DE102010041018A1 - Contactors actuating device for e.g. charging device for e.g. electric car, has holding current unit connected to output terminal for supplying holding current to drive coil of contactor - Google Patents

Contactors actuating device for e.g. charging device for e.g. electric car, has holding current unit connected to output terminal for supplying holding current to drive coil of contactor Download PDF

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Chrysanthos Tzivanopoulos
Stefan Butzmann
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Robert Bosch GmbH
SB LiMotive Germany GmbH
SB LiMotive Co Ltd
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Abstract

The device (100) has switches (101, 102) e.g. MOSFET switches, arranged between input terminals for power supplies and output terminals for electrodes of drive coils (202) of contactors, respectively. A holding current unit (103) i.e. direct current (DC)/DC converter, is connected to one output terminal for supplying holding current to the respective drive coil. An anode of a diode (105) is connected with the holding current unit and a cathode of the diode is connected with the output terminal to which the holding current unit is connected. An independent claim is also included for a motor vehicle comprising a high voltage battery.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Schützes und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to a device for controlling a contactor and a motor vehicle with such a device.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an welche sehr hohe Anforderungen bezüglich der Zuverlässigkeit gestellt werden. Hintergrund hierfür ist, dass ein Ausfall der Batterie zu einem sicherheitsrelevanten Problem führen kann. Um die für eine jeweilige Anwendung gewünschten Leistungen zur Verfügung zu stellen, werden üblicherweise eine hohe Zahl von Batteriezellen in Reihe geschaltet, wodurch sich eine hohe Ausgangsspannung der Batterie ergibt, welche ohne geeignete Maßnahmen dauerhaft an den entsprechenden Versorgungsleitungen der durch die Batterie versorgten Vorrichtung anliegt und eine Gefährdung für Wartungspersonal oder Benutzer bedeuten kann. Aus diesem Grund werden in der Regel Schütze vorgesehen, um die Batterie elektrisch abkoppeln zu können. Bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antriebsmotor werden gewöhnlich sowohl am Pluspol wie auch am Minuspol der Batterie Schütze verbaut, welche für die hohe Spannung der Batterie ausgelegt sind und auch bei Kurzschlussströmen von über 1000 A zuverlässig die Batterie abtrennen können müssen.It is becoming apparent that in the future both in stationary applications and in vehicles such as hybrid and electric vehicles, more and more battery systems will be used, which are subject to very high reliability requirements. The background to this is that failure of the battery can lead to a safety-relevant problem. In order to provide the desired for a particular application services available, usually a high number of battery cells are connected in series, resulting in a high output voltage of the battery, which is applied without suitable measures permanently to the corresponding supply lines of the device powered by the battery and can endanger maintenance personnel or users. For this reason, contactors are usually provided in order to decouple the battery can electrically. In motor vehicles with electric drive motor contactors are usually installed both on the plus pole as well as the negative terminal of the battery, which are designed for the high voltage of the battery and must reliably disconnect the battery even with short-circuit currents of over 1000 A.

Das Ein- und Ausschalten der Schütze geschieht gewöhnlich über eine elektronische Endstufe, welche die Ansteuerspule der Schütze mit Strom versorgt. Die Ansteuerleistung ist dabei nicht vernachlässigbar gering. Beim. Einschaltvorgang werden zum zuverlässigen Anziehen der Schütze jedoch weitaus höhere Ansteuerströme benötigt als zum anschließenden Halten der Kontakte im geschlossenen Zustand. Aus diesem Grund ist es üblich, die Ansteuerung der Schütze in zwei Modi zu unterteilen, den Anzugsmodus und den Haltemodus (oder auch Anzugs- beziehungsweise Haltephase). Bezeichnend für den jeweiligen Modus ist die Höhe des Ansteuerstroms, der während des Anzugsmodus höher ist als während des Haltemodus. Hierbei wird vom Anzugs- und vom Halteniveau gesprochen.The switching on and off of the contactors usually takes place via an electronic power amplifier, which supplies the drive coil of the contactors with electricity. The drive power is not negligible. At the. Switching operation, however, requires much higher drive currents for reliably tightening the contactors than for subsequently holding the contacts in the closed state. For this reason, it is customary to divide the contactor control into two modes, the pull-in mode and the hold mode (or also the pull-in or hold phase). Significant for the particular mode is the magnitude of the drive current that is higher during the pull-up mode than during the hold mode. This is spoken of the suit and the hold level.

Der Anzugsmodus wird nur für das Einschalten (Schließen) der Schütze benötigt und ist von relativ kurzer Dauer. Den überwiegenden Teil der Einsatzzeit werden die Schütze im leistungssparenderen Haltemodus betrieben. Eine Endstufe für die Ansteuerung von Schützen soll daher in der Lage sein, beide Betriebsmodi darzustellen. Stand der Technik bilden hierzu Schaltungsanordnungen, die die unterschiedlichen Stromniveaus im Anzugsmodus und im Haltemodus über pulsweiten-moduliert getaktete Endstufen realisieren. Hierzu wird die mittlere notwendige Ansteuerspannung an der Ansteuerwicklung durch Taktung der Versorgungsspannung (gewöhnlich aus einer 12 V-Batterie) mit einem entsprechenden Tastverhältnis realisiert. Es wird hierbei allgemein von einer PWM stromgeregelten Endstufe gesprochen. Eine solche Topologie kann die geforderte Anzugs- und Haltestromniveaus realisieren, hat aber den Nachteil, dass eine gepulste Spannung auf den Ansteuerleitungen liegt, was die elektromagnetische Abstrahlung massiv erhöht. Des Weiteren werden für eine getaktete Stromregelung eine Strommesseinrichtung und eine für jede Ansteuerspule verschiedener Schütze dedizierte Reglerstruktur benötigt, welche kostenintensiv sind. Die für die Ansteuerung verwendeten Takte müssen dazu bei einer Frequenz oberhalb von 20 kHz liegen, damit diese nicht akustisch wahrnehmbar sind. Diese, gemessen an den zu schaltenden Leistungen und Lasten, relativ hohe Taktfrequenz bedingt ebenfalls den Einsatz teurer Schalter für die getaktete Ansteuerung. Zudem stellt die hierbei auftretende Schaltverlustleistung hohe Anforderungen an die thermische Stabilität der Schalter und belastet das Leistungsbudget.The pull-in mode is only needed for closing (closing) the contactors and is of relatively short duration. For the majority of the operating time, the contactors are operated in the more power-saving holding mode. A final stage for the control of shooters should therefore be able to represent both modes of operation. State of the art form this circuit arrangements that realize the different current levels in suit mode and in the hold mode via pulse width modulated clocked power amplifiers. For this purpose, the average necessary drive voltage to the drive winding by clocking the supply voltage (usually from a 12 V battery) is realized with a corresponding duty cycle. It is generally spoken of a PWM current-controlled power amplifier. Such a topology can realize the required tightening and holding current levels, but has the disadvantage that a pulsed voltage is applied to the drive lines, which massively increases the electromagnetic radiation. Furthermore, a current measuring device and a controller structure dedicated to each drive coil of different contactors are required for clocked current regulation, which are cost-intensive. The clocks used for the control must be at a frequency above 20 kHz, so that they are not acoustically perceptible. This, measured in terms of the services and loads to be switched, relatively high clock frequency also requires the use of expensive switches for the clocked control. In addition, the resulting switching power dissipation places high demands on the thermal stability of the switches and burdens the power budget.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Schützes eingeführt. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen ersten eingangsseitigen Anschluss für eine erste Versorgungsspannung, einen zweiten eingangsseitigen Anschluss für eine zweite Versorgungsspannung, einen ersten ausgangsseitigen Anschluss für eine erste Elektrode einer Ansteuerspule des Schützes, einen zweiten ausgangsseitigen Anschluss für eine zweiten Elektrode der Ansteuerspule des Schützes und eine Steuereinheit. Erfindungsgemäß sind ein erster Schalter, welcher zwischen den ersten eingangsseitigen Anschluss und den ersten ausgangsseitigen Anschluss geschaltet ist, ein zweiter Schalter, welcher zwischen den zweiten ausgangsseitigen Anschluss und den zweiten eingangsseitigen Anschluss geschaltet ist, und eine mit dem ersten ausgangsseitigen Anschluss verbundene Haltestromeinheit, welche ausgebildet ist, einen Haltestrom für die Ansteuerspule des Schützes an den ersten ausgangsseitigen Anschluss auszugeben, vorgesehen.According to the invention therefore an apparatus for driving a contactor is introduced. The device comprises at least a first input-side terminal for a first supply voltage, a second input-side terminal for a second supply voltage, a first output-side terminal for a first electrode of a drive coil of the contactor, a second output-side terminal for a second electrode of the drive coil of the contactor and a control unit , According to the invention, a first switch which is connected between the first input-side terminal and the first output-side terminal, a second switch which is connected between the second output-side terminal and the second input-side terminal, and a holding current unit connected to the first output-side terminal, which formed is to output a holding current for the drive coil of the contactor to the first output side terminal, provided.

Die Vorrichtung der Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Ansteuerung der Ansteuerspule des Schützes während der Anzugsphase und der Haltephase mit unterschiedlichen Spannungsniveaus konstanter Spannungen vorgenommen wird. Dadurch wird die unerwünschte elektromagnetische Abstrahlung minimiert und die Komplexität der Schaltung für die Ansteuerung stark reduziert. Die Vorrichtung verwendet eine Haltestromeinheit, die einen möglichst genau bemessenen Haltestrom für den Haltemodus verwendet und verbindet die Ansteuerspule während der Anzugsphase über den ersten Schalter direkt mit der Spannungsversorgung der Vorrichtung (gewöhnlich eine übliche Niederspannungsbatterie), so dass eine kurzzeitig stark erhöhte Leistung für das Anziehen des Schützes zur Verfügung steht.The device of the invention offers the advantage that a control of the drive coil of the contactor during the tightening phase and the holding phase is performed with different voltage levels of constant voltages. This minimizes unwanted electromagnetic radiation and greatly reduces the complexity of the drive circuitry. The device uses a holding current unit, the most accurate rated holding current for the hold mode is used and connects the Ansteuerspule during the attraction phase via the first switch directly to the power supply of the device (usually a conventional low-voltage battery), so that a short time greatly increased power for the donation of the contactor is available.

Die Vorrichtung kann eine Diode aufweisen, welche eine mit der Haltestromeinheit verbundene Anode und eine mit dem ersten ausgangsseitigen Anschluss verbundene Kathode aufweist. Die Diode stellt für bestimmte Ausführungsformen der Haltestromeinheit sicher, dass während der Anzugsphase kein Strom von der Versorgungsspannung in den Ausgang der Haltestromeinheit fließen und diese möglicherweise beschädigen kann.The device may include a diode having an anode connected to the holding power unit and a cathode connected to the first output side terminal. For certain embodiments of the holding current unit, the diode ensures that during the starting phase no current can flow from the supply voltage into the output of the holding current unit and possibly damage it.

Die Haltestromeinheit ist bevorzugt als ein DC/DC-Umsetzer ausgebildet, der eingangsseitig mit dem ersten und dem zweiten eingangsseitigen Anschluss verbunden und ausgebildet ist, eine Haltespannung auszugeben, welche, an die Ansteuerspule ausgegeben, den Haltestrom erzeugt. Ein solcher DC/DC-Umsetzer ist als elektronische Standardkomponente kostengünstig und benötigt wegen der verhältnismäßig geringen im Haltemodus benötigten Ausgangsleistung nur geringen Schaltungsaufwand.The holding current unit is preferably designed as a DC / DC converter, which is connected on the input side to the first and the second input-side terminal and designed to output a holding voltage which, output to the drive coil, generates the holding current. Such a DC / DC converter is inexpensive as a standard electronic component and requires only a small amount of circuitry because of the relatively low output power required in the holding mode.

Der DC/DC-Umsetzer ist vorzugsweise ausgebildet, eine Haltespannung zu erzeugen, welche niedriger als eine zwischen den ersten und zweiten eingangsseitigen Anschlüssen anliegende Versorgungsspannung ist. Ein solcher DC/DC-Umsetzer kann beispielsweise als Buck-Konverter ausgeführt sein.The DC / DC converter is preferably designed to generate a holding voltage which is lower than a supply voltage present between the first and second input-side terminals. Such a DC / DC converter can be designed, for example, as a buck converter.

Alternativ kann die Haltestromeinheit als Stromquelle ausgeführt sein, welche ausgebildet ist, den Haltestrom zu erzeugen und auszugeben. Die Stromquelle wird dann bevorzugt für den Haltemodus von der Steuereinheit aktiviert und während des Anzugsmodus und der Ausphase deaktiviert. Da die Stromquelle dabei nur jeweils einmal zu Beginn und Ende des Haltemodus geschaltet wird, ist diese Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit unbedenklich, erlaubt aber die Bereitstellung eines gleichbleibenden Haltestroms trotz in der Produktion variierender ohmscher Widerstände der Ansteuerspulen der verwendeten Schütze und deren Kontaktierung über die ersten und zweiten ausgangsseitigen Anschlüsse.Alternatively, the holding current unit may be implemented as a current source, which is designed to generate and output the holding current. The power source is then preferably activated for the hold mode by the control unit and deactivated during the pull-up mode and the pull-out phase. Since the current source is switched only once at the beginning and end of the hold mode, this embodiment of the invention with respect to the electromagnetic compatibility is harmless, but allows the provision of a constant holding current despite varying in the production resistive resistors of the drive coils of the contactors used and their contacting the first and second output ports.

Die Vorrichtung kann eine Freilaufdiode besitzen, welche eine mit dem zweiten eingangsseitigen Anschluss verbundene Anode und eine mit der Haltestromeinheit oder dem ersten ausgangsseitigen Anschluss verbundene Kathode aufweist. Insbesondere zu Beginn der Ausphase wirkt die Ansteuerspule des Schützes einer Änderung des sie durchfließenden Stromes entgegen. Daher sollte auch nach Ausschalten des Haltestromes ein Strom fließen können, was durch die Freilaufdiode sichergestellt wird.The device may have a freewheeling diode having an anode connected to the second input side terminal and a cathode connected to the holding current unit or the first output side terminal. In particular, at the beginning of Ausphase the control coil of the contactor counteracts a change in the current flowing through it. Therefore, even after switching off the holding current, a current should be able to flow, which is ensured by the freewheeling diode.

Die Vorrichtung weist bevorzugt ein Klemmspannungselement auf, welches ein mit dem zweiten ausgangsseitigen Anschluss verbundenes erstes Terminal und ein mit dem zweiten eingangsseitigen Anschluss verbundenes zweites Terminal aufweist. Das Klemmspannungselement hat die Aufgabe, eine Klemmspannung am unteren Anschluss der Ansteuerspule zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Abschaltvorgang an der Ansteuerspule eine hohe negative Spannung anliegt, so dass ein beschleunigter Ausschaltvorgang stattfinden kann.The device preferably has a clamping voltage element which has a first terminal connected to the second output-side terminal and a second terminal connected to the second input-side terminal. The clamping voltage element has the task of generating a clamping voltage at the lower terminal of the drive coil. This ensures that a high negative voltage is applied to the drive coil during the switch-off process, so that an accelerated switch-off process can take place.

Das Klemmspannungselement ist besonders bevorzugt eine Zener-Diode, deren Kathode das erste Terminal und deren Anode das zweite Terminal des Klemmspannungselementes darstellen.The clamping voltage element is particularly preferably a Zener diode whose cathode is the first terminal and whose anode is the second terminal of the clamping voltage element.

Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, in einer Anzugsphase den ersten und den zweiten Schalter zu schließen, in einer auf die Anzugsphase folgenden Haltephase den ersten Schalter zu öffnen und den zweiten Schalter geschlossen zu halten und in einer auf die Anzugsphase folgenden Ausphase den ersten Schalter offen zu halten und den zweiten Schalter zu öffnen. Durch dieses einfache Schaltschema können die unterschiedlichen Spannungs- und Stromniveaus für die verschiedenen Phasen realisiert werden.The control unit may be configured to close the first and second switches in a starting phase, to open the first switch in a holding phase following the starting phase and to keep the second switch closed and to open the first switch in a phase-out phase following the starting phase hold and open the second switch. This simple circuit diagram allows the different voltage and current levels for the different phases to be realized.

Ein zweiter Erfindungsaspekt führt ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges, einer Niederspannungsbatterie, einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen Hochspannungsbatterie, einem mit einem Ausgang der Hochspannungsbatterie verbundenen Schütz und einer Vorrichtung zum Ansteuern des Schützes gemäß dem vorhergehenden Erfindungsaspekt ein. Die Vorrichtung zum Ansteuern des Schützes ist dabei eingangsseitig mit der Niederspannungsbatterie und ausgangsseitig mit einer Ansteuerspule des Schützes verbunden. Die Vorrichtung des ersten Erfindungsaspektes kann in einem Hybrid- oder Elektroauto verwendet werden, um, versorgt durch die wegen ihrer geringen Spannung permanent unter Spannung stehende Anlasserbatterie (Hybrid-Auto mit zusätzlichem Verbrennungsmotor) oder Niederspannungsbatterie, die die Hochspannungsbatterie (Traktionsbatterie) absichernden Schütze zum Starten zu schließen.A second aspect of the invention introduces a motor vehicle having an electric drive motor for driving the motor vehicle, a low voltage battery, a high voltage battery connected to the electric drive motor, a contactor connected to an output of the high voltage battery and a device for driving the contactor according to the previous aspect of the invention. The device for controlling the contactor is on the input side connected to the low-voltage battery and the output side with a drive coil of the contactor. The device of the first aspect of the invention may be used in a hybrid or electric car to start the starting of the high voltage battery (traction battery) protecting contactors powered by the low voltage permanent starter battery (hybrid internal combustion engine) or low voltage battery close.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 eine übliche Hochspannungsbatterie in einem detaillierteren Blockschaltbild, 1 a conventional high-voltage battery in a more detailed block diagram,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, 2 a first embodiment of the invention,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und 3 A second embodiment of the invention and

4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 a third embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine übliche Hochspannungsbatterie in einem detaillierteren Blockschaltbild. Eine Vielzahl von Batteriezellen sind in Serie sowie optional zusätzlich parallel geschaltet, um eine für eine jeweilige Anwendung gewünschte hohe Ausgangsspannung und Batteriekapazität zu erreichen. Zwischen den Pluspol der Batteriezellen und ein positives Batterieterminal 14 ist eine Lade- und Trenneinrichtung 16 geschaltet. Optional kann zusätzlich zwischen den Minuspol der Batteriezellen und ein negatives Batterieterminal 15 eine Trenneinrichtung 17 geschaltet werden. Die Trenn- und Ladeeinrichtung 16 und die Trenneinrichtung 17 umfassen jeweils einen Schütz 18 beziehungsweise 19, welche dafür vorgesehen sind, die Batteriezellen von den Batterieterminals abzutrennen, um die Batterieterminals spannungsfrei zu schalten. Aufgrund der hohen Gleichspannung der seriengeschalteten Batteriezellen ist andernfalls erhebliches Gefährdungspotential für Wartungspersonal oder dergleichen gegeben. In der Lade- und Trenneinrichtung 16 ist zusätzlich ein Ladeschütz 20 mit einem zu dem Ladeschütz 20 in Serie geschalteten Ladewiderstand 21 vorgesehen. Der Ladewiderstand 21 begrenzt einen Aufladestrom für den Kondensator 11, wenn die Batterie an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen wird. Hierzu wird zunächst das Schütz 18 offen gelassen und nur der Ladeschütz 20 geschlossen. Erreicht die Spannung am positiven Batterieterminal 14 die Spannung der Batteriezellen, kann das Schütz 19 geschlossen und gegebenenfalls das Ladeschütz 20 geöffnet werden. Die Schütze 18, 19 und das Ladeschütz 20 erhöhen die Kosten für eine Batterie 10 nicht unerheblich, da hohe Anforderungen an ihre Zuverlässigkeit und an die von ihnen zu führenden Ströme gestellt werden. 1 shows a conventional high voltage battery in a more detailed block diagram. A large number of battery cells are connected in series as well as optionally additionally in parallel in order to achieve a high output voltage and battery capacity desired for a particular application. Between the positive pole of the battery cells and a positive battery terminal 14 is a loading and separating device 16 connected. Optionally, in addition, between the negative pole of the battery cells and a negative battery terminal 15 a separator 17 be switched. The separating and charging device 16 and the separator 17 each include a contactor 18 respectively 19 which are intended to disconnect the battery cells from the battery terminals to turn off the battery terminals voltage. Due to the high DC voltage of the series-connected battery cells is otherwise significant risk potential for maintenance personnel or the like. In the loading and separating device 16 is additionally a charging contactor 20 with one to the charging contactor 20 series connected load resistor 21 intended. The charging resistance 21 limits a charging current for the capacitor 11 when the battery is connected to the DC link. For this purpose, first the contactor 18 left open and only the charging contactor 20 closed. Reaches the voltage at the positive battery terminal 14 the voltage of the battery cells, the contactor can 19 closed and, if necessary, the charging contactor 20 be opened. The shooter 18 . 19 and the charging contactor 20 increase the cost of a battery 10 not insignificant, since high demands are placed on their reliability and on the currents to be supplied by them.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 100 zum Ansteuern eines Schützes, von welchem nur eine Ansteuerspule 202 dargestellt ist, ist eingangsseitig mit einer Spannungsquelle 201 verbunden, welche die Vorrichtung 100 versorgt, aber auch den von der Vorrichtung 100 kontrollierten Strom für die Ansteuerung des Schützes bereitstellt. Die Spannungsquelle 201 ist üblicherweise als Niederspannungsbatterie ausgeführt. Die Ansteuerspule 202 des Schützes ist mit der Vorrichtung 100 ausgangsseitig verbunden. Die Vorrichtung 100 weist erste und zweite Schalter 101 und 102 auf, welche zwischen jeweils einen Pol der Spannungsquelle 201 und eine Elektrode der Ansteuerspule 202 geschaltet sind. Werden beide Schalter 101, 102 gleichzeitig geschlossen, wird die Ansteuerspule 202 direkt mit der Spannungsquelle 201 verbunden und es beginnt ein maximaler Strom zu fließen, der groß genug ist, um den Schütz anziehen zu lassen, so dass das Schütz in den leitenden Zustand übergeht. 2 shows a first embodiment of the invention. The device 100 for driving a contactor, of which only one Ansteuerspule 202 is shown on the input side with a voltage source 201 connected to the device 100 supplied, but also from the device 100 provides controlled current for the control of the contactor. The voltage source 201 is usually designed as a low-voltage battery. The drive coil 202 the contactor is with the device 100 connected on the output side. The device 100 has first and second switches 101 and 102 on, which between each one pole of the voltage source 201 and an electrode of the drive coil 202 are switched. Be both switches 101 . 102 closed at the same time, the drive coil 202 directly with the voltage source 201 and a maximum current begins to flow which is large enough to cause the contactor to tighten so that the contactor transitions to the conducting state.

Die Vorrichtung 103 weist zudem eine Haltestromeinheit 103 auf, welche ebenfalls von der Spannungsquelle 201 versorgt wird. Die Haltestromeinheit 103 stellt einen Haltestrom zu Verfügung, der während der auf die Anzugsphase folgenden Haltephase dafür sorgt, dass das Schütz geschlossen bleibt. Da hierbei nicht wie während der Anzugsphase eine Masseträgheit des elektromechanischen Schützes zu überwinden ist, genügt bereits ein geringerer Strom, um den Schütz im geschlossenen Zustand zu halten, so dass vorteilhaft Leistung eingespart werden kann. Während der Haltephase wird daher der erste Schalter 101 wieder geöffnet (und gegebenenfalls die Haltestromeinheit 103 aktiviert), so dass die Ansteuerspule 202 nur noch vom Haltestrom durchflossen wird. Der Haltestrom fließt dabei über eine optionale Diode 105, welche zwischen die Haltestromeinheit 103 und die Ansteuerspule 202 geschaltet ist und die Aufgabe hat, einen Stromfluss in den Ausgang der Haltestromeinheit 103 zu verhindern. Bei bestimmten Ausführungen der Haltestromeinheit 103 kann die Diode 105 jedoch entfallen, wenn bereits intern sichergestellt ist, dass kein Strom in den Ausgang der Haltestromeinheit 103 fließen kann.The device 103 also has a holding current unit 103 on, which also from the voltage source 201 is supplied. The holding current unit 103 provides a holding current that ensures that the contactor remains closed during the holding phase following the pull-in phase. Since this is not how to overcome a mass inertia of the electromechanical contactor during the tightening phase, already a lower current is sufficient to keep the contactor in the closed state, so that advantageously power can be saved. During the hold phase, therefore, the first switch 101 opened again (and possibly the holding current unit 103 activated), so that the drive coil 202 only the holding current flows through it. The holding current flows through an optional diode 105 which between the holding power unit 103 and the drive coil 202 is switched and has the task of a current flow in the output of the holding current unit 103 to prevent. In certain embodiments of the holding current unit 103 can the diode 105 however, if it is already internally ensured that there is no current in the output of the holding current unit 103 can flow.

Zusätzlich ist beim ersten Ausführungsbeispiel eine Freilaufdiode 106 vorgesehen, welche an verschiedensten Stellen der Schaltung vorgesehen sein kann und einen Freilaufstrompfad für den in der Ansteuerspule 202 fließenden Strom im Fall des Ausschaltens des Haltestromes zur Verfügung stellen soll. Die Ausphase wird dadurch eingeleitet, dass auch der zweite Schalter 102 geöffnet und gegebenenfalls zusätzlich die Haltestromeinheit 103 deaktiviert wird. Da die Ansteuerspule 202 aufgrund ihrer Induktivität einer Änderung des sie durchfließenden Stromes entgegenwirkt, bewirkt sie auch nach ihrer Abtrennung von den Versorgungsspannungen einen Stromfluss, welcher nun die Freilaufdiode 106 und im hier gezeigten Beispiel aufgrund der Serienschaltung auch die Diode 105 durchschaltet. Weil auch der zweite Anschluss der Ansteuerspule 202 den Strom leiten muss, entsteht hier eine hohe negative Spannung, welche zum Durchbruch einer als Klemmspannungselement 107 dienenden Zenerdiode führt. Der Stromfluss in der Ansteuerspule 202 verringert sich schnell, so dass auch das Magnetfeld der Ansteuerspule 202 abnimmt und der Schütz abfällt, wodurch das Schütz geöffnet wird.In addition, in the first embodiment, a freewheeling diode 106 provided, which may be provided at various points of the circuit and a freewheeling current path for in the drive coil 202 to provide flowing power in the case of turning off the holding current. The phase-out is initiated by the fact that the second switch 102 opened and optionally additionally the holding current unit 103 is deactivated. Since the drive coil 202 counteracts a change in the current flowing through them due to their inductance, it causes a current flow after its separation from the supply voltages, which now the freewheeling diode 106 and in the example shown here, due to the series connection, the diode 105 turns on. Because also the second connection of the drive coil 202 must conduct the current, here creates a high negative voltage, which is the breakthrough as a clamping voltage element 107 serving Zener diode leads. The current flow in the drive coil 202 decreases rapidly, so that the magnetic field of the drive coil 202 decreases and the contactor drops, whereby the contactor is opened.

Der erste Schalter 101, der zweite Schalter 102 und gegebenenfalls die Haltestromeinheit 103 werden durch eine Steuereinheit 104 gesteuert. Die Schalter 101 und 102 werden bevorzugt als Halbleiterschalter, beispielsweise als MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), ausgeführt.The first switch 101 , the second switch 102 and optionally the holding current unit 103 be through a control unit 104 controlled. The switches 101 and 102 are preferably designed as semiconductor switches, for example as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die gleich bezeichneten Komponenten entsprechen jenen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass das dort Gesagte auch auf das zweite Ausführungsbeispiel zu übertragen ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel soll hier eine Mehrzahl von Schützen, im Beispiel zwei Schütze, angesteuert werden. Hierbei sind wiederum nur die Ansteuerspulen 202-1 und 202-2 der Schütze dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel verfügt über zwei zweite Schalter 102-1 und 102-2. Entsprechend sind auch zwei Klemmspannungselemente 107-1 und 107-2 vorgesehen, welche wiederum bevorzugt als Zener-Dioden ausgeführt sind. Beide Ansteuerspulen 202-1 und 202-2 sind mit einer Elektrode an einen gemeinsamen Ausgang der Vorrichtung 100 angeschlossen, so dass nur eine Haltestromeinheit 103 vorgesehen ist, die den Haltestrom für beide Ansteuerspulen 202-1 und 202-2 bereitstellt. Hierbei ist die Haltestromeinheit 103 vorzugsweise als DC/DC-Umsetzer ausgebildet, eine Haltespannung zu erzeugen, welche in den Ansteuerspulen 202-1 und 202-2 den gewünschten Haltestrom erzeugt. Die Ausführung der Haltestromeinheit als eine solche Spannungsquelle bietet den Vorteil, dass ohne schaltungstechnische Veränderung der Vorrichtung 100 mehrere Schütze angesteuert werden können, da sich jeweils der benötigte Ausgangsstrom (Haltestrom) aus der vom DC/DC-Umsetzer erzeugten Spannung ergibt. 3 shows a second embodiment of the invention. The components denoted the same correspond to those of the first exemplary embodiment, so that what has been said there has also to be transferred to the second exemplary embodiment. In contrast to the first exemplary embodiment, a plurality of contactors, in this example two contactors, are to be activated here. Again, only the drive coils are involved 202-1 and 202-2 the shooter shown. The second embodiment has two second switches 102-1 and 102-2 , Accordingly, two clamping voltage elements 107-1 and 107-2 provided, which in turn are preferably designed as zener diodes. Both drive coils 202-1 and 202-2 are with an electrode to a common output of the device 100 connected, leaving only a holding power unit 103 is provided, the holding current for both Ansteuerspulen 202-1 and 202-2 provides. Here is the holding current unit 103 preferably designed as a DC / DC converter to generate a holding voltage, which in the Ansteuerspulen 202-1 and 202-2 generates the desired holding current. The design of the holding current unit as such a voltage source offers the advantage that without circuitry-related modification of the device 100 multiple contactors can be controlled, since in each case the required output current (holding current) results from the voltage generated by the DC / DC converter.

4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hier gilt wiederum das zu den anderen beiden Ausführungsbeispielen Gesagte, soweit keine anderslautende Aussage getroffen wird. Beim dritten Ausführungsbeispiel wird jede Ansteuerspule 202-1, 202-2 an ein gesondertes Paar Ausgänge angeschlossen. In der Vorrichtung 100 sind daher auch jeweils ein erster Schalter 101-1 und 101-2 vorgesehen. Dies erlaubt die individuelle Ansteuerung der beiden an die Vorrichtung angeschlossenen Schütze, was insbesondere im Fall einer Lade- und Trenneinrichtung wie in 1 gezeigt vorteilhaft ist, da hier unterschiedliche Anzugs- und Ausphasen der Schütze verwirklicht werden müssen. Vorzugsweise sind jedoch nur eine Haltestromeinheit 103 und eine Freilaufdiode 106 vorgesehen. Aufgrund der getrennten Pfade für die Halteströme für die beiden Ansteuerspulen 202-1 und 202-2 sind jedoch gesonderte Dioden 105-1 und 105-2 vorgesehen. 4 shows a third embodiment of the invention. Again, the same applies to the other two embodiments, unless otherwise stated. In the third embodiment, each drive coil 202-1 . 202-2 connected to a separate pair of outputs. In the device 100 are therefore each a first switch 101-1 and 101-2 intended. This allows the individual control of the two contactors connected to the device, which is especially true in the case of a charging and disconnecting device as in 1 shown advantageous, since different tightening and Ausphasen the shooter must be realized here. Preferably, however, only one holding current unit 103 and a freewheeling diode 106 intended. Due to the separate paths for the holding currents for the two drive coils 202-1 and 202-2 however, are separate diodes 105-1 and 105-2 intended.

Claims (10)

Eine Vorrichtung (100) zum Ansteuern eines Schützes (18, 19), die Vorrichtung (100) wenigstens umfassend einen ersten eingangsseitigen Anschluss für eine erste Versorgungsspannung, einen zweiten eingangsseitigen Anschluss für eine zweite Versorgungsspannung, einen ersten ausgangsseitigen Anschluss für eine erste Elektrode einer Ansteuerspule (202) des Schützes (18, 19), einen zweiten ausgangsseitigen Anschluss für eine zweiten Elektrode der Ansteuerspule (202) des Schützes (18, 19) und eine Steuereinheit (104), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schalter (101), welcher zwischen den ersten eingangsseitigen Anschluss und den ersten ausgangsseitigen Anschluss geschaltet ist, ein zweiter Schalter (102), welcher zwischen den zweiten ausgangsseitigen Anschluss und den zweiten eingangsseitigen Anschluss geschaltet ist, und eine mit dem ersten ausgangsseitigen Anschluss verbundene Haltestromeinheit (103), welche ausgebildet ist, einen Haltestrom für die Ansteuerspule (202) des Schützes (18, 19) an den ersten ausgangsseitigen Anschluss auszugeben, vorgesehen sind.A device ( 100 ) for driving a contactor ( 18 . 19 ), the device ( 100 ) at least comprising a first input-side terminal for a first supply voltage, a second input-side terminal for a second supply voltage, a first output-side terminal for a first electrode of a drive coil ( 202 ) of the contactor ( 18 . 19 ), a second output side terminal for a second electrode of the drive coil ( 202 ) of the contactor ( 18 . 19 ) and a control unit ( 104 ), characterized in that a first switch ( 101 ), which is connected between the first input-side terminal and the first output-side terminal, a second switch ( 102 ) connected between the second output side terminal and the second input side terminal and a holding current unit connected to the first output side terminal (FIG. 103 ), which is formed, a holding current for the drive coil ( 202 ) of the contactor ( 18 . 19 ) to output to the first output-side terminal, are provided. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, mit einer Diode (105), welche eine mit der Haltestromeinheit (103) verbundene Anode und eine mit dem ersten ausgangsseitigen Anschluss verbundene Kathode aufweist.The device ( 100 ) according to claim 1, with a diode ( 105 ), which one with the holding current unit ( 103 ) and an anode connected to the first output side terminal. Die Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Haltestromeinheit (103) als ein DC/DC-Umsetzer ausgebildet ist, der eingangsseitig mit dem ersten und dem zweiten eingangsseitigen Anschluss verbunden und ausgebildet ist, eine Haltespannung auszugeben, welche an die Ansteuerspule (202) ausgegeben den Haltestrom erzeugt.The device ( 100 ) according to one of claims 1 or 2, in which the holding current unit ( 103 ) is formed as a DC / DC converter, which is connected on the input side to the first and the second input-side terminal and is designed to output a holding voltage which is applied to the drive coil ( 202 ) output the holding current generated. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, bei der der DC/DC-Umsetzer ausgebildet ist, eine Haltespannung zu erzeugen, welche niedriger als eine zwischen den ersten und zweiten eingangsseitigen Anschlüssen anliegende Versorgungsspannung ist.The device ( 100 ) according to claim 3, wherein the DC / DC converter is adapted to generate a holding voltage which is lower than a voltage applied between the first and second input-side terminals supply voltage. Die Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Haltestromeinheit (103) eine Stromquelle ist, welche ausgebildet ist, den Haltestrom zu erzeugen und auszugeben.The device ( 100 ) according to one of claims 1 or 2, in which the holding current unit ( 103 ) is a current source which is designed to generate and output the holding current. Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Freilaufdiode (106), welche eine mit dem zweiten eingangsseitigen Anschluss verbundene Anode und eine mit der Haltestromeinheit (103) oder dem ersten ausgangsseitigen Anschluss verbundene Kathode aufweist. The device ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a freewheeling diode ( 106 ), which has an anode connected to the second input-side terminal and one connected to the holding current unit ( 103 ) or cathode connected to the first output side terminal. Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Klemmspannungselement (107), welches ein mit dem zweiten ausgangsseitigen Anschluss verbundenes erstes Terminal und ein mit dem zweiten eingangsseitigen Anschluss verbundenes zweites Terminal aufweist.The device ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a clamping voltage element ( 107 ) having a first terminal connected to the second output side terminal and a second terminal connected to the second input side terminal. Die Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, bei der das Klemmspannungselement (107) eine Zener-Diode, das erste Terminal eine Kathode der Zener-Diode und das zweite Terminal eine Anode der Zener-Diode sind.The device ( 100 ) according to claim 7, wherein the clamping voltage element ( 107 ) Zener diode, the first terminal is a cathode of the Zener diode and the second terminal is an anode of the Zener diode. Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinheit (104) ausgebildet ist, in einer Anzugsphase den ersten und den zweiten Schalter (101, 102) zu schließen, in einer auf die Anzugsphase folgenden Haltephase den ersten Schalter (101) zu öffnen und den zweiten Schalter (102) geschlossen zu halten und in einer auf die Anzugsphase folgenden Ausphase den ersten Schalter (101) offen zu halten und den zweiten Schalter (102) zu öffnen.The device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the control unit ( 104 ) is formed, in a suit phase, the first and the second switch ( 101 . 102 ), in a holding phase following the pull-in phase, the first switch ( 101 ) and the second switch ( 102 ) and, in a phase-out following the suit phase, 101 ) and the second switch ( 102 ) to open. Ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges, einer Niederspannungsbatterie, einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen Hochspannungsbatterie, einem mit einem Ausgang der Hochspannungsbatterie verbundenen Schütz (18, 19) und einer Vorrichtung (100) zum Ansteuern des Schützes (18, 19) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) zum Ansteuern des Schützes (18, 19) eingangsseitig mit der Niederspannungsbatterie und ausgangsseitig mit einer Ansteuerspule (202) des Schützes (18, 19) verbunden ist.A motor vehicle having an electric drive motor for driving the motor vehicle, a low-voltage battery, a high-voltage battery connected to the electric drive motor, a contactor connected to an output of the high-voltage battery ( 18 . 19 ) and a device ( 100 ) for controlling the contactor ( 18 . 19 ) according to one of the preceding claims, wherein the device ( 100 ) for controlling the contactor ( 18 . 19 ) on the input side with the low-voltage battery and on the output side with a drive coil ( 202 ) of the contactor ( 18 . 19 ) connected is.
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