CN103847505B - 用于交通工具的安全装置及用于控制其的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于交通工具的安全装置（1），包括：具有多个电池（8）的电池系统；电子单元（13）；用于确定电池系统的组件之间的绝缘电阻（RISO）的装置，该组件以导电的方式连接到至少一个电池（8）和参考电位（B）；通过液体热传递介质和第一截止阀（10.1）向电池（8）供热和/或从电池（8）散热的装置，其中，该热传递介质能够在至少一个循环流（11）中循环，并且其中，能够通过第一截止阀（10.1）来中断该循环流（11）。其中，所述电子单元（13）被实施为如果发现所述绝缘电阻（RISO）低于极限值（RISOmin）则将第一截止阀（10.1）从打开位置致动到闭合位置。

Description

用于交通工具的安全装置及用于控制其的方法
技术领域
本发明涉及一种用于交通工具的安全装置以及用于控制根据本发明的装置的方法。
背景技术
根据DE102010051002A1已知一种一般类型的装置，其公开了高电压电池，该电池包括外罩和布置在外罩中的用于引导冷却介质的部件。影响冷却介质流动的阀装置被布置在外罩内部。阀装置可以通过磁或机械驱动的方式来调整。
根据DE102011116968A1已知一种一般类型的方法，以确定冷却介质泄漏的存在。根据所述方法，针对放电电流来确定电池的容量并进行互相比较，并且基于比较得出关于冷却介质损失的结论。
除了纯粹的信息和显示，已知的解决方法没有提供关于在冷却介质泄漏时发生什么的指示。在使用导电冷却介质时，可能会在电池系统内出现短路。如果携带高电压的电池系统的任意组件与冷却介质泄漏接触，会出现冷却介质的电解，与之相关的是产生大量的热并在电池系统内部形成蒸汽。作为该类型的影响，电池系统可被严重损坏。
发明内容
本发明的目标是按照减轻电池系统内部的冷却介质损失的后果的方式来改进具有电池系统的交通工具的安全装置。
本发明的另一目标是提供一种已知领域的方法，其可以减轻冷却介质损失的后果。
该目标是通过一种用于交通工具的安全装置来实现的，该装置包括：具有多个电池的电池系统；电子单元；用于确定电池系统的组件之间的绝缘电阻的装置，该组件以导电的方式连接到至少一个电池和参考电位；以及通过液体热传递介质和至少第一截止阀向电池供热和/或从电池散热的装置，其中，该热传递介质可以在至少一个循环流中循环，并且其中，可以通过第一截止阀来中断该循环流，其中，所述电子单元（13）被实施为如果发现所述绝缘电阻的大小低于极限值则将第一截止阀从打开位置致动到闭合位置。
此外，该解决方案是通过一种用于控制交通工具的安全装置的方法来实现的，该交通工具包括电池系统并且该方法包括下列步骤：
-至少间断地检查电池系统的组件之间的绝缘电阻，该组件以导电的方式连接到至少一个电池和参考电势，
-通过电子单元来评估由用于检查电绝缘电阻的装置所确定的电绝缘电阻，以及
-通过电子单元借助于评估结果来控制第一截止阀。
因此，根据本发明，如果发现绝缘电阻的大小低于极限值，通过中断循环流的方式来致动截止阀。如果出现热传递介质的泄漏并且如果所述热传递介质是导电的，则该泄漏会导致电池系统的组件之间的导电连接，该组件以导电的方式连接到至少一个电池以及从所述至少一个电池流电地分离的参考电位。以导电方式连接到电池的电池系统的组件例如是电池连接器、电池外罩、连接到电池终端或电池连接器的电池电压分接头、以及高电压电流电路的组件。电子单元的组件还通过电池电压分接头以导电的方式连接到电池。
根据本发明，通过用于确认绝缘电阻的装置来非常快速地识别该类型的导电连接。因此，可以通过第一截止阀通过中断循环流来大幅降低所流出的热传递介质的量。结果可以有效避免对电池系统的任何进一步损害。
在从属权利要求书、说明书和附图中公开了本发明的更多扩展。
根据本发明的实施例，循环流是具有馈送流连接和返回流连接的开放循环流。术语“开放循环流”在该情形下被理解为表示在电池系统内部未闭合的循环流。因此，整个闭合循环流的部分被布置在电池系统外部，例如：循环泵，用于循环热传递介质；或热交换，用于向热传递介质供热和/或从热传递介质向环境散热；以及用于热传递介质的储藏室。相应地，电池系统包括至少两个接口，电池系统外部的循环流的部分在该接口上连接到电池系统内部的部分。这些接口中的一个形成馈送流连接；另一接口形成返回流连接。馈送流连接和返回流连接主要被布置在外部的电池外罩中。或者另外，馈送流连接和返回流连接是冷却主体的组件，其中，在该情形下，冷却主体形成外罩的一部分。
如果出现热传递介质的泄漏，则调整循环泵的操作以避免任意额外的热传递介质被传输到泄漏点是有利的。该功能无法被确保，特别是在意外的情况下。通过将第一截止阀布置在循环泵和分配给电池系统的循环流的部分之间，可以可靠地避免任意额外的热传递介质被传输到泄漏点。
当整个循环流被合适地实现时，热传递介质可能流出储藏室，流向分配给电池系统的循环流的部分中的泄漏点。该效果可以通过在储藏室和被分配给电池系统的循环流的部分之间布置第一截止阀来抵消。
优选地在馈送流连接和返回流连接之间的循环流中布置第一截止阀和第二截止阀。该布置确保在电池系统内部出现泄漏时、热传递介质无法继续流过循环泵或从储藏室流向泄漏点。
根据本发明的另一实施例，第一和/或第二截止阀被布置在循环流的被分配给电池系统的部分中。就用于确定绝缘电阻的装置类似地是电池系统的组件这一点而言，这是有利的。结果，组装电池系统的过程变得容易地多，因为例如不需要建立到被布置在电池系统外部的截止阀的单独线路。此外，该布置进一步改善了安全性和可靠性，因为在意外情况下会损害与布置在电池系统外部的截止阀之间的通信。
如果馈送流连接和返回流连接被布置为互相空间接近，如果这些截止阀包括公共的致动装置，则是有利的。或者，单独的致动装置也是可行的。
根据本发明的另一实施例，第一和第二截止阀被布置在外罩的一部分的外部。如果在馈送流连接或返回流连接上出现泄漏，则该布置避免热传递介质从电池系统外部的循环流的部分流到外罩内部。
优选地用于供热/散热的装置包括至少一个具有热传递介质入口和热传递介质出口的冷却主体，其中，第一截止阀被布置在热传递介质入口的区域中，且第二截止阀被布置在热传递介质出口的区域中。
如果热传递介质入口和热传递介质出口被布置为互相空间接近，如果第一截止阀和第二截止阀包括公共的致动部件，则是有利的。或者另外，用于每个截止阀的单独致动装置也是可行的。
根据本发明电池系统还可以包括被串行和/或并行地布置在循环流中的多个冷却主体。冷却主体和被分配给所述冷却主体的电池还可被描述为电池模块。电池模块由此形成电池系统的结构子单元。
如果电池系统包括多于一个电池模块且因此多于一个冷却主体，则第一和/或第二截止阀未被分配给每个冷却主体，这是有利的。截止阀必须在电池系统的服务寿命期间以安全和可靠的方式来实现其功能需求并且被相应地实现。在每个电池模块上布置截止阀将大幅增加电池系统的成本，特别是在大量电池模块的情形下。结果，实现测量从而预定数量的热传递介质的任意泄漏不会影响电池系统的安全和可靠性，这是有利的。例如，可以在电池系统中提供装置来吸收或消散任意泄漏的热传递介质。结果，所需截止阀的数量可被减少。对于安全性和可靠性很重要的应用来说，例如对于在地下采矿中使用的矿车或有轨交通工具，截止阀还可被布置在每个冷却主体上，以增加安全性和可靠性。
优选地，多个（截止阀）包括以电磁致动装置，该电磁致动装置为实现为使得一旦流过电磁致动装置的电流的平均大小低于极限值则截止阀自动采用闭合位置。截止阀例如可以通过弹簧来自动采用闭环位置，该弹簧迫使电磁致动装置的电枢朝着闭环位置的方向。因此，为了维持截止阀的打开位置，需要电流流过电磁致动装置。优选地该电流是脉冲宽度调制的电流的形式，因为通过该方式，电磁致动装置的功耗被降低。该实施例确保了内在的安全性和可靠性，从而在电子单元误操作时截止阀可以采用闭合位置。
根据本发明的另一实施例，用于确定绝缘电阻的装置是电子单元的组件。电子单元被实现，用于确定和评估参数，例如高电压电流电路中的电压和充电/放电电流。为了与交通工具的其他系统进行通信，电子单元还包括到参考电位的连接，该参考电位从电池系统的高电压电路流电地分离，所述参考电位例如是交通工具的地电位。通过集成在电子单元中的用于确定电绝缘电阻的装置，电池系统由此被简化，因为在电池系统的组件内部的空间附近存在要被比较的电位。
优选地水-乙二醇混合物被用作热传递介质。水-乙二醇混合物具有良好的导热性，并且是汽车产业中用于液体热传递介质的良好基础，例如用于内燃机的冷却系统。尤其是，可以通过使用该类型的广泛的热传递介质来降低交通工具的维护成本。
根据本发明的实施例，提供了一种用于控制电池系统的方法，该方法包括下列步骤：
-至少间断地检查电池系统的组件之间的绝缘电阻，该组件以导电的方式连接到至少一个电池和参考电势，
-通过电子单元来评估由用于检查电绝缘电阻的装置所确定的电绝缘电阻，以及
-通过电子单元借助于评估结果来控制第一和/或第二截止阀。
术语“‘间断地’检查绝缘电阻”被理解为这里表示以大约100ms的周期来执行定期检查。由于检查是间断地执行的事实，可以确保非常快地识别绝缘电阻的任何下降。
优选地该方法还包括控制第一和/或第二截止阀，使得如果对绝缘电阻的评估确定绝缘电阻低于极限值，则截止阀被移动到闭合位置。
各种缘由都可能是绝缘电阻低于极限值的原因，并且绝缘电阻的下降不一定是热传递介质泄漏的结果。但是，在绝缘电阻低于所述极限值的情形下，通常通过合适的部件来分离电池系统和其消费者之间的电连接。结果，消费者和电池系统之间的电流电路被中断。于是，循环流的中断并不表示关键的运行限制，因为，由于缺少电流通过流，电池不再向消费者供热/释放来自消费者的热量。
测试表明，最小数量的热传递介质泄漏足以明显降低绝缘电阻。即使仅在循环流内部界面上形成液滴并且液滴只出现在一个地方，作为其结果不会直接导致绝缘误差，下一步可以通过热传递介质的导电性来实现泄漏距离。通过示例，从冷却主体的热传递介质入口释放的热传递介质的液滴可以进入冷却主体和电池之间的空隙。结果，在电池的金属外罩和冷却主体之间可以实现泄漏距离，这降低了泄漏流。该泄漏流降低了绝缘电阻且因此可以通过用于确定绝缘电阻的装置来检测。
附图说明
下面参考附图通过示例来描述本发明。
图1示出了根据本发明的装置的第一实施例的视图，
图2示出了根据本发明的装置的第二实施例的视图，
图3示出了根据本发明的装置的第三实施例的视图，
图4示出了根据本发明的方法的视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的装置1的第一实施例。多个串联和/或并联的电池8通过高电压电流电路2以导电的方式连接到负载电阻5和负载电容6。高电压电路2包括正路径2.1和负路径2.2。第一分离装置3被布置在正路径2.1中，且第二分离装置4被布置在负路径2.2中。可以通过第一和/或第二分离装置3、4来中断高电压电流电路2。
电池8以有效热导的方式连接到冷却主体9。液体热传递介质流过冷却主体9，且所述冷却主体是循环流11的组件。循环流11在该情形下被表示为开放循环流。为了描述清楚，循环流11的某些组件未在图中示出，所述组件例如包括：循环泵，其用于循环热传递介质；或热交换器，其用于向热传递介质供热和/或从热传递介质向环境散热；或用于热传递介质的储藏室。这些组件优选地被布置在电池系统外部，但它们也可被布置在电池系统内部。为了连接循环流11的被布置在电池系统外部的组件，电池系统包括馈送流连接11.1和返回流连接11.2。冷却主体9类似地包括热传递介质入口9.1和热传递介质出口9.2。
第一截止阀10.1被布置在热传递介质入口9.1和循环流11的馈送流连接11.1之间。或者另外，第一截止阀10.1还可以被布置在热传递介质出口9.2和返回流连接11.2之间，或者循环流11中在馈送流连接11.1和返回流连接11.2之间的另一位置。第一截止阀10.1包括两个运行位置，即闭合位置和打开位置。在闭合位置，通过第一截止阀10.1来中断循环流11，从而热传递介质不能流过第一截止阀10.1。在打开位置，热传递介质可以流过第一截止阀10.1。第一截止阀10.1被电磁致动，其中，电磁体逆着弹簧行动。弹簧使得第一截止阀10.1自动采用闭合位置，除非流过电磁体的电流超过弹簧的力。如果第一截止阀10.1采用打开位置，则需要用足够的电流来影响电磁体。或者另外，还可以将第一截止阀10.1实现为使得作为弹力的结果而采用打开位置，除非向电磁体供应足够电能。
图1示出了第一截止阀10.1处于打开状态的视图。
以下描述了用于确定电池系统的组件之间的电阻的发明，该电池系统的组件以导电的方式连接到至少一个电池8以及从电池8流电地分离的参考电位B。高电压电流电路2的正路径2.1和负路径2.2以导电的方式通过第一分离装置3和第二分离装置4连接到负载电阻5。正路径2.1包括第一绝缘电阻RISO+和第一（寄生）电容CY+，并且所述正路径相对于例如交通工具的地电位的参考电位B流电地分离。类似地，负路径2.2包括第二绝缘电阻RISO-和第二（寄生）电容CY-，且所述路径相对于例如交通工具的地电位的参考电位B流电地分离。通过高电压电流电路2的正路径2.1或负路径2.2所需的第一开关SISO+和第二开关SISO-，具有已知电阻值的参考电阻R0可被切换。第一开关SISO+和第二开关SISO-例如被实现为晶体管，且由此可以通过控制装置来切换。控制装置例如可以是电子单元13。为了描述清楚，用于控制第一开关SISO+和第二开关SISO-的线路未被示出。通过第一电压测量USIO+来测量正路径2.1和参考电位B之间现行的电压。通过第二电压测量USIO-来测量负路径2.2和参考电位B之间现行的电压。通过第三电压测量UBAT来测量正路径2.1和负路径2.2之间现行的电压。
为了确定绝缘电阻RISO，已知的参考电阻R0被交替地切换而并行于第一绝缘电阻RISO+和第二绝缘电阻RISO-。在第一电容CY+和第二电容CY-被反向充电之后，通过第一电压测量UISO+来测量在正路径2.1和参考电势B之间现行的电压，并通过第二电压测量UISO-来测量在负路径2.2和参考电势B之间现行的电压。在电阻值R0被切换至正路径2.1和负路径2.2一次之后，可以计算绝缘电阻RISO。根据第一绝缘电阻RISO+和第二绝缘电阻RISO-的并行连接来获取绝缘电阻RISO。
第一信号线7.1从第一电压测量UISO+引向电子单元13。第三信号线7.3类似地从第二电压测量UISO-引出，并且第二信号线7.2从第三电压测量UBAT引向电子单元13。借助于信号线7.1、7.2和7.3发送的信号，电子单元13确定绝缘电阻RISO的实际值，并将该实际值与极限值RISOmin进行比较。如果绝缘电阻RISO的实际值低于极限值RISOmin，则将电子单元实现为以发送如下的信号，该信号将第一截止阀10.1从打开位置致动到闭合位置。
图2示出了根据本发明的装置1的第二实施例。与第一实施例相比，提供了第一截止阀10.1和第二截止阀10.2。第一截止阀10.1被布置在馈送流连接11.1和冷却主体9的热传递介质入口9.1之间，且第二截止阀10.2被布置在返回流连接11.2和热传递介质出口9.2之间。在图2中示出了闭合位置的第一截止阀10.1和第二截止阀10.2二者。将冷却主体9实现为使得热传递介质入口9.1和热传递介质出口9.2被布置为空间互相接近。特别地，热传递介质入口9.1和热传递介质出口9.2位于冷却主体9的末端。第一和第二截止阀10.1、10.2包括电磁体形式的公共致动装置。或者另外，具有单独致动装置的实施例也是可行的，或者热传递介质入口9.1和热传递介质出口9.2在冷却主体9的两端的实施例也是可行的。
第一截止阀10.1和第二截止阀10.2被布置在热传递介质入口9.1和/或热传递介质出口9.2的区域中。术语“在区域中”被理解为表示第一截止阀10.1和第二截止阀10.2被布置为接近热传递介质入口9.1和/或热传递介质出口9.2，从而它们可以被直接固定到冷却主体9或者它们可以在循环流11的相应接口上固定到冷却主体9。为此，作为示例，可以在冷却主体9上提供相应的凸缘，或者提供在第一和第二截止阀10.1、10.2与冷却主体9之间布置的夹具。
图3示出了根据本发明的装置1的第三实施例。第一截止阀10.1被布置在馈送流连接11.1的区域中，且第二截止阀10.2被布置在返回流连接11.2的区域中。示出了打开位置中的第一截止阀10.1和第二截止阀10.2二者。术语“在区域中”被理解为表示第一和第二截止阀10.1、10.2被布置为接近馈送流连接11.1和/或返回流连接11.2，从而它们被直接固定到循环流11的相应接口。
馈送流连接11.1和返回流连接11.2互相空间接近。第一和第二截止阀10.1、10.2包括电磁体形式的公共致动装置。还可以分开布置第一和第二截止阀10.1、10.2，且类似地提供单独的致动装置。
第一截止阀10.1和第二截止阀10.2被布置在外罩14的一部分的外部。如果在馈送流连接11.1的区域中或返回流连接11.2的区域中出现泄漏，则该布置避免了热传递介质因为泄漏而进入外罩14的内部。
图4示出了根据本发明的方法的实施例。在第一步骤S1中测量绝缘电阻RISO。以规律的时间间隔例如每100ms执行该测量。在第二步骤S2中将在步骤S1确定的绝缘电阻RISO与极限值RISOmin进行比较。比较表明所确定的绝缘电阻RISO大于或小于极限值RISOmin。
绝缘电阻RISO和极限值RISOmin的大小之间的差值作为后续判定E1的基础。如果绝缘电阻RISO大于极限值RISOmin，则开始第三步骤S3。在该第三步骤S3期间，向第一截止阀10.1和第二截止阀10.2供应能量至使得它采用打开位置或保持在所述打开位置的程度。该方法随后回到第一步骤S1。
如果绝缘电阻RISO低于极限值RISOmin，则开始第四步骤S4。在第四步骤S4中，向第一截止阀10.1和第二截止阀10.2供应能量至一定程度，从而它采用闭合位置或保持在所述闭合位置。如果将第一截止阀10.1和第二截止阀10.2实现为它自动采用闭合位置而不用被供应能量，则结束迄今为止任意所施行的能量供应过程。
各种缘由都可能是绝缘电阻低于极限值RISOmin的原因；热传递介质的泄漏仅是一种可能的原因。提供第二判定E2，即使是在排除绝缘电阻低于极限值RISOmin的原因之后，也恢复该方法的操作模式。可以通过外部参数例如通过维护作业期间的诊断测试来影响第二判定。如果相应的外部参数未被设置，则装置保持在第四步骤S4中设置的模式下。
附图标记的列表
1 安全装置
2 高电压电流电路
2.1 正路径
2.2 负路径
3 第一分离装置
4 第二分离装置
5 负载电阻
6 负载电容
7.1 第一信号线
7.2 第二信号线
7.3 第三信号线
8 电池
9 冷却主体
9.1 热传递介质入口
9.2 热传递介质出口
10.1 第一截止阀
10.2 第二截止阀
11 循环流
11.1 馈送流连接
11.2 返回流连接
12 截止阀的信号线
13 电子单元
14 外罩
R0 测量电阻
S 闭合方向
K2 打开方向
SISO+ 第一开关
SISO- 第二开关
UISO+ 第一电压测量
UISO- 第二电压测量
UBAT 第三电压测量
CY+ 第一电容
CY- 第二电容
RISO 绝缘电阻
RISO+ 第一绝缘电阻
RISO- 第二绝缘电阻
RISOmin 极限值
B 参考电势
S1 第一步骤
S2 第二步骤
S3 第三步骤
S4 第四步骤
E1 第一判定
E2 第二判定

Claims (11)

1.一种用于交通工具的安全装置(1)，包括：具有多个电池(8)的电池系统；电子单元(13)；用于确定电池系统的组件之间的绝缘电阻(RISO)的装置，该组件以导电的方式连接到至少一个电池(8)和参考电位(B)；通过液体热传递介质和至少第一截止阀(10.1)向电池(8)供热和/或从电池(8)散热的装置，其中，该热传递介质能够在至少一个循环流(11)中循环，并且其中，能够通过第一截止阀(10.1)来中断该循环流(11)，其特征在于，所述电子单元(13)被实施为如果发现所述绝缘电阻(RISO)低于极限值(RISOmin)则将第一截止阀(10.1)从打开位置致动到闭合位置，所述循环流(11)是具有馈送流连接(11.1)和返回流连接(11.2)的开放循环流，所述第一截止阀(10.1)被布置在所述馈送流连接(11.1)的区域中。
2.如权利要求1所述的用于交通工具的安全装置，
其特征在于，第一截止阀(10.1)和第二截止阀(10.2)被布置在循环流(11)的馈送流连接(11.1)和返回流连接(11.2)之间。
3.如权利要求1所述的用于交通工具的安全装置(1)，
其特征在于，所述第一截止阀(10.1)和/或第二截止阀(10.2)被布置在循环流(11)的一部分的内部，该部分被分配给所述电池系统。
4.一种用于交通工具的安全装置(1)，包括：具有多个电池(8)的电池系统；电子单元(13)；用于确定电池系统的组件之间的绝缘电阻(RISO)的装置，该组件以导电的方式连接到至少一个电池(8)和参考电位(B)；通过液体热传递介质和至少第一截止阀(10.1)向电池(8)供热和/或从电池(8)散热的装置，其中，该热传递介质能够在至少一个循环流(11)中循环，并且其中，能够通过第一截止阀(10.1)来中断该循环流(11)，其特征在于，所述电子单元(13)被实施为如果发现所述绝缘电阻(RISO)低于极限值(RISOmin)则将第一截止阀(10.1)从打开位置致动到闭合位置，所述用于供热和/或散热的装置包括具有热传递介质入口(9.1)和热传递介质出口(9.2)的冷却主体(9)，其中，所述第一截止阀(10.1)被布置在所述热传递介质入口(9.1)的区域中。
5.如权利要求4所述的用于交通工具的安全装置(1)，其特征在于，第二截止阀(10.2)被布置在所述热传递介质出口(9.2)的区域中。
6.如权利要求2所述的用于交通工具的安全装置(1)，
其特征在于，所述第一截止阀(10.1)和第二截止阀(10.2)包括公共的致动装置。
7.如权利要求1所述的用于交通工具的安全装置(1)，
其特征在于，第二截止阀(10.2)被布置在所述返回流连接(11.2)的区域中。
8.如权利要求1所述的用于交通工具的安全装置(1)，
其特征在于，所述第一截止阀(10.1)和/或第二截止阀(10.2)被布置在外罩(14)的一部分的外部。
9.如权利要求1所述的用于交通工具的安全装置(1)，
其特征在于，所述第一截止阀(10.1)和/或第二截止阀(10.2)包括电磁致动装置、和结构，通过该结构，一旦流过电磁致动装置的电流的平均大小低于极限值，第一和/或第二截止阀(10.1、10.2)就自动采用闭合位置。
10.如权利要求1所述的用于交通工具的安全装置(1)，
其特征在于，用于确定绝缘电阻的装置是所述电子单元(13)的组件。
11.如权利要求1所述的用于交通工具的安全装置(1)，
其特征在于，所述液体热传递介质是水-乙二醇混合物。
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