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Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, insbesondere für einen Prüfstand zum Testen von Batteriesystemen oder Batteriemanagementsystemen, mit Anschlüssen zum Anlegen einer Gleichspannung und mit einem wenigstens einen Kondensator umfassenden Simulationsstrang zum Nachbilden des Spannungsverlaufs beim Vorladen eines Zwischenkreises bei einer an die Anschlüsse angelegten Gleichspannung.
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Stand der Technik
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Nachladbare Batteriesysteme sind als Energiespeicher insbesondere für die Elektromobilität von großer Bedeutung. So werden Batteriesysteme insbesondere in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen eingesetzt, um die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderliche elektrische Energie bereitzustellen. Derartige Batteriesysteme weisen einen komplexen Aufbau auf und können insbesondere neben einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen weitere Einrichtungen umfassen, welche einem sicheren und zuverlässigen Betrieb des Batteriesystems dienen.
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Zum Überwachen und Regeln des Betriebs des Batteriesystems umfassen derartige Batteriesysteme üblicherweise ein sogenanntes Batteriemanagementsystem. Diese Batteriemanagementsysteme erfassen und überwachen insbesondere die an den Batteriezellen eines Batteriesystems anliegenden Batteriezellspannungen, Batteriezelltemperaturen und/oder die auftretenden Ströme. Darüber hinaus umfassen die Batteriemanagementsysteme üblicherweise eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung des Batteriesystems von einer angeschlossenen Verbrauchereinrichtung. Bei Nutzung eines Batteriesystems als Energiespeicher in einem Elektrofahrzeug umfasst das Batteriemanagementsystem insbesondere eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung des Batteriesystems von dem Fahrzeug oder einer angeschlossenen Ladeeinrichtung zum Nachladen der Batteriezellen des Batteriesystems. Als galvanische Trenneinheit wird dabei insbesondere eine sogenannte Battery Disconnect Unit eingesetzt, häufig auch kurz als BCU bezeichnet. Eine weitere Aufgabe des Batteriemanagementsystems ist insbesondere das Vorladen der Zwischenkreiskapazität eines Zwischenkreises.
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Da das Batteriemanagementsystem somit maßgeblich für einen sicheren Betrieb des Batteriesystems verantwortlich ist, ist die fehlerfreie Funktion eines Batteriemanagementsystems von großer Bedeutung. Um diese sicherzustellen, ist es bekannt, Batteriemanagementsysteme vor einer Inbetriebnahme zu testen. So ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2010 031 884 A1 eine Vorrichtung zum Testen eines Batteriemanagementsystems bekannt, wobei eine Batterie mittels eines Batteriesimulators simuliert wird.
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Des Weiteren sind aus der Druckschrift
WO 98/22830 A2 ein Batteriemanagementsystem und ein Batteriesimulator sowie ein Verfahren zum Simulieren des Verhaltens einer Batterie bekannt.
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Ferner ist es bekannt, die Filterkapazität eines Fahrzeugwechselrichters bei einem Prüfstand zum Testen von Batteriemanagementsystemen durch eine Zwischenkreisplatine, den sogenannten Zwischenkreis-Simulator, zu simulieren. Mittels dieses Zwischenkreis-Simulators lässt sich der Spannungsverlauf beim Vorladen des Zwischenkreises nachbilden, ohne dass das Batteriemanagementsystem beziehungsweise das Batteriesystem zusammen mit der vorgesehenen Verbrauchereinrichtung, beispielsweise im Fahrzeug, betrieben wird. Da dieser Spannungsverlauf diagnoserelevant ist, muss dieser vorgegebenen Spezifikationen entsprechen.
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Bei bislang genutzten Zwischenkreis-Simulatoren, die insbesondere als einfaches RC-Glied ausgebildet sein können, besteht das Problem, dass der maximale Strom, der beim Laden des Zwischenkreises fließen kann, begrenzt ist.
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Wird dieser überschritten, so bricht die an die Anschlüsse des Zwischenkreis-Simulators angelegte Spannung, die insbesondere durch einen Zellspannungssimulator bereitgestellt sein kann, ein. Dies kann insbesondere zu einem unerwünschten Abbruch der Kommunikation mit den Zellüberwachungseinheiten des Batteriemanagementsystems führen. Darüber hinaus besteht das Problem, dass nach Beendigung eines Tests eines Batteriemanagementsystems mit einem im Stand der Technik bekannten Zwischenkreis-Simulator für eine bestimmte Zeit an dem Zwischenkreis-Simulator noch eine für eine den Test durchführende Person gefährliche Spannung anliegen kann.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine eingangs genannte elektronische Schaltung zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektronische Schaltung, insbesondere für einen Prüfstand zum Testen von Batteriemanagementsystemen, mit Anschlüssen zum Anlegen einer Gleichspannung und mit einem wenigstens einen Kondensator umfassenden Simulationsstrang zum Nachbilden des Spannungsverlaufs beim Vorladen eines Zwischenkreises bei einer an die Anschlüsse angelegten Gleichspannung vorgeschlagen, wobei parallel zu dem Simulationsstrang ein erster Widerstand und ein gesteuertes Schaltelement elektrisch in Reihe geschaltet sind, und wobei das Schaltelement derart gesteuert wird, dass das Schaltelement beim Laden des wenigstens einen Kondensators des Simulationsstrangs durch Anlegen der Gleichspannung an die Anschlüsse leitend ist, das Schaltelement bei geladenem Kondensator nichtleitend ist und beim Trennen der Gleichspannung von den Anschlüssen leitend ist. Das heißt, dass beim Laden des wenigstens einen Kondensators ein Strom durch den ersten Widerstand fließen kann, solange bis der wenigstens eine Kondensator geladen ist. Durch das steuerbare Schaltelement wird der Strompfad, in dem der erste Widerstand angeordnet ist, dann vorteilhafterweise unterbrochen, sodass kein Strom mehr über den ersten Widerstand fließt. Dies führt vorteilhafterweise zu einer geringeren Erwärmung der elektronischen Schaltung.
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Wird die Gleichspannung von den Anschlüssen der elektronischen Schaltung getrennt, beispielsweise durch ein Öffnen des Strompfades, so wird das Schaltelement vorteilhafterweise derart gesteuert, dass dieses wieder elektrisch leitend wird. Der wenigstens eine Kondensator entlädt sich dann vorteilhafterweise über den ersten Widerstand. Hierdurch wird vorteilhafterweise nach der Durchführung eines Tests mittels der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung die Kondensatorspannung schnell abgebaut, sodass die Gefahr eines Stromschlages für eine den Test durchführende Person nicht besteht oder zumindest verringert ist.
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Insbesondere ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die elektronische Schaltung als Zwischenkreis-Simulator zum Testen von Batteriemanagementsystemen ausgebildet ist, insbesondere als Zwischenkreis-Simulator für einen Prüfstand zum Testen von Batteriemanagementsystemen unter Laborbedingungen.
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Als weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektronische Schaltung als elektronische Schaltung, vorzugsweise als Kondensator-Box, zum Testen von Batteriesystemen ausgebildet ist, insbesondere zur schnellen Fehlersuche vor oder im Zusammenhang mit einer Inbetriebnahme eines Batteriesystems.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektronische Schaltung ist das gesteuerte Schaltelement durch eine Transistorschaltung oder ein Relais, insbesondere durch ein mittels einer Erregerspule steuerbares Relais, realisiert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die elektronische Schaltung mittels einer Berührschutzabdeckung verschließbar ist, sodass vorteilhafterweise die Gefahr von Stromschlägen beim Testen von Batteriesystemen oder Batteriemanagementsystemen weiter reduziert ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung sieht vor, dass die elektronische Schaltung zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben ist, vorzugsweise von einem PVC-Gehäuse, besonders bevorzugt von einem Gehäuse mit Schutzart IP65. Die Abkürzung PVC steht dabei für Polyvinylchlorid. Die Abkürzung IP steht für International Protection. Ein derartiges Gehäuse ist insbesondere vorgesehen, wenn die elektronische Schaltung zum Testen von Batteriesystemen genutzt wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Kondensator ein Elektrolyt-Kondensator ist. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass der Kondensator in dem Simulationsstrang insbesondere auch als Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung mehrerer Kondensatoren realisiert sein kann. Die Dimensionierung des wenigstens einen Kondensators in dem Simulationsstrang hängt insbesondere von dem zu simulierenden Zwischenkreis ab. Insbesondere hängt die Dimensionierung ferner davon ab, ob mit der elektronischen Schaltung als Zwischenkreis-Simulator ein Batteriemanagementsystem unter Laborbedingungen mit im Vergleich zur tatsächlichen Anwendung geringen Testspannungen und Testströmen getestet werden soll oder ob mit der elektronischen Schaltung als Kondensator-Box ein Batteriesystem mit in der Anwendung real auftretenden Spannungen und Strömen getestet werden soll. Insbesondere kann der Kondensator in dem Simulationsstrang in Abhängigkeit von der geplanten Verwendung der elektronischen Schaltung entweder als Zwischenkreis-Simulator oder als Kondensator-Box eine Kapazität der Größenordnung 1 × 10–6 F bis 1 × 10–3 F aufweisen, beispielsweise eine Kapazität von 13,6 µF oder eine Kapazität von 470 µF.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektronische Schaltung eine Steuereinrichtung, welche das Schaltelement steuert. Die Steuereinrichtung steuert das Schaltelement dabei vorteilhafterweise derart, dass das Schaltelement beim Laden des wenigstens einen Kondensators elektrisch leitfähig ist, wobei die Steuereinrichtung das Schaltelement ansteuert, wenn der wenigstens eine Kondensator geladen ist, sodass das Schaltelement dann elektrisch nichtleitend ist, und das Schaltelement insbesondere dann von der Steuereinrichtung wieder angesteuert wird, wenn die elektronische Schaltung von der Gleichspannungsquelle getrennt wird und somit keine Gleichspannung mehr an den Anschlüssen der elektronischen Schaltung anliegt. In diesem Fall wird das Schaltelement von der Steuereinrichtung vorteilhafterweise derart angesteuert, dass das Schaltelement elektrisch leitend ist und der Kondensator über den zweiten Widerstand entladen wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung, insbesondere einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung zum Testen von Batteriesystemen, sieht vor, dass die Steuereinrichtung eine Steuerschaltung mit wenigstens einem zur manuellen Betätigung ausgebildetem Steuerschaltelement umfasst, wobei durch Betätigung des wenigstens einen Steuerschaltelements das Schaltelement zwischen dem Zustand leitend und dem Zustand nichtleitend wechselt. Vorzugsweise weist die Steuerschaltung eine eigene Netzspannung auf, beispielsweise eine Netzspannung von 12 V, die vorteilhafterweise durch ein externes Netzgerät bereitgestellt wird. Vorteilhafterweise weist die Steuerschaltung eine LED auf, welche das Anliegen einer Netzspannung signalisiert. Die Abkürzung LED steht dabei für Light Emitting Diode. Das wenigstens eine Steuerschaltelement ist vorzugsweise ein Schlüsselschalter. Insbesondere ist vorgesehen, dass das parallel zu dem Simulationsstrang verschaltete Schaltelement ein mittels einer Erregerspule steuerbares Relais ist, wobei ein Strom durch die Erregerspule fließt, wenn das Steuerschaltelement geschlossen ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektronische Schaltung, insbesondere die zum Testen von Batteriesystemen ausgebildete elektronische Schaltung, ein Aktivierungsschaltelement, vorzugsweise ein steuerbares Aktivierungsschaltelement, umfasst, wobei über das Aktivierungsschaltelement die elektronische Schaltung von der an den Anschlüssen anliegenden Gleichspannung getrennt werden kann beziehungsweise die elektronische Schaltung mit der an den Anschlüssen anliegenden Gleichspannung verbunden werden kann. Vorteilhafterweise umfasst die Steuerschaltung dabei ein weiteres Steuerschaltelement, wobei durch Betätigung des weiteren Steuerschaltelements das Aktivierungsschaltelement zwischen dem Zustand leitend und dem Zustand nichtleitend wechselt. Vorzugsweise ist das weitere Steuerschaltelement ein Schlüsselschalter. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Aktivierungsschaltelement ein mittels einer Erregerspule steuerbares Relais ist, wobei ein Strom durch die Erregerspule fließt, wenn das weitere Steuerschaltelement geschlossen ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung, insbesondere der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung zum Testen von Batteriemanagementsystemen, umfasst der Simulationsstrang wenigstens einen zweiten Widerstand, welcher elektrisch in Reihe zu dem wenigstens einen Kondensator geschaltet ist, derart, dass der wenigstens eine zweite Widerstand zusammen mit dem wenigstens einen Kondensator ein RC-Glied bildet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Widerstand einen wenigstens 10-mal höheren Widerstandswert auf als der zweite Widerstand. Insbesondere ist vorgesehen, dass der zweite Widerstand einen Widerstandswert der Größenordnung 103 Ω und der erste Widerstand einen Widerstandswert der Größenordnung 104 Ω aufweist. Vorzugsweise weist der zweite Widerstand einen Widerstandswert von 1 kΩ und der erste Widerstand einen Widerstandswert von 20 kΩ auf.
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Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektronische Schaltung einen parallel zu dem Simulationsstrang geschalteten ersten Spannungsteiler mit einem dritten Widerstand und einem vierten Widerstand und einen parallel zu dem Simulationsstrang geschalteten zweiten Spannungsteiler mit einem fünften Widerstand und einem sechsten Widerstand, wobei das Schaltelement vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der über dem vierten Widerstand abfallenden Spannung und der über dem sechsten Widerstand abfallenden Spannung gesteuert wird. Diese Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung stellt einen besonders vorteilhaften Zwischenkreis-Simulator für einen Prüfstand zum Testen von Batteriemanagementsystemen dar. Der vierte Widerstand ist bei dieser Ausgestaltung schaltungstechnisch dem dritten Widerstand nachgeordnet. Ebenso ist der sechste Widerstand schaltungstechnisch dem fünften Widerstand nachgeordnet. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Spannungsteiler im Vergleich zu dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand hochohmig sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der dritte Widerstand und der fünfte Widerstand einen Widerstandswert der Größenordnung 0,5 × 106 Ω bis 1 × 106 Ω aufweisen. Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass der dritte Widerstand und/oder der fünfte Widerstand als Reihenschaltung aus einer Mehrzahl von Widerständen realisiert ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Systemsicherheit im Hinblick auf einen möglichen Ausfall eines oder mehrere der Widerstände erhöht. Der vierte Widerstand und der sechste Widerstand weisen vorzugsweise einen Widerstandswert der Größenordnung von etwa 104 Ω auf und sind somit vorzugsweise deutlich kleiner dimensioniert als der dritte Widerstand beziehungsweise der fünfte Widerstand.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der dritte Widerstand und der fünfte Widerstand gleiche Widerstandswerte aufweisen. Als gleiche Widerstandswerte werden dabei insbesondere identische Widerstandswerte aber auch Widerstandswerte angesehen, die in einer Größenordnung von etwa 10 % voneinander abweichen, angesehen.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltelement der elektronischen Schaltung leitend ist, wenn die über dem vierten Widerstand abfallende Spannung größer ist, als die über dem sechsten Widerstand abfallende Spannung, und das Schaltelement nichtleitend ist, wenn die über dem vierten Widerstand abfallende Spannung kleiner ist, als die über dem sechsten Widerstand abfallende Spannung. Der Spannungsteiler ist dabei vorteilhafterweise derart konfiguriert, dass beim Anlegen einer Gleichspannungsquelle an der elektronischen Schaltung über dem vierten Widerstand eine größere Spannung abfällt, als über dem sechsten Widerstand. Dagegen fällt über dem sechsten Widerstand eine größere Spannung ab als über dem vierten Widerstand, wenn der Kondensator in dem Simulationsstrang vollständig geladen ist. Wird die Gleichspannungsquelle von dem Zwischenkreissimulator getrennt, so fällt über dem sechsten Widerstand eine höhere Spannung ab, als über dem vierten Widerstand.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektronische Schaltung, insbesondere die erfindungsgemäß als Zwischenkreis-Simulator ausgebildete elektronische Schaltung, einen Operationsverstärker mit einem nichtinvertierenden Eingang, an dem eine erste Spannung anliegt, und einem invertierenden Eingang, an dem eine zweite Spannung anliegt, umfasst, wobei der Operationsverstärker vorteilhafterweise ein Ausgangssignal bereitstellt, welches das Schaltelement der elektronischen Schaltung steuert. Vorteilhafterweise ist bei dieser Ausgestaltung der Operationsverstärker die Steuereinrichtung, welche das Schaltelement steuert.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Operationsverstärker als Spannungsfolger ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Operationsverstärkers in Abhängigkeit von der ersten Spannung und der zweiten Spannung entweder einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand annimmt. Nimmt das Ausgangssignal einen ersten Zustand an, ist insbesondere vorgesehen, dass das Schaltelement elektrisch leitend ist. Nimmt das Ausgangssignal einen zweiten Zustand an, ist insbesondere vorgesehen, dass das Schaltelement elektrisch nichtleitend ist. Die erste Spannung und/oder die zweite Spannung können insbesondere auch den Wert 0 V annehmen.
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Vorzugsweise ist die erste Spannung die über dem vierten Widerstand abfallende Spannung und die zweite Spannung die über dem sechsten Widerstand abfallende Spannung. Das heißt, dass bei dieser bevorzugten Ausgestaltungsvariante vorteilhafterweise von dem ersten Spannungsteiler zwischen dem dritten Widerstand und dem vierten Widerstand eine leitende Verbindung zu dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers hergestellt ist und von dem zweiten Spannungsteiler zwischen dem fünften Widerstand und dem sechsten Widerstand eine elektrisch leitfähige Verbindung zu dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers hergestellt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schaltelement der elektronischen Schaltung durch ein mittels einer Erregerspule gesteuertes Relais realisiert, wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der ersten Spannung und der zweiten Spannung entweder einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand annimmt und vorteilhafterweise der Erregerspule des Relais zugeführt ist. Ist das Ausgangssignal in dem ersten Zustand, so ist das Relais vorteilhafterweise durchgeschaltet. Nimmt das Ausgangssignal den zweiten Zustand an, so ist das Relais vorteilhafterweise geöffnet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektronische Schaltung, insbesondere die zum Testen von Batteriesystemen ausgebildete erfindungsgemäße Schaltung, wenigstens einen Entstörkondensator umfasst, wobei der wenigstens eine Entstörkondensator elektrisch parallel zu dem Simulationsstrang geschaltet ist. Der wenigstens eine Entstörkondensator filtert dabei vorteilhafterweise Störsignale. Insbesondere ist eine Reihenschaltung von zwei Entstörkondensatoren vorgesehen, wobei die Kapazität eines Endstörkondensators insbesondere einen Wert zwischen 50 nF und 1 µF betragen kann, besonders bevorzugt einen Wert von 470 nF betragen kann.
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Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße elektronische Schaltung, insbesondere die zum Testen von Batteriesystemen ausgebildete erfindungsgemäße Schaltung, wenigstens eine Schnittstelle, vorzugsweise wenigstens eine Schnittstelle zur Erweiterung der Funktionalität. Vorteilhafterweise ist eine Schnittstelle vorgesehen, welche das Auslesen von CAN-Signalen ermöglicht. Die Abkürzung CAN steht dabei für Controller Area Network. Vorteilhafterweise ist eine Schnittstelle vorgesehen, welche eine Anzeige von auftretenden Spannungen ermöglicht. Vorteilhafterweise ist eine Schnittstelle vorgesehen, welche eine Kühlpumpenansteuerung ermöglicht. Vorteilhafterweise ist eine Schnittstelle vorgesehen, über welche schaltbare Interlocks bereitgestellt werden können. Vorteilhafterweise ist durch die wenigstens eine Schnittstelle die Funktionalität des Zwischenkreis-Simulators erweitert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße elektronische Schaltung wenigstens eine Signalisierungseinrichtung zur Signalisierung von Zuständen der elektronischen Schaltung. Insbesondere ist vorgesehen, dass Zustände der elektronischen Schaltung mittels wenigstens einer LED signalisiert werden. Vorteilhafterweise ist die elektronische Schaltung derart ausgebildet, dass signalisiert wird, wenn der Kondensator entladen ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Bediensicherheit weiter erhöht. Darüber hinaus ist insbesondere vorgesehen, dass signalisiert wird, wenn eine Gleichspannung an dem Zwischenkreiskondensator anliegt.
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Vorteilhafterweise umfasst die elektronische Schaltung, insbesondere bei Ausbildung der elektronischen Schaltung als Kondensator-Box zum Testen von Batteriesystemen, ferner einen Verpol-Schutz, durch welchen vorteilhafterweise signalisiert wird, wenn die Anschlüsse der elektronischen Schaltung falsch kontaktiert sind. Hierdurch sind vorteilhafterweise die Sicherheit und die Handhabung der elektronischen Schaltung weiter erhöht. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Verpol-Schutz durch zwei jeweils parallel zu dem Simulationsstrang geschaltete Reihenschaltungen aus einem Widerstand, einer Leuchtdiode und einer Sperrdiode realisiert ist, wobei vorteilhafterweise die Reihenschaltung aus Leuchtdiode und Sperrdiode jeweils in unterschiedliche Stromflussrichtungen sperren. Vorzugsweise leuchten die Leuchtdioden bei einem Stromfluss durch den jeweiligen Strompfad in voneinander abweichenden Farbspektren auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei falscher Polung der an den Anschlüssen des Zwischenkreis-Simulators anliegenden Gleichspannung eine LED rot aufleuchtet. Da die andere Reihenschaltung aus Widerstand, LED und Sperrdiode hierbei sperrt, bleibt diese LED dunkel. Ist die anliegende Gleichspannung dagegen richtig gepolt, leuchtet diese LED dann vorteilhafterweise auf, vorzugsweise in gelb.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Prüfstand und eine Prüfeinrichtung mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektronischen Schaltung vorgeschlagen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einem vereinfachten Schaltbild ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung;
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2 in einem vereinfachten Schaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung;
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3 in einem vereinfachten Schaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung; und
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4 in einem vereinfachten Schaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung.
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Die in 1 dargestellte elektronische Schaltung 1 umfasst ein aus einem Widerstand 2 und einem Kondensator 3 gebildetes RC-Glied 4 sowie parallel zu dem Kondensator 3 eine Reihenschaltung aus einem weiteren Widerstand 5 und einem steuerbaren Schaltelement 6. Das RC-Glied 4 bildet dabei den Simulationsstrang der elektronische Schaltung 1. Die elektronische Schaltung 1 ist insbesondere ausgebildet, um in einem Prüfstand zum Testen von Batteriemanagementsystemen zum Nachbilden des Spannungsverlaufs beim Vorladen des Zwischenkreises eingesetzt zu werden. Dabei wird zwischen der ersten Anschlussklemme 20 und der zweiten Anschlussklemme 21 eine Gleichspannung 19 angelegt. Diese Gleichspannung 19 kann dabei insbesondere von einem Batteriezellsimulator bereitgestellt werden. Die Anschlussklemme 20 entspricht dabei dem Anschluss HV+ und die Anschlussklemme 21 dem Anschluss HV-. Die weitere Anschlussklemme 22 entspricht vorzugsweise dem Anschluss HV-Link, an welchem die sogenannte Linkspannung anliegt.
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Das Schaltelement 6 der in 1 dargestellten elektronischen Schaltung 1 wird derart gesteuert, dass dieses geschlossen ist, solange der Kondensator 3 geladen wird. Ist der Kondensator 3 geladen, so öffnet das Schaltelement 6. Wird die zwischen der Anschlussklemme 20 und der Anschlussklemme 21 anliegende Gleichspannung 19 abgeschaltet, so schaltet vorteilhafterweise auch das Schaltelement 6 und wird somit wieder elektrisch leitend. Der Kondensator 3 kann sich dabei vorteilhafterweise über den Widerstand 5 entladen. Somit wird vorteilhafterweise vermieden, dass nach dem Abschalten der Gleichspannungsquelle noch längere Zeit durch den Entladestrom die Gefahr eines Stromschlages besteht. Das gesteuerte Schaltelement 6 kann insbesondere als Transistorschaltung oder als Relais realisiert sein.
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2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung, welche als Zwischenkreis-Simulator für einen Prüfstand zum Testen von Batteriemanagementsystemen ausgebildet ist. Die elektronische Schaltung 1 weist wiederum ein RC-Glied 4 auf, welches aus einem zweiten Widerstand 2 und einem Kondensator 3 gebildet ist. Parallel zu dem Kondensator 3 ist wiederum eine Reihenschaltung aus einem steuerbaren Schaltelement 6 und einem ersten Widerstand 5 geschaltet. Das Schaltelement 6 ist dabei ein mittels einer Erregerspule 18 steuerbares Relais. Die Erregerspule 18 ist dabei einem Operationsverstärker 7 nachgeschaltet. Ist die Erregerspule 18 stromdurchflossen, so öffnet das Schaltelement 6. Fließt dagegen kein Strom durch die Erregerspule 18, so ist das Schaltelement 6 geschlossen und somit elektrisch leitend. Das heißt, das Schaltelement 6 wird von dem Ausgangssignal 10 des Operationsverstärkers 7 gesteuert. Das Ausgangssignal 10 des Operationsverstärkers 7 ist dabei von den an dem nichtinvertierenden Eingang 8 und dem invertierenden Eingang 9 anliegenden Spannungen abhängig und kann einen ersten Zustand, „low“, oder einen zweiten Zustand, „high“, annehmen. Über den Versorgungsanschluss 11 liegt die für den Betrieb des Operationsverstärkers 7 erforderliche Versorgungsspannung an.
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Die elektronische Schaltung 1 umfasst ferner einen ersten Spannungsteiler 12 und einen zweiten Spannungsteiler 13. Der erste Spannungsteiler 12 umfasst einen dritten Widerstand 14 und einen vierten Widerstand 15, wobei der vierte Widerstand 15 dem dritten Widerstand 13 schaltungstechnisch nachgeordnet ist. Die über dem vierten Widerstand 15 abfallende Spannung liegt dabei an dem nichtinvertierenden Eingang 8 des Operationsverstärkers 7 an. Der zweite Spannungsteiler 13 umfasst einen fünften Widerstand 16 und einen sechsten Widerstand 17, wobei der sechste Widerstand 17 dem fünften Widerstand 16 schaltungstechnisch nachgeordnet ist. Die über den sechsten Widerstand 17 abfallende Spannung liegt dabei an dem invertierenden Eingang 9 des Operationsverstärkers 7 an.
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Der dritte Widerstand 14 und der fünfte Widerstand 16 weisen dabei gleiche Widerstandswerte auf. Der vierte Widerstand 15 und der sechste Widerstand 17 weisen ebenfalls gleiche Widerstandswerte auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass der zweite Widerstand 2 eine Größenordnung von etwa 103 Ω aufweist, der erste Widerstand 5 eine Größenordnung von etwa 104 Ω aufweist, der dritte Widerstand 14 und der fünfte Widerstand 16 jeweils eine Größenordnung von etwa 106 Ω aufweisen und der vierte Widerstand 15 sowie der sechste Widerstand 17 jeweils eine Größenordnung von 104 Ω aufweisen. Der Kondensator 3 weist vorzugsweise eine Kapazität der Größenordnung 10–5 F auf.
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Liegt eine Gleichspannung 19 an den Anschlussklemmen 20, 21 der als Zwischenkreis-Simulators ausgebildeten elektronischen Schaltung 1 an, beispielsweise indem das Vorladeschütz, welches in 2 nicht explizit dargestellt ist, eines Batteriezellsimulators, welcher in 2 nicht explizit dargestellt ist, geschlossen wird, so ist das Ausgangssignal 10 des Operationsverstärkers 7 zunächst auf „low“, das heißt, dass das Schaltelement 6 geschlossen ist und somit elektrisch leitend. Ist der Kondensator 3 aufgeladen, so ist die Spannung am positiven Eingang 8 des Operationsverstärkers 7 höher als die Spannung am negativen Eingang 9 des Operationsverstärkers 7. Dadurch wechselt das Ausgangssignal 10 von dem ersten Zustand, „low“, in den zweiten Zustand, „high“. Dadurch öffnet das Schaltelement 6 und ist somit elektrisch nichtleitend. Das bedeutet, dass durch den ersten Widerstand 5 kein Strom mehr fließt. Somit besteht zwischen der Anschlussklemme 20 und der Anschlussklemme 22 vorteilhafterweise quasi kein Spannungsunterschied. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Anschlussklemme 20 den Anschluss HV+ und die Anschlussklemme 22 den Anschluss HV-Link simuliert. Somit wird vorteilhafterweise durch den in 2 dargestellten Zwischenkreis-Simulator ein Abfallen der Link-Spannung, welche der am Anschluss HV-Link, also der Anschlussklemme 22 anliegenden Spannung entspricht, gegenüber der Pack-Spannung, welche der am Anschluss HV+, also an der Anschlussklemme 20 anliegenden Spannung entspricht, verhindert. Die Pack-Spannung entspricht dabei also der Gleichspannung 19. Da kein permanenter Strom mehr durch den Widerstand 5 fließt, erwärmt sich der Zellspannungssimulator vorteilhafterweise weniger stark.
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Wird die Gleichspannung 19 wieder von den Anschlüssen 20, 21 getrennt, insbesondere indem das Vorladeschütz des Batteriezellsimulators wieder geöffnet wird, so ist die Spannung am invertierten Eingang 9 des Operationsverstärkers 7 höher als die Spannung am nichtinvertierten Eingang 8 des Operationsverstärkers 7. Das Ausgangssignal 10 des Operationsverstärkers 7 wechselt somit von dem zweiten Zustand, „high“, zu dem ersten Zustand, „low“. Die Erregerspule 18 wird somit nicht mehr von einem Strom durchflossen. Das Schaltelement 6 schließt daher und ist somit wieder elektrisch leitend. Durch die Dimensionierung des ersten Widerstandes 5 mit einem Widerstandswert der Größenordnung 104 Ω wird der Kondensator 3 vorteilhafterweise schnell wieder entladen, sodass beim Öffnen einer die elektronische Schaltung 1 im Betrieb verschließenden Berührschutzabdeckung, welche in 2 nicht explizit dargestellt ist, bereits keine gefährliche Spannung mehr anliegt.
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3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in 2 dargestellten und als Zwischenkreis-Simulator ausgebildeten elektronischen Schaltung 1. Dabei sind der dritte Widerstand 14 des ersten Spannungsteilers 12 und der fünfte Widerstand 16 des zweiten Spannungsteilers 13 als Reihenschaltung von siebten Widerständen 23 realisiert.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der zweite Widerstand 2 einen Wert von 1 kΩ auf. Der erste Widerstand 5 weist einen Wert von 20 kΩ auf. Die siebten Widerstände 23 weisen jeweils einen Wert von 250 kΩ auf, sodass der durch die siebten Widerstände 23 gebildete dritte Widerstand 14 einen Wert von 750 kΩ aufweist und der durch die siebten Widerstände 23 gebildete fünfte Widerstand 16 einen Wert von 750 kΩ aufweist. Der vierte Widerstand 15 weist einen Wert von 10 kΩ auf. Der sechste Widerstand weist einen Wert von 8,6 kΩ auf. Der Kondensator 3 weist einen Wert von 13,6 µF auf.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete elektronische Schaltung 1 dargestellt. Die elektronische Schaltung 1 ist dabei als Kondensator-Box zum Testen von Batteriesystemen ausgebildet, insbesondere zur schnellen Fehlersuche im Zusammenhang mit einer Inbetriebnahme eines Batteriesystems. Die elektronische Schaltung 1 umfasst dabei Anschlüssen 20, 21 zum Anlegen einer Gleichspannung 19 und einen Simulationsstrang mit einem Kondensator 3 zum Nachstellen der Zwischenkreisaufladung der Leistungselektronik bei einem an ein Batteriesystem, welches in 4 nicht dargestellt ist, als Verbrauchereinrichtung angeschlossenem Fahrzeug, welches in 4 nicht dargestellt ist.
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Parallel zu dem Simulationsstrang sind dabei ein erster Widerstand 5, welcher beispielsweise einen Widerstandswert von 47 Ω aufweist, und ein gesteuertes Schaltelement 6 elektrisch in Reihe geschaltet.
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Darüber hinaus umfasst die elektronische Schaltung 1 zwei Entstörkondensatoren 36, 37, welche jeweils eine Kapazität von 470 nF aufweisen. Die Entstörkondensatoren 36, 37 sind dabei elektrisch parallel zu dem Kondensator 3 geschaltet. Mit einem Anschluss sind die Entstörkondensatoren 36, 37 dabei jeweils elektrisch auf Massepotential 38 gelegt, wie in 4 dargestellt.
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Des Weiteren umfasst die elektronische Schaltung 1 eine Signalisierungseinrichtung, welche anzeigt, ob die Spannung 19 korrekt an die Anschlüsse 20, 21 angelegt ist. Dazu ist parallel zu dem Kondensator 3 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 31, welcher vorzugsweise einen Wert von 20 kΩ aufweist, einer LED 34, vorzugsweise einer gelben LED, und einer Sperrdiode 35 geschaltet. Ist die Spannung 19 korrekt an die Anschlüsse 20, 21 der elektronischen Schaltung 1 angelegt und das Aktivierungsschaltelement 40 der elektronischen Schaltung 1 geschlossen, so wird dies durch ein Aufleuchten der LED 34 signalisiert. Darüber hinaus ist elektrisch parallel zu dem Kondensator 3 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 30, welcher vorzugsweise einen Widerstandswert von 20 kΩ aufweist, einer LED 32, vorzugsweise einer roten LED, und einer Sperrdiode 33 geschaltet. Sind beim Anlegen der Spannung 19 die Anschlüsse 20 und 21 vertauscht worden, und ist das Aktivierungsschaltelement 40 geschlossen, so leuchtet die LED 32 auf und signalisiert somit, dass die Spannung 19 nicht korrekt anliegt.
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Das Schaltelement 6 der elektronischen Schaltung 1 wird mit einer Steuereinrichtung gesteuert, wobei die Steuereinrichtung als Steuerschaltung 24 realisiert ist. Die Steuerschaltung 24 wird dabei über ein externes Netzgerät, welches in 4 nicht explizit dargestellt ist, mit einer Netzspannung 27 versorgt. Über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 28, welcher vorzugsweise einen Widerstandswert von 560 Ω aufweist, und einer LED 29, vorzugsweise einer grünen LED, wird vorteilhafterweise das Anliegen der Netzspannung 27 optisch signalisiert. Parallel zu der Reihenschaltung aus Widerstand 28 und LED 29 sind jeweils ein erstes Steuerschaltelement 25 mit einer Erregerspule 18 und ein zweites Steuerschaltelement 26 mit einer Erregerspule 18’ geschaltet, wie in 4 dargestellt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Steuerschaltelemente 25, 26 als Schlüsselschalter ausgebildet. Die Erregerspule 18 steuert dabei vorteilhafterweise das als Relais ausgebildete Schaltelement 6 der elektronischen Schaltung 1. Die Erregerspule 18’ steuert das als Relais ausgebildete Aktivierungsschaltelement 40 der elektronischen Schaltung 1. Wird das erste Steuerschaltelement 25 geschlossen, sodass ein Strom über die Erregerspule 18 fließt, so öffnet das Schaltelement 6. Wird das erste Steuerschaltelement 25 geschlossen, sodass kein Strom durch die Erregerspule 18 fließt, so schließt das Schaltelement 6. Wird das zweite Steuerschaltelement 26 geschlossen, so fließt ein Strom durch die zweite Erregerspule 18’, welche ein Öffnen des Aktivierungselementes 40 bewirkt. Wird das zweite Steuerschaltelement 26 geöffnet, sodass kein Strom durch die Erregerspule 18’ fließt, so ist das Aktivierungsschaltelement 40 geschlossen.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektronische Schaltung 1 in einem Gehäuse 39 angeordnet, vorzugsweise einem IP65 PVC-Gehäuse. Die Anschlüsse 20, 21 sind dabei vorzugsweise als Steckverbinder realisiert und in die Gehäusewand des Gehäuses 39 integriert, sodass diese von außen zugänglich sind. Die Steuerschaltelemente 25, 26 sind vorteilhafterweise als Schlüsselschalter in die Gehäusewand des Gehäuses 39 integriert, sodass diese von außerhalb des Gehäuses 39 zugänglich sind. Die LEDs 32, 34 und 29 sind vorteilhafterweise ebenfalls in die Gehäusewandung des Gehäuses 39 integriert, sodass diese als Signalisierungseinrichtung der elektronische Schaltung 1 die vorgenannten Zustände sichtbar anzeigen. Die Anschlüsse für die zum Betrieb der Steuerschaltung 24 erforderliche Netzspannung 27 sind vorzugsweise ebenfalls in die Gehäusewandung des Gehäuses 39 integriert.
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Vorteilhafterweise ist ein Batteriesystem beziehungsweise ein Batterie-Pack mittels der in 4 dargestellten elektronischen Schaltung 1 ohne eine an das Batteriesystem beziehungsweise das Batterie-Pack angeschlossene elektrische Verbrauchereinrichtung, also beispielsweise ohne dass ein für den Betrieb in einem Elektrofahrzeug ausgebildetes Batteriesystem in ein Fahrzeug eingesetzt werden muss, elektrisch betreibbar. Ein Batteriesystem beziehungsweise ein Batterie-Pack ist in 4 dabei nicht dargestellt. Vorteilhafterweise können mittels der elektronischen Schaltung 1 spezifische elektrische Kennwerte gegengeprüft und bestimmte Batteriesystem-Tests autonom abgefahren werden. Vorteilhafterweise ist eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung 1, wie die beispielhaft in 4 dargestellte und im Zusammenhang mit 4 beschriebene elektronische Schaltung 1, mobil einsetzbar, insbesondere auch bei Service- und/oder Wartungseinsätzen beim Kunden vor Ort.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010031884 A1 [0004]
- WO 98/22830 A2 [0005]