WO2020120308A1 - Anordnung zum schalten einer hochvoltbatterie in einem fahrzeug - Google Patents

Anordnung zum schalten einer hochvoltbatterie in einem fahrzeug Download PDF

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Andreas Mittag
Daniel Raichle
Hans Geyer
Klaus-Juergen Wald
Marcel Maur
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for switching a
  • High-voltage battery in a vehicle a system with a high-voltage battery, a switching arrangement and a consumer circuit and a vehicle having such an arrangement or such a system.
  • the invention further relates to a method for connecting and a method for disconnecting a battery.
  • switching a battery ie switching a battery on or off, is used here to connect or disconnect the battery with a
  • connecting or disconnecting the battery means connecting or disconnecting to a consumer circuit.
  • a consumer circuit has, for example, an electric motor,
  • Control circuits, voltage converters and other consumers in the vehicle typically has capacitors and inductors.
  • High-voltage batteries in vehicles are usually mechanically or
  • Electromechanically separated via switches or connected to the consumer circuit are located on both the positive and negative poles of the battery. Typically relays are used as switches. Since a connection without a sense of direction is established by a relay, the
  • Circuit on the positive pole two paths with one switch each.
  • One path is used for pre-charging the capacities of the subsequent circuit, while the other is intended for the period after the pre-charging.
  • a total of three relays are therefore necessary; one for the precharge path and one for the interconnection path at the positive pole and one at the negative pole.
  • the connections are bidirectional, which means that the current can flow either to the battery or away from the battery and to the consumer circuit in each path.
  • the precharge circuit is used to limit the inrush current that occurs, for example, in the case of high-capacity consumers when a high voltage is applied.
  • a resistor is used for this purpose, which is arranged in the precharge path. As soon as the capacities are loaded, the other path is switched without resistance, so that in the further course of time there are no losses and no heat at the resistor.
  • relays are complex. Furthermore, relays are susceptible to wear and the precharge current cannot be regulated.
  • the task is accomplished by a circuit arrangement, a system
  • a circuit arrangement for switching a high-voltage battery has a
  • Precharge circuit to connect to a first pole of the
  • High-voltage battery and for precharging a consumer is set up, with a transistor for conducting a current from the battery to the consumer and a diode arranged antiparallel to the transistor for conducting a reverse current into the battery.
  • This arrangement enables electronic switching, so that energy is transported from the battery to a consumer via the drain-source path of the transistor. Both turning on and that
  • the diode enables a return flow of energy from the consumer circuit, that is, from the circuit connected to the circuit arrangement into the battery. Such a backflow can originate, for example, from a further battery in the connected circuit, from induction in the consumer circuit or from a charging process.
  • the transistor is a silicon carbide MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) semiconductor (SiC-MOSFET) and the diode is integrated in the silicon carbide MOSFET semiconductor.
  • SiC MOSFETs have a relatively high level of robustness and are also well suited for high switching frequencies. Furthermore, an SiC MOSFET has significantly lower power losses. Reduced power losses lead to higher efficiency and lower system costs and sizes due to lower cooling requirements.
  • the transistor is configured to switch in a pulsed manner when the consumer is switched on during a precharging phase.
  • the precharging phase can in particular be a phase in which the capacities of the consumer group are charged and continue until they are sufficiently charged. Sufficient here means that when the transistor is permanently switched on, which corresponds to a second phase, no impermissibly high currents flow.
  • a phase in which the capacities of the consumer group are charged and continue until they are sufficiently charged Sufficient here means that when the transistor is permanently switched on, which corresponds to a second phase, no impermissibly high currents flow.
  • Circuit arrangement for example, replace two paths, i.e. both the direct connection and the precharging path at the positive pole of the battery and additionally enables an energy flow to the battery. If an SiC-MOSFET with an integrated inverse diode is used, only one component is necessary for this. Furthermore, the good switching capability of SiC-MOSFETs is particularly advantageous for precharging in pulsed operation.
  • the circuit arrangement has a switch which is set up for connection to a second pole of the high-voltage battery. The switch is implemented, for example, by a relay. In this way, the backflow of electricity can be prevented if necessary.
  • a system for switching a high-voltage battery has a circuit arrangement as described above, a high-voltage battery, and a consumer circuit, the first pole of the high-voltage battery being connectable to the precharge circuit, and the precharge circuit being connectable to a positive line of the consumer circuit.
  • the consumer group has capacitive properties.
  • This aspect thus includes the circuit arrangement with the battery on the one circuit arrangement side and the consumer circuit on the other circuit arrangement side, the circuit arrangement representing the link between the battery and the consumer circuit.
  • the circuit arrangement representing the link between the battery and the consumer circuit.
  • Circuit arrangement connected to the positive pole of the battery on the one hand and the positive supply line of the consumer circuit.
  • Circuitry takes into account in particular the capacitive properties of the consumer circuit through the precharge circuit.
  • the second pole of the high-voltage battery in the system can be connected to a relay, and the relay can be connected to a negative line of the consumer circuit.
  • the second pole can in particular be the negative pole of the battery, which can be connected to the negative line of the consumer circuit via the relay.
  • This relay allows the circuit to be powered by the battery, i.e. the current flow from or to the battery can be disconnected.
  • Switching through is understood here to mean that the transistor is switched on. The pulsed switching enables precharging in the first phase.
  • the battery is connected to the consumer circuit via the conductive transistor.
  • the first phase is complete when the consumer is approximately or fully charged.
  • the purpose of the first phase, in which the current flows pulsed across the transistors, is that the battery and the electronic components, including the leads, pass through the
  • the transistor is blocked, and a reverse current is conducted via the diode to the battery.
  • a vehicle that has a switching arrangement described above.
  • a vehicle can be, for example, an electric vehicle, a vehicle with a hybrid drive, a truck or a bus.
  • the vehicles can still be catenary or rail-bound.
  • vehicles are also understood to mean electrically powered boats or aircraft or flying machines.
  • Fig. 1 shows a circuit arrangement for connecting and disconnecting a
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement and a system for connecting
  • FIG. 3 is a block diagram of a method for connecting a high-voltage battery
  • Fig. 4 is a block diagram of a method for separating a
  • Fig. 5 shows a vehicle with a circuit arrangement or a system according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a typical circuit arrangement for connecting and disconnecting a high-voltage battery 101.
  • the circuit arrangement has three switches 102, 103, 104. To connect the battery, switch 104 on the negative pole and switch 102 on the positive pole are first closed. The battery 101 can then deliver current to the consumer circuit via the resistor 105, the capacitors of the consumer circuit being precharged by the resistor 105. After the precharging, the precharging branch 102, 105 is bridged by closing the switch 103. When the battery 101 is disconnected, the switch 103 is first opened. The reverse current can through the resistor 105 and
  • Switches 102 and 104 are opened for final separation.
  • the circuit arrangement has a non-electronic switch, e.g. a mechanical switch or relay 205 and an electronic switch, e.g. a transistor 203.
  • the electronic switch 203 is integrated together with a diode 202 in a component, for example in an SiC MOSFET 204.
  • a component for example in an SiC MOSFET 204.
  • other high-performance transistors can also be used, e.g. IGBTs or suitable field effect transistor variants.
  • the integrated diode 202 is e.g. a diode which, due to its forward direction, is opposite to the forward direction of the
  • Transistor is also called an inverse diode or a "body diode”.
  • the switch 205 can generally be closed, but it can be opened if necessary to completely disconnect the battery 201. If the battery 201 is connected, a pulse-shaped signal is applied to the gate of the transistor 203, so that the capacitances of the
  • the effective current strength can be controlled by the pulse widths until the capacities are charged. It is therefore, for example It is possible to initially regulate the current strength by means of short pulses and to gradually extend the pulses up to a static signal, so that after the precharging phase the transistor is switched on permanently, ie when there is no more or only a little precharging current flowing.
  • the current could also be controlled via an analog gate voltage. In this case, a drive circuit for the gate voltage is required, which the
  • the transistor 203 is connected to the
  • the reverse current can now flow to the battery 201 via the integrated diode 202.
  • the battery 201 can also be mechanically separated via the switch 205. This can be used, for example, if no backflow of current into the battery is desired.
  • the system for switching a high-voltage battery has a circuit arrangement with at least one precharge circuit 204, a high-voltage battery 201 and a consumer circuit 206 with capacitive ones
  • the circuit arrangement can furthermore have the switch 205.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a method for connecting a
  • High-voltage battery according to an embodiment of the invention.
  • the method is carried out with the arrangement described in FIG. 2.
  • the transistor 203 is switched in a pulsed manner.
  • transistor 203 In this phase, the capacities of the consumer group are preloaded.
  • transistor 203 In a second phase 302 during connection, transistor 203
  • Fig. 4 shows a block diagram of a method for separating a
  • High-voltage battery 201 according to an embodiment of the invention.
  • the method is carried out with the arrangement described in FIG. 2.
  • the transistor 203 is only blocked in 401.
  • the backflow can flow through diode 202 to the battery.
  • the advantage of the arrangement is particularly clear here, since no further switching or no further
  • FIG. 5 shows a vehicle 500 according to an embodiment of the invention.
  • Vehicle 500 has a battery 501 and a circuit 502, which corresponds to the circuit arrangement according to FIG. 2 and contains a transistor 203 with a diode 202 described above.
  • the circuit arrangement further includes a mechanical or electromechanical switch, such as e.g. a relay 205.
  • the high-voltage battery 201 can be located in a suitable position in the vehicle, e.g. near the front axle or the rear axle.
  • the circuit arrangement is preferably in the vicinity of the battery, so that the lines carrying potential at the poles of the battery are short.
  • the circuit can also be arranged remotely from the battery.

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung, ein System und ein Verfahren zum Schalten einer Hochvoltbatterie (201) bereitgestellt, sowie ein Fahrzeug, das eine solche Schaltungsanordnung und ein solches System aufweist. Die Schaltungsanordnung weist einen Transistor zum Leiten eines Stroms von der Batterie (201) zu einem Verbraucher und eine Diode (202) zum Leiten eines Rückstroms in die Batterie (201) auf. Die Schaltungsanordnung ist konfiguriert, einen Vorladestrom durch gepulstes Schalten des Transistors (203) zur Verfügung zu stellen.

Description

Beschreibung
Titel
Anordnung zum Schalten einer Hochvoltbaterie in einem Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schalten einer
Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug, ein System mit einer Hochvoltbatterie, einer Schaltanordnung und einem Verbraucherkreis und ein Fahrzeug, das ein solche Anordnung oder solch ein System aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden und ein Verfahren zum Trennen einer Batterie.
Der Ausdruck„Schalten einer Batterie“, also Einschalten bzw. Ausschalten einer Batterie wird hier für das Verbinden bzw. Trennen der Batterie mit einem
Verbraucherkreis verwendet. Analog wird unter Verbinden bzw. Trennen der Batterie das Verbinden bzw. Trennen mit einem Verbraucherkreis verstanden.
Ein Verbraucherkreis weist beispielsweise einen Elektromotor,
Steuerschaltungen, Spannungswandler und weitere Verbraucher im Fahrzeug auf und weist typischerweise Kapazitäten und Induktivitäten auf.
Hochvoltbatterien in Fahrzeugen werden üblicherweise mechanisch bzw.
elektromechanisch über Schalter getrennt bzw. mit dem Verbraucherkreis verbunden. Die Schalter sind sowohl am Plus- als auch am Minuspol der Batterie angeordnet. Typischerweise werden als Schalter Relais verwendet. Da durch ein Relais eine Verbindung ohne Richtungssinn hergestellt wird, erhält der
Schaltkreis am Pluspol zwei Pfade mit je einem Schalter. Ein Pfad dient hierbei zum Vorladen (Precharge) der Kapazitäten der nachfolgenden Schaltung, während der andere für den Zeitraum nach dem Vorladen vorgesehen ist. Somit sind insgesamt drei Relais notwendig; eins für den Vorlade-Pfad und eins für den Durchschaltepfad am Pluspol sowie eins am Minuspol. Die Verbindungen sind dabei bidirektional, das heißt, der Strom kann in jedem Pfad sowohl zur Batterie hin fließen oder von der Batterie weg und zum Verbraucherkreis hin fließen. Der Vorlade-Schaltkreis dient der Begrenzung des Einschaltstroms, der z.B. bei hochkapazitiven Verbrauchern beim Anlegen einer hohen Spannung entsteht. Hierzu wird beispielsweise ein Widerstand verwendet, der in dem Vorlade-Pfad angeordnet wird. Sobald die Kapazitäten geladen sind, wird auf den anderen Pfad ohne Widerstand umgeschaltet, so dass im weiteren zeitlichen Verlauf keine Verluste und keine Hitze am Widerstand entstehen.
Die Ansteuerung von drei Relais ist aufwändig. Ferner sind Relais anfällig für Verschleiß und der Vorlade-Strom ist nicht regelbar.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und effiziente Schaltungsanordnung zum Schalten einer Hochvoltbatterie
bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung, ein System, ein
Kraftfahrzeug und Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß einem Aspekt wird eine Schaltungsanordnung zum Schalten einer Hochvoltbatterie bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung weist eine
Vorladeschaltung auf, die zum Anschluss an einen ersten Pol der
Hochvoltbatterie und zum Vorladen eines Verbrauchers eingerichtet ist, mit einem Transistor zum Leiten eines Stroms von der Batterie zu dem Verbraucher und einer zum Transistor antiparallel angeordneten Diode zum Leiten eines Rückstroms in die Batterie.
Mit dieser Anordnung wird ein elektronisches Schalten ermöglicht, so dass Energie von der Batterie zu einem Verbraucher über die Drain-Source-Strecke des Transistors transportiert wird. Sowohl das Einschalten als auch das
Ausschalten werden ohne mechanische Komponenten realisiert. Weiterhin ermöglicht die Diode einen Rückfluss von Energie aus dem Verbraucherkreis, d.h., aus dem an die Schaltungsanordnung angeschlossenen Schaltkreis in die Batterie. Ein solcher Rückfluss kann z.B. von einer weiteren Batterie in dem angeschlossenen Schaltkreis, von Induktionen im Verbraucherkreis oder von einem Ladevorgang herrühren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Transistor ein Siliziumkarbid-MOSFET (Metall Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)-Halbleiter (SiC-MOSFET), und die Diode ist in den Siliziumkarbid-MOSFET-Halbleiter integriert. SiC- MOSFETs weisen eine relativ große Robustheit auf und eignen sich zudem gut für hohe Schaltfrequenzen. Weiterhin weist ein SiC-MOSFET deutlich geringere Leistungsverluste auf. Reduzierte Leistungsverluste führen durch geringeren Kühlaufwand zu einem höheren Wirkungsgrad und zu geringeren Systemkosten und -großen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Transistor konfiguriert, um bei einem Einschalten des Verbrauchers während einer Vorladephase gepulst zu schalten.
Die Vorladephase kann hierbei insbesondere eine Phase sein, in der die Kapazitäten des Verbraucherkreises geladen werden, und solange andauern, bis diese hinreichend geladen sind. Hinreichend bedeutet hierbei, dass bei einem permanenten Durchschalten des Transistors, was einer zweiten Phase entspricht, keine unzulässig hohen Ströme fließen. Hierbei kann eine
Sicherheitsmarge berücksichtigt werden.
Durch das Pulsen werden definiert nach und nach die Kapazitäten geladen und somit ein geringer und kontrollierter Strom nahezu verlustfrei zum Vorladen an den Verbraucherkreis abgegeben. Hierdurch wird ein Widerstand zum Vorladen überflüssig. Das Ansteuern eines zweiten Schalters, wie z.B. ein Relais, bzw. ein Umschalten zwischen zwei Schaltern, entfällt. Somit kann die
Schaltungsanordnung zum Beispiel zwei Pfade ersetzen, also sowohl die direkte Verbindung als auch den Vorladepfad am Pluspol der Batterie und ermöglicht zusätzlich einen Energiefluss zur Batterie. Wird ein SiC-MOSFET mit integrierter Inversdiode verwendet, ist hierfür lediglich ein Bauelement notwendig. Weiterhin ist die gute Schaltfähigkeit von SiC-MOSFETs insbesondere im Pulsbetrieb für das Vorladen von Vorteil. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Schaltungsanordnung einen Schalter auf, der zum Anschluss an einen zweiten Pol der Hochvoltbatterie eingerichtet ist. Der Schalter wird beispielsweise durch ein Relais realisiert. Hierdurch kann bei Bedarf der Stromrückfluss verhindert werden.
Gemäß einem Aspekt wird ein System zum Schalten einer Hochvoltbatterie bereitgestellt. Das System weist eine oben beschriebene Schaltungsanordnung, eine Hochvoltbatterie, und einen Verbraucherkreis auf, wobei der erste Pol der Hochvoltbatterie mit der Vorladeschaltung verbindbar ist, und wobei die Vorladeschaltung mit einer positiven Leitung des Verbraucherkreises verbindbar ist. Der Verbraucherkreis weist kapazitive Eigenschaften auf.
Dieser Aspekt beinhaltet also die Schaltungsanordnung mit der Batterie auf der einen Schaltungsanordnungseite und der Verbraucherkreis auf der anderen Schaltungsanordnungseite, wobei die Schaltungsanordnung das Bindeglied zwischen Batterie und Verbraucherkreis darstellt. Insbesondere wird die
Schaltungsanordnung mit dem Pluspol der Batterie einerseits und der positivien Versorgungsleitung des Verbraucherkreises verbunden. Die
Schaltungsanordnung berücksichtigt durch die Vorladeschaltung insbesondere die kapazitiven Eigenschaften des Verbraucherkreises.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Pol der Hochvoltbatterie in dem System mit einem Relais verbindbar, und das Relais ist mit einer negativen Leitung des Verbraucherkreises verbindbar. Der zweite Pol kann insbesondere der negative Pol der Batterie sein, der über das Relais mit der negativen Leitung des Verbraucherkreises verbunden werden kann. Durch dieses Relais kann der Stromkreis über die Batterie, d.h. der Stromfluss von oder zu der Batterie getrennt werden.
Gemäß einem Aspekt wird in einem Verfahren zum Verbinden einer
Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug mit einer oben beschriebenen Anordnung in einer ersten Phase während des Verbindens der Transistor gepulst geschaltet und in einer zweiten Phase während des Verbindens der Transistor durchgeschaltet. Unter„durchschalten“ wird hierbei verstanden, dass der Transistor leitend geschaltet ist. Durch das gepulste Schalten wird in der ersten Phase das Vorladen ermöglicht. In der zweiten Phase ist die Batterie über den leitenden Transistor mit dem Verbraucherkreis verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Phase abgeschlossen, wenn der Verbraucher annähernd oder vollständig geladen ist. Der Zweck der ersten Phase, in der der Strom gepulst über die Transistoren fließt, ist, dass die Batterie und die elektronischen Bauteile, einschließlich der Leitungen, durch den
Stromfluss zu den Kapazitäten nicht überlastet werden. Andererseits nähert sich der Stromfluss beim Laden einer Kapazität asymptotisch der Null. Somit soll der kapazitive Verbraucher so lange gepulst geladen werden, bis sicher gestellt ist, dass keine Überlastungen auftreten, wobei dies nicht bei 100% Aufladung sein muss.
Gemäß einem Aspekt wird in einem Verfahren zum Trennen einer
Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug mit einer oben beschriebenen Anordnung der Transistor gesperrt, und ein Rückstrom über die Diode zur Batterie geleitet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine oben beschriebene Schaltanordnung aufweist. Ein Fahrzeug kann hierbei beispielsweise ein Elektrofahrzeug, ein Fahrzeug mit hybridem Antrieb, ein LKW oder ein Bus sein. Die Fahrzeuge können weiterhin oberleitungs- oder schienengebunden sein. Unter Fahrzeugen werden im weiteren Sinn auch elektrisch angetriebene Boote oder Flugzeuge bzw. Flugmaschinen verstanden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Verbinden und Trennen einer
Hochvoltbatterie,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung und ein System zum Verbinden und
Trennen einer Hochvoltbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Verfahren zum Verbinden einer
Hochvoltbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel, Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Trennen einer
Hochvoltbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 ein Fahrzeug mit einer Schaltungsanordnung bzw. einem System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine typische Schaltungsanordnung zum Verbinden und Trennen einer Hochvoltbatterie 101. Die Schaltungsanordnung weist drei Schalter 102, 103, 104 auf. Zum Verbinden der Batterie werden zunächst der Schalter 104 am Minuspol und der Schalter 102 am Pluspol geschlossen. Die Batterie 101 kann dann Strom über den Widerstand 105 an den Verbraucherkreis abgeben, wobei durch den Widerstand 105 ein Vorladen der Kapazitäten des Verbraucherkreises erfolgt. Nach dem Vorladen wird der Vorladezweig 102, 105 durch Schließen des Schalters 103 überbrückt. Beim Trennen der Batterie 101 wird zunächst Schalter 103 geöffnet. Der Rückstrom kann über den Widerstand 105 und den
geschlossenen Schalter 102 zur Batterie 101 fließen. Zur endgültigen Trennung werden die Schalter 102 und 104 geöffnet.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung und ein System zum Verbinden und Trennen einer Hochvoltbatterie 201 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltungsanordnung weist einen nicht-elektronischen Schalter, z.B. einen mechanischen Schalter oder ein Relais 205 und einen elektronischen Schalter, z.B. einen Transistor 203 auf. In einer Ausführungsform ist der elektronische Schalter 203 zusammen mit einer Diode 202 in ein Bauelement, zum Beispiel in einen SiC MOSFET 204 integriert. Es können aber auch andere Hochleistungstransistoren eingesetzt werden, wie z.B. IGBTs oder geeignete Feldeffekttransistor-Varianten. Die integrierte Diode 202 ist z.B. eine Diode, die aufgrund ihrer Durchlassrichtung entgegen der Durchlassrichtung des
Transistors auch als Inversdiode oder als„Body-Diode“ bezeichnet wird.
Der Schalter 205 kann in der Regel geschlossen sein, er kann aber bei Bedarf zur vollständigen Trennung der Batterie 201 geöffnet werden. Wird die Batterie 201 verbunden, wird an das Gate des Transistors 203 ein pulsförmiges Signal angelegt, so dass mit kurzen Stromschüben die Kapazitäten des
Verbraucherkreises vorgeladen werden. Die effektive Stromstärke kann durch die Pulsweiten gesteuert werden, bis die Kapazitäten geladen sind. Es ist daher z.B. möglich, die Stromstärke anfangs durch kurze Pulse zu regulieren und die Pulse bis hin zu einem statischen Signal allmählich zu verlängern, so dass nach der Vorladephase der Transistor dauerhaft durchgeschaltet ist, d.h., wenn kein Vorladestrom mehr oder nur noch wenig Vorladestrom fließt. Alternativ könnte der Strom auch über eine analoge Gatespannung gesteuert werden. In diesem Fall wird eine Ansteuerschaltung für die Gatespannung benötigt, die den
Batteriestrom beim Einschalten zunächst stark begrenzt und die Begrenzung dann allmählich reduziert.
Zum Trennen der Hochvoltbatterie 201 wird der Transistor 203 über die
Gatespannung gesperrt. Der Rückwärtsstrom kann nun über die integrierte Diode 202 zur Batterie 201 hin fließen. Über den Schalter 205 kann die Batterie 201 zusätzlich mechanisch getrennt werden. Dies kann beispielsweise genutzt werden, wenn kein Stromrückfluss in die Batterie gewünscht ist.
Das System zum Schalten einer Hochvoltbatterie weist in einer Ausführungsform eine Schaltungsanordnung mit zumindest einer Vorladeschaltung 204, eine Hochvoltbatterie 201 und einen Verbraucherkreis 206 mit kapazitiven
Eigenschaften auf. Die Schaltungsanordnung kann weiterhin den Schalter 205 aufweisen.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahren zum Verbinden einer
Hochvoltbatterie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren wird mit der in Fig. 2 beschriebenen Anordnung durchgeführt. In einer ersten Phase 301 während des Verbindens wird der Transistor 203 gepulst geschaltet.
In dieser Phase werden die Kapazitäten des Verbraucherkreises vorgeladen. In einer zweiten Phase 302 während des Verbindens der Transistor 203
durchgeschaltet. Dies entspricht dem Normalbetrieb mit angeschlossenem Verbraucher, wie zum Beispiel einem Motor oder weiteren Schaltkreisen wie Spannungswandler und weiteren Verbrauchern.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahren zum Trennen einer
Hochvoltbatterie 201 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren wird mit der in Fig. 2 beschriebenen Anordnung durchgeführt. Zum Trennen wird lediglich in 401 der Transistor 203 gesperrt. Der Rückstrom kann über die Diode 202 zur Batterie fließen. Hier wird der Vorteil der Anordnung besonders deutlich, da kein weiteres Schalten bzw. keine weiteren
Verfahrensschritte notwendig sind. Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 500 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das
Fahrzeug 500 weist eine Batterie 501 und eine Schaltung 502 auf, die der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 entspricht und einen oben beschriebenen Transistor 203 mit einer Diode 202 enthält. In einer Ausführungsform enthält die Schaltungsanordnung ferner einen mechanischen bzw. elektromechanischen Schalter, wie z.B. ein Relais 205.
Die Hochvoltbatterie 201 kann sich an einer geeigneten Position im Fahrzeug befinden, wie z.B. in der Nähe der Vorderachse oder der Hinterachse. Die Schaltungsanordnung befindet sich vorzugsweise in der Nähe der Batterie, so dass die an den Polen der Batterie potentialtragenden Leitungen kurz sind.
Generell kann die Schaltung auch örtlich entfernt von der Batterie angeordnet sein.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Schalten einer Hochvoltbatterie (201), aufweisend: eine Vorladeschaltung (204), eingerichtet zum Anschluss an einen ersten Pol der Hochvoltbatterie (201) und zum Vorladen eines Verbrauchers, mit einem Transistor (203) zum Leiten eines Stroms von der Batterie (201) zu dem
Verbraucher und einer zum Transistor antiparallel angeordneten Diode (202) zum Leiten eines Rückstroms in die Batterie (201).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Transistor (203) ein Siliziumkarbid-MOSFET-Halbleiter ist und die Diode (202) in den Siliziumkarbid- MOSFET-Halbleiter (203) integriert ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Transistor (203) konfiguriert ist, bei einem Verbinden der Batterie (201) während einer
Vorladephase gepulst zu schalten.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend:
ein Relais (205), eingerichtet zum Anschluss an einen zweiten Pol der
Hochvoltbatterie (201).
5. System (201, 204, 206) zum Schalten einer Hochvoltbatterie (201), aufweisend:
eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1-4,
eine Hochvoltbatterie (201), und
einen Verbraucherkreis (206), wobei
der erste Pol der Hochvoltbatterie (201) mit der Vorladeschaltung (204) verbindbar ist,
die Vorladeschaltung (204) mit einer positiven Leitung des Verbraucherkreises (206) verbindbar ist, und wobei der Verbraucherkreis (206) kapazitive Eigenschaften aufweist.
6. System (201, 204, 206) nach Anpruch 5, wobei der zweite Pol der
Hochvoltbatterie (201) mit einem Relais (205) verbindbar ist, und das Relais (205) mit einer negativen Leitung des Verbraucherkreises (206) verbindbar ist.
7. Kraftfahrzeug (500), aufweisend eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder ein System nach Anspruch 5 oder 6.
8. Verfahren (301, 302) zum Verbinden einer Hochvoltbatterie (201) mit einem Verbraucherkreis (206) in einem Kraftfahrzeug (500) durch eine
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1-4 oder einem System nach Anspruch 5 oder 6, wobei in einer ersten Phase (301) während des Verbindens der Transistor (203) gepulst geschaltet wird und in einer zweiten (302) Phase während des Verbindens der Transistor (203) durchgeschaltet wird.
9. Verfahren (301, 302) nach Anspruch 8, wobei die erste Phase (301) abgeschlossen ist, wenn der Verbraucher (206) annähernd oder vollständig geladen ist.
10. Verfahren (401) zum Trennen einer Hochvoltbatterie (201) in einem
Kraftfahrzeug (500) mit einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1-4 oder einem System nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Transistor (203) gesperrt wird, und ein Rückstrom über die Diode (202) zur Batterie (201) geleitet wird.
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