电路布置和能量存储器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于运行电动车辆和/或混合动力车辆的能量存储器的电路布 置以及一种能量存储器系统。
【背景技术】
[0002] 在车辆技术中已知使用高压电池，所述高压电池在电动车辆和/或混合动力车辆 中提供用于驱动电马达所必需的电流。在电动车辆和/或混合动力车辆的电动机式运行 中，电能可以从所谓的牵引蓄电池（Traktionsbatterie)经由所谓的牵引电网传递到电马 达上。在发电机式运行（能量回收运行）中，电能可以从电马达经由牵引电网传递到牵引 蓄电池上。出于安全原因需要的是，牵引蓄电池能够与牵引电网和被牵引电网所包括的电 元件或者电子元件电分离。为此，在牵引蓄电池的连接位置和牵引电网的连接位置之间通 常设置所谓的接触器或者保护开关。
【发明内容】
[0003] 本发明的任务在于，创造一种用于运行电动车辆和/或混合动力车辆的能量存储 器的电路布置以及一种能量存储器系统，所述电路布置和能量存储器系统能实现将能量存 储器足够可靠地与电动车辆和/或混合动力车辆的电网电分离。
[0004] 本任务通过各独立权利要求的特征解决。本发明的优选的进一步拓展方案在从属 权利要求中表示。
[0005] 按照第一方面，本发明的特征在于一种用于运行电动车辆和/或混合动力车辆的 能量存储器的电路布置。所述电路布置具有模拟的监控电路，所述监控电路构成和设置为 用于采集测量信号并且与测量信号有关地产生预定的第一信号，所述测量信号代表流过能 量存储器的电流。此外，所述电路布置包括半导体切换元件，所述半导体切换元件构成为用 于在第一切换状态中将能量存储器与电动车辆和混合动力车辆的电网电耦合并且在第二 切换状态中将能量存储器与电网电分离，其中，所述半导体切换元件具有控制连接端，所述 控制连接端在信号技术上与监控电路的输出端耦合，并且半导体切换元件的切换状态能与 第一控制信号有关地调整。
[0006] 以有利的方式，这能实现将流过能量存储器的最大电流限制于预定值。这特别是 具有如下优点，即，不超过流过能量存储器、特别是能量存储器的电池的最大电流的保证界 限和因此制造商预定值。由此可以降低保证成本并且可以做出如下贡献，即，降低环境负 担，因为各个能量存储器可以具有更长的使用寿命。此外，车辆用户的满意度可以得到提 升，因为因为超过最大电流而必须更换能量存储器可能性可以保持得低。能量存储器与电 网的解耦可以由于监控电路的特别短的响应时间而极快地进行，从而电网的导线可以设计 为用于较小的短路电流并且降低在导线和/或插塞连接端的短路强度方面的要求。由此可 以节省用于电动车辆和/或混合动力车辆的其他制造成本。以有利的方式，模拟的监控电 路的快速的响应时间能实现可以这样快地探测短路和/或过电流并且可以将能量存储器 快速地与电网分离，使得可以省去额外的保险丝。半导体切换元件有如下优点，即，需要很 小的制造空间以及应提供用于控制半导体切换元件的功率可以保持得小。
[0007] 电网可以包括负载，特别是用于驱动电动车辆和混合动力车辆的带有所属的功率 电子器件的电马达。优选地，电路布置可以具有一个或者两个半导体切换元件，由此，能量 存储器与电网能够单极地或者两极地分离。优选地，所述能量存储器是高压能量存储器。在 此，能量存储器被称为高压能量存储器，所述能量存储器用于传动系。
[0008] 在第一方面的一种有利的实施方案中，电路布置具有数字的控制装置。所述数字 的控制装置构成为用于根据至少一个预定的与能量存储器相关的运行参数和/或至少一 个预定的与车辆相关的环境参数和/或至少一个预定的与车辆相关的运行参数和/或至少 一个预定的与电网相关的运行参数来产生预定的第二控制信号并且将其输出在预定的接 口上，所述接口与半导体切换元件的控制连接端在信号技术上耦合。半导体切换元件的切 换状态能与第二控制信号调整。这有如下优点，即，能量存储器能够与其他参数有关地与电 网分离或者与电网电耦合。
[0009] 在另一种优选的实施方案中，第一控制信号的预定的曲线代表如下要求，即，半导 体切换元件占据第二切换状态。此外，第二控制信号的预定的曲线代表如下要求，即，半导 体切换元件占据第二切换状态。如果所述第一控制信号或者所述第二控制信号或者两个控 制信号具有各自的所述预定的曲线，则这样操控半导体切换元件的控制连接端，使得半导 体切换元件占据第二切换状态。这有如下好处，即，无论是否是由模拟的监控电路还是由控 制装置检测到短路和/或过电流，能量存储器都会与电网分离。这种不相关性可以有利地 用于车辆中的功能安全（FuSi)。
[0010] 在第一方面的另一种有利的实施方案中，第二控制信号的预定的另一种曲线代表 如下要求，即，半导体切换元件占据第一切换状态。如果第二控制信号具有所述预定的另 一种曲线并且第一控制信号不具有所述预定的曲线，这样操控半导体切换元件的控制连接 端，使得半导体切换元件占据第一切换状态。这有如下优点，即，如果没有探测到短路电流 或者过电流，则能够与能量存储器的其他参数有关地与电网电耦合。
[0011] 在按照第一方面的另一种有利的实施方案中，半导体切换元件至少包括一个场效 应晶体管。以有利的方式，构成为适合于这一应用的场效应晶体管具有比机械继电器或者 接触器开关或者保险装置明显更高的开关速度，从而能量存储器与电网的分离可以比在机 械继电器或者接触器开关或者保险装置中明显更快地进行。
[0012] 在按照第一方面的另一种有利的实施方案中，半导体切换元件包括至少一个第一 场效应晶体管和至少一个第二场效应晶体管，其中，所述至少一个第二场效应晶体管分别 反串联地与所述至少一个第一场效应晶体管串联。这样的线路布置也被称为背靠背布置 (Back-to-Back-Anordung)。这有如下优点，即，半导体切换元件作为可以具有第一和第二 切换状态的切换元件适合于两个电流方向。优选地，所述半导体切换元件具有多个这样的 晶体管对，所述晶体管对并联。这有如下优点，g卩，所述晶体管可以具有更小的最大电流稳 定性（Maximalstrombestandigkeit )。
[0013] 在按照第一方面的另一种有利的实施方案中，电路布置包括带有电流解耦元件、 输出端和至少一个输入端的解耦切换模块。所述输出端与半导体切换元件电耦合。所述输 入端与监控电路和/或与控制装置电耦合以用于接收第一控制信号或第二控制信号。电流 解耦元件与输出端和所述至少一个输入端电流解耦并且将输出端和所述至少一个输入端 无电势地相连接。这有如下优点，即，半导体切换元件与模拟的监控电路和/或控制装置电 流分离。
[0014] 在按照第一方面的另一种有利的实施方案中，电流解耦元件包括光学的发送元件 和光学的接收元件。以有利的方式，这能实现简单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种有利的实施方案中，模拟的监控电路具有电流传感器和 模拟比较器，其中，所述模拟比较器构成和设置为用于根据预定的阈值和由电流传感器采 集的测量值的比较来产生第一控制信号，所述测量值代表流过能量存储器的电流。以有利 的方式，这能实现流过能量存储器的短路电流和/或过电流的精确并且快速的探测。
[0016] 按照第二方面，本发明的特征在于能量存储器系统。按照第一方面，所述能量存储 器系统具有能量存储器和按照第一方面的电路布置。在此，第一方面的优选的实施形式也 适用于第二方面。
[0017] 优选地，电路布置这样构成，使得如下的总时间小于预定的最大电流增加持续时 间，所述总时间由模拟的监控电路的应答时间加半导体切换元件从第一切换状态到第二切 换状态的切换时间加第一控制信号从模拟的监控电路的输出端直至控制连接端的信号延 迟持续时间，其中，最大电流增加持续时间通过预定的允许流过能量存储器而不毁坏所述 能量存储器的最大电流并且（如果所述电网具有欧姆短路）通过电网的预定的电感来预 定。
【附图说明】
[0018] 以下本发明的实施例借助示意图来阐述。
[0019] 图中：
[0020] 图1示出示例性的能量存储器系统的方框电路图，以及
[0021] 图2示出电流、电能和温度曲线的时间图表。
【具体实施方式】
[0022] 相同结构或功能的元件跨各附图地配设有相同的附图标记。