WO2013127550A1 - Vorrichtung und verfahren zum absichern eines stromkreises für ein fahrzeug und stromkreis - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum absichern eines stromkreises für ein fahrzeug und stromkreis Download PDF

Info

Publication number
WO2013127550A1
WO2013127550A1 PCT/EP2013/050362 EP2013050362W WO2013127550A1 WO 2013127550 A1 WO2013127550 A1 WO 2013127550A1 EP 2013050362 W EP2013050362 W EP 2013050362W WO 2013127550 A1 WO2013127550 A1 WO 2013127550A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit
battery
control signal
switching element
terminal
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/050362
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Held
Hans HANFT
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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 Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Priority to CN201380011082.3A priority Critical patent/CN104137371B/zh
Priority to US14/381,713 priority patent/US9948088B2/en
Publication of WO2013127550A1 publication Critical patent/WO2013127550A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/18—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to reversal of direct current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators

Definitions

  • the present invention relates to a device for securing an operating current direction having circuit of a battery for a vehicle, to a corresponding method and to a circuit for a vehicle.
  • the present invention provides an improved device for securing an operating current direction circuit of a battery for a vehicle, an improved circuit for a vehicle and an improved method for securing an operating current direction having circuit of a battery for a vehicle according to the main claims.
  • Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
  • a circuit of a vehicle can be protected by means of an active fuse.
  • an active fuse has the advantage that it can trigger very quickly and already at low false loads within the circuit.
  • a motor vehicle battery (car battery)
  • the car battery can be protected against short-circuits with a corresponding active fuse.
  • the active fuse can unleash early, unlike a fuse that would trigger relatively late at rated currents in the order of magnitude of the maximum battery current of the car battery. By premature triggering can prevent the battery voltage of the car battery breaks down. A break in the battery voltage can In the worst case lead to the failure of ECUs and should therefore be avoided.
  • the active fuse also consumers can be safely shut down, which can even generate a current in the order of the battery rated current.
  • a short circuit current can already be switched off as soon as the short circuit occurs. It can thus be avoided that a negative electricity builds up. This ensures safe operation, for example of a vehicle.
  • a device for securing an operating current direction circuit for a battery for a vehicle has the following features:
  • a controller for providing a control signal representing a direction of current flow through the circuit
  • a switching element configured to interrupt the circuit in response to the control signal to secure the circuit.
  • the vehicle may be a motor vehicle.
  • the vehicle may have an internal combustion engine, a hybrid drive or an electric drive.
  • the battery may be an on-board battery or a drive battery.
  • the battery can be a low-voltage battery or a high-voltage battery.
  • the battery can be considered representative of an electrical energy storage.
  • the circuit may comprise a plurality of electrically conductive connection lines and electrical or electronic components.
  • the circuit may include a load or an electrical generator.
  • the current flow may refer to an electrical current flowing through the circuit or through at least one line section of the circuit.
  • the control device may comprise a measuring device or a sensor device for detecting the direction of the current flow.
  • the control device may be designed to detect the direction of the current flow inductively.
  • the control device may comprise a coil which is part of the circuit or which is coupled to the circuit.
  • the control signal can be an electrical signal.
  • the control signal may be a control current or a control voltage.
  • the control device may comprise an electrical circuit, for example an amplifier circuit for providing the control signal.
  • the controller may be configured to set a value or a size of the control signal depending on the direction of current flow.
  • the control device can be designed to output the control signal to the switching element.
  • the switching element may have the functionality of a switch inserted in a line of the circuit.
  • an electrical, an electronic or an electromechanical component can be used. In a conductive state of the switching element, the current flow through the switching element and thus through the circuit can take place.
  • the control signal may be configured to put the switching element in the conductive or the non-conductive state.
  • the switching element can be designed to enable at least a limited current flow through the switching element and thus through the circuit in the case of a control signal that is not present or is not actively output by the control device, for example when the current sensor is inactive or during a commissioning operation of the circuit. It can also be provided a plurality of switching elements, which can be controlled by the control device in each case by means of the control signal.
  • the control device can, in combination with the switching element or the switching elements, constitute an active fuse for the circuit or for at least one element incorporated in the circuit, for example the battery or a circuit element.
  • the active fuse can be used in addition to or as an alternative to an overcurrent fuse, for example a fuse.
  • the operating current direction may represent a current direction of a current flowing in a normal operation of the circuit through the circuit current.
  • the current circuit can be interrupted by the active circuit if the current direction detected by the control device deviates from the operating current direction. Such a deviation can occur, for example, due to a short circuit or a defect within the circuit.
  • the controller may be configured to provide a first control signal when the direction of current flow corresponds to the operating current direction of the circuit and to provide a second control signal when the direction of current flow is opposite to the operating current direction.
  • the switching element may be designed to interrupt the circuit in response to the second control signal.
  • the switching element may be configured to enable the circuit.
  • the switching element may be configured to lower an internal resistance of an electrical connection through the switching element in response to the first control signal.
  • the first and second control signals may differ over a value or a size of the control signal.
  • the first control signal may represent a first voltage and the second control signal may represent a second voltage different from the first voltage.
  • the controller may be configured to provide the control signal as a control voltage for the switching element.
  • a control voltage is suitable for example for driving a switching element in the form of a transistor.
  • the operating current direction may correspond to a charging current direction for charging the battery.
  • the circuit may have a battery and a generator for providing a charging current or a charging voltage for charging the battery and lines that connect the battery to the generator.
  • the charging current direction can be predetermined by the charging current generated by the generator. If a short circuit occurs in the circuit or if the generator is defective, for example, the current direction within the circuit may reverse due to the battery voltage provided by the battery.
  • Such a current direction opposite the operating current direction can be detected using the control device and lead to the interruption of the circuit by the switching element. By reversing the direction of current can be detected very quickly, damage to the battery can be effectively prevented.
  • the switching element may comprise at least one transistor.
  • the control device can be designed to provide the control signal to a control input of the at least one transistor.
  • the switching element has two or a plurality of transistors, these can be arranged in a parallel connection. Also, at least two of the transistors may be arranged in series at different positions in the circuit. If the switching element has a plurality of transistors, then the control device can be configured to provide the control signal for driving the plurality of transistors to the plurality of transistors.
  • a transistor offers itself as a switching element, because it is inexpensive to implement, has a low power loss and is susceptible to interference.
  • the transistor may be a field effect transistor.
  • it may be a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor.
  • a diode between the source terminal and the drain terminal of the field effect transistor may be switched in a conducting manner with respect to the operating current direction.
  • the diode may be a so-called body diode of the field effect transistor.
  • the field effect transistor may be designed as a normally-off transistor. If the control signal represents a control voltage that is less than the threshold voltage, the so-called threshold voltage, the field effect transistor can block and thus interrupt the circuit. If no control signal is applied to the field effect transistor, a current flow through the diode of the field effect transistor can take place in the operating current direction.
  • the device may include an overcurrent protection device configured to interrupt the circuit depending on a magnitude of the current flow.
  • the overcurrent protection device may be arranged in series with the control device and the switching element in the circuit.
  • the overcurrent protection device can interrupt the circuit when the current flow reaches or exceeds a predetermined maximum value. below.
  • the overcurrent protection device can trigger independently of the direction of the current flow.
  • the overcurrent protection device may be a fuse. Alternatively, it may be a suitable electromechanical component.
  • the overcurrent protection device can respond, for example, in a reverse polarity of the battery.
  • the device may have a further control device, which is designed to provide a further control signal.
  • the further control signal may represent a polarity of a voltage of the battery.
  • the switching element can be designed to allow the current flow as a function of the further control signal through the switching element.
  • the further control signal can be combined with the control signal of the control device, for example added. In this way, the switching element can be controlled both by the control device and by the further control device and switched to the conducting state. By the switching element is switched conductive at a reverse polarity of the battery, damage to the switching element can be avoided.
  • a circuit for a vehicle has the following features:
  • a first terminal for connecting a first contact of the battery and a second terminal for connecting a second contact of the battery; a charging device for charging the battery, wherein a charging current direction for charging the battery corresponds to an operating current direction of the electric circuit; and an apparatus according to any one of the preceding claims for securing the circuit.
  • the contacts of the battery can be a positive pole and a negative pole of the battery.
  • the charging device can be connected by lines of the circuit to the first terminal and the second terminal.
  • the charging device may be a generator, for example an alternator of the vehicle.
  • the circuit may include the battery connected between the first terminal and the second terminal. The battery allows the previously open circuit to be closed. Another connected to the battery circuit, one or more consumers of the vehicle can be supplied with electrical energy from the battery.
  • the charging device and the battery may be connected by the circuit so that the battery is charged during normal operation of the circuit by the charging device. In this case, a charging current in the operating current direction flows through the circuit.
  • a method for securing an operating current direction circuit of a battery for a vehicle comprises the following steps:
  • the steps of the method may be implemented by suitable means, such as an apparatus for securing an operating current direction circuit for a battery for a vehicle.
  • the device may be an electrical device that generates and processes a sensor signal and generates a control signal in dependence thereon and uses it to perform a switching function.
  • the device may have one or more suitable interfaces.
  • the interfaces may be part of an integrated circuit or at least partially discrete components.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for securing a circuit according to an embodiment of the present invention
  • Figures 2 and 3 are diagrams of circuits according to embodiments of the present invention.
  • Figures 4 and 5 are diagrams of circuits according to further embodiments of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for securing a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 100 for protecting a circuit 102 according to an embodiment of the present invention.
  • the device 100 has a control device 104 and a switching element 106.
  • the control device 104 is designed to generate a control signal 108 and to provide it via an electrical line to a control input of the switching element 106.
  • the device 100 is coupled according to this embodiment with a first line 1 10 of the circuit 102 or disposed in the first line 1 10.
  • the control device 104 is designed to detect a direction of a current flow 15 through the first line 110 of the circuit.
  • the control device 104 is further configured to generate the control signal 108 as a function of the detected direction of the current flow 15. In this way, the direction of the current flow 15 is represented by the control signal 108 or by a value of the control signal 108.
  • the switching element 106 is designed to interrupt or allow the current flow 1 15 through the first line 1 10 depending on the control signal 108.
  • the switching element 106 may be arranged in the first line 1 10, so that the current flow 1 15 takes place through the switching element 106 when the switching element 106 is in a conductive state. If the switching element 106 is in a blocking state, then there is no current flow 15 through the Switching element 106 and thus by the first line 1 10 possible.
  • the switching element 106 can be switched from the blocking state into the conducting state, and vice versa. If no control signal 108 actively provided by the control device is present at the control input of the switching element 106, then the switching element 106 may be in a restricted conducting state.
  • the switching element 106 may be in the restricted conductive state. In a normal operating mode of the circuit 102 in which the current flow 15 is made in an operating current direction, the switching element 106 may be in the conducting state. When a fault occurs within the circuit 102, due to which the current flow is 1 15 counter to the operating current direction, the switching element can be set in the blocking state.
  • the circuit 102 has, in addition to the first line 1 10, a generator 120, a second line 122 and an energy store 124, for example an electrochemical energy store in the form of a battery or a rechargeable battery.
  • the energy store 124 may be a motor vehicle battery and the generator 120 may be a charging device, for example in the form of an alternator of a vehicle.
  • the first line 1 10, the generator 120, the second line 122 and the energy storage 124 are connected in series with each other and form a closed circuit. In the normal operating mode, the generator 120 is configured to generate the current flow 15 in the operating current direction for charging the energy store 124.
  • the circuit may also have a load. Fig.
  • Circuit 102 may be circuit 102, described with reference to FIG. 1, having a battery 124 and a generator 120.
  • the circuit 102 has a device for protecting the circuit 102.
  • the device for protecting the circuit 102 has a control device with a current sensor 204 and an amplifier device 205 and a switching device in the form of a transistor 106 with a body diode 206.
  • the transistor is implemented as a normal-blocking n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the current sensor 204 is designed to detect a direction of a current flow 15 within the circuit 102 and to output a direction signal corresponding to the direction to the amplifier device 205.
  • the amplifier device 205 designed as a gate driver according to this exemplary embodiment, is designed to amplify the direction signal and output it as a control signal 108 to the gate terminal of the transistor 106.
  • the anode of the body diode 206 of the transistor 106 is connected to the source terminal of the transistor 106 and the cathode of the body diode 206 is connected to the drain terminal of the transistor 106.
  • the source terminal of the transistor 106 is connected to a contact of the battery 124.
  • the drain terminal of the transistor 106 is connected to a terminal of the generator 120 via the current sensor 204.
  • the current sensor 204 may include an inductor, which may be part of the circuit 102 or may be inductively coupled to a line of the circuit 102. A magnetic field generated by the inductance or detected by the inductance can be used by the current sensor 204 to detect the direction of the current flow 15 through the circuit.
  • the current sensor 204 may include an amplifier for outputting the magnetic field dependent direction signal.
  • the control signal 108 is provided so that the transistor 106 is conductive.
  • the control signal 108 is provided so that the transistor 106 and the body diode 206 lock.
  • a Shottky diode 230 is connected in parallel to the generator 120.
  • the anode of the Shottky diode 230 is connected to a first terminal of the generator 120 and the cathode of the Shottky diode 230 is connected to a second terminal of the generator 120.
  • the capacitor 232 may be an intermediate circuit capacitor.
  • the first terminal of the generator 120 is connected via the current sensor 204 and the transistor 106 to a first contact of the battery 124.
  • the second terminal of the generator 120 is connected via an inductance 234 to a second contact of the battery 124.
  • a switching element 106 is connected in series with the generator 120.
  • the switching element 106 is according to this embodiment, a MOSFET 106, or more parallel MOSFETs.
  • the body diode 206 of the MOSFET 106 points in the operating current direction, that is to say the direction of the normal current flow 15 during normal operation of the circuit 102.
  • the MOSFET 106 is switched on at currents in the operating current direction, ie at positive currents the current flows completely across the MOSFET 106. With negative currents, the MOSFET 106 is turned off and also the diode 206 is turned off.
  • a positive current in this context is a current flow 15 which is suitable for charging the battery 124 and which flows during the normal operation of the circuit 102.
  • the generator 120 is used as a charging device for the battery 124.
  • a negative current in this context is a current flow 15 with a direction opposite to the positive current.
  • a negative current can flow, for example, when a short circuit occurs.
  • a current sensor signal is used, which outputs the current current value. The thus obtained information about the current is converted directly or indirectly into a gate drive signal in the form of the control signal 108 for the MOSFET 106. This makes it possible to switch off the short-circuit current before it exceeds a critical value.
  • Fig. 3 shows a circuit in the form of a circuit 102 according to another embodiment of the present invention.
  • the circuit 102 may be the circuit 102 described with reference to FIG. 2, with the difference that the transistor 106 is arranged at another position of the circuit 102.
  • the source terminal of the transistor 106 is connected to the second terminal of the generator 120 via the inductance 134, and the drain terminal of the transistor 106 is connected to the second terminal of the battery 124.
  • Fig. 4 shows a circuit in the form of a circuit 102 according to another embodiment of the present invention.
  • the circuit 102 can be the circuit 102 described with reference to FIG. 2, with the difference that the device for protecting the circuit 102 additionally has an overcurrent protection device 440 and optionally additionally a further control device 442.
  • the overcurrent protection device 440 may be disposed at a suitable position in the circuit 102.
  • the overcurrent protection device 440 is connected between the second contact of the battery 124 and a node to terminals of the inductor 234 and the capacitor 232.
  • the overcurrent protection device 440 is electrically conductively connected directly via an electrical line to the second contact of the battery 124.
  • the overcurrent protection device 440 is designed as a fuse.
  • the overcurrent protection device 440 is designed to interrupt as a backup the current flow 15 within the circuit 124 and in particular the current flow 15 through the battery 124 when the current flow 15 exceeds a predetermined current intensity, for example the maximum battery current of the battery 124 ,
  • a predetermined current intensity can be exceeded if the battery 124 is connected to the circuit in reverse polarity, ie the first contact and the second contact of the battery 124 are reversed. If the overcurrent protection device 440 did not interrupt the current flow 15 in this case, the battery current of the battery 124 would flow through the body diode 206 of the transistor 106 and the Shottky diode 230. This could result in damage to the battery 124 and possibly damage to other elements of the circuit 102.
  • the further control device 442 may optionally be provided.
  • the further control device 442 is designed to provide a shadow control of the battery 142 dependent further control signal 444 to the transistor 106.
  • the further control device 442 is designed to provide the further control signal 444 such that the further control signal 444 sets the transistor 106 in the conductive state when the battery 142 is arranged reversed poled in the circuit 102.
  • the further control device 442 is designed in the form of an amplifier acting as a gate driver.
  • An input of the further control device 442 is connected to a line section of the circuit 102 provided for contacting the first contact of the battery 142.
  • An output of the further control device 442 is connected to the control terminal of the transistor 106.
  • the diode 206 of the MOSFET 106 is conductive, in this case, an additional Fuse 440 provided.
  • it makes sense to actively turn on the MOSFET 106 in the case of polarity reversal of the battery voltage. This significantly reduces the voltage drop across the diode 206 of the MOSFET 106 and thus also reduces the losses that occur at the MOSFET 106. This can be achieved via the further control device 442, z. B.
  • a separate power supply 442 which provides the voltage required to turn on the MOSFET 106 in the form of the further control signal 444 especially in the case of polarity reversal.
  • the separate power supply 442 can be powered via the polarity of the battery voltage of the battery 124.
  • Fig. 5 shows a circuit in the form of a circuit 102 according to another embodiment of the present invention.
  • the circuit 102 can be the circuit 102 described with reference to FIG. 4, with the difference that the transistor 106 is arranged at another position of the circuit 102.
  • the source terminal of the transistor 106 is connected via the inductance 134 to the second terminal of the generator 120 and the drain terminal of the transistor 106 via the overcurrent protection device 440 to the second contact of the battery 124.
  • FIG. 6 shows a flow chart of a method for securing an operating current direction circuit of a battery for a vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the method can be carried out, for example, by a device for protecting a circuit, as described with reference to the preceding figures.
  • a direction of current flow through the circuit is detected.
  • a control signal is generated and provided that represents the direction of current flow.
  • the Circuit depending on the control signal either interrupted or shot to secure the circuit.

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises (102) für eine Batterie (124) für ein Fahrzeug weist eine Steuereinrichtung (104) zum Bereitstellen eines Steuersignals (108), das eine Richtung eines Stromflusses (115) durch den Stromkreis (102) repräsentiert und ein Schaltelement (106) auf, das ausgebildet ist, um den Stromkreis (102) abhängig von dem Steuersignal (108) zu unterbrechen, um den Stromkreis (102) abzusichern.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Absichern eines Stromkreises für ein Fahrzeug und
Stromkreis
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises einer Batterie für ein Fahrzeug, auf ein entsprechendes Verfahren und auf einen Stromkreis für ein Fahrzeug.
Elektrische Verbraucher werden im Kraftfahrzeug mit einer Schmelzsicherung abgesichert, um im Fehlerfall zu hohe Ströme abschalten zu können. Die Sicherung wird hierbei für Ströme oberhalb des Nennstromes ausgelegt, um ein fälschliches Auslösen zu verhindern. Dies ist allerdings nur machbar, wenn die Nennströme deutlich geringer als der maximale Batteriestrom sind.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises einer Batterie für ein Fahrzeug, einen verbesserten Stromkreis für ein Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises einer Batterie für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein Stromkreis eines Fahrzeugs kann mittels einer aktiven Sicherung abgesichert werden. Eine solche aktive Sicherung hat den Vorteil, dass sie sehr schnell und bereits bei geringen Fehlbelastungen innerhalb des Stromkreises auslösen kann.
Ist in den Stromkreis eine Kraftfahrzeugbatterie (KFZ-Batterie) eingebunden, so kann ein Schutz der KFZ-Batterie vor Kurzschlüssen mit einer entsprechenden aktiven Sicherung erfolgen. Die aktive Sicherung kann im Unterschied zu einer Schmelzsicherung, die bei Nennströmen in der Größenordnung des maximalen Batteriestromes der KFZ-Batterie erst relativ spät auslösen würde, bereits frühzeitig auslösen. Durch das frühzeitige Auslösen kann verhindert werden, dass die Batteriespannung der KFZ-Batterie einbricht. Ein Einbrechen der Batteriespannung kann schlimmstenfalls zum Ausfall von Steuergeräten führen und soll daher vermieden werden.
Durch die aktive Sicherung können auch Verbraucher sicher abgeschaltet werden, die selbst einen Strom in der Größenordnung des Batterienennstromes erzeugen können. Ein Kurzschlussstrom kann bereits abgeschaltet werden, sobald der Kurzschluss entsteht. Es kann somit vermieden werden, dass sich ein negativer Strom aufbaut. Hierdurch ist ein sicherer Betrieb, beispielsweise eines Fahrzeuges sichergestellt.
Eine Vorrichtung zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises für eine Batterie für ein Fahrzeug weist die folgenden Merkmale auf:
eine Steuereinrichtung zum Bereitstellen eines Steuersignals, das eine Richtung eines Stromflusses durch den Stromkreis repräsentiert; und
ein Schaltelement, das ausgebildet ist, um den Stromkreis abhängig von dem Steuersignal zu unterbrechen, um den Stromkreis abzusichern.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln. Das Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor, einen Hybridantrieb oder einen Elektroantrieb aufweisen. Bei der Batterie kann es sich um eine Bordnetzbatterie oder um eine Antriebsbatterie handeln. Die Batterie kann eine Niedervoltbatterie oder eine Hochvoltbatterie sein. Die Batterie kann stellvertretend für einen elektrischen Energiespeicher angesehen werden. Der Stromkreis kann eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungsleitungen und elektrischen oder elektronischen Bauelementen umfassen. Beispielsweise kann der Stromkreis einen Verbraucher oder einen elektrischen Generator umfassen. Der Stromfluss kann einen durch den Stromkreis oder durch zumindest einen Leitungsabschnitt des Stromkreises fließenden elektrischen Strom bezeichnen. Die Steuereinrichtung kann eine Messeinrichtung oder eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Richtung des Stromflusses umfassen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um die Richtung des Stromflusses induktiv zu erfassen. Dazu kann die Steuereinrichtung eine Spule aufweisen, die Teil des Stromkreises ist oder die mit dem Stromkreis gekoppelt ist. Das Steuersignal kann ein elektrisches Signal sein. Beispielsweise kann das Steuersignal ein Steuerstrom oder eine Steuerspannung sein. Die Steuereinrichtung kann eine elektrische Schaltung, beispielsweise eine Verstärkerschaltung zum Bereitstellen des Steuersignals umfassen. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um einen Wert oder eine Größe des Steuersignals abhängig von der Richtung des Stromflusses einzustellen. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um das Steuersignal an das Schaltelement auszugeben. Das Schaltelement kann die Funktionalität eines in eine Leitung des Stromkreises eingefügten Schalters aufweisen. Als Schaltelement kann ein elektrisches, ein elektronisches oder ein elektromechanisches Bauteil eingesetzt werden. In einem leitenden Zustand des Schaltelements kann der Stromfluss durch das Schaltelement hindurch und somit durch den Stromkreis erfolgen. Im nichtleitenden Zustand des Schaltelements kann der Stromfluss durch das Schaltelement hindurch gesperrt und somit der Stromkreis unterbrochen sein. Das Steuersignal kann ausgebildet sein, um das Schaltelement in den leitenden oder den nichtleitenden Zustand zu versetzen. Das Schaltelement kann ausgebildet sein, um bei einem nichtvorhandenen oder nicht aktiv von der Steuereinrichtung ausgegebenen Steuersignal, beispielsweise wenn der Stromsensor inaktiv ist oder während eines Inbetriebnahmevorgangs des Schaltkreises, den Stromfluss durch das Schaltelement und somit durch den Stromkreis zumindest eingeschränkt zu ermöglichen. Es können auch mehrere Schaltelemente vorgesehen sein, die von der Steuereinrichtung jeweils mittels des Steuersignals angesteuert werden können. Die Steuereinrichtung kann in Kombination mit dem Schaltelement oder den Schaltelementen eine aktive Sicherung für den Stromkreis oder für zumindest ein in den Stromkreis eingebundenes Element, beispielsweise die Batterie oder ein Schaltungselement, darstellen. Die aktive Sicherung kann zusätzlich oder alternativ zu einer Überstromsicherung, beispielsweise einer Schmelzsicherung eingesetzt werden. Die Betriebsstromrichtung kann eine Stromrichtung eines in einem Normalbetrieb des Stromkreises durch den Stromkreis fließenden Stroms darstellen. Durch die aktive Schaltung kann der Stromkreis unterbrochen werden, wenn die von der Steuereinrichtung erfasste Stromrichtung von der Betriebsstromrichtung abweicht. Eine solche Abweichung kann beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses oder eines Defekts innerhalb des Stromkreises auftreten. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um ein erstes Steuersignal bereitzustellen, wenn die Richtung des Stromflusses der Betriebsstromrichtung des Stromkreises entspricht und ein zweites Steuersignal bereitzustellen, wenn die Richtung des Stromflusses der Betriebsstromrichtung entgegengesetzt ist. Dabei kann das Schaltelement ausgebildet sein, um den Stromkreis ansprechend auf das zweite Steuersignal zu unterbrechen. Ansprechend auf das erste Steuersignal kann das Schaltelement ausgebildet sein, um den Stromkreis freizugeben. Beispielsweise kann das Schaltelement ausgebildet sein, um ansprechend auf das erste Steuersignal einen Innenwiderstand einer elektrischen Verbindung durch das Schaltelement hindurch zu senken. Das erste und das zweite Steuersignal können sich über einen Wert oder eine Größe des Steuersignals unterscheiden. Beispielsweise kann das erste Steuersignal eine erste Spannung und das zweite Steuersignal eine sich von der ersten Spannung unterscheidende zweite Spannung repräsentieren.
Somit kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal als eine Steuerspannung für das Schaltelement bereitzustellen. Eine Steuerspannung eignet sich beispielsweise zur Ansteuerung eines Schaltelements in Form eines Transistors.
Die Betriebsstromrichtung kann einer Ladestromrichtung zum Laden der Batterie entsprechen. Dazu kann der Stromkreis eine Batterie und einen Generator zum Bereitstellen eines Ladestroms oder einer Ladespannung zum Aufladen der Batterie sowie Leitungen aufweisen, die die Batterie mit dem Generator verbinden. Im Betrieb des Stromkreises kann die Ladestromrichtung durch den von dem Generator erzeugten Ladestrom vorgegeben werden. Tritt an dem Stromkreis ein Kurzschluss auf oder ist der Generator beispielsweise defekt, so kann sich die Stromrichtung innerhalb des Stromkreises aufgrund der von der Batterie bereitgestellten Batteriespannung umkehren. Eine solche der Betriebsstromrichtung entgegengesetzte Stromrichtung kann unter Verwendung der Steuereinrichtung detektiert werden und zur Unterbrechung des Stromkreises durch das Schaltelement führen. Indem eine Umkehr der Stromrichtung sehr schnell detektiert werden kann, kann eine Beschädigung der Batterie wirksam verhindert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann das Schaltelement zumindest einen Transistor umfassen. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um das Steuersignal an einen Steuereingang des zumindest einen Transistors bereitzustellen.
Weist das Schalelement zwei oder eine Mehrzahl von Transistoren auf, so können diese in einer Parallelschaltung angeordnet sein. Auch können zumindest zwei der Transistoren in Serie an unterschiedlichen Positionen im Stromkreis angeordnet sein. Weist das Schaltelement mehrerer Transistoren auf, so kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um das Steuersignal zur Ansteuerung der mehreren Transistoren an die mehreren Transistoren bereitzustellen. Ein Transistor bietet sich als Schaltelement an, weil er kostengünstig zu realisieren ist, eine geringe Verlustleistung aufweist und eine störunanfällig ist.
Beispielsweise kann der Transistor ein Feldeffekttransistor sein. Insbesondere kann es sich um einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor handeln. Dabei kann eine Diode zwischen Source-Anschluss und Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors leitend in Bezug auf die Betriebsstromrichtung geschaltet sein. Bei der Diode kann es sich um eine sogenannte Bodydiode des Feldeffekttransistors handeln. Durch das Steuersignal können ein Innenwiderstand des Feldeffekttransistors zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss und somit ein Stromfluss durch den Feldeffekttransistor hindurch gesteuert werden. Der Feldeffekttransistor kann als ein normal sperrender Transistor ausgelegt sein. Wenn das Steuersignal eine Steuerspannung repräsentiert, die kleiner als die Schwellenspannung, die sogenannte Threshold-Spannung ist, kann der Feldeffekttransistor sperren und somit den Stromkreis unterbrechen. Liegt kein Steuersignal an dem Feldeffekttransistor an, so kann in der Betriebsstromrichtung ein Stromfluss durch die Diode des Feldeffekttransistors erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Überstromschutz- einrichtung umfassen, die ausgebildet ist, um den Stromkreis abhängig von einer Größe des Stromflusses zu unterbrechen. Die Überstromschutzeinrichtung kann in Serie zu der Steuereinrichtung und dem Schaltelement in dem Stromkreis angeordnet sein. Durch die Überstromschutzeinrichtung kann der Stromkreis unterbrochen werden, wenn der Stromfluss einen vorbestimmten Maximalwert erreicht oder über- schreitet. Dabei kann die Überstromschutzeinrichtung unabhängig von der Richtung des Stromflusses auslösen. Beispielsweise kann es sich bei der Überstromschutzeinrichtung um eine Schmelzsicherung handeln. Alternativ kann es sich um ein geeignetes elektromechanisches Bauteil handeln. Die Überstromschutzeinrichtung kann beispielsweise bei einer Verpolung der Batterie ansprechen.
Dabei kann die Vorrichtung eine weitere Steuereinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um ein weiteres Steuersignal bereitzustellen. Das weitere Steuersignal kann eine Polarität einer Spannung der Batterie repräsentieren. Das Schaltelement kann ausgebildet sein, um den Stromfluss abhängig von dem weiteren Steuersignal durch das Schaltelement hindurch zu ermöglichen. Das weitere Steuersignal kann mit dem Steuersignal der Steuereinrichtung kombiniert, beispielsweise addiert werden. Auf diese Weise kann das Schaltelement sowohl durch die Steuereinrichtung als auch durch die weitere Steuereinrichtung angesteuert und in den leitenden Zustand geschaltet werden. Indem das Schaltelement bei einer Verpolung der Batterie leitfähig geschaltet wird, kann eine Beschädigung des Schaltelements vermieden werden.
Ein Stromkreis für ein Fahrzeug weist die folgenden Merkmale auf:
einen ersten Anschluss zum Anschließen eines ersten Kontakts der Batterie und einen zweiten Anschluss zum Anschließen eines zweiten Kontakts der Batterie; eine Ladeeinrichtung zum Laden der Batterie, wobei eine Ladestromrichtung zum Laden der Batterie einer Betriebsstromrichtung des Stromkreises entspricht; und eine Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zum Absichern des Stromkreises.
Bei den Kontakten der Batterie kann es sich um einen Pluspol und einen Minuspol der Batterie handeln. Die Ladeeinrichtung kann durch Leitungen des Stromkreises mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbunden sein. Bei der Ladeeinrichtung kann es sich um einen Generator, beispielsweise eine Lichtmaschine des Fahrzeugs handeln. Der Stromkreis kann die Batterie umfassen, die zwischen den ersten An- schluss und den zweiten Anschluss geschaltet ist. Durch die Batterie kann der zuvor offene Stromkreis geschlossen werden. Über einen weiteren mit der Batterie verbundenen Stromkreis können ein oder mehrerer Verbraucher des Fahrzeugs mit elektrischer Energie aus der Batterie versorgt werden. Die Ladeeinrichtung und die Batterie können durch den Stromkreis so verschaltet sein, dass die Batterie im Normalbetrieb des Stromkreises durch die Ladeeinrichtung geladen wird. Dabei fließt ein Ladestrom in der Betriebsstromrichtung durch den Stromkreis.
Ein Verfahren zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises einer Batterie für ein Fahrzeug umfasst die folgenden Schritte:
Erfassen einer Richtung eines Stromflusses durch den Stromkreis; Bereitstellen eines Steuersignals, das die Richtung des Stromflusses repräsentiert; und
Unterbrechen oder Schließen des Stromkreises abhängig von dem Steuersignal, um den Stromkreis abzusichern.
Die Schritte des Verfahrens können von geeigneten Einrichtungen, beispielsweise einer Vorrichtung zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises für eine Batterie für ein Fahrzeug, umgesetzt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein elektrisches Gerät sein, das ein Sensorsignal erzeugt, verarbeitet und in Abhängigkeit davon ein Steuersignal erzeugt und zur Durchführung einer Schaltfunktion einsetzt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen. Die Schnittstellen können Teil einer integrierten Schaltung oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Absichern eines Stromkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figuren 2 und 3 Darstellungen von Schaltkreisen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; Figuren 4 und 5 Darstellungen von Schaltkreisen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahren zum Absichern eines
Stromkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Absichern eines Stromkreises 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 weist eine Steuereinrichtung 104 und ein Schaltelement 106 auf. Die Steuereinrichtung 104 ist ausgebildet, um ein Steuersignal 108 zu erzeugen und über eine elektrische Leitung an einen Steuereingang des Schaltelements 106 bereitzustellen. Die Vorrichtung 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer ersten Leitung 1 10 des Stromkreises 102 gekoppelt oder in der ersten Leitung 1 10 angeordnet.
Die Steuereinrichtung 104 ist ausgebildet, um eine Richtung eines Stromflusses 1 15 durch die erste Leitung 1 10 des Stromkreises zu erfassen. Die Steuereinrichtung 104 ist ferner ausgebildet, um das Steuersignal 108 abhängig von der er- fassten Richtung des Stromflusses 1 15 zu erzeugen. Auf diese Weise wird durch das Steuersignal 108 oder durch einen Wert des Steuersignals 108 die Richtung des Stromflusses 1 15 dargestellt.
Das Schaltelement 106 ist ausgebildet, um den Stromfluss 1 15 durch die erste Leitung 1 10 abhängig von dem Steuersignal 108 zu unterbrechen oder zu ermöglichen. Dazu kann das Schaltelement 106 in der ersten Leitung 1 10 angeordnet sein, sodass der Stromfluss 1 15 durch das Schaltelement 106 erfolgt, wenn sich das Schaltelement 106 in einem leitenden Zustand befindet. Befindet sich das Schaltelement 106 in einem sperrenden Zustand, so ist kein Stromfluss 1 15 durch das Schaltelement 106 und somit durch die erste Leitung 1 10 möglich. Mittels des Steuersignals 108 kann das Schaltelement 106 von dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand umgeschaltet werden, und umgekehrt. Liegt an dem Steuereingang des Schaltelements 106 kein von der Steuereinrichtung aktiv bereitgestelltes Steuersignal 108 an, so kann sich das Schaltelement 106 in einem eingeschränkt leitenden Zustand befinden. In dem eingeschränkt leitenden Zustand ist der Stromfluss 1 15 durch das Schaltelement 106 und somit durch die erste Leitung 1 10 hindurch möglich, allerdings weist das Schaltelement 106 in dem eingeschränkt leitenden Zustand einen größeren Innenwiderstand in Bezug auf den Stromfluss 1 15 auf, als in dem leitenden Zustand, in den das Schaltelement 106 durch ein entsprechendes Steuersignal 108 versetzt werden kann.
Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung 100 und des Stromkreises 102 kann sich das Schaltelement 106 in dem eingeschränkt leitenden Zustand befinden. In einem Normalbetriebsmodus des Stromkreises 102, in dem der Stromfluss 1 15 in einer Betriebsstromrichtung erfolgt, kann sich das Schaltelement 106 in dem leitenden Zustand befinden. Bei Auftreten eines Fehlers innerhalb des Stromkreises 102, aufgrund dessen der Stromfluss 1 15 entgegen der Betriebsstromrichtung erfolgt, kann das Schaltelement in den sperrenden Zustand versetzt werden.
Der Stromkreis 102 weist neben der ersten Leitung 1 10 einen Generator 120, eine zweite Leitung 122 und einen Energiespeicher 124, beispielsweise einen elektrochemischen Energiespeicher in Form einer Batterie oder eines Akkumulators auf. Beispielsweise kann es sich bei dem Energiespeicher 124 um eine Kraftfahrzeugbatterie und bei dem Generator 120 um eine Ladeeinrichtung, beispielsweise in Form einer Lichtmaschine eines Fahrzeugs handeln. Die erste Leitung 1 10, der Generator 120, die zweite Leitung 122 und der Energiespeicher 124 sind in einer Serienschaltung miteinander verbunden und bilden einen geschlossenen Stromkreis. Im Normalbetriebsmodus ist der Generator 120 ausgebildet, um den Stromfluss 1 15 in der Betriebsstromrichtung zum Laden des Energiespeichers 124 zu erzeugen. Alternativ zu dem Generator 120 kann der Stromkreis auch einen Verbraucher aufweisen. Fig. 2 zeigt eine Schaltung in Form eines Schaltkreises 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schaltkreis 102 kann es sich um den anhand von Fig. 1 beschriebenen Schaltkreis 102 mit einer Batterie 124 und einem Generator 120 handeln. Der Schaltkreis 102 weist eine Vorrichtung zum Absichern des Stromkreises 102 auf.
Die Vorrichtung zum Absichern des Stromkreises 102 weist eine Steuereinrichtung mit einem Stromsensor 204 und einer Verstärkereinrichtung 205 und eine Schalteinrichtung in Form eines Transistors 106 mit einer Bodydiode 206 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Transistor als ein normal sperrender n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgeführt. Der Stromsensor 204 ist ausgebildet, um eine Richtung eines Stromflusses 1 15 innerhalb des Stromkreises 102 zu erfassen und ein der Richtung entsprechendes Richtungssignal an die Verstärkereinrichtung 205 auszugeben. Die Verstärkereinrichtung 205, gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Gate-Treiber ausgeführt, ist ausgebildet, um das Richtungssignal zu verstärken und als ein Steuersignal 108 an den Gate-Anschluss des Transistors 106 auszugeben. Die Anode der Bodydiode 206 des Transistors 106 ist mit dem Source-Anschluss des Transistors 106 und die Kathode der Bodydiode 206 ist mit dem Drain-Anschluss des Transistors 106 verbunden. Der Source-Anschluss des Transistors 106 ist mit einem Kontakt der Batterie 124 verbunden. Der Drain- Anschluss des Transistors 106 ist über den Stromsensor 204 mit einem Anschluss des Generators 120 verbunden.
Der Stromsensor 204 kann eine Induktivität aufweisen, die Teil des Stromkreises 102 sein kann oder induktiv mit einer Leitung des Stromkreises 102 gekoppelt sein kann. Ein durch die Induktivität erzeugtes oder von der Induktivität erfasstes Magnetfeld kann von dem Stromsensor 204 genutzt werden, um die Richtung des Stromflusses 1 15 durch den Stromkreis zu erfassen. Der Stromsensor 204 kann einen Verstärker zur Ausgabe des von dem Magnetfeld abhängigen Richtungssignals aufweisen.
Bei einer ersten Richtung des Stromflusses 1 15, die während eines Normalbetriebs des Stromkreises 102 besteht und auch als Betriebsstromrichtung oder positi- ver Strom bezeichnet ist, wird das Steuersignal 108 so bereitgestellt, dass der Transistor 106 leitend ist. Bei einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung des Stromflusses 1 15, die beispielsweise bei einem Kurzschluss besteht und auch als negativer Strom bezeichnet ist, wird das Steuersignal 108 so bereitgestellt, dass der Transistor 106 und die Bodydiode 206 sperren.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist parallel zu dem Generator 120 eine Shottky-Diode 230 geschaltet. Die Anode der Shottky-Diode 230 ist mit einem ersten Anschluss des Generators 120 und die Kathode der Shottky-Diode 230 ist mit einem zweiten Anschluss des Generators 120 verbunden. Parallel zu der Batterie 124 ist ein Kondensator 232 geschaltet. Bei dem Kondensator 232 kann es sich um einen Zwischenkreiskondensator handeln. Der erste Anschluss des Generators 120 ist über den Stromsensor 204 und den Transistor 106 mit einem ersten Kontakt der Batterie 124 verbunden. Der zweite Anschluss des Generators 120 ist über eine Induktivität 234 mit einem zweiten Kontakt der Batterie 124 verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird als eine aktive Sicherung des Stromkreises 102 ein Schaltelement 106 in Reihe mit dem Generator 120 angeschlossen. Bei dem Schaltelement 106 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um einen MOSFET 106, oder um mehrere parallele MOSFETs. Die Body-Diode 206 des MOSFETs 106 zeigt hierfür in die Betriebsstromrichtung, also die Richtung des normalen Stromflusses 1 15 während eines Normalbetriebs des Stromkreises 102. Zur Verringerung der Verluste wird der MOSFET 106 bei Strömen in der Betriebsstromrichtung, also bei positiven Strömen zugeschaltet, wodurch der Strom vollständig über den MOSFET 106 fliest. Bei negativen Strömen wird der MOSFET 106 abgeschaltet und auch die Diode 206 sperrt. Ein positiver Strom ist in diesem Zusammenhang ein zur Ladung der Batterie 124 geeigneter Stromfluss 1 15, der während des Normalbetriebs des Stromkreises 102 fließt. Im Normalbetrieb wird der Generator 120 als Ladeeinrichtung für die Batterie 124 eingesetzt. Ein negativer Strom ist in diesem Zusammenhang ein Stromfluss 1 15 mit einer dem positiven Strom entgegengesetzten Richtung. Ein negativer Strom kann beispielsweise beim Auftreten eines Kurzschlusses fließen. Zur Ansteuerung des MOSFETs 106 wird ein Stromsensorsignal verwendet, das den aktuellen Stromwert ausgibt. Die so gewonnene Information über den Strom wird direkt oder indirekt in ein Gate-Ansteuersignal in Form des Steuersignals 108 für den MOSFET 106 umgesetzt. Hierdurch ist es möglich den Kurzschlussstrom abzuschalten, bevor dieser einen kritischen Wert überschreitet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird somit eine Kombination aus
Stromsensor 204 und MOSFET 106 für die Abschaltung von hohen Strömen eingesetzt.
Fig. 3 zeigt eine Schaltung in Form eines Schaltkreises 102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schaltkreis 102 kann es sich um den anhand von Fig. 2 beschriebenen Schaltkreis 102 handeln, mit dem Unterschied, dass der Transistor 106 an einer anderen Position des Stromkreises 102 angeordnet ist. Gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Source-Anschluss des Transistors 106 über die Induktivität 134 mit dem zweiten An- schluss des Generators 120 verbunden und der Drain-Anschluss des Transistors 106 ist mit dem zweiten Anschluss der Batterie 124 verbunden.
Fig. 4 zeigt eine Schaltung in Form eines Schaltkreises 102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schaltkreis 102 kann es sich um den anhand von Fig. 2 beschriebenen Schaltkreis 102 handeln, mit dem Unterschied, dass die Vorrichtung zum Absichern des Stromkreises 102 zusätzlich eine Überstromschutzeinrichtung 440 und optional zusätzlich eine weitere Steuereinrichtung 442 aufweist.
Die Überstromschutzeinrichtung 440 kann an einer geeigneten Position in dem Stromkreis 102 angeordnet sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Überstromschutzeinrichtung 440 zwischen den zweiten Kontakt der Batterie 124 und einem Knotenpunkt zu Anschlüssen der Induktivität 234 und des Kondensators 232 geschaltet. Somit ist die Überstromschutzeinrichtung 440 direkt über eine elektrische Leitung mit dem zweiten Kontakt der Batterie 124 elektrisch leitfähig verbunden. Ge- maß diesem Ausführungsbeispiel ist die Überstromschutzeinrichtung 440 als eine Schmelzsicherung ausgeführt.
Die Überstromschutzeinrichtung 440 ist ausgebildet, um als eine Sicherung den Stromfluss 1 15 innerhalb des Stromkreises 124 und insbesondere den Strom- fluss 1 15 durch die Batterie 124 zu unterbrechen, wenn der Stromfluss 1 15 eine vorbestimmte Stromstärke, beispielsweise den maximalen Batteriestrom der Batterie 124 übersteigt. Beispielsweise kann die vorbestimmte Stromstärke überschritten werden, wenn die Batterie 124 verpolt mit dem Stromkreis verbunden wird, also der erste Kontakt und der zweite Kontakt der Batterie 124 vertauscht sind. Würde die Überstromschutzeinrichtung 440 den Stromfluss 1 15 in diesem Fall nicht unterbrechen, so würde der Batteriestrom der Batterie 124 durch die Bodydiode 206 des Transistors 106 und die Shottky-Diode 230 fließen. Dies könnte zu einer Beschädigung der Batterie 124 und eventuell zu einer Beschädigung weiterer Elemente des Stromkreises 102 führen.
Um für den Fall der Verpolung der Batterie 124 eine Beschädigung des Transistors 106 zu vermeiden, kann die weitere Steuereinrichtung 442 optional vorgesehen sein. Die weitere Steuereinrichtung 442 ist ausgebildet, um ein von einer Verschattung der Batterie 142 abhängiges weiteres Steuersignal 444 an den Transistor 106 bereitzustellen. Die weitere Steuereinrichtung 442 ist ausgebildet, um das weitere Steuersignal 444 so bereitzustellen, dass das weitere Steuersignal 444 den Transistor 106 in den leitenden Zustand versetzt, wenn die Batterie 142 verkehrt gepolt in dem Schaltkreis 102 angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die weitere Steuereinrichtung 442 in Form eines als Gate-Treiber fungierenden Verstärkers ausgeführt. Ein Eingang der weiteren Steuereinrichtung 442 ist mit einem zur Kontak- tierung des ersten Kontakts der Batterie 142 vorgesehenen Leitungsabschnitt des Stromkreises 102 verbunden. Ein Ausgang der weiteren Steuereinrichtung 442 ist mit dem Steueranschluss des Transistors 106 verbunden.
Gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird, da im Falle einer Verpolung der Batteriespannung der Batterie 142, z. B. beim Tausch der Batterie 142, die Diode 206 des MOSFETs 106 leitend ist, für diesen Fall eine zusätzliche Schmelzsicherung 440 vorgesehen. Um den MOSFET 106 hierbei zu schützen, ist es sinnvoll, den MOSFET 106 im Fall der Verpolung der Batteriespannung aktiv einzuschalten. Dies verringert den Spannungsabfall über der Diode 206 des MOSFETs 106 deutlich und senkt somit auch die am MOSFET 106 entstehenden Verluste. Erreicht werden kann dies über die weitere Steuereinrichtung 442, z. B. in Form eines separaten Netzteils 442, das speziell im Falle des Verpolens die zum Einschalten des MOSFETs 106 benötigte Spannung in Form des weiteren Steuersignals 444 bereitstellt. Das separate Netzteil 442 kann über die verpolte Batteriespannung der Batterie 124 mit Energie versorgt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt somit eine Ansteuerung des MOSFET 106 im Verpolfall durch ein zweites Netzteil 442 bzw. einen zweiten Gate Treiber 442.
Fig. 5 zeigt eine Schaltung in Form eines Schaltkreises 102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schaltkreis 102 kann es sich um den anhand von Fig. 4 beschriebenen Schaltkreis 102 handeln, mit dem Unterschied, dass der Transistor 106 an einer anderen Position des Stromkreises 102 angeordnet ist. Gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Source-Anschluss des Transistors 106 über die Induktivität 134 mit dem zweiten An- schluss des Generators 120 und der Drain-Anschluss des Transistors 106 über die Überstromschutzeinrichtung 440 mit dem zweiten Kontakt der Batterie 124 verbunden.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises einer Batterie für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann beispielsweise von einer Vorrichtung zur Absicherung eines Stromkreises ausgeführt werden, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist. In einem Schritt 651 wird eine Richtung eines Stromflusses durch den Stromkreis erfasst. Ansprechend darauf wird in einem Schritt 653 ein Steuersignal erzeugt und bereitgestellt, das die Richtung des Stromflusses repräsentiert. In einem Schritt 655 wird der Stromkreis abhängig von dem Steuersignal entweder unterbrochen oder geschossen, um den Stromkreis abzusichern.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Bezuqszeichen
Vorrichtung
Stromkreis
Steuereinrichtung
Schaltelement
Steuersignal
erste Leitung
Stromfluss
Generator
zweite Leitung
Energiespeicher
Stromsensor
Verstärker
Bodydiode
Shottky-Diode
Kondensator
Induktivität
Überstromschutzeinrichtung
weitere Steuereinrichtung
weiteres Steuersignal
Schritt des Erfassens
Schritt des Bereitstellens
Schritt des Unterbrechens oder Schließens

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (100) zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises (102) für eine Batterie (124) für ein Fahrzeug, die die folgenden Merkmale aufweist:
eine Steuereinrichtung (104; 204, 205) zum Bereitstellen eines Steuersignals (108), das eine Richtung eines Stromflusses (1 15) durch den Stromkreis (102) repräsentiert; und
ein Schaltelement (106), das ausgebildet ist, um den Stromkreis (102) abhängig von dem Steuersignal (108) zu unterbrechen, um den Stromkreis (102) abzusichern.
2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (104; 204, 205) ausgebildet ist, um ein erstes Steuersignal (108) bereitzustellen, wenn die Richtung des Stromflusses (1 15) der Betriebsstromrichtung des Stromkreises (102) entspricht und ein zweites Steuersignal (108) bereitzustellen, wenn die Richtung des Stromflusses (1 15) der Betriebsstromrichtung entgegengesetzt ist, und das Schaltelement (106) ausgebildet ist, um den Stromkreis (102) ansprechend auf das zweite Steuersignal (108) zu unterbrechen.
3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsstromrichtung einer Ladestromrichtung zum Laden der Batterie (124) entspricht.
4. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (106) zumindest einen Transistor umfasst und die Steuereinrichtung (104; 204, 205) ausgebildet ist, um das Steuersignal (108) an einen Steuereingang des zumindest einen Transistors bereitzustellen.
5. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor ein Feldeffekttransistor ist, wobei eine Diode (206) zwischen Source- Anschluss und Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors leitend in Bezug auf die Betriebsstromrichtung geschaltet ist.
6. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Überstromschutzeinrichtung (440) umfasst, die ausgebildet ist, um den Stromkreis (102) abhängig von einer Größe des Stromflusses (1 15) zu unterbrechen.
7. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine weitere Steuereinrichtung (442) aufweist, die ausgebildet ist, um ein weiteres Steuersignal (444) bereitzustellen, das eine Polarität einer Spannung der Batterie (124) repräsentiert, und das Schaltelement (106) ausgebildet ist, um den Stromfluss (1 15) abhängig von dem weiteren Steuersignal (444) durch das Schaltelement (106) hindurch zu ermöglichen.
8. Stromkreis (102) für ein Fahrzeug, der die folgenden Merkmale aufweist: einen ersten Anschluss zum Anschließen eines ersten Anschlusses der Batterie (124) und einen zweiten Anschluss zum Anschließen eines zweiten Anschlusses der Batterie (124);
eine Ladeeinrichtung (120) zum Laden der Batterie (124), wobei die Ladeeinrichtung (120) zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet ist und eine Ladestromrichtung zum Laden der Batterie (124) einer Betriebsstromrichtung des Stromkreises (102) entspricht; und
eine Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüchen zum Absichern des Stromkreises (102).
9. Stromkreis gemäß Anspruch 8, mit der Batterie (124) die zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet ist.
10. Verfahren zum Absichern eines eine Betriebsstromrichtung aufweisenden Stromkreises (102) einer Batterie (124) für ein Fahrzeug, das die folgenden Schritte umfasst:
Erfassen (651 ) einer Richtung eines Stromflusses (1 15) durch den Stromkreis
(102);
Bereitstellen (653) eines Steuersignals (108), das die Richtung des Stromflusses (1 15) repräsentiert; und Unterbrechen oder Schließen (655) des Stromkreises (102) abhängig von dem Steuersignal (108), um den Stromkreis (102) abzusichern.
PCT/EP2013/050362 2012-02-29 2013-01-10 Vorrichtung und verfahren zum absichern eines stromkreises für ein fahrzeug und stromkreis WO2013127550A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201380011082.3A CN104137371B (zh) 2012-02-29 2013-01-10 用于保护车辆的电流回路的设备和方法以及电流回路
US14/381,713 US9948088B2 (en) 2012-02-29 2013-01-10 Apparatus and method for protecting a circuit of a vehicle and circuit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012203072.7 2012-02-29
DE102012203072A DE102012203072A1 (de) 2012-02-29 2012-02-29 Vorrichtung und Verfahren zum Absichern eines Stromkreises für ein Fahrzeug und Stromkreis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013127550A1 true WO2013127550A1 (de) 2013-09-06

Family

ID=47563487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/050362 WO2013127550A1 (de) 2012-02-29 2013-01-10 Vorrichtung und verfahren zum absichern eines stromkreises für ein fahrzeug und stromkreis

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9948088B2 (de)
CN (1) CN104137371B (de)
DE (1) DE102012203072A1 (de)
WO (1) WO2013127550A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013221590A1 (de) * 2013-10-24 2015-04-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Überwachung der Gleichspannungsladung des Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs sowie ein Batteriemanagementsystem
US9979180B2 (en) * 2014-10-20 2018-05-22 Infineon Technologies Ag Electronic fuse
CN104810820A (zh) * 2015-05-15 2015-07-29 深圳市共进电子股份有限公司 一种usb供电电路
DE102019101236A1 (de) * 2019-01-17 2020-07-23 Liebherr-Components Biberach Gmbh Ansteuervorrichtung zum Auslösen zumindest einer Pyrosicherung sowie Energiespeicher mit einer solchen Pyrosicherung
US11539201B2 (en) * 2019-03-04 2022-12-27 Portwell Inc. Reverse polarity protection device
CN112003261B (zh) * 2020-09-18 2024-01-23 东莞新能安科技有限公司 防反接保护电路、方法及电化学装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075813A (en) * 1988-07-25 1991-12-24 Fuji Electric Co., Ltd. Cell protection apparatus and method for a battery cell system
EP0685916A2 (de) * 1994-05-30 1995-12-06 Nec Corporation Stromversorgungsschutzschaltung zur Fehlervermeidung in einem Satellitennachrichtennetzwerk verursacht durch fehlerhafte Verbindung
US20060261751A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Nec Corporation Discharge prevention circuit and electronic equipment provided with the discharge prevention circuit
US20070081285A1 (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Junji Takeshita Power supply control circuit

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH566660A5 (de) * 1973-10-11 1975-09-15 Bosch Gmbh Robert
US5726505A (en) * 1995-01-13 1998-03-10 Omron Corporation Device to prevent reverse current flow, rectifier device and solar generator system
KR100258043B1 (ko) * 1997-10-27 2000-06-01 에릭 발리베 복합전기자동차용 보조동력장치의 제어시스템
TWI381570B (zh) * 2006-03-31 2013-01-01 Sanyo Electric Co 匣式電池
CN102255363B (zh) * 2011-07-27 2013-07-31 广东易事特电源股份有限公司 具有全面保护的太阳能控制器的充电电路拓扑及控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075813A (en) * 1988-07-25 1991-12-24 Fuji Electric Co., Ltd. Cell protection apparatus and method for a battery cell system
EP0685916A2 (de) * 1994-05-30 1995-12-06 Nec Corporation Stromversorgungsschutzschaltung zur Fehlervermeidung in einem Satellitennachrichtennetzwerk verursacht durch fehlerhafte Verbindung
US20060261751A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Nec Corporation Discharge prevention circuit and electronic equipment provided with the discharge prevention circuit
US20070081285A1 (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Junji Takeshita Power supply control circuit

Also Published As

Publication number Publication date
US9948088B2 (en) 2018-04-17
CN104137371B (zh) 2016-11-09
DE102012203072A1 (de) 2013-08-29
US20150180219A1 (en) 2015-06-25
CN104137371A (zh) 2014-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2017935B1 (de) Elektronischer Trennschalter
EP0981849B1 (de) Anordnung zum schutz von elektrischen einrichtungen
EP3022432B1 (de) Elektronische sicherheitsabschaltung für kraftfahrzeuge
DE112012000652T5 (de) Entladesteuerungsschaltung
WO2013127550A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum absichern eines stromkreises für ein fahrzeug und stromkreis
DE102015219589A1 (de) Fahrzeugbatterievorrichtung
WO2011121035A1 (de) Bordnetz für ein fahrzeug sowie steuervorrichtung für ein bordnetz
WO2014053320A2 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zum aufladen eines zwischenkreiskondensators sowie batterie und kraftfahrzeug mit einer solchen schaltungsanordnung
DE102013204541A1 (de) Batteriezelleinheit mit Batteriezelle und ultraschneller Entladeschaltung und Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle
EP2553257B1 (de) Bordnetz für ein fahrzeug sowie steuervorrichtung zum steuern eines stromflusses in einem bordnetz eines fahrzeugs
DE102021205819B3 (de) DC-Fahrzeugladeschaltung mit Transistor und Inversdiode zur Sperrung von Fehlerstrom durch ladestationsseitige Varistoren
DE102013017091A1 (de) Energiespeichereinrichtung für einen Kraftwagen
WO2020127414A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum richtungsabhängigen betreiben eines elektrochemischen energiespeichers
DE102014208543A1 (de) Batteriezelleinrichtung mit einer Batteriezelle und einer Überwachungselektronik zum Überwachen der Batteriezelle und entsprechendes Verfahren zum Betreiben und Überwachen einer Batteriezelle
DE102019210926A1 (de) Verfahren und Steuergerät zum Kurzschließen von zumindest zwei Phasen einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs
DE102014016239A1 (de) Gleichspannungswandler für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Gleichspannungswandlers
DE60222767T2 (de) Stromversorgungseinrichtung
DE19702352A1 (de) Regelgerät für Onboard-Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug
EP3925835A1 (de) Bordnetz für ein fahrzeug
DE102021204455A1 (de) Überstromschutzschaltung, Managementsystem und Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
DE102015226587A1 (de) Batterieanschlussvorrichtung und Verfahren zum Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Hochvoltbatterie und einem Kraftfahrzeug-Bordnetz
EP2689970A1 (de) Schaltungsanordnung zum Steuern einer induktiven Last mit Freilaufkreis
DE19958998C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Fremdstarthilfe bei Kraftfahrzeugen und dergleichen
DE102018202590A1 (de) Schaltvorrichtung für ein Hochvolt-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvolt-Bordnetz sowie ein Steuerverfahren für ein Hochvolt-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
DE102012218591B4 (de) Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13700544

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14381713

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13700544

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1