DE102012203995A1

DE102012203995A1 - Verfahren zum Steuern eines Stromes zwischen einer Quelle und einer Last und Schaltmodul

Info

Publication number: DE102012203995A1
Application number: DE102012203995A
Authority: DE
Inventors: Werner Rössler; Gerald Deboy
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: US8779735B2; DE102012203995B4; CN102684140B; US20120235661A1; CN102684140A

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Steuern eines Stroms zwischen einer Energiequelle (200) und einer Last (400). Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Schaltmoduls (300), das zwischen die Energiequelle (200) und die Last (400) gekoppelt ist, wobei das Schaltmodul zwei Eingangsanschlüsse (310, 311), die an die Energiequelle (200) gekoppelt sind, und zwei Ausgangsanschlüsse (312, 313), die an die Last (400) gekoppelt sind, und ein Halbleiterschaltelement, das zwischen einen der Eingangsanschlüsse (310, 311) und einen der Ausgangsanschlüsse (312, 313) gekoppelt ist aufweist; Messen wenigstens eines Stromparameters des Stroms (I) zwischen der Energiequelle (200) und der Last (400); und Unterbrechen des Stroms (I) zwischen der Energiequelle (200) und der Last (400) durch Ausschalten des Halbleiterschaltelements, wenn der wenigstens eine Stromparameter wenigstens einen Parameterschwellenwert erreicht oder übersteigt. Beschrieben wird außerdem ein Schaltmodul zu Schalten eines Stromes zwischen einer Energiequelle (200) und einer Last.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Stromes zwischen einer Energiequelle und einer Last, insbesondere ein Verfahren zum Unterbrechen und Einschalten eines Stromes zwischen einer Energiequelle und einer Last, und ein Schaltmodul.
In zahlreichen Anwendungen, wie Antriebssträngen mit einer Umrichtergesteuerten elektrischen Maschine (der Last), muss ein Strom zwischen einer Energiequelle, wie beispielsweise einem Akkumulator oder einer Batterie, und der Last durch einen Schalter gesteuert werden. Diese Art von Schalter wird üblicherweise als Hauptschalter oder Hauptschaltermodul bezeichnet. Es ist allgemein bekannt, ein Hauptschaltermodul als Relais zu realisieren, also als einen elektromagnetisch betriebenen mechanischen Schalter.
Für Hauptschaltermodule, insbesondere dann, wenn sie in Leistungsschaltungen eingesetzt werden, gibt einige Anforderungen: (a) im Normalbetrieb muss ein Hauptschaltermodul auch bei hohen Strömen niedrige Verluste aufweisen; (b) das Hauptschaltermodul muss eine sichere Stromunterbrechung gewährleisten, d.h. eine sichere Unterbrechung bei Überlast oder Kurzschluss; (c) wenn die Last einen Umrichter aufweist, muss ein Zwischenkreiskondensator geladen werden, wenn die Leistungsschaltung oder der Antriebsstrang eingeschaltet wird. Das Hauptschaltermodul sollte dazu ausgebildet sein, den Zwischenkreiskondensator vor dem normalen Betrieb (normaler oder dauerhafter Betrieb ohne Fehlfunktion) des Antriebsstrangs vorzuladen.
Relais, unabhängig davon, ob sie in Niederleistungs- oder Hochleistungsanwendungen eingesetzt werden, weisen einige Nachteile auf. Als elektromechanische Schalter weisen Relais ein bewegliches Teil mit einer inhärenten Trägheit auf. Diese inhärente Trägheit bewirkt eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Schaltbefehl an das Relais angelegt wird, und dem Zeitpunkt, zu dem das Relais tatsächlich schaltet. Wenn ein Kurzschluss in der Last auftritt, kann ein wesentlicher Anstieg des Kurzschlussstromes während der Verzögerungszeit, zwischen einem Zeitpunkt, zu dem ein Kurzschluss detektiert wird und ein Schaltbefehl erzeugt wird, und dem Zeitpunkt, zu dem das Relais schaltet, auftreten. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen eine verzögerte Unterbrechung des Kurzschlussstromes gefährlich wäre.
Ein anderer Aspekt von kurzschlusssicheren Relais (oder Einschaltern) besteht darin, dass zusätzliche Komponenten vorgesehen werden müssen, die das Relais lichtbogenfest machen. Dadurch sind solche Relais sehr teuer, schwer und ziemlich voluminös.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein sicheres und kostengünstig zu realisierendes Verfahren zum Steuern eines Stroms zwischen einer Energiequelle und einer Last und ein Schaltmodul zum Durchführen eines solchen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 5 und durch ein Schaltmodul gemäß Anspruch 19 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Stroms zwischen einer Energiequelle und einer Last. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Schaltmoduls, das zwischen die Energiequelle und die Last gekoppelt ist, wobei das Schaltmodul zwei Eingangsanschlüsse, die an die Energiequelle gekoppelt sind, und zwei Ausgangsanschlüsse, die an die Last gekoppelt sind, und ein Halbleiterschaltelement, das zwischen einem der Eingangsanschlüsse und einem der Ausgangsanschlüsse gekoppelt ist, aufweist. Das Verfahren umfasst außerdem das Messen wenigstens eines Stromparameters des Stroms zwischen der Energiequelle und der Last und das Unterbrechen des Stroms zwischen der Energiequelle und der Last durch Ausschalten des Halbleiterschaltelements wenn der wenigstens eine Stromparameter einen vorgegebenen Parameterschwellenwert erreicht oder übersteigt.
Ein zweiter Aspekt betrifft ein Verfahren zum Einschalten eines Stromes zwischen einer Energiequelle und einer Last. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Schaltmoduls, das zwischen die Energiequelle und die Last gekoppelt ist, wobei das Schaltmodul zwei Eingangsanschlüsse, die an die Energiequelle gekoppelt sind, zwei Ausgangsanschlüsse, die an die Last gekoppelt sind, und wenigstens ein Halbleiterschaltelement, das zwischen einen der Eingangsanschlüsse und einen der Ausgangsanschlüsse gekoppelt ist, aufweist. Das Verfahren umfasst außerdem das Betreiben des Schaltmoduls in einem ersten Schaltbetrieb, bei dem das wenigstens eine Halbleiterschaltelement getaktet jeweils für eine Ein-Dauer eingeschaltet und für eine Aus-Dauer ausgeschaltet wird, und das nachfolgende Betreiben des Schaltmoduls in einem zweiten Schaltbetrieb, bei dem das wenigstens eine Halbleiterschaltelement derart eingeschaltet wird, dass die Zeitdauer der Ein-Dauer wenigstens das zehnfache der Zeitdauer einer Ein-Dauer während des ersten Schaltbetriebs entspricht.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Schaltmodul. Das Schaltmodul umfasst zwei Eingangsanschlüsse zum Koppeln an eine Energiequelle, zwei Ausgangsanschlüsse zum Koppeln an eine Last und ein Halbleiterschaltelement, das zwischen einen der Eingangsanschlüsse und einen der Ausgangsanschlüsse gekoppelt ist. Das Schaltmodul ist dazu ausgebildet, wenigstens einen Stromparameter eines Stromes zwischen der Energiequelle und der Last zu messen und den Strom zwischen der Energiequelle und der Last durch Ausschalten des Schaltelements zu unterbrechen, wenn der wenigstens eine Stromparameter einen vorgegebenen Parameterschwellenwert erreicht oder übersteigt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Grundprinzips, so dass lediglich die zum Verständnis des Grundprinzips notwendigen Merkmale dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen, sofern nichts anderes angegeben ist, gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale mit gleicher Bedeutung.
1 veranschaulicht ein Schaltbild einer elektrischen Schaltung mit einer Energiequelle, einer Last und einem Schaltmodul mit einem elektronischen Schalter.
2 veranschaulicht ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Last der elektrischen Schaltung.
3 veranschaulicht ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines elektronischen Schalters des Schaltmoduls, der zwei Transistoren aufweist.
4 veranschaulicht ein Schaltbild des Schaltmoduls gemäß 3, das zusätzlich zwei Relais aufweist.
5 veranschaulicht das Funktionsprinzip des Schaltmoduls anhand von Zeitverläufen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend in einem speziellen Zusammenhang erläutert, nämlich im Zusammenhang mit einem Antriebsstrang (engl.: power train), der eine Energiequelle (Stromquelle), ein Schaltmodul und eine Last aufweist. Der Antriebsstrang kann ein stationärer Antriebsstrang in einer Industrieanlage oder einer Kraftwerksanlage sein. In diesem Fall ist die Energiequelle beispielsweise ein Spannungsnetz. Der Antriebsstrang kann auch ein mobiler Antriebsstrang sein, wie beispielsweise ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs. In diesem Fall ist die Energiequelle beispielsweise ein Akkumulator, wie beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akkumulator, oder eine Batterie. Die Erfindung ist allerdings nicht darauf beschränkt, im Zusammenhang mit einem Antriebsstrang verwendet zu werden, sondern kann in einer Vielzahl von verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein Strom zwischen einer Energiequelle und einer Last zu schalten ist, insbesondere bei solchen Anwendungen, bei denen ein Gleichstrom zu schalten ist. Beispiele solcher Anwendungen sind Schalter in Telekommunikationssystemen oder bei speziellen Arten von Computer-Servern. Vermittlungen in Telekommunikationssystemen erhalten üblicherweise eine Gleichversorgungsspannung von 48V, die durch eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird, wobei die Gleichspannungsquelle sicher von der Vermittlung getrennt werden muss, wenn ein Fehler in dem System auftritt. Bei speziellen Arten von Computer-Servern wird eine Gleichversorgungsspannung von etwa 400V durch eine Spannungsquelle erzeugt. Diese Versorgungsspannung wird einzelnen Einheiten (boards) des Servers zugeführt, wobei die einzelnen Einheiten aus dieser Hauptversorgungsspannung ihre jeweilige Versorgungsspannung von 12V, 5V, 3,3V, oder 1,2V erzeugen.
1 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung 100 mit einer Energiequelle 200, einer Last 400 und einem Schaltmodul 300, das zwischen die Energiequelle 200 und die Last 400 geschaltet ist. Die Energiequelle 200 kann ein Energiemodul mit Batterien 220, Akkumulatoren, Super-Kondensatoren (engl.: super caps) usw. sein. Die Energiequelle 200 kann eine inhärente parasitäre Induktivität aufweisen, die in 1 durch die Induktivität 210 repräsentiert ist. Die Last 400 kann einen Umrichter und eine elektrische Maschine aufweisen, wobei die elektrische Maschine eine elektrische Maschine zum Antreiben eines elektrischen Fahrzeugs sein kann.
Das Schaltmodul 300, das nachfolgend auch als Hauptschaltmodul bezeichnet wird, ist physikalisch üblicherweise nahe an der Energiequelle 200 angeordnet, was zu einer relativ kurzen Verbindungsleitung zwischen der Energiequelle 200 und dem Schaltmodul 300 führt. Eine Lastverbindungsleitung zwischen dem Schaltmodul 300 und der Last 400 kann jedoch eine erhebliche Länge von einigen 10cm bis hin zu einigen Metern aufweisen und kann daher eine signifikante Induktivität aufweisen. Eine Leitungsinduktivität einer Verbindungsleitung zwischen dem Schaltmodul 300 und der Last 400 ist in 1 durch die Induktivität 420 repräsentiert.
Bezugnehmend auf 2, die ein Ausführungsbeispiel der Last 400 veranschaulicht, kann die Last eine elektrische Maschine 402 aufweisen, die durch einen Umrichter 401 angesteuert ist, wobei der Umrichter 401 über das Schaltmodul 300 und die Lastverbindungsleitung von der Energiequelle 200 versorgt wird. Ein Zwischenkreiskondensator (engl.: DC link capacitor) 410 kann zwischen die Eingangsanschlüsse der Last 400 (vgl. 1) und den Umrichter 401 (vgl. 2) geschaltet sein. Der Zwischenkreiskondensator 410 gleicht Spannungsschwankungen der durch die Energiequelle 200 bereitgestellten Versorgungsspannung aus und koppelt die Energiequelle 200 bei einem gemeinsamen Spannungspegel an die Last 400.
Bezugnehmend auf 1 umfasst das Schaltmodul 300 Eingangsanschlüsse 310, 311, zum Koppeln des Schaltmoduls 300 an die Energiequelle 200 und Ausgangsanschlüsse 312, 313 zum Koppeln des Schaltmoduls an die Last. Das Schaltmodul 300 umfasst weiterhin ein Schaltelement 340, das zwischen einen der Eingangsanschlüsse und einen der Ausgangsanschlüsse geschaltet ist. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement zwischen den ersten Eingangsanschluss 310 und den ersten Ausgangsanschluss 312 geschaltet. Allerdings kann das Schaltelement auch zwischen den zweiten Eingangsanschluss 311 und den zweiten Ausgangsanschluss 313 (nicht dargestellt) geschaltet werden. Das Schaltelement ist ein elektronisches Schaltelement 340 das abhängig von einem Ansteuersignal S340, das durch eine Steuerschaltung 350 bereitgestellt wird, ein- und ausgeschaltet wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement als Halbleiterschaltelement, wie beispielsweise als Transistor, insbesondere als MOSFET, als IGBT oder als Bipolartransistor ausgebildet.
Das Schaltmodul umfasst außerdem eine Strommessanordnung 330, die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Parameter eines zwischen der Energiequelle 200 und der Last 400 durch das Schaltmodul 300 fließenden Stromes I zu messen und ist dazu ausgebildet, ein Strommesssignal S330 an die Steuerschaltung 350 zu liefern. Das Strommesssignal repräsentiert den wenigstens einen Stromparameter, der durch die Messanordnung 330 gemessen wird.
Ein Freilaufelement 360, wie beispielsweise eine Diode, ist zwischen die Ausganganschlüsse 312, 313 geschaltet. Die Polung des Freilaufelements 360 ist so gewählt, dass das Freilaufelement einen in der Leitungsinduktivität 420 induzierten Strom leiten kann, wenn das Schaltelement 340 des Schaltmoduls 300 ausgeschaltet wird.
Optional ist eine Eingangskapazität 320 zwischen die Eingangsanschlüsse 310, 311 geschaltet. Die Eingangskapazität 320 dient zum Ausgleichen von Strom- und/oder Spannungsspitzen, die durch die parasitäre Induktivität 210 der Energiequelle verursacht werden. Außerdem ist eine optionale Induktivität 370 in Reihe zu der parasitären Leitungsinduktivität geschaltet.
Wenn das Schaltelement 340 eingeschaltet ist (sich in seinem Ein-Zustand befindet) fließt ein Strom I zwischen der Energiequelle 200 und der Last 400 entweder in einer ersten Richtung von der Energiequelle 200 an die Last, so dass elektrische Energie an die Last übertragen wird, oder in einer zweiten Richtung von der Last 400 an die Energiequelle 200, so dass elektrische Energie von der Last 400 an die Energiequelle 200 zurückgeführt wird. Ein Strom kann in der zweiten Richtung fließen, wenn die Last eine elektrische Maschine (wie beispielsweise ein Motor) ist, die sich im Generatorbetrieb befinden kann, beispielsweise um Bremsenergie zurückzugewinnen, so dass ein Rückwärtsstrom von der Last (der elektrischen Maschine) in Richtung der Energiequelle 200 fließt. Diese Betriebsart wird auch als Betriebsart zur Rückgewinnung der Bremsenergie bezeichnet.
3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Schaltmoduls 300, bei dem das Schaltelement 340 mit zwei Transistoren 341, 342 ausgebildet ist, wobei jeder einen Steueranschluss und eine Laststrecke aufweist. Die Laststrecken der Transistoren 341, 342 sind in Reihe geschaltet und die zwei Transistoren 341, 342 sind gemeinsam durch das Ansteuersignal S340 angesteuert. Es ist jedoch auch möglich, die ersten und zweiten Transistoren 341, 342 mit zwei unterschiedlichen Ansteuersignalen (nicht dargestellt) anzusteuern. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zwei Transistoren 341, 342 als MOSFETs ausgebildet, die jeweils einen Gateanschluss aufweisen, der einen Steueranschluss bildet, und eine Drain-Source-Strecke (zwischen einem Drain- und einem Source-Anschluss) aufweisen, die eine Laststrecke bildet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind die zwei MOSFETs als n-leitende MOSFETs ausgebildet, deren Sourceanschlüsse miteinander verbunden sind. Dies jedoch lediglich ein Beispiel, die zwei MOSFETs könnten auch ihre Drainanschlüsse miteinander verbunden haben und/oder könnten als p-leitende MOSFET ausgebildet sein.
MOSFETs, insbesondere Leistungs-MOSFETs, weisen eine integrierte Diode auf, die auch als Bodydiode bezeichnet wird. Aufgrund dieser Bodydiode kann ein MOSFET unabhängig von einem an den Gateanschluss angelegten Ansteuersignal Spannungen mit einer bestimmten Polarität nicht sperren. So leitet ein n-leitender MOSFET aufgrund der Bodydiode immer dann, wenn eine positive Spannung zwischen den Sourceanschluss und den Drainanschluss angelegt wird, und ein p-leitender MOSFET leitet immer dann, wenn eine negative Spannung zwischen den Sourceanschluss und den Drainanschluss angelegt wird. Bei einer Anordnung mit zwei MOSFETs, die in Reihe geschaltet sind und deren gleiche Anschlüsse, d.h. entweder deren Drainanschlüsse oder deren Sourceanschlüsse, miteinander verbunden sind, sind die Bodydioden der zwei MOSFETs antiseriell verschaltet, so dass die Anordnung immer dann sperrt, wenn kein zur leitenden Ansteuerung der Transistoren geeignetes Signal an den Steueranschlüssen der Transistoren anliegt. Allerdings gibt es keine Notwendigkeit, zwei Transistoren zu verwenden. Bei bestimmten Anwendungen kann bereits ein Transistor ausreichend sein.
4 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltmoduls. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Schaltmodul zusätzlich zwei Relais 510, 520, von denen jeweils eines an einen der Eingangsanschlüsse 310, 311 gekoppelt ist. Die Relais 510, 520 können herkömmliche Relais für Leistungsschaltungen sein, wie z.B. Einschalter (engl.: contactors). Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dienen diese Relais 510, 520 dazu, das Schaltmodul 300 von der Energiequelle 200 zu trennen, nachdem eine Verbindung zwischen der Energiequelle 200 und der Last 400 durch das Schaltmodul 300 unterbrochen wurde, und dienen dazu, das Schaltmodul 300 an die Energiequelle 200 anzuschließen, bevor das Schaltmodul 300 eingeschaltet wird. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Lichtbögen in den Relais 510, 520 verhindert. Unter Verwendung von zwei Relais 510, 520, wie sie in 4 dargestellt sind, kann eine allpolige Unterbrechung zwischen der Last 400 und der Energiequelle 200 erreicht werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann jedoch auch nur ein Relais oder es können mehr als zwei Relais in dem Schaltmodul verwendet werden. Die Relais 510, 520 sollten in der Lage sein, einen Strom zu leiten, der im Bereich des Stromes liegt, für den die Last ausgelegt ist. Allerdings müssen die Relais 510, 520 nicht in der Lage sein, Kurzschlussströme zu leiten, so dass die Relais kostengünstig und klein/leicht realisiert werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind die Relais 510, 520 zwischen die Eingangsanschlüsse 310, 311 und das Schaltmodul 300 geschaltet. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. In einer in 4 nicht näher dargestellten Weise könnten die Relais 510, 520 auch zwischen das Schaltmodul 300 und die Last 400 geschaltet sein.
Das Schaltmodul 300 dient zum Anschließen der Last 400 an die Energiequelle 200 oder zum Trennen der Last 400 von der Energiequelle 200 durch Ein- bzw. Ausschalten des Schaltelements 340. Das Schaltmodul schließt die Last 400 abhängig von dem Eingangssignal Sin, das der Steuerschaltung zugeführt ist, an die Energiequelle 200 an. Das Eingangssignal kann einen von zwei unterschiedlichen Signalpegeln annehmen: Einen Ein-Pegel, wenn die Last 400 an die Energiequelle 200 angeschlossen werden soll; und einen Aus-Pegel, wenn die Last 400 von der Energiequelle 200 getrennt werden soll. In einem normalen Betriebszustand erfolgt das Anschließen der Last 400 an die Energiequelle 200 und das Trennen der Last 400 von der Energiequelle 200 erfolgt nur abhängig von dem Eingangssignal Sin. Das Schaltmodul 200 ist jedoch auch dazu ausgebildet, die Last 400 von der Energiequelle 200 zu trennen, d.h. den durch das Schaltmodul 300 fließenden Strom I zu unterbrechen, wenn eine Fehlfunktion auftritt, wie beispielsweise ein Kurzschluss. Dies verhindert, dass der Strom I in Richtung kritischer Werte ansteigt, die für die Last 400 und/oder das Schaltmodul 300 gefährlich werden können. Zu diesem Zweck misst die Strommessanordnung 330 wenigstens einen Parameter des Stroms I und stellt das Strommesssignal S330, das von dem Stromparameter abhängig ist, der Steuereinheit 350 zur Verfügung. Der Stromparameter kann der Absolutwert |I| des Stroms und/oder die Steigung dI/dt (Differentialquotient) des Stromes I sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Absolutwert des Stroms I gemessen und zwischen dem Strommesssignal S330 und dem Absolutwert des Stroms I besteht ein linearer Zusammenhang. Die Strommessanordnung 330 kann wie eine herkömmliche Strommessanordnung realisiert sein, so dass diesbezüglich keine weiteren Erläuterungen notwendig sind.
Es sei erwähnt, dass die Strommessanordnung 330 wie eine herkömmliche Strommessanordnung realisiert sein kann, die den Strom misst, um das Strommesssignal zu erzeugen. In diesem Fall wird der auszuwertende Stromparameter aus dem Strommesssignal S330 in der Steuerschaltung 350 erzeugt.
Sowohl der Absolutwert des Stroms I als auch der Differentialquotient dI/dt kann geeignet sein, um das Auftreten eines Kurzschlusses zu detektieren. Wenn ein Kurzschluss auftritt, steigt der Strom rapide an, so dass der Absolutwert des Stroms I über einen ersten Schwellenwert ansteigen kann und so dass der Differentialquotient dI/dt über einen zweiten Schwellenwer ansteigen kann. Das Auswerten des Stromparameters in der Steuerschaltung 50 kann daher das Vergleichen des Absolutwertes mit einem ersten Schwellenwert und/oder das Vergleichen des Differentialquotienten mit einem zweiten Schwellenwert umfassen. Diese Schwellenwerte können in der Steuerschaltung 350 gespeichert werden. Der Betrag dieser Schwellenwerte ist abhängig von der speziellen Umgebung, in der das Schaltmodul 300 eingesetzt wird. Genauer, die Stromparameterschwellenwerte können abhängig sein von der Strombelastbarkeit der Bauelemente in dem Antriebsstrang.
Wenn der wenigstens eine ausgewertete Stromparameter den zugehörigen Schwellenwert erreicht oder übersteigt, schaltet die Steuerschaltung 350 das Schaltelement 340 unabhängig von dem Signalpegel des Eingangssignals Sin aus.
Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass das Schaltmodul in einem Elektrofahrzeug eingesetzt ist und dass der Strom während des Normalbetriebs im Bereich von etwa I = |I| = 200A liegt, wenn das Schaltmodul 300 im Ein-Zustand ist (das Schaltmodul ist im Ein-Zustand, wenn das Schaltelement 340 eingeschaltet ist). Es sei weiterhin angenommen, dass der Absolutwert des Stromes I ausgewertet wird, um einen Kurzschluss zu detektieren und dass der Schwellenwert 250A beträgt. Wenn bei Auftreten eines Kurschlusses der Strom diesen Schwellenwert erreicht, wird das Schaltelement 340 gesteuert durch die Steuerschaltung 350 ausgeschaltet. Eine Verzögerungszeit zwischen der Detektion des Kurzschlusses und dem Zeitpunkt des Ausschaltens des Schaltelements liegt im Bereich von einigen Mikrosekunden (µs), wie beispielsweise 10µs, wenn das Schaltelement 340 mit einem herkömmlichen Leistungs-MOSFET realisiert ist. Diese Verzögerungszeit ist bedingt durch die Signalverarbeitungszeit in der Steuerschaltung 350 und durch eine Schaltverzögerung des Schaltelements 340. Der Strom I kann während dieser Verzögerungszeit weiter ansteigen. Allerdings wird aufgrund der kurzen Verzögerungszeit der Strom I nicht erheblich ansteigen. Wenn die Steigung des Stromes beispielsweise 50·10⁶As^–1 beträgt, nachdem ein Kurzschluss aufgetreten ist, kann der Strom während der Verzögerungszeit auf 500A ansteigen.
Die Verzögerungszeit und dadurch der Stromanstieg während der Verzögerungszeit ist wesentlich geringer als in elektromechanischen Relais. In einem herkömmlichen Relais beträgt eine Verzögerungszeit zwischen dem Anlegen eines Signals, das das Relais ausschalten soll, und dem Zeitpunkt des Schaltens im Bereich zwischen 1ms (Millisekunde) und einigen ms, und ist damit drei Größenordnungen größer als die Verzögerungszeit (Reaktionszeit) des Halbleiterschaltelements 340. In dem zuvor erwähnten Beispiel würde der Kurschlussstrom nicht um 500A während der Verzögerungszeit des Halbleiterschaltelements 340 ansteigen, sondern würde um einige 1000 (10³) Ampere während der Verzögerungszeit eines mechanischen Relais ansteigen. Da der durch das Schaltmodul 300 fließende maximale Strom lediglich einige Prozent des Maximalstroms beträgt, der in einem Relais fließen würde, beträgt die in dem Schaltmodul in Wärme umzusetzende Leistung nur einige Prozent der Leistung, die in einem Relais umzusetzen wäre. Außerdem kann die Gefahr von Kollateralschäden reduziert werden, wenn der durch das Schaltmodul 300 fließende Maximalstrom auf einen niedrigen Wert begrenzt wird.
Die Verwendung des Schaltmoduls 300 gemäß einem der zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele ist daher vorteilhaft im Vergleich zur Verwendung von herkömmlichen Relais. Außerdem sei erwähnt, dass in einem MOSFET keine Lichtbögen auftreten. Ohne dass die Gefahr des Auftretens von Lichtbögen vorhanden ist, kann die Größe und das Gewicht des Schaltmoduls 300 im Vergleich zu einem Relais-Modul erheblich reduziert werden.
Der wenigstens eine Halbleiterschalter, wie beispielsweise ein MOSFET oder ein IGBT, der in dem Schaltelement 340 verwendet wird, kann einen niedrigen Einschaltwiderstand und eine Ohmsche (lineare) Charakteristik aufweisen. Bei Mobilitätsanwendungen beträgt die Versorgungsspannung, die durch die Spannungsquelle 200 bereitgestellt wird, beispielsweise etwa 400V. Der Einschaltwiderstand R_DS.ON eines herkömmlichen MOSFETs mit einer Spannungsfestigkeit von 600V und einer Strombelastbarkeit von 200A liegt beispielsweise zwischen 2mΩ und 5mΩ. Der Einschaltwiderstand R_DS.ON ist der Ohmsche Widerstand über der Drain-Source-Strecke eines Transistors, während sich der Transistor im Ein-Zustand befindet.
Wenn, wie bei den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen, das Schaltelement 340 zwei Halbleiterschalter, wie beispielsweise MOSFETs, aufweist, die in Reihe geschaltet sind, kann das Halbleiterschaltelement, das so verschaltet ist, dass es einen Rückwärtsstrom von der Last 400 an die Energiequelle 200 schalten kann, eine niedriger Spannungsfestigkeit als das andere Halbleiterschaltelement aufweisen. Bei den Schaltungen der 3 und 4 dient der MOSFET 342 zum Schalten des Rückstromes von der Last 400 (wenn die Last als Generator betrieben wird) an die Energiequelle 200, während der erste MOSFET 341 zum Schalten des Vorwärtsstromes von der Energiequelle 200 an die Last 400 dient. Während die Spannungsfestigkeit des ersten MOSFET 341 beispielsweise 600V beträgt, beträgt die Spannungsfestigkeit des zweiten MOSFET 342 beispielsweise nur etwa 100V und der zweite MOSFET 342 hat einen niedrigeren Einschaltwiderstand von beispielsweise zwischen 0,5mΩ und 1mΩ.
Wenn das Schaltmodul 300 die Verbindung zwischen der Energiequelle 200 und der Last 400 unterbricht, entweder weil das Eingangssignal Sin einen Aus-Pegel annimmt, oder weil eine Fehlfunktion detektiert wird, und wenn eine signifikante parasitäre Leitungsinduktivität 420 (vgl. 1) vorhanden ist, wird in der Leitungsinduktivität eine Spannung induziert, die aus der in der Leitungsinduktivität gespeicherten induktiven Energie resultiert. Diese Spannung bewirkt einen Freilaufstrom durch die Last (400 in 1) und/oder den optionalen Zwischenkreiskondensator (410 in 1) und durch das Freilaufelement 360 des Schaltmoduls 300 bis die in der Leitungsinduktivität gespeicherte Energie in Wärme umgesetzt ist. Das Freilaufelement 360 schützt das Schaltelement 640 davor, beschädigt oder zerstört zu werden. Ohne das Freilaufelement 360 würde die in der Leitungsinduktivität gespeicherte induktive Energie zu einer hohen Spannung über dem Schaltelement 340 führen.
Das Funktionsprinzip des Schaltmoduls 300 bei Abschalten der Last 400 von der Energiequelle 200 wurde zuvor im Detail erläutert. Nachfolgend wird das Funktionsprinzip des Schaltmoduls 300 zum Zeitpunkt des Anschließens der Last 400 an die Energiequelle 200 erläutert.
Das Schaltmodul 300 wird eingeschaltet, wenn das Eingangssignal Sin einen Ein-Pegel annimmt. Allerdings wird das Schaltelement 340 zunächst nicht dauerhaft eingeschaltet, wenn das Eingangssignal Sin einen Ein-Pegel annimmt, und zwar aus folgenden Gründen: Wenn ein Zwischenkreiskondensator, wie beispielsweise der Zwischenkreiskondensator 400 gemäß 1, zwischen die Eingangsanschlüsse der Last 400 geschaltet ist und wenn der Zwischenkreiskondensator 410 nicht geladen ist, bevor das Schaltmodul 300 einschaltet, funktioniert der Kondensator 410 zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelements 340 wie ein Kurzschluss, wodurch der Strom I durch das Schaltmodul 300 rasch ansteigt. Um zu verhindern, dass der Strom I bis auf Stromwerte ansteigt, bei denen das Schaltelement 340 beschädigt oder zerstört werden kann, ist das Schaltmodul dazu ausgebildet, den Zwischenkreiskondensator 410 durch getaktetes Ein- und Ausschalten des Schaltelements 340 vorzuladen, bevor das Schaltelement 340 dauerhaft eingeschaltet wird. Es gibt daher zwei Betriebsphasen nachdem das Eingangssignal Sin einen Ein-Pegel annimmt: Eine Vorladephase (erster Schaltbetrieb) und eine Dauerhaft-Ein-Phase (zweiter Schaltbetrieb), wobei das Schaltelement 340 in der Dauerhaft-Ein-Phase dauerhaft eingeschaltet wird, bis das Eingangssignal Sin einen Aus-Pegel annimmt, oder bis ein Fehler, wie beispielsweise ein Kurzschluss, detektiert wird.
5 veranschaulicht Zeitverläufe des Eingangssignals Sin und des Ansteuersignals S340 des Schaltelements während einer Aus-Phase des Schaltmoduls 300, d.h. bevor das Eingangssignal Sin einen Ein-Pegel annimmt, und während der Vorladephase und der Dauerhaft-Ein-Phase. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass ein hoher Signalpegel des Eingangssignals Sin einen Ein-Pegel repräsentiert, während ein niedriger Signalpegel einen Aus-Pegel repräsentiert. In ähnlicher Weise repräsentiert ein hoher Signalpegel des Ansteuersignals einen Ein-Pegel, bei dem das Schaltelement 340 eingeschaltet wird, während ein niedriger Signalpegel einen Aus-Pegel repräsentiert, bei dem das Schaltelement 340 ausgeschaltet wird. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte ein hoher Pegel einen Aus-Pegel und niedriger Pegel einen Ein-Pegel repräsentieren.
In 5 bezeichnet t1 einen Zeitpunkt, zu dem das Eingangssignal Sin einen Ein-Pegel annimmt, der anzeigt, dass das Schaltmodul 300 eingeschaltet werden soll. Zu diesem Zeitpunkt t1 beginnt die Vorladephase. Während der Vorladephase wird das Schaltelement 340 getaktet ein- und ausgeschaltet. Die Vorladephase umfasst mehrere Schaltzyklen, wobei jeder Schaltzyklus eine Ein-Dauer, während der das Schaltelement 340 eingeschaltet ist, und eine nachfolgende Aus-Dauer, während der das Schaltelement 340 ausgeschaltet ist, aufweist. Solange der Zwischenkreiskondensator 410 nicht bis auf die durch die Energiequelle 200 bereitgestellte Versorgungsspannung V200 aufgeladen wurde, steigt der Strom I während der Ein-Dauer an und sinkt während der Aus-Dauer ab. Die Steigung des Stromanstiegs ist abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen der Versorgungsspannung V200 und der Spannung V410 über dem Kondensator 410. In entsprechender Weise hat die Stromsteigung ihr Maximum zu Beginn der Vorladephase, wenn die Spannung V410 über dem Kondensator 410 Null ist. Außer der Spannungsdifferenz V200–V410 zwischen der Spannung V200 am Eingang und der Spannung über dem Zwischenkreiskondensator 410 beeinflusst der Induktivitätswert der Leitungsinduktivität die Stromsteigung während der Ein-Dauern, wobei bei einer gegebenen Spannungsdifferenz die Steigung mit zunehmendem Induktivitätswert abnimmt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine optionale zusätzliche Induktivität in Reihe zu der Leitungsinduktivität geschaltet. Diese zusätzliche Induktivität 370 kann helfen, den Stromanstieg auf einen vorgegebenen Maximalwert zu begrenzen. Es sei erwähnt, dass die zusätzliche Induktivität 370 nicht notwendigerweise in dem Schaltmodul 300 angeordnet sein muss, sondern auch außerhalb des Schaltmoduls 300 angeordnet sein kann.
Wenn die optionale Induktivität 370 innerhalb des Moduls 300 angeordnet ist, kann die Induktivität auch dazu verwendet werden, den Stromanstieg als den zur Fehlerdetektion ausgewerteten Stromparameter zu ermitteln. In diesem Fall ist der Steuerschaltung 350 eine Spannung V370 über der Induktivität zugeführt (dies ist in 1 in gestrichelten Linien dargestellt). Diese Spannung V370 ist proportional zu dem Differenzialquotienten dI/dt des Stromes I. wobei gilt: V370 = –L370·dI/dt (1) wobei L370 den Induktivitätswert der zusätzlichen Induktivität bezeichnet.
In 1 bezeichnet T_I.ON die Zeitdauer einer Ein-Dauer während der Vorladephase und T_I.OFF bezeichnet die Zeitdauer einer Aus-Dauer während der Vorladephase. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Zeitdauern einzustellen:

I. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Zeitdauern T_I.ON, T_I.OFF feste Zeitdauern, die sich während der Vorladphase nicht ändern.
II. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nehmen die Zeitdauern T_I.ON während der Ein-Dauern während der Vorladephase mit der Zeit zu. Die Zeitdauern T_I.OFF der Aus-Dauern können konstant sein oder können während der Vorladphase mit der Zeit abnehmen.
III. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Strom I während der Vorladephase gemessen, wobei das Schaltelement 340 jedes Mal dann ausgeschaltet wird, wenn der Strom I einen ersten Schwellenwert erreicht, und wieder eingeschaltet wird, nachdem der Strom auf einen zweiten Schwellenwert abgesunken ist. Dieses Funktionsprinzip ist ähnlich dem eines Hysterese-Stromreglers.

In 5 bezeichnet t2 den Zeitpunkt, zu dem die Dauerhaft-Ein-Phase beginnt, während der das Schaltelement 340 dauerhaft eingeschaltet wird. In diesem Zusammenhang bedeutet "dauerhaft" solange bis das Schaltsignal Sin einen Aus-Pegel annimmt oder bis ein Fehler detektiert wird. Eine Zeitdauer T_II.ON, für die das Schaltelement 340 während der Dauerhaft-Ein-Phase eingeschaltet wird, is wesentlich länger ist als die Zeitdauer einer Ein-Dauer T_I.ON in der Vorladphase. Beispielsweise ist die Ein-Dauer in der Dauerhaft-Ein-Phase wenigstens 10 mal größer als die Ein-Dauer während der Vorladephase, d. h.: T_II.ON≥ 10·T_I.ON (2)
Die Ein-Dauer während der Dauerhaft-Ein-Phase, die auch als zweite Ein-Dauer T_II.ON bezeichnet wird, kann im Bereich von einigen Sekunden, einigen Minuten, einigen Stunden oder sogar einigen Tagen liegen, während die Ein-Dauer während der Vorladephase, die auch als erste Ein-Dauer bezeichnet wird, beispielsweise im Bereich von Millisekunden (ms) liegt, wie beispielsweise zwischen 50 ms und 500 ms.
Während der Vorladephase I (erster Schaltbetrieb oder erste Betriebsphase) wird der Zwischenkreiskondensator 410 geladen oder vorgeladen. Während der Dauerhaft-Ein-Phase (zweiter Schaltbetrieb oder zweite Betriebsphase) II, bei der sich der elektronische Schalter 340 für die Zeitdauer der Ein-Dauer T_II.ON im Ein-Zustand befindet, wird die Last 400 betrieben, d. h. beispielsweise, der elektrische Antrieb in einem Elektrofahrzeug liefert ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs.
Ein Übergang des Schaltmoduls 300 von der Vorladephase in die Dauerhaft-Ein-Phase kann abhängig von mehreren unterschiedlichen Parametern erfolgen:
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorladephase eine feste Zeitdauer auf und das Schaltmodul 300 geht nach dieser Zeitdauer in die Dauerhaft-Ein-Phase über.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel misst die Steuerschaltung 350 die Steigung (Differenzialquotient dI/dt) des Stroms I während der Ein-Dauern T_I.ON während der Vorladephase, wobei das Schaltmodul 300 in die Dauerhaft-Ein-Phase übergeht, wenn diese Steigung unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts absinkt.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel misst die Stauerschaltung 350 eine Spannungsdifferenz zwischen einer Ausgangsspannung Vout an den Ausgangsanschlüssen 312, 313 und eine Eingangsspannung Vin an den Eingangsanschlüssen, wobei das Schaltmodul in die Dauerhaft-Ein-Phase übergeht, wenn diese Differenz unter einen vorgegebenen Schwellenwert absinkt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel misst die Steuerschaltung 350 eine Steigung d_VOUT/dt der Ausgangsspannung Vout, wobei das Schaltmodul 300 in die Dauerhaft-Ein-Phase übergeht, wenn diese Steigung unter einen vorgegebenen Schwellenwert absinkt.
Wenn sich das Schaltmodul 300 im Dauerhaft-Ein-Betrieb befindet und die Last von einem Lastbetrieb in einen Generatorbetrieb wechselt, kann der Strom I in einer Rückwärtsrichtung von der Last 400 an die Energiequelle 200 fließen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel detektiert die Steuerschaltung 350 die Stromflussrichtung des Stroms I, beispielsweise durch Auswerten des Strommesssignals S330 und schaltet das Schaltelement 340 zyklisch ein und aus, um den Absolutwert des Generatorstroms zu begrenzen. Optional ist, bezugnehmend auf 1, ein weiterer Kondensator 610 und/oder ein Spannungsbegrenzungselement 620, wie beispielsweise eine Zenerdiode oder eine Reihenschaltung mit mehreren Zenerdioden, parallel zu dem Freilaufelement 360 geschaltet. Dieser Kondensator 610 und/oder das Spannungsbegrenzungselement 620 bietet einen Freilaufpfad für den Generatorstrom während solcher Zeitdauern, während der das Schaltelement 340 ausgeschaltet ist.
Das zuvor erläuterte Verfahren ist selbstverständlich nicht darauf beschränkt, in Elektrofahrzeugen eingesetzt zu werden. Das Verfahren bzw. das Schaltmodul kann auch in Batterieladesystemen zum Schalten eines Batteriestroms eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das Verfahren bzw. das Schaltmodul auch in Photovoltaiksystemen eingesetzt werden, bei denen hohe Gleichströme auftreten können. Das Schaltmodul kann insbesondere als "Sicherung" in solchen Systemen eingesetzt werden.
Abschließend sei erwähnt, dass Merkmale, die im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel erläutert wurden, auch mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, auch wenn dies zuvor nicht explizit erwähnt wurde.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Stromes (I) zwischen einer Energiequelle (200) und einer Last, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Schaltmoduls (300), das zwischen die Energiequelle (200) und die Last (400) gekoppelt ist, wobei das Schaltmodul zwei Eingangsanschlüsse (310, 311), die an die Energiequelle (200) gekoppelt sind, zwei Ausgangsanschlüsse (312, 313), die an die Last (400) gekoppelt sind, und ein Halbleiterschaltelement, das zwischen einen der Eingangsanschlüsse (310, 311) und einen der Ausgangsanschlüsse (312, 313) gekoppelt ist aufweist; Messen wenigstens eines Stromparameters des Stroms (I) zwischen der Energiequelle (200) und der Last (400); und Unterbrechen des Stroms (I) zwischen der Energiequelle (200) und der Last (400) durch Ausschalten des Halbleiterschaltelements, wenn der wenigstens eine Stromparameter wenigstens einen Parameterschwellenwert erreicht oder übersteigt.
Verfahren nach Anspruch, bei dem das Schaltmodul (300) weiterhin aufweist: eine Strommesseinheit (330), die dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Stromparameter zu messen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Schaltmodul (300) weiterhin aufweist: eine Steuereinheit (350), die dazu ausgebildet ist, das Halbleiterschaltelement (340) abhängig von dem durch die Strommesseinheit (330) gemessenen wenigstens einen Stromparameter zu steuern.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der wenigstens eine Stromparameter ein Absolutwert oder eine Steigung des Stroms durch das Schaltmodul (300) ist.
Verfahren zum Schalten eines Stromes zwischen einer Energiequelle (200) und einer Last, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Schaltmoduls (300), das zwischen die Energiequelle (200) und die Last gekoppelt ist, wobei das Schaltmodul (300) zwei Eingangsanschlüsse (310, 312), die an die Energiequelle (200) gekoppelt sind, zwei Ausgangsanschlüsse (312, 313), die an die Last (400) gekoppelt sind, und wenigstens ein Halbleiterschaltelement (340), das zwischen einen der Eingangsanschlüsse und einen der Ausgangsanschlüsse gekoppelt ist, aufweist; Betreiben des Schaltmoduls in einem ersten Schaltbetrieb, bei dem das wenigstens eine Halbleiterschaltelement (340) getaktet für eine Ein-Dauer eingeschaltet und für eine Aus-Dauer ausgeschaltet wird; und nachfolgendes Betreiben des Schaltmoduls in einem zweiten Schaltbetrieb, bei dem das wenigstens eine Halbleiterschaltelement (340) derart eingeschaltet wird, dass die Zeitdauer der Ein-Dauer wenigstens dem 10-fachen der Zeitdauer der Ein-Dauer während des ersten Schaltbetriebs entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der erste Schaltbetrieb eine fest vorgegebene Zeitdauer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, das weiterhin aufweist: Auswerten wenigstens eines elektrischen Parameters und Überführen des Schaltmoduls (300) in den zweiten Schaltbetrieb abhängig von dem wenigstens einen elektrischen Parameter.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der wenigstens eine elektrische Parameter eine Steigung eines Stromes (I) durch das Schaltmodul (300) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der wenigstens eine elektrische Parameter wenigstens einen Parameter aufweist, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: eine Spannung zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen (312, 313) des Schaltmoduls; eine Steigung der Spannung zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen (312, 313) des Schaltmoduls; eine Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen (312, 313) und einer Spannung zwischen den zwei Eingangsanschlüssen (311, 312); und eine Steigung dieser Spannungsdifferenz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die Ein-Dauern und die Aus-Dauern während des ersten Schaltbetriebs konstant sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem während des ersten Schaltbetriebs die Ein-Dauern mit zunehmender Dauer des ersten Schaltbetriebs zunehmen und/oder die Aus-Dauern mit zunehmender Dauer des ersten Schaltbetriebs abnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11 das weiterhin aufweist: Ausschalten des wenigstens einen Halbleiterschaltelements abhängig von einem Stromparameter.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Schaltmodul (300) weiterhin aufweist: ein Freilaufelement (360), das zwischen die Ausgangsanschlüsse (312, 313) geschaltet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Schaltmodul (300) weiterhin aufweist: wenigstens eine Induktivität (370), die an wenigstens einen Ausgangsanschluss (312, 313) des Schaltmoduls (300) gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Halbleiterschaltelement (340) wenigstens einen ersten Transistor mit einer Laststrecke aufweist, die zwischen einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss des Schaltmoduls (300) geschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Halbleiterschaltelement (340) einen ersten Transistor (341) und einen zweiten Transistor (342) aufweist, wobei Laststrecken des ersten und zweiten Transistors (341, 342) in Reihe geschaltet.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die ersten und zweiten Transistoren (341, 342) Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp oder komplementäre Transistoren sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin aufweist: Bereitstellen wenigstens eines Relais (510, 520), wobei das Relais zwischen einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss des Schaltmoduls (300) gekoppelt ist.
Schaltmodul, das aufweist: zwei Eingangsanschlüsse (310, 311) zum Koppeln an eine Energiequelle (200); zwei Ausgangsanschlüsse (312, 313) zum Koppeln an eine Last (400); und ein Halbleiterschaltelement, das zwischen einen der Eingangsanschlüsse (310, 311) und einen der Ausgangsanschlüsse (312, 313) gekoppelt ist; wobei das Schaltmodul (340) dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Stromparameter eines Stromes (I) zwischen der Energiequelle (200) und der Last (400) zu messen und den Strom zwischen der Energiequelle und der Last durch Ausschalten des Schaltelements (340) zu unterbrechen, wenn der wenigstens eine Stromparameter einen vorgegebenen Parameterschwellenwert erreicht oder übersteigt.
Schaltmodul nach Anspruch 19, das weiterhin aufweist: eine Strommesseinheit (330), die dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Stromparameter zu messen.
Schaltmodul nach Anspruch 20, das weiterhin aufweist: eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Halbleiterschaltelement (340) abhängig von den durch die Strommesseinheit (330) gemessenen wenigstens einen Stromparameter zu steuern.
Schaltmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 21, das aufweist: ein Freilaufelement, das zwischen die Ausgangsanschlüsse (312, 313) gekoppelt ist.
Schaltmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 22, das weiterhin aufweist: wenigstens eine Induktivität (370), die an wenigstens einen Ausgangsanschluss (312, 313) des Schaltmoduls (300) gekoppelt ist.
Schaltmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 23, das weiterhin aufweist: wenigstens ein Relais (510, 520), das zwischen einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss des Schaltmoduls (300) gekoppelt ist.
Schaltmodul nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem der wenigstens eine Stromparameter einen Absolutwert oder eine Steigung des Stromes zwischen der Energiequelle (200) und der Last (400) aufweist.