CN117879082A - 用于车辆的高压电网的电路 - Google Patents

Abstract

一种车辆的高压电网的电路，高压电网具有至少一个电蓄能器，电路具有构造用于与用电器电连接的至少一个第一连接点和第二连接点；至少一个第一开关单元，其布置在构造用于与电蓄能器的第一极电接触的第一极连接器与第一连接点之间；至少一个第二开关单元，其布置在构造用于与电蓄能器的第二极电接触的第二极连接器与第二连接点之间；用于与充电单元连接的充电接口；布置在充电接口与第一极连接器间的至少一个第六开关单元；以及布置在充电接口与第二极连接器间的至少一个第七开关单元；开关单元能在电连接与电断开状态之间转换；第一开关单元和/或第六开关单元在电断开状态中电流隔离地设计；第二开关单元和/或第七开关单元实施为半导体元器件。

Description

用于车辆的高压电网的电路

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的高压电网的电路。在这里，所述高压电网能够包括电蓄能器和功率电子器件、例如牵引电机和逆变器。所述电路能够实现对电蓄能器与高压电网的其余部分之间的电连接进行断开和接通。

背景技术

当前的用于电动车的高压电网包括一个或多个蓄能器、至少一个牵引电机、充电接口、一个或多个辅助用电器、例如冷却剂压缩机或连续式加热器和一个或多个逆变器。如果所述电动车具有一个蓄能器，那么该蓄能器通过两个开关单元与高压电网的其余部分相连接。如果所述电动车包括多个蓄能器，则需要电蓄能器与高压电网的复杂的连接。迄今为止，这种在电蓄能器与高压电网的其余部分之间的电连接通过高压继电器来实现。这些高压继电器允许电蓄能器与高压电网的其余部分的电流隔离并且因此由于安全原因而被使用。

EP 2505419 A2公开了一种电池隔离单元，其用于使电池组选择性地与负载耦合。该单元包括基础区段，该基础区段包括第一接触器和第二接触器、预充电继电器和充电继电器。此外，所述单元包括电路板，该电路板带有布置在其上的第一、第二、第三和第四汇流排。第一汇流排和第二汇流排分别与第一接触器的第一接头和第二接头相耦合。所述第一汇流排还与电池组相耦合，并且所述第二汇流排还与负载相耦合。第三汇流排和第四汇流排分别与第二接触器的第三接头和第四接头相耦合。所述第三汇流排还与电池组相耦合，并且所述第四汇流排还与负载相耦合。

JP 2012034535 A公开了一种蓄能装置，该蓄能装置包括：电池模块，所述电池模块通过将多个单体电池组并联连接或者串联及并联连接进行制造，在所述单体电池组中，开关和一个或多个单个电池串联连接；以及电池控制装置，所述电池控制装置对所述电池模块进行控制并且对电池模块中的单个电池的连接路径以及单体电池组的连接路径的异常进行检测。所述电池控制装置包括：开关控制区段，该开关控制区段切换开关，以便选择单体电池组；以及第一电压检测电路，该第一电压检测电路对通过所述开关控制区段所选择的单体电池组的电压进行检测。该控制装置还包括诊断装置，该诊断装置通过第一电压检测区段对由开关控制区段所选择的单体电池组的电压进行检测来诊断电池模块的异常和电池模块的连接异常。

WO 2017/196254 A1公开了一种电池隔离电路，其包括：第一半导体开关，该第一半导体开关被配置以便在电池与电子系统之间供使用；继电器，该继电器被配置用于将所述电池与电子系统隔离；预充电电路，该预充电电路具有第二半导体开关；以及过电压保护电路，该过电压保护电路包括所述第二半导体开关。

发明内容

根据本发明的、用于车辆的高压电网的电路包括至少两个连接点和多个开关单元，其中所述高压电网具有至少一个电蓄能器、特别是两个电蓄能器。第一连接点和第二连接点构造用于与用电器、特别是车辆驱动装置形成电连接。

第一开关单元布置在第一极连接器与第一连接点之间。所述第一极连接器构造用于与电蓄能器的第一极进行电接触。第二开关单元布置在第二极连接器与所述第二连接点之间。所述第二极连接器构造用于与电蓄能器的第二极进行电接触。

此外，所述电路包括充电接口，该充电接口用于与充电单元相连接，以用于给第一电蓄能器和第二电蓄能器充电。另外，所述电路包括第六开关单元和第七开关单元。所述第六开关单元布置在充电接口与第一极连接器之间。所述第七开关单元布置在充电接口与第二极连接器之间。因此所述第一开关单元、第六开关单元和第一极连接器共同地连接在第一接触点处。同样地，因此所述第二开关单元、第七开关单元和第二极连接器共同地连接在第二接触点处。

所述开关单元能够在电接触的状态与电断开的状态之间转换。由此，各个部件、即用电器和充电单元能够与蓄能器连接或与其断开。此外，所述第一开关单元和/或第六开关单元如此设计，使得它们在电断开的状态中也是电流隔离的。所述第二开关单元和/或第七开关单元优选地实施为半导体元器件。

因此，蓄能器相应地通过实施为半导体元器件的开关单元以及通过在电断开的状态中电流隔离地设计的开关单元能够与用电器并且与充电单元相连接。通过所述电流隔离，高压继电器的优点能够在该电路中得以体现。半导体元器件具有在其转换特性方面明显较高的动态性，具有较高的使用寿命，能够比高压继电器更小地制造并且能够更容易并且更加成本有利地适配于较高的电压。

通过将第二开关单元和第七开关单元实施为半导体元器件，能够比用高压继电器明显更快地切换电连接。由此，尤其能够比用高压继电器更快地中断短路电流。

通过到目前为止所描述的第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元的布置方案，所述第一开关单元和第六开关单元能够在车辆的静止状态中断开，在所述静止状态中没有电流流入或流出蓄能器。通过所述电流隔离，所述蓄能器的电压差主要地或完全地在第一开关单元和/或第六开关单元处下降，并且不再施加在半导体元器件上。由此，减小了半导体元器件在车辆的静止状态下的负荷并且由此延长了半导体元器件的使用寿命。

外部的充电单元能够与充电接口相连接，其中通过第六开关单元和第七开关单元能够建立与第一接触点(并且由此与第一极连接器)的电连接以及与第二接触点(并且由此与第二极连接器)的电连接。如果所述第六开关单元和第七开关单元处于电连接的状态中，则在充电设备与第一电蓄能器并且与第二电蓄能器之间存在电连接。

从属权利要求说明了本发明的优选的改型方案。

所述电路优选具有第三连接点。辅助机组能够电气地布置在第一连接点与第三连接点之间。第八开关单元布置在第二极连接器与第三连接点之间并且因此能够实现与蓄能器断开。在此设置的是，第八开关单元能够在电连接的状态与电断开的状态之间转换并且实施为半导体元器件。因此，所述辅助机组能够通过第一开关单元以电流隔离的方式与蓄能器断开，并且能够通过第八开关单元借助于半导体元器件与蓄能器断开。

优选地，所述第二开关单元和/或第七开关单元和/或第八开关单元分别具有保险晶体管。所述保险晶体管尤其是MOSFET。相应的保险晶体管分别设计用于切断从第二极连接器朝向保险晶体管的方向的电流。换言之，能够阻止电流从蓄能器中流出。所述保险晶体管尤其是电子保险装置，其中，是相应配属的元件(即用电器、辅助机组或充电单元)的保护装置。

此外，所述第二开关单元和/或第七开关单元和/或第八开关单元包括共用晶体管。因此，为所提及的开关单元尤其设置了一个唯一的共用晶体管。所述共用晶体管尤其是MOSFET。在此设置的是，所述共用晶体管设计用于切断从该共用晶体管朝向第二极连接器的方向的电流。换言之，能够阻止电流进入到蓄能器中，例如充电电流或再生电流。所述共用晶体管与相应的保险晶体管一起形成双向截止的开关单元，以便能够阻断朝两个方向的电流。

特别有利的是，所述共用晶体管和保险晶体管通过它们相应的输入端或通过它们相应的输出端进行电连接。尤其在这些晶体管是MOSFET的优选的情况下，尤其实现了共源极或共漏极的布置方案。由此使相应的元件(即用电器或辅助机组或充电单元)能够快速且可靠地与蓄能器断开。

优选地，所述电路适用于具有两个电蓄能器的高压电网。在此，第一极连接器构造用于与第一电蓄能器的第一极进行电接触。第二极连接器优选构造用于与第二电蓄能器的第二极进行电接触。此外设置的是，第三开关单元布置在所述第一极连接器与第三极连接器之间。所述第三极连接器构造用于与第二电蓄能器的第一极进行电接触。第四开关单元布置在所述第二极连接器与第四极连接器之间。所述第四极连接器构造用于与第一电蓄能器的第二极进行电接触。此外，以特别有利的方式设置了第五开关单元，其布置在第三极连接器与第四极连接器之间。所述第三开关单元和第四开关单元以及第五开关单元能够在电连接的状态与电断开的状态之间转换。由此，第一蓄能器和第二蓄能器能够彼此并联连接和串联连接。通过接通所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元，第一蓄能器和第二蓄能器的同名极分别与连接点电连接，并且所述第一蓄能器和第二蓄能器彼此并联连接。通过断开所述第四开关单元，第一电蓄能器的电流回路被中断并且由此所述第一电蓄能器与第二电蓄能器的并联连接也被中断。通过断开所述第三开关单元，第二电蓄能器的电流回路被中断并且由此所述第二电蓄能器与第一电蓄能器的并联连接也被中断。通过所述第一开关单元和第二开关单元能够将两个电蓄能器与连接点断开。通过开关单元的这种布置方案能够要么将第一电蓄能器、要么将第二电蓄能器与高压电网电连接。

同样地，两个电蓄能器能够彼此并联地与高压电网电连接。此外，能够以不同的方式给蓄能器充电。如果第三开关单元和第四开关单元处于电连接的状态中并且尤其第五开关单元处于电断开的状态中，则第一电蓄能器和第二电蓄能器并联地与充电单元连接。如果取而代之地第三开关单元和第四开关单元处于电断开的状态中并且第五开关单元处于电连接的状态中，则第一电蓄能器和第二电蓄能器串联地与充电单元连接。这特别有利于使第一电蓄能器和第二电蓄能器的总电压与不同充电单元的充电电压相适配。因此，通过将第一电蓄能器和第二电蓄能器与充电单元并联连接能够将充电单元用于给两个电蓄能器充电，其充电电压不低于两个电蓄能器之一的电压。通过将第一电蓄能器和第二电蓄能器串联连接，具有较高的充电电压的充电单元能够用于给第一电蓄能器和第二电蓄能器充电。如果不存在如前所述的第五开关单元，则蓄能器能够彼此并联地或单独地与充电接口并且由此与充电单元相连接。

此外，本发明涉及一种车辆的高压电网，该高压电网具有第一电池和第二电池作为第一电蓄能器和第二电蓄能器。所述第一电池和第二电池分别具有两个不同名的极。在这里，第一电池的第一极与第一极连接器电连接，并且第一电池的第二极与第四极连接器电连接。第二电池的第一极与第三极连接器电连接，并且第二电池的第二极与第二极连接器电连接。

此外，本发明涉及一种具有高压电网、电路和至少一个用电器的车辆。所述用电器尤其是电的车辆驱动装置，其具有两个不同名的极。在这里，所述电的车辆驱动装置的第一极与第一连接点电连接，并且所述电的车辆驱动装置的第二极与第二连接点电连接。

所述车辆优选具有至少一个辅助机组，所述辅助机组具有第一电接头和第二电接头。所述第一电接头与第一连接点电连接。所述第二电接头与第三连接点电连接。在这种布置中，通过第一开关单元，辅助机组能够与用电器(尤其是车辆驱动装置)一起从电蓄能器断开。特别有利地，第八开关单元具有用于保护辅助机组的电子保险装置，使得所述辅助机组能够独立于用电器从蓄能器断开。

附图说明

下面参照附图对本发明的实施例进行详细描述。在附图中：

图1示出了车辆的示意图，其具有按照本发明的实施例的高压电网和电路；

图2示出了根据所述实施例的电路的示意图，其中具有高压电网和充电单元。

具体实施方式

图1示意性示出了车辆1，该车辆包括按照本发明的一种实施例的高压电网2和电路3。在这种情况下，高压电网2和电路3彼此电连接。

图2示意性示出了按照本发明的实施例的高压电网2和电路3，该电路与高压电网2电连接。所述高压电网2包括第一电池17和第二电池18，其中第一电池作为第一电蓄能器、具有第一极17a和第二极17b；第二电池作为第二电蓄能器、具有第一极18a和第二极18b。所述第一电池17和第二电池18的极17a、17b、18a、18b是不同名的。

第一连接点4构造用于与用电器19的第一极19a进行电接触，所述用电器尤其是车辆驱动装置。第二连接点5构造用于与用电器19的第二极19b进行电接触。

第一开关单元6与第一极连接器(Polverbinder)13并且与第一连接点4电连接。所述第一极连接器13与第一电池17的第一极17a电连接。第二开关单元7、24与第二极连接器15并且与第二连接点5电连接。所述第二极连接器15与第二电池18的第二极18b电连接。所述第一开关单元6和第二开关单元7、24能够在电断开的状态与电连接的状态之间转换。特别地，所述第一开关单元6在电断开的状态中以电流隔离的方式进行设计，其中所述第二开关单元7具有半导体元器件。由此，能够实现第一电池17及第二电池18与连接到第一连接点4和第二连接点5上的用电器19之间可靠且快速地断开。

第三开关单元8与第三极连接器14并且与第一极连接器13电连接。第三极连接器14构造用于与第二电池18的第一极18a进行电接触。第四开关单元9与第四极连接器16并且与第二极连接器15电连接。第四极连接器16构造用于与第一电池17的第二极17a进行电接触。第五开关单元10与第三极连接器14并且与第四极连接器16电连接。第三开关单元8、第四开关单元9和第五开关单元10能够在电连接的状态与电断开的状态之间转换并且能够选择性地设计为电流隔离的开关或者设计为半导体开关。

因此，第一开关单元6、第一极连接器13和第三开关单元8共同地连接在第一接触点4a处。同样地，第二开关单元7、24、第二极连接器15和第四开关单元9共同地连接在第二接触点5b处。因此，第一开关单元6设置在第一接触点4a与第一连接点4之间。第二开关单元7、24尤其设置在第二接触点5a与第二连接点5之间。

如在图2中所示，高压电网2具有用电器19，该用电器带有两个不同名的极19a、19b。在此，用电器19的第一极19a与第一连接点4电连接，并且用电器19的第二极5与第二连接点5电连接。如果所述第一开关单元6和第二开关单元7、24处于电连接的状态中，则所述用电器19与第一电池17及第二电池18电连接并且由此能够被供电。特别地，所述第一电池17和第二电池18能够在给第一用电器19供电时彼此串联连接，以便在损耗较小的情况下将较高的功率输出给用电器19。

用于给第一电池17和第二电池18充电的充电设备21能够通过充电接口20来连接。所述充电接口20能够通过第六开关单元11与第一接触点4a(由此与第一极连接器13)电连接并且通过第七开关单元12、24与第二接触点5a(由此与第二极连接器15)电连接。所述第六开关单元11和第七开关单元12能够在电断开的状态与电连接的状态之间转换。特别地，所述第六开关单元11以电流隔离的方式构造并且所述第七开关单元12、24构造成半导体开关。

如果第六开关单元11和第七开关单元12、24处于电连接的状态中，则在充电设备21与第一电池17及第二电池18之间存在电连接。所述第一电池17和第二电池18不仅能够以串联连接的方式而且能够以并联连接的方式通过充电设备21来充电。第一电池17与第二电池18的连接能够与充电设备21所提供的充电电压相匹配。因此，所述第一电池17和第二电池18的总电压在串联连接的情况下比在并联连接的情况下高。

所述车辆1优选还具有至少一个辅助机组22，所述辅助机组具有第一电接头22a和第二电接头22b。所述第一电接头22a与第一连接点4电连接。所述第二电接头22b与第三连接点5b电连接。在所述第三连接点5b与所述第二接触点5a之间设置了第八开关单元23、24。因此，辅助机组22能够以并行于用电器19(即尤其是驱动装置)的方式通过第一开关单元6与第一电池17的第一极17a连接或者与其断开。所述辅助机组22能够以独立于用电器的方式通过第八开关单元23、24与第二电池18的第二极18b断开或者与其连接。所述第八开关单元23能够在电连接的状态与电断开的状态之间转换并且实施为半导体元器件。

第二开关单元7、24、第七开关单元12、24和第八开关单元23、24优选具有共同的共用晶体管24并且分别具有自己的保险晶体管7、12、23。所述共用晶体管24和保险晶体管7、12、23优选是MOSFET并且特别有利地以共源极或共漏极的布置进行连接。

所述共用晶体管24设计用于阻断从该共用晶体管朝向第二极连接器15的方向并且由此进入到第二电池18中的电流。因此，尤其能够阻止充电电流或再生电流。所述保险晶体管7、12、23分别设计用于阻断从第二极连接器15并且由此从第二电池18中流出的电流。由此，所述保险晶体管7、12、23尤其作为用于相应配属的元件(即用电器19、充电单元21和辅助机组22)的电子保险装置来起作用。通过如上所述的这些晶体管的共同连接，所述第二开关单元7、24、第七开关单元12、24和第八开关单元23、24能够可靠地且快速地切断朝向两个方向的电流。此外，通过第一开关单元6和第六开关单元11能够实现电流隔离。

相对于高压继电器，晶体管能够明显更小地实施并且因此在电路中需要较小的空间。此外，晶体管不具有为从电连接的状态转换到电断开的状态而必须运动的机械部件并且因此显示出比高压继电器明显更高的转换动态。这在第一电池17和第二电池18上出现的短路或者过电压应当被避免的情况下是特别重要的，以便阻止对第一电池17和第二电池18或者所连接的元件(即用电器19、辅助机组22或者充电单元21)的损坏。

如果第一开关单元6和第二开关单元7处在电连接的状态，则通过使第三开关单元8和第四开关单元9处于电连接的状态并且使第五开关单元10处于电断开的状态来实现第一电池17与第二电池18的并联连接。通过将第三开关单元8和第四开关单元9转换到电断开的状态并且将第五开关单元10转换到电连接的状态，能够将第一电池17和第二电池18串联连接。

在如前所述的所有设计方案中，辅助机组22能够具有一个或多个设备。尤其也能够设置多个如前所述的辅助机组22。

Claims (9)

1.用于车辆(1)的高压电网(2)的电路(3)，其中所述高压电网(2)具有至少一个电蓄能器(17、18)，所述电路(3)具有：

-至少一个第一连接点(4)和第二连接点(5)，它们构造用于与用电器(19)进行电连接；

-至少一个第一开关单元(6)，其布置在第一极连接器(13)与所述第一连接点(4)之间，所述第一极连接器构造用于与所述电蓄能器(17、18)的第一极(17a)进行电接触；

-至少一个第二开关单元(7、24)，其布置在第二极连接器(15)与所述第二连接点(5)之间，所述第二极连接器构造用于与所述电蓄能器(17、18)的第二极(18b)进行电接触；

-用于与充电单元(21)进行连接的充电接口(20)；

-至少一个第六开关单元(11)，其布置在所述充电接口(20)与所述第一极连接器(13)之间；以及

-至少一个第七开关单元(12、24)，其布置在所述充电接口(20)与所述第二极连接器(15)之间；

-其中，这些开关单元能够在电连接的状态与电断开的状态之间转换；

-其中，所述第一开关单元(6)和/或所述第六开关单元(11)在电断开的状态中以电流隔离的方式设计；并且

-其中，所述第二开关单元(7、24)和/或所述第七开关单元(12、24)实施为半导体元器件。

2.根据权利要求1所述的电路(3)，其特征在于

-第三连接点(5b)，其中辅助机组(22)在电气方面能够布置在所述第一连接点(4)与所述第三连接点(5b)之间，以及

-第八开关单元(23、24)，其布置在所述第二极连接器(15)与所述第三连接点(5b)之间，

-其中，所述第八开关单元(23、24)能够在电连接的状态与电断开的状态之间转换并且实施为半导体元器件。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电路(3)，其特征在于，所述第二开关单元(7、24)和/或所述第七开关单元(12、24)和/或所述第八开关单元(23、24)分别具有保险晶体管(7、12、23)，所述保险晶体管尤其是MOSFET，其中所述保险晶体管(7、12、23)分别设计用于切断从所述第二极连接器(15)朝向所述保险晶体管(7、12、23)的方向的电流，并且其中所述保险晶体管(7、12、23)尤其是电子保险装置。

4.根据权利要求3所述的电路(3)，其特征在于，所述第二开关单元(7、24)和/或所述第七开关单元(12、24)和/或所述第八开关单元(23、24)具有共用晶体管(24)，该共用晶体管尤其是MOSFET，其中所述共用晶体管(24)设计用于切断从共用晶体管(24)朝向第二极连接器(15)的方向的电流。

5.根据权利要求4所述的电路(3)，其特征在于，所述共用晶体管(24)和所述保险晶体管(7、12、23)通过它们相应的输入端或通过它们相应的输出端进行电连接，从而尤其实现共源极或共漏极的布置结构。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其特征在于，

-所述第一极连接器(13)构造用于与第一电蓄能器(17)的第一极(17a)进行电接触，并且所述第二极连接器(15)构造用于与第二电蓄能器(18)的第二极(18b)进行电接触，

其中所述电路(3)具有：

-至少一个第三开关单元(8)，其布置在所述第一极连接器(13)与第三极连接器(14)之间，所述第三极连接器构造用于与所述第二电蓄能器(18)的第一极(18a)进行电接触；

-至少一个第四开关单元(9)，其布置在所述第二极连接器(15)与第四极连接器(16)之间，所述第四极连接器构造用于与所述第一电蓄能器(17)的第二极(17b)进行电接触；

-至少一个第五开关单元(10)，其布置在所述第三极连接器(14)与第四极连接器(16)之间；

-其中所述第三开关单元(8)和所述第四开关单元(9)和所述第五开关单元(10)能够在电连接的状态与电断开的状态之间转换。

7.车辆(1)的高压电网(2)，其包括：根据前述权利要求中任一项所述的电路(3)；作为第一电蓄能器(17)的第一电池(17)，该第一电池具有两个不同名的极(17a、17b)；以及作为第二电蓄能器(18)的第二电池(18)，该第二电池具有两个不同名的极(18a、18b)，其中，所述第一电池(17)的第一极(17a)与所述第一极连接器(13)电连接，并且所述第一电池(17)的第二极(17b)与所述第四极连接器(16)电连接，并且所述第二电池(18)的第一极(18a)与所述第三极连接器(14)电连接，并且所述第二电池(18)的第二极(18b)与所述第二极连接器(15)电连接。

8.车辆(1)，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的电路(3)和/或根据权利要求7所述的高压电网(2)以及至少一个用电器(19)、尤其是电的车辆驱动装置(19)，所述用电器具有两个不同名的极(19a、19b)，其中电的车辆驱动装置(19)的第一极(19a)与所述第一连接点(4)电连接，并且电的车辆驱动装置(1)的第二极(19b)与所述第二连接点(5)电连接。

9.根据权利要求8所述的车辆(1)，其具有至少一个辅助机组(22)，所述辅助机组具有第一电接头(22a)和第二电接头(22b)，其中所述第一电接头(22a)与所述第一连接点(4)电连接，并且所述第二电接头(22b)与所述第三连接点(5b)电连接。