技术领域本发明涉及一种用于使机动车车载电网运行的方法和用于实施按照独立专利权利要求的前序部分所述的方法的装置。
背景技术：
为了从交流系统给直流系统馈电（例如通过交流发电机给机动车车载电网馈电），不同结构形式的整流器可以被采用。在机动车车载电网中，对应于这里通常被建造的（verbaut）三相、四相或者五相交流发电机而通常使用六脉冲、八脉冲或者十脉冲实施的桥式整流器。然而，本发明也适合于针对其它的相数的桥式整流器。如果随后简化地谈到发电机，则在这种情况下也可涉及可发电机式和电动机式运行的电机，例如涉及所谓的起动发电机（Startergenerator）。所谓的甩负荷（英语：LoadDump）是在桥式整流器中的关键的运行情况。如果在高励磁的发电机和相对应高的所发出的电流的情况下在发电机或与之相连的桥式整流器上的负荷突然减小，那么出现甩负荷。可以或者由切断所连接的车载电网中的耗电器或者由线缆断开（Kabelabriss）引起甩负荷。如果耗电器在车载电网的无电池的运行时突然被切断，那么所述发电机还可以直至一秒长提供比车载电网可吸收的能量多的能量。如果所述能量不能或者不能完全通过在直流电压电网中或者在整流器中的以电容方式起作用的元件被截住，那么在机动车车载电网中的部件中可发生过压并且由此发生过压损害。然而，在这种情况下，因为电池供电作为过渡解决方案不在考虑之内，所以车载电网必须继续由发电机来供电。只要电池被连接，甩负荷就是不关键的。负荷失稳（Lastabfall）只有在无电池的运行时才引起损害。所述无电池的运行是故障情况。在桥式整流器的正的直流电压端子上有线缆断开的情况下，发电机同样继续提供能量；然而耗电器不再被连接。与刚才所解释的在车载电网的无电池的运行时切断耗电器的情况相比，没有使耗电器受到危害。仍然可以发生可损害发电机的功率电子装置的过压。在传统的（无源）桥式整流器中，通过该整流器本身、即借助于在那里以常规方式被建造的整流器齐纳二极管分别实现车载电网的或发电机的功率电子装置的一定的保护，在所述整流器齐纳二极管中，过压可以被嵌位（klammern）而多余的能量可以被转化为热量。诸如在DE102009046955A1中所解释的那样，然而在机动车中采用有源的或受控制的桥式整流器是值得期望的。此外，因为有源桥式整流器与无源的或不受控制的桥式整流器相反在正常运行时具有较小的损耗功率，因此这是这种情况。然而，目前可得到的用于这种有源桥式整流器的可操控的（ansteuerbar）或有源的开关元件（例如MOSFET）没有如传统的整流器齐纳二极管那样具有带有足够的稳健性的集成的嵌位功能，而且因而不能截住过压。因而在有源桥式整流器中，附加的保护策略是必需的。例如，在甩负荷的情况下，发电机相可以通过将相对应的整流器的上面的或者下面的整流器支路的一些或者所有开关元件短时间地切换为导通的（leitendgeschaltet）而被短接，诸如也在DE19835316A1中所公开的并且在DE102009046955A1中所讨论的那样。这尤其是基于对附在有源桥式整流器的直流电压端子上的输出电压的分析而实现。如果该输出电压超过预先给定的上限阈值，那么使相对应的短路开始，并且输出电压下降。如果该输出电压此后低于预先给定的下限阈值，那么所述短路结束（aufheben），并且该输出电压重新上升。因此涉及典型的滞回性能。因而，该输出电压在甩负荷的情况下在上限阈值和下限阈值之间往复摆动。然而，所述从现有技术公知的解决方案被证明为不总是有效的，使得存在对有源桥式整流器在甩负荷情况下的改善的保护策略的需求。
技术实现要素：
在该背景下，本发明建议了一种用于使机动车车载电网运行的方法和用于实施具有独立专利权利要求的特征的方法的装置。构建方案是从属权利要求和随后的描述的主题。本发明的优点机动车车载电网或具有这种本发明可基于的机动车车载电网的桥式整流器和控制装置的电机参考图1在下面进一步被解释。本发明以一种用于使这样的具有可发电机式运行的电机和通过相端子与该电机相连的有源桥式整流器的机动车车载电网运行的方法为出发点，所述有源桥式整流器在整流运行模式中和在短路运行模式中是可运行的。在此，在本申请的范围内，“整流运行模式”被理解为如下运行模式：如该运行模式被用于在没有甩负荷时以及在甩负荷之后在随后所解释的短路运行模式之间的定期的整流。这样的整流运行模式包括：通过操控桥式整流器的有源开关元件将附在相端子上的相电压转换为在桥式整流器的直流电压端子上被输出的输出电压。就这方面来说，这样的整流运行模式是已知的。通常在这种情况下，附在相应的相端子上的正半波被接通（durchgeschaltet）到正的直流电压端子（这里用B+标明），而附在相对应的相端子上的负半波被接通到负的直流电压端子（B-）。为此，相应的MOSFET或有源开关元件在相对应的桥式整流器的整流桥中适当地被布线，如也参考图1被解释的那样。而在短路运行模式中，相端子通过操控有源开关元件被短接，使得在桥式整流器的直流电压端子上没有输出电压被桥式整流器输出。如果相对应的车载电网在短路运行模式中没有以其它的方式被供电，那么可在直流电压端子上探测到的电压降低，并且借此在车载电网中的电压降低。如之前被解释的和就这方面来说同样已知的那样，在被识别的甩负荷的情况下，例如当表征降落在桥式整流器的直流电压端子之间的电压的信号超过上限阈值时，才开始短路运行模式。只要该信号此后不低于下限阈值，短路运行模式就一直被维持。也已知的是，如所解释的那样，所解释的信号在短路运行模式中一低于下限阈值，就结束短路运行模式。在此，表征附在桥式整流器的直流电压端子之间的电压的信号不必是原始信号（Rohsignal）（例如相对应地被测量的电压）：为了例如避免在只短期出现的电压峰值处的故障识别，相对应的信号尤其是也可以被滤波。这主要是在如在图3和那里的图表31中所阐明的那样的信号形状中是必要的。这里，在结束相对应的相短路时发生短时间的超过相对应的识别阈VH的电压峰值（参见时间点T0）。如果会采用不经滤波的信号，那么已经在该时间点会又结束刚刚开始的短路。在此，具有被限定的切换时间的操控信号优选地被用于操控有源开关元件。在本发明的范围中被用在第一方法阶段中的切换时间这里被称作“第一切换时间”。已知的是，有源开关元件在利用具有平坦的信号沿（即在较长的切换时间的情况下）的信号来操控的情况下也只比较缓慢地从截止状态逐渐变为导通状态。经此，电压峰值可以在整流器上切换电感性负荷的情况下被避免：如通常已知的那样，在晶体管（诸如所提及的MOSFET）的情况下，在漏极与源极之间的导通电阻取决于附在栅极与源极之间的电压。在所谓的极限电压（英文：ThresholdVoltage）之下，经过晶体管的在漏极与源极之间的连接是高欧姆的，在该极限电压之上，经过晶体管的在漏极与源极之间的连接是低欧姆的。然而，导通电阻在达到极限电压时不是突然地下降到该导通电阻的最小值，按照常用的语言习惯，在所述最小值的情况下，该导通电阻“被馈通（durchgesteuert）”。更确切地说，在将在栅极与源极之间的电压提高超过极限电压时，该电阻虽然首先剧烈地扰动（einbrechen），但是只扰动到在该电阻的最小值之上的确定的值上。只有当附在栅极上的电压继续被提高（例如1至2V）时，才出现最小的导通电阻。如果因而利用操控信号缓慢地经历过该范围，那么晶体管的相对应地“缓慢地”切换可以被实现。所述“缓慢的”切换在如下甩负荷的情况下在开始和尤其是结束所解释的短路时尤其是有利的：在所述甩负荷的情况下车载电网仍被连接到整流器上（即不是在由于线缆断开的甩负荷的情况下）。在这种情况下，车载电网的线路是电感性负荷，使得可发生电压峰值。因而合适的是在这些情况下使用较长的切换时间，使得电压峰值被减少。因为所参与的晶体管在这种情况下然而比较强烈地被加负荷，而且因为在定期的整流运行时在“缓慢”的切换的情况下发生被提高的损耗功率，所以有利地，只有当相对应的较长的切换时间实际上是必要的时候，该切换时间才被使用。按照本发明被设置的是：在桥式整流器在第一方法阶段已经在短路运行模式中运行至少一次之后，基于表征附在桥式整流器的直流电压端子之间的电压的信号的至少一个特征来确定该信号是否已经由于在直流电压端子中的至少一个上的线缆的线缆断开而超过上限阈值。如果这是这种情况，那么该桥式整流器紧接着在第二方法阶段中在短路运行模式中运行被延长的时段和/或具有更少的第二切换时间的操控信号在第二方法阶段中被用于操控有源开关元件。因为在所识别的线缆断开的情况下电感性负荷不必被切换并且因而（随着所使用的晶体管的更少的加负荷）可以使用更少的切换时间，因此具有更少的第二切换时间的操控信号尤其是有利的。因为在这种情况下也不必顾及车载电网的（由整流器分开的）部件，所以对于短路运行模式也可以使用被延长的时段。以这种方式同样保护了晶体管。如随后也被解释的那样，所述至少一个短路运行模式的持续时间可以被用作用于信号是否已经由于线缆断开而超过上限阈值的准则。这随后也还参考图3和4被阐明。相对应地，也可以在所述至少一个短路运行模式开始之后使用识别阈值的超过。如随后同样被解释的那样，在切断耗电器的情况下但不是在线缆断开的情况下，在短路运行模式开始之后发生电压扰动（Spannungseinbruch），这同样可以被用作用于区别的准则。其中桥式整流器在第二方法阶段中在短路运行模式中运行的时段的“延长”例如可以通过预给定相对应的尤其是为0到1.5秒（例如为0.5到1秒）的短路运行模式时间来进行。在这样的时间内，过压或相对应的发电机功率被消除。短路运行模式的延长也可以通过如下方式来进行：下限阈值被降低、即短路运行模式延迟地被结束。可在本发明的范围内使用的第一和第二切换时间尤其是在从10到200μs的范围内（第一切换时间）和在从0到20μs的范围内（第二切换时间）。在选择第一切换时间时，尤其是要考虑在切换过程的时间点的发电机电流I_发电机和在整流器与车载电网中的电容器（参见按照图2的电容器C1）之间的车载电网电感L_车载电网。感应电压U_被感应满足等式U_被感应＝L_车载电网×dI_发电机/dt车载电网电感越高并且容许的感应电压越低，则切换过程必须越缓慢地被选择。也可以进行对如下滤波时间的适配：所述滤波时间被用于提供表征附在桥式整流器的直流电压端子之间的电压的信号。通过所述滤波时间的减少可以减少如下时间：在所述时间内，开关元件遭受加负荷（参见按照图4的时段T1－T0）。按照本发明的计算单元（例如机动车车载电网的有源桥式整流器的控制装置）尤其是以程序技术被设立为执行本方法。尤其是当进行实施的控制设备还被用于其它任务并且因而本来存在时，以软件的形式实施本方法也是有利的，因为这造成特别微小的成本。用于提供计算机程序的适当的数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD以及其它等等。通过计算机网络（因特网、内联网等等）下载程序也是可能的。本发明的其它优点和构建方案从说明书和附上的附图得到。易于理解的是，上面所提到的和随后还要解释的特征不仅以分别被说明的组合而且以其它组合或者单独地是可使用的，而不离开本发明的范围。附图说明本发明依据实施例在附图中示意性地被示出并且在下文参考附图详细地被描述。图1以示意性的部分图示示出了具有桥式整流器、发电机和控制装置的车载电网。图2以示意图示出了用于模拟在车载电网中的甩负荷的装置。图3以图表的形式示出了在由于切断耗电器的甩负荷的情况下的电流和电压变化过程。图4以图表的形式示出了在由于线缆断开的甩负荷的情况下的电流和电压变化过程。在这些图中，彼此相对应的要素显示出同样的参考符号，并且为了清楚起见没有反复地被解释。具体实施方式在图1中，以五相系统为例示意性地示出了传统的具有桥式整流器1和发电机G的装置。桥式整流器1在图1中被示为十脉冲的桥式整流器，所述十脉冲的桥式整流器被设立用于对五相发电机G的交流电进行整流。然而，以相同的方式例如也可以采用三相、四相、六相或者七相的发电机G和相对应地与此适配的六脉冲、八脉冲、十二脉冲或者十四脉冲的桥式整流器1。桥式整流器1是这里仅部分地被示出的车载电网10的部分。桥式整流器1具有五个半桥A至E，所述五个半桥A至E分别通过它们的中间抽头M与五个发电机相或相对应的相端子U至Y相连。半桥A至E以它们的端部分别与直流电压端子B+和B-（例如电池极和/或车载电网100的相对应的供电线路）相连。在此，端子B-可以与接地相连。半桥A至E分别具有这里被阐明为MOSFET的有源开关元件AH至EH和AL至EL。所述有源开关元件AH至EH和AL至EL分别被内连（einbinden）到各个半桥A至E的上部支路H（高压侧（Highside））和下部支路L（低压侧（Lowside））中。相端子U至Y可以按照有源开关元件AH至EH和AL至EL的相对应的布线分别与所述两个直流电压端子中的一个B+或者B-相连。如果两个或者更多个相端子U至Y分别与同一直流电压端子B+或B-相连，那么这等于所述相端子U至Y通过相应的直流电压端子B+或B-短接。有源开关元件AH至EH和AL至EL的布线经过它们的相应的栅极端子G由控制装置2通过未示出的操控线路来实现。在此，针对所有的半桥A至E可共同地设置一个控制装置2。可替换于此地，每个半桥A至E也都可以具有单独的控制装置。如果后者是这种情况，那么功能可任意地在单独的控制装置与共同的控制装置2之间被分配。桥式整流器1的正常运行包括：这样操控有源开关元件AH至EH和AL至EL，使得附在相端子U至Y上的电流信号（根据电流方向）交替地向B+和B-被馈通。在图1中所示出的装置中，甩负荷例如可以基于附在直流电压端子B+上的电压被探测到。为此，控制装置2通过线路3与直流电压端子B+相连。如果超过限定的电压阈值，那么存在甩负荷。整流器1在被识别的甩负荷的情况下的操控可包括在时间上被限定地短接相端子U至Y。以后，被馈入到车载电网中的电流下降到零，通过线路3被检测到的电压下降。可通过同时地操控和借此将一方面为一些或者所有开关元件AH至EH或者另一方面为一些或者所有开关元件AL至EL、即整流器支路H或者L的一些或者所有开关元件切换为导通的来制造相对应的短路。如果这种短路被解决，那么被馈入到车载电网中的电流和通过线路3被检测的电压再次升高。在图2中，用于模拟在机动车的车载电网中的甩负荷的电路被示出并且整体用20标明。电路20同时表示车载电网10的等效电路图，发电机G和整流器1（诸如在之前所解释的图1中示出的那样）被内连到所述车载电网10中。如所解释的那样，相对应的车载电网也可以具有带有其它的相数或脉冲数的发电机G和/或整流器1。在这种情况下，如通过相对应地被标记的箭头所阐明的那样，电压UB附在具有整流器1的发电机G上。电容器C1和C2以及负荷电阻RL1和RL2代表真实的车载电网的电容和电阻。在此，电容器C1对应于在被设置用于外部起动相对应的机动车的外部起动支点（Fremdstartstuetzpunkt）上的电容器。在此，端子F1和F2被设置用于起动辅助。在可对应于端子F1的点BN上，可测量例如相对接地或者端子F2的车载电网电压。此外，电容器C1被设置为缓冲（abpuffern）在车载电网中的电压波动。在电容器C1上降落的电压同样用箭头阐明并且用UF标明。要注意的是：在常见的机动车中，一方面为具有整流器1的发电机B和另一方面为电容器C1或也就是点BN或端子F1及F2通过具有通常为1.5至2米的长度和例如为25平方毫米的横截面的线路而彼此分开。随后，整流器的直流电压端子B+和B-与此相对地被当作直接被设置在整流器上的端子。例如，端子F1和F2和点BN关于这一点（如所解释的那样）通过相对应的线路长度被分开。具有所提到的特性的被解释的线路在电等效电路图中基本上对应于电感。这些电感对如下情况负责任：在整流器1的直流电压端子B+和B-上的快速的电流变化的情况下发生被感应的电压峰值。因而，在外部起动支点上的电压、也就是说降落在端子F1与F2之间或点BN相对接地降落的电压UF不可直接由被安置在发电机G或整流器1上的电子装置来检测。本发明也考虑了这一点。如果在下文谈到“在整流器上的电压”，那么在这种情况下涉及可直接在整流器1上、即例如在端子B+上被测量的电压。所述电压也用VB+标明。由于线路的所解释的电感，所述电压的时间变化过程必要时区别于“在车载电网上的电压”的相对应的时间变化过程，所述“在车载电网上的电压”例如可在端子F1或点BN上被测量。在开关S1（如下所述）与点BN或端子F1之间的线缆长度例如可以（如在图2中所示出的那样）计为1.5m，相对应的线缆的电感例如为2μH。开关S1和S2被设置用于模拟甩负荷。在甩负荷测试或相对应的模拟开始时，两个开关S1和S2是闭合的。发电机G或整流器1将根据负荷电阻RL1和RL2得到的电流发出给车载电网。甩负荷可通过断开开关中的一个S1或S2而被仿制（nachbilden）。借此，开关S1的断开对应于负荷失稳到0％，如所述负荷失稳会在现实中例如通过在发电机上的连接线缆的脱离（Abfall）（线缆断开）而被造成的那样。而开关S2的断开仿制部分的负荷失稳，如所述部分的负荷失稳通过切断在车载电网中的较大的电阻性负荷（这里为RL2）被造成的那样。“被甩出的”负荷电流的大小能通过负荷电阻RL2的阻值被设定，剩余的车载电网电流的大小能通过负荷电阻RL1的电阻被设定。在图3和4中，分别示出了具有相对于在横坐标上以ms为单位的时间的在纵坐标上以V为单位的在正的直流电压端子B+上的电压变化过程（图表31和41）和在所选出的相端子上的电压变化过程（图表32和42）的图表。在此，在图3中示出了如通常由甩负荷产生的电压变化过程，所述甩负荷从切断车载电网中的耗电器得到。在这种情况下，在图表31中所示出的电压信号VB+可以通过测量在桥式整流器的B+与B-之间的电压而被获得（参见图1）。相对应的电压信号VB+（如在图表31中所示出的那样）尤其是在无电池的运行中并且在切断高负荷耗电器时得到。在此，在图3中所示出的图表中，分别在时间点T0结束相短路，如所述相短路之前已经被解释的那样。经此，在时间点T0，由于在车载电网中的多次被解释的线路电感而在所有情况下都得到引人注目的电压峰值。在车载电网电感已经完全接收发电机电流之后，在B+上的电压重新采用车载电网电压BN的值。在电压峰值之后的电压值基本上对应于在电压峰值之前的电压值。该电压值通过所使用的滞回环节的特征被预先给定，所述滞回环节的下限阈值在图表31中用VL标明。紧接着，电压VB+连续地升高。在离时间点T1前不远的时间点，电压VB+分别达到上限阈值VH、这里大约23.5V。在时间点T1，由于相对应的阈值识别而使相短路（如之前所解释的那样）开始。经此，在电压信号VB+中首先发生特定地作为针对甩负荷的识别特征的明显的电压扰动，所述甩负荷由于切断车载电网中的耗电器（但不是由于在发电机上的线缆断开）而得到。通过在时间点T1与T0之间短接相端子（即在短路运行模式中），电压VB+降低并且在离时间点T0前不远的时间点达到下限阈值VL、这里大约17V，所述下限阈值VL如所描述的那样通过控制单元中的滞回环节的下限阈值是可设定的。另一阈值（这里用VK标明）同样可以被用于在一方面由切断耗电器产生而另一方面由线缆断开产生的甩负荷之间进行区别。在图表31中、即在切断耗电器时，信号VB+从没有达到阈值VK，使得在此基础上可以确定不存在线缆断开。在图表32中，为了阐明而阐明了五个相电压中的两个，如所述五个相电压附在相对应的电机或发电机G（参见图1）的相端子U至Y上的那样。在这种情况下涉及在相端子U和V上的电压（这里用VU和VV标明）。由于在时间点T1与T0之间的相短路，所述电压降低到0V。如已经被解释的那样，在图4的图表41和42中的图示基本上对应于在图3的图表31和32中的图示。然而，在图4中阐明了由于线缆断开而得到的甩负荷。此外，在图表42中，在电机G的相端子上的三个电压信号被示出并且这里用VU、VV和VW标明。如在图3与4的比较中可看出的那样，在解除短路T0与重新开始相对应的短路T1之间的时间间距在线缆断开（图4）的情况下明显比在切断车载电网中的耗电器的情况下短。在这种情况下，按照图4涉及大约15ms，按照图3涉及大约60ms。该区别可被考虑作为用于区别甩负荷的所提到的原因的特征。此外，尤其是从图表41与31的比较可看出的是：在时间点T1激活相短路时，在由于线缆断开（图4）的甩负荷的情况下几乎不发生电压扰动。这要归因于：在线缆断开的情况下，在车载电网的电感中的电流不必被换向（umkommutiert）。允许在甩负荷的所提到的原因之间进行区别的另一准则是超过已经关于图3所解释的阈值VK。因为在线缆断开的情况下得到明显更高的电压（这里直至46V），所以超过了阈值VK，使得相对应的超过可以被用作对于线缆断开所造成的甩负荷的其它的准则。如从图表32可看出的那样，电压VB+在解除相短路时短时间地升高得明显超过真正的切换阈。紧接着，该电压VB+很快重新跳回（zurueckspringen）到最初的电压（如之前所解释的那样大约17V）上。紧接着，电压VB+才通过车载电网电容的充电重新逐渐地（也就是说在为大约0.6ms的时段内）被提高，直到重新超过针对相短路的激活阈VH。与此相反，在图表41中识别出：在线缆断开的情况下，电压上升到很高的值（如所提及的那样几乎46V），然而接着（首先）保持在那里。这要归因于所参与的晶体管的雪崩击穿（Avalanche-Durchbruch）的箝位作用。如果在相对应的整流器中设置附加的元件用于进行箝位，如原则上同样可能的那样，那么该电压也可以在所使用的晶体管的雪崩电压之下。只要图表31中的电压峰值由于较高的车载电网电感或者较快的切换速度而达到值VK，那么可以如下扩展所述区别：分析其中信号VB+超出阈值VK的时间。因而，信号VB+中的电压峰值或相对应的电压平台（Spannungsplateaus）的持续时间可以被用作如下准则：是电感性电流被切换还是存在线缆断开。如果相对应的电压峰值持续得比由于车载电网电感和所切换的电流而有说服力的长，那么可以从存在线缆断开出发。