu ausgebildet ist, die Testroutine im Betrieb des Fahrzeugs zyklisch durchzuführen.
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