DE102020103944A1

DE102020103944A1 - Schützeinheit

Info

Publication number: DE102020103944A1
Application number: DE102020103944.1A
Authority: DE
Inventors: Willy May
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schützeinheit (10), insbesondere für ein Elektrofahrzeug, zum Anschließen einer Batterie (20), insbesondere einer Hochvoltbatterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie, an eine elektrisch betriebene Komponente, insbesondere an einen Elektromotor (M) des Elektrofahrzeuges, vorzugsweise an einen Wechselrichter (30) für den Elektromotor (M) des Elektrofahrzeuges, aufweisend: einen ersten Hauptschalter (S1) zum galvanischen Trennen oder Verbinden eines Pols der Batterie (10) und der elektrisch betriebenen Komponente (30) und eine Schalteinheit (S3) zum Überbrücken des ersten Hauptschalters (S1). Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schalteinheit (S3) einen DC/DC-Wandler aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schützeinheit, bspw. für ein Elektrofahrzeug, zum Anschließen einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie, an eine elektrisch betriebene Komponente, insbesondere an einen Elektromotor des Elektrofahrzeuges, vorzugsweise an einen Wechselrichter für den Elektromotor des Elektrofahrzeuges, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Verwendung der Schützeinheit für ein Elektrofahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung eine entsprechende elektrische Schaltung nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch und ein entsprechendes Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, nach dem weiteren nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch.
Bei dem Einsatz von elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist es für die Betriebssicherheit vorgeschrieben, dass zwischen der Batterie und dem Antrieb, insbesondere dem Wechselrichter, eine sogenannte Schützeinheit geschaltet ist. Eine solche Schützeinheit umfasst meistens zwei Hauptschalter, welche zur galvanischen Trennung der Batterie und dem Antrieb vorgesehen sind. Mithilfe der Schalter werden der Plus-Pol und der Minus-Pol der Batterie jeweils von dem Antrieb getrennt.
Der Wechselrichter umfasst in der Regel einen Energiespeicher. Der Energiespeicher ist in dem sogenannten Zwischenkreis angeordnet. Ein solcher Energiespeicher ist in der Regel als Kondensator ausgebildet, der parallel zu der Batterie geschaltet ist. Alternativ oder zusätzlich kann/können auch eine oder mehrere Spulen in Reihe geschaltet sein.
Beim Schließen der Hauptschalter fließt ein hoher Strom, da dieser erst den Energiespeicher laden muss. Da dieser kurz nach dem Anschalten praktisch keinen Widerstand aufweist, liegt praktisch ein Kurzschluss vor.
Um sehr hohe Ströme und ggf. die Ausbildung eines Schwingkreises zu verhindern, wird zumeist ein weiterer Schalter, der mit einem (Vorlade-) Widerstand in Reihe geschaltet ist, zu einem der Hauptschalter parallelgeschaltet.
Dieser Widerstand weist jedoch ein erhebliches Gewicht auf, erfordert einen großen Bauraum und erzeugt darüber hinaus noch beim Einschalten Wärme, die abtransportiert werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schützeinheit, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder eine andere elektrische betriebene Vorrichtung, zum Anschließen einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie, an eine elektrisch betriebene Komponente, insbesondere an einen Elektromotor des Elektrofahrzeuges, vorzugsweise an einen Wechselrichter für den Elektromotor des Elektrofahrzeuges, bereitzustellen. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Schützeinheit zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist, die ein verringertes Gewicht aufweist, die wenig Bauraum erfordert, die eine reduzierte Abwärme produziert, die zuverlässig die Ausbildung von ungewollten Schwingkreisen vermeidet, die eine hohe Lebensdauer aufweist, die zuverlässig betrieben werden kann und die eine erhöhte Sicherheit bei dem Betreiben der elektrisch betriebenen Komponente ermöglicht. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine vorteilhafte Verwendung der Schützeinheit für ein Elektrofahrzeug zur ermöglichen. Zudem ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrische Schaltung und ein verbessertes Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, mit einer entsprechenden Schützeinheit bereitzustellen.
Die Erfindung stellt gemäß einem ersten Aspekt, eine Schützeinheit bereit, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder eine andere elektrische betriebene Vorrichtung, zum (gemeint ist galvanischen) (Trennen oder) Anschließen einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie, an eine elektrisch betriebene Komponente, insbesondere an einen Elektromotor des Elektrofahrzeuges, vorzugsweise an einen Wechselrichter für den Elektromotor des Elektrofahrzeuges. Die Schützeinheit weist dabei folgende Komponenten auf: einen ersten Hauptschalter zum galvanischen Trennen oder Verbinden eines Pols (bspw. eines Plus-Pols) der Batterie und eines Pols (bspw. eines Minus-Pols) der elektrisch betriebenen Komponente, optional einen zweiten Hauptschalter zum galvanischen Trennen oder Verbinden eines anderen Pols (bspw. eines Minus-Pols) der Batterie und eines Pols (bspw. eines Plus-Pols) der elektrisch betriebenen Komponente, und eine Schalteinheit (kann auch als eine Vorladeschalteinheit bezeichnet und in einem Vorladeschaltkreis angeordnet werden) zum Überbrücken (d. h., dass der elektrische Strom in einem Vorladeschaltkreis durch die Schalteinheit an der zu überbrückenden Komponente vorbeifließen kann) des ersten Hauptschalters und ggf. des optionalen zweiten Hauptschalters (bspw. parallel zum jeweiligen Hauptschalter oder parallel zum Teilstromkreis mit der Batterie und den beiden Hauptschaltern). Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schalteinheit einen, insbesondere nur einen oder sogar ausschließlich einen (ohne weitere Komponenten), DC/DC-Wandler (kann auch als ein DC-DC-Steller oder als ein Gleichspannungswandler bezeichnet werden) aufweist.
Unter einer Hochvoltbatterie kann eine Batterie mit einer Ausgangsspannung von 400 Volt bis 1000 Volt verstanden werden.
Unter galvanischer Trennung ist gemeint, dass Ladungsträger aus einem Stromkreis nicht in den anderen hinüberwechseln können. Mit anderen Worten sind bei einer galvanischen Trennung die beiden Stromkreise nicht gleichstrommäßig verbunden.
Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, den weiteren Schalter und den (Vorlade-) Widerstand durch einen DC/DC-Wandler zu ersetzen. Der DC/DC-Wandler umfasst vorteilhafterweise eine induktive Trennung, sodass eine galvanische Trennung vorliegt.
Der DC/DC-Wandler kann besonders einfach, kostengünstig, klein und leicht ausgebildet sein. Somit können der Schalter und der große Widerstand eingespart werden.
Vorteilhafterweise kann ein DC/DC-Wandler verwendet werden, bei dem die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung im Wesentlichen übereinstimmen.
Durch den DC/DC-Wandler können überdies Schwingungen der Spannung und des Stroms in einem Zwischenkreis (bzw. Bypass) vor der elektrisch betriebenen Komponente, insbesondere von einem Wechselrichter, während des Ladevorgangs eines Energiespeichers erheblich reduziert und nahezu oder vollständig verhindert werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass mithilfe des DC/DC-Wandlers die Energie des Zwischenkreises beim Ausschalten der elektrisch betriebenen Komponente wieder in die Batterie überführt werden kann.
Weiterhin kann vorteilhaft sein, wenn über den DC/DC-Wandler eine im Fahrzeug vorhandene Hilfsbatterie (z. B. eine 12V/48V Batterie) zur Vorladung des Zwischenkreis-Energiespeichers verwendet werden kann. Der DC/DC-Wandler kann dabei die Spannung von 12V/48V auf ung. 400V bis 1000V wandeln.
Die Schützeinheit im Sinne der Erfindung kann vorteilhafterweise überall dort verwendet werden, wo mithilfe einer Batterie ein leistungsfähiger Antrieb über einen Wechselrichter betrieben wird, wie bei einem Elektrofahrzeug, Flugzeug, Zug, Straßenbahn usw.
Ferner kann die Erfindung bei einer Schützeinheit vorsehen, dass die Schalteinheit parallel zum ersten Hauptschalter und ggf. parallel zum zweiten Hauptschalter verschaltet ist, wenn der zweite Hauptschalter vorhanden ist. Somit kann die Schalteinheit den ersten Hauptschalter und ggf. den zweiten Hauptschalter überbrücken, wenn der zweite Hauptschalter vorhanden ist. Auf diese Weise kann eine einfache Schützeinheit bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise kann somit die Schalteinheit sogar in vorhandenen Schützeinheiten leicht eingesetzt werden, um diese zu verbessern.
Weiterhin kann die Erfindung bei einer Schützeinheit vorsehen, dass die Schalteinheit parallel zu einer Hilfsbatterie und parallel zur elektrisch betriebenen Komponente verschaltet ist. Die Schalteinheit kann eine Art Bypass in einem Stromkreis zwischen der Hilfsbatterie (und vorzugsweise auch der Batterie) und der elektrisch betriebenen Komponente bilden. Die Schalteinheit kann dabei bspw. beide Hauptschalter überbrücken. Eine Maßnahme zur Erhöhung der Sicherheit im Falle eines Defekts der Schalteinheit kann jedoch sein, dass die Schalteinheit nicht beide Hauptschalter überbrückt, sondern nur einen der beiden Hauptschalter. Dabei können ein Pol der Schalteinheit mit einem der Pole des Zwischenkreises und der andere Pol der Schalteinheit mit dem entgegengesetzten Pol der Batterie verbunden sein. Somit kann die Vorladung des Zwischenkreises nur möglich sein, wenn der nicht überbrückte Hauptschalter geschlossen wird. Im Falle eines Defekts kann der Stromkreis der Schalteinheit auf der Hochvoltseite unterbrochen werden. Wenn die Schalteinheit parallel zu einer Hilfsbatterie verschaltet ist, erwächst grundsätzlich der Vorteil, dass über den DC/DC-Wandler die im Fahrzeug vorhandene Hilfsbatterie (z. B. eine 12V/48V Batterie) zur Vorladung des Zwischenkreis-Energiespeichers verwendet werden kann.
Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Schützeinheit vorsehen, dass der DC/DC-Wandler in Form eines, vorzugsweise galvanisch isolierenden, Sperrwandlers (engl. „Fly-Back Converter“), Eintaktflusswandlers (engl. Forward Converter), Gegentaktflusswandlers (engl. „Push-Pull Converter“), Halbbrückenwandlers (engl. „Half-Bridge Converter‟) oder Vollbrückenwandlers (engl. „Full-Bridge Converter“) ausgebildet ist. Solche DC/DC-Wandler können im kleinen Leistungsbereich betrieben werden und erfordern einen geringen Bauraum. Obwohl unterschiedliche galvanisch isolierende Topologien eines DC/DC-Wandlers zur Realisierung denkbar sind, kann im Sinne der Erfindung eine einfache und damit kostengünstige Ausprägung des DC/DC Wandlers, wie z. B. eines einfachen Sperrwandlers, bevorzugt werden.
Zudem kann die Erfindung bei einer Schützeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schalteinheit parallel zum ersten Hauptschalter und ggf. parallel zum zweiten Hauptschalter verschaltet ist, vorsehen, dass der DC/DC-Wandler derart ausgebildet ist, dass eine Eingangsspannung und eine Ausgangsspannung am DC/DC-Wandler übereinstimmen oder nicht mehr als um 10 % voneinander abweichen. Der DC/DC-Wandler kann somit mit wenig Abwärme betrieben werden und eine zuverlässige Aufladung des Zwischenkreis-Energiespeichers, ohne Risiko von Schwingkreisen, ermöglichen.
Wie oben bereits erwähnt, sieht die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt ein Verwenden einer Schützeinheit vor, die, wie oben beschrieben, ausgebildet sein kann, für ein Elektrofahrzeug zum (Trennen oder) Anschließen einer Hochvoltbatterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, an einen Elektromotor des Elektrofahrzeuges, vorzugsweise an einen Wechselrichter für den Elektromotor des Elektrofahrzeuges.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine elektrische Schaltung bereit, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, aufweisend: eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, vorzugsweise eine Traktionsbatterie, eine elektrisch betriebene Komponente, insbesondere einen Elektromotor des Elektrofahrzeuges, und eine Schützeinheit, die wie oben beschrieben, ausgebildet sein kann zum Anschließen der Batterie an die elektrisch betriebene Komponente, insbesondere an einen Elektromotor des Elektrofahrzeuges, vorzugsweise an einen Wechselrichter für den Elektromotor des Elektrofahrzeuges. Mithilfe der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schützeinheit beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
Im Rahmen der Erfindung kann bei einer elektrischen Schaltung zwischen der Schützeinheit und der elektrisch betriebenen Komponente ein Wechselrichter vorgesehen sein, der bspw. in Form einer DC/AC-Wandlers ausgebildet sein kann. Somit kann die Gleichspannung aus der Batterie in die Wechselspannung für den Elektromotor umgewandelt werden.
Ferner kann die Erfindung bei einer elektrischen Schaltung vorsehen, dass zwischen der Schützeinheit und der elektrisch betriebenen Komponente ein Zwischenkreis (bzw. Bypass) vorgesehen ist. Vorteilhafterweise kann der Zwischenkreis einen Energiespeicher aufweisen, der beim Zuschalten der Batterie mithilfe der Schützeinheit zunächst aufgeladen wird, um zu vermeiden, dass hohe Ströme nach dem Zuschalten der Batterie direkt in die elektrische Komponente fließen. Der Energiespeicher kann dabei als ein Zwischenspeicher dienen, der nahe am Wechselrichter liegt, um so Wechselspannung bzw. Wechselströme auf den Zuleitungen zur Traktionsbatterie zu reduzieren. Dies dient der Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit und Stabilisierung des Betriebs des Wechselrichters.
Dabei ist es denkbar, dass der Energiespeicher in Form eines Kondensators ausgebildet sein kann. Mithilfe eines Kondensators kann ein kostengünstiger und einfacher Zwischenspeicher bereitgestellt werden, um Wechselspannung bzw. Wechselströme auf den Zuleitungen zur Traktionsbatterie zu reduzieren.
Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass der Zwischenkreis optional mindestens eine Spule zusätzlich zum oder anstatt des Kondensators aufweisen kann. Mithilfe einer Spule kann ebenfalls elektrische Energie zwischengespeichert werden.
Ferner kann die Erfindung bei einer elektrischen Schaltung eine Hilfsbatterie vorsehen, die parallel zur Schalteinheit verschaltet ist. Die Hilfsbatterie (z. B. eine 12V/48V Batterie) kann über den DC/DC-Wandler den Zwischenkreis-Energiespeicher aufladen. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass der DC/DC-Wandler im Sinne der Erfindung durch einen bereits vorhandenen DC/DC-Wandler im elektrischen Bordnetz des Fahrzeuges realisiert werden kann, bspw. durch einen DC/DC-Wandler zur Versorgung eines 12V/48V-Bordnetzes aus der Hochvoltbatterie.
Grundsätzlich können die Ein- und Ausgangsgrößen des DC/DC-Wandlers im Sinne der Erfindung durch eine entsprechende Regelung auf einen Sollwert geregelt werden. Eine Möglichkeit der Vereinfachung der Schalteinheit und damit der Reduzierung der Kosten kann wie folgt erreicht werden. Durch die Kombination des vorhandenen Batterie-Management-Systems und der Schalteinheit im Sinne der Erfindung kann eine spezielle Regelung des DC/DC-Wandlers entfallen. Dafür kann die Schalteinheit, insbesondere der DC/DC-Wandler der Schalteinheit, gesteuert betrieben werden, wobei die Zeit, die zur Vorladung des Zwischenkreises benötigt wird, durch die Auslegung des DC/DC-Wandlers bestimmt wird. Während des Vorladevorganges überwacht das Batterie-Management-System die Zwischenkreisspannung und schaltet die Schalteinheit ab, sobald die Ausgangsspannung im Zwischenkreis mit spezifischer Genauigkeit der Eingangsspannung der Batterie gleicht. Somit ist lediglich ein gesteuerter DC/DC-Wandler notwendig.
Gemäß einem vierten Aspekt stellt die Erfindung ein Fahrzeug bereit, insbesondere ein Elektrofahrzeug, aufweisend eine elektrische Schaltung, die wie oben beschrieben, ausgebildet sein kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Mithilfe des erfindungsgemäßen Fahrzeuges werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung und/oder mit der erfindungsgemäßen Schützeinheit beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine beispielhafte Schützeinheit aus dem Stand der Technik,
2 eine Schützeinheit im Sinne der Erfindung,
3 eine Schützeinheit im Sinne der Erfindung.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
Die 1 zeigt eine bekannte Schützeinheit 10*, die meistens in elektrisch betriebenen Fahrzeugen für die Betriebssicherheit dient. Die bekannte Schützeinheit 10* wird dabei zwischen der Batterie 20 und dem Elektromotor M, insbesondere dem Wechselrichter 30 vor dem Elektromotor M verschaltet. Die bekannte Schützeinheit 10* bildet mit der Batterie 20 und dem Elektromotor M eine bekannte elektrische Schaltung 100*.
Die bekannte Schützeinheit 10* weist zumeist zwei Hauptschalter S1, S2 auf, welche zur galvanischen Trennung der Batterie 20 und des Elektromotors M vorgesehen sind. Mithilfe der Hauptschalter S1, S2 werden der Plus-Pol und der Minus-Pol der Batterie jeweils dem Elektromotor M zugeschaltet oder von dem Elektromotor M abgeschaltet.
Wie die 1 zeigt, umfasst der Wechselrichter 30 in der Regel einen Energiespeicher 31. Der Energiespeicher 31 ist in dem sogenannten Zwischenkreis angeordnet. Ein solcher Energiespeicher 31 ist in der Regel als Kondensator ausgebildet, der parallel zu der Batterie 20 geschaltet ist.
Beim Schließen der Hauptschalter S1, S2 fließt ein hoher Strom. Um zu hohe Ströme und ggf. die Ausbildung eines Schwingkreises zu verhindern, wird zumeist ein weiterer Schalter S3, der mit einem Widerstand R in Reihe geschaltet ist, zu einem der Hauptschalter S1, S2 parallelgeschaltet. Dieser Widerstand R weist allerdings ein erhebliches Gewicht auf, erfordert einen großen Bauraum und erzeugt darüber hinaus ungewünschte Abwärme.
Die 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße Schützeinheit 10, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder eine andere elektrische betriebene Vorrichtung, zum (gemeint ist galvanischen) (Trennen oder) Anschließen einer Batterie 20, insbesondere einer Hochvoltbatterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie, an eine elektrisch betriebene Komponente, insbesondere an einen Elektromotor M des Elektrofahrzeuges, vorzugsweise an einen Wechselrichter 30 für den Elektromotor M des Elektrofahrzeuges. Unter einer Hochvoltbatterie kann eine Batterie mit einer Ausgangsspannung von 400 Volt bis 1000 Volt verstanden werden.
Die erfindungsgemäße Schützeinheit 10 weist dabei folgende Komponenten auf: einen ersten Hauptschalter S1 zum galvanischen Trennen oder Verbinden eines Pols (bspw. eines Plus-Pols) der Batterie 20 und eines Pols (bspw. eines Minus-Pols) der elektrisch betriebenen Komponente, einen optionalen zweiten Hauptschalter S2 zum galvanischen Trennen oder Verbinden eines anderen Pols (bspw. eines Minus-Pols) der Batterie 20 und eines Pols (bspw. eines Plus-Pols) der elektrisch betriebenen Komponente, und eine Schalteinheit S3 (kann auch als eine Vorladeschalteinheit bezeichnet werden) zum Überbrücken des ersten Hauptschalters S1 und ggf. des optionalen zweiten Hauptschalters S2 (bspw. parallel zum ersten Hauptschalter S1 oder parallel zu den beiden Hauptschaltern S1, S2 (vgl. die 2) oder parallel zum Teilstromkreis mit der Batterie 20, wobei nur der erste Hauptschalter S1 oder beide Hauptschalter S1, S2 durch die Schalteinheit S3 überbrückt werden können (vgl. die 3)).
Erfindungsgemäß weist die Schalteinheit S3 einen, insbesondere nur einen oder sogar ausschließlich (ohne weitere Komponenten) einen, DC/DC-Wandler (kann auch als ein Gleichspannungswandler bezeichnet werden) auf.
Die erfindungsgemäße Schützeinheit 10 bildet mit der Batterie 20 und dem Elektromotor M eine erfindungsgemäße elektrische Schaltung 100.
Wie es aus den 2 und 3 ersichtlich ist, kann der weitere Schalter S3 und der Widerstand R aus der 1 durch den DC/DC-Wandler ersetzen werden.
Im Falle der 2 kann ein DC/DC-Wandler verwendet werden, bei dem die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung im Wesentlichen übereinstimmen.
Durch den DC/DC-Wandler können Schwingungen der Spannung und des Stroms im Zwischenkreis vor der elektrisch betriebenen Komponente, insbesondere von dem Wechselrichter 30, während des Ladevorgangs eines Energiespeichers 31 beinahe verhindert werden.
Zudem kann mithilfe des DC/DC-Wandlers die Energie des Zwischenkreises beim Ausschalten der elektrischen betriebenen Komponente wieder in die Batterie 20 überführt werden.
Wie es in der 3 gezeigt ist, kann über den DC/DC-Wandler eine im Fahrzeug vorhandene Hilfsbatterie 40 (z. B. eine 12V/48V Batterie) zur Speisung des Zwischenkreis-Energiespeichers 31 verwendet werden. Der DC/DC-Wandler kann dabei die Spannung von 12V/48V auf ung. 400V bis 1000V wandeln.
Die Schützeinheit 10 im Sinne der Erfindung kann vorteilhafterweise überall dort verwendet werden, wo mithilfe einer Batterie 20 ein leistungsfähiger Antrieb über einen Wechselrichter betrieben wird, wie bei einem Elektrofahrzeug, Flugzeug, Zug, Straßenbahn usw.
Somit kann mithilfe der Erfindung eine Schützeinheit 10 bereitgestellt werden, die einfach aufgebaut ist, die ein verringertes Gewicht aufweist, die wenig Bauraum erfordert, die nahezu keine Abwärme produziert, die zuverlässig die Ausbildung von ungewollten Schwingkreisen im Zwischenkreis vermeidet, die zuverlässig betrieben werden kann und die eine erhöhte Sicherheit bei dem Betreiben der elektrisch betriebenen Komponente ermöglicht.
Wie es die 2 und 3 andeuten, stellt ein Fahrzeug 1 mit einer entsprechenden elektrischen Schaltung 100 ebenfalls einen erfindungsgemäßen Aspekt dar.
Wie es die 2 zeigt, kann die Schalteinheit S3 parallel zum ersten Hauptschalter S1 und ggf. parallel zum zweiten Hauptschalter S2 (wenn vorhanden) verschaltet sein. Auf diese Weise kann eine einfache Schützeinheit S3 bereitgestellt werden, mit der sogar bekannte Schützeinheiten 10* aufgerüstet werden können.
Wie es die 3 zeigt, kann die Schalteinheit S3 parallel zu einer Hilfsbatterie 40 und parallel zur elektrisch betriebenen Komponente verschaltet sein. Die Schalteinheit S3 kann somit eine Art Bypass in einem Stromkreis zwischen der Hilfsbatterie 40 (und auch der Batterie 20) und der elektrisch betriebenen Komponente bilden. Wenn der zweite Hauptschalter S2 vorhanden ist, kann die Schalteinheit S3 bspw. beide Hauptschalter S1, S2 überbrücken. Wenn der zweite Hauptschalter S2 vorhanden ist, kann eine Maßnahme zur Erhöhung der Sicherheit im Falle eines Defekts der Schalteinheit S3 jedoch sein, dass die Schalteinheit S3 nur einen von den beiden Hauptschaltern S1, S2 überbrückt. Somit kann die Vorladung des Zwischenkreises nur möglich sein, wenn der Hauptschalter S1, S2 geschlossen wird, der durch die Schalteinheit S3 nicht überbrückt ist. Im Falle eines Defekts kann der Stromkreis der Schalteinheit S3 auf der Hochvoltseite unterbrochen werden.
Durch die in der 3 gezeigte Verschaltung kann über den DC/DC-Wandler eine im Fahrzeug 1 vorhandene Hilfsbatterie 40 (z. B. eine 12V/48V Batterie) zur Speisung des Zwischenkreis-Energiespeichers 31 verwendet werden.
Gemäß der Erfindung sowie den 2 und 3, kann der DC/DC-Wandler bspw. in Form eines Sperrwandlers (engl. „Fly-Back Converter“), Eintaktflusswandlers (engl. Forward Converter), Gegentaktflusswandlers (engl. „Push-Pull Converter“), Halbbrückenwandlers (engl. „Half-Bridge Converter‟) oder Vollbrückenwandlers (engl. „Full-Bridge Converter“) ausgebildet sein.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung 100 kann zwischen der Schützeinheit 10 und der elektrisch betriebenen Komponente ein Wechselrichter 30 vorgesehen sein, der bspw. in Form einer DC/AC-Wandlers ausgebildet sein kann.
Weiterhin ist es denkbar, dass zwischen der Schützeinheit 10 und der elektrisch betriebenen Komponente ein Zwischenkreis vorgesehen sein kann.
Wie die 2 und 3 beispielhaft zeigen kann der Zwischenkreis einen Energiespeicher 31 aufweisen, der in Form eines Kondensators ausgebildet sein kann.
Weiterhin ist es im Sinne der Erfindung sowie der 2 und 3 denkbar, dass der Zwischenkreis optional mindestens eine Spule aufweisen kann.
Ferner zeigt die 3, dass bei einer elektrischen Schaltung 100 im Sinne der Erfindung eine Hilfsbatterie 40 vorgesehen sein kann, die parallel zur Schalteinheit S3 verschaltet sein kann. Die Vorteile der Hilfsbatterie 40 und der Schaltung gemäß der 3 wurden oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Schützeinheit 10 bereits beschrieben.
In der 3 ist gezeigt, dass die Hilfsbatterie 40 parallel zur Schalteinheit S3 geschaltet ist, die wiederum parallel zur Batterie 20 geschaltet ist. Wenn der zweite Hauptschalter S2 vorhanden ist, können beide Hauptschalter S1, S2 oder nur einer von den beiden Hauptschaltern S1, S2 im Sinne der Erfindung durch die Schalteinheit 10 überbrückt werden.
Wohingegen gemäß der 2 beide Hauptschalter S1, S2 im Sinne der Erfindung durch die Schalteinheit 10 überbrückt werden, wenn der zweite Hauptschalter S2 vorhanden ist.
Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Hilfsbatterie 40 parallel zur Schalteinheit S3 geschaltet sein kann, wie dies in der 3 gezeigt ist, die Schalteinheit S3 jedoch parallel zu einem der Hauptschalter S1, S2 geschaltet werden kann, wie dies in der 2 gezeigt ist.
Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Schützeinheit
10*: bekannte Schützeinheit
20: Batterie
30: Wechselrichter
31: Energiespeicher
40: Hilfsbatterie
M: Antrieb
R: Widerstand
S1: erster Hauptschalter
S2: zweiter Hauptschalter
S3: Schalteinheit
100: elektrische Schaltung
100*: bekannte elektrische Schaltung
1: Fahrzeug

Claims

Schützeinheit (10) zum Anschließen einer Batterie (20) an eine elektrisch betriebene Komponente, aufweisend: einen ersten Hauptschalter (S1) zum galvanischen Trennen oder Verbinden eines Pols der Batterie (10) und der elektrisch betriebenen Komponente (30), und eine Schalteinheit (S3) zum Überbrücken des ersten Hauptschalters (S1), dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (S3) einen DC/DC-Wandler aufweist.
Schützeinheit (10) nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (S3) parallel zum ersten Hauptschalter (S1) verschaltet ist.
Schützeinheit (10) nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Hauptschalter (S2) zum galvanischen Trennen oder Verbinden eines anderen Pols der Batterie (10) und der elektrisch betriebenen Komponente (30) vorgesehen ist.
Schützeinheit (10) nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (S3) parallel zum ersten Hauptschalter (S1) und parallel zum zweiten Hauptschalter (S2) verschaltet ist.
Schützeinheit (10) nach dem Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (S3) parallel zu einer Hilfsbatterie (40) und parallel zur elektrisch betriebenen Komponente verschaltet ist.
Schützeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler in Form eines Sperrwandlers, Eintaktflusswandlers, Gegentaktflusswandlers, Halbbrückenwandlers oder Vollbrückenwandlers ausgebildet ist.
Schützeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler derart ausgebildet ist, dass eine Eingangsspannung und eine Ausgangsspannung am DC/DC-Wandler übereinstimmen oder nicht mehr als um 10% voneinander abweichen.
Verwenden einer Schützeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Elektrofahrzeug zum Anschließen einer Hochvoltbatterie an einen Elektromotor (M) des Elektrofahrzeuges.
Elektrische Schaltung (100), aufweisend: eine Batterie (20), eine elektrisch betriebene Komponente, und eine Schützeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Anschließen der Batterie (20) an die elektrisch betriebene Komponente.
Elektrische Schaltung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schützeinheit (10) und der elektrisch betriebenen Komponente ein Wechselrichter (30) vorgesehen ist.
Elektrische Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schützeinheit (10) und der elektrisch betriebenen Komponente ein Zwischenkreis vorgesehen ist.
Elektrische Schaltung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis einen Energiespeicher (31) aufweist.
Elektrische Schaltung (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (31) in Form eines Kondensators ausgebildet ist.
Elektrische Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsbatterie (40) vorgesehen ist, die parallel zur Schalteinheit (S3) verschaltet ist.
Fahrzeug (1), aufweisend eine elektrische Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14.