KR20190138290A - 자동차 전기 계통, 이러한 자동차 전기 계통을 작동하기 위한 방법 및 자동차 전기 계통을 위한 안전장치 - Google Patents

자동차 전기 계통, 이러한 자동차 전기 계통을 작동하기 위한 방법 및 자동차 전기 계통을 위한 안전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 전기 계통(2), 이를 작동하기 위한 방법 및 안전장치(6)에 관한 것이다. 자동차 전기 계통(2)은 배터리(3), 복수의 컨슈머(4), 1차 퓨즈 (5) 및 복수의 경로(7)를 포함하고, 상기 경로들을 통해 배터리(3)에 전기적으로 연결된 1차 퓨즈(5)는 컨슈머들(4) 중 하나에 각각 직렬로 전기적으로 연결되고, 각각의 경로(7)는 복수의 2차 퓨즈(8) 중 적어도 하나를 포함한다. 1차 퓨즈(5)와 2차 퓨즈들(8)은 가역 퓨즈이며, 자동차 전기 계통(2)의 제어 장치(9)는, 이러한 퓨즈들에 액세스하도록 구성된다. 제어 장치(9)는, 적어도 2개의 경로(7)에 포함된 퓨즈들 중 적어도 하나에 대해 트리핑 기준을 충족시키는 오류가 자동차 전기 계통(2)에서 발생했는지를 결정하도록, 그리고 이러한 경우에 오류 없는 경로들(7)이 식별된 후에 오류 없는 경로(7)의 퓨즈를 다시 스위치 온 하도록, 퓨즈들을 선택적으로 제어하도록 구성된다.

Description

자동차 전기 계통, 이러한 자동차 전기 계통을 작동하기 위한 방법 및 자동차 전기 계통을 위한 안전장치{MOTOR VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM, METHOD FOR OPERATING SUCH A MOTOR VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM AND FUSE DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM}
본 발명은 배터리, 다수의 컨슈머(load), 1차 퓨즈 및, 배터리에 전기적으로 연결된 1차 퓨즈를 다수의 컨슈머 중 하나에 각각 직렬로 전기적으로 연결하며 각각 다수의 2차 퓨즈 중 적어도 하나를 포함하는 다수의 경로를 포함하는 자동차 전기 계통, 이러한 자동차 전기 계통을 작동하기 위한 방법 및 이러한 자동차 전기 계통을 위한 안전장치에 관한 것이다.
국제 표준 ISO 8820-2에 따라 퓨즈 경로는 선택성을 가져야 한다. 이는, 전기 회로 내의 오류 위치에 상대적으로 가깝게 배치된 퓨즈는 이러한 오류로 인해 트리핑(tripping)되어야 하고 회로의 다른 퓨즈 경로의 컨슈머에 지속적으로 에너지가 공급되어야 하는 것을 의미한다.
DE 10 2015 002 070 A1호에 배터리의 갈바니 소자와 전기 접속부 사이의 전기 라인이 차단되는 스위칭 상태로 제어 유닛에 의해 전환될 수 있는 자동차의 배터리용 배터리 셀을 개시하고 있다. 배터리 셀의 상응하는 스위칭 소자로, 스위칭 소자의 다중 트리핑이 가능하다. 즉, 배터리 내의 도전 접속의 중단은 가역적이다. 스위칭 소자 자체는 이 경우, 예를 들어 반도체 소자로서 형성되어 배터리 셀 내에 배치된다.
DE 10 2015 002 149 A1호에도 자동차의 배터리용 배터리 셀이 기술되고, 상기 배터리 셀도 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자는 배터리 셀의 갈바니 소자와 배터리 셀의 전기 접속부 사이의 도전 접속을 중단 및 형성하도록 설계된다. 이러한 배터리 셀은, 단락 시 배터리 내의 도전 접속이 안전하게 분리될 수 있도록 설계된다. 그러나 온도가 너무 높으면 안전을 위해 배터리 셀의 자동 클리어링(clearing) 또는 자동 차단이 이루어질 수 있다.
DE 10 2009 007 969 A1호에 고에너지 직류 네트워크에서 단락 전류를 제한 또는 차단하기 위한 단락 보호 장치가 기술된다. 이러한 보호 장치는 특히, 스위치를 통해 전류를 모니터링하기 위한 그리고 전류가 미리 결정된 한계값을 초과할 때, 보호 장치의 스위치를 개방하기 위한 모니터링- 및 제어 장치를 포함한다. 이 경우, 단락 보호 장치는 병렬 연결된 복수의 배터리 모듈을 갖는 고성능 배터리 시스템에 통합될 수 있으며, 상기 배터리 모듈 중 각각의 개별 배터리 모듈은 고유의 보호 장치를 갖는다.
일반적인 DE 37 02 517 A1호는 동일한 전압원에 연결된 다수의 컨슈머의 전력 공급을 위한 회로 장치를 제시한다. 각 컨슈머를 위해, 전압원과 상기 컨슈머 사이에 배치된 작동 상태 스위치가 제공된다. 또한, 회로 장치는 과전류 또는 부족 전압의 발생 시 손상을 방지 할 수있는 안전장치를 포함한다.
GB 2 182 812 A호는 중앙 고속 스위칭 반도체 스위치를 갖는 회로 장치를 제시하며, 이 경우 회로 장치는 각각 단일 스위치 및 외란 검출기를 갖는 복수의 서브 회로를 포함한다. 서브 회로들 중 하나에서 외란이 검출되면, 모든 서브 회로의 에너지 공급은 반도체 스위치에 의해 중단되고, 외란에 의해 영향을 받는 서브 회로는 절연되고, 이어서 나머지 서브 회로의 에너지 공급은 반도체 스위치에 의해 복구된다.
리튬-이온 배터리를 갖는 자율 주행용으로 설계된 자동차는 일반적으로 이러한 배터리를 위한 특히 신속하게 차단될 수 있는 퓨즈를 포함한다. 이러한 자동차의 컨슈머의 기술적인 결함 시, 리튬-이온 배터리의 특히 신속하게 차단될 수 있는 퓨즈가 트리핑될 것이다. 이 경우 자동차 전기 계통 전체가 일반적으로 즉시 차단될 것이다. 따라서, 이러한 상황에서, 자동차 전기 계통의 퓨즈 경로의 선택성은 보장되지 않는다.
본 발명의 과제는, 일반적인 자동차 전기 계통이 선택적인 퓨즈 경로로 작동될 수 있게 하는 해결 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 특허 청구항들에 따른 자동차 전기 계통, 이러한 자동차 전기 계통을 작동하기 위한 방법 및 이러한 자동차 전기 계통을 위한 안전장치에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 자동차 전기 계통은 배터리, 다수의 컨슈머, 1차 퓨즈 및 배터리에 전기적으로 연결된 1차 퓨즈를 다수의 컨슈머 중 하나에 각각 전기적으로 연결하며 다수의 2차 퓨즈 중 적어도 하나를 포함하는 다수의 경로를 포함한다. 자동차 전기 계통의 1차 퓨즈 및 2차 퓨즈들은 가역 퓨즈로서 형성된다. 또한, 자동차 전기 계통의 제어 장치는, 이러한 퓨즈들에 액세스하도록, 적어도 2개의 경로에 포함된 퓨즈들 중 적어도 하나에 대해 트리핑 기준을 충족시키는 오류가 자동차 전기 계통에서 발생했는지를 결정하도록, 그리고 이러한 경우에 오류 없는 경로들이 식별된 후에 오류 없는 경로 내의 퓨즈들이 다시 스위치 온 되도록, 퓨즈들을 선택적으로 제어하도록 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 자동차 전기 계통에서, 예를 들어 리튬-이온 배터리인 자동차의 배터리는 자동차의 개별 컨슈머에 전기적으로 연결된다. 자동차 전기 계통은 또한 각각 가역 퓨즈로 형성된 다수의 퓨즈를 가지고 있다. 이러한 가역 퓨즈들은 예를 들어 전자 퓨즈이고, 상기 퓨즈들은 자동차 전기 계통의 제어 장치의 중앙 제어 유닛에 의해 각각 개별적으로, 즉 선택적으로 제어될 수 있다.
자동차 전기 계통의 퓨즈에 관해서는 두 그룹의 퓨즈가 구별된다. 한편으로는 소위 1차 퓨즈가 배터리 바로 뒤에 직렬로 전기적으로 연결된다. 이에 대한 대안으로서, 1차 퓨즈는 예를 들어 자동차의 리튬-이온 배터리에 통합된 퓨즈, 즉 배터리의 자체 보호 퓨즈일 수 있다. 1차 퓨즈는 또한 소위 다수의 2차 퓨즈들 중 적어도 하나를 각각 포함하는 다수의 경로를 통해 자동차의 컨슈머들 중 각각 하나에 전기적으로 연결된다. 자동차의 에어 컨디셔닝 장치, 조명 장치 또는 시트 히터와 같은 자동차의 각각의 컨슈머는 즉, 자동차 전기 계통의 경로들 중 하나를 통해 2차 퓨즈들 중 적어도 하나에, 1차 퓨즈에 그리고 자동차의 배터리에 직렬로 연결된다. 따라서 개별 컨슈머들은 각각 2차 퓨즈들 중 적어도 하나, 1차 퓨즈 및 배터리로 이루어진 직렬 회로의 단부에 위치한다. 그러나 다수의 컨슈머가 하나의 2차 퓨즈에 연결될 수도 있다.
컨슈머들 중 하나의 컨슈머의 결함 또는 자동차 전기 계통 내에 또는 컨슈머들 중 하나의 컨슈머 내에 과부하와 같이 오류가 발생할 경우, 개별 퓨즈들, 즉 1차 퓨즈 및 2차 퓨즈들의 상대적으로 느린 반응 동작으로 인해 자동차 전기 계통 전체 또는 적어도 일부의 차단이 이루어질 수 있다. 자동차의 개별 컨슈머와 배터리 사이의 적어도 2개의 경로의 구성부인, 퓨즈들 중 적어도 하나가 트리핑될 때마다, 자동차 전기 계통의 적어도 부분적인 이러한 차단이 이루어진다. 따라서 자동차 전기 계통의 개별 퓨즈들에 대해 소위 트리핑 기준을 충족시키는 자동차 전기 계통 내의 이러한 오류 시 자동차 전기 계통의 적어도 부분적인 차단이 이루어진다.
자동차 전기 계통의 제어 장치는, 이러한 상황에서 개별 퓨즈들을 선택적으로 제어하도록 그리고 궁극적으로는 오류가 존재하는 경로를 식별하기 위해 개별 경로들을 선택적으로 검사하도록 구성된다. 이는, 예를 들어, 트리핑된 퓨즈를 포함하는 경로 내의 모든 퓨즈가 먼저 스위치 오프됨으로써, 이루어질 수 있다. 검사와 관련해서 이어서 이러한 제 1 경로의 퓨즈들은 다시 스위치 온 된다. 이러한 경로가 오류 없음으로 식별되는 경우에, 이러한 퓨즈들은 다시 스위치 오프 된다. 이어서 다른 경로의 퓨즈들도 동일한 방식으로 검사된다. 대안으로서 이러한 절차는 트리핑된 퓨즈를 포함하는 경로뿐만 아니라 모든 경로에 의해 수행될 수 있다. 적어도 퓨즈의 트리핑에 의해 영향을 받은 경로들이 트리핑 기준을 충족시키는 오류와 관련해서 검사되는 즉시, 오류 없음으로 식별된 모든 경로는 다시 스위치 온 된다. 대안으로서, 전술한 재 스위치 온 전략이 수행된 후에, 해당하는 퓨즈들이 연속적으로 스위치 온 됨으로써, 자동차 전기 계통은 연이어 다시 스위치 온 될 수 있다. 개별 경로들의 검사와 관련해서 수행된 소위 자동차 전기 계통 내의 오류로 전환에 의해 정확한 오류 위치가 식별될 수 있으며, 관련 경로들은 위치 확인되어 자동차 전기 계통의 나머지 부분과 절연될 수 있으므로, 궁극적으로 오류에 의해 영향을 받지 않은 컨슈머들에 배터리로부터 에너지가 다시 공급될 수 있다.
자동차 전기 계통 또는 개별 컨슈머의 과부하 시 자동차 전기 계통을 보호하기 위해 예를 들어 리드 퓨즈들(lead fuse)이 제공된 자동차 전기 계통과는 달리, 본 발명에 따라 자동차 전기 계통의 보호는 재 스위치 온이 가능한 퓨즈들을 이용해서 이루어진다. 이는, 자동차 전기 계통의 다수의 경로를 포함하는 적어도 하나의 퓨즈가 트리핑된 경우, 개별 퓨즈들을 선택적으로 제어함으로써, 즉 개별 퓨즈들의 선택적인 스위치 온 및- 오프에 의해, 오류 없는 모든 경로가 식별되고, 이어서 이러한 경로 내의 퓨즈들이 다시 스위치 온 될 수 있는 것을 가능하게 한다. 따라서 설명된 자동차 전기 계통을 이용해서 자동차 전기 계통 내의 퓨즈 경로에서의 선택성이 충족될 수 있다. 또한, 트리핑 기준을 충족시키는 오류가 발생한 후에, 이러한 자동차 전기 계통으로 비교적 적시에 그리고 확실하게 오류가 있는 경로가 식별될 수 있고, 이는 자동차 전기 계통 내의 오류의 제거 시 특히 바람직하다. 또한, 오류 발생 후에 자동차 전기 계통의 오류가 없는 부분들은 특히 적시에 다시 작동될 수 있는데, 그 이유는 오류가 없는 경로 내의 퓨즈들이 다시 스위치 온 될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따라, 2차 퓨즈들은, 하나의 퓨즈 레벨 내의 개별 2차 퓨즈들이 다른 퓨즈 레벨의 다수의 2차 퓨즈에 직렬로 전기적으로 연결되어 다수의 경로에 포함되도록, 각각 병렬로 연결된 다수의 2차 퓨즈를 포함하는 다수의 퓨즈 레벨 내에 배치되는 것이 제공된다. 즉, 자동차 전기 계통에서, 자동차 전기 계통을 보호하기 위한 2차 퓨즈들의 다수의 레벨이 존재하고, 상기 레벨은 각각 병렬 연결된 다수의 2차 퓨즈로 구성된다. 예를 들어, 제 1 퓨즈 레벨은 3개의 2차 퓨즈를 가지며, 상기 2차 퓨즈들은 각각 1차 퓨즈에 전기적으로 연결된다. 3개의 2차 퓨즈는 또한 제 2 퓨즈 레벨의 3개의 2차 퓨즈에 전기적으로 연결된다. 즉, 이러한 제 2 퓨즈 레벨은 총 9개의 2차 퓨즈를 포함하고, 상기 2차 퓨즈들은 각각 또한 자동차의 컨슈머들 중 적어도 하나에 연결된다. 그 결과 경로들의 3개의 분기가 발생하고, 상기 분기는 각각 4개의 2차 퓨즈, 즉 제 1 퓨즈 레벨의 하나의 2차 퓨즈 및 제 2 퓨즈 레벨의 3개의 2차 퓨즈를 포함한다. 따라서 트리핑 기준이 충족되면, 주로 자동차 전기 계통의 경로들의 하나의 분기만 작동하지 않고, 상기 분기의 경로들이 이어서 검사된다. 1차 퓨즈가 트리핑되는 경우에만, 자동차 전기 계통의 모든 개별 경로로 구성된 모든 분기가 스위치 오프되므로, 오류가 없는 경로의 퓨즈들을 다시 스위치 온 하기 위해서는 전체적인 자동차 전기 계통, 즉 모든 경로가 검사되어야 한다. 따라서 2차 퓨즈들의 이러한 배치는 오류가 없는 경로를 식별하기 위해 경로들의 특히 목표한 검사를 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따라, 제어 장치는, 오류 없는 경로들을 식별하기 위해 트리핑 기준을 충족시킨 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로만을 미리 결정된 시퀀스로 개별적으로 검사하도록 그리고 후속해서 검출된 오류 없는 모든 경로의 퓨즈들을 다시 스위치 온 하도록 구성되는 것이 제공된다. 따라서 경로들의 연속적인 검사가 수행될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 자동차 탑승자의 안전과 관련하여 자동차 전기 계통의 개별 컨슈머들의 관련성에 따라 정해진 미리 결정된 시퀀스로 개별 퓨즈들은, 예를 들어 개별 퓨즈들의 목표한 스위치 온- 및 오프에 의해 검사된다. 따라서, 미리 결정된 시퀀스를 고려하면, 오류 없는 경로들의 퓨즈들의 특히 바람직한 검사 및 후속하는 스위치 온이 가능하다. 또한, 오류 없음으로 검출된 경로들의 퓨즈들의 스위치 온도 동시에 또는 미리 결정된 시퀀스로 연속적으로 수행될 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 제어 장치는, 오류 없는 경로의 식별을 위해 트리핑 기준이 충족된 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로들만 미리 결정된 시퀀스로 개별적으로 검사하도록 및 트리핑 기준을 충족한 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로가 식별되는 즉시, 다른 모든 경로의 퓨즈들을 스위치 온 하도록 구성되는 것이 제공된다. 따라서 오류 없는 경로의 식별은 단축된 형태로도 이루어질 수 있다. 이는, 예를 들어, 먼저 모든 퓨즈가 스위치 오프되는 것과, 트리핑 기준을 충족한 퓨즈를 포함하는 경로가 선택적 스위치 온- 및 오프에 의해 식별되는 즉시, 이러한 경로는 오류원으로 간주되고 이어서 개별 경로들의 검사가 종료되는 것을 제공한다. 이미 오류로 식별된 것은 물론 지금까지 아직 검사되지 않은 다른 모든 경로는 이어서 다시 스위치 온 된다. 따라서 오류 없는 경로들의 식별이 특히 신속하게 수행될 수 있다. 이 경우, 경로들 중 하나에만 실제 오류가 있지만, 퓨즈들의 서로 전기적 연결로 인해, 즉 주로 자동차 전기 계통의 다수의 경로가 하나의 퓨즈만을 포함함으로써, 오류 및 트리핑된 퓨즈로 인해 다수의 경로가 스위치 오프 되었음이 전제된다. 오류 없는 경로들을 식별하기 위한 대안적인, 특히 신속한 방식은 주로 정보학의 분야에서 숫자들의 정렬을 위해 이용되는 알고리즘인 "퀵 소트(Quick Sort)"-알고리즘에 의해 도출될 수 있다. 즉, 항상 단일 경로 내의 퓨즈들만 선택적으로 스위치 온- 및 오포되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 제어 장치는, 2차 퓨즈들 및/또는 1차 퓨즈 중 하나에서 미리 정해진 최대 전력, 미리 정해진 최대 전류 및/또는 미리 정해진 최대 전압이 초과되어 이것이 트리핑되면, 트리핑 기준을 충족하는 것으로 가정하도록 설계되는 것이 제공된다. 따라서 예를 들어 자동차 전기 계통에서 또는 컨슈머들 중 하나에서 과부하 시 트리핑 기준이 충족된다. 예를 들어, 자동차 전기 계통 또는 컨슈머에서 접지에 대해 단락이 발생할 수 있다. 이와 관련된 상대적으로 높은 전류 및/또는 전압으로 인해, 즉 이와 관련된 자동차 전기 계통 내의 부하 증가로 인해, 자동차 전기 계통 내의 개별 퓨즈들의 트리핑 시 상응하는 미리 정해진 최대값을 초과할 수 있다. 자동차 전기 계통의 적어도 2개의 경로에 포함된 퓨즈가 상기 트리핑 기준을 충족시키자마자, 오류 없는 경로를 식별하기 위한 개별 퓨즈들의 스위치 온- 및 오프와 식별된 오류 없는 경로의 후속하는 스위치 온을 포함하는 선택적인 제어가 제어 장치에 의해 수행된다. 따라서 제어 장치는 자동차 전기 계통의 개별 경로에, 전류, 전압 및 전력에 의한 너무 높은 부하로 인한 결함으로부터 자동차 전기 계통의 컨슈머 및 다른 부품들이 보호되도록 설정된 전류, 전압 및 전력과 관련해서 최대값을 제공한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제어 장치는 메모리 유닛을 포함하고, 상기 메모리 유닛은 경로들 중 어떤 것이 오류 없음으로 식별되었는지를 저장하도록, 그리고 퓨즈들의 스위치 온을 위해 이러한 정보를 고려하도록 구성되는 것이 제공된다. 따라서 제어 장치는 오류 없는 경로들의 식별과 관련해서 이미 조사된 경로에 관한 정보를 이를 위해 제공된 유닛, 소위 메모리 유닛에 저장한다. 따라서 메모리 유닛에는 어떤 경로에 오류가 있는지 또는 오류가 없는지에 관한 정보가 준비되어 있다. 거기에 저장된 개별 경로들의 오류 상태에 기초하여, 다음 단계에서 오류 없는 경로들의 퓨즈들의 재 스위치 온 시, 실제로 오류 없는 경로들만 다시 스위치 온 되는 것이 보장된다. 따라서 이러한 정보의 저장에 의해, 자동차 전기 계통의 경로들의 재 스위치 온 시 자동차 전기 계통 내의 동일한 오류로 인해 퓨즈들이 다시 트리핑되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 1차 퓨즈와 2차 퓨즈들은 전자 퓨즈로서 및/또는 전자 퓨즈 스위치 단로기로 형성되는 것이 제공된다. 따라서 자동차 전기 계통의 퓨즈는 예를 들어, 단락 또는 과부하 시 회로를 자동으로 차단하고 과전류 보호 장치의 형태를 갖는 보호 장치일 수 있고, 즉 소위 전자 퓨즈일 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 퓨즈는 소위 스위치 단로기, 즉 각각의 로드 스위치와 회로 차단기의 조합으로 구성된 스위치일 수도 있다. 추가로 또는 대안으로서, 전자 퓨즈는 릴레이일 수도 있다. 1차 퓨즈와 2차 퓨즈를 위한 퓨즈를 선택할 때, 퓨즈가 가역적인 것, 즉 재 스위치 온- 및 오프될 있는 것이 고려될 수 있다. 이로써 개별 퓨즈들의 선택적인 스위치 온- 및 오프에 의한 오류 없는 경로들의 식별과 후속해서 재 스위치 온이 가능해진다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 자동차 전기 계통의 배터리는 고전압 배터리로서, 특히 리튬-이온 배터리로서 형성되는 것이 제공된다. 자동차 전기 계통은 이에 대한 대안으로서 자동차에 주로 설치되는 납산 배터리를 포함할 수 있거나 또는 일반적으로 전형적으로 12 볼트의 저전압 범위를 위해 설계된 배터리를 포함할 수 있다. 그러나 특히 자율 주행용으로 설계된 자동차에서 일반적으로 리튬-이온 배터리가 사용되는데, 그 이유는 특히 예를 들어 ISO 26262 (도로 자동차 - 기능적 안전) 표준과 같이 기존의 납산 배터리보다 높은 안전 수준을 충족하기 때문이다. 리튬-이온 배터리는 다른 배터리 유형에 비해 특히 높은 비 에너지를 가지고 있다. 그러나 리튬-이온 배터리는 심방전과 과충전에 민감하게 반응하기 때문에, 대부분의 이용예에서 이러한 리튬-이온 배터리는 전자 보호 회로가 필요하다. 따라서 전술한 다수의 퓨즈, 1차 퓨즈 및 다수의 2차 퓨즈가 이러한 자동차 전기 계통에 존재하기 때문에, 기술된 자동차 전기 계통은 특히 바람직하게 리튬-이온 배터리를 포함한다. 다수의 경로를 갖는 이러한 자동차 전기 계통에서, 자동차 전기 계통 내부의 오류 시 오류 없는 경로를 식별하기 위한 개별 퓨즈들의 선택적 제어는 ISO 8820-2 규정을 준수하기 위해 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 자동차 전기 계통과 관련하여 제시된 바람직한 실시 예 및 그것의 장점들은, 적용 가능한 한, 자동차 전기 계통을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법에 준용된다. 따라서, 본 방법은 배터리, 다수의 컨슈머, 1차 퓨즈, 배터리에 전기적으로 연결된 1차 퓨즈를 각각의 컨슈머에 직렬로 전기적으로 연결하며 다수의 2차 퓨즈 중 적어도 하나를 포함하는 다수의 경로 및 가역 퓨즈로서 형성된 1차 퓨즈와 2차 퓨즈들에 액세스하도록 구성된 제어 장치를 포함하는 자동차 전기 계통을 위해 제공된다. 2차 퓨즈들은, 퓨즈 레벨들 중 하나의 퓨즈 레벨의 개별 2차 퓨즈들이 다른 퓨즈 레벨의 다수의 2차 퓨즈에 직렬로 전기적으로 연결되어 다수의 경로에 포함되도록, 각각 병렬 연결된 다수의 2차 퓨즈를 포함하는 다수의 퓨즈 레벨 내에 배치된다. 상기 방법은 제어 장치의 하기 단계들을 포함한다: 적어도 2개의 경로에 포함된 퓨즈들 중 적어도 하나에 대해 트리핑 기준을 충족시키는 오류가 자동차 전기 계통에서 발생하였는지 결정이 이루어진다. 적어도 하나의 퓨즈에 대해 트리핑 기준이 충족된 경우에, 오류 없는 경로를 식별하기 위해 퓨즈들의 선택적 제어가 이루어지고, 이 경우 트리핑 기준이 충족된 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로들만이 미리 결정된 시퀀스로 개별적으로 검사된다. 후속해서 식별된 오류 없는 모든 경로의 퓨즈들의 스위치 온이 이루어진다. 이에 대한 대안으로서 트리핑 기준이 충족된 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로가 식별되는 즉시, 다른 모든 경로의 퓨즈들의 스위치 온이 이루어진다. 따라서 상기 방법은 전술한 자동차 전기 계통의 작동을 위해 설계된다. 개별 퓨즈들, 즉, 1차 퓨즈 및 다수의 2차 퓨즈에 액세스하는 제어 장치가 전기 계통 내에 오류가 발생한 것을 검출하면, 그로 인해 자동차 전기 계통의 오류에 의해 영향을 받지 않는 경로를 파악하기 위해, 선택적으로 목표한 스위치 온- 및 오프에 의해 개별 퓨즈들을 제어하고, 최종적으로 이러한 검사가 종료된 후에, 오류 없는 경로들의 퓨즈를 다시 스위치 온 한다. 따라서 본 발명에 따른 방법에 의해 자동차 전기 계통의 여전히 작동 가능한 부분, 즉 오류에 의해 영향을 받지 않는 컨슈머는 다시 스위치 온 된다.
본 발명에 따라, 전술한 자동차 전기 계통을 위한 안전장치가 또한 제공된다. 본 발명에 따른 자동차 전기 계통과 관련해서 제시된 바람직한 실시예 및 그것의 장점들은, 이용 가능한 한, 본 발명에 따른 안전장치에도 준용된다. 안전장치는 배터리에 전기적으로 연결된 자동차 전기 계통의 1차 퓨즈를 자동차의 컨슈머들 중 하나에 각각 직렬로 전기적으로 연결하며 각각 다수의 2차 퓨즈 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 다수의 경로 및 자동차 전기 계통의 제어 장치를 포함한다. 2차 퓨즈들은, 퓨즈 레벨들 중 하나의 퓨즈 레벨 내의 개별 2차 퓨즈들이 다른 퓨즈 레벨의 다수의 2차 퓨즈에 직렬로 전기적으로 연결되어 다수의 경로에 포함되도록, 각각 병렬로 연결된 다수의 2차 퓨즈를 포함하는 다수의 퓨즈 레벨 내에 배치된다. 자동차 전기 계통의 이러한 제어 장치는, 예를 들어, 전술한 방법의 다양한 단계들이 대응하는 제어 명령으로 저장되어 있는 마이크로컨트롤러이다. 안전장치의 경로 내의 2차 퓨즈들은, 예를 들어 전자 퓨즈 및/또는 전자 퓨즈 스위치 단로기와 같은 가역 퓨즈이다. 또한, 안전장치는 인터페이스를 포함하고, 상기 인터페이스를 통해 상기 안전장치는 안전장치 외부에 배치된 1차 퓨즈에 액세스할 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 1차 퓨즈가 예를 들어 배터리에 통합되어 있지 않은 경우에, 1차 퓨즈는, 안전장치의 일부가 될 수도 있다. 본 발명에 따른 안전장치는, 이와 같이 자동차의 배터리를 보호하고, 자동차 전기 계통의 퓨즈 경로에서 선택성을 보장하기 위해 이러한 자동차 전기 계통에 통합될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차의 개선예와 관련해서 전술한 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 방법의 개선예도 본 발명에 포함된다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 방법의 대응하는 개선예들은 여기에서 다시 설명되지 않는다.
계속해서 본 발명의 실시예가 설명된다.
도 1은 자동차 전기 계통을 포함하는 자동차를 도시한 개략도.
도 2는 자동차 전기 계통을 도시한 개략도.
도 3은 자동차 전기 계통을 작동하기 위한 방법에 대한 신호 흐름도를 개략적으로 도시한 도면.
이하에 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 실시예에서, 실시 형태의 설명된 구성부들은 서로 독립적으로 고려되는 본 발명의 개별적인 특징을 나타내고, 상기 특징들은 서로 독립적으로도 본 발명을 개선한다. 따라서, 공개 내용은 실시예에 제시된 실시 형태들의 특징들의 조합과 다른 조합들도 포함한다. 또한, 설명된 실시 형태는 본 발명의 전술한 다른 특징에 의해서도 보완될 수 있다.
도면에서 기능이 동일한 요소들은 동일한 도면부호를 갖는다.
도 1에, 자동차 전기 계통(2)을 포함하는 자동차(1)가 개략적으로 도시된다. 자동차 전기 계통(2)은 배터리(3) 및, 예를 들어 에어 컨디셔닝 장치, 시트 히터 및 라디오 시스템과 같은 다수의 컨슈머(4)를 포함한다. 이들 컨슈머(4)는, 특히 배터리(3)로부터 전기 에너지를 공급받는다. 배터리(3)와 개별 컨슈머(4) 사이의 1차 퓨즈(5) 및 안전장치(6)가 자동차 전기 계통(2)에, 즉 컨슈머들(4)의 개별 공급 경로 내에 통합된다. 1차 퓨즈(5)는 예를 들어 배터리(3)에 통합된 퓨즈, 예를 들어 배터리(3)의 자체 보호부이다. 배터리(3) 자체는 예를 들어 리튬-이온 배터리로서, 특히 자동차(1)용 고전압 배터리로서 형성된다. 자동차(1)는 바람직하게 자율 주행을 위해 설계된다. 특히 자율 주행을 위해 설계된 이러한 자동차(1)에서, 다수의 퓨즈 부품, 1차 퓨즈(5) 및 추가의 안전장치(6)가 장착된 자동차 전기 계통(2)과 같은 전기 계통이 특히 바람직하다.
도 2에서 자동차 전기 계통(2)이 보다 상세하게 도시된다. 자동차 전기 계통(2)의 안전장치(6)는 복수의 구성 요소를 포함한다. 한편으로 상기 안전장치는 배터리(3)에 전기적으로 연결된 1차 퓨즈(5)를 컨슈머들(4) 중 하나에 각각 직렬로 전기적으로 연결하는 다수의 경로(7)를 포함하며, 이 경우 각각의 상기 경로(7)는 다수의 2차 퓨즈(8) 중 적어도 하나를 포함한다. 1차 퓨즈(5) 및 2차 퓨즈(8) 모두는, 예를 들어 전자 퓨즈 또는 전자 퓨즈 스위치 단로기와 같은 가역 퓨즈로서 형성되고, 자동차 전기 계통(2)의 제어 장치(9)에 의해 스위치 온 및 오프될 수 있다. 1차 퓨즈(5) 또는 2차 퓨즈(8)와 제어 장치(9) 간의 데이터 교환을 위한 해당하는 통신 링크는 도 2에 도시되지 않는다.
2차 퓨즈(8)는 이 경우 다수의 퓨즈 레벨(10, 10') 내에 배치될 수 있다. 이러한 각각의 퓨즈 레벨(10, 10')은 병렬로 연결된 다수의 2차 퓨즈(8)를 포함한다. 이 경우, 2차 퓨즈들(8)은, 퓨즈 레벨(10) 내의 개별적인 2차 퓨즈들(8)이 퓨즈 레벨(10')의 다수의 2차 퓨즈(8)에 직렬로 전기적으로 연결되어 다수의 경로(7)에 포함되도록 배치된다. 퓨즈 레벨(10) 내의 2개의 2차 퓨즈(8)는 여기에서 퓨즈 레벨(10')의 각 2개의 2차 퓨즈(8)에 직렬로 전기적으로 연결된다. 따라서, 안전장치(6)의 총 6개의 2차 퓨즈(8)가 2개의 퓨즈 레벨(10, 10')로 분배되므로, 퓨즈 레벨(10)의 2차 퓨즈(8)마다 1개씩, 경로들(7)의 총 2개의 분기가 구별될 수 있고, 이 경우 각각의 분기는 컨슈머들(4) 중 적어도 2개를 포함한다. 다수의 컨슈머(4)의 경로들(7)이 동일한 2차 퓨즈(8)를 포함할 수 있으며, 즉 다수의 컨슈머(4)는 퓨즈 레벨(10')의 각각 하나의 2차 퓨즈(8)에 직렬로 전기적으로 연결된다.
도시된 안전장치(6)에 대한 대안으로서 안전장치(6)는 자동차(1) 내에 공간적으로 분배될 수 있고, 예를 들어 자동차(1) 내에 분배된 다수의 퓨즈 분배기 및 공간적으로 분리되어 배치된 제어 장치(9)에 의해 분배될 수 있다. 이로써 자동차 내에 공간적으로 분배된 퓨즈 레벨(10, 10')이 제공될 수 있다.
제어 장치(9)는 예를 들어 마이크로컨트롤러일 수 있고, 상기 마이크로컨트롤러는 또한 메모리 유닛(11)을 포함하며, 상기 메모리 유닛에 개별 경로(7)에 관한 정보가 저장된다.
도 3에 자동차 전기 계통(2)을 작동하기 위한 방법과 관련해서 수행되는 개별 방법 단계들이 도시된다. 제 1 단계(S1)에서, 먼저 제어 장치(9)에 의해, 적어도 2개의 경로(7)에 포함된 퓨즈들 중 적어도 하나의 퓨즈에 대해 트리핑 기준을 충족시키는 오류가 자동차 전기 계통(2)에서 발생했는지가 결정된다. 이러한 트리핑 기준은 예를 들어, 미리 정해진 최대 전력, 미리 정해진 최대 전류 또는 미리 정해진 최대 전압이다. 2차 퓨즈들(8) 중 하나에서 또는 1차 퓨즈(5)에서 이와 같이 정해진 최대값이 초과되자 마자, 해당하는 퓨즈가 트리핑된다. 트리핑된 퓨즈가 다수의 경로(7)에 각각 포함되는 2차 퓨즈들(8) 중 하나이거나 또는 1차 퓨즈(5)인 경우, 다수의 컨슈머(4)의 스위치 오프 및 자동차 전기 계통(2)의 다수의 경로(7)의 차단이 이루어진다. 이러한 관련 경로(7)의 모든 컨슈머(4)가 실제로 오류를 갖는 것은 아니기 때문에, 단계 S2에서 개별 퓨즈들, 즉 자동차 전기 계통(2)의 오류 없는 모든 경로(7)를 식별하기 위해 관련 2차 퓨즈들(8) 및 1차 퓨즈(5)의 선택적 제어가 이루어진다. 이것은 예를 들어, 트리핑된 퓨즈를 포함하는 경로(7) 내의 모든 퓨즈들이 먼저 스위치 오프됨으로써 이루어질 수 있다. 검사와 관련해서 이어서 이러한 제 1 경로(7)의 퓨즈들은 이어서 다시 스위치 온된다. 이러한 경로(7)가 오류 없음으로 식별되는 경우에, 이러한 퓨즈들은 다시 스위치 오프된다. 그 후에, 다른 경로(7)의 퓨즈들이 이와 유사하게 검사된다. 대안으로서 이러한 절차는 트리핑된 퓨즈를 포함하는 경로(7)뿐만 아니라 모든 경로(7)로 수행될 수 있다. 오류 없는 경로(7)의 이러한 식별은 경로들(7) 중 각각 하나의 경로의 퓨즈들이 선택적으로 스위치 온 및- 오프되는 미리 결정된 시퀀스로 이루어진다. 조사된 경로(7)에 관한 얻어진 정보는 메모리 유닛(11)에 저장되고, 즉, 거기에 어떤 경로(7)가 오류가 없거나 또는 오류를 가진 어떤 퓨즈들을 포함하는지 저장된다.
방법의 제 3 단계(S3)에서, 이전에 오류 없음으로 식별되어 저장된 경로(7)에 있는 퓨즈들이 스위치 온된다. 따라서 본 방법의 목적은, 자동차 전기 계통(2)의 가급적 큰 부분, 즉 가급적 많은 컨슈머(4)가 다시 작동 가능하고 배터리(3)로부터 전기 에너지를 공급받도록, 자동차 전기 계통(2)의 많은 경로(7)를 다시 스위치 온 하는 것, 즉 이러한 경로들(7) 내의 2차 퓨즈(8) 및 2차 퓨즈(5)를 다시 스위치 온 하는 것이다. 따라서, 경로들(7)의 연속적인 검사가 이루어진 다음 자동차 전기 계통(2)의 오류 없는 부분의 스위치 온이 이루어진다.
이에 대한 대안으로서, 오류가 있는 경로(7)가 식별되는 즉시, 오류와 관련해서 경로(7)의 검사는 중단될 수 있다. 이러한 오류 있는 경로(7)의 퓨즈는 이어서 스위치 오프되어 유지되는 한편, 다른 모든 경로(7)의 퓨즈들은 스위치 온 된다. 통상적으로 하나의 경로(7)에서만, 트리핑 기준의 충족을 초래한 오류가 존재하므로, 자동차 전기 계통(2)을 작동하기 위한 전술한 방법은 단축될 수 있고, 특히 시간을 절약하여 수행될 수 있다. 그러나 트리핑 기준을 충족시키는 오류에 의해 영향을 받는 추가 경로들(7)이 있는 경우, 자동차 전기 계통(2) 또는 자동차 전기 계통(2)의 관련 부분의 재 고장이 발생한다. 이러한 경우라면, 오류 없는 경로들(7)의 재검사 또는 식별이 이루어져야 한다.
전반적으로, 실시예들은 자동차 전기 계통(2)에서 오류가 발생하여 자동차 전기 계통(2)의 적어도 하나의 부분의 차단 후에, 가역 퓨즈로서 구현된 퓨즈들, 즉 오류 없음으로 식별된 모든 경로(7) 내의 1차 퓨즈(5)와 2차 퓨즈들(8)이 다시 스위치 온 되는 것을 제시한다. 이에 대해, 오류 없는 경로들(7)의 식별과 관련해서, 오류가 있는 경로들(7)의 퓨즈들이 먼저 스위치 오프된 후 다시 스위치 온 되고, 이어서 다시 트리핑됨으로써, 오류로 전환될 수 있다. 그러나 이로 인해 자동차 전기 계통(2)에서 정확한 오류 위치가 식별될 수 있다. 자동차 전기 계통(2)에서 오류의 위치 파악 후에, 오류가 있는 경로(7)는 절연될 수 있고, 오류 없는 모든 경로(7)의 퓨즈들은 다시 스위치 온될 수 있다. 따라서, 자동차(1)의 오류 없이 이용 가능한 모든 컨슈머(4)는 다시 전기 에너지를 공급 받는다.
1 자동차 2 자동차 전기 계통
3 배터리 4 컨슈머
5 1차 퓨즈 6 안전장치
7 경로 8 2차 퓨즈
9 제어 장치 10, 10' 퓨즈 레벨
11 메모리 유닛 S1, S2, S3 단계

Claims (7)

  1. 자동차 전기 계통(2)으로서,
    - 배터리(3)
    - 복수의 컨슈머들(4)
    - 1차 퓨즈(5)
    - 복수의 경로들(7), 및
    - 제어 장치(9)를 포함하고,
    상기 경로들을 통해 상기 배터리(3)에 전기적으로 연결된 상기 1차 퓨즈(5)가 상기 컨슈머들(4) 중 하나에 각각 직렬로 전기적으로 연결되며, 각각의 상기 경로(7)는 복수의 2차 퓨즈들(8) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 1차 퓨즈(5)와 상기 2차 퓨즈들(8)은 각각 가역 퓨즈로서 형성되고, 상기 자동차 전기 계통(2)의 제어 장치(9)는, 상기 퓨즈들에 액세스하도록, 적어도 2개의 경로(7)에 포함된 퓨즈들 중 적어도 하나에 대해 트리핑 기준을 충족시키는 오류가 상기 자동차 전기 계통(2)에서 발생했는지를 결정하도록, 그리고 이러한 경우에 오류 없는 경로들(7)이 식별된 후에 상기 오류 없는 경로들(7) 내의 퓨즈들이 다시 스위치 온되도록, 퓨즈들을 선택적으로 제어하도록 구성되고,
    - 상기 2차 퓨즈들(8)은, 퓨즈 레벨들 중 하나의 레벨(10) 내의 개별 2차 퓨즈들(8)이 다른 퓨즈 레벨(10')의 복수의 2차 퓨즈(8)에 직렬로 전기적으로 연결되어 복수의 경로(7)에 포함되도록, 각각 병렬로 연결된 복수의 2차 퓨즈(8)를 포함하는 복수의 퓨즈 레벨(10, 10') 내에 배치되며,
    - 상기 제어 장치(9)는, 오류 없는 경로들(7)의 식별을 위해 트리핑 기준이 충족된 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로(7)만을 미리 결정된 시퀀스로 개별적으로 검사하도록 및:
    ㆍ 후속해서, 검출된 오류 없는 모든 경로(7)의 퓨즈들을 다시 스위치 온 하도록 또는
    ㆍ 트리핑 기준이 충족된 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로(7)가 식별되는 즉시, 다른 모든 경로(7)의 퓨즈들을 스위치 온 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 계통(2).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치(9)는, 상기 2차 퓨즈들(8) 또는 상기 1차 퓨즈(5) 중 적어도 하나에서 미리 정해진 최대 전력, 미리 정해진 최대 전류 또는 미리 정해진 최대 전압 중 적어도 하나가 초과되어 이것이 트리핑되는 경우에, 트리핑 기준을 충족하는 것으로 가정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 계통(2).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 장치(9)는 메모리 유닛(11)을 포함하고, 상기 메모리 유닛은, 상기 경로들(7) 중 어떤 것이 오류 없음으로 식별되었는지를 저장하도록, 그리고 퓨즈들의 스위치 온을 위해 이러한 정보를 고려하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 계통(2).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 1차 퓨즈(5)와 상기 2차 퓨즈들(8)은 전자 퓨즈 또는 전자 퓨즈 스위치 단로기 중 적어도 하나로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 계통(2).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 자동차 전기 계통(2)의 배터리(3)는 고전압 배터리로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 계통(2).
  6. 배터리(3), 복수의 컨슈머(4), 1차 퓨즈(5), 복수의 경로(7) 및 제어 장치(9)를 포함하는 자동차 전기 계통(2)을 작동하기 위한 방법으로서, 상기 경로들을 통해 상기 배터리(3)에 전기적으로 연결된 상기 1차 퓨즈(5)가 상기 컨슈머들(4) 중 하나에 각각 직렬로 전기적으로 연결되며, 각각의 상기 경로(7)는 복수의 2차 퓨즈들(8) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제어 장치(9)는 가역 퓨즈로서 형성된 상기 1차 퓨즈(5)와 상기 2차 퓨즈들(8)에 액세스하도록 구성되고, 상기 2차 퓨즈들(8)은, 퓨즈 레벨들 중 하나의 레벨(10) 내의 개별 2차 퓨즈들(8)이 다른 퓨즈 레벨(10')의 복수의 2차 퓨즈(8)에 직렬로 전기적으로 연결되어 복수의 경로(7)에 포함되도록, 각각 병렬로 연결된 복수의 2차 퓨즈(8)를 포함하는 복수의 퓨즈 레벨(10, 10') 내에 배치되며,
    상기 제어 장치(9)의 하기 단계들을 포함하는 자동차 전기 계통(2)을 작동하기 위한 방법:
    (a) 적어도 2개의 경로(7)에 포함된 퓨즈들 중 적어도 하나에 대해 트리핑 기준을 충족시키는 오류가 상기 자동차 전기 계통(2)에서 발생했는지를 결정하는 단계(S1),
    (b) 퓨즈들 중 적어도 하나에 대해 트리핑 기준이 충족된 경우에, 오류 없는 경로(7)의 식별을 위해 퓨즈들을 선택적으로 제어하는 단계(S2) - 이 경우 트리핑 기준이 충족된 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로들(7)만이 미리 결정된 시퀀스로 개별적으로 검사됨 - ,
    (c) 후속해서, 트리핑 기준이 충족된 적어도 하나의 퓨즈를 포함하는 경로(7)가 식별되는 즉시, 검출된 오류 없는 모든 경로(7)의 퓨즈들을 스위치 온 하거나 또는 다른 모든 경로(7)의 퓨즈들을 스위치 온 하는 단계.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 자동차 전기 계통(2)을 위한 안전장치(6)에 있어서,
    상기 안전장치(6)는 적어도 복수의 경로(7) 및 상기 자동차 전기 계통(2)의 제어 장치(9)를 포함하고, 상기 경로들을 통해 배터리(3)에 전기적으로 연결된, 상기 자동차 전기 계통(2)의 1차 퓨즈(5)가 상기 자동차 전기 계통(2)의 컨슈머들(4) 중 하나에 각각 직렬로 전기적으로 연결되며, 각각의 상기 경로(7)는 복수의 2차 퓨즈들(8) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 2차 퓨즈들(8)은, 퓨즈 레벨들 중 하나의 레벨(10) 내의 개별 2차 퓨즈들(8)이 다른 퓨즈 레벨(10')의 복수의 2차 퓨즈(8)에 직렬로 전기적으로 연결되어 복수의 경로(7)에 포함되도록, 각각 병렬로 연결된 복수의 2차 퓨즈들(8)을 포함하는 복수의 퓨즈 레벨(10, 10') 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 안전장치(6).
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