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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Trennschalterszum Trennen eines speisenden Netzes von einer Last. Die Erfindungbetrifft außerdemeine Steuerschaltung füreinen derartigen Trennschalter, insbesondere einen Batterietrennschalter, dermittels einer Spule elektromagnetisch aktivierbar ist, um den Laststromkreiseiner Batterie aufzutrennen. Um mit einer solchen Steuerschaltungdie Anforderungen nach Funktionstüchtigkeit auch bei teilweisezusammengebrochenem Bordnetz zu erfüllen, weist die Steuerschaltung eine Überwachungseinrichtungzum Überwachendes Spulenstroms, der durch die Spule fließt, wenn diese mit der Bordspannungverbunden ist, und eine Schalteinrichtung zum Trennen der Spulevon der Bordspannung, wenn der Spulenstrom einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,auf. Außerdemmuss eine Freilaufeinrichtung, durch die ein sich nach dem Trennender Spule von der Bordspannung einstellender Freilaufstrom fließt, vorgesehensein.
    公开号:DE102004014713A1
    申请号:DE200410014713
    申请日:2004-03-25
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Jürgen Bruck
    申请人:Tyco Electronics AMP GmbH；
    IPC主号:H01H47-32
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Trennschaltersund eine Steuerschaltung hierfür,insbesondere füreinen Batterietrennschalter, der elektromagnetisch mittels einerSpule aktivierbar ist, um den Laststromkreis einer Batterie aufzutrennen.
    [0002] Batterietrennschalterwerden eingesetzt, um in einem Bedarfsfall eine Batterie von einemLaststromkreis, wie einem Bordnetz, zu trennen. Beispielsweise dientein solcher Batterietrennschalter in einem Kraftfahrzeug dazu, dasBordnetz bei bestimmten Störungssituationenmöglichstin unmittelbarer Näheder Batterie schlagartig stromlos zu schalten. Solche Störungssituationenkönneneinen Kurzschluss im Lastkreis, der zur Batterieentladung oder zueinem Fahrzeugbrand führenkann, eine Verpolung bei der Starthilfe, die zu einer Zerstörung der Batterie,aber auch zu einer Zerstörungder elektronischen Systeme im Bordnetz führen kann, oder aber auch einUnfall, bei dem ebenfalls Kurzschlüsse mit einer daraus resultierendenBrandgefahr entstehen können,sein.
    [0003] ZurAuftrennung des Stromkreises werden üblicherweise elektromagnetischaktuierte mechanische Schalter verwendet, da in diesem Fall nachdem Auslösendes Trennschalters ohne weiteres ein Wiedereinschalten möglich ist.Derartige elektromagnetisch aktuierte mechanische Schalter weisen üblicherweiseeine Spule auf, überdie der Batterietrennschalter aktiviert wird. Eine derartige Spulekann z.B. in dem magnetischen Kreis des Batterietrennschalters angeordnetsein, um bei geeignetem Stromfluss die Kraft eines Dauermagnetendurch ihr Magnetfeld so zu kompensieren, dass eine Aufreißfeder dieKontaktteile des Batterietrennschalters auftrennt. Eine solche Anordnungwird vor allem deshalb gewählt, umden elektrischen Übergangswiderstanddes Kontaktes möglichstklein zu halten, da die Kontakte mit Hilfe eines Dauermagneten mechanischaufeinander gepresst werden.
    [0004] Grundsätzlich führt derEinsatz eines Batterietrennschalters in einem Automobil zu einergroßen Zahlvon Anforderungen, die bei einem solchen Trennelement zu erfüllen sind.
    [0005] Aufgrundder Forderung nach einer Funktion des Trennelements auch bei einembis auf 4 V zusammengebrochenen Bordnetz muss die Spule des mechanischenSchalters sehr niederohmig sein. Das hat zur Konsequenz, dass beinormaler oder überhöhter Bord netzspannungein sehr hoher Spulenstrom fließt,der die Funktion des mechanischen Schalters beeinträchtigenkann. So löstein Schalter, bei dem die stromdurchflossene Spule die anfänglicheKraft des Permanentmagneten kompensieren soll, bei zu hohem Stromflussinfolge einer Überkompensationnicht aus, weil dieser erhöhteStromfluss ein umgekehrtes Magnetfeld aufbaut, das seinerseits derKraft der Aufreißfederwieder entgegenwirkt und ein Trennen der Kontaktteile verhindert.Die magnetische Haltekraft durchläuft dabei mit ansteigendem Stromein Minimum (hier sollte die Aufreißfeder die Kontakte trennen)und steigt danach wieder an. Die Verweilzeit in diesem Minimum mussfür eineMindestzeit gewährleistetsein, damit die Aufreißfeder dieKontaktteile beschleunigen kann.
    [0006] WeitereForderungen an einen Batterietrennschalter sind die Steuerung mittelszweier unabhängigerPfade und die Kurzschlussfestigkeit beider Spulenleitungen gegenüber Masseund Bordnetzspannung.
    [0007] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowieeine Steuerschaltung zur Steuerung eines Trennschalters, insbesondereeines Batterietrennschalters, anzugeben, welche die gestellten Anforderungender Funktionstüchtigkeitbei teilweise zusammengebrochenem Bordnetz erfüllen.
    [0008] DieseAufgabe wird durch ein Verfahren und eine Steuerschaltung mit denMerkmalen des Patentanspruchs 1 und nach Anspruch 4 gelöst. VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand mehrerer Unteransprüche.
    [0009] Dieerfindungsgemäße Steuerungberuht auf dem Prinzip, dass der aufgrund der Eigeninduktivität der Spuleexponentiell ansteigende Spulenstrom aus dem Bordnetz überwachtwird und bei Erreichen eines definierten Schwellenwertes abgeschaltetwird.
    [0010] Damitunter allen Betriebszuständendie zum Auslösendes Batterietrennschalters notwendige Strom-Zeit-Fläche eingehaltenwird, kann ein Abkommutieren der in der Spule gespeicherten Energie über einenFreilaufzweig, beispielsweise eine Freilaufdiode, vorgesehen sein.Erst durch den sich nach dem Abschalten des Stromschalters einstellenden Freilaufstromdurch diesen Freilaufzweig wird die zum sicheren Auslösen unterallen Betriebszuständenerforderliche Verweilzeit in dem Strom-Zeit-Fenster gewährleistet.
    [0011] AusSicherheitsgründenwird fürAnwendungsbereiche in der Fahrzeugtechnik oft verlangt, dass beieiner derartigen Steuerung zwei unabhängig steuerbare Pfade den Stromflussin der Spule bewirken. Diese Forderung wird erfüllt, indem zwei Stromschaltervorgesehen sind, die separat steuerbar sind.
    [0012] BeideStromschalter müssenkurzschlussfest gegenüberMasse und positiver Bordspannung sein.
    [0013] Gemäß einervorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann nachdem Abfall des Spulenstroms auf einen Wert nahe dem unteren Schwellwertder Spulenstrom wieder eingeschaltet werden, um den Stromfluss durchdie Spule füreine längereZeit in dem zulässigenStrom-Zeit-Fenster zu halten. Insbesondere kann ein zyklisches Schalten zwischender oberen und einer unteren Stromgrenze vorgesehen werden, um diesesFenster fürlängere Zeitnicht zu verlassen. Gemäß einermöglichenAusführungsformkann dies durch eine selbstschwingende Schaltung realisiert werden,die, um den Bedürfnissendes Fahrzeugsbetriebs zu genügen,Stromspiegelanordnungen aufweist. In vorteilhafter Weise kann miteiner derartigen Lösungdas Problem eines zu schnell abkommutierenden Stroms bei zu kleiner Induktivität überwundenwerden, um ein Auslösen desBatterietrennschalters sicher zu gewährleisten. Dabei ermöglicht dieselbstschwingende Schaltungsanordnung eine besonders effektive Realisierung dieserLösung.
    [0014] Anhandder in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsformenwird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierendeEinzelheiten sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Es zeigen:
    [0015] 1 ein Blockschaltbild einerSteuerschaltung zum Steuern eines Batterietrennschalters über zweiunabhängigsteuerbare Pfade;
    [0016] 2 ein Blockschaltbild einererfindungsgemäßen Steuerschaltungzur Steuerung des Batterietrennschalters über zwei unabhängig steuerbare Pfade;
    [0017] 3 ein weiteres Prinzipschaltbildder Steuerschaltung gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0018] 4 den Verlauf des Stromsdurch die Spule aus 3 inAbhängigkeitvon der Zeit;
    [0019] 5 einen Stromlaufplan einerersten Ausführungsformder Steuerschaltung gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0020] 6 die Strom- und Spannungsverläufe für eine Schaltungnach 5 als Funktionder Zeit und der Bordspannung;
    [0021] 7 den Stromverlauf als Funktionder Zeit und zweier Bordspannungen für eine weitere Ausführungsformder erfindungsgemäßen Steuerung;
    [0022] 8 einen Stromlaufplan derweiteren Ausführungsformder erfindungsgemäßen Steuerschaltung;
    [0023] 9 die verschiedenen Zeitverläufe des Spulenstromsbei zwei verschiedenen Bordspannungen und jeweils zwei verschiedenenTemperaturen fürdie Steuerschaltung nach 8.
    [0024] Wiein 1 dargestellt, sollder Batterietrennschalter 100, der auch als Battery-Disconnection-Switch(BDS) oder Power-Net-Device (PND) bezeichnet wird, über zweiunabhängigsteuerbare Pfade (IDC1, IDC2) angesteuert werden. Beide steuerbarePfade sollten kurzschlusssicher gegenüber der Bordspannung +Ub bzw.Masse 0 ausgeführtsein und bei niedriger Bordspannung Ub möglichst kleine Spannungsabfälle hervorrufen.Die minimale Bordspannung Ub, vermindert um die Spannungsabfälle an dengenannten steuerbaren Pfaden und an den Zuleitungen zu dem Batterietrennschalter 100,steht als Aktivierungsspannung am Batterietrennschalter 100 zurVerfügung.
    [0025] Solldieses Gesamtsystem noch bei sehr kleinen Spannungen und hohen Temperaturenzuverlässigarbeiten, muss das Antriebssystem des Batterietrennschalters 100 besondersniederohmig ausgeführtwerden und erfordert daher einen entsprechend großen Betriebsstrom.Dieser (große) Strommuss von den steuerbaren Pfaden verarbeitet werden. Ein derart dimensionierterniederohmiger Batterietrennschalter 100 würde aberbei normaler oder überhöhter Bordspannungund niederen Temperaturen nicht ohne geeignete, wenigstens zeitweisestrombegrenzende Mittel funktionieren, da aufgrund des flie ßenden hohenSpulenstroms eine Überkompensationder Kraft des Permanentmagneten auftreten würde. Nimmt man eine minimaleBordspannung von ca. 3 V an, so treten infolge der benötigten Leistungdes Batterietrennschalters 100 Arbeitsströme im Bereichvon 1 bis 2 A auf. Fürdiese Strömemüssendaher die steuerbaren Pfade (IDC1, IDC2) ausgelegt werden.
    [0026] Einerder beiden Pfade (IDC1, IDC2) muss dabei die – zumindest zeitweise – Strombegrenzung realisieren(siehe 2, IDC2). DieerwähnteKurzschlussfestigkeit der Pfade erfordert darüber hinaus eine grundsätzlicheBegrenzung der Ströme,um die Verlustleistung der Schalter zu begrenzen, oder das schnelleAbschalten des jeweiligen Pfades nach Überschreiten eines Grenzstromes(siehe 2, IDC1).
    [0027] DieRealisierung der Pfade als reine Stromquellen würde bei hohen BordspannungenUb zwangsläufigzu hohen Verlustleistungen führen. EinemöglicheLösungdieses Problems besteht darin, beide Pfade bei Überschreiten verschiedener Grenzströme abzuschalten.Derjenige Pfad mit dem höherenAbschaltstrom IDC1 schaltet nur bei Kurzschluss ab, der Strom desanderen Pfades IDC2 schaltet in dem Moment ab, in dem der für den Batterietrennschalter 100 zulässige Strom überschritten wird.
    [0028] Über einenzusätzlichenFreilaufzweig, beispielsweise eine Freilaufdiode D1, kann anschließend derSpulenstrom abkommutieren, was zu einer ausreichend langen Verweilzeitinnerhalb des zulässigenStromfensters führt(siehe 4). Somit sind beidePfade (IDC1, IDC2) kurzschlusssicher und der Spulenstrom wird – unabhängig vonder momentanen Bordspannung – hinreichendlange in einem für dasAktivieren des Batterietrennschalters 100 notwendigen Bereichgehalten.
    [0029] MitBezug auf die 3 und 4 soll im folgenden das erfindungsgemäße Steuerverfahrenim Detail erläutertwerden.
    [0030] DerKontakt des hier vorliegenden Batterietrennschalters ist normalerweisegeschlossen, der Strom kann also von der Batterie in das Bordnetzfließen.Um den elektrischen Übergangswiderstanddes Kontaktes möglichstklein zu halten, ist ein bestimmter mechanischer Mindestkontaktdruckerforderlich, der im vorliegenden Fall von einem Dauermagneten aufgebrachtwird. Dieser Dauermagnet muss zusätzlich eine mechanische Federgespannt halten, die ihrerseits im Moment des Öffnens des Batterietrennschalters 100 dieKontakteile auseinanderreißt(Aufreißfeder).
    [0031] Zusätzlich istin dem magnetischen Kreis eine Spule 104 angeordnet, derenMagnetfeld bei geeigneten Stromfluss die Kraft des Dauermagneten kompensiert,so dass letztlich die Kraft der Aufreißfeder die Kontaktteile trennt.Ist aber der Strom in der Spule zu groß, dann wird ein magnetischerFluss in umgekehrter Richtung bewirkt, der seinerseits der Kraftder Aufreißfederentgegenwirkt und ein Trennen der Kontaktteile und damit ein Auslösen desBatterietrennschalters verhindert.
    [0032] DerZeitverlauf des Stroms durch die Spule 104 des Batterietrennschalters 100 beiVerwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrenssoll nunmehr näherbetrachtet werden. Die 3 zeigtein stark vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Steuerung:Die Spule 104 ist mit einem ersten Anschluss 106 über einenSchalter S1 mit der Batteriespannung Ub verbindbar und der zweiteAnschluss 108 der Spule 104 ist über einenSchalter S2 mit Masse verbindbar. Dabei ist der Schalter S1 vor einemKurzschluss des Anschlusses 106 nach Masse und der SchalterS2 vor einem Kurzschluss des Anschlusses 108 nach +Ub zuschützen.Eine Freilaufdiode D1 ist parallel zu der Spule 104 geschaltet, umden Strom in der Spule abkommutieren zu können.
    [0033] Derdurch die Spule 104 fließende Strom l ist in 4 als Funktion der Zeitt aufgetragen. Dabei bezeichnet der Zeitpunkt t = 0 den Augenblick,in dem der Bedartsfall eintritt und die Schalter S1 und S2 geschlossenwerden. Damit liegt direkt die Bordspannung Ub an der Spule 104,und der Strom durch die Spule steigt, durch die Eigeninduktivität der Spuleexponentiell verzögert,an und es wird aus dem Bordnetz Energie in die Spule geladen (Bereich 122 der 4) . Die Schwelle 110 stelltdabei den Stromwert dar, ab dem eine Überkompensation des Dauermagnetenund damit eine Fehlfunktion des Batterietrennschalters auftretenwürde (Bereich 118).Erfindungsgemäß wird beimErreichen dieses Schwellenwerts 110 der Schalter S2 geöffnet, sodass keine weitere Energie mehr aus dem Bordnetz in die Spule geladen wird. Über dieFreilaufdiode kommutiert die Spule nach dem Abschaltzeitpunkt t= t1 ab (Bereich 124 in 4).Da nach dem Abschaltzeitpunkt t = t1 weiterhin ein Stromfluss durchdie Spule erfolgt, kann sichergestellt werden, dass das in der Spuleerzeugte Magnetfeld ausreicht, um den Batterietrennschalter zuverlässig auszulösen. Kenngröße für dieseCharakteristik ist die Strom-Zeit- Fläche 112,die, abhängigvon den Eigenschaften des Lastkreises und des Batterietrennschalters,eine gewisse Mindestgröße erreichenmuss. Die Schwelle 111 bezeichnet dabei den für das Auslösen mindestenserforderlichen Stromwert, so dass der Bereich 120 den sicheren Strombereichdarstellt. Die ebenfalls eingezeichnete Schwelle 114, beider sich der Schalter S1 öffnet,sichert die Kurzschlussfestigkeit.
    [0034] Imfolgenden wird das Ausführungsbeispiel nach 5 erläutert.
    [0035] Für ein zuverlässiges Öffnen desBatterieschalters 100 in einem Bedarfsfall muss, wie oben erwähnt, derStrom durch die Spule 104 in einem bestimmten Strombereich(„Fenster") für eine bestimmteZeit gehalten werden (siehe Strom-Zeit-Fläche 112 in 4). Die sichere Trennungmuss sowohl fürden auftretenden Temperaturbereich bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug(–40°C bis + 85°C), bei allen möglicherweiseauftretenden Werten der Bordspannung (von 3 V im Störungsfallbis 17 V) wie auch unter Berücksichtigungder gegebenen Produkttoleranzen gewährleistet sein.
    [0036] DerWiderstand RL der Spule 104 muss dabei so bemessen sein,dass bei höchsterTemperatur und kleinster Bordspannung der zur Kompensation des Dauermagnetennotwendige Strom innerhalb kürzesterZeit erreicht wird. Andererseits würde der Strom bei höherer Bordspannungdiesen Mindestwert überschreitenund bei zu hoher Bordspannung würdedann der Fall der Überkompensationeintreten können,bei der keine Trennung der Kontakte mehr erfolgen wird, weil dasStromfenster zu schnell durchlaufen wird. Eine Lösung dieses Problems kann dadurcherreicht werden, dass die Spule 104 über einen möglichst niederohmigen Schalterdirekt mit der Bordspannung verbunden wird, dass der infolge der Eigeninduktivität der Spulelangsam ansteigende Spulenstrom überwachtwird, dass der Schalter wieder geöffnet wird, wenn der Spulenstromden zulässigenoberen Wert überschreitetund dass die in der Induktivitätgespeicherte Energie übereinen Freilaufzweig, beispielsweise eine Freilaufdiode, abkommutierenkann.
    [0037] Aufdiese Weise wird erreicht, dass der Strom in der Spule sich so langewie möglichinnerhalb eines notwendigen Fensters bewegt.
    [0038] AusSicherheitsgründenwird, wie bereits oben erwähnt,im Kraftfahrzeugsektor oft verlangt, eine solche Steuerung nur zuzulassen,wenn zwei unabhängigsteuerbare Pfade den Stromfluss bewirken. Üblicherweise werden hierzuein sogenannter High-Side- und ein Low-Side-Schalter eingesetzt,die gleichzeitig eingeschaltet sein müssen, um den auslösenden Stromflusszu ermöglichen.Beide Schalter müssenzusätzlichauch gegen etwaige Kurzschlüssegegen das jeweils andere Potential abgesichert werden. Stromquellenim eigentlichen Sinn sind zwar kurzschlusssicher, müssen aberunter Umständen große Verlustleistungenabführenkönnen,gleichzeitig wird meist ein Eigenspannungsbedarf vorhanden sein,der bei kleinster Bordspannung zusätzliche Probleme mit sich bringt.
    [0039] Ausdiesem Grund ist es zweckmäßig, einfacheSchalter einzusetzen, die unter Normalbedingungen grundsätzlich inSättigungsind, bei Gefahr der Entsättigungdurch einen Überstromaber gänzlich abschalten.Diese Schalter ermöglichenalso unter normalen Bedingungen einen minimalen Spannungsabfall,beispielsweise die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannungeines Bipolartransistors. Beispielsweise kann die Kollektor-Emitter-Spannung des Schalter überwachtund die Steuerung des Schalters bei Entsättigung infolge Überstromunterdrücktwerden, so dass er rückkoppelndsolange gesperrt bleibt, bis die Belastung aufgehoben ist.
    [0040] Einderartiger High-Side-Schalter T1 ist in 5 gezeigt. Dabei steuert die Spannungan dem Schalter T1 überden Widerstand R4 den Transistor T3 an, und dieser leitet gegebenenfallsden Basisstrom des Transistors T1 ab, so dass letzterer sperrt.
    [0041] DerLow-Side-Schalter T2 wird ebenfalls grundsätzlich in Sättigung betrieben, ist mitder Stromüberwachung(dem Spannungsabfall überdem Widerstand R1) ergänztund schaltet bei Überschreitendes zulässigenSpulenstroms funktionsmäßig ab (derTrigger T6/T8 sperrt den Transistor T2). Damit ist auch der Kurzschlussschutzerreicht.
    [0042] DieSteuerung des Transistors T1 ist hier vereinfachend mit der Steuerungdes Transistors T2 zusammengefasst. Um den Anforderungen beim Betriebeines Automobils zu genügen,sind hier Stromspiegel gezeigt. Die abgesetzte Batterietrennschalterspulekann nach gegebenem Abschalten des Transistors T2 über dieFreilaufdiode D1, die beispielsweise eine Schottky-Diode sein kann,abkommutieren und gewährleistetsomit den maximalen Aufenthalt in dem geforderten Stromfenster.
    [0043] BeideSchalter arbeiten mit minimalem Spannungsabfall und genügen somiteiner Randbedingung bei minimaler Bordspannung, beide Schalter sindkurzschlussfest, und beide Schalter sind (getrennt) diagnostizierbar.Eine derartige Schaltungsanordnung lässt sich problemlos den unterschiedlichstenAnforderungen an die unter Umständengetrennte Steuerbarkeit der Schalter (T1, T2) anpassen und ist infolgeminimaler Verlustleistung selbst bei Strömen um 1 A leicht zu realisieren.
    [0044] DieFunktionsweise der in 5 gezeigten Schaltungsoll anhand der Zeitdiagramme der 6 imfolgenden näherbeleuchtet werden. Dabei wird für denBatterietrennschalter 100 ein Lastwiderstand RL von 4,5 Ω und eineLastinduktivitätLL von 29 mH angenommen. In der Darstellung der 6 sind die Strom- und Spannungsverläufe an demBatterietrennschalter 100 für verschiedene BatteriespannungenV1 gezeigt. Die Kurve 601 stellt dabei den Verlauf desSpulenstroms l füreine Batteriespannung von 3 V dar. Man erkennt, dass der für ein Aktivieren desBatterietrennschalters erforderliche Mindeststrom (Schwellenwert 111,hier 725 mA) gerade noch währendder exponentiellen Zunahme erreicht wird.
    [0045] DieKurve 602, die von einer Batteriespannung V1 von 4 V ausgeht,verläuftdagegen sicher oberhalb der Schwelle 111 des benötigten Stroms, abernoch unterhalb der Schwelle 110 zur Überkompensation, die bei diesemBeispiel bei ca. 1,4 A liegt.
    [0046] Dagegenzeigt die Kurve 603 füreine Batteriespannung V1 = 5 V einen Stromverlauf, bei dem ohnedie erfindungsgemäße Abtrennungder Spule von der Bordspannung die Grenze zur Überkompensation bereits überschrittenwürde.Bei Erreichen des Schwellenwertes 110 wird erfindungsgemäß die Spulevon der Bordnetzspannung getrennt und die in ihr gespeicherte Energie über dieFreilaufdiode D1 abkommutiert. Dieses Abkommutieren ist durch den demStromwert 0 zustrebenden Zweig der Kurve 603 gezeigt.
    [0047] Weiteransteigende Spannungswerte führen zuimmer steileren Anstiegen der Stromkurve bis hin zu der Stromkurve 604,welche den Stromverlauf bei einer Bordspannung von 17 V darstellt.Hier ist bereits ca. eine Millisekunde nach dem Verbinden der Spulemit der Bordspannung der benötigteStromwert von 725 mA erreicht. Allerdings würde auch der Bereich der Überkompensationnach weiteren 1,5 Millisekunden erreicht werden, wenn nicht, wiedurch den Knick in der Kurve 604 erkennbar, die erfindungsgemäße Steuerschaltungdie Verbindung zur Bordnetzspannung unterbrechen würde. Diebeiden Parallelen zur Ordinate 610, 612 bezeichnenin der 6 die Verweildauerin dem zulässigenStromfenster für dieKurve 604. Man erkennt, dass die Spule etwa 5,5 Millisekundenlang von dem fürein Auslösendes Batterietrennschalters benötigtenStrom durchflossen wird.
    [0048] Wieaus 6 weiterhin ersichtlich,setzt sich das Stromfenster fürdas sichere Auslösendes Batterietrennschalters aus den Zweigen Stromanstieg und Stromabfallzusammen. Das Stromfenster ist also, wie auch bereits mit Bezugauf 4 erläutert, näherungsweisedreieckig und setzt sich damit aus einem von der Bordspannung abhängigen Teilund einem konstanten Teil, der nur von der Zeitkonstante der Lastabhängt,zusammen. Diese Zeitkonstante τ istvon der InduktivitätLL der Spule 104 abhängig,und fürsehr kleine Werte von LL kann es vorkommen, dass nach dem Abtrennender Spule von der Bordnetzspannung der Stromabfall so steil wird,dass der Strom das erlaubte Fenster zu früh verlässt (gestrichelter Bereichder Kurve 701 in 7).
    [0049] Umdiesem Problem zu begegnen, kann gemäß einer Weiterbildung der vorliegendenErfindung vorgesehen sein, dass bei einem zu frühen Absinken des Spulenstromsauf den Schwellenwert 712 die Spule erneut mit der Bordnetzspannungverbunden wird, so dass der Strom wiederum ansteigt (Kurve 702).Bei Überschreitender ersten Schwelle 710 kann dann wieder ein Öffnen derSchalter erfolgen, und diese Ein- und Ausschaltvorgänge können zyklischso lange wiederholt werden, bis der Batterietrennschalter zuverlässig ausgelöst wurde.Dieser Verlauf ist in 7 inKurve 702 dargestellt, wobei das endgültige Abkommutieren hier nichtmehr dargestellt ist.
    [0050] EinemöglicheRealisierung einer Steuerschaltung, die ein Zeitverhalten gemäß 7 erzeugt, ist in 8 dargestellt. Die Lastinduktivität LL wurdehier zu 4,27 mH angenommen. Die Steuerschaltung 102 stellthier im Prinzip eine selbstschwingende Schaltung dar. Um den Bedürfnissendes Betriebes in einem Automobil zu genügen, wurden hier Stromspiegelanordnungenverwendet.
    [0051] Inden Zeitdiagrammen der 9 schließlich sinddie Zeitverläufedes Spulenstroms l fürzwei unterschiedliche Werte der Bordnetzspannung bei jeweils Grenztemperaturenvon –40°C und +85°C skizziert.Die Kurve 902 zeigt den Spulenstrom bei einer Batterie spannungvon 3V und einer Temperatur von +85°C. Die Schaltung taktet nicht,weil durch den positiven Temperaturkoeffizienten der Spule derenWiderstand so groß gewordenist, dass der zum Auslösendes Batterietrennschalters benötigteMindeststrom gerade erreicht wird. Bei einer Temperatur von –40°C hingegenist der Spulenwiderstand so klein geworden, dass die Schaltung selbstbei 3V schon taktet (dieses Verhalten ist in der Kurve 904 gezeigt). DieKurve 906 zeigt den Verlauf bei +85°C und 17V. Weil der Widerstandbei hoher Temperatur groß ist, istdie Zeitkonstante r klein, und die Abmagnetisierung erfolgt schneller.Die Kurve 908 zeigt schließlich den Stromverlauf für eine Batteriespannungvon 17V und eine Temperatur von –40°C . Die unterschiedlichen Grenzwerteder Strömeresultieren daraus, dass in der einfachen Schaltung weder eine Temperaturkompensation(der zulässigeTemperaturbereich überstreichteine Spanne von 125 K), noch eine Spannungskompensation (der Spannungsbereich variiertzwischen 3V und 17V) vorgenommen wurde, was mit geringem Aufwandmöglich,aber dann unnötigist, wenn die Umkehrpunkte der Ströme innerhalb der erlaubtenWerte bleiben.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Verfahren zur Steuerung eines Trennschalters, dermittels einer Spule elektromagnetisch aktivierbar ist, um ein speisendesNetz in einem Bedarfsfall von einer Last zu trennen, mit den folgendenSchritten: Verbinden der Spule mit einer Spannung, wenn der Bedarfsfalleintritt, so dass ein Spulenstrom fließt, Überwachen des durch die SpulefließendenSpulenstroms, Trennen der Spule von der Spannung, wenn derSpulenstrom einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und Verbindender Spule mit einem Freilaufzweig zum Abkommutieren der in der Spulegespeicherten Energie.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass in dem Freilaufzweig eine Freilaufdiode angeordnet ist.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass es nach dem Schritt des Trennens der Spule von der Spannungden Schritt des erneuten Verbindens der Spule mit der Spannung aufweist,wenn der Spulenstrom einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet,dass die Schritte des Verbindens und Trennens der Spule von derSpannung solange zyklisch abwechseln, bis der Trennschalter dasNetz von der Last getrennt hat.
    [5] Steuerschaltung füreinen Batterietrennschalter, der mittels einer Spule (104)elektromagnetisch aktivierbar ist, um ein Bordnetz in einem Bedarfsfall voneiner Bordspannung einer Batterie zu trennen, mit einer Überwachungseinrichtungzum Überwacheneines Spulenstroms, der durch die Spule (104) fließt, wenndiese mit der Bordnetzspannung (V1) verbunden ist, und einerSchalteinrichtung (S1, S2; T1, T2; T102, T102) zum Trennen der Spulevon der Bordspannung, wenn der Spulenstrom einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,und einer Freilaufeinrichtung (D1), durch die ein sich nach demTrennen der Spule (104) von der Bordnetzspannung (V1) einstellenderFreilaufstrom fließt.
    [6] Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Freilaufeinrichtung eine Freilaufdiode (D1) ist.
    [7] Steuerschaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,dass zum Steuern mittels zweier unabhängiger Pfade die Schalteinrichtung durchzwei separat Steuerbare Stromschalter (S1, S2; T1, T2; T101, T102)gebildet ist.
    [8] Steuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die beiden Stromschalter (S 1, S2; T1, T2; T101, T101) eineKurzschlussfestigkeit beider Spulenleitungen (106, 108)gegenüberMasse und der Bordnetzspannung (V1) realisieren.
    [9] Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Steuervorrichtungvorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass die Schalteinrichtung(S1, S2; T1, T2; T101, T102) die Spule (104) erneut mitder Bordnetzspannung (V1) verbindet, wenn der Spulenstrom untereinen zweiten Schwellenwert (712) absinkt, bevor der Batterietrennschalter(100) das Bordnetz von der Batterie getrennt hat.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-06-16| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-06-16| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110324 |
    2013-07-03| R016| Response to examination communication|
    2013-07-09| R002| Refusal decision in examination/registration proceedings|
    2013-11-07| R003| Refusal decision now final|Effective date: 20130813 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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