CN109075553B - 用于车辆的至少一个用电器的保险系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的至少一个用电器(V1、V2、Vn)的保险系统(1)，其具有保险装置(10)，该保险装置包括用于至少一个用电器(V1、V2、Vn)的至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)以及评估和控制电路(12)，该评估和控制电路评估流过至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)并且将其与第一参数组(P1)的至少一个预定的切断标准进行比较，其中当满足至少一个预定的切断标准时，评估和控制电路(12)发起跳闸过程，其触发至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)并且切断到相应用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iL1、iL2、iLn)。在此，评估和控制单元(20)附加地评估流过至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)并且将该负载电流(iLl、iL2、iLn)与复杂参数组(P1K)的至少一个预定的复杂切断标准进行比较，并且通过向评估和控制电路(12)输出至少一个相应的控制信号达预定时间段来中断由评估和控制电路(12)发起的跳闸过程，其中当负载电流(iLl、iL2、iLn)不满足至少一个复杂切断标准时，评估和控制电路(12)中断跳闸过程，或者当负载电流(iLl、iL2、iLn)满足至少一个复杂切断标准时，评估和控制电路(12)触发至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)并且切断到相应用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)，其中评估和控制电路(12)监测评估和控制单元(20)的功能性并且在识别出评估和控制单元(20)的功能出现故障时切换成紧急运行模式，在该紧急运行模式中评估和控制电路(12)忽略评估和控制单元(20)的控制信号并且评估流过至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)并将其与紧急运行参数组(PNL)的至少一个预定的切断标准进行比较，其中当满足紧急运行参数组(PNL)的至少一个预定的切断标准时，评估和控制电路(12)触发至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)并且切断到相应用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)。

Description

用于车辆的至少一个用电器的保险系统
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1前序部分所述的用于车辆的至少一个用电器的保险系统。
背景技术
在现有技术中，替代保险丝和继电器所已知的是用于实现电子保险功能的集成半导体器件。其通常包括用于接通和断开所连接的电负载的电子断路器以及用于在过电流、过高温度等情况下实现保护功能的元件。这些已知的电子保险装置具有固定预设的跳闸电流和跳闸时间。这意味着电子保险装置在固定的工作点工作并且已在不会导致半导体开关损坏的第一下限阈值处进行过电流切断。
此外，尽管电流水平尚未达到可预期对半导体开关造成损坏的临界阈值，但在已知的电子保险装置中增大的起动电流(“浪涌电流”)可能导致电子保险装置的过电流识别和错误触发，例如可通过所连接的电负载阻抗的电容器的预充电或通过电机的起动扭矩产生该起动电流。
此外，这种保险系统越来越“智能”，即配备微控制器，其可适应变化的框架条件，以可承担如电流测量和监测的附加任务和/或满足附加的物理要求，例如在具有高于24V的更高电源电压的系统中的电弧。这种微控制器还使得可保持熔丝区域尽可能窄，即过电流事件会非常早地被识别并切断。
发明内容
具有独立权利要求1所述特征的用于车辆至少一个用电器的保险系统的优点在于，评估和控制单元优选通过使用用于至少一个用电器的软件模块或程序代码来对所检测的负载电流进行更复杂的评估，该评估的执行可在一位或多位微秒范围内完成。然而，在所谓的硬(＝低电阻)短路的情况下，评估和控制电路反应相当快并且能够在不涉及评估和控制单元的情况下做出触发决定。根据本发明的保险系统的实施方式可在硬短路的情况下快速切断负载电流，并且尽管如此也可避免负载电流的过早或错误的切断，在这种情况下即使不存在足够的过电流也会切断负载电流。由于在评估和控制单元发生故障的情况下第一参数组的初始预定的切断标准可能非常快地导致负载电流的错误切断或过早切断，因为评估和控制单元不再能够进行校正干预，所以评估和控制电路监测评估和控制单元的功能并且在出现故障时切换成紧急运行模式。在紧急运行模式中，即使在评估和控制单元出现故障的情况下，评估和控制电路也可通过使用紧急运行参数组以有利的方式保持保险系统的功能性。该紧急运行模式与正常运行模式的显著区别在于，现在不再是所有用电器、引线等都受到最佳保护，而是例如利用最大允许的切断阈值来确保相关用电器的安全。这意味着，根据本发明的保险系统的实施方式在紧急运行模式中不是提供冗余的安全功能，而是提供具有更高的容错能力和变化的安全目标的安全功能。由此，实施方式可提供容错保险系统，其包括硬件组件和软件组件。
本发明的实施方式提供了一种用于车辆至少一个用电器的保险系统，该保险系统包括保险装置，该保险装置具有至少一个用于至少一个用电器的电子熔断器和以及评估和控制电路。评估和控制电路评估流过至少一个电子熔断器的负载电流并且将该负载电流与第一参数组的至少一个预定的切断标准进行比较。当满足至少一个预定的切断标准时，评估和控制电路发起跳闸过程，该跳闸过程触发至少一个电子熔断器并且切断对应用电器的负载电流。在此，评估和控制单元附加地评估流过至少一个电子熔断器的负载电流并且将该负载电流与一组复杂参数组的至少一个预定的复杂切断标准进行比较，并且通过向评估和控制电路输出至少一个相应的控制信号达预定时间段来中断由评估和控制电路发起的跳闸过程。当负载电流不满足至少一个复杂切断标准时，评估和控制电路中断跳闸过程，或者当负载电流满足至少一个复杂的切断标准时，评估和控制电路触发至少一个电子熔断器并且切断到相应用电器的负载电流。此外，评估和控制电路监测评估和控制单元的功能性并且在识别出评估和控制单元的功能出现故障时切换成紧急运行模式，其中评估和控制电路忽略评估和控制单元的控制信号并且评估流过至少一个电子熔断器的负载电流并将其与紧急运行参数组的至少一个预定的切断标准进行比较。当满足紧急运行参数组的至少一个预定的切断标准时，评估和控制电路触发至少一个电子熔断器并且切断到对应用电器的负载电流。
在此，评估和控制单元可理解为处理或评估所检测的传感器信号和/或测量信号的电气设备，例如控制器，特别是车载电网控制器。评估和控制单元可具有至少一个接口，该接口可基于硬件和/或软件构造。在基于硬件的构造方式中，接口例如可为所谓的ASIC系统的包含评估和控制单元各种功能的部分。然而还可行的是，接口为本身的集成电路或者至少部分地由分立元件组成。在基于软件的构造方式中，接口可为例如与其他软件模块并存于微控制器上的软件模块。还有利的是具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码存储在机器可读的介质上，例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器，并且当程序由评估和控制单元运行时该程序代码用于执行评估。
通过在从属权利要求中列出的措施和改进方案可有利地改进在独立权利要求中说明的用于车辆至少一个用电器的保险系统。
特别有利的是，评估和控制电路可实施为专用集成电路(ASIC)和/或分立电子电路并且评估和控制单元可实施为微控制器。由此，容错保险系统的独立硬件组件可简单地实现为ASIC或分立电子电路并且软件组件可通过微控制器实现。
在根据本发明的保险系统的有利设计方案中，评估和控制电路的第一参数组可包括切断标准，其通过负载电流的第一切断阈值而在小于或等于10μs的时间范围内实现对至少一个用电器的负载电流的保护。此外，评估和控制电路的紧急运行参数组包括切断标准，其对于至少一个优先用电器可涉及负载电流的可高于第一切断阈值的第二切断阈值并且对于至少一个次要用电器可涉及负载电流的可低于第一切断阈值的第三切断阈值。因此，负载电流的第二切断阈值可分别为相应优先用电器的最大允许极限值和/或负载电流的第三切断阈值可导致至少一个次要用电器的关闭。此外，评估和控制单元的复杂参数组可包括切断标准，其可通过复杂评估过程在大于10μs的时间范围内实现对至少一个用电器的负载电流和/或功率和/或能量的保护。评估和控制单元的复杂参数组例如可保护至少一个用电器的特征，其基于负载电流和/或功率和/或能量的组合。由此，评估和控制电路执行控制和供电任务以及提供预编程的切断阈值。然而，智能保险系统不仅保护负载电流，而且还保护功率和/或能量。所有这一切以及通过增大起动电流“浪涌电流”来防止误切断都由评估和控制单元执行。通过评估和控制电路进行的保护与通过评估和控制单元进行的保护并行地在后台持续进行。由此评估和控制电路在小于等于10μs的较小时间范围内纯粹基于电流阈值进行保护，而评估和控制单元通过复杂的评估过程保护复杂的切断标准，例如负载电流、功率、能量的组合或基于这些的特征。然而，这通常在大于10μs、优选大于100μs的较大时间范围内进行。在紧急运行模式中完全省去了通过评估和控制单元进行的保护。
在根据本发明的保险系统的另一有利的设计方案中，至少一个电子熔断器可双向工作并且在两个电流方向上保护到对应用电器的电流路径。
在根据本发明的保险系统的另一有利的设计方案中，至少一个电子熔断器可包括：至少一个半导体开关，其可在导通状态中为对应的用电器供给负载电流并且在阻断状态中切断负载电流；和至少一个流量计，其可检测流过至少一个半导体开关的负载电流并且将对应的测量信号输出到评估和控制电路以及评估和控制单元，该测量信号可表示所检测的负载电流。这可使得以商业上通用的部件简单且低成本地构造电子熔断器。
在根据本发明的保险系统的另一有利的设计方案中，至少一个半导体开关可形成用于相应电流计的测量分流器。由此可有利地节省布局面积和结构空间。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下说明中得以详细解释。在附图中，相同的附图标记表示执行相同或相似功能的组件或元件。
图1示出了根据本发明的用于车辆至少一个用电器的保险系统的实施例的示意性框图。
具体实施方式
如由图1可见，根据本发明的用于车辆至少一个用电器V1、V2、Vn的保险系统1的所示实施例包括保险装置10，其包括用于至少一个用电器V1、V2、Vn的至少一个电子熔断器S1、S2、Sn以及评估和控制电路12。评估和控制电路12评估流过至少一个电子熔断器S1、S2、Sn的负载电流iLl、iL2、iLn并且将负载电流iL1、iL2、iLn与第一参数组P1的至少一个预定的切断标准进行比较。在此，当满足至少一个预定的切断标准时，评估和控制电路12发起跳闸过程，该跳闸过程触发至少一个电子熔断器S1、S2、Sn并且切断到对应的用电器V1、V2、Vn的负载电流iL1、iL2、iLn。此外，评估和控制单元20附加地评估流过至少一个电子熔断器S1、S2、Sn的负载电流iLl、iL2、iLn并且将该负载电流iLl、iL2、iLn与一组复杂参数组P1K的至少一个预定的复杂切断标准进行比较，并且通过向评估和控制电路12输出至少一个对应的控制信号达预定时间段来中断由评估和控制电路12发起的跳闸过程。当负载电流iLl、iL2、iLn不满足至少一个复杂切断标准时，评估和控制电路12中断跳闸过程，或者当负载电流iLl、iL2、iLn满足至少一个复杂切断标准时，评估和控制电路12触发至少一个电子熔断器S1、S2、Sn并且切断到相应用电器V1、V2、Vn的负载电流iLl、iL2、iLn。此外，评估和控制电路12监测评估和控制单元20的功能性并且在识别出评估和控制单元20的功能出现故障时切换成紧急运行模式，其中评估和控制电路12忽略评估和控制单元20的控制信号并且评估流过至少一个电子熔断器S1、S2、Sn的负载电流iLl、iL2、iLn并将其与紧急运行参数组PNL的至少一个预定的切断标准进行比较。在紧急运行模式中，当满足紧急运行参数组PNL的至少一个预定的切断标准时，评估和控制电路12触发至少一个电子熔断器S1、S2、Sn并且切断到对应用电器V1、V2、Vn的负载电流iLl、iL2、iLn。
由图1还可看出，所示保险系统1包括n个电子熔断器，其中示例性地分别示出了三个电子熔断器S1、S2、Sn，用于n个用电器，其中示例性地示出了三个用电器V1、V2、Vn。电子熔断器S1、S2、Sn分别包括：至少一个半导体开关T1、T2、Tn，其在导通状态下向对应用电器V1、V2、Vn提供负载电流iL1、iL2、iLn并且在阻断状态下切断负载电流iL1、iL2、iLn；和至少一个电流计A1、A2、An，其检测流过至少一个半导体开关T1、T2、Tn的负载电流iL1、iL2、iLn并且向评估和控制电路12以及评估和控制单元20输出相应的测量信号M1、M2、Mn，其表示所检测的负载电流iL1、iL2、iLn。电子熔断器S1、S2、Sn双向工作并且在两个电流方向上保护到相应用电器V1、V2、Vn的电流路径。在未示出的实施例中，电子熔断器S1、S2、Sn的半导体开关T1、T2、Tn分别形成用于相应电流计A1、A2、An的测量分流器。监测评估和控制单元20的功能的监测功能14可例如以现有技术中已知的“看门狗功能”的方式在评估和控制电路12中实现。
在所示实施例中，评估和控制电路12实施为专用集成电路ASIC，其具有存储器，其中存储有第一参数组P1和紧急运行参数组PNL。当然，评估和控制电路12也可实施为分立电子电路。评估和控制单元20实施为微控制器，其中存储有复杂参数组P1K。实施为微控制器的评估和控制单元20处理软件模块的程序代码，以便对所检测的负载电流iL1、iL2、iLn进行复杂的评估。
评估和控制电路12的第一参数组P1包括切断标准，其通过负载电流iL1、iL2、iLn的第一切断阈值而在小于等于10μs的时间范围内实现对至少一个用电器V1、V2、Vn的负载电流iL1、iL2、iLn的保护。评估和控制电路12的紧急运行参数组PNL包括切断标准，其对于至少一个优先用电器V1、V2、Vn涉及负载电流iL1、iL2、iLn的高于第一切断阈值的第二切断阈值并且对于至少一个次要用电器V1、V2、Vn涉及负载电流iL1、iL2、iLn的低于第一切断阈值的第三切断阈值。在所示实施例中，负载电流iL1、iL2、iLn的第二切断阈值分别为相应优先用电器V1、V2、Vn的最大允许极限值和/或负载电流iL1、iL2、iLn的第三切断阈值会导致至少一个次要用电器V1、V2、Vn的关闭。假设第一用电器V1和第二用电器为对车辆功能非常重要的优先用电器，并且第n个用电器Vn为对于车辆功能非必要的次要用电器，在紧急运行参数组PNL中将第一和第二用电器V1、V2的负载电流iL1、iL2的较高的第二切断阈值存储为第一参数组P1中的第一切断阈值。对于流过第n个用电器Vn的负载电流iLn，将紧急运行参数组PNL中较低的第三切断阈值存储为第一参数组P1中的第一切断阈值。在极端情况下，较低的第三切断阈值会导致第n个用电器Vn的直接关闭。
评估和控制单元20的复杂参数组P1K包括切断标准，其通过复杂评估过程在大于10μs的时间范围内实现对至少一个用电器V1、V2、Vn的负载电流iL1、iL2、iLn和/或功率和/或能量的保护。因此，在所示实施例中，评估和控制单元20的复杂参数组P1K保护至少一个用电器V1、V2、Vn的特征，其基于负载电流iL1、iL2、iLn和/或功率和/或能量的组合。
在本发明的实施方式中，保险系统的硬件基于实施为ASIC的评估和控制电路、呈半导体开关形式的功率电子器件以及实施为微控制器的评估和控制单元。实施为ASIC的评估和控制电路具有模拟测量装置，其独立于实施为微控制器的相关评估和控制单元监测预定的电流阈值。如果过电流超过这些电流阈值，则实施为ASIC的评估和控制电路启动跳闸或切断过程。然而，实施为微控制器的评估和控制单元可通过在预定的时间段中进行快速干预来防止该切断过程。与此同时，实施为ASIC的评估和控制电路监测实施为微控制器的评估和控制单元。只要实施为微控制器的评估和控制单元继续工作，则评估和控制单元可防止切断。然而，如果实施为微控制器的评估和控制单元发生故障，则在此过电流会引起切断。然而，如果实施为ASIC的评估和控制电路已认识出实施为微控制器的评估和控制单元的故障，则实施为ASIC的评估和控制电路可自主地访问预先设定的第二紧急运行参数组。然而，与第一参数组相比，该第二紧急运行参数组不是以最佳保护而是以最大的功能可靠性作为首要目标。这可能意味着次要用电器将立即关闭，以便可为重要的用电器提供更多的电力资源。在上述示例中，例如可将切断阈值提高到最大允许极限值，以防止由于过电流而关闭。

Claims (10)

1.一种用于车辆的至少一个用电器(V1、V2、Vn)的保险系统(1)，所述保险系统(1)具有保险装置(10)，所述保险装置包括用于所述至少一个用电器(V1、V2、Vn)的至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)以及评估和控制电路(12)，所述评估和控制电路评估流过所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)并且将其与第一参数组(P1)的至少一个预定的切断标准进行比较，其中当满足所述至少一个预定的切断标准时，所述评估和控制电路(12)发起跳闸过程，所述跳闸过程触发所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)并且切断到相应的用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iL1、iL2、iLn)，
其特征在于，
评估和控制单元(20)附加地评估流过所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)并且将其与复杂参数组(P1K)的至少一个预定的复杂切断标准进行比较，并且通过向所述评估和控制电路(12)输出至少一个相应的控制信号达预定时间段来中断由所述评估和控制电路(12)发起的所述跳闸过程，其中当所述负载电流(iLl、iL2、iLn)不满足所述至少一个复杂切断标准时，所述评估和控制电路(12)中断所述跳闸过程，或者当所述负载电流(iLl、iL2、iLn)满足所述至少一个复杂切断标准时，所述评估和控制电路(12)触发所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)并且切断到相应的用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)，其中所述评估和控制电路(12)监测所述评估和控制单元(20)的功能性并且在识别出所述评估和控制单元(20)的功能出现故障时切换成紧急运行，在所述紧急运行中所述评估和控制电路(12)忽略所述评估和控制单元(20)的控制信号，并且评估流过所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)并将其与紧急运行参数组(PNL)的至少一个预定的切断标准进行比较，其中当满足所述紧急运行参数组(PNL)的至少一个预定的切断标准时，所述评估和控制电路(12)触发所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)并且切断到相应的用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iLl、iL2、iLn)。
2.根据权利要求1所述的保险系统，其特征在于，所述评估和控制电路(12)实施为专用集成电路(ASIC)和/或分立电子电路，并且所述评估和控制单元(20)实施为微控制器。
3.根据权利要求1或2所述的保险系统，其特征在于，所述评估和控制电路(12)的第一参数组(P1)包括切断标准，其通过所述负载电流(iL1、iL2、iLn)的第一切断阈值而在小于等于10μs的时间范围内实现对所述至少一个用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iL1、iL2、iLn)的保护。
4.根据权利要求3所述的保险系统，其特征在于，所述评估和控制电路(12)的紧急运行参数组(PNL)包括切断标准，所述切断标准对于至少一个优先的用电器(V1、V2、Vn)涉及所述负载电流(iL1、iL2、iLn)的第二切断阈值，所述第二切断阈值高于所述第一切断阈值，并且所述切断标准对于至少一个次要的用电器(V1、V2、Vn)涉及所述负载电流(iL1、iL2、iLn)的第三切断阈值，所述第三切断阈值低于所述第一切断阈值。
5.根据权利要求4所述的保险系统，其特征在于，所述负载电流(iL1、iL2、iLn)的第二切断阈值分别为相应优先的用电器(V1、V2、Vn)的最大允许极限值，和/或所述负载电流(iL1、iL2、iLn)的第三切断阈值对应于导致至少一个次要的用电器(V1、V2、Vn)关闭的值。
6.根据权利要求1或2所述的保险系统，其特征在于，所述评估和控制单元(20)的复杂参数组(P1K)包括切断标准，所述切断标准通过复杂评估过程而在大于10μs的时间范围内实现对所述至少一个用电器(V1、V2、Vn)的负载电流(iL1、iL2、iLn)和/或功率和/或能量的保护。
7.根据权利要求6所述的保险系统，其特征在于，所述评估和控制单元(20)的复杂参数组(P1K)保护所述至少一个用电器(V1、V2、Vn)的特性，所述特性基于负载电流(iL1、iL2、iLn)和/或功率和/或能量的组合。
8.根据权利要求1或2所述的保险系统，其特征在于，所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)双向工作，并且在两个电流方向上保护到相应的用电器(V1、V2、Vn)的电流路径。
9.根据权利要求1或2所述的保险系统，其特征在于，所述至少一个电子熔断器(S1、S2、Sn)包括：至少一个半导体开关(T1、T2、Tn)，其在导通状态下向相应的用电器(V1、V2、Vn)提供负载电流(iL1、iL2、iLn)并且在阻断状态下切断所述负载电流(iL1、iL2、iLn)；和至少一个电流计(A1、A2、An)，其检测流过所述至少一个半导体开关(T1、T2、Tn)的负载电流(iL1、iL2、iLn)并且向所述评估和控制电路(12)以及所述评估和控制单元(20)输出相应的测量信号(M1、M2、Mn)，所述测量信号表示所检测的负载电流(iL1、iL2、iLn)。
10.根据权利要求9所述的保险系统，其特征在于，所述至少一个半导体开关(T1、T2、Tn)形成用于相应的电流计(A1、A2、An)的测量分流器。
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