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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Isolation zwischen Niedervoltnetzen eines Fahrzeugs und eine Niedervolt-Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug.
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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.
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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.
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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.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Niedervolt-Versorgungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In einer Ausführungsform 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.
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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.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher vor dem Überprüfen der Isolation mittels eines Halbleiterschalters von dem jeweiligen Versorgungsbus abgetrennt werden. Hierdurch kann ein Einfluss der nicht-sicherheitskritischen 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.
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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.
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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.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung von Ausführungsformen der Niedervolt-Versorgungsanordnung für ein Fahrzeug;
- 2a eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen auf den Versorgungsbussen der Niedervoltnetze zur Verdeutlichung der Erfindung in einer Alternative;
- 2b eine schematische Darstellung von Spannungsverläufen auf den Versorgungsbussen der Niedervoltnetze zur Verdeutlichung der Erfindung in einer anderen Alternative.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung von Ausführungsformen der Niedervolt-Versorgungsanordnung 1 für ein Fahrzeug 50. Das Fahrzeug 50 ist insbesondere ein Elektro- oder 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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es insbesondere vorgesehen, dass die Niedervoltnetze 2, 3, 4 jeweils eine Sicherheitsanforderungsstufe gemäß ASIL B erfüllen.
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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.
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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.
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Die 2a und 2b zeigen schematische Darstellungen von Spannungen U1, U2, U3 auf den Versorgungsbussen 2-3, 3-3, 4-3 (1) der drei Niedervoltnetze 2, 3, 4 im Zeitverlauf während der Durchführung der Maßnahmen des Verfahrens.
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In der 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.
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In der 2b ist die andere Alternative gezeigt, bei der eine Spannung auf den Versorgungsbus 2-3 (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.
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Ausgehend von dem in den 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 (2a) oder ein Spannungsanstieg (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.
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Wird ein Spannungseinbruch (2a) bzw. ein Spannungsanstieg (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 (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“.
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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 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.
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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.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Maßnahmen des Verfahrens außerhalb des regulären Betriebs des Fahrzeugs 50 (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.
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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.
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Es kann vorgesehen sein, 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.
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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.
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Es kann vorgesehen sein, dass nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher 22, 42 (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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Niedervolt-Versorgungseinrichtung
- 2
- Niedervoltnetz
- 2-1
- DC/DC-Wandler
- 2-2
- Energiespeicher
- 2-3
- Versorgungsbus
- 2-4
- Spannungssensor
- 2-5
- Halbleiterschalter
- 3
- Niedervoltnetz
- 3-1
- DC/DC-Wandler
- 3-2
- Energiespeicher
- 3-3
- Versorgungsbus
- 3-4
- Spannungssensor
- 4
- Niedervoltnetz
- 4-1
- DC/DC-Wandler
- 4-2
- Energiespeicher
- 4-3
- Versorgungsbus
- 4-4
- Spannungssensor
- 4-5
- Halbleiterschalter
- 5
- Steuereinrichtung
- 6
- Kommunikationsverbindung
- 10
- Prüfentscheidung
- 20
- Diagnosebefehl
- 21-x
- Niedervoltverbraucher
- 21-1
- Lenksystem
- 21-3
- Zweitsteuerrechner
- 21-4
- zweite Umfeldsensorik
- 22
- nicht-sicherheitskritische Niedervoltverbraucher
- 31-x
- Niedervoltverbraucher
- 31-2
- Bremssystem
- 31-3
- Hauptsteuerrechner
- 31-4
- erste Umfeldsensorik
- 41-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)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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