具有预热机构的电促动器的制造方法与工艺

本发明涉及一种用于运行电网的、特别是具有电池系统的车辆、例如混合动力车辆或电动车辆的车载电网的方法，所述电池系统包括电池分离单元。利用所述电池分离单元能使电能量存储器在电池正极和/或电池负极处与车载电网分离。

背景技术：
在固定应用、例如风力发电设备中，以及在用于应急电源的设备中，以及在移动应用、例如混合动力车辆（HEV）或电动车辆（EV）中，目前大多使用锂离子电池系统。对于这种电池系统，在可使用的能含量、可使用的功率、充放电效率、存储效应的非存在性方面，对可靠性以及最终对使用寿命提出了非常高的要求。为了满足对用于为混合动力车辆或电动车辆的电驱动装置供电的足够大的总电压的要求，在其高压牵引用电池中使得约100个或更多个单个电池单体电串联或部分地还电并联。在此可以形成直至600伏的电池电压。所述电压明显高于对于人来说允许的接触电压。就健康的成人而言，自50伏交流电压或120伏直流电压的接触电压起会出现危及生命的情况。就儿童和家畜而言，接触电压仅为最大25伏的交流电压或60伏的直流电压。为了在车载电网断开且车辆静止时没有消耗电流，并且为了在电能量存储器的外部或内部存在运行故障时避免形成其他可能的严重损害，以及在事故后不对救援人员造成危险，可以致力于：将危及生命的高电池电压与电池电极电流隔离。为了可靠地运行，在高压电池系统中通常设置电池分离单元，所述电池分离单元通过切断其接触器或继电器——其在所述高压电池系统运行时起动并且从而将电池与车辆和负载电连接——使得高压电池与车载电网分离。所述电池分离单元根据当今的现有技术通常包括熔断丝，所述熔断丝在过载时用作电流中断装置。所述电池分离单元通常包括主接触器，所述主接触器安装到电池连接线路中。此外，所述电池分离单元包括预充电电路以及电流传感器，其中所述预充电电路具有预充电接触器，所述预充电接触器通常与充电电阻串联。电流传感器通常是指霍尔电流传感器和分流式电流传感器。主接触器大多是指功率非常强的、大型且较贵的机电开关。对这种开关的要求在于，所述开关必须能够可靠地中断数量级为1000安以上的短路电流。主接触器的线圈主要在非常冷的情况下、即在温度为-30°C及以下时电阻非常小。在这种情况下，非常高的接通电流可以流动，典型的电子驱动级甚至不能提供这种接通电流。这种接通电流会导致电子放大器的损坏。必须仅针对低温条件较繁复地设计所述驱动级，然而上述情况需要明显较高的成本。US2008/0218928A1涉及一种磁性开关的线圈控制装置。线圈操控器通过数字电路的主部件替代模拟电路的主部件，所述数字电路具有低消耗的脉冲宽度调制控制器。由此减少了模拟组件的数量，降低了能量消耗并且产生了恒定电压。所述恒定电压施加在线圈上；同时线圈反向电流流动，由此降低了故障和损坏情况的出现，并且此外阻止了对电路的进一步损害。US2013/0009464A1涉及用于控制电池组开关的系统和方法。所述开关的线圈通过高功率单元来控制。

技术实现要素：
根据本发明提出了一种用于运行电网的、特别是具有电池系统的车辆、例如混合动力车辆或电动车辆的车载电网的方法，所述电池系统包括电池分离单元。利用所述电池分离单元不仅能使电能量存储器在电池正极处而且还能在电池负极处或者在两个电池电极处同时与车载电网分开。根据本发明所提出的方法包括下述方法步骤：通过电能量存储器对用于操纵至少一个机电开关的线圈进行预热。至少一个机电开关在本文中是指用于电池正极的主接触器开关、预充电接触器开关以及用于电池负极的主接触器开关。所述线圈的预热或者在以脉冲宽度调制的方式进行的信号控制的情况下通过以起动脉冲宽度的一部分、优选10%至30%来操控线圈而实现。于是选择较小的占空比。在使用直流电流信号的情况下，与环境温度有关地以与温度有关地选择的加热梯度来对用于操纵至少一个机电开关的线圈进行预热。通过根据本发明所提出的解决方案，可以在非常冷的情况下接通车载电网时实现尽可能迅速地对操纵至少一个机电开关的线圈进行预热。线圈的预热利用电流来实现，所述电流刚好还未使至少一个还称为接触器的机电开关闭合。而如果所述至少一个机电开关闭合，则依照根据本发明所提出的方法来预热的线圈利用电流来操控，所述电流无论如何都使至少一个机电开关可靠地闭合。在使用脉冲宽度调制-信号控制的情况下，例如在数量级为-30℃和更低的温度时调整起动脉冲宽度，所述起动脉冲宽度根据功率刚好还未过高要求驱动级，例如起动脉冲宽度的10%。“起动脉冲宽度”可理解成下述脉冲宽度，当应该闭合至少一个机电开关时利用所述脉冲宽度可以对所述至少一个机电开关的线圈进行操控。因为在10%的起动脉冲宽度情况下——以便列出用于部分说明的实例——所述电流在这种温度和较小的线圈电阻情况下可以上升得非常高，所述占空比在脉冲宽度调制的范围内针对这种情况相应地为1：9。所述占空比在根据本发明所提出的方法中可以在下述情况下被提高：用于操纵至少一个机电开关的线圈已经达到较高的温度。在线圈温度较高且占空比提高了的情况下，可以将相同的预热功率输入到线圈中。在这种情况下流动的电流由较高的线圈电阻来限制。然而所述预热总是仅在下述范围内实现：一方面所述放大器保持功能正常，即所述放大器能可靠地提供预热电流，并且另一方面所述至少一个机电开关刚好还未闭合。关于电池组或电池模块的内部温度TI的信息在牵引用电池组中由电池管理系统或电池模块控制器已知。在操纵机电开关之前所述线圈具有的线圈温度由下述公式得出：TS=TI+ΔT，其中ΔT：在线圈中的温度升高TI：电池组的内部温度。根据这个公式，线圈预热控制装置调整线圈温度TS，并且可以调整为了快速预热最大可能的预热功率，该预热功率刚好如此选择，使得所述至少一个机电开关未闭合。在现代放大器IC（集成电路）中已知由所述放大器IC（Endstufen-IC）发出的电流以及其温度。因此这种集成电路能够自动地将其损耗功率调节至尚且允许的数值，限定为该数值并且尽可能临近地接近起动占空比（Anzugs-Tastverhältniss）。如果所述占空比处于这个起动占空比之下，则确保了，一方面所述线圈被最大程度地预热，并且所述预热持续时间被最小化，另一方面所述至少一个机电开关刚好未闭合。相反如果希望，所述机电开关——其操纵线圈借助根据本发明的方法通过脉冲宽度调制已被预热——可靠地闭合，则与此相应地选择起动脉冲宽度。所述起动脉冲宽度或所述占空比如此进行调整，使得针对每种线圈温度都确保了可靠且快速地闭合至少一个机电开关。替代脉冲宽度调制的信号操控，还可以在与此相应的电流调节时通过直流电流预热来加热所述线圈。根据依照本发明所提出的方法的这种实施替代方案实现了一种电流调节，其中在预热开始时、例如在电池组内部温度TI=-30℃时，使得相关的至少一个机电开关的线圈缓慢地变热。而随着线圈加热的增加，输送增大的直流电流。首先缓慢实现的电流增大由下述情况产生：放大器损耗功率在有效的正常运行中越大，则负载电阻就越小。所以，所述预热电流缓慢地升高，以便至少一个机电开关的线圈有时间变热。如果线圈变热，例如在几秒的预热时间之后，则用于预热的电流可以上升至最大非起动值；所述预热电流保持为该值。电池组或电池模块的内部温度TI越高，就预热开始而言，预热电流的电流增大在最大非起动值情况下可以越陡地进行，而所述至少一个机电开关没有闭合。相反如果所述至少一个机电开关需要闭合，则所述起动电流被调制至例如Imax，其中确保了至少一个机电开关的可靠闭合。通过根据本发明所提出的解决方案存在下述可能性，在机电开关闭合、即接触器触点闭合时，线圈激励不仅在脉冲宽度调制操控时而且还在直流电流操控时下降至如此程度，使得明显低于初始激励的保持激励可靠地还未下降。由此存在下述可能性，降低线圈的损耗功率，将其温度限定至允许值并且保持为该值。通过根据本发明所提出的解决方案提供了一种方法，利用所述方法使得功率接触器、即机电开关的线圈温度在混合动力车辆或电动车辆的传动系内的牵引用电池中在电池分离单元的范围内尽可能快速地上升，这一点在遵守可由放大器IC控制的损耗功率界限的情况下实现。在较低的外部温度时在严寒的情况下，不仅可以通过脉冲宽度调制法而且还可以通过直流电流预热利用电能来实现尽可能快速地对用于操纵至少一个机电开关的线圈进行预热，所述电能刚好还未引起至少一个机电开关闭合。相反如果所述至少一个机电开关闭合，则之前预热的线圈利用提高的电流来操控，所述电流可靠地使得至少一个机电开关的触点闭合。由此存在下述可能性，优化对放大器IC上的放大器的设计并且节省成本。附图说明下面借助附图来详细描述本发明。其中：图1示出了具有电池分离单元的电能量存储器的原理电路图，图2示出了在以脉冲宽度调制的方式进行操控的情况下接触器线圈预热信号的原理电路图，图3示出了通过直流电流信号和电流调节进行的接触器线圈预热的原理电路图，图4示出了具有比较器的控制电路的示意图，图5示出了用于操纵机电开关的第一电路布局，和图6示出了具有高端放大器和低端放大器的电路布局。具体实施方式从根据图1的图示中获悉了具有电池分离单元的电能量存储器的原理电路图。在图1中示出的电池分离单元10与高压电池12连接。所述高压电池包括电池组或电池模块，在其内部多个电池单体14彼此电连接。根据在图1中的图示，高压电池12此外包括服务插头16。利用附图标记10标注的电池分离单元10包括电池正极18和电池负极32。所述电池分离单元10在第一电池连接线路42中包含用于电池正极18的主接触器20。所述主接触器20包括机电开关24，所述开关还称为用于电池正极18的主接触器开关并且通过主接触器线圈（Hauptschütz-Spule）22来操纵。预充电接触器26与主接触器20并联，充电电阻27与该预充电接触器串联。所述预充电接触器26具有单独的预充电接触器线圈（Vorladeschütz-Spule）28，该预充电接触器线圈操纵预充电接触器开关25。所述预充电接触器26与主接触器20并联。电流中断单元30位于第一电池连接线路42中。所述电流中断单元通常设计成熔断丝，所述熔断丝在超负荷时、即在不允许的高电流时熔断。从电池负极32延伸出第二电池连接线路44。在所述第二电池连接线路...