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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Koppeln eines elektrischen Steuergeräts mit einer Spannungsversorgung sowie ein elektrisches Steuergerät mit einer solchen Vorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit einem elektrischen Steuergerät.
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Stand der Technik
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Zahlreiche elektronische Schaltungen, wie zum Beispiel elektrische Steuergeräte, verfügen über einen elektrischen Energiespeicher in Form einer elektrischen Kapazität. Insbesondere bei zahlreichen Steuergeräten im Kfz-Bereich sind solche elektrischen Energiespeicher in Form von Kondensatoren oder ähnlichem vorgesehen. Derartige elektrische Energiespeicher ermöglichen es, Spannungsschwankungen von einer speisenden elektrischen Energiequelle auszugleichen oder gegebenenfalls auch die Funktion des Steuergerätes für eine vorgegebene Zeitdauer weiter aufrechtzuerhalten, falls die angeschlossene Spannungsquelle ausfällt oder beispielsweise aus Sicherheitsgründen abgetrennt wird.
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Derartige elektrische Energiespeicher bestehen in der Regel aus einem oder mehreren Kondensatoren. Ist ein Steuergerät mit einem solchen elektrischen Energiespeicher ausgeschaltet oder deaktiviert, so kann eine elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem elektrischen Energiespeicher unterbrochen werden. Beim Einschalten oder Aktivieren des Steuergeräts wird die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem elektrischen Energiespeicher wieder hergestellt, indem beispielsweise ein elektrischer Schalter geschlossen wird. Nach dem Schließen des Schalters beginnt unmittelbar ein elektrischer Strom von der Spannungsquelle in den elektrischen Energiespeicher zu fließen, um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Dieser elektrische Strom wird dabei lediglich durch Leitungswiderstände, Leitungsinduktivitäten und gegebenenfalls weitere parasitäre Komponenten begrenzt. Bei elektrischen Energiespeichern mit einer großen Kapazität führt dies in der Regel zu einem hohen Einschaltstrom. Da dieser hohe Einschaltstrom die elektrische Spannungsquelle eventuell stark belasten kann, sind in der Regel Schaltungsanordnungen vorgesehen, die einen Einschaltstrom beim Verbinden des elektrischen Energiespeichers mit einer Spannungsquelle begrenzen.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 106 854 A1 offenbart eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung. Zwischen einem Anschlusspunkt einer Spannungsquelle und einem Anschlusspunkt eines Kondensators ist eine Serienschaltung aus einem Schaltelement und einer Induktivität vorgesehen. Ferner ist eine Steuerung vorgesehen, die zum Betrieb des Schalters und der Induktivität im Continuous Current Mode konfiguriert ist, um den Kondensator aufzuladen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung zum Koppeln eines elektrischen Steuergeräts mit einer Spannungsversorgung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein elektrisches Steuergerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 und ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
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Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Vorrichtung zum Koppeln eines elektrischen Steuergeräts mit einer Spannungsversorgung mit einem ersten Eingangsanschluss, der mit einem ersten Anschluss der Spannungsversorgung koppelbar ist, einem zweiten Eingangsanschluss, der mit einem zweiten Anschluss der Spannungsversorgung koppelbar ist, einem ersten Ausgangsanschluss, der mit einem ersten Anschluss des elektrischen Steuergeräts koppelbar ist, einem zweiten Ausgangsanschluss, der mit einem zweiten Anschluss des elektrischen Steuergeräts koppelbar ist. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Schaltelement, das zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss angeordnet ist, und einen elektrischen Widerstand, der zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss angeordnet ist. Somit ist der elektrische Widerstand parallel zu dem Schaltelement zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss angeordnet.
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Ferner ist vorgesehen:
Ein elektrisches Steuergerät mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Koppeln des elektrischen Steuergeräts mit einer Spannungsversorgung und einem Kondensator. Der Kondensator ist mit einem ersten Anschluss mit dem ersten Ausgangsanschluss der Vorrichtung zum Koppeln des elektrischen Steuergeräts verbunden. Weiterhin ist der Kondensator mit einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Ausgangsanschluss der Vorrichtung zum Koppeln des elektrischen Steuergeräts verbunden.
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Weiterhin ist vorgesehen:
Ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine, einem Stromrichter, der dazu ausgelegt ist, an der elektrischen Maschine eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen, und einem erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerät. Das Steuergerät ist dazu ausgelegt, an dem Stromrichter Steuersignale zum Ansteuern des Stromrichters bereitzustellen.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Verbinden eines elektrischen Energiespeichers, wie zum Beispiel eines Kondensators mit einer hohen Kapazität, unmittelbar ein elektrischer Ladestrom zu fließen beginnt. Die Höhe dieses elektrischen Ladestroms ist dabei in der Regel nur durch die Eigenschaften der Verbindungselemente zwischen elektrischem Energiespeicher und Spannungsquelle begrenzt. Derartige hohe Ladeströme beim Aufladen eines elektrischen Energiespeichers nach dem Verbinden des elektrischen Energiespeichers mit einer Spannungsquelle können die Spannungsquelle stark belasten. Beispielsweise kann es zu einem kurzzeitigen Spannungseinbruch an der Spannungsquelle kommen. Darüber hinaus können die hohen Ladeströme beim Aufladen des elektrischen Energiespeichers ohne weitere Begrenzung gegebenenfalls auch elektrische Bauteile, wie Schaltelemente oder ähnliches, die in dem elektrischen Strompfad zwischen Spannungsquelle und elektrischem Energiespeicher angeordnet sind, stark belasten. Konventionelle Einschaltstrombegrenzungen, die den maximalen Ladestrom zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers begrenzen können, sind dabei in der Regel sehr aufwändig und erfordern gegebenenfalls auch eine komplexe Ansteuerung.
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Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Vorrichtung zum Koppeln einer Spannungsversorgung mit einem elektrischen Energiespeicher bereitzustellen, die das Auftreten hoher elektrischer Ströme weitestgehend vermeidet. Hierzu wird ein Steuergerät mit einem elektrischen Energiespeicher mittels eines Schaltelements mit einer Spannungsversorgung gekoppelt. Bei diesem Schaltelement kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterschalter, wie zum Beispiel einen MOSFET oder einen bipolaren Transistor mit einem isolierten Gateanschluss (IGBT) oder ähnliches handeln. Darüber hinaus sind jedoch auch mechanische Schaltelemente oder ähnliches ebenso möglich. Parallel zu diesem Schaltelement ist darüber hinaus ein elektrischer Widerstand, wie zum Beispiel ein ohmscher Widerstand, vorgesehen. Bei diesem Widerstand kann es sich beispielsweise um einen relativ hochohmigen elektrischen Widerstand handeln. Über diesen hochohmigen elektrischen Widerstand kann bei einem geöffneten Schaltelement zwischen dem elektrischen Energiespeicher und der Spannungsversorgung ein verhältnismäßig kleiner elektrischer Strom fließen. Dieser kleine elektrische Strom ist bei einem deaktivierten bzw. ausgeschalteten Steuergerät jedoch ausreichend, um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Auf diese Weise stellt sich zwischen den beiden Anschlüssen eines geöffneten Schaltelements zwischen dem elektrischen Energiespeicher und der Spannungsversorgung ein annähernd gleiches elektrisches Potential ein. Somit kann das Schaltelement geschlossen werden, ohne dass beim Schließen des Schaltelements ein größerer elektrischer Strom zu fließen beginnt. Andererseits kann durch geeignete Dimensionierung des elektrischen Widerstands parallel zu dem Schaltelement der maximale elektrische Strom begrenzt werden. Somit kann auch sichergestellt werden, dass es bei einem Fehlerfall in dem Steuergerät, wie zum Beispiel einem Kurzschluss oder ähnlichem, bei geöffnetem Schaltelement zwischen der Spannungsquelle und dem elektrischen Energiespeicher und somit auch zwischen der Spannungsquelle und dem Steuergerät zu keinem signifikanten Stromfluss kommen kann. Auch kann durch die geeignete Dimensionierung des Widerstands parallel zu dem Schaltelement der maximale Strom ausreichend begrenzt werden, dass selbst bei einem Kurzschluss in dem Steuergerät kein derart hoher Strom fließen kann, der zu einem thermischen Ereignis oder ähnliches führen könnte. Somit ist die Sicherheit des Gesamtsystems weiterhin gewährleistet.
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Die Anordnung eines elektrischen Widerstands parallel zu dem Schaltelement stellt dabei eine sehr einfache und kostengünstige Lösung dar. Weitere Komponenten, insbesondere eine komplexe Schaltungsanordnung oder eine Steuerung zur Begrenzung eines Einschaltstroms sind darüber hinaus nicht erforderlich. Somit kann die Komplexität des Gesamtsystems gesenkt werden. Die Fehleranfälligkeit und auch die Kosten können auf diese Weise deutlich gesenkt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung ferner eine Diode, die in Serie mit dem elektrischen Widerstand zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss der Vorrichtung zum Koppeln des elektrischen Steuergeräts mit der Spannungsversorgung angeordnet ist. Somit ist parallel zu dem Schaltelement eine Serienschaltung aus einer Diode und einem elektrischen Widerstand vorgesehen. Auf diese Weise kann ein einfacher Schutz gegen Verpolen beim Anschluss des Steuergeräts realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, das Schaltelement anzusteuern. Durch Ansteuern des Schaltelements mittels der Steuereinrichtung wird dabei eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss geschlossen. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem Steuergerät freigeben.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektrischen Steuergeräts wird der elektrische Widerstand, der zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der Kapazität des Kondensators zwischen dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss angepasst. Insbesondere kann der Widerstand möglichst groß dimensioniert werden, um die Ströme über den Pfad mit dem Widerstand gering zu halten. Auf diese Weise ist die im Fehlerfall entstehende Verlustleistung in dem Widertand vernachlässigbar klein. Anderseits sollte der Widerstand so klein gewählt werden, dass eine Aufladung des Kondensators in einer angemessenen Zeit stattfinden kann. Beispielsweise sind Widerstandswerte R und Kapazitätswert C geeignet, die eine Zeitkonstanten in einem Bereich von R·C zwischen 10s und 100s ergeben.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Steuergerät einen Steuereingang. Mittels eines an dem Steuereingang anliegenden Aktivierungssignals kann das Steuergerät aktiviert werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Steuergerät mittels dieses Aktivierungssignals gezielt zu aktivieren und/oder zu deaktivieren. Somit kann das Steuergerät beispielsweise deaktiviert werden bzw. in einen Bereitschafts-/Standby-Modus versetzt werden, obwohl über den elektrischen Widerstand parallel zu dem Schaltelement an dem Steuergerät eine Spannung anliegt, die im Bereich der Versorgungsspannung des Steuergeräts liegt.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Eingangsanschluss und der zweite Eingangsanschluss der Vorrichtung zum Koppeln des Steuergeräts mit der Spannungsversorgung mit einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt. Ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs wird in der Regel von einer 12 Volt oder 24 Volt Batterie gespeist. Durch das erfindungsgemäße Vermeiden hoher Einschaltströme während des Aufladens eines elektrischen Energiespeichers in einem Steuergerät können dabei Spannungseinbrüche aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit der Batterien verringert werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Steuergeräts mit einer Vorrichtung zum Koppeln des Steuergeräts mit einer Spannungsversorgung gemäß einer Ausführungsform;
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2: eine schematische Darstellung eines elektrischen Steuergeräts mit einer Vorrichtung zum Koppeln des Steuergeräts mit einer Spannungsversorgung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
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3: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen, soweit nicht anders angegeben, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Steuergeräts 2 gemäß einer Ausführungsform. Bei dem elektrischen Steuergerät 2 kann es sich um ein beliebiges elektrisches Steuergerät, insbesondere ein elektrisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, handeln. Derartige Steuergeräte 2 können beispielsweise zur Steuerung von elektrischen Antriebssystemen in Elektro- oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere elektrische Steuergeräte möglich, beispielsweise elektrische Steuergeräte für diverse Elektromotoren, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Aber auch elektrische Steuergeräte für andere Anwendungszwecke, beispielsweise zur Steuerung eines Airbag-Systems in einem Fahrzeug oder ähnliches sind darüber hinaus ebenso möglich.
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Das Steuergerät 2 umfasst beispielsweise eine Steuereinrichtung 20. Diese Steuereinrichtung 20 kann zum Beispiel dazu ausgelegt sein, verschiedene Eingangssignale zu empfangen und auszuwerten. Ferner kann die Steuereinrichtung 20 basierend auf den Verarbeitungsergebnissen der Steuereinrichtung 20 je nach Anwendungsfall geeignete Steuersignale generieren und an einem Ausgang (hier nicht dargestellt) bereitstellen. Zur Verarbeitung der Eingangssignale und/oder zur Generierung der Ausgangssignale muss die Steuereinrichtung 20 mit elektrischer Energie versorgt werden. Zur Stabilisierung einer Eingangsspannung der Steuereinrichtung 20 und/oder zur Aufrechterhaltung einer Versorgungsspannung auch bei einem Ausfall der Energieversorgung ist an den Eingangsanschlüssen, an denen die Spannungsversorgung bereitgestellt wird, ein elektrischer Energiespeicher C, beispielsweise in Form von einem oder mehreren Kondensatoren angeordnet. Soll, wie hier dargestellt, die Steuereinrichtung 20 mit einer Gleichspannung versorgt werden, so kann beispielsweise der elektrische Energiespeicher C zwei Anschlüsse aufweisen, wobei jeweils ein Anschluss mit einem Eingangsanschluss für die Eingangsspannung an der Steuereinrichtung 20 elektrisch verbunden ist. Weiterhin sind die beiden Eingangsanschlüsse für die Eingangsspannung der Steuereinrichtung 20 über eine Vorrichtung 1 mit einer Spannungsversorgung 3 gekoppelt. Bei der Spannungsversorgung 3 kann es sich um eine beliebige Spannungsquelle, insbesondere um eine beliebige Gleichspannungsquelle handeln. Beispielsweise kann die Spannungsversorgung 3 eine Batterie oder einen Akkumulator umfassen. Insbesondere kann es sich bei der Spannungsversorgung 3 um ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs handeln, das beispielsweise von einer Kfz-Batterie gespeist wird.
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Ein erster Anschluss der Spannungsversorgung 3 ist mit einem ersten Eingangsanschluss E1 der Vorrichtung 1 zum Koppeln des elektrischen Steuergeräts 2 mit der Spannungsversorgung 3 verbunden. Ein weiterer Anschluss der Spannungsversorgung 3 ist mit einem zweiten Eingangsanschluss E2 der Vorrichtung 1 zum Koppeln des elektrischen Steuergeräts 2 mit der Spannungsversorgung 3 verbunden. Weiterhin ist ein erster Ausgangsanschluss A1 mit einem ersten Anschluss für die Spannungsversorgung des elektrischen Steuergeräts 2, insbesondere für die Spannungsversorgung der Steuereinrichtung 20 gekoppelt. In gleicher Weise ist ein zweiter Ausgangsanschluss A2 mit einem zweiten Anschluss des elektrischen Steuergeräts 2, insbesondere einem zweiten Anschluss für die Spannungsversorgung der Steuereinrichtung 20 gekoppelt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Eingangsanschluss E2 mit dem zweiten Ausgangsanschluss A2 elektrisch verbunden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass somit der zweite Anschluss der Spannungsversorgung 3 auch direkt mit dem zweiten Anschluss für die Spannungsversorgung des elektrischen Steuergeräts 2 verbunden ist. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass zwischen dem zweiten Eingangsanschluss E2 und dem zweiten Ausgangsanschluss A2 eine gleiche oder äquivalente Schaltungsanordnung vorgesehen ist, wie diese nachfolgend zwischen dem ersten Eingangsanschluss E1 und dem ersten Ausgangsanschluss A1 beschrieben wird.
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Zwischen dem ersten Eingangsanschluss E1 und dem ersten Ausgangsanschluss A1 der Vorrichtung 1 zum Koppeln des elektrischen Steuergeräts 2 mit der Spannungsversorgung 3 ist ein Schaltelement S angeordnet. Bei diesem Schaltelement S kann es sich um ein beliebiges Schaltelement handeln, das dazu geeignet ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluss E1 und dem ersten Ausgangsanschluss A1 zu unterbrechen oder bei Bedarf zu schließen. Beispielsweise kann es sich bei dem Schaltelement S um ein mechanisches Schaltelement handeln. Darüber hinaus sind jedoch auch vorzugsweise elektronische Schaltelemente, wie beispielsweise Halbleiterschaltelemente in Form eines MOSFET oder eines bipolaren Transistors mit einem isolierten Gateanschluss (IGBT) möglich. Ferner sind auch beliebige weitere mechanische oder elektronische Schaltelemente möglich.
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Parallel zu dem Schaltelement S ist darüber hinaus zwischen dem ersten Eingangsanschluss E1 und dem ersten Ausgangsanschluss A1 ein elektrischer Widerstand R angeordnet. Bei diesem elektrischen Widerstand R handelt es sich vorzugsweise um einen ohmschen Widerstand. Über diesen Widerstand R, der parallel zu dem Schaltelement S zwischen dem ersten Eingangsanschluss E1 und dem ersten Ausgangsanschluss A1 angeordnet ist, kann somit auch bei einem geöffneten Schaltelement S ein elektrischer Strom von der Spannungsversorgung 3 in Richtung des elektrischen Energiespeichers C fließen. Dabei wird bei geöffnetem Schaltelement S solange ein elektrischer Strom von der Spannungsversorgung 3 in den elektrischen Energiespeicher C fließen, bis der elektrische Energiespeicher C auf die Spannung aufgeladen ist, die in etwa der Spannung entspricht, welche von der Spannungsversorgung 3 bereitgestellt wird (abzüglich eventuell auftretenden Spannungsabfälle über weiteren, beispielsweise parasitären Bauelementen). Somit wird sich bei einem geöffneten Schaltelement S an beiden Seiten des Schaltelements S in etwa das gleiche Potential einstellen. Wird daraufhin zu einem späteren Zeitpunkt das Schaltelement S geschlossen, so fließt daraufhin zunächst kein signifikanter Strom durch das Schaltelement S, solange der elektrische Energiespeicher C nicht entladen wird. Folglich stellt sich beim Schließen des Schaltelements S zunächst kein signifikanter Stromfluss von der Spannungsversorgung 3 in Richtung des elektrischen Energiespeichers C ein, und die Spannungsversorgung 3 wird daher beim Schließen des Schaltelements S nicht signifikant belastet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Steuergerät 2 gemäß dieser Ausführungsform entspricht dabei im Wesentlichen des Steuergeräts 2 gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Wie in 2 dargestellt, kann das Schaltelement S (hier durch ein Halbleiterschaltelement dargestellt) durch eine Steuereinrichtung 10 angesteuert werden. Durch Anlegen eines Steuersignals von der Steuereinrichtung 10 an einem Steueranschluss des Schaltelements S kann dabei das Schaltelement S geschlossen werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Lösungen zum Ansteuern bzw. Öffnen und Schließen des Schaltelements S möglich.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich darüber hinaus von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass parallel zu dem Schaltelement S anstelle des elektrischen Widerstands R eine Serienschaltung aus einer Diode D, insbesondere einer Halbleiterdiode, und dem elektrischen Widerstand R angeordnet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass bei einem fehlerhaften Anschluss des Steuergeräts 2 an die Spannungsversorgung 3 der elektrische Energiespeicher C des Steuergeräts 2 nicht aufgeladen wird, da in diesem Fall die Diode D in Sperrrichtung betrieben würde. Ein während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers C auftretender Spannungsabfall über der Diode D kann dabei vernachlässigt werden und stellt beim Schließen des Schalters S keinen signifikanten Spannungsabfall dar, der zu einer merklichen Beeinträchtigung führen würde.
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Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, beispielsweise parallel zu der Diode D oder parallel zu der Serienschaltung aus Diode D und elektrischem Widerstand R einen weiteren elektrischen Widerstand (hier nicht dargestellt) anzuordnen, so dass auch ein möglicher Spannungsabfall über der Diode D über diesen weiteren Widerstand ausgeglichen werden kann. Beispielsweise kann dieser weitere Widerstand um eine oder mehrere Größenordnungen größer gewählt werden als der Widerstand R, der in Serie mit der Diode D vorgesehen ist.
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Insbesondere kann bei allen Ausführungsbeispielen der elektrische Widerstand R in Abhängigkeit von einer Kapazität des elektrischen Energiespeichers C dimensioniert werden. Die Zeitdauer für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers C ergibt sich dabei beispielsweise aus dem dreifachen Produkt des elektrischen Widerstands R und der Kapazität des elektrischen Energiespeichers C. Entsprechend kann bei einer vorgegebenen Kapazität des elektrischen Energiespeichers C und einer vorgegebenen Zeitdauer für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers C der elektrische Widerstand R berechnet werden.
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Bei der Dimensionierung von dem elektrischen Widerstand R und dem elektrischem Energiespeicher C sollte der Widerstand möglichst groß dimensioniert werden, um die Ströme über diesen Zweig gering zu halten. Auf diese Weise kann eine im Fehlerfall entstehende Verlustleistung in dem elektrischen Widertand R gering gehalten werden. Die Verlustleistung ist indiesem Fall annähernd vernachlässigbar. Anderseits sollte der elektrische Widerstand R so klein gewählt werden, dass eine Aufladung des elektrischen Energiespeichers C in einer angemessenen Zeit stattfinden kann. Beispielsweise sind Widerstandswerte für den elektrischen Widerstand R und Kapazitätswerte für den elektrischem Energiespeicher C geeignet, die eine Zeitkonstanten ergeben, bei der das Produkt aus Widerstandswert und Kapazitätswert im Bereich zwischen 10s und 100s liegt. Neben diesen Wertebereich können selbstverständlich je nach Anwendungsfall auch davon abweichende Werte für den elektrischen Widerstand R bzw. die Kapazität C gewählt werden.
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An dem Steuergerät 2 kann ferner ein Steuereingang zum Aktivieren und Deaktivieren des Steuergeräts 2 vorgesehen sein. Beispielsweise kann mittels eines an dem Steuereingang anliegenden Aktivierungssignals das Steuergerät 2 aktiviert werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Steuergerät 2 mittels dieses Aktivierungssignals gezielt aktiviert und/oder deaktiviert wird. Gegebenenfalls können auch zum Aktivieren und zum Deaktivieren separate Steuereingänge an dem Steuergerät 2 vorgesehen sein. Somit kann das Steuergerät 2 beispielsweise deaktiviert werden bzw. in einen Bereitschafts-/Standby-Modus versetzt werden, obwohl über den elektrischen Widerstand R eine elektrische Spannung anliegt, die in etwa der Versorgungsspannung entspricht.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einem elektrischen Steuergerät 2 gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Antriebssystem umfasst eine elektrische Maschine 4 und das Steruergerät 2 mit einem Stromrichter 5. Der Stromrichter 5 stellt dabei an der elektrischen Maschine 4 die für den Betrieb der elektrischen Maschine 4 erforderliche elektrische Spannung bereit. Dabei wird der Stromrichter 5 von dem elektrischen Steuergerät 2 angesteuert, um aus einer vorgegebenen Eingangsspannung eine Ausgangsspannung zu generieren, die zum Betrieb der elektrischen Maschine 4 geeignet ist.
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Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Anwendungen von Steuergeräten, insbesondere von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen möglich. Beispielsweise können die Steuergeräte hierzu in einem ausgeschalteten bzw. deaktivierten Zustand durch Öffnen des Schaltelements S von der elektrischen Spannungsversorgung 3 getrennt werden. In diesem ausgeschalteten bzw. deaktivierten Zustand wird von dem Steuergerät 2 in der Regel keine elektrische Energie verbraucht. Durch Öffnen des Schaltelements S kann dabei beispielsweise aus Sicherheitsgründen, die Spannungsversorgung unterbrochen werden. Soll das Steuergerät 2 daraufhin eingeschaltet bzw. aktiviert werden, so kann das Schaltelement S geschlossen werden. Da zuvor über den elektrischen Widerstand R der elektrische Energiespeicher C bereits aufgeladen worden ist, erfolgt bei Schließen des Schaltelements S zunächst kein hoher Ladestrom von der Spannungsversorgung 3 in Richtung des elektrischen Energiespeichers C. Nachdem das Schaltelement S geschlossen worden ist, kann das Steuergerät 2 den Betrieb aufnehmen. Dabei wird die Eingangsspannung für die Spannungsversorgung des Steuergeräts 2 durch den elektrischen Energiespeicher C gepuffert. Auch bei einem Ausfall der Spannungsversorgung 3 kann aufgrund der in dem elektrischen Energiespeicher C gespeicherten elektrischen Energie der Betrieb des Steuergeräts 2 für eine vorgegebene bestimmte Zeitdauer weiter aufrechterhalten werden.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Koppeln eines Steuergeräts mit einer Spannungsversorgung. Eine elektrische Verbindung zwischen der Spannungsversorgung und dem elektrischen Steuergerät kann dabei mittels eines Schaltelements geöffnet oder geschlossen werden. Dabei ist parallel zu dem Schaltelement ein elektrischer Widerstand vorgesehen, der auch bei einem geöffneten Schaltelement einen begrenzten Stromfluss von der Spannungsversorgung zu dem elektrischen Steuergerät ermöglicht. Auf diese Weise kann ein elektrischer Energiespeicher, wie beispielsweise ein Kondensator oder ähnliches, der die Eingangsspannung an dem elektrischen Steuergerät puffern soll, auch bei geöffnetem Schaltelement aufgeladen werden. Hierdurch können Beeinträchtigungen durch das Aufladen eines Kondensators am Eingang des Steuergeräts beim Schließen des Schaltelements vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013106854 A1 [0004]
