具有用于給高壓電網(wǎng)供電的電池和至少一個(gè)用于限制流經(jīng)電池和電池的高壓接線端子的 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)，其具有被構(gòu)造用于給高壓電網(wǎng)的至少兩個(gè)彼此并聯(lián)的負(fù)載供電的電池。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的方法，其用于限制流經(jīng)被構(gòu)造用于給高壓電網(wǎng)的至少兩個(gè)彼此并聯(lián)的負(fù)載供電的電池和流經(jīng)電池的高壓接線端子的故障電流和/或用于限制由電池通過電池的高壓接線端子施加到高壓電網(wǎng)的電壓。另外，本發(fā)明涉及一種具有如前所述的電池系統(tǒng)的車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]在車輛(載人車輛)中，使用具有電池的電池系統(tǒng)，所述電池可以分別給高壓電網(wǎng)供應(yīng)高電壓(高壓電壓)。因此，這樣的電池的電池單元或電池模塊被串聯(lián)。于是，這樣的電池必然在高功率的情況下也僅提供小電流。在此，電池通過高壓導(dǎo)線與其高壓接線端子、即電池通過其給高壓電網(wǎng)輸出高壓電壓的接線端子連接。通常，在高壓導(dǎo)線中，在電池的正高壓接線端子以及負(fù)高壓接線端子處都使用接觸器。借助于接觸器，這樣的電池可以在停車的情況下或者在有誤的功能狀態(tài)(故障情況)下同高壓電網(wǎng)或同車輛的其余高壓系統(tǒng)斷開。
[0003]這樣的可用在電池的高壓導(dǎo)線中的接觸器10在圖1至3中予以示出。在此，為相同部件使用相同附圖標(biāo)記。
[0004]在圖1中示出了閉合的接觸器10，并且在圖2中示出了斷開的接觸器10。接觸器10被構(gòu)造成具有控制線圈20的磁開關(guān)11。在此，磁開關(guān)11包括可移動(dòng)接觸橋30和兩個(gè)端子40。接觸器10在有控制電流流經(jīng)控制線圈20的狀態(tài)下閉合，并且在沒有電流流經(jīng)控制線圈20的另一狀態(tài)下斷開。
[0005]如果有控制電流流經(jīng)控制線圈20，則接觸橋30借助于磁力朝向端子40移動(dòng)并且被按壓到所述端子40上。如果沒有電流流經(jīng)控制線圈20，則接觸橋30直接回到其相對(duì)于端子40間隔開的位置。
[0006]為了生成控制電流，控制線圈20必須被供應(yīng)電能，也就是說，控制線圈20必須被提供合適的供電電壓。
[0007]這樣的接觸器10的斷開和閉合通常由高壓導(dǎo)線中使用接觸器10的電池的電池控制設(shè)備60通過如下方式來執(zhí)行:接觸器10通過電池控制設(shè)備60被供應(yīng)電能。通常，由電池控制設(shè)備60將由車輛的被用作能量源50的低壓電網(wǎng)所提供的12V的低壓電壓轉(zhuǎn)交給接觸器10以用于生成控制電流。
[0008]這樣的接觸器通常通過高的起動(dòng)電壓被閉合。然后，流經(jīng)線圈20的控制電流通過經(jīng)脈寬調(diào)制的信號(hào)或者通過降低的供電電壓(保持電壓)或通過所使用的節(jié)省線圈(“節(jié)能器線圈”)被降低。因此，接觸器10在其閉合狀態(tài)下需要明顯更少的電功率。然而，如果接觸器10以更高電功率運(yùn)行，則接觸橋30對(duì)端子40的按壓力容易提高。由此，控制線圈20在一定時(shí)間以后過熱并且燒斷。然后，接觸器10通過每次在接觸器10閉合時(shí)都被預(yù)張緊的彈簧而斷開，并且不再能夠運(yùn)行。
[0009]這樣的用在電池的高壓導(dǎo)線中的接觸器可以在有誤的功能狀態(tài)下斷開大約IkA至2kA的電流。對(duì)于更高電流，通常使用保險(xiǎn)裝置(熔斷保險(xiǎn)裝置)。
[0010]如圖3中所示，對(duì)于在3kA至1kA之上的電流，在端子40與接觸橋30之間發(fā)生由于在閉合的接觸器1中存在的洛倫茲力70所引起的排斥。在3kA至I OkA之上的電流例如可能在電池的高壓導(dǎo)線中存在短路的情況下或在與電池電耦合的逆變器中存在短路的情況下出現(xiàn)。該現(xiàn)象被稱為懸浮。在此，盡管被控制電流流經(jīng)的控制線圈20是活動(dòng)的，但是在端子40與接觸橋30之間形成小間隔。在該空氣段上形成電弧71，所述電弧71熔化端子40的接觸表面。如果短路電流然后通過與相應(yīng)高壓接線端子連接的保險(xiǎn)裝置而被中斷，則接觸橋30將兩個(gè)熔化的端子40按壓到一起。在此，材料固化，并且接觸橋30在關(guān)斷流經(jīng)控制線圈20的控制電流以后不再能夠斷開。該故障被稱為接觸器粘接。接觸器10的兩個(gè)端子40導(dǎo)電地彼此連接，并且不能被斷開。
[0011]如果接觸器10由車輛的低壓電網(wǎng)來供應(yīng)電能，并且低壓電網(wǎng)的12V低壓電壓發(fā)生故障，則接觸器10立即斷開。在車輛的低壓電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)的情況下也存在的危險(xiǎn)是，接觸器10不希望地?cái)嚅_。如果接觸器10在其被電流流經(jīng)的期間斷開，則從流經(jīng)接觸器10的該電流的一定強(qiáng)度起類似于在出現(xiàn)懸浮的情況下那樣形成電弧71，所述電弧71導(dǎo)致接觸器10的端子40的接觸表面熔化。于是如果由低壓電網(wǎng)提供的12V電壓又完全穩(wěn)定化，使得接觸器10又可以閉合或者如果接觸橋30通過機(jī)械推動(dòng)而又被閉合，則端子40的熔化的接觸表面粘接在一起，并且接觸器10被焊接在一起。
[0012]這樣的接觸器10必須能夠承載短路電流而在閉合的接觸器10中不出現(xiàn)懸浮的時(shí)間在理想地確定尺寸的接觸器10的情況下總是長(zhǎng)于被分配給接觸器10的保險(xiǎn)裝置(熔斷保險(xiǎn)裝置)為了斷開該短路電流所需的時(shí)間。如果接觸器10被這樣確定尺寸，則接觸器10由于出現(xiàn)的懸浮而不被焊接在一起，在通過被觸發(fā)的保險(xiǎn)裝置斷開短路電流以后仍然可開關(guān)，并且可以將電池同車輛的高壓電網(wǎng)斷開。這在如下情況下是特別重要的:電池(電池組)必須給高壓電網(wǎng)的兩個(gè)在該電池的高壓接線端子處并聯(lián)的負(fù)載供電并且不具有布置在其中間的保險(xiǎn)裝置，而是每個(gè)負(fù)載單獨(dú)地通過自身的保險(xiǎn)裝置被保護(hù)。
[0013]圖4示出了從現(xiàn)有技術(shù)中公知的具有電池101的電池系統(tǒng)100，所述電池101給高壓電網(wǎng)103的在電池101的高壓接線端子130、131處并聯(lián)的兩個(gè)負(fù)載140、141供電。電池101包括多個(gè)串聯(lián)的電池模塊102以用于生成適用于高壓電網(wǎng)103的電池電壓。在電池101的兩個(gè)高壓導(dǎo)線120、121的每個(gè)中都布置有接觸器10。電池101可以通過兩個(gè)接觸器10之一與其正高壓接線端子130并且通過兩個(gè)接觸器10中的另一個(gè)與其負(fù)高壓接線端子131連接。
[0014]正高壓接線端子130與里面布置有負(fù)載140的負(fù)載通路150連接，并且與里面布置有負(fù)載141的負(fù)載通路151連接。電池系統(tǒng)(電池組)100的電池101不具有布置在其中間的保險(xiǎn)裝置。負(fù)載140、141中的每個(gè)通過電池系統(tǒng)100的所分配的保險(xiǎn)裝置110、111單獨(dú)地被保護(hù)。兩個(gè)保險(xiǎn)裝置110、111與高壓接線端子130直接連接。
[0015]這些上述架構(gòu)用在電池系統(tǒng)100中，其中整個(gè)電池電流對(duì)于處于電池中間的單個(gè)保險(xiǎn)裝置(熔斷保險(xiǎn)裝置)而言過大，也就是說，在市場(chǎng)上不存在在電池101的壽命內(nèi)能夠滿足對(duì)電池電流的要求的保險(xiǎn)裝置。負(fù)載通路150、151之一中的短路觸發(fā)布置在該負(fù)載通路150、151中的保險(xiǎn)裝置110、111。為了將另一負(fù)載140、141和車輛的高壓電網(wǎng)103開關(guān)為無電壓的，兩個(gè)接觸器10然后都斷開。
[0016]但是還存在可以生成例如12000A以上的短路電流的有效率的電池系統(tǒng)。但是在這樣的電池系統(tǒng)的情況下，也一直存在的危險(xiǎn)是，在接觸器中出現(xiàn)懸浮并因此還出現(xiàn)接觸器粘接。如果這樣的很有效率的電池系統(tǒng)具有圖4中所示的架構(gòu)，則電池1I在接觸器10中存在接觸器粘接的情況下不再能夠同車輛的高壓電網(wǎng)103斷開。在圖4中所示的電池系統(tǒng)100的情況下，這樣的情況例如將在負(fù)載140的負(fù)載通路150中出現(xiàn)導(dǎo)致熔斷保險(xiǎn)裝置110燒斷的低歐姆短路時(shí)發(fā)生。兩個(gè)接觸器10在這種情況下被粘接在一起。另一負(fù)載141以及由此該負(fù)載141的接線端子處的高壓電網(wǎng)103將由于所分配的負(fù)載通路151的處于完好功能狀態(tài)的熔斷保險(xiǎn)裝置111而繼續(xù)承受電壓。換言之，如果在圖4中所示的該電池系統(tǒng)100的情況下，接觸器10由于在負(fù)載140、141之一中出現(xiàn)的短路電流而被焊接在一起，則另一負(fù)載140、141不再能夠被開關(guān)為無電壓的，并且在接觸該另一負(fù)載140、141的露出部分時(shí)存在電擊的危險(xiǎn)。
[0017]另外，從文獻(xiàn)US2012/0105015公知了一種用于電池的過載保護(hù)裝置。在此，該過載保護(hù)裝置被構(gòu)造為在存在過載的電池的情況下將該電池的電池接線端子短路。由此，由過載電池生成的這樣高的電流流經(jīng)布置在電池接線端子之一與電池之間的保險(xiǎn)裝置，使得該保險(xiǎn)裝置在短時(shí)間以后觸發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電池系統(tǒng)，其具有被構(gòu)造用于給高壓電網(wǎng)的至少兩個(gè)彼此并聯(lián)的負(fù)載供電的電池。該電池在其高壓接線端子之一處與至少兩個(gè)保險(xiǎn)裝置連接或者可連接。在此，所述至少兩個(gè)保險(xiǎn)裝置之一分別被分配給所述至少兩個(gè)負(fù)載之一，并且與所分配的負(fù)載連接或可連接。另外，電池系統(tǒng)包括至少一個(gè)具有兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)單元，所述開關(guān)單元在所述至少兩個(gè)負(fù)載連接到電池的高壓接線端子上的狀態(tài)下被開關(guān)為所述兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)的第一開關(guān)狀態(tài)，在所述第一開關(guān)狀態(tài)下，每個(gè)保險(xiǎn)裝置在存在流經(jīng)所分配的負(fù)載的運(yùn)行電流的情況下都被該運(yùn)行電流流經(jīng)。所述至少一個(gè)開關(guān)單元被設(shè)置為在所述至少兩個(gè)保險(xiǎn)裝置之一觸發(fā)時(shí)從第一開關(guān)狀態(tài)開關(guān)到所述兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)的第二開關(guān)狀態(tài)中，在所述第二開關(guān)狀態(tài)下，所述至少一個(gè)開關(guān)單元中斷流經(jīng)電池、電池的高壓接線端子和所分配的保險(xiǎn)裝置未被觸發(fā)的每個(gè)負(fù)載的故障電流，和/或關(guān)斷每個(gè)由電池通過電池的高壓接線端子和未被觸發(fā)的保險(xiǎn)裝置施加到高壓電網(wǎng)上的故障電壓。
[0019]根據(jù)本發(fā)明還提供了一種方法，其用于限制流經(jīng)被構(gòu)造用于給高壓電網(wǎng)的至少兩個(gè)彼此并聯(lián)的負(fù)載供電的電池和流經(jīng)電池的高壓接線端子的故障電流、和/或用于限制由電池通過電池的高壓接線端子施加到高壓電網(wǎng)上的故障電壓。該電池在其高壓接線端子之一處與至少兩個(gè)保險(xiǎn)裝置連接。在此，所述至少兩個(gè)保險(xiǎn)裝置之一分別被分配給所述至少兩個(gè)負(fù)載之一，并且與所分配的負(fù)載連接。在該方法中使用至少一個(gè)具有兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)單元。所述至少一個(gè)開關(guān)單元在所述至少兩個(gè)負(fù)載連接到電池的高壓接線端子上的狀態(tài)下被開關(guān)為所述兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)的第一開關(guān)狀態(tài)，在所述第一開關(guān)狀態(tài)下，每個(gè)保險(xiǎn)裝置都被流經(jīng)所分配的負(fù)載的運(yùn)行電流流經(jīng)。另外，所述至少一個(gè)開關(guān)單元在所述至少兩個(gè)保險(xiǎn)裝置之一觸發(fā)時(shí)從第一開關(guān)狀態(tài)開關(guān)到兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)的第二開關(guān)狀態(tài)中，在所述第二開關(guān)狀態(tài)下，所述至少一個(gè)開關(guān)單元中斷流經(jīng)電池、電池的高壓接線端子和所分配的保險(xiǎn)裝置未被觸發(fā)的每個(gè)負(fù)載的故障電流，和/或關(guān)斷每個(gè)由電池通過電池的高壓接線端子和未被觸發(fā)的保險(xiǎn)裝置施加到高壓電網(wǎng)上的故障電壓。
[0020]從屬權(quán)利要求示出了本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)方案。
[0021]所述至少一個(gè)開關(guān)單元優(yōu)選地被設(shè)置為通過斷開經(jīng)過電池、電池的高壓接線端子和保險(xiǎn)裝置未被觸發(fā)的每個(gè)負(fù)載延伸的電流回路來直接中斷故障電流。
[0022]在本發(fā)明中，可以將高壓電網(wǎng)的至少兩個(gè)并聯(lián)的負(fù)載連接到根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的電池的高壓接線端子上。在此，所述至少兩個(gè)負(fù)載中的每個(gè)都與所述至少兩個(gè)保險(xiǎn)裝置中的所分配的保險(xiǎn)裝置串聯(lián)連接或可串聯(lián)連接，使得在根據(jù)本發(fā)明