本发明专利技术涉及一种短路保护装置，用于限制能由包括至少一个电池组单元的电池组支路输出的电流IE，输出电流IA能经由两个电网端子引导经过耗电器网络，在经由电池组支路、电网端子和耗电器网络的第一电流循环回路中布置有开关元件，利用该开关元件能中断电流IE，短路保护装置(1)还具有用于将输出电流IA的大小与能预定的额定值IS进行比较的比较器件(19)。短路保护装置还具有电感，短路保护装置具有电感电流调节器件，经由该电感电流调节器件能调节流过电感的输出电流IA，并且短路保护装置还具有跨接装置，其被布置为能跨接电池组支路的至少一个电池组单元，并且额定值IS能被限制到短路电流IK的可预定的最大值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于限制由电池组支路输出的电流的装置。
技术介绍
电池组系统越来越多地作为用于固定应用和移动应用的储能器来使用。作为用于固定应用的示例是风力发电站和备用电源系统，而作为用于移动应用的示例是电动车辆和混合动力车辆。在此，非常频繁地使用以锂离子电池组单元为基础的电池组系统。为此，通常大量电池组单元串联连接成电池组模块。通过多个电池组模块的串联连接出现电池组支路。在大功率的电池组系统(下面也称为电池组)中，往往并联连接多个电池组支路。尤其使用具有很小的内阻的电池组单元来用于具有大能量密度的电储能器，这些电池组单元在温和的加热时可以输出相对大的功率。尤其锂离子电池组由于非常低的内阻而拥有如下特性，即，与迄今为止已知的电池组相比可以输出非常高的电流。因此，由锂离子电池组输出的短路电流是迄今为止已知的电池组的短路电流的数倍。基于电池组的储能器尤其适合于具有对可用性有很高要求的电网，如同在例如汽车的车辆或潜水艇中存在的电网那样。为了在各个耗电器故障的情况下不影响这些电网的可用性，需要在短路情况下快速且可靠地将故障源与电网分离。通常，各个耗电器为此经由具有电磁操纵的过电流识别装置的保险丝或功率开关在电网上运行。为了可以实现对这些保护元件的触发，作为电网中的电流源的电池组系统必须能够提供必需的短路电流。在低阻抗的电池组系统中，提供用于触发保护元件的最小电流强度是没有问题的。然而关键的是这类电池组系统在短路情况下非常快速地提供非常高的短路电流的特性。在这种情况下，由于能量可用性的损失而无法实现电网与电池组系统的快速、完全的分离。例如可以通过相应鲁棒地设计具有相应确定大小的保护元件的电网来进行免遭电网过载的保护。替选地，可以设置如下器件，它们在电流源、即电池组上已经发生故障的情况下限制电流的上升。由文献W0-2010/089338A2已知一种装置，其适合用于限制高能量直流电网中的直流电流。短路保护装置使用欧姆电阻来限制电流。该电阻借助快速的电流监控和功率半导体而连接到能量路径中。以纯数字的方式通过电阻的接入/跨接对由电池组支路输出的电流进行限制。由文献US 2002/0175644 A1已知一种用于控制三相电机的装置，该装置具有能接入且能断开的直流电压源形式的能以子单元开关的储能器以及后置连接的逆变器。经由控制设备进行直流电压源的接入和断开。在文献US 2002/0175644 A1中没有说明用于在故障情况下限制由储能器输出的电流的保护装置。文献WO 2008/055493A1说明了一种具有高储能器的潜水艇直流电网。在此，尽可能低电感地连接电池组单元和电池组模块。说明了用于监控电池组支路的监控器件，所述监控器件向控制器件传送测量数据并且适合于关断电池组支路。此外，设置半导体作为限制电流升高的保护元件。没有说明对在故障情况下出现的短路电流的控制或调节。文献US 6 246 214 B1说明了一种用于电池组充电的保护电路。该保护电路包括场效应晶体管，该场效应晶体管可以限制在电池组充电或放电时的电流流动。该电路附加地包括放电调节系统，其耦合到场效应晶体管上并且能确定系统中过强的电流流动，并且据此向场效应晶体管传送限制电流流动的信号。这尤其可能出现在电池组中存在短路的情况下。没有说明为了该目的而使用电流转换器。文献US 6 815 930 B2说明了一种用于电池组单元的保护电路。该保护电路尤其是由M0SFET晶体管构成，所述M0SFET晶体管与要保护的电池组单元串联连接。当在要保护的电池组单元中测量到低于预定电压的电压时，M0SFET晶体管就改变其状态，并且由此限制流过电池组单元的电流。此外，文献US 2011/0285538A1说明了用于确定电池组单元所用的补偿电路中的异常性的装置和方法。文献US 2002/0079865 A1说明了一种用于充电器和能充电的元件、例如可再充电的锂离子电池组的保护电路。
技术实现思路
本专利技术的主题是一种短路保护装置，其用于限制能由包括至少一个电池组单元的电池组支路输出的电流IE，其中，能由电池组支路输出的电流IE能通过短路保护装置限制到受控的输出电流IA，并且输出电流1八能经由两个能与短路保护装置连接的电网端子引导经过耗电器网络，其中，通过电网端子与耗电器网络的连接，能构造出经由电池组支路、电网端子和耗电器网络的第一电流循环回路，其中，在第一电流循环回路中布置有开关元件，利用该开关元件能中断电流1￡以将其限制到输出电流IA，其中，短路保护装置还具有至少一个按照以下方式布置的用于电流检测的机构，即，通过该机构能确定输出电流1八的大小，并且其中，短路保护装置还具有用于将输出电流IA的大小与可预定的额定值I s进行比较的比较器件，其特征在于，短路保护装置还具有电感，该电感与开关元件串联且相对于该开关器件在耗电器网络侧布置，短路保护装置具有电感电流调节器件，信号能从比较器件向该电感电流调节器件输送，并且经由该电感电流调节器件，能通过操控开关元件调节流过电感的输出电流IA，并且短路保护装置还具有开关或二极管形式的跨接装置，该跨接装置被布置为，使得在通过开关元件中断电流IE的情况下能跨接电池组支路的至少一个电池组单元，并且用于输出电流1八的第二电流循环回路能经由电网端子、耗电器网络和电感来闭合，并且额定值Is能被限制到短路电流I κ的可预定的最大值。该装置的优点在于，通过该装置构造出限制电流的电流转换器，通过该电流转换器可以以快速的短路电流限制和过载电流限制的形式对直流电压电网的运行可靠性做出贡献。此外，可以可靠地识别出并且限制仅微高于最大运行电流的过载电流。此外，即使在短路或过载的情况下，也能向这样受保护的耗电器网络供应来自电池组支路的能量。通过前述的短路保护装置构造电流转换器还提供了如下的优点，S卩，用于电池组支路的输出电流1八能通过可预定的额定值I s来加以调整。因此，在电池组系统中可以进行不同电压等级的支路的受控的并联连接以共同地提供能量。具有不同的充电状态SOC(State of Charge)或不同的老化状态SOH(State of Health)的电池组支路可以以这种方式作为彼此不依赖的电源并联地运行。此外，为了均衡充电状态(Balancing，平衡)可以从不同电压等级的电池组支路提取不同的功率。具有短路保护装置的电池组支路的输出电流IA不仅能被限制到最大的输出电流I A，而且能被限制到最小的输出电流IA。此外，可开关且可重配置的电池组系统内部的配置错误可以由短路保护装置无损地加以阻拦。此外，在双向实施电流转换器时能限制充电电流。此外，短路保护装置很好地适合于保护具有高固有阻抗的电池组支路。此外，通过耗电器网络可以控制将由电池组支路输出的额定值Is，或进行最大输出的输出电流1派限制。此外，通过限制输出电流I河以进行与此相关的功率的限制，例如用以符合技术规定或在法律规定中的技术规范，例如根据“Erneuerbare-Energien-Gesetz-EEG 2012”(可再生能源法 EEG 2012)限制功率输出小于等于100kW。有利地，短路保护装置被构造为，使得通过电感、电感电流调节器件、开关元件和跨接装置构造出降压式电流转换器，也被称为Buck转换器，该降本文档来自技高网...
【技术保护点】
短路保护装置(1)，用于限制能由包括至少一个电池组单元(3)的电池组支路(2)输出的电流IE，其中，能由所述电池组支路(2)输出的电流IE能通过所述短路保护装置(1)限制到可控的输出电流IA，并且所述输出电流IA能经由两个能与短路保护装置(1)连接的电网端子(12)、(13)引导经过耗电器网络，其中，通过所述电网端子(12)、(13)与耗电器网络的连接，能构造出经由所述电池组支路(2)、所述电网端子(12)、(13)和所述耗电器网络的第一电流循环回路，其中在所述第一电流循环回路中布置有开关元件(8、48)，利用所述开关元件能中断电流IE以将该电流IE限制到所述输出电流IA，其中，所述短路保护装置(1)还具有至少一个按照以下方式布置的用于电流检测的机构，即，通过所述机构能确定所述输出电流IA的大小，并且其中，所述短路保护装置(1)还具有用于将所述输出电流IA的大小与可预定的额定值IS进行比较的比较器件(19)，其特征在于，所述短路保护装置(1)还具有至少一个电感(5、35、45)，所述至少一个电感与所述开关元件(8、48)串联且相对于所述开关器件在耗电器网络侧布置，所述短路保护装置(1)具有电感电流调节器件(14)，信号能从所述比较器件(19)向所述电感电流调节器件输送，并且经由所述电感电流调节器件能通过操控所述开关元件(8、48)调节流过所述电感(5、35、45)的输出电流IA，并且所述短路保护装置(1)还具有开关或二极管形式的跨接装置(9，49)，所述跨接装置被布置为，使得在通过所述开关元件(8、48)中断所述电流IE的情况下能跨接所述电池组支路(2)的至少一个电池组单元(3)，并且用于所述输出电流IA的第二电流循环回路能经由所述电网端子(12)、(13)、所述耗电器网络和所述电感(5、35、45)来闭合，并且所述额定值IS能被限制到短路电流IK的可预定的最大值。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·彼得斯韦特，G·泽巴斯蒂安，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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