CN109661689A - 用于运行安全设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行安全设备的方法，该安全设备包括具有至少一个导电元件的壳体，其中，该导电元件布置在壳体内部空间中并且由该壳体封闭。在壳体的壳体内部空间中布置有颗粒检测器，该颗粒检测器在颗粒的产生方面监测壳体内部空间。

Description

用于运行安全设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行安全设备的方法。

背景技术

电动车辆和混合动力车辆通常具有电动马达，该电动马达提供全部或部分的驱动功率。通过电动马达在混合动力车辆中产生部分的驱动功率，在电动车辆中产生全部的驱动功率。电能必须借由电力电子件转换为匹配于电驱动马达的电压和频率。为此使用大功率的直流调节器和逆变器，它们在混合动力车辆中在马达的发电机式运行期间也处理能量以用于蓄电池或双层电容器中的中间存储。处于高电压下的部件通常布置在相应壳体中的最小空间内以节省地方。由此，由于间距小或由于金属碎片或其他可能的导电污染物，可能产生电弧或干扰电弧。

因此，例如在高压直流应用中（例如在混合动力车辆的电驱动链中），为了避免仪器中的短路和电弧，必须对应于运行中产生的电压、须考虑的污染程度、电场分布的均匀性，针对基础绝缘和功能绝缘保持用于气道和爬电路径的最小间隔。确定该最小间隔的前提是，在组装仪器和粘附在仪器中安装的组件时，不产生或不带入超过在气道和爬电路径（Kriechwege）的安全裕度（Sicherheitszuschlaege）中定义的尺寸的导电颗粒。然而，不利的是，仪器组件的供应商可能仅以有限的概率确保带入或粘附的颗粒（所谓的“闪片”）的最大尺寸。通过湿气和不期望的冷凝也会出现电弧。在电能技术中，干扰电弧或故障电弧是电气设施部件之间的在技术上所不期望出现的电弧。在两个电势之间间距不足或绝缘不足的情况下，可能导致不期望的电压击穿（Spannungsueberschlag），在此期间产生电弧。这种电压击穿也可能发生在电气构件自身中，原因是触点分离得太慢或者导电部件之间的绝缘层已失去其绝缘能力。

在电压击穿的情况下产生的电弧通常会大大减少构件的寿命，并且在最坏的情况下也可能会破坏构件。电弧对于高压构件是一个重大危险。由于电弧的电弧功率大、温度高，除了强光效果外还导致巨大的爆裂声响，且附近环境中的易燃物体可能着火。存在火灾风险。在低电压范围内，干扰电弧可能由于电线缺陷而产生，通常是线路损坏，例如由于线路挤压或电线弯曲半径太小而导致的绝缘损坏。在此可能产生由污染和沉积引起的爬电流，其在干扰电弧中点燃。在未正确组装的松脱的构件中或由于折弯的导线也可能发生干扰电弧，例如由于松脱的导线末端之间的电离气体。在电路板上，特别是在开关模式电源中，击穿经常造成相当大的损坏，因为电路板材料上的导体材料（铜）凝聚成金属蒸汽层并桥接爬电间距。在不能更换整个组合件的情况下，通过电路板上的插槽（Platine）修复此类损坏；新的爬电间距由气隙组成。用作预防措施的是带有空心铆钉的焊接区（Loetaugenmit Hohlniet）、较厚的铜层、利用线加强的导体轨道、带腔壳体以及足够的爬电间距。这与由于结构空间小（例如在混合动力车辆和电动车辆中）所导致的小型化正相反。因此，必须绝对避免电弧，或者在产生电弧时迅速熄灭电弧。

有关于高压直流应用（例如混合动力车辆的电驱动链）中的电弧的产生，必须用适当的传感器监测连通的仪器（例如驱动变流器和直流-直流转换器）以检测电弧。作为对检测到的电弧的响应，必须在电弧中转换的能量高到使电弧跃过仪器壳体或从仪器中逸出并由此引起火灾之前，切断被干扰电弧/电弧涉及到的仪器的高压供应。不利的是，在出现干扰电弧时，在微秒的时间范围内在仪器中产生导电颗粒（例如碳化绝缘材料、炭黑、等离子体、蒸发的金属导电材料等）。由于干扰电弧的热效应和电磁效应，这些颗粒在涉及的仪器内部爆炸式地分布。这些颗粒被认为是在所涉及的仪器内点燃二次干扰电弧的原因。在现有技术中提出了各种方法作为识别电弧的传感技术。一方面，通过干扰电弧的热效应在封闭的仪器体积内部评估压力的上升。另一方面，评估由仪器中的干扰电弧放射的（在可见和不可见范围内的）辐射（参见DE 20 2005 011 504 U1）。此外，评估干扰电弧产生时的声学效应，或者结算在仪器中转换的能量（电源端/耗电端对比，Quellen-/Senken-Vergleich）。可选地，评估由电弧产生的高频频谱。不利的是，由于为此所需的传感器技术成本以及为了识别所需的计算能力，或者由于在应用中的易受干扰性，上述方法中有一些在高压直流应用中受到严重局限。

一些方法的局限性在于，在具有分区式壳体的仪器中需要多个识别装置，以遵循限制电弧能量所需的检测时间。多个单独的传感器的可靠性和联接需要额外的计算成本以及建构和连接技术（AVT）。

因此产生了对一种有效阻止壳体中的二次电弧点燃的方法的需求。

发明内容

具有权利要求1的特征的根据本发明的方法具有防止产生二次电弧的优点。

根据本发明，对此设置了一种用于运行安全设备的方法，其中，该安全设备包括具有至少一个导电元件的壳体，其中，该导电元件布置在壳体内部空间中并且由该壳体封闭。在壳体的壳体内部空间中布置有颗粒检测器，该颗粒检测器在颗粒的产生方面监测壳体内部空间。有利的是，一旦颗粒从产生位置（原始电弧）扩散到整个仪器，颗粒检测器就识别出在电弧中产生的颗粒。若通过颗粒检测器识别到在壳体中的颗粒，就可以有利地切断仪器的高压供应，由此可以预防可能产生的火灾。

从属权利要求中提到的措施可以是在独立权利要求中提出的方法的有利的扩展方案。

有利的是，颗粒检测器是光栅。在光电子学中，光栅是一种识别光束的中断并将其显示为电信号的系统。有利的是，借由光栅可以无接触地检测运动物体，例如颗粒。

此外，有利的是，颗粒检测器具有辐射源（发射器）和辐射接收器（接收器）。光栅（具有位于辐射源和辐射接收器之间的检测路径）的功能测试有利地可以在任何时间简单地通过发射器和接收器这两个光栅组件实现。

有利的是，使用发光二极管或激光二极管作为辐射源。适合作为发光二极管的例如是具有波长为660nm（可见红光）的发光二极管或具有在红外范围内波长为880-940nm的红外-LED。红外光具有在暗材料上达到更高射程的优点，并且它对于人眼是不可见的。红光的优点是可以通过可见光点更简单地调整传感器系统。对于特别精确的应用（小部件识别、高重复精度），通常使用来自激光二极管的光。

优选使用光敏电阻、光电二极管或光电晶体管作为辐射接收器。入射到光敏电阻上的光越多，其电阻越小，由此可以检测颗粒。然而，与其他光传感器相比，光敏电阻的反应较慢。相反地，光电二极管主要用于将光转换为电压或电流，或者用于接收光传输的信息。若颗粒进入光栅的光路，则相应地，较少的光照射到接收器，由此可以记录较低的电压，并可以由此推断出壳体中颗粒的存在。由于同时充当放大器，光电晶体管有利地比光电二极管灵敏得多。

有利的是，安全设备监测辐射接收器以测得由电弧发射的辐射。电弧在其产生过程中具有高频谱，从而可以借由辐射接收器接收，然后进行评估。因此，借由光栅不仅可以检测颗粒并由此避免二次电弧的产生，而且也可以一般性地检测电弧的产生。

另外，有利的是，将光栅布置在壳体的开口上或开口中。替代地，光栅安装在仪器内部的分区之间或隔板之间。电弧的产生引起产生位置处的压力升高，这导致在产生位置和其余壳体之间出现短暂的压力差，由此，颗粒强制地通过现有开口或壳体开口输送，并且因此在该位置（有利地布置有光栅的位置）处可以可靠地识别到颗粒。

由于并不期望由干扰电弧产生的颗粒从仪器壳体中逸出，因此不可能在仪器外侧设置附加的仪器开口用于颗粒检测。相应地，对于根据本发明的方法来说，使用在仪器中通常存在的压力均衡开口（DAE）作为开口。

本领域技术人员可以从以下对于示例性实施方式的描述并参考附图了解本发明的其他特征和优点，但这些实施方式不应被解释成本发明的限制。

附图说明

在附图中：

图1示出了车辆和安全设备的示意图；

图2示出了安全设备的示意图。

具体实施方式

所有附图仅是根据本发明的方法或所述方法根据本发明的实施例的组成部分的示意图。特别是，间距和尺寸关系在图中未按比例显示。在各个图中，相应的元件用相同的附图标记表示。

图1示出了具有安全设备10的车辆21的示意图。安全设备10包括壳体11。该壳体11具有壳体内部空间13，在其中布置有导电元件12。导电元件12可以是任意的电子构件/元件（例如电力电子件23、直流-直流转换器23等），它们由壳体11封闭或位于壳体11中。安全设备10与电池22和电动马达20连接，并且可以是充电仪器25（在此未示出）的一部分。

图2示出了安全设备10的示意图。与图1相同的元件设置相同的附图标记，并且不再详细说明。安全设备10包括壳体11，在该壳体的壳体内部空间13中布置有导电元件12（电力电子件23、直流-直流转换器23等）。壳体11可以在壳体11内部具有分区或隔板。在壳体内部空间13中布置有颗粒检测器15。颗粒检测器15实施为光栅，并包括辐射源16（发射器）和辐射接收器17（接收器）。有利的是，使用发光二极管或激光二极管作为辐射源16。优选使用光敏电阻、光电二极管或光电晶体管作为辐射接收器17。辐射源16发射电磁束，该电磁束指向辐射接收器17。若颗粒24进入辐射接收器17和辐射源16之间，则通过光栅15记录到该颗粒，这使得安全设备10切断导电元件12的电压供应26。此外，安全设备10监测辐射接收器17，以测得由电弧19发射的辐射。如果产生电弧19，则除了记录由辐射源16发射的光之外，辐射接收器17还记录在此产生的辐射。电弧19的辐射具有典型的高频频谱，其表示电弧19的产生。因此，安全设备10可以在通过光栅15检测到颗粒24之前就已经切断了电压供应26。颗粒检测器15安装在壳体11的开口18上或安装在该开口中。如果出现电弧19，则电弧周围的空气被突然加热，由此导致电弧19的产生位置处的压力升高。产生位置和其余壳体11之间的短暂的压力差导致颗粒24强制地通过现有的壳体开口（例如开口18）输送。相应地，颗粒在通过开口18时由颗粒检测器15可靠地识别到。例如使用在壳体11中现有的压力均衡开口作为开口18。

Claims (8)

1.用于运行安全设备（10）的方法，所述安全设备包括具有至少一个导电元件（12）的壳体（11），其中，所述导电元件（12）布置在壳体内部空间（18）中并且由所述壳体（11）封闭，其特征在于，在所述壳体（11）的壳体内部空间（13）中布置有颗粒检测器（15），所述颗粒检测器在颗粒（24）的产生方面监测所述壳体内部空间（13）。

2.根据权利要求1所述的用于运行安全设备（10）的方法，其特征在于，所述颗粒检测器（15）是光栅。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于运行安全设备（10）的方法，其特征在于，所述颗粒检测器（15）具有辐射源（16）和辐射接收器（17）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于运行安全设备（10）的方法，其特征在于，使用发光二极管或激光二极管作为辐射源（16）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于运行安全设备（10）的方法，其特征在于，优选使用光电二极管、光电晶体管或光敏电阻作为辐射接收器（17）。

6.根据权利要求5所述的用于运行安全设备（10）的方法，其特征在于，所述安全设备（10）监测所述辐射接收器（17）以测得由电弧（19）发射的辐射。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于运行安全设备（10）的方法，其特征在于，所述光栅（15）布置在所述壳体（11）的开口（18）上或中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的用于运行安全设备（10）的方法，其特征在于，所述开口（18）是所述壳体（11）的压力均衡开口。