CN104203635B - 用于互锁电路的具有自诊断功能的互锁探测器和用于互锁探测器的自诊断的方法 - Google Patents

用于互锁电路的具有自诊断功能的互锁探测器和用于互锁探测器的自诊断的方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明所述的互锁探测器(50)包括第一输入端(48)、输出端(46)、差分放大器(20)和比较电路(10)，该差分放大器的第一和第二输入端与互锁探测器(50)的第一输入端(48)相连接，该比较电路的输入端与差分放大器(20)的输出端相连接，并且该比较电路的输出端与互锁探测器(50)的输出端(46)相连接。此外，该互锁探测器(50)具有用于施加诊断信号的至少一个第二输入端(41、42、43、44)，其中，该至少一个第二输入端(41、42、43、44)与在比较电路(10)和差分电路(20)之间的比较电路(10)的输入端相连接，和/或与在互锁探测器(50)的第一输入端(48)和差分放大器(20)之间的差分放大器(20)的第一或第二输入端中的一个相连接。此外还要求了相应的方法和相应的互锁探测器系统。

Description

用于互锁电路的具有自诊断功能的互锁探测器 和用于互锁探测器的自诊断的方法
技术领域
本发明涉及一种用于互锁电路的在蓄电池控制装置中实现的互锁探测器，其能够在断开的互锁电路和没有外部(发生器)信号的情况下实现其自身的功能检查/诊断。
背景技术
根据文献DE 10 2010 031 456已知一种用于电网络的为安全起见的关断的方法，其中使用了互锁电路(也被称为安全导线回路、互锁或者操纵线(Pilotlinie)或者互锁或者操纵导线(Pilotleitung))，当人员安全受到带电压的部件威胁时，通过互锁电路的断开来关断隶属于电网络的电的能量源或者使其从电网络中脱离。
因此在电网络中，例如在具有超过60伏的额定电压的车辆中使用互锁电路，其实施为信号回路。一般通过在能量源(例如在蓄电池)中的所谓的互锁发生器来实现生成所谓的互锁信号，该能量源为电网络供给电流。该信号流过电网络的所有的插头和所有与该网络连接的组件，即通过无源的和/或有源的所谓的互锁参与者(Interlockteilnehmer)。在此如此实施该系统，使得在插座连接或者覆盖物打开时，强制地断开该互锁电路，该插座连接或者覆盖物阻止接近带电压的部分。该信号的分析在网络的所有的参与者中实现，该些参与者作为能量源起作用。在断开该互锁电路时，每个这样的组件关断网络中的能量供给，并且在必要时实施网络的放电。在互锁电路的断开和通过其保护的网络的关断之间的典型需要的时间在几秒的范围内。
互锁探测器一般位于这种互锁电路的一端或者其他位置，该互锁探测器在蓄电池控制装置中实现、分析互锁信号并且传送蓄电池控制装置的分析。
图1示出了这种互锁探测器的原理图，其在根据现有技术的互锁探测器系统中实现。互锁探测器50在此连接至互锁电路60和微处理器30。在互锁电路60中由互锁发生器40产生互锁信号26，该信号在互锁电路60中通过互锁电路电阻14、测量电阻4和可选的其它的有源的和/或无源的互锁参与者7传导。通过互锁电路60的测量电阻4，导致互锁信号26确定的电压降。该确定的电压降通过差分放大器20量取，该差分放大器由运算放大器12组成，运算放大器无论在其两个输入支路，还是在其反馈回路分别具有电阻3、6、8。必要时在运算放大器12的输入支路借助于补偿电压Uref1匹配待分析的信号电平，并且放大。该放大的信号通过差分放大器20的输出端13导向比较电路10。该比较电路10由两个运算放大器16、18组成，其中一个运算放大器的一个输入端与另一个运算放大器的一个输入端相连接。由差分放大器导向联结13的信号会由比较电路10的第一运算放大器16与上边界值Uref2进行比较，该上边界值被传送至运算放大器16的未连接的输入端。通过对该比较的分析形成的信号会通过比较电路10的运算放大器16的输出端9直接传送至微处理器30。由差分放大器20导向联结13的信号会由比较电路10的第二运算放大器18与下边界值进行比较，该下边界值被传送至运算放大器18的未连接的输入端。通过对该比较的分析形成的信号会通过比较电路10的运算放大器18的输出端24直接传送至微处理器30。在微处理器中，所接收的信号接着在一个时间间隔内被分析并且与额定值进行比较。
发明内容
根据本发明的互锁探测器包括有用于施加互锁发生器的输出信号第一输入、用于向微处理器提供输出信号的输出端、差分放大器和比较电路，所述差分放大器的第一和第二输入端与所述互锁探测器的所述第一输入端相连接，所述比较电路的输入端与所述差分放大器的输出端相连接并且所述比较电路的输出端与所述互锁探测器的所述输出端相连接，此外，所述互锁探测器具有用于施加诊断信号的至少一个第二输入端，其中，所述至少一个第二输入端与在比较电路和差分电路之间的所述比较电路的所述输入端相连接，和/或与在所述互锁探测器的所述第一输入端和所述差分放大器之间的所述差分放大器的所述第一或第二输入端中的一个相连接。
根据本发明的互锁探测器的优势在这种可能性中给出，单个组件或者整个互锁探测器的功能可靠性或者完整性在不存在互锁探测器与互锁电路或者互锁发生器的连接的情况下，能够通过经由互锁探测器的两个输入端馈入的多个诊断信号进行检验。互锁探测器的开关部件能够单个地和平稳地通过多个诊断信号模拟，并且因此检验其功能可靠性或者其完整性。因此互锁探测器和互锁发生器的用于检查的交互变为多余的，并且互锁探测器的功能能够也在蓄电池的非安装的状态，即在断开的互锁电路的情况下被检验。
在一种优选的实施形式中，所述互锁探测器具有多个、优选地为四个第二输入端，多个第二输入端中的两个与在所述互锁探测器的所述第一输入端和所述差分放大器之间的所述差分放大器的所述第一或第二输入端相连接。第三个第二输入端通过所述差分放大器的所述第一或第二输入端与所述互锁探测器的所述第一输入端相连接，或者与在所述互锁探测器的所述第一输入端和所述差分放大器的多个输入端之间的连接件相连接。剩下的第二输入端与在比较电路和差分电路之间的所述比较电路的所述输入端相连接，或者与在比较电路和差分电路之间的连接件相连接。通过这种实施形式，能够在少的步骤中有针对性地控制比较电路的比较阈值，并且因此精确地检验比较电路的功能。通过另外多个诊断信号，能够检验例如差分放大器和互锁探测器的多个输入端的功能可靠性，并且替换地或者附加地通过诊断信号检查馈入差分放大器的输入端的补偿电压。通过在互锁探测器的一个第二输入端和第一输入端之间的联结能够检验互锁探测器的第一输入端的功能可靠性或者完整性，该第一输入端在一个实施例中能够通过测量电阻以及差分放大器的两个输入端实现。
优选地，在所述比较电路的所述输入端与所述差分电路的所述输出端之间的连接能够通过用于诊断所述比较电路的附加的开关装置断开。
优选地，用于断开所述比较电路的所述输入端与所述差分电路的所述输出端之间的连接的所述附加的开关装置位于所述差分电路的所述输出端之后并且位于所述第二输入端与所述比较电路的所述输入端的联结之前。通过断开在所述比较电路的输入端和所述差分放大器的输出端之间的开关装置能够确保，馈入所述比较电路的输入端的诊断信号能够不受差分放大器或者出现的干扰信号的影响。
在一种优选的实施形式中，在所述互锁探测器的所述多个第二输入端和所述比较电路的所述输入端和/或所述差分放大器的多个输入端或者所述互锁探测器的第一输入端之间的电连接路径分别设置有至少一个开关装置。这种开关装置提供大的诊断范围，其能够通过断开或者闭合在电连接路径中的开关装置而缩小或者放大。通过闭合开关装置，能够接通单个的诊断信号并且与其它的诊断信号相叠加，而通过断开开关装置，能够排除诊断的确定的诊断信号。
优选地，差分放大器的输入端具有附加的连洁端以用于接入补偿电压。通过这种补偿电压，差分放大器的输入信号能够匹配至确定的、由比较电路分析的信号电平。
优选地，互锁探测器的输出端通过比较电路的两个输出端构成，该两个输出端直接与微处理器相连接。这种实现的优势在向微处理器的比较电路的多个输出信号的直接的、损失少的传输中给出，该多个信号无需在中间单元中继续处理。有差分放大器获得的信号与例如参考信号的比较因此完全在比较电路中实现，通过该比较电路微处理器的计算花费被节省，其节省了用于实施微处理器的成本和空间。
在一种优选的实施形式中，实现包括互锁电路、互锁发生器、互锁探测器以及微处理器的互锁探测器系统，其中，所述互锁探测器的所述第一输入端与所述互锁发生器相连接，并且所述互锁探测器的所述输出端与所述微处理器相连接以用于分析所述互锁探测器的多个输出信号，其中，用于提供用于诊断所述互锁探测器的信号的所述微处理器与所述互锁探测器的至少一个第二输入端相连接。
这种系统的优势在于，联合了诊断信号的生成以及在数字的、信号处理的系统、微处理器中的分析。借此能够更加精确地实现分析，因为能够在分析时考虑到在诊断信号中的自身的或者在其生成中的波动。此外，不需要在电路装置中设置两个数据处理的系统，从而节省了成本和空间。
在互锁探测器系统的上述实施形式的优选的改进中，所述微处理器被构造用于，直接生成用于所述互锁探测器的多个诊断信号，或者所述多个诊断信号分别通过在微处理器和所述互锁探测器(50)的第二输入端之间的多个脉宽调制信号和低通滤波器生成。模拟信号的这种生成的优势在于信号生成自身的方式。该模拟信号将是损失小的，通过“低和高电平”生成，从而只需要花费用于信号生成的小的能量。
优选地，至少一个开关装置位于所述互锁探测器的所述第一输入端和所述互锁发生器之间。通过断开开关装置，互锁探测器能够从互锁发生器以及互锁电路脱离。这例如在馈入诊断信号时具有优势，因为通过互锁电路或者互锁发生器的对诊断信号的干扰影响能够通过断开开关装置排除。
优选地，所述互锁探测器的所述第一输入端通过所述差分放大器的两个输入端构成，所述两个输入端通过位于互锁电路中的测量电阻量取互锁探测器的输入电压。
此外，提供了一种用于互锁探测器系统的自诊断的方法，所述互锁探测器系统具有互锁电路、互锁发生器、互锁探测器、微处理器，所述互锁探测器具有用于施加互锁发生器的输出信号第一输入端、用于向微处理器提供输出信号的输出端、差分放大器和比较电路，所述差分放大器的第一和第二输入端与所述互锁探测器的所述第一输入端相连接，所述比较电路的输入端与所述差分放大器的输出端相连接并且所述比较电路的输出端与所述互锁探测器的所述输出端相连接。所述方法包括以下方法步骤：通过断开至少一个开关装置从所述互锁电路分开所述互锁探测器；通过所述微处理器生成用于所述互锁探测器的诊断信号；通过所述互锁探测器的至少一个第二输入端向在比较电路和差分放大器之间的所述比较电路的输入端和/或在差分放大器和所述互锁探测器的第一输入端之间的所述差分放大器的至少一个输入端馈入诊断信号；以及在所述微处理器中分析所述互锁探测器的所述输出信号。
在上述用于互锁探测器系统的自诊断的方法的一种优选的改进中，所述方法还包括从所述差分放大器分开所述比较电路的步骤。
优选地，实现了具有根据本发明的互锁探测器的蓄电池，其中，所述蓄电池尤其优选地被实施为锂离子蓄电池。锂离子蓄电池的优势是其相对高的能量密度。
优选地，实现了具有根据本发明的互锁探测器的蓄电池的机动车，其中，所述蓄电池与所述机动车的驱动系统相连接。
附图说明
将根据附图和下面的说明书进一步解释本发明的实施例。其中：
图1示出了互锁探测器的原理图，其在根据现有技术的互锁探测器系统中实现；
图2示出了根据本发明的互锁探测器的原理图；以及
图3示出了具有互锁探测器的互锁探测器系统的具体实施方式。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的互锁探测器50的原理图。互锁探测器50具有第一输入端48，通过其能够量取互锁发生器的输出信号，以及具有第一输出端46，通过其能够向微处理器传输输出信号。第一输入端48与差分放大器20的第一和第二输入端相连接。差分放大器20的输出端与比较电路10的输入端相连接。比较电路10的输出端与互锁探测器50的输出端46相连接。此外，示出的根据本发明的互锁探测器50纯粹示例性地具有另外四个、第二输入端41、42、43、44，通过它们能够向电路馈入多个诊断信号。互锁探测器50的两个第二输入端41、42与在互锁探测器50的输入端48和差分放大器20之间的差分放大器的第一或者第二输入端中的一个相连接。第三个第二输入端43通过差分放大器20的第一或者第二输入端与互锁探测器50的第一输入端48或者与在互锁探测器50的第一输入端48和差分放大器20的多个输入端之间的连接件相连接。剩下的第二输入端44与在比较电路10和差分放大器20之间的比较电路10的输入端或者与在比较电路10和差分放大器20之间的连接件相连接。可选地，第三个第二输入端43直接与互锁探测器50的第一输入端48相连接。
本发明也涉及互锁探测器50，在其第一输入端48馈入互锁发生器的输出信号。该互锁发生器的输出信号被传输至差分放大器20，其两个输入端与互锁探测器50的第一输入端48相连接。差分放大器20的输出端与比较电路10的输入端相连接，比较电路将由差分放大器20传输的、放大的输入信号与参考值进行比较。比较电路10的输出端与互锁探测器50的输出端46相连接，比较电路10将其输出信号传输至该输出端。通过互锁探测器50的四个第二输入端41、42、43、44，多个诊断信号能够馈入互锁探测器50的不同位置。两个第二输入端41、42优选地与在互锁探测器50的第一输入端48和差分放大器20之间的差分放大器20的第一或第二输入端中的一个相连接，并且能够用于将诊断信号馈入差分放大器20的相应的输入端。第三个第二输入端43通过差分放大器20的第一或第二输入端与互锁探测器50的第一输入端48或者与在互锁探测器50和差分放大器20的两个输入端之间的连接件相连接。为了诊断能够使用该第一输入端48。优选地，第二输入端44与在比较电路10和差分放大器20之间的比较电路10的输入端，或者与比较电路10和差分放大器20之间的连接件相连接，以将诊断信号馈入比较电路10的输入端。但也能够存在任意组合的仅仅一个第二输入端、两个第二输入端或者三个第二输入端。
图3示出了具有互锁探测器50的互锁探测器系统的具体实施形式。示出了在一种具体实施形式中的根据本发明的互锁探测器50，包括具有互锁发生器40、互锁信号26、互锁电路电阻14、两个开关装置32、33和未示出的互锁参与者7的互锁电路60以及微处理器30，通过两个开关装置32、33互锁电路能够从互锁探测器50中脱离。比较电路10以及差分放大器20如在图1所示地实施。差分放大器20的输出端与开关装置38的第一端相连接，而开关装置38的第二端与比较电路10的输入端相连接。互锁探测器50的第一输入端48以及输出端46也如图1所示地实现，使得互锁探测器50通过测量电阻4与互锁电路60相连接并且比较电路10通过两个运算放大器16、18的两个输出端9、24与微处理器30相连接。此外，在图3中给出的互锁探测器50还具有另外四个第二输入端41、42、43、44，通过其多个诊断信号被馈入互锁探测器系统。仅仅示例性地，多个第二输入端中的两个41、42通过相应的开关装置35、36与在互锁探测器50的第一输入端48和差分放大器20之间的差分放大器20的第一或第二输入端中的一个相连接。第三个第二输入端43通过开关装置37并且通过差分放大器20的第一或第二输入端与互锁探测器50的第一输入端48相连接。剩余的第二输入端44通过开关装置34与在比较电路10和开关装置38之间的比较电路10的输入端，或者与在比较电路10和差分放大器20之间的连接件相连接。互锁探测器50的所有的第二输入端41、42、43、44通过导线电阻70和通过确定构造的低通滤波器72、78与微处理器30相连接。与两个第二输入端41、42相连接的低通滤波器由连接着的低通滤波电阻71和电容73组成，该电容的第一端与地并且其在导线电阻70和低通滤波电阻71之间的该电容的第二端与相应的连接相连接。与另外两个第二输入端42、43相连接的低通滤波器由低通滤波电阻77和电容79的串联电路组成，该电容的第一端与地并且在微处理器30和导线电阻70之间的该电容的第二端与相应的连接相连接。
为了自诊断，位于互锁电路60中的开关装置32、33能够首先被断开，并且因此互锁探测器50从互锁电路60中脱离。通过微处理器30纯粹示例性地生成多个脉宽调制的诊断信号，其通过低通滤波器72、78在多个连接中被解调并且被传送至互锁探测器50的多个第二输入端41、42、43、44中的至少一个。通过闭合多个开关装置35、36，多个诊断信号馈入在第一输入端48和差分放大器20之间的差分放大器20的第一和第二输入端中的一个。通过闭合开关装置37，诊断信号附加地馈入互锁探测器50的第一输入端48，该第一输入端48在该具体的实施形式中由测量电阻4和差分放大器20的两个输入端组成。在这种情况下开关装置38也闭合，使得由差分放大器20放大的诊断信号能够通过差分放大器20的输出端传输至比较电路10的输入端。在比较电路10中，差分放大器20的输出信号与上边界值和下边界值进行比较，并且与该比较的结果相对应的比较电路10的输出信号被传输至微处理器30。通过闭合开关装置34，替换地或者附加地，诊断信号馈入在比较电路10和差分放大器20之间的比较电路10的输入端，或者馈入在比较电路10和差分放大器20之间的连接件。如果在此仅仅检验比较电路的功能可靠性，则通过断开开关装置38关断比较电路10和差分放大器20之间的连接。通过多个诊断信号导致的比较电路10的输出信号会在微处理器30中被分析。因此第二输入端44用于比较电路10的功能可靠性的检验。通过其例如能够针对性地单独控制比较电路10的多个比较阈值。第二输入端41用于差分放大器20的功能检验或者多个输入端的检查。通过该第二输入端42能够检验差分放大器20的其他的输入端。替换地或者附加地，其也能够用于将补偿电压包括在检查中，该补偿电压能够被馈入差分放大器的相应的输入端。通过该第二输入端43能够检验互锁探测器的第一输入端的完整性，该第一输入端在本实施例中通过测量电阻4和差分放大器20的多个输入端来实现。在图3中纯粹示例性地示出四个第二输入端。但也能够存在任意组合的仅仅一个第二输入端、两个第二输入端或者三个第二输入端。优选地，设置至少一个第二输入端44用于比较电路10的诊断、设置第二输入端41或者42用于差分放大器20的诊断，以及设置第二输入端43用于互锁探测器50的第一输入端48的诊断。

Claims (12)

1.一种互锁探测器(50)，其包括：
第一输入端(48)，其用于施加互锁发生器(40)的输出信号；
输出端(46)，其用于向微处理器(30)提供输出信号；
差分放大器(20)，所述差分放大器的第一和第二输入端与所述互锁探测器(50)的所述第一输入端(48)相连接；
比较电路(10)，所述比较电路的输入端与所述差分放大器(20)的输出端相连接，并且所述比较电路的输出端与所述互锁探测器(50)的所述输出端(46)相连接；
其特征在于，
所述互锁探测器(50)具有用于施加诊断信号的至少一个第二输入端(44)，其中，所述至少一个第二输入端(44)与在比较电路(10)和差分放大器(20)之间的所述比较电路(10)的所述输入端相连接，和/或与在所述互锁探测器(50)的所述第一输入端(48)和所述差分放大器(20)之间的所述差分放大器(20)的所述第一或第二输入端中的一个相连接。
2.根据权利要求1所述的互锁探测器(50)，其中，所述互锁探测器(50)具有四个第二输入端(44、43、42、41)，多个第二输入端中的两个(42、41)与在所述互锁探测器(50)的所述第一输入端(48)和所述差分放大器(20)之间的所述差分放大器(20)的所述第一或所述第二输入端相连接，而第三个第二输入端(43)通过所述差分放大器(20)的所述第一或第二输入端与所述互锁探测器(50)的所述第一输入端(48)相连接，并且剩下的第二输入端(44)与在比较电路(10)和差分放大器(20)之间的所述比较电路(10)的所述输入端相连接。
3.根据上述权利要求中任一项所述的互锁探测器(50)，其中，在所述比较电路(10)的所述输入端与所述差分放大器(20)的所述输出端之间的连接能够通过用于诊断所述比较电路(10)的附加的开关装置(38)断开。
4.根据权利要求3所述的互锁探测器(50)，其中，所述附加的开关装置(38)位于所述差分放大器(20)的所述输出端之后并且位于所述第二输入端(44)与所述比较电路(10)的所述输入端的联结之前。
5.根据权利要求2所述的互锁探测器(50)，其中，在所述互锁探测器(50)的所述多个第二输入端(41、42、43、44)和所述比较电路(10)的所述输入端和/或所述差分放大器的多个输入端之间的电连接路径分别设置有至少一个开关装置(34、35、36、37)。
6.一种互锁探测器系统，其包括互锁电路(60)、互锁发生器(40)、根据权利要求1至5中任一项所述的互锁探测器(50)和微处理器(30)，其中，所述互锁探测器(50)的所述第一输入端(48)与所述互锁发生器(40)相连接，并且所述互锁探测器(50)的所述输出端(46)与所述微处理器(30)相连接以用于分析所述互锁探测器(50)的多个输出信号，其中，用于提供用于诊断所述互锁探测器(50)的信号的所述微处理器(30)与所述互锁探测器(50)的至少一个第二输入端(41、42、43、44)相连接。
7.根据权利要求6所述互锁探测器系统，其中，所述微处理器(30)被构造用于，直接生成用于所述互锁探测器(50)的多个诊断信号，或者所述多个诊断信号分别通过在微处理器(30)和所述互锁探测器(50)的第二输入端(41、42、43、44)之间的多个脉宽调制信号和低通滤波器是可生成的。
8.根据权利要求6或7所述互锁探测器系统，其中，至少一个开关装置(32)位于所述互锁探测器(50)的所述第一输入端(48)和所述互锁发生器(40)之间。
9.一种用于互锁探测器系统的自诊断的方法，所述互锁探测器系统包括互锁电路(60)、互锁发生器(40)、互锁探测器(50)、微处理器(30)，所述互锁探测器具有用于施加互锁发生器(40)的输出信号的第一输入端(48)、用于向微处理器(30)提供输出信号的输出端(46)、差分放大器(20)和比较电路(10)，所述差分放大器的第一和第二输入端与所述互锁探测器(50)的所述第一输入端(48)相连接，所述比较电路的输入端与所述差分放大器(20)的输出端相连接并且所述比较电路的输出端与所述互锁探测器(50)的所述输出端(46)相连接，
其中，所述方法包括以下方法步骤：
通过断开至少一个开关装置(32)从所述互锁电路(60)分开所述互锁探测器(50)；
通过所述微处理器(30)生成用于所述互锁探测器(50)的诊断信号；
通过所述互锁探测器(50)的至少一个第二输入端(41、42、43、44)向在比较电路(10)和差分放大器(20)之间的所述比较电路(10)的输入端和/或在差分放大器(20)和所述互锁探测器(50)的第一输入端(48)之间的所述差分放大器(20)的至少一个输入端馈入诊断信号；
在所述微处理器(30)中分析所述互锁探测器(50)的所述输出信号。
10.根据权利要求9所述的用于互锁探测器系统的自诊断的方法，所述方法还包括从所述差分放大器(20)分开所述比较电路(10)的步骤。
11.一种蓄电池，其具有根据权利要求1至5中任一项所述的互锁探测器(50)。
12.一种机动车，其具有根据权利要求11所述的蓄电池，其中，所述蓄电池与所述机动车的驱动系统相连接。
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