本發(fā)明從一種電裝置出發(fā)，

其中，該電裝置具有高壓電池和多個(gè)電的使用裝置，

其中，使用裝置與所述高壓電池通過(guò)主開(kāi)關(guān)和連接在下游的支持電容器連接，

其中，在電裝置的正常運(yùn)行中，主開(kāi)關(guān)閉合，從而使用裝置根據(jù)需求由所述高壓電池供應(yīng)電能，

其中，電裝置具有連接在支持電容器上的放電電路，

其中，放電電路具有帶有歐姆放電電阻的放電路徑，

其中，在正常運(yùn)行中，在所述放電電阻中沒(méi)有電流流動(dòng)，

其中，通過(guò)斷開(kāi)主開(kāi)關(guān)，從正常運(yùn)行過(guò)渡到特別運(yùn)行中，

其中，在過(guò)渡時(shí)，放電路徑被導(dǎo)電地接通并且由此在支持電容器中存儲(chǔ)的電能由放電電阻轉(zhuǎn)換成熱能。

背景技術(shù)：

在高壓電池的情況中，通常在高壓電池后面還連接支持電容器，其能夠接收短時(shí)的電流峰值。在正常運(yùn)行中，高壓電池通過(guò)主開(kāi)關(guān)連接到使用裝置上，從而該使用裝置通過(guò)高壓電池供電。在故障的情況中實(shí)現(xiàn)了高壓電池與使用裝置的斷開(kāi)。為了產(chǎn)生電壓和接觸安全性在此進(jìn)一步需要的是，支撐電容器也被放電。該放電由此實(shí)現(xiàn)，即放電路徑被導(dǎo)電地接通并且由此將在支持電容器中存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)換成熱能。

在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使支持電容器進(jìn)行放電，放電電阻被直接連接在放電電阻上。該放電過(guò)程在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)(幾秒)實(shí)現(xiàn)。電流曲線跟隨呈指數(shù)下降的曲線。在支持電容器放電后，在其能夠再次接通高壓電池之前，必須等待相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間(大約1分鐘)。然而另外的情況可能是，如果高壓電池必須再一次與使用裝置斷開(kāi)時(shí)，電阻被熱過(guò)載。該電阻不僅必須針對(duì)出現(xiàn)的最大電壓(多數(shù)超過(guò)100V)也要針對(duì)高的功率峰值來(lái)設(shè)計(jì)。此外，在放電電阻中產(chǎn)生的熱量的排導(dǎo)也是困難的，因?yàn)榉烹婋娮璧嚼鋮s體和殼體上的連接僅僅允許通過(guò)電絕緣體實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供可能性，通過(guò)該可能性能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

該目的通過(guò)一種電裝置實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，開(kāi)頭所述類型的電裝置由此設(shè)計(jì)，即

放電電路除了放電電阻之外還具有電壓轉(zhuǎn)換器，該電壓轉(zhuǎn)換器在輸入側(cè)與支持電容器的高壓側(cè)連接并且在輸出側(cè)與放電路徑連接，

電壓轉(zhuǎn)換器具有第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、二極管和電感器，并且

第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)為了支持電容器的放電而被脈沖地控制，使得在放電路徑處產(chǎn)生的電輸出電壓恒定地具有一個(gè)額定值，只要在支持電容器處產(chǎn)生的電容器電壓處于額定值之上。

在簡(jiǎn)單的情況中，電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成電不隔離的電壓轉(zhuǎn)換器。在這種情況中，放電電阻經(jīng)過(guò)降壓變壓器與支持電容器的高壓側(cè)電連接。已經(jīng)通過(guò)該布線技術(shù)上非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)的是，即電阻不再必須針對(duì)高壓電池的全部電壓和通過(guò)電壓與放電電阻值的商確定的電流而設(shè)計(jì)。更多的是，放電電阻現(xiàn)在還必須根據(jù)輸出電壓的額定值和通過(guò)額定值與放電電阻的電阻值的商確定的電流來(lái)設(shè)計(jì)。電壓轉(zhuǎn)換器例如可以設(shè)計(jì)成降壓變壓器或者設(shè)計(jì)成截止變壓器。其他的設(shè)計(jì)方案也是可以的。

優(yōu)選的是，電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成電隔離的電壓轉(zhuǎn)換器。在該種情況中，電壓轉(zhuǎn)換器的電感器設(shè)計(jì)成變壓器。放電電阻由此通過(guò)變壓器與支持電容器的高壓側(cè)電隔離。通過(guò)該設(shè)計(jì)方案附加地實(shí)現(xiàn)，即電阻與支持電容器的高壓側(cè)隔離，從而不會(huì)出現(xiàn)電阻與例如電裝置的殼體的電絕緣或者該電絕緣可以被至少明確地降低。由此能夠極大地改善放電電阻到冷卻體或者電裝置的殼體上的熱耦合。電壓轉(zhuǎn)換器例如可以設(shè)計(jì)成截止變壓器、正向變壓器或者Sepic變壓器。其他的設(shè)計(jì)方案也是可以的。

以上闡述的電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案從一開(kāi)始就對(duì)應(yīng)于通常已知的電路電源件。這不僅適用于電隔離的設(shè)計(jì)方案而且也適用于電不隔離的設(shè)計(jì)方案。

在一個(gè)特別有利的設(shè)計(jì)方案中，放電路徑具有與放電電阻串聯(lián)連接的第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。在該種情況中，第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制輸出端不僅在正常運(yùn)行中而且在特別運(yùn)行中都被提供控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)在正常運(yùn)行中起到鎖止第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的作用。控制信號(hào)在特別運(yùn)行時(shí)起到這樣的作用，即經(jīng)過(guò)放電電阻流動(dòng)的電流具有通過(guò)控制信號(hào)確定的值。由此可以實(shí)現(xiàn)，即電壓轉(zhuǎn)換器持久地也就是不僅在正常運(yùn)行中而且在特別運(yùn)行中被運(yùn)行。在放電路徑中的電流在該種情況中通過(guò)第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)方案原理上已經(jīng)能夠聯(lián)系到將電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成電不隔離的電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)實(shí)現(xiàn)。特別有利的是，該設(shè)計(jì)方案然后在聯(lián)系到將電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成電隔離的電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)實(shí)現(xiàn)。

基于該情況，即在正常運(yùn)行中在放電路徑中的電流通過(guò)第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)抑制時(shí)，至少一個(gè)使用裝置能夠在正常運(yùn)行中通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換器提供電能。另外說(shuō)明的是：放電電路在特別運(yùn)行中能夠連接在電壓轉(zhuǎn)換器上，其為了運(yùn)行至少一個(gè)使用裝置在正常運(yùn)行中無(wú)論如何都是需要的。放電電路在電壓轉(zhuǎn)換器上的連接優(yōu)選地通過(guò)設(shè)計(jì)成斷開(kāi)器的開(kāi)關(guān)上，其在其能量供給消失時(shí)閉合(至少一個(gè))觸點(diǎn)并且由此將放電電路連接在電壓轉(zhuǎn)換器上。

通常產(chǎn)生這樣的要求，在過(guò)渡到特別運(yùn)行中時(shí)，在支持電容器上產(chǎn)生的電容器電壓在預(yù)定的放電時(shí)間內(nèi)被消減。用于特別運(yùn)行的控制信號(hào)能夠預(yù)先地這樣確定，即其不取決于該電壓的具體的值而持續(xù)地實(shí)現(xiàn)。然而，在本發(fā)明的該特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在斷開(kāi)主開(kāi)關(guān)時(shí)在支持電容器上產(chǎn)生的電容器電壓被檢測(cè)，并且取決于在斷開(kāi)主開(kāi)關(guān)時(shí)在支持電容器上產(chǎn)生的電容器電壓確定用于特別運(yùn)行的控制信號(hào)。通過(guò)該設(shè)計(jì)方案，對(duì)于在高壓電池的實(shí)際電壓在其額定電壓之下的情況下，尤其可以降低電阻的熱負(fù)載。

在向特別運(yùn)行過(guò)渡時(shí)，使用裝置能夠與支持電容器保持連接。然而優(yōu)選的是，該使用裝置在向特別運(yùn)行過(guò)渡時(shí)與支持電容器分開(kāi)。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上面描述的特征，特征和優(yōu)點(diǎn)以及方式和方法如以實(shí)現(xiàn)的那樣在聯(lián)系到對(duì)實(shí)施例的接下來(lái)的描述而變得清晰和明確，這些實(shí)施例聯(lián)系圖示來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。在此在示意性的圖示中示出：

圖1是電裝置，

圖2是放電電路的可能的設(shè)計(jì)方案，

圖3是放電電路的另外可能的設(shè)計(jì)方案，

圖4是放電路徑的可能的設(shè)計(jì)方案，

圖5是圖2的放電電路的修改方案以及

圖6是圖3的放電電路的修改方案。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1，通常以標(biāo)號(hào)1標(biāo)識(shí)的電裝置具有高壓電池2和多個(gè)電的使用裝置3。電布置1例如可以是電動(dòng)車輛的電系統(tǒng)。高壓電池2通常具有三位數(shù)電壓范圍中的運(yùn)行電壓U0，例如直至500V。使用裝置3例如可以是變流器單元、用于變流器單元的控制單元和其他用戶。

電使用裝置3與高壓電池2通過(guò)主開(kāi)關(guān)4和支持電容器5連接。支持電容器5連接在主開(kāi)關(guān)4的下游。主開(kāi)關(guān)4也就是如果必要的話不僅僅將使用裝置3，而且也將支持電容器5與高壓電池2斷開(kāi)。通常，主開(kāi)關(guān)4是閉合的。由此，使用裝置3根據(jù)需求從高壓電池2獲得電能。該運(yùn)行狀態(tài)在接下來(lái)稱為電裝置1的正常運(yùn)行。在確定的狀況中，主開(kāi)關(guān)4是斷開(kāi)的。該運(yùn)行狀態(tài)在接下來(lái)被稱為電裝置1的特別運(yùn)行。當(dāng)電裝置1的使用者通過(guò)相應(yīng)的輸入對(duì)其進(jìn)行要求時(shí)或者在電裝置1內(nèi)部出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，例如可以假設(shè)特別運(yùn)行。

在從正常運(yùn)行向特別運(yùn)行過(guò)渡時(shí)，支持電容器5首先具有高壓電池2的實(shí)際運(yùn)行電壓U0作為電容器電壓UK。使用裝置3由此首先處于該電壓下。該電壓出于接觸安全性的原因必須快速和可靠地消減。為此目的，電裝置1具有放電電路6，其連接在支持電容器5上。放電電路6具有帶有歐姆電阻8的放電路徑7。

在正常運(yùn)行中(也許在正常運(yùn)行開(kāi)始的短的間空間例外)，在放電電阻8中沒(méi)有電流流動(dòng)。然而，當(dāng)通過(guò)主開(kāi)關(guān)4的斷開(kāi)而從正常運(yùn)行過(guò)渡到特別運(yùn)行中時(shí)，放電路徑7被導(dǎo)電地接通。在支持電容器5上存儲(chǔ)的電荷(電荷在其自身方面對(duì)電容器電壓產(chǎn)生作用)由此通過(guò)放電電阻8得以消減。在支持電容器5中存儲(chǔ)的電能由此由放電電阻8轉(zhuǎn)換成熱能。

根據(jù)圖2和3，放電電路除了放電電阻8之外還具有電壓轉(zhuǎn)換器9。該電壓轉(zhuǎn)換器9在輸入側(cè)與支持電容器5的高壓側(cè)連接。在輸出側(cè)，電壓轉(zhuǎn)換器9與放電電路7連接。電壓轉(zhuǎn)換器9相應(yīng)于在圖2和3中示出的圖示具有第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10、二極管13和電感器11。通常，電壓轉(zhuǎn)化器9還具有在輸出側(cè)的電容器14。第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10-只要應(yīng)該使支持電容器5放電-為了使支持電容器5放電而由控制電路12脈沖地控制?？刂齐娐?2通常是電壓轉(zhuǎn)換器9的組成部分。該脈沖控制是這樣的，即在放電電路7上產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換器9的輸出電壓U1恒定地具有一個(gè)額定值。這只要在支持電容器5上產(chǎn)生的電容器電壓UK位于該額定值之上就適用于。額定值的數(shù)值可以例如(相對(duì)低)為高壓電池2的(名義上的)運(yùn)行電壓U0的2-25％或者(絕對(duì)的)為10-120V。

在根據(jù)圖2的電壓轉(zhuǎn)換器9的設(shè)計(jì)方案中，電壓轉(zhuǎn)換器9設(shè)計(jì)成電不隔離的電壓轉(zhuǎn)換器。放電電阻8因此通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換器9與支持電容器5的高壓側(cè)電連接。

根據(jù)圖2，電壓轉(zhuǎn)換器9設(shè)計(jì)成降壓變壓器。然而，其可以可替換地設(shè)計(jì)成截止變壓器。在該種情況中，電感器11和二極管13的布置相對(duì)于在圖2中的圖示進(jìn)行交換。其他的設(shè)計(jì)方案也是可以的。

此外，圖2示出了兩個(gè)可能的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)二者能夠?qū)崿F(xiàn)將電壓轉(zhuǎn)換器9的輸出電壓U1保持恒定。一方面，通過(guò)電壓傳感器15能夠直接檢測(cè)到輸出電壓U1并且提供給控制電路12。另一方面，通過(guò)電流傳感器16可以檢測(cè)到經(jīng)過(guò)放電電阻8流動(dòng)的電流I并且提供給控制電路12。在這兩種情況中，控制電路12-例如可以基于脈寬調(diào)制-對(duì)第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10的驅(qū)控進(jìn)行引動(dòng)(nachführen)，從而將輸出電壓U1保持在其額定值上。這兩個(gè)可能性可替換地實(shí)現(xiàn)。它們因此在圖2中僅虛線地實(shí)現(xiàn)。該額定值可以在根據(jù)圖2的設(shè)計(jì)方案中示例性地在大約40-80V。然而其也可以是其他的值。

根據(jù)圖3的電壓轉(zhuǎn)換器9的設(shè)計(jì)方案中，電壓轉(zhuǎn)換器9設(shè)計(jì)成電隔離的電壓轉(zhuǎn)換器。電壓轉(zhuǎn)換器9的電感器11在該中情況中設(shè)計(jì)成變壓器。通過(guò)該變壓器，放電電阻8因此與支持電容器5的高壓側(cè)電隔離。在根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)方案中，也存在二極管13和通常還有電容器14。它們因此在圖3中一起標(biāo)出。

類似于圖2中的設(shè)計(jì)方案，在根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)方案中，電壓轉(zhuǎn)換器9的輸出電壓U1由此保持恒定，即通過(guò)電壓傳感器15直接檢測(cè)輸出電壓U1并且提供給控制電路12。可替換的是，通過(guò)電流傳感器16檢測(cè)經(jīng)過(guò)放電電阻8流動(dòng)的電流I并且提供給控制電路12。如在圖2中那樣，在兩種情況中，控制電路12能夠?qū)Φ谝话雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)10的驅(qū)控進(jìn)行引導(dǎo)，從而將輸出電壓U1保持在其額定值上。在圖3中，兩種可能性也可替換地實(shí)現(xiàn)。它們因此也在圖3中僅僅虛線地示出。在根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)方案中的額定值的數(shù)值可以例如為大約12-20V。然而，也可以為另外的值。然而優(yōu)選地，額定值的數(shù)值最大為60V或者甚至在其之下，尤其是最大30V或者甚至在其之下。

通過(guò)控制電路12對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10的驅(qū)控在根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)方案的框架中同樣電隔離地實(shí)現(xiàn)。例如，為此目的在第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10和控制電路12之間可以布置光電耦合器。相對(duì)對(duì)第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10的電隔離的驅(qū)控來(lái)說(shuō)可替換地或者可選的是，信號(hào)從電壓傳感器15或者從電流傳感器16至控制電路12的引導(dǎo)電隔離地實(shí)現(xiàn)。

在最簡(jiǎn)單的情況中，放電路徑7僅僅包括放電電阻8(并且當(dāng)然還有所屬的導(dǎo)電的線路)。在優(yōu)選的、后續(xù)聯(lián)系到圖4闡述的設(shè)計(jì)方案中，放電路徑7除了放電電阻8之外還具有第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)17，其與放電電阻8串聯(lián)連接。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)17可以例如設(shè)計(jì)成晶體管，特別設(shè)計(jì)成電壓控制的晶體管(IGBT，MOSFET,…)。在該種情況中，-例如通過(guò)操作放大器18-由另外的控制電路19提供控制信號(hào)S給第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)17的控制輸入端。因此必要的是，此外在操作放大器18的下游可以連接一個(gè)電流放大器?？刂菩盘?hào)S不僅在正常運(yùn)行中而且在特別運(yùn)行中都被提供給控制輸入端。然而控制信號(hào)S在正常運(yùn)行時(shí)的值與在特別運(yùn)行時(shí)的值不同。

控制信號(hào)S在正常運(yùn)行中起到鎖止第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)17的作用。在電壓控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的情況中，控制信號(hào)S可以例如具有0V的值?？刂菩盘?hào)S在特別運(yùn)行時(shí)起到這樣的作用，即經(jīng)過(guò)放電電阻8流動(dòng)的電流I具有通過(guò)控制信號(hào)S確定的值。例如，控制信號(hào)S可以在電壓控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)17的情況中具有確定的電壓值Uref。通過(guò)將Shunt電阻20連接在第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)17的下游，電壓值Uref聯(lián)系Shunt電阻20的電阻值確定經(jīng)過(guò)放電電阻8流動(dòng)的電流I。

上面聯(lián)系到圖4描述的放電路徑7的設(shè)計(jì)方案能夠根據(jù)圖5聯(lián)系到電壓轉(zhuǎn)換器9的設(shè)計(jì)方案作為電不隔離的電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。然而其同樣可以根據(jù)圖6聯(lián)系到電壓轉(zhuǎn)換器9的設(shè)計(jì)方案作為電隔離的電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。圖4的設(shè)計(jì)方案尤其提供了在圖5和6中示出的優(yōu)點(diǎn)，即在正常運(yùn)行中至少一個(gè)使用裝置3能夠通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換器9供給電能。這尤其在該使用裝置3是用于變流器單元的控制電路時(shí)是適合的。

在斷開(kāi)主開(kāi)關(guān)4時(shí)可以檢測(cè)在支持電容器5上產(chǎn)生的電容器電壓UK并且提供給另外的控制電路19。在該種情況中，根據(jù)在該時(shí)間點(diǎn)在支持電容器5上產(chǎn)生的電容器電壓UK，另外的控制電路19例如可以確定參考電壓Uref的值-進(jìn)而用于特別運(yùn)行的控制信號(hào)S-。

在從正常運(yùn)行向特別運(yùn)行過(guò)渡時(shí)，使用裝置3能夠與支持電容器5保持連接。可替換的是，相應(yīng)于在圖1中的圖示，放電電路7的下游布置有另外的開(kāi)關(guān)21，通過(guò)該開(kāi)關(guān)，該使用裝置3在從正常運(yùn)行向特別運(yùn)行過(guò)渡時(shí)與支持電容器5分開(kāi)。開(kāi)關(guān)21在圖5和6中并未示出。然而，其也可以在該設(shè)計(jì)方案中存在。

因此，綜上本發(fā)明涉及以下內(nèi)容：

電裝置1具有高壓電池2和多個(gè)電的使用裝置3。使用裝置3與高壓電池2通過(guò)主開(kāi)關(guān)4和連接在下游的支持電容器5連接。在正常運(yùn)行中，主開(kāi)關(guān)4閉合，并且使用裝置3根據(jù)需求由高壓電池2供應(yīng)電能。電裝置1具有連接在支持電容器5上的放電電路6，其具有帶有歐姆放電電阻8的放電路徑7。在正常運(yùn)行中，在放電電阻8中沒(méi)有電流I流動(dòng)。通過(guò)斷開(kāi)主開(kāi)關(guān)4，從正常運(yùn)行過(guò)渡到特別運(yùn)行中。在過(guò)渡時(shí)，放電路徑7被導(dǎo)電地接通并且由此在支持電容器5中存儲(chǔ)的電能由放電電阻8轉(zhuǎn)換成熱能。此外，放電電路6在支持電容器5的高壓側(cè)和放電電路7之間具有電壓轉(zhuǎn)換器9，其具有第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10、二極管13和電感器11。第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)10為了支持電容器5的放電而被脈沖地控制，使得在放電路徑7處產(chǎn)生的電輸出電壓U1恒定地具有一個(gè)額定值，只要在支持電容器5處產(chǎn)生的電容器電壓UK處于該額定值之上。

本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)。尤其是在放電電阻8中下降的熱功率在時(shí)間上是恒定的。此外，放電電阻8不必針對(duì)高壓電池2的全部運(yùn)行電壓而設(shè)計(jì)。尤其是，放電電阻8也必須對(duì)于持續(xù)運(yùn)行來(lái)說(shuō)僅僅根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換器9的輸出電壓來(lái)設(shè)計(jì)。必需的放電時(shí)間可以通過(guò)放電電路6的設(shè)計(jì)根據(jù)需求有針對(duì)性地調(diào)節(jié)。放電電阻8到冷卻體或者在殼體上的熱連接是可能的?；跓o(wú)論如何用于對(duì)至少一個(gè)使用裝置3進(jìn)行能量供給的電壓轉(zhuǎn)換器9的應(yīng)用，不需要附加的組件。通過(guò)在過(guò)壓時(shí)和在低壓時(shí)斷開(kāi)電壓轉(zhuǎn)換器9，放電電路6自身保護(hù)。

盡管本發(fā)明在細(xì)節(jié)上通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)一步描述和說(shuō)明，但是本發(fā)明并不通過(guò)公開(kāi)的實(shí)例來(lái)限制并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠由此推導(dǎo)出另外的變體方案，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。