電路布置和能量存儲器系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于運行電動車輛和/或混合動力車輛的能量存儲器的電路布 置以及一種能量存儲器系統。
【背景技術】
[0002] 在車輛技術中已知使用高壓電池，所述高壓電池在電動車輛和/或混合動力車輛 中提供用于驅動電馬達所必需的電流。在電動車輛和/或混合動力車輛的電動機式運行 中，電能可以從所謂的牽引蓄電池（Traktionsbatterie)經由所謂的牽引電網傳遞到電馬 達上。在發電機式運行（能量回收運行）中，電能可以從電馬達經由牽引電網傳遞到牽引 蓄電池上。出于安全原因需要的是，牽引蓄電池能夠與牽引電網和被牽引電網所包括的電 元件或者電子元件電分離。為此，在牽引蓄電池的連接位置和牽引電網的連接位置之間通 常設置所謂的接觸器或者保護開關。
【發明內容】
[0003] 本發明的任務在于，創造一種用于運行電動車輛和/或混合動力車輛的能量存儲 器的電路布置以及一種能量存儲器系統，所述電路布置和能量存儲器系統能實現將能量存 儲器足夠可靠地與電動車輛和/或混合動力車輛的電網電分離。
[0004] 本任務通過各獨立權利要求的特征解決。本發明的優選的進一步拓展方案在從屬 權利要求中表示。
[0005] 按照第一方面，本發明的特征在于一種用于運行電動車輛和/或混合動力車輛的 能量存儲器的電路布置。所述電路布置具有模擬的監控電路，所述監控電路構成和設置為 用于采集測量信號并且與測量信號有關地產生預定的第一信號，所述測量信號代表流過能 量存儲器的電流。此外，所述電路布置包括半導體切換元件，所述半導體切換元件構成為用 于在第一切換狀態中將能量存儲器與電動車輛和混合動力車輛的電網電耦合并且在第二 切換狀態中將能量存儲器與電網電分離，其中，所述半導體切換元件具有控制連接端，所述 控制連接端在信號技術上與監控電路的輸出端耦合，并且半導體切換元件的切換狀態能與 第一控制信號有關地調整。
[0006] 以有利的方式，這能實現將流過能量存儲器的最大電流限制于預定值。這特別是 具有如下優點，即，不超過流過能量存儲器、特別是能量存儲器的電池的最大電流的保證界 限和因此制造商預定值。由此可以降低保證成本并且可以做出如下貢獻，即，降低環境負 擔，因為各個能量存儲器可以具有更長的使用壽命。此外，車輛用戶的滿意度可以得到提 升，因為因為超過最大電流而必須更換能量存儲器可能性可以保持得低。能量存儲器與電 網的解耦可以由于監控電路的特別短的響應時間而極快地進行，從而電網的導線可以設計 為用于較小的短路電流并且降低在導線和/或插塞連接端的短路強度方面的要求。由此可 以節省用于電動車輛和/或混合動力車輛的其他制造成本。以有利的方式，模擬的監控電 路的快速的響應時間能實現可以這樣快地探測短路和/或過電流并且可以將能量存儲器 快速地與電網分離，使得可以省去額外的保險絲。半導體切換元件有如下優點，即，需要很 小的制造空間以及應提供用于控制半導體切換元件的功率可以保持得小。
[0007] 電網可以包括負載，特別是用于驅動電動車輛和混合動力車輛的帶有所屬的功率 電子器件的電馬達。優選地，電路布置可以具有一個或者兩個半導體切換元件，由此，能量 存儲器與電網能夠單極地或者兩極地分離。優選地，所述能量存儲器是高壓能量存儲器。在 此，能量存儲器被稱為高壓能量存儲器，所述能量存儲器用于傳動系。
[0008] 在第一方面的一種有利的實施方案中，電路布置具有數字的控制裝置。所述數字 的控制裝置構成為用于根據至少一個預定的與能量存儲器相關的運行參數和/或至少一 個預定的與車輛相關的環境參數和/或至少一個預定的與車輛相關的運行參數和/或至少 一個預定的與電網相關的運行參數來產生預定的第二控制信號并且將其輸出在預定的接 口上，所述接口與半導體切換元件的控制連接端在信號技術上耦合。半導體切換元件的切 換狀態能與第二控制信號調整。這有如下優點，即，能量存儲器能夠與其他參數有關地與電 網分離或者與電網電耦合。
[0009] 在另一種優選的實施方案中，第一控制信號的預定的曲線代表如下要求，即，半導 體切換元件占據第二切換狀態。此外，第二控制信號的預定的曲線代表如下要求，即，半導 體切換元件占據第二切換狀態。如果所述第一控制信號或者所述第二控制信號或者兩個控 制信號具有各自的所述預定的曲線，則這樣操控半導體切換元件的控制連接端，使得半導 體切換元件占據第二切換狀態。這有如下好處，即，無論是否是由模擬的監控電路還是由控 制裝置檢測到短路和/或過電流，能量存儲器都會與電網分離。這種不相關性可以有利地 用于車輛中的功能安全（FuSi)。
[0010] 在第一方面的另一種有利的實施方案中，第二控制信號的預定的另一種曲線代表 如下要求，即，半導體切換元件占據第一切換狀態。如果第二控制信號具有所述預定的另 一種曲線并且第一控制信號不具有所述預定的曲線，這樣操控半導體切換元件的控制連接 端，使得半導體切換元件占據第一切換狀態。這有如下優點，即，如果沒有探測到短路電流 或者過電流，則能夠與能量存儲器的其他參數有關地與電網電耦合。
[0011] 在按照第一方面的另一種有利的實施方案中，半導體切換元件至少包括一個場效 應晶體管。以有利的方式，構成為適合于這一應用的場效應晶體管具有比機械繼電器或者 接觸器開關或者保險裝置明顯更高的開關速度，從而能量存儲器與電網的分離可以比在機 械繼電器或者接觸器開關或者保險裝置中明顯更快地進行。
[0012] 在按照第一方面的另一種有利的實施方案中，半導體切換元件包括至少一個第一 場效應晶體管和至少一個第二場效應晶體管，其中，所述至少一個第二場效應晶體管分別 反串聯地與所述至少一個第一場效應晶體管串聯。這樣的線路布置也被稱為背靠背布置 (Back-to-Back-Anordung)。這有如下優點，即，半導體切換元件作為可以具有第一和第二 切換狀態的切換元件適合于兩個電流方向。優選地，所述半導體切換元件具有多個這樣的 晶體管對，所述晶體管對并聯。這有如下優點，g卩，所述晶體管可以具有更小的最大電流穩 定性（Maximalstrombestandigkeit )。
[0013] 在按照第一方面的另一種有利的實施方案中，電路布置包括帶有電流解耦元件、 輸出端和至少一個輸入端的解耦切換模塊。所述輸出端與半導體切換元件電耦合。所述輸 入端與監控電路和/或與控制裝置電耦合以用于接收第一控制信號或第二控制信號。電流 解耦元件與輸出端和所述至少一個輸入端電流解耦并且將輸出端和所述至少一個輸入端 無電勢地相連接。這有如下優點，即，半導體切換元件與模擬的監控電路和/或控制裝置電 流分離。
[0014] 在按照第一方面的另一種有利的實施方案中，電流解耦元件包括光學的發送元件 和光學的接收元件。以有利的方式，這能實現簡單的并且低成本的解耦元件的制造。
[0015] 在按照第一方面的另一種有利的實施方案中，模擬的監控電路具有電流傳感器和 模擬比較器，其中，所述模擬比較器構成和設置為用于根據預定的閾值和由電流傳感器采 集的測量值的比較來產生第一控制信號，所述測量值代表流過能量存儲器的電流。以有利 的方式，這能實現流過能量存儲器的短路電流和/或過電流的精確并且快速的探測。
[0016] 按照第二方面，本發明的特征在于能量存儲器系統。按照第一方面，所述能量存儲 器系統具有能量存儲器和按照第一方面的電路布置。在此，第一方面的優選的實施形式也 適用于第二方面。
[0017] 優選地，電路布置這樣構成，使得如下的總時間小于預定的最大電流增加持續時 間，所述總時間由模擬的監控電路的應答時間加半導體切換元件從第一切換狀態到第二切 換狀態的切換時間加第一控制信號從模擬的監控電路的輸出端直至控制連接端的信號延 遲持續時間，其中，最大電流增加持續時間通過預定的允許流過能量存儲器而不毀壞所述 能量存儲器的最大電流并且（如果所述電網具有歐姆短路）通過電網的預定的電感來預 定。
【附圖說明】
[0018] 以下本發明的實施例借助示意圖來闡述。
[0019] 圖中：
[0020] 圖1示出示例性的能量存儲器系統的方框電路圖，以及
[0021] 圖2示出電流、電能和溫度曲線的時間圖表。
【具體實施方式】
[0022] 相同結構或功能的元件跨各附圖地配設有相同的附圖標記。