WO2023138848A1 - Verfahren zum überprüfen einer isolation zwischen niedervoltnetzen eines fahrzeugs und niedervolt-versorgungsanordnung für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2023138848A1
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vehicle
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Bastian Weber
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/12—Buck converters

Definitions

  • the invention relates to a method for checking insulation between low-voltage networks in a vehicle and a low-voltage supply arrangement for a vehicle.
  • a supply system is known from US 2020/0001806 A1.
  • the system includes a first DC/DC converter arranged to output electrical power only to a first battery and to first loads in a first specified set.
  • the first set specified includes loads provided to control and perform steering and braking.
  • the system further includes a second DC/DC converter arranged to output electrical power to loads isolated from the first loads intended to control and perform steering and braking.
  • DE 102015200 174 A1 discloses a device for monitoring an on-board network, comprising at least a first sub-network with a first voltage and a further sub-network with a further voltage, with at least one coupling means for the detachable connection of the two sub-networks, with at least one of the sub-networks having an energy store, with at least one evaluation means for monitoring proper insulation of the two sub-networks, with at least one means for generating a characteristic signal being provided in the first sub-network, with at least one means for generating a characteristic signal being provided in the other sub-network Detection means is arranged to detect the further voltage, wherein the Evaluation means evaluates the further voltage to detect whether a typical size of the characteristic signal is present in the further sub-network.
  • DE 102017204 885 A1 discloses a method for monitoring the insulation status of a first high-voltage network and an insulation status of at least one additional high-voltage network of a vehicle, in which a single insulation monitor is connected to the first high-voltage network and the at least one additional high-voltage network, and in which the insulation monitor is used in a periodically repeated sequence to first carry out a first insulation measurement on the first high-voltage network and then each time a further insulation measurement on the at least one additional high voltage network is carried out.
  • a vehicle and a method for checking the operational safety of the vehicle are known from DE 102011 083600 A1.
  • the vehicle is in particular an electric and/or hybrid vehicle.
  • the vehicle has at least one sensor that is designed to detect electrical quantities that are relevant to operational safety.
  • at least one electrical variable relevant to operational safety is detected using the vehicle's sensor.
  • DE 102013226 595 A1 discloses a device for monitoring insulation between a low-voltage network and a high-voltage network, the device being connectable to both a high-voltage positive connection and a high-voltage negative connection as well as to the low-voltage network, the device having a plurality of electrical contacts for coupling monitoring connections to the high-voltage circuit by means of a high-voltage positive connection and by means of a high-voltage negative connection, which can be connected in different sections of the high-voltage network .
  • a system includes a first DC/DC converter arranged to output electrical power only to a first battery and first loads in a first predetermined set.
  • the first specified set includes loads provided to control and perform steering and braking.
  • the system further includes a second DC/DC converter arranged to output electrical power to loads isolated from the first loads provided for controlling and performing steering and braking.
  • the invention is based on the object of creating a method for checking an insulation between low-voltage networks in a vehicle and a corresponding low-voltage supply arrangement for a vehicle.
  • a method for checking insulation between low-voltage networks of a vehicle is provided, the low-voltage networks being galvanically isolated from one another, and the low-voltage networks each comprising a DC/DC converter (DC converter), an energy store and a supply bus for supplying low-voltage consumers, in particular safety-critical and non-safety-critical, with the DC/DC converter being able to be connected or connected on one side to a high-voltage supply and on the other side to the energy store and the supply bus :
  • DC/DC converter DC/DC converter
  • a low-voltage supply arrangement for a vehicle comprising low-voltage networks that are galvanically isolated from one another, the low-voltage networks each comprising a DC/DC converter, an energy store and a supply bus for supplying low-voltage consumers, in particular safety-critical and non-safety-critical, with the DC/DC converter being able to be connected or connected on one side to a high-voltage supply and on the other side to the energy store and the supply bus, and a control device, the control device being set up for this purpose is to carry out the following measures to check insulation between low-voltage networks by activation: - Impressing a voltage change on the high-voltage supply or on the supply bus of one of the low-voltage networks by means of the DC/DC converter of this low-voltage network,
  • the method and the low-voltage supply arrangement make it possible to check isolation between low-voltage networks.
  • One of the basic ideas here is to cause a voltage change, ie a voltage increase or a voltage drop, in a targeted manner on a supply bus of one of the low-voltage networks and at the same time to detect a voltage on the supply buses of the other low-voltage networks. If the insulation between two low-voltage networks is intact, only the voltage on the supply bus of that low-voltage network to which the voltage change was applied changes, while the voltage on the supply bus of the other low-voltage network does not change.
  • the applied voltage change on the supply bus of the low-voltage network on which the voltage change was applied also causes a change in the voltage (voltage drop or voltage increase) on the supply bus of the other low-voltage network due to a charge flow.
  • the state of an isolation between all low-voltage networks can be checked.
  • the detected voltage values can be compared to threshold values.
  • the time characteristics of the recorded voltages can also be compared with the impressed voltage change, for example an evaluation can be carried out by means of a (time) correlation analysis.
  • the impressed voltage change can be caused in particular by a power flow from the low-voltage network to the high-voltage supply.
  • the respective DC/DC converter is operated as a step-up converter. A voltage drop is then observed on the associated supply bus.
  • the respective DC/DC converter is operated as a step-down converter as in normal use.
  • a voltage on the supply bus is pulled from a normal operating voltage (eg ⁇ 12V) to an increased voltage (eg ⁇ 14V to -14.5V).
  • a corresponding increase in voltage is then observed on the associated supply bus.
  • the voltages on the supply buses of the other Low-voltage networks recorded. Ideally, these should not be affected by the voltage change. Otherwise it can be concluded that there is an insulation fault.
  • An advantage of the method and of the low-voltage supply arrangement is that the insulation can be checked without additional components or a conversion of the supply arrangement. Only the DC/DC converters have to be controlled accordingly. This enables the insulation to be checked regularly and inexpensively.
  • the voltages are recorded in particular by means of a sensor system set up for this purpose.
  • the low-voltage networks each include at least one voltage sensor for detecting a voltage on the respective supply bus. The detected voltage is then supplied to the control device.
  • the term low voltage is intended to denote in particular voltages of up to 60 V, for example ⁇ 12 V or ⁇ 48 V.
  • the term high voltage is intended to denote in particular ranges above, in particular far above, 60 V, for example ranges of several hundred volts, in particular -400 V or -800 V.
  • An energy store is in particular an electrical energy store.
  • the energy store is in particular a battery.
  • the energy store can also be another electrical energy store, for example a capacitor, in particular a supercapacitor (supercap).
  • the control device can be designed as a combination of hardware and software, for example as program code which is executed on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC) and/or field-programmable gate array (FPGA).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • the vehicle is in particular a motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the vehicle can also be another (electrified) land, rail, water, air or space vehicle, for example a drone or an air taxi.
  • a safety-critical low-voltage consumer is in particular a low-voltage consumer that is necessary for an automated driving function, for example a steering system, a braking system or a control computer.
  • a non-safety-critical low-voltage consumer is in particular a low-voltage consumer that is not necessary for an automated vehicle function, for example an infotainment system or seat heating.
  • non-safety-critical low-voltage consumers are disconnected from the respective supply bus by means of a semiconductor switch before the insulation is checked.
  • an influence of the non-safety-critical low-voltage consumers on the detection of the voltage can be reduced or even eliminated.
  • it can also be prevented that the applied voltage change impairs the non-safety-critical low-voltage consumers.
  • the voltage change is applied in the form of a pulse.
  • the voltage change over time can be clearly delimited, so that the detection of a voltage change following the voltage change or the pulse on supply buses of other low-voltage networks is simplified, since an effect on another supply bus or a subsequent voltage change on another supply bus can also be clearly delimited.
  • the pulse has a duration of several seconds, for example 10 seconds or 20 seconds.
  • the measures are carried out one after the other for all low-voltage networks. This allows all low-voltage networks to be checked against each other one after the other. In particular, the voltage change on the supply bus is carried out in turn in one of the low-voltage networks. With each other In low-voltage networks, the voltage on the supply buses is then recorded and evaluated.
  • the measures of the method are carried out outside of the regular operation of the vehicle. As a result, other effects that could impair the method, such as power fluctuations due to changing power consumption, can be reduced or prevented.
  • One specific embodiment provides for the measures to be carried out after the vehicle has been started and/or after the vehicle has been switched off. This allows the insulation to be checked regularly. Provision can in particular be made for the measures of the method to be carried out first after the vehicle has been started, before the vehicle is released for driving. After the vehicle has been switched off, the vehicle is only shut down further (or completely) after the measures of the method have been carried out.
  • the measures of the method are started by means of a diagnostic command, which is received from a central control station.
  • the central control center for example from a manufacturer of the vehicle, can leave the task of checking the insulation of the low-voltage networks of the vehicle (or of several vehicles in a vehicle fleet) in a targeted manner. This allows the central control center to initiate measures if the check reveals an insulation fault. For example, the vehicle can then (e.g. caused by a command from the central control center) be driven to a workshop.
  • One embodiment provides for the insulation to be checked regularly. As a result, an insulation fault can be detected immediately after it occurs, so that damage caused by the insulation fault can be reduced or even completely prevented.
  • a vehicle comprising a low-voltage supply arrangement according to one of the described embodiments.
  • the vehicle is in particular a motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the vehicle can also be another (electrified) land, rail, water, air or space vehicle, for example a drone or an air taxi.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of embodiments of the low-voltage supply arrangement for a vehicle
  • FIG. 2a shows a schematic representation of voltage curves on the supply buses of the low-voltage networks to illustrate the invention in an alternative
  • 2b shows a schematic representation of voltage curves on the supply buses of the low-voltage networks to illustrate the invention in another alternative.
  • the vehicle 50 is in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the vehicle 50 is an automated or partially automated vehicle.
  • the vehicle 50 has a high-voltage supply 51, in particular a high-voltage battery 52. The method described in this disclosure is explained in more detail below with reference to the low-voltage supply arrangement 1.
  • the low-voltage supply arrangement 1 includes three low-voltage networks 2, 3, 4.
  • the low-voltage networks 2, 3, 4 each include a DC/DC converter 2-1, 3-1, 4-1 and an energy store 2-2, 3-2, 4-2.
  • the DC/DC converters 2 - 1 , 3 - 1 , 4 - 1 are connected on one side to the high-voltage supply 51 , in particular to the high-voltage battery 52 , of the vehicle 50 .
  • the DC/DC converters 2-1, 3-1, 4-1 are connected to the energy store 2-2, 3-2, 4-2 and a supply bus 2-3, 3-3, 4-3 for supplying low-voltage consumers 21-x, 31-x, 41-x.
  • the low-voltage networks 2, 3, 4 include voltage sensors 2-4, 3-4, 4-4 on the respective supply buses 2-3, 3-3, 4-3.
  • the energy stores 2-2, 3-2, 4-2 are in particular batteries. In principle, however, the energy stores 2-2, 3-2, 4-2 can (at least in part) also be other electrical energy stores, for example capacitors, in particular supercapacitors (supercaps).
  • Safety-critical low-voltage consumers 21-x, 31-x, 41-x are divided redundantly between the low-voltage networks 2, 3.
  • the safety-critical low-voltage consumers 21-x, 31-x, 41-x include, for example, steering systems 21-1, 41-1 and braking systems 31-2, 41-2.
  • a main control computer 31-3 (and a first environment sensor system 31-4 used by it) is connected to the supply bus 3-3 of the low-voltage network 3 as a safety-critical low-voltage consumer 31-x.
  • a second control computer 21 - 3 (and a second environment sensor system 21 - 4 used by it) is connected to the supply bus 2 - 3 of the low-voltage network 2 .
  • the main control computer 31-3 is set up to provide an automated driving function and, for example, to plan a path. Furthermore, the main control computer 31-3 can carry out a safety maneuver if necessary. The second control computer 31-3 is also set up to carry out a safety maneuver if necessary.
  • the low-voltage supply arrangement 1 has a control device 5 .
  • the control device 5 is connected to the DC/DC converters 2-1, 3-1, 4-1 and the voltage sensors 2-4, 3-4, 4-4 via at least one communication connection 6, in particular via at least one communication bus (e.g. CAN and/or LIN bus).
  • at least one communication bus e.g. CAN and/or LIN bus.
  • the low-voltage networks 2, 3, 4 are electrically isolated from one another.
  • the galvanic separation takes place in particular via a respective transformer core of the DC/DC converters 2-1, 3-1, 4-1.
  • Existing communication connections 6 are, in particular, of high resistance, but can also additionally include optocouplers and/or light guides, which prevent a charge flow.
  • the low-voltage networks 2, 3, 4 each meet a safety requirement level according to ASIL B.
  • the control device 5 is set up to check an isolation between the
  • Low-voltage networks 2, 3, 4 to carry out the following measures by driving: - Impressing a voltage change on the high-voltage supply 51 or on the supply bus 2-3, 3-3, 4-3 of one of the low-voltage networks 2, 3, 4 by means of the DC/DC converter 2-1, 3-1, 4-1 of this low-voltage network 2, 3, 4,
  • FIGS. 2a and 2b show schematic representations of voltages U1, U2, U3 on the supply buses 2-3, 3-3, 4-3 (FIG. 1) of the three low-voltage networks 2, 3, 4 over time while the measures of the method are being carried out.
  • FIG. 2a The alternative in which a voltage is applied to the high-voltage supply 51 is shown in FIG. 2a.
  • the DC/DC converter 2 - 1 is used here as a step-up converter and power is transmitted from the low-voltage network 2 to the network of the high-voltage supply 51 .
  • the voltages U2 and U3 on the supply buses 3-3, 4-3 are recorded during the impressing. It is now assumed, for example, that there is an insulation fault between the low-voltage networks 2 and 3, but not between the low-voltage networks 2 and 4.
  • the voltage U2 Due to the insulation fault, charges flow between the low-voltage network 3 and the low-voltage network 2 while the voltage pulse is being applied to the high-voltage supply 51. Therefore, the voltage U2 also shows a dip at the same time as the dip in the voltage U1. In contrast, the voltage U3 of the supply bus 4-3 isolated from the supply bus 2-3 remains constant, since no charges can flow between the low-voltage networks 2 and 4, which are isolated from one another without faults. 2b shows the other alternative, in which a voltage is applied to the supply bus 2-3 (FIG. 1) of the low-voltage network 2. As in normal operation, the DC/DC converter 2 - 1 is used here as a step-down converter and power is transmitted from the high-voltage supply 51 to the supply bus 2 - 3 of the low-voltage network 2 .
  • the DC/DC converter 2-1 increases the voltage U1 briefly, in particular in pulses, from a normal operating voltage (e.g. ⁇ 12 V) to a higher voltage (e.g. ⁇ 14 to 14.5 V). This leads to an increase in voltage U1 during the pulse.
  • the voltages U2 and U3 on the supply buses 3-3, 4-3 are recorded during the impressing. It is now assumed, for example, that there is an insulation fault between the low-voltage networks 2 and 3, but not between the low-voltage networks 2 and 4. Due to the insulation fault, charges flow between the low-voltage network 2 and the low-voltage network 3 while the voltage pulse is being applied to the supply bus 2-3.
  • the voltage U2 also shows a rise in the voltage U2 at the same time as the rise in the voltage U1.
  • the voltage U3 of the supply bus 4-3 isolated from the supply bus 2-3 remains constant, since no charges can flow between the low-voltage networks 2 and 4, which are isolated from one another without faults.
  • the detected voltages U2 and U3 are evaluated. It can be checked, for example, whether a voltage drop (FIG. 2a) or a voltage increase (FIG. 2b) also occurs while the (pulse-shaped) voltage change is being imposed on the supply buses 3-3, 4-3 of the other low-voltage networks 3, 4.
  • the voltages U2, U3 recorded in a time-resolved manner are compared with suitable threshold values, for example.
  • a change in the voltages U2, U3 or a rise in the voltages U2, U3 can also be determined and evaluated.
  • test decision 10 reads, for example: “Insulation fault between low-voltage network 2 and 3; no insulation fault between low-voltage network 2 and 4". Provision can be made for the measures to be carried out one after the other for all low-voltage networks 2, 3, 4.
  • a sequence for the low-voltage supply arrangement 1 shown in FIG. 1 can be as follows:
  • the detected voltages U1, U2, U3 are then evaluated as described above and a respective evaluation result is used to check whether or not there is an insulation fault.
  • the control device 5 can be informed, for example by a vehicle controller (not shown), when the vehicle 50 was started or switched off. After starting, the method can then be carried out before the vehicle 50 is enabled to drive/operate. After shutdown, the method is performed before the vehicle 50 fully enters a sleep mode.
  • Diagnostic command 20 can be received, for example, by means of a communication device (not shown) of vehicle 50 and transmitted to control device 5, which then starts the measures of the method.
  • fixed checking times or time checking intervals can be specified, for example, which are observed by the control device 5 for checking.
  • non-safety-critical low-voltage consumers 22, 42 are disconnected from the respective supply bus 2-3, 4-3 by means of a semiconductor switch 2-5, 4-5 before the insulation is checked.
  • the semiconductor switches 2 - 5 , 4 - 5 are controlled, for example, by means of the control device 5 via the communication link 6 .

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Abstract

Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen eines Fahrzeugs und Niedervolt-Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen (2,3,4) eines Fahrzeugs (50), wobei die Niedervoltnetze (2,3,4) galvanisch voneinander getrennt sind, und wobei die Niedervoltnetze (2,3,4) jeweils einen DC/DC-Wandler (2-1,3-1,4-1), einen Energiespeicher (2-2,3-2,4-2) und einen Versorgungsbus (2-3,3- 3,4-3) zum Versorgen von Niedervoltverbrauchern (21-x,31-x,41-x) umfassen, wobei der DC/DC-Wandler (2-1,3-1,4-1) auf einer Seite mit einer Hochvoltversorgung (51) verbunden werden kann oder verbunden ist und auf einer anderen Seite mit dem Energiespeicher (2-2,3- 2,4-2) und dem Versorgungsbus (2-3,3-3,4-3) verbunden ist, umfassend Aufprägen einer Spannungsänderung auf die Hochvoltversorgung (51) oder auf den Versorgungsbus (2-3,3-3,4- 3) eines der Niedervoltnetze (2,3,4) mittels des DC/DC-Wandlers (2-1,3-1,4-1) dieses Niedervoltnetzes (2,3,4), Erfassen jeweils einer Spannung (U1,U2,U3) auf den Versorgungsbussen (2-3,3-3,4-3) zumindest der anderen der Niedervoltnetze (2,3,4), Auswerten der erfassten Spannungen (U1,U2,U3), und Ableiten und Ausgeben einer Prüfentscheidung (10). Ferner betrifft die Erfindung eine Niedervolt-Versorgungsanordnung (1).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen eines Fahrzeugs und Niedervolt-Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen eines Fahrzeugs und eine Niedervolt-Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug.
Das automatisierte Fahren ohne menschliche Rückfallebene stellt die automobile Elektrik vor große Herausforderungen. Der Energiebedarf der Umfeldsensoren wie Lidare, Radare oder Kameras zusammen mit Steuerrechnern zur Datenverarbeitung sowie zur Bahnplanung ist erheblich. Die Umfeldsensorik sowie Steuerrechner zur Datenverarbeitung werden derzeit durch eine Niedervolt-Batterie (in der Regel in 12 V-Technik) versorgt. Diese Niedervolt-Batterie wird von einem Spannungswandler gespeist, welcher an einer Hochvoltverkabelung einer Traktionsbatterie des (Elektro-) Fahrzeugs angebunden ist. Es können auch mehrere Niedervoltnetze vorgesehen sein. Diese Niedervoltnetze müssen zueinander isoliert sein.
Aus der US 2020/0001806 A1 ist ein Versorgungssystem bekannt. Das System umfasst einen ersten DC/DC-Wandler, der angeordnet ist, um elektrische Leistung nur an eine erste Batterie und an erste Lasten in einem ersten spezifizierten Satz auszugeben. Der erste spezifizierte Satz umfasst Lasten, die bereitgestellt werden, um Lenken und Bremsen zu steuern und auszuführen. Das System umfasst ferner einen zweiten DC/DC-Wandler, der angeordnet ist, um elektrische Leistung an Lasten auszugeben, die von den ersten Lasten isoliert sind, die vorgesehen sind, um Lenken und Bremsen zu steuern und auszuführen.
Aus der DE 102015200 174 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung eines Bordnetzes bekannt, umfassend zumindest ein erstes Teilnetz mit einer ersten Spannung und ein weiteres Teilnetz mit einer weiteren Spannung, mit zumindest einem Kopplungsmittel zur trennbaren Verbindung der beiden Teilnetze, wobei zumindest eines der Teilnetze einen Energiespeicher aufweist, mit zumindest einem Auswertemittel zur Überwachung einer ordnungsgemäßen Isolation der beiden Teilnetze, wobei in dem ersten Teilnetz zumindest ein Mittel zur Erzeugung eines charakteristischen Signals vorgesehen ist, wobei in dem weiteren Teilnetz zumindest ein Erfassungsmittel angeordnet ist zur Erfassung der weiteren Spannung, wobei das Auswertemittel die weitere Spannung auswertet zur Erkennung, ob eine typische Größe des charakteristischen Signals im weiteren Teilnetz vorhanden ist.
Aus der DE 102017204 885 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen eines Isolationszustands eines ersten Hochspannungsnetzes und eines Isolationszustands mindestens eines weiteren Hochspannungsnetzes eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein einzelner Isolationswächter mit dem ersten Hochspannungsnetz und dem mindestens einen weiteren Hochspannungsnetz verbunden wird, und bei dem mittels des Isolationswächters in einer periodisch wiederholten Abfolge zunächst eine erste Isolationsmessung an dem ersten Hochspannungsnetz und anschließend jeweils eine weitere Isolationsmessung an dem mindestens einen weiteren Hochspannungsnetz durchgeführt wird.
Aus der DE 102011 083600 A1 sind ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Betriebssicherheitsprüfung des Fahrzeugs bekannt. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug weist zumindest einen Sensor auf, der zur Erfassung betriebssicherheitsrelevanter elektrischer Größen ausgebildet ist. Bei dem Verfahren zum Prüfen eines Fahrzeugs wird zumindest eine betriebssicherheitsrelevante elektrische Größe mittels des Sensors des Fahrzeugs erfasst.
Aus der DE 102013226 595 A1 ist eine Vorrichtung zur Isolationsüberwachung zwischen einem Niedervoltnetz und einem Hochvoltnetz bekannt, wobei die Vorrichtung sowohl mit einer Hochvoltplusverbindung als auch mit einer Hochvoltminusverbindung als auch mit dem Niedervoltnetz verbindbar ist, wobei die Vorrichtung eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten zur Ankopplung von Überwachungsverbindungen an den Hockvoltkreis mittels jeweils einer Hochvoltplusverbindung und mittels jeweils einer Hochvoltminusverbindung aufweist, die in verschiedenen Abschnitten des Hochvoltnetzes verbindbar sind.
Aus der DE 102019 117619 A1 sind geteilte Fahrzeugleistungsbusse bekannt. Ein System umfasst einen ersten DC/DC-Wandler, der so angeordnet ist, dass er elektrische Leistung nur an eine erste Batterie und an erste Lasten in einem ersten festgelegten Satz ausgibt. Der erste festgelegte Satz beinhaltet Lasten, die zum Steuern und Durchführen von Lenken und Bremsen bereitgestellt sind. Das System beinhaltet ferner einen zweiten DC/DC-Wandler, der so angeordnet ist, dass er elektrische Leistung an Lasten ausgibt, die von den ersten Lasten isoliert sind, welche zum Steuern und Durchführen von Lenken und Bremsen bereitgestellt sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen eines Fahrzeugs und eine entsprechende Niedervolt- Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Niedervolt-Versorgungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, wobei die Niedervoltnetze galvanisch voneinander getrennt sind, und wobei die Niedervoltnetze jeweils einen DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler), einen Energiespeicher und einen Versorgungsbus zum Versorgen von, insbesondere sicherheitskritischen und nicht-sicherheitskritischen, Niedervoltverbrauchern umfassen, wobei der DC/DC-Wandler auf einer Seite mit einer Hochvoltversorgung verbunden werden kann oder verbunden ist und auf einer anderen Seite mit dem Energiespeicher und dem Versorgungsbus verbunden ist, umfassend:
- Aufprägen einer Spannungsänderung auf die Hochvoltversorgung oder auf den Versorgungsbus eines der Niedervoltnetze mittels des DC/DC-Wandlers dieses Niedervoltnetzes,
- Erfassen jeweils einer Spannung auf den Versorgungsbussen zumindest der anderen der Niedervoltnetze,
- Auswerten der erfassten Spannungen, und
- Ableiten und Ausgeben einer Prüfentscheidung.
Ferner wird insbesondere eine Niedervolt-Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug geschaffen, umfassend galvanisch voneinander getrennte Niedervoltnetze, wobei die Niedervoltnetze jeweils einen DC/DC-Wandler, einen Energiespeicher und einen Versorgungsbus zum Versorgen von, insbesondere sicherheitskritischen und nicht-sicherheitskritischen, Niedervoltverbrauchern umfassen, wobei der DC/DC-Wandler auf einer Seite mit einer Hochvoltversorgung verbunden werden kann oder verbunden ist und auf einer anderen Seite mit dem Energiespeicher und dem Versorgungsbus verbunden ist, und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen durch Ansteuern die folgenden Maßnahmen durchzuführen: - Aufprägen einer Spannungsänderung auf die Hochvoltversorgung oder auf den Versorgungsbus eines der Niedervoltnetze mittels des DC/DC-Wandlers dieses Niedervoltnetzes,
- Empfangen jeweils einer auf den Versorgungsbussen zumindest der anderen der Niedervoltnetze erfassten Spannung,
- Auswerten der erfassten Spannungen, und
- Ableiten und Ausgeben einer Prüfentscheidung.
Das Verfahren und die Niedervolt-Versorgungsanordnung ermöglichen es, eine Isolation zwischen Niedervoltnetzen zu überprüfen. Einer der Grundgedanken ist hierbei, eine Spannungsänderung, also einen Spannungsanstieg oder einen Spannungsabfall, auf einem Versorgungsbus eines der Niedervoltnetze gezielt hervorzurufen und gleichzeitig eine Spannung auf den Versorgungsbussen der anderen Niedervoltnetze zu erfassen. Ist die Isolation zwischen zwei Niedervoltnetzen intakt, so verändert sich nur die Spannung auf dem Versorgungsbus desjenigen Niedervoltnetzes, auf den die Spannungsänderung aufgeprägt wurde, die Spannung auf dem Versorgungsbus des anderen Niedervoltnetzes verändert sich hingegen nicht. Ist eine Isolation jedoch defekt, so bewirkt die aufgeprägte Spannungsänderung auf dem Versorgungsbus desjenigen Niedervoltnetzes, auf den die Spannungsänderung aufgeprägt wurde, durch einen Ladungsfluss auch eine Änderung der Spannung (Spannungsabfall oder Spannungsanstieg) auf dem Versorgungsbus des anderen Niedervoltnetzes. Auf diese Weise kann ein Zustand einer Isolation zwischen allen Niedervoltnetzen überprüft werden. Beispielsweise können die erfassten Spannungswerte mit Schwellenwerten verglichen werden. Ferner können auch die zeitlichen Verläufe der erfassten Spannungen mit der aufgeprägten Spannungsänderung verglichen werden, beispielsweise kann eine Auswertung im Wege einer (zeitlichen) Korrelationsanalyse erfolgen.
Die aufgeprägte Spannungsänderung kann in einer Alternative insbesondere durch einen Leistungsfluss vom Niedervoltnetz zur Hochvoltversorgung hervorgerufen werden. Hierzu wird der jeweilige DC/DC-Wandler als Hochsetzsteller betrieben. Auf dem zugehörigen Versorgungsbus wird dann ein Spannungsabfall beobachtet. In einer anderen Alternative erfolgt ein Leistungsfluss von der Hochvoltversorgung in das Niedervoltnetz. Hierzu wird der jeweilige DC/DC-Wandler wie beim normalen Gebrauch als Tiefsetzsteller betrieben. Jedoch wird eine Spannung auf dem Versorgungsbus von einer normalen Betriebsspannung (z.B. ~12 V) auf eine erhöhte Spannung (z.B. ~14 V bis -14,5 V) gesetzt. Auf dem zugehörigen Versorgungsbus wird dann ein entsprechender Spannungsanstieg beobachtet. Zeitgleich zur Spannungsänderung werden die Spannungen auf den Versorgungsbussen der anderen Niedervoltnetze erfasst. Idealerweise sollten diese durch die Spannungsänderung nicht beeinflusst werden. Anderenfalls kann auf einen Isolationsfehler geschlossen werden.
Ein Vorteil des Verfahrens und der Niedervolt-Versorgungsanordnung ist, dass das Überprüfen der Isolation ohne zusätzliche Komponenten oder einen Umbau der Versorgungsanordnung durchgeführt werden kann. Lediglich die DC/DC-Wandler müssen entsprechend angesteuert werden. Dies ermöglicht ein regelmäßiges und kostengünstiges Überprüfen der Isolation.
Hierdurch können die Verfügbarkeit (z.B. über eine vorausschauende Wartung) und Sicherheit einer Niedervoltversorgung des Fahrzeugs gesteigert werden.
Das Erfassen der Spannungen erfolgt insbesondere mittels einer hierfür eingerichteten Sensorik. Die Niedervoltnetze umfassen insbesondere jeweils mindestens einen Spannungssensor zum Erfassen einer Spannung auf dem jeweiligen Versorgungsbus. Die erfasste Spannung wird dann der Steuereinrichtung zugeführt.
Der Begriff Niedervolt soll in dieser Offenbarung insbesondere Spannungen bis 60 V bezeichnen, beispielsweise ~12 V oder ~48 V. Der Begriff Hochvolt soll in dieser Offenbarung insbesondere Bereiche oberhalb, insbesondere weit oberhalb, von 60 V bezeichnen, beispielsweise Bereiche von mehreren Hundert Volt, insbesondere -400 V oder -800 V.
Ein Energiespeicher ist insbesondere ein elektrischer Energiespeicher. Der Energiespeicher ist insbesondere eine Batterie. Der Energiespeicher kann jedoch auch ein anderer elektrischer Energiespeicher sein, beispielsweise ein Kondensator, insbesondere ein Superkondensator (Supercap).
Die Steuereinrichtung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind.
Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug kann grundsätzlich jedoch auch ein anderes (elektrifiziertes) Land-, Schienen-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug sein, beispielsweise eine Drohne oder ein Lufttaxi. Ein sicherheitskritischer Niedervoltverbraucher ist insbesondere eine Niedervoltverbraucher, der für eine automatisierte Fahrfunktion notwendig ist, beispielsweise ein Lenksystem, ein Bremssystem oder einer Steuerrechner. Ein nicht-sicherheitskritischer Niedervoltverbraucher ist insbesondere ein Niedervoltverbraucher, der für eine automatisierte Fahrzeugfunktion nicht notwendig ist, beispielsweise ein Infotainmentsystem oder eine Sitzheizung.
Es ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der über die Versorgungsbusse versorgten Niedervoltverbraucher vor Durchführen der Maßnahmen abgeschaltet und/oder im abgeschalteten Zustand gehalten wird. Hierdurch kann ein Einfluss der Niedervoltverbraucher auf das Erfassen der Spannung verringert oder sogar eliminiert werden. Ferner kann auch verhindert werden, dass die aufgeprägte Spannungsänderung die Niedervoltverbraucher beeinträchtigt.
Es ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher vor dem Überprüfen der Isolation mittels eines Halbleiterschalters von dem jeweiligen Versorgungsbus abgetrennt werden. Hierdurch kann ein Einfluss der nichtsicherheitskritischen Niedervoltverbraucher auf das Erfassen der Spannung verringert oder sogar eliminiert werden. Ferner kann auch verhindert werden, dass die aufgeprägte Spannungsänderung die nicht-sicherheitskritischen Niedervoltverbraucher beeinträchtigt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spannungsänderung in Form eines Pulses aufgeprägt wird. Hierdurch kann die Spannungsänderung in der zeit scharf abgegrenzt werden, sodass das Erkennen einer der Spannungsänderung bzw. dem Puls nachfolgenden Spannungsänderung auf Versorgungsbussen anderer Niedervoltnetze vereinfacht ist, da ein Effekt auf einen anderen Versorgungsbus bzw. eine nachfolgende Spannungsänderung auf einem anderen Versorgungsbus ebenfalls scharf abgegrenzt werden kann. Der Puls weist insbesondere eine Dauer von mehreren Sekunden, z.B. 10 Sekunden oder 20 Sekunden, auf. Hierdurch kann auf ein zeitlich hochaufgelöstes Erfassen der Spannung verzichtet werden, da auch ein weniger hochaufgelöstes und somit kostengünstigeres Erfassen und ein Übermitteln über CAN- oder LIN-Bus problemlos möglich ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Maßnahmen nacheinander für alle Niedervoltnetze durchgeführt werden. Hierdurch können nacheinander alle Niedervoltnetze gegeneinander geprüft werden. Insbesondere wird reihum in einem der Niedervoltnetze die Spannungsänderung auf dem Versorgungsbus vorgenommen. Bei den jeweils anderen Niedervoltnetzen wird dann die Spannung auf den Versorgungsbussen erfasst und ausgewertet.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Maßnahmen des Verfahrens außerhalb des regulären Betriebs des Fahrzeugs durchgeführt werden. Hierdurch können andere Effekte, die das Verfahren beeinträchtigen könnten, wie z.B. Leistungsschwankungen durch wechselnde Leistungsabnahme, verringert oder verhindert werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Maßnahmen nach einem Starten des Fahrzeugs und/oder nach einem Abschalten des Fahrzeugs durchgeführt werden. Hierdurch kann die Isolation regelmäßig überprüft werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass nach dem Start des Fahrzeugs zuerst die Maßnahmen des Verfahrens durchgeführt werden, bevor eine Freigabe des Fahrzeugs zum Fahren erfolgt. Nach dem Abschalten des Fahrzeugs wird das Fahrzeug dann erst nach dem Durchführen der Maßnahmen des Verfahrens weiter (bzw. vollständig) heruntergefahren.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Maßnahmen des Verfahrens mittels eines Diagnosebefehls gestartet werden, der von einer zentralen Leitstelle empfangen wird. Hierdurch kann die zentrale Leitstelle, beispielsweise von einem Hersteller des Fahrzeugs, gezielt das Überprüfen der Isolation der Niedervoltnetze des Fahrzeugs (oder mehrerer Fahrzeuge einer Fahrzeugflotte) verlassen. Hierdurch können seitens der zentralen Leitstelle Maßnahmen eingeleitet werden, wenn das Überprüfen einen Isolationsfehler ergibt. Beispielsweise kann das Fahrzeug dann (veranlasst z.B. durch einen Befehl der zentralen Leitstelle) in eine Werkstatt gefahren werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Isolation regelmäßig überprüft wird. Hierdurch kann ein Isolationsfehler unverzüglich nach Auftreten erkannt werden, sodass durch den Isolationsfehler verursachte Schäden vermindert oder sogar ganz verhindert werden können.
Weitere Merkmale zur Ausgestaltung der Niedervolt-Versorgungsanordnung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile der Niedervolt- Versorgungsanordnung sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens. Ferner wird auch ein Fahrzeug geschaffen, umfassend eine Niedervolt-Versorgungsanordnung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug kann grundsätzlich jedoch auch ein anderes (elektrifiziertes) Land-, Schienen-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug sein, beispielsweise eine Drohne oder ein Lufttaxi.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Ausführungsformen der Niedervolt- Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug;
Fig. 2a eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen auf den Versorgungsbussen der Niedervoltnetze zur Verdeutlichung der Erfindung in einer Alternative;
Fig. 2b eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen auf den Versorgungsbussen der Niedervoltnetze zur Verdeutlichung der Erfindung in einer anderen Alternative.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung von Ausführungsformen der Niedervolt- Versorgungsanordnung 1 für ein Fahrzeug 50. Das Fahrzeug 50 ist insbesondere ein Elektrooder Hybridfahrzeug. Insbesondere ist das Fahrzeug 50 ein automatisiert oder teilautomatisiert fahrendes Fahrzeug. Das Fahrzeug 50 weist eine Hochvoltversorgung 51 auf, insbesondere eine Hochvoltbatterie 52. Das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren wird nachfolgend anhand der Niedervolt-Versorgungsanordnung 1 näher erläutert.
Die Niedervolt-Versorgungsanordnung 1 umfasst drei Niedervoltnetze 2, 3, 4. Die Niedervoltnetze 2, 3, 4 umfassen jeweils einen DC/DC-Wandler 2-1 , 3-1, 4-1 und einen Energiespeicher 2-2, 3-2, 4-2. Die DC/DC-Wandler 2-1 , 3-1, 4-1 sind auf einer Seite mit der Hochvoltversorgung 51 , insbesondere mit der Hochvoltbatterie 52, des Fahrzeugs 50 verbunden. Auf einer anderen Seite sind die DC/DC- Wandler 2-1 , 3-1 , 4-1 mit dem Energiespeicher 2-2, 3-2, 4-2 und einem Versorgungsbus 2-3, 3-3, 4-3 zum Versorgen von Niedervoltverbrauchern 21-x, 31-x, 41-x verbunden. Ferner umfassen die Niedervoltnetze 2, 3, 4 Spannungssensoren 2-4, 3-4, 4-4 an den jeweiligen Versorgungsbussen 2-3, 3-3, 4-3. Die Energiespeicher 2-2, 3-2, 4-2 sind insbesondere Batterien. Die Energiespeicher 2-2, 3-2, 4- 2 können grundsätzlich jedoch (zumindest teilweise) auch andere elektrische Energiespeicher sein, beispielsweise Kondensatoren, insbesondere Superkondensatoren (Supercaps).
Sicherheitskritische Niedervoltverbraucher 21-x, 31-x, 41-x sind redundant auf die Niedervoltnetze 2, 3 aufgeteilt. Die sicherheitskritischen Niedervoltverbraucher 21-x, 31-x, 41-x umfassen beispielsweise Lenksysteme 21-1, 41-1 und Bremssysteme 31-2, 41-2. Ein Hauptsteuerrechner 31-3 (und eine von diesem verwendete erste Umfeldsensorik 31-4) ist als sicherheitskritischer Niedervoltverbraucher 31-x mit dem Versorgungsbus 3-3 des Niedervoltnetzes 3 verbunden. Ein Zweitsteuerrechner 21-3 (und eine von diesem verwendete, zweite Umfeldsensorik 21-4) ist mit dem Versorgungsbus 2-3 des Niedervoltnetzes 2 verbunden.
Der Hauptsteuerrechner 31-3 ist dazu eingerichtet, eine automatisierte Fahrfunktion bereitzustellen und beispielsweise eine Bahnplanung vorzunehmen. Ferner kann der Hauptsteuerrechner 31-3 bei Bedarf ein Sicherheitsmanöver durchführen. Der Zweitsteuerrechner 31-3 ist ebenfalls dazu eingerichtet, bei Bedarf ein Sicherheitsmanöver durchzuführen.
Ferner weist die Niedervolt-Versorgungsanordnung 1 eine Steuereinrichtung 5 auf. Die Steuereinrichtung 5 ist über mindestens eine Kommunikationsverbindung 6, insbesondere über mindestens einen Kommunikationsbus (z.B. CAN- und/oder LIN-Bus) mit den DC/DC- Wandlern 2-1 , 3-1, 4-1 und den Spannungssensoren 2-4, 3-4, 4-4 verbunden.
Die Niedervoltnetze 2, 3, 4 sind galvanisch voneinander getrennt. Die galvanische Trennung erfolgt insbesondere über einen jeweiligen Transformatorkern der DC/DC- Wandler 2-1, 3-1 , 4-1. Vorhandene Kommunikationsverbindungen 6 sind insbesondere hochohmig, können zusätzlich aber auch Optokoppler und/oder Lichtleiter umfassen, die einen Ladungsfluss unterbinden.
Es insbesondere vorgesehen, dass die Niedervoltnetze 2, 3, 4 jeweils eine Sicherheitsanforderungsstufe gemäß ASIL B erfüllen.
Die Steuereinrichtung 5 ist dazu eingerichtet, zum Überprüfen einer Isolation zwischen den
Niedervoltnetzen 2, 3, 4 durch Ansteuern die folgenden Maßnahmen durchzuführen: - Aufprägen einer Spannungsänderung auf die Hochvoltversorgung 51 oder auf den Versorgungsbus 2-3, 3-3, 4-3 eines der Niedervoltnetze 2, 3, 4 mittels des DC/DC- Wandlers 2-1, 3-1 , 4-1 dieses Niedervoltnetzes 2, 3, 4,
- Empfangen jeweils einer auf den Versorgungsbussen 2-3, 3-3, 4-3 zumindest der anderen der Niedervoltnetze 2, 3, 4 mittels der Spannungssensoren 2-4, 3-4, 4-4 erfassten Spannung,
- Auswerten der erfassten Spannungen, und
- Ableiten und Ausgeben einer Prüfentscheidung 10.
Nachfolgend wird das Vorgehen detaillierter beschrieben, wobei hierbei beispielhaft davon ausgegangen wird, dass die Spannungsänderung durch den DC/DC- Wandler 2-1 des Niedervoltnetzes 2 vorgenommen wird, während zeitgleich die Spannungen auf den Versorgungsbussen 3-3, 4-3 der anderen beiden Niedervoltnetze 3, 4 mittels der Spannungssensoren 3-4, 4-4 erfasst werden.
Die Figuren 2a und 2b zeigen schematische Darstellungen von Spannungen U1 , U2, U3 auf den Versorgungsbussen 2-3, 3-3, 4-3 (Fig. 1) der drei Niedervoltnetze 2, 3, 4 im Zeitverlauf während der Durchführung der Maßnahmen des Verfahrens.
In der Fig. 2a ist hierbei die Alternative gezeigt, bei der eine Spannung auf die Hochvoltversorgung 51 aufgeprägt wird. Der DC/DC-Wandler 2-1 wird hierbei als Hochsetzsteller verwendet und es wird Leistung vom Niedervoltnetz 2 in das Netz der Hochvoltversorgung 51 übertragen. Dies führt zu einem Einbruch der Spannung U1 während des Pulses, da der Energiespeicher 2-2 aufgrund des Leistungsflusses die Spannung U1 nicht mehr ausreichend auf eine Sollspannung (z.B. ~12 V) stützen kann. Die Spannungen U2 und U3 auf den Versorgungsbussen 3-3, 4-3 werden während des Aufprägens erfasst. Es wird nun, beispielhaft, davon ausgegangen, dass zwischen den Niedervoltnetzen 2 und 3 ein Isolationsfehler besteht, zwischen den Niedervoltnetzen 2 und 4 hingegen nicht. Durch den Isolationsfehler fließen während des Aufprägens des Spannungspulses auf die Hochvoltversorgung 51 Ladungen zwischen dem Niedervoltnetz 3 und dem Niedervoltnetz 2. Daher zeigt die Spannung U2 zeitgleich mit dem Einbruch der Spannung U1 ebenfalls einen Einbruch. Die Spannung U3 des vom Versorgungsbus 2-3 isolierten Versorgungsbusses 4-3 bleibt hingegen konstant, da zwischen den fehlerfrei zueinander isolierten Niedervoltnetzen 2 und 4 keine Ladungen fließen können. In der Fig. 2b ist die andere Alternative gezeigt, bei der eine Spannung auf den Versorgungsbus 2-3 (Fig. 1) des Niedervoltnetzes 2 aufgeprägt wird. Der DC/DC-Wandler 2-1 wird hierbei wie im normalen Betrieb als Tiefsetzsteller verwendet und es wird Leistung von der Hochvoltversorgung 51 auf den Versorgungsbus 2-3 des Niedervoltnetzes 2 übertragen.
Insbesondere erhöht der DC/DC-Wandler 2-1 die Spannung U1 hierfür kurzzeitig, insbesondere pulsförmig, von einer normalen Betriebsspannung (z.B. ~12 V) auf eine größere Spannung (z.B. ~14 bis 14,5 V). Dies führt zu einem Anstieg der Spannung U1 während des Pulses. Die Spannungen U2 und U3 auf den Versorgungsbussen 3-3, 4-3 werden während des Aufprägens erfasst. Es wird nun, beispielhaft, davon ausgegangen, dass zwischen den Niedervoltnetzen 2 und 3 ein Isolationsfehler besteht, zwischen den Niedervoltnetzen 2 und 4 hingegen nicht. Durch den Isolationsfehler fließen während des Aufprägens des Spannungspulses auf den Versorgungsbus 2-3 Ladungen zwischen dem Niedervoltnetz 2 und dem Niedervoltnetz 3. Daher zeigt die Spannung U2 zeitgleich mit dem Anstieg der Spannung U1 ebenfalls einen Anstieg der Spannung U2. Die Spannung U3 des vom Versorgungsbus 2-3 isolierten Versorgungsbusses 4-3 bleibt hingegen konstant, da zwischen den fehlerfrei zueinander isolierten Niedervoltnetzen 2 und 4 keine Ladungen fließen können.
Ausgehend von dem in den Figuren 2a und 2b skizzierten Verhalten der Spannungen U2 und U3 bei diesen beiden Fällen (Isolationsfehler, kein Isolationsfehler) werden die erfassten Spannungen U2 und U3 ausgewertet. Es kann beispielsweise überprüft werden, ob während des Aufprägens der (pulsförmigen) Spannungsänderung auf den Versorgungsbussen 3-3, 4-3 der anderen Niedervoltnetze 3, 4 ebenfalls ein Spannungseinbruch (Fig. 2a) oder ein Spannungsanstieg (Fig. 2b) erfolgt. Die zeitaufgelöst erfassten Spannungen U2, U3 werden hierzu beispielsweise mit geeigneten Schwellwerten verglichen. Ferner kann auch eine Änderung der Spannungen U2, U3 bzw. eine Steigung der Spannungen U2, U3 bestimmt und ausgewertet werden.
Wird ein Spannungseinbruch (Fig. 2a) bzw. ein Spannungsanstieg (Fig. 2b) für die jeweils anderen Spannungen U2, U3 erkannt, so wird ein Isolationsfehler zwischen den jeweiligen Niedervoltnetzen 2, 3, 4 festgestellt. Die Auswertung erfolgt hierbei mittels der Steuereinrichtung 5 (Fig. 1). Die Steuereinrichtung 5 leitet dann ausgehend von einem Auswertungsergebnis eine Prüfentscheidung 10 ab und gibt diese aus, beispielsweise als analoges oder digitales Signal, beispielsweise als Datenpaket. Die Prüfentscheidung 10 lautet in den gezeigten Beispielen beispielsweise: „Isolationsfehler zwischen Niedervoltnetz 2 und 3; kein Isolationsfehler zwischen Niedervoltnetz 2 und 4“. Es kann vorgesehen sein, dass die Maßnahmen nacheinander für alle Niedervoltnetze 2, 3, 4 durchgeführt werden. Insbesondere erfolgt dies, indem reihum mittels des jeweiligen DC/DC- Wandlers 2-1 , 3-1, 4-1 die Spannungsänderung aufgeprägt wird und die Spannungen U1 , U2, U3 auf den Versorgungsbussen 2-3, 3-3, 4-3 der jeweils anderen Niedervoltnetze 2, 3, 4 erfasst und ausgewertet werden. Insbesondere kann ein Ablauf für die in der Fig. 1 gezeigte Niedervolt-Versorgungsanordnung 1 der folgende sein:
1) Aufprägen der Spannungsänderung auf den Versorgungsbus 2-3 mittels des DC/DC- Wandlers 2-1 und zeitgleiches Erfassen der Spannungen U2, U3 der Versorgungsbusse 3-3, 4-3 der Niedervoltnetze 3 und 4;
2) Aufprägen der Spannungsänderung auf den Versorgungsbus 3-3 mittels des DC/DC- Wandlers 3-1 und zeitgleiches Erfassen der Spannungen U1, U3 der Versorgungsbusse 2-3, 4-3 der Niedervoltnetze 2 und 4;
3) Aufprägen der Spannungsänderung auf den Versorgungsbus 4-3 mittels des DC/DC- Wandlers 4-1 und zeitgleiches Erfassen der Spannungen U1, U2 der Versorgungsbusse 2-3, 3-3 der Niedervoltnetze 2 und 3.
Die erfassten Spannungen U1, U2, U3 werden anschließend wie voranstehend beschrieben ausgewertet und es wird anhand eines jeweiligen Auswertungsergebnisses überprüft, ob ein Isolationsfehler vorliegt oder nicht.
Es kann vorgesehen sein, dass die Maßnahmen des Verfahrens außerhalb des regulären Betriebs des Fahrzeugs 50 (Fig. 1) durchgeführt werden. Hierzu kann der Steuereinrichtung 5 beispielsweise von einer Fahrzeugsteuerung (nicht gezeigt) mitgeteilt werden, wann das Fahrzeug 50 gestartet oder abgeschaltet wurde. Nach dem Starten kann das Verfahren dann vor einer Fahr-/Betriebsfreigabe des Fahrzeugs 50 durchgeführt werden. Nach dem Abschalten wird das Verfahren durchgeführt, bevor das Fahrzeug 50 vollständig in einen Ruhemodus wechselt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Maßnahmen des Verfahrens mittels eines Diagnosebefehls 20 gestartet werden, der von einer zentralen Leitstelle 60 empfangen wird. Der Diagnosebefehl 20 kann beispielsweise mittels einer Kommunikationseinrichtung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 50 empfangen und an die Steuereinrichtung 5 übermittelt werden, welche dann die Maßnahmen des Verfahrens startet. Es ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der über die Versorgungsbusse 2-3, 3-3, 4-3 versorgten Niedervoltverbraucher 21 -x, 31-x, 41-x vor Durchführen der Maßnahmen abgeschaltet und/oder im abgeschalteten Zustand gehalten wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die Isolation regelmäßig überprüft wird. Hierzu können beispielsweise fest vorgegebene Überprüfungszeiten oder zeitliche Überprüfungsabstände festgelegt werden, welche von der Steuereinrichtung 5 für das Überprüfen eingehalten werden.
Ferner ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher 22, 42 (Fig. 1) vor dem Überprüfen der Isolation mittels eines Halbleiterschalters 2-5, 4-5 von dem jeweiligen Versorgungsbus 2-3, 4-3 abgetrennt werden. Die Halbleiterschalter 2-5, 4-5 werden hierzu beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 5 über die Kommunikationsverbindung 6 angesteuert.
Bezugszeichenliste Niedervolt-Versorgungseinrichtung Niedervoltnetz -1 DC/DC-Wandler -2 Energiespeicher -3 Versorgungsbus -4 Spannungssensor -5 Halbleiterschalter Niedervoltnetz -1 DC/DC-Wandler -2 Energiespeicher -3 Versorgungsbus -4 Spannungssensor Niedervoltnetz -1 DC/DC-Wandler -2 Energiespeicher -3 Versorgungsbus -4 Spannungssensor -5 Halbleiterschalter Steuereinrichtung Kommunikationsverbindung 0 Prüfentscheidung 0 Diagnosebefehl 1-x Niedervoltverbraucher 1-1 Lenksystem 1-3 Zweitsteuerrechner 1-4 zweite Umfeldsensorik 2 nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher1-x Niedervoltverbraucher 1-2 Bremssystem 1-3 Hauptsteuerrechner 1-4 erste Umfeldsensorik 1-x Niedervoltverbraucher 41-1 Lenksystem
41-2 Bremssystem
42 nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher
50 Fahrzeug
51 Hochvoltversorgung
52 Hochvoltbatterie
60 Leitstelle t Zeit
U1 Spannung (Versorgungsbus 2-3)
U2 Spannung (Versorgungsbus 3-3)
U3 Spannung (Versorgungsbus 4-3)

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen (2,3,4) eines Fahrzeugs (50), wobei die Niedervoltnetze (2,3,4) galvanisch voneinander getrennt sind, und wobei die Niedervoltnetze (2,3,4) jeweils einen DC/DC- Wandler (2-1 ,3-1 ,4-1), einen Energiespeicher (2-2, 3-2, 4-2) und einen Versorgungsbus (2-3, 3-3, 4-3) zum Versorgen von Niedervoltverbrauchern (21-x,31-x,41-x) umfassen, wobei der DC/DC-Wandler (2-1,3- 1,4-1) auf einer Seite mit einer Hochvoltversorgung (51) verbunden werden kann oder verbunden ist und auf einer anderen Seite mit dem Energiespeicher (2-2, 3-2, 4-2) und dem Versorgungsbus (2-3, 3-3, 4-3) verbunden ist, umfassend:
- Aufprägen einer Spannungsänderung auf die Hochvoltversorgung (51) oder auf den Versorgungsbus (2-3, 3-3, 4-3) eines der Niedervoltnetze (2,3,4) mittels des DC/DC- Wandlers (2-1 , 3-1 , 4-1) dieses Niedervoltnetzes (2,3,4),
- Erfassen jeweils einer Spannung (U1,U2,U3) auf den Versorgungsbussen (2-3, 3-3,4- 3) zumindest der anderen der Niedervoltnetze (2,3,4),
- Auswerten der erfassten Spannungen (U1,U2,U3), und
- Ableiten und Ausgeben einer Prüfentscheidung (10); i) wobei zumindest ein Teil der über die Versorgungsbusse (2-3, 3-3, 4-3) versorgten Niedervoltverbraucher (21-x,31-x,41-x) vor Durchführen der Maßnahmen abgeschaltet und/oder im abgeschalteten Zustand gehalten wird, und/oder ii) wobei nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher (22,42) vor dem Überprüfen der Isolation mittels eines Halbleiterschalters (2-5, 4- 5) von dem jeweiligen Versorgungsbus (2,4) abgetrennt werden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsänderung in Form eines Pulses aufgeprägt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen nacheinander für alle Niedervoltnetze (2,3,4) durchgeführt werden. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen des Verfahrens außerhalb des regulären Betriebs des Fahrzeugs (50) durchgeführt werden. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen nach einem Starten des Fahrzeugs (50) und/oder nach einem Abschalten des Fahrzeugs (50) durchgeführt werden. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen des Verfahrens mittels eines Diagnosebefehls (20) gestartet werden, der von einer zentralen Leitstelle (60) empfangen wird. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation regelmäßig überprüft wird. Niedervolt-Versorgungsanordnung (1) für ein Fahrzeug (50), umfassend galvanisch voneinander getrennte Niedervoltnetze (2,3,4), wobei die Niedervoltnetze (2,3,4) jeweils einen DC/DC-Wandler (2-1, 3-1, 4-1), einen Energiespeicher (2-2, 3-2, 4-2) und einen Versorgungsbus (2-3, 3-3, 4-3) zum Versorgen von Niedervoltverbrauchern (21-x,31-x,41-x) umfassen, wobei der DC/DC-Wandler (2-1, 3-1, 4-1) auf einer Seite mit einer Hochvoltversorgung (51) verbunden werden kann oder verbunden ist und auf einer anderen Seite mit dem Energiespeicher (2-2, 3-2, 4-2) und dem Versorgungsbus (2-3, 3-3, 4-3) verbunden ist, und eine Steuereinrichtung (5), wobei die Steuereinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen (2,3,4) durch Ansteuern die folgenden Maßnahmen durchzuführen:
- Aufprägen einer Spannungsänderung auf die Hochvoltversorgung (51) oder auf den Versorgungsbus (2-3, 3-3, 4-3) eines der Niedervoltnetze (2,3,4) mittels des DC/DC- Wandlers (2-1 , 3-1 , 4-1) dieses Niedervoltnetzes (2,3,4),
- Empfangen jeweils einer auf den Versorgungsbussen (2-3, 3-3, 4-3) zumindest der anderen der Niedervoltnetze (2,3,4) erfassten Spannung (U1 ,U2.U3),
- Auswerten der erfassten Spannungen (U1,U2,U3), und
- Ableiten und Ausgeben einer Prüfentscheidung (10); wobei die Steuereinrichtung (5) ferner dazu eingerichtet ist, i) zumindest einen Teil der über die Versorgungsbusse (2-3, 3-3, 4-3) versorgten Niedervoltverbraucher (21-x,31-x,41-x) vor Durchführen der Maßnahmen abzuschalten und/oder im abgeschalteten Zustand zu halten, und/oder ii) nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher (22,42) vor dem Überprüfen der Isolation mittels eines Halbleiterschalters (2-5, 4- 5) von dem jeweiligen Versorgungsbus (2,4) abzutrennen.
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