WO2014005665A1 - Sensor module for detecting arcs in vehicles - Google Patents
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Definitions
- FIGS 2 and 3 show the sensor module 1 in a perspective view.
- the sensor module 1 has a flat housing, preferably substantially rectangular and rounded on a narrow side module housing 8.
- the sensor module 1 or its housing 8 has a preferably circular passage opening 9, which is provided for passing through the contact pin 2 and thus for attaching the sensor module 1 thereto.
- an annular current sensor 10 for detecting the electrical system current flowing via the contact pin 2 is arranged within the housing 8, so that the current sensor 10 surrounds the passage opening 9 coaxially.
- FIGS. 5 and 6 show an exemplary embodiment with a sensor module 1 having two passage openings 9a and 9b spaced apart from one another and otherwise constructed or equipped in accordance with the sensor modules 1 according to FIGS.
- the sensor module 1 according to FIG. 6 is provided for this purpose and set up in parallel to an on-board fuse 15 to be placed on two contact pins 2 and screwed thereto.
- the vehicle electrical system fuse 15 is below the sensor module 1 and is contacted together with this in turn with contact pins 2 'in the form of metric screws, the screw heads in contact elements or contact plates 17 corresponding busbars 3.
- FIG. 9 shows an embodiment of the sensor module 1 ', which is provided and arranged to be pushed onto an on-board power cable or an on-board power line 19.
- the sensor module V is a remote or Angled mounting housing portion 20 in turn with a through hole 9 ', the module or housing inside is surrounded or enclosed by the current sensor 10.
- An in turn in the module housing 8 'integrated electronics for the evaluation of the current flowing through the electrical system cable 19 and detected by the current sensor 10 is also used to detect a possible arc.
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Description
Beschreibung description
Sensormodul zur Lichtbogenerkennung in Fahrzeugen Sensor module for arc detection in vehicles
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lichtbogenerkennung (Are Fault Detection) in einem Fahrzeugbordnetz, insbesondere eines Nutzfahrzeugs. Unter Nutzfahrzeug wird beispielsweise ein Omnibus verstanden. The invention relates to a device for arc detection (Are Fault Detection) in a vehicle electrical system, in particular a commercial vehicle. A commercial vehicle is understood, for example, as an omnibus.
Derartige Fahrzeuge weisen üblicherweise ein Bordnetzgerät, eine Bordnetzelektronik oder eine Stromverteilung mit Stromschienen und Kontaktbolzen mit metrischem Gewinde auf. Mittels der Kontaktbolzen werden Stromschienen sowie gegebenenfalls Sicherungen oder andere elektronische Bauteile unter Verwendung von Schraubenmuttern verschraubt und elektrisch miteinander kontaktiert. Such vehicles usually have an on-board power supply, on-board electronics or a power distribution with busbars and contact pins with metric thread. By means of the contact pins busbars and possibly fuses or other electronic components are screwed using nuts and electrically contacted with each other.
Gewünscht ist die zumindest optionale Integration einer Lichtbogenerkennung in ein derartiges Fahrzeug. Hierbei soll die existierende Fahrzeugelektronik nicht oder zumindest möglichst geringfügig umgestaltet werden. What is desired is the at least optional integration of arc detection in such a vehicle. In this case, the existing vehicle electronics should not or at least as little as possible be redesigned.
Erfindungsgemäß ist ein Sensormodul mit integriertem Stromsensor und mit integrierter Elektronik vorgesehen, die vorzugsweise einen Algorithmus oder eine Software zur Lichtbogenerkennung (Are Fault Detection) enthält. Das Sensormodul und insbesondere der Stromsensor sind dazu vorgesehen und eingerichtet, den über ein Bauteil des Fahrzeugbordnetzes, beispielsweise der Fahrzeugelektronik und/oder eines Stromverteilers, fließenden Strom praktisch ohne Veränderung des Bauteils zu erfassen. Hierzu ist der Stromsensor vorzugsweise ringförmig ausgestaltet, um in Verbindung mit einer mit dem Stromsensor fluchtenden Durchgangsöffnung des Sensormoduls bzw. dessen Modulgehäuses das stromführende Bauteil zu umschließen. According to the invention, a sensor module with integrated current sensor and with integrated electronics is provided which preferably contains an algorithm or software for arc detection (Are Fault Detection). The sensor module and in particular the current sensor are provided and configured to detect the current flowing through a component of the vehicle electrical system, for example the vehicle electronics and / or a power distributor, virtually without changing the component. For this purpose, the current sensor is preferably of annular design in order to enclose the current-carrying component in conjunction with a passage opening of the sensor module or its module housing which is aligned with the current sensor.
Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lichtbogenerkennung in einem Fahrzeugbordnetz, die ebenfalls ein Sensormodul mit einem Modulgehäuse und darin angeordnet einen Stromsensor und eine Auswerteelektronik aufweist, ist das Sensormodul dazu vorgesehen und eingerichtet, auf ein stromführendes Bordnetzkabel oder eine Bornetzleitung aufgeschoben zu werden, so dass der den Stromsensor aufweisende Modul- oder Gehäusebereich das Bordnetzkabel umschließt. Auch bei dieser Variante weist das Sensormodul eine Durchgangsöffnung auf, durch welche der Bordnetzkabel hindurchtritt. According to a variant of the device according to the invention for detecting arcs in a vehicle electrical system, which likewise has a sensor module with a module housing and a current sensor and evaluation electronics arranged therein, the sensor module is provided and set up for this purpose current-carrying vehicle power cable or a Bornetzleitung to be postponed, so that the current sensor having module or housing area encloses the electrical system cable. In this variant too, the sensor module has a passage opening through which the vehicle power cable passes.
Bei beiden Varianten ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Modulschnittstelle, vorzugsweise in Form eines Steckkontaktes, zur Datenübertragung, zur Konfiguration und/oder zur Parametrierung des Sensormoduls aufweist. In die Ansteuerelektronik ist geeigneterweise eine Software bzw. ein Algorithmus zur Lichtbogenerkennung um anhand des vom Stromsensor erfassten Stroms implemen- tiert. In both variants, it is advantageous if the device has a module interface, preferably in the form of a plug contact, for data transmission, for configuration and / or for parameterization of the sensor module. Suitably, software or an algorithm for detecting arcs is implemented in the control electronics by means of the current detected by the current sensor.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung ein auf einen Kontaktbolzen aufgesetztes Sensormodul zur Lichtbogenerkennung, 1 is a schematic sectional view of a mounted on a contact pin sensor module for arc detection,
Fig. 2 und 3 in perspektivischer Darstellung das Sensormodul mit einer 2 and 3 in a perspective view of the sensor module with a
Durchgangsöffnung zur Stromerfassung sowie mit seitlich bzw. oberseitig zugänglichen Steckkontakten, Through opening for current detection and with side or top side accessible plug contacts,
Fig. 4 in einer Darstellung gemäß Fig. 1 das auf den Kontaktbolzen mit Bolzenverlängerung aufgesetzte Sensormodul, 4 in a representation according to FIG. 1 the sensor module placed on the contact pin with bolt extension, FIG.
Fig. 5 in einer Darstellung gemäß Fig. 1 ein auf zwei beabstandete Fig. 5 in a representation according to FIG. 1 a spaced apart at two
Kontaktbolzen aufgesetztes Sensormodul, Contact pin mounted sensor module,
Fig. 6 in perspektivischer Darstellung das Sensormodul gemäß Fig. 5 mit zwei Durchgangsöffnungen zur Stromerfassung sowie mit seitlich zugänglichen Steckkontakten, 6 is a perspective view of the sensor module of FIG. 5 with two through holes for current detection and with laterally accessible plug contacts,
Fig. 7 in einer Darstellung gemäß Fig. 5 eine alternative Ausführungsform eines auf zwei beabstandete Kontaktbolzen aufgesetzten Fig. 7 in an illustration according to FIG. 5, an alternative embodiment of a patch on two spaced contact pins
Sensormoduls, Sensor module,
Fig. 8 in perspektivischer Darstellung das Sensormodul gemäß Fig. 7 mit einer sensorischen Durchgangsöffnung zur Stromerfassung und mit einer gelochten Anschlusslasche sowie mit stirnseitigen Steckkontakten, und 8 shows a perspective view of the sensor module according to FIG. 7 with a sensory passage opening for current detection and with a perforated terminal lug and with front-side plug contacts, and
Fig. 9 in perspektivischer Darstellung eine Variante des Sensormoduls mit einer sensorischen Durchgangsöffnung zur Durchführung eines Bordnetzkabels sowie oberseitig zugänglichen Steckkontakten. 9 is a perspective view of a variant of the sensor module with a sensory passage opening for the implementation of a vehicle power cable and the top side accessible plug contacts.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die Figuren 1 und 2 zeigen im Längsschnitt ein Sensormodul 1 , das auf einen herkömmlichen Schraub- oder Kontaktbolzen 2 aufgesetzt ist, der mit einer Stromoder Verteilerschiene 3 eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs kontaktiert ist. Das Sensormodul 1 ist zusammen mit einem Kabelschuh 4 mit angeschlossenem Bordnetzkabel Bordnetzleitung) 5 mittels einer Schraubenmutter 6 verschraubt. Figures 1 and 2 show in longitudinal section a sensor module 1, which is placed on a conventional screw or contact pin 2, which is contacted with a power or bus bar 3 of a vehicle electrical system of a motor vehicle. The sensor module 1 is bolted together with a cable lug 4 with connected vehicle electrical system wiring) 5 by means of a nut 6.
Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 kann bedarfsweise eine Bolzenverlängerung in Form eines weiteren Schraubbolzens 7a und einer Schraubhülse 7b mit Innengewinde vorgesehen sein. According to the embodiment of Fig. 2, if necessary, a bolt extension in the form of another bolt 7a and a screw sleeve 7b may be provided with internal thread.
Die Figuren 2 und 3 zeigen das Sensormodul 1 in einer perspektivischen Darstellung. Das Sensormodul 1 weist ein flachbauendes, vorzugsweise im Wesentlichen rechteckförmiges und an einer Schmalseite abgerundetes Modulgehäuse 8 auf. Im Bereich der abgerundeten Schmalseite weist das Sensormodul 1 bzw. dessen Gehäuse 8 eine vorzugsweise kreisförmige Durchgangsöffnung 9 auf, die zum Durchführen des Kontaktbolzens 2 und damit zum Aufstecken des Sensormoduls 1 auf diesen vorgesehen ist. Im Bereich dieser Durchgangsöffnung 9 ist innerhalb des Gehäuses 8 ein ringförmiger Stromsensor 10 zur Erfassung des über den Kontaktbolzen 2 fließenden Bordnetzstroms angeordnet, so dass der Stromsensor 10 die Durchgangsöffnung 9 koaxial umgibt. Figures 2 and 3 show the sensor module 1 in a perspective view. The sensor module 1 has a flat housing, preferably substantially rectangular and rounded on a narrow side module housing 8. In the region of the rounded narrow side, the sensor module 1 or its housing 8 has a preferably circular passage opening 9, which is provided for passing through the contact pin 2 and thus for attaching the sensor module 1 thereto. In the region of this passage opening 9, an annular current sensor 10 for detecting the electrical system current flowing via the contact pin 2 is arranged within the housing 8, so that the current sensor 10 surrounds the passage opening 9 coaxially.
Der mittels des Stromsensors 10 erfasste Strom wird mittels einer Auswerteelektronik 11 des Sensormoduls 1 analysiert und dabei im Hinblick auf eine mögliche Lichtbogenbildung ausgewertet. Das Sensormodul 1 ist somit dazu vorgesehen und eingerichtet, in einfacher Art und Weise zur Lichtbogenerkennung auf den Kontaktbolzen 2 eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs aufgesetzt zu werden. Dabei erfasst der Stromsensor 10 im aufgesetzten Zustand des Sensormoduls 1 den über den Kontaktbolzen 2 fließenden Strom, den die Elektronik 11 des Sensormoduls 1 zum Zwecke der Lichtbogenerkennung auswertet. The current detected by means of the current sensor 10 is analyzed by means of an evaluation electronics 11 of the sensor module 1 and thereby with regard to a possible Arcing evaluated. The sensor module 1 is thus provided and adapted to be placed in a simple manner for arc detection on the contact pin 2 of a vehicle electrical system of a motor vehicle. In this case, the current sensor 10 detects in the mounted state of the sensor module 1 the current flowing through the contact pin 2 current, the electronics 11 of the sensor module 1 evaluates for the purpose of arc detection.
Das Sensormodul 1 ist des Weiteren mit einer Modulschnittstelle 12 in Form eines Steckkontaktes oder Kontaktarrays versehen. Die Modulschnittstelle 12 ist ebenso wie die elektronischen Bauteile 13 der Elektronik 11 und gegebenenfalls zusammen mit dem Sensor 10 auf eine Leiterplatte 14 montiert. Über die Modulschnittstelle 12 erfolgt die Datenübertragung vom Sensormodul 1 zu einer Steuerelektronik im Kraftfahrzeug und/oder zu einem externen Auswertegerät. Die Modulschnittstelle 12 dient zudem zur Konfiguration oder Parametrierung des Sensormoduls 1 , insbesondere dessen Elektronik 11 , und erforderlichenfalls des Sensors 10. The sensor module 1 is further provided with a module interface 12 in the form of a plug contact or contact array. The module interface 12 as well as the electronic components 13 of the electronics 11 and optionally together with the sensor 10 are mounted on a printed circuit board 14. Via the module interface 12, the data transmission from the sensor module 1 to a control electronics in the motor vehicle and / or to an external evaluation device. The module interface 12 also serves to configure or parameterize the sensor module 1, in particular its electronics 11, and if necessary, the sensor 10th
Der Stromsensor umfasst vorzugsweise einen Ringkern aus einem ferromagneti- schen Material und eine Sensorwicklung mit einer Anzahl von um den Ringkern gewickelten Windungen. Durch geeignete Wahl der geometrischen, werkzeug- oder materialtechnischen und wicklungsmäßigen Parameter bietet das Messsignal der Sensorwicklung und somit des Stromsensors 10 ein prägnantes Signal, wenn im Falle eines Lichtbogens ein entsprechend hoher Strom über den Kontaktbolzen 2 fließt. Da es sich bei dieser Art der Messung mittels des Stromsensors 10 nicht um Absolutmesswerte handelt, ist die Detektion von Lichtbögen in einem extrem großen Strombereich ermöglicht. The current sensor preferably comprises a toroidal core made of a ferromagnetic material and a sensor winding with a number of turns wound around the toroidal core. By a suitable choice of the geometric, tool or material technical and winding parameters, the measurement signal of the sensor winding and thus of the current sensor 10 provides a succinct signal when in the case of an arc, a correspondingly high current flows through the contact pin 2. Since this type of measurement by means of the current sensor 10 is not an absolute measurement, the detection of arcs in an extremely large current range is made possible.
Je nach Einsatzzweck und Gegebenheiten vor Ort im Bordnetz des Kraftfahrzeugs kann die Modulschnittstelle 12 an einer Gehäuseseite gemäß Fig. 2 oder an einer Gehäuseober- oder -Unterseite gemäß Fig. 3 angeordnet sein. Insgesamt ist das Modulgehäuse 8 und damit das Sensormodul 1 möglichst raumsparend ausgeführt, um in einem üblichen Bordnetz-Stromverteiler eines Kraftfahrzeuges einge- setzt und dort auf die vorhandenen Kontaktbolzen 2 in montagetechnisch einfacher Art und Weise aufgesetzt und verschraubt werden zu können. Depending on the purpose and local conditions in the electrical system of the motor vehicle, the module interface 12 may be disposed on a housing side of FIG. 2 or on a housing top or bottom side of FIG. 3. Overall, the module housing 8 and thus the sensor module 1 are designed to be as space-saving as possible in order to be integrated in a conventional electrical system distributor of a motor vehicle. sets and there to be placed on the existing contact pin 2 in montagetechnisch simple way and screwed.
Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einem zwei zueinander beabstandet angeordnete Durchgangsöffnungen 9a und 9b aufweisenden Sensormodul 1 , das ansonsten entsprechend den Sensormodulen 1 nach den Figuren 2 und 3 aufgebaut bzw. bestückt ist. Das Sensormodul 1 gemäß Fig. 6 ist dazu vorgesehen und eingerichtet parallel zu einer Bordnetzsicherung 15 auf zwei Kontaktbolzen 2 aufgesetzt und mit diesen verschraubt zu werden. FIGS. 5 and 6 show an exemplary embodiment with a sensor module 1 having two passage openings 9a and 9b spaced apart from one another and otherwise constructed or equipped in accordance with the sensor modules 1 according to FIGS. The sensor module 1 according to FIG. 6 is provided for this purpose and set up in parallel to an on-board fuse 15 to be placed on two contact pins 2 and screwed thereto.
Die Ausführungsform gemäß den Figuren 7 und 8 unterscheidet sich von derjenigen nach den Figuren 5 und 6 einerseits durch den Aufbau des Sensormoduls 1 und andererseits durch die Art und Weise der Kontaktierung mit entsprechenden Bauteilen des Fahrzeugbordnetzes. Das dargestellte Sensormodul 1 weist wiederum eine Durchgangsöffnung 9b mit gehäuseintern zugeordnetem Stromsensor 10 auf. Anstelle einer zweiten Durchgangsöffnung weist dieses Sensormodul 1 auf der der Durchgangsöffnung 9b gegenüber liegenden Schmalseite des Gehäuses 8 eine gelochte Anschlusslasche 16 auf. Die Modulschnittstelle 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an einer Schmalseite des Sensorgehäuses 1 vorgesehen. The embodiment according to FIGS. 7 and 8 differs from that according to FIGS. 5 and 6 on the one hand by the structure of the sensor module 1 and on the other hand by the manner of contacting with corresponding components of the vehicle electrical system. The illustrated sensor module 1 in turn has a through-opening 9b with a current sensor 10 associated with the housing. Instead of a second passage opening, this sensor module 1 has a perforated connection lug 16 on the narrow side of the housing 8 opposite the passage opening 9b. The module interface 12 is provided in this embodiment on a narrow side of the sensor housing 1.
Im Montagezustand liegt bei dieser Ausführungsform die Bordnetzsicherung 15 unterhalb des Sensormoduls 1 und ist zusammen mit diesem wiederum mit Kontaktbolzen 2' in Form von metrischen Schrauben kontaktiert, deren Schraubköpfe in Kontaktelementen oder Kontaktlaschen 17 entsprechender Stromschienen 3 einsitzen. In the assembled state, in this embodiment, the vehicle electrical system fuse 15 is below the sensor module 1 and is contacted together with this in turn with contact pins 2 'in the form of metric screws, the screw heads in contact elements or contact plates 17 corresponding busbars 3.
In Fig. 7 ist zudem ein Datenübertragungsanschluss 18 in Form eines Anschlusssteckers oder einer Anschlussbuchse gezeigt, die mit der Modulschnittstelle 12 steckkontaktiert ist. FIG. 7 also shows a data transmission connection 18 in the form of a connection plug or a connection socket which is plug-contacted to the module interface 12.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform des Sensormoduls 1 ', das dazu vorgesehen und eingerichtet ist, auf ein Bordnetzkabel oder eine Bordnetzleitung 19 aufgeschoben zu werden. Hierzu weist das Sensormodul V einen abgesetzten oder winklig ansetzenden Gehäusebereich 20 mit wiederum einer Durchgangsöffnung 9' auf, die modul- oder gehäuseintern vom Stromsensor 10 umgeben oder umschlossen ist. Eine wiederum in das Modulgehäuse 8' integrierte Elektronik zur Auswertung des über das Bordnetzkabel 19 fließenden und vom Stromsensor 10 erfassten Stroms dient ebenfalls zur Erkennung eines eventuellen Lichtbogens. FIG. 9 shows an embodiment of the sensor module 1 ', which is provided and arranged to be pushed onto an on-board power cable or an on-board power line 19. For this purpose, the sensor module V is a remote or Angled mounting housing portion 20 in turn with a through hole 9 ', the module or housing inside is surrounded or enclosed by the current sensor 10. An in turn in the module housing 8 'integrated electronics for the evaluation of the current flowing through the electrical system cable 19 and detected by the current sensor 10 is also used to detect a possible arc.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 , r Sensormodul 1, r sensor module
2 Kontaktbolzen 2 contact pins
3 Strom-/Verteilerschiene 3 power / distribution rail
4 Kabelschuh 4 cable lug
5 Bordnetzkabel/-leitung 5 on-board power cable / cable
6 Schraubenmutter 6 nut
7a Bolzenverlängerung 7a bolt extension
7b Schraubhülse 7b screw sleeve
8 Modulgehäuse 8 module housing
9 Durchgangsöffnung 9 passage opening
9a, b Durchgangsöffnung 9a, b passage opening
10 Stromsensor 10 current sensor
11 Auswerte-/Elektronik 11 evaluation / electronics
12 Modulschnittstelle / Steckkontakt 12 module interface / plug contact
13 elektronisches Bauteil 13 electronic component
14 Leiterplatte 14 circuit board
15 Bordnetzsicherung 15 onboard fuse
16 Anschlusslasche 16 connecting lug
17 Kontaktlasche 17 contact tab
18 Datenubertragungsanschluss 18 data transmission connection
19 BordnetzkabelMeitung 19 Wiring power cable
20 Gehäusebereich 20 housing area
Claims
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