DE102010007452A1

DE102010007452A1 - Schaltentlastung für einen Trennschalter

Info

Publication number: DE102010007452A1
Application number: DE102010007452A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. 85521 Komma; Kai Dr. 81545 Kriegel; Jürgen Prof. 82178 Rackles
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2534757A1; WO2011098374A1; CN102754346A; US20120306264A1

Abstract

Es wird eine Schaltentlastung für einen Trennschalter angegeben für die Anwendung im Bereich elektrischer Fahrzeuge, bei der der Trennschalter eine galvanische Trennung zwischen Batterie und Zwischenkreis vornehmen muss. Dazu wird wenigstens ein Halbleiterschalter eingesetzt. Für die Trennung der elektrischen Verbindung wird der abzuschaltende Strom über den Halbleiterschalter geleitet. Davor oder danach wird der Trennschalter bei reduziertem Spannungsaufbau abgeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schaltentlastung eines Trennschalters zur galvanischen Trennung einer elektrischen Verbindung sowie ein zugehöriges Verfahren zur Schaltentlastung.
Fahrantriebe für elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen für den Betrieb des oder der Elektromotoren üblicherweise eine Batterie und einen Umrichter auf. Die Batterie stellt die elektrische Leistung zur Verfügung und der Umrichter setzt die Gleichspannung der Batterie in eine geeignete Wechselspannung oder Drehstrom um. Aus Sicherheitsgründen ist die Möglichkeit einer galvanischen Trennung der Batterie vom Zwischenkreis des Umrichters zwingend vorgeschrieben. Diese Trennung muss zu jeder Zeit möglich sein.
In elektrisch betriebenen Fahrzeugen werden daher Batterietrennschalter (Batterieschütze) eingesetzt, die den maximalen Batteriestrom abschalten können. Die auftretenden möglichen Ströme sind dabei vergleichsweise hoch, da beim von der Batterie gelieferten Gleichstrom ein Nulldurchgang nicht auftritt. Daher fällt der Batterietrennschalter vergleichsweise sperrig aus und ist teuer.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden oder abzumildern. Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, den Batterietrennschalter in kleinerer Bauform auszugestalten.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Schaltentlastung für einen Trennschalter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Schaltentlastung eines Trennschalters zur galvanischen Trennung einer elektrischen Verbindung weist wenigstens einen Halbleiterschalter auf. Sie ist weiterhin ausgestaltet, für die Trennung der elektrischen Verbindung den abzuschaltenden Strom über den Halbleiterschalter fließen zu lassen, so dass ein verminderter Spannungsaufbau über den Trennschalter bei dessen Abschaltung bewirkt wird.
Dabei gibt es verschiedene Aufbaumöglichkeiten bzw. Vorgehensweisen, bei denen der abzuschaltende Strom vor oder nach dem Abschalten des Trennschalters über den Halbleiterschalter fließt. Zweckmäßig ist der Halbleiterschalter elektrisch mit dem Trennschalter verbunden.
Vorteilhaft wird dadurch erreicht, dass der Trennschalter so abgeschaltet werden kann, dass er entweder völlig spannungs- und stromfrei bleibt oder zumindest ein Ausweichpfad für den Strom bereitgestellt ist, der eine Lichtbogenbildung vermindert oder unterbindet. Dadurch wird erreicht, dass sich die Anforderungen an den Trennschalter reduzieren. Er muss lediglich in der Lage sein, die galvanische Trennung sicherzustellen und den Nennstrom zu führen. Dadurch ist es möglich, den Trennschalter in kleinerer Bauform auszugestalten.
Bevorzugt wird der Strom durch den Halbleiterschalter abgeschaltet, indem der Halbleiterschalter nichtleitend geschaltet wird, wenn der abzuschaltende Strom über den Halbleiterschalter fließt. Das kann geschehen, bevor der Trennschalter abgeschaltet wird oder nachdem der Trennschalter abgeschaltet wird.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Anordnung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug. Der Trennschalter entspricht dem notwendigerweise vorhandenen Batterietrennschalter zur galvanischen Trennung der Batterie vom Zwischenkreis. Die Anordnung wird zur Schaltentlastung des Batterietrennschalters eingesetzt. Gerade hier wirkt sich aufgrund des begrenzten Einbauplatzes eine verringerte Größe des Batterietrennschalters besonders positiv aus. Weiterhin treten gerade dort Probleme auf, da bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen im Gegensatz zu herkömmlich betriebenen Fahrzeugen deutlich erhöhte Spannungen verwendet werden, insbesondere solche über 24 V. Typische Spannungen können mehr als 400 V betragen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Serienschaltung aus einem mechanischen Entlastungsschalter und dem Halbleiterschalter parallel zum Trennschalter angeordnet. Dabei ist es zweckmäßig, dass für die Trennung der elektrischen Verbindung erst der mechanische Schalter, danach der Halbleiterschalter leitend geschaltet werden und dann der Trennschalter nichtleitend geschaltet wird. Dadurch wird erreicht, dass der mechanische Entlastungsschalter ohne Spannungsbelastung eingeschaltet wird, und bei Abschaltung des Trennschalters der Strom auf den Halbleiterschalter und den mechanischen Entlastungsschalter übergehen kann.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn nach dem Trennschalter zuerst der Halbleiterschalter abgeschaltet wird, also in den nichtleitenden Zustand versetzt wird. Schließlich wird zweckmäßig der mechanische Entlastungsschalter wieder geöffnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung fließt der abzuschaltende Strom bereits vor dem Abschalten des Trennschalters über den Halbleiterschalter. Dazu ist der Halbleiterschalter insbesondere in Serie zum Trennschalter angeordnet. Bei diesem Aufbau ist es zweckmäßig, dass für die Trennung der elektrischen Verbindung erst der Halbleiterschalter nichtleitend geschaltet wird und dann der Trennschalter abgeschaltet wird.
Bevorzugt ist parallel zum Halbleiterschalter eine Überspannungsschutzeinrichtung für den Halbleiterschalter vorgesehen. Diese dient zur Spannungsbegrenzung über den Halbleiterschalter und fängt beispielsweise Überspannungen auf, die durch Leitungsinduktivitäten beim Abschalten des Batteriestroms auftreten.
Dient der Trennschalter zur Trennung einer Spannungsquelle von beispielsweise einem Umrichter, so ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung eine Vorladeschaltung umfasst. Die Vorladeschaltung weist eine Serienschaltung aus einem mechanischen Vorladeschalter und einem Vorladewiderstand zur Strombegrenzung auf. Sie ist parallel zum Trennschalter angeordnet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung übernimmt der Halbleiterschalter die Funktion einer Strombegrenzung durch eine gepulste An- und Abschaltung. Dadurch kann der Halbleiterschalter effektiv neben der Funktion der Schaltentlastung auch die Funktion einer Vorladeschaltung übernehmen.
In bestimmten Einsatzgebieten kann eine zweite Überspannungsschutzeinrichtung in Serie zum Trennschalter vorgesehen sein. In elektrischen Fahrzeugen dient diese dazu, die Batterie vor Überspannungen aus der Richtung des Elektromotors zu schützen. Diese können bei Feldschwäche-Betrieb beispielsweise auftreten, wenn der Umrichter ausfällt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung übernimmt der Halbleiterschalter zusätzlich zur Schaltentlastung auch die Funktion der zweiten Überspannungsschutzeinrichtung. Dabei ist es zweckmäßig, wenn als Halbleiterschalter beispielsweise ein Reverse Blocking IGBT verwendet wird. Dieser weist in beide Richtungen eine ausreichende Sperrfähigkeit auf.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt. Es zeigen
1 eine Schaltung mit Batterietrennschalter, parallel angeordneter Entlastungsschaltung und Schaltung zur Vorladung,
2 eine Schaltung mit Batterietrennschalter und parallel angeordneter Entlastungsschaltung,
3 eine Schaltung mit Batterietrennschalter, seriell angeordneter Entlastungsschaltung und Schaltung zur Vorladung, wobei der Halbleiterschalter der Entlastungsschaltung gegen Überspannungen geschützt ist,
4 eine Schaltung mit Batterietrennschalter, seriell angeordneter Entlastungsschaltung und Schaltung zur Vorladung, wobei der Halbleiterschalter der Entlastungsschaltung mittels einer RC-Schaltung gegen Überspannungen geschützt ist,
5 eine weitere Schaltung mit Batterietrennschalter und seriell angeordneter Entlastungsschaltung,
6 eine Schaltung mit Batterietrennschalter und seriell angeordnetem Halbleiterbauelement, das als Entlastungsschaltung und Batterieschutzschalter agiert.
1 zeigt stark schematisiert den Aufbau eines Antriebssystems 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Es ist bekannt, dass in elektrisch betriebenen Fahrzeugen statt einem herkömmlichen Motor oft mehrere Elektromotoren zum Einsatz kommen, um beispielsweise die Räder des Fahrzeugs separat anzutreiben. Der Elektromotor 1 steht in den Figuren stellvertretend für den einen oder die mehreren Elektromotoren 1, die in dem elektrisch betriebenen Fahrzeug verwendet werden. Der Elektromotor 1 ist in dem gezeigten Beispiel ein permanentmagnetisch erregter Synchronmotor.
Zum Betreiben des Synchronmotors 1 ist ein Umrichter 2 vorgesehen. Der Umrichter 2 ist für sich genommen in bekannter Weise aufgebaut und ausgangsseitig in geeigneter Weise mit dem Elektromotor 1 verbunden. Eingangsseitig ist der Umrichter 2 indirekt mit einer Batterie 3 verbunden. Die Batterie 3 liefert eine Gleichspannung. Daher wird in Umrichter 2 zweckmäßig kein Gleichrichter vorgesehen. Das bedeutet wiederum, dass typischerweise die Batterie 3 über Zwischenkomponenten, die im Folgenden beschrieben werden, mit dem Zwischenkreis des Umrichters 2 verbunden ist.
In einem elektrisch betriebenen Fahrzeug ist es aufgrund der vergleichsweise hohen Zwischenkreisspannungen vorgeschrieben, eine galvanische Trennung der Batterie 3 vom Zwischenkreis des Umrichters 2 vornehmen zu können. Dazu ist zwischen dem positiven Anschluss der Batterie 3 und dem Zwischenkreis des Umrichters 2 ein mechanischer Batterietrennschalter 4 vorgesehen. Der Batterietrennschalter 4 ist ausgelegt, den Nennstrom tragen zu können und die galvanische Trennung im geöffneten Zustand sicherzustellen.
Das Antriebssystem 10 gemäß 1 weist parallel zum Batterietrennschalter 4 eine Vorladeschaltung auf. Die Vorladeschaltung besteht aus einer Reihenschaltung eines mechanischen Vorladeschalters 14 und eines Vorladewiderstands 13. Die Vorladeschaltung wird zum Zeitpunkt des Einschaltens des Batterietrennschalters 4 verwendet. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die entladene Zwischenkreiskapazität wie ein Kurzschluss. Um den fließenden Strom zu begrenzen, wird daher zum Einschalten zuerst die Vorladeschaltung benutzt, bis der Zwischenkreis ausreichend vorgeladen ist. Erst dann wird der Batterietrennschalter 4 geschlossen und der mechanische Vorladeschalter 14 wieder geöffnet.
Ebenfalls in Parallelschaltung zum Batterietrennschalter 4, und weiterhin auch in Parallelschaltung zur Vorladeschaltung, sind in der Schaltung gemäß 1 Komponenten zur Schaltentlastung des Batterietrennschalters 4 vorgesehen. Diese bestehen aus einer Serienschaltung aus einem mechanischen Entlastungsschalter 15 und einem IGBT 11. Parallel zum IGBT 11 ist eine Schutzschaltung gegen Überspannungen für den IGBT 11 vorgesehen, die eine Suppressor-Diode 12 umfasst.
Bei elektrischen Antrieben mit permanenterregten Synchronmaschinen kann es bei einem Ausfall des Umrichters 2 im Feldschwächebetrieb zu hohen Spannungen kommen, die von der Batterie 3 abgehalten werden müssen. Daher ist zwischen dem Batterietrennschalter 4 und den dazu parallel geschalteten weiteren Komponenten ein Überspannungsschutzmodul 5 vorgesehen. Dieses besteht aus einem IGBT 6 und einer vom Umrichter 2 zur Batterie 3 sperrend angeordneten Diode 7.
Soll in der Schaltung gemäß 1 der Batteriestrom, gegebenenfalls der maximale Batteriestrom, abgeschaltet werden, werden die folgenden Schalthandlungen durchgeführt. Es wird dabei davon ausgegangen, dass der Batterietrennschalter 4 eingeschaltet ist, der mechanische Entlastungsschalter 15 sowie der Halbleiterschalter 11 ausgeschaltet sind und der mechanische Vorladeschalter 14 ebenfalls ausgeschaltet ist. Der Strom fließt somit über den Batterietrennschalter 4. Zum Abschalten wird zuerst der mechanische Entlastungsschalter 15 eingeschaltet. Dies bewirkt wegen dem abgeschalteten Halbleiterschalter 11 noch keine Änderung. Im nächsten Schritt wird der Halbleiterschalter 11 eingeschaltet. Im folgenden Schritt wird der Batterietrennschalter 4 geöffnet. Da der Strom nun den Umweg über die Entlastungsschaltung nehmen kann, bleibt die Spannung über den Batterietrennschalter 4 gering. Daher ist der Abschaltvorgang des Batterietrennschalters 4 problemlos. Mit anderen Worten muss der Batterietrennschalter 4 in seiner Auslegung nicht für die Abschaltung des hohen maximalen Batteriestroms ausgelegt werden.
Im nächsten Schritt wird der Halbleiterschalter 11 abgeschaltet. Über den Halbleiterschalter 11 baut sich daher die Zwischenkreisspannung auf. Diese kann dabei noch erhöht werden durch die Leitungsinduktivitäten beispielsweise des Batteriekabels. Eventuelle Überspannungen werden dabei in diesem Beispiel durch die Suppressor-Diode 12 begrenzt. In der Folge wird der mechanische Entlastungsschalter 15 stromlos abgeschaltet.
Bei dem ersten gegebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird also der Batterietrennschalter 4 zwar nicht stromlos abgeschaltet. Es wird jedoch ein niederohmiger Ausweichpfad für den Stromfluss geboten. Der mechanische Entlastungsschalter 15 sorgt ebenso wie der Batterietrennschalter 4 für eine galvanische Trennung von Batterie 3 und dem Zwischenkreis des Umrichters 2 sowie dafür, dass der Strom nur für den Abschaltvorgang den Weg über den Halbleiterschalter 11 nehmen kann. Der mechanische Entlastungsschalter 15 selbst wird nach dem Abschalten des Halbleiterschalters 11 stromlos abgeschaltet. Der problematische Abschaltvorgang wird also vom Batterietrennschalter 4 auf den Halbleiterschalter 11 verlagert. Dort ist der Abschaltvorgang unproblematisch. Vorteilhafterweise ist bei dem Aufbau gemäß der 1 der Halbleiterschalter 11 nur für kurze Zeit im Strompfad.
Um die Vorgänge zu steuern, ist bei dem Aufbau gemäß der 1 sowie den anderen Ausführungsbeispielen eine Steuerungseinrichtung vorhanden. Diese steuert im ersten Ausführungsbeispiel den mechanischen Vorladeschalter 14, den mechanischen Entlastungsschalter 15 und den Batterietrennschalter 4. Sie steuert weiterhin auch den Halbleiterschalter 11. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung den IGBT 6, der für den Überspannungsschutz der Batterie 3 zuständig ist. Für diesen ist es zweckmäßig, wenn eine ständige Überwachung der Funktionsfähigkeit des IGBT 6 vorgesehen ist. Auch diese wird von der Steuereinrichtung mit betrieben.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird anhand der 2 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel ist dabei ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist im zweiten Ausführungsbeispiel keine Vorladeschaltung vorgesehen. Das bedeutet, dass im zweiten Ausführungsbeispiel der mechanische Vorladeschalter 14 und der Vorladewiderstand 13 entfallen.
Im zweiten Ausführungsbeispiel übernimmt die Entlastungsschaltung aus dem Halbleiterschalter 11 und dem mechanischen Entlastungsschalter 15 die Aufgabe der Vorladeschaltung. Dazu wird eine Anpassung der Steuerung für die Entlastungsschaltung, speziell für den Halbleiterschalter 11 in der Steuereinrichtung vorgenommen. Vorteilhaft wird dabei ausgenutzt, dass der Halbleiterschalter 11 in der Lage ist, mit hoher Frequenz zu schalten und dadurch die Funktion des Widerstands 13 zu übernehmen. Zum Zeitpunkt des Einschaltens des Batterietrennschalters 4 wird, um den fließenden Strom zu begrenzen, daher die Entlastungsschaltung benutzt, bis der Zwischenkreis ausreichend vorgeladen ist. Dazu wird der mechanische Entlastungsschalter 15 eingeschaltet und der Halbleiterschalter 11 mit einer hohen Frequenz, beispielsweise einer Frequenz von 5 kHz ein- und ausgeschaltet. Ist der Zwischenkreis ausreichend vorgeladen, wird der Batterietrennschalter 4 geschlossen, der Halbleiterschalter 11 abgeschaltet und der mechanische Entlastungsschalter 15 wieder geöffnet. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist also vorteilhaft mit der Entlastungsschaltung auch gleichzeitig eine Vorladeschaltung realisiert.
Die 3 zeigt einen Aufbau 30 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Die Elemente Elektromotor 1, Umrichter 2, Batterie 3 und Batterietrennschalter 4 sowie der Überspannungsschutz 5 für die Batterie 3 sind in analoger Weise zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel realisiert und angeordnet. Im dritten Ausführungsbeispiel ist die Entlastungsschaltung aufgebaut aus dem IGBT 11 und der parallel zum IGBT 11 vorgesehenen Suppressor-Diode 12. Die Entlastungsschaltung ist im dritten Ausführungsbeispiel in Serie zum Batterietrennschalter 4 zwischen diesem und dem Überspannungsschutz 5 vorgesehen.
Weiterhin ist im dritten Ausführungsbeispiel eine Vorladeschaltung analog zu der aus dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Die Vorladeschaltung besteht aus einem mechanischen Vorladeschalter 14 in Serie zu einem Vorladewiderstand 13. Beide Elemente sind parallel zum Batterietrennschalter 4 angeordnet. Die Funktion der Vorladeschaltung ist analog zu der im ersten Ausführungsbeispiel.
Im dritten Ausführungsbeispiel wird zum Abschalten des Stromes zuerst der Halbleiterschalter 11 abgeschaltet. Dabei entstehende Überspannungen werden wie bereits beschrieben von der Suppressor-Diode 12 begrenzt. Wie im ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel wird also die Abschaltung des Stromes vom Batterietrennschalter 4 auf den Halbleiterschalter 11 verlagert. Nach dem Abschalten des Halbleiterschalters 11 kann der Batterietrennschalter 4 im stromlosen Zustand geöffnet werden.
Im dritten Ausführungsbeispiel befindet sich der Halbleiterschalter 11 ständig im Stromkreis von Batterie 3 und Umrichter 2. Er führt mit anderen Worten immer den Strom, der über den Batterietrennschalter 4 fließt. Bekanntermaßen haben Halbleiterschalter 11 einen höheren elektrischen Widerstand als mechanische Schalter 4, 14, 15. Deshalb fallen in der Schaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel höhere elektrische Verluste an als in den Schaltungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Dafür ist der schaltungstechnische und steuerungstechnische Aufwand reduziert, da im Gegensatz zu den drei mechanischen Schaltern des ersten Ausführungsbeispiels im dritten Ausführungsbeispiel nur zwei mechanische Schalter vorzusehen sind.
Ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der 4 zeigt, wie der Überspannungsschutz für den Halbleiterschalter 11 alternativ zur Verwendung der Suppressor-Diode 12 aufgebaut werden kann. Gemäß der 4 ist parallel zum Halbleiterschalter 11 eine Schaltung bestehend aus einem parallel zum Halbleiterschalter 11 angeordneten Widerstand 41 und einem parallel zu beiden vorgenannten Elementen angeordneten Kondensator 42 vorgesehen. In einer weiteren Aufbaualternative können die verwendeten Möglichkeiten für den Überspannungsschutz, also Suppressor-Diode 12 und RC-Schaltung auch in Kombination miteinander verwendet werden.
Eine weitere Vereinfachung des Aufbaus und damit auch des steuertechnischen Aufwands ergibt sich, wenn eine Schaltung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt in 5 verwendet wird. Die Elemente Elektromotor 1, Umrichter 2, Batterie 3 und Batterietrennschalter 4 sowie der Überspannungsschutz 5 für die Batterie 3 sind im fünften Ausführungsbeispiel wiederum in analoger Weise zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel realisiert und angeordnet.
Zusätzlich zu den genannten Elementen ist im fünften Ausführungsbeispiel lediglich die Entlastungsschaltung aus dem Halbleiterschalter 11 und seinem Überspannungsschutz, in diesem Fall gebildet durch eine Suppressor-Diode 12, vorgesehen. Der Halbleiterschalter 11 ist wie im dritten und fünften Ausführungsbeispiel in Serie zum Batterietrennschalter 4 zwischen diesem und dem Überspannungsschutz 5 für die Batterie 3 angeordnet.
Im fünften Ausführungsbeispiel übernimmt die Entlastungsschaltung neben der Schaltentlastung für den Batterietrennschalter 4 wieder die Funktion der Vorladeschaltung. Die Funktion der Schaltentlastung für den Batterietrennschalter 4 funktioniert analog zum dritten und vierten Ausführungsbeispiel. Wiederum wird der Abschaltvorgang durch den Halbleiterschalter 11 vorgenommen und der Batterietrennschalter 4 im stromlosen Zustand abgeschaltet.
Für die Funktion der Vorladung wird der Halbleiterschalter 11 wiederum als strombegrenzendes Element eingesetzt. Dies passiert analog zum zweiten Ausführungsbeispiel durch ein ausreichend hochfrequentes Ein- und Ausschalten des Halbleiterschalters 11. Im fünften Ausführungsbeispiel wird der Batterietrennschalter 4 somit auch für die Aufgabe der Vorladung mit eingesetzt, die im zweiten Ausführungsbeispiel noch vom mechanischen Entlastungsschalter 15 übernommen wurde.
Im fünften Ausführungsbeispiel ist daher ein einziger mechanischer Schalter, nämlich der ohnehin vorhandene Batterietrennschalter 4 vorgesehen. Dennoch sind im fünften Ausführungsbeispiel sowohl die Schaltentlastung für den Batterietrennschalter 4 als auch die Vorladung durchführbar.
6 zeigt ein letztes, sechstes Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Die Elemente Elektromotor 1, Umrichter 2, Batterie 3 und Batterietrennschalter 4 sind im sechsten Ausführungsbeispiel wiederum in analoger Weise zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel realisiert und angeordnet.
Im sechsten Ausführungsbeispiel sind jedoch der Überspannungsschutz 5 für die Batterie 3 und die Entlastungsschaltung zu einer einzigen Schaltung zusammengefasst. Hierzu ist im sechsten Ausführungsbeispiel in Serie zum Batterietrennschalter 4 ein so genannter Reverse Blocking IGBT 61 vorgesehen. Parallel zum Reverse Blocking IGBT 61 ist für diesen ein Überspannungsschutz vorgesehen. Dieser besteht im sechsten Ausführungsbeispiel aus zwei antiseriell geschalteten Suppressor-Dioden 62, 63.
Wie bereits für das fünfte Ausführungsbeispiel beschrieben, übernimmt der Reverse Blocking IGBT 61 die Schaltentlastung für den Batterietrennschalter 4, indem zur Abschaltung des Stroms der Reverse Blocking IGBT 61 zuerst abgeschaltet wird, um sodann den Batterietrennschalter 4 stromlos abschalten zu können. Ebenso übernimmt der Reverse Blocking IGBT 61 die Funktion der Vorladeschaltung, da auch der Reverse Blocking IGBT 61 mit hoher Frequenz geschaltet werden kann, um eine Strombegrenzung zu bewirken. Schließlich übernimmt der Reverse Blocking IGBT 61 noch die Funktion des Überspannungsschutzes 5 für die Batterie 3. Dafür ist es zweckmäßig, das der Reverse Blocking IGBT 61 eingeschaltet ist, um Stromfluss von der Batterie 3 zum Umrichter 2 zu ermöglichen, aber jederzeit ausschaltbar ist, um eventuelle Überspannungen aus der Richtung des Elektromotors 1 zu sperren. Hierzu ist es zweckmäßig, eine ständige Funktionsüberwachung für den Reverse Blocking IGBT 61 vorzusehen, wie es auch bereits für den Überspannungsschutz 5 aus dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Es versteht sich, dass bestimmte Komponenten der hier gezeigten Schaltungen in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug unter Umständen mehrfach vorgesehen sein müssen. Beispielsweise ist zweckmäßig bei der Verwendung von mehreren Elektromotoren 1 für jeden der Elektromotoren 1 ein Umrichter 2 vorgesehen. Ebenso können im Fahrzeug mehrere Batterien 3 vorgesehen seien. Die Anzahl der sonstigen in den Figuren vorgestellten Komponenten ist in einfacher Weise an die Anzahl der Elektromotoren 1, Umrichter 2 oder Batterien 3 anzupassen.

Claims

Anordnung zur Schaltentlastung eines Trennschalters zur galvanischen Trennung einer elektrischen Verbindung, wobei die Anordnung wenigstens einen Halbleiterschalter umfasst und weiterhin ausgestaltet ist, für die Trennung der elektrischen Verbindung den abzuschaltenden Strom über den Halbleiterschalter fließen zu lassen, so dass ein verminderter Spannungsaufbau über den Trennschalter bei dessen Abschaltung bewirkt wird.
Anordnung gemäß Anspruch 1, bei der der abzuschaltende Strom wenigstens nach dem Abschalten des Trennschalters über den Halbleiterschalter fließt.
Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der eine Serienschaltung aus einem mechanischem Entlastungsschalter und dem Halbleiterschalter parallel zum Trennschalter angeordnet ist.
Anordnung gemäß Anspruch 3, derart ausgestaltet, dass für die Trennung der elektrischen Verbindung erst der mechanische Entlastungsschalter und danach der Halbleiterschalter leitend geschaltet werden und dann der Trennschalter abgeschaltet wird.
Anordnung gemäß Anspruch 1, bei der der abzuschaltende Strom wenigstens vor dem Abschalten des Trennschalters über den Halbleiterschalter fließt.
Anordnung gemäß Anspruch 1, 2 oder 5, bei der der Halbleiterschalter in Serie zum Trennschalter angeordnet ist.
Anordnung gemäß Anspruch 6, derart ausgestaltet, dass für die Trennung der elektrischen Verbindung erst der Halbleiterschalter nichtleitend geschaltet wird und dann der Trennschalter abgeschaltet wird.
Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der parallel zum Halbleiterschalter eine Überspannungsschutzeinrichtung für den Halbleiterschalter vorgesehen ist.
Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Vorladeschaltung mit einer Serienschaltung aus einem mechanischen Vorladeschalter und einem Vorladewiderstand zur Strombegrenzung, die parallel zum Trennschalter angeordnet ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, derart ausgestaltet, dass der Halbleiterschalter die Funktion einer Strombegrenzung übernimmt durch eine gepulste An- und Abschaltung.
Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einer zweiten Überspannungsschutzeinrichtung in Serie zum Trennschalter.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, derart ausgestaltet, dass der Halbleiterschalter zusätzlich zur Schaltentlastung die Funktion der zweiten Überspannungsschutzeinrichtung übernimmt.
Antriebssystem eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einem Batterietrennschalter zur galvanischen Trennung einer Batterie von einem Zwischenkreis eines Umrichters bei einer Zwischenkreisspannung von mehr als 24 V und einer Anordnung zur Schaltentlastung des Batterietrennschalters gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.