DE102022210684A1 - Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie - Google Patents

Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie Download PDF

Info

Publication number
DE102022210684A1
DE102022210684A1 DE102022210684.9A DE102022210684A DE102022210684A1 DE 102022210684 A1 DE102022210684 A1 DE 102022210684A1 DE 102022210684 A DE102022210684 A DE 102022210684A DE 102022210684 A1 DE102022210684 A1 DE 102022210684A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switch
switching device
electromechanical switch
electromechanical
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022210684.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Samuel Vasconcelos Araujo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102022210684.9A priority Critical patent/DE102022210684A1/de
Priority to CN202311318883.6A priority patent/CN117877904A/zh
Publication of DE102022210684A1 publication Critical patent/DE102022210684A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304Overcurrent protection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541Contacts shunted by semiconductor devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/46Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/04Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks
    • H02H1/043Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks to inrush currents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (1) zum Schalten eines ersten Kontaktes (5a) einer Batterie (5), umfassend eine Sicherung (2), welche dazu eingerichtet ist, bei vorliegenden Überstrom und/oder vorliegender Überspannung innerhalb einer Reaktionszeit eine elektrische Verbindung zu trennen, einen ersten elektromechanischen Schalter (3), welcher mit der Sicherung (2) in Reihe geschaltet ist, und einen zweiten elektromechanischen Schalter (4), welcher parallel zu der Sicherung (2) und in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter (3) geschaltet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung und ein Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie.
  • Die Unterbrechung von Strömen in Gleichstromnetzen bei höherer Spannung ist aufgrund der erforderlichen Lichtbogenminderung eine Herausforderung. So werden elektromechanische Schalter wie Schütze oder Relais zur Unterbrechung moderater Ströme verwendet, während Sicherungen oder Pyrosicherungen verwendet werden, um Kurzschlüsse oder höhere Strompegel zu unterbrechen.
  • Hochspannungsrelais sind sperrig, haben eine begrenzte Lebensdauer und ein schlechtes dynamisches Verhalten, so dass hohe Kurzschlussströme auf Systemebene nicht vermieden werden können. Dies gilt auch für Sicherungen, insbesondere Pyrosicherungen, die nach Kurzschlussereignissen gewartet oder ersetzt werden müssen. In Richtung höherer Spannung und Nennleistungen wird die Implementierung solcher Relais immer komplexer und teurer.
  • Die US7876588B2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Stromrichters, insbesondere eines Elektromotors und/oder Generators. Dabei wird eine Reihe von steuerbaren Schaltern verwendet, um den Umrichter zu steuern und eine Schaltlast über die Nutzungsdauer auf eine Anzahl von Schaltern aufzuteilen.
  • Die US7812696B2 offenbart ein Verfahren zum sicheren Betrieb einer Schaltvorrichtung mit mindestens zwei Hauptkontakten. Das Verfahren kann die Erzeugung eines elektrischen Steuersignals zur Freigabe einer Kontaktunterbrechvorrichtung umfassen, wenn Steuermagnete ein- und ausgeschaltet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung zum Schalten eines ersten Kontaktes einer Batterie, umfasst eine Sicherung, welche dazu eingerichtet ist, bei vorliegenden Überstrom und/oder vorliegender Überspannung innerhalb einer Reaktionszeit eine elektrische Verbindung zu trennen, einen ersten elektromechanischen Schalter, welcher mit der Sicherung in Reihe geschaltet ist, und einen zweiten elektromechanischen Schalter, welcher parallel zu der Sicherung und in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter geschaltet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schalten eines ersten Kontaktes einer Batterie mittels einer Schaltvorrichtung, welche eine Sicherung, einen ersten elektromechanischen Schalter und einen zweiten elektromechanischen Schalter umfasst, wobei der erste elektromechanische Schalter mit der Sicherung in Reihe geschaltet ist, und der zweite elektromechanische Schalter parallel zu der Sicherung und in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter geschaltet ist, umfasst ein Ausführen eines Einschaltvorgangs, wobei bei dem Einschaltvorgang zunächst der zweite elektromechanischen Schalter in einen leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem ersten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter in einen leitenden Zustand geschaltet wird, und/oder ein Ausführen eines Abschaltvorgangs, wobei bei dem Abschaltvorgang zunächst der zweite elektromechanischen Schalter in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem zweiten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird.
  • Die Schaltvorrichtung ist dazu geeignet, an den ersten Kontakt der Batterie angeschlossen zu werden, um über die Schaltvorrichtung einen Strom von der Batterie abzugreifen. Der erste Kontakt der Batterie ist dabei entweder ein positiver Pol oder ein negativer Pol der Batterie.
  • Die Sicherung ist dazu eingerichtet, einen Strompfad zu unterbrechen, der über den ersten elektromechanischen Schalter und die Sicherung verläuft. Dies geschieht, wenn ein durch die Sicherung fließender Strom oder eine über die Sicherung anliegende Spannung einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Wird dieser Grenzwert überschritten, so liegt der Überstrom und/oder die Überspannung vor. Die Reaktionszeit ist die Zeit, welche die Sicherung maximalbenötigt, um den Stromfluss zu unterbrechen, wenn der Überstrom und/oder die Überspannung vorliegt.
  • Der erste elektromechanische Schalter ist mit der Sicherung in Reihe geschaltet, und der zweite elektromechanischen Schalter ist parallel zu der Sicherung und in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter geschaltet. So sind insbesondere ein erster Anschlusskontakt der Sicherung und ein erster Anschlusskontakt des zweiten elektromechanischen Schalters miteinander verbunden und bilden einen ersten Anschluss der Schaltvorrichtung. Ein zweiter Anschlusskontakt der Sicherung und ein zweiter Anschlusskontakt des zweiten elektromechanischen Schalters sind miteinander verbunden und sind mit einem ersten Anschlusskontakt des ersten elektromechanischen Schalters verbunden. Ein zweiter Anschlusskontakt des ersten elektromechanischen Schalters bildet einen zweiten Anschluss der Schaltvorrichtung. Bevorzugt wird der erste Anschluss oder der zweite Anschluss der Schaltvorrichtung mit einem Pol der Batterie verbunden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bevorzugt ist die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Abschaltvorgang auszuführen, wobei bei dem Abschaltvorgang zunächst der zweite elektromechanischen Schalter in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem ersten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird. Der Abschaltvorgang ist bevorzugt ein stromfreier Abschaltvorgang, findet also während eines Zeitraums statt, zu dem kein Strom durch die Schaltvorrichtung fließt.
  • Bei einem Abschaltvorgang wechselt die Schaltvorrichtung von einem leitenden Zustand, in dem über die Schaltvorrichtung ein Strom von einer angeschlossenen Batterie bezogen werden kann, in einen nicht-leitenden Zustand, in dem über die Schaltvorrichtung kein Strom von der angeschlossenen Batterie bezogen werden kann. Wird einer der elektromechanischen Schalter in den nicht-leitenden Zustand geschaltet, so bedeutet dies, dass dieser von einem leitenden Zustand in den nicht-leitenden Zustand wechselt. Der leitende Zustand ist ein Zustand, in dem der jeweilige elektromechanischen Schalter eingeschaltet ist. Der nicht-leitende Zustand ist ein Zustand, in dem der jeweilige elektromechanischen Schalter ausgeschaltet ist. Dadurch, dass zuerst der zweite elektromechanische Schalter in den nicht-leitenden Zustand geschaltet wird, wird sichergestellt, dass der volle Batteriestrom über die Sicherung fließt, falls in einem Fehlerfall der Batteriestrom durch die Schaltvorrichtung fließt. Dieser wird dabei durch das Auslösen der Sicherung unterbrochen. Bevorzugt wird das Auslösen der Sicherung detektiert und der erste elektromechanischen Schalter in Reaktion auf das Auslösen der Sicherung in den nicht-leitenden Zustand versetzt.
    Bevorzugt ist das erste Zeitintervall geringer als die Reaktionszeit der Sicherung. Somit ist sichergestellt, dass der volle Strom im Fehlerfall eine hinreichende Zeit durch die Sicherung fließt, um diese auszulösen.
  • Bevorzugt ist die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet, einen Einschaltvorgang auszuführen, wobei bei dem Einschaltvorgang zunächst der zweite elektromechanische Schalter in einen leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem zweiten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter in einen leitenden Zustand geschaltet wird. Bei einem Einschaltvorgang wechselt die Schaltvorrichtung von einem nicht leitenden Zustand, in dem über die Schaltvorrichtung kein Strom von einer angeschlossenen Batterie bezogen werden kann, in einen leitenden Zustand, in dem über die Schaltvorrichtung ein Strom von der angeschlossenen Batterie bezogen werden kann. Wird einer der elektromechanischen Schalter in den leitenden Zustand geschaltet, so bedeutet dies, dass dieser von einem nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand wechselt. Der leitende Zustand ist ein Zustand, in dem der jeweilige elektromechanischen Schalter eingeschaltet ist. Der nicht-leitende Zustand ist ein Zustand, in dem der jeweilige elektromechanischen Schalter ausgeschaltet ist. Dadurch, dass zuerst der zweite elektromechanische Schalter in den leitenden Zustand geschaltet wird, wird sichergestellt, dass die Sicherung nicht durch eine anfängliche Spannungsspitze belastet wird, falls während des Einschaltvorgangs bereits ein Stromfluss durch die Schaltvorrichtung erfolgt.
  • Bevorzugt ist das das zweite Zeitintervall gleich dem ersten Zeitintervall. Somit kann für den Einschaltvorgang und dem Abschaltvorgang ein einzelnes Verzögerungselement für das Schalten der elektromechanischen Schalter genutzt werden.
  • Bevorzugt ist der erste elektromechanische Schalter ein bistabiles Relais und/oder der zweite elektromechanische Schalter ein bistabiles Relais. Somit ist es nicht notwendig, dass kontinuierlich eine Haltespannung an dem jeweiligen elektromechanischen Schalter anliegt, um einen aktuellen Betriebszustand zu halten. Somit werden elektrische Verluste minimiert.
  • Ferner ist eine Batterieschaltung vorteilhaft, welche die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung und die Batterie umfasst. Dabei weist die Batterie den ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt auf, wobei die Schaltvorrichtung mit dem ersten Kontakt der Batterie gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zu dem ersten Kontakt zu schalten.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Batterieschaltung einen Transistor umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, einen von der Batterie verursachten Stromfluss durch die Schaltvorrichtung zu unterbrechen, wenn dieser in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, die elektromechanischen Schalter nur dann zu schalten, wenn der Transistor in den nicht-leitenden Zustand geschaltet ist. Es wird somit ermöglicht, dass die elektromechanischen Schalter derart ausgelegt sein können, dass diese nicht den von der Batterie bereitgestellten Strom schalten können. Damit können die elektromechanischen Schalter kleiner dimensioniert werden.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn der Transistor mit dem zweiten Kontakt der Batterie gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zu dem zweiten Kontakt zu schalten. Auf diese Weise können beide Pole der Batterie geschaltet werden und somit beispielsweise eine Spannungsfreiheit an einer an die Batterie gekoppelten Last sichergestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
    • 2 ein Diagramm, welches einen Einschaltvorgang und einen Abschaltvorgang der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung darstellt, und
    • 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Batterieschaltung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 zum Schalten eines ersten Kontaktes 5a einer Batterie 5. Die Schaltvorrichtung 1 umfasst eine Sicherung 2, einen ersten elektromagnetischen Schalter 3 und einen zweiten elektromagnetischen Schalter 4.
  • Die Sicherung 2 ist dazu eingerichtet, bei vorliegendem Überstrom und/oder vorliegender Überspannung innerhalb einer Reaktionszeit eine elektrische Verbindung zu trennen. Die Schaltvorrichtung 1 weist einen ersten Anschluss 7 auf, welcher dazu eingerichtet ist, mit dem ersten Kontakt 5a der Batterie 5 gekoppelt zu werden. Die Schaltvorrichtung 1 weist ferner einen zweiten Anschluss 8 auf, welcher dazu eingerichtet ist, eine Spannung oder einen Strom von der Batterie 5 über die Schaltvorrichtung 1 abzugreifen.
  • Die Sicherung 2 ist Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter 3 geschaltet. Parallel zu der Sicherung 2 ist der zweite elektromechanische Schalter 4 geschaltet. Dabei ist der zweite elektromechanische Schalter 4 zugleich in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter 3 geschaltet. So ist ein erster Anschlusskontakt der Sicherung 2 und ein erster Anschlusskontakt des zweiten elektromechanischen Schalter 4 mit dem ersten Anschluss 7 der Schaltvorrichtung 1 verbunden. Ein zweiter Anschlusskontakt der Sicherung 2 und ein zweiter Anschlusskontakt des zweiten elektromechanischen Schalter 4 ist mit einem ersten Anschlusskontakt des ersten elektromechanischen Schalters 3 gekoppelt. Ein zweiter Anschlusskontakt des ersten elektromechanischen Schalters 3 ist mit dem zweiten Anschluss 8 der Schaltvorrichtung 1 gekoppelt.
  • Eine Anordnung der Schaltvorrichtung 1 im Rahmen einer erfindungsgemäßen Batterieschaltung 10 ist in 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Schaltvorrichtung 1 mit dem ersten Kontakt 5a, hier beispielhaft einem positiven Pol der Batterie 5, verbunden ist. Ein zweiter Kontakt 5b der Batterie 5 ist mit einem Transistor 6 verbunden, durch welchen der zweite Kontakt 5b der Batterie 5 geschaltet wird. Wird der Transistor 6 in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet, so fließt auch kein Strom durch die Schaltvorrichtung 1, wodurch ein stromfreies bzw. spannungsfreies Schalten der elektromechanischen Schalter 3, 4 der Schaltvorrichtung 1 ermöglicht wird. Der Transistor 6 ist somit dazu eingerichtet, einen von der Batterie 5 verursachten Stromfluss durch die Schaltvorrichtung 1 zu unterbrechen, wenn der Transistor 6 in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird.
  • Die Schaltvorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, die elektromechanischen Schalter 3, 4 nur dann zu schalten, wenn der Transistor in den nicht-leitenden Zustand geschaltet ist. Dadurch kann eine Beschädigung der Schaltkontakte der elektromechanischen Schalter 3, 4 vermieden werden.
  • Durch die Schaltvorrichtung 1 kann ein Einschaltvorgang 101 und ein Abschaltvorgang 102 ausgeführt werden. Durch den Einschaltvorgang 101 wird die Schaltvorrichtung 1 in einen leitenden Zustand versetzt, wodurch eine leitende Verbindung zu dem ersten Kontakt 5a über die Schaltvorrichtung 1 hergestellt wird. Durch den Abschaltvorgang 102 wird die Schaltvorrichtung 1 in entsprechender Weise in einen nicht-leitenden Zustand versetzt.
  • Vor einem Beginn des Einschaltvorgangs 101 oder des Abschaltvorgangs 102 wird der Transistor 6 in den nicht-leitenden Zustand versetzt. Dieser nicht-leitende Zustand wird zumindest so lange beibehalten, bis der jeweilige Einschaltvorgang 101 oder Abschaltvorgang 102 beendet ist. Dabei kann es jedoch in einem Fehlerfall dazu kommen, dass der Einschaltvorgang 101 oder der Abschaltvorgang 102 dennoch bei einem durch die Schaltvorrichtung 1 fließenden Strom erfolgen, beispielsweise, wenn ein Fehler des Transistors 6 oder einer zugehörigen Ansteuerung des Transistors 6 vorliegt. Solche Fehlerfälle können durch die Schaltvorrichtung 1 gehandhabt werden.
  • In 2 ist der Einschaltvorgang 101, gefolgt von dem Abschaltvorgang 102, dargestellt in einem zeitlichen Verlauf. Zwischen dem Einschaltvorgang 101 und dem Abschaltvorgang 102 liegt ein Zeitintervall, in welchem die Schaltvorrichtung 1 leitend ist und somit eine elektrische Verbindung zu dem ersten Kontakt 5a der Batterie 5 über die Schaltvorrichtung 1 möglich ist. Der in 2 über die Zeit t dargestellte Signallevel hat den Wert 1, wenn der zugehörige elektromechanische Schalter 3, 4 in einen leitenden Zustand geschaltet ist. Ist der in 2 dargestellte Signallevel gleich Null, so ist der zugehörige elektromechanische Schalter 3, 4 in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet.
  • Während des Einschaltvorgangs 101 wird zunächst der zweite elektromechanische Schalter 4 in einen leitenden Zustand geschaltet. Infolge darauf wird nach einem zweiten Zeitintervall t1 auch der erste elektromechanische Schalter 3 in einen leitenden Zustand geschaltet. Bei dem Abschaltvorgang 102 wird zunächst der zweite elektromechanische Schalter 4 in den nicht-leitenden Zustand geschaltet und infolge darauf wird nach einem ersten Zeitintervall t1 der erste elektromechanische Schalter 3 in den nicht-leitenden Zustand geschaltet.
  • Fließt in einem Fehlerfall während des Abschaltvorgangs 102 ein Strom durch die Schaltvorrichtung 1, so wird auf diese Weise erreicht, dass dieser Strom vollständig durch die Sicherung 2 fließt, da der zweite elektromechanische Schalter 4 in den nicht-leitenden Zustand geschaltet wird, bevor der erste elektromechanische Schalter 3 in den nicht-leitenden Zustand geschaltet wird. Ist dieser Strom größer als ein durch die Sicherung 2 definierter Grenzwert, so löst die Sicherung 2 aus und dieser Strom wird unterbrochen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Strom unterbrochen werden, welcher durch den ersten elektromechanischen Schalter 3 nicht zuverlässig geschaltet werden kann, beispielsweise, weil dieser zu einem Lichtbogen führen könnte. Das erste Zeitintervall t1 und das zweite Intervall t2 sind insbesondere gleich lange Zeitintervalle und sind zudem bevorzugt so gewählt, dass eine Reaktionszeit der Sicherung 2 kürzer ist als dieses Zeitintervall. Somit kann sichergestellt werden, dass die Sicherung 2 hinreichend Zeit für ein Auslösen hat, sobald der volle Strom durch die Sicherung 2 fließt.
  • Sowohl der erste als auch der zweite elektromechanische Schalter 3, 4 sind jeweils durch ein bistabiles Relais ausgeführt. Dadurch kann ein Stromverbrauch der Schaltvorrichtung 1 minimiert werden.
  • Transistoren, hier der Transistor 6, können in einem HV-Board-Netzsystem als Hauptstromschaltelement eingesetzt werden, das den Strom elektronisch unterbricht - entweder bei moderaten Amplituden oder bei Kurzschlüssen. Dies gilt auch für den sogenannten „Make“-Vorgang, d.h. beim Einschalten ist der Transistor 6 für den kontrollierten Stromanstieg verantwortlich, der zwischen der Batterie 5 (DC-Quelle) und der kapazitiven Last fließen kann. Wird ein elektromechanischer Schalter, beispielsweise ein Relais, an einem anderen Pol der Batterie 5 eingesetzt, dient es somit hauptsächlich zwei Funktionen. Erstens, um die Isolierung des jeweiligen Pols zu gewährleisten, und zweitens als Backup-Element im Falle eines Ausfalls der Transistoren, hier des Transistors 5, zu fungieren. Abgesehen von einem solchen Fehlerszenario schaltet der elektromechanische Schalter immer ohne Strom (da es zuvor von dem Transistor 5 unterbrochen wurde).
  • Dadurch kann der elektromechanische Schalter für den Einsatz in einer solchen Anordnung optimiert werden, was durch die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 erfolgt. So kann der erste und/oder zweite elektromechanische Schalter 3, 4 mit weniger hoher Stromunterbrechungsfähigkeit und entsprechender Robustheit gebaut werden, was zu einer kleineren Lichtbogenkammer oder kostengünstigeren Kontakttechnologien führt.
  • Zudem kann die Haltekraft der geschlossenen Kontakte bei dem ersten und/oder zweiten elektromechanischen Schalter 3, 4 vergleichsweise klein gewählt werden, da das Risiko einer Kontaktlevitation bei hohen Kurzschlussströmen nicht besteht (Transistor 5 vermeidet hohe Kurzschlussströme).
  • Auch kann die Kraft, die aufgrund des Fehlens von G-Schock-Anforderungen einen offenen oder geschlossenen Kontakt gewährleistet, bei dem ersten und/oder zweiten elektromechanischen Schalter 3, 4 vergleichsweise klein gewählt werden. Nach dem Stand der Technik ergibt sich eine solche Anforderung aus Szenarien übermäßiger Beschleunigung (Crash-Ereignisse), bei denen ein elektromechanischer Schalter die gewählte Betriebsart halten muss, um Zerstörung zu vermeiden (geschlossene Kontakte, die ungewollt geöffnet werden, erhöhen die Verluste massiv) oder externe Kurzschlüsse zu verhindern (offene Kontakte, die geschlossen werden, können je nach Board-Netzarchitektur zu einem Kurzschluss zwischen Batterien führen).
  • Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 ermöglicht eine Verwendung von bistabilen Relais, die viel weniger Energie benötigen, um die Kontakte zu halten, und ermöglicht auch den Einsatz anderer Kontakttechnologien, um die Leitungsverluste weiter zu reduzieren. Auch die Lichtbogenkammer kann massiv reduziert werden, was zu einer einfachen und zuverlässigen Konstruktion führt.
  • Ein Schritt weiter bei der Optimierung besteht darin, die HV-Schaltleistung vollständig auf ein anderes Bauteil zu verlagern, so dass der elektromechanische Schalter immer ohne Strom schaltet. Mit einem solchen Ansatz kann eine noch einfachere Konstruktion und Implementierung von elektromechanischen Schaltern verwendet werden. Auch der Einsatz von Niederspannungsrelais kann möglich sein, die bei Deaktivierung eine Hochspannungsisolierung gewährleisten, aber nur niedrigere Spannungen schalten können.
  • Die gezielte Verlagerung der Schaltfunktion kann mit der erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 ermöglicht werden, wobei insbesondere auch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende Steuersignale genutzt werden. Die elektromechanischen Schalter 3, 4 sind Schalter, die immer ohne Strom schalten (sie schließen oder öffnen also nur Kontakte, wenn kein Strom fließt oder sofort zu fließen beginnt). Die Einzelunterbrechungsfähigkeit wird von einer Sicherung übernommen.
  • In Bezug auf das Funktionsprinzip wird der zweite elektromechanische Schalter 4 zunächst aktiviert, um die Sicherung zu umgehen, wobei der erste elektromechanischen Schalter 3 anschließend aktiviert wird und die elektrische Verbindung im angegebenen Weg vollständig geschlossen wird. Im Falle der Deaktivierung wird zuerst der zweite elektromechanische Schalter 4 deaktiviert, gefolgt von dem ersten elektromechanischen Schalter 3. Diese Verzögerung t1 bei der Deaktivierung macht die Sicherung 2 während einer bestimmten Zeit zum einzigen Strompfad in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter 3. Falls noch ein Strom fließt - d.h. wenn der Transistor 5 den Strom vorher nicht unterbrochen hat - wird dieser Strom von der Sicherung 2 unterbrochen. Auf diese Weise wird die einmalige Unterbrechung im Falle eines Ausfalls des Transistors 5 sichergestellt.
  • Die Zeitverzögerung zwischen den Schaltvorgängen der elektromechanischen Schalter 3, 4 erfolgt bevorzugt so, dass sie dem I2T-Verhalten der Sicherung 2 entspricht - d. h. der Zeit, die die Sicherung 2 benötigt, um den Strom zu unterbrechen, bevor der erste elektromechanischen Schalter 3 deaktiviert wird. Da der parallel geschaltete zweite elektromechanische Schalter 4 den größten Teil des Stroms tragen wird, wird die Verwendung einer Sicherung mit einer sehr niedrigeren Nennspannung ermöglicht, die auch eine schnellere Reaktionszeit hat, kleiner und kostengünstiger ist.
  • Die elektromechanischen Schalter 3, 4 können abhängig von der verwendeten Technologie als separate oder gemeinsam mechanisch integrierte Schalter ausgelegt sein.
  • Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 4 verwiesen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7876588 B2 [0004]
    • US 7812696 B2 [0005]

Claims (10)

  1. Schaltvorrichtung (1) zum Schalten eines ersten Kontaktes (5a) einer Batterie (5), umfassend: - eine Sicherung (2), welche dazu eingerichtet ist, bei vorliegenden Überstrom und/oder vorliegender Überspannung innerhalb einer Reaktionszeit eine elektrische Verbindung zu trennen, - einen ersten elektromechanischen Schalter (3), welcher mit der Sicherung (2) in Reihe geschaltet ist, und - einen zweiten elektromechanischen Schalter (4), welcher parallel zu der Sicherung (2) und in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter (3) geschaltet ist.
  2. Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, einen Abschaltvorgang (102) auszuführen, wobei bei dem Abschaltvorgang (102) zunächst der zweite elektromechanische Schalter (4) in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem ersten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter (3) in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird.
  3. Schaltvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei das erste Zeitintervall geringer ist als die Reaktionszeit der Sicherung (2).
  4. Schaltvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, einen Einschaltvorgang (101) auszuführen, wobei bei dem Einschaltvorgang (101) zunächst der zweite elektromechanische Schalter (4) in einen leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem zweiten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter (3) in einen leitenden Zustand geschaltet wird.
  5. Schaltvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3 und 4, wobei das zweite Zeitintervall gleich dem ersten Zeitintervall ist.
  6. Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste elektromechanische Schalter (3) ein bistabiles Relais ist, und/oder der zweite elektromechanische Schalter (4) ein bistabiles Relais ist.
  7. Batterieschaltung (10), umfassend die Schaltvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche und die Batterie (5), wobei die Batterie (5) den ersten Kontakt (5a) und einen zweiten Kontakt (5b) umfasst, wobei die Schaltvorrichtung (1) mit dem ersten Kontakt (5a) der Batterie (5) gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zu dem ersten Kontakt (5a) zu schalten.
  8. Batterieschaltung, gemäß Anspruch 7, - wobei die Batterieschaltung (1) einen Transistor (6) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, einen von der Batterie (5) verursachten Stromfluss durch die Schaltvorrichtung (1) zu unterbrechen, wenn dieser in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird, - wobei die Schaltvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die elektromechanischen Schalter (3, 4) nur dann zu schalten, wenn der Transistor (6) in den nicht-leitenden Zustand geschaltet ist.
  9. Batterieschaltung, gemäß Anspruch 8, wobei der Transistor (6) mit dem zweiten Kontakt (5b) der Batterie (5) gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zu dem zweiten Kontakt (5b) zu schalten.
  10. Verfahren zum Schalten eines ersten Kontaktes (5a) einer Batterie (5) mittels einer Schaltvorrichtung (1), welche eine Sicherung (2), einen ersten elektromechanischen Schalter (3) und einen zweiten elektromechanischen Schalter (4) umfasst, wobei der erste elektromechanische Schalter (3) mit der Sicherung (2) in Reihe geschaltet ist, und der zweite elektromechanische Schalter (4) parallel zu der Sicherung (2) und in Reihe mit dem ersten elektromechanischen Schalter (3) geschaltet ist, das Verfahren umfassend: - Ausführen eines Einschaltvorgangs (101), wobei bei dem Einschaltvorgang zunächst der zweite elektromechanische Schalter (4) in einen leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem ersten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter (3) in einen leitenden Zustand geschaltet wird, und/oder - Ausführen eines Abschaltvorgangs (102), wobei bei dem Abschaltvorgang zunächst der zweite elektromechanischen Schalter (4) in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird und in Folge darauf nach einem zweiten Zeitintervall der erste elektromechanische Schalter (3) in einen nicht-leitenden Zustand geschaltet wird.
DE102022210684.9A 2022-10-11 2022-10-11 Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie Pending DE102022210684A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210684.9A DE102022210684A1 (de) 2022-10-11 2022-10-11 Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie
CN202311318883.6A CN117877904A (zh) 2022-10-11 2023-10-11 用于对电池的触点进行开关的开关装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210684.9A DE102022210684A1 (de) 2022-10-11 2022-10-11 Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022210684A1 true DE102022210684A1 (de) 2024-04-11

Family

ID=90355203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022210684.9A Pending DE102022210684A1 (de) 2022-10-11 2022-10-11 Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN117877904A (de)
DE (1) DE102022210684A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7812696B2 (en) 2004-12-23 2010-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for securely operating a switching device
US7876588B2 (en) 2005-04-08 2011-01-25 Continental Automotive Gmbh Device for controlling an electromechanical power converter, particularly of an electric motor
DE102012215620A1 (de) 2012-09-04 2014-03-06 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit überbrückbarer Sicherung
DE102016109862A1 (de) 2016-05-30 2017-11-30 Hella Kgaa Hueck & Co. Schaltvorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung, Energiespeichersystem für ein Fahrzeug sowie Verfahren zum Schalten einer elektrischen Verbindung
US20200114776A1 (en) 2017-11-08 2020-04-16 Eaton Intelligent Power Limited Fuse and contactor with active current injection

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7812696B2 (en) 2004-12-23 2010-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for securely operating a switching device
US7876588B2 (en) 2005-04-08 2011-01-25 Continental Automotive Gmbh Device for controlling an electromechanical power converter, particularly of an electric motor
DE102012215620A1 (de) 2012-09-04 2014-03-06 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit überbrückbarer Sicherung
DE102016109862A1 (de) 2016-05-30 2017-11-30 Hella Kgaa Hueck & Co. Schaltvorrichtung zum Schalten einer elektrischen Verbindung, Energiespeichersystem für ein Fahrzeug sowie Verfahren zum Schalten einer elektrischen Verbindung
US20200114776A1 (en) 2017-11-08 2020-04-16 Eaton Intelligent Power Limited Fuse and contactor with active current injection

Also Published As

Publication number Publication date
CN117877904A (zh) 2024-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007018344B4 (de) Vorrichtung zum Schutz von Umrichtermodulen
WO2015039998A2 (de) Schaltungsanordnung für einen photovoltaikwechselrichter zur ausschaltentlastung mit kurzschlussschaltern und verwendungen der schaltungsanordnung
DE102016101252A1 (de) Hochvoltbordnetzsystem und Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzsystems
DE2710159A1 (de) Kontaktvorrichtung mit bogenunterbrechung
DE102009007969A1 (de) Kurzschluss-Schutzvorrichtung und Schaltanlage mit derartigen Schutzvorrichtungen
WO2015192924A1 (de) Trennschalter zur gleichstromunterbrechung
DE102016213072B4 (de) Ein Hochvolt-Batteriesystem mit Sicherungseinrichtung
DE102019203977B4 (de) Schutzschalteinrichtung für Gleichspannung und Gleichspannungsabzweig mit Schutzschalteinrichtung
DE102019203983A1 (de) Gleichspannungsschalter
WO2019170457A1 (de) Wechselstromladevorrichtung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben einer wechselstromladevorrichtung für ein kraftfahrzeug
DE102016204287A1 (de) Dc-überstromschutzvorrichtung
WO2019020195A1 (de) Impedanz für ac fehlerstrombehandlung in einem hgü-umrichter
WO2013127550A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum absichern eines stromkreises für ein fahrzeug und stromkreis
WO2019238369A1 (de) Mehrstufige schutzvorrichtung zur überstrom- und überspannungsgeschützten übertragung von elektrischer energie
DE102013012578A1 (de) Vorrichtung zum Absichern einer elektrischen Leitung
EP2707888B1 (de) Schaltvorrichtung
DE102017213099A1 (de) Stromrichtereinheit
DE102020005248A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Hochvolt-Energiespeichersystems
DE102012217280A1 (de) Trennanordnung für ein Hochspannungsgleichstromnetz
DE102022210684A1 (de) Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Kontaktes einer Batterie
DE102015226587B4 (de) Batterieanschlussvorrichtung und Verfahren zum Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Hochvoltbatterie und einem Kraftfahrzeug-Bordnetz
DE202018006154U1 (de) Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung eines Strompfads, und Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
DE60222767T2 (de) Stromversorgungseinrichtung
DE102018004109A1 (de) Batterie zum reversiblen elektrochemischen Speichern von elektrischer Ladung
DE102014200206A1 (de) Stromunterbrechungseinrichtung für Traktionsbatterien

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified