[发明专利]用于供电网络的开关模块和包括至少一个开关模块的供电网络

说明书

技术领域

根据独立权利要求的前序部分，本发明涉及用于供电网络的开关模块以及包括至少一个开关模块的供电网络。

背景技术

特别在未来技术的车辆中，在若干子系统中要求冗余的供电系统。显而易见的应用是安全关键系统，如制动、转向等等。还有影响车辆实时行为的其他系统，诸如底盘控制等等、诸如阀门等等的动力总成部件、电控变速箱等等。一些当今的机械部件可能完全依赖于电子控制。电子故障会导致机械故障。

在现有技术中，已知典型的汽车供电网络以星形结构或雏菊链结构来提供。这类结构中任何一点的短路会使该短路的最近熔断器下游的整个网络停止运行。

还知道提供具有环形结构的供电网络。为了提供冗余，现有技术中已知几种解决方案。存在具有不同通信、供电、传感器和促动器的完全分开的冗余系统。这些冗余系统在机械领域或在具有多个绕组的电子促动器的磁领域的一些情形下满足。尽管能容易地分析冗余，但对批量生产，诸如在车辆制造中，这种解决方案非常昂贵。

通过使用局部能源后备，提供了用于供电网络中的每一单元的简单解决方案。然而，能源资源是受限的，在每一节点建立能源储备的监管很昂贵，而且被选能源的管理是必要的。

另一解决方案是对每一节点使用双电源(双星形网络电源)。由此，两个独立的电源网络是可用的。然而，被选能源的双配线和管理是必要的。

美国专利US6,522,442B1公开了一种具有环形结构的供电网络。对每一负载，提供抽头控制器，其由智能控制节点和两个可控功率分配器以及诸如断路器的可控导体保护器组成。控制节点控制功率分配器和导体保护器两者。为两个可控功率分配器的正常起作用，与智能控制节点的通信是必要的条件。

EP1759929A1公开了一种用于车辆的供电系统，其中，每一负载连接到供电网络。负载经由通过控制单元控制的开关连接到馈电。每一开关连接到通信总线。在异常电流的情况下，开关将负载从馈电断开。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关故障时冗余的改进供电网络。本发明的另一目的是提供一种用于供电网络的改进开关模块。另一目的是提供一种用于操作开关模块的方法。

通过独立权利要求的特征，实现了这些目的。其他权利要求和说明书公开了本发明的优选实施例。

提出了一种提供用于连接供电网络的至少两个导电段的开关模块，该供电网络包括一个或多个电源以及一个或多个负载。开关设置有专用的控制单元，以控制该开关。通过提供这种开关，其具有用于该特定开关的专用控制单元，能实现开关的自主操作以及相应供电开关的冗余操作。举例来说，在现有技术中已知的供电网络的典型环形结构中，对两个开关提供用于该两个开关的一个共用控制模块。如果控制器故障，则负载不可避免地断电。通过对一个负载优选地提供根据本发明的两个优选自主开关模块，即使控制器中的一个故障，向负载供电的冗余是可能的。由于开关单元自主地操作，多个开关模块内的各开关模块间的通信不是强制性的。负载可以是电子设备、电动机等等。开关本身可以是继电器、由双极或MOSFET晶体管的半导体开关或能适当地作为所需供电网络的特定开关模块中的开关的任何元件。

每一控制单元包括用于选择耦合到各个控制单元的开关的操作状态的选择单元。选择单元能实现为软件或硬件或软件和硬件的组合。特别地，控制单元能够包括电流和电压监管以及状态机。状态机最好能理解为由有限数量的状态、这些状态间的转换和动作组成的行为模型。

与现有技术不同，开关能自主地操作，因此，不需要为了操作与通信总线连接。由此，控制单元能自主地决定必须应用开关的哪一操作状态，例如开关闭合的“接通(on)”操作状态或开关打开的“断开(off)”操作状态。由于自主操作，特别是对开关模块的实时行为，以供电网络为例，开关模块不依赖于与其他开关模块(节点)或主计算机的通信。通过开关的特定状态机，能做出有关该开关的操作状态的决定。然而在某些情形下，通信能有利地用于设置开关模块的参数和监管。有利地，开关模块能包括用于至少与一个或多个开关模块和/或电源管理系统通信的至少一个通信单元。例如，能将有关电源故障的反馈和故障的可能位置提供给这种电源管理系统。优选地，这个至少一个通信单元能集成在控制单元中。通信单元能耦合到数据总线系统等等。