DE102014017571A1

DE102014017571A1 - Motor vehicle with a control device for an electric starter

Info

Publication number: DE102014017571A1
Application number: DE102014017571.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gaßner; Stefan Bartusch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: DE102014017571B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (18) für einen elektrischen Startermotor (14) eines Verbrennungsmotors (9) eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend: eine Leistungselektronikeinheit (15) zum abwechselnden Bestromen von Spulen des Startermotors (14) mit einem ersten Betriebsstrom (Im) und eine mit einem zweiten Betriebsstrom (Il) betreibbare Schaltelektronikeinheit (17) zum Schalten der Leistungselektronikeinheit (15) für das abwechselnde Bestromen. Ein Massepotentialanschluss (29) ist dazu ausgelegt, sowohl den ersten Betriebsstrom (Im) als auch den zweiten Betriebsstrom (Il) an ein Motormasseband (13) abzuführen. Das Kraftfahrzeug (1) soll mit geringem schaltungstechnischen Aufwand bei einem Motormassebandabriss vor einer Überspannung geschützt werden. Hierzu ist eine elektrische Senseleitung (27) zum Anschließen an ein Karosseriemassepotential (2) bereitgestellt und eine Auslöseeinrichtung (25) ist dazu ausgelegt, ein Potentialdifferenzsignal, das eine Potentialdifferenz zwischen der Senseleitung (27) und dem Massepotentialanschluss (29) beschreibt, zu erzeugen und in Abhängigkeit von dem Potentialdifferenzsignal eine Schutzmaßnahme (S) gegen die Überspannung auszulösen.The invention relates to a control device (18) for an electric starter motor (14) of an internal combustion engine (9) of a motor vehicle (1), comprising: a power electronics unit (15) for alternately energizing coils of the starter motor (14) with a first operating current (Im) and a switching electronic unit (17) operable with a second operating current (II) for switching the power electronics unit (15) for the alternate energizing. A ground potential connection (29) is designed to discharge both the first operating current (Im) and the second operating current (Il) to an engine ground band (13). The motor vehicle (1) should be protected against overvoltage with little circuit complexity in a motor mass band break. For this purpose, an electrical sense line (27) for connection to a body ground potential (2) is provided and a trigger device (25) is adapted to generate a potential difference signal which describes a potential difference between the sense line (27) and the ground potential terminal (29) depending on the potential difference signal to trigger a protective measure (S) against the overvoltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen elektrischen Startermotor eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Die Steuervorrichtung weist eine mit Niedervoltspannung betriebene Schaltelektronik und eine mit Mittelvoltspannung betriebene Leistungselektronik auf. Unter einer Niedervoltspannung ist im Zusammenhang mit der Erfindung eine elektrische Spannung zu verstehen, die betragsmäßig kleiner als 30 Volt, insbesondere kleiner als 20 Volt ist. Unter einer Mittelvoltspannung ist im Zusammenhang mit der Erfindung eine elektrische Spannung zu verstehen, die betragsmäßig kleiner als 60 Volt und größer als die Niedervoltspannung ist. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.The invention relates to a control device for an electric starter motor of an internal combustion engine of a motor vehicle. The control device has a switched with low voltage switching electronics and a medium-voltage power electronics. In the context of the invention, a low-voltage voltage is to be understood as meaning an electrical voltage which is less than 30 volts in absolute value, in particular less than 20 volts. In the context of the invention, a mean-volt voltage is to be understood as an electrical voltage which is less than 60 volts in magnitude and greater than the low-voltage voltage. The invention also includes a motor vehicle with the control device according to the invention.

Bei einem Kraftfahrzeug beziehen sich in der Regel alle elektrischen Verbraucher immer auf die gleiche Referenzmasse, d. h. ein gemeinsames elektrisches Massepotential, über welches insbesondere die Betriebsströme der elektrischen Verbraucher zurück zur Spannungsquelle geführt werden. Im Kraftfahrzeug ist das Massepotential in der Regel durch die Karosserie bereitgestellt, weshalb dieses Massepotential hier auch als Karosseriemassepotential bezeichnet ist. Dabei ist jedoch eine Besonderheit zu beachten. Alle elektrischen Verbraucher, die am Motorblock eines Verbrennungsmotors und/oder am Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs befestigt oder verbaut sind, haben als gemeinsames Massepotential zunächst den Antriebsstrang. Der Antriebsstrang ist dann wiederum an einer festgelegten Stelle mit einem so genannten Motormasseband definiert, d. h. mit einem vorbestimmten Höchstwiderstand, mit dem Karosseriemassepotential verbunden. Das Motorsmasseband kann beispielsweise eine Litze aus Kupfer oder Aluminium sein, die an einem elektrisch leitfähigen Bauteil des Motorblocks und/oder Antriebsstrangs einerseits und der Karosserie andererseits z. B. angelötet und/oder angeschraubt ist.In a motor vehicle, all electrical consumers always refer to the same reference mass, d. H. a common electrical ground potential, over which in particular the operating currents of the electrical consumers are fed back to the voltage source. In the motor vehicle, the ground potential is usually provided by the body, which is why this ground potential is also referred to herein as body ground potential. However, a special feature has to be considered. All electrical consumers that are attached or installed on the engine block of an internal combustion engine and / or on the drive train of the motor vehicle, as a common ground potential, first the drive train. The drive train is then in turn defined at a specified location with a so-called engine mass band, d. H. with a predetermined maximum resistance, associated with the body ground potential. The motor ground strap may for example be a strand of copper or aluminum, on an electrically conductive component of the engine block and / or drive train on the one hand and the body on the other hand z. B. soldered and / or screwed.

Somit gibt es in einem Kraftfahrzeug zwei Arten von Verbrauchern. Solche, die direkt mit dem Karosseriemassepotential verbunden sind, und solche, die sich eine gemeinsame Masse auf dem Antriebsstrang teilen, der wiederum mit dem Karosseriemassepotential verbunden ist.Thus, there are two types of consumers in a motor vehicle. Those that are directly connected to the body ground potential and those that share a common ground on the powertrain, which in turn is connected to the body ground potential.

Für elektrische Verbraucher, die über das gemeinsame Massepotential des Antriebsstrangs gekoppelt sind, ergibt sich somit folgender Stromkreis. Eine Niedervolt-Spannungsquelle, beispielsweise eine 12-Volt-Batterie, erzeugt einen Betriebsstrom, der über ein Niedervolt-Bordnetz zu dem jeweiligen elektrischen Verbraucher fließt und dann vom elektrischen Verbraucher über den Motorblock und/oder den Antriebsstrang und das Motormasseband zum Karosseriemassepotential, also beispielsweise dem Fahrzeugrahmen. Über das Karosseriemassepotential fließt der Betriebsstrom dann zurück zur Niedervolt-Spannungsquelle.For electrical consumers, which are coupled via the common ground potential of the drive train, thus resulting in the following circuit. A low-voltage power source, such as a 12-volt battery, generates an operating current that flows via a low-voltage electrical system to the respective electrical load and then from the electrical load via the engine block and / or the drive train and the engine mass band to the body ground potential, so for example the vehicle frame. The operating current then flows back to the low-voltage voltage source via the body ground potential.

Ein Kraftfahrzeug kann um eine weitere Spannungsebene ergänzt werden, nämlich um ein Mittelvolt-Bordnetz. Über das Mittelvolt-Bordnetz kann insbesondere ein elektrischer Startermotor oder kurz Starter für einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeug mit geringerem Betriebsstrom betrieben werden, als dies mit einem Niedervolt-Bordnetz möglich ist. Insbesondere hat sich die Verwendung eines RSG (RSG – riemengetriebener Starter-Generator) bewährt. Ein typischer Spannungswert für eine Mittelvoltspannung ist 42 Volt oder 48 Volt.A motor vehicle can be supplemented by a further voltage level, namely a medium-voltage vehicle electrical system. In particular, an electric starter motor or a short starter for an internal combustion engine of the motor vehicle can be operated with a lower operating current via the medium-voltage vehicle electrical system than is possible with a low-voltage vehicle electrical system. In particular, the use of a RSG (RSG - belt-driven starter generator) has proven itself. A typical voltage value for a medium voltage is 42 volts or 48 volts.

Auch bei einem solchen Kraftfahrzeug mit Niedervolt-Bordnetz und Mittelvolt-Bordnetz teilen sich die Niedervolt-Verbraucher und die Mittelvolt-Verbraucher die gleiche Masse, d. h. das Karosseriemassepotential. Im Falle eines Starters, der mit einem Mittelvolt-Betriebsstrom betrieben wird, wird diese Masse wie im bereits beschriebenen Fall über das Motormasseband mit dem Antriebsstrang verbunden. Mit anderen Worten fließt sowohl der Niedervolt-Betriebsstrom von Niedervolt-Verbrauchern als auch der Mittelvolt-Betriebsstrom von Mittelvolt-Verbrauchern über das Motormasseband zum Karosseriemassepotential und über dieses zurück zu den jeweiligen Spannungsquellen, d. h. der Niedervolt-Spannungsquelle und der Mittelvolt-Spannungsquelle. Als Mittelvolt-Spannungsquelle kann beispielsweise ebenfalls eine Batterie bereitgestellt sein.Even with such a motor vehicle with low-voltage electrical system and medium-voltage electrical system, the low-voltage consumers and the medium-voltage consumers share the same mass, d. H. the body mass potential. In the case of a starter, which is operated with a medium-volt operating current, this mass is connected as in the case already described via the engine mass band to the drive train. In other words, both the low-voltage operating current of low-voltage consumers and the medium-voltage operating current of medium-voltage loads on the engine mass band to the body ground potential and via this flows back to the respective voltage sources, d. H. the low-voltage power source and the medium-voltage power source. As a medium-voltage power source, for example, a battery may also be provided.

Beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Niedervolt-Bordnetz und einem Mittelvolt-Bordnetz hat man festgestellt, dass der gemeinsame Betrieb von Niedervolt-Verbrauchern und Mittelvolt-Verbrauchern über ein gemeinsam genutztes Motormasseband im Normalbetrieb unproblematisch ist. Wenn der elektrische Widerstand des Motormassebands aber über die Fahrzeuglebensdauer zunimmt, beispielsweise durch Korrosion, oder im Fehlerfall das Motormasseband sogar sich ablöst oder abfällt, können sich die Spannungsverhältnisse in dem Niedervolt-Bordnetz und/oder dem Mittelvolt-Bordnetz umdrehen. Im Falle eines 12 Volt-Bordnetzes und eines 48 Volt-Bordnetzes kann es dazu kommen, dass ein 12 Volt-Verbraucher mit einer Versorgungsspannung von –36 Volt beaufschlagt wird, also betragsmäßigen einer Überspannung, was zu einer Beschädigung des 12 Volt-Verbrauchers führen kann.When operating a motor vehicle with a low-voltage electrical system and a medium-voltage vehicle electrical system, it has been found that the common operation of low-voltage consumers and medium-voltage consumers via a common motor ground band in normal operation is unproblematic. But if the electrical resistance of the engine mass band but over the vehicle life increases, for example, by corrosion, or in case of failure, the motor mass even dissolves or drops, the voltage conditions in the low-voltage electrical system and / or the medium-voltage electrical system can turn around. In the case of a 12 volt electrical system and a 48 volt electrical system, it may happen that a 12 volt consumer is supplied with a supply voltage of -36 volts, so amount of an overvoltage, which can lead to damage of the 12 volt consumer ,

Um dem Effekt der Verpolung des 12 Volt-Verbrauchers zu begegnen, ist in der Regel vorgesehen, eine Masseisolierung aller Mittelvolt-Verbraucher bis zu einem definierten Sternpunkt an der Karosserie bereitzustellen. Diese Masseisolierung der elektrisch gleichen Masse innerhalb einer Komponente führt zu einem erhöhten Bauteilaufwand bei der Umsetzung dieser Anforderung. Dies macht ein Kraftfahrzeug mit einem Niedervoltbordnetz und einem Mittelvolt-Bordnetz in der Herstellung unerwünscht kostspielig. Die Umsetzung erfordert einen erheblichen Mehraufwand innerhalb der Komponente. Es ist eine differenzielle Übertragung der Steuersignale von einer von der Niedervolt-Seite auf die Mittelvolt-Seite nötig. Es muss ein unerwünscht großer Aufwand zur Entstörung und Erreichung der Störfestigkeit betrieben werden, da kein gemeinsames Potential innerhalb einer elektrischen Komponente verfügbar ist. Letztendlich ergibt sich dadurch auch ein erhöhter Bauraumbedarf zur Umsetzung der Maßnahmen.In order to counteract the effect of the polarity reversal of the 12 volt consumer, it is usually provided to provide a ground insulation of all medium-voltage consumers up to a defined neutral point on the body. This ground insulation of electrically equal mass within a component leads to an increased component complexity in the Implementation of this requirement. This makes a motor vehicle with a low-voltage electrical system and a medium-voltage electrical system in the manufacture undesirably expensive. The implementation requires considerable additional effort within the component. It is a differential transfer of the control signals from one of the low-voltage side to the medium-voltage side necessary. It must be an undesirably large effort to suppress interference and achieve immunity to interference, since no common potential is available within an electrical component. Ultimately, this also results in an increased space requirement for implementing the measures.

Aus der DE 11 2012 004 542 T5 ist eine Leistungsversorgungsvorrichtung zum Erzeugen einer Niedervoltspannung aus einem Hochvolt-Bordnetz bekannt. Die Hochvoltspannung wird mittels eines Schaltwandlers auf die Niedervoltspannung gewandelt. Die Leistungsversorgungsvorrichtung ist über Schrauben mit dem Karosseriemassepotential verbunden. Das Niedervolt-Bordnetz, in welches die gewandelte Spannung eingespeist wird, ist über das Motormasseband mit dem Karosseriemassepotential verbunden. Durch die Leistungsversorgungsvorrichtung wird ein ohmscher Widerstand des Motormassebandes überwacht, um eine Spannungsregelung des Schaltwandlers zu steuern.From the DE 11 2012 004 542 T5 is a power supply device for generating a low-voltage from a high-voltage electrical system known. The high-voltage is converted by means of a switching converter to the low-voltage. The power supply device is connected via screws to the body ground potential. The low-voltage electrical system, in which the converted voltage is fed, is connected via the engine ground band with the body ground potential. By the power supply device, an ohmic resistance of the motor ground band is monitored to control a voltage regulation of the switching converter.

Aus der DE 10 2011 079 326 A1 ist eine Vorrichtung zum Überwachen einer Masseverbindung eines Spannungswandlers beschrieben. Es wird eine Spannungsdifferenz zwischen einem Masseanschluss des Spannungswandlers und einem Abschirmgehäuse des Spannungswandlers erfasst und eine Steuervorrichtung steuert den Spannungswandler in Abhängigkeit von der erfassten Spannungsdifferenz und einer erfassten Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers an. Hierdurch kann ebenfalls die Spannungswandlung in Abhängigkeit vom Widerstand des Motormassebandes geregelt werden.From the DE 10 2011 079 326 A1 An apparatus for monitoring a ground connection of a voltage converter is described. A voltage difference between a ground connection of the voltage converter and a shielding housing of the voltage converter is detected, and a control device activates the voltage converter as a function of the detected voltage difference and a detected output current intensity of the voltage converter. As a result, the voltage conversion as a function of the resistance of the motor ground band can also be regulated.

Aus der DE 10 2008 038 847 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung eines Gleichspannungswandlers bekannt, die einen Schalter zu elektrischen Trennung der Signalmasseleitung vorsieht, wobei der Schalter dann geöffnet ist, wenn der Gleichspannungswandler aktiv ist und der Schalter dann geschlossen ist, wenn der Gleichspannungswandler inaktiv ist.From the DE 10 2008 038 847 A1 a device for controlling and regulating a DC-DC converter is known, which provides a switch for electrical isolation of the signal ground line, wherein the switch is open when the DC-DC converter is active and the switch is closed when the DC-DC converter is inactive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für einen elektrischen Startermotor bereitzustellen, deren Leistungselektronik an einem Mittelvolt-Bordnetz betrieben werden kann, ohne dass es bei einer Störung der Masseverbindung am Motormasseband zu einer Beschädigung des Kraftfahrzeugs durch die beschriebene Spannungsumkehr kommt.The invention has for its object to provide a control device for an electric starter motor, the power electronics can be operated on a medium-voltage electrical system without it comes in case of failure of the ground connection to the engine mass band to damage the motor vehicle by the voltage reversal described.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims.

Erfindungsgemäß bereitgestellt ist eine Steuergerät oder eine Steuervorrichtung für einen elektrischen Startermotor eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.Provided according to the invention is a control device or a control device for an electric starter motor of an internal combustion engine of a motor vehicle.

Die Steuervorrichtung weist einen Mittelvoltanschluss zum Empfangen eines Mittelvolt-Betriebsstroms von einer Mittelvolt-Spannungsquelle, beispielsweise einer Mittelvolt-Batterie und/oder eines Mittelvolt-Generators auf. Der Mittelvolt-Betriebsstrom ist ein elektrischer Strom, der bei der Mittelvoltspannung bereitgestellt wird, also z. B. bei 48 Volt. Eine mit dem Mittelvolt-Anschluss gekoppelte Leistungselektronikeinheit ist zum abwechselnden Bestromen von Spulen des Startermotors mit dem Mittelvolt-Betriebsstrom vorgesehen. Eine andere Bezeichnung für Leistungselektronikeinheit ist auch Leistungselektronik oder Leistungsendstufe. Die Leistungselektronikeinheit kann beispielsweise ein Wechselrichter sein, der zum Kommutieren des Mittelvolt-Betriebsstroms zwischen den Spulen beispielsweise Halbbrücken und/oder als Schaltelemente beispielsweise jeweils einen Transistor, beispielsweise einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) aufweisen kann. Der Mittelvolt-Betriebsstrom der Leistungselektronikeinheit ist im Folgenden auch als erster Betriebsstrom bezeichnet.The control device has a medium-voltage connection for receiving a medium-volt operating current from a medium-voltage power source, for example a medium-voltage battery and / or a medium-voltage generator. The medium-voltage operating current is an electric current that is provided at the medium-voltage, so z. At 48 volts. A power electronics unit coupled to the medium voltage terminal is provided for alternately energizing coils of the starter motor with the medium volt operating current. Another name for power electronics unit is also power electronics or power output stage. The power electronics unit can be, for example, an inverter, which can have, for example, a transistor, for example an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) for commutating the medium-voltage operating current between the coils, for example half bridges and / or as switching elements. The medium-voltage operating current of the power electronics unit is also referred to below as the first operating current.

Bei der Steuervorrichtung ist des Weiteren eine Schaltelektronikeinheit oder kurz Schaltelektronik bereitgestellt. Eine andere Bezeichnung für Schaltelektronikeinheit ist auch Steuerelektronik. Die Schaltelektronikeinheit ist zum Betreiben mit einem zweiten Betriebsstrom ausgelegt. Die Schaltelektronik ist zum Schalten der Leistungselektronikeinheit für das abwechselnde Bestromen bereitgestellt. Mit anderen Worten kann die Schaltelektronik dazu bereitgestellt sein, einen Wechselrichter und/oder Halbbrücken zu steuern, um beispielsweise Transistoren zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand zu schalten. Der zweite Betriebsstrom kann ebenfalls ein Mittelvolt-Betriebsstrom oder aber auch ein Niedervolt-Betriebsstrom sein. Ein Niedervolt-Betriebsstrom kann von einer Niedervolt-Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie und/oder einem Generator, bereitgestellt werden. Ein Niedervolt-Betriebsstrom ist ein elektrischer Strom, der bei der Niedervoltspannung bereitgestellt wird. Die Niedervolt-Spannungsquelle stellt eine betragsmäßig kleinere elektrische Spannung als die Mittelsvoltspannungsquelle bereit, beispielsweise 12 Volt.Furthermore, a control electronics unit or switching electronics is provided in the control device. Another name for electronic control unit is also control electronics. The switching electronics unit is designed to operate with a second operating current. The switching electronics are provided for switching the power electronics unit for the alternate energizing. In other words, the switching electronics may be provided to control an inverter and / or half-bridges, for example to switch transistors between a conducting and a blocking state. The second operating current may also be a medium-volt operating current or else a low-voltage operating current. A low voltage operating current may be provided by a low voltage power source, such as a battery and / or a generator. A low-voltage operating current is an electric current provided at the low-voltage. The low-voltage power source provides a smaller amount of electrical voltage than the medium-voltage power source, for example, 12 volts.

Die Steuervorrichtung weist auch einen Massepotentialanschluss auf, der dazu ausgelegt ist, sowohl den ersten Betriebsstrom als auch den zweiten Betriebsstrom an ein Motormasseband abzuführen. Der Massepotentialanschluss kann beispielsweise eine elektrische Verbindung zu einem Motorblock und/oder einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Über den Massepotentialanschluss können also sowohl ein Niedervolt-Stromkreis also ein Mittelvolt-Stromkreis geschlossen werden.The controller also includes a ground potential terminal configured to receive both the first operating current and the second dissipate second operating current to a motor mass band. The ground potential connection can provide, for example, an electrical connection to an engine block and / or a drive train of the motor vehicle. Thus, both a low-voltage circuit and a medium-voltage circuit can be closed via the ground potential connection.

Die Steuervorrichtung weist des Weiteren eine elektrische Senseleitung oder Sensorleitung auf, die zum Anschließen an ein Karosseriemassepotential ausgelegt ist. Mit anderen Worten kann mittels der Senseleitung die Steuervorrichtung direkt mit dem Karosseriemassepotential verbunden werden, sodass das Karosseriemassepotential unabhängig von dem Motormassenband in der Steuervorrichtung vorliegt oder abgegriffen werden kann oder bereitgestellt ist. Die Senseleitung kann beispielsweise durch einen Draht bereitgestellt sein. Die Senseleitung muss insbesondere nicht dazu ausgelegt sein, einen Betriebsstrom der Leistungselektronikeinheit und/oder der Schaltelektronikeinheit zu führen.The control device furthermore has an electrical sense line or sensor line which is designed for connection to a body ground potential. In other words, the control device can be connected directly to the body ground potential by means of the sense line, so that the body ground potential is present or can be tapped off or provided independent of the motor mass band in the control device. The sense line may be provided, for example, by a wire. In particular, the sense line need not be designed to carry an operating current of the power electronics unit and / or the switching electronics unit.

Die Steuervorrichtung weist des Weiteren eine Triggereinrichtung oder Auslöseeinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, ein Potentialdifferenzsignal, das eine Potentialdifferenz zwischen der Senseleitung und dem Massepotentialanschluss beschreibt, zu erzeugen und in Abhängigkeit von dem Potentialdifferenzsignal eine Schutzmaßnahme gegen eine Überspannung auszulösen. Mittels der Auslöseeinrichtung wird also insbesondere verhindert, dass bei einer Störung der elektrischen Verbindung im Bereich des Motormassebandes die beschriebene Überspannung über einer dafür nicht ausgelegten Komponente der Steuervorrichtung abfällt. Die Auslöseeinrichtung kann beispielsweise eine elektrische Schaltung der Steuervorrichtung sein und/oder ein Programmmodul einer Prozessoreinrichtung der Steuervorrichtung umfassen, beispielsweise eines Mikrocontrollers.The control device further comprises a triggering device or triggering device which is designed to generate a potential difference signal which describes a potential difference between the sense line and the ground potential connection and to trigger a protective measure against an overvoltage in dependence on the potential difference signal. By means of the triggering device is thus prevented in particular that in case of failure of the electrical connection in the region of the engine mass band, the described overvoltage drops over a non-designed component of the control device. The triggering device can be, for example, an electrical circuit of the control device and / or comprise a program module of a processor device of the control device, for example a microcontroller.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Schaltelektronikeinheit und die Leistungselektronikeinheit über einen gemeinsamen Massepotentialanschluss betrieben werden können, was zu einer Entstörung und Störfestigkeit der Steuervorrichtung, insbesondere der Schaltelektronikeinheit, beiträgt. Des Weiteren ist durch das Zusammenlegen der Massepotentiale für Schaltelektronikeinheit und Leistungselektronikeinheit eine Bauraum- und Gewichtsreduzierung ermöglicht, da Schaltungsteile gemeinsam sowohl für die Niedervolt-Komponenten und auch die Mittelvolt-Komponenten der Steuervorrichtung genutzt werden können.The invention provides the advantage that the switching electronics unit and the power electronics unit can be operated via a common ground potential connection, which contributes to a filtering and immunity to interference of the control device, in particular the electronic switching unit. Furthermore, by combining the ground potentials for the switching electronics unit and the power electronics unit, space and weight reduction are made possible, since circuit parts can be used jointly for both the low-voltage components and also the medium-voltage components of the control device.

In einer Ausführungsform ist die Auslöseeinrichtung dazu ausgelegt, als Schutzmaßnahme die Leistungselektronikeinrichtung in einen elektrisch sperrenden Zustand zu schalten. Mit anderen Worten wird der erste Betriebsstrom unterbrochen oder blockiert. Hier ergibt sich der Vorteil, dass die beschriebene Überspannung über der Leistungselektronikeinrichtung abfällt, die dies unbeschadet übersteht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Schutzmaßnahme ohne zusätzlichen Bauteilaufwand realisiert ist.In one embodiment, the triggering device is designed to switch the power electronics device into an electrically blocking state as a protective measure. In other words, the first operating current is interrupted or blocked. This results in the advantage that the overvoltage described above the power electronics device drops, this survives unscathed. This results in the advantage that the protective measure is realized without additional component complexity.

In einer Ausführungsform sind mehrere Komponenten der Leistungselektronikeinheit, beispielsweise Halbbrücken und/oder Transistoren, über eine interne Masseleitung mit dem Massepotentialanschluss verschaltet. Mit anderen Worten wird der erste Betriebsstrom über die interne Masseleitung gesammelt und zum Massepotentialanschluss geführt. Die beschriebene Auslöseeinrichtung ist elektrisch mit dieser internen Masseleitung verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Auslöseeinrichtung das Potentialdifferenzsignal für ein internes Massepotential ermittelt, welches auf alle Komponenten der Leistungselektronikeinheit bezogen ist.In one embodiment, a plurality of components of the power electronics unit, for example half bridges and / or transistors, are connected to the ground potential connection via an internal ground line. In other words, the first operating current is collected via the internal ground line and routed to the ground potential terminal. The tripping device described is electrically connected to this internal ground line. This results in the advantage that the triggering device determines the potential difference signal for an internal ground potential, which is related to all components of the power electronics unit.

In einer Ausführungsform sind die Leistungselektronikeinheit und die Schaltelektronikeinheit in einem elektrisch leitfähigen Gehäuse angeordnet. Über dieses Gehäuse ist die Steuerelektronikeinheit mit dem Massepotentialanschluss elektrisch verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Steuerelektronikeinheit und Leistungselektronikeinheit gegenüber elektrischen Störungen insbesondere elektrostatischer und/oder elektromagnetischer Art, abgeschirmt sind. Des Weiteren kann der zweite Betriebsstrom über das Gehäuse zum Massepotentialanschluss geführt werden, sodass Massepotentialschwankungen, wie sie durch einen besonders großen ersten Betriebsstrom in der internen Masseleitung verursacht werden können, nicht auf die Steuerelektronikeinheit übertragen werden.In one embodiment, the power electronics unit and the switching electronics unit are arranged in an electrically conductive housing. About this housing the control electronics unit is electrically connected to the ground potential terminal. This results in the advantage that the control electronics unit and power electronics unit are shielded against electrical interference, in particular of an electrostatic and / or electromagnetic nature. Furthermore, the second operating current can be conducted via the housing to the ground potential connection, so that ground potential fluctuations, which can be caused by a particularly large first operating current in the internal ground line, are not transmitted to the control electronics unit.

In einer Ausführungsform ist die Auslöseeinrichtung dazu ausgelegt, das Potentialdifferenzsignal im Betrieb der Steuervorrichtung kontinuierlich zu ermitteln. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise auch ein zeitlicher Verlauf der Potentialdifferenz bei der Entscheidung über das Auslösen der Schutzmaßnahme berücksichtigt werden.In one embodiment, the triggering device is designed to continuously determine the potential difference signal during operation of the control device. This can be taken into account in an advantageous manner, a time course of the potential difference in the decision on the triggering of the protective measure.

In einer Ausführungsform ist die Auslöseeinrichtung dazu ausgelegt, die Schutzmaßnahme auszulösen, falls das ermittelte Potentialdifferenzsignal betragsmäßig größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Schutzmaßnahme nur dann ausgelöst wird, falls durch ein defektes Massebandsignal auch tatsächlich eine Potentialdrift zwischen dem Motormassepotential einerseits und dem Karosseriemassepotential andererseits eingetreten ist. Dies verhindert eine unnötige Einleitung der Schutzmaßnahme, beispielsweise schon bei einen erhöhten elektrischen Widerstand des Motormassebandes.In one embodiment, the triggering device is designed to trigger the protective measure, if the determined potential difference signal is greater than a predetermined threshold value. This has the advantage that the protective measure is triggered only if a potential drift between the engine mass potential on the one hand and the body ground potential on the other hand has actually occurred due to a defective ground band signal. This prevents unnecessary initiation of the protective measure, for example, even at an increased electrical resistance of the engine mass belt.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Auslöseeinrichtung dazu ausgelegt, den Schwellenwert in Abhängigkeit von einem Mittelwert des Potentialdifferenzsignals einzustellen oder zu verändern. Mit anderen Worten weist die Auslöseeinrichtung eine Lernfunktion auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine alterungsbedingte und/oder verschleißbedingte Veränderung des elektrischen Widerstands des Motormassebands beim Auswerten des Potentialdifferenzsignals berücksichtigt werden kann. In a development of this embodiment, the triggering device is designed to set or change the threshold value as a function of an average value of the potential difference signal. In other words, the triggering device has a learning function. This results in the advantage that an aging-related and / or wear-related change in the electrical resistance of the engine ground belt can be taken into account when evaluating the potential difference signal.

In einer Ausführungsform ist die Auslöseeinrichtung dazu ausgelegt, die Schutzmaßnahme nur auszulösen, falls ein zeitlicher Verlauf des Potentialdifferenzsignals mit einem vorbestimmen Signalmuster übereinstimmt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Fehlauslösung vermieden werden, wie sie durch eine kurzzeitige Störung, beispielsweise eine Störung in einem Zeitdauerbereich von 0,1 Sekunden bis 5 Sekunden, auftreten kann. Eine Fehlauslösung kann beispielsweise durch einen Stromstoß, durch welchen über dem Motormasseband eine Spannungsspitze abfällt, die größer als der beschriebene Schwellenwert sein kann und gleich wieder abfällt, verursacht werden. Durch die Ausführungsform werden solche Kurzzeitstörungen kompensiert.In one embodiment, the triggering device is designed to trigger the protective measure only if a time profile of the potential difference signal coincides with a predetermined signal pattern. As a result, a false trip can be avoided in an advantageous manner, as it can occur due to a short-term disturbance, for example a fault in a period of time of 0.1 seconds to 5 seconds. A false trip can be caused, for example, by a surge, through which a voltage spike above the motor mass band, which may be greater than the described threshold value and immediately drops again, is caused. The embodiment compensates for such short-term disturbances.

In einer Ausführungsform beschreibt das Signalmuster einen Potentialsprung, bei welchem sich die Potentialdifferenz innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer um einen vorbestimmten Mindestwert dauerhaft ändert. Mit anderen Worten wird durch die Auslöseeinrichtung in dieser Ausführungsform die Schutzmaßnahme nur ausgelöst, falls die Potentialdifferenz sprunghaft ansteigt und/oder sich gemäß einer Stufenfunktion verändert. Die genannte Zeitdauer kann beispielsweise in einem Zeitdauerbereich von 0 Sekunden bis 1 Minute, insbesondere von 0 Sekunden bis 10 Sekunden liegen. Der genannte Mindestwert kann beispielsweise in einem Spannungswertbereich von 3 Volt bis 50 Volt, insbesondere von 10 Volt bis 50 Volt liegen. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Schutzmaßnahme nur bei einem vollständigen und/oder dauerhaften Ablösen des Motormassebandes ausgelöst wird.In one embodiment, the signal pattern describes a potential jump in which the potential difference changes permanently by a predetermined minimum value within a predetermined period of time. In other words, the protective measure is triggered by the triggering device in this embodiment only if the potential difference increases abruptly and / or changes according to a step function. The stated period of time may be, for example, in a time duration range of 0 seconds to 1 minute, in particular 0 seconds to 10 seconds. The mentioned minimum value can be, for example, in a voltage value range from 3 volts to 50 volts, in particular from 10 volts to 50 volts. This embodiment has the advantage that the protective measure is triggered only in the event of complete and / or permanent detachment of the engine ground belt.

Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Niedervolt-Spannungsquelle, die eine Niedervoltspannung bereitstellt, beispielsweise in einem Spannungswertbereich von 10 Volt bis 15 Volt, sowie die Mittelvolt-Spannungsquelle, die eine Mittelvoltspannung bereitstellt, die betragsmäßig größer als die Niedervoltspannung ist. Die Mittelvoltspannung liegt bevorzugt in einem Spannungswertbereich von 35 Volt bis 50 Volt. Das Kraftfahrzeug weist des Weiteren einen Verbrennungsmotor auf, der über ein elektrisch leitfähiges Motormasseband mit einem Karosseriemassepotential verbunden ist, beispielsweise mit einem Trägerbauteil und/oder einem Rahmen des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug weist des Weiteren einen elektrischen Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors auf. Der Startermotor ist eine elektrische Maschine, die beispielsweise eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein kann. Der Startermotor kann insbesondere ein riemengetriebener Starter-Generator sein.The invention also includes a motor vehicle. The motor vehicle includes a low voltage power supply providing a low voltage, for example, in a voltage range of 10 volts to 15 volts, and the midvolt voltage source providing a midvoltage that is greater in magnitude than the low voltage. The mid-voltage is preferably in a voltage range of 35 volts to 50 volts. The motor vehicle further comprises an internal combustion engine, which is connected via an electrically conductive engine ground belt with a body ground potential, for example with a support member and / or a frame of the motor vehicle. The motor vehicle furthermore has an electric starter motor for starting the internal combustion engine. The starter motor is an electric machine, which may be, for example, a synchronous machine or an asynchronous machine. In particular, the starter motor may be a belt-driven starter generator.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist gekennzeichnet durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Diese Steuervorrichtung ist in der folgenden Weise in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug verschaltet. Der Mittelvoltanschluss ist mit der Mittelvolt-Spannungsquelle und der Massepotentialanschluss mit dem Motormasseband elektrisch verbunden. Der Masterpotentialanschluss ist dabei motorseitig und/oder antriebsstrangseitig mit dem Motormasseband gekoppelt. Mit anderen Worten werden der zweite Betriebsstrom als auch der erste Betriebsstrom über den Massepotentialanschluss und das Motormasseband zu dem Karosseriemassepotential geführt, also zu der Karosserie. Bei der Steuervorrichtung ist die Senseleitung direkt mit dem Karosseriemassepotential elektrisch verbunden, also mit anderen Worten parallel zum Motormasseband geschaltet. Bei der Steuervorrichtung ist die Leistungselektronikeinheit zum abwechselnden Bestromen von Spulen des Startermotors an den Startermotor angeschlossen.The motor vehicle according to the invention is characterized by an embodiment of the control device according to the invention. This control device is connected in the following manner in the motor vehicle according to the invention. The medium-voltage connection is electrically connected to the medium-voltage power source and the ground potential connection to the engine ground. The master potential connection is coupled on the engine side and / or drive train side with the engine ground belt. In other words, the second operating current as well as the first operating current via the ground potential terminal and the motor ground band are routed to the body ground potential, ie to the body. In the control device, the sense line is electrically connected directly to the body ground potential, in other words connected in parallel to the motor ground band. In the control device, the power electronics unit is connected to the starter motor for alternately energizing coils of the starter motor.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist des Weiteren zumindest einen elektrischen Niedervolt-Verbraucher auf, welcher elektrisch zwischen die Niedervolt-Spannungsquelle und das Motormasseband geschaltet ist. Dieser Verbraucher ist auch bei einem Motormassebandabriss vor der Überspannung geschützt. Ein Beispiel für einen solchen Niedervolt-Verbraucher ist jeweils ein Motorsteuergerät für den Verbrennungsmotor, Zündspulen und (bei entsprechender Verschaltung) die Schaltelektronikeinheit.The motor vehicle according to the invention further comprises at least one electrical low-voltage consumer, which is electrically connected between the low-voltage power source and the motor ground band. This consumer is protected against overvoltage even with a motor mass band break. An example of such a low-voltage consumer is in each case an engine control unit for the internal combustion engine, ignition coils and (with appropriate interconnection) the electronic control unit.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:In the following an embodiment of the invention is described. This shows:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, 1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention,

2 einen schematisierten Schaltplan zu dem Kraftfahrzeug von 1, 2 a schematic circuit diagram to the motor vehicle of 1 .

3 einen schematisierten Schaltplan zum Veranschaulichen eines ersten möglichen Fehlerfalls und 3 a schematic circuit diagram illustrating a first possible error case and

4 einen schematisierten Schaltplan zum Veranschaulichen eines zweiten möglichen Fehlerfalls. 4 a schematic circuit diagram illustrating a second possible error case.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, however, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of each other, which also develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Bei dem Kraftfahrzeug 1 ist ausgehend von einem gemeinsamen Karosseriemassepotential 2 durch eine Niedervolt-Spannungsquelle 3 ein Niedervolt-Bordnetz 4 und durch eine Mittelvolt-Spannungsquelle 5 ein Mittelvolt-Bordnetz 6 gebildet. Das Niedervolt-Bordnetz 4 und das Mittelvolt-Bordnetz 6 können jeweils in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann durch das Niedervolt-Bordnetz 4 eine Klemme-30-Leitung gemäß DIN 72552 (DIN – Deutsche Industrienorm) bereitgestellt sein. Durch das Mittelvolt-Bordnetz 6 kann beispielsweise eine Klemme-40-Leitung bereitgestellt sein. 1 shows a motor vehicle 1 which may be, for example, a motor vehicle, in particular a passenger car. In the motor vehicle 1 is based on a common body ground potential 2 through a low voltage power source 3 a low-voltage electrical system 4 and by a medium-voltage source 5 a medium-voltage electrical system 6 educated. The low-voltage electrical system 4 and the medium-voltage electrical system 6 can each be configured in a conventional manner. For example, by the low-voltage electrical system 4 a terminal 30 line according to DIN 72552 (DIN - German Industrial Standard) be provided. Through the medium-voltage electrical system 6 For example, a clamp 40 line may be provided.

Das Karosseriemassepotential 2 kann beispielsweise in elektrisch leitfähigen Karosseriekomponenten, beispielsweise einem Fahrzeugrahmen und/oder einem Trägerbauteil und/oder einem Karosserieblech vorliegen. Das Karosseriemassepotential kann beispielsweise durch eine Klemme-31-Leitung gemäß DIN 72552 bereitgestellt sein.The body earth potential 2 can be present, for example, in electrically conductive body components, for example a vehicle frame and / or a carrier component and / or a body panel. The body ground potential can be determined, for example, by a terminal 31 line according to DIN 72552 be provided.

Die Niedervolt-Spannungsquelle 3 kann eine elektrische Niedervolt-Spannung Ul in einem Spannungswertebereich von beispielsweise 8 Volt bis 20 Volt, insbesondere 10 Volt bis 15 Volt, erzeugen. Die Niedervolt-Spannungsquelle 3 kann beispielsweise eine Batterie und/oder einen Generator umfassen. Die Mittelvolt-Spannungsquelle 5 kann eine Mittelvoltspannung Um in einem Spannungswertebereich von beispielsweise 20 Volt bis 60 Volt, insbesondere 35 Volt bis 55 Volt erzeugen. Die Mittelvolt-Spannungsquelle 5 kann beispielsweise eine Mittelvolt-Batterie sein. Bei der Niedervolt-Stromquelle und der Mittelvolt-Stromquelle handelt es sich insbesondere jeweils um eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle.The low voltage power source 3 can generate a low voltage electrical voltage Ul in a voltage range of, for example, 8 volts to 20 volts, in particular 10 volts to 15 volts. The low voltage power source 3 For example, it may include a battery and / or a generator. The midvolt voltage source 5 may generate a mid-voltage voltage Um in a voltage range of, for example, 20 volts to 60 volts, especially 35 volts to 55 volts. The midvolt voltage source 5 may be, for example, a medium-voltage battery. In particular, each of the low-voltage power source and the medium-voltage power source is a DC and / or DC voltage source.

Das Niedervolt-Bordnetz 4 kann eine oder mehrere erste Verbraucher 7 versorgen, die einerseits über das Niedervolt-Bordnetz 4 mit der Niedervolt-Spannungsquelle 3 verbunden sind und andererseits direkt über das Karosseriemassepotential 2 ebenfalls mit der Niedervolt-Spannungsquelle verbunden sind. Die ersten Verbraucher 7 können beispielsweise ein Autoradio und/oder eine Lichtanlage des Kraftfahrzeugs umfassen.The low-voltage electrical system 4 can be one or more first consumers 7 supply, on the one hand via the low-voltage electrical system 4 with the low voltage power source 3 are connected and on the other hand directly on the body ground potential 2 also connected to the low voltage power source. The first consumers 7 For example, a car radio and / or a lighting system of the motor vehicle may comprise.

Über das Niedervolt-Bordnetz 4 können auch ein oder mehrere zweite Verbraucher 8 versorgt werden. Die zweiten Verbraucher 8 können beispielsweise ein Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor 9 des Kraftfahrzeugs 1 umfassen. Die zweiten Verbraucher 8 sind ebenfalls über das Niedervolt-Bordnetz 4 mit der Niedervolt-Spannungsquelle elektrisch verbunden. Die zweiten Verbraucher 8 sind nicht direkt mit dem Karosseriemassepotential elektrisch verbunden. Eine Masseverbindung ergibt sich bei den zweiten Verbrauchern 8 über einen Motorblock 9 eines Verbrennungsmotors 10 und/oder einen Antriebsstrang 11 des Kraftfahrzeugs 1. Die zweiten Verbraucher 8 stellen elektrische Niedervolt-Verbraucher im Sinne der Erfindung dar, die es vor einer Überspannung bei einen Motormassebandabriss zu schützen gilt.About the low-voltage electrical system 4 can also have one or more second consumers 8th be supplied. The second consumer 8th For example, an engine control unit for an internal combustion engine 9 of the motor vehicle 1 include. The second consumer 8th are also via the low-voltage electrical system 4 electrically connected to the low-voltage power source. The second consumer 8th are not directly electrically connected to the body ground potential. A ground connection results in the second consumers 8th over an engine block 9 an internal combustion engine 10 and / or a powertrain 11 of the motor vehicle 1 , The second consumer 8th represent low-voltage electrical consumers in the context of the invention, which applies to protect it from overvoltage in a motor mass band break.

Die zweiten Verbraucher 9 können über eine elektrische Verbindung 12 mit dem Motorblock 9 und/oder dem Antriebsstrang 11 verbunden sein. Der Motorblock 9 oder der Antriebsstrang 10 wiederum können über ein Motormasseband 13 in an sich bekannter Weise mit dem Karosseriemassepotential 2 elektrisch verbunden sein. In Abhängigkeit von einem elektrischen Widerstand des Motormassebands 13 teilt sich die Niedervoltspannung Ul in eine Teilspannung U1 über dem Motormasseband 13 und eine Teilspannung U2 über den zweiten elektrischen Verbrauchern 8 auf. Bei stimmungsgemäß vorgesehenem elektrischen Widerstand des Motormassebands 13 ist die Teilspannung U1 wesentlich kleiner, insbesondere insignifikant, in Bezug auf die Teilspannung U2.The second consumer 9 can have an electrical connection 12 with the engine block 9 and / or the powertrain 11 be connected. The engine block 9 or the powertrain 10 in turn, can have a motor mass band 13 in known manner with the body earth potential 2 be electrically connected. Depending on an electrical resistance of the engine ground belt 13 the low-voltage voltage Ul divides into a partial voltage U1 above the motor mass band 13 and a partial voltage U2 across the second electrical loads 8th on. At mood provided electrical resistance of the engine mass band 13 the partial voltage U1 is substantially smaller, in particular insignificant, with respect to the partial voltage U2.

Über das Mittelvolt-Bordnetz 6 kann beispielsweise ein elektrischer Startermotor 14 betrieben werden. Zum Antreiben oder Betreiben des Startermotors 14 (M – elektrische Maschine) kann eine Leistungselektronik 15 bereitgestellt sein, die mit einem Mittelvolt-Betriebsstrom Im aus dem Mittelvoltbordnetz 6 und damit effektiv aus der Mittelvolt-Spannungsquelle 5 versorgt werden kann. Der Mittelvolt-Betriebsstrom Im stellt hier einen ersten Betriebsstrom dar. Die Leistungselektronik 15 stellt eine Leistungselektronikeinheit dar. Die Leistungselektronik 15 kann beispielsweise einen Wechselrichter umfassen. Die Leistungselektronik 15 kann über eine Steuerleitung 16 in an sich bekannter Weise durch eine Schaltelektronik 17 gesteuert werden. Die Schaltelektronik 17 stellt eine Schaltelektronikeinheit dar. Die Schaltelektronik 17 kann dabei durch das Niedervolt-Bordnetz 4 mit einem Niedervolt-Betriebsstrom Il betrieben oder versorgt werden. Der Niedervolt-Betriebsstrom Il stellt hier einen zweiten Betriebsstrom dar. Die beschriebene Verschaltung der Schaltelektronik 17 ist aber nur beispielhaft. Die Schaltelektronik 17 kann auch aus dem Mittelvolt-Bordnetz 6 versorgt werden.About the medium-voltage electrical system 6 For example, an electric starter motor 14 operate. For driving or operating the starter motor 14 (M - electric machine) can be a power electronics 15 Be prepared with a medium-voltage operating current Im from the mid-range electrical system 6 and thus effectively from the midvolt voltage source 5 can be supplied. The medium-voltage operating current Im represents here a first operating current. The power electronics 15 represents a power electronics unit. The power electronics 15 may include, for example, an inverter. The power electronics 15 can via a control line 16 in a conventional manner by a switching electronics 17 to be controlled. The Schaltelektronik 17 represents a switching electronics unit. The switching electronics 17 can thereby by the low-voltage electrical system 4 be operated or supplied with a low-voltage operating current Il. The low-voltage operating current Il here represents a second operating current. The described interconnection of the switching electronics 17 but is only an example. The switching electronics 17 can also from the medium-voltage electrical system 6 be supplied.

Bei dem Kraftfahrzeug 1 kann vorgesehen sein, dass sowohl der Mittelvolt-Betriebsstrom Im als auch der Niedervolt-Betriebsstrom Il gemeinsam über die elektrische Verbindung 12 und damit über das Motormasseband 13 zum Karosseriemassepotential 2 und über dieses zurück zur jeweiligen Spannungsquelle 3, 4 geführt werden. Die Leistungselektronik 15 und die Schalteinrichtung 17 bilden zusammen eine Steuervorrichtung 18 im Sinne der Erfindung.In the motor vehicle 1 can be provided that both the medium-voltage operating current Im and the low-voltage operating current Il together via the electrical connection 12 and thus over the engine mass band 13 to the body mass potential 2 and via this back to the respective voltage source 3 . 4 be guided. The power electronics 15 and the switching device 17 together form a control device 18 in the sense of the invention.

Im Folgenden ist ein auf Grundlage von 2 ein Aufbau der Steuervorrichtung 18 beschrieben.The following is an based on 2 a structure of the control device 18 described.

Die Steuervorrichtung 18 kann beispielsweise ein Gehäuse 19 aufweisen, das elektrisch leitend ausgestaltet sein kann. In dem Gehäuse 19 können die Leistungselektronik 15 und die Schaltelektronik 17 angeordnet sein. Der Startermotor 14 kann ebenfalls in dem Gehäuse 19 angeordnet sein. Er kann auch außerhalb des Gehäuses 19 angeordnet sein. Die Leistungselektronik 15 kann über einen Mittelvoltanschluss 20 mit dem Mittelvolt-Bordnetz 6 verbunden sein. Die Schaltelektronik 17 kann über einen Niedervoltanschluss 21 mit dem Niedervolt-Bordnetz 4 verbunden sein.The control device 18 For example, a housing 19 have, which can be configured electrically conductive. In the case 19 can the power electronics 15 and the switching electronics 17 be arranged. The starter motor 14 can also be in the case 19 be arranged. He can also outside the case 19 be arranged. The power electronics 15 Can be via a medium-voltage connection 20 with the medium-voltage electrical system 6 be connected. The switching electronics 17 can be via a low voltage connection 21 with the low-voltage electrical system 4 be connected.

Die Schaltelektronik 17 kann einen Steuerprozessor 22, ein Niedervolt-Netzteil 23, eine Kommunikationseinrichtung 24 und eine Auslöseeinrichtung 25 umfassen. Die Prozessoreinrichtung 22 kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller bereitgestellt sein. Die Prozessoreinrichtung 22 kann in an sich bekannter Weise dazu ausgelegt sein, über die Steuerleitung 16 die Leistungselektronik 15 zu steuern, beispielsweise Halbbrücken eines Wechselrichters zu schalten, um mittels des Mittelvolt-Betriebsstroms Im ein magnetisches Drehfeld mittels Spulen des Motors 14 zu erzeugen. Das Niedervolt-Netzteil 23 kann zum Bereitstellen einer stabilisierten Versorgungsspannung für die Prozessoreinrichtung 22 ausgelegt sein. Die Kommunikationseinrichtung 24 kann beispielsweise einen Buscontroller zum Austausch von Kommunikationsdaten mit einem Kommunikationsnetzwerk oder Kommunikationsbus 26 des Kraftfahrzeugs 1 umfassen. Die Kommunikationseinrichtung 24 kann beispielsweise ein CAN-Buscontroller (CAN – Controller Area Network) sein. Über die Kommunikationseinrichtung 24 kann die Prozessoreinrichtung 22 Schaltbefehle und/oder Statusdaten mit dem Kommunikationsbus 26 austauschen. Die Kommunikationseinrichtung 24 kann über eine Isolation 26 von einem Potential der übrigen Komponenten der Schalteinrichtung 17 getrennt sein.The switching electronics 17 can be a control processor 22 , a low-voltage power supply 23 , a communication device 24 and a triggering device 25 include. The processor device 22 may be provided by a microcontroller, for example. The processor device 22 can be designed in a manner known per se, via the control line 16 the power electronics 15 to control, for example, half bridges of an inverter to switch by means of the medium-voltage operating current Im a magnetic rotating field by means of coils of the motor 14 to create. The low-voltage power supply 23 can be used to provide a stabilized supply voltage for the processor device 22 be designed. The communication device 24 For example, a bus controller for exchanging communication data with a communication network or communication bus 26 of the motor vehicle 1 include. The communication device 24 may for example be a CAN bus controller (CAN - Controller Area Network). About the communication device 24 can the processor device 22 Switching commands and / or status data with the communication bus 26 change. The communication device 24 can have an isolation 26 from a potential of the other components of the switching device 17 be separated.

Die Auslöseeinrichtung 25 kann eine elektronische Schaltung und/oder ein Programmmodul der Prozessoreinrichtung 22 sein. Die Auslöseeinrichtung 25 kann über eine Senseleitung oder Messleitung oder einen Messdraht 27 direkt mit dem Karosseriemassepotential 2 elektrisch verbunden sein.The triggering device 25 may be an electronic circuit and / or a program module of the processor device 22 be. The triggering device 25 can be via a sense line or test lead or a measuring wire 27 directly with the body earth potential 2 be electrically connected.

Die Steuervorrichtung 18 kann eine interne Masseleitung 28 aufweisen, über welche der Mittelvolt-Betriebsstrom Im der Leistungselektronik 5 beispielsweise von den einzelnen Halbbrücken eines Wechselrichter zusammengeführt werden kann und zu einem Massepotentialanschluss 29 der Steuervorrichtung 18 geleitet oder geführt werden kann. Der Massepotentialanschluss kann mit der elektrischen Leitung 12, die zum Motorblock 9 und/oder dem Antriebsstrang 11 führen kann, elektrisch verbunden sein. Auch das Niedervolt-Netzteil 23 kann beispielsweise über das Gehäuse 19 mit dem Massepotentialanschluss 29 elektrisch verbunden sein. Mit anderen Worten sind die interne Masseleitung 28, der Massepotentialanschluss 29 und eine Masseleitung 30 der Schalteinrichtung 17, insbesondere des Netzwerks 23, elektrisch miteinander verbunden. Es ist insbesondere keine aufwändige Potentialtrennung nötig.The control device 18 can be an internal ground line 28 have, over which the medium-voltage operating current Im the power electronics 5 For example, can be brought together by the individual half-bridges of an inverter and a ground potential connection 29 the control device 18 can be directed or led. The ground potential connection can be with the electrical line 12 leading to the engine block 9 and / or the powertrain 11 can lead, be electrically connected. Also the low voltage power supply 23 For example, about the housing 19 with the ground potential connection 29 be electrically connected. In other words, the internal ground line 28 , the earth potential connection 29 and a ground line 30 the switching device 17 , especially the network 23 , electrically connected. In particular, no costly potential separation is necessary.

Die Auslöseeinrichtung 25 kann dazu ausgelegt sein, eine Potentialdifferenz oder elektrische Spannung zwischen der internen Masseleitung 28 und der Karosserie und dem Karosseriemassepotential 2 zu ermitteln und/oder zu messen. Die Auslöseeinrichtung 25 kann dazu ausgelegt sein, in Abhängigkeit von der ermittelten Potentialdifferenz ein Schaltsignal oder Sperrsignal oder Blockiersignal S erzeugen, mittels welchem die Leistungselektronik 15 deaktiviert werden kann, d. h. in einen elektrisch sperrenden Zustand geschaltet werden kann. Das Blockiersignal S stellt eine Schutzmaßnahme dar. Mit ihm kann die Steuervorrichtung 18 mit geringem schaltungstechnischen Aufwand vor einer Überspannung geschützt werden, wie sie durch den im Folgenden im Zusammenhang mit 3 beschriebenen Fehlerfall in der Steuervorrichtung 18 aufgrund der Kopplung sowohl mit dem Niedervolt-Bordnetz 4 als auch dem Mittelvolt-Bordnetz 6 ergeben kann.The triggering device 25 may be designed to have a potential difference or voltage between the internal ground line 28 and the bodywork and body earth potential 2 to determine and / or measure. The triggering device 25 can be designed to generate a switching signal or blocking signal or blocking signal S as a function of the determined potential difference, by means of which the power electronics 15 can be deactivated, that can be switched to an electrically blocking state. The blocking signal S represents a protective measure. With it, the control device 18 be protected against overvoltage with little circuit complexity, as described in the following 3 described error case in the control device 18 due to the coupling with both the low-voltage electrical system 4 as well as the medium-voltage electrical system 6 can result.

Der Startermotor 14 kann in der Ausgestaltung als riemengetriebener Startergenerator (RSG) zwei Betriebsarten aufweisen – Motor und Generator. Im Motorbetrieb nimmt der Starter 14 Energie aus der Mittelvolt-Spannungsquelle 5 auf und wandelt diese in mechanische Energie. Im Generatorbetrieb ist der Startermotor 14 eine Energiequelle. Hier versorgt er das Mittelvolt-Bordnetz 6 und lädt die Mittelvolt-Spannungsquelle 5 auf. Wird die Motormasse im Fehlerfall hochohmig, d. h. wird die durch das Motormasseband 13 bereitgestellte elektrische Verbindung zwischen Motorblock und/oder Antriebsstrang einerseits und Karosseriemassepotential 2 andererseits hochohmig oder fällt das Motormasseband 13 vollständig ab, kann je nach Betriebsfall des Starters 14 eine Spannungsgleichung aufgestellt werden, die jeweils in 3 und 4 veranschaulicht ist.The starter motor 14 may in the embodiment as a belt-driven starter generator (RSG) have two modes - engine and generator. In engine operation, the starter takes 14 Energy from the medium-voltage source 5 and converts them into mechanical energy. In generator mode is the starter motor 14 an energy source. Here he supplies the medium-voltage electrical system 6 and charges the midvolt voltage source 5 on. Is the engine mass in Error case high impedance, ie is the through the engine mass band 13 provided electrical connection between the engine block and / or drive train on the one hand and body ground potential 2 on the other hand high impedance or drops the engine mass band 13 completely off, depending on the operating case of the starter 14 a voltage equation can be set up, each in 3 and 4 is illustrated.

In 3 ist der Fall dargestellt, dass der Starter als Verbraucher für einen Start des Verbrennungsmotors 10 oder einen Boostbetrieb betrieben wird. Boostbetrieb bedeutet, dass der Verbrennungsmotor läuft und ihm durch den Startermotor 14 ein zusätzliches Drehmoment aufgeprägt wird.In 3 the case is shown that the starter as a consumer for a start of the internal combustion engine 10 or a boost operation is operated. Boost operation means that the internal combustion engine is running and passing it through the starter motor 14 an additional torque is impressed.

In 3 ist die über der Leistungselektronikschaltung 15 abfallende elektrische Spannung als Ursg bezeichnet. Dargestellt ist der Fall, dass die elektrische Verbindung, wie sie durch das Motormasseband 13 bereitgestellt wird, nicht vorhanden ist. Beispielsweise kann das Motormasseband 13 sich mechanisch von dem Motorblock 9 und/oder des Antriebstrangs 11 einerseits und/oder dem Karosseriemassepotential 2 andererseits gelöst haben.In 3 is the one above the power electronics circuit 15 declining voltage referred to as Ursg. Shown is the case that the electrical connection, as shown by the engine mass band 13 is provided, does not exist. For example, the engine mass belt 13 mechanically from the engine block 9 and / or the powertrain 11 on the one hand and / or the body earth potential 2 on the other hand have solved.

Die Maschengleichung für diesen Fehlerfall ergibt unter der Annahme Um = 48 Volt und Ul = 12 Volt und einem insignifikanten Innenwiderstand der Leistungselektronik 15: 0 = Um – Ursg + U2 – Ul U2 = –36 Volt The mesh equation for this error case gives, assuming Um = 48 volts and Ul = 12 volts and an insignificant internal resistance of the power electronics 15 : 0 = To - Ursg + U2 - Ul U2 = -36 volts

Es ist ersichtlich, dass an die Niedervolt-Verbraucher, die sich ihren Massebezug mit der Leistungselektronik 15 teilen, im Betriebsfall Motor des Startermotors 14 eine Spannung von –36 Volt angelegt wird. Dies führt zum Ausfall aller Verbraucher, weil betragsmäßig eine Überspannung anliegt.It can be seen that the low-voltage consumers who have their ground reference with the power electronics 15 divide, in the operating case engine of the starter motor 14 a voltage of -36 volts is applied. This leads to the failure of all consumers, because amount is applied to an overvoltage.

Im anderen Betriebsfall, wie er in 4 dargestellt ist, wird der Startermotor 14 als Stromquelle oder Generator betrieben. Die Maschengleichung für diesen Fehlerfall ergibt unter der Annahme, dass der Startermotor 14 eine Generatorspannung von 52 Volt erzeugt: 0 = Um – Ursg + U2 – Ul U2 = +16 Volt In the other operating case, as in 4 is shown, the starter motor 14 operated as a power source or generator. The mesh equation for this error case gives on the assumption that the starter motor 14 Generating a generator voltage of 52 volts: 0 = To - Ursg + U2 - Ul U2 = +16 volts

Der als Generator betriebene Starter erzeugt im schlimmsten Fall (Worst Case) eine Spannungserhöhung an den Niedervolt-Verbrauchern von nur wenigen Volt. Im Falle einer 12 Volt-Spannungsquelle ergeben sich 16 Volt. Dies liegt innerhalb der Toleranz, innerhalb welcher ein Störungsfallbetrieb der Niedervolt-Verbraucher ermöglicht ist. Um den oben genannten Effekt der Verpolung der Niedervolt-Verbraucher zu begegnen (Fehlerfall 1, Starter als Verbraucher betrieben) wir durch die Auslöseeinheit 25 eine Schutzmaßnahme eingeleitet, sobald die Spannungsdifferenz oder Potentialdifferenz zwischen der Senseleitung 27 und der im Motormasseanschluss 29 ein vorbestimmtes Auslösekriterium erfüllt.The starter operated as a generator generates in the worst case (worst case) a voltage increase at the low-voltage consumers of only a few volts. In the case of a 12 volt power source 16 volts result. This is within the tolerance within which failure mode operation of low-voltage loads is enabled. To counteract the above-mentioned effect of polarity reversal of the low-voltage consumer (fault 1, starter operated as a consumer) we through the trip unit 25 a protective measure is initiated as soon as the voltage difference or potential difference between the sense line 27 and in the engine ground connection 29 meets a predetermined trigger criterion.

Die Auslöseinrichtung 25 führt hierzu eine permanente Messung des Massepotentials durch und löst eine Verriegelung der Funktionen des Motorbetriebs bei der Leistungselektronik 15 aus. Wird ein Grenzwert der Potenzialdifferenz überschritten, sperrt also eine Steuergerätefunktion oder Schaltung, die die Auslöseinrichtung 25 bereitstellt, die Ansteuerung der Endstufe oder Leistungselektronik 15.The triggering device 25 performs a permanent measurement of the ground potential and triggers a locking of the functions of the engine operation in the power electronics 15 out. If a limit value of the potential difference is exceeded, thus blocks a control unit function or circuit that the triggering device 25 provides, the control of the power amplifier or power electronics 15 ,

Vorteil hierdurch ist, dass eine einfache Umsetzbarkeit einer solchen Schaltung und/oder Softwarefunktion möglich ist. Die Schutzmaßnahme muss auch nicht besonders robust oder schnell reagieren, da bereits durch andere Systemanforderungen bereits ein Schutz gegeben ist. Denn ein Motormassebandabriss stellt nichts anderes als einen so genannten Load-Dump dar, also einen schnellen Lastwechsel. Üblicherweise geht man bei einem solchen Load-Dump davon aus, dass ein Batteriekabel abgerissen ist. Hierdurch ergibt sich ein Überspannungspuls an dem Niedervolt-Komponenten. Da hierbei ohne Sondereinrichtung ebenfalls eine gefährliche Überspannung erzeugt würde, gibt es bereits in vielen Niedervolt-Komponenten eine Funktion, die die Überspannung begrenzt. Diese Funktion steckt den Dynamikrahmen der Massebandabrissfunktion.The advantage of this is that a simple feasibility of such a circuit and / or software function is possible. The protective measure does not have to react particularly robustly or quickly, since protection is already provided by other system requirements. Because a motor mass band break represents nothing more than a so-called load-dump, so a fast load change. Normally, such a load dump assumes that a battery cable has been torn off. This results in an overvoltage pulse on the low-voltage components. Since a dangerous overvoltage would also be generated without a special device, there is already a function in many low-voltage components which limits the overvoltage. This function incorporates the dynamic range of the ground strip breaking function.

Zu der zu schützenden Komponente, also der Steuervorrichtung 18, ist die zusätzliche Senseleitung 27 gelegt, die im Kraftfahrzeug 1 mit einem definierten Massepotential verbunden ist, nämlich der im Karosseriemassepotential 2. Dieser Masse-Monitor oder Masse-Überwacher, wie er durch die Auslöseinrichtung bereitgestellt ist, tastet die Senseleitung permanent ab und vergleicht die Spannungsdifferenz zwischen Senseleistung und interner Masse der Steuervorrichtung 18. überschreitet die Spannungsdifferenz einen Grenzwert, wird die Leistungsstufe oder Endstufe 15 deaktiviert.To the protected component, so the control device 18 , is the additional sense line 27 placed in the motor vehicle 1 is associated with a defined ground potential, namely in the body ground potential 2 , This ground monitor or ground monitor, as provided by the triggering device, constantly senses the sense line and compares the voltage difference between sensing power and internal ground of the controller 18 , If the voltage difference exceeds a limit, the power stage or power stage will be selected 15 disabled.

Da der Massebandabriss erst problematisch wird, wenn die Endstufe angesteuert wird, verhindert eine solche Einrichtung oder Schutzmaßnahme die aufwendige Isolierung der internen Massen. Mit gesperrter oder abgeschalteter Leistungsendstufe 15 fällt nämlich die vollständige Überspannung über der Leistungsendstufe 15 ab, sodass Komponenten der Schalteinrichtung 17, beispielsweise die Prozessoreinrichtung 22, nicht beschädigt werden können durch die Überspannung.Since the ground strip is only problematic when the output stage is driven, prevents such a device or protective measure the complex isolation of the internal masses. With locked or switched off power output stage 15 namely falls the complete overvoltage over the power output stage 15 so components of the switching device 17 , For example, the processor device 22 , can not be damaged by the overvoltage.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Motormassebandmessung zur Reduzierung des Bauteilaufwands bereitgestellt werden kann. Overall, the example shows how the invention can provide an engine mass band measurement to reduce component cost.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 112012004542 T5 [0009]
DE 102011079326 A1 [0010]
DE 102008038847 A1 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 72552 [0040]
DIN 72552 [0041]

Claims

Control device ( 18 ) for an electric starter motor ( 14 ) of an internal combustion engine ( 9 ) of a motor vehicle ( 1 ), comprising: - a medium-voltage connection ( 20 ) for receiving a first operating current (Im) from a medium-voltage power source ( 5 ), - one with the medium-voltage connection ( 20 ) coupled power electronics unit ( 15 ) for alternately energizing coils of the starter motor ( 14 ) with the first operating current (Im), - a switching electronic unit designed for operation with a second operating current (II) ( 17 ) for switching the power electronics unit ( 15 ) for the alternating energizing, - a ground potential connection ( 29 ), which is adapted to both the first operating current (Im) and the second operating current (Il) to a motor mass band ( 13 ), - an electrical sense line ( 27 ) for connection to a body ground potential ( 2 ), - a triggering device ( 25 ), which is adapted to a potential difference signal, the potential difference between the sense line ( 27 ) and the ground potential connection ( 29 ) and to trigger a protective measure (S) against an overvoltage as a function of the potential difference signal.

Control device ( 18 ) according to claim 1, wherein the triggering device ( 25 ) is designed as the protective measure (S) the power electronic device ( 15 ) to switch to an electrically blocking state.

Control device ( 18 ) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of components of the power electronics unit ( 15 ) via an internal ground line ( 28 ) with the ground potential connection ( 29 ) are interconnected and the triggering device ( 25 ) electrically, in particular directly, with the internal ground line ( 29 ) connected is.

Control device ( 18 ) according to one of the preceding claims, wherein the power electronics unit ( 15 ) and the electronic control unit ( 17 ) in an electrically conductive housing ( 19 ) and over the housing ( 19 ) the electronic control unit ( 17 ) with the ground potential connection ( 29 ) is electrically connected.

Control device ( 18 ) according to one of the preceding claims, wherein the triggering device ( 25 ) is adapted to the potential difference signal in the operation of the control device ( 18 ) continuously.

Control device ( 18 ) according to one of the preceding claims, wherein the triggering device ( 25 ) is designed to trigger the protective measure (S) if the determined potential difference signal is greater in magnitude than a predetermined threshold value.

Control device ( 18 ) according to claim 6, wherein the triggering device ( 25 ) is adapted to adjust the threshold in response to an average of the potential difference signal.

Control device ( 18 ) according to one of the preceding claims, wherein the triggering device ( 25 ) is designed to trigger the protective measure (S) only if a time profile of the potential difference signal coincides with a predetermined signal pattern.

Control device ( 18 ) according to claim 8, wherein the signal pattern describes a potential jump in which the potential difference changes by a predetermined minimum value within a predetermined period of time.

Motor vehicle ( 1 ) comprising: - a low voltage power source ( 3 ), which provides a low-voltage (Ul) voltage, - a medium-voltage source ( 5 ), which provides a medium-voltage (Um) which is greater in magnitude than the low-voltage (Ul), - an internal combustion engine ( 10 ), which via an electrically conductive engine mass belt ( 13 ) with a body earth potential ( 2 ), - an electric starter motor ( 14 ) for starting the internal combustion engine ( 10 ), - at least one low-voltage electrical consumer ( 8th ), which is electrically connected between the low-voltage power source ( 3 ) and the engine mass band ( 13 ), characterized by a control device ( 18 ) according to one of the preceding claims, in which the medium-voltage connection ( 20 ) with the medium-voltage power source ( 5 ), the ground potential connection ( 29 ) with the engine mass band ( 13 ) and the sense line ( 27 ) directly with the body earth potential ( 2 ) is electrically connected and wherein the power electronics unit ( 15 ) for alternately energizing coils of the starter motor ( 14 ) to the starter motor ( 14 ) connected.