本發(fā)明涉及一種用于識(shí)別在車載電源中的中斷(disruption)特別是電弧的裝置，并且涉及相應(yīng)的方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代車輛中電力消耗體以及其用電量持續(xù)增長(zhǎng)。這是考慮為車輛配備48V車載電源的原因，該車載電源能夠向車輛中的不同消耗體(負(fù)載)以平穩(wěn)的電流強(qiáng)度供應(yīng)較大量的電力。然而，使用48V導(dǎo)致了如下問(wèn)題，在被短路損壞的情況下，由于48V高于電弧點(diǎn)火電壓而形成穩(wěn)定的電弧。然而，穩(wěn)定電弧的形成不僅發(fā)生在于機(jī)動(dòng)車輛中的48V車載電源中，而且還在以高于電弧點(diǎn)火電壓的電壓操作的通常的車載電源供應(yīng)中，諸如在飛機(jī)中、船舶中或鐵路車輛中。

傳統(tǒng)地，利用安全熔斷器保護(hù)車載電源中的電線。然而，由于電弧在電線中充當(dāng)附加阻抗，所以限制了短路電流使得不觸發(fā)熔斷器。

通常，在兩種電弧類型之間做出區(qū)分，即，串聯(lián)電弧和并聯(lián)電弧，下面將詳細(xì)說(shuō)明。

圖1示出并聯(lián)電弧以及，特別地，在具有48V電壓源的車載電源中的開(kāi)關(guān)布置以及隨著時(shí)間的電流分布的實(shí)例。并聯(lián)電弧與負(fù)載并聯(lián)。例如，這是由有缺陷的電纜絕緣導(dǎo)致的，使得短路發(fā)生于主體或存在的12V車載電源。伴隨著并聯(lián)電弧，電流強(qiáng)度具有一系列幾百安培的尖峰。然而，由于尖峰能夠是短的，所以平均電流經(jīng)常不足以觸發(fā)熔斷器。

圖2示出串聯(lián)電弧以及，特別地，在具有48V電壓源的車載電源中的開(kāi)關(guān)布置的實(shí)例。串聯(lián)電弧與負(fù)載串聯(lián)。例如，這由電纜斷裂或插座接頭的損壞導(dǎo)致。串聯(lián)電弧在電路中充當(dāng)附加阻抗，使得與電路的未受損傷的狀態(tài)相比，電流強(qiáng)度下降。結(jié)果，串聯(lián)電弧限制了負(fù)載電流使得不觸發(fā)熔斷器。

串聯(lián)電弧和并聯(lián)電弧二者都產(chǎn)生非常高的溫度，使得穩(wěn)定的電弧對(duì)車輛引起嚴(yán)重的損壞。結(jié)果，期望能夠提早識(shí)別電弧的出現(xiàn)。然而，非常難以從負(fù)載處的電流減小的浮動(dòng)中區(qū)分由串聯(lián)電弧導(dǎo)致的電流限制。特別地，由于通過(guò)熔斷器的電流通過(guò)電弧效應(yīng)而降低使得不觸發(fā)熔斷器，所以不能夠經(jīng)由熔斷器進(jìn)行48V車載電源中的電線保護(hù)。

識(shí)別中斷(即，高阻抗短路)產(chǎn)生了例如在電線的緩慢磨損和/或電遷移期間發(fā)生的特定的問(wèn)題。此處由于短路電弧電流能夠位于負(fù)載區(qū)域，所以難以識(shí)別短路電弧電流。另一方面，電弧功率不是很高，并且因此其識(shí)別可能需要更多時(shí)間。

下面描述檢測(cè)并聯(lián)電弧和串聯(lián)電弧的已知的可行方式。

在并聯(lián)電弧的情況下，電流的一部分經(jīng)由平行于負(fù)載的短路大規(guī)模地穿過(guò)電弧而流通(見(jiàn)圖1)。從而饋送到電線的電流I_in為I_load+I_arc。因此能夠通過(guò)不同的電流測(cè)量來(lái)識(shí)別帶有電弧的并聯(lián)短路。測(cè)量了電線中的電流I_in以及流到負(fù)載的電流I_load。在沒(méi)有并聯(lián)短路的情況下，I_load＝I_in。在有并聯(lián)短路的情況下，能夠計(jì)算出I_arc＝I_in-I_load。因此，識(shí)別的條件是I_in-I_load>0。

DE 10 2012 023 460 A1公開(kāi)了這樣一種識(shí)別機(jī)動(dòng)車輛車載電源中的并聯(lián)電弧的方法。機(jī)動(dòng)車輛車載電源包括網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中的組件路徑，該組件路徑具有至少一個(gè)電子組件。機(jī)動(dòng)車輛車載電源具有組件路徑中的第一和第二電流測(cè)量單元，以測(cè)量各個(gè)組件路徑中的電流。在組件路徑中，第一電流測(cè)量單元測(cè)量第一測(cè)量點(diǎn)處的電流，并且第二電流測(cè)量單元測(cè)量第二測(cè)量點(diǎn)處的電流。為了關(guān)于電弧的產(chǎn)生而監(jiān)測(cè)組件路徑，機(jī)動(dòng)車輛車載電源包括至少一個(gè)電弧監(jiān)測(cè)單元，該電弧監(jiān)測(cè)單元利用在第一電流測(cè)量單元測(cè)量的電流與在第二電流測(cè)量單元中測(cè)量的電流之間的電流差來(lái)識(shí)別電弧。

在串聯(lián)電弧的情況下，電弧通過(guò)電路中的中斷(例如，斷線故障)而形成為與負(fù)載串聯(lián)。由于電弧兩端的電壓降，所以應(yīng)用U_in-U_load＝I×Z_wire+U_arc。由于具有通常高于15V的U_arc的電弧電壓非常高，所以電線阻抗Z_wire的電壓降在第一近似中可以忽略，并且使用U_in-U_load>15V作為識(shí)別串聯(lián)電弧的條件。

從而能夠利用在電線的開(kāi)始和末端處的不同電流測(cè)量來(lái)識(shí)別并聯(lián)電弧，并且能夠利用不同的電流測(cè)量識(shí)別串聯(lián)電弧。

如果在電流分配器中進(jìn)行在電線的開(kāi)始處的電流和電壓測(cè)量并且在負(fù)載中進(jìn)行在電線的末端處的電流和電壓的測(cè)量，則必須進(jìn)行測(cè)量信號(hào)到評(píng)估單元的通信。

然而，這種方法的問(wèn)題是在負(fù)載中和在饋送電流分配器中的測(cè)量互相獨(dú)立地進(jìn)行，并且測(cè)量值必須首先經(jīng)由總線系統(tǒng)而聯(lián)通。因此測(cè)量值是關(guān)于彼此異步的和延遲的。測(cè)量的同步并且考慮時(shí)間延遲在技術(shù)上非常復(fù)雜。即使沒(méi)有電弧，電流分配器也能夠在其周期采樣期間檢測(cè)到峰值，然而在負(fù)載處，其能夠精確地檢測(cè)稍微延遲的局部最小值。從而簡(jiǎn)單的差形成產(chǎn)生了偽誤差。這特別適用于本應(yīng)識(shí)別具有負(fù)載范圍內(nèi)的電流的高阻抗短路時(shí)。

圖3示出其中測(cè)量值是關(guān)于彼此異步的和延遲的系統(tǒng)的實(shí)例。該實(shí)例包括負(fù)載，從電池經(jīng)由供電線向該負(fù)載供電。從而來(lái)自電流分配器的電流被分配到不同的負(fù)載。負(fù)載是智能負(fù)載，即，負(fù)載包括測(cè)量負(fù)載上的電壓和電流強(qiáng)度的電子電路。利用串行接口經(jīng)由通信信道將測(cè)量值發(fā)送到電流分配器。

電流分配器包括接收單元，該接收單元接收由負(fù)載發(fā)送的測(cè)量值，并且將測(cè)量值轉(zhuǎn)送到評(píng)估單元。電流分配器還配置成測(cè)量流經(jīng)電流分配器的電流以及施加到電流分配器的電壓。這些測(cè)量值也由評(píng)估單元檢測(cè)?；诮邮盏臏y(cè)量值，評(píng)估單元識(shí)別電弧的出現(xiàn)。

圖4示出在評(píng)估單元中經(jīng)由數(shù)據(jù)的通信信道的異步和延遲到達(dá)的問(wèn)題。圖4的上部部分示出測(cè)量量的時(shí)間脈沖波形，所述測(cè)量量諸如，例如在沒(méi)有電弧的情況下在電流分配器和負(fù)載處的電流強(qiáng)度。

圖4的中部部分示出在電流分配器中的時(shí)刻(tsv)時(shí)的測(cè)量點(diǎn)。電流分配器沒(méi)10ms測(cè)量一次。

圖4的下部部分示出在負(fù)載中在時(shí)刻(tL)時(shí)的測(cè)量點(diǎn)。負(fù)載每8ms測(cè)量一次，從而電流分配器與負(fù)載之間的取樣間隔不同。另外，電流分配器和負(fù)載不同時(shí)地啟動(dòng)測(cè)量，而是有2ms的偏差。從而不同步地進(jìn)行測(cè)量。

此外，由于通信信道的時(shí)間延遲，使得測(cè)量值不同時(shí)地存在于在電流分配器中。在圖4中假設(shè)通信信道導(dǎo)致了20ms的延遲。電流分配器基于存在的測(cè)量值的差每5ms執(zhí)行一次電弧的檢測(cè)。在電流分配器中，在0-4ms間隔時(shí)間中發(fā)現(xiàn)測(cè)量值tsv0，并且在10-14ms間隔時(shí)間中發(fā)現(xiàn)測(cè)量值tsv10。在20-24ms間隔時(shí)間中發(fā)現(xiàn)值tsv20和tL2，在30-34ms間隔時(shí)間中發(fā)現(xiàn)值tsv30和tL10，在35-39ms間隔時(shí)間中發(fā)現(xiàn)值tL18，在40-44ms間隔時(shí)間中發(fā)現(xiàn)值tsv40和tL26，并且在50-55ms間隔時(shí)間中發(fā)現(xiàn)值tsv50和tL34。如果在間隔時(shí)間中的測(cè)量值具有大于閾值的差，則評(píng)估單元判定存在電弧。然而，如果測(cè)量的數(shù)量大幅地變化，則由于異步性和時(shí)間延遲，該判定可能是錯(cuò)誤的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是基于提供簡(jiǎn)單的和可靠的用于識(shí)別車載電源中的中斷的裝置的目的。

該目的通過(guò)具有第一方面的特征的裝置和具有第十一方面的特征的方法而實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中描述優(yōu)選實(shí)施例。

根據(jù)實(shí)施例，用于識(shí)別車載電源中的中斷的裝置包括：接收單元，該接收單元接收測(cè)量值的第一和第二時(shí)間序列，其中在車載電源的第一測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量第一時(shí)間序列的測(cè)量值，并且在車載電源的不同于所述第一測(cè)量點(diǎn)的第二測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量第二序列的測(cè)量值，并且車輛至電值或電壓值；并且包括評(píng)估單元，該評(píng)估單元基于所述第一序列的測(cè)量值的第一離差與第二序列的測(cè)量值的第二離差的比較來(lái)識(shí)別中斷的發(fā)生。

通過(guò)使用測(cè)量值的離差，能夠利用獨(dú)立的、異步的并且時(shí)間延遲的測(cè)量執(zhí)行中斷的識(shí)別。特別地，在兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)處的測(cè)量不需要同步。因此，通過(guò)使用測(cè)量值的離差，通過(guò)關(guān)于測(cè)量誤差(測(cè)量中的偏離誤差、比例誤差)的系統(tǒng)相關(guān)不變性而獲取了誤差寬容度。從而本發(fā)明使用隨機(jī)方法以識(shí)別表示中斷的電流和電壓差。

另外，本發(fā)明使用在車載電源的不同點(diǎn)處已經(jīng)可得(但不同步)的電流和電壓測(cè)量。這時(shí)，能夠避免用于同步差動(dòng)測(cè)量的附加的、新的、快的以及昂貴的同步總線系統(tǒng)。此外，對(duì)于電流/電壓測(cè)量的不精確(測(cè)量誤差)存在寬容度。

根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)?shù)谝浑x差與第二離差相差預(yù)定百分?jǐn)?shù)時(shí)，評(píng)估單元識(shí)別中斷的發(fā)生。

該百分?jǐn)?shù)能夠選擇為使得中斷的識(shí)別時(shí)間太小以致于在例如由中斷消耗了1kJ之前就關(guān)閉。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，如果測(cè)量值代表電流值則評(píng)估單元將并聯(lián)電弧識(shí)別為中斷，并且當(dāng)測(cè)量值代表電壓值時(shí)則評(píng)估單元將串聯(lián)電弧識(shí)別中斷。

從而，該裝置能夠既用于差動(dòng)電流也用于差動(dòng)電壓分析，并且結(jié)果能夠識(shí)別并聯(lián)電弧和串聯(lián)電弧。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，接收單元接收第一序列和/或第二序列的新的測(cè)量值，并且當(dāng)接收單元接收新的測(cè)量值時(shí)，評(píng)估單元分別利用指數(shù)平滑法計(jì)算第一離差和/或第二離差。換言之，評(píng)估單元分別在移動(dòng)時(shí)間窗口中利用指數(shù)平滑法計(jì)算第一離差和/或第二離差。

結(jié)果，裝置連續(xù)地計(jì)算離差的新的值。這使得實(shí)現(xiàn)了測(cè)量值或者誤差電流識(shí)別/電壓降識(shí)別的在線估算。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，裝置還包括“第一測(cè)量單元，該第一測(cè)量單元計(jì)算所述第一序列的測(cè)量值，并且將測(cè)量的測(cè)量值寄到所述接收單元。

從而裝置檢測(cè)第一序列的測(cè)量值并且接收第二序列的測(cè)量值。

根據(jù)的另一優(yōu)選實(shí)施例，裝置還包括：第二測(cè)量單元，采用該第二測(cè)量單元計(jì)算所述第二序列的測(cè)量值，并且將測(cè)量的測(cè)量值寄到所述接收單元。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，在第一測(cè)量點(diǎn)處在第一時(shí)刻點(diǎn)測(cè)量的第一測(cè)量值和在第二測(cè)量點(diǎn)處的不同于第一時(shí)刻點(diǎn)測(cè)量的第二測(cè)量值被接收單元指定為第一序列和第二序列中的相同的時(shí)間點(diǎn)。換言之，這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量值分別同時(shí)地用于穿過(guò)移動(dòng)時(shí)間串口的離差的預(yù)期目的，并且從而在用于第一測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間窗中確定連續(xù)的離差，并且在用于第二測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間窗口中確定連續(xù)的離差。

因此，能夠從異步的并且延遲的測(cè)量中識(shí)別中斷。從而，不需要使兩個(gè)測(cè)量同步。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，如果當(dāng)測(cè)量值代表電流值時(shí)，如果在第一或第二序列中的測(cè)量值的至少一個(gè)超過(guò)閾值，則評(píng)估單元仍能識(shí)別中斷的發(fā)生。

該附加功能使得能夠在電流變得太大以致于損壞車載電源之前快速地識(shí)別中斷的發(fā)生。特別地，能夠以該方式可靠地識(shí)別并聯(lián)電弧情況下的電流尖峰(見(jiàn)圖1)。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，車載電源包括：電流分配器、負(fù)載以及連接電流分配器與負(fù)載的電線，并且所述第一測(cè)量點(diǎn)位于電流分配器與電線的連接部上，和/或第二測(cè)量點(diǎn)位于負(fù)載與電線的連接部上。

結(jié)果，能夠在電流分配器與負(fù)載之間的電線中識(shí)別中斷。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，為了減少裝置中的數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)置了測(cè)量值的分散式預(yù)處理。例如，在將數(shù)值經(jīng)由通信總線傳輸之前，將測(cè)量值處理為代表測(cè)量值的離差的數(shù)據(jù)。這能夠用于一個(gè)甚至兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)。如果通過(guò)測(cè)量點(diǎn)和評(píng)估單元的局部鄰接而在評(píng)估單元中已經(jīng)發(fā)生了測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量值的預(yù)處理，則僅有其它測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)需要分散地預(yù)處理并且經(jīng)由通信總線(例如，圖3所示的串行總線接口)傳輸。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于識(shí)別車載電源中的中斷的方法，步驟包括：接收測(cè)量值的第一和第二時(shí)間序列，其中在車載電源的第一測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量第一序列的測(cè)量值，并且在車載電源的不同于所述第一測(cè)量點(diǎn)的第二測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量第二序列的測(cè)量值，并且測(cè)量值代表電流值或電壓值，并且基于所述第一序列的測(cè)量值的第一離差與第二序列的測(cè)量值的第二離差的比較(識(shí)別偏差)來(lái)識(shí)別中斷的發(fā)生。

附圖說(shuō)明

下面將在附圖的幫助下詳細(xì)描述本發(fā)明。

圖1示意性地示出并聯(lián)電弧和由此產(chǎn)生的電流強(qiáng)度的時(shí)間脈沖波形。

圖2示意性地示出串聯(lián)電弧的產(chǎn)生。

圖3示出其中測(cè)量值是關(guān)于彼此異步的和延遲的系統(tǒng)的實(shí)例。

圖4示出在電流分配器中經(jīng)由通信信道的數(shù)據(jù)的異步和延遲到達(dá)的問(wèn)題。

圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于識(shí)別車載電源中的中斷的裝置。

圖6示出具有48V車載電源的機(jī)動(dòng)車輛中的動(dòng)力底盤功能的典型負(fù)載電流I_load。

圖7示出圖6的負(fù)載電流的頻率分布p(I(A))。

圖8示意性地示出具有并聯(lián)電弧的車載電源。

圖9示出具有并聯(lián)電弧的I_arc的電流情況。

圖10示出電弧電流I_arc的頻率分布。

圖11示出總電流I_in＝I_arc+I_load的頻率分布。

圖12示出在相同范圍中的總電流I_in＝I_load+I_arc。

圖13示出由于常數(shù)測(cè)量誤差導(dǎo)致的概率分布的移位。

圖14示出在不存在并聯(lián)電弧的情況下的I_in和I_load的離差。

圖15示出在不存在并聯(lián)電流并且I_in的測(cè)量誤差是5A的情況下的I_in和I_load的離差。

圖16示出在存在誤差電流(根據(jù)圖7的并聯(lián)電弧)的情況下的I_in和I_load的離差。

圖17示出當(dāng)在10s后產(chǎn)生誤差電流時(shí)的I_in和I_last的離差。

圖18示出圖15的時(shí)間放大。

圖19示出在具有根據(jù)圖17的情況的電弧中消耗的能量。

圖20示出并聯(lián)電弧的具體測(cè)量。

圖21示出對(duì)于圖20中的測(cè)量的濾波輸出。

圖22示出串聯(lián)電弧的電弧電壓U_arc。

圖23示出不同的電壓測(cè)量的濾波輸出變量。

圖24示出本發(fā)明的實(shí)施例的操作范圍。

具體實(shí)施方式

下面參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。不同附圖中的相似或相應(yīng)的元件設(shè)有相同或相似的參考標(biāo)號(hào)。

將參考用于識(shí)別車載電源中的中斷的裝置詳細(xì)描述下面將詳細(xì)描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，注意下面的描述僅包含實(shí)例，并且不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的描述。

圖5示意性地示出包括接收單元11和評(píng)估單元12的裝置1。尤其，電線使電源2與負(fù)載3相連接。此外，電線與負(fù)載3大量連接。中斷例如是電線上的串聯(lián)電弧或并聯(lián)電弧。特別地，中斷能夠是例如在電線的緩慢磨損和/或電遷移期間產(chǎn)生的高阻抗短路。電線能夠是負(fù)載3與電源2等之間的車載電源的一部分或者大部分。車載電源能夠是機(jī)動(dòng)車輛、飛機(jī)、船舶或軌道車輛的一部分。例如，裝置1能夠布置在分配器中和/或上或者布置在負(fù)載中和/或上。

接收單元11適于接收測(cè)量值的第一和第二時(shí)間序列。第一序列的測(cè)量值是在車載電源的第一測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量的。第二序列的測(cè)量值是在車載電源上的不同于第一測(cè)量點(diǎn)的第二測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量的。測(cè)量值能夠代表電流值或電壓值。如果測(cè)量電流值，則能夠識(shí)別并聯(lián)電弧作為中斷。如果測(cè)量電壓值，則能夠識(shí)別串聯(lián)電弧作為中斷。

能夠在電線與負(fù)載3以及與電源2連接的各個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量。圖5以示例性方式示出在電線與電壓源的連接部處以及在電線與負(fù)載的連接器部處測(cè)量電壓。

評(píng)估單元12適于基于第一序列的測(cè)量值的第一離差(dispersion)和第二序列的測(cè)量值的第二離差的比較來(lái)識(shí)別中斷的發(fā)生。

特別地，離差能夠是從平均值偏差的期望值(標(biāo)準(zhǔn)偏差)。然而，離差不限于此，并且能夠是例如變差、擴(kuò)展(spread)、平均絕對(duì)偏差、關(guān)于中值的平均絕對(duì)偏差、絕對(duì)偏差的中值、變差系數(shù)或(內(nèi))四分位數(shù)間距。

例如，評(píng)估單元12識(shí)別諸如例如電弧這樣的中斷，即，在兩個(gè)電極之間排出的自不滅氣體，因?yàn)檫@引起了兩個(gè)離差的顯著誤差。然而，通常，不僅是電弧，而且導(dǎo)致測(cè)量值的離差的嚴(yán)重偏離(例如，多于150％)的任何中斷(諸如，例如，高阻抗短路)都能夠被識(shí)別。

裝置1還能夠控制開(kāi)關(guān)。當(dāng)評(píng)估單元12識(shí)別離差的產(chǎn)生時(shí)，裝置1斷開(kāi)開(kāi)關(guān)以將電壓源2從負(fù)載3分離。開(kāi)關(guān)有利地為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，例如諸如能夠以最小延遲控制的功率MOSFET(半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)這樣的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。裝置能夠包括開(kāi)關(guān)。

下面將使用并聯(lián)電弧作為具有48V車載電源的機(jī)動(dòng)車輛中的中斷說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。

在圖6中，隨著時(shí)間示出負(fù)載電流I_load。如果不存在并聯(lián)短路，則在電線的末端處(朝著負(fù)載)的電流I_in等于饋送分配器中的電流(I_load-I_in，比較圖1)。圖6考慮了(在48V中使用的)動(dòng)態(tài)底盤動(dòng)能的典型負(fù)載電流。

圖7示出在以起始值0s在每10ms的采樣的情況下在10ms采樣期間內(nèi)的圖6中的負(fù)載電流I_load的概率分布/頻率分布P(I(A))。在10ms采樣期間且在以起始值5ms(異步，相移180°)的情況下，實(shí)質(zhì)上產(chǎn)生相同的圖像。獨(dú)立的測(cè)量值自始至終確實(shí)顯示了不同，然而，只要觀測(cè)周期大致大于兩個(gè)采樣值(采樣率)之間的時(shí)間并且大于測(cè)量之間的時(shí)間延遲(此處：1s>>10ms)，則概率分布保持為相同的。只要不存在并聯(lián)電弧，則在分配器和負(fù)載中的概率分布就非常相似(幾乎相同)。

圖8示意性地示出具有并聯(lián)電弧的車載電源。輸入電流現(xiàn)等于I_in＝I_arc+I_load。

圖9示出具有較高的阻抗連接(在3Ohm范圍內(nèi)的R_KS)的并聯(lián)電弧的I_arc的電流分布。產(chǎn)生的電弧電流清晰地在負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載范圍內(nèi)(比較圖6)，并且從而不能夠被簡(jiǎn)單的閾值構(gòu)造來(lái)識(shí)別。該電弧電流加到圖6的負(fù)載電流。電弧測(cè)量已經(jīng)顯示了電弧電流代表間歇的、隨機(jī)的變量。

圖10示出電弧電流p(I_arc)的頻率分布。由于電弧電流加到負(fù)載電流上，所以以下適用于來(lái)自分配器的電流：

I_in＝I_load+I_arc。

對(duì)于I_in的概率分布p，適用于以下(由于存在兩個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量)：

p_in(I_in)＝Σp_load(I)×p_arc(I_in-I)

這是卷積積分的離散變化，并且揭露了電弧電流的概率分布是關(guān)于y軸反射的，從負(fù)載電流的概率分布移位并且相乘(卷積)。

卷積和的結(jié)果是來(lái)自電流分配器的輸入電流的概率分布p_in(I)，如圖11所示。

例如，在電線的開(kāi)始處的電流和/或電壓的測(cè)量發(fā)生在電流分配器中，并且在電線的末端處的電流和/或電壓的測(cè)量發(fā)生在智能負(fù)載中。智能負(fù)載具有例如其自己的μC和傳感器資源，其能夠有利地用于測(cè)量電流和電壓。能夠經(jīng)由現(xiàn)存的諸如Lin或CAN這樣的總線系統(tǒng)進(jìn)行到饋送電流分配器的通信，或者兩者都經(jīng)由網(wǎng)關(guān)。

圖12示出在時(shí)間范圍中的總電流I_in＝I_load+I_arc。雖然在時(shí)間范圍內(nèi)與圖(圖6)的負(fù)載電流相比，看起來(lái)并沒(méi)有非常不同，但是對(duì)于概率分布確實(shí)產(chǎn)生了很大的差異(對(duì)比圖10與圖11)。

通過(guò)兩個(gè)隨機(jī)變量的相加，產(chǎn)生了新的概率分布，其寬度對(duì)應(yīng)于各個(gè)概率分布的寬度的總和。概率分布的寬度設(shè)計(jì)為隨機(jī)變量(此處，負(fù)載電流和電弧電流)的離差。該離差是平均值的偏差的期望值。根據(jù)隨機(jī)規(guī)律，效果是導(dǎo)致了電弧電流的(大的)離差加到負(fù)載電流的離差。

從而，與負(fù)載電流I_last的離差相比的輸入電流I_in的離差的增加是電弧存在的好的判斷標(biāo)準(zhǔn)。由于恒定中斷變量或僅比較緩慢地改變的諸如測(cè)量中的偏移誤差的中斷變量不具有任何離差或僅具有非常低離差，所以這特別適用。從而隨機(jī)信號(hào)評(píng)估關(guān)于準(zhǔn)恒定的測(cè)量誤差幾乎是不變的。

圖13示出由于10A的恒定測(cè)量誤差導(dǎo)致的概率分布的偏移。作為平均值的偏差的期望值的離差保持相同。

下面將描述用于離差的流動(dòng)的“在線”確定算法。

通過(guò)指數(shù)濾波(指數(shù)調(diào)平)確定連續(xù)的平均值：

MWI_in(n)＝MWI_in(n-1)-MWI_in(n-1)/Z+I_in(n)/Z…(1)

MWI_load(n)＝MWI_load(n-1)-MWI_load(n-1)/Z+I_load(n)/Z…(2)

計(jì)算式(1)和(2)示出了對(duì)于電線的電流(I_in)和流到負(fù)載的電流(I_load)二者的流動(dòng)的指數(shù)平均值MWI的數(shù)值計(jì)算。Z指定濾波器的長(zhǎng)度。如果Z＝128，并且電流值在由n表示的時(shí)間線(離散時(shí)間)上每10ms采樣，則濾波器長(zhǎng)度是1.28s。

下面將計(jì)算平均值的電流偏差。

ΔIMWI_in(n)＝ABS[MWI_in(n)-I_in(n)]…(3)

ΔIMWI_load(n)＝ABS[MWI_load(n)-I_load(n)]…(4)

ABS指定絕對(duì)值。離差SA是平均值偏差的期望值。因此，需要在時(shí)間窗內(nèi)再執(zhí)行求平均值以獲得離差的值：

SAI_in(n)＝SAI_in(n-1)-SAI_in(n-1)/Z+ΔIMWI_in(n)/Z…(5)

SAI_load(n)＝SAI_load(n-1)-SAI_load(n-1)/Z+ΔIMWI_load(n)/Z…(6)

計(jì)算式(5)和(6)從而指定了在寬度Z的采樣的流通濾波窗口中作為平均值的偏差的期望值的離差，即

t_f＝Z×t_sample(例如t_f-128×10ms＝1.28s)。

能夠引入下面的條件作為存在誤差電流(或誤差電壓差的)的判定標(biāo)準(zhǔn)：

SAI_in(n)>x(％)×SAI_load(n)，

當(dāng)SAI_in(n)>Y(A)時(shí)…(7)

例如，如果x％設(shè)定為150％，則如果輸入到電線的電流I_in的離差在t_f秒的移動(dòng)窗中高于負(fù)載電流I_load的離差的1.5倍，則識(shí)別存在電弧。例如，Y(A)能夠是2A，使得小的噪音量不妨礙比例標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)算式(1)至(7)還應(yīng)用于不同的電壓測(cè)量，如果用U_load代替I_load并且用U_in代替I_in(比較圖2)。

下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中利用指數(shù)濾波器來(lái)實(shí)施離差的計(jì)算。

設(shè)定下列參數(shù)：

·既在饋送到電線的期間的電流分配器2中又在負(fù)載3中，每10ms采樣負(fù)載電流I_load。

·異步地進(jìn)行測(cè)量，并且測(cè)量關(guān)于彼此以5ms(180°)移位。

·信號(hào)之間的延遲為100ms。

·濾波器的窗口寬度為1.28s。

·由于偏移的測(cè)量誤差：5A(在圖15中)。

圖14示出當(dāng)不存在誤差電流(不存在并聯(lián)電弧)時(shí)I_in和I_load的離差?？缭揭苿?dòng)的1.28s窗口的饋送分配器(I_in)中和負(fù)載(I_load)中的離差的判定基本顯示了相同的值。圖12示出用于離差的兩個(gè)圖疊加有小的偏差，雖然以t_sample/2且50ms的時(shí)間延遲的偏差采樣。

圖15示出當(dāng)對(duì)于I_in存在5A的測(cè)量誤差(但是沒(méi)有電弧)時(shí)的I_in和I_load的離差。圖14中的初始偏差來(lái)自“邊界值問(wèn)題”，并且僅在測(cè)量開(kāi)始時(shí)由于濾波器的不同初始條件而產(chǎn)生。如果給予濾波器充分的時(shí)間以“定相”，則不再產(chǎn)生誤差。

圖16示出當(dāng)在0s處已經(jīng)存在誤差電流(根據(jù)圖7的并聯(lián)電弧)時(shí)I_in和I_load的離差。圖14示出誤差電流的增加，使得其導(dǎo)致離差的大量的偏差，導(dǎo)致了對(duì)于誤差電流的存在的充分的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在圖16中，上部的曲線是I_in的離差，并且下部的曲線是I_load的離差。

圖17示出當(dāng)在10s后產(chǎn)生誤差電流使得離差強(qiáng)烈地偏離時(shí)I_in和I_load的離差。在圖17中，上部的曲線是I_in的離差，并且下部的曲線是I_load的離差。

圖18示出圖17的時(shí)間放大。在0.5s后獲取電弧識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)。在圖18中，上部的曲線是I_in的離差，并且下部的曲線是I_load的離差。

圖19示出在具有根據(jù)圖17的情況的電弧中消耗的能量。圖19示出當(dāng)在10s后使用誤差電流并且在10.5s至11s內(nèi)識(shí)別誤差電流并且切斷時(shí)，電弧能量W_LB保持在400Ws以下。從而足夠快地進(jìn)行了切斷。

圖20和圖21示出基于特定的誤差電流測(cè)量的仿真。圖20示出串聯(lián)電弧的具體測(cè)量。圖21示出用于在100ms延遲以及180°相移的情況下的異步測(cè)量的濾波器輸出。離差的效果非常顯著。在圖21中，上部的曲線是I_in的離差，并且下部的曲線是I_load的離差。

圖22和圖23示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中測(cè)量電壓值，使得能夠識(shí)別串聯(lián)電弧。圖22示出串聯(lián)短路的電壓U_wac。因此，在負(fù)載處測(cè)量了48V減去該電弧電壓。圖23示出不同的電壓測(cè)量的濾波輸出變量。在圖23中，上部的曲線是U_load的離差，并且下部的曲線是U_in的離差。雖然輸入電壓已經(jīng)幾乎沒(méi)有離差(分配器的電壓盡可能恒定)，但是在負(fù)載處的電壓由于電弧電壓而具有大的離差。

圖24示出本發(fā)明的實(shí)施例的操作范圍。圖24示出電路的特性I(t)的雙對(duì)數(shù)表達(dá)。當(dāng)電流強(qiáng)度超過(guò)180A時(shí)執(zhí)行電路的閾值切斷。這特別地保護(hù)了使用的半導(dǎo)體，因?yàn)檫@在任何大小的電流之間都是不允許的和不能切換的。對(duì)于在電弧中消耗的能量描繪了1kJ線，在操作期間將不超過(guò)該線。這通過(guò)計(jì)算t＝1000J/(48V x I+Ri x I²)而得到，其中Ri＝40mOhm。在短的時(shí)間和小的電流的情況下，由于所需的電弧電壓(46V)太高而不形成電弧。

然而，產(chǎn)生了“臨界范圍”，其中還未發(fā)生閾值的切斷，但是在電弧中的消耗多于1kJ。然而，由于該“臨界范圍”在根據(jù)前述算法的識(shí)別時(shí)間內(nèi)，所以本發(fā)明包括了該“臨界范圍”。

根據(jù)前述實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)以下效果：

·利用在電線的開(kāi)始和末端的獨(dú)立的、異步的和時(shí)間延遲的測(cè)量的電弧識(shí)別誤差電流。

在仿真中

о以180°相移每10ms進(jìn)行采樣

о時(shí)間延遲100ms

·通過(guò)關(guān)于測(cè)量誤差的系統(tǒng)不變性的誤差寬容度：在測(cè)量中的偏移誤差，比例誤差。

·誤差電流識(shí)別/電壓降識(shí)別的在線評(píng)估：1.24s移動(dòng)時(shí)間窗口。

·識(shí)別時(shí)間短以致于在電弧中消耗1kJ之前就關(guān)斷。

·識(shí)別了負(fù)載范圍中的短路(弱短路)。

·該方法對(duì)于差動(dòng)電流分析和差動(dòng)電壓分析均有效。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，接收單元、評(píng)估單元和測(cè)量單元可以包括總線、處理單元、主存儲(chǔ)器、ROM、儲(chǔ)存裝置、由輸入裝置和輸出裝置構(gòu)成的I/O接口、通信接口，諸如收發(fā)器。總線可以包括允許組件之間聯(lián)通的路徑。處理單元可以包括處理器、微處理器或可以解釋和執(zhí)行指令的處理邏輯。主存儲(chǔ)器可以包括RAM，或者可以存儲(chǔ)信息和用于通過(guò)處理單元執(zhí)行的軟件指令的其他類型的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)裝置。

接收單元、評(píng)估單元和測(cè)量單元可以執(zhí)行此處描述的特定的操作或處理。接收單元、評(píng)估單元和測(cè)量單元可以響應(yīng)處理單元執(zhí)行這些操作，該處理單元執(zhí)行包含在計(jì)算機(jī)可讀媒體中的軟件指令。計(jì)算機(jī)可讀媒體可以解釋為物理內(nèi)存裝置或邏輯內(nèi)存裝置。例如，邏輯內(nèi)存裝置可以包括在單物理內(nèi)存裝置內(nèi)的或分布在多個(gè)物理內(nèi)存裝置中的內(nèi)存空間。

當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，包含在主存儲(chǔ)器中的軟件指令可以使得包括處理器的處理單元使得處理器執(zhí)行此處描述的操作或處理?；蛘?，可以代替軟件指令或者與軟件指令結(jié)合地使用固線電路，以實(shí)現(xiàn)此處描述的處理和/或操作。從而，此處描述的實(shí)現(xiàn)方式不限于硬件和軟件的任何具體結(jié)合。

根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的包括元件、單元和系統(tǒng)的物理實(shí)體可以包括或存儲(chǔ)包括軟件指令在內(nèi)的計(jì)算機(jī)程序，使得當(dāng)在物理實(shí)體上執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的步驟和操作，即，使得處理工具進(jìn)行操作。特別地，本發(fā)明的實(shí)施例還涉及用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的操作/步驟的計(jì)算機(jī)程序，并且涉及存儲(chǔ)用于實(shí)現(xiàn)上述方法的計(jì)算機(jī)程序的任何計(jì)算機(jī)可讀媒體。

在使用術(shù)語(yǔ)接收單元、評(píng)估單元和測(cè)量單元的位置不限定這些元件如何布置以及這些元件如何集中。即，構(gòu)成元件可以分布在不同的軟件和硬件組件中或其它用于實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的元件中。還可以集中多個(gè)離散元件以提供預(yù)期的功能。

此外，接收單元。評(píng)估單元和測(cè)量單元的元件可以實(shí)施為硬件、軟件、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGAs)、專用集成電路(ASICs)、固件等。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下能夠在本發(fā)明的實(shí)體和方法以及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中作出各種修改和變化。

已經(jīng)聯(lián)系特定實(shí)施例和實(shí)例描述了本發(fā)明，該特定實(shí)施例和實(shí)例意在全方面解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的硬件、軟件和/或固件的多種不同組合。