DE102018102676A1

DE102018102676A1 - Elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102018102676A1
Application number: DE102018102676.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Loriz; Martin Widmaier; Andreas Kiebele; Michael Dordel
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung für zumindest einen elektrischen Lastpfad zwischen zumindest einer Energiequelle (10) und zumindest einem elektrischen Verbraucher (12), wobei die Stromschaltvorrichtung eine elektrische Steuerung (40) und ein von der elektrischen Steuerung (40) steuerbares Stromsteuerelement (11) aufweist, welches von einem stromunterbrechenden in zumindest einen stromführenden Zustand schaltbar ist, wobei die Stromschaltvorrichtung ferner zu dem Stromsteuerelement (11) eingangsseitige und ausgangsseitige Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen (21, 22, 23, 24) zur Messung des Stroms und/oder der Spannung aufweist und die Steuerung (40) ausgebildet ist, aus den erhaltenen Strom- und Spannungsmesswerten mittels eines thermodynamischen Leitungsmodells (51) eine Δ-Temperatur im Lastpfad zu bestimmen und in Abhängigkeit eines Vergleiches der Δ-Temperatur mit wenigstens einem Referenztemperaturwert (52) den stromunterbrechenden oder stromführenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) zu bewirken

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung für wenigstens einen elektrischen Lastpfad zwischen zumindest einer Energiequelle und zumindest einem elektrischen Verbraucher bzw. zumindest einer Energiesenke.
In zukünftigen Fahrzeuggenerationen gewinnt die Energieverteilung im Fahrzeug ebenso wie die Energiebereitstellung an die verschiedenen Verbraucher bzw. Lasten oder Energiesenken des Fahrzeugs zunehmend an Bedeutung. Mechanische Komponenten werden immer weitgehender durch elektromechanische Systeme ersetzt. Die elektromechanischen Systeme sind Lasten, die auf Grund dynamischer Lastverteilung eine der Last folgende dynamische Energieverteilung benötigen, die in der Lage ist, zum Teil hoch dynamisierte Energiemengen bereitzustellen. Gleichzeitig zu dem Ersatz der mechanischen Komponenten durch elektromechanische Systeme, werden zusätzlich neue Funktionen, wie beispielsweise autonomes Fahren, durch neue Verbraucher in das Fahrzeug integriert. Diese setzen jedoch ein hochverfügbares und zuverlässiges Bordnetz voraus. Das Bordnetz eines Fahrzeugs wird dadurch immer mehr zum Rückgrat zukünftiger Entwicklungen und ist für diese eine Grundvoraussetzung. Durch derzeit eingesetzte Technologien im Bereich der Stromverteilung und der Bordnetzauslegung bzw. - architektur können diese Anforderungen, insbesondere im Hinblick auf Diagnose, Bauraum und Entwärmung nicht abgebildet werden.
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Ausführungsformen von Bordnetzsystemen bekannt, deren Architektur jedoch bedingt, dass diese für einen Benutzer zumindest teilweise zugänglich sein müssen. Beispielsweise umfassen im Stand der Technik bekannte Bordnetzarchitekturen eine Sicherungsvorrichtung, welche mittels Schmelzsicherungen einen oder mehrere Lastpfade absichert. Die Schmelzsicherung wird beim Auslösen irreversibel zerstört, sodass es nötig ist, die Schmelzsicherung nach einem Auslösen auszutauschen. Um eine Schmelzsicherung nach ihrem Auslösen auswechseln bzw. austauschen zu können, muss die Sicherungsvorrichtung für einen Benutzer zugänglich sein. Dadurch werden für das Bordnetzsystem bzw. für das Bordnetz zusätzliche Bauraum- und Anordnungsanforderungen geschaffen, da zumindest die Sicherungsvorrichtung für einen Austausch der Schmelzsicherung schnell und einfach zugänglich sein muss. Hinzukommt, dass das Bordnetzsystem eine hohe Anzahl von Komponenten aufweist, die zumeist jeweils eine isolierte Aufgabe übernehmen. Um die Funktionalitäten der verschiedenen Komponenten aufeinander abzustimmen, müssen diese miteinander oder mit einem Steuergerät kommunizieren, was in einem Kommunikationsabschnitt des Bordnetzes zu zusätzlichen Datenmengen und einer zusätzliche Auslastung führt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung bereitzustellen, durch welche verschiedene Funktionalitäten innerhalb eines Systems zur Verteilung und Bereitstellung von Energie, insbesondere einem Fahrzeugbordnetz, abgebildet werden können, durch welche Anforderungen an den Bauraum und die Anordnung innerhalb des Gesamtsystems, insbesondere innerhalb eines Fahrzeugs, minimiert werden, durch das eine effiziente und schnelle Energieverteilung ermöglicht wird und das günstig und einfach herzustellen ist sowie durch die durch Hardware implementierte Funktionen des Fahrzeugs freigeschalten werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge bzw. Bordnetzsysteme von Fahrzeugen, vorgeschlagen. Die elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung ist durch die Steuerung zumindest eines Stromsteuerelements für die Steuerung bzw. die Verwaltung zumindest eines elektrischen Lastpfads ausgebildet. Der elektrische Lastpfad erstreckt sich zwischen zumindest einer Energiequelle und zumindest einem elektrischen Verbraucher, sodass der Verbraucher von der Energiequelle über den Lastpfad mit Energie versorgt wird, wobei sich die Richtung des Energieflusses von der Energiequelle zu dem Verbraucher bzw. der Energiesenke beispielsweise zur Energierückgewinnung (Rekuperation) zeitweilig umkehren kann. Die Stromschaltvorrichtung weist eine elektrische Steuerung und ein von der elektrischen Steuerung steuerbares Stromsteuerelement auf. Das Stromsteuerelement ist von einem stromunterbrechenden in zumindest einen stromführenden Zustand schaltbar. Die Stromschaltvorrichtung weist ferner zu dem Stromsteuerelement eingangsseitige und ausgangsseitige Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen in einem jeweils von dem Stromsteuerelement gesteuerten Lastpfad auf. Die Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen dienen der Messung des Stroms und/oder der Spannung in einem jeweiligen von der Stromsteuervorrichtung gesteuerten und über diese/diesen verlaufenden Lastpfad. Die Steuerung ist zudem einen Daten- bzw. Informationstransfer ermöglichend mit den Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen verbunden und ausgebildet, aus den erhaltenen Strom- und Spannungsmesswerten mittels eines thermodynamischen Leitungsmodells eine Δ-Temperatur (Temperaturänderung bzw. Temperaturerhöhung) im Lastpfad, in Verbindungsleitungen zwischen Komponenten des Fahrzeugs oder in dem Gesamtsystem zu bestimmen und in Abhängigkeit eines Vergleiches der Δ-Temperatur mit wenigstens einem Referenztemperaturwert den stromunterbrechenden Zustand oder einen der stromführenden Zustände durch Ansteuern des Stromsteuerelements zu bewirken.
Die Steuerung bewirkt das Herstellen eines stromführenden oder stromunterbrechenden Zustands durch ein elektrisches Ansteuern des Stromsteuerelements durch ein elektrisches Signal, welches als ein Impuls- oder Dauersignal erfolgen kann.
Das Stromsteuerelement weist einen den Stromfluss in dem oder den jeweils gesteuerten Lastpfad oder Lastpfaden vollständig unterbrechenden und einen den Stromfluss vollständig ermöglichenden bzw. den Strom vollständig führenden Zustand auf. Zusätzlich kann die Stromsteuervorrichtung verschiedene weitere Zustände aufweisen, welche den Stromfluss durch eine Pulsweitenmodulation drosseln, sodass mehrere stromführende Zustände möglich sind.
Bei dem Vergleich wird die Δ-Temperatur mit dem Referenztemperaturwert verglichen und das Stromsteuerelement, wenn die Δ-Temperatur über dem Referenztemperaturwert liegt oder für eine vorbestimmte Zeit über dem Referenztemperaturwert liegt, den stromunterbrechenden Zustand herstellend angesteuert.
Durch das Stromsteuerelement, das bei einer Δ-Temperatur über dem Referenztemperaturwert in den stromunterbrechenden Zustand geschalten wird, ist der Verbraucher von der Energiequelle trennbar, sodass weder der Verbraucher noch die Energiequelle durch eine zu hohe bzw. zu lange Temperaturbelastung geschädigt wird. Durch diese Funktionalität ist durch die Stromschaltvorrichtung eine elektronische bzw. virtuelle Sicherung abbildbar, die im Gegensatz zu herkömmlichen Sicherungen, welche zumeist auf Schmelzsicherungen beruhen, zum Wiederherstellen der Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Verbraucher bzw. zum Wiederherstellen eines der stromführenden Zustände nicht durch einen Benutzer erreichbar sein muss und zudem neben der Sicherungsfunktionalität mehrere weitere Aufgaben bzw. Funktionalitäten übernehmen kann.
Dazu besitzt die erfindungsgemäße Stromschaltvorrichtung eine definierte Anzahl von Stromsteuervorrichtungen, die jeweils in einem oder mehreren Lastpfaden zur Steuerung dieser angeordnet sind. Durch die Stromsteuerelemente sind die an den Lastpfaden anliegenden Bordnetzspannungen bzw. die über die Lastpfade fließenden Bordnetzströme schalt- und steuerbar. Die Stromsteuerelemente sind zudem vorzugsweise ausgebildet Lasten bis hin zu den höchsten üblichen Lastströmen in Kraftfahrzeugen, d.h. bis ca. 1500 A, zu schalten, sodass das gesamte Bordnetz bzw. alle Komponenten (Verbraucher, Lasten, Energiesenken) oder Zonen des Bordnetzes, die aus mehreren Komponenten gebildet sind, durch die Stromschaltvorrichtung steuerbar sind.
Dadurch, dass nach bzw. bei einem Auslösen der elektrischen bzw. virtuellen Sicherung, in Form des Herstellens des stromunterbrechenden Zustand des Stromsteuerelements, beispielsweise nach dem Vergleich durch die Steuerung, keine Beschädigung stattfindet, kann das Stromsteuerelement elektrisch gesteuert wieder in einen der stromführenden Zustände geschalten werden, sodass die Unterbrechung des Lastpfads wieder aufgehoben bzw. die virtuelle Sicherung wieder eingesichert wird. Beispielsweise kann die virtuelle Sicherung nach einer vorbestimmten Zeit durch einen Befehl von der Steuerung an das Stromsteuerelement wieder eingesichert werden. Folglich wird die Sicherung beim Auslösen nicht zerstört und die Stromschaltvorrichtung, welche die Funktionalität der virtuellen Sicherung übernimmt, muss für einen Benutzer nicht zugänglich sein.
Das thermodynamische Leitungsmodell ist vorzugsweise in der Steuerung abgespeichert und berücksichtigt sowohl die lineare Stromabhängigkeit a der Leitererwärmung im stationären Zustand in Kelvin pro Ampere (K/A) als auch die quadratische Stromabhängigkeit b der Leitererwärmung im stationären Zustand in Kelvin pro Ampere im Quadrat (K/A²). Das thermodynamische Leitungsmodell ist als $Δ T = a \cdot I + b \cdot I^{2}$
darstellbar, wobei die Variablen a und b für den jeweiligen Lastpfad oder den jeweiligen Lastpfaden, in dem oder in denen der jeweilige Strom bzw. Stromstärke I gemessen wurde, konfiguriert wird oder vorkonfiguriert und in der Steuerung oder einem anderen Datenspeicher hinterlegt ist. Beispielsweise erfolgt die Herstellung des stromunterbrechenden Zustands, wenn ΔT> 50K ist, wobei der Referenztemperaturwert in diesem Fall 50K ist. Für das thermodynamische Leitungsmodell kommen jedoch auch noch andere Modelle in Betracht, sodass die Berechnung der Δ-Temperatur auf die jeweilige Leitung anpassbar ist.
Ein Lastpfad weist dabei zumindest einen elektrischen Leiter auf, welcher die elektrische Verbindung zwischen Energiequelle und Verbraucher herstellt, wobei der elektrische Leiter von dem Stromsteuerelement unterbrochen ist und das Stromsteuerelement ausgebildet ist, die elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Verbraucher über den elektrischen Leiter herzustellen. Der Verbraucher ist zudem mit der Masse des Fahrzeugs verbunden. Das Stromsteuerelement kann daher alternativ in der Verbindung des Verbrauchers mit der Masse angeordnet sein und die Verbindung des Verbrauchers mit der Masse unterbrechen oder herstellen. Die Masse des Fahrzeugs ist einen elektrischen Kreislauf ermöglichend mit der Energiequelle verbunden.
Die Steuerung ist beispielsweise ein Mikrocontroller bzw. als Software in einem solchen implementiert. Es kommen alternativ auch andere Bauteile zur Implementierung der Steuerung in Betracht. Beispielsweise FPGA, GAL oder PAL.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Referenztemperaturwert ein maximaler Temperaturschwellwert, der einer maximal zulässigen Stromerwärmung des Lastpfads entspricht, wobei die Stromerwärmung die durch den Stromfluss durch den Lastpfad verursachte Temperaturerhöhung in dem Lastpfad ist bzw. präziser, wobei die Stromerwärmung die durch die Energie, die bei dem Stromfluss durch den Lastpfad in den Lastpfad eingebracht wird, verursachte Temperaturerhöhung in dem Lastpfad ist. Dadurch wird der Lastpfad durch das Herstellen des stromunterbrechenden Zustands stromfrei geschalten, sobald die über ihn fließende Last die maximal zulässige Stromerwärmung erzeugt, sodass der Lastpfad durch ein Überschreiten dieser Grenze stromfrei geschalten und die mögliche mit dem Überschreiten einhergehende Überlastung und Schädigung verhindert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Stromschaltvorrichtung ferner eine Schnellabschaltvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist das Stromsteuerelement innerhalb einer Reaktionszeit, die kürzer ist als eine Reaktionszeit der Steuerung, von einem stromführenden in den stromunterbrechenden Zustand zu schalten. Zusätzlich oder alternativ sieht die Schnellabschaltvorrichtung vor, das Stromsteuerelement auf Basis einer weiteren, nicht von der Steuerung überwachten Bedingungen bzw. Abschaltbedingung in den stromunterbrechenden Zustand zu schalten. Dazu kann die Schnellabschaltvorrichtung beispielsweise mit der Steuerung verbunden sein und das Stromsteuerelement durch ein Signal an die Steuerung schalten, direkt mit dem Stromsteuerelement oder der Verbindung zwischen Steuerung und Stromsteuerelement verbunden sein, um das Signal der Steuerung zu unterbrechen, oder mit einem vor dem Stromsteuerelement angeordneten Vorstromsteuerelement verbunden sein, welches ausgebildet ist den Lastpfad, in dem das Stromsteuerelement liegt, zu unterbrechen. Die Schnellabschaltvorrichtung kann zum Erfassen von Messwerten über eigene Messvorrichtungen verfügen, mit den vorhandenen Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen verbunden sein oder die Messwerte über eine Verbindung mit der Steuerung auslesen.
Die Stromschaltvorrichtung umfasst bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsalternative für das jeweilige Stromsteuerelement eine Temperaturmessvorrichtung, die ausgebildet ist, in dem Lastpfad, in welchem das Stromsteuerelement liegt bzw. welcher durch das Stromsteuerelement steuerbar ist, eine Leitertemperatur des Lastpfads oder eine Umgebungstemperatur der Stromschaltvorrichtung zu ermitteln. Die Leitertemperatur und/oder die Umgebungstemperatur werden/wird bei dem Vergleich von der Steuerung statt der Δ-Temperatur oder zusätzlich zu der Δ-Temperatur verwendet. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Bauraumtemperatur ermittelt werden, wobei dann die Umgebungstemperatur der Temperatur in der Umgebung der Stromschaltvorrichtung oder des Fahrzeugs und die Bauraumtemperatur der Temperatur an der Stromschaltvorrichtung entspricht.
Die Steuerung ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsvariante ausgebildet, das Stromsteuerelement in Abhängigkeit eines analogen oder digitalen Signals von einer Signalquelle, welches auch durch ein Bus-System bzw. einen Daten-Bus an die Steuerung übermittelt werden kann, den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch entsprechendes Ansteuern des Stromsteuerelements zu bewirken. Durch ein solches Ansteuern ist durch die Stromschaltvorrichtung auch eine Relaisfunktion bezüglich eines Schaltens eines oder mehrerer Lastpfade abbildbar bzw. realisierbar.
Neben dem Auslösen der Sicherungsfunktion der Stromschaltvorrichtung aufgrund einer zu hohen Δ-Temperatur durch den Strom, der über den Lastpfad fließt, einer Umgebungstemperatur oder einer Bauraumtemperatur besteht durch das Schalten in Abhängigkeit einer externen Signalquelle die Möglichkeit, die Lastpfade mit Hilfe von externen Signalen anzusteuern bzw. zu schalten, um Verbraucher zusätzlich zu einer Sicherungsfunktionalität gezielt ein- bzw. auszuschalten. Dies ermöglicht den Einsatz der Stromschaltvorrichtung als Energiemanagementsystem oder als ein intelligenter Energieverteiler im Fahrzeug bzw. im Bordnetz. Es besteht ferner nicht die Notwendigkeit die Stromschaltvorrichtung in Bereichen, die durch den Benutzer zugänglich sind, einzusetzen.
Die Elektronik der Stromschaltvorrichtung wird selbst mit der Bordnetzspannung versorgt und verfügt beispielsweise über digitale Eingänge oder eine Daten-Busschnittstelle zum Steuern des Ein- und Ausschaltens der Lastpfade. Für Diagnose- und Steuerungszwecke kann die Stromschaltvorrichtung zusätzlich über einen Kommunikationsschnittstelle verfügen, welche auch integral mit dem Daten-Bus ausgebildet sein kann, sodass auf zumindest einen Teil der Komponenten der Stromschaltvorrichtung, wie beispielsweise die Steuerung und/oder einen Speicher durch ein Kommunikationsprotokoll wie CAN-FD, CAN oder Ethernet zugegriffen werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das thermodynamische Leitungsmodell in einem Datenspeicher hinterlegt. Der Datenspeicher ist vorzugsweise ein nicht-flüchtiger Speicher. Der Datenspeicher ist zusätzlich oder alternativ dazu vorzugsweise in der Steuerung integriert bzw. integral mit ihr ausgebildet. Die Stromschaltvorrichtung kann auch mehrere Steuerungen umfassen, die auf einen gemeinsamen Datenspeicher zugreifen.
Die Steuerung ist in einer vorteilhaften Variante der Stromschaltvorrichtung ausgebildet, in Abhängigkeit eines in dem Datenspeicher hinterlegten Steuerverfahrens den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements zu bewirken. Das Steuerverfahren ist beispielsweise auf eine Betriebsstrategie des Fahrzeugs oder des bzw. der jeweiligen Lastpfade angepasst, sodass durch das Steuerverfahren eine auf maximale Leistung oder minimalen Energieverbrauch ausgelegte Betriebsstrategie verfolgt werden kann. Das Steuerverfahren bzw. die Betriebsstrategie legt die Ein- und Ausschaltbedingungen für die jeweiligen Lastpfade fest, also unter welcher Bedingung der stromunterbrechende oder einer der stromführenden Zustände des Stromsteuerelements herzustellen sind.
Die Steuerung ist ferner ausgebildet, mehrere Stromsteuerelemente anzusteuern und eine Priorisierung der Lastpfade der Stromsteuerelemente vorzunehmen. Eine Priorisierung kann auch an eventuell vorhandene weitere Steuerungen weitergegeben werden. Die Steuerung ist ausgebildet, einen Strom in Abhängigkeit des jeweils verfolgten Steuerverfahrens, der über einen ersten Lastpfad fließt, der niedriger priorisiert ist als ein zweiter Lastpfad, durch ansteuern des Stromsteuerelements, das in dem ersten Lastpfad angeordnet ist, zu begrenzen oder zu unterbrechen. Durch die Priorisierung kann beispielsweise eine Funktion die durch eine höher priorisierte Last bzw. einen höher priorisierten Verbraucher bereitgestellt wird mittels abschalten von Funktionen, die durch eine niedriger priorisierte Last bzw. Verbraucher bereitgestellt werden, erhalten werden.
Die Steuerung ist bei einer Ausbildungsform, die von Vorteil ist, ausgebildet, einen durch das Stromsteuerelement fließenden Strom, der von der Steuerung aus den Strommesswerten bestimmbar ist, mit einer vorzugsweise in dem Datenspeicher hinterlegten Strom-Zeit-Charakteristik zu vergleichen und in Abhängigkeit eines Verhältnisses des Stroms zu der Charakteristik den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements zu bewirken.
Die Steuerung weist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eine Rekuperations-Schaltlogik auf. Durch die Rekuperations-Schaltlogik ist die Steuerung ausgebildet, den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements zu bewirken, wenn durch die Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen ein rekuperativer Stromfluss von dem Verbraucher zu der Energiequelle gemessen wird, sodass es dem Strom ermöglicht wird von dem Verbraucher, der in einem Rekuperations-Fall als Energiequelle fungiert, über das Stromsteuerelement zu der Energiequelle, die dem Rekuperations-Fall als Energiesenke fungiert, zu fließen. Das Stromsteuerelement wird in dem Rekuperationsfall durch den Stromfluss von dem Verbraucher zur Energiequelle aktiviert, kann aber alternativ auch durch die Steuerung angesteuert werden. Durch das Ansteuern eines Stromsteuerelements durch die Steuerung zur Herstellung des stromunterbrechenden Zustands, kann in dem Rekuperations-Fall die Überlastung der Energiequelle oder der Stromfluss zu nicht für die Rekuperation geeigneten Energiequellen oder anderen Verbrauchern verhindert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist die Steuerung eine Sicherungs-Schaltlogik auf, durch welche die Steuerung ausgebildet ist, den stromführenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements zu bewirken, wenn eine Einsicherbedingung, also eine Einschaltbedingung, der Sicherungs-Schaltlogik erfüllt ist. Die Sicherungs-Schaltlogik folgt dabei einem vordefinierten Verhalten. Beispielsweise wird das Stromsteuerelement nach einer vorbestimmten Anzahl von Millisekunden nach dem Auslösen der Sicherung, also dem Herstellen des stromunterbrechenden Zustands, oder nachdem der Grund für das Auslösen der Sicherung nicht mehr vorliegt, beispielsweise die Δ-Temperatur nicht mehr vorhanden ist, wieder in einen oder den vor dem Auslösen der Sicherung bestehenden stromführenden Zustand geschalten. Wird die Sicherung bzw. das Stromsteuerelement von der Steuerung in einem vorbestimmten Zeitabschnitt wieder in den stromunterbrechenden Zustand geschalten, so kann durch die Sicherungs-Schaltlogik für das Einsichern, also das Widerherstellen des stromführenden Zustands, eine maximale Anzahl hinterlegt sein, nach der das Stromsteuerelement nicht erneut automatisch eingesichert wird, sondern ein manueller Befehl zum Einsichern nötig ist. Die Sicherungs-Schaltlogik ist auf das jeweilige Stromsteuerelement bzw. die über das Stromsteuerelement fließende Last angepasst bzw. anpassbar und ferner vorzugsweise in dem Datenspeicher hinterlegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass die Steuerung eine Notlauf-Schaltlogik, die beispielsweise in dem Datenspeicher hinterlegt ist, aufweist. Durch die Notlauf-Schaltlogik ist die Steuerung ausgebildet ist, eine oder mehrere Stromsteuerelemente mit einem in der Notlauf-Schaltlogik abgebildeten vordefinierten Verhalten anzusteuern. Durch die Notlauf-Schaltlogik können die Verbraucher unterschiedlich hoch priorisiert und anhand ihrer Priorisierung geschalten werden.
Durch die Notlauf-Schaltlogik ist die Steuerung ferner ausgebildet, den oder die Verbraucher, den oder die Energiequellen oder den oder die Lastpfade, welche über das Stromsteuerelement oder die Stromsteuerelemente mit einer oder mehreren Energiequellen bzw. Verbrauchern verbunden sind, durch Ansteuern des jeweiligen Stromsteuerelements kontrolliert zu schädigen. Beispielsweise kann die Notlauf-Schaltlogik eine Priorisierung der Verbraucher und eine kontrollierte Schädigung der Verbraucher kombinieren, um Verbraucher mit einer hohen Priorität durch Überlastung oder Abschaltung von Verbrauchern mit niedrigerer Priorität zu schützen bzw. die Energieversorgung der Verbraucher mit hoher Priorität sicherzustellen, wenn zwingend eine Funktionalität der Verbraucher mit hoher Priorität bereitgestellt werden muss. Alternativ kann ein Verbraucher hoher Priorität auch trotz einer drohenden oder stattfindenden Schädigung weiter aktiv bleiben um eine wichtige Funktionalität zu erhalten. Neben dem Verbraucher gilt gleiches auch für die jeweilige Energiequelle und/oder den Lastpfad. Beispielsweise kann eine als Energiequelle dienende Batterie trotz einer drohenden Tiefenentladung und der damit einhergehenden Schädigung weiterhin mit einem Verbraucher über den zugehörigen Lastpfad und das Stromsteuerelement verbunden bleiben, um eine wichtige Funktionalität, wie beispielsweise einen Antrieb des Fahrzeugs über einen Elektromotor zum Erreichen eines sicheren Zustands, zu erhalten. Die Notlauf-Schaltlogik bzw. das Verhalten der Notlauf-Schaltlogik kann auf verschiedene Betriebsstrategien und auf das jeweilige Fahrzeug angepasst sein, eine eigene Priorisierung der Verbraucher, Energiequellen und Lastpfade aufweisen und selbst Informationen wie beispielsweise das Verhalten des Stromsteuerelements in dem Datenspeicher hinterlegen.
Zusätzlich zu der virtuellen Sicherung durch das von der Steuerung gesteuerte Stromsteuerelement umfasst die Stromschaltvorrichtung in einer vorteilhaften Weiterbildung ferner eine konventionelle Sicherung, die parallel oder seriell zu dem Stromsteuerelement in dem jeweiligen Lastpfad angeordnet ist, um bei einem Ausfall weiterhin eine Sicherungsfunktion gewährleisten zu können. Die konventionelle Sicherung sieht dabei eine Abschaltbedingung vor, die erst nach der Abschaltbedingung der Steuerung oder der Schnellabschaltvorrichtung eintritt.
In einer vorteilhaften Ausbildungsvariante ist in dem Lastpfad parallel zu der genannten (primären) Energiequelle zumindest eine sekundäre Energiequelle angeordnet. Die Energiequelle und die sekundäre Energiequelle sind über zumindest ein Stromsteuerelement mit dem Verbraucher verbunden. Beispielsweise ist die Energiequelle ein Generator und die sekundäre Energiequelle eine Batterie, sodass der Verbraucher über die Stromschaltvorrichtung mit dem Generator oder der Batterie oder alternativ mit dem Generator und der Batterie verbunden werden kann, um die Energie- bzw. Strombelastung zwischen den Energiequellen zu schalten oder zu verteilen. Dadurch ist eine flexible und dynamische Zuordnung der Lasten möglich und eine Stromversorgung der Verbraucher bei Ausfall einer Energiequelle sicherstellbar.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Stromschaltvorrichtung in einem Lastpfad einen Strom- und/oder Spannungswandler umfasst, um zwischen verschiedenen Strömen und/oder Spannungen im Bordnetz umwandeln zu können, sodass es nicht notwendig ist, verschiedene voneinander getrennte Bordnetze bereitzustellen.
Die Stromschaltvorrichtung umfasst in einer vorteilhaften Ausbildungsform mehrere Stromsteuerelemente, die jeweils als ein Steuerkanal den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand in dem Lastpfad von einer Energiequelle zu einem Verbraucher, zu mehreren Verbrauchern oder zu einer aus mehreren Verbrauchern bestehenden Verbraucherzone bzw. Zone des Bordnetzes herstellen. Ferner steuert die Steuerung mehrere Steuerkanäle und/oder mehrere Steuerungen jeweils einen Steuerkanal mit einer für jeden Steuerkanal individuellen Schaltlogik an, um den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand herzustellen. Alternativ oder zusätzlich weist die Stromschaltvorrichtung eine Mastersteuerung auf, welche mehrere als Slaves ausgebildete Steuerungen ansteuert, welche wiederum Stromsteuerelemente ansteuern.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur elektrischen Steuerung eines Stromsteuerelements einer Stromschaltvorrichtung vorgeschlagen. Durch die Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen werden zu dem Stromsteuerelement eingangsseitige und ausgangsseitige Ströme und/oder Spannungen des Lastpfads gemessen. Anschließend wird in der Steuerung eine Δ-Temperatur des Lastpfads aus dem thermodynamischen Leitungsmodell mit zumindest den eingangsseitigen und ausgangsseitigen Strömen und/oder Spannungen bestimmt. Darauffolgend wird in der Steuerung die Δ-Temperatur mit dem Referenztemperaturwert verglichen und nachfolgend wird der stromunterbrechende oder stromführende Zustand in Abhängigkeit des Vergleichs durch das Ansteuern des Stromsteuerelements durch die Steuerung hergestellt.
Die Stromschaltvorrichtung ist mit Lichtbogenerkennungsmodulen für einen oder mehrere Lastpfade und einem Kommunikationsmodul zur drahtlosen Kommunikation zwischen den Steuerungen, zwischen der Mastersteuerung und den Steuerungen oder zwischen der Stromschaltvorrichtung und externen Kommunikationspartnern erweiterbar. Ferner sind/ist die Kommunikation und/oder der Datenaustausch verschlüsselbar.
Die Stromschaltvorrichtung ist mittels der Steuerung ausgebildet anhand der Strom- und/oder Spannungsmesswerte zu erkennen, ob in dem Lastpfad ein Leitungsbruch vorliegt oder keine Energiequelle bzw. kein Verbraucher an dem Lastpfad angeschlossen ist.
Die Stromschaltvorrichtung ist zudem für zumindest einen der Lastpfade durch folgende Vorrichtungen erweiterbar:

• Eingangsbeschaltungsvorrichtung mit ESD-,Transienten- und Verpolschutz;
• Hilfsspannungsversorgungsvorrichtung mit Charge-Pump und Filtereinheit;
• Hardware-Kurzschlusserkennungsvorrichtung (mit Schnellabschaltung);
• Software-Kurzschlusserkennung (mit anpassbaren Abschaltbedingungen);
• Temperaturmessvorrichtungen zur Temperaturmessung an den Stromsteuerelementen ;
• Level-Shifter für externe Signale.

Die Betriebsstrategie bzw. Betriebsstrategien berücksichtigen insbesondere:

• Ein- und Ausschalten von Lasten bzw. Verbrauchern durch Herstellen des stromunterbrechenden Zustands gemäß externer an die Steuerung übermittelten Ein- und Ausschaltbedingungen bzw. Signalen;
• Priorisierung von Lastpfaden und Energieverteilung von der Energiequelle an höher priorisierte Lastpfade insbesondere durch zeitweiliges Herstellen oder Aufrechterhalten des stromunterbrechenden Zustands oder eines gedrosselten stromführenden Zustands bei niedriger priorisierten Lastpfaden;
• Zeitverzögertes Einschalten von Lastpfaden;
• Abwechselndes Ein-/Ausschalten von Lastpfaden zur Bordnetz Stabilisierung und/oder gleichmäßiges Belasten von Energiequellen durch Herstellen des stromunterbrechenden bzw. stromführenden Zustands verschiedener Lastpfade;
• Ladezustand der Batterie, wobei sich die Betriebsstrategie an den Ladezustand anpasst.

Eine Betriebsstrategie der Stromschaltvorrichtung sieht vor, dass sich die Stromschaltvorrichtung in einen Ruhezustand schaltet, sobald die dafür erforderlichen Voraussetzungen erfüllt sind. Die Stromschaltvorrichtung ist durch ein externes Signal oder durch einen Messwert aus dem Ruhezustand in einen normalen Betriebszustand rücküberführbar, wobei der Stromeigenverbrauch der Stromschaltvorrichtung in dem Ruhezustand vorzugsweise 100 µA nicht überschreitet.
Ferner vorteilhaft ist, dass auf der Steuerung ein Watchdog zur Überwachung der Steuerung ausgeführt wird, der Fehlfunktionen, beispielsweise durch Software-Fehler oder EMV-Einflüsse, erkennt und wenn möglich behebt. Alternativ ist der Watchdog auf und durch eine eigene Hardware implementiert, die eine vom Takt der Steuerung unabhängige Taktung aufweist. Vorzugsweise ist der Watchdog ein Fenster-Watchdog.
Ein- und Ausgänge, also die Schnittstellen zwischen der Stromschaltvorrichtung und Daten- bzw. Informationsquellen, sind vorzugsweise durch Hard- und/oder Software entprellt. Eingänge sind zudem vorzugsweise mit einem Hardware-Tiefpassfilter versehen.
Die Stromschaltvorrichtung weist in einer vorteilhaften Weiterbildung ein über eine Kommunikationsschnittstelle an der Steuerung auslesbare Diagnosefunktion auf.
Der Zustand des Stromsteuerelements und/oder das Schalten des Stromsteuerelements in den stromunterbrechenden Zustand kann von der Steuerung an die Mastersteuerung oder an externe Empfänger kommuniziert werden.
Ein Lastpfad wird durch das Stromsteuerelement in den stromunterbrechenden Zustand überführt, also der Verbraucher von der Energiequelle getrennt, wenn eine Abschaltbedingung erfüllt ist, wobei die verschiedenen Abschaltbedingungen durch ODER miteinander verknüpft sind. Die Abschaltbedingungen sind beispielsweise:

• Überschreiten der Δ-Temperatur über den Temperaturreferenzwert;
• Abweichen einer Ist-Storm-Zeit-Charakteristik von einer hinterlegten Strom-Zeit-Charakteristik durch beispielsweise Über- oder Unterschreiten;
• Überschreiten eines Stromes über einen Stromgrenzwert in der Sch nellabschaltvorrichtung;
• Über- oder Unterschreiten jeweils einer Spannung der Batterie, der Last, des Lastpfads bzw. der Leitung oder einer Korrelation der Spannungen über bzw. unter einen vorbestimmten Wert;
• Abschaltsignal durch externe Signalquelle oder durch Mastersteuerung;
• Abschaltbedingung durch Betriebsstrategie.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 eine erste Stromschaltvorrichtung;
2 eine zweite Stromschaltvorrichtung.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Stromschaltvorrichtung in z. B. einem Fahrzeug. Die Energiequelle 10 ist über einen als Pfeil mit durchgängiger Linie dargestellten Lastpfad mit dem Verbraucher 12 verbunden, wobei der Lastpfad über das Stromsteuerelement 11 verläuft, welches als Schließer ausgebildet ist. Das als Schließer ausgebildete Stromsteuerelement 11 kann, wenn es durch die Steuerung 40 angesteuert wird, durch Schließen die Energiequelle 10 mit dem Verbraucher 12 stromführend verbinden, was einem stromführenden Zustand entspricht. Wird das Stromsteuerelement 11 nicht durch die Steuerung 40 angesteuert, öffnet sich der Schließer automatisch, sodass die Verbindung der Energiequelle mit dem Verbraucher über den Lastpfad unterbrochen wird, was einem stromunterbrechenden Zustand entspricht. In dem Abschnitt des Lastpfads zwischen der Energiequelle 10 und dem Stromsteuerelement 11, was der Eingangsseite des Stromsteuerelements 11 entspricht, sind ein Amperemeter als eine Strommessvorrichtung 21 und ein Voltmeter als eine Spannungsmessvorrichtung 22 angeordnet, welche den Strom bzw. die Spannung in dem Abschnitt Lastpfads zwischen der Energiequelle 10 und dem Stromsteuerelement 11 messen. Alternativ können auch andere herkömmliche Messmittel verwendet werden. Ferner sind in dem Abschnitt des Lastpfads zwischen dem Stromsteuerelement 11 und dem Verbraucher 12, was der Ausgangsseite des Stromsteuerelements 11 entspricht, ein Amperemeter als eine Strommessvorrichtung 23 und ein Voltmeter als eine Spannungsmessvorrichtung 24 angeordnet, welche den Strom bzw. die Spannung in dem Abschnitt des Lastpfads zwischen dem Stromsteuerelement 11 und dem Verbraucher 12 messen. Die Strom- und Spannungsmessvorrichtungen 21, 22, 23, 24 sind jeweils mit der Steuerung 40 verbunden, sodass sie den jeweiligen Messwert an die Steuerung 40 übermitteln können. Die Steuerung 40 ist mit dem Datenspeicher 50, einen Datenaustausch ermöglichend, verbunden, sodass die Steuerung 40 sowohl Daten von dem Datenspeicher 50 abrufen als auch auf dem Datenspeicher 50 speichern kann. Auf dem Datenspeicher 50 ist bei der dargestellten Stromschaltvorrichtung ein thermodynamisches Leitungsmodell 51 gespeichert. Aus dem thermodynamischen Leitungsmodell 51 lässt sich durch die Steuerung 40 eine Δ-Temperatur in dem Lastpfad bestimmen, was der Erwärmung des Lastpfads durch die Umgebungstemperatur um die Stromschaltvorrichtung und die Energie, die durch den durch den Lastpfad fließenden Strom in den Lastpfad eingebracht wird, entspricht. Die Δ-Temperatur wird in regelmäßigen Zeitintervallen durch die Steuerung 40 bestimmt und anschließend mit dem auf dem Datenspeicher 50 gespeicherten Referenztemperaturwert 52 verglichen. Übersteigt die Δ-Temperatur den Referenztemperaturwert 52, wird ein zuvor von der Steuerung 40 an dem Stromsteuerelement 11 anliegendes Signal unterbrochen, sodass sich das als Schließer ausgebildete Stromsteuerelement 11 öffnet und dadurch der stromführende in den stromunterbrechenden Zustand überführt wird. Alternativ kann das von der Steuerung 40 an dem Stromsteuerelement 11 anliegende Signal von der Schnellabschaltvorrichtung 60 unterbrochen werden, sodass ebenfalls der stromunterbrechende Zustand hergestellt wird. Die Schnellabschaltvorrichtung 60 überwacht den Lastpfad zwischen der Energiequelle 10 und dem Verbraucher 12 zusätzlich zu der Steuerung 40. Die Schnellabschaltvorrichtung 60 misst andauernd den Strom über den Lastpfad und unterbricht den Lastpfad durch Öffnen des als Schließer ausgebildeten Stromsteuerelements 11, sobald der Strom in dem Lastpfad einen vorbestimmten und in der Schnellabschaltvorrichtung 60 hinterlegten Stromgrenzwert überschreitet. Die Schnellabschaltvorrichtung 60 löst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 das als Sicherung vorgesehene Stromsteuerelement 11 bei einem plötzlich auftretenden Fehler wie beispielsweise einem Kurzschluss aus, wohingegen die Steuerung 40 das als Sicherung vorgesehene Stromsteuerelement 11 bei einer Überlastung des Lastpfads bei zu hoher Temperatur auslöst, um einen Schaden durch Hitze zu vermeiden. Die Komponenten der Stromschaltvorrichtung sind in dem Schaltmodul 1 angeordnet.
2 zeigt elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung wie 1, die jedoch zusätzliche Komponenten und zusätzliche Funktionalitäten aufweist. In dem Datenspeicher 50 ist neben dem thermodynamischen Leitungsmodell 51 und dem Referenztemperaturwert 52 eine Strom-Zeit-Charakteristik 53, eine Betriebsstrategie 54 und durch die Storm- und Spannungsmessvorrichtungen 21, 22, 23, 24 in einem vergangenen Zeitintervall ermittelte Strom- und Spannungsmesswerte 55 hinterlegt. Die Steuerung 40 wird über einen Daten-Bus von einer Mastersteuerung 70 in verschiedene Betriebsstrategien 54 geschalten, welche jeweils in dem Datenspeicher 50 hinterlegt sind. Die Steuerung berechnet mit einer dafür vorgesehenen Betriebsstrategie aus den in dem Datenspeicher 50 gespeicherten Strom- und Spannungsmesswerten 55 eine Ist-Storm-Zeit-Charakteristik und vergleicht diese mit der in dem Datenspeicher 50 gespeicherten Strom-Zeit-Charakteristik 53. Weicht die Ist-Strom-Zeit-Charakteristik von der gespeicherten Strom-Zeit-Charakteristik 53 ab, meldet die Steuerung 40 das Abweichen an die Mastersteuerung 70, welche über ein weiteres Vorgehen entscheidet. Soll der Lastpfad auf Grund des Abweichens von der Strom-Zeit-Charakteristik 53 unterbrochen werden, sendet die Mastersteuerung 70 über den Daten-Bus einen Befehl an die Steuerung 40, welche dann das an dem Stromsteuerelement 11 anliegende Signal unterbricht und damit den stromunterbrechenden Zustand herstellt. Die Betriebsstrategie 54 legt fest unter welchen Bedingungen das Stromsteuerelement von der Steuerung 40 geöffnet oder geschlossen bzw. in den stromunterbrechenden Zustand oder stromführenden Zustand gebracht wird. Neben den Strom- und Spannungsmessvorrichtungen 21, 22, 23,24 weist die Stromschaltvorrichtung eine Temperaturmessvorrichtung 25 auf, welche die absolute Leitertemperatur in dem Lastpfad zwischen Energiequelle 10 und Verbraucher 12 misst. Bei dem Vergleich des Referenztemperaturwerts 52 mit der von der Steuerung 40 bestimmten Δ-Temperatur wird die Leitertemperatur abhängig von der gewählten Betriebsstrategie 53 berücksichtigt oder statt der Δ-Temperatur mit dem Temperaturreferenzwert 52 verglichen.
Bei der in 3 dargestellten Stromschaltvorrichtung sind ein Generator als eine primäre Energiequelle 10 und eine Batterie als eine sekundäre Energiequelle 10' über verschiedene Schaltmodule 1', 1", 1'" mit mehreren Verbrauchern 12, 12', 12", 12'" bzw. der sekundären Energiequelle 10' verbunden. Die Schaltmodule 1', 1", 1"' umfassen jeweils zumindest die Komponenten des Schaltmoduls 1' wie zu 2 beschrieben. Die Schaltmodule 1", 1'" weisen jeweils mehrere von einer gemeinsamen Steuerung 40 ansteuerbare Stromsteuerelemente 11 auf. Die Mastersteuerung 70 steuert über einen Daten-Bus die Schaltmodule 1', 1", 1'" an und schaltet diese jeweils in eine vorbestimmte Betriebsstrategie. Das Schaltmodul 1' kann den Lastpfad zwischen der Energiequelle 10 und dem Verbraucher 12 in den stromleitenden oder stromunterbrechenden Zustand schalten und somit neben der Sicherungsfunktion als Schaltrelais zum An- oder Abschalten des Verbrauchers 12 dienen. Das Schaltmodul 1" kann den Lastpfad zwischen den Energiequellen 10, 10' und den Verbrauchern 12', 12" schalten, sodass eine der Energiequellen 10, 10' beide Verbraucher 12', 12" einen der Verbraucher 12', 12" oder keinen der Verbraucher 12', 12" mit Energie versorgt, sodass das Schaltmodul 1" neben der Sicherungsfunktion ebenfalls die Funktionalität einer Relaisschaltung besitzt. Das Schaltmodul 1"' bzw. die Steuerung 40 des Schaltmoduls 1'" weist zusätzlich eine Rekuperations-Schaltlogik auf, sodass durch eine Funktionalität wie bei dem Schaltmodul 1" der Lastpfad von der als Generator ausgebildeten Energiequelle 10 oder der als Batterie ausgebildeten sekundären Energiequelle 10' mit dem Verbraucher 12'" verschaltet werden kann, die durch den Generator erzeugte Energie in die Batterie geleitet werden kann und zusätzlich eine von dem Verbraucher 12"', beispielsweise einem als Generator wirkender Elektromotor, erzeugte Energie in die als Batterie bzw. Akkumulator ausgebildete sekundäre Energiequelle geleitet werden kann.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise könnte Schnellabschaltvorrichtung nicht als eine separate Hardware sondern als eine von der Steuerung ausgeführte Schnellabschaltlogik bzw. Schnellabschaltsoftware vorgesehen sein.

Claims

Elektronisch gesteuerte Stromschaltvorrichtung für zumindest einen elektrischen Lastpfad zwischen zumindest einer Energiequelle (10) und zumindest einem elektrischen Verbraucher (12), wobei die Stromschaltvorrichtung eine elektrische Steuerung (40) und ein von der elektrischen Steuerung (40) steuerbares Stromsteuerelement (11) aufweist, welches von einem stromunterbrechenden in zumindest einen stromführenden Zustand schaltbar ist, wobei die Stromschaltvorrichtung ferner zu dem Stromsteuerelement (11) eingangsseitige und ausgangsseitige Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen (21, 22, 23, 24) zur Messung des Stroms und/oder der Spannung aufweist und die Steuerung (40) ausgebildet ist, aus den erhaltenen Strom- und Spannungsmesswerten mittels eines thermodynamischen Leitungsmodells (51) eine Δ-Temperatur im Lastpfad zu bestimmen und in Abhängigkeit eines Vergleiches der Δ-Temperatur mit wenigstens einem Referenztemperaturwert (52) den stromunterbrechenden oder stromführenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) zu bewirken.
Stromschaltvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Referenztemperaturwert (52) ein maximaler Temperaturschwellwert ist, der einer maximal zulässigen Stromerwärmung des Lastpfads entspricht.
Stromschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromschaltvorrichtung ferner eine Schnellabschaltvorrichtung (60) umfasst, die ausgebildet ist, das Stromsteuerelement (11) innerhalb einer Reaktionszeit, die kürzer ist als eine Reaktionszeit der Steuerung (40), von einem stromführenden in den stromunterbrechenden Zustand zu schalten.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromschaltvorrichtung für das jeweilige Stromsteuerelement (11) eine Temperaturmessvorrichtung (25) umfasst, die ausgebildet ist, eine Leitertemperatur des Lastpfads oder eine Umgebungstemperatur der Stromschaltvorrichtung zu ermitteln und wobei die Steuerung (40) bei dem Vergleich statt der Δ-Temperatur oder zusätzlich zu der Δ-Temperatur die Leitertemperatur und/oder die Umgebungstemperatur verwendet.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (40) ausgebildet ist, das Stromsteuerelement (11) in Abhängigkeit eines analogen oder digitalen Signals von einer Signalquelle (70) den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) zu bewirken.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermodynamische Leitungsmodell (51) in einem Datenspeicher (50) hinterlegt ist, wobei der Datenspeicher (50) vorzugsweise ein nicht-flüchtiger Speicher ist und/oder der Datenspeicher (50) vorzugsweise in der Steuerung (40) integriert ist.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuerung (40) ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines in dem Datenspeicher (50) hinterlegten Steuerverfahrens den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) zu bewirken, wobei die Steuerung (40) ausgebildet ist, mehrere Stromsteuerelemente (11) anzusteuern und eine Priorisierung der Lastpfade der Stromsteuerelemente (11) vorzunehmen, wobei die Steuerung (40) ausgebildet ist, einen Strom, der über einen ersten Lastpfad fließt, der niedriger priorisiert ist als ein zweiter Lastpfad, durch ansteuern des Stromsteuerelements (11), das in dem ersten Lastpfad angeordnet ist, zu begrenzen oder zu unterbrechen.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (40) ausgebildet ist, einen durch das Stromsteuerelement (11) fließenden Strom, der von der Steuerung (40) aus den Strommesswerten bestimmbar ist, mit einer Strom-Zeit-Charakteristik (53) zu vergleichen und in Abhängigkeit eines Verhältnisses des Stroms zu der Charakteristik (53) den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) zu bewirken.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (40) eine Rekuperations-Schaltlogik aufweist, durch welche die Steuerung (40) ausgebildet ist, den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) zu bewirken, wenn durch die Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen (21, 22, 23, 24) ein rekuperativer Stromfluss von dem Verbraucher (12) zu der Energiequelle (10) gemessen wird.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (40) eine Sicherungs-Schaltlogik aufweist, durch welche die Steuerung (40) ausgebildet ist, den stromführenden Zustand durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) zu bewirken, wenn eine Einsicherbedingung der Sicherungs-Schaltlogik erfüllt ist.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (40) eine Notlauf-Schaltlogik aufweist, durch welche die Steuerung (40) ausgebildet ist, den oder die Verbraucher (12) durch Ansteuern des jeweiligen Stromsteuerelements (11) kontrolliert zu schädigen.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschaltvorrichtung ferner eine konventionelle Sicherung umfasst, die parallel oder seriell zu dem Stromsteuerelement (11) in dem Lastpfad angeordnet ist.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem Lastpfad parallel zu der Energiequelle (10) zumindest eine sekundäre Energiequelle angeordnet ist und die Energiequelle (10) und die sekundäre Energiequelle über zumindest ein Stromsteuerelement (11) mit dem Verbraucher (12) verbunden sind.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschaltvorrichtung in einem Lastpfad einen Strom- und/oder Spannungswandler umfasst.
Stromschaltvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschaltvorrichtung mehrere Stromsteuerelemente (11) umfasst, die jeweils als ein Steuerkanal den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand zu einem Verbraucher (12), zu mehreren Verbrauchern (12) oder zu einer aus mehreren Verbrauchern (12) bestehenden Verbraucherzone herstellen, die Steuerung (40) mehrere Steuerkanäle und/oder mehrere Steuerungen (40) jeweils einen Steuerkanal mit einer für jeden Steuerkanal individuellen Schaltlogik den stromführenden oder stromunterbrechenden Zustand herstellend ansteuert und/oder die Stromschaltvorrichtung eine Mastersteuerung aufweist, welche als Slaves ausgebildete Steuerungen (40) ansteuert.
Verfahren zur elektrischen Steuerung eines Stromsteuerelements (11) einer Stromschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtungen (21, 22, 23, 24) zu dem Stromsteuerelement (11) eingangsseitige und ausgangsseitige Ströme und/oder Spannungen des Lastpfads gemessen werden in der Steuerung (40) eine Δ-Temperatur des Lastpfads aus dem thermodynamischen Leitungsmodell (51) zumindest mit den eingangsseitigen und ausgangsseitigen Strömen und/oder Spannungen bestimmt wird, in der Steuerung (40) die Δ-Temperatur mit dem Referenztemperaturwert (52) verglichen wird und der stromunterbrechende oder stromführende Zustand in Abhängigkeit des Vergleichs durch Ansteuern des Stromsteuerelements (11) durch die Steuerung (40) hergestellt wird.