CN117937650A - 用于电池存储器中的高压接触器的控制方法和针对该控制方法的应用的检控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压接触器的控制方法和针对所述控制方法在电池存储器(优选在电动车辆的电池存储器)中的应用的检控装置，在电池存储器中，模块通过呈接触器形式的、保险装置形式的和母线形式的电机部件而彼此连接，并且与用于调节充电和放电的电池管理系统相互连接，为了在外部的电端子上实现无电势的分离，分别设有至少一个接触器。为了提供赖以调控脉冲宽度调制式高压接触器、使得可达到针对使用寿命的载荷循环的专门数量的控制方法和用于高压电池存储器的检控装置，提出，检控装置用于，在运用双向地安装于高压电池存储器的正负极路径中的高压接触器的情况下，对高压接触器进行断开的调控，以便仅在各个接触器的优选方向上中断电流。

Description

用于电池存储器中的高压接触器的控制方法和针对该控制方 法的应用的检控装置

技术领域

本发明涉及一种用于电池存储器中的高压接触器的控制方法和针对所述控制方法在电池存储器中的应用的检控装置，所述检控装置优选地针对所述控制方法在电动车辆的高压电池存储器中的应用。

背景技术

当前，大型电池存储器除了作为应急电源和用于功率峰值的缓冲器的固定运用，还常用于纯电动车辆中，即作为内燃机发动机这一驱动方式的替代。所述电池存储器作为封闭的单元，除了包括电池单元或电池模块以及用于接通这些模块的元件，还包括用于检控、控制充放电过程的装置，该装置多数情形下设置在电池存储器内单独的壳体部段中，或者设置在电池存储器内的完全独立的壳体中，并且常被称作高压接线盒(缩写HVJB)。这样的装置与诸如电池管理系统BMS、温度传感器、电流测量分流器、保险装置、母线、预充电电阻的电子部件相连以及与例如呈高压接触器和预充电继电器的形式的电机部件相连。

在紧急情况下，保险装置在高压侧或电池存储器的各极上实现全极的无电压情况。在电池存储器的正常工作中，该任务属于高压开关、即所谓的高压接触器。高压接触器有两个不同的变型：通过所谓的节能器进行的调控和供应，或者通过经脉冲宽度调制的电压或脉冲宽度调制(PWM)而进行的调控和供应。带节能器调控的接触器和带脉冲宽度调制调控的接触器一般具有优选方向。换而言之，应一直相关于电流方向调节接触器。虽然同样存在无优选方向的接触器，但它们大多数对于运用于机动车而言尺寸过大。接触器通常需要接触器前后的电压测量，以便确定接触器的实时状态或开关状态是“断开”或“闭合”。

与之相反，对于具有辅助触点的、带脉冲宽度调制调控的高压接触器而言，无需高压接触器前后的额外电压测量。通过辅助触点可确定脉冲宽度调制式接触器的实时开关状态。脉冲宽度调制调控的高压接触器常更优于具有节能器的接触器，并且此外还具有的优点在于电流消耗更小。

首先，优选方向特别是在高压接触器中带来挑战。当高压接触器在载荷下被开关、或在有电流流动时断开时，要考虑优选方向。高压接触器仅可以在电流沿其优选方向上流动时被开关，以便能够在相应的高压接触器的完好的功能性下达到允许的或运行安全的开关过程的绝对数量。仅仅当高压接触器一直在优选方向上被开关时，高压接触器的允许的无载荷开关过程才有效。对于每个高压接触器，同样存在一定数量的开关过程，其中，在优选方向上的电流很大时或者在相反于优选方向上的电流较小时，可断开高压接触器。仅当接触器一直在优选方向上运行时，这些值才在整个使用期有效。

在紧急情形或者故障情形中，相较于触发保险装置，优选断开至少一个高压接触器，以便中断其它电流，原因尤其在于该过程的可逆性以及高压接触器的独立于温度且独立于老化的、相较于保险装置而言通常更快的响应。

发明内容

本发明的任务因此在于，提供一种用于至少两个高压接触器的控制方法和针对所述控制方法在高压电池存储器中的应用的检控装置，通过该检控装置，在具体情形中、在紧急情况时或发生故障时，对具有辅助触点的脉冲宽度调制式高压接触器进行调控，使得达到针对使用寿命的载荷循环的专门的数量。

根据本发明，通过权利要求1的特征且通过用于高压接触器的控制方法解决所述任务，其中，仅当电流方向与相应的高压接触器的优选方向相同时，在运用双向地安装于高压电池存储器的正极路径和负极路径中的高压接触器的情况下对高压接触器进行调控，以便中断电流。

此外通过检控装置解决所述任务，其中，高压接触器双向地安装于高压存储器的正极路径和负极路径中，并且检控装置构造用于对接触器进行断开的调控，即仅在相应的高压接触器的优选方向上中断电流。为了应用所述控制方法，两个高压接触器双向地安装在高压存储器的正极路径和负极路径中，从而在充电和放电情形中一直有其中的一个高压接触器安装在优选方向上。

在每个高压电池系统中，切断状态下在所有的极上进行无电势的分离。通常在高压分线盒中通过断开高压接触器引发所述无电势的分离。在此，接触器的使用寿命设计成由开关过程的数量限定。而仅当脉冲宽度调制控制的高压接触器在电流方向为优选方向的情形中中断高压下流动的电流时，所述高压接触器才达到开关过程的数量。如果电流相反于该优选方向，那么在高压接触器上会出现巨大耗损，从而远远无法达到最大的使用寿命。如果这不受监控，那么会导致接触器触点的粘合或熔接，故在成疑的情形中不再能够保证全极性的分离。

所以，本发明基本上基于的认知在于，即便在紧急情形或故障中对高压接触器的开关仅在电流流向为相应优选方向时进行，脉冲宽度调制控制的高压接触器仍能够在其构造具有充足的使用寿命时利用成本优势。因为每个电池存储器具有分别通过高压接触器无电势地开关的两个极，所以高压接触器一定在各极上具有相反的优选方向，其中，为了中断电流，通过检控装置、相关于各电流方向调控高压接触器，使得通过这一高压接触器引起电流中断，所述高压接触器的优选方向即为实时的电流流动方向。在这之后，通过本发明有利的变型方案，同样为了全极无电势而通过检控装置断开第二个高压接触器。所以，在断开电路时，优选方向相反于实时电流流动方向的所有高压接触器仅在此后或在无电流的状态中受到调控，并且因此在无载荷的状态中受到调控。

在本发明的一个优选的实施方案中，控制方法的亮点在于，通过所谓的辅助触点来读取并监控高压接触器的各个状态。借此可将高压接触器的内部触点的熔接或粘合识别为故障情形。在这个基础上，当高压接触器的内部触点发生熔接或粘合时，以有利的方式触发自由摇晃，以便分开高压接触器的内部的触点，然而这仅在相应高压接触器的无电流状态下进行。

检控装置以有利的方式构造用于储存每个高压接触器的各优选方向，并且此外与某一单元相连，以便得出电流的方向。从这一信息组合得出的是，检控装置在每种故障情形中都能够通过断开合适的高压接触器来安全可靠地中断电流。

在本发明的一个变型方案中，针对每个高压接触器，检控装置中都储存有开关过程的实时数量和允许数量。根据达到允许的开关过程的数量，能够安全可靠地识别高压接触器的耗损，从而能够通过检控装置适时地发起相关于维护的更换。

最后，检控装置以有利的方式与高压接触器的辅助触点相连，并且构造用于确定每个高压接触器的内部的触点的熔接或粘合情况。在这个基础上，检控装置以有利的方式构造用于触发并监控无电流状态下的高压接触器的已熔接或已粘合的内部触点的自由摇晃。

具有前述特征之一的检控装置优选地设置于或集成于高压电池系统的电池管理系统BMS中。

附图说明

以下借助附图、结合实施例来进一步阐述根据本发明的实施方案的其它特征和优点。在示意性示图中：

图1示出具有检控单元和具有多个蓄电单元的电池存储器的电路图，以及

图2示出高压工作状态中根据图1的具有标出的电流的电路图。

具体实施方式

不同的附图中，始终将相同的附图标记用于相同的元件。在对应用领域没有限制的情形下，后文仅探讨根据本发明的装置在自身未进一步示出的纯电动车辆中的应用。但对于本领域技术人员显而易见的是，根据本发明的方法和装置同样能在固定式能量存储器中有利地应用、尤其结合风力设备和/或光伏设备。

图1的草图示出具有十六个模块Mod 1至Mod 16的电池存储器1的电路图，所述模块分别包括未进一步示出的多个基本的蓄电单元。针对这些蓄电单元，分别设置具有用于在相应模块中测量电压和温度的传感器的单元监控电路CSC 1……CSC 16，以便进行电和热方面的监控。

出于概览性原因，仅以缩略的方式示出所提到的十六个模块中的模块Mod 1、Mod8、Mod 9和Mod 16，所述模块连接成两个子线路2、3。第一子线路2包括所述模块Mod 1至Mod8的串联电路，第二子线路3包括所述模块Mod 9至Mod 16的串联电路。示出的所述电池存储器1处于休眠状态，即通过接触器5、6、10将具有正负极的外部电端子4和两个子线路2、3的模块分离。

所述模块Mod 1、……、Mod 16连接成两个具有相同额定电压的子线路2、3。此处，两个子线路2、3相同地作为串联电路，由八个模块构造。借此，在两个子线路2、3上施加有400V的电压。它们在带正电的一端上分别通过保险装置F1、F2与高压接触器5、6相连，并且分别与预充电继电器7、8相连。本领域技术人员已知的是，可将两个子线路硬线地并联并且在正极侧上仅应用一个具有单个预充电部的接触器。在带负点的一端上，所述子线路2、3通过电流测量电阻SHN1、SHN2接在节点9上。所述电池存储器1的带负电的外部端子4通过高压接触器10同样接在所述节点9上。

作为本发明的核心，本实施例中的所述电池存储器1此外具有围绕检控装置12扩展的电池管理系统BMS，并且通过总线系统BS与所述电流测量电阻SHN1、SHN2相连，以及通过单独的总线系统BC与所述模块Mod 1……Mod 16中的单元监控电路CSC1……CSC16连接。所述电池管理系统BMS此外具有针对所述高压接触器5、6、10且针对探测器的控制线路，所述探测器用于得出电流测量电阻SHN3中的电流I的方向。从所述元件至所述电池管理系统BMS的所述总线系统和控制线路分别统一地作为虚线在图中给出。

图2示出高压工作状态的根据图1的电路图。通过两个结构相同的子线路2、3的分电流在所述节点9上叠加成总电流I。当外部的接线柱4上的电压为400V时，该总电流I达到约100A或更大。紧急情况下，为了保护接在所述接线柱4上的电池存储器1，通过所述接触器5、6、10进行无电势的切换。

所述高压电池存储器1的电池管理系统BMS构造用于在尤其例如短路、超压或欠压的故障情形或出错情形中通过断开所述高压接触器5、6、10来中断电流I，并且以此避免所述高压电池存储器1中和高压电池存储器1上的无法受控的状况。同样在电流过大的情形中，必须始终能够通过断开所述高压接触器5、6、10来安全可靠地切断所述电流I。因为每个高压接触器5、6、10仅仅能够在某预定数量的开关过程中安全可靠地运行，所以通过所述检控装置12构造电池管理系统BMS，使所述电池管理系统跟踪所述高压接触器5、6、10的使用寿命，实现方式是所述电池管理系统独立地针对每个所述高压接触器5、6、10记录并储存所述高压接触器5、6、10的断开/闭合周期的总数量。故所述电池管理系统BMS知晓所述高压接触器5、6、10赖以能够断开的各最大周期数量，并且此外通过内部的接触器计数器统计各个高压接触器5、6、10在运行期间还能够断开的频次。从中得到直至更换各高压接触器5、6、10的剩余寿命。所述高压接触器的开关周期的最大数量与无载荷的通断有关。此处，以关于断开时施加的载荷的权重因子来考虑伴有载荷的开关。

在常规的运行条件下，仅当电流小于定义的额定值、例如小于5A时，作为机电式断路器的高压接触器才断开。如果高压接触器在较高的电流负载之下断开，那么相应的高压接触器会强烈老化，并且预设的开关过程的数量再也无法达到。通过脉冲宽度调制信号调控的高压接触器或脉冲宽度调制调控的高压接触器此外具有优选方向V，并且仅可在电流处于该优选方向上时对所述高压接触器进行开关，以便能够达到所允许的开关过程的绝对数量。如果接触器已经耗损，那么至少该高压接触器的闭合受到禁止，或者通过所述电池管理系统BMS内部的检控装置12避免该高压接触器的闭合。

所述电池管理系统BMS内部的检控装置12已知各高压接触器5、6、10的优选方向V，其中，所述高压接触器5、6、10双向地安装于所述高压电池存储器1的正极路径和负极路径中。在存在流动电流I时，在断开高压接触器5、6、10之前，首先通过所述单元13检查实时电流I的流动方向。借此，在所述检控装置12中已知的是，在哪个所述高压接触器5、6、10中实时电流I在所述优选方向V上流动或相反于所述优选方向V流动。相关于各优选方向V和实时电流I的方向断开所述高压接触器5、6、10。切断或中断电流I时，必须首先断开优选方向V相同于所述电流I的高压接触器，之后才断开优选方向V相反于电流方向的高压接触器，以便避免耗损优选方向V相反于电流I的现有方向的高压接触器。根据图2，首先断开所述高压接触器10。之后才在成功中断电流的情况下同样断开优选方向V相反于电流I的流动方向的那些高压接触器，即根据图2之后断开的是所述高压接触器5、6，以便借此在所述电池存储器1的端子4的各触点上安全可靠地实现全极无电势。

在应用前述以草图示出的方法时，重要的点在于所述电池管理系统BMS内部的检控装置12识别熔接的高压接触器，以便避免不安全可靠的运行。为此，通过所谓的辅助触点来读取并监控高压接触器5、6、10的各个状态。以此能够通过所述辅助触点探测高压接触器的触点的熔接。如果高压接触器在其内部的开关触点处仅仅粘合，那么可自由摇晃该高压接触器。仅当其它高压接触器断开时并且所述高压电池存储器1因此未通过其触点4接通并或无电流时，才允许进行自由摇晃。

通过本发明消除了在高压电池存储器1中使用脉冲宽度调制控制的高压接触器过程中的一大缺点，它能够以优选方向V的形式，大大减小脉冲宽度调制控制的高压接触器的运行安全的使用寿命或服务期限。通过在所述电池管理系统BMS内引入检控装置12，每个高压接触器的优选方向V与实时电流方向相比较、或与通过连通而规划的电流的方向相比较。仅在对其它高压接触器进行开关前所述优选方向V和电流方向一致时，才为中断电流而对高压接触器进行切换。接通电流时，在相反的方向上处理。对于脉冲宽度调制式高压接触器的高压接触器控制始终在考虑其优选方向和电流方向的情形下进行，以便在载荷下或存在电流时仅在优选方向V上进行开关。

在如前所示的方法中，仅当安装在优选方向上的高压接触器已经断开且因此能够无载荷地对相反于优选方向的所述高压接触器进行开关时，才相反于优选方向对高压接触器进行切换。否则，当电流在优选方向上流经高压接触器且该高压接触器在断开过程中被粘合且无法再断开时，才相反于优选方向进行切换。在该情形中尝试的是，借助相反于所述优选方向的所述接触器将电路断开，以便获得安全状态。

借此，如前述实施例所示，无需额外的构造空间，用于构件和材料的多余费用较小，且通过使用更大性价比、运行中更节省的高压接触器而基本上可行的成本压缩，实现了显著改善的运行安全可靠性。

附图标记列表

1 电池存储器

2 第一子线路

3 第二子线路

4 外部的电端子

5 接触器

6 接触器

7 预充电继电器

8 预充电继电器

9 节点

10 接触器

11 信号分线

12 检控装置

BC 单元监控电路CSC 1……CSC 16的总线

BS 电流测量电阻的总线

BMS 电池管理系统

CSC 单元监控电路或电池单元传感器电路

F1 保险装置

F2 保险装置

I 外部的电端子4的触点上的总电流

Mod 模块

SHN1 电流测量电阻/分流器

SHN2 电流测量电阻/分流器

SHN3 电流测量电阻/具有用于得出所述电流I的方向的探测器的分流器

V 接触器的优选方向

Claims (10)

1.用于电池存储器中的高压接触器的、优选地用于电动车辆的高压电池存储器中的高压接触器的控制方法，

其特征在于，

在运用双向地安装于所述高压电池存储器(1)的正极路径和负极路径中的高压接触器(5、6、10)的情况下，对高压接触器(5、6、10)进行断开的调控，以便仅在各个高压接触器(5、6、10)的优选方向(V)上中断电流。

2.根据前述权利要求所述的控制方法，其特征在于，当存在与各个高压接触器(5、6、10)的优选方向(V)相反的电流(I)时，仅在所述高压接触器(5、6、10)的无电流状态下对高压接触器(5、6、10)进行断开的调控。

3.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，通过所谓的辅助触点来读取并监控高压接触器(5、6、10)的各个状态，以便识别所述高压接触器(5、6、10)的内部触点的熔接或粘合。

4.根据前述权利要求所述的控制方法，其特征在于，在所述高压接触器(5、6、10)的内部触点发生熔接或粘合时，仅在无电流状态下触发自由摇晃，以便分开所述高压接触器(5、6、10)的内部的触点。

5.针对用于根据前述权利要求中任一项所述的高压接触器的控制方法在电池存储器(1)中的应用的检控装置(12)，所述检控装置优选地针对所述控制方法在电动车辆的电池存储器中的应用，其中，在所述电池存储器(1)中，模块(Mod 1、……、Mod 16)通过呈高压接触器(5、6、10)形式的、保险装置(F1、F2)形式的和母线形式的电机部件而彼此连接，并且与用于调节充电和放电的电池管理系统(BMS)相互连接，其中，为了在外部的电端子(4)上实现无电势的分离，分别设有至少一个高压接触器(5、6、10)，

其特征在于，

高压接触器(5、6、10)双向地安装于所述高压存储器(1)的正极路径和负极路径中，并且所述检控装置(12)构造用于对高压接触器(5、6、10)进行断开的或闭合的调控，以便仅在各个高压接触器(5、6、10)的优选方向(V)上中断或生成电流。

6.根据前述权利要求所述的检控装置(12)，其特征在于，每个高压接触器(5、6、10)的相应优选方向(V)储存在所述检控装置(12)中，并且所述检控装置(12)与某一单元(13)相连，以便得出所述电流(I)的方向，其中，高压接触器(5、6、10)双向地安装于所述高压存储器(1)的正极路径和负极路径中。

7.根据前述权利要求所述的检控装置(12)，其特征在于，针对每个高压接触器(5、6、10)，在所述检控装置(12)中都储存有开关过程的实时数量和允许数量。

8.根据前述三项权利要求中任一项所述的检控装置(12)，其特征在于，所述检控装置(12)与所述高压接触器(5、6、10)的辅助触点相连，并且所述检控装置构造用于确定每个高压接触器(5、6、10)的内部的触点的熔接或粘合情况。

9.根据前述权利要求所述的检控装置(12)，其特征在于，所述检控装置(12)构造用于触发并监控无电流状态下所述高压接触器(5、6、10)的已熔接或已粘合的内部触点的自由摇晃。

10.根据前述五项权利要求中任一项所述的检控装置(12)，其特征在于，所述检控装置(12)设置于或集成于所述高压电池系统(1)的电池管理系统(BMS)中。