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WO2013050207A1 - Diagnoseeinrichtung für mehrspannungsbordnetz, mehrspannungsbordnetz und verfahren zum betrieb eines mehrspannungsbordnetzes - Google Patents

Diagnoseeinrichtung für mehrspannungsbordnetz, mehrspannungsbordnetz und verfahren zum betrieb eines mehrspannungsbordnetzes Download PDF

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Publication number
WO2013050207A1
WO2013050207A1 PCT/EP2012/067213 EP2012067213W WO2013050207A1 WO 2013050207 A1 WO2013050207 A1 WO 2013050207A1 EP 2012067213 W EP2012067213 W EP 2012067213W WO 2013050207 A1 WO2013050207 A1 WO 2013050207A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
ground terminal
ground connection
diagnostic device
common ground
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/067213
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Mehringer
Marc Eschenhagen
Michael Merkle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to CN201280049429.9A priority Critical patent/CN103874927B/zh
Priority to US14/349,299 priority patent/US9310411B2/en
Publication of WO2013050207A1 publication Critical patent/WO2013050207A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
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    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Definitions

  • the present invention relates to a protection and / or diagnostic device for a multi-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle, a corresponding multi-voltage electrical system and a method for operating a multi-voltage vehicle electrical system according to the preambles of the independent claims.
  • Multi-voltage electrical systems for motor vehicles are known in principle. They are used because of the increasing number of electrical
  • Multi-voltage electrical systems typically have subnetworks with different voltage levels of, for example, 12 and 42V. It is also known to connect subnets via a DC-DC converter so that they can be powered by a common generator.
  • the subnets are often connected to a common ground wire. This can not be easily avoided in practice, because otherwise, for example, electrical machines that have their ground connection via the housing and a mecha- Niche connection via the internal combustion engine, would have to be isolated electrically against the internal combustion engine. However, such electrical insulation at a mechanically correspondingly heavily stressed point is associated with considerable effort, since the material properties of an insulating material are not always compatible with the mechanical requirements.
  • DE 199 61 622 A1 proposes, in a two-voltage on-board electrical system, which has two subnetworks of different voltage levels, which are electrically connected to one another, in which electrical consumers are arranged, parallel to the electrical consumers in the latter
  • the polarity reversal voltage of the electrical load is limited to the forward voltage of the diode at a ground fault.
  • a fuse can be arranged, which is tuned to the maximum current of the diode.
  • WO 01/47084 A1 proposes to use a voltage measuring device to detect an overvoltage in a lower voltage sub-network.
  • EP 1 453 171 A1 proposes corresponding switching means for the protection of consumers.
  • the measures known from the prior art often prove to be expensive and ineffective. There is therefore still the need for ways to reliably detect and / or prevent a reversal of consumers in the illustrated case. Disclosure of the invention
  • the present invention proposes a protective and / or diagnostic device for multi-voltage vehicle electrical system, a corresponding multi-voltage vehicle electrical system and a method for operating a corresponding multi-voltage vehicle electrical system having the features of the independent patent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the respective subclaims and the following description.
  • polarity reversal of a sub-network with lower voltage can be reliably detected and / or prevented.
  • at least one further ground connection is additionally provided, in particular in a sub-network of higher voltage (also referred to below as “high-voltage network”). A current flow is measured and diagnosed via this at least one further ground connection.
  • Solution is based on the finding that due to the parasitics in the respective components of the electrical system with two or more correspondingly mounted ground connections in different operating states of the electrical system, the current flows through these ground connections in a characteristic way and provide diagnostic opportunities.
  • the present invention proposes to provide at least one further, redundant ground connection, in particular in a sub-network of higher voltage.
  • the attachment is preferably carried out on an existing component in the high-voltage network (hereinafter also referred to as "high-voltage component").
  • this component is a generator attached to an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a starter generator, which is conductively connected thereto, for example via a housing. We'll take a look at However, a connection can also be made directly to an internal combustion engine.
  • the at least one further ground connection is in this case equipped with a current estimation device (referred to in the context of this application as “measuring means"), which is set up to measure a current which flows via the at least one further ground connection and with an operating state , as explained below, to plausibility by means also provided diagnostic means.
  • a current estimation device referred to in the context of this application as "measuring means”
  • measuring means is set up to measure a current which flows via the at least one further ground connection and with an operating state , as explained below, to plausibility by means also provided diagnostic means.
  • the invention is based on the fact that due to the parasitics in the components of the vehicle electrical system, characteristic current distribution patterns are formed in different operating states. Such current distribution patterns are particularly pronounced at high currents, so that a diagnosis according to the invention advantageously takes place in particular during starting processes of an internal combustion engine. This results in a considerable difference between a so-called cold or first start and a so-called warm start. Details on this are explained in particular in connection with FIGS. 3 and 4 below.
  • the measures according to the invention can be used, in particular, in motor vehicles in which the starting of the internal combustion engine takes place by means of a so-called pinion starter, ie a starter motor, which is connected to a low-voltage sub-network, the low-voltage network.
  • pinion starter ie a starter motor
  • the start of an internal combustion engine takes place in such systems however, by means of a motor-driven starter generator in the high-voltage network.
  • further ground connection and common ground connection are arranged in parallel so that when starting the engine with undisturbed common ground connection and undisturbed further ground connection, the currents flowing through the starter and starter currents flow through the common ground terminal and the other ground terminal.
  • further ground connection and common ground connection are arranged in parallel in such a way that during warm start by means of the starter generator, a predominant portion of the occurring currents flows via the further ground connection, and the remaining, smaller portion of the occurring currents over the common one ground connection.
  • a protective and / or diagnostic device will continuously measure and deposit currents in control mode. If the currents measured via the at least one further ground connection deviate from the stored currents, it can be assumed that at least one of the ground connections is disturbed. In this context, corresponding threshold values or tolerance ranges can be used.
  • On-board network parasiticities at multiple ground connections form characteristic power distribution patterns, even in on-board networks with more than two subnets, so generally used in multi-voltage on-board networks.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • the explained diagnostic means may be formed as part of a corresponding control device.
  • the further ground connection is directly attached to the generator, and the explained diagnostic means are designed as part of a control of the generator, in particular integrated into the generator. This makes the wiring particularly easy.
  • the further ground connection is directly attached to the starter generator, and the explained diagnostic means are designed as part of a control of the starter generator, in particular integrated into the starter generator. This makes the wiring particularly easy.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash
  • FIG. 1 shows a two-voltage on-board electrical system in control and fault operation in a highly schematic representation.
  • Figure 2 shows a two-voltage on-board network with a protection and / or diagnostic device according to a particularly preferred embodiment of the invention in a schematic representation.
  • FIG. 3 shows current paths in a two-voltage on-board electrical system according to a particularly preferred embodiment of the invention in control and fault operation in a first operating state.
  • FIG. 4 shows current paths in a two-voltage on-board electrical system according to a particularly preferred embodiment of the invention in control and fault operation in a second operating state.
  • FIG. 5 illustrates parasitics in a two-voltage on-board network according to a particularly preferred embodiment of the invention in the form of a simplified equivalent circuit diagram.
  • a two-voltage on-board network is shown very schematically and designated 100 in total. It is a closed-mode control mode GM and a fault mode with a faulted, e.g. interrupted, ground connection
  • the two-voltage onboard network 10 has two subnetworks 11, 12, of which a first subnetwork 1 1 represents the higher voltage subnetwork and a further subnetwork 12 the lower voltage subnetwork.
  • the subnet 1 1 has a first energy storage B1, for example a lithium-ion accumulator, a capacitive accumulator or a conventional vehicle battery.
  • the first energy storage B1 provides, for example, a voltage of +48 V and is connected on the ground side to a common ground terminal GM.
  • a symbolized by a simplified equivalent circuit diagram first consumer V1 is arranged.
  • a regular current flow R1 In a regular operation results in the first subnetwork 11, a regular current flow R1.
  • the further subnet 12 likewise comprises an energy store B2 and consumers V2 and V3.
  • the energy storage device B2 can be designed like the above-described energy storage device B1 and supplies a lower voltage than this, for example a voltage of +12 V.
  • a regular current flow R2 results in the second subnetwork 11, a regular current flow R2.
  • Reverse polarity voltage of 36 volts are applied.
  • FIG. 2 shows a two-voltage on-board network with a protection and / or diagnosis device 1 according to a particularly preferred embodiment of the invention. represented and also generally designated 10.
  • the two-voltage on-board network 10 comprises the components which have already been explained in connection with FIG. 1, but shows these in an alternative representation.
  • the first energy store B1 as already explained in connection with FIG. 1, is shown in the first subnetwork 11.
  • the first energy storage B1 is switchable via switches SW1 and SW2 and connected to a ground terminal GB1.
  • a second energy store B2 as likewise explained above, is provided in the further subnet 12 and connected to a ground terminal GB2.
  • the two-voltage electrical system comprises an internal combustion engine M, which is connected to a ground terminal GM.
  • ground connections GM, GB1 and GB2 are usually a common ground connection.
  • a generator G is connected, which is advantageously designed as a startable generator, ie as a motor-operated generator.
  • the generator G is with the
  • a starter motor S for example in the form of a pinion starter, which is also conductively connected to the internal combustion engine M.
  • the generator G and the starter motor S are, together with other components not shown, connected to the first B1 and second B2 energy storage.
  • a protection and / or diagnostic device 1 is provided, which may also include appropriate diagnostic or evaluation means 2.
  • the diagnostic and evaluation means 2 can advantageously be provided in a control device for the internal combustion engine M.
  • the protection and diagnostic device 1 monitors a further ground connection GG, via which a current can be measured and made plausible in dependence on an operating state of the electrical system or of the motor vehicle. As a result, an interruption of one of the ground connections GG or GM can be detected and reverse polarity of the electrical system can be avoided.
  • FIG. 3 shows a current path in a two-voltage on-board network according to a particularly preferred embodiment of the invention in a normal and fault mode in a first operating state, in this case during a cold start the internal combustion engine M by means of the starter motor S.
  • Figure 3 includes the essential components of Figure 2, which will not be explained again here.
  • FIG. 3 broken-line fault currents and regular currents, i. Currents, as they occur in normal operation without interrupted ground lines, illustrated with solid arrows and with F (error) or R (rule).
  • the thickness of the arrows corresponds to the order of magnitude of the respectively flowing current components or current intensities.
  • the internal combustion engine M flows during start-up (by means of the starter motor S) during normal operation, ie. at undisturbed ground terminal GM, a predominant portion (as illustrated by the thick solid arrows) of the currents occurring across the second energy storage B2, the starter motor S, an engine block of the engine M and the common ground terminal GM.
  • a smaller proportion flows through the ground terminal GG of the protection and diagnostic device.
  • a corresponding evaluation device 2 can have threshold value functions which define a maximum threshold value for a "permissible" current via the further ground connection GG.
  • FIG. 4 shows a current path in a two-voltage on-board electrical system according to a particularly preferred embodiment of the invention in normal and fault operation in a second operating state, in this case in a hot-air system.
  • Start of the internal combustion engine M by means of the (motor-driven) generator G.
  • the essential components correspond to those of Figures 2 and 3, which is why they are not explained again.
  • an interruption in the connection via the further ground connection GG can be detected.
  • regular operation also illustrated here with solid arrows of appropriate thickness, flows a majority of the current flows due to existing in the components of the electrical system parasitics on the common ground terminal GM and only a comparatively small share on the other ground terminal GG.
  • the entire current flows via the common ground connection GM.
  • a reduction of a current via the further ground connection GG compared to an "expected" value therefore allows a corresponding diagnosis of a fault in the further ground connection GG.
  • the at least one further ground connection GG can be provided at different positions, as long as this ensures that corresponding characteristic current distribution patterns are formed.
  • a further ground connection GG can also be provided on the internal combustion engine M if the measuring means are designed accordingly.
  • FIG. 5 shows a purely exemplary two-voltage on-board electrical system in the form of an equivalent circuit diagram.
  • the specified inductances and windings are summarized in the following table. In sum, they lead to the expression of the power distribution pattern explained above. Element Value Explanation

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Abstract

Eine Diagnoseeinrichtung (1) für ein Mehrspannungsbordnetz (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Mehrspannungsbordnetz (10) ein erstes Teilnetz (11), das mit einer ersten Spannung beaufschlagbar ist, und wenigstens ein weiteres Teilnetz (12), das mit wenigstens einer weiteren Spannung beaufschlagbar ist, aufweist, wobei die erste Spannung höher als die wenigstens eine weitere Spannung ist, und wobei das erste (11) und das wenigstens eine weitere Teilnetz (12) einen gemeinsamen Masseanschluss (GM) aufweisen, wird vorgeschlagen, bei dem wenigstens ein weiterer Masseanschluss (GG) vorgesehen ist, dem Messmittel zugeordnet sind, die dafür eingerichtet sind, einen Stromfluss über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) zu messen, und Diagnosemittel (2) vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, auf Grundlage des gemessenen Stromflusses über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebszustand des Mehrspannungsbordnetzes (10) eine Störung in dem gemeinsamen Masseanschluss (GM) und/oder dem wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) zu diagnostizieren.

Description

Beschreibung
Titel
DIAGNOSEEINRICHTUNG FÜR MEHRSPANNUNGSBORDNETZ , MEHRSPANNUNGSBORDNETZ UND VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES MEHRSPANNUNGSBORDNETZES
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung für ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs, ein entsprechendes Mehr- spannungsbordnetz sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrspannungs- bordnetzes gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Mehrspannungsbordnetze für Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich bekannt. Sie werden eingesetzt, weil aufgrund der zunehmenden Anzahl von elektrischen
Verbrauchern in Kraftfahrzeugen oftmals eine einzige Spannungsversorgung nicht mehr ausreicht und/oder Verbraucher mit unterschiedlichen Nennspannungen eingesetzt werden. Mehrspannungsbordnetze weisen typischerweise Teilnetze mit unterschiedlichen Spannungsniveaus von beispielsweise 12 und 42 V auf. Auch ist bekannt, Teilnetze über einen Gleichspannungswandler zu verbinden, damit diese über einen gemeinsamen Generator versorgt werden können.
Im Rahmen dieser Anmeldung werden überwiegend Zweispannungsbordnetze, also Mehrspannungsbordnetze mit nur zwei Teilnetzen unterschiedlicher Spannungsniveaus, betrachtet. Die Erfindung ist jedoch, wie unten erläutert, nicht auf Zweispannungsbordnetze beschränkt.
Die Teilnetze sind häufig an einen gemeinsamen Masseleiter angebunden. Dies lässt sich in der Praxis nicht ohne weiteres vermeiden, da anderenfalls z.B. elektrische Maschinen, die ihre Masseanbindung über das Gehäuse und eine mecha- nische Anbindung über den Verbrennungsmotor besitzen, elektrisch gegen den Verbrennungsmotor isoliert werden müssten. Eine derartige elektrische Isolation an einer mechanisch entsprechend stark beanspruchten Stelle ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden, da die Materialeigenschaften eines isolierenden Materials nicht immer mit den mechanischen Anforderungen vereinbar sind.
Aufgrund der gemeinsamen Masseanbindung tritt jedoch ein Problem auf, wenn die gemeinsame Masseleitung gestört ist. In diesem Fall kann es, wie unten im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert, zu einer Verpolung der elektrischen Ver- braucher in einem Teilnetz mit niedrigerer Spannung kommen.
Zum Schutz vor einer derartigen Verpolung schlägt die DE 199 61 622 A1 vor, in einem Zweispannungsbordnetz, das zwei galvanisch miteinander verbundene Teilnetze unterschiedlicher Spannungsniveaus aufweist, in denen elektrische Verbraucher angeordnet sind, parallel zu den elektrischen Verbrauchern in dem
Bordnetz mit der niedrigeren Spannung eine Schutzdiode anzuordnen.
Hierdurch wird bei einem Massefehler die Verpolungsspannung der elektrischen Verbraucher auf die Durchlassspannung der Diode begrenzt. In dem Bordnetz mit der niedrigeren Spannung kann eine Sicherung angeordnet sein, die auf die maximale Stromstärke der Diode abgestimmt ist. Eine ähnliche Lösung unter Verwendung einer Schutzdiode ist in der DE 101 38 477 A1 offenbart.
Die WO 01/47084 A1 schlägt vor, zur Erkennung einer Überspannung in einem Teilnetz mit niedrigerer Spannung eine Spannungsmesseinrichtung einzusetzen.
Erkennt diese eine Überspannung, werden die jeweils betreffenden Verbraucher vom Netz getrennt. Die EP 1 453 171 A1 schlägt zum Schutz von Verbrauchern entsprechende Schaltmittel vor. Die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen erweisen sich jedoch häufig als aufwendig und ineffektiv. Es besteht daher auch weiterhin der Bedarf nach Möglichkeiten, eine Verpolung von Verbrauchern im erläuterten Fall sicher zu erkennen und/oder zu verhindern. Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung für Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs, ein ent- sprechendes Mehrspannungsbordnetz und ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden Mehrspannungsbordnetzes mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich in einem entsprechenden Mehrspannungsbordnetz mit Teilnetzen unterschiedlicher Spannungsniveaus in sicherer Weise ein Verpolen eines Teilnetzes mit niedrigerer Span- nung (nachfolgend auch als "Niederspannungsnetz" bezeichnet) erkennen und/oder verhindern. Hierzu wird neben einem ersten, gemeinsamen Massean- schluss zusätzlich wenigstens ein weiterer Masseanschluss bereitgestellt, insbesondere in einem Teilnetz höherer Spannung (nachfolgend auch als "Hochspannungsnetz" bezeichnet). Über diesen wenigstens einen weiteren Massean- schluss wird ein Stromfluss gemessen und diagnostiziert. Die erfindungsgemäße
Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass sich aufgrund der Parasitäten in den jeweiligen Komponenten des Bordnetzes bei zwei oder mehr entsprechend angebrachten Masseanschlüssen in unterschiedlichen Betriebszuständen des Bordnetzes die Stromflüsse über diese Masseanschlüsse in charakteristischer Weise ausprägen und diagnostische Möglichkeiten bieten.
Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, wenigstens einen weiteren, redundanten Masseanschluss, und zwar insbesondere in einem Teilnetz höherer Spannung, bereitzustellen. Die Anbringung erfolgt dabei vorzugsweise an einer vorhandenen Komponente in dem Hochspannungsnetz (nachfolgend auch als "Hochvoltkomponente" bezeichnet). Vorteilhafterweise handelt es sich bei dieser Komponente um einen an einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angebrachten Generator, insbesondere einen Startergenerator, der mit diesem, beispielsweise über ein Gehäuse, leitend verbunden ist. We unten nä- her erläutert, kann eine Anbindung jedoch auch direkt an einer Brennkraftmaschine erfolgen.
Der wenigstens eine weitere Masseanschluss ist dabei mit einer Stromschätzein- richtung (im Rahmen dieser Anmeldung als "Messmittel" bezeichnet), ausgestattet, die dafür eingerichtet ist, einen Strom, der über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss fließt, zu messen, und mit einem Betriebszustand, wie unten erläutert, mittels ebenfalls vorgesehener Diagnosemittel zu plausibilisieren. Auf diese Weise ist ein Abriss oder eine anderweitige Unterbrechung bereits ei- nes der Masseanschlüsse erkennbar und eine Verpolung eines Bordnetzes kann zuverlässig vermieden werden.
Mittels der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen wird eine Alternative zu einer elektrischen Isolation entsprechender Hoch- bzw. Niedervoltkomponen- ten gegenüber einem Verbrennungsmotor geschaffen. Auf eine elektrische Isolation an mechanisch stark beanspruchten Stellen, die, wie erwähnt, häufig nur aufwendig zu bewerkstelligen ist, kann daher verzichtet werden.
Die Erfindung beruht, wie bereits angesprochen, darauf, dass sich aufgrund der Parasitäten in den Komponenten des Bordnetzes in unterschiedlichen Betriebs- zuständen charakteristische Stromverteilungsmuster ausbilden. Derartige Stromverteilungsmuster prägen sich bei hohen Strömen besonders gut aus, so dass eine erfindungsgemäße Diagnose vorteilhafterweise insbesondere während Startvorgängen einer Brennkraftmaschine erfolgt. Hierbei ergibt sich ein beträcht- licher Unterschied zwischen einem sogenannten Kalt- bzw. Erststart und einem sogenannten Warmstart. Details hierzu sind insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 unten erläutert.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind dabei insbesondere bei Kraftfahrzeu- gen nutzbar, bei denen im Kaltstart der Start der Brennkraftmaschine mittels eines sogenannten Ritzelstarters, also eines Startermotors, der an ein Teilnetz mit niedriger Spannung, das Niederspannungsnetz, angeschlossen ist, erfolgt. Im Warmstart erfolgt der Start einer Brennkraftmaschine in derartigen Systemen hingegen mittels eines motorisch betriebenen Startergenerators im Hochspannungsnetz.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass weiterer Masseanschluss und gemeinsamer Masseanschluss derart parallel geschaltet angeordnet sind, dass beim Starten der Brennkraftmaschine bei ungestörtem gemeinsamem Masseanschluss und ungestörtem weiterem Masseanschluss die über Starter und Startergenerator fließenden Ströme über den gemeinsamen Masseanschluss und den weiteren Masseanschluss fließen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass weiterer Masseanschluss und gemeinsamer Masseanschluss derart parallel geschaltet angeordnet sind, dass beim Kaltstart mittels des Startermotors ein überwiegender Anteil der auftretenden Ströme über den gemeinsamen Masseanschluss fließt, und der restliche, kleinere Anteil der auftretenden Ströme über den weiteren Masseanschluss.
Ferner oder alternativ ist es vorteilhaft dass weiterer Masseanschluss und gemeinsamer Masseanschluss derart parallel geschaltet angeordnet sind, dass beim Warmstart mittels des Startergenerators ein überwiegender Anteil der auf- tretenden Ströme über den weiteren Masseanschluss fließt, und der restliche, kleinere Anteil der auftretenden Ströme über den gemeinsamen Masseanschluss.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, jeweils entsprechende Ströme im Re- gelbetrieb durch eine Lernfunktion für unterschiedliche Betriebszustände des
Kraftfahrzeugs zu ermitteln und, z.B. in Diagnosemitteln, zu hinterlegen. Mit anderen Worten wird eine erfindungsgemäße Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung im Regelbetrieb kontinuierlich Ströme messen und hinterlegen. Weichen die über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss gemessenen Ströme von den hinterlegten Strömen ab, kann davon ausgegangen werden, dass zumindest einer der Masseanschlüsse gestört ist. In diesem Zusammenhang können entsprechende Schwellwerte bzw. Toleranzbereiche zum Einsatz kommen. Wenngleich die Erfindung hier überwiegend unter Bezugnahme auf Bordnetze mit zwei Teilnetzen beschrieben wird, kann die erfindungsgemäße Erkenntnis, dass sich in unterschiedlichen Betriebszuständen aufgrund der in einem
Bordnetz vorliegenden Parasitäten bei mehreren Masseanschlüssen charakteris- tische Stromverteilungsmuster ausprägen, auch bei Bordnetzen mit mehr als zwei Teilnetzen, also allgemein in Mehrspannungsbordnetzen, genutzt werden. Auch die Bereitstellung von mehreren weiteren Masseanschlüssen ist möglich und sinnvoll, weil auf diese Weise eine redundante Diagnose ermöglicht wird. Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Insbesondere die erläuterten Diagnosemittel können als Teil eines entsprechenden Steuergeräts ausgebildet sein. In einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist der weitere Massean- schluss direkt am Generato, angebracht, und die erläuterten Diagnosemittel sind als Teil einer Ansteuerung des Generators ausgebildet, insbesondere in den Generator integriert. Hierdurch wird die Verkabelung besonders einfach. In einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist der weitere Massean- schluss direkt am Startergenerator, angebracht, und die erläuterten Diagnosemittel sind als Teil einer Ansteuerung des Startergenerators ausgebildet, insbesondere in den Startergenerator integriert. Hierdurch wird die Verkabelung besonders einfach.
Auch die Implementierung des Schutz- und/oder Diagnoseverfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-
Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein Zweispannungsbordnetz im Regel- und Fehlerbetrieb in stark schematischer Darstellung.
Figur 2 zeigt ein Zweispannungsbordnetz mit einer Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
Figur 3 zeigt Strompfade in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Regel- und Fehlerbetrieb in einem ersten Betriebszustand.
Figur 4 zeigt Strompfade in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Regel- und Fehlerbetrieb in einem zweiten Betriebszustand.
Figur 5 veranschaulicht Parasitäten in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines vereinfachten Ersatzschaltbilds. Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist eine Zweispannungsbordnetz stark schematisch gezeigt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Es ist ein Regelbetrieb mit intaktem Masseanschluss GM und ein Fehlerbetrieb mit gestörtem, z.B. unterbrochenem, Masseanschluss
GM' dargestellt.
Das Zweispannungsbordnetz 10 verfügt über zwei Teilnetze 11 , 12, von denen ein erstes Teilnetz 1 1 das Teilnetz höherer Spannung und ein weiteres Teilnetz 12 das Teilnetz niedriger Spannung darstellt.
Das Teilnetz 1 1 weist einen ersten Energiespeicher B1 , beispielsweise eine Lithium-Ionen-Akkumulator, einen kapazitiven Speicher oder eine herkömmliche Fahrzeugbatterie, auf. Der erste Energiespeicher B1 stellt beispielsweise eine Spannung von +48 V bereit und ist masseseitig an einen gemeinsamen Masseanschluss GM angebunden. In dem ersten Teilnetz 1 1 ist ein durch ein vereinfachtes Ersatzschaltbild symbolisierter erster Verbraucher V1 angeordnet. In einem Regelbetrieb ergibt sich in dem ersten Teilnetz 11 ein regulärer Stromfluss R1.
Das weitere Teilnetz 12 umfasst ebenfalls einen Energiespeicher B2 und Verbraucher V2 und V3. Der Energiespeicher B2 kann wie der oben erläuterte Energiespeicher B1 ausgebildet sein und liefert eine niedrigere Spannung als dieser, beispielsweise eine Spannung von +12 V. In einem Regelbetrieb ergibt sich in dem zweiten Teilnetz 11 ein regulärer Stromfluss R2.
Erfolgt, wie durch den mit GM' bezeichneten Pfeil veranschaulicht, eine Unterbrechung der Masseanbindung an den gemeinsamen Masseanschluss GM, fließt ein Fehlerstrom F, aufgrund dessen die in dem weiteren Teilnetz 12 angeordne- ten Verbraucher V2 und V3 verpolt und mit einer entsprechenden
Verpolungsspannung von 36 Volt beaufschlagt werden.
In Figur 2 ist ein Zweispannungsbordnetz mit einer Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung 1 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dung dargestellt und insgesamt ebenfalls mit 10 bezeichnet. Das Zweispannungsbordnetz 10 umfasst die Komponenten, die bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert wurden, zeigt diese jedoch in einer alternativen Darstellung. In dem Zweispannungsbordnetz ist in dem ersten Teilnetz 11 der erste Energiespeicher B1 , wie bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert, dargestellt. Der erste Energiespeicher B1 ist über Schalter SW1 und SW2 schaltbar und an einen Masseanschluss GB1 angeschlossen. Ein zweiter Energiespeicher B2, wie ebenfalls zuvor erläutert, ist in dem weiteren Teilnetz 12 vorgesehen und an ei- nen Masseanschluss GB2 angeschlossen. Das Zweispannungsbordnetz umfasst eine Brennkraftmaschine M, die an einen Masseanschluss GM angebunden ist. Bei den Masseanschlüssen GM, GB1 und GB2 handelt es sich in der Regel um einen gemeinsamen Masseanschluss. Mit der Brennkraftmaschine M ist ein Generator G verbunden, der vorteilhafterweise als startfähiger Generator, d.h. als motorisch betreibbarer Generator, ausgebildet ist. Der Generator G ist mit der
Brennkraftmaschine M über ein Gehäuse leitend verbunden. Gleiches gilt für einen Startermotor S, beispielsweise in Form eines Ritzelstarters, der ebenfalls mit der Brennkraftmaschine M leitend verbunden ist. Der Generator G und der Startermotor S sind, zusammen mit nicht dargestellten weiteren Komponenten, an den ersten B1 bzw. zweiten B2 Energiespeicher angeschlossen.
Erfindungsgemäß ist eine Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung 1 vorgesehen, die auch entsprechende Diagnose- bzw. Auswertemittel 2 umfassen kann. Die Diagnose- und Auswertemittel 2 können dabei vorteilhafterweise in einem Steu- ergerät für die Brennkraftmaschine M vorgesehen sein. Die Schutz- und Diagnoseeinrichtung 1 überwacht einen weiteren Masseanschluss GG, über welchen ein Strom gemessen und in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Bordnetzes bzw. des Kraftfahrzeugs plausibilisiert werden kann. Hierdurch ist eine Unterbrechung eines der Masseanschlüsse GG bzw. GM detektierbar und eine Verpolung des Bordnetzes kann vermieden werden.
Figur 3 zeigt einen Strompfad in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Normal- und Fehlerbetrieb in einem ersten Betriebszustand, in diesem Fall bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine M mittels des Startermotors S. Die Figur 3 umfasst die wesentlichen Komponenten der Figur 2, die hier nicht erneut erläutert werden.
In der Figur 3 sind Fehlerströme mit gestrichelten Pfeilen und reguläre Ströme, d.h. Ströme, wie sie im Regelbetrieb ohne unterbrochene Masseleitungen auftreten, mit durchgezogenen Pfeilen veranschaulicht und mit F (Fehler) bzw. R (Regel) bezeichnet. Die Dicke der Pfeile entspricht größenordnungsmäßig den jeweils fließenden Stromanteilen bzw. Stromstärken.
Aufgrund der unten im Zusammenhang mit Figur 5 näher erläuterten Parasitäten in den Komponenten des Zweispannungsbordnetzes 10 fließt beim Start (mittels des Startermotors S) der Brennkraftmaschine M im Regelbetrieb, d.h. bei ungestörtem Masseanschluss GM, ein überwiegender Anteil (wie durch die dicken durchgezogenen Pfeile veranschaulicht) der auftretenden Ströme über den zweiten Energiespeicher B2, den Startermotor S, einen Motorblock der Brennkraftmaschine M und den gemeinsamen Masseanschluss GM. Ein geringerer Anteil fließt über den Masseanschluss GG der Schutz- und Diagnoseeinrichtung 1.
Im Fehlerfall, der, wie erwähnt, durch gestrichelte Pfeile veranschaulicht wird, und bei dem der gemeinsame Masseanschluss GM gestört ist, fließt ein Strom vom zweiten Energiespeicher B2 über den Startermotor S, die Brennkraftmaschine M, den Generator 1 und den Masseanschluss GG.
Somit kann beim Start (mittels des Startermotors S) der Brennkraftmaschine M festgestellt werden, dass eine Unterbrechung in der Masseanbindung der Brennkraftmaschine G vorliegt, wenn ein entsprechend hoher Strom über den wenigstens zweiten Masseanschluss der Schutz- und Diagnoseeinrichtung fließt. Eine entsprechende Auswerteeinrichtung 2 kann dabei über Schwellwertfunktionen verfügen, die einen maximalen Schwellwert für einen "zulässigen" Strom über den weiteren Masseanschluss GG definieren.
Figur 4 zeigt einen Strompfad in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Normal- und Fehlerbetrieb in einem zweiten Betriebszustand, in diesem Fall bei einem Warm- start der Brennkraftmaschine M mittels des (motorisch betriebenen) Generators G. Auch hier entsprechen die wesentlichen Komponenten jenen der Figuren 2 bzw. 3, weshalb diese nicht erneut erläutert sind.
Bei einem Warmstart kann eine Unterbrechung in der Anbindung über den weiteren Masseanschluss GG detektiert werden. Im Regelbetrieb, auch hier mit durchgezogenen Pfeilen entsprechender Dicke veranschaulicht, fließt ein überwiegender Anteil der Ströme aufgrund der in den Komponenten des Bordnetzes vorhandenen Parasitäten über den gemeinsamen Masseanschluss GM und nur ein vergleichsweise geringer Anteil über den weiteren Masseanschluss GG. Im Fehlerfall, in dem eine Unterbrechung in dem weiteren Masseanschluss GG vorliegt, fließt der gesamte Strom über den gemeinsamen Masseanschluss GM. Eine Verringerung eines Stroms über den weiteren Masseanschluss GG gegenüber einem "erwarteten" Wert lässt daher eine entsprechende Diagnose eines Fehlers in dem weiteren Masseanschluss GG zu.
Insgesamt können damit bei einer Unterbrechung oder Störung in entweder dem gemeinsamen Masseanschluss GM oder dem weiteren Masseanschluss GG entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, d.h. beispielsweise ein erster Energiespeicher höherer Spannung über Schalter SW1 und/oder SW2 vom
Bordnetz getrennt werden, um zu verhindern, dass eine Verpolung der Verbraucher V2 und V2 im Niederspannungsnetz erfolgt.
Wie erläutert, kann der wenigstens eine weitere Masseanschluss GG an unter- schiedlichen Positionen vorgesehen sein, soweit hierdurch gewährleistet ist, dass sich entsprechende charakteristische Stromverteilungsmuster ausbilden. Ein weiterer Masseanschluss GG kann auch an der Brennkraftmaschine M vorgesehen sein, wenn die Messmittel entsprechend ausgebildet sind.
In der Figur 5 ist ein rein beispielhaftes Zweispannungsbordnetz in Form eines Ersatzschaltbilds dargestellt. Die jeweils angegebenen Induktivitäten und Wder- stände sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst. Sie führen in Summe zur Ausprägung der oben erläuterten Stromverteilungsmuster. Element Wert Erläuterung
101 1-5 μΗ Induktivität (L) Zuleitung
102 1 nH L Schraubverbindung (Generator)
103 1 μΗ L Masse (Generator)
104 1 nH L Motorblock
105 200 nH L Masseband
106 1 nH L Schraubverbindung (Startermotor)
107 1-5 μΗ L Zuleitung (Startermotor)
1 11 2-8 mQ Widerstand (R) Zuleitung
1 12 250 μΩ R Schraubverbindung (Generator)
1 13 2,51 mQ R Masse (Generator)
1 14 10 μΩ R Motorblock
1 15 1 ,216 mQ R Masseband
1 16 250 μΩ R Schraubverbindung (Startermotor)
1 17 2-8 mQ R Zuleitung (Startermotor)

Claims

Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) für ein Mehrspannungsbordnetz (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Mehrspannungsbordnetz (10) ein erstes Teilnetz (1 1), das mit einer ersten Spannung beaufschlagbar ist, und wenigstens ein weiteres Teilnetz (12), das mit wenigstens einer weiteren Spannung beaufschlagbar ist, aufweist, wobei die erste Spannung höher als die wenigstens eine weitere Spannung ist, und wobei das erste (1 1) und das wenigstens eine weitere Teilnetz (12) einen gemeinsamen Masseanschluss (GM) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Masseanschluss (GG) vorgesehen ist, dem Messmittel zugeordnet sind, die dafür eingerichtet sind, einen Stromfluss über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) zu messen, und Diagnosemittel (2) vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, auf Grundlage des gemessenen Stromflusses über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebszustand des Mehrspannungsbordnetzes (10) eine Störung in dem gemeinsamen Masseanschluss (GM) und/oder dem wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) zu diagnostizieren.
Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass weiterer Masseanschluss (GG) und gemeinsamer Masseanschluss (GM) derart parallel geschaltet angeordnet sind, dass beim Starten der Brennkraftmaschine bei ungestörtem gemeinsamem Masseanschluss (GM) und ungestörtem weiterem Masseanschluss (GG) die über einen Starter (S) und einen Generator (G) fließenden Ströme über den gemeinsamen Masseanschluss (GM) und den weiteren Masseanschluss (GG) fließen.
3. Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiterer Masseanschluss (GG) und gemeinsamer Masseanschluss (GM) derart parallel geschaltet angeordnet sind, dass beim Kaltstart mittels des Starters (S) ein überwiegender Anteil der auftretenden Ströme über den gemeinsamen Masseanschluss (GM) fließt, und der restliche, kleinere Anteil der auftretenden Ströme über den weiteren Masseanschluss (GG).
Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch dass der Generator (G) als Startergenerator ausgebildet ist, und dass weiterer Masseanschluss (GG) und gemeinsamer Masseanschluss (GM) derart parallel geschaltet angeordnet sind, dass beim Warmstart mittels des Startergenerators (G) ein überwiegender Anteil der auftretenden Ströme über den weiteren Masseanschluss (GG) fließt, und der restliche, kleinere Anteil der auftretenden Ströme über den gemeinsamen Masseanschluss (GM).
Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
4, bei der der gemeinsame Masseanschluss (GM) an einer Brennkraftmaschine (M) des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, mit der wenigstens einige Komponenten (V1 , V2, V3, G, S) des ersten (11) und des wenigstens einen weiteren (12) Teilnetzes masseseitig verbunden sind.
Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach 1 einem der Ansprüche 1 bis
5, bei der der wenigstens eine weitere Masseanschluss (GG) ein Masseanschluss eines mit der Brennkraftmaschine (M) leitend verbundenen Generators (G) ist.
Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die erste Spannung 48 V und die wenigstens eine weitere Spannung 12 V oder 14 V beträgt.
Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Teilnetz (11) mittels wenigstens einer Spannungsquelle (B1 , G) mit der ersten Spannung und das wenigstens eine wei- tere Teilnetz (12) mittels zumindest einer weiteren Spannungsquelle (B2) mit der wenigstens einen weiteren Spannung beaufschlagbar ist.
Mehrspannungsbordnetz (10) für ein Kraftfahrzeug, das ein erstes Teilnetz (1 1), das mit einer ersten Spannung beaufschlagbar ist, und wenigstens ein weiteres Teilnetz (12), das mit wenigstens einer weiteren Spannung beaufschlagbar ist, aufweist, wobei die erste Spannung höher als die wenigstens eine weitere Spannung ist, und wobei das erste (11) und das wenigstens eine weitere Teilnetz (12) einen gemeinsamen Masseanschluss (GM) aufweisen, gekennzeichnet durch eine Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
10. Verfahren zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes (10) bzw. einer Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorstehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der dem wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) zugeordneten Messmittel wenigstens zeitweise ein Stromfluss über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) gemessen wird und die Diagnosemittel (2) auf Grundlage des gemessenen Stromflusses über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebszustand des Mehrspannungsbordnetzes (10) eine Störung in dem gemeinsamen Masseanschluss (GM) und/oder in dem wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) diagnostizieren.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der wenigstens eine Betriebszustand des Mehrspannungsbordnetzes (10) zumindest einen Kaltstart und einen Warmstart umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , bei dem eine Störung in dem gemeinsamen Masseanschluss (GM) dadurch diagnostiziert wird, dass bestimmt wird, dass der über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) gemessene Stromfluss einem in dem wenigstens einen Betriebszustand des Mehrspannungsbordnetzes (10) erwarteten Stromfluss nicht entspricht. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kaltstart die Störung in dem gemeinsamen Masseanschluss (GM) diagnostiziert wird, wenn der über den wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) gemessene Stromfluss einen maximalen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Warmstart die Störung in dem wenigstens einen weiteren Masseanschluss (GG) dadurch diagnostiziert wer, dass bestimmt wird, der der über den wenigstens einen gemeinsamen Masseanschluss (GM) gemessene Stromfluss einen maximalen Schwellwert übersteigt.
15. Verfahren nach Anspruch 12bei dem der erwartete Stromfluss jeweils auf Grundlage der in Komponenten (V1 , V2, V3, G, S) des Mehrspannungs- bordnetzes (10) vorliegenden Parasitäten ermittelt wird.
16. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 15 durchzuführen.
17. Computerprogramm mit auf einem computerlesbaren Datenträger gespeicherten Programmcodemitteln, die einen Computer oder eine entsprechenden Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15 durchzuführen, wenn sie auf dem Computer oder der entsprechenden Recheneinheit nach Anspruch 1 1 ausgeführt werden.
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