CN112638698A - 用于运行车辆的至少一个电部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过电池(12)来运行车辆(10)的至少一个电部件(11)的方法，其中，所述电池(12)的至少两个电池单元(30)通过至少一个相应的开关单元(20)与所述至少一个部件(11)电连接并且因此被接通，其中，执行以下步骤来对所述车辆(10)的所述中间回路(13)执行预充电：a)接通所述电池单元(30)的第一个(30a)，b)逐步地接通所述电池单元(30)的至少第二个(30b)，分别在先前的接通之后进行。

Description

用于运行车辆的至少一个电部件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行车辆的至少一个电部件的方法。本发明还涉及一种用于运行车辆的至少一个电部件的设备。
背景技术
由现有技术已知，在电动车辆起动时，首先对中间回路的电容进行充电，以便避免从功率电子部件到电池的有害的电流波动。因为中间回路电容在此几乎瞬时地与电池连接，在该预充电中可能出现非常大的电流。必须借助预充电电阻来将该电流带入非紧急的区域。为此，首先将电流例如通过切换预充电继电器引导通过电池和车辆中的电机之间的预充电电阻。在中间回路电容的预充电之后，继电器可以再次跨接预充电电阻，使得电流限制停用。
由文献DE 10 2015 016980 A1已知一种用于机动车的车载网络的电池，其中，设置至少两个电池支路
Figure BDA0002953336810000011
它们分别具有至少一个电池单元和与其串联连接的开关元件。此外设有预充电设备，预充电设备在电池的第一运行模式中设计用于对车载网络的中间回路进行预充电。
由文献US 2013/0062891 A1已知一种用于对中间回路进行预充电的所谓的软启动系统。
发明内容
本发明的主题是一种具有独立方法权利要求特征的方法，以及一种具有独立设备权利要求特征的设备。本发明的其他特征和细节从相应的从属权利要求、说明书和附图中得出。在此，结合根据本发明的方法描述的特征和细节自然也适用于结合根据本发明的设备，反之亦然，使得关于各个本发明方面的公开内容始终相互参考或能够相互参考。
尤其保护一种用于通过(尤其可再充电的)电池、优选高压电池来运行车辆的至少一个电部件(尤其是驱动部件)的方法。电部件在此能够实施为车辆的车载网络的用电器。此外，电部件可以构造成车辆的高压部件和/或驱动部件，例如电动机。相应地，能够实现将电池构造为向高压部件进行能量供给的可再充电的高压电池，以便实现车辆的向前运动。
在根据本发明的方法中有利的是将车辆构造为乘用车或卡车或类似物。车辆有利地构造为电动车，其具有混合动力驱动或仅仅具有电驱动。相应地，该部件可以是车辆的电机的高压驱动系(Hochvolt-Antriebsstrang)的部件。因此，在这种电动车辆中，能够设置由高压电池组(即电池)、中间回路和电机的功率电子部件组成的拓扑。
此外可以设置，在启动车辆时和/或在启动车辆的电动机时和/或在部件投入运行时首先对中间回路进行充电，该中间回路将电池与部件连接。以这种方式，能够避免从车辆的功率电子部件到电池的有害的电流波动和/或纹波(Rippel)。在此，中间回路电容(例如中间回路电容器)可以在启动时与电池电连接，从而在此原则上能够产生大电流。根据本发明，必要时可以省去用于将所述电流限制在中间回路中的非紧急区域内的分立的预充电电阻。这种预充电电阻和/或其他预充电部件(例如中间回路继电器)通常集成在中间回路中，并限制从电池到部件的电流和/或从部件到电池的电流(借助预充电的所谓软启动)。
为了优化预充电并且必要时能够省去预充电电阻和/或其他预充电部件，根据本发明能够实现，电池的至少两个电池单元(尤其依次地)通过至少一个相应的(电的或电子的)开关单元与至少一个部件电连接并且因此能够接通(hinzuschalten)。换句话说，接通可以通过每个电池单元至少一个或恰好两个开关单元来进行。电连接在此有利地用于传导电流并且用于部件的能量供给，其中，电流的电流强度取决于所接通的电池单元的数量(和/或与之成比例)。
在此，能够执行以下步骤来对车辆的中间回路进行预充电，尤其依次执行，其中，必要时多次执行步骤b)，直到接通电池的所有电池单元：
a)接通电池单元中的第一电池单元；
b)在先前的接通之后分别逐步地接通电池单元中的至少一个第二电池单元。
换句话说，能够分别依次接通其他电池单元，如电池单元中的第三电池单元、第四电池单元和第五电池单元(等等)，尤其以与在第一电池单元之后接通第二电池单元相同的方式。根据本发明的方法具有以下优点：节省附加的预充电部件，并且通过较低的故障概率改善预充电的质量。
此外有利的是，为了对中间回路进行预充电，逐步地接通电池单元中的其他电池单元，其中，优选依次接通电池单元中的至少5个、或至少10个、或至少20个电池单元。例如如此频繁地(oft)重复逐步地接通其他电池单元，直至达到电池的预给定的总电压，和/或达到能量供给的预给定的电流强度，和/或所有电池单元已接通。在此尤其能够延时地进行逐步的接通，使得总电压和/或电流强度仅缓慢地增加。
此外能够实现，当在先前的接通中存在接通条件时才分别进行根据步骤b)的逐步的接通。接通条件可以是高于、低于或达到预先确定的电流强度，所述电流强度是在先前的接通之后在针对这些先前接通所使用的开关单元的电流路径中所检测的。优选地，能够在以下电流路径中检测电流强度：在该电流路径中集成有耦合开关单元和/或(最后)接通的电池单元。接通条件也可以是达到确定的持续时间，例如达到1到3位数的毫秒范围。确定的持续时间例如可以通过电池的计时器来求取。这样能够实现逐步地接通并且因此提供软启动。
此外，在本发明的范畴中设置，根据步骤b)的逐步的接通分别根据时间和/或根据电流地(尤其时间控制和/或电流控制地)进行，优选根据针对这些和/或先前的接通所使用的开关单元的电流路径中的电流检测和/或根据时间测量进行。电流检测、尤其电流测量例如可以通过集成在电池中的电子部件进行。优选地，针对每个电池单元将所属的用于电流检测的电子部件集成到电池单元中或电池单元处和/或将所述电子部件分配给电池单元。该电子部件还能够接管对接通的控制，即切换开关单元。这也能够自主地进行，使得电池能够独立于电池管理系统或类似物自主地控制接通。电子部件例如实施为应用特定的集成电路。
另一优点在于能够设置，电池单元与部件之间的连接具有寄生阻抗，该寄生阻抗尤其唯一地(即不使用分立的预充电电阻)用于限制预充电时的电流。因此可以使用自然电流限制，在此不必使用其他限制部件和/或预充电部件。
此外，在本发明的范畴中，电池单元与部件之间的连接也可以具有长度至少为1m或至少为1.5m或至少为2m的电线路，其中，在该长度上线路优选没有中间连接的电构件。由此能够提高可靠性和/或降低材料开销。
在本发明的范畴中可以设置，至少一个相应的开关单元具有至少一个耦合开关单元和至少一个短路开关单元，它们分配给相应的电池单元，为了接通这些电池单元交替地切换所述开关单元。换句话说，可以为每个电池单元分配至少两个或恰好两个开关单元，即耦合开关单元和短路开关单元。在此，耦合开关单元优选可以在电流路径中与电池单元串联布置。这使得能够灵活地接通电池单元。此外，能够实现以下优点：通过短路开关单元能够将电池单元跨接或短路。
根据另一优点可以设置，针对电池单元中的不同电池单元如此重复逐步的接通，使得通过电池为部件提供的(用于能量供给的)总电压连续增加，优选直到总电压(基本上)为400V或800V。在此，尤其通过各个电池单元的逐步接通产生4.2V至4.35V的中间回路处(电池处)的最大充电电压。这实现车辆的电动机的可靠运行。
此外，在本发明的范畴中，还可以设想将电池实施为高压电池。这尤其用于车辆的电驱动装置的可靠的能量供给。
此外可选地设置，将开关单元集成在电池中，使得尤其可以省去分立的预充电电阻和/或中间回路继电器和/或中间回路开关用于预充电。换句话说，预充电可以唯一地通过集成在电池中的部件来实现。因此，能够大幅减少用于制造预充电系统的技术开销。
本发明的另一主题是一种通过电池来运行车辆的至少一个电部件的设备。在此尤其设置，设备适合于执行根据本发明的方法的方法步骤。因此，根据本发明的设备带来与已经参照根据本发明的方法详细描述的相同的优点。
附图说明
从以下描述中得出本发明的其他优点、特征和细节，其中参照附图详细描述本发明的实施例。在此，在权利要求和在说明书中提及的特征能够各自单独地或以任意组合对于本发明是关键性的。附图示出：
图1示出用于可视化根据发明的方法的示意图；
图2示出用于可视化根据本发明的方法的根据本发明的设备的示意图；
图3示出根据本发明的方法的流程的示意图。
具体实施方式
在下面的附图中，不同的实施例的相同的技术特征也使用相同的附图标记。
参照图1至图3，示意性地可视化根据本发明的用于运行至少一个电部件11的方法，其中，该部件11尤其可以是车辆10的驱动部件11。该驱动部件通过电池12、尤其高压电池12供给能量，并以借此运行。
电池12能够通过中间回路13连接到部件11，其中，中间回路13具有至少一个中间回路电容器14。中间回路电容器14的中间回路电容在此用于避免有害的电流波动。然而，当电池12与部件11耦合时，可能会产生非常大的电流，为了避免紧急的工作状态，必须将该电流限制在非紧急的范围内。相应地，根据本发明的设备100和/或根据本发明的方法能够用于限制该电流，即用于执行中间回路13的预充电。
在图2中示出用于执行根据本发明的方法的根据本发明的设备100的更多细节。
在此，电池12的至少两个电池单元30a、30b能够通过至少一个相应的开关单元20a、20b与至少一个部件11电连接，并因此被接通。为此设置，执行以下步骤来对车辆10的中间回路13进行预充电：
-接通电池单元30的第一电池单元30a；
-在先前的接通之后分别逐步地接通电池单元30的至少一个第二电池单元30b。
电池12可以具有第一电池单元30a、第二电池单元30b和必要时其他电池单元30直至第n电池单元30n。可以为这些电池单元30中的每个电池单元分配至少一个或至少两个或恰好两个开关单元20。相应地，至少一个第一开关单元20a可以分配给第一电池单元30a，至少一个第二开关单元20b可以分配给第二电池单元30b，并且第n开关单元20n可以分配给第n电池单元30n，(在此n是任何整数)。如果为电池单元30中的每个电池单元分配至少两个开关单元20，则还可以将所述至少两个开关单元划分为耦合开关单元22和短路开关单元23。耦合开关单元22例如被集成在与分配给该耦合开关单元的电池单元30相同的电流路径21中。短路开关单元23例如与其他短路开关单元23一起集成在从中间回路或从部件11引导至接地电位40的电流路径中。耦合单元22在此能够将分配给它们的电池单元30与部件11连接，相反，短路开关单元23能够将分配给它们的电池单元30跨接。
图2在此仅应代表性地理解，从而，为了对中间回路13进行预充电，还可以设置其他电池单元30，并且能够逐步地添加其他电池单元，其中，仅示例性地依次接通电池单元30中的至少5个、或至少10个、或至少20个电池单元。特别是，至少一个相应的开关单元20可以包括至少一个耦合开关单元22和短路开关单元23，它们被分配给相应的电池单元30，并且为了接通该电池单元30交替地切换所述开关单元。
根据图3可视化：在先前的接通中存在接通条件时，才分别进行逐步的接通。为此，可以分别根据针对该接通所使用的开关单元20的电流路径中的电流检测来执行逐步的接通，尤其直到电池12的电压2达到总电压U。
现在描述根据本发明的方法的示例性流程，其中，电池单元30的为此所需的接通借助所属的开关单元20执行。在此，在图3中示出中间回路的电压2以及中间回路中的电流3随时间t变化的示例性的变化过程。在第一接通1a中，在此首先可以闭合(图2中示出)开关单元S2_1并且打开S1_1。然后可以等待一个持续时间，直到电流3消退(即一直保持在0安培)。以这种方式限制电流3的最大电流强度。例如，这可以通过电池12中的电子部件以时间控制的方式或电流控制的方式执行。随后，在第二接通1b中，可以闭合开关单元S2_2并且打开开关单元S1_2。同样在接通条件存在(即尤其在持续时间)之后，可以进行第三接通1c。可以针对其他电池单元30执行多次接通，直至第n接通1n，其中一个接通单元S2_n闭合而一个接通单元S1_n打开。在此，必要时可以交替地打开分配给共同的电池单元30的开关单元。如果所有开关S1_1至S1_n打开而相应地所有开关S2_1至S2_n闭合，则施加完全的中间回路电压，功率电子部件可以启动电动机11或部件11。
实施方式的以上阐述仅在示例的范畴中描述本发明。自然，只要在技术上合理，实施方式的各个特征之间可以自由组合，但不能够脱离本发明的范畴。

Claims (10)

1.一种用于通过电池(12)来运行车辆(10)的至少一个电部件(11)的方法，其中，所述电池(12)的至少两个电池单元(30)通过至少一个相应的开关单元(20)与所述至少一个部件(11)电连接并且因此被接通，其中，执行以下步骤用以对所述车辆(10)的中间回路(13)进行预充电：
a)接通所述电池单元(30)中的第一电池单元(30a)；
b)在先前的接通之后分别逐步地接通所述电池单元(30)中的至少一个第二电池单元(30b)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了所述中间回路(13)的预充电，逐步地接通所述电池单元(30)中的其他电池单元，其中，依次接通所述电池单元(30)中的至少5个电池单元、至少10个电池单元或至少20个电池单元。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当在先前的接通中存在接通条件时，分别才进行根据步骤b)的逐步的接通。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤b)的所述逐步的接通逐步分别根据时间和/或根据电流地进行，优选根据针对先前的接通所使用的开关单元(20)的电流路径中的电流检测进行。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电池单元(30)与所述部件(11)之间的连接具有寄生阻抗，所述寄生阻抗尤其唯一地用于在所述预充电时的电流限制。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个相应的开关单元(20)具有耦合开关单元(22)和短路开关单元(23)，所述耦合开关单元和所述短路开关单元分配给所述相应的电池单元(30)，并且为了接通所述相应的电池单元(30)交替地切换所述耦合开关单元和所述短路开关单元。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对所述电池单元(30)中的不同电池单元如此重复所述逐步的接通，使得通过所述电池(12)为所述部件(11)提供的用于能量供给的总电压连续地增加，优选直到所述总电压为400V或800V。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电池实施为高压电池。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电池单元(20)集成到所述电池(12)中。
10.一种用于通过电池(12)来运行车辆(10)的至少一个电部件(11)的设备(100)，其特征在于，所述设备(100)实施为用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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