包括保险装置的高压电池系统的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的电池系统、用于运行电池系统的方法和车辆或电动车辆或混合动力车辆。

背景技术

众所周知，电动车辆和混合动力车辆配备有高压电池。具有电池的电池系统用于电动车辆(轿车)中并且例如以400伏或更高的电压(高电压)供应高压网络。这种电池的电池单元或电池模块通常串联连接。众所周知，锂基电池对高温以及过压或欠压是敏感的。这种运行状态不仅对锂电池的寿命有害，而且可能例如基于所谓的“热失控”带来隐患，如锂电池燃烧或爆炸形式的危险。

电池通过高压电缆与高压端子连接。通常，高压电缆中的接触器既用于电池的正高压端子又用于负高压端子。借助接触器可在车辆维修时或在正常运行中车辆的关停状态下或在故障功能状态(碰撞情况)中断开这种电池与高压网络或者说车辆其余高压系统的连接。为了在发生碰撞之后不使救援人员发生危险，在车辆车载网络中设置接触器(所谓的保险装置)，其确保在碰撞情况下断开高压电池与高压网络的连接。高压电池与高压网络的分离也可在机动车修理车间中进行，使得机械师不会在维修工作期间因接触带电导线/导线触点而发生危险。

为了在发生碰撞后安全地断开高压系统，通常集成一个或多个救援分离点，其构成一个导体回路。在该导体回路上施加电压(如低压电池的12v电压)。如果检测到该电压存在，则高压电池处于正常运行中，即高压电池可根据运行状态在其高压端子上提供电压。

图1示出一种由现有技术已知的电池系统，其包括高压电池1。在高压电池1中两个接触器3用作可逆分离元件。高压电池1可通过这两个接触器3与高压网络的高压端子连接。控制单元2检测一个导体回路4的电压。导体回路4通常由低压车载网络(如12v电压)供电并具有一个救援分离点5。

在检测到高压电池1的电压存在时，则高压电池1处于正常运行中，即高压电池可根据运行状态在其高压端子上提供电压。当导体回路4的救援分离点5被剪断或以其它方式(如通过拔出插头)切断时，控制单元2检测到这点并借助接触器3断开高压电池1。控制单元2这样连接到上述导体回路4上，使得一旦导体回路4上的电压下降到特定值以下、如低于3v，接触器3就自动断开。导体回路4可在车辆维修中被切断，以便安全地断开高压系统。当低压车载电网断电时，接触器3断开并且由于导体回路4的电压快速下降，高压电池1也断开。由于接触器3是可逆分离元件，因此它们可再次闭合，以恢复高压电池1和高压网络之间的连接。

现有技术公开了可逆分离元件、如作为用于将高压电池与电动车辆的高压车载网络断开的保险装置的机电接触器。机电接触器具有一定的老化效应可被看作这种可逆分离元件的缺点。接触器使用的时间越长，接触器的可靠性就越差。在长期使用中机电接触器可能无法正常工作，这严重影响安全性。此外，机电接触器在电流负载下产生相当大的热量，这可影响高压电池的可靠性。

此外，由专利文献de102012006104a1已知一种监测装置，其例如在低压车载网络电池的电压下降或低压车载网络电压低于临界电压值时自动执行高压部件的断开/停用。文献de102012006104a1中的保险装置(接触器)与可逆分离元件共同作用。由于接触器是可逆的，因此其可在低压车载网络恢复时再次闭合，以便重新激活高压系统。因此，控制单元不能区分救援分离点的切断与维修中的低压车载电网的中断。

由文献wo2009/112165a2已知一种具有监测装置的类似电池系统，在其中借助一个导线回路监测高压部件并且当导线回路断开时借助可逆分离元件使高压部件停用。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于通过一种分离元件代替机电接触器，该分离元件没有或具有轻微的老化效应并且在电流负载下具有较少的热产生。

上述任务通过根据权利要求1的电池系统、根据权利要求13的方法以及根据权利要求14的电动车辆或混合动力车辆来解决。

本发明的有利扩展方案是从属权利要求的技术方案，其中，各个权利要求的特征可彼此组合。

根据本发明提出一种尤其是用于电动车辆的电池系统，所述电池系统包括高压电池、控制单元和用于将高压电池与电动车辆的高压车载网络断开的保险装置。所述控制单元具有两个导体回路并且监测这两个导体回路的状态。控制单元根据这两个导体回路的状态激活保险装置，在激活情况下保险装置将高压电池与电动车辆的高压车载网络断开。保险装置具有一个不可逆分离元件。

因此，救援人员可安全地接触具有本发明的电池系统的事故车辆。

不可逆分离元件没有老化问题并且在电流负载下具有少得多的热产生。但仅应在必须断开所有极或救援分离点被救援人员激活的情况下才激活不可逆分离元件。在此应注意，当在车辆维修中低压车载网络中断时，不应激活不可逆分离元件。这在仅监测一个导体回路的上述监测装置中无法实现，因为它不能区分救援分离点的切断与例如维修中的低压车载网络的中断。在车辆维修中有时会拔出低压电池。因此低压车载网络在维修中断电。在低压车载网络断电的情况下，分离元件基于电压降低也被激活，这是不希望的，因为随后必须更换分离元件。这导致维修成本和时间成本的增加。

根据本发明的电池系统具有许多优点。因此可用不可逆分离元件代替一个机电接触器。不可逆分离元件由救援人员激活。随后应用新的不可逆分离元件代替已经激活的不可逆分离元件。换句话说，不可逆分离元件仅使用一次。因此，在使用不可逆分离元件时不存在或只有轻微的老化问题。因此提高了保险装置的可靠性和电池系统的安全性。

此外，在低压车载网络于维修中简单断电时不激活不可逆分离元件并且如前所述仅接触器断开，从而确保单极分离，这对于这种情况是足够的。

根据本发明的一种有利扩展方案，不可逆分离元件是烟火开关。由于烟火开关比机电接触器更便宜，因此如果用烟火开关代替机电开关，可降低系统成本。

根据本发明的另一种有利扩展方案，保险装置与高压电池的第一端子连接。

根据本发明的另一种有利扩展方案，在第一导体回路和第二导体回路上施加诊断电压，该诊断电压由控制单元、备用电池、备用电容器、低压车载网络或高压电池提供。

根据本发明的另一种有利扩展方案，所述监测通过控制单元检测第一导体回路上的第一电压电位和第二导体回路上的第二电压电位进行。

根据本发明的另一种有利扩展方案，第一导体回路包括至少一个救援分离点。

根据本发明的另一种有利扩展方案，所述救援分离点包括插头和联接器，当插头和联接器彼此连接时第一导体回路闭合并且当插头和联接器彼此未连接时第一导体回路断开。

根据本发明的另一种有利扩展方案，所述救援分离点由导线构成，当该导线未中断时第一导体回路闭合，并且当该导线被切断时第一导体回路断开。

根据本发明的另一种有利扩展方案，仅当第一导体回路断开且第二导体回路闭合时，控制单元才激活保险装置，以便将高压电池与电动车辆的高压车载网络断开。

此外，当两个导体回路都闭合或者当第二导体回路断开且第一导体回路闭合或者当两个导体回路都断开时，控制单元不激活保险装置。有利的是，根据本发明的控制单元可区分救援分离点的切断与维修中的低压车载网络断电。因此，只有当救援人员切断第一导体回路且第二导体回路保持闭合时，才激活不可逆分离器。

根据本发明的另一种有利扩展方案，所述电池系统包括一个机电开关，其与高压电池的第二端子连接，以便将高压电池的第二端子与高压车载网络断开。

根据本发明的另一种有利扩展方案，第一导体回路的多个救援分离点串联设置，使得第一导体回路的各救援分离点可在多个不同位置上断开并且激活保险装置。

此外，本发明提出一种用于运行上述电池系统的方法，所述电池系统包括高压电池、控制单元和用于将高压电池与电动车辆的高压车载网络断开的保险装置并且所述保险装置具有一个不可逆分离元件。所述控制单元具有两个导体回路并且监测这两个导体回路的状态。控制单元根据这两个导体回路的状态激活保险装置，在激活的情况下保险装置将高压电池与电动车辆的高压车载网络断开。

此外，本发明描述了一种包括上述电池系统的电动车辆或混合动力车辆。

附图说明

下面结合附图详细阐述本发明。在附图中：

图1示出现有技术中已知的具有两个接触器的电池系统；

图2示出根据本发明一种实施方式的电池系统，该电池系统具有根据本发明的控制单元，该控制单元具有两个导体回路并且监测这两个导体回路；并且

图3示出控制单元的示意图。

具体实施方式

下面说明的实施例构成本发明的优选实施方式。当然，本发明不限于这些实施方式。

图2示出根据本发明的一种实施方式的电池系统。该电池系统包括高压电池30、控制单元10和用于将高压电池30的一个端子(未示出)与电动车辆的高压网络(未示出)断开的保险装置20。该保险装置20设置在高压电池30上或中。保险装置20与高压电池30的第一端子连接。

在正常运行中保险装置20闭合，使得高压电池30的第一端子(未示出)可经由保险装置20与高压网络(未示出)的一个高压端子连接。

电池系统包括一个接触器21(机电开关)，其与高压电池30的第二端子(未示出)连接，以便将高压电池30的第二端子与高压车载网络断开。在正常运行中接触器21闭合，使得高压电池30的第二端子可经由接触器21与高压网络的一个高压端子连接。当接触器21断开时，第二端子与高压网络的高压端子断开。由于高压电池不能快速地完全断开(电池单元总是提供电压)，因此当高压电池30的所有极都能与其余高压车载网络断开时，安全性将提高。为了将高压电池30的所有极与高压车载网络断开，保险装置20和接触器21都须断开。

控制单元10具有第一导体回路11和第二导体回线12。这两个导体回路11和12例如由简单的导线构成。第一导体回路11包括至少一个救援分离点16。该救援分离点16可由插头-联接器构成，当插头-联接器闭合时第一导体回路11闭合并且当插头-联接器断开时第一导体回路11断开。救援分离点16也可由简单的导线构成，当导线未中断(未被剪断)时第一导体回路11闭合并且当该电线被剪断时第一导体回路11断开。

在这两个导体回路11和12上施加控制单元10的诊断电压(如12伏)。替代地或附加地，可供应低压车载网络、备用电池、备用电容器、高压电池或其组合的诊断电压。

导体回路11和12连接到控制单元10上。控制单元10监测这两个导体回路11和12。所述监测通过控制单元10检测两个导体回路11和12的状态来实现。控制单元10根据两个导体回路11和12的状态激活保险装置20，使得保险装置20将高压电池30与电动车辆的高压车载网络断开。

所述导体回路11和12具有总共四种(电气)状态。下面将解释导体回路11和12的这些状态。

在发生碰撞时，救援分离点16被救援人员切断，如通过剪断救援分离点16的导线或通过拔出构成救援分离点16的插头-联接器的插头。由此，第一导体回路11断开，而第二导体回路12保持闭合。根据本发明的该实施方式，控制单元10监测这两个导体回路11和12的电压电位。当救援分离点16被切断时，导体回路11的电压电位迅速下降。控制单元10检测两个导体回路11和12的电压电位。一旦导体回路11的电压电位下降到特定值以下、如低于3v，控制单元10就激活保险装置20，使得保险装置20将高压电池30与电动车辆的高压车载网络断开。

通过这种方式救援人员在救援过程中不会因接触带电的导线触点而发生危险。因此，救援人员可安全地接触具有本发明电池系统的事故车辆。

在正常运行中，两个导体回路11和12的电压电位不下降。两个导体回路11和12被控制单元10识别为闭合。根据本发明，当两个导体回路11和12闭合时，控制单元10在该状态中不激活保险装置20。

在更换低压电池时，机械师会在维修中断开低压电池。两个导体回路11和12的电压基于低压电池的断开会下降。在这种情况下，两个导体回路11和12被识别为开路。根据本发明，当两个导体回路11和12为开路时，控制单元10在该状态中不激活安全装置20。在维修中仅接触器如通常那样断开，从而确保单极断开，这对于这种情况是足够的。有利的是，根据本发明的控制单元可区分救援分离点16的切断与维修中低压车载网络的中断。因此，只有当第一导体回路11的救援分离点16被救援人员切断时，不可逆分离元件才被激活。

当第二导体回路12断开且第一导体回路11闭合时，控制单元10不激活保险装置20，因为该状态被控制单元10识别为系统错误。

如已经提到的，保险装置20具有一个不可逆分离元件。术语“不可逆分离元件”尤其是应理解为这样的分离元件，其在中断了高压电池30与车辆的高压车载网路之间的电气连接之后不能再恢复该连接。电气连接的恢复只能通过更换不可逆分离元件实现。

在激活情况下不可逆分离元件触发，即分离元件中断高压电池30和车辆的高压车载电网之间的电气连接。尤其是可规定，分离元件仅可触发一次，即不可逆地触发。因此，这种分离元件可具有特别适合于一次性触发的结构并且因此可特别简单地构造。因此，尤其是可实现不可逆分离元件的相对低的内阻并且因此实现低线损。另外，这种结构也可适合于避免电弧或适合于分离元件的优选防水设计。不可逆分离元件在此可通过其自身的控制装置触发。

由于控制单元10监测两个导体回路11和12，因此控制单元10可区分救援分离点16的切断与维修中的低压车载网络的中断。在低压车载电网断电的情况下，控制单元10不激活不可逆分离元件。由此降低了维修费用。

不可逆分离元件可包括烟火开关。由于烟火开关比机电接触器更便宜，因此当用烟火开关代替机电开关时，可降低系统成本。

根据本发明的一种扩展方案，第一导体回路11具有多个串联设置的救援分离点。

电压的监测和保险装置的激活例如可如图3所示设计。电压源101产生电压，其经由第一电阻102施加到第一导体回路103上。电压源101的电压经由第二电阻104施加到第二导体回路105上。第一电阻102上的电压在比较器106中与参考电压109进行比较。如果该电压大于参考电压，则第一导体回路103闭合并且比较器106的输出端输出逻辑“1”。否则，第一导体回路103断开并且比较器106的输出端输出逻辑“0”。

在第二比较器108中将第二电阻104上的电压与参考电压109进行比较。如果该电压大于参考电压，则第二导体回路105闭合，比较器108的输出端输出逻辑“1”，否则第二导体回路105断开并且比较器108的输出端输出逻辑“0”。

比较器的结果在逻辑元件107中被这样关联，使得当且仅当第一比较器106的输出端输出逻辑“1”且第二比较器108的输出端输出逻辑“0”时，该逻辑元件的输出端才输出逻辑“1”。在此情况(逻辑“1”)下，逻辑元件107的输出导线控制开关110，当该开关在输入端接收到逻辑“1”时将电压源101的电压接通到烟火元件112的点火器111上。因此点火器点火，即烟火元件112被激活。

本发明的电池系统所需的部件和构件(高压电池、导体回路、救援分离点、烟火开关、机电接触器、低压车载网络等)及其可能的相互作用(电子或电气连接)以及在本发明的电池系统外部的部件和构件及其与本发明的电池系统可能的相互作用是本领域技术人员已知的。因此，在本申请中无需对此进行赘述。

附图标记列表

1高压电池

2低压车载网络

3机电接触器

4导体回路

5救援分离点

10控制单元

11第一导体回路

12第二导体回路

16救援分离点

20保险装置

21机电接触器

30高压电池

101电压源

102第一电阻

103第一导体回路

104第二电阻

105第二导体回路

106第一比较器

107逻辑元件

108第二比较器

109参考电压

110开关

111点火器

112烟火元件