CN117897872A - 用于运行开关装置的方法、开关装置、电能存储器和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行尤其针对电能存储器的开关装置的方法(100)，其中，从开关装置的正常状态(101)开始确定与安全相关的故障，在所述正常状态中该开关装置的所有部件无故障地工作，其中，检查存在哪种类型的故障以及该故障是否能够在限定时间段内通过备用功能来补偿，其中如果该故障无法通过备用功能来补偿，则所述开关装置转换到安全状态(103)中，其中如果该故障能够通过备用功能来补偿，则所述开关装置在限定时间段内继续运行并且在此执行备用功能。

Description

用于运行开关装置的方法、开关装置、电能存储器和设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行开关装置的方法、开关装置、电能存储器和设备。
背景技术
US 9,608,430 B2公开了一种在不中断的电力供应中的电池电路故障保护装置。
US10,211,657B2示出了一种用于电池断开单元的智能开关。
US10,305,309B2公开了一种具有充电状态确定装置的电能存储系统。
US 9,156,356 B2示出了一种智能的电池断开装置。
发明内容
对于用于运行尤其针对电能存储器的开关装置的方法而言，本发明的核心在于，从开关装置的正常状态开始——在该正常状态中所述开关装置的所有部件无故障地工作——确定与安全相关的故障，其中，检查存在哪种类型的故障以及是否能够在限定时间段内通过备用功能补偿该故障，其中如果该故障不能够通过备用功能来补偿，则所述开关装置转换到安全状态中，其中如果该故障能够通过备用功能来补偿，则所述开关装置在限定时间段内继续运行并且在此执行备用功能。
本发明的背景是，在不必减少安全性的情况下提高开关装置的可用性。根据相应的备用功能，开关装置在此能够满负载运行。
本发明其他有利的实施方式是从属权利要求的对象。
根据一种有利的设计方案，开关装置在限定时间段期间在安全运行状态中运行，其中特别地，在开关装置的安全运行状态下，对通过开关装置的电流和/或开关装置的开关频率进行限制。由此防止开关装置过载。
根据另一种设计方案，与安全相关的故障是开关装置的传感器失灵或控制单元的失灵。因此能够补偿不同类的与安全相关的故障。
在此有利的是，在开关装置的控制单元失灵的情况下，开关装置的存储单元操控保持电路，该保持电路使开关装置的开关单元在限定时间段内保持闭合。由此能够在限定时间段内补偿控制单元的失灵，而不必对通过开关装置的电流进行限制。
此外有利的是，控制单元的信号具有比存储单元的信号更高的优先级。因此，当控制单元在限定时间段期间再次准备好运行时，控制单元设立用于覆盖写入存储单元的信号并且操控开关单元。
有利地，在此读取至少一个传感器信号，其中，借助于传感器信号确定限定时间段，其中，将该限定时间段的值存储在存储单元中并且在时间上重复地、尤其定期地更新。由此，限定时间段能相应地与开关装置的当前运行状态相匹配。
在此有利的是，以这样的方式确定限定时间段，使得基于传感器的当前的测量值以及该测量值的每单位时间内的预期最大增加量或减小量，在该限定时间段内预期不会出现该传感器的临界值，该临界值会导致开关装置的临界状态。因此提高了开关装置的可用性，而不必对通过开关装置的电流进行限制。
根据另一种有利的设计方案，在时间上重复地检查保持电路的功能，其中，尤其在每次使用开关装置之后，由存储单元操控保持电路并且由控制单元监控保持电路对限定时间段的遵守情况。由此提高了保持电路的功能可靠性。
根据一种替代的有利设计方案，限定时间段具有持久存储在存储单元中的固定值。由此以简单的方式确定限定时间段。
根据另一种有利设计方案，在用于开关装置的冷却剂的温度测量装置失灵的情况下，假定在限定时间段内的最大温度增加量，其中，确定开关装置中的最大电流，在该最大电流下开关装置由于该最大温度增加量而不会损坏，其中，将电流限制到该最大电流上。由此能避免开关装置过热。
根据另一种有利设计方案，开关装置用于电能存储器，其中，借助基于电流的充电状态监控和/或充电状态限制来补偿电能存储器中的电压测量装置的失灵。由此能够实现静态的电压保护。
此外有利的是，借助基于充电状态和在一定时间间隔内的、尤其在10s的时间间隔内的最差电阻的电流限制来补偿电能存储器中的电压测量装置的失灵。由此能够实现动态的电压保护。
根据另一种有利设计方案，开关装置用于电能存储器，其中，电能存储器中的温度测量装置失灵通过下述假定进行补偿，即在电能存储器的安全运行状态中，电能存储器中的温度在限定时间段内不超过临界温度。由此例如能够实现具有电能存储器的车辆的安全驾驶操纵、尤其是自主安全驾驶操纵。
有利地，在电能存储器的安全运行状态中，对来自电能存储器的电流进行限制。
此外有利的是，在开关装置的安全状态中，开关装置断开。
对于具有至少一个控制单元、开关单元和传感器的开关装置而言，本发明的核心在于，开关装置能够借助于如前面描述的或者根据与该方法相关的权利要求中任一项的方法来运行。
本发明的背景是，在不必减少安全性的情况下提高开关装置的可用性。开关功能在此能够根据相应的备用功能满负载地运行。
对于电能存储器而言，本发明的核心在于，电能存储器具有如前面描述的或者根据与开关装置相关的权利要求中任一项所述的开关装置。
本发明的背景是，提高电能存储器的可用性，使得在限定时间段期间能够实施至少一个安全措施。
对于设备、尤其车辆而言，本发明的核心在于，该设备具有如前面描述的或者根据与电能存储器相关的权利要求中任一项所述的电能存储器。
本发明的背景在于，由于能够实施该设备的至少一个安全措施、尤其是安全驾驶操纵，因此提高了该设备的针对失灵的可靠性。
前述设计方案和改型方案在合理的情况下能够任意相互结合。本发明其他可行的设计方案、改型方案和实施方案也包括本发明的在前面或下文中关于实施例所描述的特征的未明确提及的组合。在此特别地，本领域的技术人员也能够将单个方面作为改进方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式中。
附图说明
在下面的章节中，根据实施例对本发明进行阐述，从这些实施例中能够得到进一步的发明特征，但本发明在其范围方面不限于此。这些实施例在附图中示出。其中：
图1示出了根据本发明的开关装置1的示意图；
图2示出了根据本发明的用于运行开关装置的方法100的示意性流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的开关装置1。
开关装置1具有控制单元2、开关单元3和保持电路4。
控制单元2与开关装置1的和/或电能存储器的至少一个传感器、例如电流传感器和/或温度传感器和/或电压传感器以信号传导的方式连接并且设立用于确定限定时间段，在该限定时间段中开关装置1和/或电能存储器能够安全地运行。该限定时间段的值存储在控制单元2的存储单元5中并且在时间上重复地、尤其定期地进行更新。
在此，例如以这样的方式确定该限定时间段，使得基于传感器的当前的测量值和该测量值的每单位时间内的预期最大增加量或减小量，在该限定时间段内预期不会出现该传感器的临界值，所述临界值会导致电能存储器和/或开关装置1的临界状态。
替代地，限定时间段具有持久地存储在存储单元5中的固定值。
控制单元2与保持电路4以信号传导的方式连接。控制单元2设立用于向保持电路4发送第一信号S1和/或第二信号S2。第一信号S1例如是用于保持电路4的诊断命令信号。第二信号S2例如是用于保持电路4的定期重复出现的控制信号。
控制单元2具有存储单元5。存储单元5与保持电路4同样以信号传导的方式连接。
存储单元5以独立于控制单元1的方式实施。在此，存储单元5设立用于，在控制单元2失灵和/或重启或复位的情况下操控保持电路4，使得开关单元3在限定时间段内保持在闭合状态中。为此，存储单元5向保持电路4发送第三信号S3。
在此，控制单元2设立用于覆盖写入(überschreiben)存储单元5的命令。为此，第一信号S1和/或第二信号S2具有比第三信号S3更高的优先级。由此能够在控制单元2在限定时间段内再次准备好运行时尤其实现通过控制单元2进行操控。
保持电路4与开关单元3以信号传导的方式连接。在此，保持电路4设立用于向开关单元3发送第四信号S4。第四信号S4例如是用于开关单元3的控制信号。
开关单元3与控制单元2以信号传导的方式连接。在此，开关单元3设立用于向控制单元2发送第五信号S5。第五信号S5例如是开关单元3的诊断结果信号。
控制单元2设立用于检查保持电路4的功能。为此，优选地在每次使用电能存储器和/或开关装置1之后由存储单元5操控保持电路4，并且由控制单元2监控保持电路4对限定时间段的遵守情况。
在一种图中未被示出的实施例中，控制单元2与设备控制装置、尤其车辆控制装置以信号传导的方式连接。优选地，控制单元2向该设备控制装置发送定期重复出现的信号，使得该设备控制装置设立用于识别控制单元2的失灵以及由此导致的保持电路4的激活。
图2示出了用于运行开关装置1的、尤其针对电能存储器的开关装置的根据本发明的方法100的示意流程图，所述开关装置具有至少一个传感器、例如用于冷却剂的电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。在此，电能存储器具有开关装置1并且在必要时具有另外的传感器、例如在电能存储器内的温度传感器。
开关装置1的所有部件在正常状态中无故障地工作，从开关装置1的正常状态101开始确定与安全相关的故障、例如开关装置1的传感器失灵或控制单元2的失灵。
然后检查存在哪种类型的故障以及是否能够在限定时间段内通过备用功能补偿该故障。
如果该故障无法通过备用功能来补偿，则使开关装置1或电能存储器尽可能快地转换到安全状态103中。安全状态103例如通过断开开关装置1来实现，以便将电能存储器与由该电能存储器馈电的负载分离。
如果该故障能够通过备用功能来补偿，则开关装置或电能存储器在限定时间段内继续运行，其中特别地，开关装置1或电能存储器转换到安全运行状态102中。开关装置1的安全运行状态102是其中例如对通过开关装置1的电流和/或开关装置1的开关频率进行限制的运行状态。
针对能补偿的故障的备用功能的示例是：
1.在电能存储器中的电压测量装置失灵的情况下，能够借助基于电流的充电状态监控或者充电状态限制来实现静态的电压保护。动态的电压保护能够借助基于充电状态和在一定时间间隔内的、尤其在10s的时间间隔内的最差电阻的电流限制来实现。
2.在电能存储器中的温度测量装置失灵的情况下，假定在电能存储器或设备的安全运行状态中、例如在安全驾驶操纵时、尤其在自主安全驾驶操纵时，电能存储器中的温度在限定时间段内不超过临界温度。
3.在用于开关装置的冷却剂的温度测量装置失灵的情况下，假定在限定时间段内的最大温度增加量，以便确定开关装置中的最大电流，并且将电流限制到该最大电流，在该最大电流下开关装置不被损坏。
4.在开关装置1的控制单元2失灵的情况下，能够通过如前所述的存储单元5和保持电路4在限定时间段内承担该控制单元的功能。
如果在该限定时间段过后消除了与安全相关的故障，则开关装置1在该限定时间段过后在正常状态下继续运行。
如果在该限定时间段过后仍然存在与安全相关的故障，则开关装置1在限定时间段过后尽可能快地转换到安全状态103中。
在这里“电能存储器”理解为可再充电的能量存储器，尤其是具有电化学能量存储器单元和/或具有至少一个电化学能量存储器单元的能量存储器模块和/或具有至少一个能量存储器模块的能量存储器组。能量存储器单元能够实施为基于锂的电池单元、尤其是锂离子电池单元。替代地，能量存储器单元实施为锂聚合物电池单元或镍金属氢化物电池单元或铅酸电池单元或锂空气电池单元或锂硫电池单元。
在这里“车辆”理解为陆上运输工具、例如轿车或载重车，或者空中运输工具或水中运输工具，尤其是至少部分电驱动的车辆。车辆例如是具有纯电驱动装置的电池电力驱动车辆，或者是具有电驱动装置和内燃机的混合动力车辆。

Claims (16)

1.用于运行尤其针对电能存储器的开关装置(1)的方法(100)，
其中，从所述开关装置(1)的正常状态(101)开始确定与安全相关的故障，在所述正常状态中所述开关装置(1)的所有部件无故障地工作，
其中，检查存在的故障的类型以及是否能够通过备用功能在限定时间段内补偿所述故障，
其中，如果所述故障不能够通过备用功能补偿，则所述开关装置(1)转换到安全状态(103)中，
其中，如果所述故障能够通过备用功能补偿，则所述开关装置(1)在限定时间段内继续运行并且在此执行备用功能。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，
其特征在于，
所述开关装置(1)在限定时间段期间在安全运行状态(102)中运行，
其中特别地，在所述开关装置(1)的安全运行状态(102)中，对通过所述开关装置(1)的电流和/或所述开关装置(1)的开关频率进行限制。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
所述与安全相关的故障是所述开关装置(1)的传感器失灵或控制单元(2)的失灵。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，
其特征在于，
在所述开关装置(1)的控制单元(2)失灵的情况下，所述开关装置(1)的存储单元(5)操控所述开关装置(1)的保持电路(4)，所述保持电路使所述开关装置(1)的开关单元(3)在限定时间段内保持闭合。
5.根据权利要求4所述的方法(100)，
其特征在于，
所述控制单元(2)的信号(S1、S2)具有比所述存储单元(5)的信号(S3)更高的优先级。
6.根据权利要求4或5所述的方法(100)，
其特征在于，
读取至少一个传感器信号，
其中，借助于所述传感器信号确定所述限定时间段，
其中，所述限定时间段的值存储在所述存储单元(5)中并且在时间上重复地、尤其定期地进行更新。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，
其特征在于，
如此确定所述限定时间段，使得基于传感器的当前的测量值以及该测量值的每单位时间内的预期最大增加量或减小量、在所述限定时间段内预期不会出现该传感器的临界值，所述临界值会导致所述开关装置(1)的临界状态。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
在时间上重复地检查所述保持电路(4)的功能，其中，尤其在每次使用所述开关装置(1)之后，由所述存储单元(5)操控所述保持电路(4)，并且由所述控制单元(2)监控通过所述保持电路(4)对所述限定时间段的遵守情况。
9.根据权利要求4、5或8中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
所述限定时间段具有持久地存储在所述存储单元(5)中的固定值。
10.根据权利要求3所述的方法(100)，
其特征在于，
在用于所述开关装置(1)的冷却剂的温度测量装置失灵的情况下，假定在所述限定时间段内的最大温度增加量，
其中，确定所述开关装置中的最大电流，在该最大电流下，所述开关装置(1)基于该最大温度增加量而不会损坏，
其中，将电流限制到所述最大电流上。
11.根据权利要求3所述的方法(100)，
其特征在于，
所述开关装置(1)用于电能存储器，
其中，借助基于电流的充电状态监控和/或充电状态限制来补偿所述电能存储器中的电压测量装置的失灵，
并且/或者其中，借助基于充电状态和在一定时间间隔内的、尤其10s的时间间隔内的最差电阻的电流限制来补偿所述电能存储器中的电压测量装置的失灵。
12.根据权利要求3所述的方法(100)，
其特征在于，
所述开关装置(1)用于电能存储器，
其中，通过下述假定来补偿所述电能存储器中的温度测量装置的失灵，即在所述电能存储器的安全运行状态中，所述电能存储器中的温度在限定时间段内不超过临界温度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
所述开关装置(1)在安全状态(103)中断开。
14.开关装置(1)，其具有至少一个控制单元(2)、开关单元(3)和传感器，
其特征在于，
所述开关装置(1)设立用于借助根据前述权利要求中任一项所述的方法来运行。
15.电能存储器，其具有根据权利要求14所述的开关装置。
16.设备、尤其是车辆，其具有根据权利要求15所述的电能存储器。
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