CN104779362B - 分离装置以及具有该分离装置的蓄电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在故障的情况下从电气负载上电气分离电源的分离装置，所述分离装置包括插接系统，通过所述插接系统电源和电气负载与分离装置导电连接，其中所述插接系统具有第一插接元件和第二插接元件，所述第一插接元件布置在分离装置中，其中一个第一插接元件和一个第二插接元件能够相应成对地插接在一起地构造。在此第一插接元件和第二插接元件分别配属于至少一组，其中一组第二插接元件分别通过一刚性的连接元件根据有待接触的一组第一插接元件的布置方式不导电地相互连接，从而使得一组第二插接元件分别在一个工作步骤中能够与第一插接元件的有待接触的组导电连接。此外本发明涉及一种具有根据本发明的分离装置的蓄电池系统。

Description

分离装置以及具有该分离装置的蓄电池系统
技术领域
本发明涉及一种用于在故障情况下从电气负载上电气分离电源的分离装置，所述分离装置包括一插接系统，通过所述插接系统电源和电气负载与分离装置导电连接，其中所述插接系统具有第一插接元件和第二插接元件，所述第一插接元件布置在分离装置上，其中一个第一插接元件和一个第二插接元件能够分别成对地插接在一起地构造。
此外本发明涉及一种蓄电池系统，所述蓄电池系统具有包括至少一个蓄电 池单池的蓄电池和用于在故障情况下从电气负载上电气分离蓄电池的分离装 置。
背景技术
在现有技术中已知用于从电气负载上电气分离电源的分离装置，并且例如 在蓄电池系统中、尤其在电动车辆中使用的蓄电池系统中使用，以便在故障情 况下、例如在蓄电池短路的情况下，将蓄电池系统的蓄电池从连接的电气负载 上分离开。
用于在故障情况下从电气负载上电气分离电源的这种分离装置尤其包括比 如像接触器(Schaltschütze)、保险装置和/或电流传感器这样的部件。分离装置 的这些部件通常尤其通过所谓的总线彼此电气连接。在具有这种分离装置的蓄 电池系统中，这些部件通常是蓄电池系统的功率电流回路的组成部分。
在现有技术中，此外已知包括蓄电池管理系统的蓄电池系统。在此，蓄电 池管理系统尤其用于监控和控制蓄电池系统的蓄电池。众所周知在这种情况下 如此构造蓄电池管理系统，从而所述蓄电池管理系统在考虑向蓄电池系统提供 的安全、功率和寿命目的的情况下保证蓄电池可靠地运行。通常这样的蓄电池 管理系统包括一个中央控制单元、一个所谓的蓄电池控制单元(Battery Control Unit，BCU)、多个电池监控单元、所谓的电池监控电路(Cell Supervising Circuits， CSC)、和一个用于在故障情况下从电气负载上电气分离蓄电池的分离装置。尤 其在为提供为混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆需要的能量构 造的蓄电池系统中，车辆或者还有用于给蓄电池充电的充电站是本发明的意义 上的电气负载。在蓄电池系统中使用的用于从电气负载上电气分离蓄电池的分 离装置尤其称为蓄电池分离单元(Battery Disconnect Unit，BDU)。
尤其在混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆中为提供为驱动 需要的能量而使用的蓄电池系统中对此已知，分离装置包括一插接系统，所述 插接系统具有第一插接元件和第二插接元件，所述第一插接元件布置在分离装 置中。在此，第二插接元件尤其构成蓄电池的连接导线的端部并且构成电气负 载、尤其是车辆的或者用于给蓄电池充电的充电装置的电气负载的连接导线的 端部。在此如此构造第一插接元件和第二插接元件，从而使得它们能够成对地 相互连接，例如方法是构造一具有至少一个向外指向的接触销、例如作为插头 或者嵌入式插头的插接元件，并且构造另一具有至少一个向内指向的接触开口、 例如作为耦合部或者衬套的插接元件。
在高压电源、比如在混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆中 使用的蓄电池系统中，在连接导线上存在高电压，从而对插接元件的操作是不 安全的。如果某条引导电流的导线已经借助一个第二插接元件与分离装置的一 个第一插接元件连接，则存在以下问题，即尤其在故障的情况下在至少另一个 第一插接元件上已经能够施加高电压。由此对于装配人员(Monteur)或者服务 人员(Servicepersonal)在接触该另一个第一插接元件时存在电击的危险。
此外，因为第一插接元件通常相同地构造，所以在建立借助第二插接元件 插入式连接时存在错误接触的危险。为避免错误接触，在现有技术中例如由文 献JP 2011-034733A和文献JP 2012-003869 A已知一种安装结构 (Installationsstruktur)，所述安装结构确定有待连接的导线的布置。
发明内容
在这种背景下本发明的目的在于，改进开始时提到的、包括插接系统的分 离装置，尤其在于减小在通过所述插接系统连接连接导线时的危险，所述分离 装置用于在故障的情况下从电气负载上电气分离电源。此外，应该有利地防止 第二插接元件错误地与第一插接元件接触。
为了解决该任务，提供一种用于在故障的情况下从电气负载上电气分离电 源的分离装置，所述分离装置包括一插接系统，通过所述插接系统电源和电气 负载与分离装置导电连接，其中所述插接系统具有第一插接元件和第二插接元 件，所述第一插接元件布置在分离装置，其中一个第一插接元件和一个第二插 接元件能够相应成对地插接在一起地构造。在此，第一插接元件和第二插接元 件分别配属于至少一组，其中一组第二插接元件分别通过一刚性的连接元件根 据有待接触的一组第一插接元件的布置方式不导电地相互连接，从而使得一组 第二插接元件分别在一个工作步骤中能够与第一插接元件的有待接触的组导电 连接。也就是说，对于n组数量的插接元件来说在n个工作步骤中所有第二插接元件与所属的第一插接元件导电连接。
通过刚性的连接元件，安装人员在分离装置上进行工作时有利地在一定程 度上强制地在一个工作步骤中将一组第二插接元件与一组第一插接元件连接。 在其上存在电压的裸露的第一插接元件的问题通过对插接元件的适宜的分组布 置有利地被消除。此外该连接元件尤其能够使确定的第二插接元件仅能够一起 从第一插接元件脱开，由此能够有利地保证了，在脱开连接元件与布置在其上 的第二插接元件之后第一插接元件无电势。
在这种情况下，可以不同地构造至少一个连接元件，通过所述至少一个连 接元件一组第二插接元件相互连接。所述连接元件是刚性的，在本发明的意义 上尤其并不意味着连接元件不能具有一定的柔韧性。重要的是，构造相应的连 接元件以便使一组第二插接元件中的第二插接元件们保持在规定的位置中。为 此尤其规定，相应的连接元件具有一定的硬度并且在该意义上是刚性的。
尤其规定，第二插接元件以及从所述第二插接元件离开的连接导线通过相 应的连接元件的相应的凹部和/或支撑部在规定的位置中由相应的连接元件容 纳。在这种设计方案中，常规的第二插接元件以及从它们离开的连接导线能够 有利地借助这种连接元件相互连接。此外能够有利地简单地更换故障的第二插 接元件和/或连接导线。
根据连接元件的另一个有利的设计方案规定，第二插接元件固定地集成到 连接元件中。在这种情况下到第二插接元件的连接导线通过相应的容纳部、例 如夹紧容纳部或者电缆通道与相应的第二插接元件固定连接。尤其提供一种连 接元件分别与一组第二插接元件的一体式地构造的设计方案。
根据本发明的一种优选的设计方案规定，连接一组第二插接元件的连接元 件是电绝缘器，由此尤其在从第一插接元件脱开第二插接元件时或者在将第二 插接元件与第一插接元件插接在一起时，有利地进一步减小在对插接系统进行 作业时被电击的危险。
根据本发明的分离装置的另一种有利的设计方案规定，所述连接元件至少 在通过所述连接元件相互连接的第二插接元件布置在其中的区域中扁平地构 造，从而所述连接元件完全覆盖有待接触的第一插接元件。尤其优选通过所述 连接元件相互连接的相应的第二插接元件也通过连接元件保护不被接触。尤其 规定，连接元件如此扁平地构造，从而连接元件已经在将布置在连接元件上的 第二插接元件与第一插接元件连接的工作步骤中如此大面积地覆盖有待接触的 第一插接元件，从而使得在接触连接元件的情况下不可能接触第一插接元件。 由此有利地进一步减小了接触有待接触的第一插接元件的危险以及由此产生的 被电击的危险。
本发明的另一种有利的设计方案规定，所述分离装置包括一容纳装置，所 述第一插接元件布置在所述容纳装置中，其中所述容纳装置对于相互连接每一 组第二插接元件的连接元件来说具有一容纳区域。有利的是，容纳装置由不导 电的材料制造。尤其规定，第一插接元件不突出容纳装置的圆周，从而有利地 进一步减小无意地接触第一插接元件的危险。优选容纳区域设计为与在该容纳 区域中部置的相应的连接元件相同的颜色，其中每个连接元件具有不同的颜色。 这有利地有助于进一步防止在第二插接元件与第一插接元件接触时发生故障。
根据本发明的分离装置的一种特别有利的设计方案规定，至少一个连接元 件按照模板地构造，其中容纳相应的连接元件的容纳区域至少在部分地与有待 容纳的连接元件互补地构造，从而使得至少一个有待容纳的连接元件能够至少 部分形状配合地置入到容纳区域中。也就是说，通过相应的连接元件的外部形 状以及容纳区域的相应的设计方案有利地给出相应的连接元件的预先规定的布 置位置。有利的是插接系统的连接元件分别不同地构造，从而一个连接元件相 应地仅能在容纳装置中布置在一个规定的位置中，也就是说布置在相应匹配地 构造的容纳区域中。由此有利的进一步减小错误接触的危险。尤其由此也能够 规定连接元件的布置顺序。在这种情况下如此有利地构造连接元件和容纳区域， 从而使得连接元件以拼图方式布置在相应的容纳区域中。
根据本发明的分离装置的另一种有利的设计方案规定，至少一个置入容纳 装置的一个容纳区域内的连接元件部分地构成用于至少另一个连接元件的容纳 区域。由此同样有利地为连接元件预先规定一个布置顺序。有利的是由此进一 步防止错误接触的危险。尤其规定，部分构成用于至少另一个连接元件的容纳 区域的连接元件如此成形，从而使得另外的连接元件能够形状配合地置入到通 过已经置入的连接元件构成的容纳区域中。
此外尤其规定，容纳装置的容纳区域如此构造为不同的深度，从而使得连 接元件分层地置入到容纳装置中。作为另外的有利的设计方案变体规定，分离 装置的第一插接元件全部布置在一个平面中而连接元件至少在第二插接元件的 布置区域中具有不同的高度，从而在至少一个连接元件已经成功地置入容纳装 置中之后至少一个随后置入的连接元件伸出至少一个先前置入的连接元件。在 这种情况下该随后布置的连接元件能够至少部分地覆盖至少一个先前置入的连 接元件。由此同样有利地为要置入的连接元件预先规定布置顺序，由此有利地 进一步减小错误接触的危险。
本发明的另一种有利的设计方案规定，所述分离装置具有至少两组第一插 接元件和第二插接元件，其中为一组第二插接元件分别分配相同的极性。由此 有利地保证，应该具有相同极性的第一插接元件同时通过相应的第二插接元件 接触。因此尤其有利地防止在尚未接触的第一插接元件上由于已经接触的第一 插接元件施加一个电势。由此有利地进一步减小被电击的危险。
尤其规定，根据本发明的分离装置具有三组第一插接元件和第二插接元件， 其中各两个第一插接元件和各两个第二插接元件配属于一组，其中对于第一组 第二插接元件来说，将一个第二插接元件分配给电源的正极并且将另一个第二 插接元件分配给电气负载的正极；对于第二组第二插接元件来说，将一个第二 插接元件分配给电源的负极并且将另一个第二插接元件分配给电气负载的负 极；并且对于第三组第二插接元件来说，将一个第二插接元件分配给电源的保 险导体并且将将另一个第二插接元件分配给电气负载的保险导体。因此存在三 个连接元件，其中一个连接元件分别使一组第二插接元件不导电地相互连接。
因为尤其在为了混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆中使用 而构造的蓄电池系统中，第二插接元件的相应的连接导线具有较大的横截面而 相对来说较不柔韧，所以将第二插接元件分成上述三个组特别有利。因为鉴于 电缆的笨重性，所述第二插接元件与相应的第一插接元件的接触由此有利地变 得容易。此外尤其在不那么笨重地构造的连接电缆中作为另外的设计方案变体 设计，从而全部第二插接元件通过一个唯一的连接元件不导电地相互连接。在 这种情况下因此能够将分离装置的全部第二插接元件与分离装置的第一插接元 件在一个工作步骤中连接进而接触。
根据本发明的分离装置的另一种尤其优选的设计方案规定，所述电源是蓄 电池，尤其是为使混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆运转而在 其中构造的动力蓄电池、尤其是锂离子蓄电池。
根据本发明的分离装置优选构造为用于蓄电池系统的蓄电池分离单元 (BDU)，尤其用于这样的蓄电池系统，构造所述蓄电池系统以用于提供驱动混 合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆所需要的能量。这尤其意味着， 根据本发明的分离装置、正如在开始时提到的分离装置包括开关元件、尤其如 主继电器和/或开关保护装置和/或保险装置，它们优选至少部分地可控，其中通 过相应打开分离装置的至少一个开关元件就能够从电气负载、尤其从车辆和/或 充电装置电气分离蓄电池系统。
为了解决开始时提到的任务，此外提供一种蓄电池系统，所述蓄电池系统 具有一包括至少一个蓄电池单池的蓄电池和一用于在故障情况下从电气负载上 电气分离蓄电池的分离装置，其中所述分离装置是根据本发明的分离装置。尤 其规定，蓄电池系统是为了提供用于驱动混合动力车辆、插电式混合动力车辆 或者电动车辆需要的能量所构造的蓄电池系统。优选所述至少一个蓄电池单池 是锂离子单池。尤其优选地规定，所述蓄电池系统包括多个相互电气连接的蓄 电池单池、尤其是相互电气连接成至少一个蓄电池模块的蓄电池单池。
附图说明
结合在附图中示出的实施例对本发明的其他有利的细节、特征和设计方案 进行详细说明。附图示出：
图1是根据本发明的、具有插接系统的分离装置的俯视示意图，其中示出 了未接触的第一插接元件；
图2是在图1中示出的分离装置的俯视示意图，其中第一插接元件通过第 二插接元件导电接触。
具体实施方式
图1和图2示出了分离装置1的一个实施例，所述分离装置1构造为在故 障情况下从电气负载(在图1和图2中未明确示出)上电气分离电源(在图1 和图2中未明确示出)。在此，所述分离装置1构造为所谓的蓄电池分离单元。 所述分离装置1构造为这样的蓄电池分离单元，以便从车辆和/或从用于给动力 蓄电池充电的充电装置上电气分离使用在混合动力车辆、插电式混合动力车辆 或者电动车辆上的动力蓄电池(Traktionsbatterie)。在此，车辆或者说充电装置 是本发明的意义上的电气负载。
在图1中示出的分离装置1包括一插接系统，动力蓄电池和车辆通过所述 插接系统与分离装置1导电连接。在此，插接系统具有第一插接元件2、3、4 和第二插接元件，所述第二插接元件在图1中并未示出。第一插接元件2、3、4 布置在分离装置1上。为此分离装置1具有一容纳装置5，在所述容纳装置中布 置有第一插接元件2、3、4。第一插接元件2、3、4在示出的实施例中分别构造 为嵌入式插头(Einbaustecker)。第二插接元件如此构造为相应的耦合部，从而 使得一个第一插接元件和一个第二插接元件可以分别成对地插接在一起。
第一插接元件2、3、4和第二插接元件分别成组地布置。在此，将第一插 接元件2分配给第一组，其中相应地给第一组的第一插接元件2分配相同的极 性。在示出的实施例中规定，第一插接元件2分别与动力蓄电池的正极和车辆 的相应的正极连接。第一插接元件3属于第二组，其中为第一插接元件3相应 地分配相同的极性。在此在图1中示出的实施例中规定，一个第一插接元件3 与蓄电池系统的蓄电池的负极连接，并且另一个第一插接元件3与车辆的负极 连接。在分离装置1内部，第一插接元件2和第一插接元件3分别通过一电流接触器(Schaltschütz)(在图1和图2中未明确示出)相互导电连接。将第一插 接元件4分配给第三组，其中通过一个第一插接元件4连接动力蓄电池的保险 导线，并且通过另一个第一插接元件4连接通向车辆的保险导线。
图2示出了分离装置1，其中第一插接元件2、3、4通过第二插接元件6、 7、8导电接触。在此，第二插接元件6、7、8同样分别配属于一个组。在示出 的实施例中，将第二插接元件6分配给第一组，将另外的第二插接元件7分配 给第二组并且将另外的第二插接元件8分配给第三组。所述第二插接元件6在 此通过刚性的连接元件9根据有待接触的第一插接元件2的布置方式不导电地 相互连接。也就是说，两个第二插接元件6的间隔使得第一插接元件2能够导 电地接触。因此，第二插接元件6通过连接元件9能够在一个工作步骤中与有 待接触的第一插接元件2导电连接。相应地，第二插接元件7在此通过另一个 刚性的连接元件10根据有待接触的第一插接元件3的布置方式不导电地相互连 接，并且第二插接元件8在此通过另一个刚性的连接元件11根据有待接触的第 一插接元件4的布置方式不导电地相互连接。
所述连接元件是刚性的，在此并不意味着所述连接元件不能够具有一定的 弹性。相反在本发明的意义上刚性意味着，相应的连接元件具有一定的硬度， 从而将第二插接元件保持在一个规定的位置中。在这种情况下相应的连接元件 完全可以是可弯曲的。
此外，连接元件9、10、11分别构造为电绝缘器。此外，连接元件9、10、 11如此扁平地构造，从而使得连接元件9、10、11在插入第二插接元件6、7、 8的情况下完全覆盖有待接触的第一插接元件2、3、4。例如因此有利地防止了， 在安排布置在连接元件9上的第二插接元件6时接触第一插接元件2，因为连接 元件9覆盖了第一插接元件2的区域。
由于三组插接元件的数量，在三个工作步骤中所有第二插接元件6、7、8 与所属的第一插接元件2、3、4导电连接，也就是说，在第一工作步骤中插接 元件6与插接元件2导电连接，在第二工作步骤中插接元件7与插接元件3导 电连接并且在第三工作步骤中插接元件8与插接元件4导电连接。
在图2中示出的实施例中第二插接元件6、7、8和通向第二插接元件6、7、 8的连接导线12分别通过保持器13(通过虚线象征性地示出)在各个连接元件 9、10、11的下方如此布置，从而使得第二插接元件相应地通过一个连接元件相 互连接。连接导线12尤其可以是绝缘的铜电缆。根据一种有利的设计方案变体 规定，一组第二插接元件相应与一个连接元件一体地制造。
在图2中示出的实施例中，连接元件9、10、11分别仿照一定模式地构造。 容纳装置5的容纳相应的连接元件9、10、11的容纳区域在此部分地与相应有 待容纳的连接元件9、10、11如此互补地构造，从而使得有待容纳的连接元件9、 10、11部分形状配合地置入到容纳装置5的容纳区域中。在此该容纳区域分别 是容纳装置5的、通过连接元件9、10、11覆盖的区域。
容纳装置5的容纳区域和连接元件9、10、11在本实施例中如此构造，从 而使得连接元件9、10、11的布置顺序被强制规定。这尤其通过以下方式实现： 安装到容纳装置5的相应的容纳区域中的连接元件部分地形成至少另一个连接 元件的容纳区域。于是在图2中示出的实施例中仅能够在容纳装置5中首先布 置连接元件9，然后布置连接元件10，最后布置连接元件11。在这种情况下连 接元件9部分地形成连接元件10和连接元件11的容纳区域。连接元件10又部 分地形成连接元件11的容纳区域。随后布置的连接元件在此部分地覆盖先前布 置的连接元件。于是例如连接元件11部分地覆盖连接元件9以及另外的连接元 件10。此外有利的是，通过彩色的标记示出了连接元件的要遵循的布置顺序， 其中有利的是，容纳区域和相应置入到其中的连接元件具有同样的颜色。
在附图中示出的并且结合附图说明的实施例用于解释本发明，而并不对本 发明进行限制。

Claims (10)

1.用于在故障的情况下从电气负载上电气分离电源的分离装置（1），所述分离装置包括一插接系统，通过所述插接系统电源和电气负载与所述分离装置（1）导电连接，其中所述插接系统具有第一插接元件（2、3、4）和第二插接元件（6、7、8），所述第一插接元件布置在所述分离装置（1）上，其中一个第一插接元件（2、3、4）和一个第二插接元件（6、7、8）能够相应成对地插接在一起地构造，其特征在于，所述第一插接元件（2、3、4）和第二插接元件（6、7、8）分别配属于至少一组，其中一组第二插接元件（6、7、8）分别通过一刚性的连接元件（9、10、11）根据有待接触的一组第一插接元件（2、3、4）的布置方式不导电地相互连接，从而使得一组第二插接元件（6、7、8）分别在一个工作步骤中能够与第一插接元件（2、3、4）的有待接触的组导电连接。
2.根据权利要求1所述的分离装置（1），其特征在于，连接一组第二插接元件（6、7、8）的连接元件（9、10、11）是电绝缘器。
3.根据上述权利要求中任一项所述的分离装置（1），其特征在于，所述连接元件（9、10、11）至少在通过所述连接元件相互连接的第二插接元件（6、7、8）布置在其中的区域中扁平地构造，从而所述连接元件（9、10、11）完全覆盖有待接触的第一插接元件（2、3、4）。
4.根据权利要求1或2所述的分离装置（1），其特征在于，所述分离装置（1）包括一容纳装置（5），所述第一插接元件（2、3、4）布置在所述容纳装置中，其中所述容纳装置（5）对于相互连接每一组第二插接元件（6、7、8）的连接元件（9、10、11）来说具有一容纳区域。
5.根据权利要求4所述的分离装置（1），其特征在于，至少一个连接元件（9、10、11）按照模板地构造，其中容纳相应的连接元件（9、10、11）的容纳区域至少在部分地与有待容纳的连接元件（9、10、11）互补地构造，从而使得至少一个有待容纳的连接元件（9、10、11）能够至少部分形状配合地置入到容纳区域中。
6.根据权利要求5所述的分离装置（1），其特征在于，至少一个置入到所述容纳装置（5）的容纳区域中的连接元件部分地形成用于至少另一个连接元件的容纳区域。
7.根据权利要求1或2所述的分离装置（1），其特征在于至少两组第一插接元件（2、3、4）和第二插接元件（6、7、8），其中为一组第二插接元件（6、7、8）分别分配相同的极性。
8.根据权利要求1或2所述的分离装置（1），其特征在于三组第一插接元件（2、3、4）和第二插接元件（6、7、8），其中各两个第一插接元件（2、3、4）和各两个第二插接元件（6、7、8）配属于一组，其中对于第一组第二插接元件来说，将一个第二插接元件分配给电源的正极并且将另一个第二插接元件分配给电气负载的正极；对于第二组第二插接元件来说，将一个第二插接元件分配给电源的负极并且将另一个第二插接元件分配给电气负载的负极；并且对于第三组第二插接元件来说，将一个第二插接元件分配给电源的保险导体并且将另一个第二插接元件分配给电气负载的保险导体。
9.根据权利要求1或2所述的分离装置（1），其特征在于，所述分离装置（1）构造为用于蓄电池系统的蓄电池分离单元。
10.蓄电池系统，其具有包括至少一个蓄电池单池的蓄电池和用于在故障情况下从电气负载上电气分离蓄电池的分离装置（1），其特征在于，所述分离装置（1）是根据权利要求1到9中任一项所述的分离装置。
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