阅读说明：本技术 用于车辆高压电池的至少一个开关装置的综合测试的测试设备和方法 (Test device and method for the integrated testing of at least one switching device of a high-voltage battery of a vehicle ) 是由 S·哈达巴斯克 W·瓦格 F·普里舍尔 A·里贝罗 于 2019-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于测试用于车辆高压电池(1)的至少一个开关装置(3)的测试设备(10),包括用于在所述至少一个开关装置(3)的正高压路径(HV+)和负高压路径(HV-)之间产生测试电压(U)的电压源(19),所述测试设备(10)具有第一连接装置(14)和用于将第一测试电流(I<Sub>1</Sub>)馈入正高压路径(HV+)的第一电流源(13),在测试所述至少一个开关装置(3)时,第一连接装置(14)、第一电流源(13)和正高压路径(HV+)一起形成第一电路(15),并且测试设备(10)具有第二连接装置(17)和用于将第二测试电流(I<Sub>2</Sub>)馈入负高压路径(HV-)的第二电流源(16),在测试所述至少一个开关装置(3)时,第二连接装置(17)、第二电流源(16)和负高压路径(HV-)一起形成第二电路(18)。(The invention relates to a test device (10) for testing at least one switching device (3) for a high-voltage battery (1) of a vehicle, comprising a voltage source (19) for generating a test voltage (U) between a positive high-voltage path (HV +) and a negative high-voltage path (HV-) of the at least one switching device (3), the test device (10) having a first connecting device (14) and a second connecting device (I) for supplying a first test current (I) 1 ) A first current source (13) fed into the positive high voltage path (HV +), the first connection means (14), the first current source (13) and the positive high voltage path (HV +) forming together a first circuit (15) when testing the at least one switching device (3), and the test apparatus (10) having a second connection meansIs arranged (17) and is used for applying a second test current (I) 2 ) A second current source (16) feeding into the negative high voltage path (HV-), the second connection means (17), the second current source (16) and the negative high voltage path (HV-) together forming a second circuit (18) when testing the at least one switching device (3).)

用于车辆高压电池的至少一个开关装置的综合测试的测试设 备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测试用于车辆高压电池的至少一个开关装置的测试设备，所述测试设备包括用于在所述至少一个开关装置的正高压路径和负高压路径之间产生测试电压的电压源。此外，本发明涉及一种具有这种测试设备和至少一个开关装置的系统。最后，本发明涉及一种用于测试用于车辆高压电池的至少一个开关装置的方法。

背景技术

例如在电动车辆中使用的高压电池通常包括承载高电流的电气和/或机电部件。这些部件例如用于电流测量、电压测量和/或关断高压电池。在这些部件上施加有高电压并且所述部件传导高电流。这些部件可设置在一个共同的壳体内或分布地设置在高压电池中。但这些部件也可位于高压电池之外。

这种部件是所谓的开关装置。该开关装置也可称为开关盒、接触器盒(Schütz-Box)、电池断路单元或电池管理单元。开关装置包括正高压路径和负高压路径，当开关装置中的开关元件——其通常存在于开关装置中——闭合时，开关装置的运行电流流过所述正高压路径和负高压路径。常用的开关元件是机电继电器、保险装置、烟火隔离开关或类似物。当开关元件闭合时，高压路径本身分别构造为低电阻的，从而在运行中产生较少的热量。正和负高压路径在开关装置中通过绝缘电阻高电阻地彼此隔离。

此外，DE102014215260A1描述了一种用于测试尤其是电池系统的开关装置的功能的方法。在此通过施加电压或电流来操作开关装置。规定：开关装置受电压或电流信号激励而振荡，并且随后监控开关装置的电压或电流曲线。但可检测由经激励的开关装置产生的响应信号，根据该响应信号推断开关装置的功能。

如果单独、但在全测试电压下且以全测试电流对开关装置进行测试，则代替高压电池的电池单元通常使用可同时产生高测试电流和高测试电压的电压源。由于电压源必须同时提供高测试电压和高测试电流，因而要求其是设计用于大功率的。因此电压源非常昂贵和庞大。另外，为了测试开关装置，作为负载通常使用电子负载，电子负载则也要吸收相应高的电功率。在用于测试开关装置的典型结构中，部件必须能够提供大功率或针对大功率而设计。但该电功率不会在测试对象或者说开关装置本身中消耗，而只会像在实际的高压电池中那样在电压源和负载之间移动。

发明内容

本发明的任务在于提供一种解决方案，其能够更有效且更低成本地对开头所提类型的开关装置进行测试。

根据本发明，该任务通过具有根据独立权利要求的特征的测试设备、系统和方法来解决。本发明的有利扩展方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的测试设备用于测试用于车辆高压电池的至少一个开关装置。该测试设备包括用于在所述至少一个开关装置的正高压路径和负高压路径之间产生测试电压的电压源。此外，所述测试设备具有第一连接装置和用于将第一测试电流馈入正高压路径的第一电流源，在测试所述至少一个开关装置时，第一连接装置、第一电流源和正高压路径一起形成第一电路。此外，测试设备具有第二连接装置和用于将第二测试电流馈入负高压路径的第二电流源，在测试所述至少一个开关装置时，第二连接装置、第二电流源和负高压路径一起形成第二电路。

借助测试设备可对开关装置进行检验或测试。尤其是测试设备用于对开关装置进行高电流和高电压测试。开关装置通常用作车辆、尤其是电动车辆的高压电池的部件。开关装置具有正高压路径和负高压路径。正高压路径和负高压路径可分别具有一个输入端和一个输出端。如果开关装置用于高压电池中，则输入端可与电互连的电池单元连接并且输出端可与负载或消耗器连接。在正高压路径和/或负高压路径中可设置用于电流隔离相应高压路径的相应开关元件。这种开关元件可以是开关、接触器、继电器、晶体管、烟火隔离装置或类似物。另外，在正高压路径和/或负高压路径中可设置保险丝。在正高压路径和负高压路径之间可设置用于将正高压路径与负高压路径电绝缘的绝缘装置。此外，在正高压路径和负高压路径之间可设置测量电阻，在该测量电阻上可测量电压。绝缘装置和可能的测量电阻构成一个高电阻绝缘电阻。在将开关装置安装到高压电池中之前，必须测试开关装置的功能。为此使用测试设备。

测试设备包括电压源，借助该电压源可在正高压路径和负高压路径之间或在绝缘装置上施加测试电压，以便对开关装置进行测试。测试电压尤其可以是几百伏的高压。根据本发明的一个重要方面规定，所述测试设备还具有第一电流源。借助第一电流源可将第一测试电流馈入正高压路径。测试设备还包括第一连接装置，其用于将第一电流源与正高压路径电连接。在最简单的情况下，第一连接装置可通过相应电连接导线或电缆提供。第一连接装置例如可提供第一电流源和正高压路径之间的插接连接。在此规定，在测试所述至少一个开关装置时，第一连接装置、第一电流源和正高压路径一起形成第一电路。尤其是规定，当第一高压路径中的开关元件闭合时，由第一连接装置、第一电流源和正高压路径提供闭合的第一电路。该第一电流源与电压源分开提供。另外，第二电流源与电压源和第一电流源分开提供。第二电流源用于将第二测试电流馈入负高压路径。此外，测试设备包括第二连接装置，该第二连接装置与第二电流源和负高压路径一起形成第二电路。第二连接装置也可类似于第一连接装置地构造。在负高压路径中的开关元件闭合时，第二电路尤其是也构造为闭合的电路。第一电流源和第二电流源优选可分别提供所谓的高电流、尤其是电流强度为几百安培的电流。

因此，根据本发明的测试设备能够在没有大功率源和相应的大功率负载的情况下对开关装置进行高电流和高电压测试。在此第一电流源、第二电流源和电压源彼此隔离，从而分别仅需实现低功率。如已经说明的，在最简单的情况下，测试设备可具有电压源以及第一和第二电流源。第一和第二电流源产生高测试电流，但仅提供低电压，因为它们只需分别操作(bedienen)正高压路径和负高压路径的低电阻。通过电压源可提供高测试电压，但只能产生低电流，该电流仅流过高绝缘电阻。因此，电压源或电流源不需要具有高电功率，因为没有一个电源须同时产生高电压和高电流。因此可更有效且更低成本地对所述至少一个开关装置进行测试。

优选测试设备具有第三连接装置，电压源、第三连接装置以及开关装置的绝缘装置在正高压路径和负高压路径之间形成第三电路。当用于测试开关装置的测试设备与开关装置连接时，该第三电路尤其是闭合的电路。第三电路可与第一电路和/或第二电路分开地构造。第一、第二和第三电路也可部分地彼此连接。这些电路可通过绝缘装置高电阻地彼此连接。绝缘装置必要时可与测量电阻一起具有绝缘电阻。绝缘电阻通常可在几兆欧至几千兆欧之间的范围内。电压源可提供几百伏的测试电压。因此，可借助电压源对开关装置进行高电压测试。

此外，有利的是，测试设备具有至少一个隔离装置，用于将电压源、第一电流源和/或第二电流源与供电网络电流隔离。电压源、第一电流源和第二电流源可由供电网络供应电能。所述电源在此与供电网络电流隔离。这可借助所述至少一个隔离装置来实现，其包括至少一个隔离变压器。该隔离装置可安装在相应电源本身中。替代或附加地，电压源、第一电流源和/或第二电流源可分别通过一个自身的隔离变压器与供电网络连接。从而可使第一电流源处于正高压路径的电位并使第二电流源处于负高压路径的电位。

在另一种实施方式中，测试设备具有用于独立地控制电压源、第一电流源和/或第二电流源的控制装置。为了控制，可借助控制装置将相应控制信号传输到第一电流源、第二电流源和/或电压源。通过用控制装置控制电压源可调节或改变由电压源提供的测试电压。通过用控制装置控制第一电流源可确定或调整第一测试电流的电流强度。此外，通过用控制装置控制第二电流源可确定或调整第二测试电流的电流强度。因此，例如可为了测试开关装置而预规定测试电压、第一测试电流和/或第二测试电流的时间曲线。测试设备也可具有相应的存储器，在其上存储测试电压、第一测试电流和/或第二测试电流的曲线。于是可根据这些曲线或根据特性曲线来控制电压源、第一电流源和第二电流源。因此可以简单的方式实施不同的测试或检测方法。此外，可通过调节测试电压、第一测试电流和第二测试电流来模拟实际负载或实际消耗器的特性。

在另一种实施方式中，由电压源产生的测试电压大于100伏、尤其是大于250伏，并且由第一电流源和/或第二电流源提供的测试电流的电流强度大于100安培、尤其是大于200安培。如已经说明的，由电压源提供高电压或高压作为测试电压。该测试电压优选超过250伏。例如测试电压可以为500伏。作为测试电压尤其是提供直流电压。此外，由第一电流源和第二电流源分别提供高电流、尤其是大于200安培的电流。例如第一测试电流和/或第二测试电流可分别为400安培。第一测试电流和第二测试电流尤其是分别作为直流电被提供。由电压源提供的电流强度可相对较低并且例如可以为几微安至毫安。由相应电流源提供的电压可以是几毫伏至几伏。因此，相应电源提供低电功率。从而可提供更加节省空间且更低成本的电源。

此外，有利的是，第一电路和/或第二电路具有用于开关装置的相应输入端和/或输出端的至少两个分支。可能有这样的情况，即，要测试的开关装置可以具有多个输入端或输出端。为此第一电路和/或第二电路可分别具有至少两个分支。在此可为每个分支分配一个电阻或电阻元件。因此产生各分支的电阻的并联连接电路。相应分支于是可与对应的输入端或输出端连接。因此，也可借助测试设备对具有多个输入端和/或输出端的开关装置进行测试。总的来说，也可根据该原理测试其它传导能量的部件、如配电器。对于配电器，可能需要实现多个电流源，以便能够在每个输出端上单独调节电流。

在另一种实施方式中，在测试至少两个串联电连接的开关装置时，相应正高压路径是第一电路的一部分并且相应负高压路径是第二电路的一部分。在许多测试中需要同时测试多个相同的开关装置，以便例如确定测试结果的分散性。在此情况下，可将多个开关装置串联连接。因此例如可执行根据LV124标准的防护措施，在其中需要更多数量的测试对象。在此例如可将六个开关装置串联电连接。在此所有正高压路径均由第一电流源供电并且所有负高压路径均由第二电流源供电。此外，由电压源提供的测试电压施加在每个绝缘电阻上。

根据另一种实施方式，电压源、第一电流源和/或第二电流源设置在一个共同的壳体内。也可规定，控制装置设置在该壳体内。此外，所述至少一个隔离装置或隔离变压器可设置在该壳体内。因此可实现紧凑的结构。作为替代方案，电压源、第一电流源和/或第二电流源可分别设置在单独的壳体内。这可实现各个电源的灵活定位。

根据本发明的系统包括根据本发明的测试设备和至少一个开关装置。该系统也可包括多个串联电连接的开关装置。

根据本发明的方法用于测试用于车辆高压电池的至少一个开关装置。在此借助电压源在所述至少一个开关装置的正高压路径和负高压路径之间产生测试电压。此外，借助第一电流源将第一电测试电流馈入正高压路径，其中，在测试所述至少一个开关装置时，第一连接装置、第一电流源和正高压路径一起形成第一电路，并且借助第二电流源将第二测试电流馈入负高压路径，其中，在测试所述至少一个开关装置时，第二连接装置、第二电流源和负高压路径一起形成第二电路。

关于根据本发明的测试设备给出的优选实施方式及其优点相应适用于根据本发明的系统和根据本发明的方法。

附图说明

本发明的其它特征由权利要求、附图和附图说明得出。上述在说明书中提到的特征和特征组合以及下面在附图说明中提到和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可在给出的组合中，而且也可在其它组合中或单独使用。

现在借助优选实施例并参考附图详细阐述本发明。附图如下：

图1示出用于车辆高压电池的示意图，其包括开关装置。

图2示出具有开关装置和根据现有技术的用于测试开关装置的测试设备的系统；

图3示出具有根据第一种实施方式的测试设备的系统；

图4示出具有根据另一种实施方式的测试设备的系统，其中，开关装置具有多个输出端；和

图5示出根据另一种实施方式的系统，其中，各开关装置串联电连接。

具体实施方式

在附图中相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。

图1以示意图示出用于车辆的高压电池1。高压电池1尤其是可用作牵引电池并且为车辆的驱动电机提供电能。高压电池1包括多个串联电连接的电池单元2。此外，高压电池1包括开关装置3，该开关装置与电池单元2电连接。开关装置3具有正高压路径HV+，其连接第一输入端4a和第一输出端5a。开关装置3还具有负高压路径HV-，其连接第二输入端4b和第二输出端5b。相应高压路径HV+和HV-分别具有一个开关元件6，该开关元件可构造为继电器、开关、烟火隔离开关或类似物。此外，在正高压路径HV+中设有保险丝S。高压路径HV+和HV-本身均构造为低电阻的(在开关元件6闭合时)。例如相应高压路径HV+和HV-可分别具有在0.5和10毫欧之间的电阻。高压路径HV+和HV-在开关装置3中通过绝缘装置7高电阻地隔离。该绝缘装置7具有通常可以为几兆欧至几千兆欧的绝缘电阻。也可将一个用于测量电压的、非常高的测量电阻与绝缘电阻并联连接。开关装置3的第一输出端5a与高压电池1的正极端子8a连接并且第二输出端5b与高压电池1的负极端子8b连接。

图2示出具有开关装置3和根据现有技术的测试设备10的系统9，其中测试设备10用于测试开关装置3。如果单独、但在全电压下且以全电流对开关装置3进行测试，则代替电池单元2使用可同时产生高电流I和高测试电压U的大功率电源11。该大功率电源11与开关装置3的输入端4a、4b连接。在输出端5a、5b上连接电子负载12或大功率负载，其也可吸收高电功率。在根据现有技术的这种结构或系统9中，大功率电源11和负载12设计用于高电功率。由此产生成本高的缺点。

图3示出具有开关装置3和根据第一种实施方式的测试设备10的系统9。借助该测试设备10也可对开关装置3进行高电流和高电压测试，但无需大功率电源11和负载12。测试设备10包括第一电流源13，借助所述第一电流源可将第一测试电流I₁馈入开关装置3的正高压路径HV+中。此外，测试设备9包括第一连接装置14，借助所述第一连接装置可将第一电流源13和正高压路径HV+彼此电连接。在测试开关装置3时或按规定连接测试设备10与开关装置3时，第一电流源13、第一连接装置14和正高压路径HV+形成第一电路15。此外，测试设备9包括第二电流源16，借助其可将第二测试电流I₂馈入开关装置3的负高压路径HV-中。测试设备9还包括第二连接装置17，用于将第二电流源16与负高压路径HV-电连接。第二电流源16、第二连接装置17和负高压路径HV-一起形成第二电路18。此外，测试设备9包括一个电压源19，其通过第三连接装置20与正高压路径HV+和负高压路径HV-连接。借助电压源19可将测试电压U施加到绝缘装置7上或正高压路径HV+和负高压路径HV-之间。电压源19、第三连接装置20和绝缘装置7形成第三电路21。相应连接装置14、17和20例如可通过相应连接导线、电缆和/或插拔连接器来提供。

当前实施例，电流源13、16和电压源19彼此隔离，因而只需实现小的电功率。在此产生上述三个分开的电路、即第一电路15、第二电路18和第三电路21。借助第一电流源13和第二电流源16产生高测试电流I₁和I₂，但分别仅产生低电压，因为它们仅须分别操作正高压路径HV+和负高压路径HV-的小电阻。电压源19提供高测试电压U，但仅产生非常小的电流，其流过绝缘装置7的高绝缘电阻。因而电流源13、16或电压源19无须具有大功率，因为这些电源13、16、19均不必同时产生高电压和高电流。

此外，测试设备9包括控制装置22，其与第一电流源13、第二电流源16以及电压源19连接。借助控制装置22例如可向电源13、16和19传输控制信号。控制装置22可通过传输控制信号这样控制电源13、16、19，使得可调节电压源19的测试电压U以及电流源13、16的测试电流I₁和I₂的相应电流强度。以此方式可模拟实际负载的特性，即，使测试电流I₁、I₂与测试电压U之间的关系与实际相对应。此外规定，测试设备9具有至少一个在此未示出的隔离装置，用于电流隔离电源13、16、19与供电网络。这种隔离装置可安装在相应电源13、16、19中或借助隔离变压器来提供。

由于相应电源13、16、19不必提供高电功率，因此通过测试设备9大大降低了成本。但可通过电源13、16、19在开关元件6闭合时模拟开关装置3的接近实际的运行。这尤其是可用于持续时间长的使用寿命测试。例如如果用500伏测试电压和400安培测试电流对系统进行测试，则根据现有技术的结构或系统9中的电功率为500伏x400安培＝200千瓦。在所建议的测试结构中，假设正高压路径HV+和负高压路径HV-的电阻分别为2毫欧并且绝缘装置7的绝缘电阻为1兆欧，则三个电源13、16、19的功率总计为：2x 400安培x 400安培x 2毫欧+500伏x 500伏/1兆欧＝0.64025千瓦。因此，需要的功率比根据现有技术的结构的功率小300倍以上。

图4示出根据另一种实施方式的系统9。开关装置3具有两个第一输出端5a和5a'。此外，开关装置3具有两个第二输出端5b和5b'。在第一电路15中，为相应输出端5a和5a'分配相应分支23和24。在分配给输出端5a的第一分支23中设置第一电阻R1。在分配给第二输出端5a'的第二电路24中设置第二电阻R2。在第二电路18中同样为相应输出端5b和5b'设置两个分支23、24。在此也在与输出端5b连接的第一分支23中设置第一电阻R1并且在与输出端5b'连接的第二分支24中设置第二电阻R2。通过电阻R1、R2可将相应测试电流I₁、I₂分配到相应输出端5a、5a'、5b、5b'上。如果开关装置3具有多个输入端，则可为此设置相应的分支。

在许多测试中需要测试多个开关装置3。为此目的可将多个开关装置3串联电连接。这在图5中示例性示出，其示出这样的系统9，在其中两个开关装置3串联电连接。相应开关装置3的相应正高压路径HV+分配给第一电路。此外，开关装置3的相应负高压路径HV-分配给第二电路18。由电压源19提供的测试电压U施加在相应绝缘装置7或绝缘电阻上。

附图标记列表

1 高压电池

2 电池单元

3 开关装置

4a 输入端

4b 输入端

5a 输出端

5a' 输出端

5b 输出端

5b' 输出端

6 开关元件

7 绝缘装置

8a 端子

8b 端子

9 系统

10 测试设备

11 大功率电源

12 负载

13 第一电流源

14 第一连接装置

15 第一电路

16 第二电流源

17 第二连接装置

18 第二电路

19 电压源

20 第三连接装置

21 第三电路

22 控制装置

23 路径

24 路径

HV+ 正高压路径

HV- 正负压路径

I 电流

I₁ 第一测试电流

I₂ 第二测试电流

R1 电阻

R2 电阻

S 保险丝

U 测试电压