DE10155795C1

DE10155795C1 - Verfahren und System zur Lokalisierung eines Lichtbogens

Info

Publication number: DE10155795C1
Application number: DE2001155795
Authority: DE
Inventors: Hans Michael Graf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2021-11-15

Abstract

Verfahren und System zur Lokalisierung eines Lichtbogens in einem elektrischen Netz (1), das eine Mehrzahl von Teilnetzen (2) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung Vcc betrieben werden, bei der ein Lichtbogen auftreten kann, enthaltend folgende Schritte: DOLLAR A a) Überprüfen (S3) des Netzes (1) auf Vorhandensein eines Lichtbogens; b) bei Detektion eines Lichtbogens in dem Netz (1) Absenken (S5) der Versorgungsspannung eines Teilnetzes (2) auf eine vorbestimmte Spannung Vref, bei der in der Regel kein Lichtbogen auftreten kann; c) Überprüfen, ob bei abgesenkter Versorgungsspannung eines Teilnetzes (2) der Lichtbogen in dem Netz (1) noch vorhanden ist; wenn nein, d) Lokalisieren (S9) des Teilnetzes als von dem Lichtbogen betroffen, und wenn ja, Anheben der Versorgungsspannung des Teilnetzes auf den Ausgangswert Vcc und Absenken (S5) der Versorgungsspannung eines anderen Teilnetzes und Weiterschalten zu Schritt a).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Loka lisierung eines Lichtbogens, insbesondere zur Lokalisierung eines Lichtbogens aufgrund hoher Gleichspannungspegel in ei ner KFZ-Stromversorgung mit mehreren Teilnetzen.

Bei Gleichspannungen oberhalb circa 15 V kann es zur Ausbil dung dauerhafter Lichtbögen kommen. Aufgrund der hohen Tempe ratur, die durch einen Lichtbogen erzeugt wird, besteht Brandgefahr. Es ist daher wichtig, Lichtbögen zu erkennen, zu lokalisieren und zu löschen.

In 14 V-Bordnetzen reicht die Spannung für permanent brennen de Lichtbögen normalerweise nicht aus. Die Umstellung auf 42 V- Bordnetze erfordert daher neue Lösungen. Da ein elektri sches Netz in der Regel aus mehreren Teilnetzen besteht, ist es wichtig zu lokalisieren, in welchem Teilnetz ein Lichtbo gen aufgetreten ist. Dieses Teilnetz kann dann abgeschaltet werden, ohne die Funktionsfähigkeit der übrigen Teilnetze zu beeinträchtigen. In der Regel muß jedoch für jedes Teilnetz eine separate Detektion eines Lichtbogens erfolgen, um das Teilnetz von der Stromversorgung abzutrennen, in dem der Lichtbogen aufgetreten ist, um so die Funktionsfähigkeit der übrigen Teilnetze aufrechtzuerhalten. Die Bereitstellung ei ner Detektionsvorrichtung für jedes Teilnetz in dem elektri schen Netz ist jedoch aufwendig und teuer.

Die DE 37 02 517 A1 offenbart ein Verfahren zur Lokalisierung eins Kurzschlusses, wobei die Spannungsversorgung mit einem schnellen Schutzschalter kurzzeitig unterbrochen wird, damit die Kurzschlußstrecke deionisiert wird.

Die DE 44 38 593 A1 offenbart ein Verfahren zum Löschen eines Lichtbogens, wobei die Versorgungsspannung eines Wechsel stromnetzes auf eine vorbestimmte Spannung abgesenkt wird, bei der in der Regel kein Lichtbogen auftreten kann.

Die EP 0 596 879 B1 offenbart ein Verfahren zum Detektieren eines Lichtbogens über eine Frequenzanalyse des Stroms.

Die DE 197 25 153 A1 offenbart ein Verfahren zur Lokalisie rung eines Fehlers in der Verkabelung eines Bordnetzes, wobei mit Hilfe einer Sensorleitung auch ein Lichtbogen detektier bar ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens mit dem eine einfache Lokalisierung eines Lichtbogens in ei nem aus Teilnetzen bestehenden Netz möglich ist, ohne dass für jedes Teilnetz eine separate Lichtbogendetektion erfor derlich ist und ohne dass wesentliche Funktionen des Teilnet zes beeinträchtigt werden, sowie die Bereitstellung eines Systems, das ein derartiges Verfahren zur Lokalisierung eines Lichtbogens verwendet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist den Patentansprüchen 1 und 4 zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach Anspruch 1 kann auch bei zentraler Überprüfung, ob ein Lichtbogen in einem Netz vorhanden ist, das von dem Lichtbo gen betroffene Teilnetz lokalisiert werden.

Nach Anspruch 2 wird das Teilnetz, in dem ein Lichtbogen lo kalisiert wurde, nicht sofort von der Versorgungsspannung ge trennt, sondern erst nach nochmaligem Auftreten des Lichtbo gens in diesem Teilnetz. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Teilnetz von der Versorgungsspannung abgetrennt wird, ob wohl das Teilnetz im Grunde voll funktionsfähig und frei von Schäden ist. Erst bei einem nochmaligen Auftreten eines Lichtbogens kann davon ausgegangen werden, dass ein Schaden in dem Teilnetz vorliegt, so dass erst dann das Teilnetz von der Versorgungsspannung abgetrennt wird, wobei die übrigen Teilnetze des elektrischen Gleichspannungsnetzes, beispiels weise in einem KFZ, in ihrer Funktionsfähigkeit nicht beein trächtigt werden.

Gemäß der Erfindung kann somit ein Verfahren sowie ein Sys tem, das dieses Verfahren verwendet, zur Lokalisierung eines Lichtbogens bereitgestellt werden, wobei eine derartige Loka lisierung mit geringem Zusatzaufwand realisierbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich nungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbei spiels eines Systems zur Lokalisierung eines Lichtbogens ge mäß der Erfindung; und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbei spiels eines Verfahrens zur Lokalisierung eines Lichtbogens gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Lokalisie rung eines Lichtbogens in einem elektrischen Netz 1. Das e lektrische Netz 1 enthält eine Mehrzahl von Teilnetzen 2. Das System enthält ferner eine Regelungseinheit 3, die eine Mehr zahl von Reglern 4 aufweist, die jeweils einem der Teilnetze 2 zugewiesen sind. Jeder Regler 4 ist mit einer Versorgungs spannungsquelle 5 verbunden, die eine Gleichspannung größer als 15 V, vorzugsweise 42 V liefert, und kann die von der Versorgungsspannungsquelle gelieferte Gleichspannung absenken und anheben. Das System gemäß dem bevorzugten Ausführungsbei spiel enthält ferner eine Schaltereinheit 6, die eine Mehr zahl von Schaltern 7 enthält, die jeweils einem der Teilnetze 2 zugewiesen sind. Ein entsprechendes Teilnetz 2 des elektri schen Netzes 1 ist somit über einen entsprechenden Schalter 7 der Schaltereinheit 6 und einen entsprechenden Regler 4 der Regelungseinheit 3 mit der Versorgungsspannungsquelle 5 ver bunden.

Das System enthält ferner einen Detektor 8, der einen in dem Netz 1 auftretenden Lichtbogen zentral detektiert. Die Detek tion des Lichtbogens kann zum Beispiel über eine Frequenzana lyse der Strom- oder Spannungswerte in der zentralen Leitung von der Versorgungsspannungsquelle 5 zur Regelungseinheit 3 erfolgen oder durch Bereitstellung einer Sensorleitung für das gesamte elektrische Netz. Derartige Detektionsverfahren sind allgemein bekannt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Detektor 8 mit einer Steue rung 9 verbunden, die die in der Regelungseinheit 3 enthalte nen Regler 4 und die in der Schaltereinheit 6 enthaltenen Schalter 7 einzeln und unabhängig ansteuern kann. Auf diese Weise kann die Versorgungsspannung Vcc der Versorgungsspan nungsquelle 5 für ein beliebiges Teilnetz 2 derart abgesenkt werden, dass dort kein Lichtbogen mehr auftreten kann. Die Steuerung 9 kann die einzelnen Regler 4 also derart ansteu ern, dass die Teilnetze 2 des elektrischen Netzes 1 über ihre entsprechend zugewiesenen Regler 4 der Regelungseinheit 3 mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen beliefert werden. Weiter können ein oder mehrerer Teilnetze 2, in denen z. B. ein Lichtbogen aufgetreten ist, von der Versorgungsspannungs quelle 5 bei Bedarf getrennt werden, wobei die übrigen Teil netze 2 weiterhin über ihre entsprechenden Schalter 7 und Regler 4 mit der Versorgungsspannungsquelle 5 verbunden blei ben. Auf diese Weise bleibt die Funktionalität der übrigen Teilnetze 2 erhalten.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Systems ist die Steuerung 9 ferner mit einer Anzeige 10 verbunden, um zum Beispiel anzuzeigen, welches der Teilnetze 2 von der Versorgungsspannungsquelle 5 getrennt ist. Ferner kann auf der Anzeige 10 angezeigt werden, mit welchen Span nungen die einzelnen Teilnetze 2 augenblicklich betrieben werden.

Fig. 2 zeigt ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung, das zum Beispiel von dem System nach Fig. 1 verwendet wird.

Nach dem Start des Verfahrens zur Lokalisierung eines Licht bogens in Schritt S1 und der Initialisierung einer Variablen n, die für ein Teilnetz kennzeichnend ist, in Schritt S2, er folgt eine kontinuierliche Überprüfung auf Vorhandensein ei nes Lichtbogens in Schritt S3. Dies erfolgt zentral für das gesamte elektrische Netz, z. B. mittels einer Frequenzanalyse.

In Schritt S4 wird detektiert, ob ein Lichtbogen in dem e lektrischen Netz 1 vorhanden ist oder nicht. Falls kein Lichtbogen in dem elektrischen Netz 1 detektiert wird, kehrt das Verfahren zu Schritt S3 zurück. Diese Schleife wird so lange ausgeführt, bis eine Lichtbogendetektion in Schritt S4 erfolgt.

Wenn in Schritt S4 von dem Detektor 8 ein Lichtbogen in dem elektrischen Netz 1 detektiert wird, senkt der Regler 4 des durch die initialisierte Variable n ausgewählten Teilnetzes die von der Versorgungsspannungsquelle 5 gelieferte Versor gungsspannung Vcc auf eine Referenzspannung Vref (beispiels weise 15 V) für z. B. 200 ms ab, bei der in der Regel kein dau erhafter Lichtbogen mehr auftreten kann.

In Schritt S6 wird geprüft, ob der in Schritt S4 detektierte Lichtbogen immer noch in dem elektrischen Netz 1 vorhanden ist. Ist dies der Fall, so bedeutet dies, dass der detektier te Lichtbogen nicht in dem Teilnetz n vorhanden ist. Die ab gesenkte Versorgungsspannung für dieses Teilnetz n wird wie der angehoben (Schritt S7) und die in Schritt S2 initiali sierte Variable n, die für ein Teilnetz kennzeichnend ist, wird um eins erhöht (Schritt S8). Das Verfahren wird dann im Schritt S5 fortgeführt, wobei durch den Regler 4 mit der Va riablen (n + 1) die von der Versorgungsspannungsquelle 5 gelie ferte Versorgungsspannung Vcc für das Teilnetz (n + 1) abge senkt wird. Das Absenken und Wiederanheben der Spannungen der Teilnetze wird der Reihe nach fortgesetzt, bis im Schritt S6 bei einer Spannungsabsenkung kein Lichtbogen mehr in dem e lektrischen Netz 1 durch den Detektor 8 detektiert wird. In Schritt S9 wird dasjenige Teilnetz (n + 1), das augenblicklich mit einer abgesenkten Versorgungsspannung Vcc beliefert wird, als das vom Lichtbogen betroffene identifiziert. In Schritt S10 wird die abgesenkte Versorgungsspannung Vcc für dieses Teilnetz (n + 1) wieder angehoben, um in Schritt S11 zu detek tieren, ob in dem elektrischen Netz 1 erneut ein Lichtbogen auftritt. Falls in Schritt S11 erneut ein Lichtbogen in dem Netz 1 detektiert wird, kann mit großer Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass das zuvor lokalisierte Teil netz fehlerhaft ist. In Schritt S12 wird dieses Teilnetz durch den ihm zugewiesenen Schalter 7 der Schaltereinheit 6, der durch die Steuerung 9 angesteuert wird, von der Versor gungsspannungsquelle getrennt.

In der Praxis kommt es vor, dass der gelöschte Lichtbogen in dem Teilnetz n dauerhaft ausbleibt. Dann ist in Schritt S11 kein Lichtbogen mehr in dem Netz 1 detektierbar und das Ver fahren wird mit Schritt S2 fortgeführt, um die Variable n er neut zu initialisieren. Die Initialisierung ist selbstver ständlich auch an anderer geeigneter Stelle in dem Ablaufdia gramm denkbar, z. B. zwischen den Schritten S3 und S4. Ferner kann die Variable n auch auf einen anderen Wert als 0 initia lisiert werden.

Obwohl das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren und das das Verfahren verwendende erfindungsgemäße System zur Lo kalisierung eines Lichtbogens in Bezug auf ein Gleichspan nungsnetz für ein Kraftfahrzeug beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren und System auch für andere Gleichspannungsnetze anwendbar ist, bei denen die Gefahr von Lichtbogen besteht. Ebenso können verschiedene Modifikationen des bevorzugten Ausführungsbei spiels des Verfahrens sowie des Systems durchgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. So kann zum Beispiel das Netz 1 nur ein einziges Teilnetz 2 enthal ten, so dass ein effektives Löschen eines durch einen Detek tor detektierten Lichtbogens erfolgen kann, wobei erst nach nochmaligem Auftritt des Lichtbogens eine Trennung des Netzes von der Versorgungsspannungsquelle erfolgt.

Ferner können auch durch geeignetes Ansteuern der Regler durch die Steuereinheit mehrere Lichtbögen in verschiedenen Teilnetzen lokalisiert werden, indem z. B. ein Algorithmus zur Ansteuerung der Regler verwendet wird, bei dem eine abgesenk te Versorgungsspannung eines Teilnetzes gehalten und dann die Versorgungsspannung eines anderen Teilnetze abgesenkt wird. Eine Permutation der Teilnetze mit abgesenkten und nicht ab gesenkten Versorgungsspannungen ist denkbar.

Claims

1. Verfahren zur Lokalisierung eines Lichtbogens in einem elektrischen Netz (1), das eine Mehrzahl von Teilnetzen (2) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Vcc) betrieben werden, bei der ein Lichtbogen auftreten kann, enthaltend folgende Schritte:

a) Überprüfen (S3) des Netzes (1) auf Vorhandensein eines Lichtbogens;
b) bei Detektion eines Lichtbogen in dem Netz (1) Absenken (S5) der Versorgungsspannung eines Teilnetzes (2) auf eine vorbestimmte Spannung, bei der in der Regel kein Lichtbogen auftreten kann;
c) Überprüfen (S6), ob bei abgesenkter Versorgungsspannung des Teilnetzes (2) der Lichtbogen in dem Netz (1) noch vor handen ist;
d) wenn nein, Lokalisieren (S9) des Teilnetzes als von dem Lichtbogen betroffen,
e) wenn ja, Anheben(S7) der Versorgungsspannung des Teil netzes auf die Versorgungsspannung (Vcc), bei der ein Licht bogen auftreten kann, und
f) Absenken (S5) der Versorgungsspannung eines anderen Teilnetzes und Weiterschalten zu Schritt c).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Lokalisierung (S9) eines von dem Lichtbogen betrof fenen Teilnetzes (2) die Versorgungsspannung für dieses Teil netz (2) wieder auf die Versorgungsspannung (Vcc), bei der ein Lichtbogen auftreten kann, angehoben wird (S10), und bei erneutem Auftreten des Lichtbogens (S11) in diesem Teilnetz (2) dieses von der Versorgungsspannung getrennt wird (S12).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Detektion des Lichtbogens in dem Netz (1) mit tels Frequenzanalyse erfolgt.

4. System zur Lokalisierung eines Lichtbogens in einem e lektrischen Netz (1), das eine Mehrzahl von Teilnetzen (2) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Vcc) betrieben werden, bei der ein Lichtbogen auftreten kann, enthaltend:
einen Detektor (8) zur Erfassung eines Lichtbogens in dem Netz (1);
eine Regelungseinheit (3), mit getrennt ansteuerbaren Reglern (4), wobei jedem Teilnetz (2) ein Regler (4) zugewie sen ist, mit Hilfe dessen eine mit der Regelungseinheit (3) und dem Detektor (8) verbundene Steuereinheit (9) das Verfah ren zur Lokalisierung eines Lichtbogens nach Anspruch 1 durchführt.

5. System nach Anspruch 4, ferner enthaltend eine Schalter einheit (6) mit je einem Schalter (7) für jedes Teilnetz (2), zur Trennung des entsprechenden Teilnetzes (2), in dem ein Lichtbogen lokalisiert ist, von der Versorgungsspannung (Vcc).