CN105652190B - 利用绝缘监测器的电路部件的开关状态检查 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高压蓄电池的蓄电池管理系统，具有：包括可控的开关元件的开关装置，所述可控的开关元件用于建立和切断在高压蓄电池的极和用于负载电网的连接点之间的电连接；和用于绝缘监控的装置，各极和各连接点分别通过一个分压器相对于用于绝缘测量的参考电位连接，蓄电池管理系统此外具有用于借助测量装置检查可控的开关元件的开关状态的装置，所述测量装置用于确定电压，测量装置设置为，使得这些测量装置测量在相应的分压器的输出端和参考电位之间的电压，并且用于检查可控的开关元件的开关状态的装置具有用于比较如下的相应两个测量装置的测量的电压值的装置，在所述相应两个测量装置的配设的分压器之间分别连接有一个可控的开关元件。

Description

利用绝缘监测器的电路部件的开关状态检查
技术领域
本发明涉及一种用于高压蓄电池的蓄电池管理系统，所述蓄电池管理系统优选在电动车辆和混合动力车辆中使用。
背景技术
由现有技术已知将高压蓄电池通过两个接触器与负载电网连接的蓄电池管理系统(Battery Management System)。根据接触器操控装置的开关状态，高压蓄电池与负载电网连接或者以两个极与负载电网切断。
该功能对安全负有义务，以便在故障情况下无电流地切断处于蓄电池下游的负载电网。因此，接触器的正确的良好运行是与安全相关的并且必须被监控。因此需要检查，接触器触点是否按照电连接的要求实际闭合以及接触器触点是否按照切断的要求实际打开。
在现有技术中不利的是，为了检查接触器触点而必须设有具有巨大的空间需求的构件。接触器触点的检查使电压测量变得必要，所述电压测量由于高的电压而通过分压器进行。所述分压器由于必要的绝缘距离而必须相应大面积地设置。
发明内容
本发明的任务是，克服现有技术中的缺点。
为了完成该任务，按照本发明，设有用于高压蓄电池的蓄电池管理系统，该蓄电池管理系统具有：
-包括可控的开关元件的开关装置，所述可控的开关元件用于建立和切断在高压蓄电池的极和用于负载电网的连接点之间的电连接，和
-用于绝缘监控的装置，其中，各极和各连接点分别通过一个分压器相对于用于绝缘测量的参考电位连接，其特征在于，
蓄电池管理系统此外具有用于借助测量装置检查可控的开关元件的开关状态的装置，所述测量装置用于确定电压，
其中，测量装置设置为，使得这些测量装置测量在相应的分压器的输出端和参考电位之间的电压，
并且所述用于检查可控的开关元件的开关状态的装置具有用于比较如下的相应两个测量装置的测量的电压值的装置，在所述相应两个测量装置的配设的分压器之间分别连接有一个可控的开关元件。
在常规的蓄电池管理系统中，由于在高压系统中出现的电压而需要绝缘监控。本发明的特别的优点在于，为了实现绝缘监控而存在的分压器还被用于检查开关元件的开关状态。由此省却否则为检查开关元件的开关状态所需的大面积的分压器。由此消减构件和为此所需的结构空间。
优选的是，用于高压蓄电池的蓄电池管理系统具有开关装置，所述开关装置将高压蓄电池借助可控的开关元件与待由高压蓄电池供电的负载电网电连接或与其切断。在正常运行中，蓄电池管理系统确保：开关元件确保将高压蓄电池与负载电网连接。在维修运行中，例如按照维修人员的要求而发生高压蓄电池与负载电网的切断，以便可以在没有高压的情况下实施维修工作。如果蓄电池管理系统确定严重的故障，那么同样发生高压蓄电池与负载电网的切断。负载电网通过各连接点连接到高压蓄电池的各极上，其中，在高压蓄电池的一个极和用于负载电网的一个连接点之间设有一个开关元件，该开关元件通过蓄电池管理系统建立或切断在高压蓄电池的该极和该连接点之间的电连接。如果建立了第一开关元件的连接，那么高压蓄电池的正极的电压施加在该连接点的正极上。如果建立了第二开关元件的连接，那么高压蓄电池的负极的电压施加在该连接点的负极上。
优选将用于两个极的各开关元件同时切换，从而两个蓄电池极与各连接点连接或两者与它们切断。
蓄电池管理系统此外具有用于绝缘监控的装置，其中，各极和各连接点分别通过一个分压器相对于用于绝缘测量的参考电位连接。各极和各连接点分别与相应的分压器的输入端连接。在一些实施方式中，用于绝缘监控的装置具有用于绝缘测量的测量电路和发电机。
蓄电池管理系统此外具有用于检查可控的开关元件的开关状态的装置。为此，在各分压器的输出端和共同的参考电位之间分别设有用于确定电压的测量装置。
设有用于测量在高压蓄电池的正极上的电压的第一测量装置、用于测量在高压蓄电池的负极上的电压的第二测量装置、用于测量在用于负载电网的连接点的正极上的电压的第三测量装置以及用于测量在用于负载电网的连接点的负极上的电压的第四测量装置。
所述用于检查可控的开关元件的开关状态的装置此外具有用于比较如下的相应两个测量装置的测量的电压值的装置，在所述相应两个测量装置的配设的分压器之间分别连接有一个可控的开关元件。
与此相应地，将第一测量装置的电压与第三测量装置的电压比较，以便由此导出第一开关元件的实际的开关状态。同样，将第二测量装置的电压与第四测量装置的电压比较，以便由此导出第二开关元件的实际的开关状态。
当开关元件闭合时，蓄电池电压也施加在连接点上。与此相应地，第一测量装置测量基本上与第三测量装置的电压一致的电压。同样的内容适用于与第四测量装置的电压相比较的第二测量装置的电压。
当开关元件打开时，通常没有电压施加在用于负载电网的连接点上。与此相应地，第一测量装置测量与第三测量装置的电压显著不同的电压。同样的内容适用于与第四测量装置的电压相比较的第二测量装置的电压。
在负载电网与高压蓄电池切断之后的短时间内，施加于负载电网中的电压尽管切断但仍可能大致相当于蓄电池电压。在该情况下，还会确定与蓄电池连接的负载电网的与实际不符的开关状态。假如该状态出现，那么然而在短时间内可考虑电压的衰减或者通过对结果进行合适地消抖(Entprellung)来确保正确地确定开关状态。
在开关元件的工作模式正确并且在蓄电池极和连接点之间存在连接时，在第一和第三测量装置之间的电压差必须基本上为零；同样，在第二和第四测量装置之间的电压差也必须基本上为零。
即使在开关元件的正确的功能时也通过在两个测量装置之间的开关元件上的电压降或通过由测量装置的测量公差得出的电压差产生小的电压差。
在一些实施方式中，当电压的比较得到小于或等于确定的阈值的电压差时，用于检查可控的开关元件的开关状态的装置确定，开关元件实际上已经建立了在极和配设的连接点之间的电连接。
在一些实施方式中，当电压的比较得到大于确定的阈值的电压差时，用于检查可控的开关元件的开关状态的装置确定，开关元件实际上未建立在极和配设的连接点之间电连接。
在一些实施方式中，所述确定的阈值至少相当于通过在两个测量装置之间设置的开关元件的内阻产生的电压降加上由测量装置的测量公差得出的电压差。优选的是，所述阈值对于所有开关元件和测量装置都相同地设定。在其它实施方式中，用于个别电压比较的阈值可单独地调整。
蓄电池管理系统因此能够将对开关元件的开关要求与开关元件的实际确定的开关状态进行比较。在一些实施方式中，当所述开关元件之中的至少一个开关元件的测量的开关状态不对应于开关元件的设定的开关状态时，蓄电池管理系统用信号表示报警状态。在此可以用信号表示，哪个开关元件发生故障。在一些实施方式中，一个开关元件发生故障引起良好运行的开关元件与负载电网切断。
优选的是，各开关元件通过至少一个接触器实现。在此优选设置两个接触器、即每个蓄电池极一个接触器。
测量装置优选包括模数转换器。在一些实施方式中，在其电压关于参考电位为负的模数转换器之前分别连接一个模拟-反相器。在一些实施方式中，这对于在高压蓄电池的负极上的和用于负载电网的连接点的负极上的分压器是这种情况。
在按照本发明的一种实施方式中，可控的各开关元件具有至少一个接触器。
在按照本发明的一种实施方式中，测量装置包括模数转换器。
在按照本发明的一种实施方式中，蓄电池管理系统此外包括模拟-反相器，其中，在如下的模数转换器之前分别连接一个模拟-反相器，这些模数转换器连接在高压蓄电池的负极的分压器上和用于负载电网的配设的连接点上的分压器上。
在按照本发明的一种实施方式中，测量装置设置用于，当比较电压得到小于或等于确定的阈值的电压差时，确定在极和配设的连接点之间建立的电连接。
在按照本发明的一种实施方式中，测量装置设置用于，当比较电压得到大于确定的阈值的电压差时，确定在极和配设的连接点之间的电连接的切断。
在按照本发明的一种实施方式中，所述确定的阈值至少相当于通过在两个测量装置之间设置的开关元件的内阻产生的电压降加上由测量装置的测量公差得到的电压差。
在按照本发明的一种实施方式中，当所述开关元件之中的一个开关元件的测量的开关状态不对应于该开关元件的设定的开关状态时，蓄电池管理系统用信号表示报警状态。
附图说明
接着借助附图进一步阐述本发明的实施例。
其中：
图1示出按照现有技术的绝缘监控的分压器网络的示意图，以及
图2示出按照本发明的实施例的蓄电池管理系统的示意图。
具体实施方式
图1示出按照现有技术的绝缘监控的分压器网络的示意图。
蓄电池管理系统10使得高压蓄电池通过连接点16A、16B可应用于负载电网、例如在电动车辆或混合动力车辆中的车辆电网。在正常运行中，高压蓄电池的正极14A与连接点的正极16A连接，而高压蓄电池的负极14B与连接点16B的负极16B连接。在高压蓄电池的正极14A和连接点的正极16A之间设有开关装置的用于将蓄电池与连接点16A切断或连接的可控的第一开关元件12A。以类似的方式设有开关装置的用于将蓄电池与连接点16B切断或连接的可控的第二开关元件12B。蓄电池管理系统10监控蓄电池的功能并且将蓄电池在故障情况下或者按外部要求、例如在维修情况下与负载电网切断。
为了系统的绝缘监控而设有分压器网络，所述分压器网络使得蓄电池极14A、14B和连接点16A、16B对于绝缘测量可接近。第一分压器22A的输入端设置在高压蓄电池的正极14A上并且相对于用于绝缘测量的参考电位26连接。第二分压器22B的输入端设置在高压蓄电池的负极14B上并且相对于用于绝缘测量的参考电位26连接。第三分压器24A的输入端设置在连接点的正极16A上、亦即设置在第一开关元件12A下游并且相对于用于绝缘测量的参考电位26连接。第四分压器24B的输入端设置在连接点的负极16B上、亦即设置在第二开关元件12B下游并且相对于用于绝缘测量的参考电位26连接。
在蓄电池管理系统中的绝缘监控的这种由现有技术已知的电路装置现在扩展了开关元件12A、12B的开关状态的按照本发明的检查。
图2示出按照本发明的实施例的蓄电池管理系统10的示意图。
该蓄电池管理系统包括已经由图1已知的元件。此外，在分压器的输出端上、即在两个串联连接的电阻之间的点上设有用于确定电压的测量装置，所述测量装置确定在分压器的相应的输出端和用于绝缘测量的参考电位26之间的电压。在第一分压器22A的输出端上设有以模数转换器的形式的第一测量装置32A。在第二分压器22B的输出端上设有以模数转换器和连接在之前的模拟-反相器形式的第二测量装置32B。需要模拟-反相器是因为待测量的电压相对于参考电位为负。在第三分压器24A的输出端上设有以模数转换器形式的第三测量装置34A。在第四分压器24B的输出端上设有以模数转换器和连接在之前的模拟-反相器形式的第四测量装置34B。需要模拟-反相器也是因为在该情况下待测量的电压相对于参考电位为负。
借助测量的电压，蓄电池管理系统10能够确定开关元件12A、12B的实际的开关状态。
附图标记列表
10 蓄电池管理系统
12A 在高压蓄电池的正极上的可控的开关元件
12B 在高压蓄电池的负极上的可控的开关元件
14A 高压蓄电池的正极
14B 高压蓄电池的负极
16A 用于负载电网的连接点的正极
16B 用于负载电网的连接点的负极
16B 第二监控输入端
22A 在高压蓄电池的正极上的分压器
22B 在高压蓄电池的负极上的分压器
24A 在用于负载电网的连接点的正极上的分压器
24B 在用于负载电网的连接点的负极上的分压器
26 用于绝缘测量的参考电位
32A 在分压器22A的输出端上的测量装置
32B 在分压器22B的输出端上的测量装置
34A 在分压器24A的输出端上的测量装置
34B 在分压器24B的输出端上的测量装置

Claims (9)

1.用于高压蓄电池的蓄电池管理系统(10)，具有：
包括可控的开关元件的第一开关装置，所述可控的开关元件用于建立和切断在高压蓄电池的正极和用于负载电网的正连接点之间的电连接，
包括可控的开关元件的第二开关装置，所述可控的开关元件用于建立和切断在高压蓄电池的负极和用于负载电网的负连接点之间的电连接，
第一分压器，该第一分压器的输入端设置在高压蓄电池的正极上，
第二分压器，该第二分压器的输入端设置在高压蓄电池的负极上，
第三分压器，该第三分压器的输入端设置在用于负载电网的正连接点上，
第四分压器，该第四分压器的输入端设置在用于负载电网的负连接点上，
用于绝缘测量的参考电位，其分别与第一分压器、第二分压器、第三分压器、第四分压器的输入端相连，
与第一分压器连接的第一测量装置，
与第二分压器连接的第二测量装置，
与第三分压器连接的第三测量装置，
与第四分压器连接的第四测量装置，
其中，当第一开关装置闭合时，第一测量装置测量的电压与第三测量装置测量的电压一致，
其中，当第二开关装置闭合时，第二测量装置测量的电压与第四测量装置测量的电压一致。
2.按照权利要求1所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，可控的各开关元件(12A、12B)具有至少一个接触器。
3.按照权利要求1或2所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，测量装置(32A、32B、34A、34B)包括模数转换器。
4.按照权利要求1或2所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，蓄电池管理系统(10)此外包括模拟-反相器，其中，在如下的模数转换器之前分别连接一个模拟-反相器，这些模数转换器连接在高压蓄电池的负极(14B)的分压器(22B)上和用于负载电网的配设的连接点(16B)上的分压器(24B)上。
5.按照权利要求1或2所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，测量装置设置用于，当比较电压得到小于或等于确定的阈值的电压差时，确定在极(14A、14B)和配设的连接点(16A、16B)之间建立的电连接。
6.按照权利要求1或2所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，测量装置设置用于，当比较电压得到大于确定的阈值的电压差时，确定在极(14A、14B)和配设的连接点(16A、16B)之间的电连接的切断。
7.按照权利要求5所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，所述确定的阈值至少相当于通过在两个测量装置之间设置的开关元件(12A、12B)的内阻产生的电压降加上由测量装置(32A、32B、34A、34B)的测量公差得到的电压差。
8.按照权利要求6所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，所述确定的阈值至少相当于通过在两个测量装置之间设置的开关元件(12A、12B)的内阻产生的电压降加上由测量装置(32A、32B、34A、34B)的测量公差得到的电压差。
9.按照权利要求1或2所述的蓄电池管理系统(10)，其特征在于，当所述开关元件(12A、12B)之中的一个开关元件的测量的开关状态不对应于该开关元件(12A、12B)的设定的开关状态时，蓄电池管理系统(10)用信号表示报警状态。
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