JP6178519B2 - A battery for powering the high voltage network and the error current flowing through the battery and the high voltage terminal of the battery is limited and / or applied by the battery to the high voltage network via the high voltage terminal of the battery Battery system with at least one switching unit for limiting error voltage - Google Patents
A battery for powering the high voltage network and the error current flowing through the battery and the high voltage terminal of the battery is limited and / or applied by the battery to the high voltage network via the high voltage terminal of the battery Battery system with at least one switching unit for limiting error voltage Download PDFInfo
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Description
本発明は、高電圧ネットワークの少なくとも2つの互いに並列に接続された消費機器に電力供給するよう構成されたバッテリを備えるバッテリシステムに関する。さらに、本発明は、バッテリ及びバッテリの高電圧端子を介して流れるエラー電流を制限するため及び/又はバッテリによってバッテリの高電圧端子を介して高電圧ネットワークへと印加されるエラー電圧を制限するための対応する方法に関する。さらに、本発明は、先に挙げたバッテリシステムを備えた車両に関する。 The present invention relates to a battery system comprising a battery configured to power at least two consumer devices connected in parallel to each other in a high voltage network. Furthermore, the present invention limits the error current flowing through the battery and the high voltage terminal of the battery and / or limits the error voltage applied by the battery to the high voltage network via the high voltage terminal of the battery. Relating to the corresponding method. Furthermore, the present invention relates to a vehicle provided with the battery system mentioned above.
車両(PKW、乗用車)では、大きな電圧(高電圧)を高電圧ネットワークに供給可能なバッテリを備えたバッテリシステムが利用されている。従って、このようなバッテリのバッテリセル又はバッテリモジュールは大抵直列に接続されている。その場合には、このようなバッテリは、高出力の際にも小さな電流しか伝達する必要がない。その際に、バッテリは、高電圧線を介して自身の高電圧端子と接続され、即ち、バッテリが高電圧ネットワークへとそれを介して高電圧を伝達する端子と接続されている。高電圧線内では通常、バッテリの正の高電圧端子でも、負の高電圧端子でも接触器が使用されている。接触器によって、このようなバッテリを、駐車の際に、又はエラーがある状態(故障)にある際に、車両の高電圧ネットワーク又は残りの高電圧システムから分離することが可能である。 In vehicles (PKW, passenger cars), a battery system including a battery capable of supplying a large voltage (high voltage) to a high voltage network is used. Therefore, the battery cells or battery modules of such batteries are usually connected in series. In that case, such a battery needs to carry only a small current even at high power. In doing so, the battery is connected to its own high voltage terminal via a high voltage line, i.e. the battery is connected to a terminal through which it transmits a high voltage to a high voltage network. Within the high voltage line, contactors are usually used at both the positive and negative high voltage terminals of the battery. With a contactor, it is possible to isolate such a battery from the vehicle's high voltage network or the rest of the high voltage system when parking or in an errored state (fault).
バッテリの高電圧線に実装可能な接触器10が、図1〜図3に示されている。ここでは、同じ構成要素については同じ符号が使用される。
A
図1には、閉鎖された接触器10が示され、図2には、開放された接触器10が示されている。接触器10は、制御コイル20を備えた電磁スイッチ11として構成される。その際に、電磁スイッチ11は、移動可能な接点ブリッジ30と、2つの端子40と、を備える。接触器10は、制御コイル20を通って制御電流が流れている1の状態において閉鎖され、電流が制御コイル20を通って流れていない他の状態において開放される。
FIG. 1 shows a closed
制御電流が制御コイル20を通って流れている場合には、接点ブリッジ30が、磁力によって端子40の方に動かされ、当該端子40に押し付けられる。制御電流が制御コイル20を通って流れない場合には、接点ブリッジ30は直ぐに、端子40から間隔が置かれた自身のポジションに戻る。
When the control current is flowing through the
制御電流を生成するためには、制御コイル20に電気エネルギーを供給する必要があり、即ち、制御コイル20に、適切な供給電圧を提供する必要がある。
In order to generate a control current, it is necessary to supply electrical energy to the
このような接触器10の開閉は通常では、接触器10をその高電圧線内で使用するバッテリのバッテリ制御装置60によって、当該バッテリ制御装置60を介して接触器10に電気エネルギーを供給することで、行われる。通常では、バッテリ制御装置60によって、エネルギー源50として使用される車両の低電圧ネットワークにより提供される12Vの低電圧が、制御電流を生成するために接触器10へと伝達される。
このような接触器10は通常は、高い吸引電圧によって閉鎖される。その後で、コイル20を通って流れる制御電流が、パルス幅変調信号によって、又は、低減された供給電圧(保持電圧)によって、若しくは、使用される節電コイル(「エコノマイザコイル」)によって下げられる。従って、接触器10は、その閉鎖状態では、明らかにより少ない電力を必要とする。それにもかかわらず、接触器10が比較的大きな電力で駆動される場合には、端子40への接点ブリッジ30の押圧力が簡単に上げられる。これにより、制御コイル20は、或る程度時間が経った後に過熱して、焼き切れる。この後に接触器10は、接触器10の閉鎖ごとに予圧が加えられるばねによって開き、もはや動作可能ではない。
Such a
バッテリの高電圧線で使用されるこのような接触器は、エラーがある状態では、約1kA〜2kAの電流を遮断することが可能である。より大きな電流のためには、通常では、安全器(ヒューズ)が使用される。 Such contactors used in the high voltage line of the battery can cut off currents of about 1 kA to 2 kA in the presence of errors. For larger currents, a safety device (fuse) is usually used.
図3に示されるように、3kA〜10kAを超える電流については、閉鎖された接触器10内で生じるローレンツ力70に起因する、端子40と接点ブリッジ30との間の反発力が引き起こされる。3kA〜10kAを超える電流は、例えば、バッテリの高電圧線内に短絡が存在する際に、又は、バッテリと電気的に結合されたインバータ内に短絡が存在する際に生じうる。この現象は浮揚と呼ばれる。その際には、制御コイル20が、制御電流が流れるアクティブな状態にあるにも関わらず、端子40と接点ブリッジ20との間に小さな間隔が生じる。この空隙に渡って、アーク放電が形成され、このアーク放電が端子の接触面を溶かす。短絡電流が、この後で、対応する高電圧端子と接続された安全器によって遮断される場合には、接点ブリッジ30が2つの溶けた端子40を押し潰す。その際に物質が凝固し、接点ブリッジ30は、制御コイル20を通って流れる制御電流が切られた後にもはや開放されない。このエラーは、接触器の溶着(Schuetzkleber)と呼ばれる。接触器10の2つの端子40は、電導的に互いに接続されており、分離することが出来ない。
As shown in FIG. 3, for currents exceeding 3 kA to 10 kA, a repulsive force between the
接触器10に、車両の低電圧ネットワークによって電気エネルギーが供給されており、低電圧ネットワークの12V低電圧が止まった場合には、接触器10は直ちに開放される。車両の低電圧ネットワークで電圧変動があった際にも、望まれていないのに接触器10が開放されるという危険性が生じる。接触器10が、自身に電流が流れている間に開放される場合、浮遊の発生時のように、接触器10を流れる電流が特定の強度を超えるとアーク放電71が形成され、このアーク放電71によって、接触器10の端子40の接触面の溶けることになる。低電圧ネットワークにより提供される12Vの電圧が再び完全に安定し、従って接触器10が再び閉鎖可能である場合、又は、機械的な衝撃により接点ブリッジ30が再び閉じられる場合には、端子40の溶けた接触面がくっついて、接触器が溶着する。
If the
このような接触器10が、閉鎖された接触器内で浮遊が起きていない状態で、短絡電流に耐えられなければならない時間は、理想的な大きさの接触器10では、接触器10に対応付けられた安全器(ヒューズ)が短絡電流を遮断するために必要とする時間よりも常に長い。接触器10がこのように設計されている場合には、接触器10は、発生した浮遊によって溶着せず、作動された安全器による短絡電流の遮断後に再び切り替え可能であり、バッテリを車両の高電圧ネットワークから分離することが可能である。このことは、バッテリ(バッテリパック)が、自身の高電圧端子に並列に接続された高電圧ネットワークの2つの消費機器に電力を供給しなければならず、その中央に配置された安全器を持たず、各消費機器が個別に、適切な安全器によって防護される場合には特に重要である。
The time that such a
図4は、高電圧ネットワーク103の並列に接続された2つの消費機器140、141に電力供給するバッテリ101を備えた、従来技術によるバッテリシステム100を示している。バッテリ101は、高電圧ネットワーク103に適したバッテリ電圧を生成するための、直列に接続された複数のバッテリモジュール102を含む。バッテリ101の2つの高電圧線120、121のそれぞれに、接触器10が配置されている。バッテリ101は、2つの接触器10の一方を介して自身の正の高電圧端子130と接続され、及び、2つの接触器10の他方を介して自身の負の高電圧端子131と接続されうる。
FIG. 4 shows a prior
正の高電圧端子130は、消費機器140が配置された消費機器経路150と接続され、かつ、消費機器141が配置された消費機器経路151と接続されている。バッテリシステム(バッテリパック)100のバッテリ101は、その中央に配置された安全器を持たない。各消費機器140、141は、バッテリシステム100の対応付けられた安全器110、111を介して個別に防護される。2つの安全器110、111は、高電圧端子130と直接接続されている。
The positive
この先に挙げた構造が、バッテリシステム100で採用されており、このバッテリシステム100では、総バッテリ電流が、バッテリの中央にある個々の安全器(ヒューズ)にとっては大き過ぎ、即ち、バッテリ101の耐用年数に渡るバッテリ電流への要件を満たしうる安全器が市場には存在しない。消費機器経路150、151の一方での短絡によって、当該消費機器経路150、151に配置された安全器110、111が作動される。その後で、他方の消費機器140、141、及び、車両の高電圧ネットワーク103の電源を切断するために、2つの接触器10が開放される。
The above-described structure is adopted in the
しかしながら、例えば12000Aを上回る短絡電流を生成しうるさらにパワフルなバッテリシステムが存在する。このようなバッテリシステムでは、浮遊と、接触器の溶着と、が接触器内で発生する危険性も常に存在する。このように非常にパワフルなバッテリシステムが、図4に示す構造を有する場合、接触器10に接触器溶着が存在する際には、もはやバッテリを車両の高電圧ネットワーク103から分離することが出来ない。図4で示されるバッテリシステム100では、このようなケースは、例えば、消費機器140の消費機器経路150内で低インピーダンス短絡が発生し、この短絡によってヒューズ110が焼損している場合に起こりうる。この場合、双方の接触器10が、溶けてくっついている。他方の消費機器141、及び、当該消費機器141と接続している高電圧ネットワーク103には、対応付けられた消費機器経路151のヒューズ111が無損傷の状態にあるため引き続き電圧が掛るであろう。換言すれば、図4で示されたこのバッテリシステム100において、消費機器140、141の一方で発生した短絡電流によって接触器10が溶着している場合には、他方の消費機器140、141は、もはや電源から切断されず、当該他方の消費機器140、141の剥き出しの部分に接触した際には感電する危険性が生じる。
However, there are more powerful battery systems that can generate, for example, a short circuit current in excess of 12000A. In such a battery system, there is always a risk that floating and contactor welding occur in the contactor. If such a very powerful battery system has the structure shown in FIG. 4, the battery can no longer be separated from the
さらに、米国特許出願公開第2012/0105015号明細書には、バッテリのための過電圧保護装置が開示されている。ここでは、過電圧保護装置は、バッテリが過充電されている際にバッテリのバッテリ端子を短絡させるよう構成されている。これにより、バッテリ端子の一方とバッテリとの間に配置された安全器を通って、過充電されたバッテリによって生成された大電流が流れて、安全装置を即時に作動させる。 Further, US 2012/0105015 discloses an overvoltage protection device for a battery. Here, the overvoltage protection device is configured to short-circuit the battery terminal of the battery when the battery is overcharged. Thereby, a large current generated by the overcharged battery flows through the safety device arranged between one of the battery terminals and the battery, and the safety device is immediately activated.
本発明によれば、高電圧ネットワークの少なくとも2つの互いに並列に接続された消費機器に電力供給するよう構成されたバッテリを備えるバッテリシステムが提供される。バッテリは、自身の高電圧端子の一方で、少なくとも2つの安全器と接続されており又は接続可能である。その際に、少なくとも2つの安全器の1つがそれぞれ、少なくとも2つの消費機器の1つに対応付けられ、対応付けられた消費機器と接続されており又は接続可能である。さらに、バッテリシステムは、2つの切り替え状態を有する少なくとも1つの切り替えユニットを備え、この少なくとも1つの切り替えユニットは、少なくとも2つの消費機器がバッテリの高電圧端子に接続されている状態において、対応付けられた消費機器を介して流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が各安全器を通って流れるという2つの切り替え状態のうちの第1の切り替え状態に切り替えられている。少なくとも1つの切り替えユニットは、少なくとも2つの安全器のうちの1つが作動している際には、第1の切り替え状態から、2つの切り替え状態のうちの第2の切り替え状態であって、少なくとも1つの切り替えユニットが、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、対応付けられた安全器が作動していない各消費機器と、を介して流れるエラー電流を遮断し、及び/又は、バッテリによってバッテリの高電圧端子と、作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークに印加される各エラー電圧を切るという上記第2の切り替え状態に切り替わるために設けられている。 According to the present invention, a battery system is provided comprising a battery configured to power at least two consumer devices connected in parallel to each other in a high voltage network. The battery is connected or connectable with at least two safety devices on one of its high voltage terminals. In this case, one of the at least two safety devices is associated with one of the at least two consumer devices, and is connected to or connectable with the associated consumer device. Furthermore, the battery system comprises at least one switching unit having two switching states, the at least one switching unit being associated in a state where at least two consumer devices are connected to the high voltage terminal of the battery. In the presence of the drive current flowing through the consumer device, the drive current is switched to the first switching state of the two switching states in which the drive current flows through each safety device. The at least one switching unit is in a second switching state from the first switching state to the second switching state when at least one of the at least two safety devices is operating, and at least one Two switching units interrupt the error current flowing through the battery, the high voltage terminal of the battery, and each consumer device for which the associated safety device is not activated, and / or It is provided for switching to the second switching state in which each error voltage applied to the high voltage network is switched off via a voltage terminal and a safety device that is not activated.
本発明によれば、さらに、高電圧ネットワークの少なくとも2つの互いに並列に接続された消費機器に電力供給するよう構成されたバッテリを介して及びバッテリの高電圧端子を介して流れるエラー電流を制限し、及び/又は、バッテリによってバッテリの高電圧端子を介して高電圧ネットワークへと印加されるエラー電圧を制限する方法が提供される。バッテリは、自身の高電圧端子の一方で、少なくとも2つの安全器と接続される。その際に、少なくとも2つの安全器の1つがそれぞれ、少なくとも2つの消費機器の1つに対応付けられ、対応付けられた消費機器と接続される。本方法では、2つの切り替え状態を有する少なくとも1つの切り替えユニットが利用される。少なくとも1つの切り替えユニットは、少なくとも2つの消費機器がバッテリの高電圧端子に接続されている状態において、対応付けられた消費機器を介して流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が各安全器を通って流れるという2つの切り替え状態のうちの第1の切り替え状態に切り替えられている。さらに、少なくとも1つの切り替えユニットは、少なくとも2つの安全器のうちの1つが作動している際には、第1の切り替え状態から、2つの切り替え状態のうちの第2の切り替え状態であって、少なくとも1つの切り替えユニットが、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、対応付けられた安全器が作動していない各消費機器と、を介して流れるエラー電流を遮断し、及び/又は、バッテリによってバッテリの高電圧端子と、作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークに印加される各エラー電圧を切るという第2の切り替え状態に切り替わるために設けられている。 The present invention further limits error current flowing through the battery configured to power at least two consumer devices connected in parallel of the high voltage network and through the high voltage terminal of the battery. And / or a method is provided for limiting the error voltage applied by the battery through the high voltage terminal of the battery to the high voltage network. The battery is connected to at least two safety devices on one of its high voltage terminals. At that time, one of the at least two safety devices is associated with one of the at least two consumer devices, and is connected to the associated consumer device. In this method, at least one switching unit having two switching states is used. The at least one switching unit is configured such that, in a state where at least two consumer devices are connected to the high voltage terminal of the battery, the drive current is passed through each safety device in the presence of a drive current flowing through the associated consumer device. It is switched to the first switching state of the two switching states of flowing through. Furthermore, the at least one switching unit is in a second switching state from the first switching state to the second switching state when one of the at least two safety devices is operating, At least one switching unit interrupts error current flowing through the battery, the high voltage terminal of the battery, and each consumer device for which the associated safety device is not activated, and / or by the battery Are provided to switch to a second switching state in which each error voltage applied to the high voltage network is switched off via a high voltage terminal and a safety device which is not activated.
従属請求項は、本発明の好適な発展形態を示す。 The dependent claims show preferred developments of the invention.
好適に、少なくとも1つの切り替えユニットは、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、その安全器が作動していない各消費機器と、を経て通る電気回路の開放によって、エラー電流を直接的に遮断するために設けられている。 Preferably, the at least one switching unit cuts off the error current directly by opening an electrical circuit through the battery, the high voltage terminal of the battery and each consumer device whose safety device is not activated. It is provided for.
本発明では、高電圧ネットワークの少なくとも2つの並列に接続された消費機器が、本発明に係るバッテリシステムのバッテリの高電圧端子に接続されうる。その際に、少なくとも2つの消費機器のそれぞれは、少なくとも2つの安全器のうちの対応付けられた安全器と直列に接続されており又は接続可能であり、従って、少なくとも2つの並列に接続された消費機器が高電圧端子に接続されている本発明に係るバッテリシステムの通常駆動の間には、各対応付けられた消費機器を通って流れる駆動電流の存在下で、当該駆動電流が各少なくとも2つの安全器にも流れる。本発明に係るバッテリシステムは、2つの切り替え状態を有する少なくとも1つの切り替えユニットを備え、この少なくとも1つの切り替えユニットは、本発明に係るバッテリシステムの通常駆動の間は、第1の切り替え状態に切り替えられている。その際に、少なくとも1つの切り替えユニットは、第1の切り替え状態に切り替えられている場合には、バッテリシステムの通常駆動の間に発生する駆動電流が、バッテリとバッテリの高電圧端子とを介して、少なくとも2つの接続された消費機器とを介して若しくは少なくとも2つの消費機器のうちの作動された消費機器を介して、引き続き問題なく流れられるように構成され、配置されている。さらに、少なくとも1つの切り替えユニットは、少なくとも2つの消費機器のうちの1つで短絡が発生し、それにより当該消費機器に対応付けられた安全器が作動した場合には、切り替えユニットが第2の切り替え状態に切り替わり、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、対応付けられた安全器が作動していない各消費機器と、を介して流れるエラー電流を遮断し、及び/又は、バッテリによってバッテリの高電圧端子と、作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークに印加される各エラー電圧を切るよう構成されて、配置されている。 In the present invention, at least two consumer devices connected in parallel of the high voltage network can be connected to the high voltage terminal of the battery of the battery system according to the present invention. In doing so, each of the at least two consumer devices is connected or connectable in series with the associated safety device of the at least two safety devices, and is therefore connected in at least two parallel devices. During normal driving of the battery system according to the present invention in which the consumer device is connected to the high voltage terminal, the drive current is at least 2 each in the presence of the drive current flowing through each associated consumer device. Also flows into one safety device. The battery system according to the present invention includes at least one switching unit having two switching states, and the at least one switching unit switches to the first switching state during normal driving of the battery system according to the present invention. It has been. At that time, when the at least one switching unit is switched to the first switching state, the driving current generated during the normal driving of the battery system is passed through the battery and the high voltage terminal of the battery. , Configured and arranged to continue to flow without problem through at least two connected consumer devices or via an activated consumer device of at least two consumer devices. Furthermore, when the short circuit occurs in at least one of the at least two consumer devices, and the safety device associated with the consumer device is activated, the switch unit becomes the second switch unit. Switch to the switching state, shut off the error current flowing through the battery, the high voltage terminal of the battery, and each consumer device for which the associated safety device is not activated, and / or It is constructed and arranged to cut off each error voltage applied to the high voltage network via a voltage terminal and an inactivated safety device.
本発明に係るバッテリシステムでは、バッテリは、自身の高電圧端子の一方と、好適に少なくとも1つの接触器を介して接続可能であり、この少なくとも1つの接触器には、当該接触器の電導的な切り替え状態においては、バッテリとバッテリの高電圧端子とを介して流れる電流が流れており、当該接触器の非電導的な切り替え状態においては、バッテリとバッテリの高電圧端子とを介して流れる電流が遮断される。少なくとも2つの消費機器のうちの1つで発生した短絡により、少なくとも1つの接触器が溶着しており、もはや開かない場合には、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、対応づけられた安全器が作動していない各消費機器と、を介して、先に挙げたエラー電流が流れられる。例えば、対応付けられた安全器が作動していない少なくとも1つの消費機器が停止され、又は事故の結果破壊された場合には、この消費機器を通ってエラー電流が流れない。しかしながら、バッテリによって、バッテリの高電圧端子と、停止又は破壊された消費機器に対応付けられた各作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークにエラー電圧が印加される。従って、その安全器が作動していない各消費機器は、もはや電源から切断されず、電源から切断されていない各消費機器の剥き出しの部分に接触した際に、感電が起きる危険性が生じる。第2の切り替え状態に切り替えられた少なくとも1つの切り替えユニットによって、先に挙げたエラー電流が遮断され、及び/又は、高電圧ネットワークに印加される各エラー電圧が切られる。エラー電流が遮断され、及び/又は、高電圧ネットワークに印加される各エラー電圧が切られることによって、その安全器が作動していない各消費機器も、電源から切断される。 In the battery system according to the invention, the battery can be connected to one of its own high-voltage terminals, preferably via at least one contactor, to which at least one contactor is electrically connected. In the switching state, the current flowing through the battery and the high voltage terminal of the battery flows. In the non-conductive switching state of the contactor, the current flowing through the battery and the high voltage terminal of the battery. Is cut off. If at least one contactor is welded due to a short circuit occurring in one of the at least two consumer devices and no longer opens, the battery, the high voltage terminal of the battery, and the associated safety device The above-described error current flows through each consumer device that is not operating. For example, if at least one consumer device whose associated safety device is not activated is shut down or destroyed as a result of an accident, no error current flows through this consumer device. However, an error voltage is applied by the battery to the high voltage network through the battery's high voltage terminal and each non-operating safety device associated with the stopped or destroyed consumer device. Therefore, each consumer device whose safety device is not activated is no longer disconnected from the power source, and there is a risk of electric shock when it comes into contact with the exposed portion of each consumer device that is not disconnected from the power source. By means of at least one switching unit switched to the second switching state, the above-mentioned error current is interrupted and / or each error voltage applied to the high voltage network is switched off. As the error current is interrupted and / or each error voltage applied to the high voltage network is turned off, each consumer device whose safety device is not operating is also disconnected from the power supply.
好適に、少なくとも1つの切り替えユニットは、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、その安全器が作動していない各消費機器と、を経て通る電気回路の開放によって、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、対応付けられた安全器が作動していない各消費機器と、を介して流れるエラー電流を直接的に遮断し、及び/又は、バッテリによってバッテリの高電圧端子と、作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークに印加されるエラー電圧を直接的に切るために設けられている。 Preferably, the at least one switching unit comprises a battery and a high voltage terminal of the battery by opening an electrical circuit through the battery, the high voltage terminal of the battery and each consumer device whose safety device is not activated. And each consumer device for which the associated safety device is not operating, and / or directly interrupting the error current flowing through the battery and / or the battery's high-voltage terminal and the non-operating safety device And an error voltage applied to the high-voltage network via a direct connection.
本発明の特に好適な実施形態では、本発明に係るバッテリシステムは、パイロテクニック式(protechnisch)遮断要素として構成された1つの切り替えユニットと、制御回路と、を有する。パイロテクニック式遮断要素は、少なくとも2つの消費機器がバッテリの高電圧端子に接続されている状態において、バッテリとバッテリの高電圧端子とを介して流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が遮断要素を通って流れるその電導的な切り替え状態に切り替えられている。さらに、遮断要素は、制御回路により提供される制御信号、又は、制御回路により提供される制御電圧が存在する際には、その電導的な切り替え状態から、その非電導的な切り替え状態へと切り替わるために設けられている。さらに、制御回路は、各少なくとも2つの安全器で降下する電圧を定め、対応する安全器の作動時に発生する作動電圧と等しい定められた電圧が存在する際には、制御信号を生成して遮断要素に提供し、又は、少なくとも2つの安全器の1つで降下する作動電圧が存在する際には、遮断要素に、制御電圧として作動電圧の対応する部分を提供するために設けられている。 In a particularly preferred embodiment of the invention, the battery system according to the invention comprises a switching unit configured as a pyrotechnique blocking element and a control circuit. Pyrotechnic type blocking element is a blocking element in the presence of a driving current flowing through the battery and the high voltage terminal of the battery in a state where at least two consumer devices are connected to the high voltage terminal of the battery. Has been switched to its conductive switching state flowing through. Furthermore, the blocking element switches from its conductive switching state to its non-conductive switching state when a control signal provided by the control circuit or a control voltage provided by the control circuit is present. It is provided for. In addition, the control circuit determines the voltage dropping at each of the at least two safety devices and generates a control signal and shuts off when there is a defined voltage equal to the operating voltage generated when the corresponding safety device is activated. When there is an operating voltage provided to the element or dropping at one of the at least two safety devices, the interrupting element is provided to provide a corresponding part of the operating voltage as a control voltage.
本発明の本実施形態では、焼損した各安全器(ヒューズ)での電圧降下が、制御回路によって、非常に簡単なやり方で、パイロテクニック式遮断要素のためのトリガとして使用される。 In this embodiment of the invention, the voltage drop across each burned safety device (fuse) is used by the control circuit as a trigger for the pyrotechnical shut-off element in a very simple manner.
好適に、制御電圧は、各少なくとも2つの安全器で降下する作動電圧に対応する。その際、制御回路は、少なくとも2つの安全器のうちの1つで降下する作動電圧が存在する際には、遮断要素に、制御電圧として上記作動電圧を直接的に提供するために設けられている。 Preferably, the control voltage corresponds to the operating voltage dropping at each of the at least two safety devices. In this case, a control circuit is provided to directly provide the operating voltage as a control voltage to the shut-off element when an operating voltage that drops in one of the at least two safety devices is present. Yes.
さらに好適に、制御回路は、特定用途向け集積回路として、又は、プログラム可能な集積回路として、又は、マイクロコントローラとして、又は、好適にトランジスタ若しくはシュミットトリガ回路を備える半導体回路として構成される。 More preferably, the control circuit is configured as an application specific integrated circuit or as a programmable integrated circuit or as a microcontroller or preferably as a semiconductor circuit comprising a transistor or a Schmitt trigger circuit.
本発明の他の実施形態によれば、バッテリの高電圧端子には、並列に接続された2つの消費機器が接続可能であり、本発明に係るバッテリシステムは、パイロテクニック式遮断要素として各々構成された2つの切り替えユニットを有する。その際に、2つの遮断要素のうちの一方の遮断要素が、2つの消費機器の一方の消費機器に対応付けられる。さらに、各遮断要素は、2つの消費機器がバッテリの高電圧端子に接続されている状態において、2つの消費機器のうちの対応付けられた消費機器を通って流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が、対応する遮断要素を通って流れるその電導的な切り替え状態に切り替えられている。さらに、各遮断要素は、自身に対応付けられていない消費機器に対応付けられた安全器で降下し当該安全器の作動時に発生する作動電圧が存在するには、その非電導的な切り替え状態に切り変わるために設けられている。 According to another embodiment of the present invention, two consumer devices connected in parallel can be connected to the high-voltage terminal of the battery, and the battery system according to the present invention is configured as a pyrotechnique type blocking element. Having two switching units. At that time, one of the two blocking elements is associated with one of the two consumer devices. Furthermore, each blocking element is driven in the presence of a drive current flowing through the associated consumer device of the two consumer devices in a state where the two consumer devices are connected to the high voltage terminal of the battery. The current has been switched to its conductive switching state that flows through the corresponding blocking element. In addition, each shut-off element falls into its non-conducting switching state if there is an operating voltage that is generated by a safety device associated with a consumer device that is not associated with itself and that is generated when the safety device is activated. It is provided for switching.
本発明の非常に有利な実施形態によれば、各遮断要素は、自身に対応付けられていない消費機器に対応付けられた安全器の端子とその端子が接続された2つの制御線を有する。その際に、各遮断要素は、自身の制御線の端子間の電圧が、自身に対応付けられていない消費機器に対応付けられた安全器の作動電圧と等しい際には、その電導的な状態からその非電導的な状態に切り替わるよう構成される。 According to a very advantageous embodiment of the invention, each blocking element has a terminal of a safety device associated with a consumer device that is not associated with itself and two control lines to which the terminal is connected. At that time, each blocking element has its conductive state when the voltage between its control line terminals is equal to the operating voltage of the safety device associated with the consumer device not associated with itself. Configured to switch to its non-conducting state.
本発明の本実施形態では、各パイロテクニック式遮断要素は、焼損した安全器での電圧降下が非常に簡単なやり方で直接的に制御線を介して対応する遮断要素に提供されることで、パッシブに作動される。 In this embodiment of the invention, each pyrotechnical type breaking element is provided to the corresponding breaking element directly via the control line in a very simple manner in which the voltage drop across the burned-out safety device is Operated passively.
好適に、パイロテクニック式遮断要素の2つの制御線のうちの1つには、抵抗器及び/又は他の安全器が配置される。これにより、対応する制御線を通って流れる大きな電流が、非常に簡単なやり方で、抵抗器によって制限され又は他の安全器(ヒューズ)によって遮断されうる。 Preferably, one of the two control lines of the pyrotechnical blocking element is arranged with a resistor and / or other safety device. This allows large currents flowing through the corresponding control lines to be limited by resistors or interrupted by other safety devices (fuses) in a very simple manner.
好適に、少なくとも1つの切り替えユニットは、作動していない各安全器の作動によって、バッテリと、バッテリの高電圧端子と、対応付けられた安全器が作動していない各消費機器と、を介して流れるエラー電流を遮断し、及び/又は、バッテリによってバッテリの高電圧端子と、作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークに印加される各エラー電圧を切るために設けられている。 Preferably, at least one switching unit is activated by the activation of each inactivated safety device via the battery, the high voltage terminal of the battery, and each consumer device for which the associated safety device is not activated. It is provided to interrupt the flowing error current and / or to cut off each error voltage applied by the battery to the high voltage network via the high voltage terminal of the battery and the non-actuated safety device.
本発明の非常に好適な実施形態において、少なくとも1つの切り替えユニットは、少なくとも1つの閉鎖要素として、特に、少なくとも1つのパイロテクニック式閉鎖要素として、又は、少なくとも1つの接触器として構成される。さらに、少なくとも1つの閉鎖要素は、少なくとも2つの消費機器がバッテリの高電圧端子に接続されている状態において、電流が少なくとも1つの閉鎖要素を通って流れないその非電導的な切り替え状態に切り替えられている。さらに、少なくとも1つの閉鎖要素は、少なくとも2つの安全器のうちの1つが作動している際には、その電導的な切り替え状態であって、作動していない各安全器を作動させるために、バッテリにより生成されたエラー電流が、バッテリの高電圧端子を介して、及び、対応付けられた安全器が作動した消費機器と、少なくとも1つの閉鎖要素と、作動していない各安全器と、を経て通る電流経路を介して流れる上記電導的な切り替え状態に切り替わるために設けられている。 In a very preferred embodiment of the invention, the at least one switching unit is configured as at least one closure element, in particular as at least one pyrotechnic closure element or as at least one contactor. Furthermore, the at least one closure element is switched to its non-conducting switching state in which no current flows through the at least one closure element with at least two consumer devices connected to the high voltage terminal of the battery. ing. Furthermore, the at least one closure element is in its conductive switching state when one of the at least two safety devices is activated, in order to activate each safety device that is not activated, An error current generated by the battery is connected via the high voltage terminal of the battery and the consumer device with which the associated safety device is activated, at least one closure element, and each safety device that is not activated. It is provided to switch to the conductive switching state that flows through the current path that passes through.
上記のエラー電流は、例えば、好適に上記短絡により溶着しもはや開かない接触器を介して、バッテリが自身の高電圧端子の少なくとも1つと接続されている場合に発生する。 The error current occurs, for example, when the battery is connected to at least one of its high voltage terminals, preferably via a contactor that is welded by the short circuit and no longer opens.
少なくとも2つの消費機器のうちの1つで発生した短絡により作動された安全器が存在する際には、第2の切り替え状態に切り替えられた少なくとも1つの切り替えユニットによって、このようなエラー電流が、その安全器が作動していない各消費機器を経て通る電流経路から、その安全器が作動した各消費機器と、各作動していない安全器と、を経て通る電流経路へと迂回させられる。その際に、このようなエラー電流は、第2の切り替え状態に切り替えられた少なくとも1つの切り替えユニットによって、その安全器が作動していない各消費機器が、その安全器が作動した消費機器により短絡させられることで迂回させられる。例えば、対応付けられた安全器が作動していない少なくとも1つの消費機器が停止され、又は事故の結果破壊された場合には、当該少なくとも1つの消費機器も、第2の切り替え状態に切り替えられた少なくとも1つの切り替えユニットを用いて、短絡が起きた消費機器によって短絡させられる。この場合には、その安全器が作動していない動作可能な各消費機器であって、作動された上記各消費機器を経て通る電流経路から、その安全器が作動した消費機器と、各作動していない安全器と、を経て通る電流経路へと、エラー電流が迂回させられる。いずれの場合にも、少なくとも2つの消費機器のうちの1つで発生した短絡により作動された安全器が存在する場合には、バッテリにより生成されたエラー電流が、バッテリの高電圧端子を介して流れ、さらに、その安全器を作動させた消費機器と、第2の切り替え状態に切り替えられた少なくとも1つの切り替えユニットと、作動していない各安全器と、を経て通る電流経路を介して流れる。 When there is a safety device activated by a short circuit occurring in one of the at least two consumer devices, such an error current is caused by at least one switching unit switched to the second switching state, A current path that passes through each consumer device that does not operate the safety device is diverted to a current path that passes through each consumer device that operates the safety device and each safety device that does not operate. In this case, such an error current is short-circuited by each consumer device whose safety device is not activated by the consumer device whose safety device is activated by at least one switching unit switched to the second switching state. It is detoured by being made. For example, if at least one consumer device for which the associated safety device is not activated is stopped or destroyed as a result of an accident, the at least one consumer device is also switched to the second switching state. Using at least one switching unit, it is short-circuited by the consumer device in which the short-circuit has occurred. In this case, each of the operable consumer devices in which the safety device is not activated, the consumer device in which the safety device is activated, and each of the activated devices from the current path passing through each activated consumer device. The error current is diverted to the current path through the non-safety device. In any case, if there is a safety device activated by a short circuit that occurred in one of the at least two consumer devices, the error current generated by the battery is passed through the high voltage terminal of the battery. In addition, it flows via a current path through the consumer that activated the safety device, the at least one switching unit switched to the second switching state, and each safety device that is not activated.
少なくとも2つの消費機器のうちの1つで発生した短絡の結果、当該短絡が起きた消費機器の抵抗が著しく下がる。短絡が起きていない他の消費機器がそれぞれ、短絡が起きた消費機器によって短絡させられることによって、短絡が起きた消費機器で抵抗が著しく低下したため電流値が著しく上昇したエラー電流が、短絡が起きた消費機器と、作動していない安全器と、を介して流れ、このエラー電流によって、一定の時間が経過した後に、作動していない各安全器が作動される。従ってこの場合にも、エラー電流が遮断され、及び/又は、バッテリによってバッテリの高電圧端子と、作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークに印加された各エラー電圧が切られ、特に、バッテリによってバッテリの高電圧端子と、停止又は破壊された消費機器に対応付けられた作動していない安全器と、を介して高電圧ネットワークに印加されるエラー電圧が切られ、これにより、上記の短絡によりその安全器が未だ作動していない各消費機器も電源から接続される。 As a result of a short circuit occurring in one of the at least two consumer devices, the resistance of the consumer device in which the short circuit has occurred is significantly reduced. Each other consumer device that is not short-circuited is short-circuited by the consumer device that is short-circuited. This error current causes each non-operating safety device to be activated after a certain period of time. Thus, in this case as well, the error current is interrupted and / or each error voltage applied to the high voltage network by the battery via the high voltage terminal of the battery and the non-operating safety device is cut off, In particular, the error voltage applied by the battery to the high-voltage network via the high-voltage terminal of the battery and the non-operating safety device associated with the stopped or destroyed consumer device is cut off, thereby Each consumer device whose safety device has not yet been activated due to the short circuit is also connected from the power source.
好適に、少なくとも1つの閉鎖要素は、バッテリシステム内に配置されたバッテリ制御装置により提供された少なくとも1つの制御信号が存在する際には、その非電導的な切り替え状態からその電導的な切り替え状態に切り替わるために設けられている。さらに、バッテリ制御装置は、作動された安全器の存在を、好適に、少なくとも2つの安全器でそれぞれ降下する電圧の評価によって検出し、作動された安全器が存在する際には、少なくとも1つの制御信号を生成して、少なくとも1つの閉鎖要素に提供するために設けられている。 Preferably, the at least one closure element is in its conductive switching state from its non-conductive switching state in the presence of at least one control signal provided by a battery control device arranged in the battery system. It is provided to switch to. Furthermore, the battery control device preferably detects the presence of an activated safety device by an evaluation of the voltage dropping at each of the at least two safety devices, and when there is an activated safety device, at least one A control signal is provided for generating and providing to at least one closure element.
好適に、本発明に係る方法は、本発明に係るバッテリシステムの機能的な特徴を、個別に又は組み合わせにおいて含む。 Preferably, the method according to the invention comprises the functional features of the battery system according to the invention either individually or in combination.
本発明の他の観点は、本発明に係るバッテリシステムを備えた車両に関する。 Another aspect of the present invention relates to a vehicle including the battery system according to the present invention.
本発明の実質的な利点は、接触器を介して自身の高電圧端子の少なくとも一方と接続可能なバッテリであって、対応付けられた安全器により各々が防護される高電圧ネットワークの複数の並列に接続された消費機器が、自身の高電圧端子に接続可能な上記バッテリを備える本発明に係るバッテリシステムでは、少なくとも1つの接触器での接触器溶着がそれにより発生する短絡が存在する際に、バッテリとバッテリの高電圧端子とを経て通る主電気回路を、非常に簡単なやり方で、本発明に係る少なくとも1つの切り替えユニットの使用によって、高電圧ネットワークから分離できるということである。これにより、本発明に係るバッテリシステム(バッテリパック)の安全性が向上し、本発明に係るバッテリシステム(バッテリパック)が完璧に機能することが保証される。 A substantial advantage of the present invention is a battery that can be connected to at least one of its own high voltage terminals via a contactor, and a plurality of parallels of a high voltage network, each protected by an associated safety device. In the battery system according to the present invention, in which the consumer device connected to the battery device includes the battery that can be connected to its own high-voltage terminal, when there is a short circuit that causes contactor welding with at least one contactor. The main electrical circuit passing through the battery and the high voltage terminal of the battery can be separated from the high voltage network in a very simple manner by the use of at least one switching unit according to the invention. This improves the safety of the battery system (battery pack) according to the present invention and ensures that the battery system (battery pack) according to the present invention functions perfectly.
従って、本発明に係るバッテリシステムを備えた事故車両に、救急隊員は安全に触れることが可能である。 Therefore, emergency personnel can safely touch the accident vehicle equipped with the battery system according to the present invention.
以下では、本発明の実施例が、添付の図面を参照しながら詳細に解説される。同じ構成要素には、同じ符号が利用される。
図5は、本発明の第1の実施形態に係るバッテリシステム100を示している。バッテリシステム100は、バッテリ101を備え、このバッテリ101は、自身の高電圧バッテリ端子130、131に並列に接続された、高電圧ネットワーク103の2つの消費機器140、141に電力を供給する。バッテリ101は、高電圧ネットワーク103に適したバッテリ電圧を生成するための直列に接続された複数のバッテリモジュール102を備える。バッテリ101の2つの高電圧線120、121のそれぞれには、接触器10が配置されている。バッテリ101は、2つの接触器10の一方を介して、その正の高電圧端子130と接続され、2つの接触器10の他方を介して、その負の高電圧端子131と接続されうる。
FIG. 5 shows the
正の高電圧端子130は、消費機器140が配置された消費機器経路150と接続され、かつ、消費機器141が配置された消費機器経路151と接続されている。各消費機器経路150、151にはそれぞれ、対応する消費機器140、141に対応付けられた安全器110、111が配置されている。2つの安全器110、111は、高電圧端子130と直接的に接続されている。
The positive
消費機器経路150、151のうちの一方の短絡によって、当該消費機器経路150、151に配置された安全器110、111が作動される。車両の高電圧ネットワーク103及び他の消費機器140、141の電源を切断するために、この後で、両方の接触器10が開放される。
When one of the
このような本発明に係るバッテリシステムでは、例えば12000Aを超える短絡電流が発生しうる。このような大きな短絡電流が存在する場合には、接触器10内で浮遊と、これに伴い接触器溶着と、が発生する危険性も常に存在する。このような大きな短絡電流は、例えば、消費機器140の消費機器経路150で低インピーダンス短絡が発生し、それによりヒューズ110が焼損した場合に発生する。この場合、両方の接触器が溶けてくっついている。他方の消費機器141、及び、当該消費機器141と接続した高電圧ネットワーク103には、対応付けられた消費機器経路151のヒューズ111が無損傷の状態にあるため、引き続き電圧が掛るであろう。それにも関わらず、このような場合にバッテリ101をその高電圧端子130、131から分離しうるために、本発明の第1の実施形態に係るバッテリシステム100では、パイロテクニック式遮断要素155が使用され、このパイロテクニック式遮断要素155は、バッテリ101と、接触器10と、高電圧端子130、131と、を経て通るバッテリ101の主電流回路(主電流経路)104内に配置されている。
In such a battery system according to the present invention, for example, a short-circuit current exceeding 12000 A can be generated. When such a large short-circuit current exists, there is always a risk of floating in the
本発明の第1の実施形態に係るバッテリシステム100では、焼損した安全器(ヒューズ)110、111での電圧降下が、パイロテクニック式遮断要素(パイロテクニック式遮断装置)155のトリガとして利用される。従って、パイロテクニック式遮断要素155へのインテリジェントで(intelligent)迅速な制御が実現される。その際に、2つの安全装置(ヒューズ)110、111での電圧降下U1、U2が、対応する安全器110、111の前後に各々接続された2つの導線162、163、164、165によって、バッテリシステム100内に配置された、例えば制御装置として構成された制御回路(制御電子回路)160へと伝達される。その際に、パイロテクニック式遮断要素155は、制御回路160によって、例えば制御線161を介して制御されうる。
In the
安全器110、111の一方が焼損した場合には、その瞬間に、その安全器110、111で大きな電圧降下が生じる。この電圧降下によって、制御回路160内でさらに電気的又は電子的に、パイロテクニック式遮断要素155の点火が開始される。パイロテクニック式遮断要素155がバッテリ101の主電流回路104を切断した後で、バッテリ101が、例えば車両の高電圧ネットワークである高電圧ネットワーク103から分離される。この場合、このような車両には電気が来ていない状態にあるであろう。
When one of the
その際に、制御回路160は、安全器110、111での電圧降下U1、U2の変化に対して応答する。短絡が例えば消費機器140で発生した場合には、消費機器140の消費機器経路150内の短絡電流は、所定時間後に、安全器110の作動によって遮断される。短絡電流が遮断された瞬間に、安全器110では、この外部の短絡が持続した状態でバッテリ電圧(バッテリパック電圧)にほぼ対応する電圧U1が降下する。その際に、バッテリ101と、高電圧端子130、131と、消費機器140、141と、を経て通るこの電流回路内の他の接触抵抗での電圧降下は無視してもよい。
At that time, the
短絡前は0Vであり、対応する安全器110が焼損した後にほぼバッテリ電圧レベルの作動電圧にとぶ、安全器110で生じた電圧降下U1によって、パイロテクニック式遮断要素155が、好適に直接的に作動される。
The voltage drop U1 generated at the
代替的に、制御回路160は、ハードウェア指向の回路として構成される。その際に、制御回路160は、ASICモジュール(個別に図示せず)又はFPGAモジュール(個別に図示せず)を含み、このASICモジュール又はFPGAモジュールは、安全器110、111での電圧降下U1、U2を直接的に読み込み、安全器110、111の一方が焼損した際には、パイロテクニック式遮断要素155を作動させるための制御信号(トリガパルス又点火信号)を生成する。このようなハードウェア指向の回路を使用する際の利点は、通常のマイクロコントローラの応答時間と比較して、このモジュールの応答時間が非常に速く、上記のような電圧降下U1、U2の直接的な利用に対して信頼性が向上していることである。
Alternatively, the
好適に、制御回路160は、マイクロコントローラ(個別に図示せず)を備えることが可能であり、このマイクロコントローラは、電圧降下U1、U2を読み込み、評価し、安全器110、111の一方が焼損した際には、パイロテクニック式遮断要素155を作動させるための制御信号(トリガパルス又は点火信号)を生成する。
Preferably, the
任意に、制御回路160は、純粋な半導体回路で構成される。半導体回路は、分圧器(個別に図示せず)を備え、この分圧器は、安全器110、111で降下する電圧U1、U2を分圧する。好適に、この分圧器には、例えば電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタとして構成されたトランジスタ(個別に図示せず)が接続されている。トランジスタは、或る一定の閾値電圧以降、制御電圧(供給電圧)を、パイロテクニック式遮断要素155の作動装置へと接続する。クリアな(sauber)エッジを生成するためにさらに、好適に、シュミットトリガ(個別に図示せず)のような構成要素が、単一トランジスタの箇所で利用されうる。
Optionally, the
図6は、本発明の第2の実施形態に係るバッテリシステム100を示している。図5に示された、本発明の第1の実施形態に係るバッテリシステム100とは異なって、本発明の第2の実施形態に係るバッテリシステム100では、1つの個別パイロテクニック式遮断要素155及び制御回路160の代わりに、2つの個別パイロテクニック式遮断要素170、180が存在する。ここでも、各消費機器140、141はインバータとして構成されうる。
FIG. 6 shows a
各パイロテクニック式遮断要素(パイロテクニック式セーフティスイッチ)170、180は、各々が対応付けられた消費機器経路150、151に配置されている。その際に、各パイロテクニック式遮断要素170、180は、4つの端子を有する。4つの端子のうちの2つは、各パイロテクニック式遮断要素170、180の主端子(主接点)として構成され、各パイロテクニック式遮断要素170、1804つの端子のうちの他の2つは、制御端子(サブ接点)として構成される。各パイロテクニック式遮断要素170、1804つの端子の2つの主端子はそれぞれ、対応付けられた消費経路150、151に組み込まれている。各パイロテクニック式遮断要素170、180の2つの制御端子に、所定の電圧又は所定の電流が印加された場合には、対応する遮断要素170、180内に配置されたイニシエータ(個別に図示せず)によって、対応する遮断要素170、180の薬室内で圧力が構築され、これにより、該当する遮断要素170、180の主端子間を通り対応する遮断要素170、180内に存在する電流経路(個別に図示せず)の機械的な切断が引き起こされる。各遮断要素170、180の内部に存在する内部電流経路の機械的な切断によって、対応するパイロテクニック式遮断要素170、180がその内部に存在する消費機器経路150、151も切断される。
Each Pyrotechnic-type blocking element (Pyrotechnic-type safety switch) 170, 180 is disposed in the
本発明の第2の実施形態では、各パイロテクニック式遮断要素170、180はパッシブに(passiv)作動される。即ち、消費機器経路150内に存在するパイロテクニック式遮断要素170の制御端子と接続された2つの制御線171、172が、消費機器経路151内に存在する安全器111の両側に配置されており、消費機器経路151内に存在するパイロテクニック式遮断要素180の制御端子と接続された2つの制御線181、182が、消費機器経路150内に存在する安全器110の両側に配置されている。
In a second embodiment of the invention, each
例えば、インバータとして例えば構成された消費機器140内で短絡が発生し、それにより、接触器10が、例えば各接触器10内で発生した接触器溶着のために開かず又は適時に開かず、それと共に安全器110が作動した場合には、この安全器110で、総バッテリ電圧(バッテリパック電圧)の大きさを有する電圧U1が降下する。この作動された安全器110での電圧降下U1によって、短絡が起きていない消費機器141の消費機器経路151に存在するパイロテクニック式遮断要素180の制御線181、182内の電流フローが引き起こされる。この電流フローによって、対応するパイロテクニック式遮断要素180が作動され、遮断要素180は、作動された状態で、消費機器141の消費機器経路151を遮断する。これにより、消費機器141の電源が切断される(電気が来ていない状態になる)。
For example, a short circuit may occur in a
例えば、インバータとして例えば構成された消費機器141内で短絡が発生し、それにより、接触器10が例えば各接触器10内で発生した接触器溶着のために開かず又は適時に開かず、それと共に他方の安全器111が作動した場合には、この安全器111で総バッテリ電圧(バッテリパック電圧)の大きさを有する電圧U2が降下する。この作動された安全器111での電圧降下U2によって、この場合は短絡が起きていない消費機器140の消費機器経路150内に存在するパイロテクニック式遮断要素170の制御線171、172内の電流フローが引き起こされる。この電流フローによって、対応するパイロテクニック式遮断要素170が作動され、遮断要素170は、作動された状態で、消費機器140の消費機器経路150を遮断する。これにより、消費機器140の電源が切断される(電気が来ていない状態になる)。
For example, a short circuit occurs in a
本発明の第2の実施形態に係るバッテリシステム100では、焼損した安全器110、111での電圧降下U1、U2が、2つのパイロテクニック式遮断要素170、180のうちの対応する遮断要素を点火するために利用される。安全器110が焼損した場合に、この焼損した安全器110は、パイロテクニック式遮断要素180の制御線181、182を介して短絡させられる。他方の安全器111が焼損した場合には、この他方の焼損した安全器111は、パイロテクニック式遮断要素170の制御線171、172を介して短絡させられる。
In the
好適に、安全器111が焼損した際に制御線171、172を介して流れる電流を制限するために、オーム抵抗(個別に図示せず)、又は代替的に、安全器(個別に図示せず)が、制御線171、172に組み込まれる。制御線171、172でオーム抵抗又は安全器(ヒューズ)を利用することによって、制御線171、172それぞれに対して、強すぎる熱的負荷が掛からないようになる。これにより、消費機器141の消費機器経路151内に存在する安全器111が焼損して当該消費機器経路151を切断したにも関わらず、パイロテクニック式遮断要素170の点火後に、危険な電圧が制御線171,172を介して消費機器141に伝達され、さらに、例えば車両の高電圧ネットワーク103である高電圧ネットワーク103に伝達されることも同様に防止される。
Preferably, an ohmic resistor (not separately shown) or alternatively a safety device (not separately shown) is used to limit the current flowing through the
さらに好適に、安全器110が焼損した際に制御線181、182を介して流れる電流を制限するために、オーム抵抗(個別に図示せず)、又は代替的に、安全器(個別に図示せず)が制御線181、182に組み込まれる。制御線181、182でオーム抵抗又は安全器(ヒューズ)を利用することによって、制御線181、182それぞれに対しても、強すぎる熱的負荷が掛からないようになる。これにより、消費機器140の消費機器経路150内に存在する安全器110が焼損して当該消費機器経路150を切断したにも関わらず、パイロテクニック式遮断要素180の点火後に、危険な電圧が制御線181,182も介して消費機器140に伝達され、さらに、例えば車両の高電圧ネットワーク103である高電圧ネットワーク103に伝達されることも同様に防止される。
More preferably, an ohmic resistor (not separately illustrated) or alternatively a safety device (not separately illustrated) is used to limit the current flowing through the
このようなパイロテクニック式遮断要素は、車両の低電圧ネットワーク(12V系ネットワーク)に、既にずっと以前から直列で実装され、その際に、このようなパイロテクニック式遮断要素の制御線は、エアバック制御装置を介して有効化される。その際の欠点は、このように実装されたパイロテクニック式遮断要素が、大きな電圧の際に小さい電流のしか遮断出来ないことである。 Such a Pyrotechnic-type blocking element has already been implemented in series in a low-voltage network (12V network) of a vehicle for a long time. It is activated via the control device. The disadvantage of this is that the pyrotechnical blocking element implemented in this way can only block small currents at high voltages.
図7は、本発明の第3の実施形態に係るバッテリシステム100を示している。図5に示された本発明の第2の実施形態に係るバッテリシステム100とは異なって、本発明の第3の実施形態に係るバッテリシステム100は、1つのパイロテクニック式遮断要素155及び制御回路160の代わりに、1つの閉鎖要素190を有し、この閉鎖要素190は、活動化されていない状態では開放されており、電流を案内することが出来ず、活動化された状態では閉鎖されており、電流を案内することが出来る。図7では、閉鎖要素190は、活動化されていない状態で、即ち開いた状態で示されている。その際に、閉鎖要素190は、その2つの端子のうちの一方が、消費機器150内に配置された安全器110の端子であって、消費機器経路150内に配置された消費機器140と直接的に接続された上記安全器110の端子と接続されており、かつ、その2つの端子の他方が、他の消費機器経路151に配置された安全器111の端子であって、消費機器経路151内に配置された他方の消費機器141と直接的に接続された上記安全器111の端子と接続されている。
FIG. 7 shows a
車両(図示せず)の高電圧ネットワーク103に電力供給するための本発明の第3の実施形態に係るバッテリシステム100が使用される場合には、閉鎖要素190は、2つの消費機器経路150、151の安全器110、111に対して、好適に車両側に配置される。この閉鎖要素190は、通常の場合には開放されている。好適に、消費機器140で短絡が発生し、それにより、当該消費機器140に対応付けられた安全器110が作動した場合には、閉鎖要素190が活動化される。上記短絡により接触器10が溶着している場合には、電流は、活動化された閉鎖要素190と、短絡が起きた消費機器140と、短絡が起きていない消費機器141に対応付けられた安全器111と、を通って、安全器111が作動するまで流れる。これにより、短絡が起きていない消費機器141、又は、短絡が起きていない消費機器141の電流回路の電源が切断される。
When a
さらに好適に、閉鎖要素190は、他方の消費機器141で短絡が発生した際にも活動化され、上記短絡により、他方の消費機器141に対応付けられた安全器111が作動される。接触器10が上記短絡により溶着している場合には、電流は、活動化された閉鎖要素190と、短絡が起きた他方の消費機器141と、短絡が起きていない消費機器140に対応付けられた安全器110と、を通って、安全器110が作動するまで流れる。これにより、短絡が起きていない消費機器140、又は、短絡が起きていない消費機器140の電流回路の電源が切断される。全体として、例えば、短絡が起きていない消費機器140、141の剥き出しの構成要素(部分)であって、危険なほど高い電圧がそこに印加される上記剥き出しの構成要素(部分)に接触した際に発生するあらゆる危険、又は、バッテリの過充電により、短絡が起きていない消費機器140、141の電気回路を介して発生するあらゆる危険を排除することが可能である。バッテリ101が、短絡が起きていない消費機器140、141の電気回路を介して過充電され、バッテリ101のバッテリセルが非常に危険な発熱反応に移行した場合に、危険な状況が発生する。同様に、短絡が起きていない消費機器140、141の構成要素が事故により損傷を被り、剥き出しになることが起こりうる。その場合に、このような構成要素に接触すると感電する可能性がある。
More preferably, the
消費機器140、141で短絡が発生し、それにより、通常では3kA〜7kAよりも大きい短絡電流が発生した場合には、接触器10が溶着している可能性がある。消費機器140、141で短絡が発生し、それにより、通常では3kA〜7kAよりも大きな短絡電流が発生した場合には、対応する安全器110、111が、その直後の数ミリ秒以内に作動する。図7では、安全器110で降下する電圧はU1で表され、安全器111で降下する電圧はU2で表された。
When a short circuit occurs in the
好適に、バッテリシステム100のバッテリ制御装置(個別に図示せず)によって、作動された安全器110、111及び/又は少なくとも1つの溶着した接触器10の存在が検出される。さらに好適に、バッテリ制御装置によって、作動された安全器110、111及び/又は少なくとも1つの溶着した接触器10が存在する際には本発明に係る閉鎖要素(閉鎖ユニット)190が活動化される。
Preferably, the presence of an activated
閉鎖要素は、基本的に、通常のスイッチとして構成されうる。市販のスイッチが、10kAまでのこのような短絡電流を通せない(zuschalten)ことにより、本発明に係る閉鎖要素(閉鎖ユニット)190のための特別な構造形態が提供される。本発明に係る閉鎖要素は好適に、活動化されていない状態(通常の開状態(normaly open))では開放されている接触器であって、接触器が閉鎖されている活動化された状態へと制御電圧の印加により切り替えられる上記接触器として構成可能である。本発明に係る閉鎖要素190は、好適に、従来のパイロテクニック式閉鎖要素(パイロテクニック式閉鎖装置、protechnical closing device)として構成され、従来のパイロテクニック式閉鎖要素では、ボルトがパイロテクニック的な装薬によって押し進められ、このように推し進められたたボルトにより2つの母線が短絡させられる。
The closure element can basically be configured as a normal switch. The fact that commercially available switches do not pass such short-circuit currents up to 10 kA provides a special structural form for the
図8には、本発明の第3の実施形態に係る本発明のバッテリシステム100の等化回路図が示されている。図8では、消費機器140内で短絡が発生した(それにより消費機器140に対応付けられた安全器110が作動し、バッテリシステム100の接触器10が溶着している)際に、閉鎖要素190が活動化された後にバッテリシステム100で生じた電流の流れが、複数の矢印によって示されている。この場合には、電流が、バッテリ101と、バッテリ101の高電圧端子130、131と、活動化された閉鎖要素190と、短絡が起きた消費機器140と、短絡が起きていない消費機器141に対応付けられた安全器111と、を介して、安全器111が作動されるまで流れる。
FIG. 8 shows an equalization circuit diagram of the
図9〜図11には、パイロテクニック式閉鎖要素(PCD)191として構成された本発明に係る閉鎖要素190が示されている。
FIGS. 9-11 show a
図9には、パイロテクニック式閉鎖要素191が、パイロテクニック式閉鎖要素191のパイロテクニック的な装薬210が点火信号200により点火される状態において示されている。図9には、パイロテクニック式閉鎖要素191の母線230、231も示されており、この母線230、231は、パイロテクニック式閉鎖要素191のボルト220によって未だ短絡させられていない。
In FIG. 9, the
図10には、パイロテクニック式閉鎖要素191が、パイロテクニック的な装薬210の点火の直後に生じた状態において示され、当該状態では、ボルト220がパイロテクニック的な装薬210によって押し進められており、母線230、231は、パイロテクニック式閉鎖要素191のボルト220によって未だ短絡されていない。
In FIG. 10, the
図11には、パイロテクニック式閉鎖要素191が、パイロテクニック的な装薬210の点火直後に生じた更なる別の状態において示され、当該状態では、パイロテクニック的な装薬210により押し進められたボルト220が、母線230、231を短絡させている。
In FIG. 11, the
以上、先に記載した開示と並んで、本発明の更なる開示について図5〜11の記載が補完的に参照される。 As above, the description of FIGS. 5 to 11 is supplementarily referred to for further disclosure of the present invention, along with the disclosure described above.
Claims (18)
2つの切り替え状態を有する少なくとも1つの切り替えユニット(155、170、180、190)を備えることを特徴とし、即ち、
前記少なくとも2つの消費機器(140、141)が前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)に接続されている状態において、前記対応付けられた消費機器(140、141)を介して流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が各安全器(110、111)を通って流れるという前記2つの切り替え状態のうちの第1の切り替え状態に切り替えられており、かつ、
前記少なくとも2つの安全器(110、111)のうちの1つが作動している際には、前記第1の切り替え状態から、前記2つの切り替え状態のうちの第2の切り替え状態であって、前記少なくとも1つの切り替えユニット(155、170、180、190)が、前記バッテリ(101)と、前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)と、対応付けられた安全器(110、111)が作動していない各消費機器(140、141)と、を介して流れるエラー電流を遮断し、及び/又は、前記バッテリ(101)によって前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)と、作動していない安全器(110、111)と、を介して前記高電圧ネットワーク(103)に印加される各エラー電圧を切るという前記第2の切り替え状態に切り替わるために設けられている、前記少なくとも1つの切り替えユニット(155、170、180、190)を備えることを特徴とする、バッテリシステム(100)。 A battery system (100) comprising a battery (101) configured to supply power to at least two consumer devices (140, 141) connected in parallel to a high voltage network (103), the battery (101) ), while the high-voltage terminal of itself (130, 131), Ri Contact is connected via at least two cutouts (110, 111) and contactor (10), said at least two cutouts (110 , 1 turn, each of the 111), wherein associated with one of at least two consumers (140, 141), Ri Contact is connected to the consuming device associated (140, 141), a battery system (100 )
Characterized in that it comprises at least one switching unit (155, 170, 180, 190) having two switching states, ie
In the state where the at least two consumer devices (140, 141) are connected to the high voltage terminals (130, 131) of the battery (101), the associated consumer devices (140, 141) are used. Has been switched to the first switching state of the two switching states in which the driving current flows through each safety device (110, 111) in the presence of the flowing driving current; and
When one of the at least two safety devices (110, 111) is operating, the first switching state is the second switching state of the two switching states, and At least one switching unit (155, 170, 180, 190) includes the battery (101), the high voltage terminal (130, 131) of the battery (101), and the associated safety device (110, 111). ) Shuts off the error current flowing through each consumer device (140, 141) that is not operating and / or the high voltage terminal (130, 131) of the battery (101) by the battery (101). ) And the non-operating safety device (110, 111), before turning off each error voltage applied to the high voltage network (103) Is provided to switch to the second switching state, characterized in that it comprises said at least one switching unit (155,170,180,190), a battery system (100).
前記少なくとも1つの切り替えユニット(190)は、作動していない各安全器(110、111)の作動によって、前記エラー電流を遮断し及び/又は前記エラー電圧を切るために設けられている、請求項1に記載のバッテリシステム(100)。 The at least one switching unit (155, 170, 180) includes the battery (101), the high voltage terminal (130, 131) of the battery (101), and an associated safety device (110, 111). Is provided to directly cut off the error current and / or directly cut off the error voltage by opening an electrical circuit through each consumer device (140, 141) that is not activated. Or
The at least one switching unit (190) is provided for interrupting the error current and / or turning off the error voltage by activation of each safety device (110, 111) that is not activated. The battery system (100) of claim 1.
パイロテクニック式遮断要素(155)として構成された1つの切り替えユニットと、
制御回路(160)と、を有し、
前記パイロテクニック式遮断要素(155)は、前記少なくとも2つの消費機器(140、141)が前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)に接続されている状態において、前記バッテリ(101)と前記高電圧端子(130、131)とを介して流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が前記遮断要素(155)を通って流れるその電導的な切り替え状態に切り替えられており、かつ、前記制御回路(160)により提供される制御信号、又は、前記制御回路(160)により提供される制御電圧が存在する際には、その電導的な切り替え状態からその非電導的な切り替え状態へと切り替わるために設けられ、
前記制御回路(160)は、各前記少なくとも2つの安全器(110、111)で降下する電圧(U1、U2)を定め、対応する前記安全器(110、111)の作動時に発生する作動電圧と等しい定められた電圧(U1、U2)が存在する際には、前記制御信号を生成して前記遮断要素(155)に提供し、又は、前記少なくとも2つの安全器(110、111)の1つで降下する作動電圧が存在する際には、前記遮断要素(155)に、制御電圧として前記作動電圧の対応する部分を提供するために設けられている、請求項1又は2のいずれか1項に記載のバッテリシステム(100)。 The battery system (100) includes:
One switching unit configured as a pyrotechnic blocking element (155);
A control circuit (160),
The pyrotechnic-type blocking element (155) is configured such that the battery (101) is in a state where the at least two consumer devices (140, 141) are connected to the high voltage terminals (130, 131) of the battery (101). ) And the high voltage terminals (130, 131) in the presence of a drive current flowing through the blocking element (155) in the presence of the drive current flowing through the blocking element (155), and When there is a control signal provided by the control circuit (160) or a control voltage provided by the control circuit (160), from its conductive switching state to its non-conductive switching state. Provided to switch,
The control circuit (160) determines a voltage (U1, U2) that drops in each of the at least two safety devices (110, 111), and an operation voltage generated when the corresponding safety device (110, 111) is operated. When equal defined voltages (U1, U2) are present, the control signal is generated and provided to the shut-off element (155) or one of the at least two safety devices (110, 111). 3. The device according to claim 1, wherein, in the presence of an operating voltage that falls at, the blocking element is provided to provide a corresponding part of the operating voltage as a control voltage. A battery system (100) according to claim 1.
各遮断要素(170、180)は、前記2つの消費機器(140、141)が前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)に接続されている状態において、前記2つの消費機器(140、141)のうちの対応付けられた前記消費機器を通って流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が、対応する前記遮断要素(170、180)を通って流れるその電導的な切り替え状態に切り替えられており、かつ、
自身に対応付けられていない前記消費機器(140、141)に対応付けられた安全器(110、111)で降下し当該安全器(110、111)の作動時に発生する作動電圧が存在する際には、その非電導的な切り替え状態へと切り替わるために設けられている、請求項1又は2に記載のバッテリシステム(100)。 Two consumer devices (140, 141) connected in parallel can be connected to the high-voltage terminals (130, 131) of the battery (101), and the battery system (100) has a pyrotechnique type cutoff. Two switching units each configured as an element (170, 180), one blocking element of the two blocking elements (170, 180) being respectively one of the two consumer devices (140, 141) Associated with consumer devices,
Each blocking element (170, 180) includes the two consumer devices (140, 141) in a state in which the two consumer devices (140, 141) are connected to the high voltage terminals (130, 131) of the battery (101). 140, 141) in the presence of the drive current flowing through the associated consumer device, the drive current flows into its electrically switched state through the corresponding blocking element (170, 180). Has been switched, and
When there is an operating voltage generated when the safety device (110, 111) associated with the consumer device (140, 141) not associated with itself is lowered and the safety device (110, 111) is activated. The battery system (100) according to claim 1 or 2, wherein the battery system (100) is provided for switching to its non-conductive switching state.
前記バッテリ制御装置は、作動された安全器(110、111)の存在を、前記少なくとも2つの安全器(110、111)でそれぞれ降下する電圧(U1、U2)の評価によって検出し、作動された安全器(110、111)が存在する際には、前記少なくとも1つの制御信号を生成して、前記少なくとも1つの閉鎖要素(190)に提供するために設けられている、請求項9又は10に記載のバッテリシステム(100)。 The at least one closure element (190) is moved from its non-conductive switching state in the presence of at least one control signal provided by a battery controller disposed in the battery system (100). Provided to switch to a conductive switching state,
The battery control device, the presence of actuated safety device (110, 111), detected by the evaluation of the at least two cutouts each drop to that voltage at (110, 111) (U1, U2), operating 10. or 9 provided to generate the at least one control signal and to provide it to the at least one closure element (190) when a safety device (110, 111) is present. 10. The battery system (100) according to 10.
前記バッテリ(101)は、自身の高電圧端子(130、131)の一方で、少なくとも2つの安全器(110、111)と接続され、前記少なくとも2つの安全器(110、111)の1つがそれぞれ、前記少なくとも2つの消費機器(140、141)の1つに対応付けられ、対応付けられた前記消費機器(140、141)と接続される、前記方法において、
2つの切り替え状態を有する少なくとも1つの切り替えユニット(155、170、180、190)が利用され、
前記少なくとも1つの切り替えユニット(155、170、180、190)は、前記少なくとも2つの消費機器(140、141)が前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)に接続されている状態において、前記対応付けられた消費機器(140、141)を介して流れる駆動電流の存在下で当該駆動電流が各安全器(110、111)を通って流れるという前記2つの切り替え状態のうちの第1の切り替え状態に切り替えられており、
前記少なくとも1つの切り替えユニット(155、170、180、190)は、前記少なくとも2つの安全器(110、111)のうちの1つが作動している際には、前記第1の切り替え状態から、前記2つの切り替え状態のうちの第2の切り替え状態であって、前記少なくとも1つの切り替えユニット(155、170、180、190)が、前記バッテリ(101)と、前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)と、対応付けられた安全器(110、111)が作動していない各消費機器(140、141)と、を介して流れるエラー電流を遮断し、及び/又は、前記バッテリ(101)によって前記バッテリ(101)の前記高電圧端子(130、131)と、作動していない安全器(110、111)と、を介して前記高電圧ネットワーク(103)に印加される各エラー電圧を切るという前記第2の切り替え状態に切り替えられることを特徴とする、方法。 Via the battery (101) configured to supply power to at least two consumer devices (140, 141) connected in parallel to each other of the high voltage network (103) and the high voltage terminal (130) of the battery (101) 131) and / or by the battery (101) to the high voltage network (103) via the high voltage terminals (130, 131) of the battery (101). A method for limiting the applied error voltage,
The battery (101) is connected to at least two safety devices (110, 111) on one of its high voltage terminals (130, 131), one of the at least two safety devices (110, 111) being respectively Wherein the method is associated with one of the at least two consumer devices (140, 141) and connected to the associated consumer device (140, 141),
At least one switching unit (155, 170, 180, 190) having two switching states is used,
In the at least one switching unit (155, 170, 180, 190), the at least two consumer devices (140, 141) are connected to the high voltage terminals (130, 131) of the battery (101). In the second switching state, the driving current flows through each safety device (110, 111) in the presence of the driving current flowing through the associated consumer device (140, 141). Has been switched to 1 switching state,
The at least one switching unit (155, 170, 180, 190) is in the first switching state when the one of the at least two safety devices (110, 111) is in operation. The second switching state of the two switching states, wherein the at least one switching unit (155, 170, 180, 190) includes the battery (101) and the high voltage terminal of the battery (101). (130, 131) and the consumer device (140, 141) in which the associated safety device (110, 111) is not activated, and / or the battery ( 101) through the high voltage terminals (130, 131) of the battery (101) and the safety devices (110, 111) that are not activated. Characterized in that it is switched to the second switching state of turning off the respective error voltage applied to the high voltage network (103) Te method.
前記少なくとも1つの切り替えユニット(190)による、作動していない各安全器(110、111)の作動によって、前記エラー電流が遮断され及び/又は前記エラー電圧が切られる、請求項12に記載の方法。 The battery (101), the high voltage terminal (130, 131) of the battery (101), and the safety device (110, 111) thereof are operated by the at least one switching unit (155, 170, 180). The error current is cut off directly and / or the error voltage is turned off directly by opening an electrical circuit through each non-consuming device (140, 141), or
13. The method according to claim 12, wherein activation of each non-actuated safety device (110, 111) by the at least one switching unit (190) interrupts the error current and / or turns off the error voltage. .
前記制御回路(160)によって、各前記少なくとも2つの安全器(110、111)で降下する電圧(U1、U2)が定められ、対応する前記安全器(110、111)の作動時に発生する作動電圧と等しい定められた電圧(U1、U2)が存在する際には、前記制御信号が生成されて、前記遮断要素(155)に提供され、又は、前記制御回路(160)によって、前記少なくとも2つの安全器(110、111)の1つで降下する作動電圧が存在する際には、前記遮断要素(155)に、制御電圧として前記作動電圧の対応する部分が提供される、請求項12又は13に記載の方法。 A switching unit configured as a pyrotechnic blocking element (155) and a control circuit (160) are utilized, the pyrotechnic blocking element (155) being connected to the at least two consumer devices (140, 141). ) Flows through the battery (101) and the high voltage terminal (130, 131) of the battery (101) in a state where it is connected to the high voltage terminal (130, 131) of the battery (101). In the presence of a drive current, the drive current is switched to its conductive switching state that flows through the blocking element (155) and there is a control signal or control voltage provided by the control circuit (160). In that case, it is switched from its conductive switching state to its non-conductive switching state,
The control circuit (160) determines a voltage (U1, U2) that drops in each of the at least two safety devices (110, 111), and an operating voltage generated when the corresponding safety device (110, 111) is operated. When a defined voltage (U1, U2) equal to is present, the control signal is generated and provided to the blocking element (155), or by the control circuit (160), the at least two 14. When there is an operating voltage dropping at one of the safety devices (110, 111), the interrupting element (155) is provided with a corresponding part of the operating voltage as a control voltage. The method described in 1.
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