CN112092625A - 探测设备、开关设备、电供给系统、探测方法和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及公开用于识别在负载路径(150)中的短路的探测设备(100，200)，所述设备具有：输入连接端(101、201)和输出连接端(102、202)；电阻式测量元件(103、203、303)和电感式测量元件(104、204、304),其中所述电阻式测量元件(103、203、303)和所述电感式测量元件(104、204、304)在所述输入连接端(101、201)和所述输出连接端(102、202)之间电气地布置在串联电路中；测量装置(105、205),所述测量装置被构造用于测量在所述串联电路上的电压(106、206)；和探测装置(107、207)，所述探测装置与所述测量装置(105、205)耦合并且被构造用于，当所测量的电压(106、206)超出预给定的阈值时识别出在所述负载路径(150)中的短路并且输出对应的短路信号(108、208)。此外本发明公开了开关设备、电供给系统、探测方法、用于断开负载路径的方法和用于供给电负载的方法。

Description

探测设备、开关设备、电供给系统、探测方法和方法
技术领域
本发明涉及一种探测设备、开关设备和电供给系统。此外，本发明涉及一种探测方法、一种用于断开负载路径的方法和一种用于对电负载进行供给的方法。
背景技术
在下文中主要结合用于对车辆中的能量供给系统进行的监控来描述本发明。但是可以理解的是，本发明也可以在其他的应用中得以使用。
在现代的车辆中，为了减少排放，电动机可以例如在混合动力车辆中对内燃机进行辅助，或者例如在电动车辆中对内燃机进行替代。为了运行这样的具有电动机的车辆而需要：在每个瞬间对由能量源、也即例如电池、功率电子装置和电动机组成的总系统的运行状态进行了解。尤其是也需要：识别出在总系统中的错误并且例如在识别出短路的情况下中断能量输送，以便避免进一步的损坏。
在电气系统中、诸如在电动车辆的传动系中的短路情况下，电流非常快速地升高。短路的出现因此必须同样非常快速地被识别出，以便防止可能损坏该系统的临界电流值。
用于电流测量或短路识别的一种可能性是DE-SAT测量。为此，测量在半导体开关上的电压。在IGBT的情况下，这是集流体-发射体-饱和电压并且在MOSFET的情况下是在接触电阻上的电压降落，也即Rdson。所测量的电压通过耦合二极管和分压器来施加到比较器输入端上。如果在比较器上的电压达到所设置的阈值，则探测到短路。为了提高在快速电流升高的情况下的释放，能够借助于电容器来添加在分压器中的电容式D-分量。
但是在这种方法中，短路阈值强烈地变化。这主要是耦合二极管和基于半导体的分离元件的温度相关性所导致的。在用于高电压应用的MOSFET的情况下，Rdson在25℃-150℃温度范围内变化了约150％。此外，由于老化而使得在半导体壳体之内的金属连接端和硅之间的过渡电阻增大。
发明内容
本发明的任务因此是，在使用结构上尽可能简单的装置的情况下实现快速和可靠的短路识别。
通过独立权利要求的主题来解决该任务。本发明的有利扩展方案在从属权利要求、说明书和附图中说明。一种权利要求类别的独立权利要求尤其是也能够类似于另一种权利要求类别的从属权利要求地被扩展。
根据本发明的用于识别在负载路径中的短路的探测设备具有：输入连接端和输出连接端、电阻式测量元件、电感式测量元件、测量装置和探测装置，其中该电阻式测量元件和该电感式测量元件在输入连接端和输出连接端之间电气地布置在串联电路中，该测量装置被构造用于测量在该串联电路上的电压，该探测装置与该测量装置耦合并且被构造用于，当所测量的电压超出预给定的阈值时识别出在负载路径中的短路并且输出对应的短路信号。
根据本发明的开关设备为了在负载路径中出现短路的情况下断开该负载路径而具有：功率输入连接端和功率输出连接端、根据本发明的探测设备和能控制的开关装置，所述能控制的开关装置在具有探测设备的串联电路中电气地布置在功率输入连接端和功率输出连接端之间并且所述能控制的开关装置与探测设备的探测装置通信耦合并且被构造用于，基于短路信号来以受控制的方式中断在该串联电路中的通过电流。
根据本发明的用于以电能量来供给电负载的电供给系统具有能量源和根据本发明的开关设备，其中该开关设备电气地布置在能量源和负载之间。
根据本发明的用于识别在负载路径中的短路的探测方法具有如下步骤：经由电阻式测量元件和电感式测量元件来引导在负载路径中的电流，其中该电阻式测量元件和该电感式测量元件电气地布置在串联电路中；测量在该串联电路上的电压；和当所测量的电压超出预给定的阈值时识别出在该负载路径中的短路。
根据本发明的用于在负载路径中出现短路的情况下断开该负载路径的方法具有如下步骤：利用根据本发明的探测方法来识别出短路；和操控能控制的开关装置，以便在识别出短路的情况下中断该串联电路中的通过电流，其中所述能控制的开关装置电气地布置在具有由电阻式测量元件和电感式测量元件组成的串联电路的串联电路中。
根据本发明的用于以供给系统中的电能量来供给电负载的方法具有如下步骤：由能量源来供给电负载；和在负载路径中出现短路的情况下利用根据本发明的用于断开负载路径的方法来断开该负载路径。
根据本发明的方法基于如下认识：已知的用于尤其是在电动车辆中的短路识别的电流测量装置是不可靠的或者说不足够快速的。尤其是，通过在应用中、诸如电动车辆中的这种短路识别不能够确保：通过电流足够快速地被中断。由此可能会造成对该电路的元件的损坏。
由于在电气驱动系统中的几百伏的高电压，在短路情况下，在系统中的短路电流非常快速地升高。该电流升高可以近似地利用以下公式来描述：
dI/dt＝U_b/L_sys
其中di/dt表示每时间单位的电流改变，U_b对应于电池电压并且L_sys是系统电感。
电流的上升因此基本上取决于电池电压和系统电感。为了简化起见，在此忽略了欧姆分量。取决于短路位置地，在电驱动系统中，在短路情况下相关的电感改变。如果出现短路，例如电池附近的短路，则仅仅电池电感和线路电感的微小的分量是短路电路的组成部分。相反，如果例如在负载中出现短路，则电池电感、线路电感和负载电感是短路电路的部分。
因此，在短路情况下的电流升高可以非常强烈地变化。直至识别出短路为止，流逝了确定的时间。由于由此产生的关断延迟而期望：可以取决于相关电感地由此得出更高的、待分离的电流。待分离的电流如此得出：
I_trenn＝I_schwelle+di/dt*T
其中I_trenn是如下电流，在该电流情况下负载路径被断开，I_schwelle是原本预给定的分离电流，并且T是在关断情况下的延迟。所述延迟由(可选的)滤波、比较器电路和半导体的关断延迟而得出。示例性地，实际的电流阈值可处在如下值：
高电感短路：
100A+35kA/ms*750ns＝126A。
低电感短路：
100A+150kA/ms*750ns＝213A。
在所述示例情况下，假定100A的用于短路识别的阈值。这两种示例阐明：在低电感短路的情况下待分离的电流比在高电感短路的情况下明显更高。然而，用于短路识别的阈值并不能够选择得任意小，因为否则的话在正常运行中可能过早或错误地进行短路识别。
本发明利用用于识别短路的探测设备来实现非常快速的短路识别，而无需为此降低用于短路识别的阈值。
与常规的通常造成尽量将电感排除在外的测量方法不同，有意地将电感式测量元件与电阻式测量元件串联布置在所述探测设备中。术语测量元件在此情况下涉及各个如下元件，经由这些元件来测量电压降，以便测量电流。
电阻式测量元件和电感式测量元件布置在串联电路中。在负载路径中流动的电流经由对如下电压的电压测量来被确定，所述电压在该串联电路上降落。为了测量该电流，通过测量装置来检测在串联电路上的电压并且在探测装置中评估该电压。如果所测量的电压处在预给定的阈值之上，探测装置输出对应的短路信号。
根据以上阐述而显而易见地：术语“测量元件”可以涉及无源的电元件或电子元件，在有通过电流的情况下电压降落在所述电元件或电子元件上。
电压根据以下公式而得出：
U＝R*I+L*(di/dt)
其中R是电阻式测量元件的电阻值、L是电感式测量元件的电感、I是瞬时流动的电流并且di/dt是每时间单位的电流改变。
如果在使用根据本发明的探测设备的情况下出现低电感短路，则在负载路径中的电流电流非常快速地升高。因此，系数di/dt同样变得非常大并且电感分量或D-分量、也称为差分分量通过L*(di/dt)而造成待测量的电压的大分量。
相反，在正常运行中，负载路径的总电感总是有源的。因此电流改变di/dt变得明显更小并且电感分量或D-分量变得非常小。因此确保：在正常运行中并不进行误触发。
以下示例性计算示出具有电感式测量元件的根据本发明的探测设备的行为:
针对所述初始情况应假定如下值：
I＝20A(在出现短路之前，辅助机组的电流消耗)；
L_sys1＝3μH(电池附近的短路)
L_sys2＝13μH(负载中的短路)
U_bat＝450V(负载路径中的供给电压)
L_mess＝1nH(电感式测量元件的电感)
U_komp＝200mV(短路识别的触发阈值)
R_shunt＝2mOhm(电阻式测量元件的电阻值)。
在电池附近的短路：
触发阈值：
U_schwelle＝25A*2mOhm+1nH*150kA/ms＝200mV。
探测时间：
5A*6.7ns/A＝34ns。
分离电流：
25A+150kA/ms*750ns＝138A(对比：在没有D分量的情况下为213A)。
在用电器附近的短路：
触发阈值：
U_schwelle＝82.5A*2mOhm+1nH*35kA/ms＝200mV。
探测时间：
62.5A*28.9ns/A＝1.81μs。
分离电流：
82.5A+35kA/ms*750ns＝109A(对比：在没有D分量的情况下为126A)。
以上示例性计算明显地示出：由于有针对性地引入的电感式测量元件的电感而使得实际关断电流明显更接近于预给定的100A的预给定的关断阈值。
借助于探测设备可以由此非常快速地检测到电流上升。如果探测设备被使用在根据本发明的开关设备中，则能够在出现短路之后非常迅速地操控该能控制的开关装置。
电感式测量元件能够例如被构造为专用构件，例如线圈或其他形式的电感。该电感式测量元件能够例如也构造为导体线路结构或者被构造为电阻式测量元件的对应的、有针对性的修改变型。
在根据本发明的开关设备情况下，能够在输出侧布置探测设备。该开关设备的功率输入连接端可以与能量源耦合。该功率输出连接端可以与负载耦合。该探测设备可以在此电气地布置在能控制的开关装置和功率输出连接端之间。
对能控制的开关装置的快速操控或触发能够在短路识别情况下明显减小针对在能控制的开关装置中的半导体开关的所需的保护线路的复杂性。
在根据本发明的电供给系统中因此能够非常快速地对错误作出反应并且防止在系统或应用中的进一步损坏。
由从属权利要求以及参照附图的描述中得出其他实施方式和扩展方案。
在其他实施方式中可以将滤波元件布置在测量装置中的串联电路之间。该滤波元件可以被构造用于，对待测量的电压进行滤波。
对待测量的电压的滤波实现：将短路识别设计得不受干扰影响的支配。这种干扰影响尤其是在用于车辆的驱动系统情况下可能例如通过定时地开关电感负载、例如电动机而产生。此外，利用该滤波装置可以来对触发特性进行适配。
在另一实施方式中，电感式测量元件能够具有0.5nH至4nH的电感，尤其是1nH或2nH或3nH的电感。电阻式测量元件能够具有0.5mOhm(毫欧)至10mOhm的电阻。
电阻式测量元件能够被构造为分流电阻。这样的分流电阻应该具有尽可能小的、但是精准限定的电阻值。因为通过该分流电阻而使电压取决于通过分流电阻流动的电流而降落，能够使分流电阻的电阻值适配于相应的应用或分别待测量的电流。
电感式测量元件能过同样地适配于相应的应用。尤其是，能够例如根据在应用中应预期的电流梯度和所期望的电压升高来确定电感式测量元件的大小。应预期的电流梯度能够针对相应的应用例如被模拟或者在试验装置上被测量。
在还有的另一种实施方式中，能控制的开关装置可以具有一定数目的、即一个或多个基于半导体的开关单元，所述开关单元分别具有功率输入端和功率输出端和控制输入端并且这些开关单元的负载路径在存在多个基于半导体的开关单元的情况下相对彼此电并联地布置。
在常见的用于车辆应用的保险装置中，通常使用保险丝或机械开关元件，例如继电器。这尤其是归因于如下事实：如上文所述地，利用常规的测量方法仅能够非常缓慢地或者非常晚地识别出短路。
因为借助于根据本发明的探测设备能够非常快速地识别出短路，对基于半导体的开关元件的应用变得可能，而不需要设置复杂的保护线路。基于半导体的开关元件能够例如被构造为MOSFET或IGBT。基于半导体的开关单元的数目能够根据在负载路径中最大出现的电流而适配于相应的应用。
在另一实施方式中，能控制的开关装置能够具有驱动元件，该驱动元件能够被构造用于，利用预给定的正电压来操控基于半导体的开关单元，以便闭合所述基于半导体的开关单元，并且利用预给定的负电压来操控基于半导体的开关单元，以便将这些基于半导体的开关单元断开。
在根据本发明的开关设备中，电感式测量元件的电感能够具有对基于半导体的开关元件的门极操控的影响。
如果该探测设备电气地布置在能控制的开关装置和功率输出连接端之间，则用于测量电压和操控能控制的开关装置的参考电位在负载路径中在分流器之后、也即在开关设备和负载之间。由此，电感式测量元件的电感也位于门极操控电路中。在门极电容的关断或放电情况下，因此可能发生门极-源极电压的升高。这可能导致基于半导体的开关单元重新接通。
为了避免所述电感的影响，常常使用到Kelvin(开尔文)源或者用于操控相应的开关元件的Kelvin连接。而这在本发明的情况下的情况下是不必要的。
因为在当前的应用情况下负载被持久地接通或关断，在开关设备中不需要诸如在逆变器中的快速的周期性开关，因此在门极操控电路中的电感的负面影响是并不相关的。因此，能够非常简单地通过使用用于操控基于半导体的开关单元的负电压通过在关断瞬间的电感来有效地抵抗电压降。
在还有的另一种实施方式中，能够这样构造负电压的数值，使得其大于通过供给系统的系统电感而在供给系统中产生的在基于半导体的开关单元的控制输入端和功率输入端上的电压上升的数值。
附图说明
随后，参照附图来阐述本发明的有利实施例。其中：
图1示出了根据本发明的探测设备的实施例的框图；
图2示出了根据本发明的开关设备的实施例的框图；
图3示出了根据本发明的供给系统的实施例的框图；
图4示出了根据本发明的探测方法的实施例的流程图；
图5示出了根据本发明的用于断开负载路径的方法的实施例的流程图；和
图6示出了根据本发明的用于供给电负载的方法的实施例的流程图。
这些图仅仅是示意图并且仅用于阐述本发明。相同的或相同作用的元件普遍配备有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出探测设备100的框图。探测设备100具有输入连接端101和输出连接端102，通过所述输入连接端和输出连接端来将探测设备100电气地布置在负载路径150中并且在该负载路径中能够将该探测设备利用用于识别短路。
探测设备100具有电阻式测量元件103和电感式测量元件104。该电阻式测量元件103和电感式测量元件104在串联电路中布置在输入连接端101和输出连接端102之间。此外，设置测量装置105。
该测量装置105与输入连接端101和输出连接端102电耦合，以便测量在由电阻式测量元件103和电感式测量元件104组成的串联电路上的电压106。
探测装置107与测量装置105耦合并且当所测量的电压106超出预给定的阈值时识别出在负载路径150中的短路。如果该探测装置107识别出短路，则该探测装置输出对应的短路信号108。
可理解为：探测装置107和测量装置105能够例如被构造为专用构件，例如构造为比较器和A/D变换器。此外，该探测装置107和测量装置105例如能够被构造为具有对应的接口和对应的程序组件的微控制器、处理器、ASIC、FPGA等。
电感式测量元件104的电感能够被适配于相应的应用并且例如被适配于在相应应用中的要预期的电流梯度。例如，电感式测量元件104能够具有0.5nH至4nH的电感。同样的内容适用于电阻式测量元件103。所述电阻式测量元件能够作为分流电阻而例如具有0.5mOhm至10mOhm的电阻。
可以理解为：预给定的阈值能够被说明作为电压阈值，因为在串联电路上的所测量的电压表明在串联电路上的电流。此外可以理解为：例如也能够预给定电流阈值。所测量的电压可以例如在控制单元或计算单元中被换算成对应的电流。该值能够接下来与电流阈值相比较。
如上文已经阐述的，能够借助于电感式测量元件104来比仅利用常规的电阻式测量元件103明显更快速地识别出迅速的电流升高。探测设备100能够由此非常快速地识别出电流升高并且因此识别出负载路径150中的短路。
图2示出开关设备210的实施例的框图。该开关设备210具有功率输入连接端211和功率输出连接端212。所述能控制的开关装置213在具有探测设备的串联电路中电气地布置在功率输入连接端211和功率输出连接端212之间。所述能控制的开关装置213的控制输入端与探测设备200的输出端通信耦合，通过该输出端来输出短路信号208。
该探测设备200根据图1来构造。可以理解为：根据本发明的探测设备的每种其他的实施方式能够替代于探测设备200来被利用。
能控制的开关装置213能够例如具有一个或多个基于半导体的开关单元，例如MOSFET或IGBT。所述基于半导体的开关单元自身能够分别具有功率输入端和功率输出端以及控制输入端。基于半导体的开关单元负载路径能够彼此电并联地布置。
在一种实施方案中，能控制的开关装置213可以具有驱动元件或驱动模块(参见图3)。该驱动元件能够利用预给定的正电压来操控基于半导体的开关单元，以便闭合或者说接通基于半导体的开关单元。该驱动元件能够利用预给定的负电压来操控基于半导体的开关单元，以便断开这些基于半导体的开关单元，也即中断在负载路径中的通过电流。
图3示出用于以电能量来供给电负载319的电供给系统315的框图。
电供给系统315具有能量源316。该能量源316能够例如被构造为用于电动车辆的高电压电池。此外，将开关设备310电气地布置在能量源316和负载319之间。在图3中，在电供给系统315中存在的电感作为在能量源316和开关设备310之间的线路电感317来示出以及作为在开关设备310和负载319之间的线路电感318来示出。通常，线路电感317显得非常小，因为开关设备310布置在能量源316附近。在开关设备310附近短路的情况下因此仅仅小的电感是有效的。
该开关设备310作为能控制的开关装置313而具有由三个MOSFET组成的并联电路(为了一目了然起见，并没有单独地配备有附图标记)。应看出，并没有利用MOSFET的Kelvin源极端子或Kelvin连接端子。这如上阐述地是不必要的。与能控制的开关装置313并联地设置保护线路326，该保护线路保护MOSFET例如免受电压峰值。
电阻式测量元件303在具有电感式测量元件304的串联电路中被布置在能控制的开关装置313和负载319之间。
设置如下驱动元件321，该驱动元件也执行测量装置和探测装置的功能。在驱动元件321的测量输入端和由电阻式测量元件303和电感式测量元件304组成的串联电路之间设置滤波元件320，在此为RC滤波器。可以理解为：提供所期望的滤波结果的每种电路都能够作为滤波元件320来使用。此外，也能够将滤波元件320利用用于适配触发特性，也即用于适配所测量的电压。
为了保证可靠地关断、也即断开在能控制的开关装置313中的MOSFET而使该驱动元件321能够通过开关单元324、325来要么以正电压322来加载MOSFET的控制输入端要么以负电压323来加载该MOSFET的控制输入端。
负电压323的数值能够在此这样确定，使得该数值大于在MOSFET的控制输入端和功率输入端上的由于供给系统315的系统电感而在供给系统315中所产生的电压升高的数值。
为了一目了然起见，用于MOSFET的操控网的电阻和其他元件并没有单独地配备有附图标记。可以理解为：能够选择在能控制的开关装置313和驱动元件321之间的线路的实现在能控制的开关装置313中的开关单元的可靠接通和关断的每种适合形式。
为了更容易理解，在接下来的描述中保持将用于图1-3的附图标记作为参考。
图4示出用于识别出在负载路径150中的短路的探测方法的实施例的流程图。
在引导的第一步骤S11中，在负载路径150中的电流通过电阻式测量元件103、203、303和电感式测量元件104、204、304来被引导，其中该电阻式测量元件103、203、303和电感式测量元件104、204、304电气地布置在串联电路中。在测量的第二步骤S12中，测量在该串联电路上的电压106、206。在识别的第三步骤S13中：当所测量的电压106、206超出预给定的阈值时，识别出在负载路径150中的短路。
作为电感式测量元件104、204、304，能够例如利用具有0.5nH至4nH的电感的电感式测量元件104、204、304。作为电阻式测量元件103、203、303能够利用具有0.5mOhm至10mOhm的电阻的电阻式测量元件103、203、303。
在第二步骤S12之前，能够可选地进行待测量的电压106、206的滤波。
图5示出用于在负载路径150中出现短路的情况下断开该负载路径150的方法的实施例的流程图。
在识别的第一步骤S21中，利用例如根据图4的根据本发明的探测方法来识别短路。在操控的第二步骤S22中，操控能控制的开关装置213、313，以便在识别出短路时中断在串联电路中的通过电流，其中所述能控制的开关装置电气地布置在具有由电阻式测量元件103、203、303和电感式测量元件104、204、304组成的串联电路的串联电路中。
在能控制的开关装置213、313中，能够例如操控一定数目的基于半导体的开关单元、例如MOSFET或IGBT等，其中所述基于半导体的开关单元分别具有功率输入端和功率输出端和控制输入端并且其负载路径150在存在多个基于半导体的开关单元的情况下彼此电并联地布置。
基于半导体的开关单元能够例如利用预给定的正电压322来被操控，以便闭合基于半导体的开关单元。为了断开基于半导体的开关单元，能够以预给定的负电压322来操控这些基于半导体的开关单元。
图6示出用于以在供给系统315中的电能量来供给电负载319的方法的实施例的流程图。
在供给的第一步骤S31中，由能量源316以电能量供给该电负载319。在断开的第二步骤S32中，在负载路径150中出现短路的情况下利用例如根据图5的根据本发明的用于断开负载路径150的方法来断开该负载路径150。
在图5中提及的负电压323的数值能够在此这样选择，使得该数值大于通过供给系统315的系统电感而在该供给系统315中产生的在基于半导体的开关单元的控制输入端和功率输入端上的电压上升的数值，例如为-8V。
因为在前文中详细描述的设备和方法涉及的是实施例，通常能够由本领域技术人员在宽泛范围内对其作出修改，而并不偏离本发明的范围。尤其是，各个元件彼此间的机械布置和尺寸比例仅仅是示例性的。
附图标记列表
100，200 探测设备
101，201 输入连接端
102，202 输出连接端
103，203，303 电阻式测量元件
104，204，304 电感式测量元件
105，205 测量装置
106，206 电压
107，207 探测装置
108，208 短路信号
210，310 开关设备
211 功率输入连接端
212 功率输出连接端
213，313 能控制的开关装置
315 电供给系统
316 能量源
317，318 线路电感
319 负载
320 滤波元件
321 驱动元件
322 正电压
323 负电压
324，325 开关单元
326 保护线路
150 负载路径
S11,S12,S13 方法步骤
S21,S22,S31,S32 方法步骤。

Claims (15)

1.一种用于识别在负载路径(150)中的短路的探测设备(100、200)，所述探测设备具有：
a)输入连接端(101、201)和输出连接端(102、202)；
b)电阻式测量元件(103、203、303)；
c)电感式测量元件(104、204、304),其中所述电阻式测量元件(103、203、303)和所述电感式测量元件(104、204、304)在所述输入连接端(101、201)和所述输出连接端(102、202)之间电气地布置在串联电路中；
d)测量装置(105、205),所述测量装置被构造用于测量在所述串联电路上的电压(106、206)；和
e)探测装置(107、207)，所述探测装置与所述测量装置(105、205)耦合并且被构造用于，当所测量的电压(106、206)超出预给定的阈值时识别出在所述负载路径(150)中的短路并且输出对应的短路信号(108、208)。
2.根据权利要求1所述的探测设备(100、200)，所述探测设备具有滤波元件(320)，所述滤波元件布置在所述测量装置(105、205)中的串联电路之间并且被构造用于，对待测量的电压(106、206)进行滤波。
3.根据上述权利要求其中任意一项所述的探测设备(100、200)，其中所述电感式测量元件(104、204、304)具有0.5nH至4nH的电感，尤其是1nH或2nH或3nH的电感，和/或其中所述电阻式测量元件(103、203、303)具有0.5mOhm至10mOhm的电阻。
4.用于在负载路径(150)中出现短路的情况下断开所述负载路径(150)的开关设备(210、310)，所述开关设备具有：
a)功率输入连接端(211)和功率输出连接端(212)；
b)根据上述权利要求其中任意一项所述的探测设备(100、200)；和
c)能控制的开关装置(213、313)，所述能控制的开关装置在具有探测设备(100、200)的串联电路中电气地布置在所述功率输入连接端(211)和所述功率输出连接端(212)之间并且所述能控制的开关装置与所述探测设备(100、200)的所述探测装置(107、207)通信耦合并且被构造用于，基于所述短路信号(108、208)来以受控制的方式中断在所述串联电路中的通过电流。
5.根据权利要求4所述的开关设备(210、310)，其中所述能控制的开关装置(213、313)具有一定数目的基于半导体的开关单元，所述开关单元分别具有功率输入端和功率输出端和控制输入端并且所述开关单元的负载路径(150)在存在多个基于半导体的开关单元的情况下相对彼此电并联地布置。
6.根据权利要求5所述的开关设备(210、310)，其中所述能控制的开关装置(213、313)具有驱动元件(321)，所述驱动元件被构造用于，以预给定的正电压(322)来操控所述基于半导体的开关单元，以便闭合所述基于半导体的开关单元，并且以预给定的负电压(323)来操控所述基于半导体的开关单元，以便断开所述基于半导体的开关单元。
7.用于以电能量供给电负载(319)的电供给系统(315)，所述电供给系统具有：
a)能量源(316)；和
b)根据上述权利要求4至6其中任意一项所述的开关设备(210、310)，其中所述开关设备(210、310)电气地布置在所述能量源(316)和所述负载(319)之间。
8.根据权利要求7所述的电供给系统(315)，其中根据权利要求6所述地构造所述开关设备(210、310)并且负电压(323)的数值这样构造，使得所述数值大于通过所述供给系统(315)的系统电感而在所述供给系统(315)中产生的在基于半导体的开关单元的控制输入端和功率输入端上的电压上升的数值。
9.用于识别在负载路径(150)中的短路的探测方法，具有：
a)通过电阻式测量元件(103、203、303)和电感式测量元件(104、204、304)来引导(S11)在所述负载路径(150)中的电流，其中所述电阻式测量元件(103、203、303)和所述电感式测量元件(104、204、304)电气地布置在串联电路中；
b)测量(S12)在所述串联电路上的电压(106、206)；和
c)当所测量的电压(106、206)超出预给定的阈值时，识别(S13)在所述负载路径(150)中的短路。
10.根据权利要求9所述的探测方法，所述探测方法具有：在测量所述电压(106、206)之前对待测量的电压(106、206)进行滤波。
11.根据上述权利要求9和10其中任意一项所述的探测方法，其中作为电感式测量元件(104、204、304)，利用具有0.5nH至4nH的电感、尤其是1nH或2nH或3nH的电感的电感式测量元件(104、204、304)，和/或其中作为电阻式测量元件(103、203、303)利用具有0.5mOhm至10mOhm的电阻的电阻式测量元件(103、203、303)。
12.用于在负载路径(150)中出现短路的情况下断开所述负载路径(150)的方法，所述方法具有：
a)利用根据权利要求9至11其中任意一项所述的方法来识别(S21)短路；
b)操控(S22)能控制的开关装置(213、313)，以便在识别出短路时中断在串联电路中的通过电流，其中所述能控制的开关装置电气地布置在具有由电阻式测量元件(103、203、303)和电感式测量元件(104、204、304)组成的串联电路的串联电路中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述能控制的开关装置(213，313)中操控一定数目的基于半导体的开关单元，所述开关单元分别具有功率输入端和功率输出端和控制输入端并且所述开关单元的负载路径(150)在存在多个基于半导体的开关单元的情况下相对彼此电并联地布置，尤其是其中以预给定的正电压(322)来操控所述基于半导体的开关单元，以便闭合所述基于半导体的开关单元，并且以预给定的负电压(323)来操控所述基于半导体的开关单元，以便断开所述基于半导体的开关单元。
14.用于以在供给系统(315)中的电能量来供给电负载(319)的方法，其中所述方法具有:
a)由能量源(316)来供给(S31)所述电负载(319)；和
b)利用根据权利要求12和13其中任意一项所述的方法来在负载路径(150)中出现短路的情况下断开(S32)所述负载路径(150)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述负电压(323)的数值这样选择，使得所述数值大于通过所述供给系统(315)的系统电感而在所述供给系统(315)中产生的在基于半导体的开关单元的控制输入端和功率输入端上的电压上升的数值。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021113107A1 (de) * 2021-05-20 2022-11-24 Lisa Dräxlmaier GmbH Elektronischer Sicherungsschaltkreis
ES2967058T3 (es) * 2021-08-05 2024-04-25 Future Systems Besitz Gmbh Aparato de detección de cortocircuito
DE102021209141A1 (de) 2021-08-19 2023-02-23 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Detektion eines Kurzschlusses eines Halbleiterschaltelementes in einem Inverter zum Bestromen eines elektrischen Antriebs in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug; Inverter mit einer solchen Vorrichtung
DE102022204589A1 (de) 2022-05-11 2023-11-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schaltungsanordnung zur Kurzschlusserkennung und elektrisches System
SE2250744A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-21 Blixt Tech Ab Electrical circuit for electrical safety

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1059429A (zh) * 1990-08-30 1992-03-11 西屋电气公司 过电流跳闸电路
JP2007288356A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk 電力供給制御装置
DE202009005420U1 (de) * 2009-03-11 2009-06-18 Ellenberger & Poensgen Gmbh Elektronischer Schutzschalter
US20120153719A1 (en) * 2009-07-23 2012-06-21 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Semiconductor Element Control Device and In-Vehicle Electrical System
CN102822930A (zh) * 2010-02-12 2012-12-12 费斯托股份有限两合公司 用于电气电路监控的装置、用于为负载供电的电路装置和用于运行电路装置的方法
WO2013160067A2 (de) * 2012-04-27 2013-10-31 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur fehlererkennung bei einem vorladevorgang
DE102013204538A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Robert Bosch Gmbh Batteriezellmodul und Verfahren zum Betreiben eines Batteriezellmoduls
CN104583787A (zh) * 2012-07-11 2015-04-29 大陆汽车有限公司 用于诊断电路装置的设备
US20170248645A1 (en) * 2016-02-29 2017-08-31 Infineon Technologies Ag Method and Device for Short Circuit Detection in Power Semiconductor Switches
EP3487022A1 (de) * 2017-11-20 2019-05-22 Ellenberger & Poensgen GmbH Schutzvorrichtung mit parallelen strompfaden in denen jeweils ein schutzschalter angeordnet ist sowie verfahren zum betrieb einer solchen schutzvorrichtung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2520961A (en) * 2013-12-04 2015-06-10 Eaton Ind Netherlands Bv Automatic reclosing alternating current circuit breaker

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1059429A (zh) * 1990-08-30 1992-03-11 西屋电气公司 过电流跳闸电路
JP2007288356A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk 電力供給制御装置
DE202009005420U1 (de) * 2009-03-11 2009-06-18 Ellenberger & Poensgen Gmbh Elektronischer Schutzschalter
US20120153719A1 (en) * 2009-07-23 2012-06-21 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Semiconductor Element Control Device and In-Vehicle Electrical System
CN102822930A (zh) * 2010-02-12 2012-12-12 费斯托股份有限两合公司 用于电气电路监控的装置、用于为负载供电的电路装置和用于运行电路装置的方法
WO2013160067A2 (de) * 2012-04-27 2013-10-31 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur fehlererkennung bei einem vorladevorgang
CN104583787A (zh) * 2012-07-11 2015-04-29 大陆汽车有限公司 用于诊断电路装置的设备
US20150137828A1 (en) * 2012-07-11 2015-05-21 Continental Automotive Gmbh Device for diagnosing a circuit arrangement
DE102013204538A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Robert Bosch Gmbh Batteriezellmodul und Verfahren zum Betreiben eines Batteriezellmoduls
US20170248645A1 (en) * 2016-02-29 2017-08-31 Infineon Technologies Ag Method and Device for Short Circuit Detection in Power Semiconductor Switches
EP3487022A1 (de) * 2017-11-20 2019-05-22 Ellenberger & Poensgen GmbH Schutzvorrichtung mit parallelen strompfaden in denen jeweils ein schutzschalter angeordnet ist sowie verfahren zum betrieb einer solchen schutzvorrichtung

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