[发明专利]短路保护装置

说明书

本发明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I_E，输出电流I_A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I_E，短路保护装置(1)还具有用于将输出电流I_A的大小与能预定的额定值I_S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I_A，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I_S能被限制到短路电流I_K的可预定的最大值。

技术领域

本发明涉及一种用于限制由电池组支路输出的电流的装置。

背景技术

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WO-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。