尤其用于轨道车辆的具有开关控制的电池管理系统的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的尤其是用于轨道车辆的电池管理系统。

背景技术：

这种电池管理系统包括设备电池、汇流排装置、用于将设备电池与汇流排装置可切换地连接的电池保护开关和用于将至少一个消耗器组与汇流排装置可切换地连接的至少一个开关装置。

轨道车辆通常具有设备电池，在电驱动的轨道车辆刚好不与外部的供电装置，尤其是滑触线(高架线)连接时，或者在具有内燃机驱动器的车辆中不进行车载电网的能量馈入或现有的车载电网变流器的输出功率在特定运行状态下不足时，所述设备电池用作为用于供电的辅助系统。在该上下文中，电池管理系统用于监控、控制和切换设备电池。为此，电池管理系统具有电池保护开关，设备电池能够经由电池保护开关与汇流排装置连接，以便由此以及经由一个或多个开关装置提供对轨道车辆的一个或多个消耗器组的供电。

设备电池例如可以构成为铅电池，例如构成为凝胶铅电池。在这种设备电池中避免深度放电的状态(称作为深度放电状态)，以便防止对设备电池的损坏或还有其完全失效，这使得需要利用适当的传感器来监控设备电池的充电状态，所述传感器测量设备电池和/或汇流排装置的电流量和电流方向，以便由此推断出电池的充电状态。因为在常规装置中，这种电池管理系统的组件分布地设置在轨道车辆中进而需要大量布线耗费，所以充电状态的可靠测量可能是困难的并且可能受干扰信号影响。此外，电池管理系统的这种分布地设置的组件在轨道车辆中具有不可忽视的空间需求。

从de3822021c1中已知一种用于最小电压监控的开关装置，其中可调节的比较器测量电池电压并且在超过对于放电状态典型的电压时经由一个或多个开关元件切断在电池处运行的消耗器。

从de10026835a1中已知一种用于轨道车辆的设计为可编程的电池管理系统的组件，所述组件配设有计算机芯。

对于电池保护开关的运行，在de202011051972u1和wo2017/093552a1中描述电路装置和方法，其能够实现具有吸引磁铁的电池保护开关在大的输入电压范围和与开关匹配的路程时间特性中的运行。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种电池管理系统，所述电池管理系统可以简单地且紧凑地构造，并且在此能够实现设备电池的运行的可靠的、功能安全的控制。

所述目的通过具有权利要求1的特征的主题来实现。

据此，电池管理系统具有：控制装置，用于控制用于切换电池保护开关和至少一个开关装置的切换过程；和镇流器，用于产生用于切换电池保护开关和至少一个开关装置的切换电流，其中控制装置构成为，使得其为镇流器提供针对用于切换电池保护开关和至少一个开关装置的切换电流的期望值。

控制装置用于：控制电池保护开关和至少一个开关装置的切换，以便将设备电池与消耗器组电连接或与消耗器组分离。设备电池与汇流排装置经由电池保护开关的连接和此外与一个或多个消耗器组经由一个或多个开关装置的连接由此以经由控制装置控制的方式进行，其方式为：控制装置操控镇流器，以产生用于切换电池保护开关或至少一个开关装置的切换电流。控制装置在此构成用于，为镇流器预设对于分别要使用的切换电流的期望值，使得镇流器根据预设的期望值产生相应的切换电流进而切换电流可以传输给电池保护开关或至少一个开关装置。

电池保护开关和至少一个开关装置优选分别包括一个或多个吸引磁铁，所述吸引磁体经由通过镇流器产生的切换电流通电进而操控，以机械地切换电池保护开关或至少一个开关装置。根据电池保护开关和至少一个开关装置的设计方案，例如根据在电池保护开关中或在至少一个开关装置中所使用的吸引磁铁的数量，在此所需的切换电流可以改变。相应地，控制装置根据要操控的组件为镇流器预设用于切换电流的期望值，使得镇流器可以根据预设的期望值来产生和提供适合的切换电流，以便操控电池保护开关或至少一个开关装置。

相应地，控制装置可以构成为，对用于切换电流保护开关的切换电流预设第一期望值和对用于切换至少一个开关装置的切换电流预设与第一期望值不同的第二期望值。如果设有用于将多个消耗器组与汇流排装置可切换地连接的多个开关装置，那么用于不同的消耗器组的切换装置的期望值可以是相同的或(与开关装置的具体构造形式相关地)也能够是不同的。

因为控制装置为镇流器预设用于调节用于切换电池保护开关和一个或多个开关装置的不同切换电流的期望值，所以在电池管理系统的范围内，唯一的镇流器与控制装置的共同作用可以是足够的。唯一的镇流器可以就像一个或多个开关装置那样用于操控电池保护开关，这可以实现例如在同一壳体中的电池管理系统的紧凑的构型。

在一个设计方案中，镇流器具有用于与由控制装置接收的期望值相关地调节切换电流的期望值调节器。经由期望值调节器调节所需的切换电流的大小，其中期望值调节器例如可以与用于产生分别预设的切换电流的镇流器的功率级共同作用。经由功率级产生和输出分别所需的切换电流，以便对电池保护开关或至少一个开关装置以适当的方式与要执行的切换过程相关地通电。

控制装置在此还操控一个或多个开关元件，所述开关元件将由镇流器提供的、匹配于相应的开关装置的切换电流分配到分别要操控的开关装置上。

优选地，所述开关元件，例如呈继电器形式的开关元件，设置在控制装置之内。开关元件同样可以构成为半导体开关元件。

在一个有利的设计方案中，控制装置、镇流器、电池保护开关和至少一个开关装置设置在共同的壳体中，所述壳体也称作为设备箱。控制装置、镇流器、电池保护开关和至少一个开关装置由此能够以紧凑的方式彼此组合成同一设备，其中这些组件优选直接空间靠近设备电池并且也可能直接空间靠近其他与设备电池共同作用(例如电池充电器)的部件设置。

电池管理系统的部件彼此间的空间靠近的设置具有其他优点，即用于将部件彼此连接，例如用于将控制装置与电池保护开关、与至少一个开关装置、与传感器和与其他组件连接的布线耗费可以保持简单。因为此外布线可以经由短的导线长度建立，所以例如降低对传感器信号的干扰影响。

此外得到用于电池管理系统的减少的结构空间需求，所述电池管理系统能够以紧凑的、集中的方式设置在轨道车辆中。

在一个设计方案中，控制装置构成为，根据设备电池的充电状态和在考虑设备电池的充电状态的条件下，触发用于切换电池保护开关或至少一个开关装置的切换过程。因此，电池保护开关和/或至少一个用于接通或关断一个或多个消耗器组的开关装置的切换根据设备电池的充电状态进而根据设备电池的馈电能力进行。在切换电池保护开关或至少一个开关装置之前，例如根据在设备电池处提供的电池电压来检查设备电池的充电状态，并且只有当根据充电状态确保设备电池的馈电能力足以对相应的消耗器组件馈电时，那么才导入例如用于接通消耗器组的切换过程。

由此，根据设备电池的充电状态的检查进行电池保护开关和/或至少一个开关装置的切换。如果电池电压例如小于用于电池电压的预定的边界值，那么从中推断出设备电池的馈电能力不足并且不导入电池保护开关或至少一个开关装置的切换过程。

在一个设计方案中，电池管理系统具有用于测量在设备电池和汇流排装置之间的电流量的电池电流传感器。在使用电池电流传感器的情况下例如可以计算用于电池保护开关和至少一个开关装置的使用寿命预测，其方式为：对用于电池保护开关或至少一个开关装置的切换过程的数量与在各个切换过程中出现的电流一起进行评估。在此，对电池电流传感器附加地也可以将用于测量在汇流排装置处的电流量的设备电流传感器考虑在内，以便根据在切换过程中经由电池电流传感器和设备电流传感器得到的测量值推导出，还可以为电池保护开关和至少一个开关装置预期多长的使用寿命。

例如可以根据与电池保护开关的或至少一个开关装置的类型相关联的特征曲线进行评估，所述特征曲线将使用寿命(例如作为还应预期的切换周期的数量来说明)与切换时的电流建立联系。这基于如下背景，即在电流量大的情况下频繁的切换过程降低电池保护开关或至少一个开关装置的使用寿命，这可以根据对各个切换过程的和在此出现的电流的评估来评估。

此外，使用寿命预测也可以针对设备电池在将在设备电池处的区段电压(blockspannung)、电解质温度、充电周期的数量或其他参数考虑在内的情况下创建。

在一个设计方案中，电池保护开关两极地构成为切换两条电流路径，经由所述电流路径可将设备电池与汇流排装置连接。汇流排装置例如具有两个(与正电池电压和负电池电压相关联的)汇流排，所述汇流排可经由各一条电流路径与设备电池连接。两极地构成的电池保护开关用于切换这两条电流路径，使得经由电池保护开关可以将这两条电流路径与汇流排装置分离或可切换地与汇流排装置连接。

因为经由电池保护开关在两条并联的电流路径中进行切换，所以电池保护开关例如可以具有两个要通电的吸引磁铁，用于机械地移置对应的开关。对应地，电池保护开关可以要求用于切换的相对大的切换电流。

电池保护开关在此可以双稳态地构成为具有两个稳定的切换状态。电池保护开关由此可以在接通状态和关断状态之间切换，在接通状态下电流路径与汇流排装置电连接，在关断状态下电流路径与汇流排装置分离，其中电池保护开关在任意切换状态下处于稳定位置进而不必特别为了保持在刚好采用的切换位置中而通电。

可以用于将一个或多个消耗器组与汇流排装置连接的至少一个开关装置例如单极地构成进而用于将(唯一的)电流路径与汇流排装置可切换地连接。至少一个开关装置在此也可以双稳态地构成为具有两个稳定的切换装置，即接通状态和关断状态，使得至少一个开关装置可以在其稳定的切换位置之间移置。

因为至少一个切换装置接通仅一个电流路径，所以至少一个切换装置例如具有仅一个用于机械地切换对应的开关的吸引磁铁。对应地，至少一个开关装置所要求的切换电流可以相对于电池保护开关的切换电流是更小的。

电池保护开关和/或至少一个开关装置例如可以分别具有热保护功能和/或磁保护功能。

借助于热保护功能，监控在电池保护开关或至少一个开关装置处的热学过热，当在电池保护开关或开关装置处的温度应升高超过预设的边界值时，开始采取对应的应对措施，例如关断电池保护开关或开关装置。这种热保护功能用于识别在电池保护开关或开关装置处由于在较长时间段中流过的、(过)大的电流量而出现的加热，以便必要时采取应对措施。

附加地或替选地，电池保护开关和/或至少一个开关装置可以具有磁保护功能。在这种磁保护功能的范围内，识别在电池保护开关或至少一个开关装置处的大程度的电流升高从而可磁探测的(过)大的电流变化，以便在电流过量升高时采取适当的应对措施，例如切断。

因为电流保护开关和/或至少一个开关装置具有集成的保护功能，所以可以弃用附加的整套设备，例如熔断丝等，其通常设为用于这种保护功能，这简化了构型并且还降低结构空间需求。

在一个设计方案中，电池管理系统具有电池充电器，所述电池充电器与汇流排装置连接并且用于为设备电池充电。控制装置在此构成为，根据设备电池的充电状态来控制电池充电器，使得根据设备电池处于哪个充电状态中可以将设备电池经由电池充电器充电。

控制装置在此也可以构成用于，产生通知并且例如经由数据总线系统发送至上级系统，使得例如可以为列车驾驶员显示：执行设备电池的充电进程(所谓的均衡充电过程)。如果设备电池例如从深度放电状态起再次充电，那么这应当通过使用相对低的电流(称作为i20，对应于额定电流的二十分之一)来执行，其中这种均衡充电过程应当在较长时间段，例如在24小时和48小时之间的时间段内不中断地执行。因此，如果为列车驾驶员显示，执行均衡充电过程，那么列车驾驶员可以确保，轨道车辆在所需的时间段内连接到外部电流供应装置，例如连接到滑触线上。

均衡充电过程可以通过控制装置以自动的方式控制，使得一旦设备电池的充电状态降低低于预定的边界值，就自动地开始均衡充电过程。在此情况下，设备电池自动地再充电，直至在设备电池上再产生足够的馈电能力。

在一个设计方案中，电池管理系统具有与汇流排装置连接的储能装置，例如呈例如利用所谓的超级电容器的电容器装置的形式，以在设备电池的深度放电状态下提供电能。储能装置也经由控制装置控制，使得在设备电池的深度放电状态下可以经由储能装置提供能量，以便能够实现完成在轨道车辆处的基本功能。当设备电池以极端方式放电并且可能甚至损坏时，这种储能装置那么尤其能够接通。在该情况下，替代设备电池的再次充电，例如呈电容器装置的形式的储能装置能够接通，以便能够实现完成在轨道车辆处的基本功能。

在一个设计方案中，电池管理系统具有多个开关装置，用于将多个消耗器组与汇流排装置可切换地连接。不同的消耗器组在此可以根据消耗器的优先级分组。第一消耗器组例如可以包括下述消耗器，所述消耗器需要用于提供在轨道车辆处的基本功能，例如轨道车辆的基本照明、轨道车辆的驱动系统的基本功能或轨道车辆的门控制。第二消耗器组可以与此相对地包括属于提高的舒适等级的消耗器，例如加热组件或用于轨道车辆的整体照明的照明组件。第三消耗器组可以包括进一步提高的舒适等级的消耗器，例如呈空调设备系统或用于笔记本电脑插座的逆变器系统等形式的消耗器。经由开关装置将这些消耗器组彼此分离地与汇流排装置连接进而经由设备电池根据电池保护开关和开关装置的切换状态馈电。

在此有利的可以是，消耗器组的接通以及切断在时间上排序。接通在此也可以根据设备电池的充电状态和馈电能力控制，其方式为：分别根据检查设备电池是否具有对消耗器组馈电的足够的馈电能力，首先将第一消耗器组经由相关联的第一开关装置接通，然后将第二消耗器组经由相关联的第二开关装置接通，并且时间上错开地将第三消耗器组经由相关联的第三开关装置接通。

就像接通消耗器组，也能够以时间排序的方式经由控制装置控制地进行消耗器组的切断。这样，在切断时首先可以将第三消耗器组、接着将第二消耗器组、并且随后将第一消耗器组分别经由相关联的切换装置切断。

在一个设计方案中，控制装置与总线接口连接，以将控制装置与上级系统的数据总线系统连接。经由这种总线接口，控制装置例如可以由用户配置，并且可以调用控制装置的系统参数。

附加地或替选地，控制装置可以具有用于无线通信以建立无线数据连接的接口，所述接口例如呈rfid接口的形式。经由这种接口例如可以调用控制装置的例如在运行中得到的数据并且由用户评估。

在另一设计方案中，电池管理系统具有系统连接装置，经由所述系统连接装置可以将另外的控制装置以级联的方式与电池管理系统连接。多个控制装置由此能够以级联的方式连接在一起，以便扩展电池管理系统的功能范围，例如以便将另外的开关装置连接到电池管理系统上。

控制装置的个别控制端子例如能够构成为红外接口，使得能够从控制装置接收和也由控制装置发送呈红外信号的形式的控制数据。

附图说明

下面根据在附图中示出的实施例详细阐述本发明所基于的构思。附图示出：

图1示出用于轨道车辆的电池管理系统的视图；

图2示出这种电池管理系统的实体布局的视图；

图3示出用于接通消耗器组的流程图；

图4示出用于切断消耗器组的流程图；以及

图5示出开关装置的双对数特征曲线，其中示出与在此流动的电流相关的切换过程的数量。

具体实施方式

图1示出电池管理系统1的一个实施例，所述电池管理系统用于控制在设备电池12，例如110v凝胶铅电池上接通和切断消耗器组vg1、vg2、vg3、vgn，并且还用于控制经由电池充电器16对设备电池12充电。

电池管理系统1具有中央控制装置11，所述中央控制装置包括处理器112并且用于控制用于将设备电池12与汇流排装置14连接的电池保护开关10并且还用于控制用于在汇流排装置14上接通和切断消耗器组vg1-vgn的开关装置171-174。控制装置11为此与镇流器13连接并且还与电池充电器16(具有例如25kw的额定功率)和呈电容器装置的形式的储能装置15连接，所述储能装置用于在设备电池12的深度放电状态下提供电能。

控制装置11具有：电池电流检测机构111.1，用于经由电池电流传感器100检测设备电池12的电流路径101处的电池电流；检测装置111.2，用于经由设备电池12处的区段电压抽头122检测区段电压；和检测装置111.3，用于经由在汇流排装置14的汇流排上的设备电流传感器140检测设备电流，其分别与处理器112连接并且将测量值发送给处理器112进行评估。经由检测装置111.2在此也能够以经由电池温度传感器121测量的方式检测在设备电池12处的运行温度并且输送给处理器112。

控制装置11还具有总线驱动器114，用于经由总线端子117与总线系统2连接。经由例如呈rfid接口的形式的无线接口118可以建立与外部的通信设备的无线连接3，例如利用近场通信技术。经由控制输入端113，控制装置11可以接收外部控制系统4的，例如轨道车辆的上级系统的控制信号，以便根据这种控制信号例如引起消耗器组vg1-vgn的接通或切断。

控制装置11还具有开关组件115，经由所述开关组件可以将切换电流发送至电池保护开关10和开关装置171-174，以便将电池保护开关10或开关装置171-174在不同的切换状态之间切换，尤其以便将设备电池12或消耗器组vg1-vgn之一与汇流排装置14连接或与汇流排装置14分离。

镇流器13用于产生切换电流，所述切换电流需要用于切换电池保护开关10和开关装置171-174。镇流器13为此具有期望值调节器131，其构成用于，根据通过控制装置11预设的期望值来操控激活电路132和功率级133以根据期望值产生切换电流。镇流器13将这样产生的切换电流发送给控制装置11，所述控制装置将切换电流经由通过二进制开关装置构成的开关组件115输送给电流保护开关10或开关装置171-174之一进而将其在不同切换状态之间切换。

电池管理系统1可以借助唯一的镇流器13适应。镇流器13在此构成为用于，根据经由控制装置11预设的期望值与要切换的组件的要求对应地调节切换电流，使得切换电流具有对于切换电池保护开关10或要切换的开关装置171-174所需的电流强度。

如果例如应当切换电池保护开关10，那么控制装置11为镇流器13预设用于切换电流的期望值，所述期望值对应于用于电池保护开关10所需的切换电流并且所述期望值例如与电池保护开关10的用于机械地移置电池保护开关10的开关的吸引磁铁的数量相关。如果应当与此相对地切换与消耗器组vg1-vgn相关联的开关装置171-174之一，那么经由控制装置11预设期望值并且通过镇流器13根据期望值产生切换电流，所述切换电流对应于需要用于开关装置171-174的切换电流。

电池保护开关10——例如类型为sbg-437-02-v0171类型并且设计用于例如240v的额定电流——在示出的实施例中构成为双极开关，所述双极开关用于切换设备电池12的正的电流路径101和负的电流路径102，使得经由电池保护开关10可以将两个与设备电池12相关联的电流路径101、102与汇流排装置14分离。相应地，电池保护开关10例如具有两个吸引磁铁，用于机械地切换与各个电流路径101、102相关联的机械开关，所述机械开关必须由相应大的切换电流通电，以便将电池保护开关10在接通状态和关断状态之间切换。

开关装置171-174——例如分别类型为sbg-437-01-v0173——与此相对地分别构成为单极开关并且分别在与相应的消耗器组vg1-vgn相关联的电流路径175-178中切换。对应地，开关装置171-174例如分别具有仅一个吸引磁铁并且需要相应较小的切换电流。

电池保护开关10以及开关装置171-174优选分别构成为双稳态的开关，其具有两个稳定的切换状态。电池保护开关10和开关装置171-174可以分别在稳定的切换状态之间转换。

电池保护开关10和开关装置171-174例如可以分别具有设定线圈(“s”)和重置线圈(“r”)，所述设定线圈用于设定相应的吸引磁铁装置以接通电池保护开关10或开关装置171-174，所述重置线圈用于重置吸引磁铁装置以关断电池保护开关10或开关装置171-174。

消耗器组vg1-vgn例如可以对应于不同舒适等级的消耗器。这样，与——例如设计用于40a的电流的——第一消耗器组vg1可以关联有用于提供基本功能、例如紧急照明和门控制功能等的消耗器。与——例如设计用于80a的电流的——第二消耗器组vg2与此相对地可以关联有中等舒适等级的功能，例如轨道车辆的加热功能和整体照明。与——例如设计用于100a的电流的——第三消耗器组vg3与此相对地可以关联有较高舒适等级的功能，例如空调设备或用于笔记本电脑插座的逆变器系统等。可以存在其他消耗器组vgn，其中电池管理系统1原则上能够借助任意多的开关装置171-174运行，所述开关装置用于接通和切断不同的消耗器组vg1-vgn。

电池管理系统1能够以紧凑的构型集成到壳体19中，如这以示例性的实体布局在图2中示出。在这种共同的壳体19中尤其可以集成有电池保护开关10、控制装置11、镇流器13、开关装置171-173、储能装置15和电池充电器16，其中这样实现的、统一的组件优选尤其直接靠近设备电池12设置。

正如消耗器组vg1-vgn的切断那样，接通优选以时间上排序的方式进行，这经由控制装置2控制。

下面应根据图3阐述用于接通消耗器组vg1-vgn的流程图。

消耗器组vg1-vgn的接通例如通过用于所谓的装配(步骤a1)的控制指令触发，这例如由轨道车辆的列车驾驶员引起并且经由外部控制系统4输送给控制装置11。

如果存在用于装配的这种控制指令，那么首先消耗器组vg1-vgn经由开关装置171-174切断，并且电池保护开关10也处于其关断状态(状态a2)。

为了装配首先例如根据电池温度来检查电池状态(步骤a3)，并且然后检查：在设备电池12处是否存在用于接通消耗器组vg1-vgn的足够的馈电能力(步骤a4)。馈电能力在此例如根据存在的电池电压ub与阈值umin的比较来评定。如果电池电压ub高于阈值umin，那么假设设备电池12的足够的馈电能力。此外假设，当电池充电器16接通进而设备电池12刚好充电时，存在足够的馈电能力。

如果在步骤4中确定，设备电池12的馈电能力是足够的，那么控制装置11将用于切换电池保护开关10的切换电流的期望值发送给镇流器3的期望值调节器131。根据信号digout01，激活呈控制装置11的二进制开关的形式的开关组件115，并且将用于提供切换电流的控制指令发送给镇流器13的功率级133(步骤a5)，使得切换电流经由开关组件115输送给电池保护开关10并且对应地将电池保护开关10从其关断状态切换到接通状态中(步骤a6)。在预定时间tv之后，又将开关组件115关断进而切换电流不再传导至电池保护开关10。所述预定时间tv大小确定为，使得电池保护开关10可靠地切换，然而不会过度负载。

如果电池保护开关10接通，那么在预定时间tein之后又根据电池电压ub检查：在设备电池12处是否存在足够的馈电能力(步骤a14)。如果是这种情况，那么在步骤a7中通过控制装置11确定用于切换开关装置171的新的期望值并且发送至镇流器13。此外，经由控制指令digout02将呈二进制开关的形式的开关组件115接通，将接通指令发送至镇流器13的功率级133进而将根据期望值由期望值调节器131调节的切换电流传导至开关装置171(步骤a7)，所述开关装置由此接通并且消耗器组vg1接入(步骤a8)。在预定时间tv之后，切断控制指令digout02进而切换电流。

在接入下一消耗器组vg2之前又检查：电池电压ub是否高于阈值umin(步骤a14)。如果是这种情况，那么在步骤a9中通过控制装置11确定用于切换开关装置172的期望值并且发送至镇流器13的期望值调节器131，将呈二进制开关的形式的开关组件115借助控制指令digout03接通并且操控镇流器13的功率级133以产生切换电流。开关装置172由此接通并且接入消耗器组件vg2(步骤a10)。在预定时间tv之后又切断控制指令digout03进而切断切换电流。

现在又检查：电池电压ub是否高于阈值umin。如果是这种情况，那么通过控制装置11产生用于切换开关装置173的期望值并且发送至镇流器13的期望值调节器131，借助于控制指令digout04接通开关组件115并且操控镇流器13的功率级133，用于根据调节的期望值产生切换电流(步骤a11)。由此，开关装置173被接通进而接入消耗器组vg3(步骤a12)，并且在预定时间tv之后又将开关组件115进而切换电流关断。

如果存在其他消耗器组vgn，那么能够以相同的方式切换其他开关装置174(步骤a13)。

如果期望的消耗器组vg1-vgn接入，那么在正常运行中连续地或以预定的时间间隔检查：在设备电池12处是否存在足够的馈电能力(步骤a14)。如果是这种情况，那么继续正常运行。然而如果不是这种情况(步骤a15)，那么必要时导入用于拆除的程序，在所述程序之内又切断消耗器组vg1-vgn(步骤a16和a17)。

经由接通电流限制器可以分别将接通电流限制成，使得电池保护开关10或相应的开关装置171-174的热保护功能或磁保护功能不触发进而可靠地切换电池保护开关10和开关装置171-174。

由此，以时间上排序的方式接通消耗器组vg1-vgn，其方式为：时间上依次操控电池保护开关10和开关装置171-174。在此在根据存在的电池电压ub重复控制设备电池12的馈电能力的情况下进行接通。

图4示出以时间上排序的方式切断消耗器组vg1-vgn的流程图。

消耗器组vg1-vgn的拆除，即切断例如通过拆除指令，即例如列车驾驶员的对应的控制指令或在探测到在设备电池12处的馈电能力不足(图3中的步骤a14)时触发(图4中的步骤b1)，其中所述控制指令经由外部控制系统4输送给控制装置11。如果存在用于拆除的标准，那么将消耗器组vg1-vg从最高的舒适等级(vgn)开始依次切断(除了紧急切断以外，在所述紧急切断中同时进行切断(步骤b25))。

在步骤b2中首先检查：设备电池12是否达到特定的放电深度。这尤其根据如下检查进行：即电池电压ub是否降低低于预定阈值umin。

如果设备电池12具有足够的电量进而具有足够的馈电能力，那么通常能够以时间上排序的方式以预定的、根据消耗器组vg1-vgn预设的时间间隔tv1-tv3和tvbss进行拆除。例如能够需要的是，原则上在存在拆除指令时仍对消耗器组vg1-vgn馈电一段时间，例如几分钟或也几小时，以便执行特定功能。

如果在步骤b2中确定，设备电池12不具有足够的充电能力，因为电池电压ub小于阈值umin，那么也可以在没有时间延迟的情况下，即在不遵守预定时间tv1-tv3和tvbss的情况下进行消耗器组vg1-vgn的切断。

在步骤b3至b7中切断消耗器组vg3(假定，不存在另外的消耗器组vgn)，其方式为：在预定的相关联的时间tv1(步骤b3，只要在步骤b2中没有确定：电池电压ub小于阈值umin)之后，经由镇流器13产生用于重置开关装置173的切换电流(步骤b4)并且经由开关组件115传送给开关装置173(步骤s5)，使得切断消耗器组vg3(步骤b6)。在步骤b7中检查正确的切断。

这在步骤b10至b14中对于消耗器组vg2重复，在步骤b15至b19中对于消耗器组vg1重复和在步骤b20至b24中对于电池保护开关10重复，其中相应的延迟时间tv2、tv3、tvbss分别以检查前一消耗器组的切断开始并且被遵守，只要在步骤b2中重复检查时没有确定，电池电压ub小于阈值umin。

预定时间tv1-tv3和tvbss可以是相同的或也可以是不同的。同样，用于检查放电深度的阈值umin对于各个消耗器组vg1-vgn可以是相同的或也可以是不同的。

在拆除程序之后切断所有开关装置171-174还有电池保护开关10，使得消耗器组vg1-vgn不再贴靠在设备电池12上。

在切断最后的舒适等级(消耗器组vg1)或也已经更早地，例如可以为列车驾驶员产生呈给上级控制系统4的通知的形式的预警(步骤b9)。

在紧急关断(步骤b25)的情况下，切断也可以同时进行，使得所有开关装置171-174和电池保护开关10同时切换，用于将消耗器组vg1-vgn与设备电池12分离。

尤其在紧急关断的情况下，快速切断也以时间上排序的方式，然而在不使用预定的时间间隔tv1-tv3和tvbss的情况下是可能的。

在切断电池保护开关10之后也可以产生设备电池12的深度放电状态或在组件之间的电压差(例如在轨道车辆没有馈电的静止时间较长时)。电池管理系统1的控制装置11构成用于探测这种状态并且在探测到深度放电状态时导入经由电池充电器6的均衡充电。

这种均衡充电在限定的时间段中，例如在44小时和48小时之间的时间段中，需要称作为i20的具有相对小的电流强度的充电电流，这对应于额定电流的二十分之一，以便达到设备电池12的有效充电。在此可以弃用用于将输出电量馈入到设备电池12中的单独的转换器。

电池充电器16具有控制输入端161，所述控制输入端能够经由控制装置11的模拟输出端116实现电池充电器16的输出电压的期望值调整。电池充电器16在此经由呈控制装置11的二进制开关的形式的开关组件115控制，所述开关组件与电池充电器16的数字输入端162连接，其方式为：开关组件115将用于均衡充电的切换指令发送至电池充电器16。

在控制均衡充电过程时，在此也可以考虑电池电流传感器100的、电池温度传感器121的和经由区段电压抽头122得到的区段电压的测量值。均衡充电过程经由控制装置11控制，所述控制装置在均衡充电过程期间闭环控制电池充电器16并且经由数据总线系统2也中止例如给列车驾驶员的通知，借助于所述通知例如要求列车驾驶员将轨道车辆与外部电流供应装置连接以馈入外部能量。

在完成均衡充电过程之后通常经由电池充电器16进行设备电压的闭环控制。

呈例如利用所谓的超级电容器的电容器组件的形式的附加的储能装置15用于：在设备电池12极端深度放电的情况下，执行紧急启动机制，所述极端深度放电也可能造成设备电池12处的损坏。为此，以经由控制装置11控制的方式，将储能装置15与汇流排装置14连接进而从储能装置15的电容器155中将能量馈入到系统中。馈入经由反馈晶闸管153和接通电流限制器152进行并且经由控制单元151控制。控制装置11尤其与储能装置15的开关154连接，所述开关用于连接到汇流排装置14上以接入储能装置15。

储能装置15例如可以提供如下多的能量，即使得可以执行一定的紧急功能。例如，可以借助储能装置5启动电池充电器16，以便开始设备电池12的均衡充电过程。

用于与车辆控制台的总线系统2连接的总线端口117例如可以与icom系统兼容。经由总线端口117可以接收控制指令。此外，能够实现系统配置。

诊断数据例如可以经由无线接口118读取，所述无线接口例如通过rfid接口构成。经由数据接口118，用户例如可以借助于呈智能电话等形式的通信设备与控制装置11连接，以便读取用于维护或用于维修的诊断数据。

控制装置11可以检测和评估不同传感器的，尤其是电池电流传感器100的、设备电流传感器140的、电池温度传感器121的和区段电压的测量值，以便创建设备电池12和其他组件，尤其是电池保护开关10的和开关装置171-174的使用寿命预测。此外，控制装置11可以检测电池充电器16的运行数据，这能够实现mtbf(meantimebetweenfailures，平均无故障时间)的计算，以便验证在所谓的rpa(reliabilitypredictionanalysis，可靠性预测分析)中预测的值。

针对电池使用寿命预测，控制装置11可以构成用于计算可用性持续时间be＝f(ubb，θelyt，nzyc，en，fl，ta)。在此，ubb是区段电压，θelyt是电解质温度，nzyc是周期数量，en是额定能量通过量(电池特定值)，fi是放电电流的数倍并且ta是平均运行温度。在轨道车辆构造的辅助运行设施中的缓冲电池中的循环关于放电深度是不同的，使得在计算使用寿命时必须对应地评定各个周期的老化比例。以特定的时间间隔进行计算，其中在特征曲线场之间线性地内插。借助每次重新计算(近似)迭代地通过累加的周期评定来改善使用寿命预测的准确性。在达到预设的使用寿命极限时，经由总线系统2将故障通知发送至车辆控制系统。在达到使用寿命极限之前已经发送预警信号，使得可以导入用于预防的对应措施。

从通过电池电流传感器100对电池电流的测量和通过设备电流传感器140对设备电流的测量中也可以创建用于电池保护开关10和开关装置171-174的使用寿命预测。为此，通过控制装置11在切换时刻评估电池保护开关10的或相应的切换装置171-174的相应的切换电流，这能够实现对这些开关中的每个开关的使用寿命预测。

图5示出用于电池保护开关10和开关装置171-174的典型的特征曲线。以双对数方式，与切换电流相关地示出通过切换间隙的数量说明的使用寿命。这种特征曲线例如可以通过在持续检查中的测量系列求取。

为了设立用于电池保护开关10和开关装置171-174的使用寿命预测，检测在通过控制装置11切换时的切换电流的测量值，使得通过具有对应的切换电流评定的切换周期计数(nzyc)可以计算使用寿命预测。例如，可以根据检测到的切换电流来求取关于切换周期的总数量平均的切换电流，以便随后根据特征曲线求取估算的使用寿命，即总共可能的数量的切换间隙。在此情况下也随着达到使用寿命终点生成故障通知并且经由总线系统2发送至车辆控制系统。

当前的使用寿命预测可以在任意时间经由(rfid)接口118调用进而为运营商提供用于其预防性维修计划。

本发明所基于的构思不局限于前述实施例，而是也能以完全不同类型的方式实现。

通过靠近电池地安装具有切换和保护功能的电池管理系统，如下设置是可行的，所述设置能够抗干扰地在最窄的空间上以最小布线耗费在主消耗器组被保障的同时实现设备电池的被保护的且被监控的运行方式以及对消耗器组的有效的能量分配。

附图标记列表

1电池管理系统

10电池保护开关

100电池电流传感器

101、102电流路径

11控制装置

111.1电池电流检测机构

111.2用于区段电压的检测装置

111.3设备电流的检测装置

112处理器

113控制输入端

114总线驱动器

115开关组件

116模拟输出(0…10vdc)

117总线端口

118rfid接口

119系统连接装置

12设备电池

121电池温度传感器

122区段电压抽头

13镇流器

131期望值调节器

132激活电路

133功率级

14汇流排装置

140电流传感器

15储能装置(电容器组件)

151控制单元

152接通电流限制器

153反馈晶闸管

154开关

155电容器

16电池充电器

161控制输入端

162数字输入端

163馈入机构

17电路装置

171-174开关装置

175-178电流路径

19壳体

2数据总线系统

3无线数据连接

4外部控制系统

a1-a17步骤

b1-b25步骤

ub电池电压

vg1-vgn消耗器组