CN112714979A - 用于分离电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将具有至少两个电池单元(30)的电池(12)与车辆(10)的至少一个电部件(11)分离的方法，其中，为所述电池单元(30)的每个电池单元分配至少两个开关单元(21)，其中，所述电池单元(30)分别取决于相应的至少两个开关单元(21)与所述部件(11)电连接，使得为所述部件(11)建立通过所述电池(12)的能量供给，其中，为了分离所述部件(11)执行以下步骤：a)切换所述电池单元(30)的第一电池单元(30a)的至少两个开关单元(21)；b)切换所述电池单元(30)的至少一个第二电池单元(30b)的至少两个开关单元(21)。

Description

用于分离电池的方法
技术领域
本发明涉及一种用于将具有至少两个电池单元的电池与车辆的至少一个电部件分离(Trennen)的方法，所述电池尤其是高压电池。本发明还涉及一种用于执行所述方法的设备。
背景技术
从现有技术中已知，当车辆或车辆的电机停止时，通过继电器将车辆的电池与功率电子器件分离。同样已知的，在紧急情况下，例如在发生事故的情况下打开继电器。在此，通常一个继电器集成在正的“高侧”路径中，而另一继电器集成在负的“低侧”路径中，其中，这些路径表示将电池与电机连接的两个线路。
文献DE 10 2015 002 069 A1公开一种用于机动车的电池的电池单元。在此该电池单元可以通过两个电连接与电池的其他电池单元连接。还描述可以为电池提供传输状态。
由文献DE 10 2012 205 395 A1已知一种具有以下电池的电池***，所述电池具有多个电池模块。
文献DE 10 2015 215 797 A1公开一种具有集成的放电电路的电池。
发明内容
本发明的主题是一种具有独立方法权利要求特征的方法，和一种具有独立设备权利要求特征的设备。本发明的其他特征和细节由相应的从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本发明的方法描述的特征和细节自然也能够适用于结合根据本发明的设备，并且分别反之，本发明的各个方面的公开内容总是相互参照的或者能够相互参照。
尤其提出保护一种用于将具有至少两个电池单元的(尤其可再充电的)电池、优选高压电池与车辆的至少一个电部件、尤其驱动部件分离的方法。在此，分离优选在部件、尤其驱动部件关断时进行，该驱动部件优选构造为电动机或电机(E-Maschine)。
电部件在此可以实施为功率电子器件和/或实施为车辆的车载网络的用电器。此外，电部件可以构造为高压部件和/或构造为车辆的驱动部件、例如电动机。因此可能的是，电池构造为用于高压部件的能量供给的可再充电的高压电池，使得能够实现车辆的前进运动。例如，电池是400V或800V的电池。
在根据本发明的方法中有利的是将车辆构造为乘用车辆或载货车辆等。该车辆有利地构造为具有混合动力驱动或仅具有电驱动的电动车辆。因此，部件可以是车辆中的电机的高压驱动线路(Antriebsstrang)的部件。因此，在这种电动车辆中，能够设置由高压电池组(即电池)、中间电路和电机的功率电子器件组成的拓扑。
在根据本发明的方法中可以设置，为电池的电池单元的每个分配至少两个开关单元。换句话说，可以为每个电池单元设置具有两个开关单元的装置，并且尤其是集成到该电池单元中。同样能够实现，电池的所有电池单元具有两个开关单元并且因此能够与部件分离。这使得能够将电池与部件完全分离。替代地，除了具有开关单元的所述电池单元之外，在电池中还设置其他类型的电池单元，所述其他类型的电池单元不能够以根据本发明描述的方式分离。
根据本发明，电池单元能够(尤其分别取决于相应的至少两个开关单元)通过相应的开关单元与部件电连接，从而为部件建立通过电池的能量供给。这能够实现部件的运行，例如驱动部件的旋转运动和/或车辆的前进运动。反之，通过分离部件能够停用能量供给，因此可以使部件的上述运行停止。
在根据本发明的方法中，可以优选以所说明的顺序依次执行或者以任何顺序执行用于分离部件的以下步骤，其中，也可以重复执行单个步骤：
a)切换电池单元的第一电池单元的至少两个开关单元，
b)尤其在先前(vorangegangenen)的切换发生之后，逐步地分别切换电池单元的至少一个第二电池单元(和必要时第三电池单元、第四电池单元等)的至少两个开关单元，优选直到所有电池的所有开关单元已切换。
换句话说，电池的至少两个电池单元可以分别通过至少两个开关单元与至少一个部件电分离。切换在此可以涉及闭合和打开，其中，开关单元例如分别构造为电子开关单元。因此，开关尤其不涉及机械开关(机械地打开或闭合)，而是从阻断(Sperr)状态到导通状态和/或反之。这能够实现电池单元的可靠且灵活的切换。此外，能够避免使用继电器。特别是对于继电器已知的是，由于直流电压线路中的机械分离，可能出现火花间隙(Funkenstrecken)。在此，为了避免继电器的由此可能产生的缺陷(如粘合)，通常技术上是高开销的。此外，使用继电器也伴随着更高的成本。通过根据发明的方法也可以至少减轻这些缺点。
可以设置，在根据本发明的方法和/或根据本发明的设备中省去继电器，继电器通常使电池与部件连接，和/或继电器集成在高侧路径和/或低侧路径中。替代地，可以使用不构造成继电器的开关单元、和/或使用构造成电子开关单元的开关单元、和/或使用集成到电池单元中的开关单元。因此，与继电器相比能够降低故障速度。还能够节省安装空间。
例如，当车辆的电子器件探测到操作者请求停止车辆的发动机时和/或探测到车辆中的紧急情况时，可以发起分离和/或发起执行根据本发明的方法的所述方法步骤。
在根据本发明的方法中，可能有利的是，电池单元中的至少一个第二(和必要时其他)电池单元的至少两个开关单元的切换分别在先前的切换已经完成之后分步执行。换句话说，可以首先切换(确定的电池单元的)两个开关单元中的第一开关单元，并且可以在延迟时间之后才切换(确定的电池单元的)两个开关单元中的第二开关单元。然后，必要时可以对其他电池单元重复该切换流程。每个电池单元的开关单元的顺序切换因此也能够按顺序地、逐电池单元地进行。以这种方式能够减少在分离时的电压跳跃和/或电流跳跃。
每个开关单元的开关持续时间和/或延迟时间例如可以在1ns至100ns的范围内，优选地在10ns至50ns的范围内。切换时间或延迟时间优选小于100ns，由此可以得出，对于电池用于分离的总持续时间为几十微秒。借此，与继电器相比，这也降低用于分离的持续时间。因此可以产生改善的和受控的安全状态。
根据本发明的一种有利的扩展方案，可以设置如下：当具备接入条件(Zuschaltbedingung)时，在步骤a)之后才执行步骤b)，并且尤其仅在先前的切换之后才执行每个其他的逐步切换，其中，优选分别时间相关地和/或电流相关地、优选根据对于先前的切换所使用的开关单元的电流路径中的电流检测进行所述逐步的切换。因此，例如根据步骤b)的切换也可以根据对于根据步骤a)的切换所使用的开关单元的电流路径中的电流检测进行。在此，接入条件优选可以是高于、低于或达到预先确定的电流强度，所述电流强度尤其在切换之后在针对所述切换所使用的开关单元中的电流路径中被检测到。
在本发明的范畴中还可以设想，为了切换第一电池单元的和/或第二电池单元的和/或至少一个其他电池单元的至少两个开关单元，在延迟时间之后分别按顺序地切换所述两个开关单元。延迟时间例如可以通过电池单元的电子器件来预给定(尤其是通过通过电子器件对开关单元的相应控制)。相应的电子器件例如集成在电池的电池单元的每个电池单元中。
还能够实现，分别将至少两个开关单元构造为至少一个耦合开关单元和一个短路开关单元，其中，耦合开关单元优选集成在(与)相应的电池单元(串联)的电流路径中，而短路开关单元集成在与相应的电池单元并联的电流路径中，其中，为了分离优选可以按顺序切换所述开关单元。在此，所有电池单元或者说电池单元的开关单元都可以相应于这种装置构造。为了将电池单元之一与部件分离，在此可以首先闭合所述电池单元的短路开关单元，然后(例如在延迟时间之后)才打开所述电池单元的耦合开关单元。为了电池的完全(电)分离，可以对其他电池单元重复此过程。
在根据本发明的方法中，“分离”可以理解如下：分离不是从电连接的物理分离的意义上进行，而是电学上如此进行，使得通过电子开关(如晶体管或场效应晶体管)来阻断电流。开关单元因此可以涉及这种的电子开关，优选功率开关(Leistungsschalter)。
还可以可选地设想，为了电池单元的相应的分离，首先切换、尤其是闭合相应的电池单元的短路开关单元，并在延迟时间后切换、尤其是打开耦合开关单元。借此能够可靠地分离电池单元。该切换模式可以按顺序地对于其他电池单元重复。
在另一种可能性中可以设置，为了分离其他电池单元，将其他电池单元与至少一个部件逐步地分离，其中，依次分离至少5个或至少10个或至少20个电池单元。以这种方式，能够逐步地降低由电池提供给部件的电压或电流。
此外有利的是，在本发明的范畴中电池实施为高压电池，例如400V(伏特)或800V(伏特)的电池。替代地或附加地，可以将开关单元集成到电池中。这实现非常节省空间的结构方式。
本发明的主题也是一种用于将具有至少两个电池单元的电池与车辆的至少一个电部件分离的设备。在此设置，该设备构造用于执行根据本发明的方法。因此，根据本发明的设备具有与已经参照根据本发明的方法详细描述的优点相同的优点。
附图说明
本发明的其他优点，特征和细节从下面的描述中得出，其中参照附图详细描述本发明的实施例。在此，在权利要求书和说明书中提及的特征可以单独地或以任何组合的方式对于本发明必不可少。附图示出：
图1示出用于可视化根据本发明的方法的示意图；
图2示出用于可视化根据本发明的方法的根据本发明的设备的示意图；
图3示出根据本发明的方法的流程的示意图。
在以下附图中，对于不同实施例的相同技术特征使用相同的附图标记。
具体实施方式
根据图1至图3示意性地可视化根据本发明的方法，其中，部件11尤其可以是车辆10的驱动部件11。该部件由电池12、尤其是高压电池12供给能量，并借此运行。为此，电池12可以通过两个电流路径15、16(高侧15和低侧16)与部件11连接。
图2以更多细节示出根据本发明的用于执行根据本发明的方法的设备100。
在此，电池12的至少两个电池单元30a、30b可以通过至少两个相应的开关单元20a、20b与至少一个部件11电连接并且因此被接通。
可以看出，电池单元30的每个分配有至少两个开关单元21，其中，电池单元30分别取决于相应的至少两个开关单元21地与部件11电连接，从而为部件11建立通过电池12的能量供给。
电池12可以具有第一电池单元30a、第二电池单元30b以及必要时其他电池单元30直至第n电池单元30n。可以为所述电池单元30中的每个分配至少两个或恰好两个开关单元20。因此，可以将至少两个第一开关单元20a分配给第一电池单元30a，将至少两个第二开关单元20b分配给第二电池单元30b，将至少两个第n开关单元20n分配给第n电池单元30n(n在此是任意整数)。此外，每个电池单元30的至少两个开关单元20可以划分为耦合开关单元22和短路开关单元23。耦合开关单元22例如集成在与所分配的电池单元30相同的电流路径21中。短路开关单元23例如与其他短路开关单元23一起集成在从车辆的中间电路或者说从部件11引导至接地电位40的电流路径中。耦合单元22在此可以将所分配的电池单元30与部件11连接，相反，短路开关单元23能够桥接分配给它们的电池单元30。
图2在此仅应代表性地理解，从而也能够设置其他电池单元30，并且能够逐步地接通和/或分离其他电池单元30，其中，仅示例性地能够依次接通和/或随后又分离至少5个或至少10个或至少20个电池单元30。至少一个相应的开关单元20尤其可以包括至少一个耦合开关单元22和一个短路开关单元23，所述至少一个耦合开关单元22和所述短路开关单元23被分配给相应的电池单元30，并且可以交替地切换以便接通和/或分离该电池单元30。
根据图3，为了更好地理解本发明，可视化逐步的接通以及随后的逐步的分离。在此示出电池12与部件11之间的电流路径中的电压2和电流3在时间t上示例性的变化过程。
仅当在先前的接通或分离中具备接入条件时，才能够进行接通或分离。为此，可以分别根据对于所述接通或分离所使用的开关单元20的电流路径中的电流检测逐步地执行接通或分离。
例如可以进行接通，直到电池12的电压2达到总电压U为止。
在第一次接通1a中，在此可以首先闭合开关单元S2_n(图2所示)并且打开S1_n。然后可以等待一持续时间，直到电流3衰减(即保持在0安培)。以这种方式能够限制电流3的最大电流强度。例如，这可以通过电池12中的电子器件时间控制地或电流控制地执行。随后，在第二次接通1b中，可以闭合开关单元S2_2并且打开开关单元S1_2。同样在具备接入条件之后，即尤其在该持续时间之后，可以进行第三接通1c。对于其他电池单元30可以执行多次该接通，直到第n接通1n，在其中闭合开关单元S2_1并且打开开关单元S1_1。分配给公共电池单元30的开关单元在此必要时可以交替地打开。当所有开关S1_1至S1_n打开并且相应地所有开关S2_1至S2_n闭合时，施加全部的中间电路电压，并且功率电子器件可以启动电动机11或部件11。
为了随后能够使电动机11停止和/或能够在紧急情况下将电池12与部件11分离，根据一种根据本发明的方法，首先可以进行电池单元30的第一电池单元30a的至少两个开关单元21的切换，然后进行电池单元30的至少一个第二电池单元30b的至少两个开关单元21的切换。在此，还可以对其他电池单元30执行切换，使得首先进行第一电池单元30a的第一分离2a，其方式是：闭合开关单元Sl_l，并在延迟时间后打开开关单元S2_l。随后，可以闭合开关单元S1_2并且打开S2_2，以便对于电池单元30的第二电池单元30b进行第二分离2b。相应地，可以对其他电池单元30执行第三分离2c。最后，可以通过闭合开关单元S1_n和(尤其在延迟时间之后)打开开关单元S2_n实现第n分离。因此，电池单元30的分离尤其以与接通相反的顺序进行。
实施方式的以上阐述仅在示例的范畴中描述本发明。当然，只要在技术上是有意义的，在不脱离本发明的范畴的情况下，实施方式的各个特征可以自由地彼此组合。

Claims (10)

1.一种用于将具有至少两个电池单元(30)的电池(12)与车辆(10)的至少一个电部件(11)分离的方法，其中，
所述电池单元(30)中的每个电池单元分配有至少两个开关单元(21)，其中，
所述电池单元(30)分别取决于相应的至少两个开关单元(21)地与所述部件(11)电连接，从而为所述部件(11)建立通过所述电池(12)的能量供给，
其中，为了分离所述部件(11)，执行以下步骤：
a)切换所述电池单元(30)的第一电池单元(30a)的至少两个开关单元(21)；
b)切换所述电池单元(30)的至少一个第二电池单元(30b)的至少两个开关单元(21)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在先前的切换之后分别逐步地执行所述电池单元(30)的至少一个第二电池单元(30b)的至少两个开关单元(21)的所述切换。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当具备接入条件时，在步骤a)之后才执行步骤b)，并且尤其在所述先前的切换之后才执行每个其他的逐步切换，其中，优选分别时间相关地和/或电流相关地、优选根据对于所述先前的切换所使用的开关单元(20)的电流路径中的电流检测进行所述逐步的切换。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了切换所述电池单元(30)的第一电池单元(30a)的至少两个开关单元(21)和/或所述电池单元(30)的第二电池单元(30b)的至少两个开关单元(21)和/或所述电池单元(30)的至少一个其他电池单元的至少两个开关单元(21)，在延迟时间之后分别按顺序地切换所述两个开关单元(21)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述至少两个开关单元(20)分别构造为至少一个耦合开关单元(22)和一个短路开关单元(23)，其中，所述耦合开关单元(22)优选集成在所述相应的电池单元(30)的电流路径中，并且所述短路开关单元(23)集成在与所述相应的电池单元(30)并联的电流路径中，其中，按顺序地切换所述开关单元(20)以进行分离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了相应地分离所述电池单元(30)，首先切换、尤其是闭合相应的电池单元(30)的短路开关单元(23)，并在延迟时间后切换、尤其是打开所述耦合开关单元(22)。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了分离，将其他的电池单元(30)与所述至少一个部件(11)逐步地分离，其中，依次地分离至少5个或至少10个或至少20个电池单元(30)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电池实施为高压电池。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述开关单元(20)集成到所述电池(12)中。
10.一种用于将具有至少两个电池单元(30)的电池(12)与车辆(10)的至少一个电部件(11)分离的设备(100)，其特征在于，所述设备(100)实施用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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