CN114365366A - 电池接线盒和用于车辆的电池组 - Google Patents

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Abstract

电池接线盒(100)，其包括：经由开关电路(103)连接到第一输出(102)的第一输入(101)，所述开关电路被配置成在从控制器(104)接收到控制信号时将所述第一输入连接到所述第一输出；所述电池接线盒还包括经由串联布置的熔断器(F1)和主开关(SW0)连接到第二输出(108)的第二输入(109)。所述开关电路(103)还包括至少第一支路(105)，所述第一支路在所述第一输入与所述第一输出之间具有半导体开关(S1‑S3)，所述半导体开关具有连接到所述控制器的控制线(106)；所述开关电路还包括：具有缓冲电路的第二支路(107)，所述第二支路在所述第一输入与所述第一输出之间与所述第一支路并联；以及飞轮二极管(D1)，所述飞轮二极管具有连接到所述第一输出的第一端子以及连接到所述第二输出的第二端子。

Description

电池接线盒和用于车辆的电池组
技术领域
本发明涉及一种电池接线盒，其包括经由开关电路连接到第一输出的第一输入，所述开关电路被配置成在从控制器接收到控制信号时将所述第一输入连接到所述第一输出，所述电池接线盒还包括经由串联布置的熔断器和主开关连接到第二输出的第二输入。
本发明还涉及一种包括这种电池接线盒的电池组以及配备有这种电池组的电动车辆。电动车辆通常包括用于推进车辆的电动机。
背景技术
电池接线盒用于控制电池组与电动车辆的DC链路之间的连接。这意味着电池接线盒必须能够切换高电压和高电流。在常规电池接线盒中，至少两个机械开关与熔断器和飞轮二极管一起使用。
DC链路通常表现出来自车辆的线束的电容和电感两者。在通过电池接线盒接通和关断电池组期间，这些电抗性分量经常会引起问题。电感分量可在关断期间引起机械开关中的电弧放电。电容分量可在接通期间引起大量电流浪涌。减轻电感分量影响的常见解决方案是提供飞轮二极管。
在接通期间，大浪涌电流的问题通常通过线束中的电容的受控预充电来缓解。这由预充电支路处理，所述预充电支路采用与电阻器串联的开关，所述电阻器在接通期间限制浪涌电流。此预充电支路与主开关并联布置。通过首先激活预充电支路并通过电阻器为电容充电，然后激活主开关来执行接通。
常规电池接线盒还可以采用呈分流电阻器形式的电流传感器，在高压侧或在低压侧上具有电压计。为了提高电动车辆的安全性，人们关注用电子开关，用例如MOSFET器件替换机械开关。然而，高电压和高电流的切换与常规的基于硅的MOSFET器件的许多问题相关联。但是，宽带隙器件(例如基于氮化镓或碳化硅的MOSFET器件)的可用性提供了新的解决方案。
然而，飞轮二极管通常不能为过电压和电弧放电提供足够的保护，因此，目前正在研究其它解决方案。
因此，本发明的目标是提供一种电池接线盒，该接线盒使得能够用电子开关切换高电压和高电流。
本发明的另一个目标是提供具有减少数量的部件的电池接线盒，同时允许通过电池接线盒对电池组充电。
发明内容
本发明的目标通过一开始限定的电池接线盒来实现，所述电池接线盒的特征在于，所述开关电路包括至少第一支路，所述第一支路在所述第一输入与所述第一输出之间具有半导体开关，所述半导体开关具有连接到所述控制器的控制线；并且所述开关电路还包括：具有缓冲电路的第二支路，所述第二支路在所述第一输入与所述第一输出之间与所述第一支路并联；以及飞轮二极管，所述飞轮二极管具有连接到所述第一输出的第一端子以及连接到所述第二输出的第二端子。
这为上述问题提供了有利的解决方案，并且还提供了在高电压和高电流切换期间具有增加的安全性和保护的电池接线盒。
根据一个实施例，第二支路的缓冲电路包括与二极管串联的电容器，并且电阻器与二极管并联布置。此缓冲电路为开关电路提供增强的保护。
根据一个实施例，半导体开关是晶体管。
根据一个实施例，晶体管由宽带隙材料制成。这允许高电场和高温切换。
根据一个实施例，宽带隙材料是SiC(碳化硅)或GaN(氮化镓)。
根据一个实施例，晶体管是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。这允许由于MOSFET的体二极管在反向方向上前向偏置而在晶体管的反向方向上充电。
本发明的目标还通过电池组来实现，所述电池组具有至少一个电池模块并且其特征在于其包括根据本发明所述的电池接线盒，其中所述电池接线盒的第一输入和第二输入连接到所述至少一个电池模块，并且其中所述电池接线盒的第一输出和第二输出被配置成连接到所述负载。
本发明的其它特征和优点将在以下实施例的详细描述中呈现。
附图说明
图1是根据实施例的电池接线盒的示意性电路图，
图2是根据实施例的电池组的示意性框图，以及
图3是根据实施例的具有电池组的车辆的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据实施例的大致标示为100的电池接线盒的示意电路图。电池接线盒包括经由开关电路103连接到第一输出102的第一输入101。开关电路被配置成在从控制器104接收到控制信号时将第一输入连接到第一输出。电池接线盒还包括经由串联布置的熔断器(F1)和主开关(SW0)连接到第二输出108的第二输入109。控制信号可以是指示开关电路103的期望状态的电脉冲或电压电平，例如，对于“关断(OFF)”状态为0V，对于“接通(ON)”状态为5V。
开关电路103包括至少第一支路105，第一支路具有在第一输入与第一输出之间的半导体开关S1-S3，所述半导体开关具有连接到控制器的控制线106。
开关电路还包括具有缓冲电路的第二支路107，所述第二支路在第一输入与第一输出之间与第一支路并联。还提供了飞轮二极管D1，其具有连接到第一输出的第一端子和连接到第二输出的第二端子。
第二支路107的缓冲电路包括与二极管D2串联的电容器C1，且电阻器RO与二极管D2并联布置。包括这些元件的缓冲电路的其它配置当然是可能的。
缓冲电路和飞轮二极管提供针对由于切换电感负载而导致的过电压的安全措施，切换电感负载在没有这些安全措施的情况下可能导致开关上的严重过电压。这些严重过电压可容易破坏半导体开关。
图1的半导体开关优选地是MOSFET类型的晶体管(金属氧化物半导体场效应晶体管)。由于这些晶体管在接通状态下提供低开关损耗和低电阻，因此它们是优选的。此外，如果增大最大电场和增大操作温度是所关注的，则由宽带隙材料例如SiC(碳化硅)或GaN(氮化镓)制成的MOSFET器件可以是优选的。
根据本发明的电池接线盒的另一个有益特征是，如果将MOSFET用于开关(S1-S3)，则由于MOSFET中的体二极管，有可能在反向方向上充电。然而，为了中断充电，可以使用主开关SWO，因为控制器104不在反向方向上控制MOSFET。这意味着开关S1-S3可用于因电池接线盒的输出侧上的短路而断开，并且可以通过主开关SWO执行充电中断。
还可采用其它类型的晶体管，例如IGBT器件，晶体管类型的选择在很大程度上取决于DC链路的电压以及供应的电流。通过如图1中所示并联地布置半导体开关，可以调节电流驱动性能。此外，可以向每个半导体开关提供专用驱动电路以及缓冲电路。
另外，在图1中，控制器104由所有开关S1-S3共享。然而，在其它实施例中，每个开关S1到S3可以设置有专用控制器104。
现在参考图2，示意性地示出电池组，大体上标示为200。提供电池组以用于经由所称的DC链路205为负载(ZL)供电。电池组包括至少一个电池模块(201-204)，电池组包括根据本发明的电池接线盒100，其中电池接线盒的第一输入和第二输入连接到至少一个电池模块，并且其中电池接线盒的第一输出和第二输出被配置成连接到负载(ZL)。负载可包括逆变器和连接到DC链路的电动机。
图3示意性地示出大体上标示为300的车辆，车辆包括根据本发明的电池组，所述电池组具有连接到逆变器301的电池接线盒100，以用于向车辆的电动机供电，所述电动机和逆变器构成负载。电动机可设置用于车辆的推进，且逆变器301连接到电池组的电池接线盒的第一输出和第二输出。此外，所述车辆可包括连接到车辆的DC链路的根据本发明的多个电池组，且给每个电池组提供根据本发明的电池接线盒。这允许远程控制每个电池组到DC链路的连接，这在例如一个电池模块发生故障时可能是有用的。
本发明的电池接线盒和电池组例如通过使用半导体开关提供许多有利的特征，电池管理系统(BMS)可以被配置成在检测到异常时断开电池。此解决方案为车辆的电池组提供附加安全性，例如，在碰撞检测时借助于电池接线盒断开电池模块到DC链路的连接。

Claims (8)

1.一种电池接线盒(100)，其包括：
第一输入(101)，所述第一输入经由开关电路(103)连接到第一输出(102)，所述开关电路被配置成在从控制器(104)接收到控制信号时将所述第一输入连接到所述第一输出；
第二输入(109)，所述第二输入经由串联布置的熔断器(F1)和主开关(SWO)连接到第二输出(108)；并且
其中所述电池接线盒的特征在于：
所述开关电路(103)包括至少第一支路(105)，所述第一支路在所述第一输入与所述第一输出之间具有半导体开关(S1-S3)，所述半导体开关具有连接到所述控制器的控制线(106)；并且
所述开关电路还包括具有缓冲电路的第二支路(107)，所述第二支路在所述第一输入与所述第一输出之间与所述第一支路并联；以及飞轮二极管(D1)，所述飞轮二极管具有连接到所述第一输出的第一端子以及连接到所述第二输出的第二端子。
2.根据权利要求1所述的电池接线盒(100)，其特征在于，所述第二支路(107)的缓冲电路包括与二极管(D2)串联的电容器(C1)，并且其特征在于电阻器(R0)与所述二极管(D2)并联布置。
3.根据权利要求1或2所述的电池接线盒，其特征在于，所述半导体开关是晶体管。
4.根据权利要求3所述的电池接线盒，其特征在于，所述晶体管由宽带隙材料制成。
5.根据权利要求4所述的电池接线盒，其特征在于，所述宽带隙材料是SiC(碳化硅)或GaN(氮化镓)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的电池接线盒，其特征在于，所述晶体管是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。
7.一种用于为负载(ZL)供电的电池组(200)，其中所述电池组包括至少一个电池模块(201-204)，所述电池组的特征在于其包括根据前述权利要求中任一项所述的电池接线盒(100)，其中所述电池接线盒的第一输入和第二输入连接到所述至少一个电池模块，并且其中所述电池接线盒的第一输出和第二输出被配置成连接到所述负载(ZL)。
8.一种车辆，其包括电动机和根据权利要求7所述的电池组，其中所述负载包括用于推进所述车辆的电动机，并且所述电动机经由逆变器(301)连接到所述电池组的电池接线盒的第一输出和第二输出。
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