DE102012215542A1

DE102012215542A1 - Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung für Mehrspannungsbordnetz, Mehrspannungsbordnetz und Verfahren zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes

Info

Publication number: DE102012215542A1
Application number: DE102012215542A
Authority: DE
Inventors: Paul Mehringer; Marc Eschenhagen; Michael Merkle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-04-11
Also published as: US20140350781A1; CN103874927A; CN103874927B; US9310411B2; FR2981166A1; WO2013050207A1

Abstract

Eine Schutz- und/oder 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

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung für ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs, ein entsprechendes Mehrspannungsbordnetz sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes 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 mechanische 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 1 erläutert, zu einer Verpolung der elektrischen Verbraucher 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 entsprechendes 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 Spannung (nachfolgend auch als "Niederspannungsnetz" bezeichnet) erkennen und/oder verhindern. Hierzu wird neben einem ersten, gemeinsamen Masseanschluss zusätzlich wenigstens ein weiterer Masseanschluss bereitgestellt, insbesondere in einem Teilnetz höherer Spannung (nachfolgend auch als "Hochspannungsnetz" bezeichnet). Über diesen wenigstens einen weiteren Masseanschluss 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. Wie unten näher erläutert, kann eine Anbindung jedoch auch direkt an einer Brennkraftmaschine erfolgen.
Der wenigstens eine weitere Masseanschluss ist dabei mit einer Stromschätzeinrichtung (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 eines 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. Niedervoltkomponenten 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 Betriebszuständen 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 beträchtlicher Unterschied zwischen einem sogenannten Kalt- bzw. Erststart und einem sogenannten Warmstart. Details hierzu sind insbesondere im Zusammenhang mit den 3 und 4 unten erläutert.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind dabei insbesondere bei Kraftfahrzeugen 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 auftretenden 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 Regelbetrieb 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 charakteristische 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 Masseanschluss 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 Masseanschluss 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 Zeichnungens
1 zeigt ein Zweispannungsbordnetz im Regel- und Fehlerbetrieb in stark schematischer Darstellung.
2 zeigt ein Zweispannungsbordnetz mit einer Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
3 zeigt Strompfade in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Regel- und Fehlerbetrieb in einem ersten Betriebszustand.
4 zeigt Strompfade in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Regel- und Fehlerbetrieb in einem zweiten Betriebszustand.
5 veranschaulicht Parasitäten in einem Zweispannungsbordnetz gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines vereinfachten Ersatzschaltbilds.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 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 11 das Teilnetz höherer Spannung und ein weiteres Teilnetz 12 das Teilnetz niedriger Spannung darstellt.
Das Teilnetz 11 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 11 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 angeordneten Verbraucher V2 und V3 verpolt und mit einer entsprechenden Verpolungsspannung von 36 Volt beaufschlagt werden.
In 2 ist ein Zweispannungsbordnetz mit einer Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung 1 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und insgesamt ebenfalls mit 10 bezeichnet. Das Zweispannungsbordnetz 10 umfasst die Komponenten, die bereits im Zusammenhang mit der 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 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 einen 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 Steuergerät 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.
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 3 umfasst die wesentlichen Komponenten der 2, die hier nicht erneut erläutert werden.
In der 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 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.
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 Warmstart der Brennkraftmaschine M mittels des (motorisch betriebenen) Generators G. Auch hier entsprechen die wesentlichen Komponenten jenen der 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 unterschiedlichen 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 5 ist ein rein beispielhaftes Zweispannungsbordnetz in Form eines Ersatzschaltbilds dargestellt. Die jeweils angegebenen Induktivitäten und Widerstände sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst. Sie führen in Summe zur Ausprägung der oben erläuterten Stromverteilungsmuster.

Element	Wert	Erläuterung
101	1–5 µH	Induktivität (L) Zuleitung
102	1 nH	L Schraubverbindung (Generator)
103	1 µH	L Masse (Generator)
104	1 nH	L Motorblock
105	200 nH	L Masseband
106	1 nH	L Schraubverbindung (Startermotor)
107	1–5 µH	L Zuleitung (Startermotor)
111	2–8 mΩ	Widerstand (R) Zuleitung
112	250 µΩ	R Schraubverbindung (Generator)
113	2,51 mΩ	R Masse (Generator)
114	10 µΩ	R Motorblock
115	1,216 mΩ	R Masseband
116	250 µΩ	R Schraubverbindung (Startermotor)
117	2–8 mΩ	R Zuleitung (Startermotor)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19961622 A1 [0006]
DE 10138477 A1 [0007]
WO 01/47084 A1 [0008]
EP 1453171 A1 [0008]

Claims

Schutz- und/oder 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, 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.
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 weitere 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 (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, gekennzeichnet durch eine Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb eines Mehrspannungsbordnetzes (10) bzw. einer Schutz- und/oder Diagnoseeinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, 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.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, 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.
Verfahren nach Anspruch 12 bei dem der erwartete Stromfluss jeweils auf Grundlage der in Komponenten (V1, V2, V3, G, S) des Mehrspannungsbordnetzes (10) vorliegenden Parasitäten ermittelt wird.
Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 15 durchzuführen.
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 11 ausgeführt werden.