CN115298920A - 用于分配电能的*** - Google Patents

Abstract

一种***（100），包括：‑尤其是移动的第一单元（50），其具有：‑数量为m个的功能端子（51_1至51_m）；‑待与参考电位（23）电连接的第一电位均衡端子（15）；‑能量源（40）；‑整流器（10），从所述能量源（40）馈送所述整流器，并且所述整流器设计成产生数量为m个的信号（S1至Sm）；‑开关单元（11）,其中所述开关单元（11）在输入侧被施加所述整流器（10）产生的信号（S1至Sm），并且在输出侧与所述功能端子（51_1至51_m）连接，或者其中所述开关单元（11）在输入侧与所述能量源（40）连接并且在输出侧与所述整流器（10）连接，‑绝缘监控单元（12），所述绝缘监控单元被设计用于探测出所述***（100）的组件与所述参考电位（23）的不期望的电连接，以及‑连接监控单元（13），所述连接监控单元被设计为，监控所述第一电位均衡端子（15）是否按预期地与待连接到所述第一单元（50）的第二单元（20）的相对应的电位均衡端子（25）电连接。

Description

用于分配电能的***

技术领域

本发明涉及一种用于分配电能的***。

发明内容

本发明基于的任务在于，提供一种用于分配电能的***，该***能够在不同的单元中实现尽可能简单的接地故障识别。

该***具有至少一个第一单元。第一单元例如可以是移动的或可行驶的单元，例如载重汽车牵引车。

第一单元具有数量为m个的功能端子，所述***的其他单元的相对应功能端子或耗电器能够按预期地连接到这些功能端子。例如，数量m可以在2到32之间。

第一单元还具有第一电位均衡端子，该电位均衡端子按预期地那样待与参考电位、尤其是接地电位电连接或者是与参考电位、尤其是接地电位电连接的。

第一单元还具有能量源，例如以直流电压源的形式，尤其是以电能存储器或电池的形式。

第一单元还具有由能量源馈送的整流器，其被设计为产生数量为m个的信号。整流器可以是例如DC/AC转换器、DC/DC转换器或其组合，其由以直流电压源或电池形式的能量源供应。

第一单元还具有可操控的开关单元，该开关单元在输入侧被施加整流器产生的信号，并且在输出侧与功能端子连接。开关单元例如可以建立或中断输入侧端子和输出侧端子的电连接。替代地，开关单元可以在输入侧与能量源连接并且在输出侧与整流器连接。

第一单元还具有绝缘监控单元，其设计用于探测出***组件与参考电位的不期望的电连接。有关此类绝缘监控单元的基本构造和基本工作方式，应参阅相关专业文献。

第一单元还具有连接监控单元，该连接监控单元被设计用于监控第一电位均衡端子是否按预期地与待连接到所述第一单元的第二单元的相对应电位均衡端子电连接，例如以足够低阻抗地电连接。

根据一个实施方式，第一单元还具有第一检查信号端子，其中连接监控单元被设计用于将第一检查信号，例如第一检查电压或第一检查电流施加到第一检查信号端子，并且根据第一电位均衡端子处存在电流或电压信号来监控：第一电位均衡端子是否按预期地与待连接到所述第一单元的第二单元的相对应电位均衡端子电连接。

根据一个实施方式，该***具有尤其是移动的第二单元，所述第二单元与第一单元耦合以用于交换电能。例如，所述移动的第二单元可以是挂车的组成部分。根据本发明，第一单元和第二单元彼此电耦合。

第二单元具有：电位均衡端子，所述电位均衡端子与第一单元的相对应第一电位均衡端子连接；以及检查信号端子，所述检查信号端子与第一单元的相对应第一检查信号端子连接。第二单元的电位均衡端子与第二单元的检查信号端子电连接，例如在第二单元内部短接。

根据一个实施方式，第二单元还具有数量为m个的功能端子，这些功能端子与第一单元的数量为m个的功能端子电连接。

根据一个实施方式，当连接监控单元探测出第一单元的第一电位均衡端子未按预期地与第二单元的相对应电位均衡端子电连接时，开关单元中断整流器和信号端子之间的连接。替代地，当连接监控单元探测出第一单元的第一电位均衡端子未按预期地与第二单元的相对应电位均衡端子电连接时，开关单元可以中断能量源和整流器之间的连接。

根据一个实施方式，该***还具有尤其是固定的第三单元，所述第三单元与第一单元或第二单元耦合以用于能量交换。第三单元具有至少一个电位均衡端子，该电位均衡端子与第一单元的另一个电位均衡端子连接或者与第二单元的另一个电位均衡端子连接。第三单元可以具有两个电位均衡端子，其中，这两个电位均衡端子中的第一电位均衡端子与第一单元的另一电位均衡端子连接，并且这两个电位均衡端子的第二电位均衡端子与第二单元的另一电位均衡端子连接。连接监控单元被设计为监控：第三单元的至少一个电位均衡端子是否按预期地与第一单元或第二单元的相对应电位均衡端子电连接。根据本发明，第一单元和第三单元彼此电耦合。

根据一个实施方式，连接监控单元被设计为，将第二检查信号施加到第一单元的第二检查信号端子并且根据在第一单元的对应电位均衡端子处和/或第二单元的对应电位均衡端子处存在的信号来监控：第三单元的所述至少一个电位均衡端子是否按预期地与第一单元的相对应电位均衡端子或与第二单元的相对应电位均衡端子电连接。

根据一个实施方式，绝缘监控单元被设计用于探测出第一单元和/或第二单元和/或第三单元的组件与参考电位的不期望的电连接。

根据一个实施方式，该***具有多个第一单元，其中相应的第一单元产生具有唯一标识符的第二检查信号和/或第一检查信号。换言之，这两个检查信号可以包含不同的标识符，其针对每个投入市场的第一单元而包含唯一的标识符，由此在评估检查信号时可以确保：排除由于来自类似***的外部信号或由于外部干扰而产生的连接监控单元的功能故障。

根据一个实施方式，一旦绝缘监控单元探测出第一单元和/或第二单元和/或第三单元的组件与参考电位的不期望的电连接，开关单元就中断整流器和信号端子之间的连接。

根据一个实施方式，第三单元的电位均衡端子与第一单元和/或第二单元的相对应端子之间的电连接经由柔性的、可移动或滑动的连接而进行和/或经由临时固定的连接、尤其是接地柱、螺栓或通过插头触点而进行。

根据一个实施方式，第一检查信号端子直到第二单元的第一转接点均通过双重或加强的绝缘被保护以免与参考电位的不期望的连接和/或第二检查信号端子直到第三单元的第二转接点均通过双重或加强的绝缘被保护以免与参考电位的不期望的连接。

根据一个实施方式，开关单元根据第一单元的状态而立即中断整流器与信号端子之间的连接，或者在连接监控单元探测出第一单元的第一电位均衡端子未按预期地与第二单元的相对应电位均衡端子电连接之后在时间上的延迟之后才中断整流器与信号端子之间的连接。替代地，如果绝缘监控单元探测出第一单元和/或第二单元和/或第三单元的部件与参考电位的不期望的电连接，则开关单元可以中断能量源和整流器之间的连接。

根据一个实施方式，绝缘监控单元根据开关单元的开关状态而确定部件与第一单元、第二单元或第三单元的参考电位的不期望的电连接的位置。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细描述。

其中，图1示出了用于分配电能的***的示意性框图，

图2示出了图1所示***的连接监控单元的示意性电路图，以及

图3示出了根据另一个实施方式的用于分配电能的***的示意性框图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于分配电能的***100的框图。

***100具有移动的第一单元50，其例如可以布置在载重汽车的牵引车中。第一单元50具有数量为m个的功能端子51_1至51_m，在这些功能端子处例如可以输出/输入直流和/或交流电压。

***100还包括移动的第二单元20，其例如可以布置在由牵引车牵引的挂车中。

***100还包括固定的第三单元30。

第一单元50具有第一电位均衡端子15，该第一电位均衡端子15在***100或第一单元50的运行中应与参考电位23、例如接地电位电连接。第一单元50具有第二电位均衡端子18，第二电位均衡端子18在***100或第一单元50运行中应与参考电位23电连接。

第一单元50的第一电位均衡端子15与第二单元20的电位均衡端子25连接。第一单元50的第二电位均衡端子18与第三单元30的对应电位均衡端子33连接。

第一单元50还具有第一检查信号端子14，其中所述第一检查信号端子与第二单元20的对应检查信号端子26连接。第一单元50还具有第二检查信号端子17，第二检查信号端子17与第三单元30的对应检查信号端子34连接。

第二单元20还具有第二电位均衡端子16，所述第二电位均衡端子16与第三单元30的相对应的另外的电位均衡端子32连接。

第一单元50的功能端子51_1至51_m与第二单元20的相对应功能端子24_1至24_m电连接。第二单元20的功能端子27_1至27_m与第三单元30的相对应功能端子31_1至31_m电连接。

第一单元50还具有能量源40，例如以可再充电的电池的形式。

第一单元50还具有例如以DC/AC转换器形式的整流器10，其通过数量为n条的线路，例如通过n＝2条线路从能量源40被馈送，并且其被设计为，产生数量为m个信号S1至Sm。

第一单元50还具有开关单元11，该开关单元11在输入侧被施加整流器10产生的信号S1至Sm，并且在输出侧与功能端子51_1至51_m连接。

第一单元50还具有绝缘监控单元12，其被设计用于探测出***100的单元20、30和50的组件与参考电位23的不期望的电连接。有关此类绝缘监控单元的基本工作方式，也应参阅相关专业文献。

第一单元50还具有连接监控单元13，其被设计用于监控：第一电位均衡端子15是否与第二单元20的对应电位均衡端子25按预期地电连接，并监控：第二电位均衡端子18是否与第三单元30的对应电位均衡端子33按预期地电连接。

借助中央控制单元41控制或协调第一单元50的功能。

连接监控单元13被设计为将第一检查信号PS1施加到第一检查信号端子14，并且根据在第一电位均衡端子15处得出的信号而监控：第一电位均衡端子15是否按预期地与第二单元20的相应电位均衡端子25电连接。

连接监控单元13还被设计为将第二检查信号PS2施加到第一单元50的第二检查信号端子17，并且根据在第一单元50的对应电位均衡端子18处和/或第二单元20的电位均衡端子16处存在的信号而监控：第三单元30的电位均衡端子32、33是否与第二单元20的对应电位均衡端子16或第一单元50的对应电位均衡端子18按预期地电连接。

当连接监控单元13探测出电位均衡端子15、16和/或18未按预期地电连接时，开关单元11中断整流器10与信号端子51_1至51_m之间的连接。

如果绝缘监控单元12探测出第一单元50和/或第二单元20和/或第三单元30的组件与参考电位23的不期望的电连接，则开关单元11还中断整流器10和信号端子51_1至51_m之间的连接。

第三单元30的电位均衡端子32、33与第一单元50和/或第二单元20的对应端子之间的电连接可以通过柔性、可移动或滑动的连接和/或通过临时固定的连接而进行，尤其是接地柱、螺栓或通过插头触点而进行。

***100可以具有多个第一单元50、第二单元20和第三单元30，其中相应的第一单元50产生具有唯一标识符的自身的第二检查信号PS2和/或自身的第一检查信号PS1。

图2示出了连接监控单元13的内部构造的示意性电路图。

连接监控单元13具有两个内部构造相同的子单元13a和13b。所述连接监控单元13与第一单元50的其余组件电分离。

相应的子单元13a或13b具有光电耦合器60和61，其中信号通过相应的光电耦合器60被馈入子单元13a或13b并通过相应的光电耦合器61被读出。

相应的电阻器64、65和66如图所示地接线。

相应的电流传感器67操控相应的施密特触发器63，其用于相应的光电耦合器61的信号处理和操控。

通过双重绝缘装置19可以保护检查信号端子14和26以及17和34的连接免受与参考电位23的不期望的连接。

电位输出端子16和32的连接以及检查信号端子17和34的连接可以通过滑动连接35而进行。

根据本发明，代替单元20、30和50彼此之间的常规电分离而实现了对第一单元50的绝缘监控单元12的扩展方案，所述绝缘监控单元12例如还可以通过扩展功能而在第二单元20中或被牵引车中识别出初始故障。

图3示出了根据另一实施方式的用于分配电能的***的示意性框图。与图1中所示的实施方式不同，开关单元11在此在输入侧与能量存储器40连接并且在输出侧与整流器10连接。在故障情况下，整流器10因此可以与能量存储器40分离。尤其是，在整流器10的中间电路的预充电期间，整流器10可以在绝缘故障情况下与能量存储器分离。

下面简要描述本发明的典型应用情况。

1. 底盘连接的监控（通过电位均衡端子进行电位均衡）

通过将与整体***电隔离的检查信号、例如检查电压（低电压、PWM信号）施加到第二单元或被牵引车（负载），可以通过一个或两个测量输入端测量通过电流，所述通过电流可以可靠地确定：电位均衡端子的按预期的电连接、也即存在车辆底盘连接（参考电位或均衡电位）。

通过将所测量的电流与合适的限值进行比较，可以检查是否存在足够的底盘连接。如果牵引车和被牵引车之间的底盘连接中断，则无法再测量通过电流。

2. 第一单元或牵引车中的绝缘监控单元

只要是在牵引车和挂车之间还有足够低阻抗的底盘连接存在，绝缘监控单元就在第一单元或牵引车与第二单元或挂车之间的电连接的供应***中不仅识别出牵引车本身中的初始绝缘故障而且也识别出在挂车中的初始绝缘故障。

3. 关断第二单元或被牵引车的能量供应

通过借助开关单元立即关断能量供应，将第二单元或挂车中的可能的绝缘故障与第一单元或牵引车中的供应***分离，即，将所识别到的绝缘故障与牵引车分离。这是确保整车行驶特性不受影响的重要前提。

车辆制造商可斟酌决定：是立即切断第二单元或被牵引车的能量供应还是在一段时间后或发生其他事件时才切断第二单元或被牵引车的能量供应。如果可假设在行驶期间可能没有人在被牵引车上，则所述连接可以在车辆停下或停放的情况下才被断开。

4. 初始故障的可靠识别

通过上述措施可确保：在发生二次故障（触摸未覆盖的带电部件）时发生由于电流造成的危险之前就识别出初始故障。

5.在识别出绝缘故障后再次接通

由于通常可假定初始故障是无危险的，因此可以在全电压情况下再次接通。如果车辆制造商期望的话，也可以在较低电压情况下、例如在无危险的50 V的情况下再次接通，并且可以利用该电压来检查绝缘故障是否仍然存在。

6. 车辆环境中电气安全的扩展

作为扩展，经扩展的绝缘监控单元上的第二检查信号端子或测量输入端可用于监控第二单元或挂车与道路（地面）之间的电位连接。外加到挂车底盘中的电流可以通过可移动的接地连接被引导回到绝缘监控单元，并且在那里可以被测量和鉴于合适的极限值方面被检查。

第一单元、第二单元和/或第三单元可以具有可移动的接地连接（滑触头）。

7. 到地面（道路）的足够电位连接的监控

如果第二控制电流中断，则必须假定：绝缘监控单元无法识别出车辆周围环境中可能的初始故障，因为无法测量由此产生的电位偏移。例如，在工程车辆的情况下，该信息可用于：针对第二单元或挂车的电流供应要么不被接通要么在测量电流断开时被关断。在这里，为此也将测得的回路电流与合适的限值进行比较。

车辆制造商可斟酌决定：在第二检查信号端子或测量输入端探测出控制电流过低或使关断取决于其他条件的情况下是否立即中断能量供应。如果可以假定只有在静止时才能在车辆周围进行工作，则可以在车辆被停止或停放时才断开能量供应（电气连接）。

8. 其他优点

如上所述，通过绝缘监控单元、整流器或DC/AC转换以及通过开关单元的关断的组合使得可以立即且可靠地识别出初始绝缘故障并关断相应网络的能量供应或供电电压。然而，还有其他优点，尤其是成本和应用方面的优点。

9. 开关元件的无电流开关

将绝缘监控单元和整流器集成到第一单元中使得能够：在识别出绝缘故障的情况下首先关断整流器，稍后才在电流降至零后立即关断开关单元的开关。为了避免电弧，这是绝对必要的，尤其是在通过直流电压供电的情况下。通过确保正确的顺序，可以保证：不仅在发生绝缘故障情况下而且在短路（即过电流）的情况下，开关始终在没有（直流）电流的情况下被切换。由此，可以在开关单元中使用明显更具成本效益的开关元件，从而节省成本和结构体积。

10. 开关元件的交流开关

在交流电源的情况下，由于电流的周期性过零，也可以在运行中（电流不等于零时）关断。

根据本发明，通过避免会导致功率半导体和变压器的巨大额外成本的第一单元、第二单元和第三单元之间的电分离而可以达成显著的成本节约。

Claims (11)

1.一种***（100），所述***包括：

- 尤其是移动的第一单元（50），其具有：

-数量为m个的功能端子（51_1至51_m），

- 待与参考电位（23）电连接的第一电位均衡端子（15），

- 能量源（40），

- 整流器（10），从所述能量源（40）馈送所述整流器，并且所述整流器设计成产生数量为m个的信号（S1至Sm），

- 开关单元（11）,

- 其中所述开关单元（11）在输入侧被施加所述整流器（10）产生的信号（S1至Sm），并且在输出侧与所述功能端子（51_1至51_m）连接，或者

- 其中所述开关单元（11）在输入侧与所述能量源（40）连接并且在输出侧与所述整流器（10）连接，

- 绝缘监控单元（12），所述绝缘监控单元被设计用于探测出所述***（100）的组件与所述参考电位（23）的不期望的电连接，以及

- 连接监控单元（13），所述连接监控单元被设计为，监控所述第一电位均衡端子（15）是否按预期地与待连接到所述第一单元（50）的第二单元（20）的相对应的电位均衡端子（25）电连接。

2.如权利要求1所述的***（100），其特征在于，所述第一单元（50）还包括：

- 第一检查信号端子（14），

- 其中所述连接监控单元（13）被设计为，将第一检查信号（PS1）施加到所述第一检查信号端子，并且根据所述第一电位均衡端子（15）处存在的信号来监控：所述第一电位均衡端子（15）是否按预期地与待连接到所述第一单元（50）的第二单元（20）的相对应的电位均衡端子（25）电连接。

3.如权利要求1或2所述的***（100），所述***还包括：

- 尤其是移动的第二单元（20），所述第二单元与所述第一单元（50）耦合以用于能量交换，所述第二单元具有：

- 电位均衡端子（25），所述电位均衡端子与所述第一单元（20）的所述第一电位均衡端子（15）连接，以及

- 检查信号端子（26），所述检查信号端子与所述第一单元（50）的所述第一检查信号端子（14）连接，其中所述第二单元（20）的所述电位均衡端子（25）与所述第二单元（20）的所述检查信号端子（26）电连接。

4.如权利要求3所述的***（100），其特征在于，所述第二单元（20）具有：

- 数量为m个的功能端子（24_1到24_m），所述功能端子与所述第一单元（50）的数量为m个的功能端子（51_1到51_m）连接。

5.如前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于：

- 当所述连接监控单元（13）探测出所述第一单元（50）的所述第一电位均衡端子（15）未按预期地与所述第二单元（20）的相对应的电位均衡端子（25）电连接时，所述开关单元（11）中断所述整流器（10）与所述信号端子（51_1至51_m）之间的连接，或者

- 当所述连接监控单元（13）探测出所述第一单元（50）的所述第一电位均衡端子（15）未按预期地与所述第二单元（20）的相对应的电位均衡端子（25）电连接时，所述开关单元（11）中断所述能量源（40）和所述整流器（10）之间的连接。

6.如前述权利要求中任一项所述的***（100），所述***还具有：

- 尤其是固定的第三单元（30），所述第三单元与所述第一单元（50）或所述第二单元（20）耦合以用于能量交换，所述第三单元具有：

- 至少一个电位均衡端子（32、33），所述电位均衡端子与所述第一单元（20）的另一个电位均衡端子 （18）连接或者与所述第二单元（20）的另一个电位均衡端子（16）连接，

- 其中所述连接监控单元（13）被设计为监控：所述第三单元（30）的所述至少一个电位均衡端子（32、33）是否按预期地与所述第一单元（50）或所述第二单元（20）的相对应的电位均衡端子（16、18）电连接。

7.如权利要求6所述的***（100），其特征在于：

- 所述连接监控单元（13）被设计为，将第二检查信号（PS2）施加到所述第一单元（50）的第二检查信号端子（17）并且根据在所述第一单元（50）的对应电位均衡端子（18）处和/或所述第二单元（20）的对应电位均衡端子（16）处存在的信号而监控：所述第三单元（30）的所述至少一个电位均衡端子（32、33）是否按预期地与所述第一单元（50）的相对应的电位均衡端子（18）或与所述第二单元（20）的相对应的电位均衡端子（16）电连接。

8.如权利要求6或7所述的***（100），其特征在于：

- 绝缘监控单元（12）被设计用于，探测出所述第一单元（50）和/或所述第二单元（20）和/或所述第三单元（30）的组件与所述参考电位（23）的不期望的电连接。

9.如前述权利要求中任一项所述的***（100），其特征在于：

- 所述***（100）具有多个第一单元（50），其中相应的第一单元（50）产生具有唯一标识符的第一检查信号（PS1）和/或第二检查信号（PS2）。

10.如前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于：

- 当所述绝缘监控单元（12）探测出所述第一单元（50）和/或所述第二单元（20）和/或所述第三单元（30）的组件与所述参考电位（23）的不期望的电连接时，所述开关单元（11）中断所述整流器（10）和信号端子（51_1至51_m）之间的连接，或者

- 当所述绝缘监控单元（12）探测出所述第一单元（50）和/或所述第二单元（20）和/或所述第三单元（30）的组件与所述参考电位（23）的不期望的电连接时，所述开关单元（11）中断所述能量源（40）和所述整流器（10）之间的连接。

11.如前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于：

- 所述第三单元的所述电位均衡端子（32、33）与所述第一单元（50）和/或所述第二单元（20）的相对应的端子之间的电连接经由柔性的、可移动或滑动的连接而进行和/或经由临时固定的连接、尤其是接地柱、螺栓或通过插头触点而进行。

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