DE102012222917A1

DE102012222917A1 - Schalt-Schütz, Batterie mit dem Schalt-Schütz und Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Kontaktwiderstands beim Schalt-Schütz

Info

Publication number: DE102012222917A1
Application number: DE201210222917
Authority: DE
Inventors: Stefan Butzmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Es wird ein Schalt-Schütz, eine Batterie mit dem Schalt-Schütz und ein Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Kontaktwiderstands (RK) bei dem Schalt-Schütz offenbart, wobei das Verfahren die Schritte Durchfließen eines ersten Last-Strom-Kontakts (20) und eines zweiten Last-Strom-Kontakts (30) eines Schützes mit einem mittels des Schützes zu schaltenden Last-Strom, Superposition des Last-Stroms mit einem zeitvarianten Messsignalstrom (i), sodass der Messsignalstrom (i) ebenfalls über die beiden Last-Strom-Kontakte (20, 30) das Schütz durchfließt, Erfassen (A) eines zeitvarianten Spannungsabfall-Signals, welches zwischen beiden Last-Strom-Kontakten (20, 30) anliegt, Korrelieren (M, TP) des Spannungsabfall-Signals mit dem Messsignalstrom (i) und Ermitteln eines mit dem Kontaktwiderstand (RK) korrespondierenden Wertes unter Verwendung der Korrelation (M, TP), aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalt-Schütz, eine Batterie mit dem Schalt-Schütz und ein Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Kontaktwiderstands beim Schalt-Schütz.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass der Kontaktwiderstand von Schützen ein Indiz für die Alterung des Schützes ist.
Die Patentschrift DE 689 07 961 T2 offenbart ein System zum Ermitteln eines Fehlers eines gasisolierten Schaltgerätes mit einem Kontaktfehler oder einem anomalen Kontakt in einem Leiteranschluss, um einen Unfall zu verhindern.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Kontaktwiderstands bei einem Schalt-Schütz mit den Schritten Durchfließen eines ersten Last-Strom-Kontakts und eines zweiten Last-Strom-Kontakts eines Schützes mit einem mittels des Schützes zu schaltenden Last-Strom, Superposition des Last-Stroms mit einem zeitvarianten Messsignalstrom, sodass der Messsignalstrom ebenfalls über die beiden Last-Strom-Kontakte das Schütz durchfließt, wobei der Messsignalstrom durch eine Messsignalspannung initiiert wird, Erfassen eines zeitvarianten Spannungsabfall-Signals, welches zwischen beiden Last-Strom-Kontakten anliegt, Korrelieren des Spannungsabfall-Signals mit dem Messsignalstrom oder mit der Messsignalspannung und Ermitteln eines mit dem Kontaktwiderstand korrespondierenden Wertes unter Verwendung der Korrelation.
Ein dadurch erreichter Vorteil ist die Möglichkeit, im laufenden Betrieb, also unter Last-Strom, kontinuierlich den Zustand des Schützes bezüglich dessen Kontaktwiderstands überwachen zu können, ohne eine Beeinflussung infolge nutzungsbedingter Modulation des Last-Stroms berücksichtigen zu müssen.
Vorzugsweise weist der Messsignalstrom einen sinusförmigen Verlauf auf. Vorteilhaft daran ist eine schaltungstechnisch einfache Realisierung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Erfassen des zeitvarianten Spannungsabfall-Signals mittels eines elektronischen Verstärkers. Vorteil ist, einen beiden Last-Strom-Kontakten gleichartigen Offset schaltungstechnisch leichter ausblenden zu können, um eine Differenzspannung zu erfassen.
In einer besonders bevorzugten Variante erfolgt das Erfassen des zeitvarianten Spannungsabfall-Signals mittels eines Operationsverstärkers. Ein daraus resultierender Vorteil ist eine Einfachheit der anzuordnenden elektronischen Bauteile, da wesentliche Baugruppen bereits integriert sind.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung erfolgt das Korrelieren der Signale vorzugsweise mittels eines Multiplizierers in Zusammenarbeit mit einem Tiefpassfilter, wobei einem Eingang des Multiplizierers der Messsignalstrom oder die Messsignalspannung zugeführt wird und dem anderen Eingang des Multiplizierers das zeitvariante Spannungsabfall-Signal zugeführt wird.
Dabei übernimmt der Tiefpassfilter die Aufgabe der Integration. Die Integration kann dabei analog-elektronisch, beispielsweise unter Einsatz einer Kapazität, oder auch digital-elektronisch, beispielsweise unter Einsatz eines Speicherelements, erfolgen. Diese Ausgestaltung der Erfindung bringt als Vorteil eine schaltungstechnisch einfache Realisierbarkeit der Korrelation hervor.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln des mit dem Kontaktwiderstand korrespondierenden Wertes mittels einer Verwendung von Digitaltechnik. Korrespondierende Werte können vorzugsweise eine Spannung, ein Strom, eine Frequenz oder eine magnetische Feldstärke sein.
Als Vorteil ergibt sich, dass durch die einfach und valide zu realisierende Speichermöglichkeit im digitalen Schaltungsbereich eine beliebig einfache oder beliebig komplexe Möglichkeit der Auswertung besteht, und vorzugsweise ein kontaktloses Senden der ermittelten Werte als auch ein Empfangen weiterer für eine Auswertung relevanter Werte möglich sind.
Ferner ist bevorzugt, dass das Ermitteln des mit dem Kontaktwiderstand korrespondierenden Wertes mittels einer Verwendung eines Mikrocontrollers erfolgt. Ein Vorteil durch Verwendung eines Mikrocontrollers ist eine beliebig einfache oder beliebig komplexe Ausgestaltung der Auswertung. Somit kann vorzugsweise durch ein Firmware-Upgrade eine Funktionalität nachgerüstet oder an neue Einsatzbedingungen angepasst werden.
Auch ist es möglich, dass der Last-Strom von einer Batterie erzeugt wird. Der Vorteil einer Erzeugung des Last-Stroms durch eine Batterie ist die Möglichkeit einer mobilen Anwendung, bevorzugt in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Schalt-Schütz offenbart, welches einen ersten Last-Strom-Kontakt und einen zweiten Last-Strom-Kontakt, welcher mit dem ersten Kontakt durch Serienschaltung mit einem Schaltelement elektrisch verbunden ist, umfasst und wobei eine Signal-Spannungsquelle mit mindestens einem der Kontakte verbunden und ausgebildet ist, eine zeitvariante elektrische Spannung zu erzeugen, und das Schalt-Schütz einen Multiplizierer aufweist, welcher mit der Signal-Spannungsquelle und mit mindestens einem der Kontakte Signal führend verbunden ist.
Als Vorteil erweist sich die erfindungsgemäße Möglichkeit, mittels Korrelation während eines laufenden Betriebs, also unter Strom, einen Kontaktwiderstand des Schalt-Schützes bestimmen zu können.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Schalt-Schütz gemäß der vorgenannten Merkmale, wobei die Batterie elektrisch mit einem Last-Strom-Kontakt des Schalt-Schützes verbunden ist. Als Batterie ist eine Lithium-Ionen-Batterie bevorzugt.
Als resultierender Vorteil ergibt sich insbesondere die Möglichkeit einer Integration der erfindungsgemäßen Kontaktwiderstands-Bestimmung in eine Batterie. Somit ergibt sich eine Vergrößerung der Sicherheit bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine elektronische Schaltung in schematischer Darstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante zur Bestimmung eines Kontaktwiderstands eines Schalt-Schützes.
1 zeigt eine elektronische Schaltung in schematischer Darstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante zur Bestimmung eines elektrischen Kontaktwiderstands R_K bei einem Schalt-Schütz.
Eine Bestimmung des Kontaktwiderstands R_K des Schalt-Schützes ist auch während eines laufenden Betriebs durchführbar, insbesondere dann, wenn ein zu schaltender Last-Strom durch das Schütz fließt. Der mittels des Schützes zu schaltende Strom fließt über einen ersten Last-Strom-Kontakt 20 in den Schütz und über einen zweiten Last-Strom-Kontakt 30 aus dem Schütz.
Grundgedanke dieser bevorzugten Ausführungsvariante ist die Verlegung der Bestimmung des Kontaktwiderstands R_K des Schalt-Schützes in einen anderen (höheren) Frequenzbereich oberhalb eines Frequenzspektrums des durch das Schütz fließenden Last-Stroms.
Dabei ist R_K der Kontaktwiderstand des geschlossenen Schützes, R_p ein Vorwiderstand im Sinne eines vorgebbaren Parameters zur Bestimmung eines zeitvarianten elektrischen Messsignalstroms i = I₀ sin(ωt), eine zeitvariante elektrische Spannung u = U₀ sin(ωt) zur Erzeugung des Messsignalstroms i, A ein Verstärker, u_M eine zeitvariante elektrische Spannung am Ausgang eines Multiplizierers M und TP ein Tiefpass.
U_out ist eine Ausgangsspannung, deren Wert in einem proportionalen Verhältnis steht zum Kontaktwiderstand R_K.
Die Topologie nutzt bevorzugterweise einen Oszillator, der eine Spannung u(t) = U₀ sin(ωt) erzeugt. Der Oszillator ist über den Vorwiderstand R_p mit dem ersten Last-Strom-Kontakt 20 des Schützes verbunden, der andere Anschluss des Oszillators ist mit dem zweiten Last-Strom-Kontakt 30 des Schützes verbunden.
Wenn der Kontaktwiderstand R_K des Schützes wesentlich kleiner als R_p ist, so gilt: i(t) = I₀sin(ωt) = U₀/R_p sin(ωt).
Für die vom Verstärker A registrierte Spannung gilt: u_K(t) = R_K/R_pU₀sin(ωt). Wird eine über dem Kontaktwiderstand R_K des Schützes anliegende zeitvariante elektrische Spannung u_K(t) mittels eines Multiplizierers M mit dem Oszillator-Signal u(t) multipliziert, so gilt für die resultierende zeitvariante Spannung u_M: u_M = a R_K/R_pU₀ ²sin²(ωt), wobei der Faktor a einer Verstärkung des Verstärkers A entspricht und die Einheit 1/Volt aufweist.
Daraus folgt: u_M = R_K/R_paU₀ ²1/2(1 – sin(2ωt)).
Nach Filterung durch den Tiefpass TP ergibt sich: U_out = R_K/R_pa/2U₀ ² und somit ist U_out proportional zu R_K.
Die Ausgangsspannung U_out des Tiefpasses TP wird bevorzugt mit einem AD-Wandler erfasst und mittels eines Mikrocontrollers ausgewertet, um aus der Bestimmung des Kontaktwiderstands R_K eine Abschätzung der Schützalterung vorzunehmen.
Der Multiplizierer M in Verbindung mit dem Tiefpass TP erledigt eine Korrelation beider Signale i(t) und u_K(t), wobei die Ausgangsspannung U_out des Tiefpasses TP einem durch die Korrelation erlangten Korrelationswert entspricht, welcher der Abschätzung der Schützalterung dient.
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 68907961 T2 [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Kontaktwiderstands (R_K) bei einem Schalt-Schütz mit den Schritten: (a) Durchfließen eines ersten Last-Strom-Kontakts (20) und eines zweiten Last-Strom-Kontakts (30) eines Schützes mit einem mittels des Schützes zu schaltenden Last-Strom; (b) Superposition des Last-Stroms mit einem zeitvarianten Messsignalstrom (i), sodass der Messsignalstrom (i) ebenfalls über die beiden Last-Strom-Kontakte (20, 30) das Schütz durchfließt, wobei der Messsignalstrom (i) durch eine Messsignalspannung (u) initiiert wird; (c) Erfassen (A) eines zeitvarianten Spannungsabfall-Signals, welches zwischen beiden Last-Strom-Kontakten (20, 30) anliegt; (d) Korrelieren (M, TP) des Spannungsabfall-Signals mit dem Messsignalstrom (i) oder mit der Messsignalspannung (u); und (e) Ermitteln eines mit dem Kontaktwiderstand (R_K) korrespondierenden Wertes unter Verwendung der Korrelation (M, TP).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Messsignalstrom (i) einen sinusförmigen Verlauf aufweist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Erfassen (A) des zeitvarianten Spannungsabfall-Signals mittels eines elektronischen Verstärkers (A) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Erfassen (A) des zeitvarianten Spannungsabfall-Signals mittels eines Operationsverstärkers (A) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Korrelieren (M, TP) der Signale mittels eines Multiplizierers (M) in Zusammenarbeit mit einem Tiefpassfilter (TP) erfolgt, wobei einem Eingang des Multiplizierers (M) der Messsignalstrom (i) oder die Messsignalspannung (u) zugeführt wird und dem anderen Eingang des Multiplizierers (M) das zeitvariante Spannungsabfall-Signal zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Ermitteln des mit dem Kontaktwiderstand (R_K) korrespondierenden Wertes mittels einer Verwendung von Digitaltechnik erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Ermitteln des mit dem Kontaktwiderstand (R_K) korrespondierenden Wertes mittels einer Verwendung eines Mikrocontrollers erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Last-Strom von einer Batterie erzeugt wird.
Schalt-Schütz umfassend: (i) einen ersten Last-Strom-Kontakt (20) und (ii) einen zweiten Last-Strom-Kontakt (30), welcher mit dem ersten Kontakt (20) durch Serienschaltung mit einem Schaltelement (R_K) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass (iii) eine Signal-Spannungsquelle (u) mit mindestens einem der Kontakte (20, 30) verbunden und ausgebildet ist, eine zeitvariante elektrische Spannung zu erzeugen; und (iv) das Schalt-Schütz einen Multiplizierer (M) aufweist, welcher mit der Signal- Spannungsquelle (u) und mit mindestens einem der Kontakte (20, 30) Signal führend (A) verbunden ist.
Batterie mit einem Schalt-Schütz nach Anspruch 9, wobei die Batterie elektrisch mit einem Last-Strom-Kontakt (20, 30) des Schalt-Schützes verbunden (20, 30) ist.