DE102014224352A1

DE102014224352A1 - Method for operating a current limiter and device for limiting a current

Info

Publication number: DE102014224352A1
Application number: DE102014224352.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Peterswerth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Strombegrenzers (10) zur Begrenzung eines von einer Batterie (20) bereitgestellten Stroms, wobei der Strombegrenzer (10) ein Schaltelement und einen Zweipunktregler aufweist, und der Strombegrenzer (10) eingerichtet ist, mit dem Schaltelement den Stromfluss zu unterbrechen, wenn ein durch den Strombegrenzer (10) fließender Ist-Strom über einem ersten Grenzwert liegt, und den Stromfluss wiederherzustellen, wenn der Ist-Strom unter einem zweiten Grenzwert liegt, wobei der zweite Grenzwert kleiner als der erste Grenzwert ist und eine Hysterese des Zweipunktreglers gebildet wird aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert. Ferner ist vorgesehen, dass die Hysterese in Abhängigkeit eines Tastverhältnisses des Schaltelements so gesteuert wird, dass eine Schaltfrequenz des Schaltelements eine maximale Schaltfrequenz nicht übersteigt. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen einen Strombegrenzer (10) der zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist sowie die Verwendung des Strombegrenzers (10) in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder zur Versorgung sicherheitsrelevanter Stromnetze (1) von Schiffen, Flugzeugen oder stationären Anlagen.The invention relates to a method for operating a current limiter (10) for limiting a current provided by a battery (20), wherein the current limiter (10) has a switching element and a two-point regulator, and the current limiter (10) is arranged with the switching element Interrupting current flow when an actual current flowing through the current limiter (10) is above a first threshold and restoring current flow when the actual current is below a second threshold, the second threshold being less than the first threshold and a second threshold Hysteresis of the two-point controller is formed from the difference between the first and the second limit. It is further provided that the hysteresis is controlled in dependence on a duty cycle of the switching element so that a switching frequency of the switching element does not exceed a maximum switching frequency. Further aspects of the invention relate to a current limiter (10) which is set up to carry out the method and to the use of the current limiter (10) in electrically driven vehicles or for supplying safety-relevant power grids (1) of ships, aircraft or stationary installations.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Strombegrenzers zur Begrenzung eines von einer Batterie bereitgestellten Stroms. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Begrenzung eines von einer Batterie bereitgestellten Stroms umfassend einen Strombegrenzer sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung. The invention relates to a method for operating a current limiter for limiting a current provided by a battery. Furthermore, the invention relates to a device for limiting a current provided by a battery comprising a current limiter and the use of such a device.

Stand der TechnikState of the art

Batteriebasierende Energiespeicher eignen sich in besonderem Maße für die Versorgung von Stromnetzen mit hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit. Um die Verfügbarkeit dieser Stromnetze im Fehlerfall einzelner Verbraucher, beispielsweise bei einem Kurzschluss, nicht zu beeinträchtigen, ist es notwendig, Fehlerquellen schnell und sicher vom Stromnetz zu trennen. Üblicherweise werden dazu die einzelnen Verbraucher über Schutzeinrichtungen wie beispielsweise Schmelzsicherungen oder Leistungsschalter mit elektromagnetisch betätigter Überstromerkennung am Stromnetz betrieben. Um das Auslösen dieser Schutzelemente zu ermöglichen, muss die Stromquelle des Stromnetzes in der Lage sein, den erforderlichen Kurzschlussstrom zu liefern.Battery-based energy storage are particularly suitable for the supply of power grids with high availability requirements. In order not to impair the availability of these power grids in case of failure of individual consumers, for example in the event of a short circuit, it is necessary to disconnect sources of error quickly and safely from the power grid. Usually, the individual consumers are operated via protective devices such as fuses or circuit breakers with electromagnetically operated overcurrent detection on the power grid. In order to enable the tripping of these protective elements, the power source of the power network must be able to supply the required short-circuit current.

Bei niederimpedanten Batteriesystemen ist die Bereitstellung der minimalen Stromstärke zum Auslösen der Schutzelemente unproblematisch. Kritisch ist jedoch die Eigenschaft moderner Batterien, insbesondere von Lithium-Ionen-Batterien, im Kurzschlussfall extrem schnell ein Mehrfaches des von bisher bekannten Batterien bekannten Kurzschlussstromes zu liefern. Dabei wird schnell der Strom überschritten, den die Batterie maximal liefern darf, ohne dass es zu einer Beschädigung der Batterie kommt, beispielsweise durch Überhitzung.In low-impedance battery systems, the provision of the minimum current for triggering the protective elements is unproblematic. Critically, however, is the property of modern batteries, especially lithium-ion batteries to deliver extremely short in case of short circuit, a multiple of known from previously known batteries short-circuit current. In doing so, the current that the battery is allowed to deliver at maximum speed is quickly exceeded without damaging the battery, for example due to overheating.

Zur Absicherung von Stromnetzen gegen Überlast sowie zum Schutz von Energiespeichern wie Batterien gegen Überlast sind im Stand der Technik Strombegrenzer bekannt, mit denen der fließende Strom auf einen zulässigen Wert begrenzt werden kann. Im Gegensatz zu Sicherungen wird bei Auftreten einer Überlast der Stromfluss nicht unterbrochen, sondern lediglich auf einen zulässigen Wert begrenzt. To protect power networks against overload and to protect energy storage such as batteries against overload current limiters are known in the art, with which the flowing current can be limited to a permissible value. In contrast to fuses, the current flow is not interrupted when an overload occurs, but only limited to a permissible value.

Aus EP 2 182 625 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Stromrichters bekannt. Dabei werden zwei Modulationsmodi verwendet, wobei einer für den Normalbetrieb und einer für den Fehlerfall vorgesehen ist. Im Betriebsmodus für den Normalfall ist für den Betrieb der Halbleiterschalter eine Pulsweitenmodulation mit einer Frequenz von beispielsweise 2,5 kHz vorgesehen. Im Betriebsmodus für den Fehlerfall wird die Frequenz reduziert, beispielsweise auf 550 Hz, wobei ferner vorgesehen ist, die Halbleiterschalter nur dann anzusteuern, wenn ein gemessener Ausgangsstrom unter einem vorgegebenen Schwellenwert ist. In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, für diesen Schwellenwert eine Hysterese zu verwenden, wobei eine Ansteuerung der Halbleiterschalter auch dann nicht erfolgt, wenn der Schwellenwert nach einer vorherigen Messung überschritten wurde und noch oberhalb eines unteren Schwellenwerts liegt. Eine Ansteuerung der Halbleiterschalter erfolgt erst wieder, wenn der Messwert unter den unteren Schwellenwert gefallen ist. Out EP 2 182 625 A1 a method for operating a power converter is known. Two modulation modes are used, one for normal operation and one for failure. In the normal mode of operation, pulse width modulation with a frequency of, for example, 2.5 kHz is provided for the operation of the semiconductor switches. In the operating mode for the fault case, the frequency is reduced, for example to 550 Hz, wherein it is further provided to drive the semiconductor switches only when a measured output current is below a predetermined threshold. In one embodiment, it is provided to use a hysteresis for this threshold value, wherein a triggering of the semiconductor switches does not take place even if the threshold value has been exceeded after a previous measurement and is still above a lower threshold value. A triggering of the semiconductor switches takes place again when the measured value has dropped below the lower threshold value.

Nachteilig an dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass sich das Verhalten des Strombegrenzers bzw. eines dafür eingesetzten Stromrichters bei Eintreten eines Fehlerfalls sprungartig ändert. A disadvantage of the method known from the prior art is that the behavior of the current limiter or a power converter used for this changes abruptly when an error occurs.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Strombegrenzers zur Begrenzung eines von einer Batterie bereitgestellten Stroms vorgeschlagen. Der Strombegrenzer umfasst ein Schaltelement und einen Zweipunktregler und der Strombegrenzer ist eingerichtet, mit dem Schaltelement den Stromfluss zu unterbrechen, wenn ein durch den Strombegrenzer fließender Ist-Strom über einem ersten Grenzwert liegt, und den Stromfluss wiederherzustellen, wenn der Ist-Strom unter einem zweiten Grenzwert liegt. Dabei ist der zweite Grenzwert kleiner als der erste Grenzwert und eine Hysterese des Zweipunktreglers wird aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert gebildet. Ferner ist vorgesehen, dass die Hysterese in Abhängigkeit eines Tastverhältnisses des Schaltelements so gesteuert wird, dass eine Schaltfrequenz des Schaltelements eine maximale Schaltfrequenz nicht übersteigt.A method is proposed for operating a current limiter to limit a current provided by a battery. The current limiter includes a switching element and a two-point regulator and the current limiter is configured to interrupt the flow of current with the switching element when an actual current flowing through the current limiter is above a first threshold and to restore current flow when the actual current is below a second Limit value is. In this case, the second limit value is smaller than the first limit value and a hysteresis of the two-point controller is formed from the difference between the first and the second limit value. It is further provided that the hysteresis is controlled in dependence on a duty cycle of the switching element so that a switching frequency of the switching element does not exceed a maximum switching frequency.

Der Strombegrenzer ist mit seinem Eingang mit einer Batterie verbunden, die einen Strom bereitstellen kann. Dabei ist die Leistungsfähigkeit der Batterie begrenzt, so dass diese nur einen bestimmten maximal zulässigen Strom bereitstellen darf, ohne dass die Batterie sich unzulässig erwärmt oder gar beschädigt wird. Der Ausgang des Strombegrenzers ist typischerweise mit einem Stromnetz verbunden, welches eine Vielzahl von Stromkreisen umfasst, die jeweils mit einer eigenen Schutzeinrichtung, beispielsweise einer Sicherung, gegen Überlast abgesichert sind. Es ist aber auch denkbar, das Verfahren in Situationen einzusetzen, bei denen lediglich ein einziger Stromkreis mit dem Strombegrenzer verbunden ist oder gar nur ein einziger Verbraucher mit dem Strombegrenzer verbunden ist. Im Ausgangszustand ist der fließende Strom kleiner als der maximal zulässige Wert, so dass zunächst keine Begrenzung vorgenommen wird und der Strom ungehindert durch den Strombegrenzer fließen kann.The current limiter is connected to its input with a battery that can provide a current. In this case, the performance of the battery is limited so that it may only provide a certain maximum allowable current, without the battery is heated inadmissible or even damaged. The output of the current limiter is typically connected to a power grid, which comprises a plurality of circuits, each of which is protected against overload by its own protective device, for example a fuse. But it is also conceivable to use the method in situations in which only a single circuit is connected to the current limiter or even a single consumer is connected to the current limiter. In the initial state, the flowing current is smaller than the maximum permissible value, so that initially no limitation is made and the current can flow unhindered through the current limiter.

Der Strombegrenzer umfasst das Schaltelement, mit dem sich der Stromfluss durch den Strombegrenzer unterbrechen und wiederherstellen lässt, sowie den Zweipunktregler und eine Hysterese-Steuerung. Die Hysterese-Steuerung wird verwendet, um den ersten und/oder den zweiten Grenzwert so einzustellen, dass die Hysterese einen bestimmten Wert annimmt. Der momentan fließende Strom, auch Ist-Strom genannt, kann beispielsweise durch das Messen einer Spannung an einem Messwiderstand, auch Shunt genannt, ermittelt werden. Das Ergebnis der Ist-Strommessung ist eine Eingangsgröße des Zweipunktreglers, der wiederum das Schaltelement ansteuert. The current limiter includes the switching element, which can be used to interrupt and restore the current flow through the current limiter, as well as the two-position controller and a hysteresis controller. The hysteresis control is used to set the first and / or the second limit so that the hysteresis takes a certain value. The currently flowing current, also called the actual current, can be determined, for example, by measuring a voltage across a measuring resistor, also called a shunt. The result of the actual current measurement is an input variable of the two-point controller, which in turn drives the switching element.

Als Schaltelemente sind insbesondere Halbleiterschalter geeignet, die zum einen in sehr kurzer Zeit öffnen bzw. schließen lassen und praktisch verschleißfrei arbeiten. Ein Beispiel für ein geeignetes Schaltelement ist ein IGBP (insulated-gate bipolar transistor, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder ein MOSFET (metal oxide semiconductor field-effect transistor, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor).In particular semiconductor switches are suitable as switching elements, which can be opened or closed for a very short time and operate practically wear-free. An example of a suitable switching element is an insulated gate bipolar transistor (IGBP) or a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).

Der Zweipunktregler steuert das Schaltelement so an, dass das Schaltelement geöffnet ist, wenn der gemessene Ist-Strom größer ist als der erste Grenzwert. Da der Strombegrenzer in der Regel neben dem Schaltelement, dem Zweipunktregler und der Hysterese-Steuerung auch noch passive Komponenten, wie beispielsweise Kapazitäten und Induktivitäten aufweist, wird durch das Öffnen des Schaltelements der Stromfluss auf der Ausgangsseite des Strombegrenzers nicht schlagartig unterbrochen, sondern sinkt mit einer gewissen Abklingzeit ab. Die Abklingzeit ist dabei abhängig von der Größe der Induktivität bzw. Kapazität und dem elektrischen Widerstand im Stromkreis. The two-position controller controls the switching element so that the switching element is open when the measured actual current is greater than the first limit value. Since the current limiter usually in addition to the switching element, the two-step controller and hysteresis control also passive components, such as capacitors and inductors, is interrupted by the opening of the switching element, the current flow on the output side of the current limiter not abruptly, but drops with a certain cooldown. The cooldown is dependent on the size of the inductance or capacitance and the electrical resistance in the circuit.

Durch das Öffnen des Schaltelements sinkt der Ist-Strom ab, so dass dieser zunächst unter den ersten Grenzwert und schließlich auch unter den zweiten Grenzwert fällt. Nach Unterschreiten des zweiten Grenzwerts wird das Schaltelement vom Zweipunktregler wieder eingeschaltet, so dass der Stromfluss wieder hergestellt ist. Der Ist-Strom am Ausgang des Strombegrenzers steigt nun wieder an, wobei dieser Anstieg ebenfalls nicht schlagartig erfolgt, sondern mit einer gewissen Anstiegszeit, die wiederum abhängig ist von der Größe der Kapazität bzw. Induktivität und des elektrischen Widerstands. By opening the switching element of the actual current decreases, so that it first falls below the first limit and finally below the second limit. After falling below the second limit, the switching element is switched on again by the two-position controller, so that the current flow is restored. The actual current at the output of the current limiter now increases again, this increase also not being abrupt, but with a certain rise time, which in turn depends on the size of the capacitance or inductance and the electrical resistance.

Tritt nun eine Überlast auf, das heißt der durch den Strombegrenzer fließende ist größer als der erste Grenzwert (und auch größer als der maximal zulässige Strom), so wird das Schaltelement vom Zweipunktregler so angesteuert, dass das Schaltelement öffnet und den Stromfluss unterbricht. Bald darauf fällt der Ist-Strom ab und unterschreitet den zweiten Grenzwert, so dass das Schaltelement vom Zweipunktregler so angesteuert wird, dass es schließt und den Stromfluss wiederherstellt. Das Schaltelement wird somit getaktet angesteuert, wobei die Schaltfrequenz des Schaltelements definiert ist als die Anzahl der Schaltzyklen pro Sekunde. Dabei umfasst ein Schaltzyklus ein Öffnen und ein anschließendes Schließen des Schaltelements.If an overload now occurs, that is, the current flowing through the current limiter is greater than the first limit value (and also greater than the maximum permissible current), then the switching element is controlled by the two-position controller so that the switching element opens and interrupts the current flow. Soon after, the actual current drops and falls below the second limit, so that the switching element is controlled by the two-point controller so that it closes and restores the flow of current. The switching element is thus driven clocked, wherein the switching frequency of the switching element is defined as the number of switching cycles per second. In this case, a switching cycle comprises an opening and a subsequent closing of the switching element.

Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert wird Hysterese genannt. Durch das Vorsehen einer solchen Hysterese wird die Schaltfrequenz, mit der das Schaltelement angesteuert wird, gesenkt, da für das Öffnen und Schließen des Schaltelements unterschiedliche Grenzwerte verwendet werden. Des Weiteren steigen die Schaltverluste am Schaltelement an, wenn die Schaltfrequenz ansteigt. Wird ein IGBT verwendet, wird die Verlustleistung oberhalb von Schaltfrequenzen von etwa 10 kHz bis 15 kHz zu groß.The difference between the first and second thresholds is called hysteresis. By providing such hysteresis, the switching frequency at which the switching element is driven is lowered, since different limit values are used for the opening and closing of the switching element. Furthermore, the switching losses increase at the switching element when the switching frequency increases. If an IGBT is used, the power dissipation becomes too high above switching frequencies of about 10 kHz to 15 kHz.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Hysterese so zu steuern, dass eine maximale Schaltfrequenz nicht überschritten wird. Die Hysterese ΔI ist die Differenz aus dem oberen und dem unteren Grenzwert.According to the invention, it is therefore provided to control the hysteresis so that a maximum switching frequency is not exceeded. The hysteresis ΔI is the difference between the upper and lower limits.

Die Schaltfrequenz f des Zweipunktreglers kann durch den Kehrwert der Dauer eines Schaltzyklus ausgedrückt werden:

The switching frequency f of the two-position controller can be expressed by the reciprocal of the duration of a switching cycle:

Dabei bezeichnet t_on die Zeitdauer, die das Schaltelement geschlossen ist und t_off die Zeitdauer, die das Schaltelement geöffnet ist.In this case, t _on denotes the time duration which the switching element is closed and t _off the time duration which the switching element is open.

Als Tastgrad d wird das Verhältnis der Einschaltdauer t_on zur Dauer eines Schaltzyklus bezeichnet:

Duty cycle d is the ratio of the duty cycle t _on to the duration of a switching cycle:

Wird dem Strombegrenzer eine Induktivität L zugeordnet, um während eines Schaltzyklus elektrische Energie zwischenzuspeichern, so gelten für die Einschaltdauer t_on und die Ausschaltdauer t_off die Beziehungen

If the current limiter is assigned an inductance L in order to store electrical energy during a switching cycle, the relationships apply for the switch-on duration t _on and the switch-off duration t _off

Hierbei ist U₁ die von der Batterie bereitgestellte Eingangsspannung des Strombegrenzers. Durch Einsetzen kann für die Hysterese ΔI der Ausdruck

erhalten werden.Here, U _{1 is} provided by the battery input voltage of the current limiter. By inserting can for the hysteresis ΔI the expression

to be obtained.

Das Testverhältnis d mit Hilfe der Beziehungen U_Lon = U₁(1 – d) U_Loff = U₁d The test ratio d using the relationships U _Lon = U ₁ (1 - d) U _Loff = U ₁ d

Mit Hilfe der an der Induktivität abfallenden Spannung UL ausgedrückt werden, wobei U_Lon die Spannung an der Induktivität für den Teil eines Schaltzyklus ist, an dem das Schaltelement geschlossen ist und U_Loff die Spannung an der Induktivität für den Teil des Schaltzyklus ist, an dem das Schaltelement geöffnet ist. Somit kann die Hysterese ΔI auch in Abhängigkeit von den Spannungen U_Lon und U₁ angegeben werden:

With the aid of the voltage dropping at the inductance UL, where U _{Lon is} the voltage at the inductance for the part of a switching cycle at which the switching element is closed and U _{Loff is} the voltage at the inductance for the part of the switching cycle at which the switching element is open. Thus, the hysteresis ΔI can also be specified as a function of the voltages U _Lon and U ₁ :

Im Gegensatz zum Tastverhältnis d sind die Spannungen U₁ und U_Lon durch einfache Messungen zugänglich, so dass dieser Ausdruck zur Verwendung bei der Hysterese-Steuerung vorteilhaft ist.In contrast to the duty cycle d, the voltages U ₁ and U _Lon are accessible by simple measurements, so that this expression is advantageous for use in hysteresis control.

Zum Steuern der Hysterese ΔI kann nun beispielsweise für die Schaltfrequenz f eine maximale Schaltfrequenz f_max fest vorgegeben werden. Geeignete Werte für f_max liegen von etwa 5 bis 15 kHz, bei Verwendung eines IGBT bis 20 kHz. Beispielsweise wird für f_max ein Wert von 15 kHz vorgegeben. Die weiteren zur Festlegung der Hysterese ΔI benötigten Größen sind entweder durch den Strombegrenzer fest vorgegeben oder lassen sich leicht messen. Die Spannungen U_Lon, und U₁ können gemessen werden und die Induktivität L ist durch den Strombegrenzer vorgegeben. Zur Messung der Spannung U_Lon kann entweder direkt die Spannung an der Induktivität gemessen werden oder es kann die Differenz aus der Eingangsspannung U₁ und der Ausgangsspannung U₂ des Strombegrenzers verwendet werden.A maximum switching frequency f _max can .DELTA.I for controlling the hysteresis now be fixed, for example, the switching frequency f. Suitable values for f _max are from approximately 5 to 15 kHz, when using an IGBT up to 20 kHz. For example, a value of 15 kHz is specified for f _max . The other variables required to determine the hysteresis ΔI are either fixed by the current limiter or can be easily measured. The voltages U _Lon , and U ₁ can be measured and the inductance L is predetermined by the current limiter. To measure the voltage U _Lon , either the voltage at the inductance can be measured directly or the difference between the input voltage U ₁ and the output voltage U _{2 of} the current limiter can be used.

Wird die maximale Schaltfrequenz f_max fest vorgegeben, so kann die Hysterese bei Tastverhältnissen d, die entweder sehr groß sind, also dicht bei einem Tastverhältnis von 1, oder sehr klein sind, also dicht an einem Tastverhältnis von 0, ΔI klein werden. Bei fester Vorgabe der maximalen Schaltfrequenz muss diese im Hinblick auf ein Tastverhältnis von d=½ gewählt werden, wobei eine hohe Schaltfrequenz zu Schaltverlusten am Schaltelement führt. Daher ist es bevorzugt, wenn die maximale Schaltfrequenz f_max aus einem Intervall gewählt wird, wobei eine Gewichtung mit dem Tastverhältnis d vorgenommen wird. Beispielsweise wird ein Intervall von 5 kHz bis 15 KHz vorgegeben, wobei bei einem Tastverhältnis von ½ die maximale Schaltfrequenz f_max ihren größten Wert annimmt und bei einem Tastverhältnis nahe 0 und bei einem Tastverhältnis nahe 1 die maximale Schaltfrequenz f_max ihren kleinsten Wert wird.If the maximum switching frequency f _{max is} fixed, the hysteresis at duty ratios d, which are either very large, ie close to a duty cycle of 1, or very small, so close to a duty cycle of 0, .DELTA.I small. For fixed specification of the maximum switching frequency, this must be selected with regard to a duty cycle of d = ½, with a high switching frequency leads to switching losses on the switching element. Therefore, it is preferable if the maximum switching frequency f _{max is selected} from an interval, wherein a weighting with the duty ratio d is made. For example, an interval of 5 kHz to 15 KHz is specified, wherein at a duty cycle of ½ the maximum switching frequency f _{max takes} its maximum value and at a duty ratio near 0 and at a duty ratio near 1, the maximum switching frequency f _{max is} their smallest value.

Bevorzugt erfolgt die Messung des Ist-Stroms mit einer hohen Rate, so dass der Zweipunktregler schnell auf eine Stromänderung reagieren kann. Im Kurzschlussfall kann sich der Ist-Strom bereits in wenigen µs stark ändern, so dass die Rate, mit der der Strom gemessen wird, bevorzugt von etwa 15 kHz bis 15 MHz beträgt. Besonders bevorzugt wird eine Rate im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz. Auch die als Eingabewert für die Hysteresteuerung zu messenden Spannungen U₁ und U_Lon können mit dieser Rate gemessen werden, so dass auch die Steuerung der Hysterese mit hoher Rate erfolgen kann.Preferably, the measurement of the actual current takes place at a high rate, so that the two-position controller can react quickly to a change in current. In the case of a short circuit, the actual current can already change greatly in a few μs, so that the rate at which the current is measured is preferably from about 15 kHz to 15 MHz. Particularly preferred is a rate in the range of 100 kHz to 1 MHz. The voltages U ₁ and U _Lon to be measured as input value for the hysteresis control can also be measured at this rate, so that the control of the hysteresis can also be carried out at a high rate.

Im Normalbetrieb des Strombegrenzers, d. h. für die Fälle, in denen keine Überlast vorliegt, ist der Ist-Strom dauerhaft unter dem ersten Grenzwert und das Schaltelement des Strombegrenzers ist somit ständig geschlossen. Um eine sofortige Strombegrenzung beim Erreichen des maximal zulässigen Stroms zu verhindern, ist in der Regel der erste Grenzwert etwas größer als der maximal zulässige Strom gewählt und der zweite Grenzwert ist etwas kleiner als der maximal zulässige Strom gewählt. Dabei ist der Betrag der Differenz der Grenzwerte zum maximal zulässigen Strom bevorzugt zwischen 1 % und 10 % des maximal zulässigen Stroms. Insbesondere beträgt der Betrag des Unterschieds zwischen den Grenzwerten und dem maximal zulässigen Stroms etwa 5 %. Das bedeutet, dass bei einem maximal zulässigen Strom von beispielsweise 60 Ampere der erste Grenzwert 63 Ampere beträgt und der zweite Grenzwert 57 Ampere beträgt.In normal operation of the current limiter, d. H. for the cases in which there is no overload, the actual current is permanently below the first limit and the switching element of the current limiter is thus permanently closed. In order to prevent an immediate current limit when reaching the maximum permissible current, the first limit value is usually selected to be slightly larger than the maximum permissible current, and the second limit value is selected to be slightly smaller than the maximum permissible current. In this case, the amount of the difference between the limit values and the maximum permissible current is preferably between 1% and 10% of the maximum permissible current. In particular, the amount of the difference between the limits and the maximum allowable current is about 5%. This means that for a maximum allowable current of, for example, 60 amperes, the first limit is 63 amps and the second limit is 57 amps.

Die Hysterese ist definiert als Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert. So beträgt die Hysterese im nicht-begrenzenden Normalbetrieb zwischen 2 % und 20 % des maximal zulässigen Stroms, wobei die Hysterese beim vorangegangenen Beispiel 6 Ampere beträgt. The hysteresis is defined as the difference between the first and second limits. Thus, in non-limiting normal operation, the hysteresis is between 2% and 20% of the maximum permissible current, the hysteresis in the preceding example being 6 amperes.

Tritt nun im an den Strombegrenzer angeschlossenen Stromnetz bzw. an den Strombegrenzer angeschlossenen Stromkreis eine leichte Überlast auf, beispielsweise mit einem Ist-Strom von 63 Ampere bei einem maximal zulässigen Strom von 60 Ampere, und sind die beiden Grenzwerte wie in dem vorangegangenen Beispiel beschrieben gewählt, so wird der Strombegrenzer nur unregelmäßig eingreifen, je nachdem, ob der Ist-Strom zufällig geringfügig über dem Grenzwert von 63 Ampere oder geringfügig unter 63 Ampere beträgt. Das Verhalten des Strombegrenzers ist hierbei somit abhängig von üblichen Schwankungen bei der Strommessung und geringfügigen Stromschwankungen im an den Strombegrenzer angeschlossenen Stromnetz.If there is now a slight overload in the power grid connected to the current limiter or in the circuit connected to the current limiter, for example with an actual current of 63 amps with a maximum permissible current of 60 amps, and the two limit values are selected as described in the preceding example , the current limiter will intervene only irregularly, depending on whether the actual current happens to be slightly above the limit of 63 amperes or slightly below 63 amperes. The behavior of the current limiter is thus dependent on the usual fluctuations in the current measurement and minor power fluctuations in the power grid connected to the current limiter.

Um ein unregelmäßiges Wechseln zwischen einem strombegrenzenden Betrieb des Strombegrenzers, bei dem das Schaltelement taktet, also mit einer Schaltfrequenz angesteuert wird, und einem nicht-begrenzenden Betrieb, bei dem das Schaltelement dauerhaft geschlossen ist, zu vermeiden, ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Grenzwert abgesenkt wird, wenn der gemessene Ist-Strom den ersten Grenzwert erstmalig übersteigt. Die Absenkung beträgt beispielsweise von 1% bis 10% des Betrags des ersten Grenzwerts.To avoid an irregular change between a current-limiting operation of the current limiter, in which the switching element is clocked, that is driven with a switching frequency, and a non-limiting operation, in which the switching element is permanently closed, it is preferably provided that the first limit is lowered when the measured actual current exceeds the first limit for the first time. The reduction is for example from 1% to 10% of the amount of the first limit.

Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass bei einer nur geringfügigen Überschreitung des ersten Grenzwerts der Strombegrenzer schnell zwischen einem Betriebsmodus, in dem der Stromfluss begrenzt werden und einem Betriebsmodus, in dem der Stromfluss nicht begrenzt wird, hin und her wechselt.This measure prevents the current limiter from rapidly switching between an operating mode in which the current flow is limited and an operating mode in which the current flow is not limited, with only a slight exceeding of the first limit value.

Um den Betrieb des Strombegrenzers mit abgesenkten Grenzen wieder zu beenden ist vorgesehen, dass die Hysterese und ggf. die gesamte Hysterese-Regelung auf vorgegebene Startwerte zurückgesetzt werden, wenn der gemessene Ist-Strom für eine Zeitdauer t₀ unterhalb eines dritten Grenzwerts bleibt. Der dritte Grenzwert sollte kleiner als der maximal zulässige Strom gewählt sein kann identisch mit dem abgesenkten ersten Grenzwert oder identisch mit dem zweiten Grenzwert sein. Dazu wird die Zeit t₀ beispielsweise auf eine Zeit zwischen 1,0 Sekunden und 30 Sekunden festgelegt. In order to stop the operation of the current limiter with lowered limits, it is provided that the hysteresis and possibly the entire hysteresis control are reset to predetermined starting values if the measured actual current remains below a third limit value for a time t ₀ . The third limit value should be selected smaller than the maximum permissible current can be identical to the lowered first limit value or identical to the second limit value. For this purpose, the time t _{0 is set,} for example, to a time between 1.0 second and 30 seconds.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird für die Regelung der Hysterese entweder der erste oder der zweite Grenzwert konstant gehalten und nur der jeweils andere Grenzwert wird verändert. In one embodiment of the method, either the first or the second limit value is kept constant for the regulation of the hysteresis, and only the respectively other limit value is changed.

So ist es beispielsweise denkbar, den zweiten Grenzwert konstant zu halten und nur den ersten Grenzwert zu verändern. In dieser Ausführungsvariante wird insbesondere das Verhalten des Zweipunktreglers für leichte Überlastströme verbessert, die in etwa identisch mit dem ursprünglich eingestellten ersten Grenzwert sind. Ohne Anpassung der Hysterese wäre das Verhalten des Strombegrenzers in diesem Fall instabil, da bei einem Ist-Strom, der ein wenig unter der Grenze liegt, keine Strombegrenzung stattfindet und bei einem nur geringfügig größeren Ist-Strom die Strombegrenzung schlagartig einsetzen würde. Würde der erste Grenzwert hingegen geringfügig abgesenkt werden, würde sich ein stabiler Zustand einstellen, in diesem Fall eine dauerhafte Begrenzung des Stroms. For example, it is conceivable to keep the second limit constant and to change only the first limit. In this embodiment, in particular, the behavior of the two-step controller for light overload currents is improved, which are approximately identical to the originally set first limit. Without adjustment of the hysteresis, the behavior of the current limiter would be unstable in this case, since with an actual current that is a little below the limit, no current limiting takes place and with only a slightly larger actual current would use the current limit abruptly. On the other hand, if the first limit were to be lowered slightly, a stable state would be established, in this case a permanent limitation of the current.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert für die Regelung der Hysterese so angepasst, dass diese symmetrisch um einen vorgegebenen maximalen Strom liegen. Der vorgegebene maximale Strom ist dabei wieder der Strom, den die Batterie ohne übermäßige Erwärmung bzw. eine Beschädigung dauerhaft zu liefern vermag. In a further embodiment of the method, the first limit value and the second limit value for the regulation of the hysteresis are adjusted so that they are symmetrical about a predetermined maximum current. The predetermined maximum current is again the current that the battery is able to deliver permanently without excessive heating or damage.

Bevorzugt wird das Verfahren im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, denkbar ist beispielsweise auch eine Verwendung für Lithium-Schwefel-Batterien, Nickel-Metall-Hydrid-Batterien und anderen niederimpedanten Energiespeichern mit einem Stromlimit, welches streng überwacht werden muss. Dabei wird im Rahmen dieser Beschreibung der Begriff „Batterie“ wie in der Umgangssprache üblich sowohl für Primärbatterien als auch für Sekundärbatterien bzw. Akkumulatoren verwendet.Preferably, the method is used in connection with lithium-ion batteries, conceivable, for example, is a use for lithium-sulfur batteries, nickel-metal hydride batteries and other low-impedance energy storage with a current limit, which must be strictly monitored. In the context of this description, the term "battery" is used, as is common in the vernacular, both for primary batteries and for secondary batteries or accumulators.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Strombegrenzers zur Begrenzung eines von einer Batterie bereitgestellten Stroms. Bevorzugt ist der Strombegrenzer zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale entsprechend für die Vorrichtung und umgekehrt die im Rahmen der Vorrichtung beschriebenen Merkmale entsprechend für das Verfahren. Der Strombegrenzer umfasst ein Schaltelement und einen Zweipunktregler, wobei der Strombegrenzer eingerichtet ist, mit dem Schaltelement den Stromfluss zu unterbrechen, wenn ein von der Messeinheit gemessener Ist-Strom über einem ersten Grenzwert liegt, und den Stromfluss wiederherzustellen, wenn der Ist-Strom unter einem zweiten Grenzwert liegt. Der Strombegrenzer umfasst des Weiteren eine Hysterese-Steuerung, die eingerichtet ist das beschriebene Verfahren auszuführen. Another aspect of the invention is the provision of a current limiter for limiting a current provided by a battery. Preferably, the current limiter is designed and / or set up to carry out the method described herein. Accordingly, features described in the context of the method correspondingly apply to the device and conversely the features described within the scope of the device correspondingly to the method. The current limiter includes a switching element and a two-position regulator, wherein the current limiter is arranged to interrupt the current flow with the switching element when an actual current measured by the measuring unit is above a first threshold, and to restore the current flow when the actual current is below a first limit second limit. The current limiter further comprises a hysteresis controller configured to execute the described method.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines solchen Strombegrenzers zur Begrenzung eines von einer Batterie bereitgestellten Stroms in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug oder zur Versorgung sicherheitsrelevanter Stromnetze in einem Schiff, einem Flugzeug, oder einer stationären Anlage mit der Anforderung, im Kurzschlussfall die Energieversorgung keinesfalls zu unterbrechen.A further aspect of the invention is the use of such a current limiter for limiting a current provided by a battery in an electrically driven vehicle or for supplying safety-relevant power grids in a ship, an aircraft, or a stationary plant with the requirement, the power supply under no circumstances in the event of a short circuit interrupt.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglichkeit zur Strombegrenzung eines von einer Batterie bereitgestellten Stroms geschaffen, bei der im Fall eines Fehlers, der zu einem starken Stromanstieg führen würde, zum einen der von der Batterie bereitgestellte Strom in einem Rahmen tolerierbarer Stromstärken bleibt und gleichzeitig wird der Stromfluss nicht vollständig unterbrochen. Da auch im Fehlerfall der Stromfluss nicht völlig unterbunden wird, können nach dem Strombegrenzer angeordnete Sicherungen nach einer kurzen Verzögerungszeit auslösen und gezielt diejenigen Stromkreise unterbrechen, in denen der Kurzschluss und damit der Fehler aufgetreten ist. Die übrigen Stromkreise, die mit dem Strombegrenzer und damit mit der Batterie verbunden sind, bleiben unbeeinträchtigt. With the method according to the invention or the device according to the invention, a possibility for current limiting of a current provided by a battery is provided, in which case, in the case of a fault that would lead to a sharp increase in current, the current provided by the battery can be tolerated within a tolerable current range remains and at the same time the current flow is not completely interrupted. Since the current flow is not completely prevented even in the event of a fault, After a short delay time, fuses arranged after the current limiter can trigger and selectively interrupt those circuits in which the short circuit and thus the fault have occurred. The remaining circuits, which are connected to the current limiter and thus to the battery, remain unimpaired.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden die Grenzwerte, an denen die Strombegrenzung greift, über eine Steuerung beeinflusst und sind nicht von vornherein fest vorgegeben. Dadurch wird erreicht, dass bei Ist-Strömen, die dicht an einem der Grenzwerte liegen, das Verhalten des Strombegrenzers nicht ständig zwischen verschiedenen Betriebsmodi hin und her springt. Stattdessen werden die Grenzwerte so angepasst, dass der Strombegrenzer ein einheitliches Verhalten zeigt.In contrast to the methods known from the prior art, the limit values at which the current limitation takes effect are influenced by a controller and are not predefined from the outset. This ensures that at actual currents that are close to one of the limits, the behavior of the current limiter does not constantly jump back and forth between different operating modes. Instead, the limits are adjusted so that the current limiter shows a consistent behavior.

Zudem werden die Grenzwerte und damit die Hysterese des Strombegrenzers vorteilhaft so angepasst, dass die Schaltfrequenz begrenzt wird. Auf diese Weise können am Schaltelement auftretende Verluste, die mit zunehmender Schaltfrequenz ansteigen, begrenzt werden. Dies erlaubt eine kostengünstige und Bauvolumen sparende Auswahl der beteiligten Bauelemente. Die Überdimensionierung bzw. Auslegung der Batterie und des Strombegrenzers auf Extremwerte kann durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Strombegrenzers stark reduziert werden.In addition, the limits and thus the hysteresis of the current limiter are advantageously adjusted so that the switching frequency is limited. In this way, occurring at the switching element losses that increase with increasing switching frequency, be limited. This allows a cost-effective and volume-saving selection of the components involved. The oversizing or design of the battery and the current limiter to extreme values can be greatly reduced by the use of the current limiter according to the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromnetzes mit einem Strombegrenzer und 1 shows a schematic representation of a power grid with a current limiter and

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Strombegrenzers. 2 shows a schematic representation of a current limiter.

Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromnetzes 1, bei dem die elektrische Energie durch eine Batterie 20 bereitgestellt wird. Die Batterie 20 ist über einen Strombegrenzer 10 mit mehreren Stromkreisen 26 verbunden, die jeweils einen Verbraucher 24 umfassen. Das Stromnetz 1 kann beispielsweise ein Stromnetz eines Elektrofahrzeugs, wie beispielsweise eines rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs sein. Auch ist es denkbar, dass es sich bei dem Stromnetz 1 um das Stromnetz eines Schiffes, eines Flugzeugs oder um eine stationäre Anlage mit besonderen Sicherheitsanforderungen handelt. The 1 shows a schematic representation of a power grid 1 in which the electrical energy is supplied by a battery 20 provided. The battery 20 is over a current limiter 10 with several circuits 26 each connected to a consumer 24 include. The power grid 1 may be, for example, a power grid of an electric vehicle, such as a purely electrically powered vehicle or a hybrid vehicle. It is also conceivable that it is the power grid 1 is the power grid of a ship, an aircraft or a stationary installation with special safety requirements.

Das Stromnetz 1 weist in dem in der 1 dargestellten Bespiel drei Stromkreise 26 auf, die jeweils über eine Schutzeinrichtung 22 und über den Strombegrenzer 10 mit der Batterie 20 verbunden sind. Als Schutzeinrichtung 22 kann beispielsweise eine Sicherung oder ein Leistungsschalter mit Überstromerkennung verwendet werden. The power grid 1 points in the in the 1 illustrated example three circuits 26 on, each with a protective device 22 and over the current limiter 10 with the battery 20 are connected. As a protective device 22 For example, a fuse or circuit breaker with overcurrent detection can be used.

Tritt nun in einem der Stromkreise 26 ein Fehler auf, beispielsweise ein Kurzschluss, so steigt der durch den Strombegrenzer 10 fließende Ist-Strom stark an. Würde der Strombegrenzer 10 nun den Stromfluss vollständig und dauerhaft kappen, wären alle drei Stromkreise 26 betroffen. Durch den Strombegrenzer 10 wird der Stromfluss jedoch aufrecht erhalten und lediglich auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt, den die Batterie 20 ohne Schaden zu nehmen liefern darf. Dieser Stromfluss ist ausreichend, um das entsprechende Schutzeinrichtung 22 auszulösen, so dass nur im betroffenen Stromkreis 26 der Stromfluss unterbrochen wird.Now step in one of the circuits 26 an error, such as a short circuit, it rises through the current limiter 10 flowing actual electricity is strong. Would the current limiter 10 now completely and permanently cut off the flow of electricity, all three circuits would be 26 affected. By the current limiter 10 However, the current flow is maintained and limited only to a maximum allowable value, the battery 20 without being allowed to deliver damage. This current flow is sufficient to the corresponding protection device 22 trigger, leaving only in the affected circuit 26 the current flow is interrupted.

Um die geforderten elektrischen Leistungsdaten zu erreichen, können bei Bedarf auch mehrere Batterien 20 und Strombegrenzer 10 parallel geschaltet werden. Dabei wird jede Batterie 20 bevorzugt durch einen Strombegrenzer 10 geschützt und die Ausgänge 32 der Strombegrenzer 10 werden beispielsweise über eine Stromsammelschiene miteinander verbunden.If required, several batteries can be used to achieve the required electrical performance data 20 and current limiters 10 be switched in parallel. This is every battery 20 preferably by a current limiter 10 protected and the outputs 32 the current limiter 10 be connected to each other, for example via a busbar.

In 2 ist ein Strombegrenzer 10 schematisch dargestellt. Der Strombegrenzer 10 umfasst einen Eingang 30, der mit einer Batterie 20 verbunden wird, vergleiche 1. Des Weiteren umfasst der Strombegrenzer 10 einen Ausgang 32, an den Verbraucher 24 und/oder Stromkreise 26 angeschlossen werden, vergleiche 1.In 2 is a current limiter 10 shown schematically. The current limiter 10 includes an entrance 30 that with a battery 20 is connected, compare 1 , Furthermore, the current limiter includes 10 an exit 32 to the consumer 24 and / or circuits 26 to be connected, compare 1 ,

Zur Begrenzung des durch den Strombegrenzer 10 fließenden Ist-Stroms I umfasst dieser ein Schaltelement 12, welches durch einen Zweipunktregler 16 betätigt wird. Die Grenzwerte, an denen der Zweipunktregler 16 das Schaltelement 12 betätigt, werden durch eine Hysterese-Steuerung 14 vorgegeben. Der Strombegrenzer 10 umfasst zudem weitere Komponenten, wobei stellvertretend in der schematischen Darstellung der 2 lediglich eine Induktivität L, ein Kondensator 29 und eine Diode 28 dargestellt sind.To limit by the current limiter 10 flowing actual current I includes this a switching element 12 which is controlled by a two-position controller 16 is pressed. The limits at which the two-position controller 16 the switching element 12 operated by a hysteresis control 14 specified. The current limiter 10 also includes other components, wherein representatively in the schematic representation of 2 only an inductance L, a capacitor 29 and a diode 28 are shown.

Ist das Schaltelement 12 geschlossen, so fließt Strom vom Eingang 30 durch die Induktivität L zum Ausgang 32. Die Diode 28 sperrt. Ist das Schaltelement 12 geöffnet, so fließt der Strom getrieben durch die in der Induktivität L gespeicherte Energie weiter, wobei die gespeicherte Energie abgebaut wird. Die verwendete Diode 28 kann als separates Bauelement realisiert sein und ist nicht notwendigerweise Bestandteil des Strombegrenzers 10.Is the switching element 12 closed, electricity flows from the entrance 30 through the inductance L to the output 32 , The diode 28 locks. Is this switching element 12 open, the current flows driven by the energy stored in the inductance L on, the stored energy is dissipated. The diode used 28 can be realized as a separate component and is not necessarily part of the current limiter 10 ,

Der Zweipunktregler 16 steuert das Schaltelement 12 in Abhängigkeit des im Strombegrenzer 10 fließenden Ist-Stroms I und einem vorgegebenen maximalen Eingangsstrom I_max an. Der Ist-Strom I kann beispielsweise durch Messen einer an einem Messwiederstand (Shunt) abfallenden Spannung ermittelt werden, der maximale Eingangsstrom I_max wird in Abhängigkeit des Leistungsvermögens der Batterie 20 vorgegeben.The two-position controller 16 controls the switching element 12 depending on the current limiter 10 flowing actual current I and a predetermined maximum input current I _max . The actual current I can be determined, for example, by measuring a voltage drop across a measuring resistor (shunt), the maximum input current I _max becomes dependent on the capacity of the battery 20 specified.

Im Normalfall ist der Ist-Strom I kleiner als der vorgegebene maximale Eingangsstrom I_max und als ein zweiter Grenzwert, so dass das Schaltelement 12 geschlossen ist. Der Strom I kann frei durch den Strombegrenzer 10 fließen.In the normal case, the actual current I is smaller than the predetermined maximum input current I _max and as a second limit value, so that the switching element 12 closed is. The current I is free through the current limiter 10 flow.

Überschreitet der Ist-Strom I einen ersten Grenzwert, so wird durch den Zweipunktregler 16 das Schaltelement 12 geöffnet und der Stromfluss wird unterbrochen. Dabei setzt der Stromfluss am Ausgang 32 nicht schlagartig aus, sondern klingt aufgrund von in der Induktivität L und einem Kondensator 29 gespeicherter Energie ab. Nach Unterschreitung des zweiten Grenzwerts, der kleiner ist als der erste Grenzwert, wird durch den Zweipunktregler 16 das Schaltelement 12 wieder geschlossen und der Stromfluss wieder hergestellt. Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert ist die Hysterese.If the actual current I exceeds a first limit value, then the two-point regulator 16 the switching element 12 opened and the current flow is interrupted. The current flow is at the output 32 not abrupt, but sounds due to in the inductance L and a capacitor 29 stored energy. After falling below the second limit, which is smaller than the first limit, is by the two-position controller 16 the switching element 12 closed again and the current flow restored. The difference between the first and second limits is hysteresis.

Der erste und der zweite Grenzwert werden erfindungsgemäß durch die Hysterese-Steuerung 14 vorgegeben. Dabei werden der erste und der zweite Grenzwert so gewählt, dass die Schaltfrequenz f, mit der das Schaltelement 12 betätigt wird, eine maximale Schaltfrequenz f_max nicht überschreitet. Beispielsweise wird als maximale Schaltfrequenz f ein Wert von 10 kHz fest vorgegeben. In weiteren Varianten des Verfahrens kann die maximale Schaltfrequenz aus einem vorgegebenen Intervall gewählt werden, so dass die Hysterese durch die Hysterese-Steuerung 14 nicht zu sehr verkleinert wird. Als Eingangswerte erhält die Hysterese-Steuerung 14 Messungen einer von der Batterie 20 bereitgestellten Eingangsspannung U₁ und der Ausgangsspannung U₂ des Strombegrenzers 10.The first and the second limit are inventively by the hysteresis control 14 specified. In this case, the first and second limit values are selected such that the switching frequency f, with which the switching element 12 is actuated, does not exceed a maximum switching frequency f _max . For example, a value of 10 kHz is fixed as the maximum switching frequency f. In further variants of the method, the maximum switching frequency can be selected from a predetermined interval, so that the hysteresis by the hysteresis control 14 not too much reduced. The hysteresis control receives as input values 14 Measurements of one of the battery 20 provided input voltage U ₁ and the output voltage U _{2 of} the current limiter 10 ,

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2182625 A1 [0005]

Claims

Method for operating a current limiter ( 10 ) for limiting one of a battery ( 20 ), the current limiter ( 10 ) a switching element ( 12 ) and a two-position controller ( 16 ), and the current limiter ( 10 ) is set up, with the switching element ( 12 ) to interrupt the flow of current when a current through the current limiter ( 10 ) current flow is above a first threshold, and restoring current flow when the actual current is less than a second threshold, the second threshold being less than the first threshold and hysteresis of the two-position controller ( 16 ) is formed from the difference between the first and the second limit value, characterized in that the hysteresis in dependence of a duty cycle of the switching element ( 12 ) is controlled so that a switching frequency of the switching element ( 12 ) does not exceed a maximum switching frequency.

A method according to claim 1, characterized in that the actual current is measured at a rate in the range of 15 kHz to 1 MHz.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum switching frequency is fixed.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum switching frequency is selected weighted with the duty cycle from a predetermined interval.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first limit value is lowered by an amount of 1% to 10% of the first limit value, when the actual current exceeds the first limit value for the first time.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the regulation of the hysteresis, the first or the second limit value is kept constant and only the respective other limit value is changed.

Method according to Claim 5, characterized in that the first limit value and the second limit value and optionally the hysteresis control are reset to predetermined starting values if the actual current remains below a third limit value for a time period t ₀ .

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the battery ( 20 ) is a lithium-ion battery, a lithium-sulfur battery or a nickel-metal hydride battery.

Current limiters ( 10 ) for limiting one of a battery ( 20 ) provided current comprising a switching element ( 12 ) and a two-position controller ( 16 ) wherein the current limiter ( 10 ) is set up, with the switching element ( 12 ) to interrupt the flow of current when a current through the current limiter ( 10 ) current current is above a first limit, and to restore the current flow when the actual current is below a second threshold, characterized in that the current limiter ( 10 ) further includes hysteresis control ( 14 ), wherein the hysteresis control ( 14 ) is arranged to carry out the method according to one of claims 1 to 8.

Use of a current limiter ( 10 ) according to claim 9 in an electrically driven vehicle or for the supply of safety-relevant power grids ( 1 ) in a ship, an aircraft or a stationary facility.