技术领域
[0001] 本
发明涉及电致动的
开关器件或继电器。具体地，本发明涉及一种固态继电器，其电致动以响应于控制
信号断开/闭合
电路以将电路的第一部分从该电路的第二部分断开或将电路的第一部分连接到该电路的第二部分。具体地，但以非限制性的方式，本发明涉及一种电子固态继电器，其可用于将适于电动或混合动
力牵引
马达车辆的电荷存储装置或
电池从负载在电气上断开或将所述电荷存储装置或电池电连接到负载。
背景技术
[0002] 在
汽车领域的应用中，特别是在电动或混合动力
牵引车辆中每一
机动车辆配备有适于存储还用于牵引的
电能的电荷源或电荷存储装置或电池。如已知的那样，适于电动或混合动力车辆的运动系统通常包括负载组合件(loading assembly)，特别是适于由逆变器驱动来产生运动的电动马达，所述逆变器电连接到用于存储电能的
电池组或组合件。具体地，逆变器和电池组之间的电连接是通过通常由本领域技术人员称为DC-BUS或高压直流总线(HV DC BUS)的直流(DC)总线来实现的。
[0003] 电池组具体包括适于将所需的
电压和电容供应到直流总线
端子的
电化学电池单元块。电池组的电池单元可通过隔离装置特别是继电器从负载组合件在电气上断开。
[0004] 在汽车领域中，已知通过机电装置来构建这样的继电器，其特别适于高
电流，受控于通常容纳在电池组本身内的
电池管理系统(Battery Management System)或BMS。
[0005] 在汽车领域中使用的适于高电流的这种机电继电器装置并不是没有缺点。
[0006] 实际上，这种继电器具有大而重的结构，其包括移动的机械部件，这增加与它们相关联的电池系统的尺寸和总重量。此外，存在移动的机械部件会缩短继电器相对于电池工作寿命的使用寿命，移动的机械部件经受随着时间推移或在特定的操作工作条件中而发生的劣化，诸如像继电器本身在存在高电流的情况下断开。
[0007] 此外，在电动或混合动力牵引车辆的运动系统中常常需要在机电继电器处于闭合状态下时检测流过所述机电继电器的电流。出于这种目的，这样的系统包括电流测量
传感器，例如其通过分流
电阻或
霍尔效应传感器来实施，其与直流总线相关联并且受控于所述电池管理系统BMS。这种传感器是系统的附加元件，这使得其结构进一步复杂化。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供并获得一种电子固态继电器，其电致动以断开/闭合电路，这允许至少部分地克服与出于相同目的使用已知电磁继电器相关的上述缺点。
[0009] 这样的目的通过根据
权利要求1所述的固态继电器来实现。
[0010] 这样的固态继电器的优选
实施例在
从属权利要求中限定。
[0011] 本发明还涉及适于电动或混合动力车辆的运动系统，其包括根据权利要求17所述的本发明的固态继电器。
附图说明
[0012] 根据本发明的固态继电器的进一步的特征和优点将从参照附图对公开优选实施例的以下描述变得明了，所述优选实施例通过示意性的非限制性示例方式给出，其中：
[0013] -图1示意性地示出适于电动或混合动力车辆的运动系统的一个示例；
[0014] -图2示出包括在图1所示系统中的本发明的固态继电器的电路逻辑的第一实施例；
[0015] -图3示意性地示出包括在图1所示系统中的本发明的固态继电器的电路逻辑的第二实施例；
[0016] -图4示意性地示出图2所示固态继电器的一部分的功能性方面；
[0017] -图5A至图5C示出形成图2所示固态继电器实施例的三维结构的元件；
[0018] -图5D示出处于组装好的配置下的图5A至图5C所示固态继电器的三维结构的俯视图。
具体实施方式
[0019] 在上述附图中类似或等同的元件用相同的附图标记指示。
[0020] 虽然在下面的描述中将通过示例的方式参照适于电动或混合动力牵引车辆的运动系统的应用范围，但是本发明的电子固态继电器也可有利地在其它领域中使用，其中电路的第一部分必须以受控的方式从该电路的第二部分断开或连接到该电路的第二部分。
[0021] 参照图1，电动或混合动力牵引车辆的运动系统1000包括负载组合件，特别是电动马达M，例如三相马达，其适于由逆变器IV驱动来产生运动，逆变器IV电连接到电荷源组合件或用于存储电能的电池组100。具体地，逆变器IV和电池组100之间的电连接是通过由本领域技术人员称为DC-BUS或高压直流总线(HV DC BUS)的直流(DC)总线101来实现的。
[0022] 更详细地，电池组100包括电化学电池单元C的块102，所述电化学电池单元C典型地是
锂离子电池单元，它们类似于彼此并以适于将所需电压和电容供应到直流总线101的端子的
串联结构互连。
[0023] 电池组100的这种电池单元块102可通过隔离继电器、特别是根据本发明的电子固态继电器200、300从直流总线101在电气上断开或电连接到直流总线101，因而从负载组合件的逆变器IV在电气上断开或电连接到逆变器IV。
[0024] 例如图1示出两个固态继电器200、300，但是电动或混合动力牵引车辆的运动系统1000也可包括单个固态继电器200、300。在这种情况下，直流总线101包括单条电气线路L1，其将电池单元块102的正极端子(+)连接到逆变器IV。由此，固态继电器200、300适于隔离这样的单条线路L1。电池单元块102的负极端子(-)在这种情况下直接连接到参考电位。
[0025] 这种固态继电器200、300由处理单元或电池管理系统BMS 108来控制，该处理单元或电池管理系统例如容纳在电池组100本身内。这样的BMS处理单元108是对于本领域技术人员而言公知类型的，并且不会在下面进一步详细地描述。
[0026] 参照图2和图3，值得指出的是，本发明的固态继电器200、300包括从控制电路部分B隔离的功率电路部分A，其可通过光
耦合器(opto-coupler)连接到前述BMS处理单元108。
[0027] 参照图2，在本发明的固态继电器的第一实施例中，这种继电器200包括连接在继电器的第一电气端子1和第二电气端子2之间的至少一个功率
半导体开关器件T1。这样的第一电气端子1连接到上述运动系统1000的第一电路部分，例如连接到电池组100的电池单元块102。第二电气端子2通过总线101连接到所述运动系统1000的第二电路部分，即连接到负载组合件的逆变器IV。
[0028] 这种功率
半导体开关器件T1包括漏极导电端子D和源极导电端子S，以及命令端子或栅极端子G，其中漏极导电端子D和源极导电端子S分别通过各自的
焊接电阻或接合电阻(bonding resistance)RB连接到固态继电器200的第一端子1和第二端子2。
[0029] 值得指出的是，该功率半导体开关器件T1是固态继电器200的逻辑开关。这样的半导体开关器件例如可包括一个或多个功率MOSFET器件，其根据电流I的管理以并联和/或串联的方式连接到彼此，期望所述电流I流过处于闭合状态(接通(ON))下的半导体开关器件T1。更详细地，在两个功率MOSFET并联连接到彼此的情况下，在第一端子1和第二端子2之间存在的总电阻小于单个MOSFET的电阻，这允许管理较高的电流I。如果功率半导体开关器件T1包括串联连接到彼此的两个MOSFET，则这种器件配置成中断从电池单元块102流向负载块的逆变器IV和可从电池单元块102的逆变器IV流动的电流两者，如果逆变器本身没有配备用于中断这样的电流(
硬件或
软件类型的)的相应器件以中断和/或重置电流，或未被编程以避免这样的可能性发生的话。在一个优选的实施例中，继电器200的功率半导体开关器件T1包括两个功率MOSFET，其通过金属接合并联固定到彼此，固定到所述第一电气端子1和第二电气端子2。
[0030] 固态继电器200还包括半导体开关器件T1的电子驱动块203，DV，其配置成产生命令信号S，所述命令信号S施加于上述命令端子G以便将这样的半导体开关器件T1从闭合/断开状态(接通/关断(ON/OFF))切换到断开/闭合状态，以便将来自电池组100的电池单元块102从负载组合件的逆变器IV断开或连接到所述逆变器IV。
[0031] 如将在下面更详细地公开的那样，电子驱动块203，DV配置成接收断开/闭合
控制信号SE，并配置成还接收启用/禁用信号，这取决于指示第一端子1和第二端子2之间的电位差的第一信号S1。电子驱动块进一步配置成根据所述断开/闭合控制信号SE和上述启用/禁用信号来产生命令信号S。
[0032] 在一个实施例中，在其中所述断开/闭合控制信号SE确定功率半导体开关器件T1为闭合状态的情况下，电子驱动块203，DV配置成当启用/禁用信号为禁用信号时禁用这种功率半导体开关器件T1。
[0033] 具体地，电子驱动块包括光隔离驱动电子元件203，其为对于本领域技术人员而言已知的类型，该驱动电子元件具有输出端子O1，该输出端子连接到
驱动器装置DV的启用引脚EN。这样的驱动器装置DV设有连接到半导体开关器件T1的命令端子G的相应输出引脚Po。这样的驱动器装置DV具体设有逻辑数字电路，其能够以本身已知的方式执行针对电子驱动块所配置的上述功能。
[0034] 这种光隔离驱动元件203配置成将断开/闭合控制
数字信号SE、特别是低
水平信号(逻辑0)供应到输出端子O1上，以便通过驱动器装置DV在命令端子G上启用命令信号S。更详细地，光隔离驱动元件203适于基于在外部施加到固态继电器200、例如施加到光隔离驱动元件203的输入端子IN1的控制信号CTRL来产生断开/闭合控制数字信号SE(逻辑0)。这样的控制信号CTRL例如由BMS处理单元108(未在图2中示出)产生。
[0035] 此外，本发明的固态继电器200包括用于检测流过功率半导体开关器件T1的电流I的电子块301。这样的电子检测块包括第一电子器件301，其具有分别连接到继电器200的第一电气端子1和第二电气端子2的第一输入端3和第二输入端4。具体地，这样的第一电子器件包括
运算放大器301，其配置成产生第一信号S1，特别是数字电压信号，指示上述第一端子1和第二端子2之间的电位差。
[0036] 例如，这种
运算放大器301具有增益，使得施加到放大器301的输入端的数百毫伏的模拟差分电压适于产生在0V至3V范围内的数字电压信号。
[0037] 在第一端子1和第二端子2之间的上述电位差由电流I产生，当半导体开关T1处于闭合状态(接通(ON))下时所述电流I流过在第一端子1和第二端子2之间存在的总电阻Rtot。详细地，这样的电阻Rtot包括(以及在一个实施例中基本上对应于)处于闭合状态下的半导体开关器件T1的漏极-源极电阻RDSon和接合电阻RB的总和，即Rtot＝RDSon+2RB。
[0038] 值得指出的是，上述各接合电阻RB与上述导电端子D、S之一和相应的第一电气端子1或第二电气端子2之间的电连接相关联。
[0039] 例如，对于大约400安培的电流值I而言，处于闭合状态下的半导体开关器件T1的漏极-源极电阻RDSon的值为约500μOhm至700μOhm，以及接合电阻RB的值为约200μOhm至400μOhm。
[0040] 参照图2，值得指出的是，可选的放大器301的第二输入端4和继电器200的第二端子2连接到低的参考电位或接地电位GND2。
[0041] 此外，在可选的一个实施例中，电子流检测装置I包括相应的处理单元MIC，其可操作地与固态继电器200相关联，并与上述驱动块203，DV不同。在图2的示例中，这样的处理单元MIC与继电器200的控制电路部分B相关联。
[0042] 这样的处理单元包括微
控制器MIC，其具有连接到运算放大器301的输出端以接收上述第一信号S1的第一输入引脚P1。
[0043]
微控制器MIC配置成根据在这种第一信号S1上执行的处理来检测流过半导体开关器件T1的电流I，如将在下面更详细地描述的那样。
[0044] 微控制器MIC还包括第一输出引脚P3，其通过第一逻辑端口(特别是或(OR)端口302)连接到两个输入端之一，其中，各自的输出端连接到驱动器装置DV的禁用引脚DIS。例如，这种驱动器DV的禁用引脚DIS由高逻辑水平信号(逻辑1)激活。
[0045] 如果微控制器MIC检测到异常操作条件从上述电流I开始，因为这样的电流I高于预定的最大值IMAX，其赋予开关T1的关断，微控制器MIC配置成在第一输出引脚P3上产生相应的高水平(逻辑1)数字信号S3，所述数字信号S3将通过或(OR)逻辑端口302被传送到驱动器装置DV，以便禁用施加到命令端子G的命令信号S并且以便关断半导体开关器件T1。
[0046] 由此，微控制器MIC实现本发明固态继电器200的过电流保护，特别是软件类型的保护，即根据微控制器MIC本身的编程软件的功能实现的保护。
[0047] 根据一个实施例，固态继电器200还包括连接到微控制器MIC的第二输入引脚P2的电子
温度检测块204。这种电子温度检测块204配置成产生指示所述功率半导体开关器件T1温度的第二信号S2。
[0048] 具体地，这样的第二信号S2可在上述第二输入引脚P2上提供给微控制器MIC。
[0049] 在一个实施例中，电子温度检测块204或温度传感器包括热敏
电阻器，例如NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)类型的
热敏电阻器，其串联连接到在电力电位VDD2和接地参考电位GND2之间的另一个电阻器R1。
[0050] 热敏电阻NTC和另一个电阻器R1之间的中间
节点N连接到微控制器MIC的第二输入引脚P2以便可在这种引脚上提供这样的第二信号S2。
[0051] 在本发明的可替换的实施例中，微控制器MIC配置成根据从所述第一信号S1和第二信号S2开始执行的处理检测流过半导体开关器件T1的电流I。
[0052] 此外，固态继电器200包括过电流保护电路303、304，其配置成如果流过开关T1的电流I高于最大预定值IMAX则在功率半导体开关器件T1的命令端子G上禁用命令信号S。具体地，这样继电器200的过电流保护电路303、304自主地进行干预或在微控制器MIC的上述过流保护干预失败时进行干预。
[0053] 这样的保护电路包括比较器装置303，例如运算放大器，其具有连接到运算放大器301的输出端以接收上述第一信号S1的相应第一输入端和适于接收
阈值信号THR的第二输入端。这样的比较器303包括相应的输出端OUT，其连接到第二逻辑端口、特别是与(AND)端口304的第一输入端，其第二输入端连接到光隔离驱动元件203的输出端子O1。
[0054] 值得指出的是，与(AND)端口304的第二输入端适于接收在光隔离驱动元件203的输出端子O1处存在的逻辑信号的相反值(reverse)。
[0055] 值得指出的是，当在比较器303的OUT输出端上存在高逻辑水平(逻辑1)信号时激活这种保护。
[0056] 假定当控制信号CTRL被激活时，断开/闭合控制信号SE为低逻辑水平(逻辑0)信号，如果第一信号S1低于阈值THR，则比较器303适于将低逻辑水平(逻辑0)信号供应到第二与(AND)端口304的第一输入端。因此，低逻辑水平(逻辑0)信号被供应到或(OR)端口302的第二输入端，这保持所述驱动器装置DV的禁用引脚DIS在低位。
[0057] 相反地，如果第一信号S1高于阈值THR，则比较器303适于将高水平(逻辑1)信号提供给第二AND端口304的第一输入端。因此，高逻辑水平(逻辑1)信号以输入提供给OR端口302，从而供应到驱动器装置DV的禁用命令信号S的禁用引脚DIS。
[0058] 从而这样的保护电路303、304实现本发明固态继电器200的过电流保护，特别是硬件类型的过电流保护。
[0059] 值得指出的是，有利地由微控制器MIC和由保护电路303、304实施的过电流保护允许同时保护固态继电器200和车辆运动系统1000的总电路。
[0060] 此外，固态继电器200包括
接口装置350，例如CAN(Controller Area Network，控制器区域网络)类型的接口装置或类似物，特别是光隔离类型的接口装置，其具有连接到微控制器MIC的相应数据发送接收引脚PTX、PRX的数据发送接收端子TX、RX。这样的CAN接口350配置成还通过连接端子CANH、CANL连接到BMS处理单元108。
[0061] 通过这样的CAN接口350，其还可包括收发器通信装置35，固态继电器200适于与外界交换由微控制器MIC检测到的电流I、半导体开关T1的温度信息和用于控制和管理继电器200本身的另外的信息。
[0062] 此外，CAN接口装置350和相应的收发器351可有利地在用于对微控制器MIC编程和校准所述固态继电器200的制造步骤过程中使用，以及在用于将继电器200连接到继电器200的诊断测试仪或通过连接端子CANH、CANL连接到适于提供校准程序的装置的开发及制造后步骤过程中使用。
[0063] 图2中的固态继电器200还包括光隔离的DC/DC转换器205，其配置成产生
电源电压VDD2和接地参考电位GND2，以供应到驱动器装置DV、比较器303、运算放大器301、微控制器MIC和电子温度检测块204。具体地，这样的电源电压VDD2和接地参考电位GND2从在继电器200本身的外部施加的第一电源电压VDD1和第一参考电位GND1开始产生。
[0064] 参照图3，在本发明的固态继电器的第二实施例中，这样的继电器300包括连接在继电器的第一电气端子1和第二电气端子2之间的至少一个功率半导体开关器件T1。这样的第一电气端子1连接到上述运动系统1000的第一电路部分，例如连接到电池组100的电池单元块102。第二电气端子2通过总线101连接到所述运动系统1000的第二电路部分，即连接到到负载组合件的逆变器IV。
[0065] 这样的半导体开关器件T1包括漏极导电端子D和源极导电端子S，以及命令端子或栅极端子G，其中漏极导电端子D和源极导电端子S分别通过各自的焊接电阻或接合电阻RB连接到固态继电器200的第一端子1和第二端子2。
[0066] 值得指出的是，代表固态继电器300的逻辑开关的功率半导体开关器件T1完全类似于参照图2所述的功率半导体开关器件。
[0067] 固态继电器300还包括半导体开关器件T1的电子驱动块203，DV，其配置成生成命令信号S，所述命令信号S施加于上述命令端子G以便将这样的半导体开关器件T1从闭合/断开状态(接通/关断(ON/OFF))切换到断开/闭合状态，以便将电池单元块102从电池组100从负载组合件的逆变器IV断开或连接到所述逆变器IV。
[0068] 如上面所示，此外在本实施例中，电子驱动块203，DV配置成接收断开/闭合控制信号SE，并配置成还接收启用/禁用信号，该启用/禁用信号取决于指示第一端子1和第二端子2之间的电位差的第一信号S1。电子驱动块进一步配置成根据所述断开/闭合控制信号SE和上述启用/禁用信号来产生命令信号S。
[0069] 在实施方式的一个示例中，在其中所述断开/闭合控制信号SE确定功率半导体开关器件T1处于闭合状态的情况下，电子驱动块203，DV配置成当启用/禁用信号为禁用信号时禁用这种功率半导体开关器件T1。
[0070] 值得指出的是，可使得电子驱动块203，DV如上面参照图2中所示的继电器描述的那样制造。
[0071] 具体地，电子驱动块包括光隔离驱动电子元件203，其具有连接到驱动器装置DV的启用引脚EN的输出端子O1，这样的驱动器装置DV具有连接到半导体开关器件T1的命令端子G的相应输出引脚Po。
[0072] 这种光隔离驱动元件203配置成将断开/闭合控制数字信号SE(逻辑0)供应到这种输出端子O1上，以便通过驱动器装置DV在功率半导体开关器件T1的命令端子G上启用命令信号S。
[0073] 更详细地，光隔离驱动元件203适于根据在外部施加到继电器300、例如施加到光隔离驱动元件203本身的输入端子IN1的控制信号CTRL来产生断开/闭合控制信号SE。这样的控制信号CTRL例如由BMS处理单元108(未在图3中示出)产生。
[0074] 此外，本发明的固态继电器300包括用于检测流过功率半导体开关器件T1的电流I的电子块。
[0075] 这样的电子检测块包括相应的第一电子器件301，其具有分别连接到所述第一电气端子1和第二电气端子2的第一输入端3和第二输入端4。值得指出的是，在这种情况下，第二输入端4和第二端子2都连接到接地参考电位GND2。
[0076] 具体地，这样的第一电子器件包括本领域技术人员已知类型的光隔离运算放大器201，其配置成产生第一信号S1，指示上述第一端子1和第二端子2之间的电位差。
[0077] 这样的第一信号S1，特别是模拟电压信号可在继电器300的外部提供，例如提供到BMS处理单元108。值得指出的是，用于检测固态继电器300的电流I的电子块也可包括不同于前述驱动块203，DV的处理单元，在这种情况下，其可以是继电器300外部的相同BMS处理单元108。
[0078] 有利地，这样的BMS处理单元108配置成根据在这种第一信号S1上执行的处理来检测流过半导体开关器件T1的电流I。
[0079] 在其中BMS处理单元108检测到从电流I开始的任何故障，特别是过电流状态的情况下，BMS单元108本身配置成禁用控制信号CTRL来抑制施加到命令端子G的命令信号S，关断功率半导体开关器件T1。
[0080] 根据一个实施例，固态继电器300还包括电子温度检测块202、204，其配置成产生指示所述功率半导体开关器件T1温度的第二信号S2。
[0081] 参照图3中的示例，这样的电子温度检测块包括连接到温度
测量传感器204的光隔离运算放大器202。这样的传感器包括热敏电阻器，例如NTC类型的热敏电阻器，其串联连接到在电源电位VDD2和接地参考电位GND2之间的另一个电阻器R1。热敏电阻NTC和另一个电阻器R1之间的中间节点N连接到光隔离运算放大器202的输入端202'，以在固态继电器300外提供这样的第二信号S2，例如提供到BMS处理单元108。具体地，上述第二信号S2是模拟电压信号。
[0082] 在本发明的可替换的实施例中，BMS处理单元108配置成根据从所述第一信号S1和第二信号S2开始执行的处理检测流过半导体开关器件T1的电流I。
[0083] 此外，固态继电器300包括相应的过电流保护电路303、304，其配置成当过电流情况发生时在半导体开关器件T1的命令端子G上禁用命令信号S。
[0084] 这样的保护电路包括比较器装置303，例如运算放大器，其具有连接到第一电气端子1以接收在第一端子1和第二端子2之间的电压的相应第一输入端子IN和适于接收阈值信号THR的第二输入端子。这样的比较器303包括相应的输出端OUT，其连接到逻辑端口、特别是与(AND)端口304的第一输入端，其第二输入端连接到光隔离驱动元件203的输出端子O1。值得指出的是，与(AND)端口304的第二输入端上的逻辑信号是光隔离驱动元件203的输出端子O1上的逻辑信号的相反值。
[0085] AND端口304的相应输出连接到驱动器装置DV的禁用引脚DIS。
[0086] 假定当控制信号CTRL被启用时，断开/闭合控制信号SE为低逻辑水平(逻辑0)信号，以便由驱动器DV启用命令信号S。
[0087] 在这种情况下，当继电器300的第一端子1和第二端子2之间的电压低于阈值THR时，则比较器303适于将低逻辑水平(逻辑0)信号供应到AND端口304的第一输入端。因此，低逻辑水平(逻辑0)信号被供应到驱动器装置DV的禁用引脚DIS，以及开关T1保持接通(ON)。
[0088] 相反地，如果继电器300的第一端子1和第二端子2之间的电压高于阈值THR，则比较器303适于将高水平(逻辑1)信号提供给AND端口304的第一输入端。因此，高逻辑水平(逻辑1)信号以输入提供给驱动器装置DV的禁用引脚DIS，以便禁用命令信号S并且关断功率开关T1。
[0089] 因此，这样的保护电路303、304实现固态继电器300的硬件类型的过电流保护。
[0090] 固态继电器300还包括光隔离DC/DC转换器205，其配置成产生电源电压VDD2和接地参考电位GND2，其将被供应到驱动器装置DV、比较器303、电子温度检测块204和光隔离运算放大器201、202。具体地，这样的电源电压VDD2和接地参考电位GND2从继电器300的外部施加的第一电源电压VDD1和第一参考电位GND1开始产生。
[0091] 参照图4，示出用于检测流过半导体开关元件T1的电流I的操作模式的实施例。在这样的图4中，假设方法步骤通过参照图2描述的本发明的固态继电器200的微控制器MIC(由用虚线表示的块示意性地示出)实施。在图3的固态继电器300中，其中没有微控制器MIC，假定这样的操作由BMS处理单元108直接执行。
[0092] 具体地，运算放大器301测量继电器200的第一端子1和第二端子2之间的电位差，即在这样的器件T1的漏极-源极电阻RDSON上的电压降和在两个接合电阻RB上的电压降的总和，假设功率MOSFET T1处于闭合状态下(接通(ON))。其结果是，运算放大器301产生第一电压信号S1。
[0093] 温度传感器204适于产生指示与所述开关器件T1相关联的温度的第二信号S2，以及还有电压信号。这样的第二信号S2由微控制器MIC通过存储在与微控制器MIC相关联的特定
存储器内的第一预先建立的查找表LUT1处理，以便将指示开关T1温度的信号ST与这样的第二电压信号S2相关联。
[0094] 根据第一信号S1和这样的温度信号ST，微控制器MIC配置成评估上述第一端子1和第二端子2之间的电阻Rtot，该电阻是通过从根据在继电器200的第一端子1和第二端子2之间存在的总电阻的表征的第二预先建立的表LUT2外插(extrapolating)得出的。该第二表LUT2也存储在微控制器MIC的适当存储器内。
[0095] 根据在端子1、2即S1处的电压以及所估计的电阻值Rtot，微控制器MIC适于计算流过MOSFET T1的电流I，特别是通过确定第一信号S1和上述电阻Rtot之间的比来计算。
[0096] 在检测电流I的上述方法的备选实施例中，这可通过将电流估计仅基于第一信号S1的采集并假设在恒温例如50℃下进行操作而在没有温度信息的情况下进行。在这样的情况下，微控制器MIC配置成估计在上述第一端子1和第二端子2之间存在的电阻Rtot，该电阻是从基于在这样的恒温下在继电器200的第一端子1和第二端子2之间存在的总电阻的表征的相应预先建立的表LUT2'外插得出的。
[0097] 有利的是，固态继电器200、300的接合电阻RB中的一个可配置成作为保险丝来操作以便保护车辆的运动系统1000的整体电路。
[0098] 具体地，根据继电器200、300的实施例，这样选择的接合电阻RB根据用于功率半导体开关元件T1的最大电流操作值并根据高于最大操作值的预定的非耐受的过电流值(因此决不能超过该值)定制大小和配置。从而，这样的接合电阻RB作为保险丝操作并在最大操作值和非耐受的过电流值之间的电流值下熔融，从而将开关T1的导电端子D或S中的一个从所述相应的第一电气端子1或第二电气端子2断开。
[0099] 实际上，这例如通过选择适当的金属
合金来进行接合来实现。
[0100] 此外，这种合金可以选择成使得它具有适当的正的热系数。由此，当温度变化时，接合电阻RB的值增加并形成保险丝功能。
[0101] 值得指出的是，本发明目的的固态继电器200、300例如配置成被包括在机动车辆的运动系统1000的电池组100中，所机动车辆使用具有48伏锂电池单元C的电池102。具体地，单个电子继电器200、300在电池102的正极端子处设置在
连接线路L1上并由BMS处理单元进行管理。
[0102] 下面参照附图5A至图5D描述固态继电器、例如图2中所示继电器200的三维结构的实施例。具体地，上述附图示出可机械地连接到彼此以形成固态继电器200结构的继电器的结构性组件。虽然下文将明确地参照固态继电器200的实施例，但相同的考虑因素适用于参照图3描述的继电器300。
[0103] 参照图5A，固态继电器200的三维结构包括金属载体501，其由具有约62毫米的长度、约55毫米的宽度以及约3毫米的厚度的大致矩形的金属板或薄片形成。也被配置成作为继电器200的
散热器元件操作的这样的金属板501包括通孔502，特别是邻近板501
顶点的四个通孔，每个通孔适于容纳用于组装继电器200结构的相应固定元件。
[0104] 参照图5B，固态继电器200的三维结构还包括
框架503，其形成继电器200结构的主要元件，并且例如通过将塑料材料与电和/或机械类型的元件共成型而制成。
[0105] 这样的框架503包括第一电气端子1和第二电气端子2，其配置成分别由总线101将继电器200连接到第一电路部分(即连接到电池组100的电池单元块102)，以及连接到第二电路部分(即连接到负载组合件的逆变器IV)。
[0106] 更详细地，这样的电气端子1、2沿着框架延伸的相同纵向轴线在相反方向上朝向框架503的外侧突出，并且例如由漆包
铜合金制成。每个端子1、2包括布置在框架503的远侧
位置内的第一
螺纹通孔504以及适于通过金属接合将这样的端子电连接到容纳在框架503内的电子器件的独立部分505。在图5B中的金属接合对应于图2中的接合电阻RB。
[0107] 塑料材料框架503还包括固定装置，优选固定衬套506，例如由
黄铜制成，特别是四个衬套，以便将框架503机械地固定到继电器200外部的固定结构。衬套506与板501的孔502是同轴的。
[0108] 另外，框架503包括导电元件507(特别是五个导电元件)，其配置成形成第一印刷
电路板(内部PCB)508和第二印刷电路板(外部PCB)509之间的电连接。
[0109] 更详细地，所述第一印刷电路板508例如在陶瓷基材上形成并固定到框架503。这样的第一印刷电路板508包括实施功率半导体开关器件T1的MOSFET。此外，第一印刷电路板508包括电子温度检测块204。在具体示例中，假定开关T1由四个MOSFET构成，相互并联布置的第一对p通道MOSFET以及相互并联布置的第二对n通道MOSFET。第一对和第二对MOSFET串联连接到彼此来实施固态开关T1。这样的解决方案适于施加高达400A至500A的电流。对于更高的电流而言，实施例的相应解决方案考虑到使用以并联方式连接到彼此的更多数量的MOSFET。
[0110] 图5C中示出第二印刷电路板509，其不同于第一印刷电路板508并从框架503分离。这样的第二印刷电路板509除了其它之外包括电子驱动块203，DV和用于检测电流I的电子块和继电器200的所有
逻辑电路(例如微控制器MIC，运算放大器301、303和逻辑端口302、
304)。此外，第二印刷电路板509包括
电连接器510，例如具有五个
电极，用于与继电器200外部这种逻辑电路接口连接。
[0111] 此外，第二印刷电路板509包括相应的导电元件507'，以便将逻辑电路电连接到所述第一印刷电路板508的功率器件。
[0112] 这样的第二印刷电路板509还包括与框架503中类似的孔相关联的通孔511，其配置成容纳另外的固定元件以便将这样的第二印刷电路板509固定到框架503。固定到框架503的第二印刷电路509叠置于第一印刷电路板508上。
[0113] 参照图5D，继电器200的三维结构还包括
覆盖元件或盖512，例如由塑料材料制成，固定到框架503上以覆盖继电器200的其它结构元件从而将其封闭。具体地，盖512配置成容纳所述第一印刷电路板508和第二印刷电路板509。
[0114] 这样的盖512还包括合适的隔室513，其在第二印刷电路板509的五个电极连接器510处获得。
[0115] 盖512包括相应的通孔514，特别是与框架503的衬套506同轴的四个孔以便在组装过程中允许这样的衬套通过。
[0116] 值得指出的是，附图5D示出固态继电器200结构的俯视图，其中安装有盖，并具有突出的在图5B中所示的第一电气端子1和第二电气端子2。
[0117] 上述固态继电器200的三维结构的组装方法包括以下步骤：
[0118] -将包括功率MOSFET器件和电子温度检测块204的第一陶瓷印刷电路板508通过焊接固定到金属载体501；
[0119] -将焊接到第一印刷电路板508的金属载体501固定、特别是胶合到框架503；
[0120] -通过金属接合执行电连接操作，以便电连接与所述第一印刷电路板508相关联的电子器件，以便将后者即所述第一印刷电路板508连接到框架503的导电元件507和第一电气端子1以及第二电气端子2；
[0121] -用保护性凝胶覆盖与第一印刷电路板508相关联的功率电路；
[0122] -将包括逻辑和连接器510的所述第二印刷电路板509通过将另外的孔511与框架503的相应孔接合的固定装置固定到框架503，然后通过另外的导电元件507'电连接到所述框架；
[0123] -最后，插入并胶合塑料盖512，其覆盖容纳在第二印刷电路板509上的逻辑部件并将其全部包封。
[0124] 作为一个整体，所述固态继电器200将呈现用于电连接到总线101的两个铜合金端子1、2，五个电极逻辑(VDD1、GND1、CANH、CANL、CTRL)的连接器510、513，以及用于将继电器机械连接到外部
散热器(未在图中示出)的四个黄铜衬套506。
[0125] 本发明的固态继电器200、300具有许多优点。
[0126] 事实上，通过包括集成的器件并免除移动的机械部件，这样的固态继电器200、300相对于机电继电器可确保随着时间推移的更加可靠性。
[0127] 此外，继电器200、300提供将被连接和断开的电气端子1、2之间的有效电位差的测量，包括在接合电阻RB上的电压降，其会随器件而有所不同。这允许更准确地估计流过处于闭合状态下的半导体开关T1的电流I，从而使得保护功能更可靠和更准确。
[0128] 另外，本发明的继电器200、300可包括检测电流I的功能，上述功能通过由微控制器MIC或BMS处理单元108进行的估计来进行。这避免了对使用运动系统1000外部的电流传感器的需求，在与这种传感器相关联的成本上具有显著节约。
[0129] 包括集成器件的这样的固态继电器200、300比电磁继电器更小和更轻，其在电池系统的重量和尺寸方面具有明显的优势。
[0130] 另外，固态继电器300具有的优势在于这样的装置可完全由外部设备管理，外部设备诸如像BMS单元108，即不要求在内部的预编程组件，即继电器300更简单且成本更低。
[0131] 在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员可对上述电子固态继电器的实施例进行
修改和变型，或者可用功能上等同的元件替代元件以便满足根据情况而定的需求。所有描述成属于一个可能实施例的特征可与所述的其它实施例独立地实施。
