对车辆供电源的保护的制作方法

在许多情形下，需要将外部电源连接至机动车辆，具体地：

·当机动车辆的车载网络的(12v)电池是空的时，在这种情况下可以将充电器连接至该空电池以便对其进行再充电；

·当该车辆因为其电池是空的而不再启动时，可以例如通过将跨接电缆连接至该车辆的电池来将该车辆的供电源连接至抢修车辆或连接至助力器系统。

在这些情形下，可能会出现容易损坏机动车辆的电路的错误。通过举例的方式，会出现以下错误：

-极性反转，这在于使外部电源的正极端子和负极端子至车辆电池的端子的连接反向；

-过电压，这在于连接外部电源递送了相对于车辆电池的电压而言太高的电压(例如，如果将额定电压为24v的卡车电池或卡车充电器连接至12v额定电压的车载网络)。

在这些异常连接情形下，存在严重损坏互连车辆中的一者或两者的一个或多个电气系统的风险。

为了避免这种风险，一些现有技术车辆结合了采用复杂电子系统的保护装置，比如与控制软件结合的微控制器，从而构成昂贵的保护系统。此外，使用复杂的电子系统已经在实践中被证明不够可靠。

因此，本发明的总体目的是提供一种用于保护车辆的供电源以允许克服现有技术的缺点的解决方案。

更具体地，本发明的目的是克服当将不合适的外部电源连接至车辆端子时、具体地当发生极性反转时和/或当将过电压施加至车辆时可能会出现的问题。

为此，本发明基于一种用于保护车辆的电网的装置，该装置包括：

·用于检测极性反转的装置；

·过电压检测装置；

·第一输入端子；

·第二输入端子；

·第一输出端子；

·第二输出端子，

其特征在于，该用于检测极性反转的装置设置有第一开关控制元件、第一极化非线性偶极子和第一开关，并且在于，该过电压检测装置设置有第二开关控制元件、第二极化非线性偶极子和第二开关。

该保护装置可以由以下各项形成的电子电路构成：

-第一支路，该第一支路将该第一输入端子连接至该第一输出端子，并且包括该第一开关；

-第二支路，该第二支路将该第二输入端子连接至该第二输出端子；

-第一中间支路，该第一中间支路将该第一支路连接至该第二支路，并且包括该第一极化非线性偶极子具体地二极管、该第二极化非线性偶极子具体地齐纳二极管、以及该第二开关控制元件具体地继电器控制电磁线圈；

-第二中间支路，该第二中间支路从位于该第一极化非线性偶极子与该第二极化非线性偶极子之间的电连接延伸至该第二支路，并且该第二中间支路包括该第一开关控制元件具体地继电器控制电磁线圈、以及该第二开关。

该第一开关可以当该保护装置未通过其第一输入端子和其第二输入端子在上游连接至电压源时在该休息位置处打开，并且当该保护装置在上游连接至电压源时闭合，该电压源的电压为正且低于或等于阈值，这允许该第一开关控制元件经受致动该第一开关闭合的电压。

该第二开关可以当该保护装置未通过其第一输入端子和其第二输入端子在上游连接至电压源时在该休息位置处闭合，并且当该保护装置在上游连接至电压源时打开，该电压源的电压为正且高于阈值，这允许该第二开关控制元件经受致动该第二开关打开的电压。

该第一极化非线性偶极子可以被安排在第一中间支路上相对于该第一输入端子和该第二输入端子并联，并且以这样的取向被定位：适用于允许电流在该第一输入端子与该第二输入端子之间的电势差为正、即处于正常操作模式时流动；并且适用于不允许电流在该第一输入端子与该第二输入端子之间发生极性反转、即处于异常操作模式的情况下流动。

该第二极化非线性偶极子、具体地齐纳二极管可以被安排在第一中间支路上相对于该第一输入端子和该第二输入端子并联，并且以这样的取向被定位：适用于在该第一输入端子与该第二输入端子之间的电势差不超过阈值电压、即处于正常操作模式时阻止电流；并且适用于允许电流当该第一输入端子与该第二输入端子之间的电势差超过该阈值电压时流动。

该第一输入端子可以适用于连接至该车辆外部的电压源、具体地外部电源的正电势、具体地充电器和/或抢修车辆的电池和/或抢修车辆的交流发电机，并且该第二输入端子可以适用于连接至该车辆外部的电压源、具体地该外部电源的负电势，和/或该第一输出端子可以适用于连接至车辆内部的电网、具体地连接至该车辆的该电池的该正电势和/或该车辆的该车载网络和/或该车辆的该交流发电机，并且该第二输出端子可以适用于连接至该车辆内部的电网、具体地连接至该车辆的该电池的该负电势。

本发明还涉及一种用于使用如以上所述的保护装置来对车辆的电网进行保护的方法，其特征在于，该方法包括保护该保护装置的这两个输入端子两端免受极性反转的步骤，该步骤包括以下子步骤：

·当该第一输入端子与该第二输入端子之间的电压为正时，电流流过第一极化非线性偶极子和第一开关控制元件，其效果是致动第一开关的闭合并且因此将该第一输入端子电连接至该第一输出端子；

·当该第一输入端子与该第二输入端子之间的电压为负时，即，当存在极性反转时，无电流流过该第一极化非线性偶极子或该第一开关控制元件，从而使该第一开关留在打开休息位置。

该保护方法可以包括保护该保护装置的这两个输入端子两端免受过电压的步骤，该步骤包括以下子步骤：

·当该第一输入端子与该第二输入端子之间的电压值低于或等于电压阈值时，无电流流过第二极化非线性偶极子或第二开关控制元件，从而使第二开关在该休息位置处保持闭合；

·当该第一输入端子与该第二输入端子之间的电压高于电压阈值时，该第二极化非线性偶极子允许电流流动，并且该第二开关控制元件使该第二开关打开，从而保持该第一开关打开。

本发明还涉及一种机动车辆，其特征在于，该机动车辆包括连接在如以上所述的保护装置的下游的至少一个电子部件，具体地电池和/或车载网络和/或交流发电机。

本发明的这些主题、特征和优点将在以下结合唯一附图非限制性地提供的对一个特定模式的实施方式的描述中详细地阐述，该唯一附图根据本发明的一个实施例示意性地展示了用于保护车辆的装置。

用于保护车辆的供电源的装置1包括两个部件：用于检测极性反转的装置10以及过电压检测装置20。这两个装置容纳在包括四个外部端子的壳体中。在本实施例中，保护装置1被安装在容纳该车辆电池的壳体的盖上。因此，该保护装置物理地采取一种适用于外部电源上游与机动车辆的电网下游(具体地该车辆内部的电压源)的全部或一部分之间的连接的装置的形式，以便在该外部电源与该车辆之间形成保护屏障，具体地以便提供防止由于上述错误引起的不合适连接的保护。本发明还涉及一种本身已知的机动车辆，该机动车辆结合了连接在其要保护的电气部件中的全部或一部分的上游的保护装置1。

用于保护车辆的供电源的装置1设置有四个端子，以允许将该装置有利地连接在上游和下游。根据实施例，车辆的电网的全部或一部分经由第一输出端子4和第二输出端子5被连接在保护装置1的下游。这些输出端子4、5允许进行至车辆的电池14和/或车载网络15和/或交流发电机16的相应端子的连接(正极至正极，以及负极至负极)。

此外，车辆的电网的全部或一部分易于经由用于保护车辆电源的装置1、经由该装置的第一输入端子2和第二输入端子3连接至外部电源。在本实施例中，第一输入端子2和第二输入端子3是连接焊盘，这些连接焊盘被安排成使得允许外部电源的这两个电极连接至保护装置，这个过程是借助于电池充电器或跨接电缆夹具完成的。因此，保护装置1适用于例如至抢修车辆的电池17和/或至抢修车辆的交流发电机19和/或至电池充电器18的上游连接。

装置10的用于检测极性反转的电子电路由以下各项构成：第一极化非线性偶极子12、第一开关控制元件11、以及由第一开关控制元件11控制的第一开关13。根据本实施例，第一非线性偶极子12是二极管，并且第一开关控制元件11是继电器控制电磁线圈。

过电压检测装置20的电子电路由以下各项构成：第二极化非线性偶极子22、第二开关控制元件21、以及由第二开关控制元件21控制的第二开关23。根据本实施例，第二非线性偶极子22是齐纳二极管，并且第二开关控制元件21是继电器控制电磁线圈。

根据实施例，用于保护车辆的供电源的装置1的电子电路由下文表示的四个支路形成：

-将第一输入端子2连接至第一输出端子4的第一支路6包括该第一开关13；

-第二支路7将第二输入端子3连接至第二输出端子5；

-将第一支路6连接至第二支路7的第一中间支路8包括第一极化非线性偶极子12、第二极化非线性偶极子22、以及第二开关控制元件21；

-第二中间支路9包括第一开关控制元件11和第二开关23，并且从位于第一极化非线性偶极子12与第二极化非线性偶极子22之间的电连接延伸至第二支路7。

现在将对保护装置1的操作进行解释。

在正常操作模式下，即，当极性未反转时并且当第一输入端子2与第二输入端子3之间的电压取低于或等于预定义阈值(例如，16v、或甚至14v、或甚至12.5v)的值时，电流流过第一极化非线性偶极子12但是被第二极化非线性偶极子22阻止。由于第二开关控制元件21不经受任何电压，所以第二开关23保持在闭合休息位置。因此，可以跨第一开关控制元件11的端子建立电压，从而使第一开关13从打开休息位置切换成闭合工作位置。因此，在第一输入端子2与第一输出端子4之间建立电连接。因此，经由第一输出端子4和第二输出端子5、跨车辆的电池14的端子和/或跨车载网络15的端子和/或跨交流发电机16的端子、并且更一般地跨车辆的连接在保护装置1的下游的任何电气部件，施加第一输入端子2与第二输入端子3之间的电压。

如上所解释的，可能发生两种异常操作情形：极性反转和过电压。这两种情况可以独立于彼此发生或同时发生。

在极性反转的第一种情况下，第一极化非线性偶极子12阻止电流流过第一中间支路8。然后，第一开关控制元件11不经受任何电压，这导致开关13保持在打开休息位置。因此，第一输出端子4不连接至第一输入端子2，并且连接在保护装置1下游的电气部件不经受保护装置1所接收的反向电压。

在第二种情况下，在被定义为第一输入端子2与第二输入端子3之间的电压值高于预定义阈值的过电压的情况下，第二极化非线性偶极子22允许电流流动。应当注意，此第二偶极子22被选择成使得在该预定义电压阈值处提供这种性能变化。然后，第二开关控制元件21使第二开关23从闭合休息位置切换成打开工作位置。因此，第一开关控制元件11不会经受任何电压，并且因此第一开关13保持在打开休息位置，从而防止在第一输出端子4与第二输出端子5之间建立第一输入端子2与第二输入端子3之间的电压。

因此，这种解决方案通过防止由其提供的系统经受电压反向或过电压来允许满足设定目标。应当注意，保护装置1可以与通过机动车辆旁边的电池进行操作的任何系统相关联。

以上描述的保护装置1具有形成简单的、廉价且可靠的解决方案的优点，因为其在不使用微控制器或软件的情况下实施硬件电子元件。

本发明的另一个优点是，其可以与任何外部电源一起使用，除了以常规方式连接外部电源外不需要对外部电源采取任何动作，也不需要为所提供的外部电源提供特定保护。

本发明还涉及一种用于使用如以上所述的保护装置来对车辆的电网进行保护的方法，其特征在于，该方法包括保护该保护装置的这两个输入端子两端免受极性反转的步骤，该步骤包括以下子步骤：

·当该第一输入端子2与该第二输入端子3之间的电压为正时，电流流过第一极化非线性偶极子12和第一开关控制元件11，其效果是致动第一开关13闭合并且因此将该第一输入端子2电连接至该第一输出端子4；

·当该第一输入端子2与该第二输入端子3之间的电压为负时，即，当存在极性反转时，无电流流过该第一极化非线性偶极子12或该第一开关控制元件11，从而使该第一开关13留在打开休息位置。

该保护方法包括保护该保护装置的这两个输入端子2、3的两端免受过电压的步骤，该步骤包括以下子步骤：

·当该第一输入端子2与该第二输入端子3之间的电压值低于或等于电压阈值时，无电流流过第二极化非线性偶极子22或第二开关控制元件21，从而使第二开关23在该休息位置处保持闭合；

·当该第一输入端子2与该第二输入端子3之间的电压高于电压阈值时，该第二极化非线性偶极子22允许电流流动，并且该第二开关控制元件21使该第二开关23打开，从而保持该第一开关13打开。