DE102012218988A1 - Control circuit for at least one contactor and a method for operating at least one contactor - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Ansteuerschaltung (30) für mindestens ein Schütz bereitgestellt, welche einen ersten und einen zweiten Anschluss (11, 12) umfasst. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung (30) einen ersten und einen zweiten Ausgang (15, 16), über welche die Ansteuerschaltung (30) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss einer Ansteuerspule für ein Schütz verbindbar ist. Der eine zweite Ausgang (16) ist über eine elektrische Verbindung (8) mit dem zweiten Anschluss (12) verbunden. Des Weiteren umfasst die Ansteuerschaltung (30) eine Haltespannungseinheit (10), welche mit dem einen ersten Ausgang (15) verbunden und dazu ausgebildet ist, eine Haltespannung für eine Ansteuerspule an dem einen ersten Ausgang (15) zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß weist die elektrische Verbindung (8) eine Stromregel-Schaltung (5) auf, welche dazu ausgelegt ist, den Stromfluss durch die elektrische Verbindung (8) auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Schützes bereitgestellt.A control circuit (30) for at least one contactor is provided, which comprises a first and a second connection (11, 12). The control circuit (30) further comprises a first and a second output (15, 16), via which the control circuit (30) can be connected to a first and a second connection of a control coil for a contactor. A second output (16) is connected to the second connection (12) via an electrical connection (8). Furthermore, the control circuit (30) comprises a holding voltage unit (10) which is connected to the one first output (15) and is designed to provide a holding voltage for a control coil at the one first output (15). According to the invention, the electrical connection (8) has a current control circuit (5) which is designed to set the current flow through the electrical connection (8) to a predetermined value. Furthermore, a method for operating at least one contactor is provided.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für mindestens ein Schütz, welche eine Haltespannungseinheit sowie eine Stromregler-Schaltung aufweist, über welche der Stromfluss durch eine Ansteuerspule eines Schützes genau auf einen Sollwert eingestellt werden kann. The present invention relates to a drive circuit for at least one contactor, which has a holding voltage unit and a current regulator circuit, via which the current flow through a drive coil of a contactor can be set exactly to a desired value.
Stand der TechnikState of the art
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an welche sehr hohe Anforderungen bezüglich der Zuverlässigkeit gestellt werden. Hintergrund hierfür ist, dass ein Ausfall der Batterie zu einem sicherheitsrelevanten Problem führen kann. Um die für eine jeweilige Anwendung gewünschten Leistungen zur Verfügung zu stellen, werden üblicherweise eine hohe Zahl von Batteriezellen in Reihe geschaltet, wodurch sich eine hohe Ausgangsspannung der Batterie ergibt, welche ohne geeignete Maßnahmen dauerhaft an den entsprechenden Versorgungsleitungen der durch die Batterie versorgten Vorrichtung anliegt und eine Gefährdung für Wartungspersonal oder Benutzer bedeuten kann. Aus diesem Grund werden in der Regel Schütze vorgesehen, um die Batterie elektrisch abkoppeln zu können. Bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antriebsmotor werden gewöhnlich sowohl am Pluspol wie auch am Minuspol der Batterie Schütze verbaut, welche für die hohe Spannung der Batterie ausgelegt sind und auch bei Kurzschlussströmen von über 1000 A zuverlässig die Batterie abtrennen können müssen.It is becoming apparent that in the future both in stationary applications and in vehicles such as hybrid and electric vehicles, more and more battery systems will be used, to which very high reliability requirements are placed. The background to this is that failure of the battery can lead to a safety-relevant problem. In order to provide the desired for a particular application services available, usually a high number of battery cells are connected in series, resulting in a high output voltage of the battery, which is applied without suitable measures permanently to the corresponding supply lines of the device powered by the battery and can endanger maintenance personnel or users. For this reason, contactors are usually provided in order to decouple the battery can electrically. In motor vehicles with electric drive motor contactors are usually installed both on the plus pole as well as the negative terminal of the battery, which are designed for the high voltage of the battery and must reliably disconnect the battery even with short-circuit currents of over 1000 A.
Das Ein- und Ausschalten der Schütze geschieht gewöhnlich über eine elektronische Endstufe beziehungsweise über eine Ansteuerschaltung, welche die Ansteuerspulen der Schütze mit Strom versorgt. Die Ansteuerleistung ist dabei nicht vernachlässigbar gering. Beim Einschaltvorgang werden zum zuverlässigen Anziehen der Schütze jedoch weitaus höhere Ansteuerströme benötigt als zum anschließenden Halten der Kontakte im geschlossenen Zustand. Aus diesem Grund ist es üblich, die Ansteuerung der Schütze in zwei Modi zu unterteilen, den Anzugsmodus und den Haltemodus (oder auch Anzugs- beziehungsweise Haltephase). Bezeichnend für den jeweiligen Modus ist die Höhe des Ansteuerstroms, der während des Anzugsmodus höher ist als während des Haltemodus. Hierbei wird vom Anzugs- und vom Halteniveau gesprochen. Dabei wird der Anzugsmodus nur für das Einschalten (Schließen) der Schütze benötigt und ist von relativ kurzer Dauer. Den überwiegenden Teil der Einsatzzeit werden die Schütze im leistungssparenderen Haltemodus betrieben. Eine Ansteuerschaltung für die Ansteuerung von Schützen soll daher in der Lage sein, beide Betriebsmodi darzustellen. The switching on and off of the contactors usually takes place via an electronic output stage or via a drive circuit which supplies the drive coils of the contactors with power. The drive power is not negligible. When switching on, however, far higher drive currents are required for reliably tightening the contactors than for subsequently holding the contacts in the closed state. For this reason, it is customary to divide the contactor control into two modes, the pull-in mode and the hold mode (or also the pull-in or hold phase). Significant for the particular mode is the magnitude of the drive current that is higher during the pull-up mode than during the hold mode. This is spoken of the suit and the hold level. The tightening mode is only needed for switching on (closing) the contactors and is of relatively short duration. For the majority of the operating time, the contactors are operated in the more power-saving holding mode. A drive circuit for activating contactors should therefore be able to represent both operating modes.
Aus der
Allerdings weisen die, zum Beispiel innerhalb der in der
Die verwandten Bauteile, insbesondere innerhalb des Haltespannungskreises einer Ansteuerschaltung, müssen daher so ausgelegt werden, dass der notwendige Haltestrom auch bei Vorliegen extremer Temperaturen von der Haltestromeinheit bereitgestellt werden kann. Da aber die Leitfähigkeit der Bauteile und dadurch der Stromfluss durch selbige, wie beispielsweise durch die Ansteuerspule des Schützes, temperaturbedingt schwankt, ist es notwendig, die Bauteile größer zu dimensionieren, als dies für den eigentlich gewünschten Strom notwendig wäre. Beispielsweise die in dem Haltekreis der in der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Ansteuerschaltung für mindestens ein Schütz zur Verfügung gestellt, welche einen ersten und einen zweiten Anschluss umfasst, über welche die Ansteuerschaltung mit den Polen eines Energiespeichers verbindbar ist. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Ausgang, über welche die Ansteuerschaltung mit einem ersten und einem zweiten Anschluss einer Ansteuerspule für ein Schütz verbindbar ist. Der mindestens eine zweite Ausgang ist über eine elektrische Verbindung mit dem zweiten Anschluss verbunden. Des Weiteren umfasst die Ansteuerschaltung eine Haltespannungseinheit, welche mit dem mindestens einen ersten Ausgang verbunden und dazu ausgebildet ist, eine Haltespannung für eine Ansteuerspule an dem mindestens einen ersten Ausgang zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß weist die elektrische Verbindung eine Stromregel-Schaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, den Stromfluss durch die elektrische Verbindung auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.According to the invention, a drive circuit is provided for at least one contactor, which comprises a first and a second terminal, via which the drive circuit can be connected to the poles of an energy store. Furthermore, the drive circuit comprises at least one first and at least one second output, via which the drive circuit can be connected to a first and a second terminal of a drive coil for a contactor. The at least one second output is connected to the second terminal via an electrical connection. Furthermore, the drive circuit comprises a holding voltage unit, which is connected to the at least one first output and designed to to provide a holding voltage for a drive coil at the at least one first output. According to the invention, the electrical connection has a current control circuit which is designed to set the current flow through the electrical connection to a predetermined value.
Durch die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung ist es möglich, bei einer konstanten Haltespannung während der Haltephase, den Stromfluss durch die Ansteuerspule eines Schützes zu jeder Temperatur genau einzustellen. Die beispielsweise im Haltespannungskreis verbauten Bauteile der Ansteuerschaltung müssen dann nicht mehr überdimensioniert werden, da einer temperaturbedingten Erhöhung beziehungsweise Verringerung des Stromflusses im Haltespannungskreis durch die Stromregel-Schaltung entgegengewirkt werden kann. Dadurch können Kosten und Bauraum eingespart werden.The drive circuit according to the invention makes it possible to precisely set the current flow through the drive coil of a contactor to each temperature at a constant holding voltage during the holding phase. The built-in, for example, in the holding voltage circuit components of the drive circuit then no longer need to be oversized, since a temperature-induced increase or decrease in the current flow in the holding voltage circuit can be counteracted by the current control circuit. As a result, costs and space can be saved.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stromregel-Schaltung einen in der elektrischen Verbindung angeordneten Transistor, wobei der Transistor eine Steuerelektrode aufweist und dazu ausgelegt ist, linear angesteuert und als Stromquelle betrieben zu werden. Mit Transistoren können elektrische Signale geschaltet und verstärkt werden, ohne dass dabei eine mechanische Bewegung ausgeführt werden muss. Transistoren sind bei anliegender Betriebsspannung umgehend betriebsbereit. Sie weisen geringe Verluste, eine sehr geringe Wärmeentwicklung und sehr geringe Abmessungen auf. Ferner kann ein Transistor sehr gut als Stromquelle beziehungsweise zur Einstellung eines Stromes verwendet werden, da sich der Widerstand der Schaltstrecke eines Transistors sehr genau einstellen lässt.In a preferred embodiment, the current control circuit comprises a transistor arranged in the electrical connection, wherein the transistor has a control electrode and is designed to be linearly controlled and operated as a current source. With transistors electrical signals can be switched and amplified, without causing a mechanical movement must be performed. Transistors are immediately ready for operation when the operating voltage is applied. They have low losses, very low heat generation and very small dimensions. Furthermore, a transistor can be used very well as a current source or for setting a current, since the resistance of the switching path of a transistor can be set very accurately.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist der Transistor als MOSFET oder als Bipolartransistor ausgeführt. MOSFETs sind kostengünstig und sehr kompakt, das heißt in einer hohen Integrationsdichte realisierbar. Ferner weisen MOSFETS eine schnelle Schaltzeit sowie stabile Verstärkungs- und Antwortzeiten auf. Bipolartransistoren hingegen weisen eine hohe Spannungsfestigkeit sowie ebenfalls eine hohe Schaltgeschwindigkeit auf. Ferner sind ihre Leitverluste linear proportional zu dem sie durchfließenden Strom sowie zu der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung.In a preferred further development of this embodiment, the transistor is designed as a MOSFET or as a bipolar transistor. MOSFETs are inexpensive and very compact, that is, in a high integration density feasible. Furthermore, MOSFETs have a fast switching time as well as stable gain and response times. Bipolar transistors, however, have a high dielectric strength and also a high switching speed. Furthermore, their conduction losses are linearly proportional to the current flowing through them as well as to the collector-emitter saturation voltage.
Vorzugsweise weist die Stromregel-Schaltung eine mit der elektrischen Verbindung verbundene Strommess-Einheit auf. Dadurch ist es möglich, den Stromfluss innerhalb der elektrischen Verbindung und damit den Stromfluss durch die Ansteuerspule sehr genau zu messen und einem Abweichen des Stroms von dessen Sollwert entgegenzuwirken. The current regulating circuit preferably has a current measuring unit connected to the electrical connection. This makes it possible to measure the current flow within the electrical connection and thus the current flow through the Ansteuerspule very accurately and counteract a deviation of the current of its nominal value.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist die Strommess-Einheit als Nebenschlusswiderstand ausgeführt. Nebenschlusswiderstände beziehungsweise Shunts sind im Vergleich zu anderen Strommess-Einheiten beziehungsweise Stromsensoren sehr preiswert und vermögen einen Strom dennoch sehr genau zu messen. In a preferred further development of this embodiment, the current measuring unit is designed as a shunt resistor. Shunt resistors or shunts are very inexpensive compared to other current measuring units or current sensors and are nevertheless capable of measuring a current very precisely.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung einer dieser oder einer der vorhergehenden Ausführungsformen weist die Stromregel-Schaltung eine Regeleinheit auf, die mit der Strommess-Einheit sowie der Steuerelektrode des Transistors verbunden und dazu ausgelegt ist, den Transistor über dessen Steuerelektrode, in Abhängigkeit von dem durch die Strommess-Einheit gemessenen Strom, linear anzusteuern.In a preferred further development of one of these or one of the preceding embodiments, the current control circuit has a control unit which is connected to the current measuring unit and the control electrode of the transistor and adapted to the transistor via the control electrode, in response to the current through the meter Unit measured current, linearly.
Bevorzugt ist die Regeleinheit als Rückführverstärkerschaltung mit einem Ausgang und zwei Eingängen ausgeführt, wobei der Ausgang der Rückführverstärkerschaltung mit der Steuerelektrode des Transistors verbunden ist, während der eine Eingang der Rückführverstärkerschaltung mit der Strommess-Einheit verbunden ist und der andere Eingang der Rückführverstärkerschaltung mit einem konstanten Potenzial verbunden ist.Preferably, the control unit is designed as a feedback amplifier circuit having an output and two inputs, wherein the output of the feedback amplifier circuit is connected to the control electrode of the transistor, while one input of the feedback amplifier circuit is connected to the current measuring unit and the other input of the feedback amplifier circuit with a constant potential connected is.
Bevorzugt weist der Eingang der Rückführverstärkerschaltung, welcher mit einem konstanten Potenzial verbunden ist, eine Referenzspannungsquelle auf. The input of the feedback amplifier circuit, which is connected to a constant potential, preferably has a reference voltage source.
Über die Rückführverstärkerschaltung ist die Strommess-Einheit mit der Steuerelektrode des Transistors verbunden und kann einer Abweichung des Stromflusses von dem Sollwert unmittelbar durch Veränderung des Widerstandes der Schaltstrecke des Transistors entgegengewirkt werden. Ein von der Strommess-Einheit gemessener Strom muss also nicht zunächst aufwendig ausgewertet und übermittelt werden.Via the feedback amplifier circuit, the current measuring unit is connected to the control electrode of the transistor and can be counteracted a deviation of the current flow from the setpoint directly by changing the resistance of the switching path of the transistor. Thus, a current measured by the current measuring unit does not first have to be elaborately evaluated and transmitted.
Vorzugsweise ist die Rückführverstärkerschaltung als Operationsverstärker ausgeführt. Operationsverstärker sind kurzschlussfest, benötigen keine Frequenzkompensation, weisen sehr große Eingangsspannungsbereiche auf und nehmen wenig Leistung auf.Preferably, the feedback amplifier circuit is designed as an operational amplifier. Operational amplifiers are short-circuit proof, do not require frequency compensation, have very large input voltage ranges, and consume little power.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rückführverstärkerschaltung als elektronische Schaltung ausgeführt, welche diskrete Bauelemente aufweist. Durch den Verbau diskreter Bauelemente können sich gegenüber einer Ausführung der Rückverstärkerschaltung durch einen Operationsverstärker Kostenvorteile ergeben.In a preferred embodiment, the feedback amplifier circuit is designed as an electronic circuit having discrete components. By installing discrete components, cost advantages can result over an embodiment of the repeater circuit by means of an operational amplifier.
Bevorzugt ist die Haltespannungseinheit als Schaltwandler ausgeführt. Schaltwandler sind energiesparend und wegen ihrer aktiven Stromreglung relativ unempfindlich gegenüber Spannungs- oder Parameterschwankungen.Preferably, the holding voltage unit is designed as a switching converter. Switching converters are energy-saving and because of their active current regulation relatively insensitive to voltage or parameter variations.
Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Schützes bereitgestellt, welches mindestens eine Ansteuerspule zur Ansteuerung mindestens eines Schützes sowie eine Haltespannungseinheit umfasst, welche mit der mindestens einen Ansteuerspule verbunden und dazu ausgebildet ist, durch eine an ihrem Ausgang erzeugte Haltespannung einen Stromfluss durch die mindestens eine Ansteuerspule zu bewirken. Ferner umfasst das Verfahren zum Betrieb mindestens eines Schützes eine Stromregel-Schaltung, welche elektrisch leitfähig mit der Ansteuerspule verbunden und dazu ausgebildet ist, den Stromfluss durch die mindestens eine Ansteuerspule auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Bereitstellen eines die mindestens eine Ansteuerspule durchfließenden Anzugsstroms durch die Haltespannungseinheit. Bereitstellen eines die mindestens eine Ansteuerspule durchfließenden Haltestroms durch die Haltespannungseinheit. Messen des Betrags des die mindestens eine Ansteuerspule durchfließenden Stromflusses. Einstellen des die mindestens eine Ansteuerspule durchfließenden Stromflusses auf einen vorbestimmten Wert durch die Stromregel-Schaltung in Abhängigkeit von dem gemessenen Betrag des die mindestens eine Ansteuerspule durchfließenden Stromflusses.Furthermore, a method is provided for operating at least one contactor, which comprises at least one drive coil for controlling at least one contactor and a holding voltage unit which is connected to the at least one drive coil and designed to conduct current through the at least one by a holding voltage generated at its output To cause drive coil. Furthermore, the method for operating at least one contactor comprises a current control circuit, which is electrically conductively connected to the drive coil and is designed to set the current flow through the at least one drive coil to a predetermined value. The method comprises the following method steps: providing a starting current flowing through the at least one drive coil through the holding voltage unit. Providing a holding current flowing through the at least one drive coil through the holding voltage unit. Measuring the amount of current flowing through the at least one Ansteuerspule current flow. Adjusting the current flowing through the at least one Ansteuerspule current flow to a predetermined value by the current control circuit in dependence on the measured amount of the at least one Ansteuerspule by flowing current flow.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens zum Betrieb mindestens eines Schützes umfasst die Stromregel-Schaltung ferner einen Transistor, welcher mit der mindestens einen Ansteuerspule elektrisch leitfähig verbunden ist und erfolgt in dem Schritt des Einstellens des die mindestens eine Ansteuerspule durchfließenden Stromflusses auf einen vorbestimmten Wert die Einstellung des Stromflusses durch eine lineare Ansteuerung des Transistors durch die Stromregel-Schaltung. In a preferred further development of the method for operating at least one contactor, the current control circuit further comprises a transistor, which is electrically conductively connected to the at least one drive coil, and in the step of setting the current flowing through the at least one drive coil to a predetermined value, the adjustment takes place the current flow through a linear drive of the transistor by the current control circuit.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der
Die Ansteuerschaltung
Zusätzlich ist in
Der erste Schalter
Die
Erfindungsgemäß weist die elektrische Verbindung
Die
Erfindungsgemäß weisen die elektrischen Verbindungen
In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Stromregel-Schaltungen
In dem Ausführungsbeispiel der
Die elektronische Schaltung dieser Stromregel-Schaltung
Sowohl die Ausführung der Regeleinheiten
Ferner können auch erfindungsgemäße Ansteuerschaltungen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GULDE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWALTSKANZL, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |