DE-102024132517-A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) zur Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Klebezustand eines Hauptschalters (2), erfindungsgemäß umfassend eine Lastleitung (4), den Hauptschalter (2), ein erstes Messgerät (5), ein zweites Messgerät (6), eine Auswerteeinheit (7). Das erste Messgerät (5) ist dazu eingerichtet, einen ersten Signalwert einer Spannung an einem Ausgang des Hauptschalters (2) zu ermitteln. Das zweite Messgerät (6) ist dazu eingerichtet, einen zweiten Signalwert eines Stromes an dem Ausgang des Hauptschalters (2) zu ermitteln. Die Lastleitung (4) weist eine Leitung (17) auf und ist elektrisch nach dem ersten Messgerät (5) und dem zweiten Messgerät (6) angeordnet. Die Auswerteeinheit (7) ist dazu eingerichtet, den Hauptschalter (2) abzuschalten und einen Kurzschluss (16) zu erkennen, wenn der erste Signalwert über einem ersten vordefinierten Referenzwert und/oder einem gemessenen Signalwert der Energiequelle (8) liegt und wenn der zweite Signalwert unter einem zweiten vordefinierten Referenzwert liegt.

Inventors

• Martin Baumann
• Ralf Aigner

Assignees

• BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (16)

1. Schaltungsanordnung (1) zur Unterscheidung eines Kurzschlusses (16) von einem Klebezustand eines Hauptschalters (2) in einem Fortbewegungsmittel (10) umfassend: • eine Lastleitung (4), • den Hauptschalter (2) • ein erstes Messgerät (5), • ein zweites Messgerät (6), • eine Auswerteeinheit (7), wobei das erste Messgerät (5) dazu eingerichtet ist, einen ersten Signalwert einer Spannung an einem Ausgang des Hauptschalters (2) zu ermitteln, wobei das zweite Messgerät (6) dazu eingerichtet ist, einen zweiten Signalwert eines Stromes an dem Ausgang des Hauptschalters (2) zu ermitteln, wobei die Lastleitung (4) eine Leitung (17) aufweist und elektrisch nach dem ersten Messgerät (5) und dem zweiten Messgerät (6) angeordnet ist, wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, den Hauptschalter (2) abzuschalten und einen Kurzschluss (16) zu erkennen, wenn der erste Signalwert über einem ersten vordefinierten Referenzwert und/oder über einem gemessenen Signalwert der Energiequelle (8) liegt und wenn der zweite Signalwert unter einem zweiten vordefinierten Referenzwert liegt.
2. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, einen Klebezustand zu erkennen, wenn der erste Signalwert über dem ersten vordefinierten Referenzwert und/oder über dem gemessenen Signalwert der Energiequelle (8) liegt und wenn der zweite Signalwert über dem zweiten vordefinierten Referenzwert liegt.
3. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, einen Normalzustand zu erkennen, wenn der erste Signalwert unter dem ersten vordefinierten Referenzwert und/oder unter dem gemessenen Signalwert der Energiequelle (8) liegt und wenn der zweite Signalwert unter dem zweiten vordefinierten Referenzwert liegt.
4. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lastleitung (4) eine Last (15) zur Erzeugung eines Referenzsignals aufweist.
5. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Referenzwert 30% unter einem Wert einer Energieversorgung (8) oder 20 % unter einem Wert der Energieversorgung (8) oder 10% unter einem Wert der Energieversorgung (8) liegt.
6. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 5 , wobei die Energieversorgung (8) ein 12V-Bordnetz und/oder ein 24V-Bordnetz und/oder ein 48V-Bordnetz und/oder ein 400V-Bordnetz und/oder ein 800V-Bordnetz des Fortbewegungsmittels (10) umfasst.
7. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Referenzwert größer als null ist.
8. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Zusatzbeschaltung (3) elektrisch nach dem ersten Messgerät (5) und dem zweiten Messgerät (6) angeordnet und eingerichtet ist, ein zweites Signal zu führen.
9. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 8 , wobei der Hauptschalter (2), die Zusatzbeschaltung (3), das erste Messgerät (5), das zweite Messgerät (6) und die Auswerteeinheit (7) auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
10. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9 , wobei die Zusatzbeschaltung (3) eine erste Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (11) und einem ersten Schalter (9) und/oder eine zweite Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand (13) und einem zweiten Schalter (12) aufweist.
11. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 10 , wobei der erste Schalter (9) und/oder der zweite Schalter (12) zum Anschalten und/oder Abschalten des ersten Widerstands (11) und/oder des zweiten Widerstands (13) mit der Auswerteeinheit (7) elektrisch verbunden sind.
12. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , wobei die erste Reihenschaltung elektrisch parallel zu der zweiten Reihenschaltung angeordnet ist.
13. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 , wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, den Hauptschalter (2) und/oder den ersten Schalter (9) und/oder den zweiten Schalter (12) zu steuern.
14. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 , wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, einen Schließbefehl an den ersten Schalter (9) und/oder an den zweiten Schalter (12) und im Ansprechen darauf einen Öffnungsbefehl an den Hauptschalter (2) zu senden.
15. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 , wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, einen Schließbefehl an den ersten Schalter (9) und/ oder an den zweiten Schalter (12) und im Ansprechen darauf einen Schließbefehl an den Hauptschalter (2) zu senden.
16. Fortbewegungsmittel (10) umfassend eine Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlusserkennung eines Hauptschalters in einem Fortbewegungsmittel und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsvorrichtung. Die Schaltungsanordnung weist zu diesem Zweck insbesondere eine Zusatzbeschaltung auf. Elektronische Sicherungen, sogenannte eFuses, ersetzen in Fahrzeugenergiebordnetzen nach und nach die klassischen Schmelzsicherungen. Die Notwendigkeit vorgenannter Ersetzung ergibt sich aus der funktionalen Sicherheit, die die eFuses bieten können. Durch sie kann innerhalb weniger Mikrosekunden eine selektive Abschaltung von Fehlerströmen (beispielsweise von einem Kurzschlussstrom) realisiert werden. Schmelzsicherungen brauchen für solch eine Abschaltung deutlich länger. Darüber hinaus können eFuses genauer an die zu schützende Leitung angepasst werden und ihr Schaltzustand ist reversibel. Die eFuse weist in der Regel einen MOSFET auf. Die integrierten Schutzmechanismen einer eFuse sind im Wesentlichen der Betriebsmittelschutz (thermischer Schutz des MOSFETs), der Überstrom-Zeit-Schutz (thermischer Leitungsschutz, Überstromschutz) und der Unterspannungsschutz. Elektronische Sicherungen nutzen für die Sicherstellung der funktionalen Sicherheit ASIL-klassifizierter Komponenten eine Überstromabschaltung. Bei Überschreitung eines Schwellwertes wird innerhalb der kürzest möglichen Zeit der Schalter geöffnet. Der Fehlerstrom muss während der Abschaltung abführbar sein, damit keine destruktiven Spannungen im Bordnetz entstehen können. Elektronische Sicherungen ermöglichen ebenfalls prädiktive Diagnoseverfahren. Im Laufe der Zeit können die elektronischen Sicherungen Fehlfunktionen aufweisen, die beispielsweise durch Alterung der elektronischen Sicherung bedingt sind. Um die Schaltfunktion des integrierten Schalters der elektronischen Sicherung zu prüfen, werden sogenannte „Stuck-On“-Diagnosen und/oder „Stuck-Off“-Diagnosen durchgeführt. Im „Stuck-Off“ Fall lässt der Schalter der elektronischen Sicherung sich nicht schließen. Eine elektronische Verbindung mit einer weiteren Schaltungskomponente lässt sich daher nicht herstellen. Im „Stuck-On“ Fall kann der Schalter der elektronischen Sicherung nicht geöffnet werden. Eine elektronische Verbindung mit einer weiteren Schaltungskomponente lässt sich daher nicht trennen. Im Falle eines Kurzschlusses in der Zuleitung zu der elektronischen Sicherung zur Batterieversorgung des Fortbewegungsmittels kann fälschlicherweise ebenfalls ein Stuck-On Fall über die Stuck-On-Diagnose ermittelt werden. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu überwinden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung zur Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Klebezustand (sog. Stuck-On) eines Hauptschalters in einem Fortbewegungsmittel beschrieben. Der Hauptschalter kann sich dabei insbesondere in einem Stromverteiler befinden und zusätzlich als eFuse gebildet sein. Des Weiteren weist die Schaltung gemäß der Erfindung, eine Lastleitung, ein erstes Messgerät, ein zweites Messgerät und eine Recheneinheit auf. Mittels des ersten Messgerätes kann ein erster Signalwert einer Spannung an einem Ausgang des Hauptschalters ermittelt werden. Mittels des zweiten Messgerätes kann ein zweiter Signalwert eines Stromes ermittelt werden. Das erste Messgerät kann sich dabei in einem Messblock befinden, der ebenfalls das zweite Messgerät beherbergen kann. Die Schaltungsanordnung weist weiter erfindungsgemäß eine Lastleitung auf, die eine Leitung umfasst und elektrisch nach dem ersten Messgerät und dem zweiten Messgerät angeordnet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Leitung an ihrem Ausgang einen Leerlauf bzw. eine offene Schleife aufweist. In einem Kabelbaum kann der Kurzschluss zwischen einer Zuleitung zu dem Hauptschalter und der Leitung und/oder einer Last entstehen. Die Zuleitung kann dabei von einer elektrischen Verbindung zwischen einem Pluspol einer Energieversorgung und eines Hauptschalters umfasst sein. Demnach kann die Schaltungsanordnung insbesondere auch der Unterscheidung eines Kurzschlusses zu der Energieversorgung (Batterieversorgung) von einem Klebezustand eines Hauptschalters dienen. Die Zuleitung kann insbesondere eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Pluspol einer Energieversorgung und eines Hauptschalters darstellen. Mit der „direkten Verbindung“ ist eine Verbindung gemeint, bei der keine weiteren Komponenten zwischengeschaltet sind. Die Verbindung kann dabei lediglich aus Verbindungselementen wie beispielsweise Leitungen bestehen. Die elektronischen Eigenschaften der Kurzschlussverbindung können später zur Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Klebezustand genutzt werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist ebenfalls eine Auswerteeinheit auf, die der Er