具有電位平衡元件的系統(tǒng),尤其電池系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，尤其是一種電池系統(tǒng)，其具有相互電連接的系統(tǒng)部件，所述系統(tǒng)部件至少部分地帶電壓，并且具有至少一個另外的系統(tǒng)部件，所述至少一個另外的系統(tǒng)部件是能導電的，其中，所述至少一個另外的系統(tǒng)部件借助于至少一個電位平衡元件置于地電位上。
【背景技術】
[0002]在本發(fā)明的意義中的開頭提到的系統(tǒng)尤其是用于在混合動力車輛、插電混合動力車輛或電動車輛中提供電能的系統(tǒng)。對此尤其是指這樣的電池系統(tǒng)，這些電池系統(tǒng)具有多個彼此電連接的電池單元，尤其彼此電連接成電池模塊的電池單元。此外，對此也指另外的電流系統(tǒng)(galvanische Systeme)，尤其是燃料電池系統(tǒng)。這類系統(tǒng)具有一高壓回路，該高壓回路包括彼此電連接的系統(tǒng)部件，在一電池系統(tǒng)中尤其包括帶電壓的電池系統(tǒng)部件，就像電池單元、單元連接器(Zellverbinder)和切換元件。這樣的系統(tǒng)通常作為整體絕緣并且構造在閉合網絡中。
[0003]已知的是這樣的系統(tǒng)配備有用于檢測絕緣故障的裝置，尤其是所謂的絕緣監(jiān)控裝置。在該意義中的絕緣故障是高壓回路的帶電壓的系統(tǒng)部件與另一能導電的系統(tǒng)部件例如冷卻體或殼體部件之間的不希望的導電連接。為了使這些另外的系統(tǒng)部件在出現(xiàn)這樣的絕緣故障的情況下保持無電位，已知的是這些系統(tǒng)部件通過一電位平衡元件置于地電位。
[0004]從文獻DE 10 2011 077 306A1中公開了一種用于車輛的能量系統(tǒng)。在此公開了在能量系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)之內布置的、優(yōu)選高歐姆地與電池的對應觸點連接的電壓分配件，用于在絕緣故障的情況下記錄(verzeichnen)電壓分配的改變。通過評價對應的電阻在此探測絕緣故障。此外，從文獻DE 10 2010 054 413 Al中公開了一種用于確定絕緣故障位置的方法。
[0005]此外，由文獻DE 10 2011 015 694 Al公開了一種功率切換模塊和一電池單元，利用它們應當改善絕緣故障測量的品質。
[0006]此外，由文獻DE 44 42 825 Al公開了一種用于存儲電能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有一控制設備單元，該控制設備單元包括一種用于測量存儲器系統(tǒng)相對于車輛底盤的電位端部親合(Potentialendkopplung)的品質的絕緣測量單元。
[0007]如果在高壓回路中在至少兩個不同的、具有不同電位的部位上出現(xiàn)絕緣故障，那么形成短路電流。在此情況下，根據在哪些部位上出現(xiàn)絕緣故障的不同，短路電流流過多個電位平衡元件。在此情況下，常規(guī)的電位平衡元件顯示出在短路電流的電流承載能力方面的弱點，這是因為這些電位平衡元件作為簡單的電導體通常實現(xiàn)得盡可能薄，以便節(jié)省重量、結構空間和成本。一旦在多個絕緣故障的情況下出現(xiàn)短路電流時燒斷了一電位平衡元件，那么就中斷了短路電流。由于該中斷，絕緣故障利用通常使用的絕緣監(jiān)控裝置的探測不再能夠實現(xiàn)。
[0008]還存在這樣的問題:在出現(xiàn)一內部系統(tǒng)部件上的絕緣故障和出現(xiàn)一外部部件上的，例如使用所述系統(tǒng)所處的車輛的高壓纜線上的另一絕緣故障時，在系統(tǒng)外部的絕緣故障被識別之前，用于該系統(tǒng)與車輛的電流分離的保護繼電器就斷開了。在此，如果絕緣故障檢測僅尤其像在電池系統(tǒng)的情況下那樣在系統(tǒng)內部是可行的，那么外部的絕緣故障基于斷開的保護繼電器而保持未識別。如果電池系統(tǒng)在這樣的情況下通過閉合所述保護繼電器重新被接通，盡管外部的絕緣故障繼續(xù)存在或甚至加重，那么尤其會通過尤其就像冷卻體那樣的能導電的電池系統(tǒng)部件與能導電的電池殼體部件的偶然接觸此外產生短路電流，該短路電流進一步損壞所述電池系統(tǒng)部件。此外，當不同的電位施加在不同的殼體部件上時，還存在這樣的危險:人員由于觸碰車輛而被電擊。
[0009]在該背景下，本發(fā)明的任務是改善開頭提到的系統(tǒng)，尤其這樣改善:系統(tǒng)部件較低歐姆地連接到地電位上。尤其應當在因為多個絕緣故障而出現(xiàn)一短路電流的情況下更換地保護這些系統(tǒng)部件到所述地電位上的連接部不被熔斷，并且由此改善了絕緣故障的識別。

【發(fā)明內容】

[0010]為了解決該任務提出一種系統(tǒng)，其具有相互電連接的系統(tǒng)部件，所述系統(tǒng)部件至少部分地帶電壓或者說引導電壓(SpannungsfUhrend)，并且具有至少一個另外的系統(tǒng)部件，所述至少一個另外的系統(tǒng)部件是能導電的，其中，所述至少一個另外的系統(tǒng)部件借助于至少一個電位平衡元件置于地電位上，其中，所述電位平衡元件包括一并聯(lián)電路，該并聯(lián)電路由一電位平衡路徑和一短路電流限制路徑構成，其中，所述電位平衡路徑與所述短路電流限制路徑相比以如下方式具有更低的電阻，即，從所述至少一個另外的系統(tǒng)部件經由所述電位平衡元件導出的電位平衡電流基本上經由所述電位平衡路徑流動。在此有利地還這樣構造所述電位平衡路徑，當所述電位平衡路徑中的電流超過一預先限定的邊界值時，該電位平衡路徑斷開。在所述電位平衡路徑斷開的情況下，電流然后因此完全流過所述電位平衡元件的短路電流限制路徑。
[0011]根據本發(fā)明尤其設置:所述電位平衡路徑構造成較低歐姆并且所述短路電流限制路徑構造成較高歐姆。在此尤其設置:所述電位平衡路徑構造為普通的電導體，尤其是銅導體，其電阻僅與導體材料的單位電阻和該導體的相應幾何尺寸相關。與之相反，就短路電流限制路徑而言尤其設置:使用提高短路電流限制路徑的電阻的器件，從而使得該短路電流限制路徑的電阻優(yōu)選地為至少I歐姆。
[0012]該系統(tǒng)具有至少一個電位平衡元件，該電位平衡元件包括一并聯(lián)電路，該并聯(lián)電路包括一較低歐姆的電位平衡路徑和一較高歐姆的短路電流限制路徑，通過所述系統(tǒng)的該根據本發(fā)明的設計方案，尤其在因為兩個絕緣故障而出現(xiàn)一短路電流時，也能夠有利地當較低歐姆的電位平衡路徑因為出現(xiàn)該短路電流而熔斷時也實現(xiàn)所述絕緣故障的探測。那么電位平衡元件的短路電流限制路徑的電阻限制了所述短路電流并且有利地阻止了短路電流回路的中斷。
[0013]尤其設置:根據本發(fā)明的系統(tǒng)是一電池系統(tǒng)，尤其是一高壓電池系統(tǒng)，優(yōu)選是一構造用于混合動力車輛、插電混合動力車輛或電動車輛中運行的電池系統(tǒng)。至少部分帶電壓的彼此電連接的系統(tǒng)部件在此尤其是電池系統(tǒng)的電池單元以及電路部件，尤其像電池連接器、切換保護繼電器和類似的電路部件。能導電的其它系統(tǒng)部件在此尤其是其中布置有電池單元的電池殼體的部件和/或用于電池單元的調溫的冷卻體和/或保持片和/或連接元件。
[0014]如果在根據本發(fā)明構造的電池系統(tǒng)中因為絕緣故障而以如下方式出現(xiàn)短路電流，即，至少一個電位平衡元件的電位平衡路徑斷開，則電池系統(tǒng)的電池單元有利地經由短路電流限制路徑的電阻放電。至少一個電位平衡元件的短路電流限制路徑的電阻有利地以如下方式設定大小，即，進行電池單元的放電，而沒有不允許地高的電流流動并且電池系統(tǒng)部件不通過該電阻中進行的熱產生而受損。
[0015]按照根據本發(fā)明的系統(tǒng)的一特別優(yōu)選的設計方案設置:所述電位平衡元件的電位平衡路徑包括一保險元件，該保險元件構造用于觸發(fā)并且斷開所述電位平衡路徑，如果電位平衡路徑中的電流超過一預先限定的邊界值。也就是說:不屬于該系統(tǒng)的高壓回路的并且尤其不設置用于導引電流的至少一個能導電的系統(tǒng)部件的連接部有利地至少這樣長時間地經由所述電位平衡元件的電位平衡路徑較低歐姆地連接到所述地電位上，直到短路電流經由電位平衡元件流動。如果短路電流經由電位平衡元件這樣流動，那么電位平衡路徑中的保險元件有利地觸發(fā)并且由此斷開所述電位平衡路徑。由此，短路電流可以不繼續(xù)經由電位平衡路徑流動，而是由電位平衡元件的短路電流限制路徑引導。所述電位平衡路徑的電導體由此有利地被保護，以防通過短路電流而受損，同樣就像布置在所述電位平衡路徑附近中的那些部件那樣。
[0016]尤其設置:所述至少一個電位平衡元件的電位平衡路徑的保險元件是一熔斷保險。該熔斷保險在出現(xiàn)一短路電流時有利地熔斷，從而使得所述電位平衡路徑斷開。所述短路電流然后完全由所述電位平衡元件的短路電流限制路徑引導。
[0017]按照根據本發(fā)明的系統(tǒng)的另一特別優(yōu)選的設計方案設置:短路電流限制路徑包括一電阻。該電阻尤其也可以是多個電阻的串聯(lián)電路。如果根據本發(fā)明的系統(tǒng)是一電池系統(tǒng)，尤其設置:短路電流限制路徑的電阻以如下方式設計，即，電池系統(tǒng)的電池單元即使在最大充電狀態(tài)，即在最大SOC (S0C:電荷狀態(tài)，英文:State of Charge)下也通過至少一個電位平衡元件的短路電流限制路徑的電阻放電，而不使電阻熱失效。有利地也能夠在電池單元的完全放電之后借助于該系統(tǒng)的絕緣監(jiān)控裝置基于此外功能正常的短路電流限制路徑探測絕緣故障。尤其設置:所述短路電流限制路徑的電阻以如下方式構造，即，該電阻明顯處于用于探測絕緣故障所使用的電子裝置的測量閾值之下。
[0018]優(yōu)選地，該短路電流限制路徑的電阻具有I歐姆和I千歐姆之間的歐姆電阻。如已經實施的那樣，該電阻在此有利地以如下方式設定大小，即，所述短路電流限制路徑能夠在電位平衡路徑斷開的情況下繼續(xù)引導短路電流，而在此不發(fā)生熱失效。如果根據本發(fā)明的系統(tǒng)是一電池系統(tǒng)，那么該電阻還有利地以如下方式提供，即，電池系統(tǒng)的電池單元的放電能夠經由短路電流限制路徑的電阻實現(xiàn)。在電阻的設定大小在I歐姆和I千歐姆之間時，其中，這些邊界不必精確維持，該電阻有利地明顯小于用于識別絕緣故障而使用的電子裝置的測量閾值。該測量閾值通常處在大致50千歐姆和300千歐姆之間。
[0019]根據本發(fā)明的系統(tǒng)的另一特別有利的設計方案設置:所述系統(tǒng)具有一用于檢測絕緣故障的裝置。在本發(fā)明的意義上的絕緣故障尤其是該系統(tǒng)的高壓回路與不屬于該系統(tǒng)的高壓回路的能導電的系統(tǒng)部件、尤其是屬于該系統(tǒng)的低壓回路的部件之間的傳導連接。尤其設置:所述系統(tǒng)具有用于檢測絕緣故障的所謂的絕緣監(jiān)控裝置。用于檢測絕緣故障的裝置尤其可以這樣地構造，就像在開頭提到的文獻中公開的那樣。優(yōu)選地，該系統(tǒng)是一 IT網絡，也就是說一完全絕緣的并且閉合的網絡，具有一用于監(jiān)控絕緣故障的絕緣監(jiān)控裝置。
[0020]尤其地，在根據本發(fā)明的系統(tǒng)中設置:所述用于檢測絕緣