WO2013010694A1 - Verfahren und vorrichtung zum überwachen einer masseverbindung - Google Patents

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WO2013010694A1
WO2013010694A1 PCT/EP2012/059329 EP2012059329W WO2013010694A1 WO 2013010694 A1 WO2013010694 A1 WO 2013010694A1 EP 2012059329 W EP2012059329 W EP 2012059329W WO 2013010694 A1 WO2013010694 A1 WO 2013010694A1
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voltage
converter
voltage converter
ground
threshold
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PCT/EP2012/059329
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Martin Trunk
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Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring a
  • Ground connection in particular a ground strap connection of a
  • Pulse inverter, battery chargers and DC-DC converter can be arranged.
  • the power electronics in this case often has a housing for electromagnetic shielding, which is connected via a ground strap to a ground potential, such as the vehicle body.
  • the ground strap is for very high
  • Amperages designed and has a low resistance in order to safely derive high currents that can be generated by the power electronic devices to ground.
  • Ground strap usually redundant grounding straps are contacted via several electrical conductive mounting points with the vehicle ground.
  • the publication DE 10 2008 038 847 A1 discloses a device for controlling a DC-DC converter, which has a measuring amplifier which is designed to detect a voltage drop between a common ground potential of the DC-DC converter and the device. Depending on the voltage drop can be determined whether a failure of a ground connection has occurred. Disclosure of the invention
  • the present invention provides, according to one embodiment, an apparatus for monitoring a ground connection of a voltage converter, with a
  • Detection device with a first detection terminal and a second detection terminal for detecting a voltage difference between a
  • a voltage converter and a control device, which is connected to the detection device, and which is adapted to the voltage converter in dependence on the detected voltage difference and an output current of the
  • the invention provides a system having a shielding housing, which is connected via a ground connection to a ground potential, a DC-DC converter, which has a first output terminal which is connected to the shield, an energy storage, which between a second output terminal of the DC-DC converter and the ground potential is coupled, and a device according to the invention, whose first detection terminal is connected to the ground potential, and the second
  • Detection terminal is connected to the shield case, wherein the device is adapted to detect a voltage difference between the shield case and the ground potential.
  • the invention provides a method for
  • Voltage transformer and a ground terminal of the voltage converter comprising the steps of detecting a voltage difference between the shield case and the ground terminal, detecting an output current of the
  • a basic idea of the invention is to detect via a voltage measurement between the ground terminal and a shielding housing of a voltage converter to whether a failure or a failure of the ground connection between the housing and the ground connection has occurred. Such a failure of the ground connection leads to undesirable currents via other electrical connections between the shield and the ground terminal, such as high voltage cable or other Schirmanitatien. Since the resistance of these other electrical connections is higher than the resistance of the ground connection, the
  • Countermeasures are initiated in a drive of the voltage converter, which can compensate for the negative effects of the failure of the ground connection.
  • the device uses the output current of the voltage converter to increase the significance of the detected voltage difference.
  • Ground connection is present.
  • Another advantage of the invention is that it can dispense with redundant ground connections, which costs, material and assembly time can be saved. Another advantage of the invention is that even non-expert or incorrectly connected ground connections can be detected.
  • control device may be designed, for example, to control the voltage converter such that the
  • Output current of the voltage converter is limited to a current threshold when the detected voltage difference exceeds a voltage threshold.
  • control device can also be designed to switch off the voltage converter if the detected voltage difference exceeds a voltage threshold. This prevents the damage of not designed for high amperages components of the power electronics in an electrically powered vehicle.
  • Temperature sensor which is connected to the control device, and which is adapted to detect an ambient temperature of the voltage converter.
  • the controller may then be configured to drive the voltage converter such that the ambient temperature of the voltage converter does not exceed a temperature threshold when the sensed voltage difference exceeds a voltage threshold.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for monitoring a
  • Fig. 2 is a schematic representation of a system with a device for
  • FIG. 3 is a schematic representation of a method for monitoring a
  • the device 1 shows a schematic representation of a device 1 for monitoring a ground connection 6.
  • the device 1 comprises a detection device 2 and a control device 3, which is connected to the detection device 2.
  • Device 1 is coupled via the control device 3 with a voltage converter 4, for example a DC-DC converter.
  • a voltage converter 4 for example a DC-DC converter.
  • the detection device 2 has a first detection terminal 5a and a second detection terminal 5b for detecting a voltage difference U s .
  • the detection device 2 may comprise an operational amplifier 2a, which is connected with its input terminals respectively to one of the detection terminals 5a and 5b.
  • the operational amplifier 2a detects the voltage difference U s applied between the two detection terminals 5a and 5b and inputs
  • the conditioning device 2b can prepare the voltage signal and as a detection signal to the
  • the control device 3 can be, for example, a microprocessor or an integrated circuit and can be designed to detect the detection signal of the
  • the control device 3 can, for example, compare the detection signal with a voltage threshold U Th and control the voltage converter 4 as a function of the comparison. Alternatively, it may also be provided that the comparison is carried out in the conditioning device 2b, so that the detection signal is input to the control device 3 as a bit value.
  • the operational amplifier 2a can be designed to measure the voltage difference U s between a ground terminal 7 of the voltage converter 4 and a
  • Detection terminal 5 b connected to the shielding of the voltage converter 4.
  • a first output terminal 4a of the voltage converter 4 is connected both to the shielding housing 9 and via the ground connection 6 to the ground terminal 7.
  • Fig. 2 shows an exemplary system 10 in which the device 1 and the
  • Voltage converter 4 can be configured.
  • the system 10 may be configured, for example, in an electrically powered vehicle such as an electric or hybrid car.
  • a shielding housing 9 can be a plurality of (not shown)
  • Shielding 9 a voltage converter 4, such as a
  • Output terminal 4a of the DC-DC converter 4 is connected to the
  • Shielding housing 9 connected while a second output terminal 4b of the
  • the DC converter 4 may be connected on the one hand to an energy storage 8 and on the other hand to a vehicle power supply 4c of the vehicle.
  • the energy store 8 may, for example, have a vehicle electrical system battery 8a, which can provide a voltage of, for example, 12 volts.
  • the shielding 9 is in turn via a ground connection 6 with a
  • the ground terminal 7 may be, for example, the body of a vehicle.
  • the ground connection 6, for example, a current band or Be grounding tape, which has a low electrical resistance and is designed for high currents or current densities.
  • the ground connection 6 can serve to conduct the output currents l w emitted by the DC-DC converter 4 via the shielding housing 9 to the ground terminal 7.
  • a properly installed and functional earth connection 6 essentially the entire current flows via the ground connection 6 and not via other shield connections, via which the shielding housing 9 can be connected to the ground connection 7.
  • FIG. 2 shows two shield connections between the shielding housing 9 and the ground connection 7, which have electrical resistances 7a and 7b.
  • the shield connections may include, for example, high voltage cables or other connections that are not designed for high currents or current densities. If the ground connection 6 fails or is defective, the output currents I w output from the DC-DC converter 4 flow instead of via the
  • ground connection 6 the total resistance between the ground terminal 7 and the shield case 9 is relatively low, so that the ground terminal 7 and the
  • Shielding 9 are substantially at the same potential. Therefore, the detected by the detection device 2 voltage difference U s between the ground terminal 7 and the shield case 9 will be low.
  • the ground connection 6 has a fault condition, for example due to corrosion, mechanical loosening, breakdown or similar effects, the
  • Voltage difference U s to a value that is dependent on the total contact resistance R of the shield connections and the associated electrical resistances 7a and 7b and the output current Iw of the DC-DC converter 4.
  • Us lw x R
  • the detection device 2 can, for example, perform a comparison of the voltage difference Us with a voltage threshold value U Th to determine whether the
  • Ground connection 6 has a fault condition or not. Furthermore, the shield connections can carry a certain amount of current or absorb or dissipate a certain amount of power loss in the form of heat.
  • control device 3 can control the DC-DC converter 4 in such a way that countermeasures are taken when detecting a voltage difference U s which is above the voltage threshold U Th .
  • the control device 3 can switch off the DC-DC converter 4.
  • control device 3 a momentary
  • This threshold value can be selected, for example, such that the power losses P do not exceed a critical level via the shield connections.
  • the control device 3 can have a signal input, via which the respective instantaneous output current intensity I w of the DC-DC converter 4 is read into the control device 3.
  • the thus read-in output current intensity l w of the DC-DC converter 4 can also be used to set the voltage threshold U Th .
  • Control device 3 furthermore sends a warning to the user of the system 10,
  • the system 10 may furthermore have a temperature sensor 3a, which is arranged in the vicinity of the device 1 or the DC-DC converter 4, preferably in the interior of the shielding housing 9, and which is adapted to Temperature T in the vicinity of the DC-DC converter 4 to detect.
  • the control device 3 can then be designed to control the DC-DC converter 4 in such a way that the ambient temperature T of the DC-DC converter 4 does not exceed a temperature threshold T Th when the detected
  • the temperature sensor 3a may be connected to the control device 3, and the detected ambient temperature T passed to the control device 3 for evaluation.
  • the controller 3 may also have other information in the other
  • Detecting shield 9 arranged power electronic components and in the evaluation of the voltage difference U s and the control of the
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a method 20 for monitoring a ground connection.
  • the method 20 can be used in particular for the operation of the system 10 explained in FIG. 2.
  • a voltage difference U s is detected between the shielding housing 9 and
  • Voltage converter 4 can be done.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Überwachen einer Masseverbindung (6) eines Spannungswandlers (4), mit einer Erfassungseinrichtung (2) mit einem ersten Erfassungsanschluss (5a) und einem zweiten Erfassungsanschluss (5b) zum Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen einem Masseanschluss (7) des Spannungswandlers (4) und einem Abschirmgehäuse (9) des Spannungswandlers (4), und einer Steuereinrichtung (3), welche mit der Erfassungseinrichtung (2) verbunden ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) in Abhängigkeit von der erfassten Spannungsdifferenz und einer Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers (4) anzusteuern.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Masseverbindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen einer
Masseverbindung, insbesondere einer Massebandverbindung eines
Leistungselektronikgehäuses in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug.
Stand der Technik
In einer Leistungselektronik in einem Hybrid- oder Elektrof ahrzeug können
unterschiedliche leistungselektronische Einrichtungen, wie beispielsweise
Pulswechselrichter, Batterieladegeräte und Gleichspannungswandler angeordnet sein. Die Leistungselektronik weist dabei zur elektromagnetischen Abschirmung häufig ein Gehäuse auf, welches über ein Masseband mit einem Massepotential, wie beispielsweise der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Das Masseband ist dabei für sehr hohe
Stromstärken ausgelegt und weist einen niedrigen Widerstand auf, um hohe Ströme, welche durch die leistungselektronischen Einrichtungen erzeugt werden können, sicher gegen Masse ableiten zu können.
Zum Absicherung gegen Ausfälle, Beschädigungen oder sonstige Fehler des
Massebandes werden üblicherweise redundante Massebänder über mehrere elektrische leitende Anschraubpunkte mit der Fahrzeugmasse kontaktiert.
In der Druckschrift DE 10 2008 038 847 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gleichspannungswandlers offenbart, welche einen Messverstärker aufweist, der zur Ermittlung eines Spannungsabfalls zwischen einem gemeinsamen Massepotential des Gleichspannungswandlers und der Vorrichtung ausgebildet ist. In Abhängigkeit von dem Spannungsabfall kann ermittelt werden, ob ein Ausfall einer Masseverbindung aufgetreten ist. Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform eine Vorrichtung zum Überwachen einer Masseverbindung eines Spannungswandlers, mit einer
Erfassungseinrichtung mit einem ersten Erfassungsanschluss und einem zweiten Erfassungsanschluss zum Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen einem
Masseanschluss des Spannungswandlers und einem Abschirmgehäuse des
Spannungswandlers, und einer Steuereinrichtung, welche mit der Erfassungseinrichtung verbunden ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler in Abhängigkeit von der erfassten Spannungsdifferenz und einer Ausgangsstromstärke des
Spannungswandlers anzusteuern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein System mit einem Abschirmgehäuse, welches über eine Masseverbindung mit einem Massepotential verbunden ist, einem Gleichspannungswandler, welcher einen ersten Ausgangsanschluss aufweist, der mit dem Abschirmgehäuse verbunden ist, einem Energiespeicher, welcher zwischen einen zweiten Ausgangsanschluss des Gleichspannungswandlers und das Massepotential gekoppelt ist, und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren erster Erfassungsanschluss mit dem Massepotential verbunden ist, und deren zweiter
Erfassungsanschluss mit dem Abschirmgehäuse verbunden ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem Abschirmgehäuse und dem Massepotential zu erfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein Verfahren zum
Überwachen einer Masseverbindung zwischen einem Abschirmgehäuse eines
Spannungswandlers und einem Massenanschluss des Spannungswandlers, mit den Schritten des Erfassens einer Spannungsdifferenz zwischen dem Abschirmgehäuse und dem Masseanschluss, des Erfassens einer Ausgangsstromstärke des
Spannungswandlers, des Vergleichens der erfassten Spannungsdifferenz mit einem von der erfassten Ausgangsstromstärke abhängigen Spannungsschwellwert, und des
Ansteuerns des Spannungswandlers in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.
Vorteile der Erfindung Eine grundlegende Idee der Erfindung ist es, über eine Spannungsmessung zwischen dem Masseanschluss und einem Abschirmgehäuse eines Spannungswandlers erkennen zu können, ob ein Ausfall oder ein Fehler der Masseverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Masseanschluss aufgetreten ist. Ein derartiger Ausfall der Masseverbindung führt zu unerwünschten Strömen über andere elektrische Verbindungen zwischen dem Abschirmgehäuse und dem Masseanschluss, wie beispielsweise Hochspannungskabel oder sonstige Schirmanbindungen. Da der Widerstand dieser anderen elektrischen Verbindungen höher ist als der Widerstand der Masseverbindung, steigt die
Spannungsdifferenz zwischen Abschirmgehäuse und Masseanschluss. Wenn die
Spannungsdifferenz über einen Spannungsschwellwert steigt, kann auf einen
Fehlerzustand der Masseverbindung zurückgeschlossen werden. Somit können
Gegenmaßnahmen bei einem Ansteuern des Spannungswandlers eingeleitet werden, die die negativen Auswirkungen des Ausfalls der Masseverbindung kompensieren können.
Die Vorrichtung greift dabei auf die Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers zurück, um die Aussagekraft der erfassten Spannungsdifferenz zu erhöhen. Je höher die momentane Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers ist, desto höher darf der Wert der erfassten Spannungsdifferenz liegen, ohne dass ein Fehlerzustand der
Masseverbindung vorliegt. Durch die Einbeziehung der Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers ist eine genauere Diagnose eines Fehlerzustands der
Masseverbindung möglich.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf redundante Masseverbindungen verzichtet werden kann, wodurch Kosten, Material und Montagezeit eingespart werden können. Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auch nicht fachgerecht oder fehlerhaft angeschlossene Masseverbindungen erkannt werden können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gegenmaßnahmen variabel an die
Fehlersituation angepasst werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung beispielsweise dazu ausgelegt sein, den Spannungswandler derart anzusteuern, dass die
Ausgangsstromstärke des Spannungswandlers auf einen Stromschwellwert begrenzt ist, wenn die erfasste Spannungsdifferenz einen Spannungsschwellwert überschreitet.
Dadurch kann ein Notbetrieb mit verminderter Ausgangsleistung des Spannungswandlers gewährleistet werden, ohne dass der über das Abschirmgehäuse abfließende Strom eine kritische Stromstärke überschreitet. Beispielsweise kann die Initialisierung dieses
Notbetriebs in Verbindung mit einer Warnung an den Nutzer des Spannungswandlers, beispielsweise einen Fahrzeugführer eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer derartigen Vorrichtung erfolgen, so dass der Nutzer rasch eine Werkstatt aufsuchen kann.
Alternativ kann die Steuereinrichtung auch dazu ausgelegt sein, den Spannungswandler abzuschalten, wenn die erfasste Spannungsdifferenz einen Spannungsschwellwert überschreitet. Dies verhindert die Beschädigung von nicht für hohe Stromstärken ausgelegten Bestandteilen der Leistungselektronik in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug.
Die Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch einen
Temperatursensor aufweisen, welcher mit der Steuereinrichtung verbunden ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Umgebungstemperatur des Spannungswandlers zu erfassen. Die Steuereinrichtung kann dann dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler derart anzusteuern, dass die Umgebungstemperatur des Spannungswandlers einen Temperaturschwellwert nicht überschreitet, wenn die erfasste Spannungsdifferenz einen Spannungsschwellwert überschreitet. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Verlustleistung über das Abschirmgehäuse unter Berücksichtigung der Erwärmung des
Abschirmgehäuses begrenzt werden, so dass dauerhafte Beschädigungen von
Bestandteilen der Leistungselektronik vermieden werden können.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen
Merkmale der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Überwachen einer
Masseverbindung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Vorrichtung zum
Überwachen einer Masseverbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Überwachen einer
Masseverbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben
Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht
notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Überwachen einer Masseverbindung 6. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Erfassungseinrichtung 2 und eine Steuereinrichtung 3, welche mit der Erfassungseinrichtung 2 verbunden ist. Die
Vorrichtung 1 ist über die Steuereinrichtung 3 mit einem Spannungswandler 4, beispielsweise einem Gleichspannungswandler, gekoppelt.
Die Erfassungseinrichtung 2 weist einen ersten Erfassungsanschluss 5a und einen zweiten Erfassungsanschluss 5b zum Erfassen einer Spannungsdifferenz Us auf. Dazu kann die Erfassungseinrichtung 2 einen Operationsverstärker 2a aufweisen, welcher mit seinen Eingangsanschlüssen jeweils mit einem der Erfassungsanschlüsse 5a und 5b verbunden ist. Der Operationsverstärker 2a erfasst die Spannungsdifferenz Us, die zwischen den zwei Erfassungsanschlüssen 5a und 5b anliegt und gibt ein
Spannungssignal an eine Aufbereitungseinrichtung 2b aus. Die Aufbereitungseinrichtung 2b kann das Spannungssignal aufbereiten und als Erfassungssignal an die
Steuereinrichtung 3 ausgeben. Die Steuereinrichtung 3 kann beispielsweise ein Mikroprozessor oder eine integrierte Schaltung sein und kann dazu ausgelegt sein, das Erfassungssignal der
Erfassungseinrichtung 2 auszuwerten. Die Steuereinrichtung 3 kann beispielsweise das Erfassungssignal mit einem Spannungsschwellwert UTh vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich den Spannungswandler 4 ansteuern. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Vergleich in der Aufbereitungseinrichtung 2b durchgeführt wird, so dass das Erfassungssignal als Bitwert in die Steuereinrichtung 3 eingegeben wird. Der Operationsverstärker 2a kann dazu ausgelegt sein, die Spannungsdifferenz Us zwischen einem Masseanschluss 7 des Spannungswandlers 4 und einem
Abschirmgehäuse 9 des Spannungswandlers 4 zu erfassen. Dazu wird beispielsweise der erste Erfassungsanschluss 5a mit dem Masseanschluss 7 und der zweite
Erfassungsanschluss 5b mit dem Abschirmgehäuse des Spannungswandlers 4 verbunden. Gleichermaßen ist ein erster Ausgangsanschluss 4a des Spannungswandlers 4 sowohl mit dem Abschirmgehäuse 9 als auch über die Masseverbindung 6 mit dem Masseanschluss 7 verbunden.
Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes System 10, in der die Vorrichtung 1 und der
Spannungswandler 4 ausgestaltet sein können. Das System 10 kann beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wie einem Elektro- oder Hybridauto ausgestaltet sein. Ein Abschirmgehäuse 9 kann dabei eine Vielzahl von (nicht gezeigten)
leistungselektronischen Komponenten, wie beispielsweise Pulswechselrichter,
Batterieladegeräte und dergleichen umschließen. Unter Anderem kann das
Abschirmgehäuse 9 einen Spannungswandler 4, wie beispielsweise einen
Gleichspannungswandler bzw. DC/DC-Wandler 4, aufnehmen. Der erste
Ausgangsanschluss 4a des Gleichspannungswandlers 4 ist dabei mit dem
Abschirmgehäuse 9 verbunden, während ein zweiter Ausgangsanschluss 4b des
Gleichspannungswandlers 4 einerseits mit einem Energiespeicher 8 und andererseits mit einem Bordnetzanschluss 4c des Fahrzeugs verbunden sein kann. Der Energiespeicher 8 kann beispielsweise eine Bordnetzbatterie 8a aufweisen, welche eine Spannung von zum Beispiel 12 Volt bereitstellen kann.
Das Abschirmgehäuse 9 ist seinerseits über eine Masseverbindung 6 mit einem
Masseanschluss 7 verbunden. Der Masseanschluss 7 kann beispielsweise die Karosserie eines Fahrzeugs sein. Die Masseverbindung 6 kann beispielsweise ein Stromband oder Masseband sein, welches einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist und für hohe Stromstärken bzw. Stromdichten ausgelegt ist. Die Masseverbindung 6 kann dazu dienen, die von dem Gleichspannungswandler 4 abgegebenen Ausgangsströme lw über das Abschirmgehäuse 9 zu dem Masseanschluss 7 zu leiten. Bei ordnungsgemäß installierter und funktionsfähiger Masseverbindung 6 fließt dabei im Wesentlichen der gesamte Strom über die Masseverbindung 6 und nicht über andere Schirmanbindungen, über die das Abschirmgehäuse 9 mit dem Masseanschluss 7 verbunden sein kann.
Beispielhaft sind in Fig. 2 zwei Schirmanbindungen zwischen dem Abschirmgehäuse 9 und dem Masseanschluss 7 gezeigt, welche über elektrische Widerstände 7a und 7b verfügen. Die Schirmanbindungen können beispielsweise Hochspannungskabel oder andere Verbindungen umfassen, die nicht für hohe Stromstärken bzw. Stromdichten ausgelegt sind. Sollte die Masseverbindung 6 ausfallen oder defekt sein, fließen die von dem Gleichspannungswandler 4 ausgegebenen Ausgangsströme lw statt über die
Masseverbindung 6 über die Widerstände 7a und 7b zu dem Masseanschluss 7. Dies kann zu einer hohen Temperaturentwicklung und/oder Defekten in den
Schirmanbindungen führen. Daher ist es wichtig, dass der Ausfall oder ein Fehlerzustand der Masseverbindung 6 frühzeitig erkannt wird. Dazu ist der erste Erfassungsanschluss 5a der Erfassungseinrichtung 2 mit dem
Masseanschluss 7 verbunden und der zweite Erfassungsanschluss 5b der
Erfassungseinrichtung 2 mit dem Abschirmgehäuse 9. Bei funktionstüchtiger
Masseverbindung 6 ist der Gesamtwiderstand zwischen dem Masseanschluss 7 und dem Abschirmgehäuse 9 relativ gering, so dass der Masseanschluss 7 und das
Abschirmgehäuse 9 substantiell auf demselben Potential liegen. Daher wird die von der Erfassungseinrichtung 2 erfasste Spannungsdifferenz Us zwischen dem Masseanschluss 7 und dem Abschirmgehäuse 9 gering sein.
Wenn jedoch die Masseverbindung 6 einen Fehlerzustand aufweist, beispielsweise durch Korrosion, mechanische Lockerung, Durchbruch oder ähnliche Effekte, steigt die
Spannungsdifferenz Us auf einen Wert, der von dem Gesamtübergangswiderstand R der Schirmanbindungen und der zugehörigen elektrischen Widerstände 7a und 7b sowie der Ausgangsstromstärke lw des Gleichspannungswandlers 4 abhängig ist. Us = lw x R Die Erfassungseinrichtung 2 kann beispielsweise einen Vergleich der Spannungsdifferenz Us mit einem Spannungsschwellwert UTh durchführen, um festzustellen, ob die
Masseverbindung 6 einen Fehlerzustand aufweist oder nicht. Weiterhin können die Schirmanbindungen ein gewisses Maß an Strom führen bzw. ein gewisses Maß an Verlustleistung in Form von Wärme aufnehmen bzw. abführen. Dabei sind die Belastungsgrenzen von dem System 10 abhängig. Beispielsweise ergibt sich bei einem Übergangswiderstand von R = 20 mOhm und einer Ausgangsstromstärke lw = 40 Ampere des Gleichspannungswandlers 4 eine Spannungsdifferenz Us = 0,8 Volt. Damit fällt eine Verlustleistung von P = 32 Watt an den Schirmanbindungen ab.
Um die Verlustleistung zu begrenzen oder Schädigungen der Schirmanbindungen zu vermeiden, kann die Steuereinrichtung 3 den Gleichspannungswandler 4 derart ansteuern, dass bei einem Erfassen einer Spannungsdifferenz Us, die oberhalb des Spannungsschwellwerts UTh liegt, Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 3 den Gleichspannungswandler 4 abschalten.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 3 eine momentane
Ausgangsstromstärke lw des Gleichspannungswandlers 4 auf einen Stromschwellwert lTh zu begrenzen. Dieser Schwellwert kann beispielsweise derart gewählt werden, dass die Verlustleistungen P über die Schirmanbindungen ein kritisches Maß nicht überschreiten. Hierzu kann die Steuereinrichtung 3 über einen Signaleingang verfügen, über den die jeweils momentane Ausgangsstromstärke lw des Gleichspannungswandlers 4 in die Steuereinrichtung 3 eingelesen wird. Die derart eingelesene Ausgangsstromstärke lw des Gleichspannungswandlers 4 kann ferner zur Einstellung des Spannungsschwellwerts UTh verwendet werden.
Bei einem eingeschränkten Betrieb des Gleichspannungswandlers 4 kann die
Steuereinrichtung 3 weiterhin eine Warnung an den Nutzer des Systems 10,
beispielsweise den Fahrzeugführer ausgeben, so dass dieser bei Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 4 im Notbetrieb eine Werkstatt zur Reparatur bzw.
Überprüfung der Masseverbindung 6 ansteuern kann.
Das System 10 kann darüber hinaus über einen Temperatursensor 3a verfügen, welcher in der Nähe der Vorrichtung 1 bzw. des Gleichspannungswandlers 4, vorzugsweise im Inneren des Abschirmgehäuses 9 angeordnet ist, und welcher dazu ausgelegt ist, die Temperatur T in der Umgebung des Gleichspannungswandlers 4 zu erfassen. Die Steuereinrichtung 3 kann dann dazu ausgelegt sein, den Gleichspannungswandler 4 derart anzusteuern, dass die Umgebungstemperatur T des Gleichspannungswandler 4 einen Temperaturschwellwert TTh nicht überschreitet, wenn die erfasste
Spannungsdifferenz Us den Spannungsschwellwert UTh überschreitet. Dazu kann der Temperatursensor 3a mit der Steuereinrichtung 3 verbunden sein, und die erfasste Umgebungstemperatur T zur Auswertung an die Steuereinrichtung 3 übergeben.
Die Steuereinrichtung 3 kann überdies weitere Informationen anderer in dem
Abschirmgehäuse 9 angeordneter leistungselektronischer Komponenten erfassen und in die Auswertung der Spannungsdifferenz Us sowie der Ansteuerung des
Gleichspannungswandlers 4 miteinbeziehen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 20 zum Überwachen einer Masseverbindung. Das Verfahren 20 kann insbesondere für den Betrieb des in Fig. 2 erläuterten Systems 10 eingesetzt werden. In einem ersten Schritt 21 erfolgt ein Erfassen einer Spannungsdifferenz Us zwischen dem Abschirmgehäuse 9 und dem
Masseanschluss 7. In einem zweiten Schritt 22 erfolgt ein Erfassen einer
Ausgangsstromstärke lw des Spannungswandlers 4. In einem dritten Schritt 23 erfolgt ein Vergleichen der erfassten Spannungsdifferenz Us mit einem von der erfassten
Ausgangsstromstärke lw abhängigen Spannungsschwellwert UTh, so dass in einem vierten Schritt 24 in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Ansteuern des
Spannungswandlers 4 erfolgen kann.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zum Überwachen einer Masseverbindung (6) eines
Spannungswandlers (4), mit:
einer Erfassungseinrichtung (2) mit einem ersten Erfassungsanschluss (5a) und einem zweiten Erfassungsanschluss (5b) zum Erfassen einer Spannungsdifferenz (Us) zwischen einem Masseanschluss (7) des Spannungswandlers (4) und einem Abschirmgehäuse (9) des Spannungswandlers (4); und
einer Steuereinrichtung (3), welche mit der Erfassungseinrichtung (2) verbunden ist, und welche dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) in Abhängigkeit von der erfassten Spannungsdifferenz (Us) und einer Ausgangsstromstärke (lw) des
Spannungswandlers (4) anzusteuern.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) derart anzusteuern, dass die Ausgangsstromstärke (lw) des Spannungswandlers (4) auf einen Stromschwellwert (lTh) begrenzt ist, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (Us) einen Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) abzuschalten, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (Us) einen Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.
4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , weiterhin mit:
einem Temperatursensor (3a), welcher mit der Steuereinrichtung (3) verbunden ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Umgebungstemperatur (T) des
Spannungswandlers (4) zu erfassen;
wobei die Steuereinrichtung (3) weiterhin dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler (4) derart anzusteuern, dass die Umgebungstemperatur (T) des Spannungswandlers (4) einen Temperaturschwellwert (TTh) nicht überschreitet, wenn die erfasste
Spannungsdifferenz (Us) einen Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.
5. System (10), mit:
einem Abschirmgehäuse (9), welches über eine Masseverbindung (6) mit einem Massepotential (7) verbunden ist; einem Gleichspannungswandler (4), welcher einen ersten Ausgangsanschluss (4a) aufweist, der mit dem Abschirmgehäuse (9) verbunden ist;
einem Energiespeicher (8), welcher zwischen einen zweiten Ausgangsanschluss (4b) des Gleichspannungswandlers (4) und das Massepotential (7) gekoppelt ist; und einer Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren erster
Erfassungsanschluss (5a) mit dem Massepotential (7) verbunden ist, und deren zweiter Erfassungsanschluss (5b) mit dem Abschirmgehäuse (9) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (1 ) dazu ausgelegt ist, eine Spannungsdifferenz (Us) zwischen dem Abschirmgehäuse (9) und dem Massepotential (7) zu erfassen.
System (10) nach Anspruch 5, wobei die Masseverbindung (6) ein niederohmiges Masseband umfasst.
Verfahren (20) zum Uberwachen einer Masseverbindung (6) zwischen einem
Abschirmgehäuse (9) eines Spannungswandlers (4) und einem Massenanschluss (7) des Spannungswandlers (4), mit den Schritten:
Erfassen einer Spannungsdifferenz (Us) zwischen dem Abschirmgehäuse (9) und dem Masseanschluss (7);
Erfassen einer Ausgangsstromstärke (lw) des Spannungswandlers (4);
Vergleichen der erfassten Spannungsdifferenz (Us) mit einem von der erfassten Ausgangsstromstärke (lw) abhängigen Spannungsschwellwert (UTh); und
Ansteuern des Spannungswandlers (4) in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.
Verfahren (20) nach Anspruch 7, wobei das Ansteuern des Spannungswandlers (4) ein Begrenzen der Ausgangsstromstärke (lw) des Spannungswandlers (4) auf einen Stromschwellwert (lTh) umfasst, wenn die erfasste Spannungsdifferenz (Us) den Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.
Verfahren (20) nach Anspruch 7, wobei das Ansteuern des Spannungswandl ein Abschalten des Spannungswandlers (4) umfasst, wenn die erfasste
Spannungsdifferenz (Us) den Spannungsschwellwert (UTh) überschreitet.
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