CN103999308A - 保护设备、方法和供能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于具有第一和第二电压引导线的IT电网的保护设备，具有信号发生器，其被构造为将第一信号馈入到第一和/或第二电压引导线中；具有检测装置，其被构造为检测至少一个电压引导线中的所馈入的第一信号的变化曲线；以及具有控制装置，其被构造为分析所检测的变化曲线并且在对所检测的变化曲线的分析显示出由生物接触第一电压引导线和第二电压引导线时输出关断信号。本发明还公开了一种方法和一种供能系统。
Description
技术领域
本发明涉及用于具有第一和第二电压引导线的IT电网的保护设备、方法和供能系统。
背景技术
相对于地电绝缘的能量网用在不同的技术应用中。对于这样的所谓IT电网（Isolated Terre（绝缘地））的可能应用是混合动力车辆和电动车辆。
尽管本发明的主题可以用于多种IT电网，但是下面结合用于混合动力车辆或电动车辆的IT电网来描述本发明的主题。
在当代机动车辆的研发中，减少燃料消耗以及由此减少有害物质排放对于研发工程师而言是重要标准之一。为了减少内燃机的燃料消耗，可以在混合动力车辆中由电动机来支持内燃机。在电动车辆中，内燃机未被电动机支持，而是被电动机替代。
在这样的混合动力车辆和电动车辆中，使用高压储能器、例如锂离子电池来储存为了运行电动机所需的电能。该高压储能器通常通过两个高压线被传输给逆变器，在所述两个高压线中一个高压线引导正电压并且一个高压线引导负电压。
如果这样的混合动力车辆或电动车辆在车间维护，则可能露出高压线。如果在混合动力车辆或电动车辆处的服务操作以后没有将电池与逆变器之间的高压线按规定地与逆变器连接，则可能的是，生物、尤其是人接触高压线的电压引导组件。
这样的混合动力车辆或电动车辆例如在DE 102008001973 A1中示出。
发明内容
本发明公开了一种具有权利要求1的特征的保护设备、一种具有权利要求6的特征的方法、以及一种具有权利要求11的特征的供能系统。
相应地规定：
一种用于具有第一和第二电压引导线的IT电网的保护设备，具有信号发生器，其被构造为将第一信号馈入到第一和/或第二电压引导线中；具有检测装置，其被构造为检测至少一个电压引导线中的所馈入的第一信号的变化曲线；以及具有控制装置，其被构造为分析所检测的变化曲线并且在对所检测的变化曲线的分析显示出由生物接触第一电压引导线和第二电压引导线时输出关断信号。
一种用于针对具有第一和第二电压引导线的IT电网来保护生物的方法，具有步骤：将第一信号馈入到第一和/或第二电压引导线中；检测至少一个电压引导线中的所馈入的第一信号的变化曲线；分析所检测的变化曲线并且在对所检测的变化曲线的分析显示出由生物接触第一电压引导线和第二电压引导线时输出关断信号。
一种具有至少一个高压电池的供能系统，具有高压中间电路，其具有中间电路电容器；具有至少两个高压线，其将高压电池与中间电路电容器连接；具有至少一个可控开关设备，其被构造为将两个高压线在电学上从高压电池断开；具有根据权利要求1－5之一所述的保护设备，其至少与高压线之一耦合并且被构造为借助于关断信号将所述至少一个可控开关设备操控为使得在识别出由生物接触电压引导线时所述开关设备将两个高压线在电学上从高压电池断开。
本发明的优点
本发明所基于的认识在于，生物具有依赖于频率的阻抗并且可以利用所述依赖于频率的阻抗来识别：生物是否接触IT电网的电压引导线。
本发明所基于的思想在于，考虑到该认识并且提供一种用于IT电网的保护设备，该保护设备检查IT电网的电压引导线以获悉表征生物的阻抗的存在，并且在IT电网的电压引导线中识别到这样的表征生物的阻抗的情况下输出关断信号。
为此本发明规定：将第一信号馈入到电压引导线中并且根据电压引导线内的信号的变化曲线来识别生物是否接触电压引导线。还应将由于电压引导线内的阻抗而被反射和/或改变的第一信号理解成电压引导线内的信号的变化曲线。
在此，如下的每个信号适于作为第一信号：所述信号使得能够在预先给定的频谱内检测电压引导线内的阻抗。在此，预先给定的频谱具有至少如下的频率：所述频率使得能够识别生物的特征性阻抗。
有利的实施方式和改进方式由从属权利要求以及由参考附图的描述中得出。
在一个实施方式中，信号发生器具有可控电压源和/或可控电流源。另外，第一信号是电压脉冲或电流脉冲。如果可控电压源或可控电流源被用于生成电压脉冲或电流脉冲作为第一信号，则可以非常灵活地将电压保护设备与不同的应用实例相匹配。
在另一实施方式中，信号发生器具有带开关元件的线圈，其中开关元件被构造为将线圈与电压源连接并且为了生成电压脉冲形式的第一信号而将线圈从电压源断开。如果线圈被用作信号发生器，则实现了信号发生器的非常简单的构造以及因此非常简单构造的保护设备。
在另一实施方式中，检测装置具有：电压传感器，其被构造为检测所述至少一个电压引导线中的电压；和/或电流传感器，其被构造为检测所述至少一个电压引导线中的电流强度。如果为了检测第一信号的变化曲线而根据本发明检测电压引导线内的电压的变化曲线和/或电流的变化曲线，则可以非常简单地在预先给定的频谱内检测电压引导线中的阻抗。
在另一实施方式中，控制装置具有模/数转换器，该模/数转换器被构造为将所检测的电压和/或所检测的电流强度转换成表征所检测的电压和/或所检测的电流强度的数字值。这使得能够在程序控制的设备、例如微控制器中进一步处理所检测的电压和/或所检测的电流强度的变化曲线。
在另一实施方式中，控制装置具有存储器，该存储器被构造为存储多个如下数字值，所述数字值表征所述至少一个电压引导线中的所馈入的第一信号的变化曲线，其中控制装置具有变换装置，该变换装置被构造为针对所馈入的第一信号的所存储的时间变化曲线执行到频域的变换、尤其是快速傅立叶变换并且输出在频域中表征所馈入的第一信号的变化曲线的数据。另外，该控制装置具有分析装置，该分析装置被构造为在所存储的数据中标识出在其处电压引导线的阻抗具有局部最大值或最小值的频率并且在所标识频率的至少之一处于用于识别生物的至少一个预先给定的频率范围中时输出关断信号。
如果执行信号变化曲线到时域中的变换，则可以非常简单地分析电压引导线内的依赖于频率的阻抗。由于生物的依赖于频率的阻抗在一定频率处具有最小值或最大值，因此可以在频域中非常容易地识别：在信号变化曲线中是否存在生物的依赖于频率的特征性阻抗。由此可以通过简单的计算非常可靠地输出关断信号。
上面的扩展方案和改进方案只要合理就可以任意地彼此组合。本发明的另外的可能的扩展方案、改进方案和实施方式还包括之前或下面参照实施例所描述的本发明特征的未明确提到组合。尤其是，在此专业人员还可以添加各方面作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。
附图说明
下面根据附图的示意图中所说明的实施例来进一步阐述本发明。在此：
图1示出了根据本发明的保护设备1的一个实施方式的框图；
图2示出了根据本发明的方法的一个实施方式的流程图；
图3示出了根据本发明的供能系统的一个实施方式的框图；
图4示出了描绘人的等效电路的电路图；
图5示出了描绘依赖于频率的阻抗的图表。
在所有附图中给相同或相同作用的元件和装置——只要未另行说明——配备了相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的保护设备1的一个实施方式的框图。
图1中的保护设备1具有信号发生器2，该信号发生器2与控制装置5耦合并且由控制装置5来控制。另外，保护设备1具有检测装置4，该检测装置被构造为检测电压引导线L+、L-中的信号的变化曲线并将其提供给控制装置5。另外，控制装置5被构造为输出关断信号6。
最后，图1具有IT电网的两个电压引导线L+、L-，所述电压引导线被以火柴人LW形式示出的生物LW分别用手接触。信号发生器2与电压引导线L+耦合，以便将第一信号3馈入到该电压引导线L+中，并且检测装置4与电压引导线L+耦合，以便检测电压引导线L+中的所馈入的信号的变化曲线。
图1中的控制装置5被构造成微控制器5，其执行提供所期望的功能的计算机程序产品。在另一实施方式中，控制装置5被构造成专用集成电路5等等。
在又一实施方式中，控制装置5具有CAN总线接口或者FlexRay接口，通过所述接口控制装置5可以将关于生物识别的数据传送给另一车辆控制装置。由此，例如可以触发车辆中的另外的动作、例如触发紧急呼叫或者关断内燃机。
图2示出了根据本发明的方法的一个实施方式的流程图。
在第一步骤S1中，将第一信号3馈入到第一和/或第二电压引导线L+、L-中。在第二步骤S2中，检测至少一个电压引导线L+、L-中的所馈入的第一信号3的变化曲线。最后在第三步骤S3中，分析所检测的变化曲线，并且在对所检测的变化曲线的分析显示出由生物LW接触第一电压引导线L+和第二电压引导线L-时输出关断信号6。
图3示出了根据本发明的供能系统的一个实施方式的框图。
图3中的供能系统3具有电池B，该电池B通过两个电压引导线L+、L-与保险装置SV电耦合，该保险装置SV被构造为中断两个电压引导线。该保险装置通过两个电压引导线L+、L-与高压中间电路的电容器耦合。
另外，图3具有保护设备1，该保护设备1与高压中间电路ZK耦合。
与图1不同，图3中的信号发生器2具有线圈7和开关元件8，该开关元件8被构造为将线圈7与电压源（未示出）耦合以及将线圈7从电压源断开，并且该开关元件8由控制装置5控制。线圈7从电压源的断开导致：由于线圈7的电感，电压脉冲被馈入到供能系统的线L-中。
另外，图4中的检测装置4具有电压和电流传感器9，该电压和电流传感器9被构造为检测电压引导线L-中的电压值和电流强度值并且将所检测的值提供给控制装置5。控制装置5具有模/数转换器11，以便数字化由电压传感器和电流传感器9所检测的值。经数字化的值然后被存储在存储器12中，以便存储电压引导线L-中的电压变化曲线和电流强度变化曲线。变换装置13然后将所存储的变化曲线从时域变换到频域。这尤其是借助于快速傅立叶变换来进行。接着，分析装置14在频域中分析经变换的变化曲线并且标识出如下频率：在所述频率的情况下，电压引导线的阻抗具有局部最小值。分析装置14还被构造为在所标识频率的至少之一处于用于识别生物LW的至少一个预先给定的频率范围中时输出关断信号6。如果输出关断信号6，则保险装置SV将两个电压引导线L+、L-从电池B断开。
所述预先给定的频率范围可以处于0Hz至1MHz之间。如果人被识别为生物，则频率范围尤其是可以处于1kHz至100kHz之间。
在此，阻抗从根据公式Z=U/I的欧姆定律中计算出来。
在另一实施方式中，检测装置4具有旁路电阻或者非接触的电流传感器。
图4示出了描绘人的等效电路的电路图。
图4中示出的人的等效电路是由标准IEC_60850、IEC_61010预先给定的。
等效电路由电阻Rs与电容器Cs的并联电路以及与该并联电路串联的电阻Rb构成，该电阻Rb与同电容器C1串联的电阻R1并联。
根据标准IEC_60850、IEC_61010，电阻Rs具有1k欧姆的电阻值，电容器Cs具有0.22μF的电容，电阻Rb具有500欧姆的电阻值，电阻R1具有10K欧姆的电阻值，并且电容器C1具有 0.022μF的电容。
根据该等效电路图可以计算出如下频率，在所述频率情况下等效电路具有最小阻抗。该频率对应于所示等效电路图的谐振频率并且由此还对应于人体的谐振频率。
图5示出了描绘依赖于频率的阻抗的图表。
在图5所示原理图中，在纵坐标轴上绘出了阻抗Z。在该图表的横坐标轴上绘出了频率。在该图表中还绘出了阻抗曲线，该阻抗曲线从0Hz行进到直至由寄生效应所确定的高阻抗时的大约1MHz。该阻抗曲线针对示例性的设计方案具有例如在1KHz频率处的大致0.4欧姆的第一最小值和例如在30kHz附近的显著更小显现的第二最小值。
第一最小值所处在的频率对应于振荡电路的谐振频率，所述振荡电路由中间电路电容器C和处于电池B与中间电路电容器C之间的寄生电阻构成。
阻抗曲线的第二最小值所处在的频率对应于图4所示的等效电路的谐振频率。单单第二最小值的存在就允许分析装置确定：生物接触了两个电压引导线L+、L-。该频率处的阻抗的绝对值不是决定性的。
尽管在前面根据优选实施例描述了本发明，但是本发明不限于此，而是可以以多种多样的方式来修改。本发明尤其是可以以各种各样的方式来改变或修改，而不偏离本发明的核心。
Claims (11)
1.一种用于具有第一和第二电压引导线 (L+, L-)的IT电网的保护设备(1)，
具有信号发生器(2)，其被构造为将第一信号(3)馈入到第一和/或第二电压引导线(L+, L-)中；
具有检测装置(4)，其被构造为检测至少一个电压引导线(L+, L-)中的所馈入的第一信号(3)的变化曲线；
具有控制装置(5)，其被构造为分析所检测的变化曲线并且在对所检测的变化曲线的分析显示出由生物（LW）接触第一电压引导线(L+, L-)和第二电压引导线(L-, L+)时输出关断信号(6)。
2.根据权利要求1所述的保护设备，
其中信号发生器(2)具有可控电压源和/或可控电流源，并且第一信号(3)是电压脉冲或电流脉冲；或者
其中信号发生器(2)具有带开关元件(8)的线圈 (7)，其中开关元件(8)被构造为将线圈(7)与电压源连接并且为了生成电压脉冲形式的第一信号(3)将线圈(7)从所述电压源断开。
3.根据前述权利要求1和2之一所述的保护设备，
其中检测装置(4)具有：电压传感器(9)，其被构造为检测所述至少一个电压引导线(L+, L-)中的电压；和/或电流传感器，其被构造为检测所述至少一个电压引导线(L+, L-)中的电流强度。
4.根据权利要求3所述的保护设备，
其中控制装置(5)具有模/数转换器(11)，所述模/数转换器(11)被构造为将所检测的电压和/或所检测的电流强度转换成表征所检测的电压和/或所检测的电流强度的数字值。
5.根据前述权利要求1至4之一所述的保护设备，
其中控制装置(5)具有存储器(12)，所述存储器(12)被构造为存储多个如下数字值，所述数字值表征所述至少一个电压引导线(L+, L-)中的所馈入的第一信号(3)的变化曲线；
其中控制装置(5)具有变换装置(13)，所述变换装置(13)被构造为针对所馈入的第一信号(3)的所存储的时间变化曲线执行到频域的变换、尤其是快速傅立叶变换并且输出在频域中表征所馈入的第一信号(3)的变化曲线的数据；以及
其中控制装置(5)具有分析装置(14)，所述分析装置(14)被构造为在所输出的数据中标识出在其处电压引导线的阻抗具有局部最大值或最小值的频率并且在所标识频率的至少之一处于用于识别生物(LW)的至少一个预先给定的频率范围中时输出关断信号(6)。
6.一种用于针对具有第一和第二电压引导线(L+, L-)的IT电网来保护生物的方法，具有步骤：
将第一信号(3)馈入(S1 )到第一和/或第二电压引导线(L+, L-)中；
检测(S2)至少一个电压引导线(L+, L-)中的所馈入的第一信号(3)的变化曲线；
分析(S3)所检测的变化曲线并且在对所检测的变化曲线的分析显示出由生物(LW)接触第一电压引导线（L+,L-）和第二电压引导线时输出关断信号(6)。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中利用可控电压源生成电压脉冲或者利用可控电流源生成电流脉冲，并且将其作为第一信号(3)馈入到至少一个电压引导线(L+, L-)中；或者
其中开关元件(8)将线圈(7)与电压源连接，并且为了生成电压脉冲形式的第一信号(3)将线圈(7)从所述电压源断开。
8.根据前述权利要求6和7之一所述的方法，
其中检测所述至少一个电压引导线(L+, L-)中的电压和/或所述至少一个电压引导线(L+, L-)中的电流强度。
9.根据权利要求8所述的方法，
其中将所检测的电压和/或所检测的电流强度转换成表征所检测的电压和/或所检测的电流强度的数字值。
10.根据前述权利要求6至9之一所述的方法，
其中存储多个如下数字值，所述数字值表征所述至少一个电压引导线(L+, L-)中的所馈入的第一信号(3)的变化曲线；
其中针对所馈入的第一信号(3)的所存储的时间变化曲线执行到频域的变换、尤其是快速傅立叶变换并且输出在频域中表征所馈入的第一信号(3)的变化曲线的数据；以及
其中在所输出的数据中标识出在其处所述电压引导线的阻抗具有局部最大值或最小值的频率，并且在所标识频率的至少之一处于用于识别生物(LW)的至少一个预先给定的频率范围中时输出关断信号(6)。
11.一种供能系统，
具有至少一个高压电池(B)，
具有高压中间电路 (ZK)，其具有中间电路电容器(C)；
具有至少两个高压线(L+, L-)，其将高压电池(B)与中间电路电容器(C)连接；
具有至少一个可控开关设备(SV)，其被构造为将两个高压线(L+, L-)在电学上从高压电池(B)断开；
具有根据权利要求1－5之一所述的保护设备(1)，其至少与高压线(L+, L-)之一耦合并且被构造为借助于关断信号(6)将所述至少一个可控开关设备(SV)操控为使得在识别出由生物(LW)接触电压引导线(L+, L-)时所述开关设备(SV)将两个高压线(L+, L-)在电学上从高压电池(B)断开。
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