CN103874927A

CN103874927A - 用于多电压车载电网的诊断装置、多电压车载电网以及用于运行多电压车载电网的方法

Info

Publication number: CN103874927A
Application number: CN201280049429.9A
Authority: CN
Inventors: P.梅林格; M.埃申哈根; M.默克勒
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: US20140350781A1; WO2013050207A1; CN103874927B; US9310411B2; FR2981166A1; DE102012215542A1

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的多电压车载电网（10）的保护和/或诊断装置（1），其中，所述多电压车载电网（10）具有一第一分电网（11），其能够以一第一电压加载；以及至少一个其它的分电网（12），其能够以至少一个其它的电压加载，其中，所述第一电压高于所述至少一个其它的电压，并且所述第一分电网（11）和所述至少一个其它的分电网（12）具有一共同的接地接口（GM），建议，设置至少一个其它的接地接口（GG），其配设有测量器件，所述测量器件设置用于，测量经过所述至少一个其它的接地接口（GG）的电流，并且设置诊断器件（2），其设置用于，基于所测量到的经过所述至少一个其它的接地接口（GG）的电流，根据所述多电压车载电网（10）的至少一个运行状态，诊断在所述共同的接地接口（GM）和/或所述至少一个其它的接地接口（GG）中的故障。

Description

用于多电压车载电网的诊断装置、多电压车载电网以及用于运行多电压车载电网的方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的一种用于车辆的多电压车载电网的保护和/或诊断装置，一种相应的多电压车载电网以及一种用于运行一多电压车载电网的方法。

背景技术

用于机动车的多电压车载电网原则上是已知的。由于机动车中的电消耗器数量增加，唯一一个电压供给常常不再足够，和/或由于使用具有不同的标称电压的消耗器，因此使用多电压车载电网。多电压车载电网典型地具有分电网，所述分电网具有例如12和42V的不同的电压水平。已知的还有，所述分电网经由一直流电压转换器来连接，因此能够经由一共同的发电机向它们供电。

在该申请的框架中，主要考虑两电压车载电网，即仅两个具有不同的电压水平的分电网。但如下所述，本发明不限于两电压车载电网。

所述分电网常常连接到一共同的接地导体上。这实际上不容易避免，因为否则的话例如电的机器必须相对于内燃机进行电绝缘，所述电的机器具有其经由壳体的接地连接以及一经由内燃机的机械连接。但这种电绝缘在一相应强的机械负载的部位处与巨大的耗费相连，因为绝缘材料的材料特性无法始终与机械要求统一。

但由于所述共同的接地连接，当所述共同的接地导线出故障时，会出现问题。在该情况下如下面结合图1所述，会出现所述电消耗器在一具有较低电压的分电网中的反极性。

为了防止这种反极性，DE 199 61 622 A1建议，在一具有不同的电压水平的两个相互电连接的分电网的两电压车载电网中布置电消耗器，平行于所述电消耗器在具有较低电压的车载电网中布置一保护二极管。

由此在接地故障时将所述电消耗器的反极化电压限定到所述二极管的导通电压上。在具有较低电压的车载电网中可以布置一保险装置，其与所述二极管的最大电流强度协调一致。在使用一保护二极管的情况下的一种类似的解决方案在DE 101 38 477 A1中公开。

WO 01/47084 A1建议，为了识别在一具有较低电压的分电网中的过压，使用一电压测量装置。如果其识别到一过压，则将各涉及的消耗器从电网上分开。EP 1 453 171 A1建议用于保护所述消耗器的相应的开关器件。

但从现有技术中已知的措施被证明往往是耗费的并且是无用的。因此也存在对于如下可能性的需求，即在所述的情况下可靠地识别和/或防止所述消耗器的反极化。

发明内容

在该背景下，本发明建议具有独立权利要求的特征的一种用于车辆的多电压车载电网的保护和/或诊断装置，一种相应的多电压车载电网以及一种用于运行一相应的多电压车载电网的方法。有利的设计方案是各从属权利要求以及下面的说明书的主题。

发明优点

利用根据本发明所建议的解决方案可以在一相应的具有不同的电压水平的分电网的多电压车载电网中以可靠的方式识别和/或防止一具有较低电压的分电网（下面也称作“低压电网”）的反极化。为此，除了一共同的第一接地接口之外，还提供至少一个其它的接地接口，尤其是在一高电压的分电网（下面也称作“高压电网”）中。经由所述至少一个其它的接地接口测量并且诊断一电流。根据本发明的解决方案基于如下知识，即由于在所述车载电网的不同的运行状态下在两个或更多个相应地安装的接地接口的情况下在所述车载电网的各部件中的寄生现象（Parasitäten），所述电流经由所述接地接口以特征性的方式呈现出来并且提供了诊断可能性。

换句话说，本发明建议，提供至少一个其它的、冗余的接地接口，确切地说尤其是在一较高电压的分电网中。在此，所述连接优选在一在所述高压电网中存在的部件（下面也称作“高压部件”）上进行。有利地，所述部件涉及一安装在机动车的内燃机上的发电机，尤其是一启动器发电机，其与所述内燃机例如经由一壳体导电连接。但如下面详细所述，连接也可以直接在一内燃机上进行。

在此，所述至少一个其它的接地接口设计有一电流估算装置（在本申请的框架中称作“测量器件”），其设置用于测量经过所述至少一个其它的接地接口流动的电流，并且利用一运行状态，如下所述，借助于同样设置的诊断器件来检查合理性。以这种方式就已经能够识别所述接地接口之一的拆除或其它方式的中断并且能够可靠地避免车载电网的反极化。

借助于根据本发明所建议的措施提出了相对于一内燃机的相应的高压部件或低压部件的电绝缘的一种替选方案。因此可以舍弃如前所述的在强烈的机械负载部位处的电绝缘，该电绝缘常常只能耗费地实现。

如已经所述，本发明基于如下，由于在车载电网的部件中的寄生在不同的运动状态下构造出特征性的电流分布模型。这种电流分布模型在高电流的情况下特别好地呈现，从而尤其在内燃机的启动过程期间有利地进行一根据本发明的诊断。在此情况下，在一所谓的冷启动或者说第一次启动和一所谓的热启动之间存在一可观的区别。相关的细节尤其结合图3和4在下面阐述。

在此，根据本发明的措施尤其可在如下的机动车中使用，在这些机动车中，在冷启动中，内燃机的启动借助于一所谓的小齿轮启动器，即一启动器马达来进行，其联接到一具有较低电压的分电网上，即所述低压电网。与此相反，在热启动中，内燃机的启动在这种类型的系统中借助于一马达式运行的启动器发电机在高压电网中进行。

在一种特别有利的实施方式中设置成，所述其它的接地接口和所述共同的接地接口以如下方式并联地布置，使得在内燃机启动时在无故障的共同的接地接口和无故障的其它的接地接口的情况下，经由启动器和启动器发电机流动的电流经过所述共同的接地接口和所述其它的接地接口流动。

尤其有利的是，所述其它的接地接口和所述共同的接地接口以如下方式并联地布置，使得在冷启动的情况下借助于所述启动器马达，所出现的电流的主要部分经过所述共同的接地接口流动，并且所出现的电流的剩余的、较小的部分经过所述其它的接地接口流动。

此外或替选地有利的是，所述其它的接地接口和所述共同的接地接口以如下方式并联地布置，使得在热启动的情况下借助于所述启动器发电机，所出现的电流的主要部分经过所述其它的接地接口流动，并且所出现的电流的剩余的、较小的部分经过所述共同的接地接口流动。

有利地可以设置成，每个相应的电流在正常运行中通过一针对机动车的不同的运行状态的学习功能来获知并且例如保存在诊断器件中。换句话说，根据本发明的保护和/或诊断装置在正常运行中连续地测量电流并且保存。如果经过所述至少一个其它的接地接口所测量到的电流与保存的电流有偏差，则可以推断出，所述接地接口中的至少一个是有故障的。在这一点上可以使用相应的阈值或公差范围。

尽管本发明主要参照具有两个分电网的车载电网来描述，但根据本发明的如下知识也可以在具有多于两个分电网的车载电网中、即一般性地在多电压车载电网中使用，即在不同的运动状态下由于在一车载电网中存在的寄生现象在多个接地接口的情况下呈现出特征性的电流分布模型。多个其它的接地接口的提供也是可行的并且合理的，因为以这种方式能够实现一冗余的诊断。

一根据本发明的计算单元，例如机动车的控制器，特别是程序技术上地设置用于实施根据本发明的方法。尤其是所述的诊断器件可以构造成一相应的控制器的部件。

在本发明的一种特别有利的观点中，所述其它的接地接口直接安装在所述发电机上，并且所述诊断器件构造成所述发电机的操控装置的部件，尤其是集成在所述发电机中。由此使布线变得特别简单。

在本发明的一种特别有利的观点中，所述其它的接地接口直接安装在所述启动器发电机上，并且所述诊断器件构造成所述启动器发电机的操控装置的部件，尤其是集成在所述启动器发电机中。由此使布线变得特别简单。

所述保护和/或诊断方法以软件的形式的执行也是有利的，因为其引起了特别小的费用，特别是当实施的控制器还用于其它任务且因此无论如何都存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。经由计算机网络（互联网、内部网）下载程序也是可行的。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中给出。

要理解的是，前面提到的和后面的还待阐释的特征能够不仅在对应说明的组合中，而且在不离开本发明的框架的情况下在其它的组合中或者以单独的形式应用。

附图说明

本发明借助附图中的实施例示意示出并且随后在参考附图的情况下详细描述。

图1 在一大大示意性示图中示出了在正常运行和故障运行中的一两电压车载电网。

图2 在示意图中示出了根据本发明的一种特别优选的实施方式的具有一保护和/或诊断装置的两电压车载电网。

图3 示出了在正常运行和故障运行中在第一运行状态下在根据本发明的一种特别优选的实施方式的两电压车载电网中的电流路径。

图4 示出了在正常运行和故障运行中在第二运行状态下在根据本发明的一种特别优选的实施方式的两电压车载电网中的电流路径。

图5 以简化的等效电路图的形式示出了在一根据本发明的一种特别优选的实施方式的两电压车载电网中的寄生现象。

具体实施方式

在图1中大大示意性示出了一两电压车载电网并且整体上以100表示。其示出了一具有完好的接地接口GM的正常运行和一具有故障的、例如中断的接地接口GM'的故障运行。

所述两电压车载电网10具有两个分电网11、12，其中，第一分电网11展示了较高电压的分电网并且另一分电网12展示了较低电压的分电网。

所述分电网11具有第一蓄能器B1，例如一锂离子蓄电池、一电容存储器或一常见的车辆电池。所述第一蓄能器B1例如提供+48V的电压并且在接地侧连接到一共同的接地接口GM上。在所述第一分电网11中，布置一通过简化的等效电路图象征性示出的第一消耗器V1。在一正常运行中，在所述第一分电网11中得出了一正常的电流R1。

所述其它的分电网12同样包括一蓄能器B2和消耗器V2和V3。所述蓄能器B2可以如上所述的蓄能器B1那样构造并且提供一比其更低的电压，例如+12V的电压。在一正常运行中在所述第二分电网11中得出了一正常的电流R2。

如通过利用GM'表示的箭头可见，如果发生了在所述共同的接地接口GM上的接地连接的中断，则一故障电流F流动，由于该故障电流，布置在所述其它的分电网12中的消耗器V2和V3反极化并且以一相应的36伏的反极化电压进行加载。

在图2中示出了根据本发明的一种特别优选的实施方式的具有一保护和/或诊断装置1的两电压车载电网并且整体上同样以10表示。所述两电压车载电网10包括已经结合图1所述的部件，但其在一可替换的示图中展示。

在该两电压车载电网中，在所述第一分电网11中展示了所述第一蓄能器B1，如已经结合图1所述。所述第一蓄能器B1可经由开关SW1和SW2进行开关并且联接到一接地接口GB1上。一第二蓄能器B2，如同样之前所述，设置在所述其它的分电网12中并且联接到一接地接口GB2上。所述两电压车载电网包括一内燃机M，其连接到一接地接口GM上。所述接地接口GM、GB1和GB2通常涉及一共同的接地接口。与所述内燃机M连接一发电机G，其有利地构造成有启动能力的发电机，也就是说构成可马达式运行的发电机。所述发电机G与所述内燃机M经由一壳体导电连接。同样地适用于一启动器马达S，例如以小齿轮启动器的形式，其同样与所述内燃机M导电连接。所述发电机G和所述启动器马达S与未示出的其它部件一起联接到所述第一蓄能器B1或所述第二蓄能器B2上。

根据本发明，设置一保护和/或诊断装置1，其也可以包括相应的诊断或评价器件2。所述诊断和评价器件2在此可以有利地设置在一用于所述内燃机M的控制器中。所述保护和诊断装置1监控一其它的接地接口GG，经由其能够测量一电流并且根据所述车载电网或者说所述机动车的运行状态检查合理性。由此可检测所述接地接口GG或GM之一的中断并且可以避免所述车载电网的反极化。

图3示出了在一正常运行和故障运行中在一第一运行状态下在一根据本发明的一种特别优选的实施方式的两电压车载电网中的电流路径，在该情况下，所述内燃机M借助于所述启动器马达S冷启动。图3包括图2的主要部件，它们在这里不重复阐述。

在图3中利用虚线箭头示出了故障电流，并且利用实线箭头示出了正常电流，也就是说如其在正常运行中在没有中断的接地导线的情况下出现的电流，并且以F（故障）或、R（正常）表示。所述箭头的粗细按数量级地相应于各流动的电流部分或者说电流强度。

由于下面结合图5详细阐述的在所述两电压车载电网10的部件中的寄生现象，在正常运行中、也就是说在无故障的接地接口GM的情况下在所述内燃机M（借助于所述启动器马达S）启动时，所出现的电流的主要部分（如通过粗的实线箭头所示）经过所述第二蓄能器B2、所述启动器马达S、所述内燃机M的马达箱以及所述共同的接地接口GM流动。一较小的部分经过所述保护和诊断装置1的接地接口GG流动。

在如前所述通过虚线箭头示出的故障情况下，所述共同的接地接口GM有故障，一电流从所述第二蓄能器B2经过所述启动器马达S、所述内燃机M、所述发电机1和所述接地接口GG流动。

这样，可以在所述内燃机M（借助于所述启动器马达S）启动情况下确定，当一相应较高的电流经过所述保护和诊断装置的至少第二接地接口流动时，在所述内燃机G的接地连接中存在一中断。在此，一相应的评价装置2可以具有阈值函数，其定义一针对经过所述其它的接地接口GG的“允许的”电流的最大阈值。

图4示出了在一正常运行和故障运行中在一第二运行状态下在一根据本发明的一种特别优选的实施方式的两电压车载电网中的电流路径，在该情况下，所述内燃机M借助于所述（马达式运行的）发电机G热启动。这里主要的部件也相应于图2和3的主要部件，因此在这里不重复阐述。

在一热启动的情况下，可以检测到在经过所述其它的接地接口GG的连接中的中断。在正常运行中，这里也利用相应粗细的实心箭头示出，所述电流的主要部分由于在所述车载电网的部件中存在的寄生现象而经过所述共同的接地接口GM流动，并且只有一比较小的部分经过所述其它的接地接口GG流动。在故障情况下，其中，在所述其它的接地接口GG中存在一中断，整个电流经过所述共同的接地接口GM流动。因此，所述电流经过所述其它的接地接口GG的相对于一“预期的”值的减小允许在所述其它的接地接口GG中的故障的相应的诊断。

因此，总体上在要么所述共同的接地接口GM要么所述其它的接地接口GG中的中断或故障的情况下可导入相应的措施，也就是说例如一较高电压的第一蓄能器经由开关SW1和/或SW2与所述车载电网分开，以便防止在所述低压电网中发生所述消耗器V2和V2的反极化。

如前所述，所述至少一个其它的接地接口GG可以设置在不同的位置处，只要由此确保了，构造出相应的特征性的电流分布模型。当相应地构造所述测量器件时，也可以在所述内燃机M上设置一其它的接地接口GG。

在图5中以等效电路图的形式示出了一纯示例性的两电压车载电网。各给出的电感和电阻总结在下面的表格中。它们总体地导致了上述的电流分布模型的呈现。

元件	值	说明
			101	1-5μH	电感（L）输入管线
102	1nH	L 螺旋连接（发电机）
			103	1μH	L 接地线（发电机）
104	1nH	L 马达箱
			105	200nH	L 搭铁线
106	1nH	L 螺旋连接（启动器马达）
			107	1-5μH	L 输入管线（启动器马达）
111	2-8mΩ	电阻（R）输入管线
			112	250μΩ	R 螺旋连接（发电机）
113	2.51mΩ	R 接地线（发电机）
			114	10μΩ	R 马达箱
115	1.216mΩ	R 搭铁线
			116	250μΩ	R 螺旋连接（启动器马达）
117	2-8mΩ	R 输入管线（启动器马达）

Claims

1. 用于机动车的多电压车载电网（10）的保护和/或诊断装置（1），其中，所述多电压车载电网（10）具有一第一分电网（11），其能够以一第一电压加载；以及至少一个其它的分电网（12），其能够以至少一个其它的电压加载，其中，所述第一电压高于所述至少一个其它的电压，并且所述第一分电网（11）和所述至少一个其它的分电网（12）具有一共同的接地接口（GM），其特征在于，设置至少一个其它的接地接口（GG），其配设有测量器件，所述测量器件设置用于，测量经过所述至少一个其它的接地接口（GG）的电流，并且设置诊断器件（2），其设置用于，基于所测量到的经过所述至少一个其它的接地接口（GG）的电流，根据所述多电压车载电网（10）的至少一个运行状态，诊断在所述共同的接地接口（GM）和/或所述至少一个其它的接地接口（GG）中的故障。

2. 按照权利要求1所述的保护和/或诊断装置，其特征在于，所述其它的接地接口（GG）和所述共同的接地接口（GM）以如下方式并联布置，使得在所述内燃机启动时在无故障的所述共同的接地接口（GM）以及无故障的所述其它的接地接口（GG）的情况下，经由一启动器（S）和一发电机（G）流动的电流经过所述共同的接地接口（GM）和所述其它的接地接口（GG）流动。

3. 按照权利要求1或2所述的保护和/或诊断装置，其特征在于，所述其它的接地接口（GG）和所述共同的接地接口（GM）以如下方式并联地布置，使得在冷启动的情况下借助于所述启动器（S），所出现的电流的主要部分经过所述共同的接地接口（GM）流动，并且所出现的电流的剩余的、较小的部分经过所述其它的接地接口（GG）流动。

4. 按照权利要求1或2或3所述的保护和/或诊断装置，其特征在于，所述发电机（G）构造成启动器发电机，并且所述其它的接地接口（GG）和所述共同的接地接口（GM）以如下方式并联地布置，使得在热启动的情况下借助于所述启动器发电机（G），所出现的电流的主要部分经过所述其它的接地接口（GG）流动，并且所出现的电流的剩余的、较小的部分经过所述共同的接地接口（GM）流动。

5. 按照权利要求1至4中任一项所述的保护和/或诊断装置（1），其中，所述共同的接地接口（GM）设置在所述机动车的一内燃机（M）上，所述第一分电网（11）和所述至少一个其它的分电网（12）的至少几个部件（V1、V2、V3、G、S）接地侧地与所述内燃机连接。

6. 按照权利要求1至5中任一项所述的保护和/或诊断装置（1），其中，所述至少一个其它的接地接口（GG）是一与所述内燃机（M）导电连接的发电机（G）的接地接口。

7. 按照前述权利要求中任一项所述的保护和/或诊断装置（1），其中，所述第一电压为48V并且所述至少一个其它的电压为12V或14V。

8. 按照前述权利要求中任一项所述的保护和/或诊断装置（1），其中，所述第一分电网（11）能够借助于至少一个电压源（B1、G）以所述第一电压加载，并且所述至少一个其它的分电网（12）能够借助于至少一个其它的电压源（B2）以所述至少一个其它的电压加载。

9. 用于机动车的多电压车载电网（10），所述多电压车载电网具有一第一分电网（11），其能够以一第一电压加载；以及至少一个其它的分电网（12），其能够以至少一个其它的电压加载，其中，所述第一电压高于所述至少一个其它的电压，并且所述第一分电网（11）和所述至少一个其它的分电网（12）具有一共同的接地接口（GM），其特征在于一按照前述权利要求中任一项所述的保护和/或诊断装置（1）。

10. 用于运行一按照前述权利要求中任一项所述的多电压车载电网（10）或保护和/或诊断装置（1）的方法，其特征在于，借助于配属于所述至少一个其它的接地接口（GG）的测量器件，至少间或地测量一经过所述至少一个其它的接地接口（GG）的电流，并且所述诊断器件（2）基于所测量到的经过所述至少一个其它的接地接口（GG）的电流，根据所述多电压车载电网（10）的至少一个运行状态，诊断在所述共同的接地接口（GM）中和/或在所述至少一个其它的接地接口（GG）中的故障。

11. 按照权利要求10所述的方法，其中，所述多电压车载电网（10）的至少一个运行状态包括至少一个冷启动和热启动。

12. 按照权利要求10或11所述的方法，其中，通过如下方式诊断在所述共同的接地接口（GM）中的故障，即确定，经过所述至少一个其它的接地接口（GG）所测量到的电流不相应于在所述多电压车载电网（10）的至少一个运行状态下所预期的电流。

13. 按照权利要求12所述的方法，其特征在于，在一冷启动的情况下，当经过所述至少一个其它的接地接口（GG）所测量到的电流超过一最大阈值时，诊断在所述共同的接地接口（GM）中的故障。

14. 按照权利要求10所述的方法，其特征在于，在一热启动的情况下，通过如下方式诊断在所述至少一个其它的接地接口（GG）中的故障，即确定，经过所述至少一个共同的接地接口（GM）所测量到的电流超过一最大阈值。

15. 按照权利要求12所述的方法，其中，所预期的电流分别基于在所述多电压车载电网（10）的部件（V1、V2、V3、G、S）中存在的寄生现象来获知。

16. 计算单元，其设置用于执行按照权利要求10至15中任一项所述的方法。

17. 计算机程序，其具有存储在一计算机可读的数据载体上的程序代码装置，当所述程序代码装置在一计算机或一按照权利要求11所述的相应的计算单元上实施时，所述程序代码装置操纵所述计算机或所述相应的计算单元来实施按照权利要求10至15中任一项所述的方法。