CN105102745A - 机动车辆闭合装置的装备有改进备用能源的电子锁闩 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车辆(3)的闭合装置(2)的电子锁闩组件(1)，其具有能够进行操作以控制闭合装置(2)的致动的致动器组(6’)，以及能够被控制以驱动致动器组(6’)的电动机(9)，并且在正常操作状况期间由提供主电源电压(Vbatt)的机动车辆(3)的主电源(4)对电动机(9)供电；该电子锁闩组件(1)具有备用能源(20)，以及控制备用能源(20)以在故障操作状况期间向电动机(9)供电的控制单元(21)。备用能源(20)具有超级电容器组(22)，该超级电容器组在正常操作状况期间存储能量，并且在故障操作状况期间提供备用电源电压(Vsc)以向电动机(9)供电。

Description

机动车辆闭合装置的装备有改进备用能源的电子锁闩
技术领域
本发明涉及机动车辆闭合装置的装备有改进的备用能源的电子锁闩(通常称为电锁闩(e-latch))。
背景技术
本申请要求2012年12月24日提交的IT专利申请第TO2012A001143号、IT专利申请第TO2012A001144号和IT专利申请第TO2012A001145号，以及2013年1月2日提交的美国专利申请第61/748,262号、美国专利申请第61/748,274号以及美国专利申请第61/748,286号的优先权和申请日的权益，并且通过参考将上述每个申请的全部内容引用和合并到本文中。
在下面的说明书和所附权利要求中，表达“闭合装置”被用来一般地指示可在打开位置和闭合位置之间移动的任何元件，打开位置和闭合位置分别打开和闭合到机动车辆的内舱室的入口，因此，除了机动车辆的侧门之外，还包括：行李箱(boot)、后舱口(rearhatch)、发动机罩盖(bonnetlid)或其它封闭舱室、窗户调节器、天窗，在下面的说明书中将完全以举例的方式来介绍。
已知在机动车辆中装备电子锁闩，例如用于控制侧门的打开和闭合。
电动门锁一般包括相对于固定至门柱的撞销(striker)能够选择性地旋转的棘轮，以锁住和解锁车门。电动门锁包括选择性地啮合棘轮以防止棘轮旋转的棘爪。电动门锁包括电动机，该电动机被电连接至车辆的主电源(例如被连接至同一车辆的12V电池)，以通过电操作式致动器直接或间接驱动棘爪。
众所周知，与电动锁闩有关的、同样如安全条例所要求的常见问题是，即使在车辆的主电源故障的情况下，或者在主电源与锁闩中的电动机之间的电连接中断或断开的情况下，控制门的打开和闭合；这种状况可能例如发生在涉及车辆的事故或碰撞的情况下。
该问题的可能解决方案设想在锁闩中使用机械释放机构，其充当电激活侧门锁闩的手动备份。
然而，冗余机械机构的出现带来更高的面积占用和重量以及额外成本，并且对设计门也表现出进一步限制。
因此，已经提出针对电动锁闩使用备用电源，以在车辆主电源故障或中断的情况下向锁闩的电动机供给电能。
在正常操作期间该备用电源通常保持在被主电源充电状态，以便一有需要就随时可用，例如万一在碰撞或事故的情况下。
然而，例如由于尺寸要求，已证明为电动锁闩组件设计备用电源以及相关电路是一个难题，也证明了例如在能量密度或电流输出方面，尤其是在机动运行条件方面，设计难以期望的电气性能。
在这方面，EP0694664A1公开了一种用于门锁的、被设计成在紧急情况期间向锁闩供电的备用能源，其设想在放置锁闩的门内布置辅助电池。
在DE20121915U1中讨论的另一已知的解决方案公开了使用电容器组作为车辆门锁的备用电源。电容器组被耦接至电路板，该电容器被外部地连接至锁闩组件。电容器组包括大量串联连接或并联连接的高压型(承受高达14V)电容器，因此需要电路板上相关的空间量；此外，该解决方案一般需要另外的备用能源，因为超级电容器组可能只能够供电有限的时间量。换言之，电容器组可能不能够为车锁保证足够的且自发的备用能源。
因此，意识到在本领域中需要一种用于机动车辆中的电动锁闩的优化且可靠的备用电源。
发明内容
因此，本发明的某些方面的目的是提供一种被设计成满足上述需求的、具有备用电源的电子锁闩。
可以通过如所附权利要求中所限定的电子锁闩来实现该目的。
附图说明
将参考附图以举例的方式来描述本发明的某些方面的优选的、非限制性的实施例，在附图中：
图1是具有闭合装置和相关电锁闩组件的机动车辆的示意图；
图2是图1的电锁闩组件的电子控制电路的总体框图；
图3是图2的电子控制电路的电路图；
图4和图5示出由图1的备用电源中的诊断模块执行的操作的流程图；
图6是图2的电子控制电路中的电信号的曲线图；
图7a至图7c示出在不同的操作条件下图2的电子控制电路中的电容量的曲线图；
图8示出由图1的备用电源中的诊断模块执行的另外操作的流程图。
具体实施方式
图1中的数字1总体上指示耦接至机动车辆3的侧门2的电子锁闩组件(在下文中称为电锁闩组件1)(然而，再次强调电锁闩组件1可以同样被耦接至机动车辆3的任何种类的闭合装置)。
电锁闩组件1通过电连接元件5，例如电力缆线被电连接至机动车辆3的主电源4，例如提供12V的电池电压Vbatt的主电池(该主电源4可以同样包括机动车辆3内的不同的电能源，例如交流发电机)。
电锁闩组件1包括能够进行操作以控制门2的致动(或者一般来说，车辆闭合装置的致动)的、包括电动机的致动组6’。
在可能的实施例中，致动组6’包括能够选择性地旋转以啮合撞销7(以未详细示出的方式被固定至机动车辆3的主体，例如固定至所谓的“A柱”或“B柱”)的棘轮6。当棘轮6被旋转到相对于撞销7的锁定位置中时，侧门2处于闭合操作状态。棘爪8选择性地啮合棘轮7以防止其旋转，被电动机9驱动以便在啮合位置与非啮合位置之间移动。
电锁闩组件1还包括电子控制电路10，该电子控制电路10例如包括微控制器或其它已知的计算单元，其可以与电锁闩组件1的致动组6’一起被便利地嵌入并布置在同一外罩或外壳11中(示意性地示出)，从而提供了一种集成紧凑且易于组装的单元。
如将在下文中更详细地示出地，电子控制电路10被耦接至电动机9并向该电动机9提供驱动信号Sd。
电子控制电路10被电耦接至车辆主管理单元(也被称为主ECU或“车身电脑”)12，该车辆主管理单元12被配置成通过数据总线14控制机动车辆3的一般操作，以便交换信号、数据、命令和/或信息。
此外，如图2中同样示出的，电子控制电路10(通过车辆管理单元12直接地和/或间接地)耦接至机动车辆3的若干个不同的传感器15(示意性地示出)，诸如：把手读取传感器15a(其读取外把手和/或内把手16的致动)、碰撞传感器15b、锁切换传感器15c等；便利地，电子控制电路10也接收来自诸如霍尔(Hall)传感器的位置传感器15d的关于锁闩致动的反馈信息，该位置传感器15d被配置成检测例如棘轮6和/或棘爪8的操作位置。
电子控制电路10也被耦接至机动车辆3的主电源4，以便接收电池电压Vbatt；该电子控制电路10因此能够检查电池电压Vbatt的值是否降到预定阈值以下，以立刻确定是否发生紧急状况(当可能需要备用能源时)。
如图2的示意性框图中所示，电子控制电路10包括嵌入且集成的备用能源20，该备用能源20被配置成在来自机动车辆3的主电源4的主供电故障或中断的情况下，向致动组6’和锁闩电动机9以及向同一电子控制电路10供给电能。
更具体地，电子控制电路10包括例如装备有微控制器、微处理器或类似的计算模块21a的控制单元21，该控制单元21被耦接至电锁闩组件1的备用能源20和致动组6以控制其操作。
控制单元21具有被耦接至计算模块21a的嵌入式存储器21b，例如非易失性随机存取存储器，该嵌入式存储器21b存储适当的程序和计算机指令(例如以固件的形式)。已认识到控制单元21可以可替选地包括执行计算模块21a和存储器21b的功能的分立部件的逻辑电路。
根据本解决方案的一方面，备用能源20包括一组低压超级电容器22(在下文中称为超级电容组(supercapgroup)22)，作为能量供给单元(或能量槽)，以便即使在电力故障的情况下也向电锁闩组件1提供备用电力。超级电容器可以包括电解双层电容器、赝电容器或其组合。
超级电容器有利地提供高能量密度、高输出电流能力，且不具有记忆效应；此外，超级电容器具有小尺寸且易于集成，具有扩展的温度范围、长使用寿命，并且可经得住非常多次的充电循环。超级电容器是无毒的，并且不带来爆炸或火灾危险，因此超级电容器适用于危险状况，诸如用于机动应用。
在可能的实施例中，如图3中所示，超级电容组22可以包括被串联连接在第一节点22a与第二节点22b(例如被连接至参考接地电位)之间、并且限定中间节点22c的两个超级电容器单元(cell)23a、23b，该两个超级电容器单元23a、23b当被充电时均提供例如2.5V至2.7V的电压电平，以在第一节点22a上共同提供例如约为3V至5V的超级电容电压Vsc，在紧急情况下当来自机动车辆3的主电源4的能量不可用时，该超级电容电压Vsc可用作备用电源。因此超级电容器单元23a、23b是低压型的，并且也具有高容量，例如约为16F至20F，例如18F。
如将在下文中更详细地讨论地，备用能源20还包括充电模块24，均衡模块25以及升压模块26。
充电模块24被电耦接至超级电容组22，并且被配置成每当来自主电源4的电力可用时，从电池电压Vbatt开始，对超级电容组22再充电，从而该同一超级电容组22可以针对紧急情况提供满的能量储存，并且可以补偿任何漏电流。
均衡模块25被电耦接至超级电容组22，并且被配置成确保两个超级电容器单元23a、23b具有期望的单元电压值，特别是在操作期间相同的单元电压值(以实现平衡的操作条件)。均衡模块25也避免超级电容器单元23a、23b具有超过最大期望单元电压电平的单元电压，保护超级电容器避免过度充电。
升压模块26在其输入处接收由超级电容组22产生的超级电容电压Vsc，并且被配置成对该超级电容电压Vsc的值进行升压(即增大)至达到机动标准电压(例如9V至16V)，并且提供足够的输出电流能力以驱动标准机动电动机，诸如电锁闩组件1的电动机9。实际上，超级电容电压Vsc可能太低，以至于不能提供有效的备用电源以在紧急情况下(如机动车辆3的主电源4的供电丢失或不足的情况下)直接驱动电动机9。
因此升压模块26在其输出(也是备用能源20的输出)处提供作为超级电容电压Vsc的函数的升压电压Vboost。然后该升压电压Vboost被例如包括集成H桥模块27的电子控制电路10的输出模块接收，该H桥模块27的输出驱动电锁闩组件1的电动机9。
如也将在下文中讨论地，备用能源20还包括诊断模块28，该诊断模块28被可操作地耦接至超级电容组22，并且被配置成在充电过程期间且基于该同一充电过程，通过测量其电压值、电容值和内部等效电阻(DCR-直流电阻)来监视超级电容器的健康状态。
温度传感器29被配置成监视超级电容组22的操作温度，并且其被耦接至诊断模块28以提供检测的温度信息；例如，温度传感器29可以包括被布置在超级电容组22附近的NTC(负温度系数)电阻器。
诊断模块28被可操作地耦接至控制单元21，以向该控制单元21提供诊断信息，例如包括超级电容电压Vsc的值。在可能的实施例中(未示出)，可以在控制单元21中实现诊断模块28，作为由微处理器或其微控制器运行的诊断例程。
更具体地，并且如图3的示意电路图中所示，备用能源20的充电模块24具有被设计成接收驱动电压Vdr的第一输入24a，该驱动电压Vdr的值是升压电压Vboost与电池电压Vbatt之间的较大值；特别地，驱动电压Vdr在电锁闩组件1的正常操作期间等于电池电压Vbatt，以用于超级电容组22的充电，并且在紧急或故障情况期间等于来自升压模块26的升压电压Vboost。
充电模块24也具有第二输入24b，该第二输入24b被设计成接收来自电子控制电路10的控制单元21的充电使能信号En_ch，该充电使能信号En_ch是以下数字信号：该数字信号的值指示由同一控制单元21确定的启用或停止超级电容组22的充电的要求。
充电模块24包括电力开关24c和电力电阻器24d。
电力开关24c(例如固态开关，像MOSFET开关)被连接在第一输入24a与电力电阻器24d之间，并且具有耦接至第二输入24b的控制端子，从而接收充电使能信号En_ch。
电力电阻器24d被耦接在电力开关24c与超级电容组22的第一节点22a之间。
当被经由电力开关24c的充电使能信号En_ch启用时，通过电力电阻器24d发生在电池电压Vbatt下对超级电容组22的充电。
特别地，电子控制电路10的控制单元21可以在超级电容组22的充电期间产生PWM(脉冲宽度调制)的充电使能信号En_ch，从而快速连续地将超级电容组22与电池电压Vbatt连接或断开。
如前面所指出的，只要电子控制电路10的控制单元21感测到电池电压Vbatt的值高于指示影响主电源4的可能故障的预设阈值，那么超级电容组22的充电就可以是连续过程。
在可能的被动实施例中，均衡模块25包括具有相同电阻值的第一均衡电阻器25a和第二均衡电阻器25b。第一均衡电阻器25a被连接在超级电容组22的中间节点22c与第一节点22a之间，通过第一均衡开关25c的插入，该第一均衡电阻器25a因此能够被选择性地并联连接至第一超级电容器单元23a；第二均衡电阻器25b被连接在超级电容组22的中间节点22c与第二节点22b之间，通过第二均衡开关25d的插入，该第二均衡电阻器25b因此能够被选择性地并联连接至第二超级电容器单元23b。
第一均衡开关25c和第二均衡开关25d是固态开关，例如包括各自的MOSFET晶体管，第一均衡开关25c和第二均衡开关25d二者由在均衡模块25的控制输入25e处从电子控制电路10的控制单元21接收的均衡使能信号EN_eq来控制。
特别地，均衡使能信号EN_eq控制第一均衡开关25c和第二均衡开关25d，以便启用或禁用均衡过程，以便于在超级电容组22不被用作备用电源时节省存储在同一超级电容组22中的能量。
在可能实施例中，通过PWM升压转换器(或dc-dc升压转换器)来实现升压模块26，并且该升压模块26包括使能开关26a，例如MOSFET固态开关，该使能开关26a被连接在超级电容组22的第一节点22a(因此接收超级电容电压Vsc)与第一中间节点26b之间。
存储电容器26b’被耦接至第一中间节点26b，并且在使能开关26a闭合时被充电至超级电容电压Vsc，在同一中间节点26b上限定了具有高电压值的自激活(self-activation)信号S_ON。
使能开关26a具有控制端子，该控制端子接收来自电子控制电路10的控制单元21的升压禁止信号boost_OFF；在正常操作期间，当主电源4可用时，因为感测的电池电压Vbatt不是危急的，所以升压禁止信号boost_OFF禁用PWM升压转换器，并将其保持在关闭(OFF)状态。
使能开关26a的控制端子也接收升压使能信号boost_ON和激活信号S_ON，其中，升压使能信号boost_ON的值由外部用户事件(即不是由控制单元21产生的，在电子控制单元10外部)确定。
升压模块26在被激活之后，自我维持在开启(ON)状态，特别是通过激活信号S_ON的高值维持在ON状态，直到当不再需要备用能源或者要保持将能量存储在超级电容组22中时，其被电子控制电路10的控制单元21关断。
根据可能的实施例，把手传感器15a一检测到用户对机动车辆3的侧门2的内部把手或外部把手16的激活，升压使能信号boost_ON就切换到ON状态，从而启用PWM升压转换器；因此，在紧急情况下，当主电源4中存在故障时，备用能源20能够及时地用于对电锁闩组件1供电。
特别地，升压模块26包括：连接在第一中间节点26b与第二中间节点26d之间的升压电感器元件26c；连接在第二中间节点26d与接地参考电位之间且具有控制端子的升压开关26e，例如，如MOSFET开关的固态开关；以及连接在第二中间节点26d与输出节点26g(也表示整个备用电源20的输出端子OUT)之间的升压二极管元件26f，在该输出节点26g上选择性地提供升压电压Vboost。
根据本解决方案的一个方面，升压模块26还包括内部控制器26h，特别是PWM控制器，该内部控制器26h被配置成向升压开关26e的控制端子提供PWM控制信号，以便控制其升压操作(以已知的方式控制，这里不再详细讨论)。
内部控制器26h被耦接至第一中间节点26b，以接收超级电容电压Vsc，并且能够自主地管理升压激活和去激活(deactivation)，从而使得即使在没有来自电子控制电路10的控制单元21的进一步动作的情况下也能够启用备用能源20。
反馈开关26i被连接在输出节点26g与内部控制器26h之间，以提供关于升压电压Vboost的值的反馈。
当闭合使能开关26a时，反馈开关26i的控制端子也被耦接至第一中间节点26b，以接收激活信号S_ON。
当被超级电容电压Vsc切换到闭合状态时，限定出反馈路径，以允许内部控制器26h进行闭环电压调节(可以存在通过划分电阻器实现的分压器(未示出)，以从升压电压Vboost提供电压反馈)。
升压模块26一被去激活，反馈开关26i就返回到断开状态，以便降低真正被中断的反馈路径上的功耗。
升压模块26还包括选择二极管26j，该选择二极管26j的阴极端子被连接至输出节点26g，其阳极端子接收电池电压Vbatt。
因此，在备用能源20的输出端子OUT上，提供了电池电压Vbatt和升压电压Vboost之间的最高者作为驱动电压Vdr，该驱动电压Vdr随后将驱动电锁闩组件1的电动机9(并且也对超级电容组22充电)。
现在详细讨论备用能源20的诊断模块28的操作。
在可能的实施例中，诊断模块28可以被实现在电子控制电路10的控制单元21中，作为由计算模块21a的微处理器或微控制器运行的诊断例程；为此，控制单元21可以监视超级电容电压Vsc的值和/或超级电容器单元23a、23b之间的中间节点22c处的电压值。
在可能的实施例中，温度传感器29也可以被集成到控制单元21内。
由诊断模块28监视的、可能会影响超级电容器单元23a、23b中的任何一个或二者的可能的故障模式如下所示：
—开路故障；
—短路故障；
—漏电流的增大；
—等效串联电阻的增大；
—电容值的减小。
可以在电锁闩组件1的操作期间，使用由诊断例程设想的特定逻辑和算法来实时地检测这些故障模式。
特别地，两个超级电容器单元23a、23b中的任意一个的“开路”故障在整个串联中产生相应的故障，每当即使已经充电，在超级电容器串联上还存在基本上为零的电压时，可以检测到该故障。
串联中的超级电容器单元23a、23b的“短路”故障产生串联电容的倍增以及超级电容电压Vsc的值的相应减小；随时间推移可能达不到和/或不能维持完全的充电电压值。
当即使在经过长的充电时间之后，还没有获得超级电容器单元23a、23b(可以设定它们的值作为预设阈值)的充电状态时，或者当串联上的超级电容电压Vsc的值遭受意想不到的变化(例如与被应用于超级电容组22的充电过程不兼容的变化)时，可以检测到“漏电流”的增大。
超级电容器单元23a、23b中的任何一个的“等效串联电阻”的增大决定了整个串联的电阻的增大，而超级电容器单元23a、23b中的任何一个的“电容”的减小决定了整个串联的电容的减小。
开路故障和短路故障决定了备用能源20的彻底故障，因为超级电容器单元23a、23b的能量存储功能失效；换言之，电锁闩组件1只在从机动车辆3的主电源4供电时才可以正确操作。
相反地，上面列出的其它故障是渐进的；特别地，当测量值(例如电容值和/或电阻值)达到第一报警阈值(其可以被适当地预先确定)时，即使在超级电容器单元23a、23b仍处于工作状态时，诊断模块28也能够向用户/驾驶员或向服务人员生成指示即将发生的故障的预警。
当故障随后达到限制值(并且测量值达到第二预定报警阈值)时，诊断模块28可以以信号通知备用能源20的彻底故障，以及以信号通知电锁闩组件1可能仅在连接至机动车辆3的主电源4时才操作。
根据本解决方案的一个方面，当通过串联电阻器(充电模块24的电力电阻器24d)直接从电源电压(主电源4的电池电压Vbatt)实现充电时，由诊断模块28在超级电容器单元23a、23b的寿命周期期间估计超级电容器单元23a、23b的电容，该诊断模块28测量超级电容器从部分充电电压充电至完全充电电压所花费的时间。
特别地，并且如图4中所示，诊断模块28在步骤40处首先确定从完全放电状态开始、达到部分充电电压V1(具有非零值)的时间T1，达到部分充电电压V1的时间T1基于下面的表达式：
V 1 = V b a t t ( 1 - e - T 1 R · C )
T 1 = - R · C · ln ( 1 - V 1 V b a t t )
然后，诊断模块10在步骤41处基于下面的表达式确定达到完全充电电压V2的时间T2：
V 2 = V b a t t ( 1 - e - T 2 R · C )
T 2 = - R · C · ln ( 1 - V 2 V b a t t )
在以上表达式中，C为超级电容器电容(如果考虑超级电容电压Vsc，则为整个串联的超级电容器电容；如果考虑中间节点22c处的电压，则为超级电容器单元23a、23b中的第一个的超级电容器电容)，并且R为电力电阻器24d的电阻。
然后，在步骤42处确定从部分充电电压V1到完全充电电压V2的充电所需要的充电时间ΔT：
Δ T = T 2 - T 1 = R · C · ( ln ( 1 - V 1 V b a t t ) - ln ( 1 - V 2 V b a t t ) )
Δ T = R · C · ln ( V b a t t - V 2 V b a t t - V 1 )
或者：
ΔT＝C·(R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1)))
并且在步骤43处确定电容C的值为：
C＝ΔT/(R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1)))
或者：
C = Δ T K ( V b a t t )
其中：
K(Vbatt)＝(R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1))
特别地，因为R、V1和V2具有预设并已知的值，所以如果预先计算了在可能的不同电池电压下K的值，并将其存储在表中(该表可以被包括在控制单元21的嵌入式存储器21b中)，则在运行时间期间可以避免复杂的对数计算。
就诊断模块28的电容估计的精度而言，可以参考示例情况和示例值做出以下考虑。
电阻R可具有5％的绝对精度；在这种情况下，电力开关24c的的电阻，例如等于100mΩ(其应当被加到电阻R)远远低于5％的值。
由于在整个温度范围上的内部振荡器容差(该振荡器由控制单元21以已知的方式检查和校验，这里不再详细讨论该已知的方式)，时间ΔT可具有2％的绝对精度。如果通过电力开关24c对超级电容组22的充电进行PMW控制，则通过将充电时间ΔT乘以PWM占空比(dutycycle)来校正充电时间ΔT。
电压值表现为比率而不是表现为绝对值，以使得电压测量的绝对精度不影响关于电容估计的精度。
电池电压Vbatt要被降低选择二极管26j上的压降的量；该电压的绝对值低，并且对于固定电流在+/-100mV的范围内变化。3％的绝对精度可以与电池电压Vbatt的测量相关联，也考虑离散化误差(由于在电子控制电路10的控制单元21处的模拟-数字转换而引起)
因此电容值的测量的最终精度约为10％，将电阻测量的5％、时间测量的2％以及电压测量和离散化误差的3％相加起来。
在超级电容器组22的充电期间，电池电压Vbatt的值(虽然在正常操作期间应该是恒定的)经历变化。
为了考虑到这方面，诊断模块28被配置成测量电池电压Vbatt的变化，并且如果在给定的时间段期间电池电压Vbatt的方差高于确定的阈值，则停止或取消对电容C的测量。
对于电池电压Vbatt的低方差值，仍可以通过使用Vbatt的最低值(在所考虑的时间段内检测的值之中)来进行计算，以便获得较低的电容估计。
根据本解决方案的另一方面，由诊断模块28基于充电方法在操作期间估计超级电容组22的等效串联电阻(ESR)，特别是为了检查其是否低于所需最大值。
当施加充电电流时，超级电容组22上的电压被增大充电电流与等效串联电阻的乘积的量。特别地，当充电电流被置零(zero)时，超级电容电压Vsc的值将立即降低等效串联电阻上的压降的量。
通过使用具有n比特(例如10比特)的模拟-数字转换器，以及例如5V的满量程电压(FS)，超级电容电压Vsc的测量的分辨率dV为：
d V = F S 2 n = 5 2 10 V = 5 m V
特别地可以通过计算模块21a在控制单元21内实现上面的AD转换器。
ESR的额定值可以等于或低于100mΩ，因此，为了获得例如10mΩ的电阻分辨率dR(平均值的1/10)，最小充电电流Ich为：
I c h = d V d R = 5 10 = 500 m A
如图5中所示，在第一步骤50处由诊断模块28如下计算电力电阻器24d的电阻R：
R = V b a t t - V s c I c h = 12 V - 5 V 500 m A = 14 Ω
考虑到用于电池电压Vbatt的ESR检测的最小值，以及超级电容电压Vsc的最大值。
如前面所讨论的，可以通过PWM调制方案便利地控制充电模块24中的电力开关24c，以便降低电力电阻器24d上的功耗。
就这一点而言，图6示出了在超级电容组22的充电期间的超级电容电压Vsc的可能PWM图案，该图案在每个周期具有后跟低电平(OFF)阶段的高电平(ON)阶段，ON阶段和OFF阶段的各自的持续时间由充电使能信号En_ch的占空比确定。
在这种情况下，有利地，在占空比的OFF阶段中(即，在充电电流由于电力开关24c的断开而被置零时)，在充电使能信号En_ch的每个周期可以执行电阻测量。可以实现对各个测量的适当平均，以便得到平均的所得值。
基于上述内容，如图5中所示，诊断模块28可以在步骤51处通过下面的表达式估计ESR：
E S R = R ΔV s c V b a t t - V s c
其中，ΔVsc是由充电电流Ich引起的超级电容组22上的压降。
然后，诊断模块28在步骤52处能够检查所确定的ESR值是否低于所需值。
电压被作为比率来使用，使得AD转换器的相应精度与整体测量精度不相关。
R的测量公差约为5％，并且替代地，被反映在ESR测量中。
如果电压精度为0.5％，则预计总的估计误差将低于10％。
根据本解决方案的又一方面，诊断模块28也被配置成考虑电锁闩组件1和超级电容组22操作的温度条件。这些温度条件由温度传感器29来监视。
实际上，超级电容器性能直接受到温度条件和操作寿命的影响。
如图7a至图7c中所示，超级电容器的电容与寿命直接相关，表现出随时间下降(示出了最终值Cf与初始值Ci的比率)；此外，该下降的速率受到操作温度和同一超级电容器上的初始电压Vi值的影响。
在确保正确操作，或者至少避免故障的同时，机动系统必须能够承受非常高的温度(例如，高达70℃至100℃)。
在本解决方案中，超级电容组22必须确保能源备用，以使用户在故障(例如电池故障、保险丝或线束(wiringharness)故障)的情况下能够离开车辆；在高达70℃至100℃的温度下，用户不能继续被困在机动车辆3内。
为了使得即使在高温下也实现超级电容器组22的正确使用，诊断模块28因此被配置成，在温度增加的同时，实现针对超级电容电压Vsc的值的适当减小策略(通过适当修改通过充电模块24的充电过程来控制该值)。
因此，如图8中所示，如步骤60中所示，诊断模块10监视所检测的温度的值。
由诊断模块28实现的策略随后设想以下三种不同的操作条件，在各个温度区间中：
—对于–Temp1与+Temp1之间所包括的温度，步骤61，其中Temp1为第一温度阈值，该第一温度阈值的绝对值约为38℃至42℃，例如40℃，超级电容组22被保持完全充电(例如，每个超级电容器单元23a、23b的在2.5V至2.7V范围内的电压电平)；
—对于+Temp1与+Temp2之间所包括的温度，步骤62，其中，Temp2为第二温度阈值，该第二温度阈值的绝对值约为85℃至90℃，例如85℃，第一值(例如2.5V)与低于第一值的第二值(例如2.1V)之间的例如线性类型的压降被应用于超级电容电压Vsc；以及
—对于高于Temp2的温度，步骤63，超级电容组22被放电达到第三值的超级电容电压Vsc，该第三值低于第二值(例如，对于每个超级电容器单元23a、23b为1V)。
根据以上温度策略，较高温度下的超级电容器电压Vsc的下降允许减小随时间的电容变化效应，因此例如在被用在备用能源20中时提高了超级电容组22的可靠性。此外，延长了同一超级电容组22的使用寿命。
通常，超级电容器在实际需要时是可用的，并且可以实现改善的使用寿命；在这方面，通过仿真，已经示出该控制策略使得能够实现超级电容器组22的至少15年的可靠使用寿命。
所讨论的解决方案的优势根据前面的描述是清楚的。
特别地，提供可靠的备用能源20以用于机动应用，例如在机动车辆3的主电源4故障的情况下和/或在电锁闩组件1与同一主电源4断开连接的情况下，为电锁闩组件1供电。
可以由内部控制单元21独立地控制备用能源20，并且也可以在没有来自车辆主管理单元12和相关控制软件的任何动作的情况下激活和去激活备用能源20。
超级电容器(特别是减少数量的超级电容器)的使用以及相关联的升压电路的使用可以允许提供便宜、轻便且小型包装的备用能源20；备用能源20的合成尺寸和规格使得允许在电锁闩组件1的同一外壳11中集成。
超级电容器的使用也可以允许实现高能量密度、高容量和高输出电流能力，并且避免记忆效应以及使消耗和再充电时间最小化。超级电容器组的使用寿命也非常高，从而允许将其用作可靠的备用能源，而不需要另外的备用电源。
低压超级电容器(例如通常在市面上可获得的类型的低压超级电容器)的使用也可以允许降低系统的成本并且提高其可维护性。
此外，根据本说明书的实施例可以允许及时地诊断超级电容器组22中的超级电容器单元23a、23b的任何故障，诸如开路状况或短路状况、漏电流的增大、等效串联电阻的增大和/或电容值的减小。
所讨论的温度控制策略可以允许即使在非常高的温度下也将超级电容器可靠地用作备用能源20，以便符合安全性要求，特别是关于机动应用的安全性要求。
很显然，可以对本文中描述和示出的内容作出改变，然而，是在不偏离所附权利要求中所限定的范围的情况下。
特别地，超级电容器单元23a、23b的电连接可以是并联连接，而不是串联连接，以便提供作为用于机动车辆3的致动组6’的备用电源电压所需要的超级电容器电压Vsc。在不同的尺寸或能源要求的情况下，超级电容器单元的数目也可以不同。
此外，再次强调电锁闩组件1可以操作机动车辆3内的任何种类的不同的闭合装置。
在紧急情况期间，也可以由控制单元21通过控制耦接至机动车3的门2和/或把手16和/或致动组6’的任何适当的物理禁用装置(该禁用装置被配置成机械地防止同一门2的打开)来实现使得禁用机动车辆3的(外部和/或内部)把手16的操作，或者一般地，禁用门2的开启。
通常，对于不同的机动应用，在机动车辆3中，备用能源20以及用于检查超级电容器单元23a、23b的状态的所讨论的诊断算法和控制算法也可以被用于其它目的。

Claims (19)

1.一种用于机动车辆(3)的闭合装置(2)的电子锁闩组件(1)，包括：能够进行操作以控制所述闭合装置(2)的致动的致动器组(6’)，以及能够被控制以驱动所述致动器组(6’)的电动机(9)，所述电动机(9)被设计成在正常操作状况期间由提供主电源电压(Vbatt)的所述机动车辆(3)的主电源(4)来供电；其中所述电子锁闩组件(1)包括：备用能源(20)，以及控制单元(21)，所述控制单元(21)被配置成控制所述备用能源(20)在不同于所述正常操作状况的故障操作状况期间向所述电动机(9)供电，
其中，所述备用能源(20)包括超级电容器组(22)，其被配置成在所述正常操作状况期间存储能量，并且在所述故障操作状况期间提供备用电源电压(Vsc)以向所述电动机(9)供电，
其中，所述备用能源(20)和所述控制单元(21)被布置在所述电子锁闩组件(1)的外壳(11)内。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述备用能源(20)还包括升压模块(26)，其耦接至所述超级电容器组(22)，并且能够进行操作以升高所述备用电源电压(Vsc)的电平，以提供高于所述备用电源电压(Vsc)的、被设计成向所述电动机(9)供电的升压电压(Vboost)。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述超级电容器组(22)包括彼此连接以共同提供所述备用电源电压(Vsc)的第一超级电容器单元(23a)和第二超级电容器单元(23b)。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述第一超级电容器单元(23a)和第二超级电容器单元(23b)是低电压且高电容类型，均被设计成提供2.5V至2.7V范围内的电压，并且具有16F至20F范围内的电容。
5.根据任一在前权利要求所述的组件，其中，所述备用能源(20)包括充电模块(24)，在所述正常操作状况期间，每当所述主电源电压(Vbatt)高于预设阈值时，所述充电模块(24)能够被所述控制单元(21)控制以对所述超级电容器组(22)充电；其中，所述充电模块(24)包括耦接至所述超级电容器组(22)的充电电阻器元件(24d)，以及耦接在接收所述主电源电压(Vbatt)的输入端子(24a)与所述充电电阻器元件(24d)之间的充电开关元件(24a)，并且所述充电开关元件具有控制端子；其中，所述控制单元(21)被配置成向所述充电开关元件(24a)的所述控制端子提供充电控制信号(En_ch)，以控制所述超级电容器组(22)的充电。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述充电控制信号(En_ch)是脉冲宽度调制信号，在所述正常操作状况期间，所述充电控制信号(En_ch)具有占空比，所述占空比限定在由所述主电源电压(Vbatt)对所述超级电容器组(22)充电时的高电平阶段，和所述超级电容器组(22)的充电被中断的低电平阶段。
7.根据任一在前权利要求所述的组件，其中，所述超级电容器组(22)包括串联连接以提供所述备用电源电压(Vsc)的至少第一超级电容器单元(23a)和第二超级电容器单元(23b)；其中，所述备用能源(20)包括耦接至所述超级电容器组(22)的均衡模块(25)，所述均衡模块(25)能够进行操作以确定所述第一超级电容器单元(23a)和所述第二超级电容器单元(23b)中的每个上的期望电压电平；其中，所述均衡模块(25)包括第一均衡电阻器元件(25a)和第二均衡电阻器元件(25b)，所述第一均衡电阻器元件(25a)被设计成通过第一均衡开关元件(25c)而选择性地并联连接至所述第一超级电容器单元(23a)，其中，所述第一均衡开关元件(25c)被所述控制单元(21)提供的均衡信号(En_eq)控制；所述第二均衡电阻器元件(25b)被设计成通过第二均衡开关元件(25d)而选择性地并联连接至所述第二超级电容器单元(23b)，其中，所述第二均衡开关元件(25c)被所述均衡信号(En_eq)控制；其中，所述均衡信号(En_eq)被设计成在所述超级电容器组(22)不向所述电动机(9)提供所述备用电源电压(Vsc)时，选择性地中断所述第一均衡电阻器元件(25a)和所述第二均衡电阻器元件(25b)中的电流。
8.根据任一在前权利要求所述的组件，其中，所述升压模块(26)包括升压转换器和升压激活开关元件(26a)，其中，所述升压转换器具有内部控制器(26h)，所述升压激活开关元件(26a)通过外部信号(boost_ON)而被选择性地启用以激活所述内部控制器(26h)以实现所述升压操作，其中所述外部信号指示对所述闭合装置(2)的外部操作；其中，所述内部控制器(26h)被配置成维持所述升压操作，直到被所述控制单元(21)经由去激活信号(boost_OFF)而去激活。
9.根据任一在前权利要求所述的组件，其中，所述备用能源(20)包括诊断模块(28)，所述诊断模块(28)耦接至所述超级电容器组(22)，并且被配置成通过检测所述备用电源电压(Vsc)的至少一个值来监视所述超级电容器组(22)的操作状态；其中，所述诊断模块(28)被配置成检测所述超级电容器组(22)的以下故障模式中的一个或多个：开路故障、短路故障、漏电流的增大、等效串联电阻(ESR)的增大、电容值(C)的减小。
10.根据权利要求9所述的组件，其中，在所述电子锁闩组件(1)的操作期间由所述控制单元(21)运行所述诊断模块(28)，并且所述诊断模块(28)被配置成通过监视将所述超级电容器组(22)从预设的部分放电电压(V1)充电至用于所述备用电源电压(Vsc)的预设的完全充电电压(V2)的时间(ΔT)，来估计所述超级电容器组(22)的电容值。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述备用能源(20)包括充电模块(24)，所述充电模块(24)能够被所述控制单元(21)控制，以经由具有电阻R的充电电阻器元件(24d)从所述主电源电压(Vbatt)对所述超级电容器组(22)充电；其中，所述诊断模块(28)被配置成通过以下表达式来估计所述超级电容器组(22)的电容值：
C = Δ T K ( V b a t t )
其中，K由以下表达式给出：
K(Vbatt)＝（R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1)
并且针对所述主电源电压(Vbatt)的不同值预先计算K，并且K被存储在所述控制单元(21)的存储器中的表中。
12.根据权利要求9至11中的任一权利要求所述的组件，其中，在所述电子锁闩组件(1)的操作期间由所述控制单元(21)运行所述诊断模块(28)，并且所述诊断模块(28)被配置成估计所述超级电容器组(22)的等效串联电阻(ESR)，以检查其是否低于预设最大值；其中，所述备用能源(20)包括充电模块(24)，所述充电模块(24)能够被所述控制单元(21)控制，以利用充电电流(Ich)对所述超级电容器组(22)充电，并且所述诊断模块(28)被配置成，在充电被中断以及所述充电电流(Ich)置零时，通过测量所述超级电容器组(22)上的压降来估计所述等效串联电阻(ESR)。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述充电模块(24)能够被控制，以经由具有电阻R的充电电阻器元件(24d)从所述主电源电压(Vbatt)对所述超级电容器组(22)充电；其中，所述诊断模块(28)被配置成通过以下表达式来估计所述超级电容器组(22)的等效串联电阻(ESR)：
E S R = R ΔV s c V b a t t - V s c
其中，ΔVsc是所述超级电容器组(22)上的压降。
14.根据权利要求12或13所述的组件，其中，所述充电模块(24)包括耦接至所述超级电容器组(22)的充电电阻器元件(24d)，以及耦接在接收所述主电源电压(Vbatt)的输入端子(24a)与所述充电电阻器元件(24d)之间的充电开关元件(24a)，并且所述充电开关元件具有控制端子；其中，所述控制单元(21)被配置成向所述充电开关元件(24a)的所述控制端子提供充电控制信号(En_ch)，以控制所述超级电容器组(22)的充电，所述充电控制信号(En_ch)是脉冲宽度调制信号，在所述正常操作状况期间，所述充电控制信号(En_ch)具有占空比，所述占空比限定在通过所述主电源电压(Vbatt)对所述超级电容器组(22)充电时的高电平阶段，和所述超级电容器组(22)的充电被中断的低电平阶段；其中，所述诊断模块(28)被配置成，在所述充电电流(Ich)通过所述充电开关元件(24a)的断开而被置零时，在所述充电控制信号(En_ch)的所述占空比的所述低电平阶段期间估计所述超级电容器组(22)的等效串联电阻(ESR)。
15.根据任一在前权利要求所述的组件，其中，所述备用能源(20)包括：充电模块(24)，所述充电模块(24)能够被所述控制单元(21)控制以对所述超级电容器组(22)充电；以及诊断模块(28)，所述诊断模块(28)耦接至所述超级电容器组(22)，并且被配置成监视所述超级电容器组(22)的操作温度，以及与所述充电模块(24)协作以根据所检测的操作温度来实现充电策略。
16.根据权利要求15所述的组件，其中，所述充电策略设想在各个温度区间中的三种不同的充电条件，根据所述充电策略：
对于–Temp1与+Temp1之间所包括的温度，所述超级电容器组(22)被保持完全充电，其中Temp1是第一预设温度值；
对于+Temp1与+Temp2之间所包括的温度，将在第一电压值与低于所述第一电压值的第二电压值之间的压降应用于所述备用电源电压(Vsc)，其中Temp2是高于所述第一预设温度值的第二预设温度值；以及
对于高于Temp2的温度，将所述超级电容器组(22)放电达到低于所述第二电压值的第三电压值。
17.根据权利要求16所述的组件，其中，所述第一预设温度值(Temp1)在38℃至42℃的范围内，并且所述第二预设温度值(Temp2)在85℃至90℃的范围内。
18.根据任一在前权利要求所述的组件，其中，所述故障操作状况包括以下中的一个：提供所述主电源电压(Vbatt)的所述机动车辆(3)的所述主电源(4)的故障；将所述电子锁闩组件(1)连接至所述机动车辆(3)的所述主电源(4)的电连接(5)的故障。
19.一种机动车辆(3)，其包括根据任一在前权利要求所述的闭合装置(2)，以及耦接至所述闭合装置(2)的电子锁闩组件(1)。
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