WO2020025271A1 - Switching device, electrical energy storage system, device and/or vehicle and method for connecting a voltage source to a load resistance by means of a switching device - Google Patents

Switching device, electrical energy storage system, device and/or vehicle and method for connecting a voltage source to a load resistance by means of a switching device Download PDF

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WO2020025271A1
WO2020025271A1 PCT/EP2019/068513 EP2019068513W WO2020025271A1 WO 2020025271 A1 WO2020025271 A1 WO 2020025271A1 EP 2019068513 W EP2019068513 W EP 2019068513W WO 2020025271 A1 WO2020025271 A1 WO 2020025271A1
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switching device
resistor
voltage source
switch
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PCT/EP2019/068513
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Holger STEGMUELLER
Thomas Kaiser
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Robert Bosch Gmbh
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/28—Modifications for introducing a time delay before switching
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0063—High side switches, i.e. the higher potential [DC] or life wire [AC] being directly connected to the switch and not via the load

Definitions

  • Switching device electrical energy storage system, device and / or vehicle and method for connecting a voltage source to a
  • the present invention relates to a switching device
  • the CN 103474967 A shows a highly integrated battery safety circuit.
  • the essence of the invention in the switching device for the electrically conductive connection of a voltage source to a load resistor is that
  • the voltage source being electrically conductively connectable to the load resistor by means of the first transistor
  • the first transistor being switchable by means of the switch or by means of the second and third transistor,
  • the third transistor being switchable by means of the capacitance
  • the second transistor being arranged such that it switches when the load resistor is short-circuited.
  • the background to the invention is that the switching device can be used to connect the voltage source to the load resistor in an electrically conductive manner. If the load resistor is short-circuited, in addition to the already conducting second transistor, the third transistor becomes conductive and the first transistor is switched, so that the latter is blocked and held locked. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.
  • the advantage here is that no additional voltage drop occurs due to the short-circuit protection during normal operation of the switching device.
  • the switching device has a first resistor and a second resistor, the switching device being set up to charge the capacitance via the first and second resistor.
  • the capacity can be charged during the operation of the switching device.
  • the first resistor is advantageously connected in parallel with the series circuit.
  • the first resistor limits the voltage between the
  • Control electrode and the source of the first transistor It is also advantageous if the second resistance between one
  • Control electrode of the third transistor and the switch is arranged.
  • the first and second resistors limit the charging current for the capacitance.
  • the second resistor is arranged between the capacitance and the switch.
  • the switching device is advantageously designed such that the third transistor switches after the switch with a time delay, in particular the duration of the
  • the time delay depends on the size of the second resistor and the size of the capacitance. Due to the delayed switching, the
  • Short-circuit protection activated with a time delay.
  • the switching device is thus not susceptible to short-term voltage fluctuations after the switching device is switched on.
  • the first transistor and / or the second transistor and / or the third transistor are designed as field-effect transistors with an insulated control electrode, in particular as p-channel MOSFET transistors.
  • the advantage here is that the switching device can be made compact.
  • the electrical energy storage system has a switching device as described above or according to one of the claims relating to the switching device, and a voltage source.
  • the background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.
  • the essence of the invention in the device and / or the vehicle is that the device and / or the vehicle is at least one electrical
  • the background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.
  • Short-circuit protection is activated.
  • the background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner.
  • the short-circuit protection is activated with a time delay. As a result, the switching device is not susceptible to short-term
  • the switching device locks in the event of a short circuit in the load resistor. There is therefore no additional voltage drop due to the short-circuit protection.
  • the switching device advantageously continues to lock, the switching device can be switched off by means of a switch.
  • the advantage here is that the switching device is in a defined state.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a circuit diagram of a switching device 1 and
  • Fig. 2 is a timing diagram of the operation of the invention
  • the switching device 1 for the electrically conductive connection of a voltage source V to a load resistor RL has:
  • the transistors are preferably designed as field-effect transistors with an insulated control electrode, in particular as p-channel MOSFET transistors.
  • the first transistor TI is arranged between the voltage source V and the load resistor RL.
  • the source of the first transistor TI is electrically conductively connected to the voltage source V.
  • Transistor TI is electrically connected to the load resistor RL.
  • Control electrode of the first transistor TI is electrically conductively connected to the switch S.
  • a first center tap 2 is arranged between the voltage source V and the source of the first transistor TI.
  • the first center tap 2 connects the
  • Voltage source V and the source of the first transistor TI are electrically conductive with a source of the second transistor T2.
  • a second center tap 3 is arranged between the outflow of the first transistor TI and the load resistor RL.
  • the second center tap 3 connects the
  • a third center tap 4 is arranged between the control electrode of the first transistor TI and the switch S.
  • the third center tap 4 is by means of the third
  • Transistor T3 can be electrically conductively connected to a drain of the second transistor T2.
  • the third center tap 4 is electrically conductively connected to a drain of the third transistor T3.
  • a source of the third transistor T3 is electrically conductively connected to a drain of the second transistor T2.
  • a control electrode of the third transistor T3 is electrically connected to the capacitor C.
  • the second transistor T2 and the third transistor T3 thus form a series connection.
  • the first resistor RI is arranged in parallel with the series circuit comprising the second transistor T2 and the third transistor T3.
  • the first resistor RI connects a fourth center tap 5, which is arranged between the first center tap 2 and the source of the second transistor T2, with a fifth center tap 6, which is arranged between the third center tap 4 and the switch S.
  • a sixth center tap 7 is arranged between the control electrode of the third transistor T3 and the capacitance C.
  • a seventh center tap 8 is arranged between the fifth center tap 6 and the switch S.
  • the second resistor R2 connects the sixth center tap 7 and the seventh center tap 8 in an electrically conductive manner.
  • the control voltage source is arranged between the capacitance C and the switch S.
  • FIG. 2 shows a pulse diagram of the mode of operation of the switching device 1.
  • the supply voltage UV of the voltage source V, the voltage UR across the load resistor RL, the value of the load resistor RL and the control voltage US at the switch S are shown as a function of the time t.
  • the control voltage US at the switch S is negative and is ⁇ 20 V.
  • the supply voltage UV is equal to the voltage UR across the load resistor RL and is 12 V.
  • Load resistance RL is constant.
  • the first transistor TI is conductive and connects the voltage source V in an electrically conductive manner to the load resistor RL.
  • the switch S is opened, the control voltage US at the switch S is positive and is + 20 V.
  • the first transistor Tl blocks. This disconnects the voltage source V from the load resistor RL.
  • the voltage UL across the load resistor RL switches to 0 V with a time delay.
  • the capacitor C is charged via the first resistor RI and the second resistor R2 and the third transistor T3 blocks.
  • the value of the load resistance RL is constant.
  • the switch S is closed, the control voltage US switches to ⁇ 20 V.
  • the first transistor T1 becomes conductive and the voltage UL over the load resistance RL increases in steps from 0 V to 12 V. The value of the
  • Load resistance RL is constant.
  • the second transistor T2 blocks.
  • the third transistor T3 becomes conductive with a time delay, thereby providing short-circuit protection
  • Switching device activated.
  • the duration of the time delay when closing the third transistor T3 is dependent on the choice of the capacitor C and on the choice of the second resistor R2.
  • Load resistance RL is negligible.
  • the switch S is opened after the short circuit across the load resistor RL has been remedied, as a result of which the value of the load resistor RL increases gradually to the original value.
  • the control voltage US at the switch S is positive and is + 20 V.
  • the supply voltage UV remains constant at 12 V.
  • the voltage UL at the load resistor RL is negligible.
  • the switching device 1 thus changes to a switched-off state, the self-holding of the
  • the switch S is closed, the control voltage US at the switch S is negative and is ⁇ 20 V.
  • the first transistor TI becomes conductive and the voltage UL across the load resistor RL increases in steps from 0 V to 12 V.
  • the value of the load resistance RL is constant.
  • the second transistor T2 blocks.
  • the third transistor T3 becomes conductive with a time delay, thereby activating a short-circuit protection of the switching device.
  • an electrical energy store can be used as voltage source V.
  • an electrical energy store becomes a rechargeable one Energy storage understood, especially an electrochemical
  • Energy storage cell and / or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and / or an energy storage pack having at least one energy storage module can be designed as a lithium-based battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. Alternatively, it is
  • Energy storage cell designed as a lithium-polymer battery cell or nickel-metal hydride battery cell or lead-acid battery cell or lithium-air battery cell or lithium-sulfur battery cell.

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Abstract

The invention relates to: a switching device (1) for electrically connecting a voltage source (V) to a load resistance (RL); to an electrical energy storage system; to a device and/or a vehicle; and to a method for connecting a voltage source (V) to a load resistance (RL) by means of a switching device (1), characterized in that the switching device (1) comprises: a first transistor (T1), a second transistor (T2), a third transistor (T3), a capacitor (C) and a switch (S), wherein: the voltage source (V) can be electrically connected to the load resistance (RL) by means of the first transistor (T1); the first transistor (T1) can be switched by means of the switch (S) or by means of the second and third transistors (T2, T3); the third transistor (T3) can be switched by means of the capacitor (C); the second transistor (T2) is arranged in such a way that the second transistor switches in the event of a short circuit of the load resistance (RL).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Schaltvorrichtung, elektrisches Energiespeichersystem, Vorrichtung und/oder Fahrzeug und Verfahren zum Verbinden einer Spannungsquelle mit einem Switching device, electrical energy storage system, device and / or vehicle and method for connecting a voltage source to a
Lastwiderstand mittels einer Schaltvorrichtung Load resistance using a switching device
Feld der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung, ein The present invention relates to a switching device
elektrisches Energiespeichersystem, eine Vorrichtung und/oder ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Verbinden einer Spannungsquelle mit einem Electrical energy storage system, a device and / or a vehicle and a method for connecting a voltage source to a
Lastwiderstand mittels einer Schaltvorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Load resistance by means of a switching device according to the preamble of the independent claims.
Stand der Technik State of the art
Die CN 103474967 A zeigt eine hochintegrierte Batteriesicherheitsschaltung. The CN 103474967 A shows a highly integrated battery safety circuit.
Die US 2015/0180091 Al zeigt eine gegen externe Kurzschlüsse geschützte Akkumulatorenbatterie. US 2015/0180091 A1 shows an accumulator battery protected against external short circuits.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Der Kern der Erfindung bei der Schaltvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden einer Spannungsquelle mit einem Lastwiderstand, besteht darin, dass die The essence of the invention in the switching device for the electrically conductive connection of a voltage source to a load resistor is that
Schaltvorrichtung aufweist: Switching device has:
- einen ersten Transistor,  - a first transistor,
- einen zweiten Transistor,  - a second transistor,
- einen dritten Transistor,  - a third transistor,
- eine Kapazität und - einen Schalter, - a capacity and - a switch,
wobei die Spannungsquelle mittels des ersten Transistors elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand verbindbar ist, the voltage source being electrically conductively connectable to the load resistor by means of the first transistor,
wobei der erste Transistor schaltbar ist mittels des Schalters oder mittels des zweiten und dritten Transistors, the first transistor being switchable by means of the switch or by means of the second and third transistor,
wobei der dritte Transistor schaltbar ist mittels der Kapazität, the third transistor being switchable by means of the capacitance,
wobei der zweite Transistor derart angeordnet ist, dass er bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands schaltet. the second transistor being arranged such that it switches when the load resistor is short-circuited.
Hintergrund der Erfindung ist, dass mittels der Schaltvorrichtung die Spannungsquelle mit dem Lastwiderstand elektrisch leitend verbindbar ist. Bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands wird zusätzlich zu dem bereits leitenden zweiten Transistor der dritte Transistor leitend und der erste Transistor wird geschaltet, so dass dieser sperrt und selbsthaltend gesperrt gehalten wird. Der Stromfluss kann bis zum Trennen der Schaltvorrichtung von der Spannungsquelle unterbrochen werden. The background to the invention is that the switching device can be used to connect the voltage source to the load resistor in an electrically conductive manner. If the load resistor is short-circuited, in addition to the already conducting second transistor, the third transistor becomes conductive and the first transistor is switched, so that the latter is blocked and held locked. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.
Von Vorteil ist dabei, dass im Normalbetrieb der Schaltvorrichtung kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auftritt. The advantage here is that no additional voltage drop occurs due to the short-circuit protection during normal operation of the switching device.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltvorrichtung einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand auf, wobei die Schaltvorrichtung eingerichtet ist, die Kapazität über den ersten und zweiten Widerstand aufzuladen. Dadurch ist die Kapazität während des Betriebs der Schaltvorrichtung aufladbar. According to an advantageous embodiment, the switching device has a first resistor and a second resistor, the switching device being set up to charge the capacitance via the first and second resistor. As a result, the capacity can be charged during the operation of the switching device.
Von Vorteil ist es dabei, wenn der zweite Transistor und der dritte Transistor in It is advantageous if the second transistor and the third transistor in
Reihenschaltung angeordnet sind. Somit wird der erste Transistor geöffnet, wenn der zweite Transistor und der dritte Transistor leitend sind. Series connection are arranged. Thus, the first transistor is opened when the second transistor and the third transistor are conductive.
Vorteilhafterweise ist der erste Widerstand parallel geschaltet zu der Reihenschaltung angeordnet. Dabei begrenzt der erste Widerstand die Spannung zwischen der The first resistor is advantageously connected in parallel with the series circuit. The first resistor limits the voltage between the
Steuerelektrode und der Quelle des ersten Transistors. Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der zweite Widerstand zwischen einer Control electrode and the source of the first transistor. It is also advantageous if the second resistance between one
Steuerelektrode des dritten Transistors und dem Schalter angeordnet ist. Der erste und zweite Widerstand begrenzen den Ladestrom für die Kapazität. Control electrode of the third transistor and the switch is arranged. The first and second resistors limit the charging current for the capacitance.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der zweite Widerstand zwischen der Kapazität und dem Schalter angeordnet ist. It is also advantageous if the second resistor is arranged between the capacitance and the switch.
Vorteilhafterweise ist die Schaltvorrichtung derart ausgeführt, dass der dritte Transistor zeitverzögert nach dem Schalter schaltet, insbesondere wobei die Dauer der The switching device is advantageously designed such that the third transistor switches after the switch with a time delay, in particular the duration of the
Zeitverzögerung abhängig ist von der Größe des zweiten Widerstands und von der Größe der Kapazität. Durch das zeitlich verzögerte Schalten wird der The time delay depends on the size of the second resistor and the size of the capacitance. Due to the delayed switching, the
Kurzschlussschutz zeitverzögert aktiviert. Damit ist die Schaltvorrichtung nicht anfällig für kurzfristige Spannungsschwankungen nach dem Einschalten der Schaltvorrichtung. Short-circuit protection activated with a time delay. The switching device is thus not susceptible to short-term voltage fluctuations after the switching device is switched on.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Transistor und/oder der zweite Transistor und/oder der dritte Transistor als Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, insbesondere als p-Kanal MOSFET Transistoren, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Schaltvorrichtung kompakt ausführbar ist. According to an advantageous embodiment, the first transistor and / or the second transistor and / or the third transistor are designed as field-effect transistors with an insulated control electrode, in particular as p-channel MOSFET transistors. The advantage here is that the switching device can be made compact.
Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeichersystem besteht darin, dass das elektrische Energiespeichersystem eine Schaltvorrichtung wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Schaltvorrichtung bezogenen Ansprüche, und eine Spannungsquelle aufweist. The essence of the invention in the electrical energy storage system is that the electrical energy storage system has a switching device as described above or according to one of the claims relating to the switching device, and a voltage source.
Hintergrund der Erfindung ist, dass bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands die Schaltvorrichtung sperrt und selbsthaltend gesperrt gehalten wird. Der Stromfluss kann bis zum Trennen der Schaltvorrichtung von der Spannungsquelle unterbrochen werden. The background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.
Im Normalbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems tritt kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auf. Dadurch verlängert sich die Reichweite des elektrischen Energiespeichersystems. Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung und/oder dem Fahrzeug besteht darin, dass die Vorrichtung und/oder das Fahrzeug zumindest ein elektrisches During normal operation of the electrical energy storage system, there is no additional voltage drop due to the short-circuit protection. This extends the range of the electrical energy storage system. The essence of the invention in the device and / or the vehicle is that the device and / or the vehicle is at least one electrical
Energiespeichersystem wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das elektrische Energiespeichersystem bezogenen Ansprüche und einen Energy storage system as described above or according to one of the claims relating to the electrical energy storage system and one
Lastwiderstand aufweist. Has load resistance.
Hintergrund der Erfindung ist, dass bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands die Schaltvorrichtung sperrt und selbsthaltend gesperrt gehalten wird. Der Stromfluss kann bis zum Trennen der Schaltvorrichtung von der Spannungsquelle unterbrochen werden. The background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner. The current flow can be interrupted until the switching device is disconnected from the voltage source.
Im Normalbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems tritt kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auf. Dadurch verlängert sich die Reichweite der Vorrichtung und/oder des Fahrzeuges. In normal operation of the electrical energy storage system, there is no additional voltage drop due to the short-circuit protection. This extends the range of the device and / or the vehicle.
Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Verbinden einer Spannungsquelle mit einem Lastwiderstand mittels einer Schaltvorrichtung, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Schaltvorrichtung bezogenen Ansprüche, besteht darin, dass beim Einschalten der Schaltvorrichtung ein The essence of the invention in the method for connecting a voltage source to a load resistor by means of a switching device, in particular as described above or according to one of the claims relating to the switching device, is that when the switching device is switched on, a
Kurzschlussschutz aktiviert wird. Short-circuit protection is activated.
Hintergrund der Erfindung ist, dass bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands die Schaltvorrichtung sperrt und selbsthaltend gesperrt gehalten wird. The background to the invention is that, in the event of a short circuit in the load resistance, the switching device blocks and is held locked in a self-retaining manner.
Von Vorteil ist es dabei, wenn der Kurzschlussschutz zeitverzögert aktiviert wird. Dadurch ist die Schaltvorrichtung nicht anfällig für kurzfristige It is advantageous if the short-circuit protection is activated with a time delay. As a result, the switching device is not susceptible to short-term
Spannungsschwankungen nach dem Einschalten der Schaltvorrichtung. Voltage fluctuations after switching on the switching device.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands die Schaltvorrichtung selbsthaltend sperrt. Somit tritt kein zusätzlicher Spannungsabfall aufgrund des Kurzschlussschutzes auf. Furthermore, it is advantageous if the switching device locks in the event of a short circuit in the load resistor. There is therefore no additional voltage drop due to the short-circuit protection.
Vorteilhafterweise sperrt, nachdem der Kurzschluss des Lastwiderstands behoben wurde, die Schaltvorrichtung weiterhin selbsthaltend, wobei die Schaltvorrichtung mitels eines Schalters abschaltbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Schaltvorrichtung in einem definierten Zustand ist. After the short circuit of the load resistor has been eliminated, the switching device advantageously continues to lock, the switching device can be switched off by means of a switch. The advantage here is that the switching device is in a defined state.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte The above refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include those not explicitly mentioned
Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also consider individual aspects as improvements or additions to the respective
Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Add basic form of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im folgenden Abschnit wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt. In the following section, the invention is explained on the basis of exemplary embodiments, from which further inventive features may arise, but to which the scope of the invention is not restricted. The exemplary embodiments are shown in the drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schaltplans einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 und Fig. 1 is a schematic representation of a circuit diagram of a switching device 1 and
Fig. 2 ein Impulsdiagramm der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Fig. 2 is a timing diagram of the operation of the invention
Schaltvorrichtung 1.  Switching device 1.
Das Schaltvorrichtung 1 zum elektrisch leitenden Verbinden einer Spannungsquelle V mit einem Lastwiderstand RL weist auf: The switching device 1 for the electrically conductive connection of a voltage source V to a load resistor RL has:
- einen ersten Transistor TI,  a first transistor TI,
- einen zweiten Transistor T2,  a second transistor T2,
- einen driten Transistor T3,  a third transistor T3,
- einen ersten Widerstand RI,  a first resistance RI,
- einen zweiten Widerstand R2, - eine Kapazität C, a second resistor R2, - a capacity C,
- eine Steuerspannungsquelle und  - a control voltage source and
- einen Schalter S zum Schalten der Steuerspannungsquelle.  - A switch S for switching the control voltage source.
Vorzugsweise sind die Transistoren (TI, T2, T3) als Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, insbesondere als p-Kanal MOSFET Transistoren, ausgeführt. The transistors (TI, T2, T3) are preferably designed as field-effect transistors with an insulated control electrode, in particular as p-channel MOSFET transistors.
Der erste Transistor TI ist zwischen der Spannungsquelle V und dem Lastwiderstand RL angeordnet. Dabei ist die Quelle (Source) des ersten Transistors TI elektrisch leitend mit der Spannungsquelle V verbunden. Der Abfluss (Drain) des ersten The first transistor TI is arranged between the voltage source V and the load resistor RL. The source of the first transistor TI is electrically conductively connected to the voltage source V. The drain of the first
Transistors TI ist elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand RL verbunden. Die Transistor TI is electrically connected to the load resistor RL. The
Steuerelektrode des ersten Transistors TI ist mit dem Schalter S elektrisch leitend verbunden. Control electrode of the first transistor TI is electrically conductively connected to the switch S.
Zwischen der Spannungsquelle V und der Quelle des ersten Transistors TI ist ein erster Mittelabgriff 2 angeordnet. Der erste Mittelabgriff 2 verbindet die A first center tap 2 is arranged between the voltage source V and the source of the first transistor TI. The first center tap 2 connects the
Spannungsquelle V und die Quelle des ersten Transistors TI elektrisch leitend mit einer Quelle des zweiten Transistors T2. Voltage source V and the source of the first transistor TI are electrically conductive with a source of the second transistor T2.
Zwischen dem Abfluss des ersten Transistors TI und dem Lastwiderstand RL ist ein zweiter Mittelabgriff 3 angeordnet. Der zweite Mittelabgriff 3 verbindet den A second center tap 3 is arranged between the outflow of the first transistor TI and the load resistor RL. The second center tap 3 connects the
Lastwiderstand RL und den Abfluss des ersten Transistors TI elektrisch leitend mit einer Steuerelektrode des zweiten Transistors T2. Load resistor RL and the drain of the first transistor TI electrically conductive with a control electrode of the second transistor T2.
Zwischen der Steuerelektrode des ersten Transistors TI und dem Schalter S ist ein dritter Mittelabgriff 4 angeordnet. Der dritte Mittelabgriff 4 ist mittels des dritten A third center tap 4 is arranged between the control electrode of the first transistor TI and the switch S. The third center tap 4 is by means of the third
Transistors T3 elektrisch leitend verbindbar mit einem Abfluss des zweiten Transistors T2. Dabei ist der dritte Mittelabgriff 4 elektrisch leitend verbunden mit einem Abfluss des dritten Transistors T3. Eine Quelle des dritten Transistors T3 ist elektrisch leitend verbunden mit einem Abfluss des zweiten Transistors T2. Eine Steuerelektrode des dritten Transistors T3 ist elektrisch leitend verbunden mit der Kapazität C. Transistor T3 can be electrically conductively connected to a drain of the second transistor T2. The third center tap 4 is electrically conductively connected to a drain of the third transistor T3. A source of the third transistor T3 is electrically conductively connected to a drain of the second transistor T2. A control electrode of the third transistor T3 is electrically connected to the capacitor C.
Der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3 bilden also eine Reihenschaltung. Parallel geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem zweiten Transistor T2 und dem dritten Transistor T3 ist der erste Widerstand RI angeordnet. Der erste Widerstand RI verbindet einen vierten Mittelabgriff 5, der zwischen dem ersten Mittelabgriff 2 und der Quelle des zweiten Transistors T2 angeordnet ist, mit einem fünften Mittelabgriff 6, der zwischen dem dritten Mittelabgriff 4 und dem Schalter S angeordnet ist. The second transistor T2 and the third transistor T3 thus form a series connection. The first resistor RI is arranged in parallel with the series circuit comprising the second transistor T2 and the third transistor T3. The first resistor RI connects a fourth center tap 5, which is arranged between the first center tap 2 and the source of the second transistor T2, with a fifth center tap 6, which is arranged between the third center tap 4 and the switch S.
Zwischen der Steuerelektrode des dritten Transistors T3 und der Kapazität C ist ein sechster Mittelabgriff 7 angeordnet. Zwischen dem fünften Mittelabgriff 6 und dem Schalter S ist ein siebter Mittelabgriff 8 angeordnet. Der zweite Widerstand R2 verbindet den sechsten Mittelabgriff 7 und den siebten Mittelabgriff 8 elektrisch leitend. A sixth center tap 7 is arranged between the control electrode of the third transistor T3 and the capacitance C. A seventh center tap 8 is arranged between the fifth center tap 6 and the switch S. The second resistor R2 connects the sixth center tap 7 and the seventh center tap 8 in an electrically conductive manner.
Die Steuerspannungsquelle ist zwischen der Kapazität C und dem Schalter S angeordnet. The control voltage source is arranged between the capacitance C and the switch S.
In Fig. 2 ist ein Impulsdiagramm der Funktionsweise der Schaltvorrichtung 1 dargestellt. Dabei sind die Versorgungsspannung UV der Spannungsquelle V, die Spannung UR über dem Lastwiderstand RL, der Wert des Lastwiderstands RL und die Steuerspannung US am Schalter S als Funktion der Zeit t dargestellt. 2 shows a pulse diagram of the mode of operation of the switching device 1. The supply voltage UV of the voltage source V, the voltage UR across the load resistor RL, the value of the load resistor RL and the control voltage US at the switch S are shown as a function of the time t.
Zu einem Zeitpunkt tO ist der Schalter S geschlossen, die Steuerspannung US am Schalter S ist negativ und beträgt - 20 V. Die Versorgungsspannung UV ist gleich der Spannung UR über dem Lastwiderstand RL und beträgt 12 V. Der Wert des At a time tO, the switch S is closed, the control voltage US at the switch S is negative and is −20 V. The supply voltage UV is equal to the voltage UR across the load resistor RL and is 12 V. The value of
Lastwiderstands RL ist konstant. Der erste Transistor TI ist leitend und verbindet die Spannungsquelle V elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand RL. Load resistance RL is constant. The first transistor TI is conductive and connects the voltage source V in an electrically conductive manner to the load resistor RL.
Zu einem Zeitpunkt tl wird der Schalter S geöffnet, die Steuerspannung US am Schalter S ist positiv und beträgt + 20 V. Der erste Transistor Tl sperrt. Dadurch wird die Spannungsquelle V von dem Lastwiderstand RL getrennt. Die Spannung UL über dem Lastwiderstand RL schaltet zeitverzögert auf 0 V. Über den ersten Widerstand RI und den zweiten Widerstand R2 wird der Kondensator C aufgeladen und der dritte Transistor T3 sperrt. Der Wert des Lastwiderstands RL ist konstant. At a time t1, the switch S is opened, the control voltage US at the switch S is positive and is + 20 V. The first transistor Tl blocks. This disconnects the voltage source V from the load resistor RL. The voltage UL across the load resistor RL switches to 0 V with a time delay. The capacitor C is charged via the first resistor RI and the second resistor R2 and the third transistor T3 blocks. The value of the load resistance RL is constant.
Zu einem Zeitpunkt t2 wird der Schalter S geschlossen, die Steuerspannung US schaltet auf - 20 V. Der erste Transistor Tl wird leitend und die Spannung UL über dem Lastwiderstand RL steigt stufenartig von 0 V auf 12 V an. Der Wert des At a time t2, the switch S is closed, the control voltage US switches to −20 V. The first transistor T1 becomes conductive and the voltage UL over the load resistance RL increases in steps from 0 V to 12 V. The value of the
Lastwiderstands RL ist konstant. Der zweite Transistor T2 sperrt. Der dritte Transistor T3 wird zeitverzögert leitend, dadurch wird ein Kurzschlussschutz der Load resistance RL is constant. The second transistor T2 blocks. The third transistor T3 becomes conductive with a time delay, thereby providing short-circuit protection
Schaltvorrichtung aktiviert. Die Dauer der Zeitverzögerung beim Schließen des dritten Transistors T3 ist dabei abhängig von der Wahl des Kondensators C und von der Wahl des zweiten Widerstands R2. Switching device activated. The duration of the time delay when closing the third transistor T3 is dependent on the choice of the capacitor C and on the choice of the second resistor R2.
Zu einem Zeitpunkt t3 tritt ein Kurzschluss am Lastwiderstand RL auf, der Wert des Lastwiderstands RL sinkt stufenartig ab. Der zweite Transistor T2 wird leitend. Der erste Transistor TI sperrt. Dadurch sinkt die Spannung UL an dem Lastwiderstand RL stufenartig ab. Da der dritte Transistor T3 bereits leitend ist, wird die Steuerelektrode des ersten Transistors TI elektrisch leitend mit der Spannungsquelle V verbunden und der erste Transistor TI sperrt weiterhin, wodurch der zweite Transistor T2 leitend gehalten wird. Dadurch tritt ein Selbsthaltungseffekt der Schaltvorrichtung 1 ein. Die Versorgungsspannung UV bleibt konstant bei 12 V. Die Spannung UL am At a point in time t3, a short circuit occurs at the load resistor RL, the value of the load resistor RL drops in steps. The second transistor T2 becomes conductive. The first transistor TI blocks. As a result, the voltage UL across the load resistor RL drops in steps. Since the third transistor T3 is already conductive, the control electrode of the first transistor TI is electrically conductively connected to the voltage source V and the first transistor TI continues to block, as a result of which the second transistor T2 is kept conductive. This results in a self-holding effect of the switching device 1. The supply voltage UV remains constant at 12 V. The voltage UL am
Lastwiderstand RL ist vernachlässigbar. Load resistance RL is negligible.
Zu einem Zeitpunkt t4 wird der Schalter S geöffnet, nachdem der Kurzschluss über dem Lastwiderstand RL behoben wurde, dadurch steigt der Wert des Lastwiderstands RL stufenartig auf den ursprünglichen Wert an. Die Steuerspannung US am Schalter S ist positiv und beträgt + 20 V. Die Versorgungsspannung UV bleibt konstant bei 12 V. Die Spannung UL am Lastwiderstand RL ist vernachlässigbar. Die Schaltvorrichtung 1 geht also in einen ausgeschalteten Zustand über, die Selbsthaltung der At a point in time t4, the switch S is opened after the short circuit across the load resistor RL has been remedied, as a result of which the value of the load resistor RL increases gradually to the original value. The control voltage US at the switch S is positive and is + 20 V. The supply voltage UV remains constant at 12 V. The voltage UL at the load resistor RL is negligible. The switching device 1 thus changes to a switched-off state, the self-holding of the
Schaltvorrichtung 1 wird beendet. Switching device 1 is ended.
Zu einem Zeitpunkt t5 wird der Schalter S geschlossen, die Steuerspannung US am Schalter S ist negativ und beträgt - 20 V. Der erste Transistor TI wird leitend und die Spannung UL über dem Lastwiderstand RL steigt stufenartig von 0 V auf 12 V an. Der Wert des Lastwiderstands RL ist konstant. Der zweite Transistor T2 sperrt. Der dritte Transistor T3 wird zeitverzögert leitend, dadurch wird ein Kurzschlussschutz der Schaltvorrichtung wieder aktiviert. At a time t5, the switch S is closed, the control voltage US at the switch S is negative and is −20 V. The first transistor TI becomes conductive and the voltage UL across the load resistor RL increases in steps from 0 V to 12 V. The value of the load resistance RL is constant. The second transistor T2 blocks. The third transistor T3 becomes conductive with a time delay, thereby activating a short-circuit protection of the switching device.
Als Spannungsquelle V ist beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher verwendbar. Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere eine elektrochemische For example, an electrical energy store can be used as voltage source V. In this case, an electrical energy store becomes a rechargeable one Energy storage understood, especially an electrochemical
Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist dieEnergy storage cell and / or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and / or an energy storage pack having at least one energy storage module. The energy storage cell can be designed as a lithium-based battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. Alternatively, it is
Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid- Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium- Luft- Batteriezelle oder Lithium- Schwefel- Batteriezelle ausgeführt. Energy storage cell designed as a lithium-polymer battery cell or nickel-metal hydride battery cell or lead-acid battery cell or lithium-air battery cell or lithium-sulfur battery cell.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schaltvorrichtung (1) zum elektrisch leitenden Verbinden einer Spannungsquelle (V) mit einem Lastwiderstand (RL), 1. switching device (1) for electrically connecting a voltage source (V) to a load resistor (RL),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Schaltvorrichtung (1) aufweist:  the switching device (1) has:
- einen ersten Transistor (TI),  - a first transistor (TI),
- einen zweiten Transistor (T2),  - a second transistor (T2),
- einen dritten Transistor (T3),  - a third transistor (T3),
- eine Kapazität (C) und  - a capacity (C) and
- einen Schalter (S),  - a switch (S),
wobei die Spannungsquelle (V) mittels des ersten Transistors (TI) elektrisch leitend mit dem Lastwiderstand (RL) verbindbar ist,  wherein the voltage source (V) can be connected in an electrically conductive manner to the load resistor (RL) by means of the first transistor (TI),
wobei der erste Transistor (TI) schaltbar ist mittels des Schalters (S) oder mittels des zweiten und dritten Transistors (T2, T3),  the first transistor (TI) being switchable by means of the switch (S) or by means of the second and third transistor (T2, T3),
wobei der dritte Transistor (T3) schaltbar ist mittels der Kapazität (C), wobei der zweite Transistor (T2) derart angeordnet ist, dass er bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands (RL) schaltet.  the third transistor (T3) being switchable by means of the capacitance (C), the second transistor (T2) being arranged such that it switches when the load resistor (RL) is short-circuited.
2. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2. Switching device (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Schaltvorrichtung (1) einen ersten Widerstand (RI) und einen zweiten Widerstand (R2) aufweist,  the switching device (1) has a first resistor (RI) and a second resistor (R2),
wobei die Schaltvorrichtung (1) eingerichtet ist, die Kapazität (C) über den ersten und zweiten Widerstand (RI, R2) aufzuladen.  wherein the switching device (1) is set up to charge the capacitance (C) via the first and second resistor (RI, R2).
3. Schaltvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. Switching device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) in Reihenschaltung angeordnet sind.  the second transistor (T2) and the third transistor (T3) are arranged in series.
4. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 3, 4. Switching device (1) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand (RI) parallel geschaltet zu der Reihenschaltung angeordnet ist. characterized in that the first resistor (RI) is arranged in parallel with the series circuit.
5. Schaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 5. Switching device (1) according to one of claims 2 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der zweite Widerstand (R2) zwischen einer Steuerelektrode des dritten Transistors (T3) und dem Schalter (S) angeordnet ist.  the second resistor (R2) is arranged between a control electrode of the third transistor (T3) and the switch (S).
6. Schaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 6. Switching device (1) according to one of claims 2 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der zweite Widerstand (R2) zwischen der Kapazität (C) und dem Schalter (S) angeordnet ist.  the second resistor (R2) is arranged between the capacitance (C) and the switch (S).
7. Schaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 7. Switching device (1) according to one of claims 2 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Schaltvorrichtung (1) derart ausgeführt ist, dass der dritte Transistor (T3) zeitverzögert nach dem Schalter (S) schaltet,  the switching device (1) is designed such that the third transistor (T3) switches after the switch (S) with a time delay,
insbesondere wobei die Dauer der Zeitverzögerung abhängig ist von der Größe des zweiten Widerstands (R2) und von der Größe der Kapazität (C).  in particular where the duration of the time delay depends on the size of the second resistor (R2) and on the size of the capacitance (C).
8. Schaltvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Switching device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der erste Transistor (TI) und/oder der zweite Transistor (T2) und/oder der dritte Transistor (T3) als Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, insbesondere als p-Kanal MOSFET Transistoren, ausgeführt sind.  the first transistor (TI) and / or the second transistor (T2) and / or the third transistor (T3) are designed as field-effect transistors with an insulated control electrode, in particular as p-channel MOSFET transistors.
9. Elektrisches Energiespeichersystem, 9. Electrical energy storage system,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das elektrische Energiespeichersystem eine Schaltvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Spannungsquelle (V) aufweist.  the electrical energy storage system has a switching device (1) according to one of the preceding claims and a voltage source (V).
10. Vorrichtung und/oder Fahrzeug aufweisend zumindest ein elektrisches 10. Device and / or vehicle having at least one electrical
Energiespeichersystem nach Anspruch 9 und einen Lastwiderstand (RL). Energy storage system according to claim 9 and a load resistor (RL).
11. Verfahren zum Verbinden einer Spannungsquelle (V) mit einem Lastwiderstand (RL) mittels einer Schaltvorrichtung (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 11. A method for connecting a voltage source (V) to a load resistor (RL) by means of a switching device (1), in particular according to one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
beim Einschalten der Schaltvorrichtung (1) ein Kurzschlussschutz aktiviert wird.  short-circuit protection is activated when the switching device (1) is switched on.
12. Verfahren nach Anspruch 11, 12. The method according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Kurzschlussschutz zeitverzögert aktiviert wird.  the short-circuit protection is activated with a time delay.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, 13. The method according to claim 11 or 12,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
bei einem Kurzschluss des Lastwiderstands (RL) die Schaltvorrichtung (1) selbsthaltend sperrt.  in the event of a short circuit in the load resistance (RL), the switching device (1) locks itself.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
nachdem der Kurzschluss des Lastwiderstands (RL) behoben wurde, die Schaltvorrichtung (1) weiterhin selbsthaltend sperrt, wobei die Schaltvorrichtung mittels eines Schalters (S) abschaltbar ist.  after the short circuit of the load resistor (RL) has been eliminated, the switching device (1) continues to lock itself, the switching device being able to be switched off by means of a switch (S).
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