-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Messung an einem Trennelement eines Energieversorgungssystems eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Steuern einer Messung einer elektrischen Größe an einem Trennelement eines Energieversorgungssystems gemäß dem Ohrbegriffs des Patentanspruchs 7.
-
Ein elektrische Energiespeicher, insbesondere ein Akkumulator oder eine Batterie, vorzugsweise eine Hochvoltbatterie, kann in einem Kraftwagen galvanisch trennbar mit einem Fahrzeugzwischenkreis verbunden sein. Der Fahrzeugzwischenkreis umfasst beispielsweise einen Spannungswandler zum Speisen eines Bordnetzes oder einen Wechselrichter zum Versorgen einer elektrischen Maschine mit elektrischer Energie. Zum Trennen des elektrischen Energiespeichers von dem Fahrzeugzwischenkreises ist gemäß dem Stand der Technik der Einsatz von Trennelementen, insbesondere Relais oder Schützen, vorgesehen. Insbesondere ist für einen Pluspol und einen Minuspol des elektrischen Energiespeichers zumindest ein jeweiliges Trennelement vorgesehen. Beim Öffnen eines Schützes, während ein Strom fließt, kann ein entstehender Lichtbogen einen Stempel des Schützes aufschmelzen, wodurch es zum sogenannten Schützkleben kommen kann. Dabei können zwei Pole des Schützes zusammengeschmolzen werden. Dadurch kann der elektrische Energiespeicher zumindest über einen der Schütze dauerhaft mit dem Fahrzeugzwischenkreises verbunden sein.
-
Die
DE 10 2014 222 673 A1 offenbart einen Schutzschalter zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einer elektrischen Last eines Elektrofahrzeugs. Dabei ist eine Messeinheit zum Messen einer elektrischen Größe an dem Schutz über eine Schalteinrichtung mit dem Schütz kontaktierbar.
-
Der Stand der Technik besitzt den Nachteil, dass die Messeinheit in einem getrennten Schaltzustand der Schalteinrichtung nicht galvanisch von dem Schütz getrennt ist.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messeinheit mit einer Schalteinrichtung kostengünstig zu kontaktieren oder galvanisch zu trennen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Messung an einem Trennelement eines Energieversorgungssystems eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Steuern einer Messung einer elektrischen Größe an einem Trennelement eines Energieversorgungssystems eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und deren Vorteile gelten analog auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
-
Um nun eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Messeinheit mit der Schalteinrichtung kostengünstig kontaktierbar und galvanisch trennbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schalteinrichtung zwei verschiedenartige, seriell geschaltete Schalterelemente aufweist. Insbesondere sind die Schalterelemente direkt, also ohne ein weiteres Bauteil, welches dazwischen geschaltet ist, seriell beziehungsweise in Reihe geschaltet. Die Schalteinrichtung kann erstes Schalterelement und ein zweites Schalterelement als die Schalterelemente umfassen. Die beiden Schalterelemente sind verschiedenartig, insbesondere mit unterschiedlichen technischen und/oder physikalischen Eigenschaften. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Schalterelemente um einen Halbleiter, insbesondere einen Transistor, und/oder bei dem zweiten Schalterelement um einen mechanischen Schalter, insbesondere ein Relais. Insbesondere ist das erste Schalterelement dazu ausgebildet, die elektrische Verbindung lastfrei zu schalten. Vorzugsweise ist das zweite Schalterelement dazu ausgebildet, die elektrische Verbindung galvanisch zu unterbrechen.
-
Das Trennelement kann zum Kontaktieren und/oder Trennen eines elektrischen Energiespeichers und eines Fahrzeugzwischenkreises des Kraftwagens ausgebildet sein. Insbesondere ist die elektrische Verbindung beziehungsweise die Schalteinrichtung zum Kontaktieren und/oder Trennen der Messeinheit und, insbesondere ausschließlich, einer mit dem elektrischen Energiespeicher dauerhaft elektrisch kontaktierten Seite des Trennelements ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei dem Trennelement um einen Schütz. Die Messeinheit kann dazu ausgebildet sein, zu ermitteln, ob eine ordnungsgemäße Funktion des Schützes gegeben ist. Insbesondere ist die Messeinheit dazu ausgebildet anhand der elektrischen Größe einen fehlerhaften Zustand des Trennelements zu erkennen. Der fehlerhafte Zustand kann vorzugsweise ein Schützkleben des Schützes betreffen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigt die einzige Fig. einen Schaltplan einer Schaltungsanordnung zum Steuern einer Messung an einem Trennelement eines Energieversorgungssystems eines Kraftwagens.
-
Die einzige Fig. zeigt einen elektrischen Energiespeicher 1, vorliegend eine Hochvoltbatterie, insbesondere mit einer Speicherspannung 4 von mehr als 80 V, für einen Kraftwagen. Der Energiespeicher 1 ist vorliegend aus mehreren Zellen 14 zusammengesetzt, wobei eine Packspannung der Zellen 14 die Speicherspannung 4 ergibt. Der elektrische Energiespeicher 1 ist vorliegend Teil eines Energieversorgungssystems 13, welches einen Fahrzeugzwischenkreis 12 mit elektrischer Energie versorgt. An dem Zwischenkreis 12 fällt eine Linkspannung 10 beziehungsweise eine Wirkspannung ab. Der Fahrzeugzwischenkreis 12 kann zum Versorgen eines Bordnetzes des Kraftwagens über einen Spannungswandler, insbesondere eines 12 V, 24 V oder 48 V Bordnetzes, ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Fahrzeugzwischenkreis 12 zum Versorgen einer elektrischen Maschine als Antrieb des Kraftwagens mit elektrischer Energie über einen Umrichter ausgebildet sein.
-
Der elektrische Energiespeicher 1 kann mit dem Fahrzeugzwischenkreis 12 durch Trennelemente 16 kontaktiert beziehungsweise von dem Fahrzeugzwischenkreis 12 getrennt werden. Die Trennelemente 16 sind vorliegend als Schütze 5, 6 ausgeführt. Ein Plus-Schütz 5 dient zum Kontaktieren und/oder Trennen eines Plus-Pfads 12 des elektrischen Energiespeichers 1 und dem Fahrzeugzwischenkreis 12. Ein Minus-Schütz 6 dient zum Kontaktieren und/oder Trennen eines Minus-Pfads 3 des elektrischen Energiespeichers 1 mit dem beziehungsweise von dem Fahrzeugzwischenkreis 12. Insbesondere sind elektrische Energiespeicher 1 sowie die Trennelemente 16 innerhalb eines gemeinsamen Energiespeichergehäuses 10 angeordnet. Vorzugsweise liegt dann an einer Außenseite des Energiespeichergehäuses 10 bei geöffneten Trennelementen 16 keine Spannung des elektrischen Energiespeichers 1 an. Durch Öffnen der Trennelemente 16 kann der elektrische Energiespeicher 1 von dem Fahrzeugzwischenkreis 12 getrennt werden und durch Schließen der Trennelement 16 kann der elektrische Energiespeicher 1 mit dem Fahrzeugzwischenkreis 12 verbunden beziehungsweise elektrisch kontaktiert werden.
-
Bei einem Öffnen und/oder Schließen eines der Trennelemente 16 kann dieses durch einen entstehenden Lichtbogen beschädigt werden. Insbesondere kann ein Stempel des Schützes 5, 6 geschmolzen und dauerhaft mit einem korrespondierenden Kontakt verbunden werden. In diesem Fall ist der jeweilige Schütz 5, 6 dauerhaft kurzgeschlossen beziehungsweise mit dem Fahrzeugzwischenkreis 12 elektrisch kontaktiert. Der Fahrzeugzwischenkreis 12 kann über den jeweiligen Schütz 5, 6 dann dauerhaft mit dem elektrischen Energiespeicher 1 verbunden sein. Dieser Fall wird als Schützkleben bezeichnet.
-
Eine Schaltungsanordnung 17 ist vorliegend dazu ausgebildet, ein solches Schützkleben zu erkennen. Die Schaltungsanordnung 17 kann als Messeinrichtung ausgebildet sein. Die Schaltungsanordnung 17 umfasst vorliegend eine Messeinheit 9 beziehungsweise eine Auswerteeinheit und eine elektrische Verbindung 18. Die elektrische Verbindung 18 ist dazu ausgebildet, die Messeinheit 9 mit dem Trennelement 16, vorliegend mit beiden Trennelementen 16, elektrisch zu verbinden. Die elektrische Verbindung 18 kann mittels eines jeweiligen Schaltelements 15 unterbrochen werden. Mit anderen Worten ist die elektrische Verbindung 18 mit der Schalteinrichtung 15 dazu ausgebildet, die Messeinheit 9 mit dem Trennelement 16, insbesondere in Abhängigkeit von einem Schaltzustand der Schalteinrichtung 15, zu kontaktieren und/oder zu trennen. Vorzugsweise umfasst die Messeinheit 9 eine Steuereinheit 20 zum Steuern der Schalteinrichtung 15. Die Steuereinheit 20 kann dazu ausgebildet sein, die Schalteinrichtung 15 zum Durchführen einer Messung in einen geschlossenen Zustand zu kommandieren und/oder die Schalteinrichtung 15 in einen offenen Zustand zu kommandieren, wenn keine Messung durchgeführt wird. Der offene/geschlossene Zustand der Schalteinrichtung 15 beschreibt in diesem Kontext einen getrennten/kontaktierten Zustand zwischen dem Trennelement 16 und der Messeinheit 9.
-
Um eine galvanische Trennung der Messeinheit 9 von dem Trennelement 16, insbesondere auf der Seite des Plus-Pfades 2 beziehungsweise des Minus-Pfades 3 des elektrischen Energiespeichers 1, zu ermöglichen, umfasst die Schalteinrichtung 15 ein Schalterelement 8. Das Schaltelement 8 ist insbesondere als Schalter oder als Relais ausgeführt. Ein solches Schalterelement 8 kann jedoch nicht ohne weiteres an der Speicherspannung viertes elektrischen Energiespeichers 1 geschaltet werden, da aufgrund eines entstehenden Lichtbogens oder Funkenschlag das Schalterelement 8 zerstört werden würde. Aus diesem Grund ist dem Schalterelement 8 ein Transistor 7 in Reihe geschaltet. Der Transistor 7 ist insbesondere als Feldeffekttransistor oder als Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistor ausgebildet. Die Steuereinheit 20 kann dazu ausgebildet sein, den Transistor 7 zum Schalten des Schalterelements 8 in einen nicht-leitenden Zustand zu kommandieren. Befindet sich der Transistor 7 in einem nicht-leitenden Zustand ist ein lastfreies Schalten des Schalterelements 8 ermöglicht. Bei einem Transistor 7 kann Prinzip bedingt ein Lichtbogen beim Schalten des Transistors 7, insbesondere zwischen einem leitenden und einem nicht-leitenden Zustand, ausgeschlossen sein. Dies gilt insbesondere auch bei einem Schalten des Transistors 7 unter Last beziehungsweise bei einer hohen Spannungsdifferenz. Durch das lastfreie Schalten des Schalterelements 8 kann dieses insbesondere als kostengünstiges konventionelles Printrelais ausgeführt sein.
-
Die Messeinheit 9 kann beispielsweise zu einer Spannungsmessung an dem Trennelement 16 mittels der elektrischen Verbindung 18 und einer weiteren elektrischen Verbindung 19 ausgebildet sein. Insbesondere ist die Messeinheit 9 zum Messen einer an dem Trennelement 16 abfallenden Spannung ausgebildet. Die an dem Trennelement 16 abfallende Spannung hängt insbesondere von einem Widerstandswert des Trennelements 16 ab. Der Widerstandswert des Trennelements 16 sowie daraus folgend der Spannungsabfall an dem Trennelement 16 kann über einem jeweiligen vordefinierten Grenzwert liegen, insbesondere einem Spannungsgrenzwert und/oder einem Widerstandsgrenzwert, wenn das Trennelement 16 einen fehlerhaften Zustand aufweist. Die Messeinheit 9 kann dazu ausgebildet sein, den fehlerhaften Zustand des Trennelements 16 durch Vergleichen des Spannungsabfalls mit dem vordefinierten Grenzwert, insbesondere dem Spannungsgrenzwert, zu ermitteln. Insbesondere ist die Messeinheit 9 dazu ausgebildet, den Spannungsabfall an dem Trennelement 19 als die elektrische Größe zu messen. Auf die eben skizzierte Weise kann der fehlerhafte Zustand des Trennelements 16 insbesondere dann erkannt werden, wenn sich das Trennelement 16 in dem geschlossenen Zustand befindet.
-
Alternativ kann die Messeinheit 9 dazu ausgebildet sein, einen Stromfluss durch das Trennelement 16 als die elektrische Größe zu messen. Insbesondere kann die Messeinheit 9 dazu ausgebildet sein, über die elektrische Verbindung 18 und die weitere elektrische Verbindung 19 einen Stromfluss, insbesondere einen Gleichstrom, durch das Trennelement 16 zu erzeugen. Befindet sich das Trennelement 16 in dem offenen Schaltzustand, so ist kein Stromfluss durch das Trennelement 16 möglich. Die Messeinheit 9 kann dazu ausgebildet sein, den fehlerhaften Zustand des Trennelements 16 zu erkennen, wenn ein Stromfluss durch das Trennelement 16 festgestellt wird, während sich dieses in dem offenen Zustand befindet.
-
Insbesondere ist vorgesehen, dass zum Durchführen der Messung zunächst das Schalterelement 8 von dem offenen in den geschlossenen Zustand kommandiert wird. Anschließend kann der Transistor 7 von einem nicht-leitenden in den leitenden Zustand kommandiert werden. Nach der Messung der elektrischen Größe kann vorgesehen sein, dass zunächst der Transistor von seinem leitenden in den nicht-leitenden Zustand kommandiert wird. Anschließend kann das Schalterelement 8 von seinem geschlossenen in den offenen Zustand kommandiert werden. Das Kommandieren des Schaltelements 8 und/oder des Transistors 7 kann mittels eines jeweiligen Steuersignals erfolgen. Das jeweilige Steuersignals kann von der jeweiligen Steuereinheit 20 abgegeben werden.
-
Die Messeinheit 9 kann als Auswerteeinheit ausgebildet sein oder eine Auswerteeinheit umfassen. Die Auswerteeinheit kann zum Erkennen des fehlerhaften Zustands, insbesondere des Schütz kleben, des Trennelements 16, vorzugsweise anhand der gemessenen elektrischen Größe, ausgebildet sein. Die Steuereinheit 20 und/oder die Auswerteeinheit können müssen jedoch nicht von der Messeinheit 9 umfasst sein. Die Messeinheit 9, die Steuereinheit 20 und/oder die Auswerteeinheit können innerhalb oder außerhalb des Energiespeichergehäuses 10 angeordnet sein.
-
Durch die vorliegende Ausführung der Schalteinrichtung 15 ist eine galvanische Trennung der Messeinrichtung 17, auch Schützklebeerkennung genannt, ermöglicht. Insbesondere ermöglicht der Stand der Technik lediglich eine hochohmige Trennung. Durch zusätzliche Messabgriffe, beispielsweise durch die elektrische Verbindung 18 und die weitere elektrische Verbindung 19, ist eine Messung der elektrischen Größe beziehungsweise das Erkennen des fehlerhaften Zustandes des Trennelements 16 auch bei geöffneten Trennelement 16 ermöglicht. Insbesondere kann die Messung der elektrischen Größe während Benutzung oder Nichtbenutzung des elektrischen Energiespeichers 1 erfolgen. Befindet sich die Messeinheit 9 außerhalb des Batteriegehäuses 10 oder ist die elektrische Verbindung 18 nach außen geführt, kann eine externe Messung der elektrischen Größe an dem Trennelement 16 erfolgen. Insbesondere ist hierzu eine externe Ansteuerung des Schalterelements 8 sowie des Transistor 7 nötig.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektrischer Energiespeicher
- 2
- Plus-Pfad
- 3
- Minus-Pfad
- 4
- Speicherspannung
- 5
- Plus-Schütz
- 6
- Minus-Schütz
- 7
- Transistor
- 8
- Schalterelement
- 9
- Messeinheit
- 10
- Energiespeichergehäuse
- 11
- Linkspannung
- 12
- Fahrzeugzwischenkreis
- 13
- Energieversorgungssystem
- 14
- Zellen
- 15
- Schalteinrichtung
- 16
- Trennelement
- 17
- Schaltungsanordnung
- 18
- elektrische Verbindung
- 19
- weitere elektrische Verbindung
- 20
- Steuereinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014222673 A1 [0003]
