用于机动车的车载电网的电气保护的方法和机动车与流程

1.本发明涉及一种用于机动车的车载电网的电气保护的方法。此外，本发明涉及一种机动车，其尤其设立成用于执行上述方法。


背景技术：

2.电机动车要求安全(以“可靠”的意义)地切断或断开往往实施为带有大约400至800伏电压的高压电池的主蓄能器，以便于在过载例如在电驱动器中的故障(例如短路等)、事故等的情形中可无电流地开关在主蓄能器下游的车载电网(bordnetz)。这在事故的情形中例如用于对救援人员在车辆处的接触保护，然而同样用于避免(尤其静止的)电弧(lichtb
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gen)、飞弧(
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gen,有时也称为电弧击穿)等，这在事故的情形中也许可能导致自己或其它车辆的例如由运行介质或其它材料的点燃。为此，电机动车首先包括保护装置(sch
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tze,有时也称为保护接触器)，其通常将主蓄能器的正的和负的高压相(即使在机动车停止的情形中)与车载电网开关。但是因为所述保护装置在故障的情况中理论上可被焊接在一起(verschwei
ß
en)且因此不再可被开关，所以现代的电机动车经常同样具有烟火技术的保险装置，其通过点燃爆炸性装料(explosivladung)将高压相与车载电网断开。
3.通常，除了往往在相对较高电流(例如大约600a)的情况中运行的电驱动器之外同样存在至少一个通过主蓄能器被供以能量的副组件，例如dc/dc转换器和/或不与安全相关的系统(例如ac充电器、空调设施、供暖装置、多媒体和通讯系统)。这样的副组件以(往往明显)小于电驱动器的电流来运行。因此，相应关联的副组件电路同样具有小于引导至电驱动器的主电路的线路横截面。为了保护该线路横截面，通常使用熔断保险装置。此外由de 10 2014 214 840 a1已知：附加于熔断保险装置在副组件电路中执行电流测量且切断或在其功率方面“节制”过载的或引起过载的副组件。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，进一步改善机动车的车载电网的保护。
5.该目的根据本发明通过一种用于机动车的车载电网的电气保护的方法来实现。此外，该目的根据本发明通过一种带有电驱动器、具有主保险装置的主蓄能器和一定数量的副组件的机动车来实现。本发明的有利的且部分对于自身而言创造性的实施形式和改进方案在紧接着的描述中说明。
6.根据本发明的方法用于(优选陆地上的)机动车的车载电网的电气保护，该机动车具有主蓄能器、由此被供以能量的电驱动器以及一定数量的副组件，它们借助于(优选地各一个)副组件电路与主蓄能器在能量传输技术上相联接。
7.根据方法，对于副组件电路(或分别的副组件电路)而言三个表征在副组件电路中流动的电流(尤其因此表征构成副组件电路的线路的电流负载)的信息数值优选彼此独立地获取。在此，三个信息数值中的一个的实际值的合理性验证借助其它两个实际值(也就是说其它两个信息数值的实际值)来执行。经合理性验证的实际值或由被验证为合理的实际
值所推导出的混合值紧接着鉴于至少一个触发标准评判。此外，当预设的触发标准被实际值或混合值满足时，切断信号被发出到主蓄能器的主保险装置的控制装置处。
8.根据本发明，因此副组件电路或分别的副组件电路借助于(分别)三个用于相互的合理性验证的信息数值来监视。这尤其对于如下情况而言是适宜的，即应取消对于副组件电路或分别的副组件电路而言附加的尤其被动的安全元件。在此，由于被动的安全元件的“安全等级”也许不再存在，为了获取触发标准的超出安全性于是必须被提高。根据本发明，因此于是合理性验证通过三个优选地相同形式的信息数值的比较进行。在此，信息源(或用于确定信息数值的器件)的有错误的结果可据此被识别出，即两个其它信息源的实际值表明相同的状态(例如在允许的测量偏差内具有相同的值)，而有错误的实际值然表明另一状态。在仅两个信息源的情形中这是不可行的，因为在这样的情况中在两个彼此不同的结果(也就是说实际值)的情形中不可判定哪个实际值是有错误的。在没有这种合理性验证的情形下，副组件电路的纯“功能的”(也就是说尤其基于软件或逻辑的)切断(或至少监视)在行驶运行中是不允许的。
9.根据本发明的方法于是优选地呈现了用于机动车的副组件保险装置。
10.优选地，对于副组件电路(或分别的)副组件电路而言借助于三个单独的传感器(其相应地是信息源或用于确定信息数值的器件中的一个)获取各一个测量数值作为信息数值。换而言之，优选地尤其使用各一个传感器作为相应的信息源。在此，分别的实际值由分别的当前测量值构成。
11.根据本发明的机动车如上文所描述的那样包括电驱动器、具有上文提及的主保险装置的主蓄能器和一定数量的副组件。在此，电驱动器和副组件或分别的副组件与主蓄能器借助于主电路(其于是引导至电驱动器)或者副组件电路(其引导至副组件或分别的副组件)在能量传输技术上相联接。在此，对于副组件电路或分别的副组件电路而言存在用于确定上述信息数值的器件。优选地，上述用于获取分别表征线路的电流负载的测量数值作为信息数值的三个单独的的传感器在此结合在副组件电路或分别的副组件电路中。此外，该机动车包括控制单元(也被称作“控制器”)，其被设立成用于尤其自动地执行在此且在下面所描述的方法。
12.该方法和该机动车于是具有相同的特征且因此共享相同的优点。
13.有特征地在此且下面意味着如下，即信息数值包含关于相应的电流负载(也就是说尤其流经副组件电路、具体地其线路的电流)的数值的数量信息，从而使得电流负载或者电流可明确地由该信息数值读出。在此，该信息数值可直接说明相应的电流负载的数值。该信息数值原则上然而同样可以是直接或间接成比例于待指示的电流负载的数值。此外，该信息数值可与待指示的电流负载同样处在非线性的、例如对数的、指数的或多项式(即二次方、三次幂等)的关系中。
14.为了简化，针对术语“信息数值”下面独立于确定的形式使用术语“测量数值”，相应地“测量值”同样替代“实际值”。
15.控制单元(或：控制器)在本发明的范畴中可构造成不可编程的电子电路且在此例如被集成到主保险装置(其在该情况中优选同样构造成不可编程的电子电路)的控制装置中。控制单元备选地由微型控制器构成，在其中以软件模块形式实现用于执行根据本发明的方法的功能性。在此，该软件模块可构成主蓄能器和/或主保险装置的控制装置的有决定
性作用的控制软件(固件)的组成部分。
16.在一种适宜的方法变型方案中，作为针对副组件电路或分别的副组件电路的触发标准选择取决于出现持续时间的阈值。这具有如下优点：除了相对较快的故障(例如在驱动器中的短路等)之外，其往往产生较高的故障电流(且优选由主蓄能器的主切断装置快速地识别出)，在副组件中同样可恰好存在比较缓慢地或长地持续的故障。
17.优选地，在该情况中使用小于用于主切断装置的由主保险装置的控制装置监视的绝对值的值作为(上述取决于出现持续时间的)阈值。因为主保险装置的该“绝对值”定期地且适宜地如此来测定，即用于运行电驱动器必要的电流(其经常处在大约600a的范围中)刚好不导致主切断装置的触发。对此已知地必要的是，“绝对值”具有相对在根据规定的运行中定期出现的电流值的足够的间距(包含符合专业的公差)。因此，主切断装置然而同样对于如下情况而言是“看不见的”，在其中在副组件中例如存在较小的电流(值)，其在相对较长的持续时间上然而可导致副组件电路、副组件和/或整个机动车的损坏。例如，对于空调设施而言200a的电流在若干(例如5至30)秒或更多(例如同样直至大约一分钟)的持续时间内可导致不可修复的损伤。因此，阈值尤其取决于电驱动器的“驱动电流”适宜地处在100至800a的范围中。
18.在一种适宜的改进方案中，作为出现持续时间使用比在超出由主保险装置的控制装置监视的绝对值的情形中用于切断的触发持续时间更长的持续时间。在此，主保险装置的触发持续时间优选地大约处在4毫秒至大约3秒、优选地大约处在5毫秒至2秒。尤其地，主保险装置的触发持续时间如此选择，即使得在带有较高的故障电流的故障情形中(尤其参见上述实施方案)副组件电路或分别的副组件电路的线路自身被保护免受损伤。优选地，副组件保险装置的上述的出现持续时间处在30至110毫秒且直至一分钟。优选地，出现持续时间在此取决于电流的测量值以及取决于副组件电路的线路材料被动态地确定，尤其基于“电流积分”，其尤其由针对线路材料的i2t
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特征曲线得知。因此，例如在相对较高的测量值的情形中可快速地被触发且在更确切地说较小超出运行典型的值的情形中相对“较晚地”被触发。
19.在一种优选的实施方案中，作为主蓄能器的主保险装置，使用两个(尤其可逆地可开关的)电流断开元件(例如保护装置)以及优选至少一个烟火技术的保险装置(在取消熔断保险装置的情形下)。优选地，在整个车载电网中不再使用熔断保险装置。
20.在没有在此且在下面所描述的方法的情形中，具体地在没有上述合理性验证的情形中，原则上具有不可遗失的特性的熔断保险装置的掉落出于安全原因尤其在行驶运行期间不可补偿。此外，这因此同样尤其是这样的，即dc/dc转换器结合在副组件电路中。针对机动车的安全法规通常禁止在行驶期间切断系统部件，其不基于明确的条件(如其原则上可提供熔断保险装置那样)，而是在功能上尤其通过软件来塑造。因为在最后的情况中，往往几乎不存在基于判定的数据的可靠性。该问题然而通过根据本发明的合理性验证来解决。为此，虽然相对较高的耗费(即三倍的测量数值
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确定)被运行，其然而通过节省硬件(熔断保险装置)可被补偿。
21.在一种适宜的方法变型方案中使用多个副组件，它们优选同样借助于各一个相关联的副组件电路由主蓄能器供以能量。对于如下情况而言，即至少所有副组件的总运行能量的取决于出现持续时间的阈值被相对缓慢地接近，有利地连续地对单个尤其不与安全相
关的副组件进行功率降低或能量引出(禁用)。由此，随着可能的临界的或者有故障的消耗器的切断同时同样可执行分析，以便于鉴别出临界的或者有故障的消耗器。如果在连续的功率降低(例如以50%)或禁用期间确定取决于时间的阈值不再被接近，例如与后一副组件不同的副组件可在其功率消耗方面被再次提高(“上升”)。这在一定程度上是一种排除方法，以便于可“找到”有故障的副组件。例如，取决于时间的阈值在此通过“电流积分”(也就是说电流在此是传感器的测量数值)来构成。如果该电流积分满“载”，借助“中间阈值”(尤其借助直至其被达到的持续时间)可判定是否逐步的功率降低或禁用还是可行的，或是否所有副组件尤其经由主保险装置(也就是说通过主切断装置)的立即禁用是必要的。
22.在一种优选的方法变型方案中，作为在副组件电路中的传感器使用电流传感器。经获取的测量数值(电流)因此直接描绘了用于评判过载的数值。在一种可选的变型方案中，在一种同样备选于电流传感器的变型方案中至少使用温度传感器作为用于尤其进一步的合理性验证的附加选项。
23.优选地，传感器具有百分之1(在温度传感器的情形中例如5开氏温度)的精度和100hz的采样率。这是出于精度、速度和成本的良好折衷。更快速且更精确的传感器取决于所要求的安全级别然而同样是可能的。
24.在一种可选的方法变型方案中，上述传感器、尤其电流传感器与其它的尤其无论如何存在的用于确定信息数值(或者测量数值)的器件尤其如此地被组合，即三个信息源供使用。由此，成本可被有利地节省。
25.尤其地对于如下情况而言，即三个信息源(具体地上述用于确定信息数值的器件)分配在不同的部件上或至少未布置在相同的部件(也就是说尤其相同的副组件)内，借助于其传递信息数值的总线系统的时延时段(latenzzeit)同样被考虑。这些时延时段例如通过总线系统的发送循环(例如10ms)得出。在这样的情况中，例如不可避免通过足够快速的切断引起的电弧。
26.在另外的适宜的方法变型方案中，允许的“总副组件电流”被“模拟”或推导出。在此，该副组件电流例如由从主蓄能器供使用的总电流减去由电驱动器所需要的驱动电流来计算。这可例如被用于(尤其进一步的)合理性验证。可选地，这样的经模拟的电流然而同样可被用作上述信息数值中的一个，其因此严格来说不是基于实际的直接测量的测量数值。另外可选地，针对在总副组件电流处的副组件切断装置的尤其取决于时间的阈值被测定，这也就是说尤其取决于其且尤其同样由副组件自身来选择。例如，对于每个副组件电路而言自己的阈值被预设。
27.如先前所描述的那样，机动车、尤其其主蓄能器、主电路和副组件电路或分别的副组件电路在一种优选的实施方案中不带有熔断保险装置。
28.连词“和/或”在此且在下面尤其可如此理解，即借助于该连词所连结的特征不仅可共同地而且可作为彼此的备选方案来构造。
附图说明
29.下面，借助附图进一步阐述本发明的实施例。其中：图1以示意性的侧视图显示了带有车载电网的电机动车，且图2和3以根据图1的视图分别显示了机动车的另外的实施例。
30.彼此相应的零件在所有附图中始终设有相同的附图标记。
具体实施方式
31.图1示意性地显示了机动车1，其为了运行包括具有电驱动器2的电动马达4。为了能量提供，机动车1此外具有主蓄能器(被简称为“牵引电池6”)。到牵引电池6中集成有电池管理系统8，其承担充电和放电过程的控制。此外，到电池管理系统8中结合有主保险装置10以及以微型控制器形式的附属的控制装置。主保险装置10包括两个保护装置12，它们与牵引电池6的正相和负相关联。此外，主保险装置10包括烟火技术的保险装置(被简称为“烟火熔丝(pyrofuse,有时称为燃爆熔丝)14”)，其与牵引电池6的两个相中的一个关联且在主故障情况中用于其机械的断开。保护装置12和烟火熔丝14由主保险装置10的控制装置来操控。
32.此外，机动车1包括用于电动马达4的控制装置16，其此外具有脉冲宽度调节器。控制装置16在该实施例中也充当用于从牵引电池6将电流提供到电动马达4处和到副组件18(在此例如dc/dc转换器、电空调压缩机和供暖装置)处的分配器。在此，电动马达4经由主电路20连结到牵引电池6处。在该实施例中，副组件18结合在共同的副组件电路22中。在此，该副组件电路在控制装置16处由主电路20分出。
33.在通过上述部件构成的车载电网中不再存在熔断保险装置。然而为了在副组件18中的一个中的故障的情形中使得切断或断开成为可能(电驱动器2经由主保险装置10被保护)，到副组件电路22中作为信息源或用于分别确定表征流经副组件电路22的电流的信息数值(也被称作：测量数值)的“器件”结合有三个电流传感器24。到三个引导至电动马达4的相中结合有各一个电流传感器26。
34.副组件电路22的三个电流传感器24设置成用于相互的合理性验证且将其测量值提供到主保险装置10处。在其中所包含的控制装置在用于保护在行驶运行中的车载电网的方法的范畴中检验三个电流传感器24的测量值且比较所述测量值以为了合理性验证。如果测量值是合理的，这也就是说在预设的限值的范畴中(尤其至少两个测量值)是相同的，控制装置将测量值中的一个或备选地每个或由合理的值(在电流传感器24的故障的情形中同样仅两个测量值)构成的混合值(例如平均值)与取决于时间的阈值比较。阈值是如此地取决于时间的，即除了单纯的超出之外在此检验测得的电流是否在预设的时间内同样超出阈值。例如，于是副组件18可短暂地产生相对较高的电流(例如600a)，然而在若干秒的时间段上仅还产生例如150a。
35.此外，主保险装置10监视主电路20故障以防短路。在此，主保险装置10的触发时间处在5ms至2s。
36.为了进一步的合理性验证，主保险装置10借助在主电路20中的三个电流传感器26确定对于电动马达2而言必要的驱动电流且将其从由牵引电池6所提供的总电流中减去。该结果是供副组件18使用的副组件电流。在此，该副组件电流同样是不可被超出的上极限值。
37.如果主保险装置10基于取决于时间的(也就是说取决于电流出现的持续时间)的阈值的超出确定在副组件电流22中存在故障，那么主保险装置10开关保护装置12。
38.如果主保险装置10确定副组件电流例如以如下方式接近取决于时间的阈值，即“电流积分”在第一阈上方“满载”，那么主保险装置10按照顺序地从不与安全相关的副组件
18(即在该实施例中电动空调压缩机和供暖装置)中引出功率。如果接着表明电流积分的“排空”、即“被抽引的”副组件电流的降低，则最后被切断的副组件18可被看作原因。如果主保险装置10又单独地接通副组件18且再次出现电流积分的填充，则故障的副组件18可被鉴别出，具体地该鉴别被合理性验证。
39.在图2中示出了机动车1的另外的实施例。在该情况中，每个副组件18结合到自己的副组件电流22中。在每个副组件电路22中，在此分别结合有三个电流传感器24。在此，每个副组件电路22的保护类似于根据图1的实施例进行。因此，在进行关于主保险装置10的可能的禁用或甚至触发的判定之前，每个副组件电路22的三个电流传感器24被彼此合理性验证。这具有如下优点：与安全相关的和不与安全相关的部件(副组件18)可被彼此分开，从而使得每个副组件18的功率降低或禁用同样可单独实现。
40.在图3中示出了机动车1的另外的实施例。在该情况中，单独的副组件电路22已经在牵引电池6中分出。副组件电流22的一个电流传感器24因此已布置在牵引电池6中。两个另外的用于合理性验证的电流传感器24布置在副组件电路22的进一步的走向中。同样地在此，副组件电路22的保护类似于上述实施例进行。
41.在另外的未进一步示出的实施例中，电流传感器24通过温度传感器替代。可选地，电流传感器24中的仅一个通过温度传感器替代。因为温度上升是针对副组件电路22的线路的可能不允许的负荷的标志，所以由温度测量值也可获得针对副组件18的当前负载的信息，例如借助查找表、换算公式等。
42.本发明的对象不受限制于上述实施例。反之，本发明的另外的实施形式可由本领域技术人员从上面的说明中推导出。尤其地，本发明的借助不同实施例所描述的单个特征和其设计变型方案同样可以其它方式彼此组合。
43.附图标记列表1 机动车2 驱动器4 电动马达6 牵引电池8 电池管理系统10 主切断装置12 保护装置14 烟火熔丝16 控制装置18 副组件20 主电路22 副组件电路24 电流传感器26 电流传感器。