CN116494763A - 用于电池断开单元的诊断电路、用于诊断电池断开单元的方法、电池断开单元 - Google Patents

用于电池断开单元的诊断电路、用于诊断电池断开单元的方法、电池断开单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于诊断电池断开单元的诊断电路，所述电池断开单元用于将电池***从电气***断开。在此，所述电池断开单元具有第一开关元件和第二开关元件。根据本发明，所述诊断电路包括第一分压器和第二分压器，其中，第一分压器具有第一电阻、第二电阻和第一保护二极管；第二分压器具有第三电阻、第四电阻和第二保护二极管。在此，第一分压器和第二分压器如此串联连接，使得第一保护二极管的阳极与第二节点连接，第一保护二极管的阴极与第一电阻的第一接口连接，第一电阻的第二接口与第二电阻的第一接口连接，第二电阻的第二接口能够与第一开关元件的第二接口和第二开关元件的第二接口中的一个连接。

Description

用于电池断开单元的诊断电路、用于诊断电池断开单元的方 法、电池断开单元
技术领域
本发明涉及一种用于诊断电池断开单元的诊断电路，所述电池断开单元用于将电池***从电气***断开。在此，所述电池断开单元具有第一开关元件和第二开关元件。在此，第一开关元件的第一接口与第一节点连接，并且第一开关元件的第二接口与第一端子连接。在此，第二开关元件的第一接口与第一节点连接，第二开关元件的第二接口与第二端子连接。
此外，本发明涉及一种用于借助根据本发明的诊断电路来诊断所述电池断开单元的方法。
本发明还涉及一种电池断开单元和一种电池***。
背景技术
电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(Plug-in-HEV)使用一个或多个驱动***来提供驱动力。所述驱动***包括电气***和电池组，其中所述电气***接收来自功率源例如电网的功率以便给电池充电，驱动马达以便使车辆移动，并且给配件供电以便执行例如照明等功能，所述电池组以化学的方式方法存储电能，以便将来使车辆运行。在一定的情况下会需要将所述电气***从所述电池组断开。
已知的是，例如在电动车辆中，将所谓的电池断开单元(BDU，Battery DisconnectUnit)安装到电池***中，以便接通和断开电池***。BDU的主要组成部分是用于使电池***电接通和/或断开的开关装置。将这种开关装置安装到该电池***的正极路径和/或负极路径中。
电池断开单元处于完好状态对于安全性而言至关重要。因此，有必要定期地检查电池断开单元的功能。在这种情况下使用诊断电路或诊断装置。
文献DE 112017006265T5公开了一种电池单元和功率***。在此，使用具有多个可控制的半导体开关的电池断开单元。执行对操控信号的诊断。
文献DE 10 2016 107 274 A1涉及一种具有第一开关和第二开关的开关装置。在此，所述开关装置具有评估电路，该评估电路设立用于评估第一开关和第二开关之间的节点的时间特性，以便识别第一开关和第二开关中的至少一个开关的可能的故障状态。
发明内容
提出一种用于诊断电池断开单元的诊断电路，所述电池断开单元用于将电池***从电气***断开。“电气***”理解为具有至少一个耗电器和/或至少一个电能源的***。在本发明的意义中，电气***例如可以构造成用于电池***的充电器或者构造成车辆的车载网络。在此，所述电池断开单元具有第一端子、第二端子、第一开关元件和第二开关元件。开关元件分别具有三个接口，其中，在第一接口和第二接口之间构造断路间隔(Schaltstrecke)，所述断路间隔能够借助第三接口来操控。
在此，第一开关元件的第一接口与第一节点连接，并且第一开关元件的第二接口与第一端子连接。第二开关元件的第一端子与第一节点连接，并且第二开关元件的第二接口与第二端子连接。
根据本发明，所述诊断电路包括第一分压器和第二分压器，其中，所述第一分压器具有第一电阻、第二电阻和第一保护二极管；所述第二分压器具有第三电阻、第四电阻和第二保护二极管。在此，第一电阻、第二电阻和第一保护二极管如此串联连接，使得第一保护二极管的阳极与第二节点连接，第一保护二极管的阴极与第一电阻的第一接口连接，第一电阻的第二接口与第二电阻的第一接口连接，并且第二电阻的第二接口能够与第一开关元件的第二接口和第二开关元件的第二接口中的一个连接。在此，第三电阻、第四电阻和第二保护二极管如此串联连接，使得第二保护二极管的阳极与第二节点连接，第二保护二极管的阴极与第三电阻的第一接口连接，第三电阻的第二接口与第四电阻的第一接口连接，并且第四电阻的第二接口能够与第一开关元件的第二接口和第二开关元件的第二接口中的另一个连接。
根据本发明的一种优选的构造，第一分压器和第二分压器具有相同的电阻比。在此，第一分压器的电阻比对应于第一电阻相对于第二电阻的比例。在此，第二分压器的电阻比对应于第三电阻相对于第四电阻的比例。例如，第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻能够具有相同的电阻值。
替代地，第一分压器的电阻比可以与第二分压器的电阻比不同。
此外，根据本发明的诊断电路优选地包括直流电压源，该直流电压源在诊断期间在第一节点和第二节点之间产生直流电压。在此，所述直流电压源在诊断期间在第一节点处施加一个相较于相应的开关元件的第二接口处的电压的负的电压。在此，直流电压源在相应的开关元件的第二接口和相应的开关元件的第一接口之间产生电压差。例如，所述直流电压源可以具有30V的电压。然而也可以设想，所述直流电压源具有其他值的电压。在此，所述直流电压源能够构造成电池单池。在这种情况下，直流电压源的正极与第二节点连接。直流电压源的负极能够与第一节点连接，并且在诊断期间与第一节点连接。替代地，所述直流电压源也可以构造成直流电压转换器，该直流电压转换器能够将外部的直流电压源的直流电压从其他的电压水平转换为适用于诊断的电压水平。然而，也可以将整流器视为直流电压源，所述整流器将交流电压转换为直流电压。
本发明的另一方面在于提供一种用于诊断电池断开单元的方法，所述电池断开单元用于将电池***从电气***断开。在此，所述电池断开单元具有第一端子、第二端子、第一开关元件和第二开关元件。在此，第一开关元件的第一接口与第一节点连接，而第一开关元件的第二接口与第一端子连接。第二开关元件的第一接口与第一节点连接，并且第二开关元件的第二接口与第二端子连接。
在此，借助根据本发明的诊断电路来执行根据本发明的方法。相应地，在诊断电路的范畴中所描述的特征适用于所述方法，并且反之，在所述方法的范畴中所描述的特征适用于诊断电路。
在此，根据本发明的方法具有以下步骤：
-将第二电阻的第二接口与第一开关元件的第二接口和第二开关元件的第二接口中的一个连接；
-将第四电阻的第二接口与第一开关元件的第二接口和第二开关元件的第二接口中的另一个连接；
-在第一开关元件和第二开关元件处于打开状态期间，通过直流电压源在第一节点和第二节点之间产生直流电压；
-检测第二电阻处的电压降的第一测量值；
-检测第四电阻处的电压降的第二测量值；
-确定第一开关元件和第二开关元件的开关状态。在此，将所检测的相应的电压降的测量值与在第一开关元件和第二开关元件的相应的开关状态中的相应的电压降的额定值进行比较。
还提出一种用于将电池***从电气***断开的电池断开单元。所述电池断开单元包括第一端子、第二端子、第一开关元件和第二开关元件。在此，第一开关元件的第一接口与第一节点连接，并且第一开关元件的第二接口与第一端子连接。第二开关元件的第一接口与第一节点连接，并且第二开关元件的第二接口与第二端子连接。
此外，所述电池断开单元包括根据本发明提出的诊断电路。在此，第二电阻的第二接口与第一开关元件的第二接口和第二开关元件的第二接口中的一个连接，并且第四电阻的第二接口与第一开关元件的第二接口和第二开关元件的第二接口中的另一个连接。
附加地或替代地，根据本发明提出的电池断开单元设立用于执行根据本发明的方法。
优选地，所述电池断开单元还包括电流测量电阻，该电流测量电阻连接在第一开关元件的第一接口与第一节点之间，或者连接在第一节点与第二开关元件的第一接口之间。换言之，第一开关元件的第一接口或第二开关元件的第一接口经由所述电流测量电阻与第一节点连接。然而还可以设想，所述电流测量电阻连接在第一端子与第一开关元件的第二接口之间，或者连接在第二开关元件的第二接口和第二端子之间。换言之，在这些情况下，第一端子经由电流测量电阻与第一开关元件的第二接口连接，或者第二端子经由电流测量电阻与第二开关元件的第二接口连接。
根据本发明的一种优选的构造，第一开关元件和第二开关元件构造成半导体开关。例如，第一开关元件和第二开关元件能够构造成场效应晶体管，并且各自具有SOURCE接口、DRAIN接口和GATE接口。开关元件如此连接，使得相应地第一接口是SOURCE接口、第二接口是DRAIN接口并且第三接口是GATE接口。所述开关元件例如是MOSFET，尤其是增强型的n通道MOSFET。然而，第一开关元件和第二开关元件也可以构造成其他类型的半导体开关，例如IGBT。
此外，提出一种电池***，该电池***包括根据本发明的电池断开单元并且/或者设置用于执行根据本发明的方法。
此外，本发明涉及一种车辆，该车辆包括根据本发明的电池断开单元和/或根据本发明的电池***，并且/或者设置用于执行根据本发明的方法。
本发明的优点在于，本发明提供了一种具有简单的结构的诊断电路，该诊断电路例如构造成用于已经存在的电池断开单元的适配器，或者可以作为电子电路集成在已经存在的电池断开单元中。
利用根据本发明提出的方法，能够容易地检查所述电池断开单元，并且因此能够持续地检查。例如，能够在一个驾驶周期之后或者在开启电池***之前检查所述电池断开单元，并且因此能够较早地识别和解决与安全性相关的问题。
在根据本发明提出的电池断开单元中需要显著更小的构造空间。根据本发明提出的电池断开单元是在最大程度上独立的***，并且能够在非常紧凑的结构类型中被提供。因此，根据本发明提出的电池断开单元也能够以对于用户而言容易的方式集成在用户自己的电池***中。
附图说明
本发明的实施方式将根据附图和下面的说明来详细阐述。其中：
图1示出具有根据本发明的电池断开单元的电池***的示意图。
具体实施方式
图1示出具有根据本发明的电池断开单元100的电池***200的示意图。
如图1中所示，根据本发明提出的电池断开单元100用于电池***200中。在此，所述电池***200包括多个电池单池5，这些电池单池当前彼此串联连接。多个电池单池5也可以彼此并联连接。优选地，可以将一定数量的电池单池5联合成电池模块或电池组。多个电池模块或多个电池组又可以串联和/或并联连接。
在此，所述电池***200与电气***300连接，该电气***例如能够构造成车辆的车载网络或构造成充电器。
在此，电池断开单元100用于将电池***200从电气***300断开。在此，所述电池断开单元100也用于将电池***200与电气***300连接。
在此，所述电池断开单元100包括第一端子2、第二端子4、第一开关元件S1、第二开关元件S2和电流测量电阻6。开关元件S1、S2分别具有三个接口，其中，在第一接口和第二接口之间构造断路间隔，该断路间隔能够借助第三接口来操控。
当前，第一开关元件S1和第二开关元件S2构造成场效应晶体管。开关元件S1、S2分别具有SOURCE接口、DRAIN接口和GATE接口。所述开关元件S1、S2如此连接，使得相应地第一接口是SOURCE接口，第二接口是DRAIN接口并且第三接口是GATE接口。
当前，所述开关元件S1、S2是增强型的n通道MOSFET。开关元件S1、S2分别具有断路间隔以及与该断路间隔并联连接的反向二极管。所述反向二极管也称为体二极管，该反向二极管在每个MOSFET中基于其内部结构产生且不是明确的构件。
在此，第一开关元件S1的第一接口与第一节点8连接，并且第一开关元件S1的第二接口与第一端子2连接。在此，第二开关元件S2的第一接口经由所述电流测量电阻6与第一节点8连接，并且第二开关元件S2的第二接口与第二端子4连接。
此外，所述电池断开单元100包括根据本发明提出的诊断电路60。在此，所述诊断电路60包括第一分压器61和第二分压器62，其中，所述第一分压器具有第一电阻R1、第二电阻R2和第一保护二极管D1；所述第二分压器具有第三电阻R3、第四电阻R4和第二保护二极管D2。
在此，第一电阻R1、第二电阻R2和第一保护二极管D1如此串联连接，使得第一保护二极管D1的阳极与第二节点63连接，第一保护二极管D1的阴极与第一电阻R1的第一接口连接，第一电阻R1的第二接口与第二电阻R2的第一接口连接，并且第二电阻R2的第二接口与第一开关元件S1的第二接口连接。
在此，第三电阻R3、第四电阻R4和第二保护二极管D2如此串联连接，使得第二保护二极管D2的阳极与第二节点63连接，第二保护二极管D2的阴极与第三电阻R3的第一接口连接，第三电阻R3的第二接口与第四电阻R4的第一接口连接，并且第四电阻R4的第二接口与第二开关元件S2的第二接口连接。
在此，第一分压器61和第二分压器62能够具有相同的电阻比。例如，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4能够具有相同的电阻值。
替代地，第一分压器61的电阻比可以不同于第二分压器62的电阻比。
此外，所述诊断电路60包括直流电压源64，所述直流电压源在诊断期间在第一节点8和第二节点63之间产生例如30V或其他值的直流电压UE。所述直流电压源64当前构造成电池单池。在此，直流电压源64的正极与第二节点63连接；直流电压源64的负极与第一节点8连接。
替代地，直流电压源64也可以构造成直流电压转换器，所述直流电压转换器能够将外部的直流电压源的直流电压UE从其他的电压水平转换为适用于诊断的电压水平。然而，也可以将整流器视为直流电压源64，所述整流器将交流电压转换为直流电压UE。
此外，所述电池***200包括接触器20，其用于断开和接通所述电池***200。在此，所述接触器20能够构造成机械式继电器。
在执行根据本发明的方法时，在第一开关元件S1和第二开关元件S2处于打开状态期间，通过所述直流电压源64在第一节点8和第二节点63之间产生直流电压UE。
随后，由在此未被示出的第一测量通道来检测第二电阻R2处的电压降UP1的第一测量值。
与此同时或者在此之后，由在此未被示出的第二测量通道来检测第四电阻R4处的电压降UP2的第二测量值。
随后，确定第一开关元件S1和第二开关元件S2的开关状态。在此，将所检测的相应的电压降UP1、UP2的测量值与在第一开关元件S1和第二开关元件S2的相应的开关状态中的相应的电压降UP1、UP2的额定值进行比较。
本发明不局限于这里所描述的实施例和其中强调的方面。相反，在权利要求指定的范围内，多种变形方案能够处于所属领域技术人员的处理范畴内。

Claims (10)

1.一种用于诊断电池断开单元(100)的诊断电路(60)，所述电池断开单元用于将电池***(200)从电气***(300)断开，其中，
所述电池断开单元(100)具有第一端子(2)、第二端子(4)、第一开关元件(S1)和第二开关元件(S2)，其中，
所述第一开关元件(S1)的第一接口与第一节点(8)连接，
所述第一开关元件(S1)的第二接口与第一端子(2)连接，
所述第二开关元件(S2)的第一接口与第一节点(8)连接，
所述第二开关元件(S2)的第二接口与第二端子(4)连接，
其特征在于，
所述诊断电路(60)包括第一分压器(61)和第二分压器(62)，其中所述第一分压器具有第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一保护二极管(D1)，所述第二分压器具有第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第二保护二极管(D2)，其中，所述第一电阻(R1)、所述第二电阻(R2)和所述第一保护二极管(D1)如此串联连接，使得：
所述第一保护二极管(D1)的阳极与第二节点(63)连接，
所述第一保护二极管(D1)的阴极与所述第一电阻(R1)的第一接口连接，
所述第一电阻(R1)的第二接口与所述第二电阻(R2)的第一接口连接，
所述第二电阻(R2)的第二接口能够与所述第一开关元件(S1)的第二接口和所述第二开关元件(S2)的第二接口中的一个连接，其中，所述第三电阻(R3)、所述第四电阻(R4)和所述第二保护二极管(D2)如此串联连接，使得：
所述第二保护二极管(D2)的阳极与所述第二节点(63)连接，
所述第二保护二极管(D2)的阴极与所述第三电阻(R3)的第一接口连接，
所述第三电阻(R3)的第二接口与所述第四电阻(R4)的第一接口连接，
所述第四电阻(R4)的第二接口能够与所述第一开关元件(S1)的第二接口和所述第二开关元件(S2)的第二接口中的另一个连接。
2.根据权利要求1所述的诊断电路(60)，其特征在于，所述第一分压器(61)和所述第二分压器(62)具有相同的电阻比。
3.根据权利要求1所述的诊断电路(60)，其特征在于，
所述第一分压器(61)的电阻比与所述第二分压器(62)的电阻比不同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的诊断电路(60)，所述诊断电路还包括直流电压源(64)，所述直流电压源在诊断期间在所述第一节点(8)和所述第二节点(63)之间产生直流电压(UE)。
5.一种用于借助根据权利要求1至4中任一项所述的诊断电路(60)诊断电池断开单元(100)的方法，所述电池断开单元用于将电池***(200)从电气***(300)断开，其中，
所述电池断开单元(100)具有第一端子(2)、第二端子(4)、第一开关元件(S1)和第二开关元件(S2)，其中：
所述第一开关元件(S1)的第一接口与第一节点(8)连接，
所述第一开关元件(S1)的第二接口与所述第一端子(2)连接，
所述第二开关元件(S2)的第一接口与所述第一节点(8)连接，
所述第二开关元件(S2)的第二接口与所述第二端子(4)连接，
其中，所述方法具有以下步骤：
-将所述第二电阻(R2)的第二接口与所述第一开关元件(S1)的第二接口和所述第二开关元件(S2)的第二接口中的一个连接；
-将所述第四电阻(R4)的第二接口与所述第一开关元件(S1)的第二接口和所述第二开关元件(S2)的第二接口中的另一个连接；
-在所述第一开关元件(S1)和所述第二开关元件(S2)处于打开状态期间，通过所述直流电压源(64)在所述第一节点(8)和所述第二节点(63)之间产生直流电压(UE)；
-检测所述第二电阻(R2)处的电压降(UP1)的第一测量值；
-检测所述第四电阻(R4)处的电压降(UP2)的第二测量值；
-确定所述第一开关元件(S1)和所述第二开关元件(S2)的开关状态。
6.一种用于将电池***(200)从电气***(300)断开的电池断开单元(100)，所述电池断开单元包括第一端子(2)、第二端子(4)、第一开关元件(S1)和第二开关元件(S2)，其中：
所述第一开关元件(S1)的第一接口与第一节点(8)连接，
所述第一开关元件(S1)的第二接口与所述第一端子(2)连接，
所述第二开关元件(S2)的第一接口与所述第一节点(8)连接，
所述第二开关元件(S2)的第二接口与所述第二端子(4)连接，
其特征在于，
所述电池断开单元(100)还包括根据权利要求1至5中任一项所述的诊断电路(60)，其中，
所述第二电阻(R2)的第二接口与所述第一开关元件(S1)的第二接口和所述第二开关元件(S2)的第二接口中的一个连接；
所述第四电阻(R4)的第二接口与所述第一开关元件(S1)的第二接口和所述第二开关元件(S2)的第二接口中的另一个连接；并且/或者
所述电池断开单元(100)设立用于执行根据权利要求5所述的方法。
7.根据权利要求6所述的电池断开单元(100)，所述电池断开单元还包括电流测量电阻(6)，所述电流测量电阻
在所述第一端子(2)和所述第一开关元件(S1)的第二接口之间，或
在所述第一开关元件(S1)的第一接口和所述第一节点(8)之间，或
在所述第一节点(8)和所述第二开关元件(S2)的第一接口之间，或
在所述第二开关元件(S2)的第二接口和所述第二端子(4)之间连接。
8.根据权利要求6或7所述的电池断开单元(100)，其特征在于，所述第一开关元件(S1)和所述第二开关元件(S2)分别构造成半导体开关。
9.一种电池***(200)，其包括根据权利要求7至9中任一项所述的电池断开单元(100)并且/或者设立用于执行根据权利要求5所述的方法。
10.一种车辆，其包括根据权利要求6至8中任一项所述的电池断开单元(100)和/或根据权利要求9所述的电池***(200)并且/或者设立用于执行根据权利要求5所述的方法。
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