電路布置和能量存儲(chǔ)器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行電動(dòng)車輛和/或混合動(dòng)力車輛的能量存儲(chǔ)器的電路布 置以及一種能量存儲(chǔ)器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在車輛技術(shù)中已知使用高壓電池，所述高壓電池在電動(dòng)車輛和/或混合動(dòng)力車輛 中提供用于驅(qū)動(dòng)電馬達(dá)所必需的電流。在電動(dòng)車輛和/或混合動(dòng)力車輛的電動(dòng)機(jī)式運(yùn)行 中，電能可以從所謂的牽引蓄電池（Traktionsbatterie)經(jīng)由所謂的牽引電網(wǎng)傳遞到電馬 達(dá)上。在發(fā)電機(jī)式運(yùn)行（能量回收運(yùn)行）中，電能可以從電馬達(dá)經(jīng)由牽引電網(wǎng)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(wǎng)和被牽引電網(wǎng)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(wǎng)的連接位置之間通 常設(shè)置所謂的接觸器或者保護(hù)開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的任務(wù)在于，創(chuàng)造一種用于運(yùn)行電動(dòng)車輛和/或混合動(dòng)力車輛的能量存儲(chǔ) 器的電路布置以及一種能量存儲(chǔ)器系統(tǒng)，所述電路布置和能量存儲(chǔ)器系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)將能量存 儲(chǔ)器足夠可靠地與電動(dòng)車輛和/或混合動(dòng)力車輛的電網(wǎng)電分離。
[0004] 本任務(wù)通過各獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。本發(fā)明的優(yōu)選的進(jìn)一步拓展方案在從屬 權(quán)利要求中表示。
[0005] 按照第一方面，本發(fā)明的特征在于一種用于運(yùn)行電動(dòng)車輛和/或混合動(dòng)力車輛的 能量存儲(chǔ)器的電路布置。所述電路布置具有模擬的監(jiān)控電路，所述監(jiān)控電路構(gòu)成和設(shè)置為 用于采集測(cè)量信號(hào)并且與測(cè)量信號(hào)有關(guān)地產(chǎn)生預(yù)定的第一信號(hào)，所述測(cè)量信號(hào)代表流過能 量存儲(chǔ)器的電流。此外，所述電路布置包括半導(dǎo)體切換元件，所述半導(dǎo)體切換元件構(gòu)成為用 于在第一切換狀態(tài)中將能量存儲(chǔ)器與電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛的電網(wǎng)電耦合并且在第二 切換狀態(tài)中將能量存儲(chǔ)器與電網(wǎng)電分離，其中，所述半導(dǎo)體切換元件具有控制連接端，所述 控制連接端在信號(hào)技術(shù)上與監(jiān)控電路的輸出端耦合，并且半導(dǎo)體切換元件的切換狀態(tài)能與 第一控制信號(hào)有關(guān)地調(diào)整。
[0006] 以有利的方式，這能實(shí)現(xiàn)將流過能量存儲(chǔ)器的最大電流限制于預(yù)定值。這特別是 具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，不超過流過能量存儲(chǔ)器、特別是能量存儲(chǔ)器的電池的最大電流的保證界 限和因此制造商預(yù)定值。由此可以降低保證成本并且可以做出如下貢獻(xiàn)，即，降低環(huán)境負(fù) 擔(dān)，因?yàn)楦鱾€(gè)能量存儲(chǔ)器可以具有更長(zhǎng)的使用壽命。此外，車輛用戶的滿意度可以得到提 升，因?yàn)橐驗(yàn)槌^最大電流而必須更換能量存儲(chǔ)器可能性可以保持得低。能量存儲(chǔ)器與電 網(wǎng)的解耦可以由于監(jiān)控電路的特別短的響應(yīng)時(shí)間而極快地進(jìn)行，從而電網(wǎng)的導(dǎo)線可以設(shè)計(jì) 為用于較小的短路電流并且降低在導(dǎo)線和/或插塞連接端的短路強(qiáng)度方面的要求。由此可 以節(jié)省用于電動(dòng)車輛和/或混合動(dòng)力車輛的其他制造成本。以有利的方式，模擬的監(jiān)控電 路的快速的響應(yīng)時(shí)間能實(shí)現(xiàn)可以這樣快地探測(cè)短路和/或過電流并且可以將能量存儲(chǔ)器 快速地與電網(wǎng)分離，使得可以省去額外的保險(xiǎn)絲。半導(dǎo)體切換元件有如下優(yōu)點(diǎn)，即，需要很 小的制造空間以及應(yīng)提供用于控制半導(dǎo)體切換元件的功率可以保持得小。
[0007] 電網(wǎng)可以包括負(fù)載，特別是用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛的帶有所屬的功率 電子器件的電馬達(dá)。優(yōu)選地，電路布置可以具有一個(gè)或者兩個(gè)半導(dǎo)體切換元件，由此，能量 存儲(chǔ)器與電網(wǎng)能夠單極地或者兩極地分離。優(yōu)選地，所述能量存儲(chǔ)器是高壓能量存儲(chǔ)器。在 此，能量存儲(chǔ)器被稱為高壓能量存儲(chǔ)器，所述能量存儲(chǔ)器用于傳動(dòng)系。
[0008] 在第一方面的一種有利的實(shí)施方案中，電路布置具有數(shù)字的控制裝置。所述數(shù)字 的控制裝置構(gòu)成為用于根據(jù)至少一個(gè)預(yù)定的與能量存儲(chǔ)器相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)和/或至少一 個(gè)預(yù)定的與車輛相關(guān)的環(huán)境參數(shù)和/或至少一個(gè)預(yù)定的與車輛相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)和/或至少 一個(gè)預(yù)定的與電網(wǎng)相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)來產(chǎn)生預(yù)定的第二控制信號(hào)并且將其輸出在預(yù)定的接 口上，所述接口與半導(dǎo)體切換元件的控制連接端在信號(hào)技術(shù)上耦合。半導(dǎo)體切換元件的切 換狀態(tài)能與第二控制信號(hào)調(diào)整。這有如下優(yōu)點(diǎn)，即，能量存儲(chǔ)器能夠與其他參數(shù)有關(guān)地與電 網(wǎng)分離或者與電網(wǎng)電耦合。
[0009] 在另一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一控制信號(hào)的預(yù)定的曲線代表如下要求，即，半導(dǎo) 體切換元件占據(jù)第二切換狀態(tài)。此外，第二控制信號(hào)的預(yù)定的曲線代表如下要求，即，半導(dǎo) 體切換元件占據(jù)第二切換狀態(tài)。如果所述第一控制信號(hào)或者所述第二控制信號(hào)或者兩個(gè)控 制信號(hào)具有各自的所述預(yù)定的曲線，則這樣操控半導(dǎo)體切換元件的控制連接端，使得半導(dǎo) 體切換元件占據(jù)第二切換狀態(tài)。這有如下好處，即，無論是否是由模擬的監(jiān)控電路還是由控 制裝置檢測(cè)到短路和/或過電流，能量存儲(chǔ)器都會(huì)與電網(wǎng)分離。這種不相關(guān)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(shí)施方案中，第二控制信號(hào)的預(yù)定的另一種曲線代表 如下要求，即，半導(dǎo)體切換元件占據(jù)第一切換狀態(tài)。如果第二控制信號(hào)具有所述預(yù)定的另 一種曲線并且第一控制信號(hào)不具有所述預(yù)定的曲線，這樣操控半導(dǎo)體切換元件的控制連接 端，使得半導(dǎo)體切換元件占據(jù)第一切換狀態(tài)。這有如下優(yōu)點(diǎn)，即，如果沒有探測(cè)到短路電流 或者過電流，則能夠與能量存儲(chǔ)器的其他參數(shù)有關(guān)地與電網(wǎng)電耦合。
[0011] 在按照第一方面的另一種有利的實(shí)施方案中，半導(dǎo)體切換元件至少包括一個(gè)場(chǎng)效 應(yīng)晶體管。以有利的方式，構(gòu)成為適合于這一應(yīng)用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有比機(jī)械繼電器或者 接觸器開關(guān)或者保險(xiǎn)裝置明顯更高的開關(guān)速度，從而能量存儲(chǔ)器與電網(wǎng)的分離可以比在機(jī) 械繼電器或者接觸器開關(guān)或者保險(xiǎn)裝置中明顯更快地進(jìn)行。
[0012] 在按照第一方面的另一種有利的實(shí)施方案中，半導(dǎo)體切換元件包括至少一個(gè)第一 場(chǎng)效應(yīng)晶體管和至少一個(gè)第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述至少一個(gè)第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管分別 反串聯(lián)地與所述至少一個(gè)第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管串聯(lián)。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(yōu)點(diǎn)，即，半導(dǎo)體切換元件作為可以具有第一和第二 切換狀態(tài)的切換元件適合于兩個(gè)電流方向。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體切換元件具有多個(gè)這樣的 晶體管對(duì)，所述晶體管對(duì)并聯(lián)。這有如下優(yōu)點(diǎn)，g卩，所述晶體管可以具有更小的最大電流穩(wěn) 定性（Maximalstrombestandigkeit )。
[0013] 在按照第一方面的另一種有利的實(shí)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(gè)輸入端的解耦切換模塊。所述輸出端與半導(dǎo)體切換元件電耦合。所述輸 入端與監(jiān)控電路和/或與控制裝置電耦合以用于接收第一控制信號(hào)或第二控制信號(hào)。電流 解耦元件與輸出端和所述至少一個(gè)輸入端電流解耦并且將輸出端和所述至少一個(gè)輸入端 無電勢(shì)地相連接。這有如下優(yōu)點(diǎn)，即，半導(dǎo)體切換元件與模擬的監(jiān)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(shí)施方案中，電流解耦元件包括光學(xué)的發(fā)送元件 和光學(xué)的接收元件。以有利的方式，這能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(shí)施方案中，模擬的監(jiān)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(gòu)成和設(shè)置為用于根據(jù)預(yù)定的閾值和由電流傳感器采 集的測(cè)量值的比較來產(chǎn)生第一控制信號(hào)，所述測(cè)量值代表流過能量存儲(chǔ)器的電流。以有利 的方式，這能實(shí)現(xiàn)流過能量存儲(chǔ)器的短路電流和/或過電流的精確并且快速的探測(cè)。
[0016] 按照第二方面，本發(fā)明的特征在于能量存儲(chǔ)器系統(tǒng)。按照第一方面，所述能量存儲(chǔ) 器系統(tǒng)具有能量存儲(chǔ)器和按照第一方面的電路布置。在此，第一方面的優(yōu)選的實(shí)施形式也 適用于第二方面。
[0017] 優(yōu)選地，電路布置這樣構(gòu)成，使得如下的總時(shí)間小于預(yù)定的最大電流增加持續(xù)時(shí) 間，所述總時(shí)間由模擬的監(jiān)控電路的應(yīng)答時(shí)間加半導(dǎo)體切換元件從第一切換狀態(tài)到第二切 換狀態(tài)的切換時(shí)間加第一控制信號(hào)從模擬的監(jiān)控電路的輸出端直至控制連接端的信號(hào)延 遲持續(xù)時(shí)間，其中，最大電流增加持續(xù)時(shí)間通過預(yù)定的允許流過能量存儲(chǔ)器而不毀壞所述 能量存儲(chǔ)器的最大電流并且（如果所述電網(wǎng)具有歐姆短路）通過電網(wǎng)的預(yù)定的電感來預(yù) 定。
【附圖說明】
[0018] 以下本發(fā)明的實(shí)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(chǔ)器系統(tǒng)的方框電路圖，以及
[0021] 圖2示出電流、電能和溫度曲線的時(shí)間圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 相同結(jié)構(gòu)或功能的元件跨各附圖地配設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。