CN110024248A - 功率分配器和具有至少一个功率分配器的车载电网 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率分配器(2)，尤其是用于机动车(6)的车载电网(4)的功率分配器，其具有中间抽头(16)、两个功率输出端(10)以及针对每个功率输出端(10)具有各一个切换单元(28)，切换单元具有用于根据需求来截止所从属的功率输出端(10)的开关(30)，其中，其中每个切换单元(28)构造成，使得当在所从属的功率输出端(10)上和/或在中间抽头(16)上的电压下降到第一给定值以下的情况下而获知故障时，使所从属的功率输出端(10)截止，其中，相应的电压下降越多，对所从属的功率输出端(10)的截止就越快实现。

Description

功率分配器和具有至少一个功率分配器的车载电网
技术领域
本发明涉及一种功率分配器，尤其是用于机动车的车载电网的功率分配器，该功率分配器具有两个功率输出端和一个中间抽头。本发明还涉及一种具有至少一个这类功率分配器的车载电网。
背景技术
在机动车领域，车载电网为了高度的功能安全性越来越多地设计成所谓的冗余车载电网。在此，相应的冗余车载电网具有至少两个电源，它们能够相互独立地为接入冗余车载电网的耗电器供电。此外，相应的耗电器通常经由两个相互独立的线路路径与电源连接，从而不仅在两个电源中的一个电源发生故障时，而且在其中一个线路路径发生故障时，也就是在沿着其中一条线路路径出现中断时，可以通过另一个线路路径以及接驳到其上的电源维持为相应的耗电器供电。
这类冗余车载电网之所以越来越重要，也是因为机动车配有越来越多的辅助系统。相应的辅助系统在此不仅用于提升舒适度，而且也用于提升安全性，因此要以特别高的可靠性确保它的功能。
此外还通过使用先前所述的冗余车载电网实现这一点，其中，通常将多个功率分配器布置成环形的或者串形的供电节点。在此，每个功率分配器都用于供应一定数量的耗电器，并且具有两个供应输入端，经由它们可以从两个独立的电源馈送电功率。
然而这类冗余车载电网的问题是电压下降，电压下降例如由于所谓的短路而引起，这是因为这类电压下降通常也会蔓延到供电节点，从而使供电节点处的供电电压，也就是功率分配器上的供电电压跌落。如果现在例如将控制器作为耗电器连接到这样的功率分配器上，那么相应的电压下降在这种情况下通常导致控制器降到所谓的自动重启运行状态或者复位，并且因此可能在过长的时间段内是不活跃的。借助相应的控制器实现的驾驶员辅助系统于是与之相应地在一定的时间段内失效。这尤其是在驾驶员辅助系统的情况下是有问题的，这些驾驶员辅助系统是为半自动化的或者全自动化的车辆驾驶、也就是为所谓的自主驾驶设计的。
发明内容
本发明的任务是，提供一种构造方式上有利的车载电网和一种构造方式有利的功率分配器。
所述任务根据本发明通过一种具有权利要求1所述特征的功率分配器(IPDN)以及通过一种具有权利要求16所述特征的车载电网得以解决。优选的改进方案包含在从属权利要求中。就功率分配器而言提到的优点和优选的设计方案在本质上也可以运用到车载电网上，并且反之亦然。
在此，例如相应的功率分配器(IPDN)和/或利用相应的车载电网实现两种设计方案。其中一个设计方案在于，实现一种设计简单的冗余车载电网以及一种设计简单的功率分配器。
为此充分利用以下事实：通常并不是所有的耗电器都与安全相关，而且相应地并不是所有的耗电器都应该或者必须通过两个互不依赖的供电可行方案确保供电。因此，车载电网和/或用在车载电网中的功率分配器可以更简单地构造。在此，尤其是当这种简化实施方式用在如下机动车中时是特别有利的，该机动车具有数量相对较少的、与安全相关的耗电器，并且/或者仅仅为半自动化的车辆驾驶所设计，并且不是为全自动化的车辆驾驶所设计的。为此构造的功率分配器(IPDN)在此具有至少两个能切换的功率输出端，这些功率输出端也可以分别用作供电联接端，其中，能切换的功率输出端优选地构造成，使得在发生故障时，相应地最直接连接在故障源上的功率输出端被快速关断、分开或者截止，并且尤其是仅相应地最直接地与故障源连接的功率输出端被快速关断、分开或者截止。优选地，这样的功率分配器(IPDN)就不具有另外的功率输出端了。
所述第二设计方案如下，即，开头所述的简单的供电节点，例如环形的或者环形线路(电源环)的简单供电节点，被具有至少两个能切换的功率输出端的功率分配器(IPDN)所取代，其中，能切换的功率输出端优选地构造成，使得在发生故障的情况下，相应地最直接与故障源连接的功率输出端被快速关断、分开或者截止，并且尤其是仅那个相应地最直接地与故障源连接的功率输出端被快速关断、分开或者截止，或者多个相应地最直接地与故障源连接的功率输出端被快速关断、分开或者截止，并且尤其是仅那些相应地最直接地与故障源连接的功率输出端被快速关断、分开或者截止。
其中，在本申请的意义上，关断、分开或者截止在两种情况中引起的是，经由相应的截止的功率输出端不再有电流从功率分配器(IPDN)中流出，相反地，通常还有可能的是，电流经由相应的截止的供电联接端流入功率分配器中。
优选地，在此，为了关断、分开或者截止，使用延迟切换的关断元件，其中，进一步优选的是电压下降越强烈，延迟越小，并且其中，延迟尤其是与电压下降的程度成反比，从而例如在多个关断元件的布置中，最靠近电压下降源头的那一个关断元件最快做出反应并且进行切换。
在此例如通过动态地评估出现的电压下降或者电压跌落来实现对故障的识别，其中，进一步优选的是不通过附加线路从外部向一个或多个相应的功率分配器输送另外的附加信息，从而一个或多个相应的功率分配器近似自主地获知故障并且关断相关的功率输出端。
在这里尤其是以下情况/运行状态被预设为故障，其中，功率/电流通过功率输出端从功率分配器中流出去，而相应的功率输出端上或中间抽头上的电压小于预设的第一给定值。也就是说，尤其是当所谓的强短路出现时，就发生了故障。通过切换关断元件进行的关断、分开或截止因此要非常快速地实现，并且相应地，这里介绍的功率分配器优选地构造成，使得反应时间，也就是功率输出端上或中间抽头上的电压下降与相应的功率输出端的截止或结束截止之间的时间差小于大约10ms，优选地小于大约5ms，尤其是小于1ms。相应的功率分配器因此通常不适合用于保护以防所谓的爬电短路，正如例如在DE 10 2009 027387 A1中详尽说明的那样。此外，预设的第一给定值优选地是如下阈值，在低于这个阈值时，基本上不依赖于低于预设的时间有多长地都实现对相应的功率输出端的截止。因此，尤其是不需要为不同的低于预设的时间预设不同的阈值，即电压值，而是仅仅预设一个阈值。
然后，如果多个这样的具有能切换的功率输出端的功率分配器与延迟切换的关断元件，例如以环形或者以带状的形式的延迟切换的关断元件，相互接通形成供电网并且经由线路部段相互连接时，那么在一个线路部段中出现故障的时候，例如出现强短路时，由两个与之联接的功率分配器最快速地获知故障，并且联接到有故障的线路部段上的能切换的功率输出端被关断。因此，然后就近似将这个有故障的线路部段，也就是例如造成电压中断的线路部段隔离，因此在另外的关断元件做出反应之前，其余的供电网中的电压再次被稳定。因此持续地维持为其余的供电网，也就是例如车载电源供电。相对应地，然后联接到这类功率分配器上的控制器不会落入到自动重启运行模式，并且开头所述的问题不会出现。
此外例如通过放弃用于附加信息的，也就是用于数据传输的前述附加线路，让本文所述的功率分配器的构造进一步优选地保持简单，由此能够简单地实现非常可靠的功率分配器，并且由此可以比较低成本地制作出相应的功率分配器。
相应的功率分配器的准确的设计方案在此适应各自的应用场合或者使用目的，其中，功率分配器优选地被设计用于充当陆上载具、水上载具或者空中载具的车载电网的一部分，并且总是用于直流供电网。
在此，这样的功率分配器通常具有中间抽头，或者尤其是只要功率分配器被构造成例如用于具有多个相应的功率分配器的车载电网，就具有构造成供电输出端或者供电节点的例如用于为一定数量的耗电器供电的中间抽头，以及具有两个作为电源联接端的功率输出端(最近的IPDN/电池)，它们通常构造成功率联接端并且相对应地根据功率分配器的运行方式或者根据其运行状态被用作功率输入端或者被用作功率输出端。此外，功率分配器针对每一个功率输出端具有切换单元，这个切换单元具有用于根据需求截止所从属的功率输出端的开关，从而联接到功率输出端上的导体部段、联接至其上的车载子电网或者联接至其上的电源根据需求，也就是尤其在出故障时，可以与相应的功率分配器脱联，其中，由此至少阻止电流从相应的功率输出端流出去。以这种方式使得功率输出端构造成能切换的功率输出端。
在此，每一个切换单元构造成使得当在所从属的功率输出端上和/或在供电输出端上的电压下降到第一给定值以下的情况下获知故障时，使所从属的功率输出端截止，其中，相应的电压下降越多，对所从属的功率输出端的截止优选地就越快实现。也就是说，切换单元优选地构造成使得它们的反应时间依赖于在所从属的功率输出端上和/或在供电输出端上的电压下降，并且相应的电压下降越多，反应时间越短。
在本申请的意义上，当例如在功率输出端上的电压从典型的运行电压或供电电压(其通常是在所谓的标称电压附近的值范围)出发下降到预设的边界值，第一给定值以下时，就认为是发生了电压下降。
此外，尤其是在其中功率/电流经由其中一个功率输出端从功率分配器向外流出的情况/运行状态是故障状态，或者在其中功率/电流经由其中一个功率输出端从功率分配器向外流出，而同时在相应的功率输出端上和/或在供电输出端上的电压在预设的第一给定值以下时的情况/运行状态是故障状态。
如果进一步通过切换单元获知了发生故障，那么就转换所从属的开关，从而实现对所从属的功率输出端的截止。
如果相应的功率分配器构造成例如是用于机动车的车载电网，那么该车载电网通常设计为12V的标称电压，并且相对应地为此设置的功率分配器也设计为12V的标称电压。通常在运行时出现的电压波动和与标称电压的可容忍的偏差得到在标称电压附近的值范围，它的最低值被预设成边界值或者同样也预设成第一给定值，并且在功率分配器中预设成在电压高于边界值的正常运行状态与电压低于边界值时的故障状态之间。在标称电压为12V的车载电网中，相对应地预设如下的第一给定值，根据在标称电压附近的哪个值范围被视为可容忍而定地，第一给定值低于12V的标称电压值有2V至7V，尤其是3V至5V，因此例如是8.8V的第一给定值。相应的设计在此也可以直接转用到具有更高电压的车载电网中，例如24V或48V，其中，容差范围通常适宜地作出调整。
优选地，此外每个切换单元都具有用于监控在所从属的功率输出端上和/或在中间抽头上或在供电输出端上的电压的电压监控单元。在此优选地，比较电路是这样的电压监控单元的一部分，通过这个电压监控单元将在所从属的功率输入端上和/或在中间抽头上或在供电输出端上的电压与第一给定值进行比较，第一给定值尤其是被生成作为用于比较电路的参考电压，并且从而作为电压提供。
替选地，功率分配器仅具有一个电压监控单元，尤其是具有一个比较电路，通过它对两个功率输入端和/或中间抽头或供电输出端进行监控，在这种情况下，于是将两个切换单元与这个电压监控单元关联起来。
此外，在有利的改进方案中，在每个电压监控单元前方都接有延迟环节，尤其是RC环节。每个延迟环节在此主要用于使电压监控单元上的，也就是例如在比较电路输入端上的电压下降相对于在所从属的功率输出端上/或在中间抽头上或在供电输出端上出现的电压下降在时间上发生延迟，其中，在供电输出端上的电压下降得越慢并且/或者在相应的供电输出端上或在中间抽头上或在供电输出端上的电压下降越少，时间延迟就越明显。以这种方式近似为切换单元预设了依赖于电压下降的反应时间，而不必为此预设多个依赖于电压的切换条件。因此优选地仅预设一个电压阈值作为切换单元的切换条件，或者仅预设电压阈值和电流方向作为切换单元的切换条件。切换条件在这里不能等同于反应时间。
由此可以利用相应的功率分配器例如构建如下的车载网络，其中，总是只有那些最靠近故障源，也就尤其是最靠近短路位置，并且从而近似最靠近电压下降源头的功率输出端被截止。在此，充分利用以下事实，即，电压因为相应的故障虽然在所有的供电节点上都下降，但是在供电节点上的电压下跌的程度却不一样而且依赖于供电节点与电压下降源头有多近。
替选或者补充地，每一个切换单元都具有电流方向监控单元，通过它监控在相应的功率输出端上的电流方向，也就是利用它监控：通过这个功率输出端有功率/电流流入功率分配器还是从功率分配器流出去。优选地，这里的电流监控间接地通过电压监控实现，电压监控此外优选地具有比较电路，通过它例如将所从属的开关之前和之后的电压相互间进行比较，或者将相应功率输出端上的辅助电阻之前和之后的电压相互间进行比较。
在此尤其是功率分配器的如下实施方式是有利的，其中，每一个切换单元都具有带有比较电路的电压监控单元并且具有带有比较电路的电流方向监控单元，并且其中，切换单元的两个比较电路的输出端相互关联，从而只有在功率/电流通过相应的功率输出端从功率分配器中向外流出，与此同时在相应的功率输出端上和/或在中间抽头上或在供电输出端上的电压低于预设的第一给定值时，才使从属于切换单元的功率输出端借助所从属的开关被截止。两个比较电路为此优选地经由至少一个逻辑门(例如构造成与门)或者经由逻辑电路相互关联，这个逻辑电路例如由与门和或门构建或者由与非门和或非门构建。替选地，两个切换单元分享共同的电压监控单元。在这种情况下，于是符合目的地，每个切换单元具有带有比较电路的电流方向监控单元和至少一个例如构造成与门的逻辑门，并且共同的电压监控单元的输出端经由这两个逻辑门与两个切换单元关联。
此外，每个切换单元以有利的方式设计成使得它在获知故障以后持久地维持截止，至少直到通过重启电路和/或通过手动重启取消截止，其中，例如将重启信号经由在功率分配器上的重启输入端馈入到功率分配器中。在这里于是例如在截止以后通过控制器，例如通过处理器或者可编程的控制单元确认故障，并且必要时紧接着执行导通，为此例如将重启信号通过控制器馈入到功率分配器中。替选地，相应的重启输入端例如构造成在功率分配器的壳体上的插座，或者重启电路具有用于手动操作的按键或开关，其中，在这种情况下，手动操作使得切换单元复位并且从而使得所从属的功率输出端导通。这里的出发点是，通常只有当出现必须采取维修措施的缺陷时才获知故障，因此只有当已经执行了相应的维修时，才应该实现相应的供电输出端的导通。相对应地，应该例如通过服务人员在维护的范围内实现重启。
此外，按照一种实施变型方案，功率分配器构造成实现一种“封锁”功能，一旦切换单元由于故障做出了反应，那么就通过这个功能暂时地，例如在大约100微秒到大约300微秒的持续时间内封锁其他切换单元或者所有其余切换单元的反应能力。以这种方式例如可以防止切换单元近似对因为其他切换单元引起的，也就是因为其中一个功率输入端的截止过程引起的电压波动做出反应。在这种情况下要考虑的是，因为功率输出端的截止可能在切换瞬间触发电压峰值。这样的“封锁”功能在此例如可以通过逻辑门实现并且/或者通过调整先前所述的逻辑电路实现。
此外优选地借助每个切换单元中的置位存储器实现持久的截止，该置位存储器在获知故障时转为一种能够截止所从属的功率输出端并且继续保持截止的状态。在最简单的情况下，这是一种简单的、具有两种状态的近似数字的存储器，在此，一种状态引起所从属的功率输出端的截止，而另一种状态引起导通。
如果一方面设置有这样的置位存储器并且另一方面设置有重启电路，那么符合目的的是，重启电路是直接与置位存储器关联的。在重启过程中，例如将置位存储器，例如电容器或者逻辑组块，拉到地电位，然后就相当于Low状态，这个状态引起或者至少实现对所从属的功率输出端的导通。相反地，为了截止功率输出端，置位存储器相应地转为High状态，在这种状态下，在置位存储器上接上能够与接地电位简单区分的电压，例如3V。
相应的置位存储器在此能够毫无问题地集成到简单的逻辑电路中，正如先前所述的那样，该逻辑电路由逻辑门构成。在此例如如下的逻辑电路是有利的，其中，在与门后面接有或门，其中，置位存储器最好是与或门的输入端连接。替选或者补充地，或门的输出端与置位存储器连接，其中，或门的输出端最好是被用于驱控相应的切换单元的开关，这个开关通常由一个或者多个半导体开关构成。在先前所述的与门上还可以以有利的方式接驳有比较电路。
此外，如下的功率分配器的实施方式是有利的，其中，每一个切换单元具有用于监控电压的比较电路和用于监控电流方向的比较电路，其中，两个比较电路在输出侧经由与门相互关联。在这个与门之后接有或门，其中，或门的输入端与先前所述的置位存储器连接，这个置位存储器同时与或门的输出端连接。此外，至少一个半导体开关直接或间接接驳到或门的输出端上，半导体开关依赖于或门输出端上的输出信号地是截止的或者导通的。替选地，两个切换单元也分享共同的电压监控单元。
不依赖于功率分配器的切换单元具体是如何设计的，切换单元优选地构造成独立的切换单元，也就是说，每一个切换单元具有一个或者构成隔离的、自主的逻辑单元，从而在不与相应的功率分配器中或其他功率分配器中的其他切换单元进行通信的情况下实现对所从属的功率输出端的截止。在此尤其是省去了相应的功率分配器中的为了信息交换而能与其他功率分配器连接的数据端口。相应的切换单元也优选地不具有处理器或者可编程的控制单元，因此使切换单元，最终也使功率分配器保持简单。如果相反地存在处理器或者可编程的控制单元，也就是例如控制器，那么它优选地不需要并且/或者不被用于故障识别、故障获知和/或关断功率输出端，尤其是截止功率输出端。
在此也有利的是，当相应的功率分配器或者每一个切换单元具有内部的电压供应电路，它为切换单元或各自的切换单元供电并且优选地起到稳定电压的作用。在此，切换单元的供电电压通常低于功率分配器的标称电压。
正如先前已经提及的那样，每一个切换单元的开关由至少一个半导体开关形成。在此符合目的的是：功率分配器或者每一个切换单元具有至少一个电压泵，其用于驱控功率分配器中的半导体开关或者驱控各自的切换单元的通过其导通半导体开关来正常运行的半导体开关。
如果切换单元的开关是为更高的功率设计的，此外符合目的地，它由多个并联的半导体开关构成，这些半导体开关也并行地被驱控，从而并行地，也就尤其是同时地被截止和导通。切换单元的半导体开关在此优选地以相同的方式设计。
此外，有利地还要为功率分配器的切换单元和尤其是为开关的半导体开关设置低压保护，也就是尤其是至少一个电路，例如比较电路，当提供的供电电压足够用于全接通时，这个电路才会允许进行门驱控。
此外有利的是：功率分配器的切换单元在电路板上实现，并且/或者相应的功率分配器或者功率分配器的每个切换单元具有至少一个用于驱控和/或测试信号的输入端。
此外，在此介绍的车载电网根据使用目的具有一个或者多个根据其中一种先前描述的构造变型方案构成的功率分配器。
根据一种实施变型方案，车载电网在这里具有一定数量的与安全相关的耗电器和一定数量的其他耗电器以及第一车载子电网和第二车载子电网，其中，第一和第二车载子电网经由功率分配器相互连接或者关联。在这里，与安全相关的耗电器优选地为了冗余供电被接入两个车载子电网中。其他耗电器优选地为了简单的供电分别被接入两个车载子电网中的一个车载子电网中，并且/或者接驳到功率分配器的中间抽头上。
车载电网在这种情况下近似分成两个部分，优选地没有设置并且没有在车载电网中使用另外的功率分配器，也就是这种设计方案的另外的功率分配器。在此，尤其是当与安全相关的耗电器的数量比较少并且相对应地应该或者必须双重地确保比较少的耗电器的安全时，车载电网的这种设计方案是有利的。在此例如将控制单元视为与安全相关的耗电器，借助它实现驾驶辅助系统，这些驾驶辅助系统被构造用于半自动地控制机动车，也就是近似地干预对机动车的控制。
根据一种有利的设计方案，此外所有其他的耗电器都接入第一车载子电网，并且相对应地第二车载子电网仅用于附加地确保与安全相关的耗电器的安全，或者所有其他的耗电器都接驳到功率分配器的中间抽头上。
根据一种替选的设计变型方案，与安全相关的耗电器，也就是那些被利用并且相应地被用于实现与安全相关的功能的耗电器不需要为了冗余供电而接入两个车载子电网中，而是通过以下方式实现类似的冗余，即，双重地存在与安全相关的耗电器，也就是在第一车载子电网中存在一次并且在第二车载子电网中存在一次。这两种原理在此也可以相互结合，其中，在这种情况下就双重地存在一些与安全相关的耗电器，并且一些与安全相关的耗电器为了冗余供电接入两个车载子电网中。
在车载子电网的这种设计方案中，根据使用目的此外有利的是，功率分配器的两个切换单元在空间上相互分离，以及尤其是布置在独立的壳体内。在这种情况下，中间抽头就符合目的地构造成导体连接件或分配器节点，它将两个切换单元或两个独立的壳体相互导电连接，尤其是用于功率交换或功率传输。
在有利的设计方案中，两个切换单元分别布置在所谓的保险盒中，例如连同电流分配轨和/或一定数量的熔断器和/或其他的保险元件，如电子保险件，一起布置在所谓的保险盒中。
替选地，多个根据其中一个先前所述的实施变型方案设计的功率分配器构成车载电网，其中，在这种情况下优选地，一定数量的耗电器通过它们的构造成供电输出端的中间抽头联接在每个功率分配器上。在车载电网的这种设计方案中，功率分配器通常经由它们的功率输出端和位于它们之间的连接导体相互连接，其中，例如在两个功率分配器的两个功率输出端上或两个中间抽头上联接有两个电源，用以为耗电器冗余式供应电功率，从而在沿着其中一个连接导体发生短路时，通过所联接的连接导体使这个连接导体电隔离。
功率分配器此外进一步优选地根据实施变型方案构成分配器链，各一个电源联接到它的端部上，或者功率分配器构成分配器环，其中，各一个电源联接到两个功率分配器上。
附图说明
下面借助示意图详尽地阐述本发明的实施例。其中：
图1用方块连接图示出了具有以第一实施方式构成的控制单元的功率分配器的第一实施方式；
图2用方块连接图示出了具有以第二实施方式构成的控制单元的功率分配器的第二实施方式；
图3用方块连接图示出了具有多个功率分配器的车载电网的第一实施方式；
图4用方块连接图示出了具有多个功率分配器的车载电网的第二实施方式；
图5用方块连接图示出了具有多个功率分配器的车载电网的第三实施方式；
图6用方块连接图示出了具有多个功率分配器的车载电网的第四实施方式；
图7用方块连接图示出了具有多个功率分配器的车载电网的第五实施方式；
图8用方块连接图示出了具有多个功率分配器的车载电网的第六实施方式；
图9用方块连接图示出了控制单元的第三实施方式，
图10用方块连接图示出了控制单元的第四实施方式，以及
图11用方块连接图示出了控制单元的第五实施方式。
彼此相应的部件在所有的附图中分别配有相同的附图标记。
具体实施方式
下文中举例说明的和在图1中用简图描绘的功率分配器2优选地用于构造机动车的在图3至图6中示例性示出的车载电网中的所谓的供电节点。
功率分配器2在此在根据图1所示的实施例中至少部分地在电路板8上实现，电路板被置入未示出的塑料壳体中。功率分配器具有两个构造成功率联接端的功率输出端10，从而经由相应的功率输出端10依据功率分配器2的运行情况或运行状态要么使电功率/电流流入功率分配器2中要么使电功率/电流从这个功率分配器2中流出。在功率分配器2装入壳体的状态下，相应的功率输出端10就直接地或者间接地通过线路部段12与另外的功率分配器2、与其他电组块和/或与电源，例如电池14连接，从而使功率分配器2尤其是构成机动车6的车载电网4中的供电节点。
此外，功率分配器2具有中间抽头16，它在根据图1所示的实施例中构造成供电输出端16，该供电输出端接在两个功率输出端10之间并且经由它在功率分配器2运行时为一定数量的耗电器18供应电能。为此，供电输出端16在根据图1所示的实施例中构造成具有多个联接臂22的分配器金属片20，其中，优选地在每个联接臂22中按照公知的原理集成了熔断器24。在这个实施例中，在每个联接臂22上又联接有插塞连接件26，耗电器18可以经由插塞连接联接在插塞连接件上。根据一种替选的实施方式，联接臂22共同构成唯一的插塞连接件26的插塞接触部。
此外，功率分配器2具有切换单元28，该切换单元针对每个功率输出端10具有开关30，该切换单元在有需要的情况下能够实现对所从属的功率输出端10的截止。
在根据图1所示的实施例中，相应的开关30由三个并联的半导体开关32构成，其中，与每个半导体开关32并联有反向二极管34。半导体开关32在此基本上相同地构成，并且设计成快速开关。优选地，在这里使用那种能够在几微秒内，也就是在10微秒到100微秒内就被截止的半导体开关32。
在此尤其是为了功率需求较大的应用场合设计那种具有多个并联的半导体开关32的开关30，相应的功率就分配在这些开关上。在功率需求较小的情况下，并且/或者在对开关速度的要求较小的情况下，可能借助仅仅一个半导体开关32实现相应的开关30，并且在这种情况下也就不必使用多个半导体开关32。在图2中体现了一个相应的实施例，其中，每个开关30都通过唯一的、带有并联的反向二极管34的半导体开关32实现。
此外，构成每个切换单元28一部分的还有控制单元36，借助它驱控相应的切换单元28的开关30，并且通过它确定所配属的开关30和从而是所配属的功率输出端10是截止的还是导通的。在该实施例中，一方面功率分配器2的控制单元36和另一方面功率分配器2的开关30在电路板的不同侧上实现，并且经由通孔相互连接。根据一种替选的变型方案，一方面控制单元36和另一方面开关30在不同的电路板8上实现，这些电路板就例如通过线路相互连接，或者功率分配器2的切换单元28作为整体在电路板8的一侧上实现。
此外，切换单元28在本实施例中构造成使得开关30的半导体开关32在没有从外部输送或提供供电电压给功率分配器2的起始状态下是截止的，并且相对应地为了车载电网4中的功率分配器2的运行或正常运行必须使其导通。为此，利用在正常运行状态下经由功率输出端10提供的电压，其中，从中借助内部的电压供应电路38利用电压泵40生成用于切换单元28和尤其是用于开关30的供电电压，该电压尤其是同时使开关30的半导体开关32导通。在此，通常持续地保持经由电压供应电路38对开关30的半导体开关32的电压供应，并且相对应地，一旦相应的功率分配器2被安装到机动车6中并且联接到电源，例如电池14上，通常半导体开关32就是导通的。在一些情况下，相应的内部电压供应电路38在此还具有低压保护42，只有当供电电压足以完全接通尤其是所有的半导体开关32时，低压保护才释放用于切换单元28和尤其是用于开关30的供电电压。
如果半导体开关32进而开关30是导通的，那么通过切换单元28就实现了对所从属的功率输出端10的监控，其中，在获知功率输出端10上有故障的情况下，通过所从属的切换单元28截止相应的功率输出端10，其中，所从属的开关30被驱控并且由此被截止。在截止状态下，就禁止了经由相应的功率输出端10从功率分配器2中出去的通过电流。
在此，当功率/电流经由功率输出端10从功率分配器2中流出去，与此同时相应的功率输出端10上的电压低于预设的第一给定值，那么在功率输出端10上就发生故障。相对应地，通过切换单元28监控功率输出端10上的电压和电流方向。
在根据图2所示的实施例中，间接地通过监控中间抽头16或供电输出端16上的电压实现对功率输出端10上的电压的监控，这里的出发点是，中间抽头16上或供电输出端16上的电压在半导体开关32闭合时与功率输出端10上的电压差不多。相反地，根据一种替选的设计方案，直接地在相应的功率输出端10上实现对电压的直接监控。
相应的电压监控在此通过电压监控单元44实现，借助它可以探测到中间抽头16上或相应的供电输出端16上的电压下降。如果受监控的电压在功率分配器2运行时从例如大约12伏的供电电压或标称电压下降到例如9伏的预设的第一给定值以下，那么由此通过切换单元28获知针对故障的第一条件。
在此，在预设第一给定值时要考虑到，车载电网4中的电压通常局部有变化并且/或会随着时间而波动。然而这种偏差被视为无碍，相对应地也不会导致获知故障。然而同时希望的是，功率分配器2或者更多的是切换单元28尽可能快速地对车载电网4中的干扰现象做出反应，也就是当干扰现象，例如车载电网4中的构件出现缺陷时，不会导致车载电网4中供电电压完全切断，也就是导致功率输出端10上的电压下降到地电位范围内的值。一种有利的折中方案是使第一给定值低于所谓的标称电压大约20％。
此外，通过本实施例中的切换单元28除了监控电压以外还借助电流方向监控单元45实现对所从属的功率输出端10上的电流方向的监控。在此，电流方向间接地通过电压差获知，其中，为此还利用比较电路，它将所从属的开关30前方和后方的电位进行比较。当电流通过所从属的功率输出端10从功率分配器2中流出去时，就满足第二个条件。
然而在本实施例中，只有当两个条件都满足，也就是切换单元28获知电流通过所从属的功率输出端10从功率分配器2中流出，与此同时所从属的功率输出端10上的电压低于第一给定值时，才认为存在故障。因此，正如在根据图2的实施例中所示的那样，每个切换单元28的两个比较电路都在输出侧经由简单的逻辑相互关联，在这里也就是通过与门46。
所从属的开关30在这里被截止，其方式是：使接在与门46后方的半导体开关48导通，并且由此将开关30的半导体开关32的门极上的电位拉到地电位或源极电位。一旦导通，接在与门46后方的半导体开关48就通过置位存储器50持久地保持导通状态，由此最后让所从属的开关30持久地保持在截止状态。为此，在与门后方接上或门52，它不仅在输入侧上而且在输出侧上与置位存储器50连接。那么在本实施例中，只有当置位存储器50连同或门52上所从属的输入端通过复位接触部54被拉到地电位或源极电位时，才有可能让例如构造成电容器的置位存储器50复位，从而使接在后方的半导体开关48截止，并且最终使所从属的开关30导通。
除了复位接触部54以外，功率分配器2或者每个切换单元28根据具体的实施变型方案还具有更多的驱控接触部或测试接触部或接触联接端，它们使得能够馈入和/或读取不同的信号，以便例如获知功率分配器2或各自的切换单元28的状态，也就是尤其获知在功率分配器2中或各自的切换单元28中是否存在缺陷。为此然后例如在机动车维护的范围内，测试设备经由接触部或接触联接端联接到功率分配器2上或各自的切换单元28上。置位存储器50的复位也通常在维护机动车的时候实现，也就是在导致置位存储器50置位从而导致所从属的开关30被截止的干扰被排除以后。
此外，在每个电压监控单元44前方优选地接有延迟环节，它例如构造成RC环节56。由此，相对于在所从属的功率输出端10上或中间抽头上或供电输出端16上出现的电压下降，附加地延迟电压监控单元44的输入端上的电压下降，在本实施例中也就是相应的比较电路输入端上的电压下降，其中，功率输出端10上或供电输出端16上电压下降的越少或越慢，延迟就越大。
利用这种功率分配器2也能够实现一种有利的、冗余车载电网4，其中，根据一种实施变型方案将多个功率分配器2例如布置成环形(如图3中所示)或者布置成串形(正如在图4中所示)，并且与两个独立的电源、也就尤其是两个电池14连接。
如果然后在其中一个线路部段12中例如出现短路或者其他的引起显著的电压下降的缺陷时，那么总是仅仅使那个沿着电源路径观察最靠近缺陷的那个开关30，也就是位置最接近故障源的开关截止，由此使得相应的线路部段12被隔离。然而，在对线路部段12进行相应的隔离之后，所有的功率分配器2继续与至少一个电池14连接，从而继续确保联接到功率分配器2上的耗电器的供电。
根据一种替选的实施变型方案，车载电网4实现为仅仅具有一个这类的、先前描述的功率分配器2，其中，车载电网4在这种情况下优选地近似两件式地构建，并且相对应地具有第一车载子电网58和第二车载子电网60。在图5中示意性地体现了这种情况的一种实施例，其中，用虚线表示第二车载子电网60。
在这里，第一车载子电网58用于为一定数量的、与安全有关的耗电器62供电以及为一定数量的其他耗电器64供电，相反地，第二车载子电网60仅仅构造成用于为与安全有关的耗电器62供电，从而通过第二种供电方案附加地确保这些耗电器的安全。也就是说，仅仅为与安全相关的耗电器62设计冗余供电。
在此，两个车载子电网58、60通过一个功率分配器2相互连接或者相互关联，并且相对应地，两个车载子电网58、60在出故障的情况下，也就是在出现先前所述的故障的情况下相互分离，由此使得两个车载子电网58、60中的仅仅一个停用，并且通过当前另一个车载子电网58、60继续确保对与安全相关的耗电器62的供电。
在根据图5所述的车载电网4的一种经过修改的变型方案中，两个车载子电网58、60被用于为其他的耗电器64供电，然而其他的耗电器64在这里也优选地分别仅仅连接在两个车载子电网58、60中的一个上，从而使得当所从属的车载子电网58、60停用时，相应的其他耗电器64也停用。
在图6中体现了根据图5所示的车载电网4的一种变型方案，其中，在这种情况下，功率分配器2的两个切换单元28在空间上相互分离，并且布置在两个独立的壳体中。在此，两个切换单元28中的每一个优选地是所谓保险盒66的一部分，在这个保险盒中布置有所谓的电流分配轨68，并且通常还布置有一定数量的保险元件，例如熔断器和/或电子保险件。在这种实施变型方案中，功率分配器2近似被分成两半，并且两个壳体中的每一个或者说每个保险盒具有近似半个功率分配器2。
具有包含在其中的切换单元28的两个保险盒66还符合目的地经由功率分配器2的中间抽头16彼此导电连接，用以功率交换或者功率传输，其中，在这种情况下，中间抽头16例如构造成导体连接或线缆连接。两个保险盒66中的一个在这里例如布置在机动车6的前方区域内，并且两个保险盒66中的另一个例如布置在机动车6的车尾区域内。
此外，在这种实施方案中，每个切换单元28优选地具有自身的内部的电压供应电路38。
在图7中示出了车载电网4的另一种变型方案，它与根据图6所示的实施变型方案类似地构成。然而这里的两个车载子电网58、60中分别接入了其他的耗电器64，并且此外为了供电将其他的耗电器64接驳到中间抽头16上。
作为对与安全有关的耗电器62的冗余供电的替选方案，也可以通过以下方式实现冗余，即，双重地构建与安全相关的耗电器62，也就是在第一车载子电网58中构建一次并且在第二车载子电网60中构建一次。图8中示出了这样的车载电网实施方案。此外，在这种实施变型方案中，所有其他的耗电器64都接驳到中间抽头16上。这种接驳在这里构造成间接的接驳，其中，在中间抽头16和其他的耗电器64之间接有附加的、具有附加的切换单元28的保险盒66。在这种情况下，功率分配器2近似具有三个切换单元28。
在图9以及图10中，最后体现了控制单元36的两种替选的实施方案。在这些实施方案中，逻辑电路不是由与门46和或门52构建，而是借助与非门72和或非门74构建。
此外，在控制单元36的这些实施方式中实现了一种所谓的“封锁”功能，它使得能够至少暂时地，也就是例如在大约100微秒到大约300微秒的持续时间内封锁具有这种控制单元36的切换单元28的反应能力。为此，于是例如通过“封锁”输入端70将开关信号或控制信号输送给切换单元28的控制单元36的逻辑电路，其方式是：不依赖于借助电压监控单元44监控到的电压地，至少暂时地不再能够导通半导体开关48，并且相对应地不能截止所从属的切换单元28的开关30。
通常恰恰在当同一个功率分配器2的另一个切换单元28因为故障而已经做出的反应或者正在做出反应时，要封锁切换单元28的反应能力。因此，在根据图11的实施例中，为了实现这样的“封锁”功能将功率分配器2的两个切换单元28的两个控制单元36的逻辑电路相互关联。除了这种关联以外，两个控制单元36的逻辑电路在这里的设计方式与根据图9所示的控制单元36的逻辑电路相同。为了构造这种关联，在两个控制单元36中，分别让驱控各自的控制单元36的所从属的半导体开关48的或非门74的输出端经由RC环节76与当前另一个控制单元36的接在所从属的电压监控单元44后方的与非门72连接。结果就是，在功率分配器2的其中一个控制单元36中使所从属的半导体开关48导通的开关信号或控制信号近似地同时阻止对功率分配器2的另一个控制单元36的半导体开关48的导通。
本发明不局限于以上所述的实施例。而是也可以由专业技术人员从中推导出本发明的其他变型方案，而不离开本发明的对象。此外，尤其是所有结合实施例说明的个别特征也能够以其他的方式相互结合，而不离开本发明的对象。
附图标记列表
2 功率分配器
4 车载电网
6 机动车
8 电路板
10 功率输出端
12 线路部段
14 电池
16 中间抽头/供电输出端
18 耗电器
20 分配器金属片
22 联接臂
24 熔断器
26 插塞连接件
28 切换单元
30 开关
32 半导体开关
34 反向二极管
36 控制单元
38 内部的电压供应电路
40 电压泵
42 低压保护
44 电压监控单元
45 电流方向监控单元
46 与门
48 半导体开关
50 置位存储器
52 或门
54 复位接触部
56 RC环节
58 第一车载子电网
60 第二车载子电网
62 与安全相关的耗电器
64 其他的耗电器
66 保险盒
68 电流分配轨
70 “封锁”输入端
72 与非门
74 与或门
76 RC环节

Claims (25)

1.功率分配器(2)，尤其是用于机动车(6)的车载电网(4)的功率分配器，所述功率分配器具有两个功率输出端(10)和中间抽头(16)，
其特征在于，
针对每一个功率输出端(10)具有各一个切换单元(28)，所述切换单元具有用于根据需求来截止所从属的功率输出端(10)的开关(30)，其中，每一个所述切换单元(28)如下地构造，即，当在所从属的功率输出端(10)上和/或在所述中间抽头(16)上的电压下降到第一给定值以下的情况下而获知故障时，使所从属的功率输出端(10)截止，其中，相应的电压下降越多，对所从属的功率输出端(10)的截止就越快地实现。
2.根据权利要求1所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
所述功率分配器构造成使得在发生故障时，相应地最直接连接在故障源上的功率输出端被截止，并且尤其是仅相应地最直接连接在故障源上的功率输出端被截止。
3.根据权利要求1或2所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
所述中间抽头(16)构造成用于为一定数量的耗电器(18)供电的分配节点或者供电输出端(16)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个所述切换单元(28)都具有电流方向监控单元(45)。
5.根据权利要求4所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个所述切换单元(28)都具有带有比较电路(45)的电流方向监控单元(45)，借助所述比较电路，将所从属的开关(30)之前和之后的电压相互间进行比较或者将在所述功率输出端(10)上的辅助电阻之前和之后的电压相互间进行比较，用以确定电流方向。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个所述切换单元(28)与电压监控单元(44)相关联，借助所述电压监控单元监控在所述功率输出端(10)上的和/或在所述中间抽头(16)上的电压，或者每一个所述切换单元(28)都具有电压监控单元(44)，借助所述电压监控单元监控在所从属的功率输出端(10)上的和/或在所述中间抽头(16)上的电压。
7.根据权利要求6所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个电压监控单元(44)都具有比较电路(44)，借助所述比较电路将在所从属的功率输出端(10)上的和/或在所述中间抽头(16)上的电压与生成的参考电压进行比较，其中，所述参考电压(U参考)相应于所述第一给定值。
8.根据权利要求6或7所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
在每一个电压监控单元(44)前方接有延迟环节(56)，尤其是RC环节(56)，从而使在所从属的功率输出端(10)上的和/或在所述中间抽头(16)上的电压下降引起在各自的电压监控单元(44)上的具有随时间改变的走向的电压下降。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个所述切换单元(28)都具有带有比较电路(45)的电流方向监控单元(45)，带有比较电路(45)的电流方向监控单元(45)的输出端与带有比较电路(44)的电压监控单元(44)的输出端相关联，用以共同评估所从属的输出信号。
10.根据权利要求9所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个切换单元(28)的两个比较电路(44、45)的输出端经由逻辑门(46)并且尤其是经由与门(46)相互关联。
11.根据权利要求10所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个切换单元(28)的两个比较电路(44、45)的输出端经由在其之后接有或门(52)的与门(46)相互关联。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个所述切换单元(28)都具有置位存储器(50)，所述置位存储器持久地维持初始化的截止。
13.根据权利要求11和权利要求12所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
所述置位存储器(50)与所述或门(52)的输出端连接并且尤其是还与所述或门(52)的输入端连接。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
实现一种“锁定”功能，一旦切换单元(28)由于故障做出了反应，那么就通过所述“封锁”功能暂时地、尤其是在大约100微秒到大约300微秒的持续时间内封锁其他切换单元(28)的或者所有其余切换单元(28)的反应能力。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
每一个所述切换单元(28)构造成使得在不与其他切换单元(28)通信的情况下实现对所从属的功率输出端(10)的截止。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
两个切换单元(28)在空间上相互分离，以及尤其是布置在独立的壳体(66)内，并且所述中间抽头(16)构造成导体连接件，所述导体连接件将所述两个切换单元(28)或两个壳体(66)相互导电地连接。
17.根据权利要求16所述的功率分配器(2)，
其特征在于，
所述两个切换单元(28)中的至少一个切换单元布置在保险盒(66)中，尤其是与电流分配轨(68)和/或一定数量的熔断器和/或一定数量的电子保险件一起布置在保险盒(66)中。
18.用于具有至少一个根据以上权利要求中任一项所述的功率分配器(2)的机动车(6)的车载电网(4)。
19.根据权利要求18所述的车载电网(4)，
其特征在于，
所述车载电网具有多个根据以上权利要求中任一项所述的功率分配器(2)，其中，一定数量的耗电器(18)通过每一个功率分配器的中间抽头(16)联接到每一个功率分配器(2)上，其中，所述功率分配器(2)经由它的功率输出端(10)和位于功率输出端之间的连接导体(12)相互连接，并且其中，在两个功率分配器(2)的两个功率输出端(10)上或两个中间抽头(16)上或者一个功率输出端(10)上和一个中间抽头(16)上联接有两个电源(14)，用以为耗电器(18)冗余地供应电功率，从而在沿着其中一个连接导体(12)发生短路时，通过所联接的功率分配器(2)使这个连接导体电隔离。
20.根据权利要求19所述的车载电网(4)，
其特征在于，
所述功率分配器(2)构成分配器链，其中各一个电源(14)经由供电输出端(16)或功率输出端(10)联接至所述分配器链的端部上。
21.根据权利要求19所述的车载电网(4)，
其特征在于，
所述功率分配器(2)构成分配器环，其中，各一个电源(14)经由供电输出端(16)或功率输出端(10)联接至两个功率分配器(2)上。
22.据权利要求18所述的车载电网(4)，
其特征在于
具有一定数量的被用于实现与安全相关的功能的与安全相关的耗电器(62)和一定数量的其他耗电器(64)以及第一车载子电网(58)和第二车载子电网(60)，其中，第一和第二车载子电网(58、60)经由所述功率分配器(2)相互连接，其中，所述与安全相关的耗电器(64)分别接入两个车载子电网(58、60)中用以冗余供电，并且其中，所述其他耗电器(64)分别接入所述两个车载子电网(58、60)中的其中一个车载子电网中用以简单供电。
23.根据权利要求22所述的车载电网(4)，
其特征在于，
所有其他耗电器(64)接入所述第一车载子电网(58)中。
24.根据权利要求18所述的车载电网(4)，
其特征在于
具有一定数量的被用于实现与安全相关的功能的与安全相关的耗电器(62)和一定数量的其他耗电器(64)以及第一车载子电网(58)和第二车载子电网(60)，其中，第一和第二车载子电网(58、60)经由所述功率分配器(2)相互连接，其中，所述与安全相关的耗电器(64)分别接入两个车载子电网(58、60)中用以冗余供电，并且其中，所述其他耗电器(64)接驳到所述中间抽头(16)上用以简单供电。
25.根据权利要求24所述的车载电网(4)，
其特征在于，
所述其他耗电器(64)经由附加的切换单元(28)或者经由根据以上权利要求中任一项所述的、附加的功率分配器(2)接驳到所述中间抽头(16)上。
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