CN109415029A - 用于机动车的多电压控制装置，机动车及控制装置的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车(10)的控制装置(16)，控制装置具有用于接收第一车载电网(11)的第一供给电压(U1)的电的第一端子(17)和用于接收第二车载电网(12)的第二供给电压(U2)的电的第二端子(18)，其中，第二供给电压(U2)小于第一供给电压(U1)。本发明规定，提供用于联接第一和第二车载电网(11、12)的共同的地电势(15)的电的接地端子(19)，并且连接在第一端子(17)之后的开关装置(29)设置成，根据与在第二端子(18)和接地端子(19)之间的电势差相关的电压信号(30)阻断通过第一端子(17)的电流，其中，如果电压信号(30)表明在接地端子(29)和地电势(15)之间的电连接(20)中断(26)，则开关装置(29)中断电流。

Description

用于机动车的多电压控制装置，机动车及控制装置的运行 方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的控制装置，该控制装置联接到机动车的两个不同的车载电网上。例如，控制装置可为控制器。分别从第一和第二车载电网中接收的电流通过接地端子(anschluss)流出到第一和第二车载电网的共同的地电势中。本发明还包括一种具有两个车载电网和根据本发明的控制装置的机动车。最后，本发明也包括一种用于运行控制装置的方法。
背景技术
例如，当控制器根据第一供给电压控制电负载、例如电机，并且控制装置的内部控制电路自身应以较低的第二供给电压运行时，可设置用于控制装置的多电压供给部。
在具有多电压供给部、例如12伏和48伏的供给部的控制器或通常的控制装置中，通常必须使控制装置与两个车载电网形成的两个电流回路的电势隔离。电势隔离也使得与控制装置的两个分离的接地端子分离的接地引导。相反地，机动车的地电势常常被两个车载电网共同使用。
电势隔离的基础是，当在一方面控制装置的接地端子和另一方面地电势之间的电连接断开时，整体得到大的电流回路，该电流回路通过具有较大的供给电压(例如48伏)的第一车载电网经由控制装置引导到具有较小的供给电压(例如12伏)的第二车载电网并且从第二车载电网开始才通过地电势引导回第一车载电网。在控制装置之内没有电位分离的情况下，在第二车载电网(12伏)中导致第一供给电压(48伏)的回馈，由于这种回馈，第一车载电网的电压以相反的符号、也就是说作为负电压作用到第二车载电网上。在将具有48伏供给电压的第一车载电网和具有12伏供给电压的第二车载电网组合时，由此在第二车载电网的电负载上出现-36V的压降。但是，出于成本原因，相反地常常未保护这些负载。因此，目前使用的具有两个分离的用于控制装置的接地端子的电位分离解决方案是成本最适宜且最安全的方案。其防止了回馈。
例如，从专利文献WO 2005/013453 A1中已知具有多电压供给部的控制装置。这种控制装置具有用于如下情况的保护电路，即，由控制装置控制的电负载在车载电网中的一个中产生短路。
从专利文献EP 1 453 171 A1中已知用于使多种供给电压不同的车载电网运行的控制装置。这种控制装置也具有用于防止在电负载中的短路的电子保护电路，通过这种短路，流过控制装置的电流可能超过阈值。控制装置具有两个分离的接地端子。
从专利文献DE 19929305 A1中已知一种起动辅助线缆，其具有用于基于MOSFET开关中断电流的开关装置。
发明内容
本发明的目的是，在控制装置中为如下情况提供保护，即，控制装置以两种不同大小的供给电压运行并且在控制装置的接地端子和机动车的地电势之间出现电中断。
该目的通过独立权利要求的主题实现。通过从属权利要求、以下描述以及附图描述本发明的有利的改进方案。
通过本发明，提供一种用于机动车的控制装置。控制装置例如可为控制器。该控制装置具有两个用于接收相应的供给电压的电端子。电的第一端子设置成用于接收机动车的第一车载电网的第一供给电压。第一供给电压例如可为在30伏至60伏的范围中的、例如48伏的直流电压，或者为高电压，也就是说大于60伏的电压。电的第二端子设计成用于接收机动车的第二车载电网的第二供给电压。第二供给电压小于第一供给电压。第二供给电压例如可为在10伏至50伏的范围中的直流电压、例如12伏电压。此外，在控制装置中，提供用于联接第一和第二车载电网的共同的地电势的电的接地端子。
作为对所描述的回馈的保护，在第一端子之后连接开关装置，开关装置设置成，根据电压信号中断或阻断通过第一端子的电流。电压信号是与在第二端子和接地端子之间的电势差相关的信号。即，如果在第二端子和接地端子之间的电势差发生了改变，则电压信号也改变。如果电压信号满足了预定的切换条件，则开关装置阻断第一端子的电流。在此，开关装置设置成，如果电压信号表明在接地端子和地电势之间的电连接中断，则开关装置中断电流。可通过简单的试验确定在这种情况中电压信号可具有怎样的信号值。特别是规定，如果电势差是负的，即，如果(相对于地电势)接地端子的电势在值上大于第二端子的电势(例如当接地端子的电势相应于第一端子的电势时，是这种情况)，则开关装置中断电流。例如，如果将机动车的地电势设为0伏并且第一供给电压和第二供给电压比地电势大0，则在第二端子和接地端子之间的电势差是正的并且为第二供给电压的值。当在接地端子和地电势之间的电连接中断时，接地端子可具有电的第一端子的电势。由于第一供给电压大于第二供给电压，由此在第一端子和接地端子之间的电势差是负的。
通过本发明得到的优点是，在控制装置之内不需要电势隔离，并且尽管如此当在控制装置的接地端子和机动车的地电势之间的电连接中断时，不会出现所描述的回馈，第一车载电网的第一供给电压通过这种回馈对第二车载电网的电负载产生影响。
本发明也包括有利的改进方案，通过这些改进方案的特征得到附加的优点。
因此，与这种有效的保护一起，优选地也规定，接地端子设置成不仅完成/结束/闭合第一车载电网的而且完成/结束/闭合第二车载电网的电流回路。特别是，接地端子设置成唯一的接地端子。换句话说，两个车载电网通过控制装置的装置内部的接地引导元件电耦联。这种接地引导元件例如可为汇流排或金属电线或电路板(PCB)的金属层。由此，不需要为两个接地端子双重布线。
特别是规定，为了中断在第一端子上的电流，所述开关装置如此布置在控制装置中，使得开关装置连接在第一端子和控制输出部之间。控制输出部为电端子，第一车载电网的电设备、例如电机可联接到该电端子上。控制装置通过控制输出部控制第一车载电网的电设备。换句话说，通过控制装置控制控制输出部，也就是说，通过控制装置调整在控制输出部上提供的电压和/或在控制输出部上提供的电流。现在，通过开关装置连接在接收第一供给电压所用的第一端子和控制输出部之间，通过控制装置切换从而中断电流，无电流地或没有电流地切换每个联接到控制输出部上的电设备，而与电设备是否失效无关。
优选地规定，为了中断电流，开关装置具有晶体管。优选地规定，提供MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为晶体管。由此得到的优点是，开关装置能快速切换，也就是说，中断电流，使得不可能损坏第二车载电网的电负载。特别是，切换持续时间小于100毫秒，特别是小于50毫秒。
通过所描述的电压信号控制或者根据电压信号切换开关装置。电压信号描述在电的第二端子和接地端子之间的电势差。为了获取该电压信号，控制电路优选地具有控制晶体管。该晶体管称为控制晶体管，是因为其自身应当为与所描述的用于中断电流的晶体管不同的另一晶体管。如此接入控制晶体管，使得在其栅极端子和源极端子之间出现电压信号。由此，直接通过该电压信号切换或控制该控制晶体管。在接地端子和地电势之间有电连接时，此时得到正的栅极-源极-电压，并且控制晶体管切换。在接地端子和地电势之间的电连接断开时，得到负的栅极-源极-电压并且由此控制晶体管截止。其自身可直接用于切换或控制所描述的用于中断电流的另一晶体管的栅极。为此，通过控制晶体管的漏极-源极区间，可使实施另一晶体管的栅极与接地端子连接。
控制晶体管的另一优点是，与电压信号无关地，也可通过另一信号源的至少一个另外的切换信号切换开关装置。换句话说，控制晶体管用于断开耦联。由此优选地规定，开关装置设置成，从至少一个另外的信号源中接收相应的切换信号，以与所述电势差无关地同样切换开关装置，确切地说根据相应的切换信号切换。为此，通过相应的另外的控制晶体管接收该切换信号。由此，开关装置也用于在无故障的情况中、即在接地端子和地电势之间存在电连接时切换通过第一端子接收的供给电流的电流。
根据本发明的实施形式，设置用于切换开关装置的测试装置作为信号源，如果满足了预定的与电势差无关的测试条件，测试装置切换开关装置。例如，测试装置可设计成控制装置的微控制器或微处理的程序模块。因此，例如可将控制装置的自动测试设置成测试条件，该自动测试例如在控制装置调试时和/或以预定的时间间隔进行。
证实为特别有利的是，开关装置具有电容器，在电容器的电极之间出现电压信号。换句话说，例如在所描述的控制晶体管上，可在其栅极和源极之间接入电容器。通过电容器得到的优点是，零星出现的电压峰值不导致不期望地误激活开关装置，也就是说在第一端子上不期望的、不必要的电流中断。
如已经阐述的那样，本发明也包括一种机动车，机动车具有用于提供第一供给电压的第一车载电网和用于提供第二供给电压的第二车载电网。在此，第二供给电压低于第一供给电压。此外，为两个车载电网提供一个地电势。地电势例如可通过机动车的车身或机动车的车架形成。根据本发明的控制装置的实施形式联接到第一和第二车载电网和地电势上。通过控制装置，以有利的方式防止，当在机动车的地电势和控制装置的接地端子之间的电连接中断时，第一供给电压回馈到第二车载电网中。
根据本发明的机动车优选地构造成汽车，特别是乘用车或载重货车。
最终，本发明也包括一种用于控制用于机动车的控制装置的方法。该方法从以下出发，即，控制装置通过电的第一端子接收第一车载电网的第一供给电压并且通过电的第二端子接收第二车载电网的第二供给电压。又从以下出发，即，第二供给电压小于第一供给电压。根据该方法，提供用于联接第一和第二车载电网的共同的地电势的电的接地端子，并且连接在第一端子之后的开关装置根据所描述的电压信号(其当然与在第二端子和接地端子之间的电势差相关)，中断或阻断通过第一端子的电流。以所描述的方式，在此如此设计与电压信号的相关性，即，如果电压信号表明在控制装置的接地端子和机动车的地电势之间的电连接中断，开关装置阻断电流。
本发明也包括根据本发明的方法的改进方案，这些改进方案具有与已经结合根据本发明的控制装置的改进方案描述的相同的特征。出于这一原因，在此不再次描述根据本发明的方法的相应的改进方案。
附图说明
以下描述本发明的实施例。
其中：
图1示出了根据本发明的机动车的实施形式的示意图，以及
图2示出了根据本发明的控制装置的实施形式的示意图，该控制装置例如可提供在图1的机动车中。
具体实施方式
以下解释的实施例是本发明的优选的实施形式。在实施例中，所描述的实施形式的组件分别表明本发明的单个的、彼此独立的发明特征，这些特征也可分别彼此独立地改进本发明，并且进而单独地或者以与所示出的组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施形式也可通过已经描述的发明特征中的其它特征补充。
在图中，功能相同的元件分别设有相同的附图标记。
图1示出了机动车10，机动车例如可为汽车、特别是乘用车。机动车10可具有第一车载电网11和第二车载电网12。第一车载电网11的第一电压源13可在第一车载电网11中产生第一供给电压U1。第一电压源13例如可包括发电机和/或电池。第二车载电网12的第二电压源14可在第二车载电网12中产生第二供给电压U2。例如，第二电压源14例如可包括发电机和/或电池。第二供给电压U2小于第一供给电压U1。在图1中，出于说明性原因，第一供给电压U1＝48伏并且第二供给电压U2＝12伏。
在机动车10中，为两个车载电网11、12提供共同的地电势15，地电势15例如可基于机动车10的车身形成。控制装置16例如可联接到两个车载电网11、12上，控制装置16例如可为控制器。为了联接到第一车载电网11上，控制装置16可具有第一端子17，为了联接到第二车载电网12上，控制装置可具有第二端子18。为了将控制装置16联接到地电势15上，可提供接地端子19与地电势15相连接，电连接部20可联接到接地端子19上。例如，电连接部20可通过金属线或螺钉或绞合线束形成。在控制装置16之内，可通过接地引导元件21将从第一车载电网11中接收的供给电流I1和从第二车载电网12中接收的供给电流I2分别引导到接地端子19处。
在图1中举例示出，通过控制装置16可将第一设备22联接到控制装置16的控制端子23上，并且由此可通过控制端子或控制输出部23通过控制装置16切换或控制第一设备。例如，第一设备22可为电机，例如用于辅助机动车10的内燃机的电机。通过第二控制端子或控制输出部24，可通过控制装置16控制第二车载电网12的第二设备25。
图1示出了故障情况，在其中，出现了在接地端子19和地电势15之间的电连接20的中断26。如果在控制装置16中未设置保护措施，通过接地引导元件21可引起在第一端子17和第二端子18之间的电连接，第一供给电压U1通过回馈27作用到第二车载电网12上。由此，可导致故障电压28，对于开头描述的情况U1＝48伏、U2＝12伏来说，在图1中为故障电压给出了示例值(负36伏以及大于+12伏)。
在控制装置16中，有效地防止了这种回馈27。以下根据图2进行解释。
图2示出了控制装置16，在控制装置16中可提供开关装置29。开关装置29可连接在第一端子17和控制输出部23之间。开关装置29可具有用于切换供给电流I1的电流的晶体管T1。晶体管T1可为MOSFET。晶体管T1特别是为p-通道-MOSFET。第一端子17和控制输出部23可通过晶体管T1的漏极-源极-区间相联接。晶体管T1的栅极-源极-电压可借助于控制晶体管T2切换或者调整或者控制。晶体管T2特别是为n-通道-MOSFET。晶体管T2仅须是微弱信号晶体管，也就是说，其不必能够自身接通或阻断第一供给电压U1。
在图2中未示出附加的电构件，例如以已知的方式用于晶体管的工作点调整、稳定性措施和保护电路的电构件。
控制晶体管T2可使晶体管T1的栅极通过控制晶体管T2的漏极-源极-区间与接地端子19相连接。控制晶体管T2的栅极可与电的第二端子18耦联或联接。由此，作为控制晶体管T2的栅极-源极-电压，出现电压信号30，电压信号30与在第二端子18和接地端子19之间的电势差相关。可设置用于截获电压信号30的测量电阻31。通过电容器32可消除电压信号30的电压峰值，以防止开关装置29的误激活。
在控制晶体管T2的导电状态中，晶体管T1的栅极如此与接地端子19电连接，使得导电地接通晶体管T1。如果使控制晶体管T2切换到电阻断的状态中，则通过提升电阻33将晶体管T1的栅极的电势提高到第一端子17的电势上。由此，切换晶体管T1，也就是说，使晶体管T1切换到电阻断的状态中。这中断了供给电流I1的电流。
现在，如果出现电连接20的中断26，则在接地端子19上发生电压传输，接地端子19将0伏(地电势)引导给供给电压U2。相应地，为电压信号30得到从第二供给电压U2直至0伏的电压变化35。由此，以所描述的方式使控制晶体管T2从导电状态切换到电阻断的状态中，并且以所描述的方式通过晶体管T1中断供给电流I1的电流。由此防止，通过外壳引导元件21进行所描述的从第一车载电网11到第二车载电网12中的回馈27。通过使用晶体管T1的绝缘的栅极和晶体管T2，也不会出现通过开关装置29进行回馈27。
为了更高的安全要求，电路也可构造成冗余的。
为了测试目的，也就是说，为了测试激活或测试中断，同样可使另外的控制晶体管T2'与晶体管T2的栅极电连接。由此，例如可通过微控制器36同样控制开关装置29，以便将晶体管T1切换成电阻断。由此，微控制器36通过晶体管T2'和T2阻断晶体管T1并且以测试的方式中断在端子17上的供给。微控制器36例如可具有测试装置37，例如程序模块，以进行开关装置29的功能测试。由此，具有测试装置37的微控制器36是用于产生用于开关装置29的切换信号的信号源。在电子技术上，在晶体管T2'的端子之前的、引导到晶体管T2的栅极的输送线路中引入电阻，以在测试的情况中保护晶体管T2'以防过高的电流。然而，在图2中(也如在其它情况中那样)未示出大多用于工作点调整和构件保护的辅助构件。
由此，仅仅如果在内部的地电势和12伏供给部(U1-供给部)之间存在正电压时，在此示出的电路才释放48伏供给部(U2-供给部)。由此保证，在接地中断或暂时中断26时，48伏供给部对其它的组件没有有害作用。电路的特征在于其构件需求少。此外，电路不需要电供给部以用于切断并且由此是自保护的。该电路可与所有输出级类型共同使用。在控制器中，允许存在12伏高侧驱动器、12伏低侧驱动器，48伏高侧驱动器和48伏低侧驱动器。例如，这种驱动器可通过半桥和/或B6桥构成。同样，可集成所有类型的续流二极管/空载二极管(Freilaufdioden)。
由于利用开关装置29可将控制器的电势最大提升到已经从纯粹的12伏系统中已知并且得到验证的电压上，控制器不需要附加的安全措施。不需要电势隔离和/或不需要分离的接地引导。由此，该电路通过其所需的低成本而出众。
总地来说示例表明，通过本发明能提供在接地中断时用于12V/48V控制器的保护电路。

Claims (9)

1.一种用于机动车(10)的控制装置(16)，所述控制装置具有用于接收所述机动车(10)的第一车载电网(11)的第一电压源(13)的第一供给电压(U1)的电的第一端子(17)，以及
用于接收所述机动车(10)的第二车载电网(12)的第二电压源(14)的第二供给电压(U2)的电的第二端子(18)，其中，所述第二供给电压(U2)低于所述第一供给电压(U1)，
其中，提供用于联接第一车载电网(11)和第二车载电网(12)的共同的地电势(15)的电的接地端子(19)，其中，所述接地端子(19)设置成，不仅闭合所述第一车载电网(11)的而且闭合所述第二车载电网(12)的电流回路，连接在所述第一端子(17)之后的开关装置(29)设置成，根据与在所述第二端子(18)和所述接地端子(19)之间的电势差相关的电压信号(30)阻断通过所述第一端子(17)的电流，其中，如果所述电压信号(30)表明在所述接地端子(29)和所述地电势(15)之间的电连接(20)中断(26)，则所述开关装置(29)阻断电流，以防止通过接地引导元件(21)在所述电的第一端子(17)和所述电的第二端子(18)之间建立的电连接并且防止由此引起的所述第一供给电压(U1)到所述第二车载电网(12)上的回馈(27)。
2.根据权利要求1所述的控制装置(16)，其中，所述开关装置(29)连接在所述第一端子(17)和由所述控制装置(16)控制的、用于控制所述第一车载电网(11)的电设备的控制输出部(23)之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(16)，其中，为了中断电流，所述开关装置(29)具有晶体管(T1)，特别是MOSFET。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(16)，其中，为了获取所述电压信号(30)，所述开关装置(29)具有控制晶体管(T2)，在所述控制晶体管的栅极和源极之间出现所述电压信号(30)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(16)，其中，所述开关装置(29)设置成，从至少一个另外的信号源(36)接收相应的切换信号，以与所述电势差无关地通过相应的控制晶体管(T2')切换所述开关装置(29)。
6.根据权利要求5所述的控制装置(16)，其中，设置测试装置(37)作为信号源(36)，以用于在满足了预定的与所述电势差无关的测试条件时切换所述开关装置(29)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(16)，其中，所述开关装置(29)具有电容器(32)，在所述电容器的电极之间出现所述电压信号(30)。
8.一种机动车(20)，所述机动车包括：
提供第一供给电压(U1)的第一车载电网(11)，以及
提供第二供给电压(U2)的第二车载电网(12)，该第二供给电压(U2)低于所述第一供给电压(U1)，以及
用于两个车载电网(11、12)的地电势(15)，
其特征在于，
在所述第一车载电网(11)和所述第二车载电网(12)以及所述地电势(15)上联接有根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(16)。
9.一种运行用于机动车(10)的控制装置(16)的方法，其中，所述控制装置(16)通过电的第一端子(17)接收第一车载电网(11)的第一供给电压(U1)以及通过电的第二端子(18)接收第二车载电网(12)的第二供给电压(U2)，其中，所述第二供给电压(U2)低于所述第一供给电压(U1)，
其特征在于，提供用于联接所述第一和第二车载电网(11、12)的共同的地电势(15)的电的接地端子(19)，使连接在所述第一端子(17)之后的开关装置(29)根据与在所述第二端子(18)和所述接地端子(19)之间的电势差有关的电压信号(30)阻断通过所述第一端子(17)的电流。
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