WO2022248236A1 - Schaltvorrichtung und steuerungsverfahren zum betrieb eines schütz - Google Patents

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WO2022248236A1
WO2022248236A1 PCT/EP2022/062880 EP2022062880W WO2022248236A1 WO 2022248236 A1 WO2022248236 A1 WO 2022248236A1 EP 2022062880 W EP2022062880 W EP 2022062880W WO 2022248236 A1 WO2022248236 A1 WO 2022248236A1
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contactor
voltage
switch
switching device
microprocessor
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PCT/EP2022/062880
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Michael ZEILBECK
Norbert BOTZENMAYER
Christian Ziegler
Manuel GREIF
Benjamin Zeller
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Webasto SE
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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J7/60—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements
    • H02J7/663—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements using battery or load disconnect circuits
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H02J2207/40—Details of circuit arrangements for charging or discharging batteries or supplying loads from batteries adapted for charging from various sources, e.g. AC, DC or multivoltage

Definitions

  • the present invention relates to a switching device according to the preamble of claim 1 and an associated control method according to the preamble of claim 10.
  • BMS battery management systems
  • PWM pulse width modulation
  • both coils are initially activated for tightening and the primary or main coil is switched off after closing, since the secondary coil with a lower current flow is sufficient for the required holding force.
  • a central microprocessor controls the coils intended.
  • contactors are known which have integrated electronics in order to reduce the voltage inside the contactor, for example by PWM control inside the contactor. An external microprocessor only switches the current flow through and does not take over any control.
  • this object is achieved by the characterizing features of the switching device of claim 1 and the characterizing features of a method according to claim 10.
  • Advantageous refinements are specified in the respective, associated subclaims.
  • an electronic switching device that includes the following elements:
  • the central microprocessor itself is connected to a higher-level control unit in a data-conducting manner.
  • the switching device comprises at least one main voltage or main supply line, via which a voltage source can be connected to the contactor switch and thus indirectly to the contactor.
  • the core is that in the main supply line between a connectable voltage source, such as in particular a battery or another DC voltage source, and the contactor, the contactor switch and a DC voltage converter are arranged, resulting in a non-pulsed working voltage that is permanently or at least temporarily different from the supply voltage can be set on the contactor.
  • the DC voltage or DC/DC converter such as a topology buck (boost) converter, enables a variable Output voltage is ideally a controllable DC-DC converter.
  • the contactor switch is arranged in the main supply line between the DC voltage converter and the contactor. This has the advantage that the contactor switch itself is also operated at a reduced working or holding voltage and is thus protected.
  • the contactor switch and DC-DC converter are reversed in order, so that the contactor switch is arranged in the main supply line before the DC-DC converter and the contactor.
  • a contactor switch is to be understood very generally as a microelectronic switch or switching element, such as an intelligent low-side switch, a transistor, relay, MOSFET or the like.
  • the great advantage is that the central regulation of the holding and working voltage, as a non-pulsed lower voltage than the input and main voltage, avoids electromagnetic effects.
  • the main supply line is divided into a number of parallel sub-supply lines, which each supply a contactor or its coil.
  • a DC-DC converter is arranged in each of the sub-supply lines.
  • the DC voltage converter is arranged as a central component in the main supply line, with at least two sub-supply lines being connected downstream of the DC voltage converter by means of a line branch, via which a contactor is supplied in each case.
  • This embodiment in which only one central DC-DC converter is provided, is particularly advantageous for a group of contactors that require the same holding voltage even if only a small amount of space is available.
  • Another or additional Embodiment provides that a contactor switch is provided per contactor in each sub-supply line.
  • the switching device advantageously includes an HV battery (high-voltage battery), in particular an HV battery for a vehicle.
  • HV battery high-voltage battery
  • This is advantageously made up of a plurality of cell modules, and the contactor or the group of contactors switch the main circuit supplied with voltage from the HV battery.
  • a switch box is arranged directly on or at this HV battery or the HV battery housing, in which the contactors and battery-specific sensors are housed in a protected manner.
  • sensors are to be understood in particular as meaning temperature, pressure and humidity sensors, as well as current and voltage measurements.
  • the voltage supply for the contactor and the contactor switch can continue to be provided in whole or in part from a separate voltage source or at least temporarily from this HV battery.
  • switch box instead of the term “switch box” used here, "S-Box”, “Switch-Box” or “BJB” (battery junction box) is also often used.
  • E-Box for the same component is also found somewhat less frequently.
  • An advantageous embodiment is that not all electronic components are provided on a main control board, but that a sub-board is arranged in the switch box, which is at least data-conductively connected to the main control board and is controlled by it.
  • a local microprocessor and at least one contactor switch and at least one DC voltage converter are arranged on the sub-board in the switch box.
  • the embodiments mentioned above can be provided in an analogous manner.
  • the big advantage is that the main control board can be well protected in a central, encapsulated control element, while the switch box and thus all sensors are arranged directly on or at the HV battery and its cell modules, which optimizes the transmission paths and times .
  • the central microprocessor and/or the local microprocessor is connected to the contactor via at least one data line and receives status information or sensor data via this, such as status data, voltage variables, temperature or pressure.
  • the invention also includes a control method for a contactor or a group of contactors, in which a contactor switch is operated in a controlled and regulated manner by means of a central microprocessor, with
  • a non-pulsed working voltage (holding voltage) that differs from the supply voltage at least temporarily, in particular permanently, is set at the contactor. This lower holding voltage is regularly maintained until the switching contact is no longer required for a main process and can therefore be released.
  • this working or holding voltage is 30-50% of the main or pull-in voltage across the contactor or coil or group of contactors or group of coils.
  • control device described herein is used in the control method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an arrangement according to the invention of a contactor with an adjustable coil voltage
  • FIG. 2 shows an arrangement comparable to FIG. 1 for several contactors and individual holding voltage
  • Fig. 3 shows an arrangement in which all contactors are set to a uniform holding voltage
  • Fig. 4a, b an independent position of the voltage regulation for two contactors in two alternative embodiments.
  • the switching device 1 [for an HV battery] is connected to a central voltage source 10 .
  • This supplies the central microprocessor 7 arranged on a main control circuit board 5 with a first voltage and also the coil switch 6, also called driver or coil driver, via the main supply line 8 and via this also the contactor 2 or its coil 4.
  • the coil switch 8 is used, for example, via a pulse width modulation (PWM) provided the required pick-up voltage for the contact switch 3 to make the contact.
  • PWM pulse width modulation
  • the coil switch 6 is a very clean microelectronic switch that passes the mains voltage applied to the central voltage source 10 at a desired level, with the output voltage being non-pulsed.
  • a DC voltage converter 20 (DC/DC converter) is arranged between the voltage source 10, ie in front of the coil switch 8, by means of which the main voltage in the main supply line 8 is lowered to a necessary working or holding voltage and maintained.
  • status data of the contact switch 3 or of the switched main circuit 19 are fed to the microprocessor 7 via the data line 14 .
  • the microprocessor 7 receives control and regulation data from a central control unit via the communication line 16 .
  • the microprocessor 7 controls the connected elements via the communication lines 17, 18, the microprocessor 7 being connected via the communication line 16 to a higher-level control and regulation unit (not shown).
  • the exemplary embodiment according to Figure 2 shows an arrangement with a plurality of contactors 2, here with a group of two contactors 2.
  • the main supply line 8 branches off at the branch line 9 into two sub-supply lines 8.1, 8.2 in which, analogously to Figure 1, there is a DC voltage converter 20 in front of the contactor switch 6 is arranged, these are controlled by the central microprocessor 7. It can be seen that each contactor 2 or its coil 4 (not shown) can be controlled individually or their voltage level can be adjusted for the holding voltage.
  • a central DC-DC converter 20 for several contactors 2 is provided in the main supply line 8 by subsequently at the branch line 9 a division into several sub-supply lines 8.1, 8.2 is made, the each lead to a contactor 2. These each turn a contact switch 3 and an associated main circuit 19, which are not shown.
  • the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 4a) and 4b) are the switching devices 1 for a high-voltage battery 100 (HV battery) and downstream electric drives (not illustrated) in the main circuit 19, with the HV battery 100 having a plurality of cell modules 100.1... 100.n includes.
  • HV batteries 100 are, for example, regularly used in vehicles with electric drives.
  • a separate voltage source 10, for example a 12V battery is connected to the DC-DC converter 20 and also supplies the supply voltage for the contactor switch 6.
  • the contactors 2, not shown, and the usual sensors, such as a current sensor or a fuse, are housed in a specially protected switch box 15 attached directly to the HV battery 100.
  • the microprocessor 7 of the battery management system (BMS) arranged on the main control circuit board 5 receives the required status and measured values of the cell modules, sensors and electronic components via the data line 14 .
  • BMS battery management system
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4b) differs in the assignment of the main control board 5 and a sub-board 11 close to the cell modules 100.1 ... 100.n 11 and not on the main control board 5, which still includes the central microprocessor 7.
  • the sub-board 11 is also housed in the switch box 15, so that all line and process sections are arranged as short and direct as possible and are therefore optimized.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronische Schaltvorrichtung, umfassend mindestens ein Schütz mit einer einen Schaltkontakt antreibenden Spule, eine Hauptsteuerplatine mit mind. einem mikroelektronischen Schützschalter und einem Mikroprozessor, wobei der Schützschalter vom Mikroprozessor geregelt und gesteuert wird, und wobei mindestens eine Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist, über welche eine Spannungsquelle mit dem Schützschalter und dem Schütz verbindbar ist, wobei in der Hauptversorgungsleitung zwischen einer verbindbaren Spannungsquelle mit einer Versorgungsspannung und dem Schütz, der Schützschalter und ein Gleichspannungswandler angeordnet ist, mittels welchem eine von der Versorgungsspannung dauerhaft unterschiedliche, nicht-gepulste Arbeits- oder Haltespannung am Schütz einstellbar ist. Die Erfindung umfasst weiterhin ein zugehöriges Steuerungsverfahren.

Description

Schaltvorrichtung und Steuerungsverfahren zum Betrieb eines Schütz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung nach Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein zugehöriges Steuerungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Für Batteriemanagementsysteme (BMS) sind im Stand der Technik mit den zugehörigen Schaltvorrichtungen für Schütze bekannt und industrieüblich. Hierbei benötigt ein Schütz für die Bewegung und das Schließen des zugehörigen Kontaktschalters, den eigentlichen Schließvorgang für ein zugeordnetes Stromnetz, eine höhere Energie, um das erforderliche Magnetfeld für den Anzug des schützinternen Ankers aufzubauen. Nach dem Anzugvorgang ist diese hohe Spannung bei kontinuierlichem Haltevorgang wegen der geringeren Magnetfeldstärke nicht mehr nötig. Nach dem Kontakt des Kontaktschalters reicht eine zur Anzugsenergie deutlich geringere Halteenergie aus, um den Kontaktschalter im geschlossen Zustand, also im Schaltkontakt, zu halten.
Zur Reduzierung der Energieaufnahme und Verminderung der Verlustleitung, ist es beispielsweise bekannt, die Haltespannung an der Spule durch einen externen mikroelektronischen Spulenschalter mittels Pulsweitenmodulation (PWM) zu senken. Die Pulscharakteristik wird hierbei über einen verbundenen Mikroprozessor getaktet. Diese häufig angewendete Reduzierung der Energieaufnahme mittels PWM-Ansteuerung, verursacht allerdings auf der gesamten Versorgungsstrecke einen ständig wechselnden Energiefluss, was wiederum zu einem wechselnden Magnetfeld und Feldstärke führt. Hierdurch wird auf die angrenzenden Leitungen Spannungen induziert, die zu Störungen in Signal- bzw. Kommunikationsleitungen führen können. Diese müssen mit kostenintensiven Maßnahmen eingegrenzt werden.
Weiterhin ist bekannt, im Schütz eine zweite Spule mit einem höheren Widerstand vorzusehen, worüber die Spannung in der Hauptspule nach einer vorgegebenen Zeit gesenkt wird. Alternativ werden zu Beginn beide Spulen zum Anziehen aktiviert und nach dem Schließen die Primär- oder Hauptspule abgeschaltet, da die Sekundärspule mit geringerem Stromfluss für die erforderliche Haltekraft ausreichend ist. Für die Ansteuerung der Spulen ist ein zentraler Mikroprozessor vorgesehen. Schließlich sind Schütze bekannt, die eine integrierte Elektronik aufweisen, um schützintern die Spannung zu senken, beispielsweise durch eine schützinterne PWM-Ansteuerung. Ein externer Mikroprozessor schaltet lediglich den Stromfluss durch und übernimmt hierbei keine Regelung. Diese Schützbauarten sind konstruktiv aufwändig und teuer. Insgesamt ist es nachteilig, dass die vorgenannten Lösungen zu einer hohen Komponentenvielfalt führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine konstruktiv einfache Schaltvorrichtung für ein Schütz oder eine Gruppe von Schützen bereitzustellen sowie ein zugehöriges Verfahren, die die vorgenannten Nachteile im Stand der Technik vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Schaltvorrichtung des Anspruchs 1 gelöst, sowie die kennzeichnenden Merkmale eines Verfahrens nach dem Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen, zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Danach wird die Aufgabe gelöst durch eine elektronische Schaltvorrichtung, die folgende Elemente umfasst:
-mindestens ein Schütz mit einer Spule, über die ein Kontaktschalter angetrieben wird,
- eine Hauptsteuerplatine, auf welcher ein mikroelektronischer Schützschalter (Driver) und ein zentraler Mikroprozessor angeordnet sind, wobei der Schützschalter vom Mikroprozessor geregelt und gesteuert wird. Der zentrale Mikroprozessor selbst ist datenleitend mit einer übergeordneten Steuereinheit verbunden. Weiterhin umfasst die Schaltvorrichtung mindestens eine Hauptspannungs- oder Hauptversorgungsleitung, über welche eine Spannungsquelle mit dem Schützschalter und damit mittelbar mit dem Schütz verbindbar ist. Der Kern besteht darin, dass in der Hauptversorgungsleitung zwischen einer verbindbaren Spannungsquelle, wie insbesondere eine Batterie oder eine andere Gleichstromspannungsquelle, und dem Schütz, der Schützschalter und ein Gleichspannungswandler angeordnet sind, wodurch eine von der Versorgungsspannung dauerhaft oder mindestens zeitweise unterschiedliche, nicht-gepulste Arbeitsspannung am Schütz einstellbar ist.
Vorteilhafterweise ermöglicht der Gleichspannungs- oder DC/DC-Wandler, wie bspw. auch ein Topologie Buck-(Boost)-Wandler, eine variable Ausgangsspannung, ist also idealerweise ein steuerbarer Gleichspannungswandler.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist hierbei der Schützschalter in der Hauptversorgungsleitung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Schütz angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass auch der Schützschalter selbst bei einer gesenkten Arbeits- oder Haltespannung betrieben und hierdurch geschont wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind Schützschalter und Gleichspannungswandler in der Reihenfolge vertauscht, so dass der Schützschalter in der Hauptversorgungsleitung vor dem Gleichspannungswandler und dem Schütz angeordnet ist.
Vorliegend soll unter einem Schützschalter ganz allgemein ein mikroelektronischer Schalter oder Schaltelement verstanden werden, wie beispielsweise ein intelligenter Low Side Switch/Schalter, ein Transistor, Relais, MOSFET oder dergleichen.
Insgesamt besteht der große Vorteil darin, dass durch die zentrale Regelung der Halte- und Arbeitsspannung, als eine nicht-gepulste niedrigere Spannung als die Eingangs- und Hauptspannung, elektro-magnetische Effekte vermieden werden.
Bei einerweiteren Ausführungsvariante wird die Hauptversorgungsleitung in mehrere parallele Unterversorgungsleitungen aufgeteilt, welche jeweils ein Schütz bzw. dessen Spule versorgen. Hierbei wird in jeder der Unterversorgungsleitungen ein Gleichspannungswandler angeordnet. Bei diesem Aufbau ist es möglich, jedes Schütz und dessen jeweilige Spule bei einer optimalen insb. minimalen Haltespannung im Dauerbetrieb zu versorgen. Hierzu ist idealerweise der Mikroprozessor entsprechend verbunden.
Bei einerweiteren alternativen Variante ist in der Hauptversorgungsleitung als zentrale Komponente der Gleichspannungswandler angeordnet, wobei nach dem Gleichspannungswandler mittels einer Leitungsabzweigung mindestens zwei Unterversorgungsleitungen angeschlossen sind, über welche jeweils ein Schütz versorgt wird. Diese Ausführungsform, bei der nur ein zentraler Gleichspannungswandler vorgesehen wird, ist insbesondere für eine Gruppe von Schütze vorteilhaft, die dieselbe Haltespannung benötigen auch, wenn nur geringer Bauraum zur Verfügung steht. Eine weitere oder hierzu ergänzende Ausführungsform sieht vor, dass in jeder Unterversorgungsleitung ein Schützschalter pro Schütz vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise umfasst die Schaltvorrichtung eine HV-Batterie (Hochvoltbatterie), insbesondere eine HV-Batterie für ein Fahrzeug. Diese ist vorteilhafterweise aus einer Mehrzahl von Zellmodulen aufgebaut, und der Schütz oder die Gruppe von Schützen schalten den von der HV-Batterie spannungsversorgten Hauptstromkreis. Hierbei ist unmittelbar auf oder an dieser HV-Batterie oder dem HV-Batteriegehäuse eine Schaltbox angeordnet, in der die Schütze und batteriespezifische Sensorik geschützt untergebracht ist. Unter der Sensorik sind hierbei insbesondere Temperatur-, Druck- und Feuchtesensoren zu verstehen, wie auch Strom- und Spannungserfassungen. Die Spannungsversorgung des Schütz und des Schützschalters kann unverändert ganz oder teilweise von einer separaten Spannungsquelle erfolgen oder mindestens zeitweise von dieser HV-Batterie.
Statt des hier verwendeten Begriffs der „Schaltbox“, wird häufig auch „S-Box”, “Switch-Box” oder „BJB“ (battery junction box) verwendet. Etwas seltener findet man auch die Bezeichnung „E-Box“ für dasselbe Bauteil.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass nicht alle elektronischen Komponenten auf einer Hauptsteuerplatine vorgesehen sind, sondern dass eine Unterplatine in der Schaltbox angeordnet ist, die mit der Hauptsteuerplatine mindestens datenleitend verbunden ist und von dieser angesteuert wird. Hierbei ist auf der Unterplatine in der Schaltbox ein lokaler Mikroprozessor sowie mindestens ein Schützschalter und mindestens ein Gleichspannungswandler angeordnet. Die vorstehend genannten Ausführungsformen können in analoger Weise vorgesehen werden. Der große Vorteil besteht darin, dass die Hauptsteuerplatine gut geschützt in einem zentralen, gekapselten Steuerungselement untergebracht werden kann, während die Schaltbox und damit alle Sensoren unmittelbar auf oder an der HV-Batterie und deren Zellmodule angeordnet ist, wodurch die Übertragungswege und -Zeiten optimiert werden.
Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn der zentrale Mikroprozessor und/oder der lokale Mikroprozessor über mind. eine Datenleitung mit dem Schütz verbunden ist und hierüber Statusinformationen oder Sensordaten erhält, wie beispielsweise Zustandsdaten, Spannungsgrößen, Temperatur oder Druck. Von der Erfindung ist weiterhin ein Steuerungsverfahren für einen Schütz oder eine Gruppe von Schützen umfasst, bei welchem mittels eines zentralen Mikroprozessor ein Schützschalter gesteuert und geregelt betrieben wird, wobei in
- einem ersten Schritt zur Veranlassung eines Kontakts mittels des Schützschalters für eine Zeitlang eine Anzugsspannung für einen Schaltkontakt eingestellt wird und
- nach dem erfolgten Schaltkontakt in einem zweiten Schritt eine von der Versorgungsspannung mindestens zeitweise insbesondere dauerhaft unterschiedliche, nicht-gepulste Arbeitsspannung (Haltespannung) am Schütz eingestellt wird. Diese niedrigere Haltespannung wird regelmäßig so lange aufrechtgehalten, bis der Schaltkontakt für einen Hauptprozess nicht mehr benötigt wird und somit gelöst werden kann.
Vorteilhafterweise beträgt diese Arbeits- oder Haltespannung 30-50% der Haupt oder Anzugsspannung am Schütz bzw. der Spule oder der Gruppe von Schützen bzw. der Gruppe von Spulen.
Idealerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren mindestens eine Ausführungsvariante der hierin beschriebenen Steuerungsvorrichtung eingesetzt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Schütz mit einer regelbaren Spulenspannung,
Fig. 2 eine zur Figur 1 vergleichbare Anordnung für mehrere Schütze und individueller Haltespannung,
Fig. 3 eine Anordnung, bei der alle Schütze auf einer einheitlichen Haltespannung gesetzt sind und
Fig. 4a, b eine unabhängige Position der Spannungsregelung für zwei Schütze in zwei alternativen Ausführungsformen. Wie in Figur 1 dargestellt, ist die Schaltvorrichtung 1 [für eine HV-Batterie] mit einer zentralen Spannungsquelle 10 verbunden. Diese versorgt den auf einer Hauptsteuerplatine 5 angeordneten zentralen Mikroprozessor 7 mit einer ersten Spannung und weiterhin den Spulenschalter 6, auch Driver oder Spulentreiber genannt, über die Hauptversorgungsleitung 8 und hierüber auch den Schütz 2 bzw. dessen Spule 4. Durch den Spulenschalter 8 wird beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation (PWM) die erforderliche Anzugsspannung für den Kontaktschalter 3 zur Herstellung des Kontaktes bereitgestellt. Idealerweise ist der Spulenschalter 6 ein sehr reiner mikroelektronischer Schalter, der die anliegende Hauptspannung der zentralen Spannungsquelle 10 auf einem gewünschten Niveau durchleitet, wobei die Ausgangsspannung nicht gepulst ist. Zwischen der Spannungsquelle 10, also vor dem Spulenschalter 8 ist ein Gleichspannungswandler 20 (DC/DC-Wandler) angeordnet, mittels welchem die Hauptspannung in der Hauptversorgungsleitung 8 auf eine nötige Arbeits- oder Haltespannung abgesenkt und gehalten wird. Über die Datenleitung 14 werden dem Mikroprozessor 7 insbesondere Zustandsdaten des Kontaktschalters 3 oder vom geschalteten Hauptstromkreis 19 zugeleitet. Über die Kommunikationsleitung 16 erhält der Mikroprozessor 7 Steuer- und Regelungsdaten von einer zentralen Steuereinheit. Über die Kommunikationsleitungen 17, 18 steuert der Mikroprozessor 7 die angeschlossenen Elemente, wobei der Mikroprozessor 7 über die Kommunikationsleitung 16 mit einer übergeordneten, nicht dargestellten Steuer- und Regelungseinheit verbunden ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 zeigt eine Anordnung mit mehreren Schützen 2, hier mit einer Gruppe von zwei Schützen 2. Die Hauptversorgungsleitung 8 verzweigt sich an der Leitungsabzweigung 9 in zwei Unterversorgungsleitungen 8.1, 8.2 in welchen analog zu Figur 1 jeweils ein Gleichspannungswandler 20 vor dem Schützschalter 6 angeordnet ist, diese werden vom zentralen Mikroprozessor 7 gesteuert. Erkennbar ist, dass jeder Schütz 2 oder dessen nicht dargestellte Spule 4 individuell gesteuert bzw. deren Spannungsniveau für die Haltespannung angepasst werden kann.
Wie in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 dargestellt, ist in der Hauptversorgungsleitung 8 ein zentraler Gleichspannungswandler 20 für mehrere Schütze 2 vorgesehen, indem nachfolgend an der Leitungsabzweigung 9 eine Aufteilung in mehrere Unterversorgungsleitungen 8.1, 8.2 vorgenommen wird, die jeweils zu einem Schütz 2 führen. Diese schalten jeweils einen Kontaktschalter 3 und einen zugehörigen Hauptstromkreis 19, welche nicht dargestellt sind.
Die in den Figuren 4a) und 4b) dargestellten Ausführungsbeispiele sind die Schaltvorrichtungen 1 für eine Hochvolt-Batterie 100 (HV-Batterie) und nachgelagerte nicht dargestellte Elektroantriebe im Hauptstromkreis 19 vorgesehen, wobei die HV-Batterie 100 eine Mehrzahl von Zellmodulen 100.1 ... 100.n umfasst. Solche HV-Batterien 100 sind beispielsweise regelmäßig bei Fahrzeugen mit Elektroantrieben im Einsatz. Eine separate Spannungsquelle 10, beispielsweise eine 12V Batterie, liegt an dem Gleichspannungswandler 20 an und liefert auch die Versorgungsspannung für den Schützschalter 6. Die nicht dargestellten Schütze 2 und übliche Sensorik, wie ein Stromsensor oder eine Sicherung, sind in einer besonders geschützten Schaltbox 15 untergebracht direkt auf bzw. an der HV-Batterie 100 angebracht. Der auf der Hauptsteuerplatine 5 angeordnete Mikroprozessor 7 des Batteriemanagementsystems (BMS) erhält über die Datenleitung 14 die erforderlichen Zustands- und Messwerte der Zellmodule, Sensoren und Elektronikkomponenten.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4b) unterscheidet sich durch die Belegung der Hauptsteuerplatine 5 und einer bezüglich der Zellmodule 100.1 ... 100.n ortsnahen Unterplatine 11. Gleichspannungswandler 20 für die Schützes 2 und die Schützschalter 6 sind gemeinsam mit einem lokalen Mikroprozessor 13 auf der Unterplatine 11 und nicht auf der Hauptsteuerplatine 5 angeordnet, die nach wie vor den zentralen Mikroprozessor 7 umfasst. Die Unterplatine 11 ist hierbei ebenfalls in der Schaltbox 15 untergebracht, so dass alle Leitungs- und Prozessstrecken so kurz und unmittelbar wie möglich angeordnet und damit optimiert sind.
Die sonstigen Varianten können analog ausgebildet und vorgesehen werden. Vorliegend ist unter datenleitend verbunden jegliche Verbindung- und Übermittlungstechnik zu verstehen. Es sind keine Ausführungen zur Art der Datenübertragung gemacht worden, wobei dem Fachmann unmittelbar verständlich ist, dass diese Erfindung nicht auf eine spezielle Art der Datenübertragung eingeschränkt ist, insb. nicht eine Datenübertragung, bei der ein oder mehrere gesonderte Kabel eingesetzt werden oder die Datenübertragung eine stromführende Leitung aufmoduliert sein kann. Bezugszeichenliste
1 Schaltvorrichtung
2 Schütz 3 Kontaktschalter
4 Spule
5 Hauptsteuerplatine
6 Schützschalter
7 Mikroprozessor 8 Hauptversorgungsleitung
8.1, 8.2 Unterversorgungsleitungen
9 Leitungsabzweigung
10 Spannungsquelle
11 Unterplatine 12 Sensorik
13 Mikroprozessor, lokaler
14 Datenleitung
15 Schaltbox
16 Kommunikationsleitung 17 Kommunikationsleitung
18 Kommunikationsleitung
19 Hauptstromkreislauf
20 Gleichspannungswandler
100 HV-Batterie
100.1 ... 100. n Zellmodul

Claims

Patentansprüche
1. Elektronische Schaltvorrichtung (1 ), insbesondere für eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie), umfassend
-mindestens ein Schütz (2) mit einer einen Schaltkontakt (3) antreibenden Spule (4),
- eine Hauptsteuerplatine (5) mit mind. einem mikroelektronischen Schützschalter (Driver) (6) und einem Mikroprozessor (7), wobei der Schützschalter (6) vom Mikroprozessor (7) geregelt und gesteuert wird, und wobei mindestens eine Hauptversorgungsleitung (8) vorgesehen ist, über welche eine Spannungsquelle (10) mit dem Schützschalter (6) und dem Schütz (2) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptversorgungsleitung (8) zwischen einer verbindbaren Spannungsquelle (10) mit einer Versorgungsspannung und dem Schütz (2), der Schützschalter (6) und ein Gleichspannungswandler (20) angeordnet ist, mittels welchem eine von der Versorgungsspannung dauerhaft unterschiedliche Arbeitsspannung am Schütz (2) einstellbar ist, insbesondere eine nicht-gepulste Arbeitsspannung.
2. Schaltvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schützschalter (6) in der Hauptversorgungsleitung (8) zwischen dem Gleichspannungswandler (20) und dem Schütz (2) angeordnet ist.
3. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schützschalter (6) in der Hauptversorgungsleitung (8) nach einer möglichen Spannungsquelle (10) und vor dem Gleichspannungswandler (20) und dem Schütz (2) angeordnet ist.
4. Schaltvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptversorgungsleitung (8) mehrere über Unterversorgungsleitungen (8.1, 8.2) verbundene, parallel angeordnete Schütze (2) vorgesehen sind, wobei in jeder Unterversorgungsleitung (8.1, 8.2) ein Gleichspannungswandler (20) angeordnet ist.
5. Schaltvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptversorgungsleitung (8) der Gleichspannungswandler (20) angeordnet ist, wobei nach dem Gleichspannungswandler (20) eine Leitungsabzweigung (9) in mind. zwei Unterversorgungsleitungen (8.1, 8.2) vorgesehen ist, über welche jeweils ein Schütz (2) versorgt wird.
6. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Unterversorgungsleitung (8.1, 8.2) ein Schützschalter (6) vorgesehen ist.
7. Schaltvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine HV-Batterie (100) als Teil der Schaltvorrichtung
(1) umfasst ist, insbesondere eine Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug und/oder eine eine Mehrzahl von Zellmodulen (100.1 ... 100.n) aufweisende HV-Batterie (100), wobei auf und/oder an der HV-Batterie (100) eine das mind. eine Schütz (2) und Sensorik (12) umfassende Schaltbox (15) angeordnet ist.
8. Schaltvorrichtung (1) nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptsteuerplatine (5) datenleitend mit einer Unterplatine (11) verbunden ist, welche in der Schaltbox (15) angeordnet ist, und wobei ein lokaler Mikroprozessor (13) vom zentralen Mikroprozessor (7) betrieben wird, und der mindestens eine Schützschalter (6) und der mindestens eine Gleichspannungswandler (20) auf der Unterplatine (11) angeordnet sind.
9. Schaltvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Mikroprozessor (7) und/oder der lokale Mikroprozessor (13) über mind. eine Datenleitungen (14) mit dem Schütz
(2) verbunden ist, worüber Statusinformationen leitbar sind.
10. Steuerungsverfahren für einen Schütz (2) oder eine Gruppe von Schützen (2), mittels eines durch einen Mikroprozessor (5) gesteuert und geregelten Schützschalters (6), wobei in
- einem ersten Schritt zur Veranlassung eines Kontakts mittels des Schützschaltes (6) eine Anzugsspannung für einen Schaltkontakt (3) eingestellt wird und
- nach erfolgtem Kontakt in einem zweiten Schritt eine von der Versorgungsspannung dauerhaft unterschiedliche, nicht-gepulste Arbeitsspannung (Haltespannung) am Schütz (2) eingestellt wird.
11. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
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