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具有較高電壓的汽車電路的制作方法

文檔序號:6110211閱讀:224來源:國知局
專利名稱:具有較高電壓的汽車電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種按照主權(quán)利要求前序部分的具有較高電壓的汽車電路。它尤其包括有一個故障電流保護(hù)電路并使用在一個汽車電路里。
背景技術(shù)
眾所周知,在適用于較高電壓的電路里都裝有一個保護(hù)電路,它在無意中接觸到電路的帶電壓部位時就動作并使通常有的儲能器與其余電路分開。附屬的故障電流監(jiān)控裝置通常用一個電流互感器工作,后者用來測量所出現(xiàn)的故障電流。使所有帶電的導(dǎo)線通過電流互感器并測量電流差。若這電流差不等于零,那么就使保護(hù)開關(guān)打開。
用于汽車?yán)镆环N這樣的故障電流監(jiān)控裝置的一個例子表示于圖1中,這監(jiān)控裝置尤其使用在這樣的汽車電路里,在這個汽車電路里都存在有電壓,這樣的電壓在人接觸時可能對人體有生命危險,其電壓大于65V。按照這個用于故障電流保護(hù)電路的實(shí)例有一個發(fā)電機(jī)1,例如一個用于產(chǎn)生電壓的交流發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)或者交流發(fā)電動的輸出電壓借助于一個換流器2整流并通過導(dǎo)線3和4以及一個開關(guān)5輸送給蓄電池。換流器2是一個設(shè)計(jì)用于三相的例如具有六個脈沖換流器的橋式電路。
流入導(dǎo)線3,4里的電流在一個電流測量裝置里進(jìn)行測量,其中例如使用一個電流互感器7用于測量電流,它求出電流差??刂蒲b置8對所測電流進(jìn)行分析處理并且當(dāng)所測得的電流差超出可以預(yù)先規(guī)定的值時就使開關(guān)5斷開。開關(guān)過程通過相應(yīng)的由控制裝置8產(chǎn)生的控制信號來引起。
因?yàn)樗型娏鞯膶?dǎo)線必須通過電流互感器7,因此需要有一種相對大而昂貴的電流互感器。此外用于電流互感器的結(jié)構(gòu)空間從位置上看靈活性小,因?yàn)樗仨氝@樣布置,使所有通電流的導(dǎo)線都包括進(jìn)去。按照分析處理總電流互感器或者通流互感器的輸出信號的故障電流斷開電路因此是相當(dāng)麻煩費(fèi)錢的。
按照圖1的汽車電路也可以設(shè)計(jì)成一個雙電壓汽車電路的分電路,例如為一個雙電壓汽車電路的高壓側(cè)。與低壓側(cè)的連接則通過一個直流變壓器實(shí)現(xiàn),其例如連接于發(fā)電機(jī)。對于一種這樣的雙電壓汽車電路的實(shí)例已在DE 41 389 43 C1中作了說明。在這種已知的,在圖2中示意表示的雙電壓汽車電路里這布置在兩個分電路之間的直流變壓器26是一個復(fù)雜的充電-/隔離模塊的組成部分,該模塊取決于輸入的信號,例如取決于所測量的電流而使兩個分電路之間的連接斷開并因此在有故障時阻止從一個分電路至另一個的反作用。第一汽車分電路包括了一個發(fā)電機(jī)27、一個電池28以及用電器29,第二分電路則包括一個電池30以及用電器31,例如一個起動器。在這兩分電路中電池28或者30的負(fù)極接地。在括號里的附圖標(biāo)記結(jié)合圖3或者4進(jìn)行說明。故障電流的識別在一種這樣型式的汽車電路中只是難于實(shí)現(xiàn)。
在室內(nèi)電氣布線中目前設(shè)置有所謂故障電流保護(hù)開關(guān),它們用于以更高的安全性防止危險的電流沖擊。這樣的故障電流保護(hù)開關(guān)也稱作為FI-開關(guān),它總是在零導(dǎo)線和保護(hù)導(dǎo)線之間建立連接時就釋放動作。通過斷開位于保護(hù)開關(guān)后的電路部分來避免發(fā)生危險。已知的故障電流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)使它們只需要低的動作電流用來進(jìn)行動作并且具有相對短的斷開時間。

發(fā)明內(nèi)容
具有權(quán)利要求1的特征的具有一個故障電流保護(hù)電路的按照本發(fā)明的具有較高電壓的汽車電路具有以下優(yōu)點(diǎn)不必測量電流就可以實(shí)現(xiàn)一種故障電流斷開,其尤其可以使用在一個汽車電路里并且特別有利地使用在一個具有處于較高電壓的分支部位的汽車電路里。
這些優(yōu)點(diǎn)通過一種電路來實(shí)現(xiàn),在此電路中兩條連接線路在電池和換流器或者與換流器連接的發(fā)電機(jī)之間通過至少各一個高歐姆的電阻接地并測量在這兩個電阻上的電壓降。借助于一個分析處理邏輯裝置檢驗(yàn)兩個電壓的故障電流并在故障情況下,也就是在獲知有故障電流時借助于一個由分析處理邏輯裝置所產(chǎn)生的斷開信號使兩條線路斷開,上述信號被輸送給所屬的開關(guān)。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)通過在從屬權(quán)利要求中所述的措施來實(shí)現(xiàn)。一種特別的優(yōu)點(diǎn)在于單單通過對在兩個電阻上所測壓降的分析處理,也就是說不需要其它的測量裝置或者不需要其它傳感器就可以實(shí)現(xiàn)過電壓監(jiān)測和/或欠電壓的監(jiān)測。為了使快速的載荷變化并不導(dǎo)致電位移動,可以使附帶的電容器與兩個電阻并聯(lián)。借助于合理性檢查,也就是說兩個測量電壓的對比可以更有利地區(qū)分負(fù)荷變換和出現(xiàn)的故障電流。
分析處理邏輯裝置輸出一個斷開信號或者控制信號時的動作閾值可以有利地被設(shè)定于很大程度上為任意的故障電流,一個這樣的極限值有利地為小于30mA??梢院芸斓剡M(jìn)行斷開。
在一種設(shè)計(jì)成雙電壓汽車電路的具有較高電壓的汽車電路的設(shè)計(jì)方案中可以在兩個分電路之間有一個有利的耦合,它確保了在故障情況下在高電壓側(cè),也就是說在處于較高電壓的汽車分電路中強(qiáng)制使高電壓側(cè)硬(hart)接地。實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)點(diǎn)的方法是借助一個平行于直流變壓器的連接元件使兩個通過一個直流變壓器耦合的汽車電路連接起來,其中連接元件監(jiān)測優(yōu)選位于直流變壓器的負(fù)的高壓接頭和汽車電路接地之間的電壓并使之保持在一定極限內(nèi)。連接元件有利地是一種取決于電壓的電阻,一種穩(wěn)壓二極管或者一種通過在負(fù)的電壓接頭和地之間的電壓差進(jìn)行控制的連接元件。
用這種雖然不是F1-接線的電路確保了在高電壓范圍和低電壓范圍之間不超過一個最大許可的絕緣電壓,或者說用這樣一種接線可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)于一個明顯更低的絕緣電壓并因此實(shí)現(xiàn)汽車電路部件或者構(gòu)件的保護(hù)。


圖1表示了一種已知的和當(dāng)前常用的故障電流保護(hù)電路,圖2則表示一種已知的雙電壓汽車電路。兩種已知的電路在“背景技術(shù)”部分中作了詳細(xì)說明。圖3表示了一個具有一種按照本發(fā)明的故障電流保護(hù)電路的汽車電路的框圖,圖4表示了兩個不同電壓的汽車分電路的連接方案。以下對于圖3和4中所示的電路加以說明。
具體實(shí)施例方式
圖3中表示了一個汽車電路的或者一個汽車分電路的,優(yōu)先是高電壓分電路連同一個按照本發(fā)明的故障電流保護(hù)電路的對于理解本發(fā)明來說主要的部件。
圖3詳細(xì)表示了一個汽車電路或者汽車分電路,它具有一個電機(jī)10,例如一個三相起動器發(fā)電機(jī)10或一個用于混合動力汽車電路的電機(jī),它或者它們通常與一個換流器11連接。換流器11為具有例如六個脈沖換流器的橋電路,從這個換流器11引出的兩條線路12,13通過開關(guān)14至電池15。通過在電池15和換流器11或者電機(jī)10之間的連接線路當(dāng)電機(jī)10為正常的發(fā)電運(yùn)行時使電池15充電。若使用一種起動器發(fā)電機(jī)作為電機(jī)10,那么在起動情況下電動機(jī)就可以作為起動器工作也就是說作為電動機(jī)并通過換流器11從電池15獲得電能。
在線路12和地,尤其中汽車地或車身地40之間在按圖3的實(shí)施例中設(shè)有一個并聯(lián)電路,這個電路由一個電阻16、一個電容17和一個電壓計(jì)18組成。在線路13和地之間并聯(lián)接有一個電阻19、一個電容20和一個電壓計(jì)21。兩個電容17和20不一定必需。
電壓計(jì)18測量電阻16上的的電壓降,電壓計(jì)21測定電阻19上的壓降,電壓計(jì)18和21都與分析處理邏輯裝置24連接并提供應(yīng)該要進(jìn)行分析處理的測量值。對應(yīng)的在電壓計(jì)18或者21之間的連接用22和23表示。如果分析處理邏輯裝置24通過對電壓的分析處理確定了故障電流,那么它就是通過一個連接25將控制信號傳送給開關(guān)14并操縱開關(guān)使電池脫開。因此使汽車電路可以無電壓地接通。在達(dá)到可以預(yù)先規(guī)定的可以推斷出一種故障的條件時,就使在電池15和換流器11或者連接于換流器11的發(fā)電機(jī)11之間的兩個連接線路12,13中斷開并保證一種故障電流保護(hù)。
按圖3所示的按照本發(fā)明的實(shí)施例的特征在于,可以實(shí)現(xiàn)一種故障電流斷開,它不需要測量電流就可以。重要的是高壓線路也可以在汽車電路中,這些高壓線路上主要是高于12V的電壓。在一種用于混合動力汽車的電路中在高壓側(cè)的電壓例如為65V和更高,其中但在某些條件下也可以用更高得多的電壓,直至288V。在這些條件下借助于FI-接線進(jìn)行保護(hù)肯定是必需要的。在一種12/42汽車電路中一種這樣的保護(hù)同樣也可能是適宜的。
在按圖3的實(shí)施例中兩條連接線路12,13通過至少一個高歐姆電阻16和19接地。因此產(chǎn)生一種分壓器,它使地電位40在線路12和13的電位之間。若故障電流從線路12或線路13向著地40流出,那么分壓器就“走樣”,借助于電壓計(jì)18和21所測得的電壓的關(guān)系發(fā)生變化并因此識別出故障電流。為了識別故障電流可以將兩個所測的電壓輸送給例如分析處理邏輯裝置24,在其中進(jìn)行故障識別。故障識別的一種方法例如是通過將求出的電壓關(guān)系與一個極限值比較和在達(dá)到或超出這極限值時的故障識別。在故障情況對則通過開關(guān)14實(shí)現(xiàn)斷開,其中使電池與汽車電路其余部分分離開。
在圖3所示的汽車電路中也可以是汽車的一處于相對于通常的汽車電路電壓12V來說更高的電壓例如288V的高壓電路,它例如通過一個電壓變換器與通常的汽車電路相連接。高壓電路在圖3所示的實(shí)施形式中與汽車地并沒有低歐姆的連接。為了阻止高壓電路的電位不可控制地漂移離開,設(shè)有高歐姆電阻16或者19以及電容17,20。如果這些元件分別成對地大小相同,那么就使電路保持與汽車地對稱。重要的是必須保持電阻值,使并沒有由電阻而引起顯著的損失,也就是說并沒有重大的電流從線路12經(jīng)電阻16或者從線路13經(jīng)電阻19流向地。電阻16和19的適宜的值例如為2兆歐姆。
若有人碰到導(dǎo)線12或13之一并且同時碰到汽車地或者車身地,那就形成一個故障電流,它導(dǎo)致了明顯的電位移動。這種電位移動可以按照本發(fā)明進(jìn)行分析處理。此時人就象一個電阻,它與電阻16或19并聯(lián)。在這種情況下分壓器就同樣也“走樣”,這可以被用來識別故障。
為了使快速的負(fù)載變化,也就是說汽車電路負(fù)載的快速變化并不造成電位移動,電容17,20與電阻16,19并聯(lián)連接。若對于兩個在電阻16,19上或者降低的電壓進(jìn)行測量,那就可以明確地推斷出有一個故障電流。必須對兩個電壓進(jìn)行測量。合理性控制就可以在負(fù)載變換之間進(jìn)行區(qū)分,也就是說在快速變化的汽車電路的負(fù)載和故障電流之間區(qū)分。
分析處理邏輯裝置24通過對比兩個電壓來識別故障電流,它可以被設(shè)定于差不多任意的故障電流,通常是小于30毫安(mA)的故障電流。在達(dá)到所設(shè)定的故障電流時就從這分析處理邏輯裝置24輸出一個相應(yīng)的信號至開關(guān)15并使之打開。
在具有一種雙電壓汽車電路的汽車中,如果沒有采取其它的保護(hù)措施的話,那么由于安全方面的原因高電壓系統(tǒng)應(yīng)該相對于地例如相對于外殼浮置(potenticelfrei),并附帶地接觸安全地設(shè)計(jì)。這意味著,必需保證在高電壓電路和低電壓電路之間電位分離。這尤其是因?yàn)樵诰哂械碗妷和ǔ?2V的低電壓汽車電路中汽車車身是負(fù)極。例如至288V并必要時下更高的高電壓汽車電路同時以很高歐姆連接于車身電位,以便使電壓電位不會任意地漂移。這種電壓連接通過對稱電阻16,19和/或電容17,20而得到。這些事實(shí)的先決條件是,由兩個所測的電壓或者在電阻17,19上的電壓降通過電壓的相互比較可以識別出整個系統(tǒng)是否正常。
如果沒有故障而且電壓電位位于可預(yù)先規(guī)定的極限之內(nèi),那么電阻16和19的電阻值之比與兩個所測電壓之比相同。如果由于有接觸或者在汽車電路里有其它的故障使高壓汽車電路里的電流全部或部分地通過汽車車身流出,那么電阻電壓分配器就相應(yīng)地走樣,因?yàn)榻?jīng)過這兩個電阻16,19有不同的電流流過。所出現(xiàn)的兩個電壓降比值的變化可以在分析處理邏輯裝置8里識別并由此引起一種反應(yīng)。這種反應(yīng)例如可以是斷開高壓,一種這樣的反應(yīng)例如當(dāng)分壓器的移動達(dá)到了可預(yù)先規(guī)定的值時,才動作。這些值又可以相對自由地選擇。
圖4表示了按圖2所示雙電壓汽車電路的一種技術(shù)方案,其中兩個分電路之間的耦聯(lián)通過直流變壓器32而實(shí)現(xiàn)。第一個分電路有一個發(fā)電機(jī)33并包括沒有單獨(dú)示出的換流器,一個蓄電池34以及用電器35,第二個分電路則有一個電池36以及用電器37。低電壓汽車電路(12/14V)接地,其中電池36的負(fù)極接地。高電壓汽車電路則與此相反作為可控制的懸浮的牽引電路(Traktionsnetz)接通,為了與低電壓汽車電路耦聯(lián)除了直流變壓器32之外還有一個連接元件38平行于直流變壓器,而且連接元件的一個取決于電壓的連接元件,它監(jiān)測在負(fù)的高電壓接頭(B-)和電路接地之間的電壓并使其保持在一定的極限值里。
圖4給出了三種用于實(shí)現(xiàn)連接元件38的方案。高電壓側(cè)的負(fù)接頭(B-)通過一個取決于電壓的電阻38a(其值例如與電壓U成比例變化)穩(wěn)壓二極管或者通過一個連接元件38c(此元件38c通過(B-)和接地之間的電壓差來控制)與地或多或少高歐姆地連接。原則上也可以使正的高電壓接頭(B+)與地連接。備選地也可以連接于在直流變壓器和電池之間的14V線路而不接地。
平行于直流變壓器32的連接元件38功能在其設(shè)計(jì)方案中為如下如果高電壓側(cè)的參照電位相對于汽車地超過了一定的電壓,那么電壓控制的電阻38a的值就降低并使高電壓側(cè)的參照電位又接地,其中這過程不斷地進(jìn)行。如果使用一種穩(wěn)壓二極管38b作為連接元件38,那么連接元件高壓側(cè)3的參照電位則相反跳躍式接地。如果在高電壓側(cè)的參照電位和地之間的電壓大致等于零,那么這兩個汽車電路相互不連接或者只是很高歐姆地連接。
為了使高電壓側(cè)對于14V汽車電路的干擾輸入盡可能地小,可能適宜的是不用穩(wěn)壓二極管或取決于電壓的電阻而采用一個主動的連接元件。38c表示了一種可能的技術(shù)方案。一種這樣的連接元件39必須至少由一個用于電壓測量的單元和一個開關(guān)組成。為了抑制在開關(guān)動作時的干擾峰值??梢栽O(shè)有一個由線圈、電容和電阻組成的網(wǎng)絡(luò)并布置于開關(guān)之前。在故障情況下可以使開關(guān)關(guān)閉并使高壓側(cè)接地。
權(quán)利要求
1.在汽車?yán)锏木哂休^高電壓的汽車電路,尤其具有故障電流保護(hù)電路,汽車電路包括有至少一個電機(jī)、換流器以及兩個在換流器和電池之間的連接線路,并且故障電流保護(hù)電路具有開關(guān)用于切斷至電池的兩個連接,并且還具有分析處理邏輯裝置,它在可以預(yù)先規(guī)定的條件下使開關(guān)打開,其特征在于,這些條件就是在電阻(16)、(19)上降落的電壓,其中電阻(16)接在第一線路(12)和地之間,而電阻(19)則接在第二線路(13)和地之間,而且兩條線路(12)和(13)分別將對應(yīng)的電池(15)的接頭與換流器(11)或者發(fā)電機(jī)(10)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,并聯(lián)于電阻(16)和/或并聯(lián)于電阻(19)分別有電容(17)(20)用于阻止在快速負(fù)荷變換時發(fā)生電位移動。
3.按權(quán)利要求1或2所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,在兩個電阻(16)、(19)上降落的電壓各借助于電流計(jì)(18)、(21)求出并使測量值通過相應(yīng)的連接輸送給分析處理邏輯裝置(24)。
4.按上述權(quán)利要求之一所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,分析處理邏輯裝置(24)由兩個輸入電壓形成電壓差并由電壓差確定故障電流并在到達(dá)可以預(yù)定的故障電流值時使開關(guān)(14)打開。
5.按權(quán)利要求4所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,可以選擇電流的可以預(yù)定的極限值并優(yōu)選為30mA。
6.按上述權(quán)利要求之一所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,它是雙電壓汽車電路的組成部分并布置在汽車電路的具有較高電壓那一側(cè)。
7.按上述權(quán)利要求之一所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,電阻17,19的值相等并優(yōu)選為2兆歐姆。
8.按上述權(quán)利要求之一所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,對在兩個電阻上降落的電壓的關(guān)系進(jìn)行分析處理用于識別故障電流。
9.按上述權(quán)利要求之一所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,在分析處理邏輯裝置(24)里進(jìn)行合理性試驗(yàn),用于區(qū)分負(fù)載變換和故障電流。
10.按上述權(quán)利要求之一所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,除了故障電流識別之外進(jìn)行過電壓/欠電壓的監(jiān)測。
11.按上述權(quán)利要求之一所述的故障電流保護(hù)電路,其特征在于,它是混合動力汽車的車內(nèi)電路的組成部分。
12.具有較高電壓的汽車電路,具有兩個分電路,它們通過直流變壓器相互連接,所述汽車電路具有保護(hù)電路,其特征在于,分電路之一并不接地或只是很高歐姆地接地,而保護(hù)電路包括有取決于電壓的電路,它平行于直流變壓器并在故障情況使這并不與地相連的汽車分電路接地。
13.按權(quán)利要求11所述的保護(hù)電路,其特征在于,取決于電壓的電路至少包括有一個取決于電壓的電阻或穩(wěn)壓二極管。
14.按權(quán)利要求11所述的保護(hù)電路,其特征在于,取決于電壓的電路包括有至少一個主動的連接元件,該連接元件具有開關(guān)和電壓計(jì)。
15.按權(quán)利要求12所述的保護(hù)電路,其特征在于,它是混合動力汽車的電路的組成部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種故障電流保護(hù)電路,它優(yōu)選裝入在一個汽車電路里,尤其是一個多電壓汽車電路里、并且不測量電流地工作。故障電流在一個分析處理邏輯裝置里通過對兩種電壓的分析處理來求得。這兩種電壓是在兩個高歐姆電阻上的電壓降,它們分別位于在帶電池和發(fā)電機(jī)之間的連接和地之間。如果分析處理邏輯裝置識別出一個故障電流,那么它就使兩個在電池和發(fā)電機(jī)或者汽車電路之間的連接分開。此外對于一個具有兩個通過直流變壓器相連接的汽車分電路的雙電壓汽車電路,可以設(shè)有一個取決于電壓的電路的直流變壓器的平行電路,用此平行電路在有故障時使高壓側(cè)接地。
文檔編號G01R27/18GK101069333SQ200580041112
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者M·特倫克, A·沃格納 申請人:羅伯特·博世有限公司
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