CN109314024A - 用于车辆的配电器和保险系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的配电器(3)，其具有输入端(E)和多个负载通道(LK1，LK2，LKn)，这些负载通道分别通过保险丝(F1，F2，Fn)和线路(W1，W2，Wn)将输入端(E)与已连接的负载(L1，L2，Ln)连接，以及涉及一种用于车辆的保险系统，具有此类配电器(3)。在此，备用通道(EK1)通过电子保险装置(EF1)将输入端(E)与已连接的负载(L1，L2，Ln)连接，其中，评估和控制单元(10)检验保险丝(F1，F2，Fn)的功能有效性，并且当保险丝(F1，F2，F3，Fn)中的至少一个保险丝被识别为已触发时，评估和控制单元将电子保险装置(EF1)的半导体开关(T)导电接通并且通过备用通道(EK1)实现在输入端(E)和已连接的负载(L1，L2，L3，Ln)之间冗余的电流路径。

Description

用于车辆的配电器和保险系统
技术领域
本发明从一种根据独立权利要求1所述类型的用于车辆的配电器和一种根据独立权利要求7所述类型的用于车辆的保险系统出发。
背景技术
由现有技术公知了一种用于车辆的配电器，其具有多个负载通道，这些负载通道分别通过保险装置来保护，并且公知了一种用于车辆的具有此类配电器的保险系统，该配电器替代集成有保险丝和继电器的半导体电路而用于实现电子保险功能。
电子保险装置通常包括用于接通和断开所连接的电子负载的电子功率开关并且也包括用于在过电流、过热等的情况下实现保护功能的元件。通常在配电器中所有保险丝由电子保险装置替代，因为电子保险装置与保险丝相比具有有利的特性，例如在电流-时间图表中的可编程的保险特性曲线、准确并且非常快速的触发和负载的可选的通断、诊断功能例如自诊断、通道的电流-电压测量、扩展的短路识别(例如诊断电弧)等。在与提供电子保险装置的技术可能性的竞争中产生用于电子保险装置的成本，电子保险装置与简单的保险丝相比意味着车辆中的每个保险装置以20至100倍的极大的成本升高。
发明内容
具有独立权利要求1的特征的用于车辆的配电器和具有独立权利要求7的特征的用于车辆的保险系统具有的优点是，每个负载通道始终固定布线地配备有成本低廉的传统的保险丝，其中，通过电子保险装置保护的备用通道在检验模式中或者在故障情况中可以与通过保险丝保护的负载通道并联，以便形成冗余的电流路径。
本发明的实施方式提供了一种解决方案，在该解决方案中可能的是，如同期望地通过较少数量的电子保险装置实现扩展的保护。附加地还实现了一系列其他的监控功能，以便使车载电网更可靠地运行或者增加在故障情况中车载电网的可用性。到目前为止，传统的或者电子的保险装置在传统的配电器中固定地配置给确定的负载通道并进而与该负载通道固定地电连接。如果配电器具有例如n个负载通道，则使用至少n个保险元件，以便保护这n个负载通道。在此，n个保险元件可以要么由n个传统的保险丝组成或者由n个电子保险装置组成或者由保险元件的具有总数n个保险元件的组合组成。在本发明的实施方式中，可灵活使用的电子保险装置的数量比保险丝的数量少得多。因此，例如使用四个成本低廉的保险丝和一个附加的电子保险装置用于四个负载通道。本发明的具有附加的电子保险装置和对应的评估和控制单元的实施方式在较低的成本升高的情况下提供扩展的保险功能，因为替代四个电子保险装置使用仅仅一个电子保险装置。然而从技术角度出发实现了在罕见的故障情况中扩展的保护功能。当已经存在导致触发保险丝的故障时，该扩展的保护功能可以优选地用于监测冗余的电流路径。
本发明的实施方式提供一种用于车辆的配电器，其具有输入端和多个负载通道，这些负载通道分别通过保险丝和线路将输入端与已连接的负载连接。在此，备用通道通过电子保险装置将输入端与已连接的负载连接，其中，评估和控制单元检验保险丝的功能有效性，并且当保险丝中的至少一个保险丝被识别为已触发时，该评估和控制单元将电子保险装置的半导体开关导电接通并且通过备用通道形成输入端和已连接的负载之间冗余的电流路径。
此外，提出一种用于车辆的保险系统，其具有电压源和配电器，其中，该电压源通过主线路提供车载电网电压，该配电器将车载电网电压施加到多个已连接的负载上。
本发明从下述构思出发，在车辆车载电网中出现不可避免地断开负载通道的故障(例如过电流、短路)的概率是非常低的。因此每个通道不必始终通过成本高昂的电子保险装置保护。此外，可以充分利用下述事实，即车载电网中的电压不是恒定的，而是由于电负荷而在一定带宽内波动。可以充分利用这个效应，以便对保险丝和电子保险装置的功能有效性进行重复的可选的检验。因此，当车载电网电压超过预给定的阈值时，那么就可以例如触发检验模式。
在故障的保险装置的情况中，将电子保险装置的半导体开关始终导电接通，从而跨接故障的保险丝并且可以借助诊断功能“准确地”监测由此产生的替换的电流路径，直至该故障的保险装置被更换。评估和控制单元附加地确保，在检验模式中循环地接通半导体开关并且对其功能有效性进行监测。本发明的实施方式为此将传统的保险丝保留在多通道的配电器中并且将传统的保险丝与一个唯一的电子保险装置组合，该唯一的电子保险装置用于所有负载通道或者至少用于预定数量的负载通道。从而不是每个负载通道必须单独通过一个电子保险装置保护。该电子保险装置仅仅在故障情况中并且直至保险装置更换时负责保险功能。此外，该电子保险装置能够在配电器中的保险丝故障的情况中将电流传输到已连接的电子负载并且借助诊断进行监测。评估和控制单元以确定的顺序和频率检验每个负载通道并且可以识别，保险丝在哪个负载通道中被触发或者烧断。半导体开关的通过合金化导致短路的风险被降低，因为半导体开关在检验模式中并不持久地被施加以电流。由此可以减小FIT-(failure-in-time)Rate(失效率)并且提高了车辆中的保险性(冗余)和车载电网的可用性。因为电子保险装置在正常运行中被关闭并且仅仅在罕见情况中必须承受全部的工作电流，所以允许较高的损耗功率。半导体开关的接通电阻由此可以选择高欧姆值，这降低了半导体开关的成本。
评估和控制单元在此可以理解为电子设备、例如控制设备，该电子设备处理或者评估检测到的传感器信号。评估和控制单元可以具有至少一个接口，该接口能够以硬件和/或软件的方式设计。在硬件的设计方案中，接口可以例如是所谓的ASIC系统的一部分，该部分包含评估和控制单元的最不同的功能。然而也可能的是，接口是独立的集成的电路或者至少部分地由分立的构件构成。在软件的设计方案中，接口可以是软件模块，该软件模块例如在微控制器上存在于其他软件模块旁边。有利地也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载体、例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器并且当该程序由评估和控制单元执行时用于进行评估。
通过在从属权利要求中实施的措施和改进方案实现了有利地改善在独立权利要求1中给出的用于车辆的配电器并且在独立权利要求7中给出的用于车辆的保险系统。
特别有利的是，评估和控制单元可以例如借助电流测量仪检验备用通道中电流的过电流情况。保险丝可以出于下述两个原因而断开对应的负载通道中的电流。在第一种情况中，保险丝可以是故障并且烧断，而不存在过电流情况。在第二种情况中，保险丝可以由于不允许的过电流而被准确地触发并且烧断。因此，当存在过电流情况时，则评估和控制单元将至少一个触发的保险丝评估为已触发，或者当不存在过电流情况时，则评估和控制单元将至少一个触发的保险丝评估为故障。此外，当触发的保险丝评估为故障时，评估和控制单元可以使半导体开关保持在导通状态中并且保持通过备用通道的冗余电流路径。这意味着，不存在过电流情况而是存在故障的保险丝。替换地，当触发的保险丝评估为已触发时，评估和控制单元可以将半导体开关关闭并且断开通过备用通道的冗余电流路径。这意味着，存在过电流情况并且保险丝被正确地触发。
在配电器的有利的设计方案中，分别为能预给定数量的负载通道设置备用通道。由此可以预先估计流过电子保险装置的备用通道中的最大负载电流并且找出相应的半导体开关，因为在不利的情况中负载通道的所有保险丝发生故障并且用于给已连接的负载供电所需的电流必须流过电子保险装置的半导体开关。
在配电器的一个另外的有利的设计方案中，评估和控制单元可以测定在相应的保险丝之前的第一电压和在相应的保险丝之后的第二电压并且彼此比较，以便检验保险丝的功能有效性。在此，当第一电压不同于第二电压时，评估和控制单元识别出触发的保险丝。
在保险系统的有利的设计方案中，至少一个保险功能装置循环地和/或在存在至少一个预给定的标准的情况下将评估和控制单元切换到检验模式中，在该检验模式中，评估和控制单元可以检验配电器的电子保险装置和保险丝功能有效性。
在保险系统的一个有利的设计方案中，当所有保险丝被评估为功能有效的时，则评估和控制单元在检验保险丝之后将半导体开关导电接通并且检测和评估备用通道中对应的电流，其中，在备用通道中识别出的电流表示半导体开关无故障。
在保险系统的一个有利的设计方案中，评估和控制单元将故障的保险丝和/或故障的半导体开关告知给至少一个保险功能装置。在此，该保险功能装置在至少一个保险丝被评估为故障的情况中将评估和控制单元切换到工作模式中，在该工作模式中，评估和控制单元监测备用通道中的电流并且保持通过备用通道的冗余的电流路径或者在过电流情况中将其断开。由此上一级的保险功能装置可以决定，后续的工作模式是否可靠或者是否应该将车辆尽可能快地停下。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下述说明中详细地说明。在附图中执行相同或类似的功能的部件或元件以相同的附图标记标出。
图1示出用于根据本发明的保险系统的一个实施例的示意性的方框图，该保险系统具有根据本发明的带有n个负载通道的配电器的一个实施例。
图2示出用于根据本发明的保险系统的一个实施例的示意性的方框图，该保险系统具有根据本发明的带有三个负载通道的配电器的一个实施例。
具体实施方式
如同图1和2可明显看出的那样，根据本发明的用于车辆的保险系统1，1A的示出的实施例分别包括电压源5和配电器3，3A，该电压源通过主线路A提供车载电网电压UG，配电器将车载电网电压UG施加到多个已连接的负载L1，L2，L3，Ln上。
如同由图1和2进一步可明显看出的那样，根据本发明的用于车辆的配电器3，3A的示出的实施例分别包括输入端E和多个负载通道LK1，LK2，LK3，LKn，这些负载通道分别通过保险丝F1，F2，F3，Fn和线路W1，W2，W3，Wn将输入端E与已连接的负载L1，L2，L3，Ln连接。在此，备用通道EK1通过电子保险装置EF1将输入端E与已连接的负载L1，L2，L3，Ln连接。评估和控制单元10检验保险丝F1，F2，F3，Fn的功能有效性，并且当保险丝F1，F2，F3，Fn中的至少一个保险丝被识别为已触发时，评估和控制单元将电子保险装置EF1的半导体开关T导电接通并且通过备用通道EK1形成输入端E和已连接的负载L1，L2，L3，Ln之间冗余的电流路径。
如同由图1和2进一步可明显看出的那样，至少一个保险功能装置7循环地和/或在存在至少一个预给定的标准的情况下将评估和控制单元10切换到检验模式中，在该检验模式中，评估和控制单元10检验配电器3，3A的电子保险装置EF1和保险丝F1，F2，F3，Fn的功能有效性。当所有保险丝F1，F2，F3，Fn被评估为功能有效时，则评估和控制单元10在所示的实施例中在检验保险丝F1，F2，F3，Fn之后将半导体开关T导电接通并且检测备用通道EK1中对应的电流iT并对其进行评估。在此，在备用通道EK1中识别出的电流iT表示半导体开关T无故障。此外，评估和控制单元10将故障的保险丝F1，F2，F3，Fn和/或故障的半导体开关T告知给至少一个保险功能装置7。该保险功能装置7在至少一个保险丝F1，F2，F3，Fn被评估为故障的情况中将评估和控制单元10切换到工作模式中，在该工作模式中，评估和控制单元10监测备用通道EK1中的电流iT并且保持通过备用通道EK1的冗余的电流路径或者在过电流情况中将其断开。
如同由图1和2进一步可明显看出的那样，备用通道EK1分接在输入节点E1上并且通过包括半导体开关T和电流测量单元20的电子保险装置EF1引导至各个负载通道LK1，LK2，LK3，LKn的线路W1，W2，W3，Wn的输出节点A1，A2，A3，An。因此，备用通道EK1能够跨接在不同的负载通道LK1，LK2，LK3，LKn中的每个保险丝F1，F2，F3，Fn，这些保险丝分接在输入节点E3上。
如同由图1和2进一步可明显看出的那样，评估和控制单元10检验备用通道EK1中电流iT的过电流情况。当存在过电流情况时，则评估和控制单元10将至少一个已触发的保险丝F1，F2，F3，Fn评估为已触发。替换地，当不存在过电流情况时，则评估和控制单元10将至少一个已触发的保险丝F1，F2，F3，Fn评估为故障。当已触发的保险丝F1，F2，F3，Fn被评估为故障时，则评估和控制单元10将半导体开关T保持在导通状态中并且保持通过备用通道EK1的冗余的电流路径。替换地，当已触发的保险丝F1，F2，F3，Fn评估为已触发时，则评估和控制单元10将半导体开关T关断并且断开通过备用通道EK1的冗余的电流路径。
为了检验保险丝F1，F2，F3，Fn，评估和控制单元10测定在相应的保险丝之前的第一电压Uref和在相应的保险丝F1，F2，F3，Fn之后的第二电压UB1，UB2，UB3，UBn并且彼此比较。在此，在输入节点E2处截取第一电压Uref。当第一电压Uref不同于第二电压UB1，UB2，UB3，UBn时，评估和控制单元10识别出已触发的保险丝F1，F2，F3，Fn。
如同由图2进一步可明显看出的那样，在所示的实施例中为预给定数量为三个的负载通道LK1，LK2，LK3设置了一个备用通道EK1。除了通过至少一个保险功能装置7激活以外，当第一电压Uref超过预给定的阈值Umin时，评估和控制单元10在所示的实施例中切换到检验模式中。如同由图2进一步可明显看出的那样，评估和控制单元10包括比较单元14和评估电路12，该比较单元将第二电压UB1，UB2，UB3和阈值Umin与第一电压Uref比较，并且该评估电路对比较过程进行评估并将评估结果通过数据通道DAT输出给至少一个保险功能装置7。此外，评估和控制单元10或评估电路12通过数据通道DAT接收至少一个保险功能装置7的控制指令。此外，评估电路12可以通过输出驱动装置16将半导体开关T导电接通或者关断。如同由图2进一步可明显看出的那样，半导体开关T的源极端子S与输入节点E1连接，半导体开关T的栅极端子G与输出驱动装置16连接，半导体开关T的漏极端子D与电流测量单元20连接。电流测量单元20包括电流表M，该电流表的输出端与评估电路12连接。电流测量单元20还包括三个二极管D1，D2，D3。在此，二极管D1使备用通道EK1与第一负载通道LK1的第一线路W1的第一输出节点A1耦合，二极管D2使备用通道EK1与第二负载通道LK2的第一线路W2的第一输出节点A2耦合，并且二极管D3使备用通道EK1与第三负载通道LK3的第三线路W3的第三输出节点A3耦合。
本发明的实施方式循环地激活评估和控制单元10的检验模式。由此循环地监测保险丝F1，F2，F3，Fn并且附加地监测电子保险装置EF1的半导体开关T的状态。如果在至少一个保险丝F1，F2，F3，Fn中存在故障(保险装置被烧断)，则评估和控制单元10被切换到工作模式中。此外，评估和控制单元10通过数据通道DAT将保险丝F1，F2，F3，Fn中哪一个保险丝确实发生故障的相应报告输出给保险功能装置7。
如果发现半导体开关T中的故障，则同样将故障信息输出给至少一个保险功能装置7。至少一个保险功能装置7决定，后续的工作循环是否可靠或者是否必须将车辆尽可能快地停下。因此，车辆可以熄火例如直到替换半导体开关T，因为在保险丝F1，F2，F3，Fn故障的情况中不能再通过备用通道EK1和半导体开关T提供替换的电流路径。
在工作模式中，电子保险装置EF1在其功能上替代至少一个触发的保险丝F1，F2，F3，Fn，承受至电子负载L1，L2，L3，Ln的电流，并且评估和控制单元10监测备用通道EK1中的电流iT。在不允许的电流强度或过热的情况中，评估和控制单元10通过半导体开关T断开备用通道EK1中的电流iT。此外，评估和控制单元10通过数据通道DAT将相应的报告输送给至少一个保险功能装置7。至少一个保险功能装置7确定，由于一个或多个故障是否使车辆继续运行并使车辆继续运行多长时间。半导体开关T以有利的方式设计为，使得半导体开关可以在确定的时间内承受所有负载通道LK1，LK2，LK3，LKn的电流。
本发明的实施方式可以使用在智能配电器中，因为智能配电器是用于在车载电网中冗余地供能的复合配电器的成本低廉的变体，该复合配电器包括保险丝和电子保险装置。

Claims (10)

1.一种用于车辆的配电器(3，3A)，具有输入端(E)和多个负载通道(LK1，LK2，LK3，LKn)，所述负载通道分别通过保险丝(F1，F2，F3，Fn)和线路(W1，W2，W3，Wn)将所述输入端(E)与已连接的负载(L1，L2，L3，Ln)连接，其特征在于，备用通道(EK1)通过电子保险装置(EF1)将所述输入端(E)与已连接的负载(L1，L2，L3，Ln)连接，其中，评估和控制单元(10)检验所述保险丝(F1，F2，F3，Fn)的功能有效性，并且当所述保险丝(F1，F2，F3，Fn)中的至少一个保险丝被识别为已触发时，所述评估和控制单元将所述电子保险装置(EF1)的半导体开关(T)导电接通并且通过所述备用通道(EK1)形成在所述输入端(E)和所述已连接的负载(L1，L2，L3，Ln)之间的冗余电流路径。
2.根据权利要求1所述的配电器，其特征在于，所述评估和控制单元(10)对所述备用通道(EK1)中电流(iT)的过电流情况进行检验，其中，当存在过电流情况时，则所述评估和控制单元(10)将已触发的所述至少一个保险丝(F1，F2，F3，Fn)评估为已触发，当不存在过电流情况时，则所述评估和控制单元将已触发的所述至少一个保险丝评估为故障。
3.根据权利要求2所述的配电器，其特征在于，
当触发的保险丝(F1，F2，F3，Fn)被评估为故障时，则所述评估和控制单元(10)将所述半导体开关(T)保持在导通状态中并且保持通过所述备用通道(EK1)的所述冗余电流路径，或者
当所述已触发的保险丝(F1，F2，F3，Fn)被评估为已触发时，则所述评估和控制单元将所述半导体开关(T)关断并且断开通过所述备用通道(EK1)的所述冗余电流路径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的配电器，其特征在于，分别为能预给定数量的负载通道(LK1，LK2，LK3，LKn)设置一个备用通道(EK1)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的配电器，其特征在于，所述评估和控制单元(10)测定在相应的所述保险丝之前的第一电压(Uref)和在相应的所述保险丝(F1，F2，F3，Fn)之后的第二电压(UB1，UB2，UB3，UBn)并且彼此比较。
6.根据权利要求5所述的配电器，其特征在于，当所述第一电压(Uref)不同于所述第二电压(UB1，UB2，UB3，UBn)时，所述评估和控制单元(10)识别出已触发的保险丝(F1，F2，F3，Fn)。
7.一种用于车辆的保险系统(1，1A)，具有电压源(5)和配电器(3，3A)，所述电压源通过主线路(A)提供车载电网电压(UG)，所述配电器将所述车载电网电压施加到多个已连接的负载(L1，L2，L3，Ln)上，其特征在于，所述配电器(3，3A)根据权利要求1至6中任一项进行实施。
8.根据权利要求7所述的保险系统，其特征在于，至少一个保险功能装置(7)循环地和/或在存在至少一个预给定的标准的情况下将所述评估和控制单元(10)切换到检验模式中，在所述检验模式中，所述评估和控制单元(10)检验所述配电器(3，3A)的所述电子保险装置(EF1)和所述保险丝(F1，F2，F3，Fn)的功能有效性。
9.根据权利要求8所述的保险系统，其特征在于，当所有保险丝(F1，F2，F3，Fn)被评估为功能有效时，则所述评估和控制单元(10)在检验所述保险丝(F1，F2，F3，Fn)之后将所述半导体开关(T)导电接通并且检测和评估所述备用通道(EK1)中对应的电流(iT)，其中，在所述备用通道(EK1)中识别出的电流(iT)表示所述半导体开关(T)无故障。
10.根据权利要求8或9所述的保险系统，其特征在于，所述评估和控制单元(10)将故障的保险丝(F1，F2，F3，Fn)和/或故障的半导体开关(T)告知所述至少一个保险功能装置(7)，其中，所述保险功能装置(7)在至少一个保险丝(F1，F2，F3，Fn)被评估为故障的情况中将所述评估和控制单元(10)切换到工作模式中，在所述工作模式中，所述评估和控制单元(10)监测所述备用通道(EK1)中的电流(iT)并且保持通过所述备用通道(EK1)的冗余电流路径或者在过电流情况中将其断开。
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