CN104203636A - 用于高压系统的防护装置以及用于防护高压系统的方法 - Google Patents

用于高压系统的防护装置以及用于防护高压系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于高压系统的防护装置，具有：耦合装置，所述耦合装置将高压系统的高压组件与外部组件可切换地耦合，并且所述耦合装置被设计用于根据对防护开关的操纵将所述高压组件与所述外部组件电隔离；放电电路，所述放电电路被设计用于根据对防护开关的操纵对所述高压组件进行电气放电；以及监控装置，所述监控装置被设计用于监控所述放电电路或所述高压组件的电参数，并且当所述放电电路或所述高压组件的电参数中的至少一个低于预先确定的阈值时释放用于所述高压组件的壳体的闭锁。

Description

用于高压系统的防护装置以及用于防护高压系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于高压系统的防护装置和一种用于防护高压系统的方法，特别是用于电驱动系统的高压电池组。
背景技术
呈现出，今后不仅在静止的应用、诸如风力设备或太阳能设备中，而且在车辆、如混合动力车辆或电动车辆中增加地使用电子系统，所述电子系统将新的能量存储工艺与电驱动技术组合。
例如电运行的车辆、如混合动力车辆、电动汽车、燃料电池车辆或具有作用距离扩展（Range Extender（距离扩展器））的车辆中的电驱动系统具有用于能量存储和能量转换的组件，所述组件以高电压来工作。高电压在此上下文中是大于60伏的电压，所述电压对于人可能是潜在地致命的。因此无论如何迫切需要这些组件相对于车辆、乘客并且必要时其他的触摸车辆的人员的电绝缘。
针对高压组件的检查、保养和修理必须确保，一方面对高压组件的接触不由未被授权的人员进行，并且另一方面在高压组件旁边工作时不能出现对人员的危害。以前的边界条件大多通过所谓的“服务断开（Service Disconnect）”装置来实现，借助所述服务断开装置对高压组件的接触仅在使用特殊工具的情况下才是可能的。文献US 2007/0235313 A1和US 2008/0297303 A1公开了这样的服务断开装置的实例。
此外为了确保在外部访问高压组件时没有高压再施加在高压系统中，需要附加的措施。在已知的诸如在文献US 7 402 068 B1、US 7 530 850 B2或US 7 084 361 B1中所公开的措施中，对高压组件的接触通过合适的机械措施而变得困难，以便在去激活高压系统之后提供足够长的时间间隔，在该时间间隔期间高压组件可以被放电。在另外的诸如在文献US 7 679 211 B2中所描述的解决方案中，可能存在的高电压通过服务断开装置中的电阻被改道。
文献US 2004/0017643 A1此外公开了一种用于具有引导电流的组件的柜的闭锁系统，其中当组件上的电压处于阈值之下时，该柜才被解锁。
发明内容
本发明根据一种实施方式创建一种用于高压系统的防护装置，该防护装置具有：耦合装置，该耦合装置将高压系统的高压组件与外部组件可切换地耦合，并且该耦合装置被设计用于根据对防护开关的操纵将高压组件与外部组件电隔离；放电电路，该放电电路被设计用于根据对防护开关的操纵对所述高压组件进行电气放电；以及监控装置，该监控装置被设计用于监控放电电路或高压组件的电参数，并且当放电电路或高压组件的电参数中的至少一个低于预先确定的阈值时释放用于所述高压组件的壳体的闭锁。
根据另一种实施方式，本发明创建一种高压系统，该高压系统具有：至少一个高压组件；壳体，该壳体相对于外部的访问屏蔽至少一个高压组件；根据本发明的防护装置；闭锁机构，该闭锁机构可闭锁地封闭该壳体；防护开关，该防护开关与耦合装置和放电电路耦合；以及操纵装置，该操纵装置与闭锁机构和防护开关耦合，并且该操纵装置被设计用于为了解锁该壳体而被操纵。
根据另一种实施方式，本发明创建一种用于防护特别是电运行的车辆的电驱动系统中的高压系统的方法，该方法具有以下步骤：根据对防护开关的操纵将高压系统的高压组件与外部组件电隔离；根据对防护开关的操纵通过放电电路对高压组件进行电气放电；监控放电电路或高压组件的电参数；以及当放电电路或高压组件的电参数中的至少一个低于预先确定的阈值时，释放高压组件的壳体的闭锁。
本发明的构思是，从内部封锁高压系统的防护壳体的打开，直至施加在高压系统的高压组件上的电压或流经高压系统的高压组件的电流已经下降到安全关键的极限值以下。为此按照解锁信号监控相应的电参数，并且在低于关键的安全极限值的情况下才释放壳体的闭锁。为此高压系统的高压组件在接收解锁信号时有效地被放电，并且高压组件在放电期间的状况持续地被监控。
根据本发明的防护装置的优点之一在于，可以实施对高压系统的高压组件的可靠的访问保护，该访问保护可以使由高电压造成的对触摸高压系统的人员的危害最小化。因此不必再设置高压系统上的附加的电压检验。
另一个优点在于，通过电参数的自动的检验取消壳体的昂贵的附加的安装或拆除程序，并且因此使例如在保养或修理时对高压组件的访问时间最小化。
特别有利地，该防护装置可以被使用在具有燃料电池的高压系统中，因为在那里即使当高压系统其实已经被关断时，也可能存在通过气体扩散过程而产生的电压的风险。因此，在该情况下，壳体的闭锁的监控也提供避免高压的附加的保护。
按照根据本发明的防护装置的一种实施方式，监控装置可以包括电磁、热或电子电压继电器。
按照根据本发明的防护装置的另一种实施方式，监控装置可以包括双金属开关元件。
按照根据本发明的防护装置的另一种实施方式，放电电路的电参数可以包括经过放电电路的电流或施加在放电电路之上的电压。
按照根据本发明的防护装置的另一种实施方式，放电电路可以具有由开关和放电电阻构成的串联电路。
按照根据本发明的系统的一种实施方式，操纵装置可以具有可利用保养钥匙操纵的服务断开开关。
按照根据本发明的系统的另一种实施方式，服务断开开关可以在第一开关状态中操纵防护开关，并且在第二开关状态中操纵闭锁机构以便解锁壳体。
按照根据本发明的系统的另一种实施方式，监控装置可以被设计用于，只要放电电路的电参数中的至少一个不低于预先确定的阈值，就禁止将服务断开开关切换到第二开关状态中。
按照根据本发明的方法的一种实施方式，放电电路的电参数可以包括经过放电电路的电流或施加在放电电路之上的电压。
按照本发明的一种实施方式，根据本发明的高压系统可以被设置在电运行的车辆的电驱动系统中，其中高压组件中的至少一个包括电运行的车辆的牵引电池组。
附图说明
本发明的实施方式的其它的特征和优点由参考附图的随后的说明得出。
其中：
图1示出根据本发明的一种实施方式的具有高压组件和防护装置的系统的示意图；
图2示出根据本发明的另一种实施方式的具有高压组件和防护装置的系统的示意图；以及
图3示出根据本发明的另一种实施方式的用于防护对高压组件的访问的方法的示意图。
具体实施方式
在本发明意义上的高压系统是拥有组件或部件的系统或设备，所述组件或部件可以以高电压或电流来工作或在所述组件或部件上可以至少暂时地施加相应高的电压。高电压在此上下文中可以是对于人可能潜在地危害健康的电压值、例如大于60伏的电压。
高压系统在此特别是可以被使用在电运行的车辆、诸如混合动力车辆、电动汽车、燃料电池车辆或具有作用距离扩展（Range Extender）的车辆中的电驱动系统中。这些高压系统可以例如在保养、检查或修理电运行的车辆时遭受人的访问。
图1示出具有高压组件1和防护装置2的高压系统100的示意图。高压组件1示例性地作为具有输出端子1a和1b的部件被示出，其中然而多个被耦合的高压组件1同样是可能的。在本发明意义上的高压组件1是如下部件，这些部件可以以高电压或电流来工作或在这些部件上可以至少暂时地施加相应高的电压。高压组件1例如可以包括牵引电池组、蓄能器电池、蓄电池、电压转换器、逆变器或类似的组件。
高压组件1通过壳体10相对于外部的访问被屏蔽。壳体10例如可以包括保护盖板、封装、壁或其它的能打开并且可重新关闭的元件，其提供高压组件1相对于外界的电绝缘。壳体10在此可以具有一个或多个闭锁元件9b，所述闭锁元件可以根据闭锁元件9b的闭锁状态选择性地阻止或使能壳体10的按功能的打开。在图1中仅仅示例性地示出了一个闭锁元件9b，其中闭锁元件9b的布置和数量原则上是可自由选择的。
高压组件1可以通过高压线与整个系统的其它组件3的输入端子3a、3b耦合。其它组件3例如可以是外部组件、诸如低压车载电网。其它组件3原则上是不承载具有对于人潜在地危害健康的电压值的电压的组件。防护装置2具有耦合装置6，该耦合装置将高压系统100的高压组件1与外部组件3可切换地耦合。该耦合装置6可以被设计用于将高压组件1与外部组件3电隔离。这例如可以根据对防护开关9a的操纵来实现，该防护开关与防护装置2处于连接中。
对防护开关9a的操纵除了耦合装置6之外还可以操纵放电电路4，该放电电路被耦合在高压组件1的高压线之间。该放电电路4被设计用于对高压组件1进行电气放电。该防护装置2此外具有监控装置5，该监控装置被设计用于监控放电电路4或高压组件1的电参数。电参数例如可以具有通过放电电路4下降的电压或流经放电电路的电流。替代地或附加地，所述高压组件1中的确定的或所有的高压组件可以被配备相应的监控装置。如果放电电路4的电参数中的至少一个低于预先确定的阈值，那么监控装置5可以被设计用于释放用于高压组件1的壳体10的闭锁。如果监控多个电参数，那么只有当预先确定的数量的条件同时被满足时才能进行释放。为此监控装置5例如可以控制闭锁元件9b。闭锁元件9b的控制例如可以以电的方式或以机械的方式进行。监控装置5例如可以包括电磁、热或电子电压继电器。一种针对热电压继电器的可能性在此可以是如在用于家用电器、诸如洗衣机或烘干机的电动机保护开关或机械阀门闭锁装置中所使用的双金属开关元件。
图2更详细地示出具有高压组件1和防护装置2的高压系统100的示意图。闭锁元件9b和防护开关9a在此可以与操纵装置7耦合并且通过该操纵装置被操纵以便解锁壳体10。操纵装置7在此具有可利用保养钥匙8来操纵的服务断开开关7或保养开关。在运行开关状态A中，高压系统100在此处于运行中。当服务断开开关7借助保养钥匙8被置于第一开关状态B中时，由此以电或机械的方式操纵防护开关9a。这通过防护信号7a通过以下方式触发高压组件1与外部组件3的隔离，即耦合装置6的隔离接触器（Trennschütze）6a、6b被打开。
附加地，或者可以根据防护信号7a或者可以自动地在检验到耦合装置6的隔离接触器6a、6b的打开的状态时激活放电电路4。图2中的放电电路4示例性地具有由开关4a和放电电阻4b构成的串联电路。高压组件1的放电在此通过开关1的闭合以及高压组件1上的剩余电压转换为废热来进行。
监控装置5在此可以监控放电电路4中的电流或电压。只要由监控装置5所监控的电参数中的至少一个还没有低于预先确定的极限值或阈值，监控装置5就通过机械闭锁阻止，服务断开开关7可以从第一开关状态B被置于第二开关状态C中。只有当例如放电电路4中的电压低于预先确定的阈值、例如60V时，监控装置5才以机械的方式释放服务断开开关7。
第二开关状态C在此用于操纵闭锁元件9b或闭锁机构9b以便解锁壳体10。监控装置5因此被设计用于，只要电参数中的至少一个不低于预先确定的阈值，就禁止将服务断开开关7切换到第二开关状态C中。
高压系统100的一种可能的扩展在于，在壳体10上或在操纵装置7上布置视觉或听觉指示装置（未示出），该指示装置指示高压系统的用户、例如保养人员是否高压组件1已经被放电。在最简单的情况下，该指示装置例如可以是辉光灯或LED，只要电压还太高，该辉光灯或LED就闪烁。其它的指示装置、如声学报警信号发送器或测量指示器同样是可设想的。
为了提高高压系统100的安全性，也可以在开关状态C中建立所有的高压组件1与地电位、例如车辆地的电连接，这引起与车辆的电位一致性并且进一步减小对用户的危害潜在性。
图3示出用于防护特别是电运行的车辆的电驱动系统中的高压系统的方法20的示意图。该方法20例如可以被用于运行如在图1和图2中所示出的高压系统100。在第一步骤21中，根据对防护开关9a的操纵进行高压系统100的高压组件1与外部组件3的电隔离。在第二步骤22中，根据对防护开关9a的操纵通过放电电路4进行高压组件1的电气放电22。在第三步骤23中，进行放电电路4或高压组件1的电参数、例如经过放电电路4的电流或施加在放电电路4之上的电压的监控23。
只要放电电路4或高压组件1的电参数中的一个或多个还没有低于预先确定的阈值，在步骤24a中就还不释放壳体10的闭锁。只有当放电电路4或高压组件1的电参数中的一个或多个低于预先确定的阈值时，才在步骤24b中进行高压组件1的壳体10的闭锁的释放。

Claims (12)

1.用于高压系统（100）的防护装置（2），具有：
耦合装置（6），所述耦合装置将所述高压系统（100）的高压组件（1）与外部组件（3）可切换地耦合，并且所述耦合装置被设计用于根据对防护开关（9a）的操纵将所述高压组件（1）与所述外部组件（3）电隔离；
放电电路（4），所述放电电路被设计用于根据对所述防护开关（9a）的操纵对所述高压组件（1）进行电气放电；以及
监控装置（5），所述监控装置被设计用于监控所述放电电路（4）或所述高压组件（1）的电参数，并且当所述放电电路（4）或所述高压组件（1）的电参数中的至少一个低于预先确定的阈值时释放用于所述高压组件（1）的壳体（10）的闭锁。
2.根据权利要求1所述的防护装置（2），其中所述监控装置（5）包括电磁、热或电子电压继电器。
3.根据权利要求2所述的防护装置（2），其中所述监控装置（5）包括双金属开关元件。
4.根据权利要求1至3之一所述的防护装置（2），其中所述放电电路（4）的电参数包括经过所述放电电路（4）的电流或施加在所述放电电路（4）之上的电压。
5.根据权利要求1至4之一所述的防护装置（2），其中所述放电电路（4）具有由开关（4a）和放电电阻（4b）构成的串联电路。
6.高压系统（100），具有：
至少一个高压组件（1）；
壳体（10），所述壳体相对于外部的访问屏蔽所述至少一个高压组件（1）；
根据权利要求1至5之一的防护装置（2）；
闭锁机构（9b），所述闭锁机构可闭锁地封闭所述壳体（10）；
防护开关（9a），所述防护开关与所述耦合装置（6）和所述放电电路（4）耦合；以及
操纵装置（7），所述操纵装置与所述闭锁机构（9b）和所述防护开关（9a）耦合，并且所述操纵装置被设计用于为了解锁所述壳体（10）而被操纵。
7.根据权利要求6所述的高压系统（100），其中所述操纵装置（7）具有可利用保养钥匙（8）来操纵的服务断开开关。
8.根据权利要求7所述的高压系统（100），其中所述服务断开开关（7）在第一开关状态（B）中操纵所述防护开关（9a），并且在第二开关状态（C）中操纵所述闭锁机构（9b）以便解锁所述壳体（10）。
9.根据权利要求8所述的高压系统（100），其中所述监控装置（5）被设计用于，只要所述放电电路（4）的电参数中的至少一个不低于预先确定的阈值，就禁止将所述服务断开开关（7）切换到所述第二开关状态（C）中。
10.用于防护高压系统（100）的方法（20），具有以下步骤：
根据对防护开关（9a）的操纵将所述高压系统（100）的高压组件（1）与外部组件（3）电隔离（21）；
根据对所述防护开关（9a）的操纵通过放电电路（4）对所述高压组件（1）进行电气放电（22）；
监控（23）所述放电电路（4）或所述高压组件（1）的电参数；以及
当所述放电电路（4）或所述高压组件（1）的电参数中的至少一个低于预先确定的阈值时，释放（24b）所述高压组件（1）的壳体（10）的闭锁。
11.根据权利要求10所述的方法（20），其中所述放电电路（4）的电参数包括经过所述放电电路（4）的电流或施加在所述放电电路（4）之上的电压。
12.用于电运行的车辆的电驱动系统，具有根据权利要求6至9之一的高压系统（100），其中所述至少一个高压组件（1）包括电运行的车辆的牵引电池组。
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