DE102021202531A1

DE102021202531A1 - Batterietrennschalter, Verfahren zum Betreiben eines Batterietrennschalters und Herstellungsverfahren für einen Batterietrennschalter

Info

Publication number: DE102021202531A1
Application number: DE102021202531.5A
Authority: DE
Inventors: Joachim Oehl; Andreas Gleiter; Sven Landa
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2022-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Batterietrennschalter (10) mit einem ersten Kontaktanschluss (12a) und einem zweiten Kontaktanschluss (12b), mindestens einem sich von dem ersten Kontaktanschluss (12a) zu dem zweiten Kontaktanschluss (12b) durch den Batterietrennschalter (10) erstreckenden Strompfad (18) mit mindestens einem darin vorliegenden Halbleiterschalter (20a, 20b), welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, und mindestens einem Speichereinheit-Kontaktanschluss (22a, 22b), so dass mindestens eine Energiespeichereinheit (24) mittels eines Stroms einer mit ihrem Pluspol (14a) an dem ersten Kontaktanschluss (12a) und mit ihrem Minuspol (14b) an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) elektrisch angeschlossenen Stromquelle (16) aufladbar ist, wobei eine Steuereinrichtung (28) dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, zu ermitteln, ob eine Linkspannung (Ulink) als Potentialdifferenz zwischen einem an dem ersten Kontaktanschluss (12a) anliegenden ersten Potential minus einem an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) anliegenden zweiten Potential kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, und, gegebenenfalls, den mindestens einen Halbleiterschalter (20a, 20b) in dem mindestens einen Strompfad (18) aktiv zuzuschalten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Batterietrennschalter. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Batterietrennschalters. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Batterietrennschalter.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der DE 10 2004 020 176 A1 , sind Ladevorrichtungen bekannt. Mittels einer derartigen Ladevorrichtung ist mindestens eine Energiespeichereinheit derart an einer Stromquelle elektrisch anbindbar, dass die mindestens eine Energiespeichereinheit mittels eines von der jeweiligen Stromquelle bereitgestellten Stroms aufladbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft einen Batterietrennschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Batterietrennschalters mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Herstellungsverfahren für einen Batterietrennschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft Batterietrennschalter, bei welchen eine bei einem elektrischen Anschließen der Kontaktanschlüsse des jeweiligen erfindungsgemäßen Batterietrennschalters an die falschen Pole einer eingesetzten Stromquelle/Spannungsquelle oder eines eingesetzten Ladegeräts auftretende Verlustleistung gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert ist. Auf diese Weise ist bei dem erfindungsgemäßen Batterietrennschalter ein Risiko einer Beschädigung des jeweiligen Batterietrennschalters, insbesondere einer Beschädigung seines mindestens einen Halbleiterschalters, vorteilhaft verringert. Des Weiteren wird die über den jeweiligen Batterietrennschalter angeschlossene Energiespeichereinheit geschützt. Die vorliegende Erfindung schafft somit Batterietrennschalter mit einem verbesserten Sicherheitsstandard gegenüber dem Stand der Technik bei verpolt angeschlossenen Stromquellen/Spannungsquellen oder Ladegeräten.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Batterietrennschalters ist der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss über mindestens einen weiteren Halbleiterschalter, welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, an dem mindestens einen Strompfad angebunden, wobei die Steuereinrichtung derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass auch dann, wenn ermittelt ist, dass die Linkspannung kleiner als der vorgegebene Schwellwert ist, der mindestens eine weitere Halbleiterschalter in seinen ausgeschalteten Zustand geschaltet oder gehalten ist. Die hier beschriebene Ausführungsform des Batterietrennschalters schaltet somit bei einer Linkspannung kleiner als dem vorgegebenen Schwellwert nur spezifisch den mindestens einen in dem mindestens einen Strompfad angeordneten Halbleiterschalter zu, welcher andernfalls zur Steigerung der Verlustleistung beitragen würde. Damit trägt die hier beschriebene Ausführungsform des Batterietrennschalters zur Reduzierung der auftretenden Verlustleistung bei und vermeidet gleichzeitig ein unerwünschtes Zuschalten des mindestens einen weiteren Halbleiterschalters, wodurch dessen Verbleib in seinem ausgeschalteten Zustand sichergestellt ist/bleibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Batterietrennschalters umfasst die Steuereinrichtung einen Komparator, an dessen nicht-invertierenden Eingang eine dem vorgegebenen Schwellwert entsprechende Referenzspannung anliegt und an dessen invertierenden Eingang die Linkspannung oder eine aus der Linkspannung abgeleitete Vergleichsspannung anliegt, und welcher, sofern die an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegende Referenzspannung größer als die an seinem invertierenden Eingang anliegende Linkspannung oder Vergleichsspannung ist, an seinem Ausgang eine Ausgangsspannung ausgibt, mittels welcher der mindestens eine Halbleiterschalter in dem mindestens einen Strompfad aktiv zuschaltbar ist. Da der hier beschriebene Komparator vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist und relativ wenig Bauraum benötigt, erleichtert die hier beschriebene Ausführungsform eine Miniaturisierung von Batterietrennschaltern und trägt zur Reduzierung von deren Herstellungskosten bei.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Steuereinrichtung noch einen Spannungsteiler umfassen, welcher aus der Linkspannung die Vergleichsspannung ableitet. Durch das Ableiten der Vergleichsspannung aus der Linkspannung mittels des Spannungsteilers ist sicherstellbar, dass kein zu hoher Spannungswert an dem invertierenden Eingang des Komparators anliegt. Dies trägt zur Steigerung einer Lebensdauer des Komparators, und damit auch zur Verlängerung einer Lebensdauer des damit ausgestatteten Batterietrennschalters bei.
Beispielsweise kann der mindestens eine in dem mindestens einen Strompfad angeordnete Halbleiterschalter, welcher jeweils die Inversdiode aufweist, ein MOSFET sein. Die hier beschriebene Erfindung kann somit für Batterietrennschaltertypen verwendet werden, welche diesen häufig eingesetzten Halbleiterschaltertyp verwenden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass unter dem mindestens einen in dem mindestens einen Strompfad angeordneten Halbleiterschalter auch ein anderer Halbleiterschaltertyp verstanden werden kann.
Die vorausgehenden Vorteile sind auch gewährleistet bei einem Ausführen eines entsprechenden Verfahrens zum Betreiben eines Batterietrennschalters. Das Verfahren zum Betreiben eines Batterietrennschalters kann gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des Batterietrennschalters weitergebildet werden.
Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für einen Batterietrennschalter die oben beschriebenen Vorteile. Auch das Herstellungsverfahren kann gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des Batterietrennschalters weitergebildet werden.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1a und 1b schematische Darstellungen einer Ausführungsform des Batterietrennschalters;
2 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Batterietrennschalters; und
3 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen Batterietrennschalter.

Ausführungsformen der Erfindung
1a und 1b zeigen schematische Darstellungen einer Ausführungsform des Batterietrennschalters.
Der in 1a schematisch dargestellte Batterietrennschalter 10 hat einen ersten Kontaktanschluss 12a und einen zweiten Kontaktanschluss 12b, von denen einer an einem Pluspol 14a einer Stromquelle/Spannungsquelle oder eines Ladegeräts 16 und ein anderer an einem Minuspol 14b der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 elektrisch anschließbar sind. Die Kontaktanschlüsse 12a und 12b des Batterietrennschalters 10 können beispielsweise je ein Steckerverbindungsteil sein, wobei eines der Steckerverbindungsteile an dem Pluspol 14a der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 und gleichzeitig das andere der Steckerverbindungsteile an dem Minuspol 14b der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 feststeckbar sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildung der Kontaktanschlüsse 12a und 12b des Batterietrennschalters 10 als je ein Steckerverbindungsteil nur optional ist. Unter den Kontaktanschlüssen 12a und12b des Batterietrennschalters 10 kann beispielsweise auch je eine Kontaktbuchse, an welcher je ein Steckerverbindungsteil feststeckbar ist, verstanden werden.
Eine Verwendbarkeit des Batterietrennschalters 10 ist auf keinen speziellen Stromquellentyp der in 1a schematisch wiedergegebenen Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 beschränkt. Beispielsweise können der Pluspol 14a und der Minuspol 14b der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 mit einer großen Designfreiheit ausgebildet sein. So können der Pluspol 14a und der Minuspol 14b nicht nur als je ein Steckerverbindungsteil oder je eine Kontaktbuchse ausgebildet sein. Im Weiteren wird unter dem Pluspol 14a der Pol der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 verstanden, dessen Potential verglichen mit einem an dem Minuspol 14b anliegenden Potential größer ist.
Der Batterietrennschalter 10 ist mit mindestens einem sich von dem ersten Kontaktanschluss 12a zu dem zweiten Kontaktanschluss 12b durch den Batterietrennschalter 10 erstreckenden Strompfad 18 ausgebildet. Die bildliche Wiedergabe von nur dem einen Strompfad 18 in 1a ist nur beispielhaft zu interpretieren. In dem mindestens einen Strompfad 18 liegt jeweils mindestens ein Halbleiterschalter 20a und 20b, welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, vor. Unter der jeweiligen Inversdiode kann auch eine Body-Diode verstanden werden. Wie in 1a bildlich dargestellt ist, kann der mindestens eine in dem mindestens einen Strompfad 18 angeordnete Halbleiterschalter 20a und 20b, welcher jeweils die Inversdiode aufweist, beispielsweise je ein MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 20a und 20b sein. Bei einem n-Kanal-MOSFETs wird sein p-n-Übergang als Inversdiode oder Body-Diode bezeichnet. Es wird jedoch auch darauf hingewiesen, dass der einzige in dem Strompfad 18 angeordnete Halbleiterschalter oder mindestens einer der in dem mindestens einen Strompfad 18 angeordneten Halbleiterschalter 20a und 20b auch von einem anderen Halbleiterschaltertyp sein kann.
Der Batterietrennschalter 10 weist auch mindestens einen Speichereinheit-Kontaktanschluss 22a und 22b auf, welcher an dem mindestens einen Strompfad 18 elektrisch angebunden ist. Mindestens ein Gegenanschluss mindestens einer Energiespeichereinheit 24 ist elektrisch an dem mindestens einen Speichereinheit-Kontaktanschluss 22a und 22b anschließbar oder angeschlossen. Somit kann die mindestens eine Energiespeichereinheit 24 wahlweise je eine an dem Batterietrennschalter 10 übergangsweise elektrisch angeschlossene Energiespeichereinheit 24 oder je eine an dem Batterietrennschalter 10 fest angeschlossene Energiespeichereinheit 24 sein. Meistens ist die Energiespeichereinheit 24 „fest“ an/in dem Batterietrennschalter 10 verbaut. Alternativ kann der Batterietrennschalter 10 mit einer Einsetzöffnung für die mindestens eine Energiespeichereinheit 24 ausgebildet sein, in welcher die mindestens eine Energiespeichereinheit 24 für eine Aufladezeit befestigbar und anschließend dem Batterietrennschalter 10 entnehmbar ist. Die mindestens eine Energiespeichereinheit 24 kann insbesondere je eine (wiederaufladbare) Batterie 24, welche aus mehreren parallel und/oder seriellen Zellen bestehen kann, sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der hier beschriebene Batterietrennschalter 10 auf keinen speziellen elektrischen Speichertyp für die mindestens eine Energiespeichereinheit 24 beschränkt ist.
Während bei einem „elektrischen Anschluss“ eines Kontaktanschlusses 12a oder 12b an dem Pluspol 14a der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 und des anderen Kontaktanschlusses 12a oder 12b an dem Minuspol 14b der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 der jeweilige Kontaktanschluss 12a oder 12b in der Regel auch in einem mechanischen Kontakt mit dem jeweiligen Pol 14a oder 14b vorliegt, ist dies bei einem „elektrischen Anschluss“ des mindestens einen Gegenanschlusses der mindestens einen Energiespeichereinheit 24 an den mindestens einen Speichereinheit-Kontaktanschluss 22a und 22b optional.
Der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss 22a und 22b ist derart an dem mindestens einen Strompfad 18 elektrisch angebunden und so an der mindestens einen Energiespeichereinheit 24 elektrisch anschließbar/angeschlossen, dass die mindestens eine Energiespeichereinheit 24 mittels eines Stroms der mit ihrem Pluspol 14a an dem ersten Kontaktanschluss 12a und mit ihrem Minuspol 14b an dem zweiten Kontaktanschluss 12b elektrisch angeschlossenen Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 aufladbar ist/aufgeladen wird. Um den Ladevorgang zu beginnen, ist bei dem Batterietrennschalter 10 der 1a und 1b zumindest der Halbleiterschalter 20a einzuschalten. Man kann dies auch damit umschreiben, dass, wenn der erste Kontaktanschluss 12a an dem Pluspol 14a und der zweite Kontaktanschluss 12b an dem Minuspol 14b elektrisch angeschlossen sind, eine zwischen dem Pluspol 14a und dem Minuspol 14b anliegende Ladespannung U_charge der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 das Aufladen der mindestens einen Energiespeichereinheit 24 bewirken kann. Der erste Kontaktanschluss 12a kann deshalb auch als „Pluspol“ des Batterietrennschalters 10 bezeichnet werden, obwohl er ebenso an dem Minuspol 14b der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 elektrisch anschließbar ist. Entsprechend kann der zweite Kontaktanschluss 12b als „Minuspol“ des Batterietrennschalters 10 bezeichnet werden, obwohl er auch an dem Pluspol 14a der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 elektrisch anschließbar ist.
Wenn der erste Kontaktanschluss 12a an dem Minuspol 14b und gleichzeitig der zweite Kontaktanschluss 12b an dem Pluspol 14a elektrisch angeschlossen sind, kann trotz eines Vorliegens des mindestens einen Halbleiterschalters 20a und 20b in dem mindestens einen Strompfad 18 in seinem ausgeschalteten Zustand noch ein Strom 26 über die mindestens eine Inversdiode des mindestens einen Halbleiterschalters 20a und 20b fließen. (Im Allgemeinen liegt der mindestens eine in dem mindestens einen Strompfad 18 angeordnete Halbleiterschalter 20a und 20b in seinem ausgeschalteten Zustand vor.) Somit tritt bei einem elektrischen Anschluss des ersten Kontaktanschlusses 12a an dem Minuspol 14b und gleichzeitig des zweiten Kontaktanschlusses 12b an dem Pluspol 14a eine Verlustleistung P_loss an der mindestens einen Inversdiode des mindestens einen Halbleiterschalters 20a und 20b auf, ohne dass eine Aufladung der mindestens einen Energiespeichereinheit 24 bewirkt wird. Im Allgemeinen ist die an einer Inversdiode auftretende Verlustleistung nach Gleichung (Gl. 1) definiert mit: $P_{loss} = \sum (U_{ID}) \cdot I_{26},$
wobei Σ(U_ID) eine Summe über je eine an der jeweiligen Inversdiode des mindestens einen in dem mindestens einen Strompfad 18 angeordneten Halbleiterschalters 20a und 20b anliegende Diodenspannung U_ID und I₂₆ eine Stromstärke des Stromes 26 sind.
Eine zwischen dem ersten Kontaktanschluss 12a und dem zweiten Kontaktanschluss 12b anliegende Linkspannung U_link ergibt sich aus der Summe Σ(U_ID) über je die Diodenspannung U_ID der jeweiligen Inversdiode des mindestens einen Halbleiterschalters 20a und 20b. Unter der Linkspannung U_link ist eine Potentialdifferenz zwischen einem an dem ersten Kontaktanschluss 12a anliegenden ersten Potential minus einem an dem zweiten Kontaktanschluss 12b anliegenden zweiten Potential zu verstehen. Wenn der erste Kontaktanschluss 12a an dem Minuspol 14b und der zweite Kontaktanschluss 12b an dem Pluspol 14a elektrisch angebunden sind, ist (da das Potential des Pluspols 14a größer ist als das an dem Minuspol 14b anliegende Potential) die Linkspannung U_link kleiner Null. In dem Beispiel der 1a ergibt sich die Linkspannung U_link mit etwa - 2 . 0,7V = -1,4V (Volt).
Der Batterietrennschalter 10 umfasst deshalb eine Steuereinrichtung 28, mittels welcher die Verlustleistung P_loss schnell und zuverlässig so stark reduziert werden kann, dass keine Beschädigung des mindestens einen Halbleiterschalters 20a oder 20b, bzw. einer anderen Komponente des Batterietrennschalters 10, aufgrund der anfallenden Verlustleistung P_loss befürchtet werden muss. Die Steuereinrichtung 28 ist dazu ausgelegt und/oder programmiert, zu ermitteln, ob die Linkspannung U_link kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist. Der Schwellwert kann beispielsweise (nahezu) gleich Null sein. Somit kann die Steuereinrichtung 28 anhand des Vergleichs der Linkspannung U_link mit dem vorgegebenen Schwellwert verlässlich erkennen, ob die Kontaktanschlüsse 12a und 12b „falsch herum“ an den Polen 14a und 14b der Stromquelle/Spannungsquelle oder des Ladegeräts 16 elektrisch angeschlossen sind.
Außerdem ist die Steuereinrichtung 28 zusätzlich dazu ausgelegt und/oder programmiert, sofern sie ermittelt, dass die Linkspannung U_link kleiner als der vorgegebene Schwellwert ist, den mindestens einen Halbleiterschalter 20a und 20b in dem mindestens einen Strompfad 18 aktiv zuzuschalten. Das aktive Zuschalten des mindestens einen Halbleiterschalters 20a und 20b in den mindestens einen Strompfad 18 reduziert die an den jeweiligen Halbleiterschalter 20a und 20b anfallende Verlustleistung P_loss, und senkt damit auch ein herkömmliches Sicherheitsrisiko für eine Beschädigung des jeweiligen Halbleiterschalters 20a und 20b durch die Verlustleistung P_loss. Der in 1a schematisch dargestellte Batterietrennschalter 10 kann darum den auch als „falscher Ladestrom“ bezeichenbaren Strom 26 besser ohne eine Beschädigung widerstehen. Eine herkömmliche Sicherheitsgefahr für Batterietrennschalter des Stands der Technik ist damit bei dem Batterietrennschalter 10 behoben.
Bei einer Nutzung der Steuereinrichtung 28 entfällt auch die herkömmliche Notwendigkeit, zuerst das Auftreten eines Kurzschlusses an der mindestens einen Energiespeichereinheit 24 „abzuwarten“, um erst dann anhand des Kurzschlusses die „falsche Verpolung“ des Batterietrennschalters des Stands der Technik zu erkennen. Stattdessen kann bereits durch Erkennen der Linkspannung U_link kleiner als dem vorgegebenen Schwellwert die „falsche Verpolung“ des Batterietrennschalters 10 erkannt und durch aktives Zuschalten des mindestens einen Halbleiterschalters 20a und 20b in dem mindestens einen Strompfad 18 vorteilhaft darauf reagiert werden.
Wie in 1a dargestellt ist, kann der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss 22a und 22b über mindestens einen weiteren Halbleiterschalter 30, welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, an dem mindestens einen Strompfad 18 angebunden sein. Auch in diesem Fall kann die jeweilige Unter der jeweiligen Inversdiode auch als Body-Diode bezeichnet werden. Bevorzugter Weise ist in diesem Fall die Steuereinrichtung 28 zusätzlich dazu ausgelegt und/oder programmiert, auch dann, wenn ermittelt ist, dass die Linkspannung U_link kleiner als der vorgegebene Schwellwert ist, den mindestens einen weiteren Halbleiterschalter 30 in seinem ausgeschalteten Zustand zu schalten oder zu halten. Damit ist/bleibt sichergestellt, dass der mindestens eine weitere Halbleiterschalter 30 ausgeschalten wird/bleibt. Wäre bei dem Batterietrennschalter 10 der 1a und 1b der weitere Halbleiterschalter 30 nicht ausgeschaltet trotz eines Vorliegens des Halbleiterschalters 20b in seinem offenen Zustand, so könnte dies zu einem Kurzschluss der mindestens einen Energiespeichereinheit 24 führen. Außerdem bilden bei dem Batterietrennschalter 10 der 1a und 1b die Halbleiterschalter 20a und 30 gemeinsam einen „bidirektionalen Batterietrennschalter“. Aufgrund des Halbleiterschalters 20b wird der „bidirektionale Batterietrennschalter“ bei verpolt angeschlossener/m Stromquelle/Spannungsquelle/Ladegerät 16 geschützt durch eine zu sperrende Spannung an dem Halbleiterschalter 30, was zu einem Durchlegieren des Halbleiterschalters 30 führen kann.
1b gibt einen Schaltplan einer beispielhaften Steuereinrichtung 28 wieder. Vorteilhafterweise weist die Steuereinrichtung 28 einen Komparator 32 auf. An einem nicht-invertierenden Eingang des Komparators 32 liegt eine dem vorgegebenen Schwellwert entsprechende Referenzspannung Uref an. Beispielsweise kann die Referenzspannung Uref gleich Null sein, indem der nicht-invertierende Eingang des Komparators 32 an einer Erdung GND des Batterietrennschalters 10 angebunden ist. Alternativ kann die Referenzspannung Uref auch einen von Null abweichenden Spannungswert haben. An einem invertierenden Eingang des Komparators 32 liegt die Linkspannung U_link oder eine aus der Linkspannung U_link abgeleitete Vergleichsspannung U_compare an. Sofern die an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegende Referenzspannung Uref größer als die an seinem invertierenden Eingang anliegende Linkspannung U_link oder Vergleichsspannung U_compare ist, gibt der Komparator 32 an seinem Ausgang eine Ausgangsspannung Uout aus, mittels welcher der mindestens eine Halbleiterschalter 20a und 20b in dem mindestens einen Strompfad 18 aktiv zuschaltbar ist/zugeschalten wird. Die Ausgangsspannung Uout kann somit vorteilhafterweise gleich als Schaltsignal für den mindestens einen Halbleiterschalter 20a und 20b in dem mindestens einen Strompfad 18 verwendet werden. Dies ist leicht realisierbar, indem der mindestens eine in dem mindestens einen Strompfad 18 angeordnete Halbleiterschalter 20a und 20b elektrisch an den Ausgang des Komparators 32 angebunden wird. Sofern der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss 22a und 22b über mindestens einen weiteren Halbleiterschalter 30 mit Inversdiode an dem mindestens einen Strompfad 18 angebunden ist, ist dieser mindestens eine weitere Halbleiterschalter 30 vorzugsweise nicht an dem Ausgang des Komparators 32 angebunden, sodass eine Ausgabe der Ausgangsspannung Uout an den mindestens einen weiteren Halbleiterschalter 30 verhindert ist. Optionaler Weise kann der nicht-invertierende Eingang des Komparators 32 mit dem Ausgang des Komparators 32 über eine Hystereseschleife 34 mit einem darin angeordneten Widerstand 36 verbunden sein.
Als vorteilhafte Weiterbildung umfasst die Steuereinrichtung 28 der 1b noch einen Spannungsteiler 38, welcher aus der Linkspannung U_link die Vergleichsspannung U_compare ableitet. Mittels des Spannungsteilers 38 kann sichergestellt werden, dass selbst bei einem vergleichsweise hohen Betrag der Linkspannung U_link der Betrag der an dem invertierenden Eingang des Komparators 32 bereitgestellten Vergleichsspannung U_compare deutlich niedriger ist. Ein erster Spannungsabgreifkontakt 40a des Spannungsteilers 38 liegt auf dem ersten Potential des ersten Kontaktanschlusses 12a, während ein zweiter Spannungsabgreifkontakt 40b des Spannungsteilers 38 auf dem zweiten Potential des zweiten Kontaktanschlusses 12b liegt. Mittels einer Diode 42 des Spannungsteilers 38, welche derart ausgerichtet ist, dass sie einen Stromfluss von dem zweiten Spannungsabgreifkontakt 40b zu dem ersten Spannungsabgreifkontakt 40a sperrt, kann sichergestellt werden, dass die bei einem elektrischen Anschluss des ersten Kontaktanschlusses 12a an dem Minuspol 14b und gleichzeitig des zweiten Kontaktanschlusses 12b an dem Pluspol 14a auftretende positiv Linkspannung U_link nicht zu einer Einleitung einer vergleichsweise hohen Vergleichsspannung U_compare in den Komparator 32 führt. (Stattdessen ist die Vergleichsspannung U_compare bei einem elektrischen Anschluss des ersten Kontaktanschlusses 12a an dem Minuspol 14b und gleichzeitig des zweiten Kontaktanschlusses 12b an dem Pluspol 14a gleich Null, und damit gleich der Referenzspannung Uref.) Mittels eines seriell an der Diode 42 angebundenen ersten Widerstands 44 des Spannungsteilers 38 und eines parallel an der Diode 42 angebundenen ersten Widerstands des Spannungsteilers 38 zweiten Widerstands 46 kann außerdem das Verhältnis zwischen der Linkspannung U_link und der Vergleichsspannung U_compare festgelegt werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Batterietrennschalters.
Eine Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Verfahrens ist auf keinen speziellen Batterietrennschaltertyp beschränkt. Stattdessen kann das Verfahren mit (nahezu) jedem Batterietrennschaltertyp ausgeführt werden, welcher mit einem ersten Kontaktanschluss und einem zweiten Kontaktanschluss, von denen einer an einem Pluspol einer Stromquelle und der andere an einem Minuspol der Stromquelle elektrisch anschließbar sind, mindestens einem sich von dem ersten Kontaktanschluss zu dem zweiten Kontaktanschluss durch den Batterietrennschalter erstreckenden Strompfad mit mindestens einem darin vorliegenden Halbleiterschalter, welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, und mindestens einem Speichereinheit-Kontaktanschluss ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss derart an dem mindestens einen Strompfad elektrisch angebunden ist und so an mindestens einem Gegenanschluss mindestens einer Energiespeichereinheit elektrisch anschließbar oder angeschlossen ist, dass die mindestens eine Energiespeichereinheit mittels eines Stroms der/des mit ihrem Pluspol an dem ersten Kontaktanschluss und mit ihrem Minuspol an dem zweiten Kontaktanschluss elektrisch angeschlossenen Stromquelle/Spannungsquelle/Ladegeräts aufladbar ist.
In einem Verfahrensschritt S1 wird ermittelt, ob eine Linkspannung als Potentialdifferenz zwischen einem an dem ersten Kontaktanschluss anliegenden ersten Potential minus einem an dem zweiten Kontaktanschluss anliegenden zweiten Potential kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist. Der Schwellwert kann insbesondere (nahezu) gleich Null sein.
Sofern in dem Verfahrensschritt S1 eine Linkspannung kleiner als der vorgegebene Schwellwert ermittelt wird, wird anschließend ein Verfahrensschritt S2 ausgeführt. In dem Verfahrensschritt S2 wird der mindestens eine Halbleiterschalter in dem mindestens einen Strompfad aktiv zugeschalten. Sofern jedoch mindestens ein weiterer Halbleiterschalter an dem Batterietrennschalter vorliegt, welcher jeweils eine Inversdiode aufweist und über welchen der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss an dem mindestens einen Strompfad angebunden ist, wird dieser, obwohl eine Linkspannung kleiner als der vorgegebene Schwellwert ermittelt wird, in seinen ausgeschalteten Zustand geschaltet oder gehalten.
Das hier beschriebene Verfahren schafft die oben erläuterten Vorteile, auf deren erneute Beschreibung hier verzichtet wird.
3 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen Batterietrennschalter.
Als Verfahrensschritt S10 werden ein erster Kontaktanschluss und ein zweiter Kontaktanschluss des späteren Batterietrennschalters derart gebildet, dass von den zwei Kontaktanschlüssen einer an einem Pluspol einer Stromquelle und der andere an einem Minuspol der Stromquelle elektrisch anschließbar sind. Zusätzlich wird als Verfahrensschritt S11 mindestens ein sich von dem ersten Kontaktanschluss zu dem zweiten Kontaktanschluss durch den Batterietrennschalter erstreckender Strompfad mit mindestens einem darin vorliegenden Halbleiterschalter, welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, gebildet. In einem Verfahrensschritt S12 wird noch mindestens ein Speichereinheit-Kontaktanschluss, an welchem mindestens ein Gegenanschluss mindestens einer Energiespeichereinheit elektrisch anschließbar oder angeschlossen ist, an dem mindestens einen Strompfad derart elektrisch angebunden, dass die mindestens eine Energiespeichereinheit mittels eines Stroms der mit ihrem Pluspol an dem ersten Kontaktanschluss und mit ihrem Minuspol an dem zweiten Kontaktanschluss elektrisch angeschlossenen Stromquelle aufladbar ist.
Außerdem wird als Verfahrensschritt S13 eine Steuereinrichtung des späteren Batterietrennschalters derart ausgebildet und/oder programmiert, dass mittels der Steuereinrichtung ermittelbar ist, ob eine Linkspannung als Potentialdifferenz zwischen einem an dem ersten Kontaktanschluss anliegenden ersten Potential minus einem an dem zweiten Kontaktanschluss anliegenden zweiten Potential kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, und dass, gegebenenfalls, mittels der Steuereinrichtung der mindestens eine Halbleiterschalter in dem mindestens einen Strompfad aktiv zugeschaltet wird. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung mit einem Komparator ausgebildet werden, an dessen nicht-invertierenden Eingang eine dem vorgegebenen Schwellwert entsprechende Referenzspannung anliegt und an dessen invertierenden Eingang die Linkspannung oder eine aus der Linkspannung abgeleitete Vergleichsspannung anliegt, und welcher, sofern die an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegende Referenzspannung größer als die an seinem invertierenden Eingang anliegende Linkspannung oder Vergleichsspannung ist, an seinem Ausgang eine Ausgangsspannung ausgibt, mittels welcher der mindestens eine Halbleiterschalter in dem mindestens einen Strompfad aktiv zugeschaltet wird. Ergänzend kann die Steuereinrichtung noch mit einem Spannungsteiler ausgebildet werden, welcher aus der Linkspannung die Vergleichsspannung ableitet.
Die Verfahrensschritte S10 bis S13 können in beliebiger Reihenfolge, zeitlich überschneidend oder gleichzeitig ausgeführt werden. Da die Vorteile des auf diese Weise hergestellten Batterietrennschalters oben bereits ausführlich geschildert sind, wir hier nicht nochmals darauf eingegangen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004020176 A1 [0002]

Claims

Batterietrennschalter (10) mit: einem ersten Kontaktanschluss (12a) und einem zweiten Kontaktanschluss (12b), von denen einer an einem Pluspol (14a) einer Stromquelle (16) und der andere an einem Minuspol (14b) der Stromquelle (16) elektrisch anschließbar sind; mindestens einem sich von dem ersten Kontaktanschluss (12a) zu dem zweiten Kontaktanschluss (12b) durch den Batterietrennschalter (10) erstreckenden Strompfad (18) mit mindestens einem darin vorliegenden Halbleiterschalter (20a, 20b), welcher jeweils eine Inversdiode aufweist; und mindestens einem Speichereinheit-Kontaktanschluss (22a, 22b), welcher derart an dem mindestens einen Strompfad (18) elektrisch angebunden ist und so an mindestens einem Gegenanschluss mindestens einer Energiespeichereinheit (24) elektrisch anschließbar oder angeschlossen ist, dass die mindestens eine Energiespeichereinheit (24) mittels eines Stroms der mit ihrem Pluspol (14a) an dem ersten Kontaktanschluss (12a) und mit ihrem Minuspol (14b) an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) elektrisch angeschlossenen Stromquelle (16) aufladbar ist; gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (28), welche dazu ausgelegt und/oder programmiert ist, zu ermitteln, ob eine Linkspannung (U_link) als Potentialdifferenz zwischen einem an dem ersten Kontaktanschluss (12a) anliegenden ersten Potential minus einem an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) anliegenden zweiten Potential kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, und, gegebenenfalls, den mindestens einen Halbleiterschalter (20a, 20b) in dem mindestens einen Strompfad (18) aktiv zuzuschalten.
Batterietrennschalter (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss (22a, 22b) über mindestens einen weiteren Halbleiterschalter (30), welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, an dem mindestens einen Strompfad (18) angebunden ist, und wobei die Steuereinrichtung (28) derart ausgelegt und/oder programmiert ist, dass auch dann, wenn ermittelt ist, dass die Linkspannung (U_link) kleiner als der vorgegebene Schwellwert ist, der mindestens eine weitere Halbleiterschalter (30) in seinen ausgeschalteten Zustand geschaltet oder gehalten ist.
Batterietrennschalter (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (28) einen Komparator (32) umfasst, an dessen nicht-invertierenden Eingang eine dem vorgegebenen Schwellwert entsprechende Referenzspannung (U_ref) anliegt und an dessen invertierenden Eingang die Linkspannung (U_link) oder eine aus der Linkspannung (U_link) abgeleitete Vergleichsspannung (U_compare) anliegt, und welcher, sofern die an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegende Referenzspannung (U_ref) größer als die an seinem invertierenden Eingang anliegende Linkspannung (U_link) oder Vergleichsspannung (U_compare) ist, an seinem Ausgang eine Ausgangsspannung (Uout) ausgibt, mittels welcher der mindestens eine Halbleiterschalter (20a, 20b) in dem mindestens einen Strompfad (18) aktiv zuschaltbar ist.
Batterietrennschalter (10) nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (28) einen Spannungsteiler (38) umfasst, welcher aus der Linkspannung (U_link) die Vergleichsspannung (U_compare) ableitet.
Batterietrennschalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine in dem mindestens einen Strompfad (18) angeordnete Halbleiterschalter (20a, 20b), welcher jeweils die Inversdiode aufweist, ein MOSFET (20a, 20b) ist.
Verfahren zum Betreiben eines Batterietrennschalters (10) mit einem ersten Kontaktanschluss (12a) und einem zweiten Kontaktanschluss (12b), von denen einer an einem Pluspol (14a) einer Stromquelle (16) und der andere an einem Minuspol (14b) der Stromquelle (16) elektrisch anschließbar sind, mindestens einem sich von dem ersten Kontaktanschluss (12a) zu dem zweiten Kontaktanschluss (12b) durch den Batterietrennschalter (10) erstreckenden Strompfad (18) mit mindestens einem darin vorliegenden Halbleiterschalter (20a, 20b), welcher jeweils eine Inversdiode aufweist, und mindestens einem Speichereinheit-Kontaktanschluss (22a, 22b), welcher derart an dem mindestens einen Strompfad (18) elektrisch angebunden ist und so an mindestens einem Gegenanschluss mindestens einer Energiespeichereinheit (24) elektrisch anschließbar oder angeschlossen ist, dass die mindestens eine Energiespeichereinheit (24) mittels eines Stroms der mit ihrem Pluspol (14a) an dem ersten Kontaktanschluss (12a) und mit ihrem Minuspol (14b) an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) elektrisch angeschlossenen Stromquelle (16) aufladbar ist, mit den Schritten: Ermitteln, ob eine Linkspannung (U_link) als Potentialdifferenz zwischen einem an dem ersten Kontaktanschluss (12a) anliegenden ersten Potential minus einem an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) anliegenden zweiten Potential kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist (S1); und, sofern eine Linkspannung (U_link) kleiner als der vorgegebene Schwellwert ermittelt wird, aktives Zuschalten des mindestens einen Halbleiterschalters (20a, 20b) in dem mindestens einen Strompfad (18)(S2).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei, sofern eine Linkspannung (U_link) kleiner als der vorgegebene Schwellwert ermittelt wird, mindestens ein weiterer Halbleiterschalter (30), welcher jeweils eine Inversdiode aufweist und über welchen der mindestens eine Speichereinheit-Kontaktanschluss (22a, 22b) an dem mindestens einen Strompfad (18) angebunden ist, in seinen ausgeschalteten Zustand geschaltet oder gehalten wird.
Herstellungsverfahren für einen Batterietrennschalter (10) mit den Schritten: Bilden eines ersten Kontaktanschlusses (12a) und eines zweiten Kontaktanschlusses (12b) des späteren Batterietrennschalters (10) derart, dass von den zwei Kontaktanschlüssen (12a, 12b) einer an einem Pluspol (14a) einer Stromquelle (16) und der andere an einem Minuspol (14b) der Stromquelle (16) elektrisch anschließbar sind (S10); Bilden mindestens eines sich von dem ersten Kontaktanschluss (12a) zu dem zweiten Kontaktanschluss (12b) durch den Batterietrennschalter (10) erstreckenden Strompfads (18) mit mindestens einem darin vorliegenden Halbleiterschalter (20a, 20b), welcher jeweils eine Inversdiode aufweist (S11); und Elektrisches Anbinden mindestens eines Speichereinheit-Kontaktanschlusses (22a, 22b), an welchem mindestens ein Gegenanschluss mindestens einer Energiespeichereinheit (24) elektrisch anschließbar oder angeschlossen ist, an dem mindestens einen Strompfad (18) derart, dass die mindestens eine Energiespeichereinheit (24) mittels eines Stroms der mit ihrem Pluspol (14a) an dem ersten Kontaktanschluss (12a) und mit ihrem Minuspol (14b) an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) elektrisch angeschlossenen Stromquelle (16) aufladbar ist (S12); gekennzeichnet durch den Schritt Ausbilden und/oder Programmieren einer Steuereinrichtung (28) derart, dass mittels der Steuereinrichtung (28) ermittelbar ist, ob eine Linkspannung (U_link) als Potentialdifferenz zwischen einem an dem ersten Kontaktanschluss (12a) anliegenden ersten Potential minus einem an dem zweiten Kontaktanschluss (12b) anliegenden zweiten Potential kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, und, gegebenenfalls, mittels der Steuereinrichtung (28) der mindestens eine Halbleiterschalter (20a, 20b) in dem mindestens einen Strompfad (18) aktiv zugeschaltet wird (S13).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung (28) mit einem Komparator (32) ausgebildet wird, an dessen nicht-invertierenden Eingang eine dem vorgegebenen Schwellwert entsprechende Referenzspannung (U_ref) anliegt und an dessen invertierenden Eingang die Linkspannung (U_link) oder eine aus der Linkspannung (U_link) abgeleitete Vergleichsspannung (U_compare) anliegt, und welcher, sofern die an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegende Referenzspannung (U_ref) größer als die an seinem invertierenden Eingang anliegende Linkspannung (U_link) oder Vergleichsspannung (U_compare) ist, an seinem Ausgang eine Ausgangsspannung (U_out) ausgibt, mittels welcher der mindestens eine Halbleiterschalter (20a, 20b) in dem mindestens einen Strompfad (18) aktiv zugeschaltet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (28) mit einem Spannungsteiler (38) ausgebildet wird, welcher aus der Linkspannung (U_link) die Vergleichsspannung (U_compare) ableitet.