DE102020125424A1 - Leistungsrelais-einrichtung und fahrzeug mit dieser sowie steuerungsverfahren einer leistungsrelais-einrichtung - Google Patents

Leistungsrelais-einrichtung und fahrzeug mit dieser sowie steuerungsverfahren einer leistungsrelais-einrichtung Download PDF

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Sangho Shin
Haesung Nam
Bum Kyo Jung
Dae Hwan KWON
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Yura Corp
Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
Yura Corp
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Abstract

Eine Leistungsrelais-Einrichtung (10) ist bereitgestellt und weist ein erstes Relais (11), welches mit einem positiven Anschluss (B+) einer Batterie (B) verbunden ist, und ein zweites Relais (12), welches mit einem negativen Anschluss (B-) der Batterie (B) verbunden ist und mit dem ersten Relais (11) über einen Gleichstrom-(DC-)Kondensator (20) verbunden ist, auf. Ein erster Feldeffekttransistor (FET, 32) ist parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet und ein zweiter FET (33) ist parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet ist und in Reihe mit dem ersten FET (32) geschaltet. Eine Spannungssteuerungsschaltung (60) ist dazu eingerichtet, eine Spannung des ersten FET (32) mittels einer ersten Spannung einzustellen oder eine Spannung des ersten FET (32) mit einer zweiten Spannung, welche kleiner als die Höhe der ersten Spannung ist, einzustellen.

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft eine Leistungsrelais-Einrichtung, welche die Leistung einer in einem elektrischen Fahrzeug enthaltenen Batterie von hoher Leistung und hoher Kapazität steuert.
  • Beschreibung der bezogenen Technik
  • Die Fahrzeuge können in ein Verbrennungsmotorfahrzeug, ein Hybridelektrofahrzeug und ein reines Elektrofahrzeug (auch reinelektrisches Fahrzeug) in Abhängigkeit von der Art der Energiequelle, welche die Antriebskraft erzeugt, unterteilt werden. Ein Verbrennungsmotorfahrzeug ist ein Fahrzeug, welches Leistung durch Verbrennung von fossilen Kraftstoffen erzeugt, und ist das am meisten verwendete Fahrzeug. Hybridelektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge wurden entwickelt, und deren Durchdringungsrate steigt allmählich an, um das Abgasproblem des fossilen Kraftstoffs, welcher als ein Kraftstoff für ein Verbrennungsmotorfahrzeug genutzt wird, und ein Umweltverschmutzungsproblem zu lösen.
  • Ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) kann in zwei unterschiedliche Arten wie folgt unterteilt werden. Die erste Art von Hybridelektrofahrzeug ist sowohl mit einem Elektromotor als auch mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet und lädt die Batterie unter Verwendung der Antriebskraft des Verbrennungsmotors oder regenerativen Energie (auch Rekuperationsenergie), welche beim Bremsen erzeugt wird, auf, um den Elektromotor anzutreiben. In der zweiten Art von Hybridelektrofahrzeug ist es so wie in der ersten Art, welche einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei aber ein Verfahren des Ladens einer Batterie durch Zuführen von elektrischer Energie bzw. Leistung von außerhalb hinzukommt. Mit anderen Worten kann in der zweiten Art von Hybridelektrofahrzeug eine Batterie geladen werden, indem Energie bzw. Leistung von außerhalb durch eine Ansteck-Verfahren (auch „Plug-in-Verfahren“) erhalten wird. Die ist das sogenannte Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV).
  • Reine Elektrofahrzeug (EV) werden ebenfalls entwickelt und sind in unterschiedliche Arten unterteilt. Ein Wasserstoff-Elektrofahrzeug ist eine Art, bei welcher ein Elektromotor betrieben wird, indem eine Batterie mittels Elektrizität geladen wird, welche während einer chemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt wird. Diese Hybridelektrofahrzeuge und (reinen) Elektrofahrzeuge nutzen Batterien von hoher Leistung und hoher Kapazität, um eine beträchtliche Menge an Leistung an einen Elektromotor zu liefern, welcher als eine Antriebsquelle dient. Insbesondere ist die Leistungsrelais-Einrichtung dazu eingerichtet, die hohe Spannung und den hohen Strom der Batterie an den Elektromotor zu liefern oder davon zu trennen. Außerdem führt die Leistungsrelais-Einrichtung das Initialladen mittels einer Vorladung (Englisch „pre-charge“) durch, um eine Beschädigung des Inverters aufgrund eines Einschaltstroms bzw. Anlaufstroms (Englisch „inrush current“) mit hoher Spannung, bevor das Relais aktiviert/betrieben wird, zu verhindern.
  • Eine konventionelle Leistungsrelais-Einrichtung, welche für ein Hybridelektrofahrzeug und ein Elektrofahrzeug genutzt wird, nutzt indessen ein Verfahren, welches ein Gasbeladungsrelais (z.B. mit Schutzgas befülltes Relais - Englisch „gas charging relais“) umfasst, und ein Verfahren, welches ein Halbleiterschaltelement umfasst. Der Stand der Technik mit Gasbeladungsrelais hat den Nachteil, dass dieses groß und schwer ist. Der das Halbleiterschaltelement nutzende Stand der Technik weist ein Problem dahingehend auf, dass, wenn die Batterie geladen wird, das Halbleiterschaltelement beim Vorgang des Trennens der Leistung beschädigt werden kann oder eine Leistung kann durch eine innerhalb des Halbleiterelements bereitgestellte Diode nicht blockiert werden.
  • Erläuterung der Erfindung
  • Daher schafft ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung (nachfolgend stellenweise nur noch: Offenbarung) eine Leistungsrelais-Einrichtung, welche dazu imstande ist, das Gewicht und die Abmessungen im Vergleich zu einem konventionellen Gasbeladungsrelais zu verringern, ein Fahrzeug mit dieser und ein Steuerungsverfahren einer Leistungsrelais-Einrichtung, indem mindestens zwei Halbleiterschaltelemente ohne einen Vorladungswiderstand (Englisch „pre-charge resistor“) bereitgestellt werden, und schafft eine Leistungsrelais-Einrichtung zur Verbesserung der Lebensdauer und Haltbarkeit im Vergleich mit dem Stand der Technik, ein Fahrzeug mit dieser und ein Steuerungsverfahren einer Leistungsrelais-Einrichtung, indem der bei Relais-Einschaltung/Ausschaltung erzeugte Funken beseitigt wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann eine Leistungsrelais-Einrichtung aufweisen: ein erstes Relais, welches mit einem positiven Anschluss (z.B. Pluspol) einer Batterie verbunden ist, ein zweites Relais, welches mit einem negativen Anschluss (z.B. Minuspol) der Batterie verbunden ist und mit dem ersten Relais über einen Gleichstrom-(DC-)Kondensator verbunden ist, einen ersten Schalter (z.B. einen ersten Feldeffekttransistor (FET)), welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist, einen zweiten Schalter (z.B. einen zweiten Feldeffekttransistor (FET)), welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist und in Reihe mit dem ersten Schalter geschaltet ist, und eine Spannungssteuerungsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, eine Spannung des ersten Schalters mittels einer ersten Spannung einzustellen (z.B. anzupassen) oder eine Spannung des ersten Schalters mittels einer zweiten Spannung, welche kleiner als die Höhe der ersten Spannung ist, einzustellen.
  • Die Spannungssteuerungsschaltung kann einen DC-DC-Wandler und mindestens zwei Halbleiterelemente aufweisen und kann dazu eingerichtet sein, den ersten Schalter auf Grundlage der zweiten Spannung zu steuern, um den DC-Kondensator aufzuladen. Die Leistungsrelais-Einrichtung kann ferner aufweisen: eine Sender-Empfänger-Einrichtung (auch aus dem Englischen stammend „Transceiver“ genannt), welche dazu eingerichtet ist, mit einem Batteriemanagementsystem (BMS), welches die Batterie steuert, zu kommunizieren, und eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Spannungssteuerungsschaltung basierend auf einem Ein-Signal oder einem Aus-Signal des BMS zu steuern.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Ausgangspannung des DC-DC-Wandlers zu sammeln und auf Grundlage der gesammelten Spannung zu ermitteln, ob der DC-DC-Wandler normal ist (z.B. normal arbeitet, einen Normalbetrieb durchführt). Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das zweite Relais basierend auf dem Ein-Signal des BMS einzuschalten, die Leistungssteuerungsschaltung (z.B. Spannungssteuerungsschaltung) so zu betreiben, dass die zweite Spannung an den ersten Schalter angelegt wird, und den ersten Schalter auszuschalten, nachdem das erste Relais eingeschaltet wurde. Zudem kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Leistungssteuerungsschaltung (z.B. Spannungssteuerungsschaltung) basierend auf dem Aus-Signal des BMS so zu betreiben, dass die erste Spannung an den ersten Schalter und den zweiten Schalter angelegt wird, den ersten Schalter und den zweiten Schalter auszuschalten, nachdem das erste Relais ausgeschaltet wurde, und das zweite Relais auszuschalten.
  • Die Leistungsrelais-Einrichtung kann ferner aufweisen: einen Stromsensor, welcher zwischen der Batterie und dem ersten Relais angeordnet ist, und die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem Erfassungswert des Stromsensors zu ermitteln, ob ein Normalbetrieb durchgeführt wird, und das Ermittlungsergebnis über die Sender-Empfänger-Einrichtung an das BMS zu übertragen. Die Höhe der zweiten Spannung kann basierend auf Bauteileigenschaften (z.B. Bauteilkenngrößen, Bauteilkennlinien) des ersten Schalters und des zweiten Schalters oder der Aufladezeit des DC-Kondensators bestimmt (z.B. festgelegt) sein/werden.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, zu ermitteln, ob die Sender-Empfänger-Einrichtung normal ist (z.B. normal arbeitet, einen Normalbetrieb durchführt), ein Pulsbreitenmodulation-(PWM)-Signal vom BMS zu empfangen, wenn der Fehler der Sender-Empfänger-Einrichtung als ein Ergebnis der Ermittlung auftritt, und die Spannungssteuerungsschaltung auf Grundlage des empfangenen PWM-Signals zu steuern. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Leistungsrelais-Einrichtung basierend auf dem PWM-Signal einzuschalten oder auszuschalten, einen Fehler (z.B. Fehlfunktion) der Leistungsrelais-Einrichtung zu diagnostizieren und das PWM-Signal basierend auf dem Diagnoseergebnis auszuschalten.
  • Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann ein Fahrzeug aufweisen: einen Elektromotor, eine Batterie, welche dazu eingerichtet ist, den Elektromotor zu betreiben, und eine Leistungsrelais-Einrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Batterie und den Elektromotor zu verbinden, und wobei die Leistungsrelais-Einrichtung aufweisen kann: ein erstes Relais, welches mit einem positiven Anschluss (z.B. Pluspol) der Batterie verbunden ist, ein zweites Relais, welches mit einem negativen Anschluss (z.B. Minuspol) der Batterie verbunden ist und mit dem ersten Relais über einen DC-Kondensator verbunden ist, einen ersten Schalter (z.B. einen ersten Feldeffekttransistor (FET)), welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist, einen zweiten Schalter (z.B. einen zweiten Feldeffekttransistor (FET)), welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist und in Reihe mit dem ersten Schalter geschaltet ist, und eine Spannungssteuerungsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, eine Spannung des ersten Schalters mittels einer ersten Spannung einzustellen oder eine Spannung des ersten Schalters mittels einer zweiten Spannung, welche kleiner als die Höhe der ersten Spannung ist, einzustellen.
  • Die Spannungssteuerungsschaltung kann einen DC-DC-Wandler und mindestens zwei Halbleiterelemente aufweisen und kann dazu eingerichtet sein, den ersten Schalter auf Grundlage der zweiten Spannung zu steuern, um den DC-Kondensator aufzuladen. Das Fahrzeug kann ferner aufweisen: ein Batteriemanagementsystem (BMS), welches dazu eingerichtet ist, die Batterie zu betreiben, und wobei die Leistungsrelais-Einrichtung ferner aufweisen kann: eine Sender-Empfänger-Einrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mit dem BMS zu kommunizieren, und eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Spannungssteuerungsschaltung basierend auf einem Ein-Signal oder einem Aus-Signal des BMS zu steuern.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Ausgangspannung des DC-DC-Wandlers zu sammeln und auf Grundlage der gesammelten Spannung zu ermitteln, ob der DC-DC-Wandler normal ist (z.B. normal arbeitet, einen Normalbetrieb durchführt). Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das zweite Relais basierend auf dem Ein-Signal des BMS einzuschalten, die Leistungssteuerungsschaltung (z.B. Spannungssteuerungsschaltung) so zu betreiben, dass die zweite Spannung an den ersten Schalter angelegt wird, und den ersten Schalter auszuschalten, nachdem das erste Relais eingeschaltet wurde. Zudem kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Leistungssteuerungsschaltung (z.B. Spannungssteuerungsschaltung) basierend auf dem Aus-Signal des BMS so zu betreiben, dass die erste Spannung an den ersten Schalter und den zweiten Schalter angelegt wird, den ersten Schalter und den zweiten Schalter auszuschalten, nachdem das erste Relais ausgeschaltet wurde, und das zweite Relais auszuschalten.
  • Das Fahrzeug kann ferner aufweisen: einen Stromsensor, welcher zwischen der Batterie und dem ersten Relais angeordnet ist, und die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem Erfassungswert des Stromsensors zu ermitteln, ob ein Normalbetrieb durchgeführt wird, und das Ermittlungsergebnis über die Sender-Empfänger-Einrichtung an das BMS zu übertragen. Die Höhe der zweiten Spannung kann basierend auf Bauteileigenschaften (z.B. Bauteilkenngrößen, Bauteilkennlinien) des ersten Schalters und des zweiten Schalters oder der Aufladezeit des DC-Kondensators bestimmt werden. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, zu ermitteln, ob die Sender-Empfänger-Einrichtung normal ist (z.B. normal arbeitet, einen Normalbetrieb durchführt), ein Pulsbreitenmodulation-(PWM)-Signal vom BMS zu empfangen, wenn der Fehler der Sender-Empfänger-Einrichtung auftritt, als ein Ergebnis der Ermittlung und die Spannungssteuerungsschaltung auf Grundlage des empfangenen PWM-Signals zu steuern.
  • Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist ein Steuerungsverfahren einer Leistungsrelais-Einrichtung bereitgestellt, welche aufweist: ein erstes Relais, welches mit einem positiven Anschluss (z.B. Pluspol) einer Batterie verbunden ist, ein zweites Relais, welches mit einem negativen Anschluss (z.B. Minuspol) der Batterie verbunden ist und mit dem ersten Relais über einen Gleichstrom-(DC-)Kondensator verbunden ist, einen ersten Schalter (z.B. einen ersten Feldeffekttransistor (FET)), welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist, einen zweiten Schalter (z.B. einen zweiten Feldeffekttransistor (FET)), welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist und in Reihe mit dem ersten Schalter geschaltet ist, wobei das Steuerungsverfahren aufweisen kann: Empfangen eines Steuersignals von einem BMS, welches dazu eingerichtet ist, die Batterie zu steuern, und Einstellen (z.B. Anpassen) der Spannung des ersten Schalters mittels einer ersten Spannung basierend auf dem Steuersignal des BMS oder Einstellen (z.B. Anpassen) der Spannung des ersten Schalters mittels einer zweiten Spannung, welche kleiner als die Höhe der ersten Spannung ist.
  • Figurenliste
  • Diese und/oder weitere Aspekte der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und deutlicher verstanden, wobei:
    • 1 ist und 2 sind Schaltungsdiagramme und Steuerblockdiagramme einer im Stand der Technik offenbarten Leistungsrelais-Einrichtung.
    • 3 ist ein Strukturdiagramm einer Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 4 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Vorladungsvorgangs der Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 5 ist ein Graph einer Ausführungsform des Ermittelns der Höhe einer Vorladungsspannung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 6A und 6B sind Ansichten zum Beschreiben des Betriebs der Leistungsrelais-Einrichtung, welche im Entladen-Zustand der Batterie arbeitet, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 7A und 7B sind Ansichten zum Beschreiben des Betriebs der Leistungsrelais-Einrichtung, welche im Aufladen-Zustand der Batterie arbeitet, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 8 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Betriebs der Spannungssteuerungsschaltung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 9 und 10 sind Flussdiagramme eines Steuerungsverfahrens einer Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend durch die Beschreibung auf gleiche oder ähnliche Elemente bzw. Bauteile. Nicht alle Elemente von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung werden beschrieben, und eine Beschreibung von dem, was gemeinhin in der Technik bekannt ist, oder von dem, was sich in den Ausführungsformen überschneidet, wird weggelassen. Die durch die Beschreibung durchgehend verwendeten Ausdrücke, wie zum Bespiel „∼ Teil”, „∼ Modul”, „∼ Element”, „∼ Block”, etc., können in Software und/oder Hardware implementiert sein, und eine Mehrzahl von „∼ Teilen”, „∼ Modulen”, „∼ Elementen” oder „∼ Blöcken” kann in einem einzigen Element implementiert sein oder ein einziges „∼ Teil”, „∼ Modul”, „∼ Element” oder „∼ Block” kann eine Mehrzahl von Elementen aufweisen.
  • Es ist ferner zu verstehen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ bezeichnet wird, dieses mit dem anderen Element direkt oder indirekt verbunden sein kann, wobei die indirekte Verbindung unter anderem eine „Verbindung“ über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk umfasst. Wenn zudem ein Teil ein Element „aufweist“ oder „umfasst“, so kann, sofern keine konkrete dazu gegenteilige Beschreibung gegeben ist, das Teil ferner weitere Elemente aufweisen, ohne die weiteren Elemente auszuschließen.
  • Es ist zu verstehen, dass, wenn in der Beschreibung ein Element als „auf/unter“ einem anderen Element bezeichnet wird, dieses sich direkt auf/unter dem anderen Element befinden kann oder ein oder mehrere zwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Es ist außerdem zu verstehen, dass, obwohl die Begriffe „erstes“, „zweites“, „drittes“, etc. hierin verwendet werden können, um diverse Elemente zu beschrieben, diese Begriffe nicht einschränken sollen. Diese Begriffe dienen lediglich dazu, ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden.
  • Die hierin verwendeten Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ sind dazu gedacht, die ebenfalls Pluralformen einzuschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anders vorgibt. Eine Erkennungszahl wird zur Einfachheit der Beschreibung genutzt, ist jedoch nicht dazu gedacht, die Reihenfolge/Rangfolge des jeweiligen Schritts darzustellen. Jeder der Schritte kann in einer von der dargestellten Reihenfolge verschiedenen Reihenfolge umgesetzt werden, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anders vorgibt.
  • Nachstehend werden die Arbeitsprinzipien und Ausführungsformen der Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist und 2 sind Schaltungsdiagramme und Steuerblockdiagramme einer im Stand der Technik offenbarten Leistungsrelais-Einrichtung. Um sich überlappende Beschreibungen zu vermeiden, wird die folgende Beschreibung angegeben.
  • Bezugnehmend auf 1 kann der Stand der Technik eine mechanische Leistungsrelais-Einrichtung sein (nachstehend als Stand der Technik (1) bezeichnet). Der Stand der Technik (1) kann ein erstes Relais 11, welches dem Haupt-(+)-Relais entspricht, ein zweites Relais 12, welches dem Haupt-(-)-Relais entspricht, ein drittes Relais 13 für eine Vorladung und einen Vorladungswiderstand 3 zum Unterdrücken von Funken sowie eine Stromschiene, welche zum Liefern hoher Leistung imstande ist, aufweisen. Außerdem kann der Stand der Technik (1) einen Stromsensor 14 zum Messen des Stroms, welcher durch die Hochvoltbatterie (B+, B-) geladen bzw. aufgenommen oder entladen bzw. abgegeben wird, aufweisen und kann er mit einem Zementwiderstand versehen sein.
  • Wenn der Stand der Technik (1) beispielsweise auf ein Hybridfahrzeug oder dergleichen angewendet wird, dann wird der Stand der Technik (1) mit dem DC-Kondensator 20 zur Vorladung verbunden, und der DC-Kondensator 20 kann mit der Elektromotorsteuereinrichtung und weiteren Lasten verbunden sein. Wenn der Elektromotor gemäß dem Losfahren betrieben wird, dann führt der Stand der Technik (1) eine Vorladung durch, bevor das erste Relais 11 eingeschaltet wird, um das Auftreten eines hohen Einschaltstroms bzw. (Anlaufstroms Englisch „inrush current“) zu verhindern, und begrenzt den hohen Einschaltstroms mit dem Vorladungswiderstand 3.
  • Der Stand der Technik (1) nutzt ein Gasbeladungsrelais, d.h. ein drittes Relais 13, welches mit einem Spezialgas (z.B. Schutzgas) beladen bzw. befüllt ist, um Funken zu unterbinden, welche bei Einschalt- oder Ausschaltvorgängen des ersten Relais 11 und des zweiten Relais 12 auftreten können. Diese Gasbeladungsrelais haben den Nachteil, dass sie groß und schwer sind. Außerdem muss ein Magnet in dem dritten Relais 13 vorgesehen werden, um die Ausbreitung des Funkens zu kontrollieren, und ist eine zusätzliche Vorrichtung für die Stabilität der mechanischen Struktur erforderlich. Diese zusätzliche Vorrichtung kann den Erfassungsbetrieb des Stromsensors 14 beeinträchtigen, und es gibt dahingehend ein Problem, dass eine Gestaltungseinschränkung auftritt, nämlich dass der Stromsensor 14 und das dritte Relais 13 einen bestimmten Abstand halten müssen. Um diese Probleme des Stands der Technik (1) zu lösen, nutzte der Stand der Technik (2) ein Halbleiterschaltelement an Stelle des dritten Relais 13.
  • Bezugnehmend auf 2 weist der Stand der Technik (2) ein erstes Halbleiterelement 30 und ein zweites Halbleiterelement 31 zusätzlich zum ersten Relais 11 und zweiten Relais 12 auf. Das erste Halbleiterelement 30 und das zweite Halbleiterelement 31 sind parallel zueinander geschaltet, und der Vorladungswiderstand 3 ist in Reihe mit dem zweiten Halbleiterelement 31 geschaltet. Das erste Halbleiterelement 30 und das zweite Halbleiterelement 31 können Feldeffekttransistoren sein. Eine PRA-Steuereinrichtung 40 ist vorgesehen, um das erste Halbleiterelement 30 und das zweite Halbleiterelement 31 zu betreiben. Die PRA-Steuereinrichtung 40 empfängt ein Signal, welches das Aufladen oder Entladen der Batterie betrifft, vom Batteriemanagementsystem (BMS) 50, welches die Batterie B steuert. Die PRA-Steuereinrichtung 40 ist dazu eingerichtet, das erste Relais 11 und das zweite Relais 12 einzuschalten oder auszuschalten oder das erste Halbleiterelement 30 und das zweite Halbleiterelement 31 für die Vorladung zu betreiben.
  • Zur Unterdrückung von Funken oder Lichtbögen, welche bei dem Einschalt- oder Ausschaltvorgang des ersten Relais 11 und des zweiten Relais 12 auftreten können, bringt die PRA-Steuereinrichtung 40 beide Anschlüsse (z.B. Kontakte) der Relais 11 und 12 auf das gleiche Potential mittels des ersten Halbleiterelements 30 und des zweiten Halbleiterelements 31, und betätigt sie das erste Relais 11 und das zweite Relais 12. Wiederum wies der Stand der Technik (2) ebenfalls einen Vorladungswiderstand 3, wie zum Beispiel einen Zementwiderstand oder einen PTC-Widerstand (PTC = Englisch „Positive Temperature Coefficient of resistance“ - zu Deutsch auch Kaltleiter, Thermistor oder temperaturabhängiger Widerstand), wie in dem Stand der Technik (1) für die Vorladung auf.
  • Um die im Stand der Technik (1) auftretenden Probleme zu lösen, nutzte der Stand der Technik (2) eine Zeitsteuerung der Halbleiterelemente (30, 31), um das Auftreten von Funken oder Lichtbögen bei Relay-Einschaltung oder -Ausschaltung zu eliminieren. Jedoch sind in einer Fehlersituation, in welcher das Halbleiterelement nicht betätigt wird, wenn das BMS 50 nicht in der Lage ist, den Zustand der Leistungsrelais-Einrichtung zu diagnostizieren, ein zusätzlicher Kabelstrang (z.B. ein zusätzlicher Kabelbaum bzw. Leitungssatz) und zusätzliche Schaltungen zur Diagnose nach Bedarf erforderlich. Sogar falls ein zusätzlicher Kabelstrang zur Vorbereitung für solch eine Defektsituation installiert ist, gibt es zudem ein Problem des Kontrollverlusts der Leistungsrelais-Einrichtung, wenn eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss im Kabelstrang auftreten. Das Elektrofahrzeug (EV), welches eine hohe Spannung nutzt, kann notabgetrennt werden, während Leistung von der Batterie B zur Last geliefert wird. Bei dieser Notabtrennung hat jedoch der Stand der Technik (2) dahingehend ein Problem, dass es aufgrund der Dioden in den Halbleiterelementen 30, 31 unmöglich ist, die Leistung komplett abzutrennen.
  • 3 ist ein Strukturdiagramm einer Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 kann aufweisen: ein erstes Relais 11, welches mit dem positiven Anschluss (B+) der Batterie verbunden ist, ein zweites Relais 12, welches mit dem negativen Anschluss (B-) der Batterie verbunden ist, einen ersten Schalter, welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist (z.B. parallel zum ersten Relais angeschlossen ist), einen zweiten Schalter, welcher in Reihe mit dem ersten Schalter geschaltet ist und dazu eingerichtet ist, eine Spannung an den ersten Schalter anzulegen, und eine Spannungssteuerungsschaltung 60, welche den ersten und/oder den zweiten Schalter betreibt. Der erste Schalter und der zweite Schalter können als ein FET (Feldeffekttransistor) oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) realisiert sein. Nachstehend wird zur Einfachheit der Erläuterung eine Beschreibung auf Grundlage eines FET vorgenommen, wobei jedoch die Leistungsrelais-Einrichtung 10 mit einem IGBT an Stelle eines FET umgesetzt sein kann.
  • Bezugnehmend auf 3 kann die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 aufweisen: ein erstes Relais 11, welches mit dem positiven Anschluss (B+) der Batterie verbunden ist, ein zweites Relais 12, welches mit dem negativen Anschluss (B-) der Batterie verbunden ist, einen ersten FET (Feldeffekttransistor) 32, welcher parallel zu dem ersten Relais geschaltet ist, einen zweiten FET 33, welcher in Reihe mit dem ersten FET 32 geschaltet ist, und eine Spannungssteuerungsschaltung 60, welche dazu eingerichtet ist, eine Spannung an den ersten FET 32 und den zweiten FET 33 anzulegen, um diese zu betreiben.
  • Insbesondere kompensiert die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 die Nachteile des mechanischen Relais im Vergleich zum Stand der Technik (1), indem der Vorladungswiderstand 3 beseitigt wird und der erste FET 32 und der zweite FET 33 in Serie geschaltet werden. Zudem ist es im Vergleich zum Stand der Technik (2) durch die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 möglich, in Vorbereitung für eine Notabtrennung, während Leistung von der Batterie B zur Last geliefert wird, die Leistung vollständig abzuschalten.
  • Die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 kann ein BMS 50 und eine Sender-Empfänger-Einrichtung (auch Transceiver genannt) 45, welche dazu eingerichtet ist, ein Signal zu senden (Tx) oder zu empfangen (Rx), aufweisen. Die Sender-Empfänger-Einrichtung 45 kann dazu eingerichtet sein, ein vom BMS 50 aus gesendetes Signal, welches das Aufladen oder Entladen einer Batterie betrifft, zu empfangen und die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem empfangenen Signal das erste Relais 11, das zweite Relais 12 und die Spannungssteuerungsschaltung 60 zu betreiben. Die Sender-Empfänger-Einrichtung 45 kann dazu eingerichtet sein, mit dem BMS 50 über diverse Netzwerke zu kommunizieren, wie über eine mit der offenbarten Leistungsrelais-Einrichtung 10 vorgesehenen Fahrzeugkommunikation, beispielsweise eine CAN-Kommunikation (CAN = „Controller Area Network“ - zu Deutsch „Steuergerätebereichsnetzwerk“), eine Lokales-Verbindungsnetzwerk-(LIN-)Kommunikation oder Ethernet-Kommunikation.
  • In Vorbereitung auf einen Kommunikationsfehler mit dem BMS 50 kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, ein PWM-Signal direkt vom BMS 50 zu empfangen. Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, das erste Relais 11 und das zweite Relais 12 gemäß dem PWM-Tastgrad oder einer PWM-Periode einzuschalten oder auszuschalten. Die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 kann in der Gestalt einer Mikrosteuereinheit (MCU), welche eine Steuereinrichtung 40 und eine Sender-Empfänger-Einrichtung 45 aufweist, bereitgestellt sein, so dass ein störungssicherer Betrieb in Vorbereitung auf eine in dem Stand der Technik (2) erläuterte Fehlersituation möglich ist. Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, den Stromerfassungswert durch den Stromsensor 14 zu empfangen. Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem empfangenen Stromerfassungswert zu ermitteln, ob ein normaler Betrieb ausgeführt wird, und den Stromerfassungswert mittels der Sender-Empfänger-Einrichtung 45 an das BMS 50 übertragen.
  • Der Vorladungsvorgang in der offenbarten Leistungsrelais-Einrichtung 10 kann durch den ersten FET 32 und den zweiten FET 33 durchgeführt werden. Konkret kann die Spannungssteuerungsschaltung 60 einen DC-DC-Wandler 61 aufweisen und dazu eingerichtet sein, eine erste Spannung (nachstehend Einschaltspannung) zum Einschalten des ersten FET 32 oder eine zweite Spannung (nachstehend Vorladungsspannung) mit einer Höhe, welcher kleiner als die Einschaltspannung ist, anzulegen. Mit anderen Worten kann die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 dazu eingerichtet sein, eine Vorladung durchzuführen, so dass der Strom durch Anlegen einer Vorladungsspannung von geringer Größe begrenzt wird. Hierdurch kann die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 den im Stand der Technik (2) vorgesehenen Vorladungswiderstand 3 beseitigen. Der zweite FET 33 kann dazu genutzt werden, das Potential des positiven Anschlusses des ersten Relais 11 gleich zu halten, wenn die Notabsperrung des Relais während des Ladens der Hochvoltbatterie B erforderlich wird. Der zweite FET 33 kann auch durch die Steuereinrichtung 40 und die Spannungssteuerungsschaltung 60 betätigt werden.
  • 4 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Vorladungsvorgangs der Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Bezugnehmend auf 4 kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, das zweite Relais 12 zum Aufladen des DC-Kondensators 20 einzuschalten. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, eine Vorladungsspannung an Gate-Source (z.B. an den Gate-Anschluss, insbesondere zwischen Gate und Source) des ersten FET 32 anzulegen. Die Steuereinrichtung 40 legt keine Spannung an die zweite FET 33 an.
  • Da die Vorladungsspannung eine Spannung mit einer Höhe, welche niedriger als die Einschaltspannung, die die Spannungssteuerungsschaltung 60 anlegen kann, ist, ist, wird der Strom, welcher von der Batterie B aus zum Kondensator fließt, durch den ersten FET 32 begrenzt. Der durch den ersten FET 32 begrenzte Strom lädt den DC-Kondensator 20 durch die eingebaute Diode des zweiten FET 33 auf. Wenn das Aufladen abgeschlossen ist, dann haben die Anschlüsse des ersten Relais 11 dasselbe Potential, und es tritt kein Funken oder Lichtbogen auf, auch wenn das erste Relais 11 eingeschaltet wird. Mit anderen Worten kann die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 den Vorladungswiderstand 3, welcher im Stand der Technik (1) und Stand der Technik (2) enthalten ist, beseitigen, wodurch Größe und Gewicht verringert werden.
  • 5 ist ein Graph einer Ausführungsform des Ermittelns der Höhe einer Vorladungsspannung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In dem Graph von 5 gibt die X-Achse eine Höhe (Einheit V) einer Spannung an, welche an den ersten FET 32 angelegt werden kann. Die Y-Achse gibt die Höhe (Einheit A) des Einschaltstroms an, welcher von der Hochvoltbatterie B zur Leistungsrelais-Einrichtung 10 gemäß der angelegten Spannung fließt.
  • Wie in 5 gezeigt, kann, wenn der erste FET 32 auf eine Einschaltspannung (15V) zum Einschalten gesetzt wird, ein sehr hoher Einschaltstrom von bis zu 1000A auftreten. Wenn solch ein hoher Einschaltstrom bei dem wiederholten Einschalt- oder Ausschaltvorgang des ersten Relais 11 und des zweiten Relais 12 auftritt, kann die Belastung, welche auf den Prozessor oder andere Bauteile in der Steuereinrichtung 40 wirken, Haltbarkeitsprobleme verursachen. Daher steuert die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 den ersten FET 32 durch eine Vorladungsspannung (z.B. 3V bis 5V) mit einer Höhe, welche kleiner als die Einschaltspannung ist, an.
  • Indessen kann die Höhe der Vorladungsspannung variieren. Die Höhe der Vorladungsspannung sollte dazu geeignet sein, die Komponenten und Bauteile vor dem Einschaltstrom zu schützen, und sollte den DC-Kondensator 20 innerhalb einer geeignete Zeit aufladen. Daher kann die Höhe der Vorladungsspannung entsprechend den Eigenschaften der Komponenten und Bauteile, welche in dem Leistungsrelais-Einrichtung 10 vorgesehen sind, und der Kapazität des DC-Kondensators 20 verändert werden.
  • Wenn die Vorladungsspannung auf innerhalb von ungefähr 0V bis 3V gesetzt wird, dann wird die Höhe des Einschaltstroms verringert, jedoch kann die Ladezeit des DC-Kondensators 20 verzögert sein. Wenn die Vorladungsspannung auf innerhalb von ungefähr 5V bis 15V gesetzt wird, dann kann die Höhe des Einschaltstroms allmählich steigen und eine Beschädigung der Komponenten und Bauteile, welche in dem Leistungsrelais-Einrichtung 10 vorgesehen sind, kann anfallen (z.B. sich mit der Zeit anhäufen) und die Beschädigung kann auf eine Last übertragen werden. Die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 kann daher die Vorladungsspannung auf innerhalb von ungefähr 3V bis 5V setzen und eine Vorladungsspannung an den ersten FET 32 während des Vorladungsvorgangs anlegen.
  • 6A und 6B sind Ansichten zum Beschreiben des Betriebs der Leistungsrelais-Einrichtung, welche im Entladen-Zustand der Batterie arbeitet. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, treten ein Funken oder Lichtbogen, auch wenn das erste Relais 11 ausgeschaltet wird, nicht auf, wenn der DC-Kondensator 20 aufgrund des Vorladungsvorgangs geladen ist. Nach der Vorladung kann die Batterie B dazu eingerichtet werden, die geladene Energie an die Last zu liefern. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, wenn die Batterie B entladen wird, eine Einschaltspannung (z.B. 15V) an den ersten FET 32 anzulegen und den ersten FET 32 einzuschalten. Wie in 6A gezeigt, fließt der Strom mittels der Batterie B durch die interne(n) Diode(n)/Transistor(en) des ersten FET 32 und des zweiten FET 33 zur Last. Beide Anschlüsse des ersten Relais 11 haben dasselbe Potential aufgrund der freien Ladung. Mit anderen Worten tritt ein Funken oder Lichtbogen nicht auf, sogar falls das erste Relais 11 ausgeschaltet wird, wie in 6B gezeigt ist.
  • 7A und 7B sind Ansichten zum Beschreiben des Betriebs der Leistungsrelais-Einrichtung, welche im Aufladen-Zustand der Batterie arbeitet. Nach der Vorladung kann die Batterie B mit Energie versorgt werden. Wenn die Batterie B geladen wird, kann mit anderen Worten die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, eine Einschaltspannung (zum Beispiel ungefähr 15V) an den zweiten FET 33 anzulegen und den zweiten FET 33 einzuschalten. Wie in 7A gezeigt, fließt Strom in Richtung zur Batterie B durch die interne(n) Diode(n)/Transistor(en) des ersten FET 32 und des zweiten FET 33. Beide Anschlüsse des ersten Relais 11 haben dasselbe Potential aufgrund der Vorladung. Mit anderen Worten wird kein Funken oder Lichtbogen erzeugt, sogar falls das erste Relais 11 ausgeschaltet wird, wie in 7B gezeigt ist.
  • 8 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Betriebs der Spannungssteuerungsschaltung. Bezugnehmend auf 8 kann die in der offenbarten Leistungsrelais-Einrichtung 10 enthaltene Spannungssteuerungsschaltung 60 einen DC-DC-Wandler 61, welcher dazu eingerichtet ist, eine Spannung umzuwandeln, einen Treiber 64, welcher dazu eingerichtet ist, mindestens zwei Halbleiterelement 62, 63 sowie den ersten FET 32 zu (be-)treiben, und einen Operationsverstärker (nachfolgend auch kurz: OP-AMP) 65, 66, welcher dazu eingerichtet ist, die Einschaltspannung und die Vorladungsspannung, welche vom DC-DC-Wandler 61 übertragen werden, zu erfassen, diese zu vergleichen und diese zu ermitteln, aufweisen.
  • Insbesondere ist der DC-DC-Wandler 61 ausreichend, falls dieser ein allgemeiner DC-DC-Wandler, wie in 8 (siehe Box rechts des DC-DC-Wandlers 61) gezeigt, ist. Der DC-DC-Wandler 61 kann dazu eingerichtet sein, die Spannung, welche von der Batterie B anhand der Steuereinrichtung 40 geliefert werden kann, auf die Höhe der Einschaltspannung oder auf die Höhe der Vorladungsspannung zu verändern. Wie vorstehend beschrieben, kann die Höhe der Einschaltspannung 15V betragen oder kann die Höhe der Vorladungsspannung auf ungefähr 3 bis 5V gesetzt sein, wobei diese nicht hierauf beschränkt sind und verschiedenartig verändert werden können.
  • Die Höhe der in dem DC-DC-Wandler 61 geänderten Spannung kann durch die Operationsverstärker (OP-AMPs) 65 und 66 erfasst werden, und die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, basierend auf dem Erfassungsergebnis zu ermitteln, ob die Höhe der Spannung normal ist. Wenn ein Vorladungsvorgang gemäß einem vom BMS 50 aus empfangenen Steuerbefehl durchgeführt wird, kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, eine Vorladungsspannung durch den Treiber 64 an den ersten FET 32 anzulegen. Außerdem kann, wenn die vorstehend beschriebenen Vorgänge in 6A bis 7B durchgeführt werden, die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, die Einschaltspannung durch den Treiber 64 an den ersten FET 32 anzulegen. Die Steuereinrichtung 40 kann mit anderen Worten dazu eingerichtet sein, eine Spannungssteuerung zwischen Gate-Source oder Drain-Source des ersten FET 32 mit einer Vorladungsspannung oder einer Einschaltspannung mittels mindestens zwei Halbleiterelementen 62 und 63 durchzuführen. Es versteht sich, dass die Spannungssteuerungsschaltung in analoger Weise auch für den zweiten FET 33 vorgesehen sein kann oder der zweite FET 33 in ähnlicher Weise durch dieselbe Spannungssteuerungsschaltung (beispielsweise insbesondere denselben durch die Steuereinrichtung gesteuerten Treiber) gesteuert werden kann.
  • 9 und 10 sind Flussdiagramme eines Steuerungsverfahrens einer Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Bezugnehmend zunächst auf 9 kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, zu ermitteln, ob der Kommunikationszustand mit dem BMS 50 abnorm ist (100). Als Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Kommunikationszustand nicht normal ist (Nein in 100), wird das Steuerungsverfahren gemäß dem Flussdiagramm von 10 ausgeführt (A). Falls der Kommunikationszustand normal ist (Ja in 100), dann kann die Steuereinrichtung 40 für diesen Fall dazu eingerichtet sein, zu ermitteln, ob der DC-DC-Wandler 61 auf normale Weise arbeitet (110). Die Steuereinrichtung 40 kann als Reaktion auf das Ermitteln, dass der DC-DC-Wandler61 abnorm arbeitet (Nein in 110), dazu eingerichtet sein, eine Anfrage zum Zusammenarbeiten für eine Ausfallsicherung an das BMS 50 andere eine andere ECU in dem Fahrzeug 1 zu senden (111).
  • Die Steuereinrichtung 40 kann als Reaktion auf das Ermitteln, dass der DC-DC-Wandler 61 auf normale Weise arbeitet (Ja in 110), dazu eingerichtet sein, ein Steuersignal vom BMS 50 zu empfangen (112). Der Ein-/Ausschaltvorgang der Leistungsrelais-Einrichtung (PRA - abgleitet vom Englischen „Power Relay Assembly“) 10 der Steuereinrichtung 40 kann basierend auf dem Steuersignal des BMS 50 durchgeführt werden (120, 130). Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, das zweite Relais 12 basierend auf dem Ein-Signal, welches durch das BMS 50 übertragen wird, einzuschalten (121). Dann legt die Steuereinrichtung 40 eine Vorladung an den ersten FET 32 an (122).
  • Wie vorstehend beschrieben, ist die Vorladungsspannung eine Spannung mit einer Höhe, welche kleiner als die Einschaltspannung ist. Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, das erste Relais 11 einzuschalten (123) und den ersten FET 32 auszuschalten (124). Hierdurch kann die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 das Auftreten eines Funkens oder Lichtbogens unterbinden, auch wenn der erste FET 32 ausgeschaltet wird.
  • Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, den ersten FET 32 und den zweiten FET 33 basierend auf dem Aus-Signal, welches durch das BMS 50 übertragen wird, einzuschalten (131). Insbesondere kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, den ersten FET 32 und den zweiten FET 33 einzuschalten, indem die Einschaltspannung durch die Spannungssteuerungsschaltung 60 an den ersten FET 32 und den zweiten FET 33 angelegt wird. Hierdurch kann die offenbarte Leistungsrelais-Einrichtung 10 das Auftreten eines Funkens oder Lichtbogens unterbinden, auch wenn der erste FET 32 ausgeschaltet wird. Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, das erste Relais 11 auszuschalten (132). Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, danach den ersten FET 32 und den zweiten FET 33 auszuschalten (133) und das zweite Relais 12 auszuschalten (134).
  • Bezugnehmend auf 10 kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, das PWM-Signal von dem BMS 50 auf Grundlage der Kommunikationsabnormität direkt zu empfangen (200). Nach dem Messen des PWM-Signals, welches von dem BMS 50 kommend empfangen wird, kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, das Steuern des Einschalt- oder Ausschaltvorgangs der PRA basierend auf dem gemessenen PWM-Tastgrad oder -Periode zu starten (210, 220). Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, zu ermitteln, ob die Leistungsrelais-Einrichtung (PRA) 10 während der Durchführung des Einschalt- oder Ausschaltvorgangs der PRA, welche vorstehend in 9 beschrieben wurde, versagt hat (z.B. eine Fehlfunktion hat(te)) (211, 212).
  • Falls während des Einschaltvorgangs der PRA die Leistungsrelais-Einrichtung (PRA) 10 ermittelt wird, dass ein Fehlschlag/Versagen vorliegt (Ja in 211), kann die PWM-Signalausgabe ausgeschaltet werden (230). Mit anderen Worten führt die Steuereinrichtung 40 einen zusätzlichen Einschaltvorgang der PRA nicht durch, falls ermittelt wird, dass die Leistungsrelais-Einrichtung (PRA) 10 versagt hat. Falls die Leistungsrelais-Einrichtung (PRA) 10 nicht versagt hat (z.B. auf normale Weise arbeitet) (Nein in 211), dann kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, eine Durchführung des Einschaltvorgangs der PRA fortzusetzen (212).
  • Falls hingegen während des Ausschaltvorgangs der PRA ermittelt wird, dass die Leistungsrelais-Einrichtung (PRA, 10) versagt hat (z.B. als Reaktion auf ein Ermitteln eines Fehlers/einer Fehlfunktion der PRA) (Ja in 212), kann die PWM-Signalausgabe ausgeschaltet werden (230). Mit anderen Worten führt die Steuereinrichtung 40 einen zusätzlichen Ausschaltvorgang der PRA nicht durch, falls ermittelt wird, dass die Leistungsrelais-Einrichtung (PRA) 10 versagt hat. Falls die Leistungsrelais-Einrichtung (PRA, 10) nicht versagt hat (z.B. auf normale Weise arbeitet) (Nein in 221), dann kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, eine Durchführung des Ausschaltvorgangs der PRA fortzusetzen (212).
  • Eine Leistungsrelais-Einrichtung gemäß dem offenbarten Aspekt, ein Fahrzeug mit dieser und ein Steuerungsverfahren einer Leistungsrelais-Einrichtung können mit mindestens zwei Halbleiterschaltelementen bereitgestellt sein, wodurch Gewicht und Größe im Vergleich zu einem konventionellen Gasbeladungsrelais verringert werden. Eine Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einem weiteren Aspekt, ein Fahrzeug mit dieser und ein Steuerungsverfahren einer Leistungsrelais-Einrichtung können die Lebensdauer und Haltbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik verbessern, indem bei Relais-Einschaltung/-Ausschaltung erzeugte Funken beseitigt werden.
  • Eine Leistungsrelais-Einrichtung gemäß einem weiteren Aspekt, ein Fahrzeug mit dieser und ein Steuerungsverfahren einer Leistungsrelais-Einrichtung können einen Ausfallsicherungsvorgang durch eine elektronische Steuereinheit, welche dazu imstande ist, mit einem Batteriemanagementsystem (BMS), das eine Batterie verwaltet, zu kommunizieren, durchführen.

Claims (20)

  1. Leistungsrelais-Einrichtung (10), aufweisend: ein erstes Relais (11), welches mit einem positiven Anschluss (B+) einer Batterie (B) verbunden ist, ein zweites Relais (12), welches mit einem negativen Anschluss (B-) der Batterie (B) verbunden ist und mit dem ersten Relais (11) über einen Gleichstrom-(DC-)Kondensator (20) verbunden ist, einen ersten Schalter (32), welcher parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet ist, einen zweiten Schalter (33), welcher parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet ist und in Reihe mit dem ersten Schalter (32) geschaltet ist, und eine Spannungssteuerungsschaltung (60), welche dazu eingerichtet ist, eine Spannung des ersten Schalters (32) mittels einer ersten Spannung einzustellen oder eine Spannung des ersten Schalters (32) mit einer zweiten Spannung, welche kleiner als die Höhe der ersten Spannung ist, einzustellen.
  2. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Spannungssteuerungsschaltung (60) einen DC-DC-Wandler (61) und mindestens zwei Halbleiterelemente (62, 63) aufweist und dazu eingerichtet ist, den ersten Schalter (32) auf Grundlage der zweiten Spannung zu steuern, um den DC-Kondensator 820) aufzuladen.
  3. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach Anspruch 2, ferner aufweisend: eine Sender-Empfänger-Einrichtung (45), welche dazu eingerichtet ist, mit einem Batteriemanagementsystem BMS (50), welches die Batterie (B) steuert, zu kommunizieren, und eine Steuereinrichtung (40), welche dazu eingerichtet ist, die Spannungssteuerungsschaltung (60) basierend auf einem Ein-Signal oder einem Aus-Signal des BMS (50) zu steuern.
  4. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die Ausgangspannung des DC-DC-Wandlers (61) zu sammeln und auf Grundlage der gesammelten Spannung zu ermitteln, ob der DC-DC-Wandler (61) normal ist.
  5. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, das zweite Relais (12) basierend auf dem Ein-Signal des BMS (50) einzuschalten, die Leistungssteuerungsschaltung (60) so zu betreiben, dass die zweite Spannung an den ersten Schalter (32) angelegt wird, und den ersten Schalter (32) auszuschalten, nachdem das erste Relais (11) eingeschaltet wurde.
  6. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die Leistungssteuerungsschaltung (60) basierend auf dem Aus-Signal des BMS so zu betreiben, dass die erste Spannung an den ersten Schalter (32) und den zweiten Schalter (33) angelegt wird, den ersten Schalter (32) und den zweiten Schalter (33) auszuschalten, nachdem das erste Relais (11) ausgeschaltet wurde, und das zweite Relais (12) auszuschalten.
  7. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, ferner aufweisend: einen Stromsensor (14), welcher zwischen der Batterie (B) und dem ersten Relais (11) angeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Erfassungswert des Stromsensors (14) zu ermitteln, ob ein Normalbetrieb durchgeführt wird, und das Ermittlungsergebnis über die Sender-Empfänger-Einrichtung (45) an das BMS (50) zu übertragen.
  8. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Höhe der zweiten Spannung basierend auf Bauteileigenschaften des ersten Schalters (32) und des zweiten Schalters (33) oder der Aufladezeit des DC-Kondensators (20) bestimmt ist.
  9. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 8, insofern auf Anspruch 3 rückbezogen, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, zu ermitteln, ob die Sender-Empfänger-Einrichtung (45) normal ist, ein Pulsbreitenmodulation-(PWM)-Signal vom BMS (50) als Reaktion auf das Ermitteln eines Fehlers der Sender-Empfänger-Einrichtung (45) zu empfangen und die Spannungssteuerungsschaltung (60) auf Grundlage des empfangenen PWM-Signals zu betreiben.
  10. Leistungsrelais-Einrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die Leistungsrelais-Einrichtung (10) basierend auf dem PWM-Signal einzuschalten oder auszuschalten, einen Fehler der Leistungsrelais-Einrichtung (10) zu diagnostizieren und das PWM-Signal basierend auf dem Diagnoseergebnis auszuschalten.
  11. Fahrzeug, aufweisend: einen Elektromotor, eine Batterie (B), welche dazu eingerichtet ist, den Elektromotor zu betreiben, und eine Leistungsrelais-Einrichtung (10), welche dazu eingerichtet ist, die Batterie (B) und den Elektromotor zu verbinden, wobei die Leistungsrelais-Einrichtung (10) aufweist: ein erstes Relais (11), welches mit einem positiven Anschluss (B+) der Batterie (B) verbunden ist, ein zweites Relais (12), welches mit einem negativen Anschluss (B-) der Batterie (B) verbunden ist und mit dem ersten Relais (11) über einen Gleichstrom-(DC-)Kondensator (20) verbunden ist, einen ersten Schalter (32), welcher parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet ist, einen zweiten Schalter (33), welcher parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet ist und in Reihe mit dem ersten Schalter (32) geschaltet ist, und eine Spannungssteuerungsschaltung (60), welche dazu eingerichtet ist, eine Spannung des ersten Schalters (32) mittels einer ersten Spannung einzustellen oder eine Spannung des ersten Schalters (32) mit einer zweiten Spannung, welche kleiner als die Höhe der ersten Spannung ist, einzustellen.
  12. Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Spannungssteuerungsschaltung (60) einen DC-DC-Wandler (61) und mindestens zwei Halbleiterelemente (62, 63) aufweist und dazu eingerichtet ist, den ersten Schalter (32) auf Grundlage der zweiten Spannung zu steuern, um den DC-Kondensator 820) aufzuladen.
  13. Fahrzeug nach Anspruch 12, ferner aufweisend: ein Batteriemanagementsystem BMS (50), welches dazu eingerichtet ist, die Batterie (B) zu steuern, wobei die Leistungsrelais-Einrichtung (10) aufweist: eine Sender-Empfänger-Einrichtung (45), welche dazu eingerichtet ist, mit dem BMS (50) zu kommunizieren, und eine Steuereinrichtung (40), welche dazu eingerichtet ist, die Spannungssteuerungsschaltung (60) basierend auf einem Ein-Signal oder einem Aus-Signal des BMS (50) zu steuern.
  14. Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die Ausgangspannung des DC-DC-Wandlers (61) zu sammeln und auf Grundlage der gesammelten Spannung zu ermitteln, ob der DC-DC-Wandler (61) normal ist.
  15. Fahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, das zweite Relais (12) basierend auf dem Ein-Signal des BMS (50) einzuschalten, die Leistungssteuerungsschaltung (60) so zu betreiben, dass die zweite Spannung an den ersten Schalter (32) angelegt wird, und den ersten Schalter (32) auszuschalten, nachdem das erste Relais (11) eingeschaltet wurde.
  16. Fahrzeug nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die Leistungssteuerungsschaltung (60) basierend auf dem Aus-Signal des BMS so zu betreiben, dass die erste Spannung an den ersten Schalter (32) und den zweiten Schalter (33) angelegt wird, den ersten Schalter (32) und den zweiten Schalter (33) auszuschalten, nachdem das erste Relais (11) ausgeschaltet wurde, und das zweite Relais (12) auszuschalten.
  17. Fahrzeug nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 16, ferner aufweisend: einen Stromsensor (14), welcher zwischen der Batterie (B) und dem ersten Relais (11) angeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Erfassungswert des Stromsensors (14) zu ermitteln, ob ein Normalbetrieb durchgeführt wird, und das Ermittlungsergebnis über die Sender-Empfänger-Einrichtung (45) an das BMS (50) zu übertragen.
  18. Fahrzeug nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Höhe der zweiten Spannung basierend auf Bauteileigenschaften des ersten Schalters (32) und des zweiten Schalters (33) oder der Aufladezeit des DC-Kondensators (20) bestimmt ist.
  19. Fahrzeug nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 18, insofern auf Anspruch 13 rückbezogen, wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, zu ermitteln, ob die Sender-Empfänger-Einrichtung (45) normal ist, ein Pulsbreitenmodulation-(PWM)-Signal vom BMS (50) als Reaktion auf das Ermitteln eines Fehlers der Sender-Empfänger-Einrichtung (45) zu empfangen und die Spannungssteuerungsschaltung (60) auf Grundlage des empfangenen PWM-Signals zu betreiben.
  20. Steuerungsverfahren einer Leistungsrelais-Einrichtung (10), welche aufweist ein erstes Relais (11), welches mit einem positiven Anschluss (B+) einer Batterie (B) verbunden ist, ein zweites Relais (12), welches mit einem negativen Anschluss (B-) der Batterie (B) verbunden ist und mit dem ersten Relais (11) über einen Gleichstrom-(DC-)Kondensator (20) verbunden ist, einen ersten Schalter (32), welcher parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet ist, einen zweiten Schalter (33), welcher parallel zu dem ersten Relais (11) geschaltet ist und in Reihe mit dem ersten Schalter (32) geschaltet ist, wobei das Steuerungsverfahren aufweist: Empfangen, durch eine Steuereinrichtung (40), eines Steuersignals von einem BMS (50), welches dazu eingerichtet ist, die Batterie (B) zu steuern, und Einstellen der Spannung des ersten Schalters (32) mittels einer ersten Spannung basierend auf dem Steuersignal des BMS (50) oder Einstellen der Spannung des ersten Schalters (32) mittels einer zweiten Spannung, welche kleiner als die Höhe der ersten Spannung ist.
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