DE102011016056A1

DE102011016056A1 - Hybrides Schaltelement, Schaltungsanordnung und Verfahren zur Steuerung eines hybriden Schaltelements einer Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102011016056A1
Application number: DE102011016056A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lemke; Ulrich Czarkowski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-10-11

Abstract

eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Steuerung der Schaltungsanordnung, wobei das hybride Schaltelement (2) ein erstes elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens einen Hauptschützschalter (8) umfasst, wobei das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, wobei das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch derart parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, dass eine Vorwärtsrichtung des ersten elektronischen oder elektrischen Schaltelements entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren elektronischen oder elektrischen Schaltelements ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hybrides Schaltelement, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Steuerung eines hybriden Schaltelements einer Schaltungsanordnung.
In Elektro- oder Hybridfahrzeugen kann eine Antriebsenergie eine elektrische Energie sein, die z. B. in einer so genannten Traktionsbatterie gespeichert ist. In einem motorischen Betrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeuges kann elektrische Energie aus der Traktionsbatterie über ein so genanntes Traktionsnetz an eine Elektromaschine, beispielsweise einen dreiphasigen, permanentmagneterregten Synchronmotor, übertragen werden. Das Traktionsnetz umfasst in der Regel einen so genannten Zwischenkreiskondensator sowie einen Wechselrichter, beispielsweise einen dreiphasigen Wechselrichter, der Eingangsspannungen für die Elektromaschine im motorischen Betrieb erzeugt.
In einem generatorischen Betrieb (Rekuperationsmodus) kann elektrische Energie von der Elektromaschine über den Wechselrichter und den Zwischenkreiskondensator an die Traktionsbatterie übertragen werden. Hierbei fungiert der Wechselrichter als Gleichrichter einer von der Elektromaschine erzeugten Wechselspannung.
Es existiert der Wunsch, die Traktionsbatterie vorzugsweise allpolig elektrisch von dem Traktionsnetz und somit von den von dem Traktionsnetz umfassten elektrischen oder elektronischen Elementen zu trennen. Hierfür sind in der Regel so genannte Schütze oder Schätzschalter zwischen Anschlussstellen der Traktionsbatterie, beispielsweise Polen der Traktionsbatterie, und Anschlussstellen des Traktionsnetzes angeordnet.
Ein Schütz kann ein elektrisch oder pneumatisch betätigter oder elektronischer Schalter für große Leistungen sein und ähnelt einem Relais. In der Regel umfasst ein Schätzschalter eine Magnetspule, durch welche ein Steuerstrom fließen kann. Fließt ein solcher Steuerstrom durch die Magnetspule, so kann das derart erzeugte Magnetfeld mechanische Kontakte in einen aktiven Zustand ziehen. In einem stromlosen Zustand der Magnetspule stellt eine Feder den Ruhezustand wieder her, wobei Kontakte geöffnet werden. Beim Schließen und Trennen der Kontakte können so genannte Abreißfunken oder Schaltlichtbogen auftreten. Dies führt zu einem nachteiligen Kontaktabbrand, also einer mechanischen Beschädigung des Schätzschalters.
Existierende Schätzschalter haben ein hohes Gewicht, ein großes Bauvolumen und einen hohen Preis. Darüber hinaus können sie nur über eine begrenzte Anzahl von Schaltzyklen betrieben werden, wobei eine Alterung des Schätzschalters durch nicht lastfreies Schalten stark beschleunigt wird.
Somit ist es wünschenswert, Schätzschalter lastfrei oder annähernd lastfrei zu schalten, wobei bei einem lastfreien Schalten die elektrisch zu verbindenden Anschlussstellen gleiches oder annähernd gleiches Potenzial aufweisen und somit ein Stromfluss durch den Schätzschalter beim Schließen des Kontaktes minimiert wird.
Hierzu können so genannte Entstörglieder eingesetzt werden, die typischerweise als R-C-Kombinationen ausgeführt werden können.
Aus der DE 103 15 982 A1 ist ein hybrides elektromagnetisches Gleichstromschütz bekannt, welches eine Leistungseinheit zum Zuführen einer bestimmten Leistungsspannung, einen Hauptkontaktpunkt eines Unterbrecherschalters zum Vorsehen eines Zufuhrweges der Leistungsspannung durch ein eingeschaltetes Gleichstromschütz in Übereinstimmung mit einer Spannungsanlegung an eine Betriebsspule, einen Schalter zum Vorsehen eines Zufuhrweges der Leistungsspannung gemäß einem Gate-Signal, eine Dämpferschaltung zum Laden von Spannung an beiden Enden des Schalters beim Ausschalten des Schalters und zur Entladung durch Fluss eines elektrischen Stromes, wenn die geladene Spannung nicht geringer ist als eine bestimmte Spannung, und eine Entladestrom-Entferneinheit zum Entfernen des Entladestroms durch Vorsehen eines Entladestromweges zu einem Lastblock beim Ausschalten des Schalters umfasst. Die Druckschrift offenbart weiter so genannte Zweiwege-Halbleiterschalter, die einen bidirektionalen Stromfluss durch das Gleichstromschütz ermöglichen.
Die „E. R. Motto et. al., Application characteristics of an Experimental RB-IGBT (Reverse Blocking IGBT) Module, Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, Conference Record of the 2004 IEEE, pages 1540–1544, Vol. 3, 2004” beschreibt einen selbstsperrenden IGBT.
Es stellt sich das technische Problem, ein hybrides Schaltelement, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Steuerung eines hybriden Schaltelements in einer Schaltungsanordnung zu schaffen, welche ein verbessertes, insbesondere lastfreies oder annähernd lastfreies, bidirektionales Schalten von Leistungsströmen ermöglichen und einen schaltelementbedingten Energieverbrauch reduzieren.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 5 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein hybrides Schaltelement. Das hybride Schaltelement umfasst ein erstes elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltelement. Das erste elektrische oder elektronische Schaltelement und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement werden der Einfachheit halber nachfolgend als erstes und weiteres Schaltelement bezeichnet.
Das erste und weitere Schaltelement können hierbei Leistungshalbleiterschaltelemente sein. Beispielsweise können das erste und das weitere Schaltelement jeweils ein IGBT (insulatedgate bipolar transistor) oder MOSFET (metal oxide semi field-effect transistor) sein. Mittels des ersten und weiteren Schaltelements ist ein Stromfluss durch das erste bzw. das weitere Schaltelement steuerbar. Beispielsweise können durch eine Einstellung einer Gate-Spannung Schaltzustände, z. B. sperrend oder leitend, der Schaltelemente eingestellt werden.
Weiter umfasst das hybride Schaltelement mindestens einen Hauptschützschalter. Der Hauptschützschalter ist ein elektrisch oder pneumatisch betätigter oder elektronischer Schalter für große Leistungen. Insbesondere können mittels des Hauptschützschalters Anschlussstellen mechanisch unterbrochen oder verbunden werden. Ein hierzu geeignetes Verbindungselement ist beispielsweise elektromechanisch oder pneumatisch betätigbar. Beispielsweise kann mittels des Hauptschützschalters eine Anschlussstelle einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einer Anschlussstelle eines Traktionsnetzes, beispielsweise einer Anschlussstelle eines Zwischenkreiskondensators, elektrisch verbunden werden, wobei der Hauptschützschalter eine Verbindung oder Unterbrechung mechanisch herstellt. Der Hauptschützschalter unterscheidet sich von den Schaltelementen durch das Merkmal, dass die Schaltelement ein elektrisch oder elektronisch gesteuertes Verbinden oder Unterbrechen zwischen zwei zu verbindenden Anschlussstellen durchführen können, wobei der Hauptschützschalter ein solches Unterbrechen oder Verbinden mechanisch durchführt.
Das erste und das weitere Schaltelement sind elektrisch parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter angeordnet.
Erfindungsgemäß ist das erste Schaltelement und das weitere Schaltelement derart parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter angeordnet, dass eine Vorwärtsrichtung des ersten Schaltelements entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren Schaltelements ist. Bei einem so genannten n-Kanal-IGBT bezeichnet eine Vorwärtsrichtung eine Richtung eines Stromflusses von einem Kollektor des n-Kanal-IGBT zu einem Emitter des n-Kanal-IGBT. Analog bezeichnet bei einem p-Kanal-IGBT eine Vorwärtsrichtung eine Richtung eines Stromflusses von einem Emitter zu einem Kollektor des p-Kanal-IGBT.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Schaltelement, welches ein möglichst lastfreies Schalten des Hauptschützschalters ermöglicht, eine mechanische Beschädigung des Hauptschützschalters reduziert und somit dessen Betriebszeit verlängert. Hierzu kann das erste oder das weitere Schaltelement zeitlich vor einem Einschalten (Leitend-Schalten) des Hauptschützschalters leitend geschaltet werden. Da das erste oder das weitere Schaltelement elektrisch parallel zum Hauptschützschalter geschaltet ist, kann ein Stromfluss zwischen zu verbindenden Abschnitten oder Anschlussstellen erfolgen, wodurch ebenfalls ein Potentialausgleich zwischen den zu verbindenden Abschnitten oder Anschlussstellen erfolgt. Der Hauptschützschalter kann leitend geschaltet werden, falls ein Potentialunterschied zwischen zu verbindenden Abschnitten oder Anschlussstellen ein vorbestimmtes Potential unterschreitet oder null ist. Hierdurch wird ein lastfreies Schalten des Hauptschützschalters ermöglicht, wodurch z. B. eine Lichtbogenbildung reduziert und somit eine mechanische Beschädigung und Alterung des Hauptschützschalters verhindert oder minimiert wird.
Das vorgeschlagene hybride Schaltelement ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise ein bidirektionales Schalten, wobei ein lastfreies Schalten unabhängig von einer gewünschten Stromrichtung durch das hybride Schaltelement erfolgen kann. Ist mittels des vorgeschlagenen hybriden Schaltelements beispielsweise eine Anschlussstelle einer Traktionsbatterie und eine Anschlussstelle eines Traktionsnetzes, beispielsweise eine Anschlussstelle eines Zwischenkreiskondensators, elektrisch verbindbar, so kann, z. B. in einem motorischen Betrieb eines die Traktionsbatterie und das Traktionsnetz umfassenden Elektro- oder Hybridfahrzeugs, Strom von der Traktionsbatterie in das Traktionsnetz fließen. Hierfür kann beispielsweise das erste Schaltelement zeitlich vor dem Hauptschützschalter leitend geschaltet werden. Analog kann z. B. in einem generatorischen Betrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs ein Strom aus dem Traktionsnetz in die Traktionsbatterie fließen. Hierfür kann beispielsweise das weitere Schaltelement zeitlich vor dem Hauptschützschalter leitend geschaltet werden.
Ein wesentlicher Unterschied des erfindungsgemäßen hybriden Schaltelements hinsichtlich des in der DE 103 15 982 A1 vorgeschlagenen hybriden Schaltelements besteht darin, dass das erste und das weitere Schaltelement derart parallel geschaltet sind, dass ihre Vorwärtsrichtungen entgegengesetzt sind. Die DE 103 15 982 A1 zeigt hingegen zwei parallel geschaltete Schaltelemente, deren Vorwärtsrichtungen gleich gerichtet sind.
Hinsichtlich einer weiteren in der DE 103 15 982 A1 vorgeschlagenen Ausführungsform eines bidirektionalen hybriden Schaltelements, welches ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement und hierzu parallel geschaltete Serienschaltungen von zwei Dioden aufweist, ergibt sich vorteilhafter Weise, dass in einem Leitend-Zustand keine Vorwärtsspannung an jeweils zwei Dioden abfallen muss, wodurch eine elektrische Verlustleistung, die sich annähernd als ein Produkt aus einer Summe der Vorwärtsspannungen der Dioden und der Vorwärtsspannung des Schaltelements und der Stromstärke des durch das Schaltelement fließenden Stromes ergibt, reduziert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Schaltelement und/oder weitere Schaltelement als bidirektional sperrendes Schaltelement ausgebildet. Beispielsweise kann das erste und/oder das weitere Schaltelement ein so genannter bidirektional sperrender IGBT (reverse-blocking IGBT) sein. Hierbei sind bidirektional sperrende Schaltelemente Schaltelemente, die in einer Rückwärtsrichtung sperrfähig sind, insbesondere sperrfähiger als herkömmliche Schaltelemente z. B. herkömmliche IGBT. Somit kann in vorteilhafter Weise eine hohe Rückwärtsspannung, beispielsweise eine hohe Emitter-Kollektor-Spannung bei einem n-Kanal-IGBT, anliegen, ohne dass es zu einem Durchbruch kommt. Hierbei ist eine Emitter-Kollektor-Spannung eine auf den n-Kanal-IGBT bezogene Rückwärtsspannung und eine Kollektor-Emitter-Spannung eine auf den n-Kanal-IGBT bezogene Vorwärtsspannung. Ein solcher bidirektional sperrender IGBT ist z. B. in der eingangs beschriebenen „E. R. Motto et. al., Application ...” offenbart.
Bei nicht bidirektional sperrenden Schaltelementen, also undirektional sperrenden Schaltelementen, ist in der Regel eine in Serie zu dem Schaltelement geschaltete Diode, deren Vorwärtsrichtung der Vorwärtsrichtung des Schaltelements entspricht, vorzusehen, um eine Rückwärtssperrfähigkeit des Schaltelements zu erhöhen. Eine Rückwärtsspannung fällt in diesem Fall zum großen Teil an der in Serie geschalteten Diode ab, wodurch ein Durchbruch des Schaltelements verhindert wird. Nachteilig ergibt sich hierbei jedoch, dass diese in Serie. geschaltete Diode im Normalbetrieb Verlustenergie erzeugt, die sich in Abhängigkeit der für einen Stromfluss durch die Diode benötigten Vorwärtsspannung und dem durch die Diode fließenden Strom ergibt.
Durch die Verwendung von bidirektional sperrenden Schaltelementen kann somit in vorteilhafter Weise eine Verlustleistung im Normalbetrieb des hybriden Schaltelements verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein erster Nebenschützschalter elektrisch seriell zu dem ersten Schaltelement angeordnet, wobei die Serienschaltung aus dem ersten Nebenschützschalter und dem ersten Schaltelement elektrisch parallel zu dem Hauptschützschalter geschaltet ist. Alternativ oder kumulativ ist ein weiterer Nebenschützschalter elektrisch seriell zu dem weiteren Schaltelement angeordnet, wobei die Serienschaltung aus dem weiteren Nebenschützschalter und dem weiteren Schaltelement elektrisch parallel zum dem Hauptschütz geschaltet ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine vollständige galvanische Trennung zwischen den mittels des hybriden Schaltelements verbindbaren Anschlussstellen oder Abschnitten erreicht werden. Ein Nebenschützschalter bezeichnet hierbei ein Schaltelement, welches, analog zu dem vorhergehend beschriebenen Hauptschützschalter, zwei zu verbindende Anschlussstellen oder Abschnitte mechanisch verbindet oder unterbricht. Besteht das hybride Schaltelement nur aus dem Hauptschützschalter und dem hierzu parallel geschalteten ersten und weiteren Schaltelement, so ist, auch bei offenem Hauptschützschalter, die verbindbaren Anschlussstellen nicht vollständig galvanisch getrennt. Z. B. können weiterhin Leckströme durch die Schaltelemente fließen. Dies wird durch die vorhergehend erläuterte Anordnung von Nebenschützschaltern in Serie zu den Schaltelementen in vorteilhafter Weise vermieden. Eine vollständige galvanische Trennung wird z. B. erreicht, wenn Haupt- und Nebenschützschalter geöffnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das hybride Schaltelement zusätzlich mindestens eine Schutzschaltung oder ein Schutzelement, wobei mittels der Schutzschaltung oder mittels des Schutzelements ein maximaler Stromfluss durch das hybride Schaltelement begrenzt wird. Die Schutzschaltung oder das Schutzelement kann hierbei beispielsweise eine Sicherung sein. Auch kann das Schutzelement oder die Schutzschaltung ein so genannter PTC-Thermistor sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine höhere Betriebssicherheit des hybriden Schaltelements erreicht, da beim Erreichen von unzulässigen hohen Strömen eine Verbindung zwischen den mittels des hybriden Schaltelements verbundenen Anschlussstellen oder Abschnitten mittels der Schutzschaltung oder des Schutzelements unterbrochen wird.
Der PTC-Thermistor kann hierbei in Serie zu dem hybriden Schaltelement geschaltet werden.
Auch kann ein PTC-Thermistor in Serie zu dem Hauptschützschalter und/oder ein weiterer PTC-Thermistor in Serie zu dem ersten Schaltelement und/oder ein weiterer PTC-Thermistor in Serie zu dem weiteren Schaltelement geschaltet werden.
Weiter vorgeschlagen wird eine Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung ein vorhergehend beschriebenes hybrides Schaltelement und mindestens eine Steuereinrichtung umfasst. Mittels der Steuereinrichtung ist hierbei mindestens ein Schaltzustand des ersten und des weiteren Schaltelements einstellbar. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung als Mikrocontroller ausgeführt sein. Weiter kann die Schaltungsanordnung eine Treiberstufe umfassen, wobei die Steuereinrichtung ein Eingangssignal für die Treiberstufe erzeugt, wobei die Treiberstufe in Abhängigkeit des von der Steuereinrichtung übertragenen Eingangssignals ein Eingangssignal für die Schaltelemente erzeugt. Beispielsweise können Eingangssignale des ersten und des weiteren Schaltelements Gate-Spannungen sein.
Weiter kann die Schaltungsanordnung einen weiteren Hauptschützschalter umfassen, wobei der (erste) Hauptschützschalter zwischen (ersten) Anschlussstellen und der weitere Hauptschützschalter zwischen weiteren, von den ersten verschiedenen, Anschlussstellen angeordnet ist.
Dabei kann mittels der Steuereinrichtung zusätzlich auch ein Schaltzustand des Hauptschützschalters und/oder des weiteren Hauptschützschalters eingestellt oder gesteuert werden. Auch kann ein Schaltzustand eines Nebenschützschalters mittels der vorgeschlagenen Steuereinrichtung eingestellt werden. Die Steuereinrichtung kann hierbei datentechnisch mit weiteren Steuereinrichtungen in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug verbunden sein, beispielsweise mit einem Motorsteuergerät zur Steuerung der Elektromaschine und eines Wechselrichters.
Erfindungsgemäß ist das erste und das weitere Schaltelement elektrisch derart parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter des hybriden Schaltelements angeordnet, das eine Vorwärtsrichtung des ersten Schaltelements entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren Schaltelements ist.
Die Steuereinrichtung kann hierbei Schaltzeitpunkte der Schaltelemente bestimmen. Auch kann die Steuereinrichtung einen Schaltzustand der Schaltelemente in Abhängigkeit eines Betriebsmodus (motorischer Betrieb oder generatorischer Betrieb) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs einstellen. Auch kann die Steuereinrichtung Schaltzustände der Schaltelemente in Abhängigkeit einer Ausgangsspannung einer Traktionsbatterie und/oder einer Zwischenkreisspannung einstellen. Wie vorhergehend erwähnt, kann die Steuereinrichtung ebenfalls die Schaltzustände eines Hauptschützschalters und gegebenenfalls eines Nebenschützschalters in Abhängigkeit der vorhergehend genannten Betriebsmodi oder Größen einstellen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Schaltungsanordnung, die ein bidirektionales Schalten von (Leistungs-) Strömen ermöglicht, wobei eine Verlustleistung der Schaltungsanordnung minimiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das hybride Schaltelement der Schaltungsanordnung zwischen Anschlussstellen, z. B. Polen, einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs und Anschlussstellen eines Traktionsnetzes, beispielsweise Anschlussstellen eines Zwischenkreiskondensators, des Elektro- oder Hybridfahrzeuges angeordnet.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine im Normalbetrieb, d. h. im verbundenen Zustand, möglichst verlustarme elektrische Verbindung zwischen Traktionsbatterie und Traktionsnetz, wobei Traktionsbatterie und Traktionsnetz möglichst lastfrei getrennt oder verbunden werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen einer ersten Anschlussstelle der Traktionsbatterie und einer ersten Anschlussstelle des Traktionsnetzes ein erster Hauptschützschalter und ein erstes Schaltelement des hybriden Schaltelements angeordnet, wobei das erste Schaltelement elektrisch parallel zu dem ersten Hauptschützschalter angeordnet ist. Weiter ist zwischen einer weiteren Anschlussstelle der Traktionsbatterie und einer weiteren Anschlussstelle des Traktionsnetzes ein weiterer Hauptschützschalter und ein weiteres Schaltelement des hybriden Schaltelements angeordnet, wobei das weitere Schaltelement elektrisch parallel zu dem weiteren Hauptschützschalter angeordnet ist. Hierbei ist eine Vorwärtsrichtung des ersten Schaltelements ebenfalls entgegengesetzt zu einer Vorwärtsrichtung des weiteren Schaltelements. Die erste Anschlussstelle der Traktionsbatterie kann hierbei beispielsweise ein Plus-Pol der Traktionsbatterie sein. Die weitere Anschlussstelle der Traktionsbatterie kann beispielsweise ein Minus-Pol der Traktionsbatterie sein. Die Anschlussstellen des Traktionsnetzes können beispielsweise Anschlussstellen eines Zwischenkreiskondensators sein. In dieser Ausführungsform kann eine Traktionsbatterie allpolig von dem Traktionsnetz getrennt werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist zwischen einer ersten Anschlussstelle der Traktionsbatterie und einer ersten Anschussstelle des Traktionsnetzes ein erster Hauptschützschalter, ein erstes Schaltelement und ein weiteres Schaltelement des hybriden Schaltelements angeordnet, wobei das erste Schaltelement elektrisch parallel zu dem ersten Hauptschützschalter angeordnet ist, wobei das weitere Schaltelement elektrisch parallel zu dem ersten Hauptschützschalter angeordnet ist. Hierbei kann ein weiterer Hauptschützschalter zwischen einer weiteren Anschlussstelle der Traktionsbatterie und einer weiteren Anschlussstelle des Traktionsnetzes angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst platzsparende Realisierung eines die Traktionsbatterie und das Traktionsnetz verbindenden hybriden Schaltelements.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung eines hybriden Schaltelements einer Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung umfasst mindestens ein hybrides Schaltelement und mindestens eine Steuereinrichtung. Das hybride Schaltelement umfasst ein erstes Schaltelement und mindestens ein weiteres Schaltelement und mindestens einen Hauptschützschalter. Das erste und das weitere Schaltelement sind elektrisch parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter angeordnet, wobei die Steuereinrichtung mindestens ein Schaltzustand des ersten und des weiteren Schaltelements einstellt.
Erfindungsgemäß ist das erste und das weitere Schaltelement elektrisch derart parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter angeordnet, dass eine Vorwärtsrichtung des ersten Schaltelements entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren Schaltelements ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine im Normalbetrieb möglichst verlustfreie Verbindung zwischen z. B. einer Traktionsbatterie und z. B. einem Traktionsnetz, wobei die Traktionsbatterie und das Traktionsnetz bidirektional möglichst lastfrei mittels des vorgeschlagenen Verfahrens verbunden werden können.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Steuereinrichtung den Schaltzustand des ersten und des weiteren Schaltelements in Abhängigkeit eines gewünschten Betriebsmodus oder eines aktuellen Betriebsmodus und/oder in Abhängigkeit einer Zwischenkreisspannung und/oder in Abhängigkeit einer Ausgangsspannung einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs ein.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung eine so genannte Vorladesteuerung oder Vorladefunktion ausführen. Hierbei kann die Steuereinrichtung z. B. in einem gewünschten motorischen Betrieb das erste Schaltelement leitend schalten, so dass ein elektrischer Strom aus einer Traktionsbatterie durch das erste Schaltelement in das Traktionsnetz, insbesondere in den Zwischenkreiskondensator, fließen kann. Hierbei steigt eine Spannung des Zwischenkreiskondensators (Zwischenkreisspannung). Übersteigt die Zwischenkreisspannung eine vorbestimmte Spannung, die insbesondere abhängig von, einer Ausgangsspannung der Traktionsbatterie sein kann, so schaltet die Steuereinrichtung oder eine weitere Steuereinrichtung den Hauptschützschalter leitend. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung oder eine weitere Steuereinrichtung den Hauptschützschalter leitend schalten, falls eine Spannungsdifferenz oder ein Betrag der Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung der Traktionsbatterie und der Zwischenkreisspannung kleiner als ein vorbestimmtes Spannungsniveau, beispielsweise 20 V, ist. Hierbei wird also der Hauptschützschalter mittels der Steuereinrichtung oder einer weiteren Steuereinrichtung zeitlich nach dem ersten Schaltelement leitend geschaltet. Eine Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten des Leitend-Schaltens ist hierbei abhängig von kapazitiven und/oder induktiven und/oder resistiven Eigenschaften des Traktionsnetzes; insbesondere abhängig von einer Eingangskapazität, einer Eingangsinduktivität und/oder eines Eingangswiderstandes des Traktionsnetzes. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine separat vorzusehende Vorlade-Schaltung eingespart werden, was zu einer zusätzlichen Kostenreduktion führt.
Beispielsweise kann ein Schaltzustand eines Hauptschützschalters auch in Abhängigkeit einer Betriebsspannung des ersten und/oder weiteren Schaltelements eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Hauptschützschalter „Nicht-leitend” geschaltet werden, falls eine Kollektor-Ermittler-Spannung und/oder Basis-Ermittler-Spannung des ersten und/oder weiteren Schaltelements ein vorbestimmtes Spannungsniveau überschreitet.
Entsprechend kann analog in einem generatorischen Betrieb, also einem gewünschten Stromfluss aus dem Traktionsnetz in die Traktionsbatterie, die Steuereinrichtung zeitlich zuerst das weitere Schaltelement leitend schalten, bis ein Betrag einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Traktionsbatterie und der Zwischenkreisspannung unter ein vorbestimmtes Spannungsniveau, beispielsweise 20 V, fällt. Ist dies der Fall, so kann die Steuereinrichtung oder eine weitere Steuereinrichtung den Hauptschützschalter leitend schalten. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise also auch ein möglichst lastfreies Schalten in einem generatorischen Betrieb möglich.
Zur Erfassung einer Ausgangsspannung der Traktionsbatterie und einer Zwischenkreisspannung kann die vorgeschlagene Schaltungsanordnung einen Spannungssensor zur Erfassung der Ausgangsspannung der Traktionsbatterie und/oder einen Spannungssensor zur Erfassung einer Zwischenkreisspannung umfassen. Hierbei kann die Steuereinrichtung die Schaltzustände des ersten und/oder des weiteren Schaltelements und/oder des Hauptschützschalters und gegebenenfalls der Nebenschützschalter in Abhängigkeit der Ausgangsspannung der Traktionsbatterie, der Zwischenkreisspannung, insbesondere ihrer Differenz, einstellen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
2 ein schematisches Schaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
3 ein schematisches Blockschaltbild der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung;
4 ein schematisches Schaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
5 ein exemplarischer Stromverlauf eines Verbindungsvorgangs einer Traktionsbatterie und eines Traktionsnetzes; und
6 ein exemplarischer Stromverlauf eines Trennvorgangs einer Traktionsbatterie und eines Traktionsnetzes.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ein hybrides Schaltelement 2 und eine Steuereinrichtung 3. In 3 ist der Übersichtlichkeit halber die Steuereinrichtung 3 mehrfach dargestellt, wobei die Vielzahl der dargestellten Steuereinrichtungen 3 dieselbe Steuereinrichtung 3 repräsentieren. Das hybride Schaltelement 2 umfasst einen ersten IGBT 4 mit einer durch einen Pfeil 5 dargestellten ersten Vorwärtsrichtung und einen zweiten IGBT 6 mit einer zweiten mittels eines Pfeils 7 dargestellten Vorwärtsrichtung. Weiter umfasst das erste hybride Schaltelement einen Hauptschützschalter 8. Hierbei ist der erste und der weitere IGBT 4, 6 elektrisch derart parallel zu dem Hauptschützschalter 8 angeordnet, dass die Vorwärtsrichtung des ersten IGBT 4 entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren IGBT 6 ist.
In 1 ist dargestellt, dass mittels des hybriden Schaltelements eine Traktionsbatterie 9 mit einem Traktionsnetz 10 elektrisch verbindbar ist. Das Traktionsnetz 10 umfasst einen Zwischenkreiskondensator 11 und einen nicht detailliert dargestellten dreiphasigen Wechselrichter 12. An den dreiphasigen Wechselrichter 12 ist eine Elektromaschine 13 angeschlossen, die zum Antrieb eines nicht dargestellten Elektro- oder Hybridfahrzeugs dient. Hierbei kann die Elektromaschine 13 in einem motorischen Betrieb betrieben werden, wobei Energie aus der Traktionsbatterie 9 zur Elektromaschine 13 übertragen wird. Hierbei kann z. B. ein Gesamtstrom I_G von einer ersten Anschlussstelle 14 der Traktionsbatterie 9 zu einer ersten Anschlussstelle 15 des Traktionsnetzes 10 fließen. In einem generatorischen Betrieb kann elektrische Energie von der Elektromaschine 13 mittels des Traktionsnetzes 10 an die Traktionsbatterie 9 übertragen werden. Hierzu kann der Gesamtstrom I_G beispielsweise von der ersten Anschlussstelle 15 des Traktionsnetzes 10 zur ersten Anschlussstelle 14 der Traktionsbatterie 9 fließen. Weiter dargestellt ist eine zweite Anschlussstelle 16 der Traktionsbatterie 9 und eine zweite Anschlussstelle 17 des Traktionsnetzes 10. Zwischen diesen Anschlussstellen 16, 17 ist ein weiterer Hauptschützschalter 18 angeordnet, um das Traktionsnetz 10 im Bedarfsfall allpolig von der Traktionsbatterie 9 elektrisch zu trennen. Weiter in 1 dargestellt ist ein Spannungssensor 19 zur Erfassung einer Ausgangsspannung der Traktionsbatterie 9 und ein Spannungssensor 20 zur Erfassung einer Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator 11.
In 2 ist ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 1 dargestellt.
In 2 ist dargestellt, dass zwischen einer ersten Anschlussstelle 14 der Traktionsbatterie 9 und einer ersten Anschlussstelle 15 des Traktionsnetzes 10 ein erster Hauptschützschalter 8 und ein erster IGBT 4 eines hybriden Schaltelements 2 angeordnet sind. Der erste IGBT 4 ist elektrisch parallel zu dem ersten Hauptschützschalter 8 angeordnet. Zwischen einer weiteren Anschlussstelle 16 der Traktionsbatterie 9 und einer weiteren Anschlussstelle 17 des Traktionsnetzes 10 ist ein weiterer Hauptschützschalter 18 und ein weiterer IGBT 6 angeordnet, wobei der weitere IGBT 6 elektrisch parallel zu dem weiteren Hauptschützschalter 18 ist, dessen Vorwärtsrichtung jedoch entgegengesetzt zu einer Vorwärtsrichtung des ersten IGBT 4 ist.
In 1 und 2 sind in Serie zu dem ersten und dem weiteren IGBT 4, 6 geschaltete Nebenschützschalter 21 dargestellt, die einer im Bedarfsfall vollständigen galvanischen Trennung zwischen Traktionsbatterie 9 und Traktionsnetz 10 dienen. Weiter ist in 1 und 2 dargestellt, dass die Hauptschützschalter 8, 18, die IGBT 4, 6 und die Nebenschützschalter 21 mittels der Steuereinrichtung 3 gesteuert werden. Insbesondere werden mittels der Steuereinrichtung 3 Gate-Spannungen der IGBT 4, 6 eingestellt, wodurch Schaltzustände der IGBT 4, 6, insbesondere die Schaltzustände leitend und sperrend, eingestellt werden können. Weiter können mittels der Steuereinrichtung 3 mechanische Schaltzustände der Hauptschützschalter 8, 18 und der Nebenschützschalter 21 eingestellt werden.
In der in 2 dargestellte Schaltungsanordnung 1 ist bei geschlossenen Hauptschützschaltern 8, 18 ein Stromfluss auch möglich, falls ein generatorischer Betrieb vorliegt. Eine Lastübernahme durch die IGBT 4, 6 ist in diesem generatorischen Betrieb jedoch nicht möglich. Im motorischen Betrieb bieten das aus IGBT 4, 6, Hauptschützschaltern 8, 18 und aus Nebenschützschaltern 21 bestehenden hybride Schaltelement 2 das nahezu lastfreie Schalten der Hauptschützschalter 8, 18 und als zusätzlichen Vorteil das allpolige Trennen der Traktionsbatterie 9 vom Traktionsnetz 10 durch Öffnen der Hauptschützschalter 8, 18. Weiter bietet die dargestellte Schaltungsanordnung die Möglichkeit eines verzögerungsärmeren Schaltens durch gleichzeitiges Einschalten der IBGT 4, 6 und danach gleichzeitiges öffnen der Hauptschützschalter 8, 18.
Den Vorteil des allpolig schonenden Öffnens der Hauptschützschalter 8, 18 kann durch eine Kombination der in 1 und in 2 dargestellten Schaltungsanordnungen 1 erreicht werden. Ausgehend von der in 1 dargestellten Ausführungsform kann zusätzlich zu den IGBT 4, 6 zwischen der weiteren Anschlussstelle 16 der Traktionsbatterie 9 und der weiteren Anschlussstelle 17 des Traktionsnetzes 10 wie in der in 2 dargestellten Ausführungsform ein weiterer IGBT angeordnet werden, wobei der weitere IGBT elektrisch parallel zu dem weiteren Hauptschützschalter 18 ist, dessen Vorwärtsrichtung jedoch entgegengesetzt zu einer Vorwärtsrichtung des ersten IGBT 4 ist.
In 3 ist ein schematisches Blockschaltbild der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 1 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass eine zentrale Steuereinrichtung 3 Schaltzustände der Hauptschützschalter 8, 18, der IGBT 4, 6 und der Nebenschützschalter 21 einstellt, die in ihrer Gesamtheit das hybride Schaltelement 2 ausbilden. Die Steuereinrichtung 3 stellt hierbei die Schaltzustände in Abhängigkeit einer Ausgangsspannung der Traktionsbatterie 9 ein, die mittels des Spannungssensors 19 erfasst wird. Weiter stellt die Steuereinrichtung 3 die Schaltzustände in Abhängigkeit einer Zwischenkreisspannung ein, die mittels des Spannungssensors 20 erfasst wird. Weiter stellt die Steuereinrichtung die Schaltzustände in Abhängigkeit eines gewünschten Betriebsmodus der in 1 dargestellten Elektromaschine 13, ein, die z. B. von einem Motorsteuergerät 22 datentechnisch an die Steuereinrichtung 3 übertragen wird.
In 4 ist ein schematisches Schaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 dargestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst ein hybrides Schaltelement 2, welches wiederum einen Hauptschützschalter 8 und die in 4 als Einheit dargestellten IGBT 4, 6 umfasst. Weiter umfasst das hybride Schaltelement 2 eine Schutzschaltung 23. Mittels der Schutzschaltung 23 ist ein maximaler Stromfluss durch das hybride Schaltelement 2 begrenzt. Weiter ist in 4 eine Steuereinrichtung 3 dargestellt, mittels derer Schaltzustände des Hauptschützschalters 8 und der IGBT 4, 6 eingestellt werden können. Das hybride Schaltelement 2 ist hierbei zwischen einer ersten Anschlussstelle 14 einer z. B. in 1 dargestellten Traktionsbatterie 9 und einer ersten Anschlussstelle 15 eines z. B. in 1 dargestellten Traktionsnetzes 10 elektrisch angeordnet.
In 5 ist ein exemplarischer Zeitverlauf eines Schaltvorgangs zur elektrischen Verbindung, insbesondere ein Schaltvorgang einer Vorladesteuerung, zwischen der in 1 dargestellten Traktionsbatterie 9, insbesondere deren erster Anschlussstelle 14, und dem in 1 dargestellten Traktionsnetz 10, insbesondere dessen erster Anschlussstelle 15, dargestellt. Hierbei wird zu einem ersten Zeitpunkt T1 der erste IGBT 4 (siehe 1) leitend geschaltet, z. B. mittels der Steuereinrichtung 3 (siehe 1). In 5 bezeichnet I_G einen Betrag eines durch das hybride Schaltelement 2 (siehe 1) fließenden Stromes, in diesem Szenario eines von der ersten Anschlussstelle 14 der Traktionsbatterie 9 zur ersten Anschlussstelle 15 des Traktionsnetzes 10 fließenden Stromes. Weiter bezeichnet I₄ einen Strom in Vorwärtsrichtung durch den IGBT 4. Ein Schalterstrom I_S bezeichnet einen Strom durch den Hauptschützschalter 8 in Richtung von der ersten Anschlussstelle 14 der Traktionsbatterie 9 zur ersten Anschlussstelle 15 des Traktionsnetzes 10. Die Bezeichnung I_V bezeichnet einen maximalen Vorladestrom, der z. B. in Abhängigkeit einer Zwischenkreisspannung, einer Kapazität des Zwischenkreiskondensators 11 und gegebenenfalls einer gewünschten Dauer des Schaltvorgangs bestimmt werden kann. Die Bezeichnung I_Δ bezeichnet einen Betrag eines Stromes zum Zeitpunkt eines „Leitend-Schaltens” des Hauptschützschalters 8.
Zum ersten Zeitpunkt T1 wird der erste IGBT 4 leitend geschaltet, wobei ein Betrag des durch den ersten IGBT 4 fließenden Stromes I₄ auf den vorbestimmten Betrag I_V begrenzt wird. Hierbei bleibt der erste Hauptschützschalter 8 geöffnet. Der Gesamtstrom I_G bestimmt sich somit allein aus dem durch den ersten IGBT 4 fließenden Strom I₄. Der Gesamtstrom I_G und somit auch der durch den ersten IGBT 4 fließende Strom I₄ nimmt mit weiterem Zeitverlauf exponentiell ab, da durch den Stromfluss der Zwischenkreiskondensator 11 geladen wird. Zu einem zweiten Zeitpunkt T2 beträgt ein Betrag eine Differenz einer Ausgangsspannung der Traktionsbatterie 9 und der Zwischenkreisspannung weniger als 20 V. Zu diesem zweiten Zeitpunkt T2 wird der erste IGBT 4 z. B. mittels der Steuereinrichtung 3 geöffnet und der erste Hauptschützschalter 8 geschlossen. Aufgrund der noch bestehenden Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung der Traktionsbatterie 9 und der Zwischenkreisspannung beträgt nunmehr der Schalterstrom I_S den Betrag des Reststromes I_Δ. Auch der Schalterstrom I_S nimmt exponentiell mit weiterem Zeitverlauf ab, da der Zwischenkreiskondensator weiter geladen wird.
In 6 ist ein exemplarischer Zeitverlauf eines Schaltvorgangs zur Trennung einer elektrischen Verbindung zwischen der in 1 dargestellten Traktionsbatterie 9 und dem ebenfalls in 1 dargestellten Traktionsnetz 10 dargestellt. Hierbei bezeichnet I_B einen Betriebsstrom, der z. B. im motorischen Betrieb zum Antrieb des Elektromotors 13 (siehe 1) notwendig ist. Zu einem ersten Zeitpunkt T3 wird ein weiterer IGBT 6 leitend geschaltet (siehe 1). Der Betriebsstrom I_B, der vor dem ersten Zeitpunkt T3 vollständig durch einen geschlossen Hauptschützschalter 8 (siehe 1) floss, teilt sich nun auf den ersten Hauptschützschalter 8 und den weiteren IGBT 6 auf. Bis zu einem zweiten Zeitpunkt T4 nimmt der Strom I₆ durch den weiteren IGBT 6 zu, der Schalterstrom I_S durch den Hauptschützschalter 8 entsprechend ab. Zu dem zweiten Zeitpunkt T4 beträgt eine an dem weiteren IGBT 6 abfallende Kollektor-Emitter-Spannung ungefähr 2 V und/oder der Strom I₆ entspricht einem vorbestimmten Schwellenstrom Zu diesem zweiten Zeitpunkt T4 wird der erste Hauptschützschalter 8 geöffnet und der weitere IGBT 6 vollständig leitend geschaltet. Hierbei entspricht der Schwellenstrom I_UCE einem Wert, der eine Umschaltgrenze zwischen dem IGBT 6 und dem Hauptschützschalter 8 festlegt. Der Strom I₆ muss diesen Schwellenstrom I_UCE erreichen, um ein schonendes Öffnen (bzw. im umgekehrten Fall Schließen) des Hauptschützschalters 8 vornehmen zu können. In ähnlicher Weise stellt auch die an dem weiteren IGBT 6 abfallende Kollektor-Emitter-Spannung von ungefähr 2 V eine Umschaltgrenze dar. Nach dem zweiten Zeitpunkt T4 fällt der Strom I_S sprungartig ab, der Strom I₆ nimmt sprungartig zu. Zum dritten Zeitpunkt T5 wird der weitere IGBT 6 ebenfalls geöffnet, wodurch das Traktionsnetz 10 und die Traktionsbatterie 9 vollständig getrennt werden.
Für die in 5 und 6 dargestellten Verläufe wird davon ausgegangen, dass die in 1 dargestellten Nebenschützschalter 21 geschlossen sind.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsanordnung
2: Schaltelement
3: Steuereinrichtung
4: erster IGBT
5: Pfeil
6: weiterer IGBT
7: Pfeil
8: erster Hauptschützschalter
9: Traktionsbatterie
10: Traktionsnetz
11: Zwischenkreiskondensator
12: Wechselrichter
13: Elektromotor
14: erste Anschlussstelle der Traktionsbatterie
15: erste Anschlussstelle des Traktionsnetzes
16: weitere Anschlussstelle der Traktionsbatterie
17: weitere Anschlussstelle des Traktionsnetzes
18: weiterer Hauptschützschalter
19: Spannungssensor
20: Spannungssensor
21: Nebenschützschalter
22: zentrales Steuergerät
23: Schutzschaltung
T1: erster Zeitpunkt
T2: zweiter Zeitpunkt
T3: erster Zeitpunkt
T4: zweiter Zeitpunkt
T5: dritter Zeitpunkt
I_G: Gesamtstrom
I_S: Schalterstrom
I₄: Strom durch den ersten IGBT
I₆: Strom durch den weiteren IGBT
I_B: Betriebsstrom
I_V: Ladestrom
I_Δ: Reststrom
I_UCE: Schwellenstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10315982 A1 [0009, 0020, 0020, 0021]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

E. R. Motto et. al., Application characteristics of an Experimental RB-IGBT (Reverse Blocking IGBT) Module, Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, Conference Record of the 2004 IEEE, pages 1540–1544, Vol. 3, 2004 [0010]

Claims

Hybrides Schaltelement, wobei das hybride Schaltelement (2) ein erstes elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens einen Hauptschützschalter (8) umfasst, wobei das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch derart parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, dass eine Vorwärtsrichtung des ersten elektronischen oder elektrischen Schaltelements entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren elektronischen oder elektrischen Schaltelements ist.
Hybrides Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektronische oder elektrische Schaltelement und/oder das weitere elektronische oder elektrische Schaltelement als bidirektional sperrende Schaltelemente ausgebildet sind.
Hybrides Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Nebenschützschalter (21) elektrisch seriell zu dem ersten elektrischen oder elektronischen Schaltelement angeordnet ist, wobei die Serienschaltung aus dem ersten Nebenschützschalter (21) und dem ersten elektronischen oder elektrischen Schaltelement elektrisch parallel zu dem Hauptschützschalter (8) geschaltet ist, und/oder ein weiterer Nebenschützschalter (21) elektrisch seriell zu dem weiteren elektrischen oder elektronischen Schaltelement angeordnet ist, wobei die Serienschaltung aus dem weiteren Nebenschützschalter (21) und dem weiteren elektronischen oder elektrischen Schaltelement elektrisch parallel zu dem Hauptschützschalter (8) geschaltet ist.
Hybrides Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hybride Schaltelement (2) zusätzlich eine Schutzschaltung (23) oder ein Schutzelement umfasst, wobei mittels der Schutzschaltung (23) oder mittels des Schutzelements ein maximaler Stromfluss durch das hybride Schaltelement (2) begrenzt wird.
Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung (1) ein hybrides Schaltelement (2) und mindestens eine Steuereinrichtung (3) umfasst, wobei das hybride Schaltelement (2) ein erstes elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens einen Hauptschützschalter (8) umfasst, wobei das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, wobei mindestens ein Schallzustand des ersten und des zweiten elektrischen oder elektronischen Schaltelements mittels der Steuereinrichtung (3) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch derart parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, dass eine Vorwärtsrichtung des ersten elektronischen oder elektrischen Schaltelements entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren elektronischen oder elektrischen Schaltelements ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hybride Schaltelement (2) zwischen Anschlussstellen (14, 16) einer Traktionsbatterie (9) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs und Anschlussstellen (15, 17) eines Traktionsnetzes (10) des Elektro- oder Hybridfahrzeuges angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Anschlussstelle (14) der Traktionsbatterie (9) und einer ersten Anschlussstelle (15) des, Traktionsnetzes (10) ein erster Hauptschützschalter (8) und ein erstes elektrisches oder elektronisches Schaltelement des hybriden Schaltelements (2) angeordnet ist, wobei das erste elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem ersten Hauptschützschalter (8) angeordnet ist, wobei zwischen einer weiteren Anschlussstelle (16) der Traktionsbatterie (9) und einer weiteren Anschlussstelle (17) des Traktionsnetzes (10) ein weiterer Hauptschützschalter (18) und ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltelement des hybriden Schaltelements (2) angeordnet ist, wobei das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem weiteren Hauptschützschalter (18) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Anschlussstelle (14) der Traktionsbatterie (8) und einer ersten Anschlussstelle (15) des Traktionsnetzes (10) ein erster Hauptschützschalter (8), ein erstes elektrisches oder elektronisches Schaltelement und ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltelement des hybriden Schaltelements (2) angeordnet ist, wobei das erste elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem ersten Hauptschützschalter (8) angeordnet ist, wobei das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem ersten Hauptschützschalter (8) angeordnet ist.
Verfahren zur Steuerung eines hybriden Schaltelements (2) einer Schaltungsanordnung (1), wobei die Schaltungsanordnung (1) das hybride Schaltelement (2) und mindestens eine Steuereinrichtung (3) umfasst, wobei das hybride Schaltelement (2) ein erstes elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltelement und mindestens ein Hauptschützschalter (8) umfasst, wobei das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, wobei eine Steuereinrichtung (3) mindestens einen Schaltzustand des ersten und des weiteren elektrischen oder elektronischen Schaltelements einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das weitere elektrische oder elektronische Schaltelement elektrisch derart parallel zu dem mindestens einen Hauptschützschalter (8) angeordnet sind, dass eine Vorwärtsrichtung des ersten elektronischen oder elektrischen Schaltelements entgegengesetzt einer Vorwärtsrichtung des weiteren elektronischen oder elektrischen Schaltelements ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) den Schaltzustand des ersten und des Weiteren elektrischen oder elektronischen Schaltelements in Abhängigkeit eines gewünschten Betriebsmodus und/oder in Abhängigkeit einer Zwischenkreisspannung und/oder in Abhängigkeit einer Ausgangsspannung einer Traktionsbatterie (9) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs einstellt.