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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung, wobei die Leitung einen Gleichspannungswandler mit einer Batterie verbindet und einen Knotenpunkt aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer entsprechenden Vorrichtung und ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb umfassen ein Hochspannungsnetz zur Versorgung der elektrischen Maschine für den Antrieb des Fahrzeugs mit elektrischer Energie und ein Niederspannungsbordnetz zur Versorgung der Steuergeräte des Fahrzeugs. Das Hochspannungsnetz wird mit einer hohen elektrischen Spannung betrieben. Diese liegt in einem Bereich von etwa 200 bis 800 Volt und insbesondere oberhalb der für Lebewesen unkritischen Berührspannung von etwa 60V. Das Niederspannungsnetz weist üblicherweise eine Spannung von 12 oder 48V auf. Die Spannung des Niederspannungsnetzes liegt insbesondere unterhalb der für Lebewesen kritischen Berührspannung von etwa 60V. Das Hochspannungsnetz und das Niederspannungsnetz sind über einen DC/DC-Wandler, oder auch Gleichspannungswandler genannt, miteinander verbunden. Der DC/DC-Wandler ermöglicht insbesondere eine Energieübertragung aus dem Hochspannungsnetz in das Niederspannungsnetz. Es sind auch Lösungen bekannt, die eine Energieübertragung aus dem Niederspannungsnetz in das Hochspannungsnetz ermöglichen. Eine Energieübertragung aus dem Hochspannungsnetz in das Niederspannungsnetz über den Gleichspannungswandler ermöglicht auch das Laden einer an das Niederspannungsnetz angeschlossenen Niedervoltbatterie, die beispielsweise eine Nennspannung von 12-14V aufweist. Die Energie der Niederspannungsbatterie wird insbesondere für die Versorgung der Steuergeräte benötigt. Beim Start eines Fahrzeugs ist die Niederspannungsbatterie die einzige Energiequelle, die den Hochlauf und die Inbetriebnahme der Steuergeräte vor dem Start des Fahrzeugs ermöglicht. In einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug stellt die beschriebene Energieübertragung aus dem Hochspannungsnetz über den Gleichspannungswandler in das Niederspannungsnetz die einzige Möglichkeit dar, die Niederspannungsbatterie aufzuladen. Wenn dieses Aufladen während des Betriebs des elektrischen Fahrzeugs nicht erfolgt, ist ein erneuter Start der Steuergeräte und damit Fahrzeugs bei entladener Niederspannungsbatterie unmöglich. Daher besteht das Bedürfnis, das Aufladen der Niederspannungsbatterie während des Betriebs des Fahrzeugs sicherzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zur Erkennung einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung bereitgestellt. Die Leitung verbindet einen Gleichspannungswandler mit einer Batterie und weist einen Knotenpunkt auf. An den Knotenpunkt ist mindestens eine elektrische Last angeschlossen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Steuern des Gleichspannungswandlers auf eine Soll-Ausgangsspannung; Einstellen einer vorgebbaren elektrischen Last an der Leitung; Ermitteln des Stroms durch die elektrische Leitung; Vergleichen des ermittelten Stroms mit einem ersten vorgebbaren Grenzwert; Erkennen einer Unterbrechung der Leitung, falls der ermittelte Strom kleiner als der erste Grenzwert ist.
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Es wird ein Verfahren zur Erkennung oder Detektion einer Unterbrechung, insbesondere einer elektrischen oder mechanischen Unterbrechung, einer elektrischen Leitung, insbesondere einer elektrischen Verbindung, bereitgestellt. Die elektrische Leitung dient der Verbindung eines Gleichspannungswandlers, insbesondere DC/DC-Wandler, mit einer Batterie, insbesondere einer Niedervoltbatterie. Die Batterie dient der Versorgung eines Niederspannungsnetzes, insbesondere eines Fahrzeugs. Die Leitung oder die galvanische Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler und der Batterie weist einen Knotenpunkt auf, insbesondere eine Anschlussmöglichkeit, für mindestens eine elektrische Last, insbesondere einen elektrischen Verbraucher. An den Knotenpunkt ist mindestens eine elektrische Last angeschlossen, deren Last bekannt oder vorgebbar ist. Im Rahmen des Verfahrens wird der Gleichspannungswandler auf eine Soll-Ausgangsspannung gesteuert oder die Soll-Ausgangsspannung am Gleichspannungswandler eingestellt. Der Gleichspannungswandler wandelt dabei eine Primärspannung, beispielsweise aus einem Hochspannungsnetz, in eine Sekundärspannung um, die der Soll-Ausgangsspannung entspricht. Der Gleichspannungswandler wird bevorzugt so angesteuert, dass die vorgegebene Soll-Ausgangsspannung unabhängig von einer anliegenden Eingangsspannung eingestellt wird. Weiter wird an der Leitung eine elektrische Last eingestellt. Hierzu wird beispielsweise ein an den Knotenpunkt angeschlossener elektrischer Verbraucher mit bekannter Last eingeschaltet und/oder dessen Last auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Folglich ist eine vorgebbare elektrische Last an der elektrischen Leitung zwischen dem Gleichspannungswandler und der Batterie angeschlossen. In einem weiteren Schritt wird ein Strom durch die elektrische Leitung ermittelt, beispielsweise mittels eines Stromsensors und einer Auswerteschaltung. Weiter wird der ermittelte Strom mit einem ersten vorgebbaren Grenzwert verglichen. Hierzu wird insbesondere die Differenz zwischen dem ermittelten Strom und dem Grenzwert gebildet. Falls der ermittelte Strom kleiner als der erste Grenzwert ist, also insbesondere die Differenz negativ ist, wird eine Unterbrechung der Leitung erkannt. Der erste Grenzwert wird so vorgegeben, dass dieser einem minimalen Strom bei der eingestellten elektrischen Last entspricht. Falls der ermittelte Strom kleiner als der Grenzwert ist, ist dies ein Zeichen dafür, dass kein Strom durch die elektrische Leitung fließt. Die galvanische Verbindung zwischen Gleichspannungswandler und Batterie ist folglich unterbrochen. Ein Aufladen der Batterie kann daher nicht erfolgen. Ein zukünftiges Inbetriebnehmen der Steuergeräte des Fahrzeugs oder das Starten des Fahrzeugs mittels der Batterie kann nicht gewährleistet werden. Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt, welches es erlaubt, eine Unterbrechung einer elektrischen Leitung zu erkennen.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Unterbrechung der Leitung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Knotenpunkt erkannt, falls der ermittelte Strom zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Knotenpunkt kleiner als der erste Grenzwert ist. Oder es wird eine Unterbrechung der Leitung zwischen dem Knotenpunkt und der Batterie erkannt, falls der ermittelte Strom zwischen dem Knotenpunkt und der Batterie kleiner als der erste Grenzwert ist.
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Ja nachdem ob der Strom zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Knotenpunkt ermittelt wird oder ob der Strom zwischen dem Knotenpunkt und der Batterie ermittelt wird, kann auf den Ort der Unterbrechung der Leitung geschlossen werden. Die Unterbrechung der Leitung kann nur dort ermittelt werden, wo der Strom an der Leitung ermittelt wird. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit der Eingrenzung des Ortes der Unterbrechung der Leitung bereitgestellt. Es wird erkannt, ob die Unterbrechung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Knotenpunkt oder zwischen dem Knotenpunkt und der Batterie aufgetreten ist.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt:
- Ermitteln der Ist-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers;
- Vergleichen der Ist-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers mit der Soll-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers;
- Plausibilisieren der Unterbrechung der Leitung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Knotenpunkt, falls die Differenz der Ist-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers und der Soll-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers kleiner als ein zweiter Grenzwert ist.
- Oder Ermitteln der Ist-Ausgangsspannung der Batterie; Vergleichen der Ist-Ausgangsspannung der Batterie mit einer Soll-Ausgangsspannung der Batterie; Plausibilisieren der Unterbrechung der Leitung zwischen dem Knotenpunkt und der Batterie, falls die Differenz kleiner als ein zweiter Grenzwert ist.
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Mittels der weiteren Schritte wird die Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich eine Unterbrechung der Leitung vorliegt, mit einer weiteren Prüfung plausibilisiert.
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Hierzu wird entweder die Ist-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers ermittelt und diese mit der Soll-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers verglichen. Falls die Ist-Ausgangsspannung im Wesentlichen der Soll-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers entspricht und somit deren Differenz kleiner als ein zweiter, insbesondere vorgebbarer, Grenzwert ist, wird das detektierte Ergebnis der Unterbrechung der Leitung plausibilisiert. Falls eine Soll-Ausgangsspannung am Gleichspannungswandler anliegt und trotz einer am Knotenpunkt angeschlossenen Last kein Strom durch die Leitung fließt, ist die Leitung zwischen Gleichspannungswandler und Knotenpunkt unterbrochen. Analoge Verfahrensschritte werden für die Leitung zwischen der Batterie und dem Knotenpunkt durchgeführt. Die Ist-Ausgangsspannung der Batterie wird mit einer Soll-Ausgangsspannung, die insbesondere der normalen Betriebsspannung oder Nennspannung der Batterie entspricht, verglichen. Eine Plausibilisierung der Unterbrechung der Leitung zwischen dem Knotenpunkt und der Batterie erfolgt falls die Differenz kleiner als ein zweiter, insbesondere vorgebbarer, Grenzwert ist. Falls eine Soll-Ausgangsspannung an der Batterie anliegt und trotz einer am Knotenpunkt angeschlossenen Last kein Strom durch die Leitung fließt, ist die Leitung zwischen Batterie und Knotenpunkt unterbrochen. Vorteilhaft werden Verfahrensschritte zur Plausibilisierung der Ergebnisse der Erkennung einer Unterbrechung einer Leitung bereitgestellt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Leitung in ein Fahrzeug eingebaut und das Verfahren wird nach dem Start des Fahrzeugs ausgeführt oder in regelmäßigen Abständen während des Betriebs des Fahrzeugs.
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Die Leitung ist in ein Fahrzeug eingebaut, also insbesondere auch der Gleichspannungswandler und die Batterie. Bevorzugt wird zur Sicherstellung der Ladung der Batterie, insbesondere über die gesamte Fahrt hinweg, das Verfahren direkt nach dem Start des Fahrzeugs ausgeführt, insbesondere nachdem über Klemme 15 „an“ die Steuergeräte aufgewacht sind und bevor die Fahrt freigegeben wird. Bevorzugt wird das Verfahren in regelmäßigen Abständen oder regelmäßig wiederkehrend während des Betriebs des Fahrzeugs durchgeführt, z.B. alle dreißig Sekunden. Bevorzugt kann somit die durch das wiederholte Durchführen des Verfahrens beanspruchte Rechenzeit reduziert und an die Möglichkeiten des Steuergerätes angepasst werden. Bevorzugt wird das Verfahren in der Werkstatt durchgeführt. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit bereitgestellt, die funktionierende Ladung der Niederspannungsbatterie zuverlässig und wiederkehrend zu überprüfen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, eines der bisher beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung. Die Leitung verbindet einen Gleichspannungswandler mit einer Batterie. Die Leitung weist weiter einen Knotenpunkt auf, an den mindestens eine elektrische Last angeschlossen ist. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, den Gleichspannungswandler zur Ausgabe einer Soll-Ausgangsspannung anzusteuern; eine vorgebbare elektrische Last an der Leitung einzustellen; den Strom durch die elektrische Leitung zu ermitteln; den ermittelten Strom mit einem Grenzwert zu vergleichen und eine Unterbrechung der Leitung zu erkennen, falls der ermittelte Stromkreis kleiner als der erste Grenzwert ist.
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Es wird eine Vorrichtung zur Erkennung einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung bereitgestellt. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, insbesondere umfasst sie die hierfür notwendigen Mittel, die oben bereits erläuterten Verfahrensschritte auszuführen. Vorteilhaft wird eine Vorrichtung zur Erkennung einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung bereitgestellt.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer beschriebenen Vorrichtung und insbesondere einem Gleichspannungswandler, einer Niederspannungsbatterie und einem elektrischen Verbraucher. Ein derartiger Antriebsstrang dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein sicherer Betrieb des Antriebsstrangs ermöglicht.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem beschriebenen Antriebsstrang. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Vorrichtung umfasst, mit der eine Unterbrechung einer elektrischen Leitung erkannt werden kann.
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Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Vorrichtung bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden. Dazu zeigen:
- 1 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang und einer Vorrichtung zur Erkennung einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung,
- 2 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erkennung einer Unterbrechung einer elektrischen Leitung,
- 3 ein schematisch dargestelltes Strom/Zeit-Diagramm,
- 4 ein schematisch dargestelltes Spannungs-/Zeit-Diagramm.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 250. Beispielsweise weist das Fahrzeug 250 vier Räder 195 auf, die an zwei Achsen 194, 192 wirkverbunden befestigt sind. Gleichbedeutend kann das Fahrzeug mehr oder weniger Räder aufweisen und gleichermaßen ein anderes Fahrzeug zum Betrieb im Wasser, zu Lande oder in der Luft sein. Die Achse 192 ist eine Antriebsachse, welche mit einer elektrischen Maschine 190 verbunden ist. Die elektrische Maschine 190 wird mittels eines Pulswechselrichters 180 mit elektrischer Energie einer Hochspannungsbatterie 170 versorgt. Die Hochspannungsbatterie 170 ist mit einem Gleichspannungswandler 110 verbunden. Niederspannungsseitig ist der Gleichspannungswandler 110 über die Leitung 100 mit einer Batterie oder Niederspannungsbatterie 120 verbunden. An einem Knotenpunkt 130 ist an die Leitung mindestens ein elektrischer Verbraucher 140 angeschlossen. Eine Vorrichtung 150 zur Erkennung einer Unterbrechung der Leitung 100 ist vorgesehen. Die Vorrichtung 150 kann insbesondere ein Verfahren zur Erkennung einer Unterbrechung der Leitung 100 steuern. Hierzu steuert die Vorrichtung 150 den Gleichspannungswandler 110 auf eine vorgebbare Soll-Ausgangsspannung. Weiter stellt die Vorrichtung 150, beispielsweise mittels Einschalten des Verbrauchers 140, eine vorgebbare elektrische Last ein, die folglich an der Leitung 100 anliegt. Mittels eines Stromsensors 160 wird der Strom durch die Leitung 100 ermittelt. Der Stromsensor 160 ist in der 1 zwischen dem Gleichspannungswandler 110 und dem Knotenpunkt 130 angeordnet. Alternativ kann der Stomsensor 160 auch zwischen dem Knotenpunkt 130 und der Niederspannungsbatterie 120 angeordnet sein. Falls der ermittelte Strom kleiner als ein erster Grenzwert ist, erkennt die Vorrichtung eine Unterbrechung der elektrischen Leitung 100. Der schematisch dargestellte Antriebsstrang 200 umfasst die Vorrichtung 150 sowie insbesondere eine Hochspannungsbatterie 170, den Gleichspannungswandler 110, die Leitung 100, die Niederspannungsbatterie 120 und den elektrischen Verbraucher 140.
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Die 2 zeigt ein schematisch dargestelltes Verfahren 300 zur Erkennung einer elektrischen Unterbrechung einer elektrischen Leitung 100. Mit Schritt 305 startet das Verfahren. In Schritt 310 wird der Gleichspannungswandler 110 auf eine Soll-Ausgangsspannung gesteuert. In Schritt 320 wird eine vorgebbare elektrische Last 140 an der Leitung eingestellt. In Schritt 330 wird der Strom durch die elektrische Leitung 100 ermittelt. In Schritt 340 wird der ermittelte Strom mit einem ersten vorgebbaren Grenzwert G1 verglichen. Falls der ermittelte Strom kleiner als der Grenzwert G1 ist wird eine Unterbrechung der Leitung 110 in Schritt 350 erkannt. Falls der ermittelte Strom größer als der erste Grenzwert G1 ist, verzweigt das Verfahren wieder zurück zu Schritt 310. Wurde eine Unterbrechung der Leitung in Schritt 350 erkannt, wird diese weiter plausibilisiert mit dem Schritt 360 indem die Ist-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 110 ermittelt wird oder die Ist-Ausgangsspannung der Batterie 120 ermittelt wird. In Schritt 370 wird die Ist-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 110 oder der Batterie 120 mit der jeweiligen Soll-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 110 oder der Batterie 120 verglichen. Falls deren jeweilige Differenz kleiner als ein zweiter Grenzwert G2 ist, so wird die Unterbrechung in der Leitung in Schritt 380 plausibilisiert, ansonsten verzweigt das Verfahren wieder nach oben zu Schritt 310. Mit Schritt 385 endet das Verfahren.
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3 zeigt ein Diagramm bei dem der ermittelte Strom IE1, IE2 über der Zeit t aufgetragen ist. Wenn der ermittelte Strom IE2 kleiner als der dargestellte Grenzwert G1 ist, so wird auf eine Unterbrechung der Leitung geschlossen. Wenn der ermittelte Strom IE1 größer als der Grenzwert G1 ist, so wird keine Unterbrechung der Leitung detektiert.
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4 zeigt ein Diagramm bei dem die Differenz UD1, UD2 einer Ist-Ausgangsspannung und einer Soll-Ausgangsspannung über der Zeit t dargestellt ist. Wenn die Ist-Ausgangsspannung im Wesentlichen der Soll-Ausgangsspannung entspricht, ist deren Differenz UD1 kleiner als ein zweiter vorgebbarer Grenzwert G2. Sodann wird die erkannte Unterbrechung der Leitung plausibilisiert. Wenn die Differenz UD2 der Ist-Ausgangsspannung und der Soll-Ausgangsspannung größer als ein vorgebbarer Grenzwert G2 ist, wird eine erkannte Unterbrechung der Leitung nicht plausibilisiert und es kann ein anderer Fehler im System vorliegen, beispielsweise ein Kurzschluss der Leitung nach Masse.
