本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車的高壓電池，該高壓電池的運(yùn)行電壓大于12v、特別是大于50v，該高壓電池具有連接到機(jī)動車的高壓電網(wǎng)上的兩個電網(wǎng)連接端，所述電網(wǎng)連接端能通過設(shè)置在高壓電池的殼體內(nèi)的第一安全接觸器來切斷電壓，該高壓電池還具有用于電能的蓄能單元，所述蓄能單元經(jīng)由第一安全接觸器與電網(wǎng)連接端連接。此外本發(fā)明還涉及一種具有這樣的高壓電池的機(jī)動車。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代機(jī)動車——特別是電動車和混合動力車輛——大多具有兩個車載電網(wǎng)，亦即低壓電網(wǎng)——例如12v——和高壓電網(wǎng)，高壓電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓高于低壓電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓。低壓電網(wǎng)由低壓電池——例如12v鉛酸蓄電池——(并且也可能另外的能源、如發(fā)電機(jī))供電，而在高壓電網(wǎng)中設(shè)有自身的高壓電池，其可以通過不同方式和方法充電。如果存在電機(jī)，那么該電機(jī)可以用作發(fā)電機(jī)并且經(jīng)由電網(wǎng)連接端給高壓電池充電。在電動車中并且在所謂的插接式混合動力機(jī)動車中設(shè)有充電裝置，其允許也從機(jī)動車外部的電能源例如在充電站處給高壓電池充電。

因?yàn)楦唠妷航?jīng)常超過接觸保護(hù)電壓，所以安全措施是必要的，以便可以在機(jī)動車的高壓電網(wǎng)中切斷電壓。該措施的一部分是設(shè)置在高壓電池內(nèi)的第一安全接觸器，其例如可以通過導(dǎo)頻線路(pilotlinie)接通，如這在現(xiàn)有技術(shù)中原則上已知的。自然也可以存在控制裝置，例如作為電池管理系統(tǒng)的一部分或用于實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)，通過該控制裝置斷開和閉合第一安全接觸器。通常確定的功率是需要的，以便將第一安全接觸器保持閉合，該第一安全接觸器必須滿足高要求。在一些國家法定規(guī)定的還有為了提高安全性的無源放電電阻，其大多在電池外部連接在正與負(fù)的電網(wǎng)連接端之間。

也已經(jīng)提出，允許在低壓電網(wǎng)與高壓電網(wǎng)之間的能量交換，從而特別是也可以考慮的是，通過低壓電網(wǎng)的能源給高壓電池充電。為此，直流電壓轉(zhuǎn)換器、特別是雙向直流電壓轉(zhuǎn)換器可以連接在低壓電網(wǎng)與高壓電網(wǎng)之間，直流電壓轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)這種能量交換。

作為機(jī)動車中的另外的電能源最后也提出，將太陽能裝置集成在機(jī)動車中，特別是作為太陽能頂棚。這樣的太陽能裝置具有至少一個太陽能電池，其允許將陽光轉(zhuǎn)換為電能。在機(jī)動車運(yùn)行期間，太陽能裝置可以支持低壓電網(wǎng)中的運(yùn)行；在機(jī)動車不運(yùn)行期間，亦即在非運(yùn)行狀態(tài)下或非運(yùn)行階段中提出，由太陽能裝置獲得的能量也用于低壓電池的充電。自然低壓電池特別是具有常見的12v鉛酸蓄電池，不具有格外大的蓄能容量，從而不能存儲太陽能裝置所產(chǎn)生的全部能量，特別是在機(jī)動車的較長的停車時間的情況下。在另一側(cè)上然而由太陽能裝置提供的功率更小，從而高壓電池的充電通過電網(wǎng)連接端和為低壓電網(wǎng)的饋電設(shè)計(jì)的直流電壓轉(zhuǎn)換器由太陽能裝置僅僅具有格外低的效率，如果主要可能的是，例如因?yàn)榈谝话踩佑|器必須保持打開并且有可能不同的另外的構(gòu)件必須有源地運(yùn)行。此外，提及的無源放電電阻在通過高壓電池的電網(wǎng)連接端進(jìn)行充電過程期間是負(fù)載。關(guān)于在當(dāng)今機(jī)動車中由太陽能裝置給高壓電池充電的另一問題在于，高壓電網(wǎng)也在機(jī)動車的非運(yùn)行階段中處于電壓之下，這是不期望的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提出高壓電池的設(shè)計(jì)方案，其能實(shí)現(xiàn)改善的充電過程，特別是在機(jī)動車的高壓電網(wǎng)上沒有高電壓的必要性的情況下。

為了解決該任務(wù)，在開始所述類型的高壓電池中按照本發(fā)明提出，電池附加地具有兩個充電連接端，所述充電連接端在繞過第一安全接觸器的情況下經(jīng)由充電線路與蓄能單元連接。

因此提出，除了電網(wǎng)連接端之外在高壓電池上還設(shè)有附加的連接端對，其專門用于高壓電池的充電，并且繞過電網(wǎng)連接端、特別是在充電過程期間斷開的第一安全接觸器并因此此外還有特別是在電網(wǎng)連接端之間設(shè)置的無源放電電阻。因此如果蓄能單元經(jīng)由相應(yīng)電網(wǎng)線路——其中連接有第一安全接觸器——與電網(wǎng)連接端連接，那么因此基于充電連接端的充電線路——其自然也可以包括高壓電池的另外的構(gòu)件，對此在下文中還將進(jìn)一步討論——在第一安全接觸器的背向電網(wǎng)連接端的側(cè)上碰到電網(wǎng)線路。換言之，充電線路在第一安全接觸器“后面”與蓄能單元連接。通過這種方式和方法，第一安全接觸器可以在充電過程期間保持?jǐn)嚅_，從而整個高壓電網(wǎng)也保持切斷電壓。這帶來在充電過程的效率方面的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)榈谝话踩佑|器不必被供電，其中再者經(jīng)由無源放電電阻——其連接在電網(wǎng)連接端之間——的無源放電在充電過程期間不是負(fù)載。

通過高壓電網(wǎng)在機(jī)動車的非運(yùn)行階段期間——其中應(yīng)給高壓電池充電——保持切斷電壓，機(jī)動車的高壓安全性總體上提高。再者非激活的高壓電網(wǎng)允許在充電過程中的較高的效率。

特別有利地，附加的兩個充電連接端用于由能源充以較低的輸出電壓作為高壓電池的運(yùn)行電壓，特別是由太陽能裝置或一般的機(jī)動車低壓電網(wǎng)充電。那么通過高壓電池的設(shè)計(jì)方案通過太陽能對高壓電池的有效充電是可能的，這提供保護(hù)免于高壓電池的深度放電，在足夠日光照射的情況下對于具有電機(jī)的機(jī)動車提供免費(fèi)附加作用范圍并且允許完全利用通過太陽能裝置獲得的能量，這是因?yàn)楦邏弘姵靥峁┓浅８叩男钅苋萘俊?/p>

附加的充電連接端——其繞過高壓電網(wǎng)和第一安全接觸器——那么最后用于損耗最小化。在此提出，在內(nèi)部的第一安全接觸器后面饋送能量到電池中，這首先能實(shí)現(xiàn)，有意義地應(yīng)用太陽能裝置用于高壓電池的充電。

本發(fā)明的一個適宜的改進(jìn)方案提出，至少一個第二安全接觸器設(shè)置在將充電連接端與蓄能單元連接的充電線路中，特別是直接連接到蓄能單元上并且在充電線路與將電網(wǎng)連接端和蓄能單元連接的電網(wǎng)線路的共同的線路部段之外。對從充電連接端方面的這樣的安全措施可以提供較小的要求，特別是當(dāng)實(shí)現(xiàn)在低的功率下由如太陽能裝置那樣的低壓能源的充電行動時。第二安全接觸器那么可以如此設(shè)計(jì)，使得第二安全接觸器需要顯著更小的功率，以便保持在閉合狀態(tài)下。盡管如此存在足夠的安全性。

在此適宜的是，至少一個第二安全接觸器——特別是當(dāng)在每個充電線路中設(shè)置第二安全接觸器時，對此在下文中還進(jìn)行進(jìn)一步討論——經(jīng)由通過直流電壓轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)的導(dǎo)頻線路連接。如在第一安全接觸器中那么可以設(shè)有導(dǎo)頻線路，其中對于第二安全接觸器設(shè)置的導(dǎo)頻線路當(dāng)充電由低電壓的能源——特別是太陽能裝置——實(shí)現(xiàn)時延伸通過需要的直流電壓轉(zhuǎn)換器。如果該直流電壓轉(zhuǎn)換器不存在/故障，那么第二安全接觸器自動斷開。

結(jié)合第二安全接觸器的適宜設(shè)計(jì)方案提出，為了控制第一安全接觸器和至少一個第二安全接觸器的運(yùn)行而設(shè)有高壓電池的共同的控制裝置。適宜的是，用于斷開第一和第二安全接觸器的功能被定位在相同的控制裝置中，特別是在相同的控制器中，通過該控制裝置在識別到故障(例如高壓電池的過充電或機(jī)動車發(fā)生事故)時可以安全斷開全部安全接觸器。由此確保在機(jī)動車中在高壓供電方面安全性的進(jìn)一步提高。

在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中可以提出，在高壓電池的殼體中還設(shè)有直流電壓轉(zhuǎn)換器，用于將施加在充電連接端上的、特別是低于高壓電池運(yùn)行電壓的充電電壓轉(zhuǎn)換為被存儲用于為蓄能單元充電的直流電壓。這表示，當(dāng)高壓電池應(yīng)被從具有較低電壓的能源——例如太陽能裝置——充電時，直流電壓轉(zhuǎn)換器是需要的，該直流電壓轉(zhuǎn)換器特別有利地在本發(fā)明的范圍中也可以集成到高壓電池中，更準(zhǔn)確地說集成在高壓電池的殼體內(nèi)。但是這表示，在充電連接端上必須僅施加低充電電壓，例如在12v的水平。這還有助于在高壓電池上提高的安全性，這是因?yàn)楦邏和ㄟ^集成的直流電壓轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地電隔離地僅僅在高壓電池的殼體內(nèi)產(chǎn)生。

適宜地，高壓電池可以具有一個或所述控制裝置，所述控制裝置也構(gòu)成為用于控制直流電壓轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行。特別是在此涉及如下控制裝置，其也共同地操控第一和第二安全接觸器。用于控制充電功率的操控邏輯電路經(jīng)由直流電壓轉(zhuǎn)換器適宜地可以集成到高壓電池的控制裝置中，而自然也可以考慮的是，以其它方式安置操控邏輯電路，例如作為電池管理系統(tǒng)的一部分或自身的控制器的一部分。

可以提出，直流電壓轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為雙向工作的。這樣的設(shè)計(jì)方案特別是在如下情況下是適宜的，即當(dāng)通過直流電壓轉(zhuǎn)換器也應(yīng)將電能通過充電連接端向外導(dǎo)出時，例如用于低壓電網(wǎng)中電池的充電和/或用于支持低壓電網(wǎng)中的負(fù)載。在上下文背景中那么適宜地在每種情況下設(shè)有兩個第二安全接觸器，在隨后在兩個充電線路上為了提高安全性應(yīng)進(jìn)行分離之后。相應(yīng)的導(dǎo)頻線路那么可以通過內(nèi)部直流電壓轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)。

特別是當(dāng)內(nèi)部直流電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)置為充電直流電壓轉(zhuǎn)換器時，其僅僅應(yīng)將進(jìn)入的電能經(jīng)由用于為蓄能單元充電的充電連接端帶到較高的電壓水平，安全措施也可以通過其它方式設(shè)計(jì)，以便如此降低特別是對單個的——如果存在的話——第二安全接觸器的要求。如此可以在本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中提出，在至少一個充電線路中連接有阻止電能朝向充電連接端的方向流動的二極管和/或保險裝置。如果直流電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)置在高壓電池之外，那么該設(shè)計(jì)方案也可以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檫@樣的二極管最后確保，不會出現(xiàn)高壓電池通過直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電路的放電。即便如此如果通過直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電路出現(xiàn)短路，其應(yīng)在內(nèi)部或外部，那么激活保險裝置并且通過這種方式和方法結(jié)束電路閉合。

如果在該設(shè)計(jì)方案中也設(shè)有第二安全接觸器，那么第二安全接觸器作為用于充電線路的關(guān)斷的附加冗余存在，例如以便滿足相應(yīng)的安全要求。然而正是也在高壓電池的可能的過充電方面第二安全接觸器還是有意義的。

如上所述，附加的充電連接端允許獨(dú)立于高壓電網(wǎng)給高壓電池充電的充電過程，從而也可以說，控制經(jīng)由充電連接端給高壓電池充電的一個或所述控制裝置構(gòu)成為用于在第一安全接觸器斷開的情況下給高壓電池充電。

除了高壓電池之外，本發(fā)明還涉及一種機(jī)動車，其具有連接到高壓電網(wǎng)——其電壓高于機(jī)動車的低壓電網(wǎng)的電壓——上的按照本發(fā)明的高壓電池。關(guān)于高壓電池的全部實(shí)施方案可以類似地傳遞給按照本發(fā)明的機(jī)動車，通過該機(jī)動車因此也可以獲得已經(jīng)描述的優(yōu)點(diǎn)。

在此在按照本發(fā)明的機(jī)動車的一個特別有利的設(shè)計(jì)方案中設(shè)計(jì)為，在機(jī)動車中設(shè)有連接到高壓電池的充電連接端上的、相對于高壓電池而言位于外部的直流電壓轉(zhuǎn)換器，或者在高壓電池中集成有直流電壓轉(zhuǎn)換器，其中，作為充電電壓向直流電壓轉(zhuǎn)換器在背向蓄能單元的側(cè)上輸送適用于給低壓電網(wǎng)的低壓電池充電和/或適用于給低壓電網(wǎng)的負(fù)載供電的低電壓。直流電壓轉(zhuǎn)換器那么如上所述可以設(shè)置在高壓電池之外，但是也可以集成到其中，其中絕對可以考慮的是，也應(yīng)用雙向直流電壓轉(zhuǎn)換器。特別是然而應(yīng)用單向直流電壓轉(zhuǎn)換器，這表示充電連接端實(shí)際上僅僅用于由具有比高壓電池的運(yùn)行電壓低的充電電壓的能源給高壓電池充電。在每種情況下，這也適用于按照本發(fā)明的高壓電池，直流電壓轉(zhuǎn)換器優(yōu)選如此構(gòu)成，使得產(chǎn)生電隔離(“電隔離的直流電壓轉(zhuǎn)換器”)。

如上所述，本發(fā)明結(jié)合通過機(jī)動車的太陽能裝置給高壓電池充電的可能性而產(chǎn)生特別的優(yōu)點(diǎn)，從而在優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中機(jī)動車還可以包括具有至少一個太陽能電池的太陽能裝置，其提供充電電壓。至今在能量上有意義地可能的是，通過太陽能裝置給高壓電池充電，而在本發(fā)明的范圍中不產(chǎn)生用于將第一安全接觸器保持?jǐn)嚅_的功率以及放電電阻的附加的負(fù)載。

附圖說明

本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)由在下文中所述的實(shí)施例以及根據(jù)附圖產(chǎn)生。其中：

圖1示出按照本發(fā)明的高壓電池的第一設(shè)計(jì)方案；

圖2示出按照本發(fā)明的高壓電池的第二設(shè)計(jì)方案；以及

圖3示出按照本發(fā)明的機(jī)動車。

具體實(shí)施方式

圖1示出按照本發(fā)明的高壓電池1a的第一實(shí)施例的原理圖。該高壓電池包括在此僅僅標(biāo)明的殼體2，其中設(shè)有多個蓄能單元3(電池模塊/單元)，其中在此示出三個。蓄能單元分別配置有蓄能模塊控制單元4。蓄能單元3相互串聯(lián)連接并且經(jīng)由電網(wǎng)線路5與電網(wǎng)連接端6連接，經(jīng)由高壓電池1a可以連接到機(jī)動車的在此僅僅標(biāo)明的高壓電網(wǎng)7，其中在此出于圖示原因僅示出無源放電電阻8。

為了可以可靠地將高壓電池1a與高壓電網(wǎng)7分離，在電網(wǎng)線路5中設(shè)有兩個第一安全接觸器k1和k2，它們需要確定的功率，以便保持在閉合狀態(tài)下，例如分別5瓦特。即使這出于清晰原因在此沒有進(jìn)一步示出，第一安全接觸器k1、k2可以通過高壓電池1a的中央控制裝置9操控；附加地可以設(shè)有導(dǎo)頻線路18，其例如總是當(dāng)高壓電池1a不連接到高壓電網(wǎng)7上時斷開接觸器k1、k2。

中央控制裝置9在此構(gòu)成為電池管理控制單元，其如通過內(nèi)部通信線路10所標(biāo)明的那樣也操控蓄能單元控制單元4。

除了電網(wǎng)連接端7之外，高壓電池1a然而也具有充電連接端11。充電連接端11允許將低壓能源、特別是機(jī)動車的太陽能裝置為了給蓄能單元3充電而連接到高壓電池1a上，這通過在圖1中描繪的電壓值闡明。因此通過充電連接端11進(jìn)入的能量借助于充電線路12經(jīng)由一些構(gòu)件——其在下文中還將進(jìn)一步闡明——引導(dǎo)到蓄能單元3，亦即繞過第一安全接觸器k1和k2。這表示，雖然存在電網(wǎng)線路5和充電線路12的共同的線路部段，充電線路12然而僅僅在連接第一安全接觸器k1、k2與串聯(lián)連接的蓄能單元3的電網(wǎng)線路5部分中到達(dá)該電網(wǎng)線路。

為了將顯著更低的充電電壓——在此為12v——轉(zhuǎn)換為適用于給蓄能單元3充電的直流電壓，在高壓電池1a的殼體2中現(xiàn)在也集成有電氣隔離的直流電壓轉(zhuǎn)換器13，其因此接入充電線路12中。

作為在直流電壓轉(zhuǎn)換器13的高壓側(cè)上的安全措施在此設(shè)有二極管d1、保險裝置s1以及第二安全接觸器k3，其相比于第一安全接觸器k1、k2可以利用更低的功率保持閉合。第二安全接觸器k3用作用于關(guān)斷高壓的附加的冗余，特別是在過充保護(hù)方面。二極管d1用于以下目的，即防止高壓電池1a——因此蓄能單元3——通過直流電壓轉(zhuǎn)換器13的輸出電路放電。盡管如此如果通過直流電壓轉(zhuǎn)換器13的輸出電路產(chǎn)生短路，那么觸發(fā)保險裝置s1并且如此結(jié)束通過電流。

在此示例性地選擇構(gòu)件f1、d1和k3的示出的順序和設(shè)置；這些構(gòu)件自然可以以任意順序設(shè)置在串聯(lián)連接的蓄能單元3的正極與負(fù)極之間。

用于控制充電過程、特別是充電功率的操控邏輯電路在此也實(shí)現(xiàn)在控制裝置9中，如通過由內(nèi)部的通信線路10到直流電壓轉(zhuǎn)換器13的相應(yīng)箭頭標(biāo)明的那樣。此外控制器9除了第一安全接觸器k1、k2之外也控制第二安全接觸器k3，由此在識別到故障的情況下、例如在高壓電池1a過充的情況下可以可靠地?cái)嚅_全部的安全接觸器k1、k2和k3。在此還應(yīng)說明的是，安全接觸器可以構(gòu)成為繼電器，然而特別是在匹配當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的情況下未來絕對也可以考慮的是，將安全接觸器實(shí)現(xiàn)為半導(dǎo)體開關(guān)。

為了可以與上級能量管理系統(tǒng)通信，控制裝置9經(jīng)由外部通信接口17與外部控制器連接。

圖2示出相比于圖1修改的實(shí)施例，其與圖1的實(shí)施例的區(qū)別在于，沒有直流電壓轉(zhuǎn)換器13集成到那里的高壓電池1b中，取而代之地然而在省去二極管d1和保險裝置f1的情況下設(shè)有兩個第二安全接觸器k3、k4，它們又可以通過控制裝置9操控，然而經(jīng)由導(dǎo)頻線路14也與外部直流電壓轉(zhuǎn)換器——在此沒有進(jìn)一步示出——耦合。當(dāng)然，二極管d1和保險裝置f1也可以可選擇地設(shè)置。保險裝置f1的設(shè)置可以在修改的實(shí)施例的情況下當(dāng)存在導(dǎo)體橫截面的變化時是有意義的。

在高壓電池1a、1b的兩個實(shí)施例中可能的是，通過電能源在低電壓的情況下進(jìn)行充電過程，其中，高壓電池1a、1b與高壓電網(wǎng)7分離。

圖3最后示出按照本發(fā)明的機(jī)動車15的原理圖。該機(jī)動車在此具有按照本發(fā)明的高壓電池1a；高壓電池1b要求在高壓電池1b與電能源之間附加的外部直流電壓轉(zhuǎn)換器，該能源在此構(gòu)成為包括至少一個太陽能電池的太陽能裝置16。但是當(dāng)應(yīng)用高壓電池1a之后，無問題可能的是，由太陽能裝置16——其可以構(gòu)成為太陽能頂棚——獲得的電能經(jīng)由充電連接端11轉(zhuǎn)發(fā)給高壓電池1a，從而在繞過第一安全接觸器k1、k2并且放電電阻8不是負(fù)載之后，可以格外能量有效地進(jìn)行充電。太陽能裝置16可以直接與充電連接端11連接，但是也可以經(jīng)由在此未進(jìn)一步示出的低壓電網(wǎng)。在后者所述情況下，在相應(yīng)的電纜連接的情況下，低壓電網(wǎng)的其它能源也可以在需要時給高壓電池1a充電。