CN110944869B - 机动车用的车载网络系统以及运行机动车用的车载网络系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的车载网络(1)，其带有初级电网(2)和经由直流电压变换器(10)电气联接到初级电网(2)处的次级电网(3)，其中，初级电网(2)和次级电网(3)经由直流电压变换器(10)的阻塞二极管(11)彼此联接并且阻塞二极管(11)具有其从初级电网(2)向次级电网(3)的方向的穿通方向，并且其中，次级电网(3)关联有具有测量电阻的绝缘监视器(17)用于测定绝缘故障。在此设置成，阻塞二极管(11)为了其跨接并联有附加电阻(18)，使得借助于绝缘监视器(17)可测定初级电网(2)和次级电网(3)的共同的绝缘故障。

Description

机动车用的车载网络系统以及运行机动车用的车载网络系统 的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的车载网络，其带有初级电网(Primaerstromnetz)和经由直流电压变换器(Gleichspannungswandler)电气联接到初级电网处的次级电网，其中，初级电网和次级电网经由直流电压变换器的阻塞二极管(Sperrdiode)彼此联接并且阻塞二极管具有其从初级电网向次级电网的方向的穿通方向(Durchlassrichtung)，并且其中，次级电网关联有具有测量电阻的绝缘监视器(Isolationswaechter)用于测定绝缘故障。本发明另外涉及一种用于运行用于机动车的车载网络的方法。
背景技术
车载网络用于运行机动车的至少一个电消耗器(Verbraucher)。车载网络具有至少一个电压源，理想地然而具有多个电压源。例如电网中的每个(即不仅初级电网而且次级电网)相应关联有电源(Stromquelle)。优选地，车载网络用于运行机动车的驱动装置，其具有至少一个设计为电机的驱动器。驱动器通过车载网络可加载以电流。
驱动装置和因此驱动器用于驱动机动车，就此而言即提供针对机动车的驱动的驱动转矩。当然，驱动装置可设计为混合驱动装置，其除了该驱动器之外具有至少一个另外的驱动器。该驱动器和另外的驱动器特别优选地是不同的类型，例如另外的驱动器以内燃机的形式存在。在混合驱动装置的情况中特别优选地设置成，该驱动器和另外的驱动器至少有时共同提供驱动转矩。
由现有技术例如已知文件DE 102016009346 A1。其涉及一种用于机动车的电路组件，其包括：燃料电池堆、高压电池、功率电子的能量转换器(燃料电池堆经由其与高压电池在利用共同的势能连接部(Potenzialverbindung)的情况下电气连结)，绝缘监控装置(其设计用于监视在电路组件和根据运行与它电绝缘的地势能(Erdpotenzial)之间的绝缘电阻)和用于冷却燃料电池堆的冷却剂循环。冷却剂循环与共同的势能连接部电气连结，其中，绝缘监控装置接到共同的势能连接部与地势能之间。为了改善在包括电路组件的高压网络中的绝缘电阻的测量精确性，提出将冷却剂循环置于共同的势能连接部上并且将绝缘监控装置置于共同的势能连接部上。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于机动车的车载网络，其相对于已知的车载网络具有优点，尤其使能够借助于绝缘监视器针对绝缘故障简单且成本有利地检查车载网络。
这根据本发明利用根据本发明的车载网络来实现。在此设置成，阻塞二极管为了其跨接(Ueberbrueckung)并联有附加电阻(Zusatzwiderstand)，使得借助于绝缘监视器可测定初级电网和次级电网的共同的绝缘故障。
初级电网和次级电网经由直流电压变换器彼此联接。优选地，使初级电网和次级电网至少有时在不同的电压水平中运行，使得在次级电网中存在第一电压水平而在次级电网中存在与第一电压水平不同的第二电压水平。直流电压变换器用于在初级电网与次级电网之间和/或反过来传输电能。
优选地，直流电压变换器仅构造用于将电能从初级电网传输到次级电网中，从而即未设置有电能向反过来的方向的传输。特别优选地，在初级电网中存在第一电源，其例如设计为燃料电池等。借助于第一电源可在初级电网中提供电能并且经由直流电压变换器传输至次级电网。
直流电压变换器具有阻塞二极管，初级电网和次级电网经由其至少暂时地互相电连接。换言之，初级电网经由直流电压变换器的阻塞二极管联接到次级电网处。直流电压变换器优选地设计为充电泵(Ladungspumpe)。
次级电网关联绝缘监视器，其设置用于测定绝缘故障。绝缘监视器具有测量电阻。为了检查绝缘故障的存在，绝缘监视器将次级电网的电极经由测量电阻与第二极(优选地电气接地线(Masse))相连接。换言之，次级电网的极经由测量电阻与机动车的车身电连接。绝缘监视器以检验电压加载次级电网。如果次级电网已通电、即第二电压不同于零，则将检验电压叠加于第二电压。优选地，绝缘监视器以检验电压周期性地加载次级电网，其就此而言可作为矩形电压存在。
在以检验电压加载次级电网期间，测定流过测量电阻的电流的电流强度。如果电流强度偏离于所期望的电流强度或者如果在测量电阻处下降比所期望的更高的电压，则识别出存在绝缘故障。在该情况中尤其通过绝缘监视器引入合适的应对措施，例如进行故障指示并且/或者将故障条目(Fehlereintrag)写入故障存储器中。
在带有经由直流电压变换器彼此联接的初级电网和次级电网的车载网络的情况中，可借助于绝缘监视器基于阻塞二极管对绝缘故障首先仅检查次级电网。为了使能够对绝缘故障附加地检查初级电网，使附加电阻并联于阻塞二极管。换言之，附加电阻电气跨接阻塞二极管，使得初级电网和次级电网经由附加电阻互相电连接。在车载网络的这样的设计方案中现在可使用绝缘监视器用于测定初级电网和次级电网的共同的绝缘故障。
就此而言省下与初级电网相关联的并且用于测定在其中的绝缘故障的单独的绝缘监视器。而是借助于绝缘监视器检查这两个电网的共同绝缘故障的存在就足够。这使车载网络的成本有利的设计成为可能。优选地，附加电阻设计成高阻值，例如其具有至少1千欧姆、特别优选地至少5千欧姆、至少10千欧姆、至少50千欧姆或至少100千欧姆的电阻。利用这样的高阻值的附加电阻绝不会损害车载网络的功能。
本发明的另一设计方案设置成，初级电网具有第一初级电网接口和第二初级电网接口以及次级电网具有第一次级电网接口和第二次级电网接口，其中，第一初级电网接口和第一次级电网接口经由阻塞二极管和附加电阻而第二初级电网接口和第二次级电网接口直接地彼此联接。就此而言，这两个电网中的每个具有两个电网接口，电网经由其最终彼此电气联接。
第二初级电网接口和第二次级电网接口直接地并且优选地永久地互相电气连接并且尤其与电气接地线(优选地同样永久地)相连接。就此而言在第二初级电网接口和第二次级电网接口处存在相同的电势。而第一初级电网接口和第一次级电网接口仅间接地经由阻塞二极管和附加电阻彼此联接，其中，阻塞二极管和附加电阻电气并联地存在于这两个接口之间。之前已指出车载网络或这两个电网的这样的接线的优点。
在本发明的一改进方案的范围中设置成，在第一初级电网接口与第一次级电网接口之间与阻塞二极管电气串联有直流电压变换器的功率开关。之前已提及直流电压变换器例如设计为充电泵。功率开关形成直流电压变换器或者说这样的充电泵的组成部分。功率开关优选地电气联接在一方面第一初级电路接口与阻塞二极管和另一方面附加电阻之间。换言之，功率开关经由阻塞二极管和附加电阻电气联接到第一次级电网接口处。该接线同样实现车载网络的简单构造、尤其直流电压变换器的成本有利的结构。
在本发明的一优选改进方案的范围中可设置成，直流电压变换器的另外的功率开关一方面在第一初级电网接口与阻塞二极管之间而另一方面在第二初级电网接口处电气联接。经由另外的功率开关，就此而言阻塞二极管的背对第一次级电网接口一侧可与第二初级电网接口电气连接。另外的功率开关优选地页是前述充电泵的组成部分并且使直流电压变换器的已提及的成本有利的构造成为可能。
本发明的一改进方案设置成，绝缘监视器是联接到次级电网处的电池的组成部分。就此而言电池是前面已提及的第二电源。其是次级电网的组成部分或至少联接到次级电网处。电池优选地设计为高压电池。绝缘监视器通常已集成到这样的高压电池中，以便能够针对绝缘故障进行电池本身的检查。相应地无需另外的单独的绝缘监视器，既不用于检查次级电网也不用于检查初级电网。检查初级电网和次级电网的共同的绝缘故障即能够以极其少的硬件技术耗费来实现。
本发明的另一优选的设计方案设置成，电池经由至少一个开关接触器(Schaltschuetz)联接到次级电网处。借助于开关接触器电池可从次级电网电气解耦，尤其关于一个极或甚至多个极。尤其电池具有两个极，其中的至少一个(优选地然而两个)借助于开关接触器选择性地电气联接到次级电网处或从其解耦。换言之，电池的至少一个极或两个极在开关接触器的第一开关状态中电气联接到次级电网处而在第二开关状态中与其分离。
开关接触器使电池就此而言不仅从次级电网而且从初级电网解耦成为可能。倘若绝缘监视器是电池的组成部分，则为了检查共同绝缘故障的存在将开关接触器调节成使电池与次级电网电连接。在电池与次级电网之间设置开关接触器使车载网络或者说次级电网能够仅以来自初级电网的电能运行。
本发明的另一优选的设计方案设置成，至少一个消耗器电气联接在第一次级电网接口与第二次级电网接口之间。电消耗器例如以前面已提及的驱动器(尤其即电机)的设计存在。电消耗器布置在次级电网的次级电网接口之间的使消耗器能够仅以从第二电源或电池提取的电能运行。选择性地，此外消耗器能够以来自初级电网的电能来运行，其经由直流电压变换器被提供用于次级电网。
本发明的优选的另一实施形式设置成，在初级电网中存在构造为燃料电池的电源。前面已提及的第一电源设计为燃料电池。由燃料电池提供的电流可被用于运行在次级电流回路(Sekundaerstromkreis)中的消耗器并且/或者用于给电池充电。借助于燃料电池可保证以电流可靠地且持久地供应车载网络。
最后，在本发明的另一设计方案的范围中可设置成，与阻塞二极管串联有电感。电感如阻塞二极管一样是直流电压变换器的组成部分。其用于从初级电网在第一电压中所接收的电能的暂存。接着将该功率开关和/或另外的功率开关调节成使得暂存于电感中的电能在第二电压中被提供给次级电网。总地来说，由之前的实施方案得到直流电压变换器的特别成本有利的实现，其此外使能够借助于唯一的绝缘监视器针对初级电网和次级电网的共同的绝缘故障检查车载网络。
另外本发明涉及一种用于运行用于机动车的车载网络、尤其根据之前的实施方案的车载网络的方法，其中，车载网络具有初级电网和经由直流电压变压器电气联接到初级电网处的次级电网，其中，初级电网和次级电网经由直流电压变换器的阻塞二极管彼此联接并且阻塞二极管具有其从初级电网向次级电网的方向的穿通方向，并且其中，次级电网关联有具有测量电阻的绝缘监视器用于测定绝缘故障。在此设置成，阻塞二极管为了其跨接并联有附加电阻并且借助于绝缘监视器来测定初级电网和次级电网的共同的绝缘故障。
已探讨车载网络的这样的设计方案以及这样的工作方式的优点。不仅车载网络而且用于其运行的方法可根据之前的实施方案来改进，从而就此而言参照它们。
附图说明
接下来根据在附图中示出的实施例来详细阐述本发明，而在此不限制本发明。其中：
唯一的图1示意性示出了用于机动车的车载网络，其具有初级电网和次级电网。
具体实施方式
该图1示出用于机动车的车载网络1的示意图。车载网络1具有初级电网2和次级电网3。在初级电网2中设置有第一电源4，其优选地设计为燃料电池。而在次级电网3中设置有第二电源5，其以电池的形式存在。初级电网2和次级电网3至少暂时地互相电连接。在此，初级电网2具有第一初级电网接口6和第二初级电网接口7，而次级电网3具有第一次级电网接口8和第二次级电网接口9。
这两个电网2、3经由直流电压变换器10互相连接，其联接到第一初级电网接口6、第二初级电网接口7、第一次级电网接口8和第二次级电网接口9处。直流电压变换器10具有阻塞二极管11、电感12、功率开关13和另一功率开关14。功率开关13联接到第一初级电网接口6处。电感12在功率开关13的背对第一初级电网接口6的一侧上联接到该功率开关处。
在电感12的背对功率开关13的一侧上阻塞二极管11又联接到该电感处，而阻塞二极管11在其背对电感12的一侧上联接到第一次级电网接口8处。功率开关14一方面联接在电感12与阻塞二极管11之间而另一方面联接到第二初级电网接口7和第二次级电网接口9处。第二初级电网接口7和第二次级电网接口9此外直接地互相电连接。
在次级电网3中例如布置有至少一个消耗器15、在此处示出的实施例中两个消耗器15。消耗器15在此优选地永久地一方面联接到第一次级电网接口8处而另一方面联接到第二次级电网接口9处。消耗器15中的一个例如设计为用于驱动装置(尤其电机)的功率电子设备。而消耗器15中的另一个可设计为另外的直流电压变换器，经由其以电流在与在初级电网2中的电压和/或在次级电网3中的电压不同的电压的情况下来供应机动车的低压车载网络。
电源5优选地经由开关接触器16电气联接到次级电网3或者说这两个次级电网接口8、9处。就此而言，电源5可借助于开关接触器16与其电气解耦。另外设置有绝缘监视器17，其用于测定在车载网络1中的绝缘故障。在此处示出的实施例中绝缘监视器17并联于在次级电网3中的电源5布置。在优选的备选的设计方案中绝缘监视器17集成到电源5中，即形成其组成部分。
为了能够借助于绝缘监视器17不仅测定在次级电网3中的绝缘故障，阻塞二极管11并联有附加电阻18。附加电阻18优选地是高阻值的，即具有至少1千欧姆、至少5千欧姆、至少10千欧姆、至少50千欧姆或至少100千欧姆的电阻。优选地，在绝缘监视器17的此处未示出的测量电阻的设计中考虑附加电阻18的电阻值。尤其设计带有减少了附加电阻18的电阻值的电阻值的测量电阻。
为了确定初级电网2和次级电网3的共同绝缘故障，将开关接触器16操控成将电源5与次级电网3且因此与初级电网2电连接。接着讲绝缘监视器17操控成使得针对共同的绝缘故障的存在来检查车载网络1。
车载网络1的所说明的设计方案具有该优点，即可放弃仅用于测定在初级电网2中的绝缘故障的附加的绝缘监视器。而是可利用唯一的绝缘监视器17来检查在整个车载网络1(即初级电网2和次级电网3)中的绝缘故障的存在。相应地对于实现车载电网1可应用更少的耗费。还取消在检查绝缘故障的存在期间的功能耗费，因为否则存在于车载网络1中的多个绝缘监视器不允许同时测试绝缘故障以便不相互影响。

Claims (11)

1.一种用于机动车的车载网络系统，其带有初级电网(2)和经由直流电压变换器(10)电气联接到所述初级电网(2)处的次级电网(3)，其中，所述初级电网(2)和所述次级电网(3)经由所述直流电压变换器(10)的阻塞二极管(11)彼此联接并且所述阻塞二极管(11)具有其从所述初级电网(2)向所述次级电网(3)的方向的穿通方向，并且其中，所述次级电网(3)关联有具有测量电阻的绝缘监视器(17)用于测定绝缘故障，其特征在于，所述阻塞二极管(11)为了其跨接并联有附加电阻(18)，使得借助于所述绝缘监视器(17)能够测定所述初级电网(2)和所述次级电网(3)的共同的绝缘故障。
2.根据权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，所述初级电网(2)具有第一初级电网接口(6)和第二初级电网接口(7)以及所述次级电网(3)具有第一次级电网接口(8)和第二次级电网接口(9)，其中，所述第一初级电网接口(6)和所述第一次级电网接口(8)经由所述阻塞二极管(11)和所述附加电阻(18)而所述第二初级电网接口(7)和所述第二次级电网接口(9)直接地彼此联接。
3.根据权利要求2所述的车载网络系统，其特征在于，在所述第一初级电网接口(6)与所述第一次级电网接口(8)之间与所述阻塞二极管(11)电气串联有所述直流电压变换器(10)的功率开关(13)。
4.根据权利要求2所述的车载网络系统，其特征在于，所述直流电压变换器(10)的另外的功率开关(14)一方面电气联接在所述第一初级电网接口(6)与所述阻塞二极管(11)之间而另一方面联接到所述第二初级电网接口(7)处。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的车载网络系统，其特征在于，所述绝缘监视器(17)是联接到所述次级电网(3)处的电池(5)的组成部分。
6.根据权利要求5所述的车载网络系统，其特征在于，所述电池(5)经由至少一个开关接触器(16)联接到所述次级电网(3)处。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的车载网络系统，其特征在于，至少一个消耗器(15)电气联接在所述第一次级电网接口(8)与所述第二次级电网接口(9)之间。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的车载网络系统，其特征在于，在所述初级电网(2)中存在构造为燃料电池的电源(4)。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的车载网络系统，其特征在于，与所述阻塞二极管(11)串联有电感(12)。
10.一种用于运行用于机动车的车载网络系统的方法，其中，所述车载网络系统具有初级电网(2)和经由直流电压变换器(10)电气联接到所述初级电网(2)处的次级电网(3)，其中，所述初级电网(2)和所述次级电网(3)经由所述直流电压变换器(10)的阻塞二极管(11)彼此联接并且所述阻塞二极管(11)具有其从所述初级电网(2)向所述次级电网(3)的方向的穿通方向，并且其中，所述次级电网(3)关联有具有测量电阻的绝缘监视器(17)用于测定绝缘故障，其特征在于，所述阻塞二极管(11)为了其跨接并联有附加电阻(18)并且借助于所述绝缘监视器(17)来测定所述初级电网(2)和所述次级电网(3)的共同的绝缘故障。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法用于运行根据权利要求1-9中任一项所述的车载网络系统。
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