DE102011079326A1 - Method and apparatus for monitoring a ground connection - Google Patents

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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Überwachen einer Masseverbindung (6) eines Spannungswandlers (4), mit einer Erfassungseinrichtung (2) mit einem ersten Erfassungsanschluss (5a) und einem zweiten Erfassungsanschluss (5b) zum Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen einem Masseanschluss (7) des Spannungswandlers (4) und einem Abschirmgehäuse (9) des Spannungswandlers (4), und einer Steuereinrichtung (3), welche mit der Erfassungseinrichtung (2) verbunden ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) in Abhängigkeit von der erfassten Spannungsdifferenz und einer Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers (4) anzusteuern.The invention relates to a device (1) for monitoring a ground connection (6) of a voltage converter (4), having a detection device (2) with a first detection terminal (5a) and a second detection terminal (5b) for detecting a voltage difference between a ground terminal (7 ) of the voltage converter (4) and a shielding housing (9) of the voltage converter (4), and a control device (3), which is connected to the detection device (2) and which is adapted to the voltage converter (4) in dependence to control the detected voltage difference and an output current of the voltage converter (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen einer Masseverbindung, insbesondere einer Massebandverbindung eines Leistungselektronikgehäuses in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug.The invention relates to a method and a device for monitoring a ground connection, in particular a ground strap connection of a power electronics housing in an electrically operated vehicle.

Stand der TechnikState of the art

In einer Leistungselektronik in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug können unterschiedliche leistungselektronische Einrichtungen, wie beispielsweise Pulswechselrichter, Batterieladegeräte und Gleichspannungswandler angeordnet sein. Die Leistungselektronik weist dabei zur elektromagnetischen Abschirmung häufig ein Gehäuse auf, welches über ein Masseband mit einem Massepotential, wie beispielsweise der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Das Masseband ist dabei für sehr hohe Stromstärken ausgelegt und weist einen niedrigen Widerstand auf, um hohe Ströme, welche durch die leistungselektronischen Einrichtungen erzeugt werden können, sicher gegen Masse ableiten zu können.In a power electronics in a hybrid or electric vehicle different power electronic devices, such as pulse inverters, battery chargers and DC-DC converters can be arranged. The power electronics in this case often has a housing for electromagnetic shielding, which is connected via a ground strap to a ground potential, such as the vehicle body. The ground strap is designed for very high currents and has a low resistance in order to safely divert high currents, which can be generated by the electronic power devices, to ground.

Zum Absicherung gegen Ausfälle, Beschädigungen oder sonstige Fehler des Massebandes werden üblicherweise redundante Massebänder über mehrere elektrische leitende Anschraubpunkte mit der Fahrzeugmasse kontaktiert.To protect against failures, damage or other errors of the ground strap usually redundant grounding straps are contacted via a plurality of electrically conductive Anschraubpunkte with the vehicle mass.

In der Druckschrift DE 10 2008 038 847 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gleichspannungswandlers offenbart, welche einen Messverstärker aufweist, der zur Ermittlung eines Spannungsabfalls zwischen einem gemeinsamen Massepotential des Gleichspannungswandlers und der Vorrichtung ausgebildet ist. In Abhängigkeit von dem Spannungsabfall kann ermittelt werden, ob ein Ausfall einer Masseverbindung aufgetreten ist.In the publication DE 10 2008 038 847 A1 a device for controlling a DC-DC converter is disclosed, which has a measuring amplifier, which is designed to detect a voltage drop between a common ground potential of the DC-DC converter and the device. Depending on the voltage drop can be determined whether a failure of a ground connection has occurred.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform eine Vorrichtung zum Überwachen einer Masseverbindung eines Spannungswandlers, mit einer Erfassungseinrichtung mit einem ersten Erfassungsanschluss und einem zweiten Erfassungsanschluss zum Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen einem Masseanschluss des Spannungswandlers und einem Abschirmgehäuse des Spannungswandlers, und einer Steuereinrichtung, welche mit der Erfassungseinrichtung verbunden ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler in Abhängigkeit von der erfassten Spannungsdifferenz und einer Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers anzusteuern.According to one embodiment, the present invention provides an apparatus for monitoring a ground connection of a voltage converter, comprising a detection device having a first detection terminal and a second detection terminal for detecting a voltage difference between a ground terminal of the voltage converter and a shielding housing of the voltage converter, and a control device connected to the detection device is connected, and which is adapted to drive the voltage converter in dependence on the detected voltage difference and an output current of the voltage converter.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein System mit einem Abschirmgehäuse, welches über eine Masseverbindung mit einem Massepotential verbunden ist, einem Gleichspannungswandler, welcher einen ersten Ausgangsanschluss aufweist, der mit dem Abschirmgehäuse verbunden ist, einem Energiespeicher, welcher zwischen einen zweiten Ausgangsanschluss des Gleichspannungswandlers und das Massepotential gekoppelt ist, und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren erster Erfassungsanschluss mit dem Massepotential verbunden ist, und deren zweiter Erfassungsanschluss mit dem Abschirmgehäuse verbunden ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem Abschirmgehäuse und dem Massepotential zu erfassen.According to a further embodiment, the invention provides a system having a shielding housing, which is connected via a ground connection to a ground potential, a DC-DC converter, which has a first output terminal which is connected to the shield, an energy storage, which between a second output terminal of the DC-DC converter and the ground potential is coupled, and a device according to the invention, whose first detection terminal is connected to the ground potential, and whose second detection terminal is connected to the shield case, wherein the device is adapted to detect a voltage difference between the shield case and the ground potential.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Masseverbindung zwischen einem Abschirmgehäuse eines Spannungswandlers und einem Massenanschluss des Spannungswandlers, mit den Schritten des Erfassens einer Spannungsdifferenz zwischen dem Abschirmgehäuse und dem Masseanschluss, des Erfassens einer Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers, des Vergleichens der erfassten Spannungsdifferenz mit einem von der erfassten Ausgangsstromstärke abhängigen Spannungsschwellwert, und des Ansteuerns des Spannungswandlers in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.According to another embodiment, the invention provides a method of monitoring a ground connection between a shield case of a voltage converter and a ground terminal of the voltage converter, comprising detecting a voltage difference between the shield case and the ground terminal, detecting an output current of the voltage converter, comparing the detected voltage difference with a voltage threshold value dependent on the detected output current level, and the driving of the voltage converter as a function of the result of the comparison.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine grundlegende Idee der Erfindung ist es, über eine Spannungsmessung zwischen dem Masseanschluss und einem Abschirmgehäuse eines Spannungswandlers erkennen zu können, ob ein Ausfall oder ein Fehler der Masseverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Masseanschluss aufgetreten ist. Ein derartiger Ausfall der Masseverbindung führt zu unerwünschten Strömen über andere elektrische Verbindungen zwischen dem Abschirmgehäuse und dem Masseanschluss, wie beispielsweise Hochspannungskabel oder sonstige Schirmanbindungen. Da der Widerstand dieser anderen elektrischen Verbindungen höher ist als der Widerstand der Masseverbindung, steigt die Spannungsdifferenz zwischen Abschirmgehäuse und Masseanschluss. Wenn die Spannungsdifferenz über einen Spannungsschwellwert steigt, kann auf einen Fehlerzustand der Masseverbindung zurückgeschlossen werden. Somit können Gegenmaßnahmen bei einem Ansteuern des Spannungswandlers eingeleitet werden, die die negativen Auswirkungen des Ausfalls der Masseverbindung kompensieren können.A basic idea of the invention is to be able to detect, via a voltage measurement between the ground connection and a shielding housing of a voltage converter, whether a failure or an error of the ground connection has occurred between the housing and the ground connection. Such a failure of the ground connection leads to undesirable currents via other electrical connections between the shield and the ground terminal, such as high voltage cable or other Schirmanbindungen. Since the resistance of these other electrical connections is higher than the resistance of the ground connection, the voltage difference between shielding housing and ground connection increases. If the voltage difference rises above a voltage threshold, an error condition of the ground connection can be deduced. Thus, countermeasures can be initiated in a drive of the voltage converter, which can compensate for the negative effects of the failure of the ground connection.

Die Vorrichtung greift dabei auf die Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers zurück, um die Aussagekraft der erfassten Spannungsdifferenz zu erhöhen. Je höher die momentane Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers ist, desto höher darf der Wert der erfassten Spannungsdifferenz liegen, ohne dass ein Fehlerzustand der Masseverbindung vorliegt. Durch die Einbeziehung der Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers ist eine genauere Diagnose eines Fehlerzustands der Masseverbindung möglich.The device uses the output current of the voltage converter to increase the significance of the detected voltage difference. The higher the instantaneous output current of the voltage converter, the higher may be the value of the detected voltage difference without a fault condition of the ground connection being present. By including the output current of the voltage converter, a more accurate diagnosis of a fault condition of the ground connection is possible.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf redundante Masseverbindungen verzichtet werden kann, wodurch Kosten, Material und Montagezeit eingespart werden können.Another advantage of the invention is that it can dispense with redundant ground connections, which costs, material and assembly time can be saved.

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auch nicht fachgerecht oder fehlerhaft angeschlossene Masseverbindungen erkannt werden können.Another advantage of the invention is that even non-expert or incorrectly connected ground connections can be detected.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gegenmaßnahmen variabel an die Fehlersituation angepasst werden können.Another advantage is that the countermeasures can be variably adapted to the error situation.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung beispielsweise dazu ausgelegt sein, den Spannungswandler derart anzusteuern, dass die Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers auf einen Stromschwellwert begrenzt ist, wenn die erfasste Spannungsdifferenz einen Spannungsschwellwert überschreitet. Dadurch kann ein Notbetrieb mit verminderter Ausgangsleistung des Spannungswandlers gewährleistet werden, ohne dass der über das Abschirmgehäuse abfließende Strom eine kritische Stromstärke überschreitet. Beispielsweise kann die Initialisierung dieses Notbetriebs in Verbindung mit einer Warnung an den Nutzer des Spannungswandlers, beispielsweise einen Fahrzeugführer eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer derartigen Vorrichtung erfolgen, so dass der Nutzer rasch eine Werkstatt aufsuchen kann.For example, in a preferred embodiment, the controller may be configured to drive the voltage converter such that the output current level of the voltage converter is limited to a current threshold when the sensed voltage difference exceeds a voltage threshold. As a result, an emergency operation with reduced output power of the voltage converter can be ensured without the current flowing out through the shielding housing exceeding a critical current. For example, the initialization of this emergency operation in conjunction with a warning to the user of the voltage converter, such as a driver of an electrically powered vehicle with such a device, so that the user can quickly visit a workshop.

Alternativ kann die Steuereinrichtung auch dazu ausgelegt sein, den Spannungswandler abzuschalten, wenn die erfasste Spannungsdifferenz einen Spannungsschwellwert überschreitet. Dies verhindert die Beschädigung von nicht für hohe Stromstärken ausgelegten Bestandteilen der Leistungselektronik in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug.Alternatively, the control device can also be designed to switch off the voltage converter if the detected voltage difference exceeds a voltage threshold. This prevents the damage of not designed for high amperages components of the power electronics in an electrically powered vehicle.

Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch einen Temperatursensor aufweisen, welcher mit der Steuereinrichtung verbunden ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Umgebungstemperatur des Spannungswandlers zu erfassen. Die Steuereinrichtung kann dann dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler derart anzusteuern, dass die Umgebungstemperatur des Spannungswandlers einen Temperaturschwellwert nicht überschreitet, wenn die erfasste Spannungsdifferenz einen Spannungsschwellwert überschreitet. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Verlustleistung über das Abschirmgehäuse unter Berücksichtigung der Erwärmung des Abschirmgehäuses begrenzt werden, so dass dauerhafte Beschädigungen von Bestandteilen der Leistungselektronik vermieden werden können.In a preferred embodiment, the device may also have a temperature sensor which is connected to the control device and which is designed to detect an ambient temperature of the voltage converter. The controller may then be configured to drive the voltage converter such that the ambient temperature of the voltage converter does not exceed a temperature threshold when the sensed voltage difference exceeds a voltage threshold. In this way, advantageously, the power loss can be limited by the shielding housing, taking into account the heating of the shield, so that permanent damage to components of the power electronics can be avoided.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the respective subclaims.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Überwachen einer Masseverbindung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic representation of an apparatus for monitoring a ground connection according to an embodiment of the invention;

2 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Vorrichtung zum Überwachen einer Masseverbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und 2 a schematic representation of a system with a device for monitoring a ground connection according to another embodiment of the invention; and

3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Überwachen einer Masseverbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 3 a schematic representation of a method for monitoring a ground connection according to another embodiment of the invention.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.In the figures of the drawing are identical and functionally identical elements, features and components - unless otherwise stated - each provided with the same reference numerals. It is understood that components and elements in the drawings are not necessarily to scale to each other for clarity and clarity.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Überwachen einer Masseverbindung 6. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Erfassungseinrichtung 2 und eine Steuereinrichtung 3, welche mit der Erfassungseinrichtung 2 verbunden ist. Die Vorrichtung 1 ist über die Steuereinrichtung 3 mit einem Spannungswandler 4, beispielsweise einem Gleichspannungswandler, gekoppelt. 1 shows a schematic representation of a device 1 for monitoring a ground connection 6 , The device 1 comprises a detection device 2 and a controller 3 , which with the detection device 2 connected is. The device 1 is about the controller 3 with a voltage converter 4 , For example, a DC-DC converter, coupled.

Die Erfassungseinrichtung 2 weist einen ersten Erfassungsanschluss 5a und einen zweiten Erfassungsanschluss 5b zum Erfassen einer Spannungsdifferenz US auf. Dazu kann die Erfassungseinrichtung 2 einen Operationsverstärker 2a aufweisen, welcher mit seinen Eingangsanschlüssen jeweils mit einem der Erfassungsanschlüsse 5a und 5b verbunden ist. Der Operationsverstärker 2a erfasst die Spannungsdifferenz US, die zwischen den zwei Erfassungsanschlüssen 5a und 5b anliegt und gibt ein Spannungssignal an eine Aufbereitungseinrichtung 2b aus. Die Aufbereitungseinrichtung 2b kann das Spannungssignal aufbereiten und als Erfassungssignal an die Steuereinrichtung 3 ausgeben. The detection device 2 has a first detection port 5a and a second detection terminal 5b for detecting a voltage difference U S. For this purpose, the detection device 2 an operational amplifier 2a having, with its input terminals in each case with one of the detection terminals 5a and 5b connected is. The operational amplifier 2a detects the voltage difference U S between the two detection terminals 5a and 5b is applied and outputs a voltage signal to a processing device 2 B out. The processing device 2 B can process the voltage signal and as a detection signal to the controller 3 output.

Die Steuereinrichtung 3 kann beispielsweise ein Mikroprozessor oder eine integrierte Schaltung sein und kann dazu ausgelegt sein, das Erfassungssignal der Erfassungseinrichtung 2 auszuwerten. Die Steuereinrichtung 3 kann beispielsweise das Erfassungssignal mit einem Spannungsschwellwert UTh vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich den Spannungswandler 4 ansteuern. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Vergleich in der Aufbereitungseinrichtung 2b durchgeführt wird, so dass das Erfassungssignal als Bitwert in die Steuereinrichtung 3 eingegeben wird.The control device 3 For example, it may be a microprocessor or an integrated circuit, and may be configured to receive the detection signal of the detector 2 evaluate. The control device 3 For example, the detection signal may be compared with a voltage threshold U Th and, depending on the comparison, the voltage converter 4 drive. Alternatively, it can also be provided that the comparison in the processing device 2 B is performed, so that the detection signal as a bit value in the control device 3 is entered.

Der Operationsverstärker 2a kann dazu ausgelegt sein, die Spannungsdifferenz US zwischen einem Masseanschluss 7 des Spannungswandlers 4 und einem Abschirmgehäuse 9 des Spannungswandlers 4 zu erfassen. Dazu wird beispielsweise der erste Erfassungsanschluss 5a mit dem Masseanschluss 7 und der zweite Erfassungsanschluss 5b mit dem Abschirmgehäuse des Spannungswandlers 4 verbunden. Gleichermaßen ist ein erster Ausgangsanschluss 4a des Spannungswandlers 4 sowohl mit dem Abschirmgehäuse 9 als auch über die Masseverbindung 6 mit dem Masseanschluss 7 verbunden. The operational amplifier 2a may be adapted to the voltage difference U S between a ground terminal 7 of the voltage converter 4 and a shield case 9 of the voltage converter 4 capture. For example, this will be the first acquisition port 5a with the ground connection 7 and the second detection terminal 5b with the shielding housing of the voltage transformer 4 connected. Likewise, a first output port is 4a of the voltage converter 4 both with the shield case 9 as well as over the ground connection 6 with the ground connection 7 connected.

2 zeigt ein beispielhaftes System 10, in der die Vorrichtung 1 und der Spannungswandler 4 ausgestaltet sein können. Das System 10 kann beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wie einem Elektro- oder Hybridauto ausgestaltet sein. Ein Abschirmgehäuse 9 kann dabei eine Vielzahl von (nicht gezeigten) leistungselektronischen Komponenten, wie beispielsweise Pulswechselrichter, Batterieladegeräte und dergleichen umschließen. Unter Anderem kann das Abschirmgehäuse 9 einen Spannungswandler 4, wie beispielsweise einen Gleichspannungswandler bzw. DC/DC-Wandler 4, aufnehmen. Der erste Ausgangsanschluss 4a des Gleichspannungswandlers 4 ist dabei mit dem Abschirmgehäuse 9 verbunden, während ein zweiter Ausgangsanschluss 4b des Gleichspannungswandlers 4 einerseits mit einem Energiespeicher 8 und andererseits mit einem Bordnetzanschluss 4c des Fahrzeugs verbunden sein kann. Der Energiespeicher 8 kann beispielsweise eine Bordnetzbatterie 8a aufweisen, welche eine Spannung von zum Beispiel 12 Volt bereitstellen kann. 2 shows an exemplary system 10 in which the device 1 and the voltage converter 4 can be configured. The system 10 may be configured, for example, in an electrically powered vehicle such as an electric or hybrid car. A shielding housing 9 can thereby enclose a plurality of power electronic components (not shown), such as pulse inverters, battery chargers and the like. Among other things, the shield can 9 a voltage converter 4 , such as a DC-DC converter or DC / DC converter 4 , take up. The first output terminal 4a of the DC-DC converter 4 is with the shielding case 9 connected while a second output terminal 4b of the DC-DC converter 4 on the one hand with an energy storage 8th and on the other hand with a vehicle electrical system connection 4c the vehicle can be connected. The energy storage 8th For example, an electrical system battery 8a which can provide a voltage of, for example, 12 volts.

Das Abschirmgehäuse 9 ist seinerseits über eine Masseverbindung 6 mit einem Masseanschluss 7 verbunden. Der Masseanschluss 7 kann beispielsweise die Karosserie eines Fahrzeugs sein. Die Masseverbindung 6 kann beispielsweise ein Stromband oder Masseband sein, welches einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist und für hohe Stromstärken bzw. Stromdichten ausgelegt ist. Die Masseverbindung 6 kann dazu dienen, die von dem Gleichspannungswandler 4 abgegebenen Ausgangsströme IW über das Abschirmgehäuse 9 zu dem Masseanschluss 7 zu leiten. Bei ordnungsgemäß installierter und funktionsfähiger Masseverbindung 6 fließt dabei im Wesentlichen der gesamte Strom über die Masseverbindung 6 und nicht über andere Schirmanbindungen, über die das Abschirmgehäuse 9 mit dem Masseanschluss 7 verbunden sein kann.The shielding housing 9 is in turn via a ground connection 6 with a ground connection 7 connected. The ground connection 7 may be, for example, the body of a vehicle. The earth connection 6 may for example be a current band or ground strap, which has a low electrical resistance and is designed for high currents or current densities. The earth connection 6 can serve to that of the DC-DC converter 4 output current I W output through the shield 9 to the ground connection 7 to lead. With properly installed and functional ground connection 6 Essentially, the entire current flows through the ground connection 6 and not via other shield connections, via which the shielding housing 9 with the ground connection 7 can be connected.

Beispielhaft sind in 2 zwei Schirmanbindungen zwischen dem Abschirmgehäuse 9 und dem Masseanschluss 7 gezeigt, welche über elektrische Widerstände 7a und 7b verfügen. Die Schirmanbindungen können beispielsweise Hochspannungskabel oder andere Verbindungen umfassen, die nicht für hohe Stromstärken bzw. Stromdichten ausgelegt sind. Sollte die Masseverbindung 6 ausfallen oder defekt sein, fließen die von dem Gleichspannungswandler 4 ausgegebenen Ausgangsströme IW statt über die Masseverbindung 6 über die Widerstände 7a und 7b zu dem Masseanschluss 7. Dies kann zu einer hohen Temperaturentwicklung und/oder Defekten in den Schirmanbindungen führen. Daher ist es wichtig, dass der Ausfall oder ein Fehlerzustand der Masseverbindung 6 frühzeitig erkannt wird.Exemplary are in 2 two shield connections between the shielding housing 9 and the ground connection 7 shown what about electrical resistances 7a and 7b feature. The shield connections may include, for example, high voltage cables or other connections that are not designed for high currents or current densities. Should the ground connection 6 failing or defective, those from the DC-DC converter will flow 4 output currents I W instead of via the ground connection 6 about the resistances 7a and 7b to the ground connection 7 , This can lead to high temperature development and / or defects in the shield connections. Therefore, it is important that the failure or a fault condition of the ground connection 6 is detected early.

Dazu ist der erste Erfassungsanschluss 5a der Erfassungseinrichtung 2 mit dem Masseanschluss 7 verbunden und der zweite Erfassungsanschluss 5b der Erfassungseinrichtung 2 mit dem Abschirmgehäuse 9. Bei funktionstüchtiger Masseverbindung 6 ist der Gesamtwiderstand zwischen dem Masseanschluss 7 und dem Abschirmgehäuse 9 relativ gering, so dass der Masseanschluss 7 und das Abschirmgehäuse 9 substantiell auf demselben Potential liegen. Daher wird die von der Erfassungseinrichtung 2 erfasste Spannungsdifferenz US zwischen dem Masseanschluss 7 und dem Abschirmgehäuse 9 gering sein.This is the first detection port 5a the detection device 2 with the ground connection 7 connected and the second detection terminal 5b the detection device 2 with the shielding housing 9 , With functional earth connection 6 is the total resistance between the ground terminal 7 and the shield case 9 relatively low, leaving the ground connection 7 and the shield case 9 are substantially at the same potential. Therefore, that of the detector 2 detected voltage difference U S between the ground terminal 7 and the shield case 9 be low.

Wenn jedoch die Masseverbindung 6 einen Fehlerzustand aufweist, beispielsweise durch Korrosion, mechanische Lockerung, Durchbruch oder ähnliche Effekte, steigt die Spannungsdifferenz US auf einen Wert, der von dem Gesamtübergangswiderstand R der Schirmanbindungen und der zugehörigen elektrischen Widerstände 7a und 7b sowie der Ausgangsstromstärke IW des Gleichspannungswandlers 4 abhängig ist. US = IW × R However, if the ground connection 6 has a fault condition, for example due to corrosion, mechanical loosening, breakdown or similar effects, the voltage difference U S increases to a value which is the total contact resistance R of the shield connections and the associated electrical resistances 7a and 7b as well as the Output current I W of the DC-DC converter 4 is dependent. U S = I W × R

Die Erfassungseinrichtung 2 kann beispielsweise einen Vergleich der Spannungsdifferenz US mit einem Spannungsschwellwert UTh durchführen, um festzustellen, ob die Masseverbindung 6 einen Fehlerzustand aufweist oder nicht.The detection device 2 For example, a comparison of the voltage difference U S with a voltage threshold U Th can be performed to determine whether the ground connection 6 has a fault condition or not.

Weiterhin können die Schirmanbindungen ein gewisses Maß an Strom führen bzw. ein gewisses Maß an Verlustleistung in Form von Wärme aufnehmen bzw. abführen. Dabei sind die Belastungsgrenzen von dem System 10 abhängig. Beispielsweise ergibt sich bei einem Übergangswiderstand von R = 20 m Ohm und einer Ausgangsstromstärke IW = 40 Ampere des Gleichspannungswandlers 4 eine Spannungsdifferenz US = 0,8 Volt. Damit fällt eine Verlustleistung von P = 32 Watt an den Schirmanbindungen ab.Furthermore, the shield connections can carry a certain amount of current or absorb or dissipate a certain amount of power loss in the form of heat. Here are the load limits of the system 10 dependent. For example, results in a contact resistance of R = 20 m ohms and an output current I W = 40 amps of the DC-DC converter 4 a voltage difference U S = 0.8 volts. Thus, a power loss of P = 32 watts falls on the shield connections.

Um die Verlustleistung zu begrenzen oder Schädigungen der Schirmanbindungen zu vermeiden, kann die Steuereinrichtung 3 den Gleichspannungswandler 4 derart ansteuern, dass bei einem Erfassen einer Spannungsdifferenz US, die oberhalb des Spannungsschwellwerts UTh liegt, Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 3 den Gleichspannungswandler 4 abschalten.To limit the power loss or to avoid damage to the shield connections, the control device 3 the DC-DC converter 4 trigger such that when detecting a voltage difference U S , which is above the voltage threshold U Th , countermeasures are initiated. For example, the control device 3 the DC-DC converter 4 switch off.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 3 eine momentane Ausgangsstromstärke IW des Gleichspannungswandlers 4 auf einen Stromschwellwert ITh zu begrenzen. Dieser Schwellwert kann beispielsweise derart gewählt werden, dass die Verlustleistungen P über die Schirmanbindungen ein kritisches Maß nicht überschreiten. Hierzu kann die Steuereinrichtung 3 über einen Signaleingang verfügen, über den die jeweils momentane Ausgangsstromstärke IW des Gleichspannungswandlers 4 in die Steuereinrichtung 3 eingelesen wird. Die derart eingelesene Ausgangsstromstärke IW des Gleichspannungswandlers 4 kann ferner zur Einstellung des Spannungsschwellwerts UTh verwendet werden.It can also be provided that the control device 3 an instantaneous output current I W of the DC-DC converter 4 to limit to a current threshold I Th . This threshold value can be selected, for example, such that the power losses P do not exceed a critical level via the shield connections. For this purpose, the control device 3 have a signal input via which the respective instantaneous output current I W of the DC-DC converter 4 in the control device 3 is read. The thus read-in output current I W of the DC-DC converter 4 can also be used to set the voltage threshold U Th .

Bei einem eingeschränkten Betrieb des Gleichspannungswandlers 4 kann die Steuereinrichtung 3 weiterhin eine Warnung an den Nutzer des Systems 10, beispielsweise den Fahrzeugführer ausgeben, so dass dieser bei Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 4 im Notbetrieb eine Werkstatt zur Reparatur bzw. Überprüfung der Masseverbindung 6 ansteuern kann.In a limited operation of the DC-DC converter 4 can the controller 3 continue to warn the user of the system 10 For example, output the driver so that this when driving the DC-DC converter 4 in emergency operation, a workshop for repair or verification of the ground connection 6 can drive.

Das System 10 kann darüber hinaus über einen Temperatursensor 3a verfügen, welcher in der Nähe der Vorrichtung 1 bzw. des Gleichspannungswandlers 4, vorzugsweise im Inneren des Abschirmgehäuses 9 angeordnet ist, und welcher dazu ausgelegt ist, die Temperatur T in der Umgebung des Gleichspannungswandlers 4 zu erfassen. Die Steuereinrichtung 3 kann dann dazu ausgelegt sein, den Gleichspannungswandler 4 derart anzusteuern, dass die Umgebungstemperatur T des Gleichspannungswandler 4 einen Temperaturschwellwert TTh nicht überschreitet, wenn die erfasste Spannungsdifferenz US den Spannungsschwellwert UTh überschreitet. Dazu kann der Temperatursensor 3a mit der Steuereinrichtung 3 verbunden sein, und die erfasste Umgebungstemperatur T zur Auswertung an die Steuereinrichtung 3 übergeben.The system 10 can also have a temperature sensor 3a which is near the device 1 or the DC-DC converter 4 , preferably in the interior of the shielding housing 9 is arranged, and which is adapted to the temperature T in the vicinity of the DC-DC converter 4 capture. The control device 3 can then be designed to the DC-DC converter 4 to control such that the ambient temperature T of the DC-DC converter 4 does not exceed a temperature threshold value T Th when the detected voltage difference U S exceeds the voltage threshold value U Th . For this purpose, the temperature sensor 3a with the control device 3 be connected, and the detected ambient temperature T for evaluation to the controller 3 to hand over.

Die Steuereinrichtung 3 kann überdies weitere Informationen anderer in dem Abschirmgehäuse 9 angeordneter leistungselektronischer Komponenten erfassen und in die Auswertung der Spannungsdifferenz US sowie der Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 4 miteinbeziehen.The control device 3 In addition, other information in the other shielding in the housing 9 Arranged arranged power electronic components and in the evaluation of the voltage difference U S and the control of the DC-DC converter 4 to include.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 20 zum Überwachen einer Masseverbindung. Das Verfahren 20 kann insbesondere für den Betrieb des in 2 erläuterten Systems 10 eingesetzt werden. In einem ersten Schritt 21 erfolgt ein Erfassen einer Spannungsdifferenz US zwischen dem Abschirmgehäuse 9 und dem Masseanschluss 7. In einem zweiten Schritt 22 erfolgt ein Erfassen einer Ausgangsstromstärke IW des Spannungswandlers 4. In einem dritten Schritt 23 erfolgt ein Vergleichen der erfassten Spannungsdifferenz US mit einem von der erfassten Ausgangsstromstärke IW abhängigen Spannungsschwellwert UTh, so dass in einem vierten Schritt 24 in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Ansteuern des Spannungswandlers 4 erfolgen kann. 3 shows a schematic representation of a method 20 for monitoring a ground connection. The procedure 20 May in particular for the operation of in 2 explained system 10 be used. In a first step 21 there is a detection of a voltage difference U S between the shield 9 and the ground connection 7 , In a second step 22 there is a detection of an output current I W of the voltage converter 4 , In a third step 23 the detected voltage difference U S is compared with a voltage threshold value U Th dependent on the detected output current intensity I W , so that in a fourth step 24 depending on the result of the comparison, driving the voltage converter 4 can be done.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (9)

Vorrichtung (1) zum Überwachen einer Masseverbindung (6) eines Spannungswandlers (4), mit: einer Erfassungseinrichtung (2) mit einem ersten Erfassungsanschluss (5a) und einem zweiten Erfassungsanschluss (5b) zum Erfassen einer Spannungsdifferenz (US) zwischen einem Masseanschluss (7) des Spannungswandlers (4) und einem Abschirmgehäuse (9) des Spannungswandlers (4); und einer Steuereinrichtung (3), welche mit der Erfassungseinrichtung (2) verbunden ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) in Abhängigkeit von der erfassten Spannungsdifferenz (US) und einer Ausgangsstromstärke (IW) des Spannungswandlers (4) anzusteuern.Contraption ( 1 ) for monitoring a ground connection ( 6 ) of a voltage converter ( 4 ), comprising: a detection device ( 2 ) with a first detection terminal ( 5a ) and a second detection terminal ( 5b ) for detecting a voltage difference (U S ) between a ground terminal ( 7 ) of the voltage converter ( 4 ) and a shielding housing ( 9 ) of the voltage converter ( 4 ); and a control device ( 3 ), which with the detection device ( 2 ) and which is adapted to the voltage converter ( 4 ) in dependence on the detected voltage difference (U S ) and an output current strength (I W ) of the voltage converter ( 4 ) head for. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) derart anzusteuern, dass die Ausgangsstromstärke (IW) des Spannungswandlers (4) auf einen Stromschwellwert (ITh) begrenzt ist, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (US) einen Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.Contraption ( 1 ) according to claim 1, wherein the control device ( 3 ) is adapted to the voltage converter ( 4 ) in such a way that the output current intensity (I W ) of the voltage converter ( 4 ) is limited to a current threshold (I Th ) when the detected voltage difference (U S ) exceeds a voltage threshold (U Th ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) abzuschalten, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (US) einen Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.Contraption ( 1 ) according to claim 1, wherein the control device ( 3 ) is adapted to the voltage converter ( 4 ) to turn off when the detected voltage difference (U S ) exceeds a voltage threshold (U Th ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, weiterhin mit: einem Temperatursensor (3a), welcher mit der Steuereinrichtung (3) verbunden ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Umgebungstemperatur (T) des Spannungswandlers (4) zu erfassen; wobei die Steuereinrichtung (3) weiterhin dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) derart anzusteuern, dass die Umgebungstemperatur (T) des Spannungswandlers (4) einen Temperaturschwellwert (TTh) nicht überschreitet, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (US) einen Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.Contraption ( 1 ) according to claim 1, further comprising: a temperature sensor ( 3a ), which with the control device ( 3 ) and which is adapted to an ambient temperature (T) of the voltage converter ( 4 ) capture; the control device ( 3 ) is further adapted to the voltage converter ( 4 ) such that the ambient temperature (T) of the voltage transformer ( 4 ) does not exceed a temperature threshold (T Th ) when the detected voltage difference (U S ) exceeds a voltage threshold (U Th ). System (10), mit: einem Abschirmgehäuse (9), welches über eine Masseverbindung (6) mit einem Massepotential (7) verbunden ist; einem Gleichspannungswandler (4), welcher einen ersten Ausgangsanschluss (4a) aufweist, der mit dem Abschirmgehäuse (9) verbunden ist; einem Energiespeicher (8), welcher zwischen einen zweiten Ausgangsanschluss (4b) des Gleichspannungswandlers (4) und das Massepotential (7) gekoppelt ist; und einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren erster Erfassungsanschluss (5a) mit dem Massepotential (7) verbunden ist, und deren zweiter Erfassungsanschluss (5b) mit dem Abschirmgehäuse (9) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, eine Spannungsdifferenz (US) zwischen dem Abschirmgehäuse (9) und dem Massepotential (7) zu erfassen.System ( 10 ), comprising: a shielding housing ( 9 ), which via a ground connection ( 6 ) with a ground potential ( 7 ) connected is; a DC-DC converter ( 4 ), which has a first output terminal ( 4a ) which is connected to the shielding housing ( 9 ) connected is; an energy store ( 8th ) which is connected between a second output terminal ( 4b ) of the DC-DC converter ( 4 ) and the ground potential ( 7 ) is coupled; and a device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, whose first detection terminal ( 5a ) with the ground potential ( 7 ) and its second detection terminal ( 5b ) with the shielding housing ( 9 ), the device ( 1 ) is adapted to a voltage difference (U S ) between the shielding ( 9 ) and the ground potential ( 7 ) capture. System (10) nach Anspruch 5, wobei die Masseverbindung (6) ein niederohmiges Masseband umfasst.System ( 10 ) according to claim 5, wherein the ground connection ( 6 ) comprises a low impedance ground strap. Verfahren (20) zum Überwachen einer Masseverbindung (6) zwischen einem Abschirmgehäuse (9) eines Spannungswandlers (4) und einem Massenanschluss (7) des Spannungswandlers (4), mit den Schritten: Erfassen einer Spannungsdifferenz (US) zwischen dem Abschirmgehäuse (9) und dem Masseanschluss (7); Erfassen einer Ausgangsstromstärke (IW) des Spannungswandlers (4); Vergleichen der erfassten Spannungsdifferenz (US) mit einem von der erfassten Ausgangsstromstärke (IW) abhängigen Spannungsschwellwert (UTh); und Ansteuern des Spannungswandlers (4) in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.Procedure ( 20 ) for monitoring a ground connection ( 6 ) between a shielding housing ( 9 ) of a voltage converter ( 4 ) and a mass connection ( 7 ) of the voltage converter ( 4 ), comprising the steps of: detecting a voltage difference (U S ) between the shielding housing ( 9 ) and the ground connection ( 7 ); Detecting an output current (I W ) of the voltage converter ( 4 ); Comparing the detected voltage difference (U S ) with a voltage threshold (U Th ) dependent on the detected output current intensity (I W ); and driving the voltage converter ( 4 ) depending on the result of the comparison. Verfahren (20) nach Anspruch 7, wobei das Ansteuern des Spannungswandlers (4) ein Begrenzen der Ausgangsstromstärke (IW) des Spannungswandlers (4) auf einen Stromschwellwert (ITh) umfasst, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (US) den Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.Procedure ( 20 ) according to claim 7, wherein the driving of the voltage converter ( 4 ) limiting the output current (I W ) of the voltage converter ( 4 ) to a current threshold (I Th ) when the sensed voltage difference (U S ) exceeds the voltage threshold (U Th ). Verfahren (20) nach Anspruch 7, wobei das Ansteuern des Spannungswandlers (4) ein Abschalten des Spannungswandlers (4) umfasst, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (US) den Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.Procedure ( 20 ) according to claim 7, wherein the driving of the voltage converter ( 4 ) switching off the voltage converter ( 4 ) when the detected voltage difference (U S ) exceeds the voltage threshold (U Th ).
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