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Die Erfindung betrifft ein Testgerät bzw. eine Testvorrichtung zum schaltbaren Trennen eines Stromkreises, vorzugsweise eines Sicherheits- oder Steuerstromkreises eines Batteriesystems eines Fahrzeugs, welches vorzugsweise Hochspannungskomponenten aufweist, wie Traktionsbatterien von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind Trenneinheiten zur galvanischen Trennung des Leistungsstromkreises zwischen einer Spannungsquelle und einer an der Spannungsquelle angeschlossenen Verbrauchereinrichtung bekannt. Diese werden in Störfällen oder bei der Verwendung in Fahrzeugen mit Hochspannungsanwendungen, wie in Elektro- oder Hybridfahrzeugen, zusätzlich auch in Unfallsituationen geschalten, um den Leistungsstromkreis aus Sicherheitsgründen zu unterbrechen. Die Offenlegungsschrift
DE 10 2014 202 504 A1 offenbart eine derartige Trenneinrichtung, welche eine Erfassungseinheit zur Erfassung eines Betriebsparameters und eine Schalteinheit umfasst, wobei die Trenneinheit modular aufgebaut ist. Neben dem Leistungs- bzw. Hochstromkreis umfasst die Trenneinheit weitere Funktionskomponenten, zur Spannungsmessung, Isolationsmessung oder einen Hochspannungs-Interlock (engl.: High Voltage Interlock, kurz: HVIL, auf Deutsch auch Pilotlinie genannt). Letzterer ist ein Sicherheitsstromkreis, der durch wenigstens ein Hochspannungsbauteil bzw. eine Hochspannungskomponente verläuft, vorzugsweise durch mehrere besonders unfallgefährdete oder wartungsintensive Hochspannungskomponenten. Eine Unterbrechung des HVIL, z. B. wegen eines Unfalls oder der Trennung von Verbrauchern aufgrund von Wartungsarbeiten, wird von der Trenneinrichtung erfasst. Daraufhin unterbricht die Trennvorrichtung den Leistungsstromkreis. Die Trennvorrichtung ist integral im Batteriesystem angeordnet.
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Für die Durchführung von Wartungstätigkeiten an einem Fahrzeug mit Hochspannungsanwendungen können ein sogenannter Servicestecker und eine Servicesteckbuchse vorgesehen sein. Wird der Servicestecker aus der Servicesteckbuchse entfernt, wird wenigstens ein Stromkreis unterbrochen. Handelt es sich dabei um den HVIL, kann die Unterbrechung beispielsweise von einer oben beschriebenen Trenneinrichtung erfasst werden. Daraufhin wird der Leistungsstromkreis getrennt. Der Servicestecker, im Folgenden Service-Disconnect-Stecker oder kurz SD-Stecker genannt, kann alternativ oder zusätzlich zum HVIL einen weiteren Sicherheitsstromkreis aufweisen, im Folgenden zur besseren Abgrenzung Steuerstromkreis genannt.
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In der Patentschrift
DE 10 2012 015 523 B4 ist eine Hochvoltbatterie für einen Kraftwagen beschrieben. Im Zusammenhang mit Wartungstätigkeiten an der Hochvoltbatterie bzw. dem Leistungsstromkreis ist es bekannt, die 12V-Versorgung für Schalteinrichtungen, z. B. ein Hauptschütz, durch den Servicestecker (SD-Stecker) zu trennen, wobei das Hauptschütz stromlos wird und abfällt, wodurch die Hochspannungsversorgung sämtlicher Hochspannungskomponenten unterbrochen wird. Diese 12V-Versorgung ist entsprechend als Niederspannungsstromkreis ausgebildet und ist hier als Steuerstromkreis vorgesehen, kann aber auch als Sicherheitsstromkreis ausgestaltet sein.
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Es ist weiterhin bekannt, den Strompfad, also den Leistungsstromkreis, durch den Service-Disconnect-Stecker zu führen. Die
DE 10 2012 210 620 A1 offenbart ein Verfahren zum Überwachen einer Trenneinrichtung, insbesondere eines Servicesteckers, welcher Anschlüsse aufweist, die hinsichtlich des Anliegens einer negativen oder positiven Spannung überwacht werden. Dazu ist ein Überwachungsgerät mit den Anschlüssen der Trenneinrichtung des Batteriesystems elektrisch verbunden, um das Anschließen einer externen Batterie an den Anschlüssen zu erkennen und Maßnahmen zum Schutz des Batteriesystems vor Manipulationen einzuleiten. Das Überwachungsgerät ist als Zellüberwachungsvorrichtung integral mit dem Batteriesystem verbunden und steht in Kommunikationsverbindung mit dem zentralen Batteriesteuergerät oder Fahrzeugsteuergerät.
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Die europäische Patentschrift
EP 2 571 094 B1 beschreibt eine Anordnung zur Strommessung an einer Hochspannungsbatterie für ein elektrisches Fahrzeug. Die Batterie weist einen Betriebstrennschalter (Service-Disconnect-Stecker) auf, welcher zum Abschalten der Verbindung zwischen dem positiven Batterieanschluss und den positiven Batterie-Ausgangsleistungsanschlüssen eine sich vom Betriebstrennschalter erstreckende äußere Schaltleitung umfasst, so dass eine Schlinge gebildet ist, welche zum Empfangen einer Stromklemme zur Strommessung durch die Schaltleitung ausgebildet ist. Damit ist das Messen elektrischer Kenngrößen in unmittelbarer Nähe des Service-Disconnect-Steuerstromkreises möglich, welcher als Hochspannungsstromkreis ausgebildet ist.
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Fahrzeuge, insbesondere mit sicherheitskritischen Komponenten, wie Hochspannungskomponenten, unterliegen einer Reihe von Tests, um die Sicherheit und Funktionsfähigkeit nachzuweisen. Aufgrund der hochkomplexen Konstruktionen ist eine entsprechend hohe Anzahl an Testfällen notwendig, um möglichst sämtliche Fehlerursachen im Test zu überprüfen. Ein portables Testgerät zum Testen von Stromkreisen ist aus der europäischen Patentanmeldung
EP 1 498 742 A1 bekannt. Das Testgerät kann in die Aufnahme für eine Fahrzeugsicherung eingesteckt werden und eine optische und/oder akustische Warnmeldung ausgeben, wenn der Wert des dabei fließenden Stroms zu hoch ist. Dieses Testgerät ermöglicht das Testen genau eines Testfalls.
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Die Batteriesysteme umfassen auch im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur den elektrischen Energiespeicher, wie eine Traktionsbatterie oder eine Bordnetzbatterie, sondern auch das damit verbundene Hoch- und Niederspannungsnetz, also zugeordnete Sicherheits-, Wartungs- bzw. Steuerstromkreise sowie die entsprechenden Leistungsstromkreise.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Testen von Hochvoltkomponenten zu verbessern, insbesondere Testabläufe zu vereinfachen, zu verkürzen und zu flexibilisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Testgerät mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft ein vorzugsweise mobiles Testgerät, auch als Testvorrichtung oder Stromkreistrenngerät bezeichnet, zum schaltbaren galvanischen Trennen und Koppeln wenigstens eines Stromkreises eines Fahrzeugs. Eine galvanische Trennung, die durch galvanisches Koppeln überwunden werden kann, bedeutet das Fehlen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei stromführenden Bauteilen oder Stromkreisen. Im Vergleich zur dauerhaften Trennung durch Isolation der Bauteile oder Stromkreise voneinander, ist bei der galvanischen Trennung ein potentielles Verbinden der Bauteile oder Stromkreise vorgesehen, das durch ein einen Leiter ersetzendes Kopplungsglied erfolgen kann. Es wird in diesem Fall von der galvanischen Kopplung, also der stromführenden bzw. elektrisch leitenden Verbindung von Bauteilen oder Stromkreisen gesprochen. Um den Aspekt der potentiell möglichen Kopplung weiter zu verdeutlichen, wird die galvanische Kopplung auch als schaltbare galvanische Kopplung bezeichnet.
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Bei dem wenigstens einen Stromkreis des Fahrzeuges handelt es sich vorzugsweise um einen Niederspannungs-Sicherheits- oder Steuerstromkreis, beispielsweise einen Service-Disconnect-Steuerstromkreis (SD) oder eine Pilotlinie (HVIL). Der Stromkreis kann auch ein Niederspannungsbordnetz mit 12V, 24V, 48V oder bis maximal 60V sein.
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Schließlich kann der Stromkreis auch ein Hochspannungs-Leistungsstromkreis mit Spannungen zwischen 100V DC (Direct Current, deutsch: Gleichstrom) und 300V DC bis hin zu 400V DC sein.
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Das Fahrzeug weist vorzugsweise Hochspannungskomponenten auf. Diese können eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bzw. eines Hybridfahrzeugs, einzelne an ein Hochspannungsnetz angeschlossene Verbraucher, wie elektrische Heiz- und Klimaanlagen oder elektrische Lenksysteme, sowie Hochspannungs-Motor/Generatoren sein. Allerdings ist das erfindungsgemäße Testgerät auch bei einem galvanischen Koppeln eines Niederspannungs-Stromkreises eines Fahrzeugs ohne Hochspannungskomponenten anwendbar, da das im weiteren Verlauf erläuterte Testprinzip ebenso funktioniert und nur die Komplexität und damit die Anzahl der Testfälle reduziert ist.
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Das erfindungsgemäße Testgerät umfasst eine Kontakteinheit und eine Verbindungseinheit, wobei die Kontakteinheit zum galvanischen Koppeln des Stromkreises des Fahrzeugs mit der Verbindungseinheit ausgebildet ist. Für den Testbetrieb ist die Kontakteinheit bevorzugt mit einer Schnittstelle des Stromkreises im Fahrzeug verbindbar. Diese Schnittstelle kann als Steckerbuchse (SD-Buchse) ausgebildet sein und im Normalbetrieb durch einen den Stromkreis schließenden Stecker belegt sein. Derartige Stecker können Wartungs- bzw. Servicestecker (Service-Disconnect-Stecker; SD-Stecker) sein, die nach dem Entfernen aus der Steckerbuchse den Stromkreis galvanisch trennen bzw. der Stromkreis nach deren Entfernen galvanisch unterbrochen (getrennt) ist. Daher ist die Kontakteinheit vorzugsweise als Stecker ausgebildet, der wenigstens einen, vorzugsweise alle Stromkreisanschlüsse der Schnittstelle, also der SD-Buchse, aufweist. Beispielsweise kann die Kontakteinheit zwei Niederspannungs-Eingänge und zwei Niederspannungs-Ausgänge, jeweils einen für einen SD- und einen HVIL-Stromkreis, aufweisen. Jeder Stromkreis des Fahrzeugs weist an der Schnittstelle wenigstens zwei Stromkreisanschlüsse, nämlich wenigstens je einen Eingang und einen Ausgang auf, welche im Normalbetrieb über den SD-Stecker galvanisch gekoppelt sind. Die Kontakteinheit kann für jeden dieser zwei Stromkreisanschlüsse je Stromkreis einen Kontakteinheitenanschluss aufweisen, mindestens jedoch für je einen Eingangs- und Ausgangs-Stromkreisanschluss. Für zusätzliche Stromkreisanschlüsse je Stromkreis kann die Kontakteinheit einen oder keinen Kontakteinheitenanschluss aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Testgerät zeichnet sich dadurch aus, dass das Testgerät weiterhin wenigstens einen Testanschluss und wenigstens eine Schalteinheit aufweist, wobei die Verbindungseinheit zum galvanischen Koppeln der Kontakteinheit mit dem wenigstens einen Testanschluss ausgebildet ist und wobei die wenigstens eine Schalteinheit zur schaltbaren galvanischen Kopplung des wenigstens einen Stromkreises des Fahrzeugs durch galvanisches Überbrücken des wenigstens einen Testanschlusses ausgebildet ist.
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Der wenigstens eine Testanschluss wird mittels der Verbindungseinheit galvanisch mit der Kontakteinheit und damit mit dem Stromkreis des Fahrzeugs verbunden. Der Testanschluss weist wenigstens zwei Anschlusskontakte für den mindestens einen zu verbindenden Stromkreis auf, wobei jeder Anschlusskontakt ausgebildet ist, entsprechende komplementäre Anschlussstücke reversibel aufzunehmen und damit reversibel galvanisch zu koppeln. Anschlusskontakte mit entsprechenden komplementären Anschlussstücken sind vielfältig bekannt. Diese können einfache Lüsterklemmen (Anschlusskontakt: Lüsterklemme, komplementäres Anschlussstück: Kabel; oder umgekehrt), Bananensteckverbindung (Bananenbuchse, Bananenstecker) bis zu komplexen mehradrigen Steckverbindungen (Steckerbuchse, Stecker) sein. Als Anschlusskontakte sind auch einfache Durchschleifungen (beispielsweise anhand von Pins) oder Bus-Bars (Sammelschienen) denkbar, deren komplementäre Anschlussstücke kraftschlüssig angebunden werden, statt wie bei klassischen Steckverbindungen größtenteils formschlüssig.
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Wie bereits erläutert, stellt die Verbindungseinheit die galvanische Verbindung zwischen der Kontakteinheit, also bevorzugt dem Stecker, und dem Testanschluss her. Um mit dem wenigstens einen Testanschluss örtlich flexibel bzw. lokal unabhängig von der Kontakteinheit zu sein, ist die Verbindungseinheit vorzugsweise als flexibler Leiter, wie einem Kabel, und besonders bevorzugt als flexibler Leiter mit einer Länge von wenigstens 2m ausgeführt. Selbstverständlich kann die Verbindungseinheit eine Anzahl Leiter aufweisen, die wenigstens der Anzahl der Stromkreisanschlüsse bzw. wenigstens der Anzahl der mittels des Testgerätes schaltbar galvanisch zu koppelnden Stromkreisanschlüssen entspricht. Aus Sicherheitsgründen kann ein separater Leiter für einen Masseanschluss vorgesehen sein, der unabhängig davon, ob er als Kabelbündel mit den übrigen Leitern oder als separates Kabel ausgebildet ist, Teil der Verbindungseinheit ist. Für jeden Anschlusskontakt des Testanschlusses ist ein Leiter vorgesehen. Der Fachmann erkennt somit, dass ein Testanschluss aus wenigstens zwei Anschlusskontakten besteht und mit entsprechend wenigstens zwei Leitern verbunden ist. Kommen weitere Stromphasen oder Masseanschlüsse je Testanschluss hinzu, können mehr als zwei Anschlusskontakte je Testanschluss vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß weist das Testgerät weiterhin eine Schalteinheit auf. Diese dient der gezielten reversibel schaltbaren galvanischen Überbrückung des Testanschlusses. Die Schalteinheit kann dabei einfache elektrotechnische Bauteile, wie ein Koppelglied, das zwei Anschlüsse über einen elektrischen Leiter verbindet, mittels Sicherungen abgesicherte Stromkreise und/oder integrierte Schaltkreise aufweisen. Die Schalteinheit kann die galvanische Kopplung schalten, indem sie eingesteckt wird, wie im Falle eines einfachen Kopplungsgliedes, indem sie anhand bewegter Teile eine galvanische Trennung trennt oder überbrückt, wie unter Verwendung eines Tasters oder eines Schalters, oder indem sie software- oder hardwaregesteuert einen Strompfad blockiert bzw. freigibt, wie bei einem Transistor.
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Vorteilhafterweise ist durch das erfindungsgemäße Testgerät das Testen von Sicherheitsvorrichtungen für Hochspannungssysteme oder von Hochspannungskomponenten in Hochspannungssystemen deutlich erleichtert. Es wird möglich, lokal direkt an der Hochspannungskomponente, deren Verhalten nach Aktivierung bzw. Deaktivierung einer Sicherheitsvorrichtung, beispielsweise eines Sicherheits- oder Steuerstromkreises, getestet werden soll, die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Sicherheitsvorrichtung definiert durchzuführen und dabei gleichzeitig die Hochspannungskomponente direkt zu überwachen. Auch das Abprüfen mehrerer Testfälle an einer Hochspannungskomponente, bei denen verschiedene Zustände unterschiedlicher Sicherheitsvorrichtungen, wie SD oder HVIL, kombiniert aktiviert und deaktiviert werden müssen, sind mithilfe des erfindungsgemäßen Testgerätes ohne weiteres möglich. Gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich signifikante Zeitvorteile, die aufgrund der großen Anzahl notwendiger Testfälle wesentliche Kosteneinsparungen hervorrufen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Testgerät dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinheit als Stecker für eine Wartungssteckeraufnahme bzw. Wartungssteckerbuchse ausgebildet ist und für den wenigstens einen Stromkreis des Fahrzeugs wenigstens einen Niederspannungseingang und einen Niederspannungsausgang zum galvanischen Koppeln mit je einer Seite des wenigstens einen Stromkreises des Fahrzeuges, die in der Wartungssteckeraufnahme angeordnet und ohne Kopplungsglied galvanisch von der jeweils anderen Seite getrennt sind, aufweist, wobei der wenigstens eine Stromkreis wenigstens ein Service-Disconnect-Steuerstromkreis oder wenigstens ein Pilotlinien-Stromkreis ist. Die Wartungssteckeraufnahme ist bevorzugt die SD-Buchse und kann auch als Wartungssteckerbuchse bezeichnet werden. Diese trennt, wie bereits beschrieben, einen Stromkreis des Fahrzeugs, vorzugsweise den SD-Steuerstromkreis und/oder den Pilotlinien-Stromkreis (HVIL). Entsprechend liegen in der Wartungssteckeraufnahme zwei Anschlüsse des Stromkreises des Fahrzeugs an, die mit dem Niederspannungseingang und dem Niederspannungsausgang der Kontakteinheit durch Einstecken der Kontakteinheit in die Wartungssteckeraufnahme galvanisch gekoppelt werden. Die Kontakteinheit verbindet damit jede Seite des wenigstens einen Stromkreises mit je einem Leiter der Verbindungseinheit. Das wenigstens eine Kopplungsglied ist im Wartungsstecker selbst angeordnet und koppelt im normalen Fahrzeugbetrieb jeweils Ein- und Ausgang des wenigstens einen Stromkreises galvanisch miteinander und schließt damit den Stromkreis.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Testgerät dadurch gekennzeichnet, dass der Testanschluss und/oder die Schalteinheit wenigstens einen Messkontakt mit zwei Messanschlüssen zum Anschließen eines Messgerätes zum Erfassen von elektrotechnischen Kenngrößen des wenigstens einen Stromkreises des Fahrzeugs aufweist. Damit kann vorteilhafterweise neben der galvanischen Kopplung der Anschlüsse des Testanschlusses und damit des wenigstens einen Stromkreises des Fahrzeugs auch wenigstens eine elektrotechnische Kenngröße, z. B. die Stromstärke, die Spannung, der Widerstand u.v.m., ermittelt werden. Besonders vorteilhaft können diese Kenngrößen zusätzlich oder alternativ an der Schalteinheit selbst ermittelt werden. Die jeweiligen Anschlüsse können, je nach zu erfassender Kenngröße, parallel oder in Reihe zu dem wenigstens einen Stromkreis liegen, sodass mittels des Messgerätes, z. B. ein Strommessgerät bzw. Amperemeter, eine Parallel- oder Reihenschaltung ermöglicht ist.
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Eine weitere Ausführungsform des Testgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit ein als Steckverbindung ausgebildetes galvanisches Koppelglied ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache und sichere galvanische Kopplung, auch weil die Anschlüsse selbst vor Berührung geschützt tiefer liegend angeordnet sein können.
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In einer weiteren Ausführungsform des Testgerätes ist die Verbindungseinheit mit der Kontakteinheit und/oder dem Testanschluss reversibel verbindbar. Dies weist den besonders großen Vorteil auf, dass die Verbindungseinheit, die Kontakteinheit und der Testanschluss an die jeweilige Aufgabe angepasst und dafür ausgetauscht werden können. So kann die Wartungssteckeraufnahme in jedem Fahrzeug unterschiedlich ausgebildet sein. Verbindungseinheit und Testanschluss können dieselben bleiben und lediglich die Kontakteinheit an die geänderte Vorgabe angepasst werden. Bleiben alle Anschlüsse gleich und ändern sich die Zugangspunkte derart, dass die Entfernungen zwischen Wartungssteckeraufnahme und direkt zu überwachender Hochspannungskomponente länger oder kürzer werden, kann dies durch eine längere oder kürzere Verbindungseinheit kompensiert werden. Schließlich kann durch einen austauschbaren Testanschluss das Testgerät an unterschiedliche Messaufgaben, beispielweise für unterschiedliche Kenngrößen, angepasst werden. Die reversible Verbindung ist besonders bevorzugt durch Steckverbindungen, z. B. mittels Bananenstecker, gebildet.
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Ausführungsbeispiel
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die schematisch in den Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
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Hierbei zeigen:
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1 einen Service-Disconnect-Stecker in einer Wartungssteckerbuchse entsprechend dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Verbindung des Testgerätes mit dem Stromkreis des Fahrzeugs und
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3 einen schematischen Testanschluss.
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1 zeigt den technischen Hintergrund bzw. das technische Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Testgerät. In einem Fahrzeug entsprechend dem Stand der Technik, welches Hochvoltkomponenten, wie HV-Verbraucher 107 mit entsprechender HV-Batterie 106 (auch Hochvoltspeicher genannt), aufweist, gibt es einen sogenannten Wartungsstecker 100, auch 12V Service-Disconnect-Stecker genannt. Der Wartungsstecker 100 schließt beispielsweise zwei Stromkreise: einen Steuerstromkreis und einen Sicherheitsstromkreis mittels je einer Kopplungsschaltung (101, 102). Diese Stromkreise sind Niederspannungs- bzw. Niedervoltstromkreise, weshalb der Wartungsstecker 100 auch als 12V SD-Stecker bezeichnet wird. Der Wartungsstecker 100 steckt im Betriebszustand des Fahrzeuges in einer Wartungssteckerbuchse 2, auch als Wartungssteckeraufnahme 2 bezeichnet, und schließt die beiden genannten Niedervoltstromkreise.
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Der Steuerstromkreis wird durch die Kopplungsschaltung 101 geschlossen, indem diese den Steuerstromkreis Eingang 21 (aus Sicht des SD-Steckers) mit dem Steuerstromkreis Ausgang 22 galvanisch koppelt. Damit versorgt der Steuerstromkreis ein Schütz 103 mit elektrischer Energie. Dieses koppelt daraufhin HV-Verbraucher 107 über einen HV-Leistungsstromkreis 105 mit einer HV-Batterie 106. Wird der SD-Stecker 100 gezogen, fällt die Spannung vom Schütz 103 ab und der HV-Leistungsstromkreis 105 wird von der HV-Batterie 106 getrennt, wodurch keine Spannung mehr an den HV-Verbrauchern 107 anliegt.
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Der Sicherheitsstromkreis, auch HVIL oder Pilotlinie genannt, verläuft im dargestellten Beispiel durch sämtliche HV-Verbraucher 107 sowie eine Überwachungseinheit 104. Diese erkennt ein Abreißen der elektrischen Verbindung zu einem der HV-Verbraucher 107 und trennt daraufhin die HV-Batterie 106 vom HV-Leistungsstromkreis 105 mittels nicht dargestellter Schaltmittel. Der Wartungsstecker 100 schließt den Sicherheitsstromkreis durch Verbinden des Eingangs 23 (aus Sicht des Wartungssteckers 100) mit dem Sicherheitsstromkreis Ausgang 24 über die Kopplungsschaltung 102.
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Wird nun eine geplante Wartung, eine Reparatur oder eine Notfallmaßnahme (Rettung von Personen) nach einem Unfall durchgeführt, ist als erstes der gut zugängliche und gekennzeichnete Wartungsstecker 100 zu ziehen und gegebenenfalls gegen Wiedereinstecken zu sichern. Wartungs-, Service- und Rettungspersonal ist diesbezüglich ausgebildet. Ist der Wartungsstecker 100 gezogen, sind sämtliche HV-Verbraucher 107 stromlos und können ohne Gefahr für Leib und Leben berührt und ausgetauscht werden. Um sicher zu stellen, dass dies tatsächlich und unter allen Umständen gewährleistet ist, müssen die Reaktionen sämtlicher beteiligter Komponenten auf das Ziehen des Wartungssteckers getestet werden. Dies geschieht vorzugsweise während der Entwicklung des Fahrzeugs. Zur Vereinfachung und wesentlichen Beschleunigung dieser umfangreichen Tests wird das erfindungsgemäße Testgerät 1 verwendet.
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In 2 ist das Testgerät 1 im Einsatzzustand dargestellt. Das Testgerät 1 besteht grundsätzlich aus der Kontakteinheit 3, der Verbindungseinheit 4 sowie dem Testanschluss 5. Die geschweifte Klammer am Bezugszeichen 1 verdeutlicht die Zusammengehörigkeit der einzelnen Einheiten 3, 4, 5. Die Strich-Punkt-Linie 6 stellt symbolisch die Schnittstelle zum Fahrzeug dar. Es ist zu erkennen, dass die Kontakteinheit 3 in der Wartungssteckerbuchse 2 (12V Service-Disconnect-Buchse) eingesteckt ist. Durch das Einstecken werden die Anschlusskontakte 31, 32, 33 und 34 galvanisch mit den Ein- und Ausgängen 21, 22, 23 und 24 des Steuer- und des Sicherheitsstromkreises gekoppelt. Beide Niedervoltstromkreise werden dadurch verlängert und ortsflexibel von der Wartungssteckerbuchse 2 entfernt verlegbar. Die Ortsflexibilität wird durch die Verbindungseinheit 4 ermöglicht, welche einen flexiblen Leiter 41 für jeden Strompfad (21, 22, 23, 24) aufweist. Weiterhin weist die Kontakteinheit 3 einen Masseanschluss 35 auf, der mit der Masse des Fahrzeugs verbunden wird. Dieser Masseanschluss kann alternativ oder zusätzlich über die Verbindungseinheit 4 in den Testanschluss 5 geführt sein und dort mit der Fahrzeugmasse über den Masseanschluss 42 verbunden werden.
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Der Testanschluss 5 weist entsprechend der Darstellung in 3 mehrere Anschlüsse auf, nämlich den Testeingang 51 und Testausgang 52 des Steuerstromkreises sowie den Testeingang 53 und Testausgang 54 des Sicherheitsstromkreises sowie den bereits erwähnten Masseanschluss 42. Diese Anschlüsse (außer Masseanschluss 42) sind die Enden der Verlängerungen der Strompfade (21, 22, 23, 24) des Steuer- und Sicherheitsstromkreises. Die Anschlüsse 51, 52, 53 und 54 sind im dargestellten Beispiel als Bananensteckerbuchsen ausgebildet. Die zwei Stromkreise, der Steuer- und der Sicherheitsstromkreis können unabhängig voneinander durch nicht dargestellte Schalteinheiten geschlossen werden. Die Schalteinheiten sind im vorliegenden Beispiel durch Koppelglieder mit je zwei Bananensteckern gebildet, die in die Anschlüsse 51, 52, 53 und 54 einsteckbar sind. Die beiden Bananenstecker je Stromkreis können als feste Einsteck- bzw. Verbindungsbrücke oder variabel mit flexibler Kabel- bzw. Leiterverbindung ausgebildet sein. Die Bananenstecker der Schalteinheit können außerdem an dem dem Bananenstecker axial gegenüberliegenden Ende eine Bananensteckerbuchse aufweisen. Dadurch können Messgeräte zur Erfassung elektrotechnischer Kenngrößen direkt angeschlossen werden.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Testgerätes 1 wird anhand eines beispielhaften Testablaufs deutlich. Dieser dient dazu, die Reaktion des HV-Systems beim Start des Verbrennungsmotors eines Hybrid-Fahrzeugs zu testen, wobei der 12V SD-Stecker im Motorraum gezogen ist. Es darf dabei kein Zuschalten des Startermotors bzw. des Startergenerators erfolgen. Zur Vorbereitung des Tests ist der Wartungsstecker 100 (12V SD-Stecker) zu ziehen und das Testgerät 1 in die Wartungssteckerbuchse 2 einzustecken. Die Schalteinheit ist so geschalten, dass sowohl der Steuerstromkreis (SD) als auch der Sicherheitsstromkreis (HVIL) galvanisch geschlossen sind. Dies bedeutet, dass zwei Koppelglieder in dem Testanschluss 5 eingesteckt sind und zum einen den Testeingang 51 mit dem Testausgang 52 des Steuerstromkreises und zum anderen den Testeingang 53 mit dem Testausgang 54 des Sicherheitsstromkreises verbinden. Darüber hinaus ist ein Diagnosegerät an das Fahrzeug-Bussystem, z. B. ein Controller Area Network (CAN), angeschlossen, um die Bussignale aufzuzeichnen. Ein derartiges Diagnosegerät kann beispielsweise an die Onboard-Diagnose-Schnittstelle, z. B. OBD II, angeschlossen werden. Schließlich wird als letzter Vorbereitungsschritt der Fehlerspeicher des Batteriemanagement-Steuergerätes gelöscht.
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Wenn der Test bzw. die Prüfung beginnt, wird zunächst die Bus-Aufzeichnung gestartet. Nun wird der Steuerstromkreis getrennt, indem das Koppelglied, welches den Testeingang 51 mit dem Testausgang 52 des Steuerstromkreises verbindet, entfernt bzw. aus dem Testanschluss 5 gezogen wird. Verläuft der Test wie erwartet, ist das HV-System inaktiv und es wird eine Fehlermeldung über das Bussystem im Fehlerspeicher abgelegt.
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Im nächsten Testschritt wird die Zündung des Fahrzeugs (Klemme 15) eingeschalten. Anschließend wird versucht, den Motor zu starten (Aktivierung Klemme 50). Schließlich wird die Zündung (Klemme 15) wieder ausgeschalten. Im Ergebnis darf bei eingeschalteter Zündung das HV-System nicht aktiviert werden und der Motor darf nicht starten. Ob das HV-System aktiviert wird, kann über das Bussystem ausgelesen werden.
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Im letzten Testschritt dieses Testfalls wird der Steuerstromkreis geschlossen, also das Koppelglied zur Verbindung des Testeingangs 51 mit dem Testausgang 52 eingesteckt. Anschließend wird die Zündung ein- und wieder ausgeschalten. Im Ergebnis muss das HV-System fehlerfrei starten.
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Zum Schluss wird die Busaufzeichnung beendet, der Fehlerspeicher ausgelesen und gelöscht, das Testgerät 1 entfernt und der Wartungsstecker 100 wieder in die Wartungssteckerbuchse 2 eingesteckt.
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In weiteren Testfällen werden der Steuerstromkreis und der Sicherheitsstromkreis abwechselnd und gemeinsam getrennt und wieder geschlossen. Dabei sind Messungen zwischen den jeweiligen Ein- und Ausgängen (21, 23 und 22, 24) vorzunehmen, welche an den Anschlüssen 51 bis 54 durchgeführt werden. Gleichzeitig muss regelmäßig die Zündung ein- und ausgeschalten werden, HV-Komponenten aktiviert werden oder andere Bedienvorgaben umgesetzt werden. Dabei ist immer das Bussystem anhand des Diagnosegerätes zu überwachen. Das erfindungsgemäße Testgerät 1 ermöglicht es, diese Tests auf dem Fahrerplatz durchzuführen, ohne ständig das Fahrzeug zum Ziehen und Einstecken des Wartungssteckers 100 zu verlassen. Darüber hinaus ermöglich es das erfindungsgemäße Testgerät 1 überhaupt erst, verschiedene Steuer- und Sicherheitsstromkreise unabhängig voneinander zu testen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Testgerät
- 2
- Wartungssteckerbuchse (12V Service-Disconnect-Buchse)
- 3
- Kontakteinheit
- 4
- Verbindungseinheit
- 5
- Testanschluss
- 6
- Schnittstelle Fahrzeug
- 21
- Steuerstromkreis Eingang
- 22
- Steuerstromkreis Ausgang
- 23
- Sicherheitsstromkreis Eingang
- 24
- Sicherheitsstromkreis Ausgang
- 31
- Steuerstromkreisanschluss Eingang
- 32
- Steuerstromkreisanschluss Ausgang
- 33
- Sicherheitsstromkreisanschluss Eingang
- 34
- Sicherheitsstromkreis Ausgang
- 35
- Masseanschluss Fahrzeug
- 41
- Leiter
- 42
- Masseanschluss Testanschluss
- 51
- Testeingang Steuerstromkreis
- 52
- Testausgang Steuerstromkreis
- 53
- Testeingang Sicherheitsstromkreis
- 54
- Testausgang Sicherheitsstromkreis
- 100
- Wartungsstecker (12V Service-Disconnect-Stecker)
- 101
- Kopplungsschaltung Steuerstromkreis
- 102
- Kopplungsschaltung Sicherheitsstromkreis
- 103
- Schütz
- 104
- Überwachungseinheit HVIL
- 105
- HV-Leistungsstromkreis
- 106
- HV-Batterie (Hochvoltspeicher)
- 107
- HV-Verbraucher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014202504 A1 [0002]
- DE 102012015523 B4 [0004]
- DE 102012210620 A1 [0005]
- EP 2571094 B1 [0006]
- EP 1498742 A1 [0007]
