-
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer elektrischen Anordnung,
- – wobei die elektrische Anordnung eine Hochvoltbatterie und eine Anzahl von elektrischen Nutzanordnungen aufweist,
- – wobei die elektrischen Nutzanordnungen mit der Hochvoltbatterie über einen Hauptschalter und einen dem Hauptschalter nachgeordneten Stützkondensator verbunden sind,
- – wobei in einem Normalbetrieb der elektrischen Anordnung der Hauptschalter geschlossen ist, so dass die Nutzanordnungen nach Bedarf aus der Hochvoltbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden,
- – wobei die elektrische Anordnung eine an den Stützkondensator angeschaltete Entladeschaltung aufweist,
- – wobei die Entladeschaltung einen Entladepfad mit einem ohmschen Entladewiderstand aufweist,
- – wobei im Normalbetrieb im Entladewiderstand kein Strom fließt,
- – wobei durch Öffnen des Hauptschalters vom Normalbetrieb in einen Sonderbetrieb übergegangen wird,
- – wobei beim Übergang zum Sonderbetrieb der Entladepfad stromführend geschaltet wird, so dass die im Stützkondensator gespeicherte elektrische Energie vom Entladewiderstand in thermische Energie umgesetzt wird.
-
Bei einer Hochvoltbatterie ist der Hochvoltbatterie in der Regel ein Stützkondensator nachgeordnet, der kurzfristige Stromspitzen aufnehmen kann. Im Normalbetrieb ist die Hochvoltbatterie über den Hauptschalter an die Nutzanordnungen angeschaltet, so dass diese über die Hochvoltbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden. In einem Fehlerfall erfolgt ein Trennen der Hochvoltbatterie von den Nutzanordnungen. Zum Herstellen der Spannungs- und Berührsicherheit ist es hierbei weiterhin erforderlich, dass auch der Stützkondensator entladen wird. Das Entladen erfolgt dadurch, dass der Entladepfad stromführend geschaltet wird und dadurch die im Stützkondensator gespeicherte elektrische Energie in thermische Energie überführt wird.
-
Im Stand der Technik wird zum Entladen des Stützkondensators der Entladewiderstand direkt an den Entladewiderstand angeschaltet. Der Entladevorgang erfolgt in einer relativ kurzen Zeit (wenige Sekunden). Der Stromverlauf folgt einer exponentiell abfallenden Kurve. Nach dem Entladen des Stützkondensators muss eine relativ lange Zeit (ca. 1 min) abgewartet werden, bevor wieder ein Zuschalten der Hochvoltbatterie erfolgen kann. Denn anderenfalls würde, falls die Hochvoltbatterie erneut von den Nutzanordnungen getrennt werden muss, der Widerstand thermisch überlastet werden. Der Widerstand muss sowohl für die maximal auftretende Spannung (meist mehrere 100 V) als auch für hohe Leistungsspitzen ausgelegt sein. Darüber hinaus ist das Abführen der im Entladewiderstand entstehenden Wärme schwierig, da ein Anbinden des Entladewiderstandes an Kühlkörper und ein Gehäuse nur über eine elektrische Isolation zulässig ist.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Nachteile des Standes der Technik behoben werden können.
-
Die Aufgabe wird durch eine elektrische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Anordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
-
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Anordnung der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
- – dass die Entladeschaltung zusätzlich zum Entladewiderstand einen Spannungsumsetzer aufweist, der eingangsseitig mit der Hochvoltseite des Stützkondensators und ausgangsseitig mit dem Entladepfad verbunden ist,
- – dass der Spannungsumsetzer einen ersten Halbleiterschalter, eine Diode und eine Induktivität aufweist und
- – dass der erste Halbleiterschalter zum Entladen des Stützkondensators derart getaktet gesteuert wird, dass eine am Entladepfad anstehende elektrische Ausgangsspannung konstant einen Nennwert aufweist, solange eine am Stützkondensator anstehende Kondensatorspannung oberhalb des Nennwerts liegt.
-
Im einfachsten Fall ist der Spannungsumsetzer als galvanisch nicht trennender Spannungsumsetzer ausgebildet. Der Entladewiderstand ist in diesem Fall über den Spannungsumsetzer mit der Hochvoltseite des Stützkondensators galvanisch verbunden. Bereits durch diese schaltungstechnisch sehr einfache Ausgestaltung wird erreicht, dass der Widerstand nicht mehr für die volle Spannung der Hochvoltbatterie und einen durch den Quotienten dieser Spannung mit dem Widerstandswert des Entladewiderstands bestimmten Strom ausgelegt werden muss. Vielmehr muss der Entladewiderstand nur noch auf den Nennwert der Ausgangsspannung und einen durch den Quotienten des Nennwerts mit dem Widerstandswert des Entladewiderstands bestimmten Strom ausgelegt werden. Der Spannungsumsetzer kann beispielsweise als Abwärtswandler oder als Sperrwandler ausgebildet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
-
Vorzugsweise ist der Spannungsumsetzer als galvanisch trennender Spannungsumsetzer ausgebildet. In diesem Fall ist die Induktivität des Spannungsumsetzers als Transformator ausgebildet. Der Entladewiderstand ist dadurch über den Transformator von der Hochvoltseite des Stützkondensators galvanisch getrennt. Durch diese Ausgestaltung wird zusätzlich erreicht, dass der Widerstand von der Hochvoltseite des Stützkondensators getrennt ist, so dass eine elektrische Isolierung des Widerstands beispielsweise von einem Gehäuse der elektrischen Anordnung unterbleiben kann oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Dadurch ist eine erheblich bessere thermische Ankopplung des Entladewiderstandes an einen Kühlkörper oder an das Gehäuse der elektrischen Anordnung möglich. Der Spannungsumsetzer kann beispielsweise als Sperrwandler, als Flusswandler oder als Sepic-Wandler ausgebildet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
-
Die obenstehend erläuterten Ausgestaltungen des Spannungsumsetzers entsprechen vom Ansatz her einem als solchem allgemein bekannten Schaltnetzteil. Dies gilt sowohl für die galvanisch trennenden Ausgestaltungen als auch für die galvanisch nicht trennenden Ausgestaltungen.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Entladepfad einen mit dem Entladewiderstand in Reihe geschalteten zweiten Halbleiterschalter auf. In diesem Fall wird einem Steuereingang des zweiten Halbleiterschalters sowohl im Normalbetrieb als auch im Sonderbetrieb ein Steuersignal zugeführt. Im Normalbetrieb bewirkt das Steuersignal, dass der zweite Halbleiterschalter gesperrt ist. Im Sonderbetrieb bewirkt das Steuersignal, dass der über den Entladewiderstand fließende Strom einen durch das Steuersignal bestimmten Wert aufweist. Dadurch ist es möglich, dass der Spannungsumsetzer permanent – also sowohl im Normalbetrieb als auch im Sonderbetrieb – betrieben wird. Der Stromfluss im Entladepfad wird in diesem Fall durch das Steuersignal des zweiten Halbleiterschalters eingestellt. Diese Ausgestaltung ist prinzipiell bereits in Verbindung mit der Ausbildung des Spannungsumsetzers als galvanisch nicht trennender Spannungsumsetzer realisierbar. Besonders bevorzugt wird diese Ausgestaltung jedoch in Verbindung mit der Ausbildung des Spannungsumsetzers als galvanisch trennender Spannungsumsetzer realisiert.
-
Aufgrund des Umstands, dass im Normalbetrieb ein Stromfluss im Entladepfad durch das Steuersignal des zweiten Halbleiterschalters unterdrückt wird, ist es möglich, dass mindestens eine der Nutzanordnungen im Normalbetrieb über den Spannungsumsetzer mit elektrischer Energie versorgt wird. Anders ausgedrückt: Es ist möglich, den Entladepfad im Sonderbetrieb an einen Spannungsumsetzer anzuschalten, der zum Betrieb der mindestens einen Nutzanordnung im Normalbetrieb sowieso erforderlich ist. Das Anschalten des Entladepfades an den Spannungsumsetzer erfolgt vorzugsweise über einen als Öffner ausgebildeten Schalter, der bei Ausbleiben seiner Energieversorgung (mindestens) einen Kontakt schließt und dadurch den Entladepfad an den Spannungsumsetzer anschaltet.
-
In der Regel besteht die Anforderung, beim Übergang in den Sonderbetrieb die am Stützkondensator anstehende Kondensatorspannung binnen einer vorbestimmten Entladezeit abzubauen. Es ist möglich, das Steuersignal für den Sonderbetrieb vorab derart zu bestimmen, dass dies unabhängig vom konkreten Wert dieser Spannung stets erreicht wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird jedoch die beim Öffnen des Hauptschalters am Stützkondensator anstehende Kondensatorspannung erfasst und wird das Steuersignal für den Sonderbetrieb in Abhängigkeit von der beim Öffnen des Hauptschalters am Stützkondensator anstehenden Kondensatorspannung bestimmt. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere die thermische Belastung des Widerstands für den Fall, dass die tatsächliche Spannung der Hochvoltbatterie unterhalb ihrer Nennspannung liegt, reduziert werden.
-
Es ist möglich, dass beim Übergang zum Sonderbetrieb die Nutzanordnungen mit dem Stützkondensator verbunden bleiben. Vorzugsweise werden die Nutzanordnungen jedoch beim Übergang zum Sonderbetrieb vom Stützkondensator getrennt.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
-
1 eine elektrische Anordnung,
-
2 eine mögliche Ausgestaltung einer Entladeschaltung,
-
3 eine weitere mögliche Ausgestaltung der Entladeschaltung,
-
4 eine mögliche Ausgestaltung eines Entladepfades,
-
5 eine Modifikation der Entladeschaltung von 2 und
-
6 eine Modifikation der Ladeschaltung von 3
-
Gemäß 1 weist eine allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene elektrische Anordnung eine Hochvoltbatterie 2 und eine Anzahl von elektrischen Nutzanordnungen 3 auf. Die elektrische Anordnung 1 kann beispielsweise das elektrische System eines Elektroautos sein. Die Hochvoltbatterie 2 weist in der Regel eine Betriebsspannung U0 im dreistelligen Voltbereich auf, beispielsweise von bis zu 500 V. Die Nutzanordnungen 3 können beispielsweise Umrichtereinheiten, Steuereinheiten für Umrichtereinheiten und andere Verbraucher sein.
-
Die elektrischen Nutzanordnungen 3 sind mit der Hochvoltbatterie 2 über einen Hauptschalter 4 und einen Stützkondensator 5 verbunden. Der Stützkondensator 5 ist dem Hauptschalter 4 nachgeordnet. Der Hauptschalter 4 trennt also gegebenenfalls nicht nur die Nutzanordnungen 3, sondern auch den Stützkondensator 5 von der Hochvoltbatterie 2. Normalerweise ist der Hauptschalter 4 geschlossen. Dadurch werden die Nutzanordnungen 3 nach Bedarf aus der Hochvoltbatterie 2 mit elektrischer Energie versorgt. Dieser Betriebszustand wird nachfolgend als Normalbetrieb der elektrischen Anordnung 1 bezeichnet. In bestimmten Situationen wird der Hauptschalter 4 geöffnet. Dieser Betriebszustand wird nachfolgend als Sonderbetrieb der elektrischen Anordnung 1 bezeichnet. Der Sonderbetrieb kann beispielsweise angenommen werden, wenn ein Benutzer der elektrischen Anordnung 1 dies über eine entsprechende Eingabe anfordert oder wenn innerhalb der elektrischen Anordnung 1 ein Fehler auftritt.
-
Beim Übergang vom Normalbetrieb zum Sonderbetrieb weist der Stützkondensator 5 als Kondensatorspannung UK zunächst die aktuelle Betriebsspannung U0 der Hochvoltbatterie 2 auf. Die Nutzanordnungen 3 stehen damit zunächst noch unter Spannung. Diese Spannung muss aus Gründen der Berührsicherheit schnell und zuverlässig abgebaut werden. Zu diesem Zweck weist die elektrische Anordnung 1 eine Entladeschaltung 6 auf, die an den Stützkondensator 5 angeschaltet ist. Die Entladeschaltung 6 weist einen Entladepfad 7 mit einem ohmschen Entladewiderstand 8 auf.
-
Im Normalbetrieb (eventuell mit Ausnahme eines kurzen Zeitraums zu Beginn des Normalbetriebs) fließt im Entladewiderstand 8 kein Strom I. Wenn jedoch durch Öffnen des Hauptschalters 4 vom Normalbetrieb in einen Sonderbetrieb übergegangen wird, wird der Entladepfad 7 stromführend geschaltet. Die auf dem Stützkondensator 5 gespeicherte Ladung, welche ihrerseits die Kondensatorspannung bewirkt, wird dadurch über den Entladewiderstand 8 abgebaut. Die im Stützkondensator 5 gespeicherte elektrische Energie wird dadurch vom Entladewiderstand 8 in thermische Energie umgesetzt.
-
Die Entladeschaltung weist gemäß den 2 und 3 zusätzlich zum Entladewiderstand 8 einen Spannungsumsetzer 9 auf. Der Spannungsumsetzer 9 ist eingangsseitig mit der Hochvoltseite des Stützkondensators 5 verbunden. Ausgangsseitig ist der Spannungsumsetzer 9 mit dem Entladepfad 7 verbunden. Der Spannungsumsetzer 9 weist entsprechend der Darstellung in den 2 und 3 einen ersten Halbleiterschalter 10, eine Diode 13 und eine Induktivität 11 auf. In der Regel weist der Spannungsumsetzer 9 weiterhin ausgangsseitig einen Kondensator 14 auf. Der erste Halbleiterschalter 10 wird – sofern der Stützkondensator 5 entladen werden soll – zum Entladen des Stützkondensators 5 von einer Steuerschaltung 12 getaktet gesteuert. Die Steuerschaltung 12 ist in der Regel Bestandteil des Spannungsumsetzers 9. Die Taktung ist derart, dass eine am Entladepfad 7 anstehende elektrische Ausgangsspannung U1 des Spannungsumsetzers 9 konstant einen Nennwert aufweist. Dies gilt, solange die am Stützkondensator 5 anstehende Kondensatorspannung UK oberhalb des Nennwerts liegt. Der Betrag des Nennwertes kann beispielsweise (relativ) bei 2–25 % der (nominellen) Betriebsspannung U0 der Hochvoltbatterie 2 oder (absolut) bei 10–120 V liegen.
-
Bei der Ausgestaltung des Spannungsumsetzers 9 gemäß 2 ist der Spannungsumsetzer 9 als galvanisch nicht trennender Spannungsumsetzer ausgebildet. Der Entladewiderstand 8 ist somit über den Spannungsumsetzer 9 mit der Hochvoltseite des Stützkondensators 5 galvanisch verbunden.
-
Gemäß 2 ist der Spannungsumsetzer 9 als Abwärtswandler ausgebildet. Er könnte jedoch alternativ als Sperrwandler ausgebildet sein. In diesem Fall wären die Anordnung der Induktivität 11 und der Diode 13 gegenüber der Darstellung in 2 vertauscht. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
-
Weiterhin zeigt 2 zwei mögliche Ausgestaltungen, mittels derer erreicht werden kann, dass die Ausgangsspannung U1 des Spannungsumsetzers 9 konstant gehalten wird. Zum einen kann mittels eines Spannungssensors 15 die Ausgangsspannung U1 direkt erfasst und der Steuerschaltung 12 zugeführt werden. Zum anderen kann mittels eines Stromsensors 16 der über den Entladewiderstand 8 fließende Strom I erfasst und der Steuerschaltung 12 zugeführt werden. In beiden Fällen kann die Steuerschaltung 12 die Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters 10 – beispielsweise basierend auf einer Pulsweitenmodulation – nachführen, so dass die Ausgangsspannung U1 auf ihrem Nennwert gehalten wird. Diese beiden Möglichkeiten sind alternativ realisiert. Sie sind daher in 2 beide nur gestrichelt angedeutet. Der Nennwert kann bei der Ausgestaltung gemäß 2 beispielsweise bei ca. 40–80 V liegen. Es sind jedoch auch andere Werte möglich.
-
Bei der Ausgestaltung des Spannungsumsetzers 9 gemäß 3 ist der Spannungsumsetzer 9 als galvanisch trennender Spannungsumsetzer ausgebildet. Die Induktivität 11 des Spannungsumsetzers 9 ist in diesem Fall als Transformator ausgebildet. Durch den Transformator ist der Entladewiderstand 8 somit von der Hochvoltseite des Stützkondensators 5 galvanisch getrennt. Auch bei der Ausgestaltung gemäß 3 ist die Diode 13 und in der Regel auch der Kondensator 14 vorhanden. Sie sind daher in 3 mit eingezeichnet.
-
Analog zur Ausgestaltung gemäß 2 kann bei der Ausgestaltung gemäß 3 die Ausgangsspannung U1 des Spannungsumsetzers 9 dadurch konstant gehalten werden, dass mittels eines Spannungssensors 15 die Ausgangsspannung U1 direkt erfasst und der Steuerschaltung 12 zugeführt wird. Alternativ kann mittels eines Stromsensors 16 der über den Entladewiderstand 8 fließende Strom I erfasst und der Steuerschaltung 12 zugeführt werden. Wie bei 2 kann in beiden Fällen kann die Steuerschaltung 12 die Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters 10 nachführen, so dass die Ausgangsspannung U1 auf ihrem Nennwert gehalten wird. Auch bei 3 sind die beiden Möglichkeiten alternativ realisiert. Sie sind daher auch in 3 beide nur gestrichelt angedeutet. Der Betrag des Nennwertes bei der Ausgestaltung gemäß 3 kann beispielsweise bei ca. 12–20 V liegen. Es sind jedoch auch andere Werte möglich. Vorzugsweise liegt der Betrag des Nennwertes jedoch bei maximal 60 V oder sogar darunter, insbesondere bei maximal 30 V oder sogar noch darunter.
-
Die Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters 10 durch die Steuerschaltung 12 erfolgt im Rahmen der Ausgestaltung von 3 ebenfalls galvanisch getrennt. Beispielsweise kann zu diesem Zweck zwischen dem ersten Halbleiterschalter 10 und der Steuerschaltung 12 ein Optokoppler angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu einer galvanisch getrennten Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters 10 kann die Signalzuführung vom Spannungssensor 15 bzw. vom Stromsensor 16 zur Steuerschaltung 12 galvanisch getrennt erfolgen.
-
Im einfachsten Fall enthält der Entladepfad 7 lediglich den Entladewiderstand 8 (und selbstverständlich die zugehörigen stromführenden Leitungen). In einer bevorzugten, nachstehend in Verbindung mit 4 erläuterten Ausgestaltung weist der Entladepfad 7 zusätzlich zum Entladewiderstand 8 einen zweiten Halbleiterschalter 17 auf, der mit dem Entladewiderstand 8 in Reihe geschaltet ist. Der Halbleiterschalter 17 kann beispielsweise als Transistor ausgebildet sein, insbesondere als spannungsgesteuerter Transistor (IGBT, MOSFET, ...). Einem Steuereingang des zweiten Halbleiterschalters 17 wird in diesem Fall – beispielsweise über einen Operationsverstärker 18 – von einer weiteren Steuerschaltung 19 ein Steuersignal S zugeführt. Soweit erforderlich, kann dem Operationsverstärker 18 weiterhin ein Stromverstärker nachgeordnet sein. Das Steuersignal S wird dem Steuereingang sowohl im Normalbetrieb als auch im Sonderbetrieb zugeführt. Der Wert des Steuersignals S im Normalbetrieb ist jedoch ein anderer als im Sonderbetrieb.
-
Im Normalbetrieb bewirkt das Steuersignal S, dass der zweite Halbleiterschalter 17 gesperrt ist. Im Falle eines spannungsgesteuerten Halbleiterschalters kann das Steuersignal S beispielsweise den Wert 0 V aufweisen. Im Sonderbetrieb bewirkt das Steuersignal S, dass der über den Entladewiderstand 8 fließende Strom I einen durch das Steuersignal S bestimmten Wert aufweist. Beispielsweise kann das Steuersignal S im Falle eines spannungsgesteuerten Halbleiterschalters 17 einen bestimmten Spannungswert Uref aufweisen. Dadurch, dass den zweiten Halbleiterschalter 17 ein Shunt-Widerstand 20 nachgeschaltet ist, bestimmt der Spannungswert Uref in Verbindung mit dem Widerstandswert des Shunt-Widerstands 20 den über den Entladewiderstand 8 fließenden Strom I.
-
Die obenstehend in Verbindung mit 4 erläuterte Ausgestaltung des Entladepfades 7 kann gemäß 5 in Verbindung mit einer Ausgestaltung des Spannungsumsetzers 9 als galvanisch nicht trennender Spannungsumsetzer realisiert werden. Sie kann jedoch ebenso gemäß 6 in Verbindung mit einer Ausgestaltung des Spannungsumsetzers 9 als galvanisch trennender Spannungsumsetzer realisiert werden. Die Ausgestaltung von 4 bietet insbesondere den in den 5 und 6 mit dargestellten Vorteil, dass im Normalbetrieb mindestens eine der Nutzanordnungen 3 über den Spannungsumsetzer 9 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei dieser Nutzanordnung 3 um eine Steuerschaltung für eine Umrichtereinheit handelt.
-
Es ist möglich, dass die beim Öffnen des Hauptschalters 4 am Stützkondensator 5 anstehende Kondensatorspannung UK erfasst wird und der weiteren Steuerschaltung 19 zugeführt wird. In diesem Fall kann die weitere Steuerschaltung 19 beispielsweise den Wert der Referenzspannung Uref – und damit das Steuersignal S für den Sonderbetrieb – in Abhängigkeit von der zu diesem Zeitpunkt am Stützkondensator 5 anstehenden Kondensatorspannung UK bestimmen.
-
Es ist möglich, dass beim Übergang vom Normalbetrieb zum Sonderbetrieb die Nutzanordnungen 3 mit dem Stützkondensator 5 verbunden bleiben. Alternativ ist es entsprechend der Darstellung in 1 möglich, dass der Entladeschaltung 7 ein weiterer Schalter 21 nachgeordnet ist, mittels dessen die Nutzanordnungen 3 beim Übergang vom Normalbetrieb zum Sonderbetrieb vom Stützkondensator 5 getrennt werden. Der Schalter 21 ist in den 5 und 6 nicht dargestellt. Er kann jedoch auch bei diesen Ausgestaltungen vorhanden sein.
-
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit folgenden Sachverhalt:
Eine elektrische Anordnung 1 weist eine Hochvoltbatterie 2 und eine Anzahl von elektrischen Nutzanordnungen 3 auf. Die Nutzanordnungen 3 sind mit der Hochvoltbatterie 2 über einen Hauptschalter 4 und einen nachgeordneten Stützkondensator 5 verbunden. In einem Normalbetrieb ist der Hauptschalter 4 geschlossen, und die Nutzanordnungen 3 werden nach Bedarf aus der Hochvoltbatterie 2 mit elektrischer Energie versorgt. Die elektrische Anordnung 1 weist eine an den Stützkondensator 5 angeschaltete Entladeschaltung 6 auf, die einen Entladepfad 7 mit einem ohmschen Entladewiderstand 8 aufweist. Im Normalbetrieb fließt im Entladewiderstand 8 kein Strom I. Durch Öffnen des Hauptschalters 4 wird vom Normalbetrieb in einen Sonderbetrieb übergegangen. Beim Übergang wird der Entladepfad 7 stromführend geschaltet und dadurch die im Stützkondensator 5 gespeicherte elektrische Energie vom Entladewiderstand 8 in thermische Energie umgesetzt. Die Entladeschaltung 6 weist ferner zwischen der Hochvoltseite des Stützkondensators 5 und dem Entladepfad 7 einen Spannungsumsetzer 9 auf, der einen ersten Halbleiterschalter 10, eine Diode 13 und eine Induktivität 11 aufweist. Der erste Halbleiterschalter 10 wird zum Entladen des Stützkondensators 5 derart getaktet gesteuert, dass eine am Entladepfad 7 anstehende elektrische Ausgangsspannung U1 konstant einen Nennwert aufweist, solange eine am Stützkondensator 5 anstehende Kondensatorspannung UK oberhalb des Nennwerts liegt.
-
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist die in dem Entladewiderstand 8 anfallende thermische Leistung zeitlich konstant. Weiterhin muss der Entladewiderstand 8 nicht für die volle Betriebsspannung der Hochvoltbatterie 2 ausgelegt werden. Insbesondere muss der Entladewiderstand 8 auch für den Dauerbetrieb lediglich auf die Ausgangsspannung des Spannungsumsetzers 9 ausgelegt sein. Eine erforderliche Entladezeit kann durch die Auslegung der Entladeschaltung 6 nach Bedarf gezielt eingestellt werden. Eine thermische Anbindung des Entladewiderstandes 8 an einen Kühlkörper oder an ein Gehäuse ist ohne weiteres möglich. Aufgrund der Verwendung eines sowieso zur Energieversorgung mindestens einer Nutzanordnung 3 verwendeten Spannungsumsetzers 9 sind keine zusätzlichen Bauteile erforderlich. Durch das Abschalten des Spannungsumsetzers 9 bei Überspannung und bei Unterspannung schützt sich die Entladeschaltung 6 selbst.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
