CN112185765A

CN112185765A - 开关元件、开关装置以及用于运行所述开关装置的方法

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Publication number: CN112185765A
Application number: CN202010631360.7A
Authority: CN
Inventors: C·齐瓦诺普洛斯; 黄健烈
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2040-07-03
Also published as: US20210005411A1; CN112185765B; EP3761338A1; EP3761338B1; US11488795B2; DE102019209811A1

Abstract

本发明涉及一种开关元件，该开关元件包括开关单元、用于将所述开关单元闭合并且断开的第一及第二线圈单元，其中所述第一线圈单元具有第一线圈并且其中所述第二线圈单元具有第二线圈。按照本发明，所述第一线圈单元具有与所述第一线圈串联连接的能控制的第一延迟线路。此外，本发明涉及一种开关装置，该开关装置包括按本发明的开关元件。此外，本发明涉及用于运行所述按本发明的开关装置的第一种及第二种方法。本发明也涉及一种具有至少一个按本发明的开关装置的电池管理系统以及一种具有至少一个按本发明的电池管理系统的机动车。

Description

开关元件、开关装置以及用于运行所述开关装置的方法

技术领域

本发明涉及一种开关元件，该开关元件包括开关单元、用于将所述开关单元闭合并且断开的第一及第二线圈单元，其中所述第一线圈单元具有第一线圈并且其中所述第二线圈单元具有第二线圈。此外，本发明涉及一种开关装置，该开关装置包括这样的开关元件。此外，本发明涉及用于运行所述按本发明的开关装置的方法。本发明也涉及一种具有至少一个开关装置的电池管理系统以及一种具有至少一个电池管理系统的机动车。

背景技术

已经表明，在将来尤其在车辆、比如电动车（EV）、混合动力车（HEV）或者插电式混合动力车（PHEV）中越来越多地使用电池系统，在可靠性、效率、安全性和使用寿命方面向所述电池系统提出高要求。电池系统主要包括大量的电池单池以及用于对电池单池进行监控和控制的电池管理系统。

通常，电池管理系统包括开关元件或者开关装置，所述开关元件/开关装置用于中断来自或者通往电池单池的能量流。在所述开关元件或者开关装置的故障状态中，所述电池管理系统不能提供其主要功能、也就是不能提供对通过电池单池引起的能量供给及储存进行的监控和控制。这可能导致意料之外的情况、像比如事故。

由文件US 2018/0261416 A1已知一种开关装置。该开关装置包括电磁的致动器，该电磁的致动器具有用于接通并且切断电路的第一线圈和第二线圈。

文件US 2015/0371748 A1公开了一种用于将真空阀接通并且切断的电磁的操纵装置，其中所述电磁的操纵装置包括电磁的操纵区段。所述电磁的操纵区段具有用于接通所述真空阀的第一线圈和至少一个用于切断所述真空阀的第二线圈。

发明内容

提出一种开关元件。所述开关元件包括开关单元、用于将所述开关单元闭合并且断开的第一及第二线圈单元，其中所述第一线圈单元具有第一线圈并且其中所述第二线圈单元具有第二线圈。

按照本发明，所述第一线圈单元具有与第一线圈串联连接的能控制的第一延迟线路。

所述开关单元用于接通并且切断电路。它包括不同的构件、像比如由铁磁材料构成的电枢、至少一个固定的开关触点和至少一个活动的开关触点。在此，所述电枢与至少一个活动的开关触点机械地连接。所述电枢根据通过线圈单元所产生的磁场来运动。由此，所述至少一个固定的开关触点和所述至少一个活动的开关触点能够彼此连接（相应于所述开关单元的闭合状态或者所述电路的接通状态）并且分开（相应于所述开关单元的断开状态或者所述电路的切断状态）。

延迟线路用于在预先给定的时间间隔之后自动地切断线圈单元。如果所述预先给定的时间间隔、也就是说所述延迟线路的延迟时间能够调节，那么延迟线路就能够控制。所述延迟线路有利地能够通过至少一个控制单元来控制，从而能够按需求在任意的时间间隔之后自动地切断所述线圈单元。

优选所述第二线圈单元包括与第二线圈串联连接的能控制的第二延迟线路。

此外，提出一种开关装置，该开关装置包括：按本发明的开关元件；至少一个控制单元，控制单元用于控制第一延迟线路并且如果存在的话控制第二延迟线路；用于驱动开关元件的第一线圈单元的第一驱动器线路；以及用于驱动开关元件的第二线圈单元的第二驱动器线路。

在第一及第二线圈单元分别具有能控制的延迟线路的情况下，所述两条延迟线路能够通过共同的控制单元来控制。但是也能够考虑，所述两条延迟线路分别配属于一个控制单元。

“驱动器线路”是指电路，该电路用于接通并且切断配属于驱动器线路的线圈单元。驱动器线路比如能够被构造为由四个半导体开关、像比如MOSFET或者IGBT构成的H-桥式线路。通过对于所述四个半导体开关的相应的控制，电流在开关单元闭合时在配属于驱动器线路的线圈单元的线圈中朝第一方向流动，而在开关单元断开时电流则在线圈中朝与第一方向相反的第二方向流动。所述开关装置能够具有用于对两条驱动器线路进行控制的控制器。但是，也能够考虑，所述两条驱动器线路分别配属于一个控制器。也能够考虑，对于所述驱动器线路的控制通过一个或者两个外部的控制器来执行。

优选所述至少一个控制单元被设立用于彼此分开地控制能控制的第一延迟线路和能控制的第二延迟线路。也就是说，所述第一和第二延迟线路的延迟时间能够彼此独立地通过至少一个控制单元来调节。

能够经由相应的驱动器线路通过共同的能量源来向所述第一和第二线圈单元供给。也能够考虑，经由第一驱动器线路通过第一能量源来向所述第一线圈单元供给，而通过第二能量源来向所述第二线圈单元供给。

按照本发明的一种优选的设计方案，所述按本发明的开关装置包括至少一个内部的能量源，所述内部的能量源经由第一驱动器线路向第一线圈单元供给并且经由第二驱动器线路向第二线圈单元供给。但是，也能够考虑，所述第一和第二线圈单元由至少一个外部的能量源来供给。所述至少一个内部的或者外部的能量源能够被构造为蓄能器、像比如电池或者电容器。

也提出用于运行所述按本发明的开关装置的第一种方法。

在此，通过所述第一线圈单元和第二线圈单元的同时接通来将按本发明的开关元件的开关单元闭合。在不取决于所述第二线圈单元是否具有延迟线路的情况下，所述开关单元在闭合之后保持闭合。也就是说，在所述开关单元闭合之后所述第一和/或第二线圈单元不会被所分配的延迟线路切断。

优选始终对所述第一和第二线圈单元的能量供给进行监控。这比如能够通过用于对第一和/或第二驱动器线路进行控制的控制器来实现。通过对于能量供给的监控，能够识别出所述第一和/或第二线圈单元或相应的驱动器线路的故障。

优选监控，通过对于所述第一和/或第二线圈单元的操控在实际上是否接通或者切断所述开关单元。

在存在所述第二线圈单元或者第二驱动器线路的故障状态时，通过第一线圈单元来保持所述开关单元的闭合状态。在存在所述第一线圈单元或者第一驱动器线路的故障状态时，通过第二线圈单元来保持所述开关单元的闭合状态。

如果在所述第二线圈单元或者第二驱动器线路中识别出故障状态，则能够在将控制信号由至少一个控制单元传送给第一延迟线路时在预先给定的时间间隔之后通过第一延迟线路来切断所述第一线圈单元。如果没有控制信号由所述至少一个控制单元来传送，则所述开关单元保持闭合。

如果在所述第一线圈单元或者第一驱动器线路中识别出故障状态并且所述第二线圈单元具有第二延迟线路，则能够在将控制信号由至少一个控制单元传送给第二延迟线路时在预先给定的时间间隔之后通过第二延迟线路来切断所述第二线圈单元。如果没有控制信号由所述至少一个控制单元来传送给第二延迟线路或者所述第二线圈单元没有延迟线路，则所述开关单元保持闭合。

此外，提出用于运行所述按本发明的开关装置的第二种方法。

在此，通过第二线圈单元的接通来将所述开关单元闭合。在不取决于所述第二线圈单元是否具有延迟线路的情况下，所述开关单元在闭合之后保持闭合。在识别出所述第二线圈单元或者第二驱动器线路的故障状态之后接通所述第一线圈单元。

优选在按本发明的第二种方法中，在预先给定的时间间隔之后通过第一延迟线路来切断所述第一线圈单元。这一点得到实现，如果控制信号由所述至少一个控制单元传送给第一延迟线路。

当然可能的是，通过第一线圈单元的接通来将所述开关单元闭合，并且在识别出第一线圈单元或者第一驱动器线路的故障状态时接通所述第二线圈单元。

在这种情况中，如果所述第二线圈单元具有第二延迟线路并且控制信号由所述至少一个控制单元传送给第二延迟线路，则能够在预先给定的时间间隔之后通过第二延迟线路来切断所述第二线圈单元。如果没有控制信号由所述至少一个控制单元传送给第二延迟线路或者所述第二线圈单元没有延迟线路，则所述开关单元保持闭合。

此外，提出一种电池管理系统，该电池管理系统包括至少一个按本发明的开关装置。

也提出一种机动车，该机动车具有至少一个按本发明的开关装置和/或至少一个按本发明的电池管理系统。

本发明的优点，用按本发明的开关元件或者按本发明的开关装置，外部的电路、像比如机动车的车载电路能够在所述两个线圈单元之一或者所属的驱动器线路中存在故障时仍然保持接通。由此提高所述电池系统或者机动车的可靠性和安全性。

除此以外，在识别出所述线圈单元或者其驱动器线路的故障之后，能够按需求在预先给定的时间间隔之后借助于能控制的延迟线路来切断所述外部的电路。这提供以下可行方案，即：能够按故障状态在预先给定的时间间隔之后切断所述外部的电路。

用所述按本发明的方法，能够在保证所述机动车的可靠性和安全性的同时节省用于保持开关单元的闭合状态的电能。

附图说明

本发明的实施方式借助于附图和以下描述来进行详细解释。

图1示出了按照本发明的第一种设计方案的按本发明的开关元件的示意图；

图2示出了按照本发明的第二种设计方案的按本发明的开关元件的示意图；

图3示出了按本发明的开关装置的示意图；并且

图4示出了驱动器线路的示意图。

具体实施方式

在本发明的实施方式的以下描述中，相同的或者类似的元件用相同的附图标记来表示，其中在个别情况中放弃对于这些元件的重复描述。附图仅仅示意性地示出了本发明的主题。

图1示出了按照本发明的第一种设计方案的按本发明的开关元件100的示意图。在此，所述按本发明的开关元件100具有第一线圈单元10和第二线圈单元20。

所述第一线圈单元10在此包括第一线圈12和能控制的第一延迟线路14，它们彼此串联连接。所述第二线圈单元20在此包括第二线圈22和能控制的第二延迟线路24，它们同样彼此串联连接。

此外，所述按本发明的开关元件100具有开关单元30，该开关单元包括不同的构件、像比如由铁磁材料构成的电枢、至少一个固定的开关触点和至少一个活动的开关触点。在此，所述电枢与所述活动的开关触点机械地连接。所述电枢根据通过一个或者两个线圈单元10、20产生的磁场来运动。由此，所述至少一个固定的开关触点和至少一个活动的开关触点能够彼此连接或者分开。

此外，所述按本发明的开关元件100包括七个接头1到7。在此，所述第一线圈单元10通过第一接头1和第二接头2与第一驱动器线路50（参见图3和4）电连接。所述第二线圈单元20通过第三接头3和第四接头4与第二驱动器线路60（参见图3和4）电连接。通过第五接头5和第六接头6，将外部的电路300（参见图3）与所述开关单元30的开关触点电连接起来。所述开关元件100还能够具有另外的接头、像比如接地接头和用于其他外部的电路的接头，所述外部的电路应该通过开关单元30来接通和切断。

通过第七接头7，将控制信号由控制单元40（参见图3）传送给所述第一延迟线路14和第二延迟线路24，以便能够按需求任意地调节所述第一延迟线路和第二延迟线路14、24的延迟时间。在此，所述控制单元40能够为每条能控制的延迟线路14、24产生自己的控制信号或者它能够为两条能控制的延迟线路14、24产生相同的控制信号。也就是说，所述两条能控制的延迟线路14、24能够具有不同的或相同的延迟时间。

图2示出了按照本发明的第二种设计方案的按本发明的开关元件100的示意图。在此，所述按本发明的开关元件100具有第一线圈单元10和第二线圈单元20。

图1所示的开关元件100与图2所示的开关元件100之间的主要区别在于，图2中所示的开关元件100的仅仅第一线圈单元10具有第一延迟线路14。但是也能够考虑，图2中所示的开关元件100的仅仅第二线圈单元20具有第二延迟线路24（参见图1）。

图2中所示的按本发明的开关元件100就像图1中所示的按本发明的开关元件100一样具有一个开关单元30和七个接头1到7。在此，所述第一线圈单元10通过接头1和2与第一驱动器线路50电连接。所述第二线圈单元20通过接头3和4与第二驱动器线路60电连接。通过所述接头5和6，将外部的电路300与所述开关单元30的开关触点电连接。

通过所述接头7将控制信号由控制单元40传送给所述第一延迟线路14，以便能够按需求任意地调节所述第一延迟线路14的延迟时间。

在图3中示出了所述按本发明的开关装置200的示意图。所述开关装置200包括在图1或2中示出的按本发明的开关元件100、第一驱动器线路50以及第二驱动器线路60。

所述第一驱动器线路50通过开关元件100的接头1和2与第一线圈单元10（参照图1和2）电连接，而所述第二驱动器线路60则通过开关元件100的接头3和4与第二线圈单元20（参照图1和2）电连接。

通过所述开关元件100的接头5和6，外部的电路300与所述开关元件100的开关单元30（参照图1和2）的开关触点电连接。在此，所述外部的电路能够被构造为机动车的车载电路，其中所述车载电路具有带有大量电池单池和电池管理系统的电池系统。所述按本发明的开关装置200能够被集成在电池管理中。

控制单元40与所述接头7电连接，以便将用于对所述第一和/或第二延迟线路14、24（参照图1和2）进行控制的控制信号由控制单元40传送给第一和第二延迟线路14、24。

经由第一和第二驱动器线路50、60，通过外部的共同的能量源70向所述第一和第二线圈单元10、20供给。能够考虑，经由各自的驱动器线路50、60通过两个单独的能量源70来向所述第一和第二线圈单元10、20供给。在图3中使用外部的能量源70。也能够考虑，所述开关装置200具有至少一个能量源70。

所述开关装置200能够具有用于对两条驱动器线路50、60进行控制的控制器（未示出）。但是也能够考虑，所述两条驱动器线路50、60分别配属于一个控制器。也能够考虑，对于所述驱动器线路50、60的控制通过至少一个外部的控制器来执行。

图4示出了驱动器线路50、60的示意图。所述驱动器线路50、60在此被构造为由四个半导体开关51到54、61到64、像比如MOSFET或者IGBT构成的H-桥式线路。通过对于所述四个半导体开关51到54、61到64的相应的控制，在所述开关单元30闭合时电流在配属于驱动器线路50、60的线圈单元10、20的线圈12、22中朝第一方向流动，而在所述开关单元30断开时电流则在所述线圈12、22中朝与第一方向相反的第二方向流动。比如，在接通所述第一线圈单元10或者第二线圈单元20时接通所述第一驱动器线路50的第一半导体开关51和第四半导体开关54或者所述第二驱动器线路60的第一半导体开关61和第四半导体开关64，而所述第一驱动器线路50的第二半导体开关52和第三半导体开关53或者所述第二驱动器线路60的第二半导体开关62和第三半导体开关63则保持切断。在切断所述第一线圈单元10或者第二线圈单元20时接通所述第一驱动器线路50的第二半导体开关52和第三半导体开关53或者所述第二驱动器线路60的第二半导体开关62和第三半导体开关63，而所述第一驱动器线路50的第一半导体开关51和第四半导体开关54或者所述第二驱动器线路60的第一半导体开关61和第四半导体开关64则被切断。

在所述按本发明的开关装置200的运行中，能够通过第一线圈单元10和第二线圈单元20的同时接通来将所述按本发明的开关元件100的开关单元30闭合。在识别出第二线圈单元20或者第二驱动器线路60的故障状态时，通过第一线圈单元10来保持所述开关单元30的闭合状态。在识别出第一线圈单元10或者第一驱动器线路50的故障状态时，通过第二线圈单元20来保持所述开关单元30的闭合状态。

如果在所述第二线圈单元20或者第二驱动器线路60中识别出故障状态，则能够在控制信号由所述控制单元40传送给第一延迟线路14时在预先给定的时间间隔之后通过第一延迟线路14来切断所述第一线圈单元10。如果至少一个控制单元40没有得到控制信号，则所述开关单元30保持闭合。如果在所述第一线圈单元10或者第一驱动器线路50中识别出故障状态并且所述第二线圈单元20具有第二延迟线路24，则能够在控制信号由所述至少一个控制单元40传送给第二延迟线路24时在预先给定的时间间隔之后通过第二延迟线路24来切断所述第二线圈单元20。如果所述控制单元40没有得到控制信号或者所述第二线圈单元20没有延迟线路24，则所述开关单元30保持闭合。

在所述按本发明的开关装置200的运行中，也能够通过第二线圈单元20的接通来将所述开关单元30闭合。在识别出所述第二线圈单元20或者第二驱动器线路60的故障状态时接通所述第一线圈单元10。

在预先给定的时间间隔之后，能够通过第一延迟线路14来切断所述第一线圈单元10。

本发明不局限于这里所描述的实施例以及在其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所说明的范围之内，能够实现大量的处于本领域的技术人员的处理范围之内的改动方案。

Claims

1.开关元件（100），包括：

开关单元（30），

用于将所述开关单元（30）闭合并且断开的第一及第二线圈单元（10、20），

其中所述第一线圈单元（10）具有第一线圈（12），并且

其中所述第二线圈单元（20）具有第二线圈（22），

其特征在于，

所述第一线圈单元（10）具有与所述第一线圈（12）串联连接的能控制的第一延迟线路（14）。

2.根据权利要求1所述的开关元件（100），其特征在于，所述第二线圈单元（20）具有与所述第二线圈（22）串联连接的能控制的第二延迟线路（24）。

3.开关装置（200），包括：根据权利要求1或2所述的开关元件（100）；至少一个控制单元（40），用于控制所述能控制的第一延迟线路（14）并且如果存在的话控制所述能控制的第二延迟线路（24）；用于驱动所述第一线圈单元（10）的第一驱动器线路（50）；以及用于驱动所述第二线圈单元（20）的第二驱动器线路（60）。

4.根据权利要求3所述的开关装置（200），其特征在于，

所述至少一个控制单元（40）被设立用于彼此分开地控制所述能控制的第一延迟线路（14）和所述能控制的第二延迟线路（24）。

5.根据权利要求3或4所述的开关装置（200），其特征在于，

所述开关装置（200）包括至少一个能量源（70），至少一个能量源通过所述第一驱动器线路（50）向所述第一线圈单元（10）供给并且通过所述第二驱动器线路（60）向所述第二线圈单元（20）供给。

6.用于运行根据权利要求3到5中任一项所述的开关装置（200）的方法，包括以下步骤：

-通过所述第一线圈单元（10）和第二线圈单元（20）的同时接通来将所述开关单元（30）闭合；

-在存在所述第二线圈单元（20）或者第二驱动器线路（60）的故障状态时通过所述第一线圈单元（10）来保持所述开关单元（30）的闭合状态，或者在存在所述第一线圈单元（10）或者第一驱动器线路（50）的故障状态时通过所述第二线圈单元（20）来保持所述开关单元（30）的闭合状态。

7.用于运行根据权利要求3到5中任一项所述的开关装置（200）的方法，包括以下步骤：

-通过所述第二线圈单元（20）的接通来将所述开关单元（30）闭合；

-在识别出所述第二线圈单元（20）或者第二驱动器线路（60）的故障状态时接通所述第一线圈单元（10）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在预先给定的时间间隔之后通过所述能控制的第一延迟线路（14）来切断所述第一线圈单元（10）。

9.电池管理系统，所述电池管理系统包括至少一个根据权利要求3到5中任一项所述的开关装置（200）。

10.机动车，所述机动车包括至少一个根据权利要求3到5中任一项所述的开关装置（200）和/或至少一个根据权利要求9所述的电池管理系统。