DE102024106366A1

DE102024106366A1 - Method and control unit for functional testing of a differential current sensor

Info

Publication number: DE102024106366A1
Application number: DE102024106366.1A
Authority: DE
Inventors: Andre Wildometz; Tim Pfizenmaier; Daniel Spesser
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2024-03-05
Filing date: 2024-03-05
Publication date: 2025-09-11

Abstract

Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Differenzstromsensors (10) eines On-Board-Ladegeräts eines Kraftfahrzeugs oder einer Ladesäule für ein Kraftfahrzeug, wobei der Differenzstromsensor (10) zum Messen eines Differenzstroms oder Fehlerstroms und zur von der Messung des Differenzstroms oder Fehlerstroms abhängigen Auslösung einer Fehlerstromerkennung innerhalb einer von einer Auslöseschwelle abhängigen Auslösezeit des Differenzstromsensors (10) eingerichtet ist, mit folgenden Schritten: Aufprägen eines Prüfstroms (14) auf den Differenzstromsensor (10) während eines Differenzstrom-Messbetriebs oder Fehlerstrom-Messbetriebs des Differenzstromsensors (10). Erfassen eines Mischsignals (15) aus dem Prüfstrom (14) und einem gegebenenfalls vorhandenen Differenzstrom oder Fehlerstrom (17). Auswerten des erfassten Mischsignals (15), derart, dass von dem Mischsignal (15) der bekannte Prüfstrom (14) zur Ermittlung eines Auswertestroms (16) subtrahiert wird, wobei dann, wenn festgestellt wird, dass der Auswertestrom (16) keine charakteristischen Signalmerkmale des Prüfstroms (14) enthält, auf eine ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors (10) geschlossen wird, und wobei dann, wenn festgestellt wird, dass der Auswertestrom (16) mindestens ein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms (14) enthält, auf eine nicht-ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors (10) geschlossen wird. Method for functionally testing a differential current sensor (10) of an on-board charger of a motor vehicle or a charging station for a motor vehicle, wherein the differential current sensor (10) is configured to measure a differential current or fault current and to trigger a fault current detection function dependent on the measurement of the differential current or fault current within a triggering time of the differential current sensor (10) dependent on a triggering threshold, comprising the following steps: applying a test current (14) to the differential current sensor (10) during a differential current measuring operation or fault current measuring operation of the differential current sensor (10). Detecting a mixed signal (15) from the test current (14) and any differential current or fault current (17) that may be present. Evaluating the detected mixed signal (15) in such a way that the known test current (14) is subtracted from the mixed signal (15) to determine an evaluation current (16), wherein if it is determined that the evaluation current (16) does not contain any characteristic signal features of the test current (14), it is concluded that the differential current sensor (10) is functioning properly, and if it is determined that the evaluation current (16) contains at least one characteristic signal feature of the test current (14), it is concluded that the differential current sensor (10) is not functioning properly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Steuergerät zur Funktionsüberprüfung eines Differenzstromsensors eines On-Board-Ladegeräts eines Kraftfahrzeugs oder einer Ladesäule für ein Kraftfahrzeug, wobei der Differenzstromsensor zum Messen eines Differenzstroms oder Fehlerstroms und zur von der Messung des Differenzstroms oder Fehlerstroms abhängigen Auslösung einer Fehlerstromerkennung innerhalb einer von einer Auslöseschwelle abhängigen Auslösezeit des Differenzstromsensors eingerichtet ist.The invention relates to a method and control device for functional testing of a differential current sensor of an on-board charger of a motor vehicle or a charging station for a motor vehicle, wherein the differential current sensor is configured to measure a differential current or fault current and to trigger a fault current detection function dependent on the measurement of the differential current or fault current within a triggering time of the differential current sensor dependent on a triggering threshold.

Infolge von zum Beispiel Isolationsfehlern können sich beim Laden eines Kraftfahrzeugs sogenannte Differenzströme oder Fehlerströme ausbilden. Unter einem Differenzstrom oder Fehlerstrom versteht man denjenigen Teil eines elektrischen Stroms, der nicht im hierfür vorgesehenen Strompfad zur Stromquelle zurückfließt. Differenzströme oder Fehlerströme können mit einem sogenannten Differenzstromsensor gemessen werden. Wird ein unzulässig hoher Differenzstrom oder Fehlerstrom gemessen, so muss eine Fehlerstromerkennung ausgelöst werden. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass ein Differenzstromsensor unterschiedliche Auslöseschwellen aufweisen kann. Eine Auslöseschwelle entspricht dabei einer Amplitude des Differenzstroms oder Fehlerstroms, bei deren Erreichen oder Überschreiten eines gemessenen Differenzstroms oder Fehlerstroms die Fehlerstromerkennung ausgelöst wird. Das Auslösen der Fehlerstromerkennung erfolgt dabei innerhalb einer von der Auslöseschwelle abhängigen Auslösezeit. Je höher die Auslöseschwelle der Fehlerstromerkennung ist, desto geringer ist typischerweise die Auslösezeit.As a result of insulation faults, for example, so-called differential currents or fault currents can develop when charging a motor vehicle. A differential current or fault current is that part of an electrical current that does not flow back to the power source via the intended current path. Differential currents or fault currents can be measured using a so-called differential current sensor. If an impermissibly high differential current or fault current is measured, a residual current detector must be triggered. In this context, it is known that a differential current sensor can have different trigger thresholds. A trigger threshold corresponds to an amplitude of the differential current or fault current; when this amplitude is reached or exceeded compared to a measured differential current or fault current, the residual current detector is triggered. The residual current detector is triggered within a trigger time that depends on the trigger threshold. The higher the trigger threshold of the residual current detector, the shorter the trigger time is typically.

Wird eine Fehlerstromerkennung ausgelöst, so können unterschiedliche Maßnahmen zur Gewährleistung der Funktionssicherheit getroffen werden, so zum Beispiel eine galvanische Trennung des On-Board-Ladegeräts des Kraftfahrzeugs von der zum Laden genutzten Energiequelle.If a residual current detection is triggered, various measures can be taken to ensure functional reliability, such as galvanic isolation of the vehicle's on-board charger from the energy source used for charging.

Eine Fehlerstromerkennung muss sicherheitsrelevante Kriterien erfüllen. Bislang genügen Differenzstromsensoren nicht oder nur eingeschränkt sicherheitsrelevanten Kriterien, insbesondere einem sogenannten ASIL-Level. Es besteht Bedarf daran, die Funktion eines Differenzstromsensors zu überprüfen, um eine Fehlerstromerkennung bereitzustellen, welche sicherheitsrelevante Kriterien erfüllt, insbesondere ASIL-Anforderungen genügt.Residual current detection must meet safety-relevant criteria. Currently, residual current sensors do not meet safety-relevant criteria, or only meet them to a limited extent, particularly the so-called ASIL level. There is a need to verify the functionality of a residual current sensor in order to provide residual current detection that meets safety-relevant criteria, particularly ASIL requirements.

DE 10 2020 131 522 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Differenzstroms in einem elektrischen System, wobei ein erster Differenzstrom mithilfe eines ersten Differenzstromsensors und ein zweiter Differenzstrom mithilfe eines zweiten Differenzstromsensors gemessen wird. In eine elektrische Anbindung des elektrischen Systems wird zwischen den beiden Differenzstromsensoren ein Zusatzstrom eingespeist. DE 10 2020 131 522 A1 relates to a method for determining a differential current in an electrical system, wherein a first differential current is measured using a first differential current sensor and a second differential current is measured using a second differential current sensor. An additional current is fed into an electrical connection of the electrical system between the two differential current sensors.

DE 10 2020 209 241 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung unter Bestimmen einer Funktionsfähigkeit eines Fehlerstromsensors und damit Differenzstromsensors. DE 10 2020 209 241 A1 discloses a method for operating a charging device by determining the functionality of a fault current sensor and thus a differential current sensor.

DE 10 2019 101 636 A1 offenbart eine elektrische Schaltungsvorrichtung mit einem Differenzstromsensor und einem Differenzstrom-Überwachungsmodul. DE 10 2019 101 636 A1 discloses an electrical circuit device with a differential current sensor and a differential current monitoring module.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zur Funktionsüberprüfung eines Differenzstromsensors eines On-Board-Ladegeräts eines Kraftfahrzeugs oder einer Ladesäule für ein Kraftfahrzeug zu schaffen.The object of the invention is to provide a novel method and control device for functional testing of a differential current sensor of an on-board charger of a motor vehicle or a charging station for a motor vehicle.

Diese Aufgabe wird durch eine Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und ein Steuergerät nach Anspruch 9 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and a control device according to claim 9.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

Aufprägen eines Prüfstroms auf den Differenzstromsensor während eines Differenzstrom-Messbetriebs oder Fehlerstrom-Messbetriebs des Differenzstromsensors.

The method according to the invention comprises at least the following steps:

Applying a test current to the differential current sensor during a differential current measuring operation or fault current measuring operation of the differential current sensor.

Erfassen eines Mischsignals aus dem Prüfstrom und einem gegebenenfalls vorhandenen Differenzstrom oder Fehlerstrom.Detection of a mixed signal from the test current and any differential current or fault current that may be present.

Auswerten des erfassten Mischsignals derart, dass vom dem Mischsignal der bekannte Prüfstrom zur Ermittlung eines Auswertestroms subtrahiert wird, wobei dann, wenn festgestellt wird, dass der Auswertestrom keine charakteristischen Signalmerkmale des Prüfstroms enthält, auf eine ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors geschlossen wird, und wobei dann, wenn festgestellt wird, dass der Auswertestrom mindestens ein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms enthält, auf eine nicht-ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors geschlossen wird.Evaluating the detected mixed signal in such a way that the known test current is subtracted from the mixed signal to determine an evaluation current, wherein if it is determined that the evaluation current does not contain any characteristic signal features of the test current, it is concluded that the differential current sensor is functioning properly, and if it is determined that the evaluation current contains at least one characteristic signal feature of the test current, it is concluded that the differential current sensor is not functioning properly.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Selbstdiagnose eines Differenzstromsensors zur Laufzeit des Betriebs des Differenzstromsensors, also während des Differenzstrom-Messbetriebs oder Fehlerstrom-Messbetriebs. Das Verfahren kann bei der Messung bzw. Erkennung von als Wechselstrom oder Gleichstrom ausgebildeten Differenzströmen oder Fehlerströmen zum Einsatz kommen. Die Selbstdiagnose wird zur Laufzeit des Differenzstromsensors durchgeführt, indem ein Prüfstrom auf den Differenzstromsensor während der Differenzstrom- bzw. Fehlerstrom-Messung aufgeprägt wird. Das sich hierbei ergebende Mischsignal aus dem Prüfstrom und dem gegebenenfalls vorhandenen Differenzstrom oder Fehlerstrom wird erfasst und ausgewertet, um auf eine ordnungsgemäße Funktion oder nicht-ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors zu schließen und so die Selbstdiagnose desselben auszuführen.The method according to the invention allows self-diagnosis of a differential current sensor during the operating time of the differential current sensor, i.e., during the differential current measurement mode or fault current measurement mode. The method can be used for the measurement or detection of differential currents or fault currents in the form of alternating current or direct current. The self-diagnosis is carried out during the operating time of the differential current sensor by applying a test current to the differential current sensor during the differential current measurement mode. or residual current measurement is applied. The resulting mixed signal from the test current and any residual current or fault current present is recorded and evaluated to determine whether the residual current sensor is functioning properly or not, thus enabling its self-diagnosis.

Zur Funktionsüberprüfung und demnach Selbstdiagnose des Differenzstromsensors ist es nicht erforderlich, den Betrieb desselben zu unterbrechen. Die Auslösung einer Fehlerstromerkennung innerhalb einer definierten Auslöseschwelle und einer von der Auslöseschwelle abhängigen Auslösezeit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht beeinträchtigt.To perform a functional test and thus self-diagnosis of the residual current sensor, it is not necessary to interrupt its operation. The triggering of a residual current detection signal within a defined trigger threshold and a trigger time dependent on the trigger threshold is not affected by the method according to the invention.

Mit der Erfindung kann eine Fehlerstromerkennung bereitgestellt werden, welche sicherheitsrelevante Kriterien erfüllt, insbesondere ASIL-Anforderungen genügt.The invention can provide a fault current detection system that meets safety-relevant criteria, in particular ASIL requirements.

Vorzugsweise wird der Prüfstrom während der fortlaufenden Messung des Differenzstroms oder Fehlerstroms auf den Differenzstromsensor insbesondere periodisch aufgeprägt, wobei eine Amplitude des Prüfstroms und/oder eine Frequenz des Prüfstroms an die Auslöseschwelle des Differenzstromsensors und/oder an die Auslösezeit des Differenzstromsensors angepasst ist. Dies ist zur Funktionsüberprüfung und demnach Selbstdiagnose des Differenzstromsensors zur Laufzeit desselben, also parallel zum Differenzstrom-Messbetrieb oder Fehlerstrom-Messbetrieb und damit parallel zur eigentlichen Fehlerstromerkennung, besonders bevorzugt.Preferably, the test current is applied to the differential current sensor, particularly periodically, during the continuous measurement of the differential current or fault current, with an amplitude of the test current and/or a frequency of the test current being adapted to the trigger threshold of the differential current sensor and/or to the trigger time of the differential current sensor. This is particularly preferred for functional testing and thus self-diagnosis of the differential current sensor during its runtime, i.e., parallel to the differential current measurement operation or fault current measurement operation and thus parallel to the actual fault current detection.

Vorzugsweise ist oder liegt die Amplitude des Prüfstroms in der Größenordnung einer geringsten Auslöseschwelle des Differenzstromsensors. Vorzugsweise ist die von der Frequenz abhängige Periodendauer des Prüfstroms kleiner als die Auslösezeit einer höchsten Auslöseschwelle des Differenzstromsensors. Hiermit ist es besonders vorteilhaft möglich, die Funktionsüberprüfung und damit Selbstdiagnose des Differenzstromsensors zur Laufzeit bei uneingeschränkter Verfügbarkeit des Differenzstromsensors zur Fehlerstromerkennung durchzuführen.Preferably, the amplitude of the test current is or lies on the order of magnitude of the lowest trigger threshold of the residual current sensor. Preferably, the frequency-dependent period of the test current is shorter than the trigger time of the highest trigger threshold of the residual current sensor. This makes it particularly advantageous to perform the functional test and thus the self-diagnosis of the residual current sensor during runtime while the residual current sensor remains fully available for fault current detection.

Beispielweise wird ein Prüfstrom auf den Differenzstromsensor aufgeprägt, der eine sich impulsartig oder sprungartig ändernde Amplitude und/oder eine sich impulsartig oder sprungartig ändernde Frequenz aufweist. Ein solcher Prüfstrom unterscheidet sich von möglicherweise auftretenden Differenzströmen oder Fehlerströmen und erlaubt so eine besonders vorteilhafte Funktionsüberprüfung und damit Selbstdiagnose des Differenzstromsensors.For example, a test current is applied to the differential current sensor that has a pulse-like or abruptly changing amplitude and/or a pulse-like or abruptly changing frequency. Such a test current differs from potentially occurring differential currents or fault currents and thus allows for a particularly advantageous functional test and thus self-diagnosis of the differential current sensor.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine stark schematisierte Darstellung eines Differenzstromsensors eines On-Board-Ladegeräts eines vorzugsweise batterieelektrischen Kraftfahrzeugs oder einer Ladesäule für ein vorzugsweise batterieelektrisches Kraftfahrzeug zur Erfassung eines Wechselstroms als Differenzstrom oder Fehlerstrom,
2a zeitliche Signalverläufe zur Verdeutlichung der Erfindung bei der Erfassung eines Auswertestroms ohne vorhandenen Wechsel-Fehlerstrom,
2b weitere zeitliche Signalverläufe zur Verdeutlichung der Erfindung bei der Erfassung eines Auswertestroms überlagert mit einem Wechsel-Fehlerstrom,
2c weitere zeitliche Signalverläufe zur Verdeutlichung der Erfindung bei der Erfassung eines Auswertestroms bei defektem Differenzstromsensor,
3a zeitliche Signalverläufe zur Verdeutlichung der Erfindung bei der Erfassung eines Auswertestroms ohne vorhandenen Gleich-Fehlerstrom,
3b weitere zeitliche Signalverläufe zur Verdeutlichung der Erfindung bei der Erfassung eines Auswertestroms überlagert mit einem Gleich-Fehlerstrom,
3c weitere zeitliche Signalverläufe zur Verdeutlichung der Erfindung bei der Erfassung eines Auswertestroms bei defektem Differenzstromsensor.

Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail, without being limited thereto, with reference to the drawings. Herein:

1 a highly schematic representation of a differential current sensor of an on-board charger of a preferably battery-electric motor vehicle or a charging station for a preferably battery-electric motor vehicle for detecting an alternating current as a differential current or fault current,
2a temporal signal curves to illustrate the invention when detecting an evaluation current without an existing alternating fault current,
2b further temporal signal curves to illustrate the invention when detecting an evaluation current superimposed with an alternating fault current,
2c further temporal signal curves to illustrate the invention when detecting an evaluation current in the case of a defective differential current sensor,
3a temporal signal curves to illustrate the invention when detecting an evaluation current without an existing DC fault current,
3b further temporal signal curves to illustrate the invention when detecting an evaluation current superimposed with a DC fault current,
3c Further temporal signal curves to illustrate the invention when detecting an evaluation current in the case of a defective differential current sensor.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Steuergerät zur Funktionsüberprüfung eines Differenzstromsensors. Der Differenzstromsensor kann Bestandteil eines On-Board-Ladegeräts eines vorzugsweise batterieelektrischen Kraftfahrzeugs oder einer Ladesäule für ein solches vorzugsweise batterieelektrisches Kraftfahrzeug sein. Der Differenzstromsensor ist zum Messen eines Differenzstroms oder Fehlerstroms und zur von der Messung des Differenzstroms oder Fehlerstroms abhängigen Auslösung einer Fehlerstromerkennung innerhalb einer von einer Auslöseschwelle des Differenzstromsensors abhängigen Auslösezeit des Differenzstromsensors eingerichtet.The invention relates to a method and a control unit for functionally testing a differential current sensor. The differential current sensor can be a component of an on-board charger of a preferably battery-electric motor vehicle or of a charging station for such a preferably battery-electric motor vehicle. The differential current sensor is configured to measure a differential current or fault current and, dependent on the measurement of the differential current or fault current, to trigger a fault current detection function within a triggering time of the differential current sensor that depends on a triggering threshold of the differential current sensor.

1 zeigt stark schematisiert einen Differenzstromsensor 10, wobei sich durch einen Kern 11 des Differenzstromsensors 10 die Phasenleiter L1, L2 und L3 eines Wechselstromnetzes sowie ein Neutralleiter N desselben erstrecken. Ein Schutzleiter PE ist in 1 ebenfalls gezeigt, der sich jedoch nicht durch den Kern 11 des Differenzstromsensors 10 erstreckt. 1 shows a highly schematic representation of a differential current sensor 10, wherein the phase conductors L1, L2 and L3 of an alternating current network and a Neutral conductor N of the same. A protective conductor PE is 1 also shown, which, however, does not extend through the core 11 of the differential current sensor 10.

1 zeigt weiterhin zwei Controller 12, 13 eines Steuergeräts 18, wobei ein erster Controller 12 vom Differenzstromsensor 10 ein Messsignal empfängt und dasselbe einem zweiten Controller 13 zur Funktionsüberprüfung des Differenzstromsensors 10 bereitstellt. Obwohl in 1 zwei Controller 12, 13 gezeigt sind, kann auch lediglich ein einziger Controller vorhanden sein. In diesem Fall ist dann die Funktion des Controllers 13 in den Controller 12 integriert. 1 further shows two controllers 12, 13 of a control unit 18, wherein a first controller 12 receives a measurement signal from the differential current sensor 10 and provides the same to a second controller 13 for functional testing of the differential current sensor 10. Although in 1 While two controllers 12, 13 are shown, only a single controller may be present. In this case, the function of controller 13 is integrated into controller 12.

Auch können die Controller 12, 13 auf zwei verschiedene Steuergeräte eines Steuerungssystems verteilt sein.The controllers 12, 13 can also be distributed across two different control units of a control system.

Auch kann der Controller 12 und insbesondere auch der Controller 13 integraler Bestandteil des Differenzstromsensors 10 sein.The controller 12 and in particular the controller 13 can also be an integral part of the differential current sensor 10.

Der Differenzstromsensor 10 dient der Messung bzw. Erfassung eines als Wechselstrom oder Gleichstrom ausgebildeten Differenzstroms oder Fehlerstroms. In 1 dient der Differenzstromsensor 10, durch dessen Kern 11 sich die Phasenleiter L1, L2 und L3 eines Wechselstromnetzes sowie ein Neutralleiter N erstrecken, der Erfassung eines als Wechselstrom ausgebildeten Differenzstroms oder Fehlerstroms.The differential current sensor 10 is used to measure or detect a differential current or fault current in the form of an alternating current or a direct current. 1 The differential current sensor 10, through whose core 11 the phase conductors L1, L2 and L3 of an alternating current network as well as a neutral conductor N extend, is used to detect a differential current or fault current in the form of an alternating current.

Zur Auslösung einer Fehlerstromerkennung ist vorgesehen, dass abhängig von dem vom Differenzstromsensor 10 bereitgestellten Messsignal innerhalb einer von einer Auslöseschwelle abhängigen Auslösezeit eine Fehlerstromerkennung durchführt bzw. auslöst wird. Die Auslösezeit ist dabei typischerweise umso kürzer, je höher die Auslöseschwelle ist. Die Auslöseschwelle und die von der Auslöseschwelle abhängige Auslösezeit, innerhalb derer bei Vorliegen eines Differenzstroms oder Fehlerstroms eine Fehlerstromerkennung ausgelöst werden soll, sind vorzugsweise im Controller 12 implementiert bzw. hinterlegt.To trigger a residual current detection, it is provided that, depending on the measurement signal provided by the residual current sensor 10, a residual current detection is carried out or triggered within a triggering time dependent on a triggering threshold. The higher the triggering threshold, the shorter the triggering time. The triggering threshold and the triggering time dependent on the triggering threshold, within which a residual current detection is to be triggered in the presence of a residual current or fault current, are preferably implemented or stored in the controller 12.

Um nun eine Funktionsüberprüfung für einen solchen Differenzstromsensor 10 und damit eine Selbstdiagnose für denselben bereitzustellen, wird, während mithilfe des Differenzstromsensors 10 ein Differenzstroms oder Fehlerstrom gemessen wird, also zur Laufzeit und damit während des Differenzstrom-Messbetriebs oder Fehlerstrom-Messbetriebs des Differenzstromsensors 10, auf den Differenzstromsensor 10, nämlich den Kern 11 desselben, ein Prüfstrom aufgeprägt. 1 verdeutlicht, dass in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Controller 13 einen Prüfstrom 14 auf den Kern 11 des Differenzstromsensors 10 zur Laufzeit desselben und damit während des Differenzstrom-Messbetriebs oder Fehlerstrom-Messbetriebs aufprägt, vorzugsweise über eine Schnittstelle 19 des den Controller 13 aufweisenden Steuergeräts 18.In order to provide a functional test for such a differential current sensor 10 and thus a self-diagnosis for the same, a test current is impressed on the differential current sensor 10, namely the core 11 thereof, while a differential current or fault current is being measured using the differential current sensor 10, i.e. during runtime and thus during the differential current measuring operation or fault current measuring operation of the differential current sensor 10. 1 makes it clear that in the 1 In the embodiment shown, the controller 13 applies a test current 14 to the core 11 of the differential current sensor 10 during its running time and thus during the differential current measuring operation or fault current measuring operation, preferably via an interface 19 of the control unit 18 having the controller 13.

Über den Kern 11 des Differenzstromsensors 10 wird dann während des Aufprägens des Prüfstrom 14 als Messsignal ein Mischsignal 15 aus dem Prüfstrom 14 und einem eventuell vorhandenen Differenzstrom oder Fehlerstrom erfasst und dem Controller 12 über eine Schnittstelle 20 desselben bereitgestellt, wobei der Controller 12 das erfasste Mischsignal 15 dem Controller 13 bereitstellt.During the application of the test current 14 as a measurement signal, a mixed signal 15 comprising the test current 14 and any differential current or fault current that may be present is then detected via the core 11 of the differential current sensor 10 and is provided to the controller 12 via an interface 20 thereof, wherein the controller 12 provides the detected mixed signal 15 to the controller 13.

Im Controller 13 erfolgt die Auswertung des erfassten Mischsignals 15, und zwar derart, dass vom Mischsignal 15 der bekannte Prüfstrom 14 zur Ermittlung eines Auswertestroms 16 subtrahiert wird. Im Controller 13 wird überprüft, ob der Auswertestrom 16 mindestens ein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms 14 enthält. Dann, wenn festgestellt wird, dass der Auswertestrom 16 kein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms 14 enthält, so wird auf eine ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors 10 geschlossen und der Auswertestrom 16 kann zur eigentlichen Fehlerstromerkennung dem Controller 12 bereitgestellt werden. Wird hingegen festgestellt, dass der Auswertestrom 16 mindestens ein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms 14 erhält, so wird auf eine nicht-ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors 10 geschlossen und die weitere Verwendung des Auswertestrom 16 zur Fehlerstromerkennung verhindert.The detected mixed signal 15 is evaluated in the controller 13 in such a way that the known test current 14 is subtracted from the mixed signal 15 to determine an evaluation current 16. The controller 13 checks whether the evaluation current 16 contains at least one characteristic signal feature of the test current 14. If it is determined that the evaluation current 16 does not contain a characteristic signal feature of the test current 14, it is concluded that the residual current sensor 10 is functioning properly, and the evaluation current 16 can be provided to the controller 12 for actual fault current detection. If, on the other hand, it is determined that the evaluation current 16 contains at least one characteristic signal feature of the test current 14, it is concluded that the residual current sensor 10 is functioning improperly, and further use of the evaluation current 16 for fault current detection is prevented.

2a und 2b zeigen jeweils über der Zeit t Signalverläufe, die sich bei einer ordnungsgemäßen Funktion des Differenzstromsensors 10 ausbilden können. So sind in 2a, 2b mögliche Differenzströme oder Fehlerströme 17 gezeigt, die sich im Betrieb ausbilden können, wobei in 2a kein Differenzstrom oder Fehlerstrom 17 vorliegt und in 2b ein als Wechselstrom ausgebildeter Differenzstrom oder Fehlerstrom 17 vorliegt. Ferner zeigen 2a und 2b den zeitlichen Verlauf einer Ausführungsform des Prüfstroms 14, welcher im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Differenzstromsensor 10 aufgeprägt wird. 2a and 2b show signal curves over time t, which can develop if the differential current sensor 10 is functioning properly. 2a , 2b possible differential currents or fault currents 17 that can develop during operation, where 2a there is no differential current or fault current 17 and in 2b a differential current or fault current 17 in the form of an alternating current is present. Furthermore, 2a and 2b the time course of an embodiment of the test current 14, which is impressed on the differential current sensor 10 in connection with the method according to the invention.

Ferner zeigen 2a und 2b zeitliche Verläufe des erfassten Mischsignals 15. Ferner zeigen 2a und 2b zeitliche Verläufe des Auswertestroms 16, der sich aus einer Subtraktion des erfassten Mischsignals 15 und des steuerungsseitig bekannten Prüfstroms 14 ergibt.Furthermore, 2a and 2b temporal courses of the recorded mixed signal 15. Furthermore, 2a and 2b temporal courses of the evaluation current 16, which results from a subtraction of the detected mixed signal 15 and the test current 14 known on the control side.

Der Prüfstrom 14, der auf den Kern 11 des Differenzstromsensors 10 aufgeprägt wird, weist gemäß 2a, 2b als charakteristisches Signalmerkmal eine sich impulsartig oder sprungartig ändernde Amplitude und damit einen zeitlichen Verlauf auf, der sich von dem Verlauf möglicherweise vorkommender Differenzströme oder Fehlerströme 17 unterscheidet. In 2a, 2b enthalten die dort gezeigten Auswerteströme 16 kein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms 14, also keine impulsartige oder sprungartige Änderung der Amplitude. Insofern kann in 2a, 2b auf eine ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors 10 geschlossen werden.The test current 14, which is impressed on the core 11 of the differential current sensor 10, has, according to 2a , 2b as a characteristic signal characteristic of a pulse-like or abruptly changing amplitude and thus a temporal progression that differs from the progression of possibly occurring differential currents or fault currents 17. In 2a , 2b The evaluation currents 16 shown there do not contain any characteristic signal feature of the test current 14, i.e. no pulse-like or sudden change in amplitude. 2a , 2b It can be concluded that the differential current sensor 10 is functioning properly.

Demgegenüber zeigt 2c den zeitlichen Verlauf der elektrischen Ströme 14, 15, 16 und 17, der sich dann ausbilden kann, wenn zum Betrieb bzw. zur Laufzeit des Differenzstromsensors 10 bei einer Funktionsüberprüfung eine nicht-ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors 10 bzw. ein defekter Differenzstromsensor 10 ermittelt wird. In diesem Fall enthält gemäß 2c der Auswertestrom 16 mindestens ein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms 14, und zwar in 2c eine sprunghafte oder impulsartige Änderung der Amplitude des Auswertestroms 16.In contrast, 2c the temporal course of the electrical currents 14, 15, 16 and 17, which can develop if, during operation or during the running time of the differential current sensor 10, a functional test reveals that the differential current sensor 10 is not functioning properly or that the differential current sensor 10 is defective. In this case, according to 2c the evaluation current 16 has at least one characteristic signal feature of the test current 14, namely in 2c a sudden or pulse-like change in the amplitude of the evaluation current 16.

Gemäß 2a, 2b, 2c wird demnach der Prüfstrom 14 dem eventuell vorhandenen Differenzstrom oder Fehlerstrom 17 überlagert, wobei der Differenzstromsensor 10 das Mischsignal 15 erfasst bzw. misst, welches einer geometrischen Addition des Prüfstroms 14 und des eventuell vorhandenen Differenzstroms oder Fehlerstroms 17 entspricht. Bei der Auswertung des Mischsignals 15 wird vom Mischsignal 15 der bekannte Prüfstrom 14 subtrahiert, um den Auswertestrom 16 zu gewinnen. Dieser Auswertestrom 16 wird zur Funktionsüberprüfung und demnach Selbstdiagnose des Differenzstromsensors 10 ausgewertet. Der Prüfstrom 14 kann dabei einen nahezu beliebigen Verlauf aufweisen, unterscheidet sich jedoch zumindest hinsichtlich einer charakteristischen Eigenschaft von einem zu erwartenden Differenzstrom oder Fehlerstrom, insbesondere durch mindestens eine beispielsweise impulsartige oder sprungartige Amplitudenänderung. Alternativ oder auch zusätzlich kann auch die Frequenz des Prüfstroms 14 impulsartig oder sprungartig geändert werden.According to 2a , 2b , 2c The test current 14 is therefore superimposed on the possibly present differential current or fault current 17, with the differential current sensor 10 detecting or measuring the mixed signal 15, which corresponds to a geometric addition of the test current 14 and the possibly present differential current or fault current 17. When evaluating the mixed signal 15, the known test current 14 is subtracted from the mixed signal 15 in order to obtain the evaluation current 16. This evaluation current 16 is evaluated for the purpose of functional testing and thus self-diagnosis of the differential current sensor 10. The test current 14 can have almost any desired profile, but differs from an expected differential current or fault current at least with regard to one characteristic property, in particular by at least one, for example, pulse-like or sudden change in amplitude. Alternatively or additionally, the frequency of the test current 14 can also be changed in a pulse-like or sudden manner.

Der Prüfstrom 14 wird während der fortlaufenden Erfassung des eventuell vorhandenen Differenzstroms oder Fehlerstroms 17 und damit parallel zum Differenzstrom-Messbetriebs oder Fehlerstrom-Messbetrieb des Differenzstromsensors 10 auf den Kern 11 des Differenzstromsensors 10 aufgeprägt, wobei eine Amplitude des Prüfstroms 14 und/oder eine Frequenz des Prüfstroms 14 an die Auslöseschwelle des Differenzstromsensors 10 und/oder an die Auslösezeit des Differenzstromsensors 10 angepasst ist.The test current 14 is impressed on the core 11 of the differential current sensor 10 during the continuous detection of any differential current or fault current 17 that may be present and thus parallel to the differential current measuring operation or fault current measuring operation of the differential current sensor 10, wherein an amplitude of the test current 14 and/or a frequency of the test current 14 is adapted to the triggering threshold of the differential current sensor 10 and/or to the triggering time of the differential current sensor 10.

Vorzugsweise wird der Prüfstrom 14 während der Erfassung des eventuell vorhandenen Differenzstroms oder Fehlerstroms 17 periodisch auf den Differenzstromsensor 10 aufgeprägt, wobei die Amplitude des Prüfstroms 14 in der Größenordnung der geringsten Auslöseschwelle des Differenzstromsensors 10 liegt. Die von der Frequenz des Prüfstroms 14 abhängige Periodendauer des Prüfstroms 14 ist kleiner, vorzugsweise mindestens 75% oder mindestens 50% oder mindestens 25% kleiner, als die Auslösezeit einer höchsten Auslöseschwelle des Differenzstromsensors 10.Preferably, the test current 14 is periodically applied to the differential current sensor 10 during the detection of any residual current or fault current 17, with the amplitude of the test current 14 being in the order of magnitude of the lowest trigger threshold of the differential current sensor 10. The period duration of the test current 14, which depends on the frequency of the test current 14, is smaller, preferably at least 75%, at least 50%, or at least 25% smaller, than the trigger time of a highest trigger threshold of the differential current sensor 10.

Während 2a, 2b und 2c das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit der Erfassung bzw. Messung eines als Wechselstrom ausgebildeten Differenzstroms oder Fehlerstroms zeigen, zeigen 3, 3b und 3c die Signalverläufe 14, 15, 16 und 17, wenn als Differenzstrom oder Fehlerstrom 17 ein eventuell vorhandener Gleichstrom erfasst bzw. gemessen wird. Zusätzlich zu dem eventuell vorhandenen Differenzstrom oder Fehlerstrom 17 zeigen 3a, 3b und 3c wiederum den Prüfstrom 14, der auf den Differenzstromsensor 10 aufgeprägt wird, das vom Differenzstromsensor 10 während des Aufprägen des Prüfstroms erfasste Mischsignal 15 sowie den bei der Auswertung des Mischsignals 15 ermittelten Auswertestrom 16, der in 3a, 3b kein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms 14 enthält, der jedoch in 3c ein charakteristisches Signalmerkmal des Prüfstroms enthält, sodass in 3a, 3b auf eine ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors 10 und in 3c auf eine nicht-ordnungsgemäße Funktion des Differenzstromsensors 10 bzw. auf einen defekten Differenzstromsensors 10 geschlossen wird.While 2a , 2b and 2c show the method according to the invention in connection with the detection or measurement of a differential current or fault current in the form of an alternating current, 3 , 3b and 3c Signal curves 14, 15, 16 and 17, if a possibly existing direct current is detected or measured as differential current or fault current 17. In addition to the possibly existing differential current or fault current 17, 3a , 3b and 3c in turn the test current 14, which is impressed on the differential current sensor 10, the mixed signal 15 detected by the differential current sensor 10 during the impression of the test current and the evaluation current 16 determined during the evaluation of the mixed signal 15, which in 3a , 3b does not contain any characteristic signal feature of the test current 14, which, however, 3c contains a characteristic signal feature of the test current, so that in 3a , 3b on proper functioning of the differential current sensor 10 and in 3c a conclusion is drawn that the differential current sensor 10 is not functioning properly or that the differential current sensor 10 is defective.

Als Prüfstrom 14 wird in 3a, 3b, 3c vorzugsweise ein gleichanteilfreier Rechteckstrom auf den Kern 11 des Differenzstromsensors 10 aufgeprägt, vorzugsweise mit einer Amplitude im Bereich der kleinsten bzw. geringsten Auslöseschwelle des Differenzstromsensors 10. Sollte gemäß 3b ein von Null abweichender Differenzstrom oder Fehlerstrom 17 vorhanden sein, so ergibt sich das Mischsignal 15 der 3b, welches der geometrischen Addition von Differenzstrom oder Fehlerstrom 17 und Prüfstrom 14 entspricht. Wie bereits ausgeführt, ist die Frequenz und damit Periodendauer des Prüfsignals 14 so bemessen, dass die von der Frequenz abhängige Periodendauer des Prüfstroms 14 kleiner ist als die Auslösezeit einer höchsten Auslöseschwelle des Differenzstromsensors 10. Hierdurch wird die Fehlererkennung durch die Funktionsüberprüfung nicht beeinträchtigt.Test current 14 is 3a , 3b , 3c Preferably, a DC-free rectangular current is impressed on the core 11 of the differential current sensor 10, preferably with an amplitude in the range of the smallest or lowest triggering threshold of the differential current sensor 10. If, according to 3b a differential current or fault current 17 that deviates from zero is present, the mixed signal 15 of the 3b , which corresponds to the geometric addition of differential current or fault current 17 and test current 14. As already explained, the frequency and thus period of the test signal 14 is dimensioned such that the frequency-dependent period of the test current 14 is shorter than the triggering time of a highest triggering threshold of the differential current sensor 10. This does not impair fault detection by the functional test.

Der Prüfstrom 14 kann in jedem Prüfzyklus des Differenzstromsensors 10 unterschiedlich sein, und zwar sowohl in 2a, 2b, 2c als auch in 3a, 3b, 3c. So kann der Prüfstrom 14 in jedem Prüfzyklus eine individuelle Amplitude und/oder Frequenz aufweisen.The test current 14 can be different in each test cycle of the differential current sensor 10, both in 2a , 2b , 2c as well as in 3a , 3b , 3c . Thus, the test current 14 can be test cycle have an individual amplitude and/or frequency.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät 18, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren zur Laufzeit des Differenzstromsensors 10, also parallel zum eigentlichen Differenzstrom-Messbetrieb oder Fehlerstrom-Messbetrieb, automatisch auszuführen.The invention further relates to a control device 18 which is configured to automatically execute the method described above during the running time of the differential current sensor 10, i.e. parallel to the actual differential current measuring operation or fault current measuring operation.

Das Steuergerät 18 weist dabei eine Schnittstelle 19 auf, mit welcher dasselbe den Prüfstrom 14 auf den Kern 11 des Differenzstromsensors 10 während der Erfassung des Differenzstroms oder Fehlerstroms 17 aufprägt.The control unit 18 has an interface 19 with which it applies the test current 14 to the core 11 of the differential current sensor 10 during the detection of the differential current or fault current 17.

Als weitere Schnittstelle weist das Steuergerät 18 eine Schnittstelle 20 auf, über die dasselbe das erfasste Mischsignal 15 empfängt. Ferner weist das Steuergerät 18 mindestens einen Controller 12, 13 zur Auswertung des Mischsignals 15 und zur Auslösung der Fehlerstromerkennung auf die oben beschriebene Art und Weise auf.As a further interface, the control unit 18 has an interface 20, via which it receives the detected mixed signal 15. Furthermore, the control unit 18 has at least one controller 12, 13 for evaluating the mixed signal 15 and for triggering the fault current detection in the manner described above.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2020 131 522 A1 [0005]
DE 10 2020 209 241 A1 [0006]
DE 10 2019 101 636 A1 [0007]

Claims

A method for functionally testing a differential current sensor (10) of an on-board charger of a motor vehicle or a charging station for a motor vehicle, wherein the differential current sensor (10) is configured to measure a differential current or fault current and to trigger a fault current detection function dependent on the measurement of the differential current or fault current within a triggering time of the differential current sensor (10) dependent on a triggering threshold, comprising the following steps: Applying a test current (14) to the differential current sensor (10) during a differential current measuring operation or fault current measuring operation of the differential current sensor (10), Detecting a mixed signal (15) from the test current (14) and any differential current or fault current (17) present, Evaluating the detected mixed signal (15) such that the known test current (14) is subtracted from the mixed signal (15) to determine an evaluation current (16), when it is determined that the If the evaluation current (16) does not contain any characteristic signal features of the test current (14), it is concluded that the differential current sensor (10) is functioning properly. If it is determined that the evaluation current (16) contains at least one characteristic signal feature of the test current (14), it is concluded that the differential current sensor (10) is not functioning properly.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the test current (14) is impressed on the differential current sensor (10) during the continuous measurement of the differential current or fault current (17), wherein an amplitude and/or a frequency of the test current (14) is adapted to the triggering threshold of the differential current sensor (10) and/or to the triggering time of the differential current sensor (10).

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the test current (14) is periodically impressed on the differential current sensor (10) during the detection of the differential current or fault current (17).

Procedure according to Claim 2 or 3 , characterized in that the amplitude of the test current (14) is in the order of magnitude of a lowest trigger threshold of the differential current sensor (10).

Procedure according to Claim 2 , 3 or 4 , characterized in that the period duration of the test current (14), which depends on the frequency of the test current (14), is smaller than the triggering time of a highest triggering threshold of the differential current sensor (10).

Method according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that a test current (14) is impressed on the differential current sensor (10) which has a pulse-like changing amplitude and/or frequency or a step-like changing amplitude and/or frequency.

Method according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that an alternating current is detected as the differential current or fault current (17).

Method according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that a direct current is detected as the differential current or fault current (17).

Control unit (18) for functional testing of a differential current sensor (10) of an on-board charger of a motor vehicle or of a charger of a charging station for a motor vehicle, characterized in that the control unit (18) is designed to carry out the method according to one of the Claims 1 until 8 to be carried out automatically during a differential current measuring operation or fault current measuring operation of the differential current sensor (10) and thus during the running time of the differential current sensor (10).

Control unit (18) according to Claim 9 , characterized in that it has an interface (19) via which it impresses the test current (14) on the differential current sensor (10) during the detection of the differential current or fault current, it has an interface (20) via which it receives the detected mixed signal (15) from the differential current sensor (10), it has at least one controller (12, 13) for evaluating the mixed signal (15).