用于对电池的触点进行开关的开关装置和方法

技术领域

本发明涉及用于对电池的触点进行开关的开关装置和方法。

背景技术

由于需要减少电弧，在较高的电压下中断直流电网中的电流是一种挑战。因此使用诸如闸或继电器之类的机电的开关来中断适度的电流，而使用保险装置或热熔保险装置以便中断短路或较高的电流电平。

高压继电器是庞大的，具有有限的使用寿命和糟糕的动态特性，因为无法避免系统层面上的大短路电流。这也适用于保险装置、特别是热熔保险装置，必须在短路事件后对它们进行维护或更换。在较高电压和额定功率的方向上，实现这种继电器变得越来越复杂和昂贵。

US7876588B2公开了用于驱控机电的整流器、特别是电动马达和/或发电机的装置和方法。在此使用一排能控制的开关以便控制逆变器并且将开关负载在使用期内分配给一些开关。

US7812696B2公开了用于安全运行一种带有至少两个主触点的开关装置的方法。所述方法可以包括：在接通和关断控制磁体时，产生电气的控制信号以释放接触中断装置。

发明内容

按本发明的用于对电池的第一触点进行开关的开关装置，包括：保险装置，保险装置设置用于，在存在过电流和/或存在过电压时在反应时间内断开电气连接；与保险装置串联的机电的第一开关；以及与保险装置并联并且与机电的第一开关串联的机电的第二开关。

按本发明的用于借助开关装置(开关装置包括保险装置、机电的第一开关和机电的第二开关，其中，机电的第一开关与保险装置串联，以及机电的第二开关与保险装置并联并且与机电的第一开关并联)对电池的第一触点进行开关的方法，包括：实施接通过程，其中，在接通过程中先将机电的第二开关接到导通的状态中并且接着在第一时间间隔后将机电的第一开关接到导通的状态中；和/或实施关断过程，其中，在关断过程中先将机电的第二开关接到非导通的状态中，并且接着在第二时间间隔之后将机电的第一开关接到非导通的状态中。

开关装置适用于连接到电池的第一触点上，以便通过开关装置从电池截取电流。电池的第一触点在此要么是电池的正极，要么是负极。

保险装置设置用于，中断延伸经过机电的第一开关和保险装置的电流路径。当流过保险装置的电流或通过保险装置施加的电压超过了预定义的极限值时，发生这一点。如果超过了这个极限值，那么就存在过电流和/或过电压。反应时间是保险装置在存在过电流和/或过电压时用来中断通过电流的最大所需的时间。

机电的第一开关与保险装置串联并且机电的第二开关与保险装置并联以及与机电的第一开关串联。因此尤其是保险装置的第一连接触点和机电的第二开关的第一连接触点相互连接并且形成了开关装置的第一接头。保险装置的第二连接触点和机电的第二开关的第二连接触点相互连接并且与机电的第一开关的第一连接触点连接。机电的第一开关的第二连接触点形成了开关装置的第二接头。开关装置的第一接头或第二接头优选与电池的极连接。

从属权利要求表明了本发明的优选的扩展设计方案。

开关装置优选设置用于，实施关断过程，其中，在关断过程中，先是将机电的第二开关接到非导通的状态中并且接着在第一时间间隔后将机电的第一开关接到非导通的状态中。关断过程优选是无电流的关断过程，因此发生在没有电流流过开关装置的时段期间。

在关断过程中，开关装置从导通的状态切换到了非导通的状态，在导通状态中，可以通过开关装置从所连接的电池获得电流，在非导通状态中，无法通过开关装置从所连接的电池获得电流。如果机电的开关中的其中一个被接到了非导通的状态中，那么这意味着，这个机电的开关从导通的状态切换到了非导通的状态。导通的状态是相应的机电的开关被接通的状态。非导通的状态是相应的机电的开关被关断的状态。要是在故障情况下电池电流流过开关装置的话，通过先将机电的第二开关接到非导通的状态中，确保了整个电池电流流过保险装置。这个电池电流在此通过触发保险装置被中断。优选探测到了保险装置的触发并且机电的第一开关作为对触发保险装置的响应被置于非导通的状态中。

第一时间间隔优选短于保险装置的反应时间。因此确保了整个电流在故障情况下时间充分地流过保险装置，以便触发这个保险装置。

开关装置优选设置用于，实施接通过程，其中，在接通过程中，先将机电的第二开关接到导通的状态中并且随后在第二时间间隔之后将机电的第一开关接到导通的状态中。在接通过程中，开关装置从非导通的状态切换到了导通的状态，在非导通的状态下，无法通过开关装置从所连接的电池获得电流，在导通的状态下，可以通过开关装置从所连接的电池获得电流。如果机电的开关中的其中一个被接到了导通的状态中，那么这意味着，这个机电的开关从非导通的状态切换到了导通的状态。导通的状态是相应的机电的开关被接通的状态。非导通的状态是相应的机电的开关被关断的状态。要是在接通过程期间已经有电流流过开关装置的话，通过先将机电的第二开关接到导通的状态中，确保了保险装置不会由于初始的电压峰值而受载。

第二时间间隔优选等于第一时间间隔。因此可以为接通过程和关断过程使用单独的延迟元件来对机电的开关进行开关。

优选机电的第一开关是双稳态继电器和/或机电的第二开关是双稳态继电器。因此不需要连续地在相应的机电的开关上施加保持电压来保持当前的运行状态。因此电损失被最小化。

此外，包括按本发明的开关装置和电池的电池电路是有利的。在此，电池具有第一触点和第二触点，其中，开关装置与电池的第一触点耦合，以便对与第一触点的电连接进行开关。

在此有利的是，电池电路包括晶体管，晶体管设置用于，在这个晶体管被接到非导通的状态中时，中断由电池引起的流过开关装置的通过电流，其中，开关装置设置用于，仅当晶体管被接到非导通的状态中时才对所述机电的开关进行开关。因此使得能这样来设计机电的开关，使这些机电的开关不能对由电池提供的电流进行开关。因此机电的开关可以尺寸设计得较小。

也有利的是，晶体管与电池的第二触点耦合，以便对与第二触点的电连接进行开关。以这种方式可以对电池的两个极进行开关并且因此例如确保了耦合到电池上的负载的无电压。

附图说明

接下来参考附图详细地说明本发明的实施例。

图1示出了按本发明的开关装置的线路图；

图2示出了一张图表，其表明了按本发明的开关装置的接通过程和关断过程；并且

图3示出了按本发明的电池电路的线路图。

具体实施方式

图1示出了用于开关电池5的第一触点5a的按本发明的开关装置1的线路图。开关装置1包括保险装置2、机电的第一开关3和机电的第二开关4。

保险装置2设置用于，在存在过电流和/或存在过电压时在反应时间内断开电连接。开关装置1具有第一接头7，第一接头设置用于，与电池5的第一触点5a耦合。开关装置1还具有第二接头8，第二接头设置用于，通过开关装置1从电池5截取电压或电流。

保险装置2与机电的第一开关3串联。机电的第二开关4与保险装置2并联。在此，机电的第二开关4同时与机电的第一开关3串联。因此保险装置2的第一连接触点和机电的第二开关4的第一连接触点与开关装置1的第一接头7连接。保险装置2的第二连接触点和机电的第二开关4的第二连接触点与机电的第一开关3的第一连接触点耦合。机电的第一开关3的第二连接触点与开关装置1的第二接头8耦合。

图3中示出了开关装置1在按本发明的电池电路10中的布置。可以看到，开关装置1与第一触点5a、在此例如为电池5的正极连接。电池5的第二触点5b与晶体管6连接，通过晶体管来开关电池5的第二触点5b。如果晶体管6被接到非导通的状态中，那么也就没有电流流过开关装置1，因此实现了开关装置1的机电的开关3、4的无电流的或无电压的开关。晶体管6因此设置用于，在晶体管6被接到非导通的状态中时，中断由电池5引起的流过开关装置1的通过电流。

开关装置1设置用于，仅当晶体管被接到非导通的状态中时才对机电的开关3、4进行开关。由此可以避免机电的开关3、4的开关触点受损。

通过开关装置1可以实施接通过程101和关断过程102。通过接通过程101将开关装置1置于导通的状态，由此通过开关装置1建立起了与第一触点5a的导通连接。通过关断过程102以相应的方式将开关装置1置于非导通的状态中。

在开始接通过程101或关断过程102之前，将晶体管6置于非导通的状态中。这个非导通的状态至少保持至相应的接通过程101或关断过程102结束。但在此，在故障情况下可能会导致，接通过程101或关断过程102还是在电流流过开关装置1的情况下进行，例如在存在晶体管6的故障或对晶体管6的相关的驱控时。这些故障情况可以通过开关装置1处理。

在图2中以时间走势示出了接通过程101，随后关断过程102。在接通过程101和关断过程102之间存在时间间隔，在该时间间隔中，开关装置1是导通的并且因此实现了通过开关装置1与电池5的第一触点5a的电连接。当相关的机电的开关3、4被接到导通的状态中时，在图2中在时间t内示出的信号电平具有值1。如果在图2中示出的信号电平等于零，那么相关的机电的开关3、4被接到了非导通的状态中。

在接通过程101期间，先是将机电的第二开关4接到导通的状态中。随后在第二时间间隔t

如果在故障情况下在关断过程102期间电流流过开关装置1，那么以这种方式使这个电流完全流过保险装置2，因为机电的第二开关4在机电的第一开关3接到非导通的状态中之前被接到了非导通的状态中。如果这个电流大于由保险装置2限定的极限值，那么触发保险装置2并且这个电流被中断。以这种方式可以例如中断通过机电的第一开关3无法可靠地被开关的电流，例如因为这个电流可能导致电弧。第一时间间隔t

无论是机电的第一开关还是机电的第二开关3、4均分别由双稳态继电器实施。由此可以将开关装置1的电流消耗最小化。

晶体管、在此是晶体管6可以在高压板网络系统中用作主电流开关元件，其要么在适度的振幅下，要么在短路时电子地中断电流。这也适用于所谓的“Make”过程，这就是说，在接通时，晶体管6负责受控的电流增加，电流增加可以在电池5(DC源)和电容式负载之间流动。如果机电的开关、例如继电器，使用在电池5的另一个极上，因此其主要用于两个功能。第一，以便确保相应的极的绝缘，第二，用作晶体管、在此为晶体管5失效情况下的备用元件。撇开这些故障场景，机电的开关总是在没有电流的情况下进行开关(因为之前被晶体管5中断了电流)。

机电的开关由此可以为了使用在这种布置中而加以优化，这通过按本发明的开关装置1完成。因此可以制造有不那么高的电流中断能力和相应的稳健性的机电的第一和/或第二开关3、4，这导致了较小的电弧室或较为利于成本的接触技术。

此外，关闭的触点的保持力在机电的第一和/或第二开关3、4中可以选择得较小，因为在大的短路电流下不存在接触悬浮的风险(晶体管5避免了大的短路电流)。

由于缺少G型冲击要求而确保触点打开或关闭的力，在机电的第一和/或第二开关3、4中也可以选择得较小。按照现有技术，从过度的加速度的场景(撞击事件)产生了这种要求，在所述场景中，机电的开关必须保持所选择的运行模式，以避免损毁(被不期望地打开的关闭的触点大幅提高了损失)或防止外部的短路(被关闭的打开的触点，可以视板-网络架构而定导致在电池之间的短路)。

按本发明的开关装置1实现了只需少得多的能量就能保持触点的双稳态继电器的应用，并且也实现了其它接触技术的使用，以便进一步减小线路损失。电弧室也可以大幅减少，这带来了简单的和可靠的结构。

优化时的步骤进一步在于，将高压开关功率完全转移到另一个构件，因而机电的开关始终在没有电流的情况下进行开关。用这种方案可以使用机电的开关的一种还要更简单的结构设计和实现方案。也可以使用低压继电器，低压继电器在禁用时确保了高压绝缘，但仅能开关较低的电压。

开关功能的有针对性的转移可以用按本发明的开关装置1实现，其中，尤其也根据按本发明的方法使用相应的控制信号。机电的开关3、4是始终在没有电流的情况下进行开关的开关(因此它们仅当没有电流流动或者没有电流立即开始流动时才关闭或打开触点)。保险装置承担起单独中断能力。

就工作原理而言，先激活机电的第二开关4，以绕过保险装置，其中，机电的第一开关3紧接着被激活并且以所说明的方式完全关闭电连接。在禁用时，先禁用机电的第二开关4，随后机电的第一开关3。禁用时的这个延时t

优选这样来进行在机电的开关3、4的开关过程之间的延时，使得这个延时对应保险装置2的I2T特性，这就是说，在机电的第一开关3被禁用之前保险装置2需要用来中断电流的时间。因为并联的机电的第二开关4承载了大部分的电流，所以能使用有极低的额定电压的保险装置，这种保险装置也具有更快的反应时间、更小巧和更为利于成本。

机电的开关3、4可以根据所使用的技术设计成单独的或公共地机械集成的开关。

除了上述文本公开内容外，也明确参考了附图1至3的公开。