用于车辆的高压网络的电路的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的高压网络的电路。高压网络在此情况下可以包括电能存储器和功率电子装置，比如牵引机和逆变器。电路能够实现电能存储器和剩余的高压网络之间的电气连接的断开和闭合。

背景技术：

1、当前用于电动车辆的高压网络包括一个或多个能量存储器、至少一个牵引机、充电接口、一个或多个辅助消耗器(比如冷却剂压缩机或连续直通式加热器)和一个或多个逆变器。如果电动车辆具有一个能量存储器，那么该能量存储器通过两个开关单元与剩余的高压网络连接。如果电动车辆包括多个能量存储器，则需要电能存储器与高压网络的复杂互联。迄今为止在电能存储器和剩余的高压网络之间的电气连接通过高压继电器实现。高压继电器能够实现电能存储器与剩余的高压网络的电流隔离且因此出于安全原因而被使用。

2、ep 2418750 a2描述了一种用于电动车辆的电池断开单元的结构。该结构包括第一高压继电器，其切换到用于将由电池供给的直流电能供给到逆变器的位置，或者切换到用于中断相应的直流电能供给的位置；第二高压继电器，其切换到用于将由充电器提供的直流电能供给到电池的位置，或者切换到用于中断相应的直流电能供给的位置；印刷电路板，其包括与第二高压继电器电气连接的印刷电路并且在充电器和电池之间提供直流电流供应路径，方式为，印刷电路板具有与充电器连接的输入端子和与电池连接的输出端子；基板，其安装在印刷电路板的上部区段上，用于支撑第一和第二高压继电器；以及金属支架，其在下侧面上承载印刷电路板和基板并用作放出热的散热片。

3、ep 2505419 a2公开了一种电池断开单元，用于选择性地将电池组与负载耦合。该单元包括基础区段，该基础区段包括第一和第二第二接触器(schütze)、预充电继电器和充电继电器。该单元还包括接线板，具有布置在其上的第一、第二、第三和第四母线。第一和第二母线分别与第一接触器的第一和第二接口耦合。第一母线还与电池组耦合，且第二母线还与负载耦合。第三和第四母线分别与第二接触器的第三和第四接口耦合。第三母线还与电池组耦合，且第四母线还与负载耦合。

4、jp 2012034535 a公开了一种能量存储装置，包括电池模块，该电池模块通过并联的或串联且并联连接的多个单池组制成，其中，开关和一个或多个单个电池串联；以及电池控制器，其控制电池模块并检测电池模块中的单个电池和单池组的连接路径的异常。电池控制器包括开关控制区段，其切换开关用于选出单池组；和第一电压检测电路，其检测通过开关控制区段选出的单池组的电压。控制器还包括诊断装置，通过第一电压检测区段检测通过开关控制区段选出的单池组的电压，该诊断装置诊断电池模块的异常和电池模块的连接异常。

技术实现思路

1、根据本发明的用于车辆的高压网络的电路包括至少两个接线点和四个开关单元，其中，该高压网络具有至少两个电能存储器。第一接线点和第二接线点被构造用于与电力消耗器和/或充电器形成电气连接；

2、第一开关单元被布置在第一极连接器和第一接线点之间。第一极连接器被构造用于电气接触电能存储器的第一极。第二开关单元被布置在第二极连接器和第二接线点之间。第二极连接器被构造用于电气接触第二电能存储器的第二极。

3、第三开关单元被布置在第一接线点和第三极连接器之间。第三极连接器被构造用于电气接触第二电能存储器的第一极。第四开关单元被布置在第二接线点和第四极连接器之间。第四极连接器被构造用于与第一电能存储器的第二极电气接触。

4、该电路此外包括用于与充电单元连接的充电接口，该充电单元用于给第一电能存储器和第二电能存储器充电。该电路还包括第六开关单元和第七开关单元。第六开关单元被布置在充电接口和第一极连接器之间。第七开关单元被布置在充电接口和第二极连接器之间。第一开关单元、第六开关单元和第一极连接器因此一起连接在第一接触点上。同样，第二开关单元、第七开关单元和第二极连接器一起连接在第二接触点上。

5、所述开关单元能在电气接触状态和电气断开状态之间切换。由此可以使第一能量存储器和第二能量存储器彼此并联或串联。通过闭合第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元，第一能量存储器和第二能量存储器的相同的极分别与接线点电气连接，且第一能量存储器和第二能量存储器彼此并联。通过打开第四开关单元，第一电能存储器的电流回路被中断且因此第一电能存储器与第二电能存储器的并联也被中断。通过打开第三开关单元，第二电能存储器的电流回路被中断且因此第二电能存储器与第一电能存储器的并联也被中断。通过第一开关单元和第二开关单元可以将两个电能存储器从接线点断开。

6、通过开关单元的布置，可以将第一电能存储器或第二电能存储器与高压网络电气连接。同样可以使两个电能存储器彼此并联地与高压网络电气连接。此外，第一开关单元和/或第二开关单元和/或第六开关单元和/或第七开关单元被设计为在电气断开状态下也电流隔离。第三开关单元和第四开关单元优选被实施为半导体构件。

7、因此，第一电能存储器和第二电能存储器分别通过被实施为半导体构件的开关单元且通过被设计为在电气断开状态下电流隔离的开关单元与高压网络连接。通过第一开关单元和第二开关单元可以进行第一电能存储器和第二电能存储器的电流回路的电流隔离。由此可以将高压继电器的优点吸纳到电路中。与高压继电器相比，半导体构件具有在其切换行为中明显更高的动态和更长的使用寿命，可以制造得更小且可以更简单且更便宜地适配较高的电压。

8、与利用高压继电器相比，通过将第三开关单元和第四开关单元实施为半导体构件，第二能量存储器的第一极的电气连接和第一能量存储器的第二极的电气连接明显更快地被中断。由此与利用高压继电器相比可以更快地中断短路电流。

9、通过到此为止所描述的第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元的布置，可以在车辆的静止状态下打开第一开关单元和第二开关单元，在该状态下没有电流流入或流出第一能量存储器和/或第二能量存储器。由于电流隔离，第一能量存储器和第二能量存储器的相同极之间的所有电压差都出现在第一开关单元和第二开关单元上，且在第三开关单元和第四开关单元的半导体构件上不再有电压差。由此减少了第三开关单元和第四开关单元在车辆静止状态下的负载，从而延长了半导体构件的使用寿命。

10、外部充电单元可与充电接口连接，其中，通过第六开关单元和第七开关单元可建立与第一接触点(且因此与第一极连接器)和第二接触点(且因此与第二极连接器)的电气连接。如果第六开关单元和第七开关单元处于电气连接状态，那么在充电器与第一电能存储器和第二电能存储器之间存在电气连接。此外，如果第三开关单元和第四开关单元处于电气连接状态，且尤其是布置在第三极连接器和第四极连接器之间的第五开关单元处于电气断开状态，则第一电能存储器和第二电能存储器并联地与充电单元互联。相反，如果第三开关单元和第四开关单元处于电气断开状态，且布置在第三极连接器和第四极连接器之间的第五开关单元处于电气连接状态，则第一电能存储器和第二电能存储器串联地与充电单元互联。这对于使第一电能存储器和第二电能存储器的总电压适配不同的充电单元的充电电压尤为有利。由此可以通过并联第一电能存储器和第二电能存储器来用充电单元对这两个电能存储器进行充电，充电单元的充电电压不低于两个电能存储器之一的电压。通过串联第一电能存储器和第二电能存储器，可以使用具有更高的充电电压的充电单元来对第一电能存储器和第二电能存储器进行充电。如果没有前文所述的第五开关装置，则可将能量存储器彼此并联或单独地与充电接口连接，从而单独地与充电单元连接。

11、第六开关单元和第七开关单元能在没有电力负载的情况下切换，从而避免了在切换过程期间形成火花的危险。此外，第六开关单元和第七开关单元的开关速度不重要。因此，电流隔离单元、如接触器和/或继电器对于第六开关单元和第七开关单元尤为有利。

12、第一开关单元和第二开关单元以串联方式连接到被设计为半导体构件的开关单元。因此在开关单元断开状态下电压下降主要存在于第一开关单元和第二开关单元上。这导致半导体构件的负载减小且延长了半导体构件的使用寿命。

13、从属权利要求示出了本发明优选的改进方案。

14、电路的第三开关单元和第四开关单元优选具有一个或多个晶体管。与简单的二极管相比，晶体管可以通过控制电压让电流逆着其阻断方向流动。由此可以利用晶体管实现沿两个方向的电流，这利用简单的二极管是无法实现的。

15、电路的第三开关单元和第四开关单元特别优选分别具有两个晶体管，它们分别被布置为，使得它们的阻断方向相反。因此，第三开关单元和/或第四开关单元的两个晶体管之一始终首先阻断第一电能存储器和/或第二电能存储器的充电电流或放电电流。只有通过将逆着其阻断方向运行的晶体管切换到电气连接状态才可以使充电电流或放电电流流动，从而对第一电能存储器和/或第二电能存储器充电或放电。第三开关单元和/或第四开关单元的晶体管特别是通过它们的源极或漏极相互连接。

16、电路优选包括至少一个第五开关单元，其被布置在第三极连接器和第四极连接器之间。第五开关单元尤其是能在电气断开状态和电气连接状态之间切换且被实施为半导体构件。第五开关单元能够实现第一电能存储器和第二极和第二电能存储器的第一极之间的电气连接。如果第五开关单元处于电气连接状态，则第一电能存储器和第二电能存储器串联。与利用高压继电器相比，通过将第五开关单元实施为半导体构件，第一电能存储器和第二能量存储器之间的电气连接明显更快地被中断。由此第五开关装置也能在第一电能存储器和第二电能储存器以串联方式运行期间抑制短路电流。与利用高压继电器相比，由于半导体构件的结构更小，在第一电能存储器与第二电能存储器的串联和并联之间进行切换时所需的更复杂的电路可以以较小的结构空间增大来实现。这种互联方式既能以比两个电能储存器并联时更低的损耗向电力消耗器供电，又能用具有比两个串联的电能储存器的总电压更低的充电电压的充电电源给第一电能储存器和第二电能储存器充电。第五开关单元优选具有一个或多个晶体管。特别是仅设置唯一一个晶体管，其被构造为，当能量存储器串联时，阻断来自能量存储器的放电电流。在该情况下尤其是可以通过第一开关单元和第二开关单元中断充电电流或再生电流。直流充电电流可以通过第六开关单元和第七开关单元中断。在该情况下简单且成本低廉地构造第五开关单元。

17、电路的第五开关单元特别优选具有两个晶体管，它们分别被布置为，使得它们的阻断方向相反。由此不仅充电电流而且放电电流始终逆着第五开关单元的两个晶体管之一的阻断方向流动。只有通过将电流应逆着其阻断方向流动的晶体管切换到电气连接状态，才能使充电电流或放电电流流动，并以串联方式对第一电能储存器和第二电能储存器进行充电或放电。第五开关单元的晶体管特别是通过它们的源极或它们的漏极相互连接。

18、本发明此外涉及一种车辆的高压网络，具有第一电池和第二电池作为第一电能存储器和第二电能存储器。第一电池和第二电池分别具有两个不同的极。在此情况下第一电池的第一极与第一极连接器电气连接且第一电池的第二极与第四极连接器电气连接。第二电池的第一极与第三极连接器电气连接且第二电池的第二极与第二极连接器电气连接。

19、本发明此外涉及一种车辆，具有高压网络、电路和至少一个电力消耗器。电力消耗器特别是电力车辆驱动装置，其具有两个不同的极。在此情况下电力车辆驱动装置的第一极与第一接线点电气连接且电力车辆驱动装置的第二极与第二接线点电气连接。

20、车辆优选还具有至少一个辅助机组，其具有第一电气接口和第二电气接口。第一电气接口与第一接线点电气连接。第二电气接口通过第八开关单元与第二接线点电气连接。在此设置为，第八开关单元能在电气连接状态和电气断开状态之间切换且被实施为半导体构件。在该布置方式中辅助机组与电力消耗器(特别是车辆驱动装置)一起可通过第一开关单元和第二开关单元与电能存储器断开。第八开关单元特别有利地用作用于保护辅助机组的电子保险装置。

21、在一种可替换的设计方案中设置，辅助机组的第一电气接口通过第九开关单元与第一极连接器电气连接且辅助机组的第二电气接口通过第八开关单元与第二极连接器电气连接。在此第八开关单元和第九开关单元能在电气连接状态和电气断开状态之间切换。此外设置，第八开关单元被实施为半导体构件且第九开关单元被设计为在电气断开状态下电流隔离。通过辅助机组的布置，使得辅助机组能独立于消耗器、也就是说特别是车辆驱动装置被供应电能。因此例如能够实现，消耗器借助于第一开关单元和第二开关单元与能量存储器电流隔离，而能量存储器通过充电接口进行充电。在此情况下辅助机组仍然可以与能量存储器保持连接。又优选设置，第八开关单元有利地被构造为用于保护辅助机组的电子保险装置。通过第九开关单元还能够实现辅助机组与能量存储器的电流隔离。