技术摘要：
提出了用于车辆(2)的布线系统(4)，其具有电压源(6)和电负载(8)，由此对电负载(8)的需求取决于外部条件。此外，布线系统(4)具有负载路径(10)，该负载路径具有电线(12)，该负载路径将电压源(6)连接到电负载(8)；以及第一开关元件(14)，布置在负载路径(10)中，用于将电负  全部
背景技术：
在车辆，特别是机动车辆中，电能通过布线系统分配。为此，布线系统通常具有多 条电线，这些电线将诸如车辆电池之类的电压源连接至车辆的一个或多个电负载。 如今，车辆布线系统中的电线的设计和尺寸应使在布线系统运行期间最大(指定) 电流不会对电线造成热损坏。 电线的热负荷还受到例如相应电线的环境温度的影响。机动车辆以及因此还有布 线系统通常被设计为在超过例如-40℃至85℃甚至高达120℃的温度范围的外部温度下使 用。 为了至少达到所需的工作时间，从而又不超过最大线路温度(这是由电流引起的 电线加热和环境温度的影响)，如今，电线关于它们的线横截面最好“尺寸过大”。这意味着， 线的横截面比关于最大预期热负荷所将要/必须具有的横截面大。但是，这种尺寸过大与相 当大的附加成本和重量增加有关。 发明概述 基于此，本发明的目的是提供布线系统，该布线系统以节省成本和节省材料的方 式进行设计和制造。 根据本发明，该目的通过用于车辆的电布线系统来实现。布线系统包括： -至少一个电压源和至少一个电负载，其中对电负载进行操作的需要取决于外部 条件，并且布线系统被设计用于外部条件的最大工作范围， -具有至少一条电线的负载路径，该负载路径将电压源连接到电负载，以及 -第一开关元件，其布置在负载路径中，用于将电负载与电压源分开，其中- -定义了外部条件的工作范围，该工作范围小于最大工作范围， -布置了控制单元，该控制单元被设计为，如果外部条件超出工作范围则防止电负 载接通。 在从属权利要求中公开了有利的实施方案、进一步的改进和变型。 该布线系统特别是被设计和用于车辆，特别是用于机动车辆。它具有电压源和电 负载。电负载的操作需求取决于外部条件。此外，布线系统具有带有电线的负载路径，该负 载路径将电压源与电负载连接。外部条件应理解为布线系统外部的条件。因此，这种外部条 件既不是负载本身的属性，也不是负载路径的属性。 此外，布线系统具有第一开关元件，该第一开关元件位于负载路径中。第一开关元 4 CN 111717137 A 说　明　书 2/7 页 件用于将电负载与电压源分开。负载路径限定了电源和负载之间的电连接，并且特别地包 括电线和第一开关元件。 布线系统通常即默认情况下是针对外部条件的(最大)工作范围(例如温度)进行 设计的。这意味着布线系统的各个部件，例如默认情况下，线路、电子部件、开关等是为此最 大工作范围设计的。 此外，定义了外部条件的工作范围，在该工作范围内负载的功能是有意义的。这意 味着仅在外部条件的工作范围内使用电负载才有意义。该工作范围小于最大工作范围。 此外，在布线系统内布置有控制单元，该控制单元以如下方式设计：如果外部条件 不在工作范围内，则防止接通负载。这确保了例如只有在外部条件在工作范围内时，驾驶员 才能“调出”电负载。工作范围是默认情况下设计布线系统的外部条件的最大工作范围的子 范围。因此，通过该措施，将布线系统的一部分设计为用于与布线系统的其他部分不同的工 作范围。 通过防止当外部条件超出工作范围时接通负载，就电线的负载而言实现了布线系 统的优化。因此，例如在环境条件下接通电负载不合理的情况下，总是要关闭电负载。因此， 在这些状态下有效地防止了手动激活。换句话说，负载不是“不必要地”投入运行。这使得布 线系统以及特别是其设计能够在节省材料且从而降低成本方面被有利地设计。 优选地，外部条件是外部温度。这尤其是负载区域中的环境温度和/或车辆外部的 环境温度或还有车辆中运行资源的温度。工作范围是具有温度上限的预定义温度范围，然 后是直至最高温度的另一个工作范围。规定温度范围的温度上限例如具有大于25℃且小于 或等于35℃或小于或等于40℃或小于或等于50℃的值。 该实施方案基于这样的思想，即，当达到或超过温度上限时，优选地不能接通电负 载。这也限制了由电流流过电线引起的最大电线温度，并使电线的整体尺寸较小。 最高温度是例如在负载附近，尤其是车辆外部的最高环境温度下可以达到的温 度，并且至少部分地针对此设计了布线系统。最高温度为例如85℃或更高，例如120℃。 最高温度优选比温度上限高10℃或20℃，特别是高30℃或50℃。另一个工作范围 优选地理解为布线系统的工作或操作范围，例如关于最大设计温度(针对此设计布线系 统)。基本上可以在高于温度上限的范围内(即在另一个工作范围内)运行电负载。但是，在 另一个工作范围内运行负载的需求通常是不切实际或不必要的。 优选地，还可以例如通过控制单元动态地调节温度上限，并且在必要时例如特别 是在短期内通过增加特定值来调节温度上限。根据负载的类型，可能至少需要对负载进行 紧急操作。除了提高温度极限，即避免强制关闭负载外，还优选提供限流器。这意味着在这 种特殊的操作情况下(紧急操作)，负载将被提供的电流最好小于最大负载电流。 因此，通常在优选实施方案中，工作范围，即特别是规定的温度范围在操作中是可 变的。这意味着，可以根据用户的优先级动态调整工作范围，例如在必要时继续提供与安全 相关的功能和/或确保紧急操作。 作为这种可变性的替代方案，工作范围是固定的，并且在车辆的操作过程中不能 更改，例如，生产和交付后不能更改。 电线的线横截面仅设计为在线路的最高工作温度下在工作范围内为负载供电。该 设计基于以下考虑：优选仅在工作范围内(必须)通过电线向电负载(必须)供应电能，因此 5 CN 111717137 A 说　明　书 3/7 页 必须仅针对该工作范围设计最大线路温度。最高工作温度在此被理解为由电线的近范围内 的外部温度和电线的与电流有关的加热组成的温度。 电线尤其是单芯线。替代地，电线是多芯线，每个芯都为负载供电。 线横截面的设计和计算通常是根据标准或其他法规(例如，根据VDE0298)进行的。 除了几何因素，例如安装类型(单芯、多芯)，线的安装位置等，设计的决定性因素是应该流 经线的最大电源电流以及最大温度。 对于给定的几何形状因素和安装位置，标准和法规通常指示不同线横截面的不同 载流容量，通常针对例如在30℃的定义线温度。例如，根据VDE  0298  T4  06/13，表11，置于 空气中的单芯0.75mm2芯的载流容量为15A。对于25mm2芯，载流容量为129A。所需的横截面在 很大程度上取决于环境温度。例如，在表17中，根据上述VDE标准0298  T4  06/13考虑了转换 系数，在30℃时为1.0，在50℃时已为0.71，在65℃时为0.35。 根据本发明采取的措施，即防止负载在一定的温度上限下工作，因此可显着节省 线所需的材料，因为这些线可设计为横截面明显较小(与最高工作温度的设计相比)。 因此，电线的导体横截面要小于在另一个工作范围内为电负载供电所需的横截 面，因此，例如，在布线系统的整个工作范围内(具有其他相同的参数)，特别是在其他方面 相同的线结构(单芯多芯；导体和芯绝缘的材料和结构)。优选地，线横截面比在另一个工作 范围(达到最高温度)为负载供电所需的线横截面小至少2倍，优选至少5倍，尤其是至少10 倍。通过减小线的横截面，线的材料减少，从而成本和重量减少。 在专为高载流容量设计并旨在满足高电流需求的线路中，这种节省尤为明显。该 线路专门设计用于至少30A，优选至少60A，尤其是至少100A的载流容量。 特别地，电负载是电加热系统。在最简单的情况下，加热系统是电加热元件。可替 代地，它具有至少一个这样的电加热元件。因此，如果外部条件在工作范围之外，则加热系 统最好根本不能接通。 根据第一变型，加热系统或加热元件支持车辆乘员的舒适功能，以使他们感到温 暖。特别地，加热元件用于加热乘客厢、车辆座椅和/或方向盘。优选地，为上述一个或多个 部件提供加热元件。 替代地或附加地，加热元件根据第二变体用于加热车辆的运行资源。在此上下文 中，车辆的运行资源尤其应理解为发动机和/或变速箱油。 替代地或附加地，加热元件用于加热车窗，特别是前窗和/或后窗，和/或用于加热 车镜，尤其是侧镜，和/或其他车辆系统。 在将电负载设计为电加热元件的情况下，与温度有关的关断已被证明是特别有利 和合适的。例如，可以假定驾驶员不需要在高于30℃的环境温度下加热乘客厢的加热功能。 在这种情况下，工作范围的温度上限将是例如30℃，从而在该温度以上，防止了加热元件的 接通或功能。 作为另一实施例，在此使用已经提到的加热元件的功能，作为用于加热车辆的运 行资源的加热元件。特别地，与以上示例相反，车辆的外部或环境温度不被定义为外部条 件，而是例如，车辆的发动机温度被定义为外部条件。例如，如果现在在操作期间测量装置 和控制单元检测到发动机是热的，则加热元件的用于加热运行资源的功能被阻止。 通过将电负载，特别是加热元件的功能抑制在规定的温度限值以上，可以确保优 6 CN 111717137 A 说　明　书 4/7 页 选地不达到为加热元件供电的电线的最大线温度(在正常条件下)。因此，必须将线设计为 在规定的温度限值以下运行，尤其是仅在工作范围内运行。 优选地，电线具有多个线路元件，特别是单个芯，在各种情况下通过该线路元件分 别向负载提供电流。因此，负载的供电是由多个线路元素完成的。此外，这些线路元件中的 每一个都包含用于开关电负载的电子开关元件，特别是半导体开关，例如晶体管。因此，多 个电子开关元件一起限定了用于开关负载的第一开关元件。这种设计是基于以下考虑：在 大耗电器者的情况下，例如加热元件，温度范围的限制最初导致所需的线横截面较小。由于 负载路径在多个线路元件上的附加分布，因此仅需要将这些线路设计为总体上具有较低的 载流容量，然后可以通过电子开关元件进行开关。每个开关元件被设计成例如用于最大 10A，最大20A或最大30A的开关电流。因此，与先前的系统相比，该措施消除了对成本高昂的 开关继电器的需求，从而也节省了开关元件的成本。 例如，此处介绍的措施将导体横截面为25mm2的单芯电线和开关继电器(用于为加 热元件提供几千瓦的加热功率)替换为多芯，特别是三芯线，每个单独的芯具有仅1.5mm2的 导体横截面，并且每个均连接至电子开关元件。因此，在此实施例中，总导体横截面以及所 需导体材料的总体积已减少了约80％(从25mm2减少到总共4.5mm2)。 优选地，第一开关元件被设置用于在操作期间正常地接通负载。在此在运行期间 负载的正常接通应理解为是指驾驶员可以例如在行驶期间使用第一开关元件接通或断开 负载。如果外部条件超出操作范围，则控制单元还设置为阻止第一开关元件的开关。这样可 以确保可靠地防止例如在外部条件达到或超过温度上限时接通负载。 根据优选实施方案，第二开关元件也位于布线系统内。根据该实施方案，控制单元 被设置为，如果外部条件超出工作范围，则经由第二开关元件断开负载。该实施方式基于这 样的思想，即，与第一开关元件的开关状态无关地借助于第二开关元件断开电负载。例如， 如果驾驶员通过第一开关元件接通了电负载，并且现在例如由于环境温度的变化，外部条 件超出了工作范围，则情况尤其如此。这里，例如，开关信号通过并且经由控制单元传输到 第二开关元件，从而使负载与电压源分离。 根据一个优选的实施方案，至少第一开关元件被布置在与电线连接的配电器中。 因此至少第一开关元件被布置在所谓的预熔级中。在此上下文中，预熔级被理解为布线系 统内的区域，该区域优选地位于电压源附近，并且电线从该区域引至各个负载。事实证明， 特别是出于空间和安全原因，将预熔级布置在电压源的近距离内是有利的。通常，例如在每 个电流路径中在配电器中另外布置熔断元件。至少第一开关元件在配电器中的布置的优点 在于，最大可能的线长可以被设计为具有已经提到的较小的线横截面。 根据一种替代设计，第一开关元件具有集成的保险丝，例如以安全保险丝的方式， 以再次保护电线免受过电流影响。此外，作为替代方案并且特别是对于至少第一开关元件 在预熔级中的布置，第一开关元件在这种保险丝之前布置在负载路径中。 优选地，布线系统具有用于确定外部条件的测量装置。此外，测量装置优选地被设 计为测量电线的当前温度。电线当前温度的测量值用于确定外部条件。 优选地，该测量装置被设计用于通过以下至少一种方法来确定当前温度： -直接测量电线的温度，和/或 -通过电线的电阻间接测量电线的当前工作温度，和/或 7 CN 111717137 A 说　明　书 5/7 页 -测量布线系统部件中当前工作温度。 电线温度的直接测量例如通过温度传感器进行，该温度传感器优选地直接位于要 测量的电线上。借助于线电阻间接测量电线的实际温度是基于这样的考虑，即，线电阻优选 与线温度成比例地相关。因此，如果需要，可以借助于评估单元从电线的预定电阻推断出电 线温度。 可以理解，在测量布线系统的部件中的当前温度时，测量装置例如从车辆的控制 单元接收温度信号，该控制单元又从例如位于车辆内的温度传感器接收温度值。例如，通过 总线(BUS)通信系统将温度信号传输到测量系统。另外或替代地，有可能在考虑日期、位置 和/或季节的情况下得出有关电线温度的结论。 上述用于确定温度的方法使得可以以几种方式并且在每种情况下容易地确定电 线的温度。这意味着电线的温度确定不限于一种方法，因此可以应用于例如不同类型的车 辆布线系统和/或车辆类型，对于这些类型的车辆布线系统和/或车辆类型，例如已经证明 不同的温度确定方法能够是合适的(特别是从技术角度而言)。 根据本发明，该目的还通过用于设计用于车辆的布线系统的电线的方法来实现， 该布线系统包括 -电压源和电负载，其中对电负载的需求取决于外部条件， -具有电线的负载路径，该负载路径将电压源连接到电负载，以及 -第一开关元件，其布置在负载路径中，用于将电负载与电压源分开，其中 -定义了外部条件的工作范围，布线系统针对外部条件的总工作范围进行设计，该 总工作范围大于工作范围， -根据工作范围来确定线横截面，以便电线的线横截面设计仅适用于工作范围内 而不适用于总工作范围内进行操作。 布线系统尤其是上述的布线系统，其具有电压源以及电负载，具有电线的负载路 径，以及第一开关元件。该方法的第一步是定义外部条件的工作范围，优选地是负载功能有 意义的外部温度和工作范围。在第二方法步骤中，然后根据所定义的工作范围来确定线的 横截面，从而针对线的横截面来设计电线，以在工作范围内进行操作。 关于布线系统所提到的优点和优选实施方案将通过类推转移到程序上，反之亦 然。 下面借助附图详细解释本发明的实施方案。 附图说明 图1是根据第一设计变型例的机动车辆的布线系统，以及 图2根据第二设计变型例的机动车辆的布线系统。 发明详述 在图中，具有相同功能的部件始终以相同的附图标记示出。 图1示出了具有根据第一设计变型例的布线系统4的车辆2。车辆2尤其是机动车 辆。布线系统4具有电压源6和电负载8。在示例性实施方案中，电负载8是电加热元件，其尤 其是用于加热乘客厢的加热元件或用于加热车辆2的燃料的加热元件。对电负载8的需求取 决于外部条件。外部条件在这里被理解为需要电负载的条件，这尤其不是负载本身的特征。 8 CN 111717137 A 说　明　书 6/7 页 布线系统4还具有带有电线12的负载路径10，该负载路径将电压源6与电负载8连 接。 在图1所示的示例性实施方案中，布线系统4具有位于负载路径10中的第一开关元 件14。第一开关元件14用于将电负载8与电压源6隔离。第一开关元件14特别设计用于在运 行中正常地接通负载8。即它优选地由车辆2的驾驶员操作。 此外，限定了外部条件的工作范围AB(见图3)，在该范围内电负载8的功能是有用 的。 布线系统4还具有控制单元16，该控制单元16被设计为，如果外部条件超出了操作 范围，则防止了电负载8连接，因此功能尤其是电负载8的功能的运行是不实际的。 在图1所示的示例性实施方案中，外部条件是外部温度。工作范围AB是具有温度上 限To的指定温度范围，其后是另一个工作范围Bw(见图3)。 布线系统4具有用于检测外部条件的测量装置18。在示例性实施方案中，测量装置 18电连接至控制单元16。例如，这使得测量装置18可以在检测到外部条件(即，外部温度)之 后向控制单元16发送信号，该信号包含关于检测到的外部温度的信息。然后，基于接收到的 带有温度信息的信号，例如借助于控制单元16进行检查，以确定外部条件，即所确定的外部 温度是否在(规定的)工作范围之外。如果外部条件超出工作范围，则控制单元16阻止连接 负载8。为此，控制单元16以如下方式电连接到第一开关元件14：控制单元16例如发送开关 信号给第一开关元件14，基于此，阻止电子负载8接通。 通过防止通过第一开关元件14接通电负载8或通过第二开关元件20断开电负载8， 如果外部条件不在工作范围内，则优点是可以实现这样的效果，特别是当使用外部温度作 为外部条件时，在操作期间实现了电线12的较低的温度负载。这使得可以将电线12的导体 横截面设计针对较低的温度范围，并且因此针对出现的较低的最高温度，从而节省材料和 成本。 此外，在布线系统4中布置有第二开关元件20。如果外部条件在工作范围之外，则 控制单元16还被设置为经由第二开关元件20使电负载8断开。该实施方案特别地基于这样 的思想，即，不仅应该避免电负载8的接通，而且例如如果在运行期间外部条件超出了该工 作范围，则应该断开电负载8。 在示例性实施方案中，第二开关元件20与第一开关元件14串联布置。在布线系统 4，特别是电负载8的正常操作中，第二开关元件20处于闭合即导电状态。优选地，第一开关 元件14用于防止电负载8接通。仅当例如已经由车辆2的驾驶员将其接通(正常情况下)并且 外部条件在工作范围之外时，第二开关元件20才断开，从而使电负载8与电压源6断开连接。 第二开关元件20也电连接至控制单元16。 在图1所示的示例性实施方案中，第一开关元件14和第二开关元件20布置在配电 器22中。电线12连接至配电器22。 第一开关元件14和第二开关元件20在配电器22中的布置使得可以形成具有减小 的线横截面的电线12的尽可能长的长度。在这方面，成本和材料优势受到有利影响。该设计 基于这样的想法，即，这种配电器22通常位于电压源6(例如车辆电池)的近距离内，因此对 于较小的截面设计电线12的大部分“可用”。 在根据图1的示例性实施方案中，保险丝24也位于配电器22中。保险丝用于保护电 9 CN 111717137 A 说　明　书 7/7 页 线12免于过电流影响。在根据图1的示例性实施方案中，保险丝24与第二开关元件20串联布 置。因此，保险丝24(局部观察)位于第二开关元件20和电负载8之间。保险丝24例如是常规 的安全保险丝。因此，在该示例性实施方案中，第一开关元件14和第二开关元件20以所谓的 预熔级布置。 可替代地，从第一开关元件14、第二开关元件20和保险丝24中选择的仅一个或两 个部件被布置在配电器22中。 图2示出了根据第二设计变型例的车辆2的布线系统4。 布线系统4具有与根据图1的第一设计变型例的布线系统4基本相同的部件，即，布 线系统4具有电压源6和电负载8，由此对电负载8的需求还取决于外部条件。另外，布线系统 4具有带有电线12的负载路径10，该负载路径将电压源6与电负载8连接。 根据第二设计变型例的布线系统4还具有第一开关元件14，其布置在负载路径中 并且被设计成将电负载8与电压源6分开。然而，在根据图2的第二示例性实施方案中，第一 开关元件14具有保险丝24，即，保险丝24集成在第一开关元件14中。因此，保险丝24也称为 集成保险丝24。 与根据图1的第一示例性实施方案类似，第一开关元件14从控制单元16接收开关 信号，该控制单元也位于布线系统4内并且电连接至第一开关元件14。 此外，根据图2的布线系统4具有第二开关元件20，该第二开关元件20被设计成在 外部条件超出工作范围AB时将电负载8与电压源6断开。 在根据图2的示例性实施方案中，外部条件，在这种情况下为外部温度，是通过测 量装置18确定的，该测量装置18位于布线系统4内并且电连接至控制单元16。 在图2所示的示例性实施方案中，第二开关元件20以及由第一开关元件14和保险 丝24形成的部件一起布置在配电器22中。 图3示出了布线系统4的工作范围Amax的示意图。该工作范围Amax被理解为布线系统 4的最大工作范围，特别是布线系统4的最大温度工作范围Amax。即，根据图3的最大工作范围 Amax指示了从哪个最小设计温度Tmin到哪个最大设计温度Tmax，设计了负载路径10，特别是布 线系统4的负载路径10的线横截面。换句话说，电线12必须相对于它们的横截面进行设计， 使得它们在操作期间在Amax工作范围内不会被热损坏。 布线系统4的工作范围Amax具有工作范围AB，该工作范围AB具有温度下限Tu和温度 上限To。可替代地，可以省略温度下限Tu。在这种情况下，温度下限Tu是最小设计温度Tmin。工 作范围AB为接通电负载8定义了通常合理的温度范围，该电负载通过相应的负载路径10连 接到电压源6。这意味着在工作范围AB中，例如，车辆2的驾驶员接通并操作电负载8的功能 是有意义的。 在温度上限To之后跟随另一个工作范围Bw，在该另一个工作范围内原则上可以进 行电负载8的运行，但是从车辆2的驾驶员的角度来看不再是合理的。车辆2的驾驶员似乎不 明智地，甚至不希望接通或操作设计成将车辆2的内部加热到一定温度以上(例如40℃以 上)的电加热元件的电负载8。上述实施例的40℃对应于温度上限To。 本发明不限于上述示例性实施方案。此外，本领域技术人员可以在不脱离本发明 主题的情况下从中得出本发明的其他变型例。特别地，在不脱离本发明的主题的情况下，结 合示例性实施方案描述的所有单个特征也可以以其他方式彼此组合。 10 CN 111717137 A 说　明　书　附　图 1/1 页 图1 图2 图3 11