CN114206656A - 用于对充电至高压的至少一个储能器放电的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对机动车辆中充电至高压的至少一个储能器（ES）放电的电路装置，包括：与所述储能器（ES）并联的放电电路（RD，TD；DC‑DC1，DC‑DC2）；用于操控所述放电电路（RD，TD；DC‑DC1，DC‑DC2）的辅助微控制器（MC1），所述辅助微控制器能够用3‑5伏的低电压运行；第一电压供应电路（SV1），用于为所述辅助微控制器（MC1）供应3‑5伏的低电压，所述第一电压供应电路由缓冲电容器（C_Puffer）供应10‑15伏的电压；以及主微控制器（MC2），所述主微控制器被构造为操控用于操控所述放电电路（RD，TD；DC‑DC1，DC‑DC2）的辅助微控制器（MC1）。

Description

用于对充电至高压的至少一个储能器放电的电路装置
技术领域
本发明涉及一种用于对机动车辆中充电至高压的至少一个储能器放电的电路装置，所述电路装置具有与所述储能器并联的放电电路。
背景技术
这种电路装置由DE 10 2016 222 632 A1公开。在该文献中，在将充电至高压的储能器放电之前，首先通过计时器进行短暂的测试放电，并且在此过程中借助于电压降检测器或速率探测器检查所述储能器（这里是中间电路电容器）是否与高压电池分离并且因此可以被放电而没有从高压电池流出过高电流的危险。只有这样才会在电压降检测器的控制下进行放电。所述计时器和所述电压降检测器可以在微控制器中实现，其中所述微控制器可以通过缓冲电容器供电，该缓冲电容器通过线性调节器从储能器充电。
在电动或混合动力车辆中，为了将电能从高压电池传输到电牵引马达或从充电设备传输到高压电池而使用强电流线路，可以在所述强电流线路上施加数百伏的高直流电压。为了使电流峰值平滑或在短时间内提供更高的能量，在此将储能器（大多以中间存储电容器的形式）连接到这些强电流线路或高压线路，然后也将所述储能器充电至高压。
高压电池大多通过开关（通常称为接触器）与电路和高压线路连接，其中在所述电路侧的储能器连接到所述高压线路。
如果车辆较长时间静止、进行检查或修理，或在发生事故的情况下，一个或多个储能器必须至少放电到低于60 伏的接触电压，从而人不会受到高压的威胁。
在美国联邦电机安全标准（FMVSS）中要求在特定状况下将高压线路上的电容器在5 秒内放电到低于 60伏。
但是，放电电路需要电压供应，然而在车辆事故的情况下所述电压供应可能会中断，因为例如12伏车辆电池的电缆断裂。在设计放电电路时，将高压用于电压供应会导致费事的绝缘要求，并且需要耐高压并且因此昂贵的部件。
发明内容
因此本发明的任务是说明一种用于对机动车辆中充电至高压的至少一个储能器放电的电路装置，所述电路装置可以在低压范围内实现并且仍然具有防事故的电压供应。
该任务通过根据权利要求1的电路装置来解决。有利的扩展在从属权利要求中说明。
因此，根据本发明的用于对机动车辆中充电至高压的至少一个储能器放电的电路装置由以下形成：与所述储能器并联的放电电路；用于操控所述放电电路的辅助微控制器，所述辅助微控制器可以用3-5伏的低电压运行；第一电压供应电路，用于为所述辅助微控制器供应3-5伏的低电压，所述第一电压供应电路由缓冲电容器馈送10-15伏的电压；以及主微控制器，所述主微控制器被构造为操控用于操控所述放电电路的辅助微控制器。
通过使用可以由第一电压供应电路所提供的3-5伏的低电压供电的辅助微控制器，可以使用相对较小的缓冲电容器为所述第一电压供应电路供电，其中即使不再连接实际的电压源，即12伏车辆电池，仍然可以保持所述放电电路运行5秒的所要求时间，所述时间足以对所述储能器放电。
在第一实施例中，所述放电电路由放电电阻和与所述放电电阻串联的放电晶体管形成，其中所述辅助微控制器通过驱动器电路与所述放电电路连接。
这代表了一种非常安全的放电方式，因为储存在所述储能器中的电能仅通过放电电阻转换为热能，该放电电阻通过与其串联的放电晶体管与所述储能器并联，这大多可以毫无问题地进行而无需约束。
在替代的第二实施例中，所述放电电路由DC-DC转换器形成，该DC-DC转换器在输出侧与高压电池连接并且与进行操控的控制电路连接，所述控制电路与所述辅助微控制器连接。
由此使得可以以有利的方式不仅将存储在所述储能器中的电能转换成热能，而且将所述电能存储回高压电池中。
然而，由于在特定状况下可能是由于回收而无法进行足够快放电的条件占主导，因此所述放电电路也可以有利地由放电电阻和与其串联的放电晶体管形成，所述放电电阻和所述放电晶体管与所述DC-DC转换器并联。
由此于是在任何情况下都可以进行安全放电，但不会回收能量。
为了给所述辅助微控制器供电的缓冲电容器充电，所述缓冲电容器可以有利地与第二电压供应电路连接，所述第二电压供应电路为了运行与车载电压网中的永久正电压端子（所谓的端子30）连接。
所述缓冲电容器由此从机动车辆的车载电压网充电，其中在电缆在事故之后仍然无损的情况下辅助微控制器也能够直接由所述车载电压网供电。
在所述电路装置的一种扩展中，所述高压的高电位与监视电路连接，所述监视电路与所述辅助微控制器连接并且通过电流去耦线路与所述主微控制器连接。
由此可以由所述辅助微控制器和所述主微控制器二者来监视放电电流。
在所述电路装置的有利构造中，所述主微控制器与所述辅助微控制器之间的操控线路也是电流去耦的。在这种情况下，在一种构造中使用光耦合器。
由此，可以在其中所述主微控制器必须履行另外的任务的低压范围与所述辅助微控制器所连接的高压范围之间实现良好的去耦。
在有利的扩展中，所述放电电路可以由另外的DC-DC转换器形成，所述DC-DC转换器在输出侧与低压电池（端子30）连接并且与另外的进行操控的控制电路连接，所述控制电路与所述辅助微控制器连接。
因此，储存在所述储能器中的能量不仅可以回收到高压电池中，而且可以回收到低压电池中。
在所述电路装置的有利构造中，所述放电晶体管是IGBT（绝缘栅双极晶体管），其与进行操控的驱动器电路连接，所述驱动器电路与所述第二电压供应电路连接。
附图说明
下面借助于附图基于实施例更详细地解释本发明。在此
图1示出了电路装置的第一实施例，所述电路装置具有带有放电电阻和与其串联的放电晶体管的放电电路，以及
图2示出了电路装置的第二实施例，所述电路装置具有DC-DC转换器，该DC-DC转换器在输出侧与高压电池连接。
具体实施方式
图1以示意方式示出了储能器ES，所述储能器连接在分别具有高电位HV_DC+和低电位HV_DC-的两条高压线路之间。在此，储能器ES可以由一个或多个电容器形成，这些电容器或者用作电流峰值和电压峰值的平滑电容器，或者在需要情况下实现更高的负载电流以支持高压电池，所述电容器通过保护开关（未示出）与所述高压电池连接。
为了对储能器ES放电，在图1所示的实施例中由放电电阻RD和放电晶体管TD组成的串联电路与储能器ES并联，所述放电晶体管TD在所示实施例中被构造为具有衬底二极管的IGBT（绝缘栅双极晶体管）。放电晶体管TD由驱动器电路TS操控，该驱动器电路TS一方面由例如12伏电源供电，另一方面连接到低电位HV_DC-。驱动器电路TS自身由辅助微控制器MC1操控以实现储能器ES的放电，该辅助微控制器MC1自身由主微控制器MC2操控。
在所示的实施例中，辅助微控制器MC1由具有5伏低电压值的电压源供电，并且其参考电位连接端也处于高压线路的低电位HV_DC-，因为辅助微控制器MC1与高压部分电流连接。辅助微控制器MC1由主微控制器MC2的操控经由光耦合器进行并且因此被电流去耦，以将主微控制器MC2与所述电路装置的高压部分隔离。放电晶体管TD与放电电阻RD的连接点处的电压电平通过监视电路直接输送到辅助微控制器MC1，而且还通过电流去耦的光耦合器输送到主微控制器MC2，以便能够监视放电晶体管TD的开和关。
根据本发明，辅助微控制器MC1的5伏供应电压由第一电压供应电路SV1提供，该第一电压供应电路SV1自身由第二电压供应电路SV2供应12伏电压，该第二电压供应电路SV2根据本发明通过缓冲电容器C_puffer辅助，以便能够为辅助微控制器MC1提供所需的5秒供应电压。
第二电压供应电路SV2自身由12伏车辆电池供电，并连接到该车辆电池的正极，即所谓的永久正极KL30，称为端子30。就参考电位而言，第二电压供应电路SV2位于车辆电池的负极KL31，该负极称为端子31。第一电压供应电路SV1以及缓冲电容器C_puffer的参考电位是高压线路的低电位HV_DC-，这要求第二电压供应电路SV2应当在内部加以电流隔离。
因此，由于图1中电路布置的根据本发明的构造，即使在电池电缆断裂并且因此在端子30（KL30）上不再有任何电压的情况下，也可以通过第一电压供应电路SV1向辅助微控制器MC1至少继续供电预给定的时间，因为缓冲电容器C_puffer的尺寸大到足以提供为此所需的能量。
在图2中示出了根据本发明的电路装置的另一实施例，其中相同的电路部件配备有相同的附图标记。
与图1的实施例不同，在此布置在高压线路电位HV_DC+和HV_DC-之间的储能器ES在需要的情况下由辅助微控制器MC1和主微控制器MC2通过DC/DC转换器DC-DC1放电，然而，存储在储能器ES中的能量有利地被存储回高压电池HVBatt中。
DC/DC转换器DC-DC1在此由控制电路Con1以已知方式控制，其中控制电路Con1由辅助微控制器MC1通过操控信号EN_1操控。
在这种替代电路布置的扩展中，在图2中同样表明可以提供另外的DC/DC转换器DC-DC2，储能器ES可以通过该DC/DC转换器DC-DC2放电到低压电池NVBatt（所述低压电池是常见的12伏车辆电池）中。
另外的DC/DC转换器DC-DC2在此由另外的控制电路Con2控制，该另外的控制电路Con2自身由辅助微控制器MC1经由另外的操控信号EN_2操控。
高压电池HVbatt和低压电池NVbatt都可以由控制电路Con1或另外的控制电路Con2经由对应的连接HV_BCN_Sense或LV_BCN_Sense连接，以使控制电路Con1、Con2可访问电池的充电状态，以能够据此控制放电到相应的电池中。
图2中未示出通过添加根据图1的放电电路对这种电路装置的扩展，所述放电电路即放电电阻和放电晶体管的串联电路，以在任何情况下，如果电池不能用作回收装置则可以使储能器ES放电。

Claims (10)

1.一种用于对机动车辆中充电至高压的至少一个储能器（ES）放电的电路装置，包括：
与所述储能器（ES）并联的放电电路（RD，TD；DC-DC1，DC-DC2）；
用于操控所述放电电路（RD，TD；DC-DC1，DC-DC2）的辅助微控制器（MC1），所述辅助微控制器能够用3-5伏的低电压运行；
第一电压供应电路（SV1），用于为所述辅助微控制器（MC1）供应3-5伏的低电压，所述第一电压供应电路由缓冲电容器（C_Puffer）馈送10-15伏的电压；以及
主微控制器（MC2），所述主微控制器（MC2）被构造为操控用于操控所述放电电路（RD，TD；DC-DC1，DC-DC2）的辅助微控制器（MC1）。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述放电电路由放电电阻（RD）和与所述放电电阻串联的放电晶体管（TD）形成，其中所述辅助微控制器（MC1）通过驱动器电路（TS）与所述放电电路（RD，TD）连接。
3.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述放电电路由DC-DC转换器（DC-DC1）形成，所述DC-DC转换器在输出侧与高压电池（HVBatt）连接并且与进行操控的控制电路（Con1）连接，所述控制电路与所述辅助微控制器（MC1）连接。
4.根据权利要求3所述的电路装置，其中所述放电电路（DC-DC1；DC-DC2）还由放电电阻和与所述放电电阻串联的放电晶体管形成，所述放电电阻和所述放电晶体管与所述DC-DC转换器（DC-DC1，DC-DC2）并联。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置，其中所述缓冲电容器（C_Puffer）为了充电与第二电压供应电路（SV2）连接，所述第二电压供应电路（SV2）为了运行与所述机动车辆的车载电压网中的永久正电压端子（KL30）连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置，其中所述高压的高电位（HV_DC+）与监视电路连接，所述监视电路与所述辅助微控制器（MC1）连接并通过电流去耦线路与所述主微控制器（MC2）连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置，其中所述主微控制器（MC2）与所述辅助微控制器（MC1）之间的操控线路是电流去耦的。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的电路装置，其中所述放电电路由另外的DC-DC转换器（DC-DC2）形成，所述另外的DC-DC转换器在输出侧与低压电池（NVBatt）连接并且与另外的进行操控的控制电路（Con2）连接，所述另外的进行操控的控制电路（Con2）与所述辅助微控制器（MC1）连接。
9.根据权利要求1、2和4至8中任一项所述的电路装置，其中所述放电晶体管（TD）是与进行操控的驱动器电路（TS）连接的IGBT，所述驱动器电路（TS）与所述第二电压供应电路（SV2）连接。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的电路装置，其中所述电流去耦线路由光耦合器形成。
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