WO2014060145A1 - Ansteuerschaltung für n schütze sowie ein verfahren zur ansteuerung von n schützen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a drive circuit for n contactors, wherein the drive circuit comprises an adjustable holding voltage source, with which the drive coils of the n contactors are connectable in a holding mode, as well as a method for driving n contactors.
- contactors are usually provided in order to decouple the battery can electrically.
- motor vehicles with electric drive motor contactors are usually installed both on the plus pole as well as the negative terminal of the battery, which are designed for the high voltage of the battery and must reliably disconnect the battery even with short-circuit currents of over 1000 A.
- the switching on and off of the contactors is usually done via a
- Subdivide modes the suit mode and the hold mode (or suit or hold phase).
- Significant for the particular mode is the magnitude of the drive current that is higher during the pull-up mode than during the hold mode. This is spoken of the suit and the hold level.
- the tightening mode is only required for switching on (closing) the contactors and is of relatively short duration. For the majority of the operating time, the contactors are operated in the more power-saving holding mode. A drive circuit for activating contactors should therefore be able to represent both operating modes.
- a device for driving a contactor which comprises a holding current unit which is designed to output a holding current for the drive coil of a contactor to one of its output side outputs.
- a holding current unit which is designed to output a holding current for the drive coil of a contactor to one of its output side outputs.
- the holding voltage generated by the holding current unit is set to a value set at the time of production.
- the related components must therefore be designed so that the necessary holding current can be provided even in the presence of extreme temperatures of the holding current unit. But because the conductivity of the
- a drive circuit for n contactors which comprises a first and a second input for connection to an energy store. Furthermore, the drive circuit n comprises first and n second terminals, wherein in each case a first and a second terminal can be connected to one of the two terminals of a respective drive coil of one of the n contactors. Furthermore, the drive circuit n comprises first switching means whose respective first terminal is connected to the first input, wherein the second terminal of the ith first switching means is connected to the ith first terminal of the drive circuit. The drive circuit has n second switching means, whose respective first terminal is connected to the second input, wherein the second terminal of the ith second
- the drive circuit further comprises an adjustable holding voltage source whose first pole is connected to the second input and whose second pole is connected to the first of the first terminals.
- Suit mode and a holding mode with reduced component cost allows. Due to the series connection of the drive coils of the contactors during the hold mode, regardless of the number of contactors only an adjustable holding voltage source is required, through which the exact adjustment of the current flow or the holding current by the with
- the adjustable Haitelaysqueiie with a measuring and
- Actuator unit which is adapted to measure the current flowing through the electrical connection between the first pole of the adjustable Haiteschreibsqueiie and the second input of the drive circuit current and comparing current with a predetermined desired current and the holding voltage of the adjustable Haiteschreibsqueiie as a function of adjust the result of this comparison.
- the holding current can be adjusted by the drive coils of the contactors at any time to an optimal value, which energy and cost can be saved.
- the drive circuit further comprises n diodes, wherein the i-th diode is in the electrical connection between the i-th second terminal with the (i + 1) -th first terminal, wherein the anode of the i-th diode with is connected to the second terminal of the i-th second switching means, while the cathode of the i-th diode is connected to the second terminal of the (i + 1) -th first switching means.
- the drive circuit further comprises n-1 freewheeling diodes, wherein the ith freewheeling diode is connected in parallel with the i-th second switching means, where i ⁇ n-1.
- free-wheeling diodes are that they limit high currents very precisely to a predetermined value
- the freewheeling diodes offer compensation paths that are needed during the times in to which the current of the control coil i coming from its attraction value adapts to the holding current of the contactor (i-1).
- the n freewheeling diodes are designed as Zener diodes and a further Zener diode is connected in parallel with the nth second switching means, the anode of this Zener diode being connected to the second input of the drive circuit.
- a zener diode allows voltages to be very precisely limited to a predetermined value. Furthermore, such a realization of the drive circuit enables an optimized shutdown of the contactors
- the nth second terminal is connected to the anode of a further diode whose cathode is connected to the first input of the drive circuit.
- the drive circuit further comprises n further freewheeling diodes, wherein the cathodes of the further freewheeling diodes are connected to the first input of the drive circuit, while the anode of the ith further freewheeling diode to the cathode of the ith freewheeling diode, the anode of the ith diode and the ith second port.
- a method for driving n contactors comprising the following method steps: starting a switch-on operation, connecting the drive coil in parallel with a first one of the n
- Switching means in-line switching of the drive coil of the first of the n contactors to an adjustable holding voltage source and interrupting the
- Holding voltage was increased after switching the drive coil of the nth contactor in series.
- T Ls, / R S i, where L S i of the inductance of each to be switched in series drive coil and R S i the Replacement resistance corresponds to each to be switched in series drive coil.
- T corresponds to the time constant according to which the starting current has built up by a contactor to a value of 69.3% of the full starting current.
- predetermined target current corresponds.
- the method further comprises the steps of starting a turn-off operation as well as the disconnection in the step of
- the method comprises the steps of reducing the holding voltage generated by the adjustable holding voltage source and decoupling the driving coil from the adjustable one
- the method further comprises the steps of further reducing the hold voltage generated by the adjustable hold voltage source and restarting the method comprising the step of disconnecting that drive coil from the adjustable hold voltage source preceding the last uncoupled drive coil in the in-line switching step last drive coil last
- the method further comprises the steps of decoupling the first drive coil from the adjustable one connected in the step of switching the drive coil of the first one of the n contactors in series
- a battery is provided with a drive circuit according to the invention, wherein the battery is particularly preferred as a
- Lithium-ion battery is running. Advantages of such batteries include their comparatively high energy density and their high thermal stability. Another advantage of lithium-ion batteries is that they are not subject to memory effect.
- Figure 1 shows an embodiment of a drive circuit according to the invention
- Figure 2 shows a specific embodiment of an inventive
- an energy store for example a voltage source.
- Driving circuit 40 according to the invention purely by way of example three first and three second terminals 14 and 15, wherein in each case a first and a second terminal 14, 15 form a connection pair.
- first and second terminals 14 and 15 form a connection pair.
- the drive circuit 40 according to the invention with the terminals in this embodiment, three drive coils of three shooters connected.
- the drive circuit 40 according to the invention with the terminals in this embodiment, three drive coils of three shooters connected.
- a first switching means 1 and a second switching means 2 are associated with a terminal pair.
- the first terminals of the first switching means 1 are connected to the first input 11 of the drive circuit 40.
- the second terminals of the first switching means 1 are each connected to the first terminal 14 of the associated pair of terminals.
- the first terminals of the second switching means 2 are connected to the second input
- the second terminals of the second switching means 2 are each connected to the second terminal 15 of their associated terminal pair. Furthermore, the second terminal 15 of the first terminal pair of the drive circuit 40 is connected to the first terminal 14 of the second terminal pair, while the second
- Terminal 15 of the second terminal pair is connected to the first terminal 14 of the third terminal pair. If the terminals 14, 15 of the three terminal pairs are thus each connected to one of the terminals of each terminal pair of a drive coil, the total of three drive coils within the drive circuit 40 are connected in series.
- the drive circuit 40 further has an adjustable holding voltage source 20 whose first pole is connected to the second input 12 of the drive circuit 40, while the second pole of the adjustable holding voltage source 20 is connected to the first of the first terminals 14, ie the first terminal 14 of the first connection pair. connected is. If the drive circuit 40 is thus connected to three drive coils, these can be depending on the switching state of the first and second Switching means 1, 2 either to one, if connected, energy storage in parallel or to the adjustable holding voltage source 20 in series. In the tightening phase, the connections of the first
- Drive coil by the closing of the first first and the first second switching means 1, 2 are connected directly to the inputs 11, 12 of the drive circuit 40. If the drive circuit 40 is connected to an energy store, for example a voltage source, then the first can
- FIG. 2 shows a specific exemplary embodiment of a drive circuit 40 according to the invention.
- This drive circuit 40 according to the invention is essentially identical to that shown in FIG. 1, but has a further connection through various components or units.
- the components identified in the same way in FIG. 2 thus correspond to those of the first exemplary embodiment of FIG. 1, so that what has been said there is also to be transferred to the second exemplary embodiment of FIG. 2 with respect to these components. Therefore, no reference is made to most of the like components in the description of FIG.
- the drive circuit 40 is connected to a total of three drive coils 50 and to an energy store 60 designed as a voltage source. Neither the drive coils 50 nor the energy storage 60 are part of
- the adjustable holding voltage source 20 is connected to an optional measuring and control unit 25. This is designed to measure the current flowing through the electrical connection between the first pole of the holding voltage source 20 and the second input 12 of the drive circuit 40 actual current and to compare with a predetermined target current.
- the measuring and adjusting unit 25 is further designed to be controlled by the adjustable holding voltage source 20 generated holding voltage depending on the result of the comparison between the actual and the target current to adjust.
- the drive circuit 40 according to the invention in this embodiment comprises three diodes 4, wherein in each case one diode 4 is assigned to a terminal pair. The first of the diodes 4 is in electrical connection between the second pole of the adjustable withstand voltage source 20 and the first of the first
- the remaining diodes 4 are each in the electrical connections between each of the second terminal 15 of a first
- the cathodes of the three diodes 4 are each connected to a second terminal of that first switching means 1 which is assigned to that terminal pair which is also associated with the respective diode 4.
- the drive circuit according to the invention comprises in this embodiment, two free-wheeling diodes 5, which are connected in parallel to the first and the second second switching means 5 respectively.
- the anodes of the freewheeling diodes 5 are each connected to the second input 12 of the drive circuit 40, while the cathodes of the freewheeling diodes 5 each with the electrical connections between each of the second terminal 15 of a respective first terminal pair with the respective first terminal 14 of a respective second, adjacent Connection pair are connected.
- the drive circuit 40 according to the invention in the embodiment of Figure 2, two further freewheeling diodes 7, wherein the first further freewheeling diode 7 is assigned to the second terminal pair and the second further freewheeling diode 7 to the third terminal pair.
- the cathodes of the further free-wheeling diodes 7 are connected to the first input 11 of the drive circuit 40, while the anodes of the other
- Free-wheeling diodes 7 each with the cathode of the same connection pair associated freewheeling diode 5, the anode of the same pair of terminals associated diode 4 and the second terminal 15 of the other
- Freewheeling diode 7 associated terminal pair are connected. Furthermore, the last second terminal 15 of the last third terminal pair is connected to the anode of a further diode 6, while the cathode of this further diode 6 is connected to the first input 1 1 of the drive circuit 40.
- a possible operation of the drive circuit 40 according to the invention in the embodiment of Figure 2 starts with the start of a power-up.
- Switching means 2 connected in parallel to the energy storage 60. If said first drive coil 50 is connected in parallel to the energy store 60, it is flowed through by a high starting current, so that the first to the first
- Holding voltage source 20 connected in series and the above-described parallel circuit after a predetermined period of time T, which in this embodiment, the ratio of the inductance of the first
- the first drive coil 50 of the first contactor is connected in series with the adjustable holding voltage source 20 and is flowed through by a holding current, so that the first contactor is kept in the closed state.
- another drive coil 50 here the second
- the measuring and positioning unit 25 measures and compares the series connection
- Energy storage 60 connected in series with the adjustable holding voltage source 20 and further increases the generated by the adjustable holding voltage source 20 holding voltage.
- the switch-on is completed when the three drive coils 50 of the three contactors are connected in series with each other and in series with the adjustable holding voltage source 20 and by the
- An einspulen 50 flowing holding current that is, the current flowing through the Antechnischspulen 50 actual current, the predetermined target current corresponds.
- Embodiment corresponds to the predetermined target current purely by way of example for holding the shooter during the holding phase minimally required holding current.
- the drive coils 50 are disconnected in reverse order of their addition to the series circuit of the holding voltage source 20.
- the switching means 1, 2 are successively opened within the groups of two switching means 1, 2, wherein the last group, that is, the third first and the third second switching means 1, 2 is started.
- the adjustable hold voltage source 20 reduces the actual current to the desired current.
- the second drive coil 50 is disconnected as described above for the third drive coil 50, and the holding current
- Control circuit 40 of Figure 2 are all diodes 4, all free-wheeling diodes 5, the further diode 6 and the other free-wheeling diodes 7 for the realization of a drive circuit 40 according to the invention optional. It can too
- Drive circuits 40 according to the invention can be realized without the diodes 4, 5, 6, and 7. Furthermore, the arrangement of the diodes 4, 5, 6 and 7 is selected purely by way of example in this embodiment. The diodes 4, 5, 6 and 7 can also be arranged elsewhere within the drive circuit 40 according to the invention. Furthermore, the measuring and adjusting unit 25 for the execution of a drive circuit 40 according to the invention is optional. In all embodiments, a drive circuit 40 according to the invention may also have more than three, for example, 10 or n terminal pairs for connection to n drive coils 50. The operation of the drive circuit 40 may then be performed as described for, for example, these 10 or n
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Abstract
Erfindungsgemäß wird eine Ansteuerschaltung (40) für n Schütze zur Verfügung gestellt, welche einen ersten und einen zweiten Eingang (11, 12) sowie n erste und n zweite Anschlüsse (14, 15) umfasst, wobei jeweils ein erster und ein zweiter Anschluss (14, 15) mit jeweils einem der beiden Anschlüsse jeweils einer Ansteuerspule (50) eines der n Schütze verbindbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Ansteuerschaltung (40) ferner eine einstellbare Haltespannungsquelle (20), deren erster Pol mit dem zweiten Eingang (12) und deren zweiter Pol mit dem ersten der ersten Anschlüsse (14) verbunden ist. Ferner wird ein Verfahren zur Ansteuerung von n Schützen vorgeschlagen.
Description
Beschreibung Titel
Ansteuerschaltung für n Schütze sowie ein Verfahren zur Ansteuerunq von n Schützen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für n Schütze, wobei die Ansteuerschaltung eine einstellbare Haltespannungsquelle umfasst, mit welcher die Ansteuerspulen der n Schütze in einem Haltemodus verbindbar sind, sowie ein Verfahren zur Ansteuerung von n Schützen.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt
Batteriesysteme beziehungsweise Batterien zum Einsatz kommen werden, an welche sehr hohe Anforderungen bezüglich der Zuverlässigkeit gestellt werden.
Hintergrund hierfür ist, dass ein Ausfall der Batterie zu einem
sicherheitsrelevanten Problem führen kann. Um die für eine jeweilige Anwendung gewünschten Leistungen zur Verfügung zu stellen, werden üblicherweise eine hohe Zahl von Batteriezellen innerhalb einer Batterie in Reihe geschaltet,
wodurch sich eine hohe Ausgangsspannung der Batterie ergibt, welche ohne geeignete Maßnahmen dauerhaft an den entsprechenden Versorgungsleitungen der durch die Batterie versorgten Vorrichtung anliegt und eine Gefährdung für Wartungspersonal oder Benutzer bedeuten kann. Aus diesem Grund werden in der Regel Schütze vorgesehen, um die Batterie elektrisch abkoppeln zu können. Bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antriebsmotor werden gewöhnlich sowohl am Pluspol wie auch am Minuspol der Batterie Schütze verbaut, welche für die hohe Spannung der Batterie ausgelegt sind und auch bei Kurzschlussströmen von über 1000 A zuverlässig die Batterie abtrennen können müssen. Das Ein- und Ausschalten der Schütze geschieht gewöhnlich über eine
elektronische Endstufe beziehungsweise über eine Ansteuerschaltung, welche
die Ansteuerspulen der Schütze mit Strom versorgt. Die Ansteuerleistung ist dabei nicht vernachlässigbar gering. Beim Einschaltvorgang werden zum zuverlässigen Anziehen der Schütze jedoch weitaus höhere Ansteuerströme benötigt als zum anschließenden Halten der Kontakte im geschlossenen 5 Zustand. Aus diesem Grund ist es üblich, die Ansteuerung der Schütze in zwei
Modi zu unterteilen, den Anzugsmodus und den Haltemodus (oder auch Anzugsbeziehungsweise Haltephase). Bezeichnend für den jeweiligen Modus ist die Höhe des Ansteuerstroms, der während des Anzugsmodus höher ist als während des Haltemodus. Hierbei wird vom Anzugs- und vom Halteniveau gesprochen. o Dabei wird der Anzugsmodus nur für das Einschalten (Schließen) der Schütze benötigt und ist von relativ kurzer Dauer. Den überwiegenden Teil der Einsatzzeit werden die Schütze im leistungssparenderen Haltemodus betrieben. Eine Ansteuerschaltung für die Ansteuerung von Schützen soll daher in der Lage sein, beide Betriebsmodi darzustellen.
5
Aus der DE 10 2010 041 018 A1 ist eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Schützes bekannt, welche eine Haltestromeinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, einen Haltestrom für die Ansteuerspule eines Schützes an einen ihrer ausgangsseitigen Ausgänge auszugeben. Mit der in der DE 10 2010 041 018 A1 0 offenbarten Vorrichtung kann die Ansteuerung mindestens eines Schützes
während der Anzugsphase sowie der Haltephase mit unterschiedlichen Spannungsniveaus konstanter Spannungen in vorteilhafter Weise vorgenommen werden. 5 Allerdings weisen die, zum Beispiel innerhalb der in der DE 10 2010 041 018 A1 offenbarten Vorrichtung verwandten Bauteile, insbesondere die
Wicklungswiderstände der Ansteuerspulen der Schütze, eine
Temperaturabhängigkeit sowie jeweils eine herstellungsbedingte Streuung ihrer Bauteilparameter auf. Ferner wird die von der Haltestromeinheit erzeugte o Haltespannung auf einen zur Produktionszeit festgelegten Wert eingestellt.
Die verwandten Bauteile müssen daher so ausgelegt werden, dass der notwendige Haltestrom auch bei Vorliegen extremer Temperaturen von der Haltestromeinheit bereitgestellt werden kann. Da aber die Leitfähigkeit der
5 Bauteile und dadurch der Stromfluss durch selbige, wie beispielsweise durch die
Ansteuerspule des Schützes, temperaturbedingt schwankt, ist es notwendig, die
Bauteile größer zu dimensionieren, als dies für den eigentlich gewünschten Strom notwendig wäre. Beispielsweise die in dem Haltekreis der in der
DE 10 2010 041 018 A1 offenbarten Vorrichtung verwandten Bauteile müssen aus diesem Grund um bis zu 66 % größer dimensioniert werden, was den notwendigen Bauraum sowie die Kosten für die Bauteile stark erhöht.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Ansteuerschaltung für n Schütze zur Verfügung gestellt, welche einen ersten und einen zweiten Eingang zur Verbindung mit einem Energiespeicher umfasst. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung n erste und n zweite Anschlüsse, wobei jeweils ein erster und ein zweiter Anschluss mit jeweils einem der beiden Anschlüsse jeweils einer Ansteuerspule eines der n Schütze verbindbar ist. Des Weiteren umfasst die Ansteuerschaltung n erste Schaltmittel, deren jeweils erster Anschluss mit dem ersten Eingang verbunden ist, wobei der zweite Anschluss des i-ten ersten Schaltmittels mit dem i-ten ersten Anschluss der Ansteuerschaltung verbunden ist. Die Ansteuerschaltung weist n zweite Schaltmittel auf, deren jeweils erster Anschluss mit dem zweiten Eingang verbunden ist, wobei der zweite Anschluss des i-ten zweiten
Schaltmittels mit dem i-ten zweiten Anschluss der Ansteuerschaltung verbunden ist, wobei der i-te zweite Anschluss mit dem (i+1)-ten ersten Anschluss verbunden ist und wobei 0 < i < n gilt und i, n natürliche Zahlen aus der Menge der natürlichen Zahlen N sind. Erfindungsgemäß umfasst die Ansteuerschaltung ferner eine einstellbare Haltespannungsquelle, deren erster Pol mit dem zweiten Eingang und deren zweiter Pol mit dem ersten der ersten Anschlüsse verbunden ist.
Der Vorteil einer solchen Ansteuerschaltung ist darin gegeben, dass sie den Betrieb von n, vorzugsweise identisch ausgeführten Schützen, in einem
Anzugsmodus und einem Haltemodus unter reduziertem Bauteilaufwand ermöglicht. Durch die Serienschaltung der Ansteuerspulen der Schütze während des Haltemodus wird unabhängig von der Anzahl der Schütze nur eine einstellbare Haltespannungsquelle benötigt, durch welche die genaue Einstellung des Stromflusses beziehungsweise des Haltestroms durch die mit der
Ansteuerschaltung verbundenen Ansteuerspulen ermöglicht wird. Mit anderen
Worten ausgedrückt, ist es über die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung
möglich, n Schütze mit lediglich einer einzigen einstellbaren Haltespannung im Haltemodus zu betreiben. Dadurch, dass die Ansteuerspulen der n Schütze innerhalb der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung in Serie schaltbar sind, ist nur eine Stromregelschleife für den Betrieb von n Schützen im Haltemodus notwendig.
Bevorzugt ist die einstellbare Haitespannungsqueiie mit einer Mess- und
Stelleinheit verbunden, welche dazu ausgelegt ist, den durch die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Pol der einstellbaren Haitespannungsqueiie und dem zweiten Eingang der Ansteuerschaltung fließenden Ist-Strom zu messen und mit einem vorbestimmten Soll-Strom zu vergleichen und die Haltspannung der einstellbaren Haitespannungsqueiie in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs einzustellen. Somit lässt sich der Haltestrom durch die Ansteuerspulen der Schütze zu jeder Zeit auf einen optimalen Wert einstellen, wodurch Energie und Kosten eingespart werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung ferner n Dioden, wobei die i-te Diode in der elektrischen Verbindung zwischen dem i-ten zweiten Anschluss mit dem (i+1)-ten ersten Anschluss liegt, wobei die Anode der i-ten Diode mit dem zweiten Anschluss des i-ten zweiten Schaltmittels verbunden ist, während die Kathode der i-ten Diode mit dem zweiten Anschluss des (i+1)-ten ersten Schaltmittels verbunden ist.
Bevorzugt weist die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Pol der einstellbaren Haitespannungsqueiie und dem ersten der ersten Anschlüsse eine Diode auf, deren Anode mit dem zweiten Pol der einstellbaren
Haitespannungsqueiie und deren Kathode mit dem ersten der ersten Anschlüsse verbunden ist. Durch eine derartige Anordnung von Dioden kann der Strom innerhalb der Ansteuerschaltung nur in einer Richtung fließen.
Vorzugsweise umfasst die Ansteuerschaltung ferner n-1 Freilaufdioden, wobei die i-te Freilaufdiode zu dem i-ten zweiten Schaltmittel parallel geschaltet ist, wobei i < n - 1 ist. Vorteil der Verwendung von Freilaufdioden ist, dass durch sie hohe Ströme sehr genau auf einen vorbestimmten Wert begrenzt
beziehungsweise zur Masse abgeführt werden können. Außerdem bieten die Freilaufdioden Ausgleichspfade an, die während der Zeiten benötigt werden, in
denen sich der Strom der Steuerspule i von seinem Anzugswert kommend dem Haltestrom des Schützes (i-1) anpasst.
Bevorzugt sind die n Freilaufdioden als Zenerdioden ausgeführt und ist eine 5 weitere Zenerdiode zu dem n-ten zweiten Schaltmittel parallel geschaltet, wobei die Anode dieser Zenerdiode mit dem zweiten Eingang der Ansteuerschaltung verbunden ist. Durch eine Zenerdiode lassen sich Spannungen sehr genau auf einen zuvor festgelegten Wert begrenzen. Ferner ermöglicht eine derartige Realisierung der Ansteuerschaltung eine optimierte Abschaltung der Schütze.0
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der n-te zweite Anschluss mit der Anode einer weiteren Diode verbunden, deren Kathode mit dem ersten Eingang der Ansteuerschaltung verbunden ist. 5 Vorzugsweise umfasst die Ansteuerschaltung ferner n weitere Freilaufdioden, wobei die Kathoden der weiteren Freilaufdioden mit dem ersten Eingang der Ansteuerschaltung verbunden sind, während die Anode der i-ten weiteren Freilaufdiode mit der Kathode der i-ten Freilaufdiode, der Anode der i-ten Diode und dem i-ten zweiten Anschluss verbunden ist. Auch eine derartige Ausführung o der Ansteuerschaltung ermöglicht eine optimierte Abschaltung der Schütze.
Ferner wird ein Verfahren zur Ansteuerung von n Schützen bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Beginnen eines Einschaltvorgangs, Parallelschalten der Ansteuerspule eines ersten der n
5 Schütze zu einem Energiespeicher durch eine erste Gruppe von jeweils zwei
Schaltmitteln, In-Reihe-Schalten der Ansteuerspule des ersten der n Schütze zu einer einstellbaren Haltespannungsquelle sowie Unterbrechen der
Parallelschaltung aus der Ansteuerspule und dem Energiespeicher durch die erste Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln nach Ablauf einer vorbestimmten o Dauer T, Parallelschalten einer weiteren Ansteuerspule eines weiteren der n
Schütze zu dem Energiespeicher durch eine weitere Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln, In-Reihe-Schalten der weiteren Ansteuerspule des weiteren der n Schütze zu der einstellbaren Haltespannungsquelle und zu der zuvor in Reihe geschalteten Ansteuerspule sowie Unterbrechen der Parallelschaltung aus der5 weiteren Ansteuerspule und dem Energiespeicher durch die weitere Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln nach Ablauf einer vorbestimmten Dauer T, Erhöhung
der durch die einstellbare Haltespannungsquelle generierten Haltespannung, erneutes Beginnen des Verfahrens mit dem Schritt des Parallelschaltens einer weiteren Ansteuerspule eines weiteren der n Schütze, Beenden des
Einschaltvorgangs, sobald die Ansteuerspulen aller n Schütze in Reihe zueinander und in Reihe zu der einstellbaren Haltespannungsquelle geschaltet sind und die durch die einstellbare Haltespannungsquelle generierte
Haltespannung nach dem In-Reihe-Schalten der Ansteuerspule des n-ten Schützes erhöht wurde. In einer bevorzugten Weiterentwicklung des obigen Verfahrens zur Ansteuerung von n Schützen ergibt sich in den Schritten des In-Reihe-Schaltens der
Ansteuerspule des ersten der n Schütze sowie des In-Reihe-Schaltens der weiteren Ansteuerspule die vorbestimmte Dauer T aus der Gleichung T = Ls, / RSi, wobei LSi der Induktivität der jeweils in Reihe zu schaltenden Ansteuerspule und RSi dem Ersatzwiderstand der jeweils in Reihe zu schaltenden Ansteuerspule entspricht. T entspricht mit anderen Worten ausgedrückt also der Zeitkonstante, nach welcher sich der Anzugsstrom durch ein Schütz auf einen Wert von 69,3 % des vollen Anzugstromes aufgebaut hat. In einer bevorzugten Weiterentwicklung des obigen Verfahrens zur Ansteuerung von n Schützen wird in dem Schritt der Erhöhung der durch die einstellbare Haltespannungsquelle generierten Haltespannung die Haltespannung soweit erhöht, dass der durch die Reihenschaltung aus einstellbaren
Haltespannungsquelle und Ansteuerspulen fließende Ist-Strom einem
vorbestimmten Soll-Strom entspricht.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des obigen Verfahrens zur Ansteuerung von n Schützen umfasst das Verfahren ferner die Schritte des Beginnens eines Abschaltvorgangs sowie des Abkoppeins der in dem Schritt des
In-Reihe-Schaltens der weiteren Ansteuerspule zuletzt hinzugeschalteten
Ansteuerspule von der einstellbaren Haltespannungsquelle durch Öffnung der Schaltmittel der entsprechenden Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln. Des Weiteren umfasst das Verfahren die Schritte des Verringerns der durch die einstellbare Haltespannungsquelle generierten Haltespannung sowie des Abkoppeins derjenigen Ansteuerspule von der einstellbaren
Haltespannungsquelle, die vor der zuletzt abgekoppelten Ansteuerspule in dem
Schritt des In-Reihe-Schaltens der weiteren Ansteuerspule zuletzt
hinzugeschaltet wurde, durch Öffnung der Schaltmittel der entsprechenden Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln. Ferner umfasst das Verfahren die Schritte des weiteren Verringerns der durch die einstellbare Haltespannungsquelle generierten Haltespannung sowie des erneuten Beginnens des Verfahrens mit dem Schritt des Abkoppeins derjenigen Ansteuerspule von der einstellbaren Haltespannungsquelle, die vor der zuletzt abgekoppelten Ansteuerspule in dem Schritt des In-Reihe-Schaltens der weiteren Ansteuerspule zuletzt
hinzugeschaltet wurde.
Des Weiteren umfasst das Verfahren die Schritte des Abkoppeins der in dem Schritt des In-Reihe-Schaltens der Ansteuerspule des ersten der n Schütze hinzugeschalteten, ersten Ansteuerspule von der einstellbaren
Haltespannungsquelle sowie des Beendens des Abschaltvorgangs, sobald die erste Ansteuerspule von der einstellbaren Haltespannungsquelle abgekoppelt ist.
Des Weiteren wird eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine
Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, und Figur 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ansteuerschaltung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ansteuerschaltung 40 dargestellt. Diese weist einen ersten Eingang 11 und einen zweiten Eingang 12 zur Verbindung mit einem Energiespeicher, beispielsweise einer Spannungsquelle, auf. In diesem Ausführungsbeispiel weist die
erfindungsgemäße Ansteuerschaltung 40 rein beispielhaft drei erste und drei zweite Anschlüsse 14 und 15 auf, wobei jeweils ein erster und ein zweiter Anschluss 14, 15 ein Anschlusspaar bilden. Über die ersten und zweiten
Anschlüsse 14, 15 ist die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung 40 mit den Anschlüssen in diesem Ausführungsbeispiel dreier Ansteuerspulen von drei Schützen verbindbar. In diesem Ausführungsbeispiel weist die
erfindungsgemäße Ansteuerschaltung drei erste Schaltmittel 1 und drei zweite Schaltmittel 2 auf. Jeweils ein erstes Schaltmittel 1 und ein zweites Schaltmittel 2 sind einem Anschlusspaar zugeordnet. Die ersten Anschlüsse der ersten Schaltmittel 1 sind mit dem ersten Eingang 11 der Ansteuerschaltung 40 verbunden. Die zweiten Anschlüsse der ersten Schaltmittel 1 sind jeweils mit dem ersten Anschluss 14 des ihnen zugeordneten Anschlusspaars verbunden. Die ersten Anschlüsse der zweiten Schaltmittel 2 sind mit dem zweiten Eingang
12 der Ansteuerschaltung 40 verbunden, während die zweiten Anschlüsse der zweiten Schaltmittel 2 jeweils mit dem zweiten Anschluss 15 des ihnen zugeordneten Anschlusspaares verbunden sind. Ferner ist der zweite Anschluss 15 des ersten Anschlusspaares der Ansteuerschaltung 40 mit dem ersten Anschluss 14 des zweiten Anschlusspaares verbunden, während der zweite
Anschluss 15 des zweiten Anschlusspaares mit dem ersten Anschluss 14 des dritten Anschlusspaares verbunden ist. Sind die Anschlüsse 14, 15 der drei Anschlusspaare also jeweils mit einem der Anschlüsse von je Anschlusspaar einer Ansteuerspule verbunden, liegen die insgesamt drei Ansteuerspulen innerhalb der Ansteuerschaltung 40 in Reihe. Die Ansteuerschaltung 40 weist ferner eine einstellbare Haltespannungsquelle 20 auf, deren erster Pol mit dem zweiten Eingang 12 der Ansteuerschaltung 40 verbunden ist, während der zweite Pol der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 mit dem ersten der ersten Anschlüsse 14, also dem ersten Anschluss 14 des ersten Anschlusspaares, verbunden ist. Ist die Ansteuerschaltung 40 also mit drei Ansteuerspulen verbunden, lassen sich diese je nach Schaltzustand der ersten und zweiten
Schaltmittel 1 , 2 entweder zu einem, sofern angeschlossen, Energiespeicher parallel oder zu der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 in Reihe schalten. In der Anzugsphase können rein beispielhaft die Anschlüsse der ersten
Ansteuerspule durch das Schließen des ersten ersten und des ersten zweiten Schaltmittels 1 , 2 direkt mit den Eingängen 11 , 12 der Ansteuerschaltung 40 verbunden werden. Ist die Ansteuerschaltung 40 mit einem Energiespeicher, beispielsweise einer Spannungsquelle, verbunden, kann also die erste
Ansteuerspule parallel zu dieser Spannungsquelle geschaltet werden. Sie wird dann von einem Anzugstrom durchflössen, so dass ihr zugehöriges Schütz sicher anzieht beziehungsweise schließt. Ist das Schütz angezogen, kann die
Ansteuerspule durch das Öffnen des ersten ersten Schaltmittels 1 sowie die Inbetriebnahme der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 zu selbiger in Reihe geschaltet werden, so dass sie von einem geringeren Haltestrom durchflössen wird.
In der Figur 2 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 dargestellt. Diese erfindungsgemäße Ansteuerschaltung 40 ist im Wesentlichen identisch zu der in Figur 1 gezeigten, weist jedoch eine weitere Beschaltung durch verschiedene Komponenten beziehungsweise Einheiten auf. Die gleich bezeichneten Komponenten in Figur 2 entsprechen also jenen des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 1 , so dass das dort Gesagte bezüglich dieser Komponenten auch auf das zweite Ausführungsbeispiel der Figur 2 zu übertragen ist. Auf die meisten der gleich bezeichneten Komponenten wird daher in der Beschreibung zu der Figur 2 kein Bezug genommen. In dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 der Figur 2 ist die Ansteuerschaltung 40 mit insgesamt drei Ansteuerspulen 50 sowie mit einem als Spannungsquelle ausgeführten Energiespeicher 60 verbunden. Weder die Ansteuerspulen 50 noch der Energiespeicher 60 sind Teil der
erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40. In diesem speziellen
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 ist die einstellbare Haltespannungsquelle 20 mit einer optionalen Mess- und Stelleinheit 25 verbunden. Diese ist dazu ausgelegt, den durch die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Pol der Haltespannungsquelle 20 und dem zweiten Eingang 12 der Ansteuerschaltung 40 fließenden Ist-Strom zu messen und mit einem vorbestimmten Soll-Strom zu vergleichen. Die Mess-und Stelleinheit 25 ist ferner dazu ausgebildet, die durch die einstellbare Haltespannungsquelle 20
erzeugte Haltespannung in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Ist- und dem Soll-Strom einzustellen. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung 40 in diesem Ausführungsbeispiel drei Dioden 4, wobei jeweils eine Diode 4 einem Anschlusspaar zugeordnet ist. Die erste der Dioden 4 ist in der elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Pol der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 und dem ersten der ersten
Anschlüsse 14, also dem ersten Anschluss 14 des ersten Anschlusspaares, angeordnet. Die verbleibenden Dioden 4 liegen jeweils in den elektrischen Verbindungen zwischen jeweils dem zweiten Anschluss 15 eines ersten
Anschlusspaares mit dem jeweils ersten Anschluss 14 eines zweiten, benachbarten Anschlusspaares. Dabei sind die Kathoden der drei Dioden 4 jeweils mit einem zweiten Anschluss desjenigen ersten Schaltmittels 1 verbunden, welches demjenigen Anschlusspaar zugeordnet ist, welches auch der jeweiligen Diode 4 zugeordnet ist. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung in diesem Ausführungsbeispiel zwei Freilaufdioden 5, welche jeweils zu dem ersten und dem zweiten zweiten Schaltmittel 5 parallel geschaltet sind. Dabei sind die Anoden der Freilaufdioden 5 jeweils mit dem zweiten Eingang 12 der Ansteuerschaltung 40 verbunden, während die Kathoden der Freilaufdioden 5 jeweils mit den elektrischen Verbindungen zwischen jeweils dem zweiten Anschluss 15 eines jeweils ersten Anschlusspaares mit dem jeweils ersten Anschluss 14 eines jeweils zweiten, benachbarten Anschlusspaares verbunden sind. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung 40 in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 zwei weitere Freilaufdioden 7 auf, wobei die erste weitere Freilaufdiode 7 dem zweiten Anschlusspaar und die zweite weitere Freilaufdiode 7 dem dritten Anschlusspaar zugeordnet ist. Dabei sind die Kathoden der weiteren Freilaufdioden 7 mit dem ersten Eingang 11 der Ansteuerschaltung 40 verbunden, während die Anoden der weiteren
Freilaufdioden 7 jeweils mit der Kathode der demselben Anschlusspaar zugeordneten Freilaufdiode 5, der Anode der demselben Anschlusspaar zugeordneten Diode 4 und dem zweiten Anschluss 15 des der weiteren
Freilaufdiode 7 zugeordneten Anschlusspaares verbunden sind. Ferner ist der letzte zweite Anschluss 15 des letzten, dritten Anschlusspaares mit der Anode einer weiteren Diode 6 verbunden, während die Kathode dieser weiteren Diode 6 mit dem ersten Eingang 1 1 der Ansteuerschaltung 40 verbunden ist.
Ein möglicher Betrieb der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 startet mit dem Beginn eines Einschaltvorgangs.
Dazu wird zunächst die erste Ansteuerspule 50 des ersten der drei Schütze durch das Schließen des ersten ersten Schaltmittels 1 und des ersten zweiten
Schaltmittels 2 zu dem Energiespeicher 60 parallel geschaltet. Ist die genannte erste Ansteuerspule 50 zu dem Energiespeicher 60 parallel geschaltet, wird sie von einem hohen Anzugsstrom durchflössen, so dass das zu der ersten
Ansteuerspule 50 zugehörige erste Schütz anzieht. Daraufhin wird die erste Ansteuerspule 50 des ersten der drei Schütze zu der einstellbaren
Haltespannungsquelle 20 in Reihe geschaltet und die oben beschriebene Parallelschaltung nach Ablauf einer vorbestimmten Dauer T, welche in diesem Ausführungsbeispiel dem Verhältnis aus der Induktivität der ersten
Ansteuerspule 50 des ersten Schützes zu dem Ersatzwiderstand der ersten Ansteuerspule 50 des ersten Schützes entspricht, unterbrochen. Dazu wird das erste erste Schaltmittel 1 geöffnet und die einstellbare Haltespannungsquelle 20 in Betrieb genommen. Das erste zweite Schaltmittel 2 bleibt zunächst
geschlossen. Dadurch ist die erste Ansteuerspule 50 des ersten Schützes mit der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 in Reihe geschaltet und wird von einem Haltestrom durchflössen, so dass das erste Schütz im geschlossenen Zustand gehalten wird. Dann wird eine weitere Ansteuerspule 50, hier die zweite
Ansteuerspule 50 des zweiten Schützes, zu dem Energiespeicher 60 parallel geschaltet, indem das erste und das zweite Schaltmittel 1 , 2 der zweiten Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln 1 , 2, also das zweite erste und das zweite zweite Schaltmittel 1 , 2 geschlossen werden. Somit zieht auch das zweite Schütz an.
Nach einer vorbestimmten Dauer T, die nun dem Verhältnis aus der Induktivität der zweiten Ansteuerspule 50 des zweiten Schützes zu dem Ersatzwiderstand der zweiten Ansteuerspule 50 des zweiten Schützes entspricht, werden das zweite erste Schaltmittel 1 und das erste zweite Schaltmittel 2 geöffnet, wodurch die zweite Ansteuerspule 50 ausschließlich in Reihe zu der ersten Ansteuerspule
50 und der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 geschaltet ist. Die durch die einstellbare Haltespannungsquelle 20 generierte Haltespannung wird so erhöht, dass der durch die Ansteuerspulen 50 fließende Haltestrom beziehungsweise der Ist-Strom stets einem vorbestimmten Soll-Strom entspricht. Dazu misst und vergleicht die Mess- und Stelleinheit 25 den durch die Reihenschaltung aus
Ansteuerspulen 50 und einstellbarer Haltespannungsquelle 20 fließenden
Ist-Strom mit einem vorbestimmten Soll-Strom und erhöht bei Abweichung den Ist-Strom so lange, bis dieser dem Soll-Strom entspricht. Als Nächstes wird dann wie oben bereits für die erste und zweite Ansteuerspule 50 beschrieben, die dritte Ansteuerspule 50 nach vorhergehender Parallelschaltung zu dem
Energiespeicher 60 in Reihe zu der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 geschaltet und die durch die einstellbare Haltespannungsquelle 20 generierte Haltespannung weiter erhöht. Der Einschaltvorgang ist beendet, sobald die drei Ansteuerspulen 50 der drei Schütze in Reihe zueinander und in Reihe zu der einstellbaren Haltespannungsquelle 20 geschaltet sind und der durch die
Ansteuerspulen 50 fließende Haltestrom, also der durch die Ansteuerspulen 50 fließende Ist-Strom, dem vorbestimmten Soll-Strom entspricht. In diesem
Ausführungsbeispiel entspricht der vorbestimmte Soll-Strom rein beispielhaft einem zur Haltung der Schütze während der Haltephase minimal benötigten Haltestrom. Sollen die drei Schütze geöffnet werden, werden die Ansteuerspulen 50 in umgekehrter Reihenfolge ihrer Hinzuschaltung zu der Reihenschaltung von der Haltespannungsquelle 20 abgekoppelt. Dazu werden nacheinander jeweils die Schaltmittel 1 , 2 innerhalb der Gruppen von jeweils zwei Schaltmitteln 1 , 2 geöffnet, wobei mit der letzten Gruppe, also dem dritten ersten und dem dritten zweiten Schaltmittel 1 , 2 begonnen wird. Ist die dritte Ansteuerspule 50 abgekoppelt, verringert die einstellbare Haltespannungsquelle 20 den Ist-Strom auf den Soll-Strom. Dann wird die zweite Ansteuerspule 50 wie oben für die dritte Ansteuerspule 50 beschrieben, abgekoppelt und der Haltestrom
beziehungsweise der Ist-Strom durch die Reihenschaltung erneut verringert. Zuletzt wird die erste der Ansteuerspulen 50 in beschriebener Weise abgekoppelt und die einstellbare Haltespannungsquelle 20 abgeschaltet.
In dem speziellen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Ansteuerschaltung 40 der Figur 2 sind alle Dioden 4, alle Freilaufdioden 5, die weitere Diode 6 sowie die weiteren Freilaufdioden 7 für die Realisierung einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 optional. Es können auch
erfindungsgemäße Ansteuerschaltungen 40 ohne die Dioden 4, 5, 6, und 7 realisiert werden. Ferner ist die Anordnung der Dioden 4, 5, 6 und 7 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft gewählt. Die Dioden 4, 5, 6 und 7 können auch an anderer Stelle innerhalb der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 angeordnet sein. Ferner ist die Mess- und Stelleinheit 25 für die Ausführung einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 optional.
In allen Ausführungsbeispielen kann eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung 40 auch mehr als drei, beispielsweise 10 oder n Anschlusspaare zur Verbindung mit n Ansteuerspulen 50 aufweisen. Der Betrieb der Ansteuerschaltung 40 kann dann nach beschriebener Art und Weise für beispielsweise diese 10 oder n
Anschlusspaare beziehungsweise für 10 oder n Ansteuerspulen 50 erfolgen.
Claims
1. Verfahren zur Ansteuerung von n Schützen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend die Schritte des
- Beginnens eines Abschaltvorgangs (S9);
- Abkoppeins (S10) der in dem Schritt des In-Reihe-Schaltens der weiteren Ansteuerspule (50) (S5) zuletzt hinzugeschalteten Ansteuerspule (50) von der einstellbaren Haltespannungsquelle (20) durch Öffnung der Schaltmittel der entsprechenden Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln;
- Verringerns der durch die einstellbare Haltespannungsquelle (20) generierten Haltespannung (S11 );
- Abkoppeins derjenigen Ansteuerspule (50) von der einstellbaren
Haltespannungsquelle (20), die vor der zuletzt abgekoppelten Ansteuerspule (50) in dem Schritt des In-Reihe-Schaltens der weiteren Ansteuerspule (50) (S5) zuletzt hinzugeschaltet wurde (S12), durch Öffnung der Schaltmittel der entsprechenden Gruppe von jeweils zwei Schaltmitteln;
-weiteren Verringerns der durch die einstellbare Haltespannungsquelle (20) generierten Haltespannung (S13);
- erneuten Beginnens (S14) des Verfahrens mit dem Schritt des Abkoppeins derjenigen Ansteuerspule (50) von der einstellbaren Haltespannungsquelle (20), die vor der zuletzt abgekoppelten Ansteuerspule (50) in dem Schritt des In-Reihe-Schaltens der weiteren Ansteuerspule (50) (S5) zuletzt
hinzugeschaltet wurde (S12);
- Abkoppeins der in dem Schritt des In-Reihe-Schaltens der Ansteuerspule (50) des ersten der n Schütze (S3) hinzugeschalteten, ersten Ansteuerspule (50) von der einstellbaren Haltespannungsquelle (20) (S15);
- Beendens des Abschaltvorgangs (S16), sobald die erste Ansteuerspule (50) von der einstellbaren Haltespannungsquelle (20) abgekoppelt ist.
Batterie mit einer Ansteuerschaltung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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