DE102018212708A1

DE102018212708A1 - Switching device, electrical energy storage system, device and / or vehicle and method for connecting a voltage source to a load resistor by means of a switching device

Info

Publication number: DE102018212708A1
Application number: DE102018212708.5A
Authority: DE
Inventors: Holger Stegmueller; Thomas Kaiser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-06
Also published as: WO2020025271A1; CN112470402A

Abstract

Schaltvorrichtung (1) zum elektrisch leitenden Verbinden einer Spannungsquelle (V) mit einem Lastwiderstand (RL), elektrisches Energiespeichersystem, Vorrichtung und/oder Fahrzeug und Verfahren zum Verbinden einer Spannungsquelle (V) mit einem Lastwiderstand (RL) mittels einer Schaltvorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltvorrichtung (1) aufweist:
- einen ersten Transistor (T1),
- einen zweiten Transistor (T2),
- einen dritten Transistor (T3),
- eine Kapazität (C) und
- einen Schalter (S), wobei die Spannungsquelle (V) mittels des ersten Transistors (T1) elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand (RL) verbindbar ist,
wobei der erste Transistor (T1) schaltbar ist mittels des Schalters (S) oder mittels des zweiten und dritten Transistors (T2, T3),
wobei der dritte Transistor (T3) schaltbar ist mittels der Kapazität (C),
wobei der zweite Transistor (T2) derart angeordnet ist, dass er bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands (RL) schaltet.

Switching device (1) for the electrically conductive connection of a voltage source (V) to a load resistor (RL), electrical energy storage system, device and / or vehicle and method for connecting a voltage source (V) to a load resistor (RL) by means of a switching device (1), characterized in that
the switching device (1) has:
- a first transistor (T1),
- a second transistor (T2),
- a third transistor (T3),
- a capacity (C) and
a switch (S), the voltage source (V) being able to be connected in an electrically conductive manner to the load resistor (RL) by means of the first transistor (T1),
the first transistor (T1) being switchable by means of the switch (S) or by means of the second and third transistor (T2, T3),
the third transistor (T3) being switchable by means of the capacitance (C),
the second transistor (T2) being arranged such that it switches in the event of a short circuit in the load resistor (RL).

Description

Feld der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung, ein elektrisches Energiespeichersystem, eine Vorrichtung und/oder ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Verbinden einer Spannungsquelle mit einem Lastwiderstand mittels einer Schaltvorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a switching device, an electrical energy storage system, a device and / or a vehicle and a method for connecting a voltage source to a load resistor by means of a switching device according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Die CN 103474967 A zeigt eine hochintegrierte Batteriesicherheitsschaltung.The CN 103474967 A shows a highly integrated battery safety circuit.

Die US 2015/0180091 A1 zeigt eine gegen externe Kurzschlüsse geschützte Akkumulatorenbatterie.The US 2015/0180091 A1 shows an accumulator battery protected against external short circuits.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Kern der Erfindung bei der Schaltvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden einer Spannungsquelle mit einem Lastwiderstand, besteht darin, dass die Schaltvorrichtung aufweist:

- einen ersten Transistor,
- einen zweiten Transistor,
- einen dritten Transistor,
- eine Kapazität und
- einen Schalter,

wobei die Spannungsquelle mittels des ersten Transistors elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand verbindbar ist,
wobei der erste Transistor schaltbar ist mittels des Schalters oder mittels des zweiten und dritten Transistors,
wobei der dritte Transistor schaltbar ist mittels der Kapazität,
wobei der zweite Transistor derart angeordnet ist, dass er bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands schaltet.The essence of the invention in the switching device for the electrically conductive connection of a voltage source to a load resistor is that the switching device has:

- a first transistor,
- a second transistor,
- a third transistor,
- a capacity and
- a switch,

the voltage source being electrically conductively connectable to the load resistor by means of the first transistor,
the first transistor being switchable by means of the switch or by means of the second and third transistor,
the third transistor being switchable by means of the capacitance,
the second transistor being arranged such that it switches when the load resistor is short-circuited.

Hintergrund der Erfindung ist, dass mittels der Schaltvorrichtung die Spannungsquelle mit dem Lastwiderstand elektrisch leitend verbindbar ist. Bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands wird zusätzlich zu dem bereits leitenden zweiten Transistor der dritte Transistor leitend und der erste Transistor wird geschaltet, so dass dieser sperrt und selbsthaltend gesperrt gehalten wird. Der Stromfluss kann bis zum Trennen der Schaltvorrichtung von der Spannungsquelle unterbrochen werden.The background to the invention is that the switching device can be used to connect the voltage source to the load resistor in an electrically conductive manner. If the load resistor is short-circuited, in addition to the already conducting second transistor, the third transistor becomes conductive and the first transistor is switched, so that the latter is blocked and held locked. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.

Von Vorteil ist dabei, dass im Normalbetrieb der Schaltvorrichtung kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auftritt.The advantage here is that no additional voltage drop occurs due to the short-circuit protection during normal operation of the switching device.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltvorrichtung einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand auf, wobei die Schaltvorrichtung eingerichtet ist, die Kapazität über den ersten und zweiten Widerstand aufzuladen. Dadurch ist die Kapazität während des Betriebs der Schaltvorrichtung aufladbar.According to an advantageous embodiment, the switching device has a first resistor and a second resistor, the switching device being set up to charge the capacitance via the first and second resistor. As a result, the capacity can be charged during the operation of the switching device.

Von Vorteil ist es dabei, wenn der zweite Transistor und der dritte Transistor in Reihenschaltung angeordnet sind. Somit wird der erste Transistor geöffnet, wenn der zweite Transistor und der dritte Transistor leitend sind.It is advantageous if the second transistor and the third transistor are arranged in series. Thus, the first transistor is opened when the second transistor and the third transistor are conductive.

Vorteilhafterweise ist der erste Widerstand parallel geschaltet zu der Reihenschaltung angeordnet. Dabei begrenzt der erste Widerstand die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quelle des ersten Transistors.The first resistor is advantageously connected in parallel with the series circuit. The first resistor limits the voltage between the control electrode and the source of the first transistor.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der zweite Widerstand zwischen einer Steuerelektrode des dritten Transistors und dem Schalter angeordnet ist. Der erste und zweite Widerstand begrenzen den Ladestrom für die Kapazität.It is also advantageous if the second resistor is arranged between a control electrode of the third transistor and the switch. The first and second resistors limit the charging current for the capacitance.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der zweite Widerstand zwischen der Kapazität und dem Schalter angeordnet ist.It is also advantageous if the second resistor is arranged between the capacitance and the switch.

Vorteilhafterweise ist die Schaltvorrichtung derart ausgeführt, dass der dritte Transistor zeitverzögert nach dem Schalter schaltet, insbesondere wobei die Dauer der Zeitverzögerung abhängig ist von der Größe des zweiten Widerstands und von der Größe der Kapazität. Durch das zeitlich verzögerte Schalten wird der Kurzschlussschutz zeitverzögert aktiviert. Damit ist die Schaltvorrichtung nicht anfällig für kurzfristige Spannungsschwankungen nach dem Einschalten der Schaltvorrichtung.The switching device is advantageously designed such that the third transistor switches after the switch with a time delay, in particular where the duration of the time delay depends on the size of the second resistor and on the size of the capacitance. The short-circuit protection is activated with a time delay due to the delayed switching. The switching device is thus not susceptible to short-term voltage fluctuations after the switching device is switched on.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Transistor und/oder der zweite Transistor und/oder der dritte Transistor als Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, insbesondere als p-Kanal MOSFET Transistoren, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Schaltvorrichtung kompakt ausführbar ist.According to an advantageous embodiment, the first transistor and / or the second transistor and / or the third transistor are designed as field-effect transistors with an insulated control electrode, in particular as p-channel MOSFET transistors. The advantage here is that the switching device can be made compact.

Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeichersystem besteht darin, dass das elektrische Energiespeichersystem eine Schaltvorrichtung wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Schaltvorrichtung bezogenen Ansprüche, und eine Spannungsquelle aufweist.The essence of the invention in the electrical energy storage system is that the electrical energy storage system Switching device as described above or according to one of the claims relating to the switching device, and having a voltage source.

Hintergrund der Erfindung ist, dass bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands die Schaltvorrichtung sperrt und selbsthaltend gesperrt gehalten wird. Der Stromfluss kann bis zum Trennen der Schaltvorrichtung von der Spannungsquelle unterbrochen werden.The background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.

Im Normalbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems tritt kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auf. Dadurch verlängert sich die Reichweite des elektrischen Energiespeichersystems.In normal operation of the electrical energy storage system, there is no additional voltage drop due to the short-circuit protection. This extends the range of the electrical energy storage system.

Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung und/oder dem Fahrzeug besteht darin, dass die Vorrichtung und/oder das Fahrzeug zumindest ein elektrisches Energiespeichersystem wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das elektrische Energiespeichersystem bezogenen Ansprüche und einen Lastwiderstand aufweist.The essence of the invention in the device and / or the vehicle is that the device and / or the vehicle has at least one electrical energy storage system as described above or according to one of the claims relating to the electrical energy storage system and a load resistor.

Im Normalbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems tritt kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auf. Dadurch verlängert sich die Reichweite der Vorrichtung und/oder des Fahrzeuges.In normal operation of the electrical energy storage system, there is no additional voltage drop due to the short-circuit protection. This extends the range of the device and / or the vehicle.

Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Verbinden einer Spannungsquelle mit einem Lastwiderstand mittels einer Schaltvorrichtung, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Schaltvorrichtung bezogenen Ansprüche, besteht darin, dass beim Einschalten der Schaltvorrichtung ein Kurzschlussschutz aktiviert wird.The essence of the invention in the method for connecting a voltage source to a load resistor by means of a switching device, in particular as described above or according to one of the claims relating to the switching device, is that a short-circuit protection is activated when the switching device is switched on.

Hintergrund der Erfindung ist, dass bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands die Schaltvorrichtung sperrt und selbsthaltend gesperrt gehalten wird.The background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner.

Von Vorteil ist es dabei, wenn der Kurzschlussschutz zeitverzögert aktiviert wird. Dadurch ist die Schaltvorrichtung nicht anfällig für kurzfristige Spannungsschwankungen nach dem Einschalten der Schaltvorrichtung.It is advantageous if the short-circuit protection is activated with a time delay. As a result, the switching device is not susceptible to short-term voltage fluctuations after the switching device is switched on.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands die Schaltvorrichtung selbsthaltend sperrt. Somit tritt kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auf.Furthermore, it is advantageous if the switching device locks in the event of a short circuit in the load resistor. There is therefore no additional voltage drop due to the short-circuit protection.

Vorteilhafterweise sperrt, nachdem der Kurzschluss des Lastwiderstands behoben wurde, die Schaltvorrichtung weiterhin selbsthaltend, wobei die Schaltvorrichtung mittels eines Schalters abschaltbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Schaltvorrichtung in einem definierten Zustand ist.After the short circuit of the load resistance has been eliminated, the switching device advantageously continues to lock, the switching device being able to be switched off by means of a switch. The advantage here is that the switching device is in a defined state.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with reference to the exemplary embodiments, which are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Figurenlistelist of figures

Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.In the following section, the invention is explained on the basis of exemplary embodiments, from which further inventive features may arise, but to which the scope of the invention is not restricted. The exemplary embodiments are shown in the drawings.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Schaltplans einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 und
2 ein Impulsdiagramm der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1.

Show it:

1 is a schematic representation of a circuit diagram of a switching device according to the invention 1 and
2 a timing diagram of the operation of the switching device according to the invention 1 ,

Das Schaltvorrichtung 1 zum elektrisch leitenden Verbinden einer Spannungsquelle V mit einem Lastwiderstand RL weist auf:

- einen ersten Transistor T1,
- einen zweiten Transistor T2,
- einen dritten Transistor T3,
- einen ersten Widerstand R1,
- einen zweiten Widerstand R2,
- eine Kapazität C,
- eine Steuerspannungsquelle und
- einen Schalter S zum Schalten der Steuerspannungsquelle.

The switching device 1 for the electrically conductive connection of a voltage source V to a load resistor RL has:

- a first transistor T1 .
- a second transistor T2 .
- a third transistor T3 .
- a first resistance R1 .
- a second resistance R2 .
- a capacity C,
- a control voltage source and
- A switch S for switching the control voltage source.

Vorzugsweise sind die Transistoren (T1, T2, T3) als Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, insbesondere als p-Kanal MOSFET Transistoren, ausgeführt.The transistors ( T1 . T2 . T3 ) as field-effect transistors with an insulated control electrode, in particular as p-channel MOSFET transistors.

Der erste Transistor T1 ist zwischen der Spannungsquelle V und dem Lastwiderstand RL angeordnet. Dabei ist die Quelle (Source) des ersten Transistors T1 elektrisch leitend mit der Spannungsquelle V verbunden. Der Abfluss (Drain) des ersten Transistors T1 ist elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand RL verbunden. Die Steuerelektrode des ersten Transistors T1 ist mit dem Schalter S elektrisch leitend verbunden. The first transistor T1 is arranged between the voltage source V and the load resistor RL. The source of the first transistor T1 electrically connected to the voltage source V. The drain of the first transistor T1 is electrically connected to the load resistor RL. The control electrode of the first transistor T1 is electrically connected to the switch S.

Zwischen der Spannungsquelle V und der Quelle des ersten Transistors T1 ist ein erster Mittelabgriff 2 angeordnet. Der erste Mittelabgriff 2 verbindet die Spannungsquelle V und die Quelle des ersten Transistors T1 elektrisch leitend mit einer Quelle des zweiten Transistors T2.Between the voltage source V and the source of the first transistor T1 is a first center tap 2 arranged. The first center tap 2 connects the voltage source V and the source of the first transistor T1 electrically conductive with a source of the second transistor T2 ,

Zwischen dem Abfluss des ersten Transistors T1 und dem Lastwiderstand RL ist ein zweiter Mittelabgriff 3 angeordnet. Der zweite Mittelabgriff 3 verbindet den Lastwiderstand RL und den Abfluss des ersten Transistors T1 elektrisch leitend mit einer Steuerelektrode des zweiten Transistors T2.Between the drain of the first transistor T1 and the load resistor RL is a second center tap 3 arranged. The second center tap 3 connects the load resistor RL and the drain of the first transistor T1 electrically conductive with a control electrode of the second transistor T2 ,

Zwischen der Steuerelektrode des ersten Transistors T1 und dem Schalter S ist ein dritter Mittelabgriff 4 angeordnet. Der dritte Mittelabgriff 4 ist mittels des dritten Transistors T3 elektrisch leitend verbindbar mit einem Abfluss des zweiten Transistors T2. Dabei ist der dritte Mittelabgriff 4 elektrisch leitend verbunden mit einem Abfluss des dritten Transistors T3. Eine Quelle des dritten Transistors T3 ist elektrisch leitend verbunden mit einem Abfluss des zweiten Transistors T2. Eine Steuerelektrode des dritten Transistors T3 ist elektrisch leitend verbunden mit der Kapazität C.Between the control electrode of the first transistor T1 and the switch S is a third center tap 4 arranged. The third center tap 4 is by means of the third transistor T3 electrically connectable to a drain of the second transistor T2 , Here is the third center tap 4 electrically connected to a drain of the third transistor T3 , A source of the third transistor T3 is electrically connected to a drain of the second transistor T2 , A control electrode of the third transistor T3 is electrically connected to the capacitance C.

Der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3 bilden also eine Reihenschaltung.The second transistor T2 and the third transistor T3 thus form a series connection.

Parallel geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem zweiten Transistor T2 und dem dritten Transistor T3 ist der erste Widerstand R1 angeordnet. Der erste Widerstand R1 verbindet einen vierten Mittelabgriff 5, der zwischen dem ersten Mittelabgriff 2 und der Quelle des zweiten Transistors T2 angeordnet ist, mit einem fünften Mittelabgriff 6, der zwischen dem dritten Mittelabgriff 4 und dem Schalter S angeordnet ist.Connected in parallel to the series connection of the second transistor T2 and the third transistor T3 is the first resistance R1 arranged. The first resistance R1 connects a fourth center tap 5 between the first center tap 2 and the source of the second transistor T2 is arranged with a fifth center tap 6 between the third center tap 4 and the switch S is arranged.

Zwischen der Steuerelektrode des dritten Transistors T3 und der Kapazität C ist ein sechster Mittelabgriff 7 angeordnet. Zwischen dem fünften Mittelabgriff 6 und dem Schalter S ist ein siebter Mittelabgriff 8 angeordnet. Der zweite Widerstand R2 verbindet den sechsten Mittelabgriff 7 und den siebten Mittelabgriff 8 elektrisch leitend.Between the control electrode of the third transistor T3 and the capacitance C is a sixth center tap 7 arranged. Between the fifth center tap 6 and the switch S is a seventh center tap 8th arranged. The second resistance R2 connects the sixth center tap 7 and the seventh center tap 8th electrically conductive.

Die Steuerspannungsquelle ist zwischen der Kapazität C und dem Schalter S angeordnet.The control voltage source is arranged between the capacitance C and the switch S.

In 2 ist ein Impulsdiagramm der Funktionsweise der Schaltvorrichtung 1 dargestellt. Dabei sind die Versorgungsspannung UV der Spannungsquelle V, die Spannung UR über dem Lastwiderstand RL, der Wert des Lastwiderstands RL und die Steuerspannung US am Schalter S als Funktion der Zeit t dargestellt.In 2 is a timing diagram of the operation of the switching device 1 shown. The supply voltage UV of the voltage source V, the voltage UR across the load resistor RL, the value of the load resistor RL and the control voltage US at the switch S are shown as a function of the time t.

Zu einem Zeitpunkt t0 ist der Schalter S geschlossen, die Steuerspannung US am Schalter S ist negativ und beträgt - 20 V. Die Versorgungsspannung UV ist gleich der Spannung UR über dem Lastwiderstand RL und beträgt 12 V. Der Wert des Lastwiderstands RL ist konstant. Der erste Transistor T1 ist leitend und verbindet die Spannungsquelle V elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand RL.At a time t0, the switch S is closed, the control voltage US at the switch S is negative and is −20 V. The supply voltage UV is equal to the voltage UR across the load resistor RL and is 12 V. The value of the load resistor RL is constant. The first transistor T1 is conductive and connects the voltage source V in an electrically conductive manner to the load resistor RL.

Zu einem Zeitpunkt t1 wird der Schalter S geöffnet, die Steuerspannung US am Schalter S ist positiv und beträgt + 20 V. Der erste Transistor T1 sperrt. Dadurch wird die Spannungsquelle V von dem Lastwiderstand RL getrennt. Die Spannung UL über dem Lastwiderstand RL schaltet zeitverzögert auf 0 V. Über den ersten Widerstand R1 und den zweiten Widerstand R2 wird der Kondensator C aufgeladen und der dritte Transistor T3 sperrt. Der Wert des Lastwiderstands RL ist konstant.At a time t1, the switch S is opened, the control voltage US at the switch S is positive and is + 20 V. The first transistor T1 locks. This disconnects the voltage source V from the load resistor RL. The voltage UL across the load resistor RL switches to 0 V with a time delay. Via the first resistor R1 and the second resistance R2 the capacitor C is charged and the third transistor T3 locks. The value of the load resistance RL is constant.

Zu einem Zeitpunkt t2 wird der Schalter S geschlossen, die Steuerspannung US schaltet auf - 20 V. Der erste Transistor T1 wird leitend und die Spannung UL über dem Lastwiderstand RL steigt stufenartig von 0 V auf 12 V an. Der Wert des Lastwiderstands RL ist konstant. Der zweite Transistor T2 sperrt. Der dritte Transistor T3 wird zeitverzögert leitend, dadurch wird ein Kurzschlussschutz der Schaltvorrichtung aktiviert. Die Dauer der Zeitverzögerung beim Schließen des dritten Transistors T3 ist dabei abhängig von der Wahl des Kondensators C und von der Wahl des zweiten Widerstands R2.At a time t2, the switch S is closed and the control voltage US switches to −20 V. The first transistor T1 becomes conductive and the voltage UL across the load resistor RL gradually increases from 0 V to 12 V. The value of the load resistance RL is constant. The second transistor T2 locks. The third transistor T3 becomes conductive with a time delay, this activates short-circuit protection of the switching device. The duration of the time delay when the third transistor closes T3 depends on the choice of capacitor C and the choice of the second resistor R2 ,

Zu einem Zeitpunkt t3 tritt ein Kurzschluss am Lastwiderstand RL auf, der Wert des Lastwiderstands RL sinkt stufenartig ab. Der zweite Transistor T2 wird leitend. Der erste Transistor T1 sperrt. Dadurch sinkt die Spannung UL an dem Lastwiderstand RL stufenartig ab. Da der dritte Transistor T3 bereits leitend ist, wird die Steuerelektrode des ersten Transistors T1 elektrisch leitend mit der Spannungsquelle V verbunden und der erste Transistor T1 sperrt weiterhin, wodurch der zweite Transistor T2 leitend gehalten wird. Dadurch tritt ein Selbsthaltungseffekt der Schaltvorrichtung 1 ein. Die Versorgungsspannung UV bleibt konstant bei 12 V. Die Spannung UL am Lastwiderstand RL ist vernachlässigbar.At a point in time t3, a short circuit occurs at the load resistor RL, the value of the load resistor RL drops in steps. The second transistor T2 becomes a leader. The first transistor T1 locks. As a result, the voltage UL across the load resistor RL drops in steps. Because the third transistor T3 is already conductive, the control electrode of the first transistor T1 electrically connected to the voltage source V and the first transistor T1 turns off, causing the second transistor T2 is held conductive. This results in a self-holding effect of the switching device 1 on. The supply voltage UV remains constant at 12 V. The voltage UL at the load resistor RL is negligible.

Zu einem Zeitpunkt t4 wird der Schalter S geöffnet, nachdem der Kurzschluss über dem Lastwiderstand RL behoben wurde, dadurch steigt der Wert des Lastwiderstands RL stufenartig auf den ursprünglichen Wert an. Die Steuerspannung US am Schalter S ist positiv und beträgt + 20 V. Die Versorgungsspannung UV bleibt konstant bei 12 V. Die Spannung UL am Lastwiderstand RL ist vernachlässigbar. Die Schaltvorrichtung 1 geht also in einen ausgeschalteten Zustand über, die Selbsthaltung der Schaltvorrichtung 1 wird beendet.At a point in time t4, the switch S is opened after the short circuit across the load resistor RL has been eliminated, as a result of which the value of the load resistor RL increases in steps original value. The control voltage US at the switch S is positive and is + 20 V. The supply voltage UV remains constant at 12 V. The voltage UL at the load resistor RL is negligible. The switching device 1 So goes into an off state, the self-holding of the switching device 1 will be terminated.

Zu einem Zeitpunkt t5 wird der Schalter S geschlossen, die Steuerspannung US am Schalter S ist negativ und beträgt - 20 V. Der erste Transistor T1 wird leitend und die Spannung UL über dem Lastwiderstand RL steigt stufenartig von 0 V auf 12 V an. Der Wert des Lastwiderstands RL ist konstant. Der zweite Transistor T2 sperrt. Der dritte Transistor T3 wird zeitverzögert leitend, dadurch wird ein Kurzschlussschutz der Schaltvorrichtung wieder aktiviert.At a time t5, the switch S is closed, the control voltage US at the switch S is negative and is −20 V. The first transistor T1 becomes conductive and the voltage UL across the load resistor RL gradually increases from 0 V to 12 V. The value of the load resistance RL is constant. The second transistor T2 locks. The third transistor T3 becomes conductive with a time delay, this activates short-circuit protection of the switching device again.

Als Spannungsquelle V ist beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher verwendbar. Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.For example, an electrical energy store can be used as voltage source V. An electrical energy storage means a rechargeable energy storage, in particular an electrochemical energy storage cell and / or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and / or an energy storage pack having at least one energy storage module. The energy storage cell can be designed as a lithium-based battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. Alternatively, the energy storage cell is designed as a lithium-polymer battery cell or nickel-metal hydride battery cell or lead-acid battery cell or lithium-air battery cell or lithium-sulfur battery cell.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

CN 103474967 A [0002]
US 2015/0180091 A1 [0003]

Claims

Switching device (1) for the electrically conductive connection of a voltage source (V) to a load resistor (RL), characterized in that the switching device (1) has: - a first transistor (T1), - a second transistor (T2), - a third Transistor (T3), - a capacitance (C) and - a switch (S), the voltage source (V) being able to be connected in an electrically conductive manner to the load resistor (RL) by means of the first transistor (T1), the first transistor (T1) is switchable by means of the switch (S) or by means of the second and third transistor (T2, T3), the third transistor (T3) being switchable by means of the capacitance (C), the second transistor (T2) being arranged such that it in the event of a short circuit in the load resistor (RL).

Switching device (1) after Claim 1 , characterized in that the switching device (1) has a first resistor (R1) and a second resistor (R2), the switching device (1) being set up to capacitance (C) via the first and second resistor (R1, R2) charge.

Switching device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second transistor (T2) and the third transistor (T3) are arranged in series.

Switching device (1) after Claim 3 , characterized in that the first resistor (R1) is arranged in parallel with the series circuit.

Switching device (1) according to one of the Claims 2 to 4 , characterized in that the second resistor (R2) is arranged between a control electrode of the third transistor (T3) and the switch (S).

Switching device (1) according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the second resistor (R2) is arranged between the capacitance (C) and the switch (S).

Switching device (1) according to one of the Claims 2 to 6 , characterized in that the switching device (1) is designed such that the third transistor (T3) switches after the switch (S) with a time delay, in particular where the duration of the time delay depends on the size of the second resistor (R2) and on the Capacity size (C).

Switching device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first transistor (T1) and / or the second transistor (T2) and / or the third transistor (T3) as field-effect transistors with an isolated control electrode, in particular as a p-channel MOSFET Transistors are executed.

Electrical energy storage system, characterized in that the electrical energy storage system has a switching device (1) according to one of the preceding claims and a voltage source (V).

Device and / or vehicle comprising at least one electrical energy storage system Claim 9 and a load resistor (RL).

Method for connecting a voltage source (V) to a load resistor (RL) by means of a switching device (1), in particular according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that a short-circuit protection is activated when the switching device (1) is switched on.

Procedure according to Claim 11 , characterized in that the short-circuit protection is activated with a time delay.

Procedure according to Claim 11 or 12 , characterized in that in the event of a short circuit of the load resistor (RL) the switching device (1) locks itself.

Procedure according to Claim 13 , characterized in that after the short circuit of the load resistor (RL) has been eliminated, the switching device (1) continues to lock itself, the switching device being able to be switched off by means of a switch (S).