CN112470402A - 开关装置、电的储能***、装置和/或车辆和用于将电压源与负载电阻连接起来的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将电压源（V）与负载电阻（RL）导电地连接起来的开关装置（1）、一种电气的储能***、一种装置和/或车辆和一种用于借助开关装置将电压源（V）与负载电阻（RL）连接起来的方法，其特征在于，开关装置（1）具有：第一晶体管（T1），第二晶体管（T2），第三晶体管（T3），电容（C），和开关（S），其中，电压源（V）能借助第一晶体管（T1）与负载电阻（RL）导电地连接，其中，第一晶体管（T1）能借助开关（S）或者能借助第二和第三晶体管（T2、T3）开关，其中，第三晶体管（T3）能借助电容（C）开关，其中，这样布置第二晶体管（T2），使其在负载电阻（RL）短路时开关。
Description
技术领域
本发明涉及按照独立权利要求的前序部分所述的一种开关装置、一种电的储能***、一种装置和/或车辆和一种用于借助开关装置将电压源与负载电阻连接起来的方法。
背景技术
CN 103474967 A示出了一种高度集成的电池安全电路。
US 2015/0180091 示出了一种受到保护以防止外部短路的蓄电池。
发明内容
在用于将电压源与负载电阻导电地连接起来的开关装置中，本发明的核心在于，开关装置具有：
- 第一晶体管，
- 第二晶体管
- 第三晶体管
- 电容，和
- 开关，
其中，电压源能借助第一晶体管与负载电阻导电地连接，
其中，第一晶体管能借助开关或者借助第二和第三晶体管开关，
其中，第三晶体管能借助电容开关，
其中，第二晶体管被这样布置，使得它在负载电阻短路时开关。
本发明的背景是，借助开关装置能将电压源与负载电阻导电地连接起来。在负载电阻短路时，除了已经导通的第二晶体管外，第三晶体管也导通并且第一晶体管被开关，因而这个第一晶体管被闭锁并且自闭塞地保持闭锁。电流可以直至开关装置与电压源分离才被中断。
在此的优点是，在开关装置正常运行中，不会基于短路保护出现附加的电压降。
本发明的另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。
按照一种有利的设计方案，开关装置具有第一电阻和第二电阻，其中，开关装置设置用于，通过第一电阻和第二电阻对电容充电。因此能在开关装置运行期间对电容充电。
在此有利的是，第二晶体管和第三晶体管布置在串联电路中。因此当第二晶体管和第三晶体管导通时，第一晶体管被打开。
第一电阻有利地与串联电路并联布置。在此，第一电阻限制了在控制电极和第一晶体管的源极之间的电压。
还有利的是，第二电阻布置在第三晶体管的控制电极和开关之间。第一和第二电阻限制了用于电容的充电电流。
还有利的是，第二电阻布置在电容和开关之间。
有利地这样来设计开关装置，使得第三晶体根据所述开关延时地开关，特别是其中，延时的持续时间取决于第二电阻的大小和电容的大小。通过延时地开关延时地激活了短路保护。因此在接通开关装置之后开关装置不那么容易受到短期的电压波动的影响。
按照一种有利的设计方案，第一晶体管和/或第二晶体管和/或第三晶体管设计成带有绝缘的控制电极的场效应晶体管、特别是设计成p通道MOSFET晶体管。在此有利的是，开关装置能设计得紧凑。
在电的储能***中，本发明的核心在于，电的储能***具有如前述那样的或者按照涉及到开关装置的权利要求中的任一项所述的开关装置以及电压源。
本发明的背景是，在负载电阻短路时，开关装置被闭锁并且自闭塞地保持闭锁。电流可以直至开关装置与电压源分离才被中断。
在电的储能***的正常运行中，不会基于短路保护出现附加的电压降。电的储能***的作用距离由此延长。
在装置和/或车辆中，本发明的核心是，装置和/或车辆具有至少一个如前述那样的或者按照涉及到电的储能***的权利要求中的任一项所述的电的储能***和负载电阻。
本发明的背景是，在负载电阻短路时，开关装置被闭锁并且自闭塞地保持闭锁。电流可以直至开关装置与电压源分离才被中断。
在电的储能***的正常运行中，不会基于短路保护出现附加的电压降。装置和/或车辆的作用距离由此延长。
在用于借助开关装置、特别是如之前所述那样的或者按照涉及到开关装置的权利要求中的任一项所述的开关装置将电压源与负载电阻连接起来的方法中，本发明的核心是，在接通开关装置时激活短路保护。
本发明的背景是，在负载电阻短路时，开关装置被闭锁并且自闭塞地保持闭锁。
在此有利的是，延时地激活短路保护。因此在接通开关装置之后开关装置不那么容易受到短期的电压波动的影响。
此外还有利的是，在负载电阻短路时，开关装置自闭塞地保持闭锁。因此不会基于短路保护出现附加的电压降。
在消除负载电阻的短路之后，开关装置有利地还自闭塞地保持闭锁，其中，开关装置能借助开关关断。在此有利的是，开关装置处在限定的状态中。
上述设计方案和扩展设计方案倘若合理的话，可以任意相互组合。本发明的其它可能的设计方案、扩展设计方案和实施方案也包括本发明在前文中或下文中参考实施例所说明的特征的未明确提到的组合。在此，尤其本领域技术人员也将添加各个方面作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充。
附图说明
在接下来的部分中，借助实施例阐释本发明，由所述实施例能得出其它创造性的特征，但本发明的范围内并不局限于此。附图中示出了实施例。
图中：
图1示出了按本发明的开关装置1的接线图的示意图；并且
图2示出了按本发明的开关装置1的工作方式的脉冲图表。
具体实施方式
用于将电压源V与负载电阻RL导电地连接起来的开关装置1具有：
- 第一晶体管T1，
- 第二晶体管T2，
- 第三晶体管T3，
- 第一电阻R1，
- 第二电阻R2，
- 电容C，
- 控制电压源，和
- 用于开关控制电压源的开关S。
晶体管（T1、T2、T3）优选设计成带有绝缘的控制电极的场效应晶体管、特别是设计成p通道MOSFET晶体管。
第一晶体管T1布置在电压源V和负载电阻RL之间。在此，第一晶体管T1的源极（Source）导电地与电压源V连接。第一晶体管T1的漏极（Drain）导电地与负载电阻RL连接。第一晶体管T1的控制电极与开关S导电地连接。
在电压源V和第一晶体管T1的源极之间布置有第一中间抽头2。该第一中间抽头2将电压源V和第一晶体管T1的源极与第二晶体管T2的源极导电地连接起来。
在第一晶体管T1的漏极和负载电阻RL之间布置着第二中间抽头3。第二中间抽头3将负载电阻RL和第一晶体管T1的漏极导电地与第二晶体管T2的控制电极连接起来。
在第一晶体管T1的控制电极和开关S之间布置有第三中间抽头4。第三中间抽头4能借助第三晶体管T3与第二晶体管T2的漏极导电地连接。在此，第三中间抽头4与第三晶体管T3的漏极导电地连接。第三晶体管T3的源极与第二晶体管T2的漏极导电地连接。第三晶体管T3的控制电极与电容C导电地连接。
第二晶体管T2和第三晶体管T3因此形成了串联电路。第一电阻R1与由第二晶体管T2和第三晶体管T3构成的串联电路并联布置。第一电阻R1将布置在第一中间抽头2和第二晶体管T2的源极之间的第四中间抽头5与布置在第三中间抽头4和开关S之间的第五中间抽头6连接起来。
在第三晶体管T3的控制电极和电容C之间布置有第六中间抽头7。在第五中间抽头6和开关S之间布置有第七中间抽头8。第二电阻R2将第六中间抽头7与第七中间抽头8导电地连接起来。
控制电压源布置在电容C和开关S之间。
在图2中示出了开关装置1的工作方式的脉冲图表。在此示出了电压源V的供应电压UV、在负载电阻RL上的电压UR、负载电阻RL的值和在开关S处的控制电压US作为时间t的函数。
在时间点t0上，开关S是关闭的，在开关S处的控制电压US是负的并且为-20V。供应电压UV等于在负载电阻RL上的电压UR并且为12V。负载电阻RL的值是恒定不变的。第一晶体管T1是导通的并且将电压源V与负载电阻RL导电地连接起来。
在时间点t1上，开关S被打开，在开关S处的控制电压US是正的并且为+20V。第一晶体管T1闭锁。因此电压源V与负载电阻RL分离。在负载电阻RL上的电压UL延时地切换到0V。电容器C通过第一电阻R1和第二电阻R2充电并且第三晶体管T3闭锁。负载电阻RL的值是恒定不变的。
在时间点t2上，开关S被关闭，控制电压US被切换到-20V。第一晶体管T1是导通的并且在负载电阻RL上的电压UL阶梯状地从0V上升到12V。负载电阻RL的值是恒定不变的。第二晶体管T2闭锁。第三晶体管T3被延时地导通，因此激活了开关装置的短路保护。在关闭第三晶体管T3时的延时的持续时间在此取决于电容器C的选择和第二电阻R2的值。
在时间点t3上，在负载电阻RL处出现了短路，负载电阻RL的值阶梯状地下降。第二晶体管T2被导通。第一晶体管T1闭锁。在负载电阻RL处的电压UL因此阶梯状地下降。因为第三晶体管T3已经被导通，所以第一晶体管T1的控制电极导电地与电压源V连接并且第一晶体管T1还闭锁，因此第二晶体管T2保持导通。因此出现了开关装置1的自闭塞效应。供应电压UV恒定不变地保持在12V。在负载电阻RL处的电压UL是可以忽略的。
在时间点t4，在消除了在负载电阻RL上的短路后，开关S被打开，负载电阻RL的值因此阶梯状地上升到最初的值。在开关S处的控制电压US是正的并且为+20V。供应电压UV恒定不变地保持在12V。在负载电阻RL处的电压UL是可以忽略的。开关装置1因此转入关断的状态，开关装置1的自闭塞结束。
在时间点t5中，开关S被关闭，在开关S处的控制电压US是负的并且为-20V。第一晶体管T1被导通并且在负载电阻RL上的电压UL阶梯状地从0V上升到12V。负载电阻RL的值是恒定不变的。第二晶体管T2闭锁。第三晶体管T3被延时地导通，因此又激活了开关装置的短路保护。
例如能使用电的储能器作为电压源V。电的储能器在此指的是能反复充电的储能器、特别是电化学的储能器单体和/或具有至少一个电化学的储能器单体的储能器模块和/或具有至少一个储能器模块的储能器包。储能器单体能设计成基于锂的电池单体、特别是锂离子电池单体。储能器单体备选设计成锂-聚合物电池单体或镍-金属氢化物电池单体或铅酸电池单体或锂-空气电池单体或锂-硫电池单体。
Claims (14)
1.用于将电压源（V）与负载电阻（RL）导电地连接起来的开关装置（1），
其特征在于，
开关装置（1）具有：
- 第一晶体管（T1），
- 第二晶体管（T2），
- 第三晶体管（T3），
- 电容（C），和
- 开关（S），
其中，电压源（V）能借助第一晶体管（T1）与负载电阻（RL）导电地连接，
其中，第一晶体管（T1）能借助开关（S）或者能借助第二和第三晶体管（T2、T3）开关，
其中，第三晶体管（T3）能借助电容（C）开关，
其中，这样布置第二晶体管（T2），使其在负载电阻（RL）短路时开关。
2.按照权利要求1所述的开关装置（1），其特征在于，所述开关装置（1）具有第一电阻（R1）和第二电阻（R2），
其中，所述开关装置（1）设置用于，通过第一和第二电阻（R1、R2）对所述电容（C）充电。
3.按照前述权利要求中任一项所述的开关装置（1），其特征在于，所述第二晶体管（T2）和所述第三晶体管（T3）布置在串联电路中。
4.按照权利要求3所述的开关装置（1），其特征在于，所述第一电阻（R1）与所述串联电路并联布置。
5.按照权利要求2至4中任一项所述的开关装置（1），其特征在于，所述第二电阻（R2）布置在所述第三晶体管（T3）的控制电极和所述开关（S）之间。
6.按照权利要求2至5中任一项所述的开关装置（1），其特征在于，所述第二电阻（R2）布置在所述电容（C）和所述开关（S）之间。
7.按照权利要求2至6中任一项所述的开关装置（1），其特征在于，这样来设计所述开关装置（1），使得所述第三晶体管（T3）根据所述开关（S）延时地开关，
特别是其中，延时的持续时间取决于所述第二电阻（R2）的大小和所述电容（C）的大小。
8.按照前述权利要求中任一项所述的开关装置（1），其特征在于，所述第一晶体管（T1）和/或所述第二晶体管（T2）和/或所述第三晶体管（T3）设计成带绝缘的控制电极的场效应晶体管、特别是设计成p通道MOSFET晶体管。
9.电的储能***，其特征在于，电的储能***具有按照前述权利要求中任一项所述的开关装置（1）和电压源（V）。
10.装置和/或车辆，具有至少一个按照权利要求9所述的电气的储能***和负载电阻（RL）。
11.用于借助特别是按照权利要求1至8中任一项所述的开关装置（1）将电压源（V）与负载电阻（RL）连接起来的方法，
其特征在于，在接通开关装置（1）时激活短路保护。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，延时地激活所述短路保护。
13.按照权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述负载电阻（RL）短路时，所述开关装置（1）自闭塞地闭锁。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，在消除所述负载电阻（RL）的短路后，所述开关装置（1）还自闭塞地闭锁，其中，所述开关装置能借助开关（S）关断。
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