WO2018041452A1 - Trennvorrichtung - Google Patents

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WO2018041452A1
WO2018041452A1 PCT/EP2017/067225 EP2017067225W WO2018041452A1 WO 2018041452 A1 WO2018041452 A1 WO 2018041452A1 EP 2017067225 W EP2017067225 W EP 2017067225W WO 2018041452 A1 WO2018041452 A1 WO 2018041452A1
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switch
output
input
shift register
voltage
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PCT/EP2017/067225
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Inventor
Dirk BÖSCHE
Ernst-Dieter Wilkening
Original Assignee
Ellenberger & Poensgen Gmbh
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Priority to CA3034954A priority patent/CA3034954C/en
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a disconnecting device for power interruption, with a switch.
  • the separating device is preferably a component of a circuit breaker.
  • the invention further relates to a circuit breaker and a method for operating a separator.
  • Photovoltaic systems usually have a number of photovoltaic modules, which are electrically connected in series or parallel to each other.
  • the combination of the photovoltaic modules themselves is contacted by means of a power line with an inverter, by means of which the electrical energy provided by the photovoltaic modules is fed into a supply network, which usually has an alternating current.
  • a direct current is conducted in the power line in principle.
  • normally circuit breakers are used by means of which damage to the converter or burnup of the photovoltaic modules due to an existing electrical current flow is prevented.
  • electrical currents are switched with a current of several 10 amps, which due to a suitable interconnection within the photovoltaic module at the contacts an electrical voltage of several 100 volts is applied.
  • circuit breakers for DC interruption are vehicles, such as aircraft or motor vehicles.
  • motor vehicles which are driven by means of an electric motor usually have a high-voltage vehicle electrical system comprising a high-voltage battery.
  • the high-voltage battery is an electrical voltage between 400 and 500 volts and a current of up to several 100 amps provided.
  • the fastest possible disconnection of the high-voltage vehicle electrical system is required for safety reasons.
  • the lowest possible switching time is required. This is also to be ensured in the case of an accident of the motor vehicle and a short circuit caused thereby within the electric motor or converter.
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable separation device for power interruption and a particularly suitable circuit breaker and a particularly suitable method for operating a separation device, in particular increases security and preferably manufacturing costs are reduced.
  • the separator serves the power interruption. Consequently, an electrical current is switched by means of the separator, which is for example a direct current or an alternating current.
  • the separation device provided and suitable to interrupt a direct current. If an alternating current is switched by means of the separating device, this has, for example, a frequency greater than 500 Hz, 800 Hz or 900 Hz. Conveniently, the frequency is greater than or equal to 1 kHz, 1, 5 kHz, 2 kHz, 5 kHz or 10 kHz. In particular, the frequency is less than or equal to 10 MHz, 5 MHz or 1 MHz.
  • the separation device is suitable, preferably provided and adapted to carry a rated current that is greater than or equal to 100 A, 300 A, 500 A or 800 A.
  • the maximum switchable by means of the separator electrical current of the rated current is 2 kA, 3 kA or 5 kA.
  • the separation device is provided for a rated current of 1 kA and set up, for example, deviations of +/- 10%, +/- 5% or +/- 2% are provided.
  • the separation device is suitable, in particular provided and arranged to carry a short-circuit current, in particular for a comparatively short period of time of up to 10 kA, 12 kA, 17 kA, 20 kA, 22 kA, 25 kA or 30 kA.
  • the maximum portable short-circuit current is between 15 kA and 20 kA.
  • portable current is meant, in particular, that electric current which can be conducted by means of the separating device, without this causing any damage.
  • the disconnecting device is suitable, in particular provided and arranged, to disconnect or switch an electrical voltage that is greater than or equal to 100 V, 200 V, 300 V, 400 V or 500 V.
  • the maximum electrical voltage to be switched is 1 .100 V, 1 .000 V, 900 V or 800 V, in particular if the electric current is an alternating current. If the electrical current is a direct current, the maximum electrical voltage to be switched is suitably less than or equal to 2,000 V, 1 .800 V, 1,500 V, 1 .200 V or 1 .000 V.
  • the separator is used in the field of e-mobility.
  • an electrical system of a vehicle motor vehicle is switched by means of the separation device, which is in particular a high-voltage electrical system.
  • an electrical system of an aircraft is switched by means of the separator.
  • Another alternative of the application is in the field of one Photovoltaic system.
  • an electrical separation of a photovoltaic module is made possible by a converter.
  • an intermediate circuit of an inverter is connected by means of the separating device, wherein the inverter, for example, a part of a
  • Photovoltaic system is.
  • the inverter is a component of an industrial plant.
  • a current supply of a robot of the industrial plant is controlled.
  • a DC link is connected by means of the separating device, with which a number of robots are electrically contacted.
  • the separator is used in another area of the industrial plant or other area of automation. Conveniently, the separator is used to switch an inductive load.
  • the separating device has a switch, which carries in the closed state the guided by means of the separating device electrical current.
  • an electric current flows between two terminals of the switch.
  • the electrical switch is for example a mechanical switch, which is expediently electrically actuated.
  • the mechanical switch is a relay and in particular has a moving contact.
  • the closed state of the moving contact is in particular mechanically directly to another contact, which is for example also a moving contact or alternatively a fixed contact.
  • the switch is a semiconductor switch, in particular a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • the semiconductor switch is a MOSFET or an IG BT.
  • a voltage limiter is connected.
  • the voltage limiter preferably has two terminals, one of which is assigned to one of the terminals of the switch.
  • the voltage limiter has a number of strings connected in parallel with each other, wherein each string is suitably connected in parallel with the switch.
  • Each of the strands has a resistance, and at least one of the strands includes Switching element, which is connected in series with the resistance of the strand. In other words, this strand has the resistor and the switching element, wherein the switching element and the resistor are connected in series. This series connection is connected in parallel with the switch.
  • the resistances of the strands are expediently ohmic resistors and preferably have a resistance of at least 1 mOhm, 5 mOhm, 10 mOhm, 50 mOhm, 100 mOhm, 500 mOhm, 1 Ohm, 2 Ohm, 5 Ohm, 10 Ohm, 20 Ohm, 50 Ohm , 100 ohms, 200 ohms, 500 ohms, 1 kohms, 2 kohms, 5 kohms or 10 kohms.
  • the resistance is preferably less than or equal to 1 kOhm, 500 ohms or 100 ohms.
  • the voltage limiter comprises 2 strands, 3 strands or 5 strands.
  • the number of strands is greater than or equal to 2 strands, 3 strands or 4 strands.
  • the number of strands is less than or equal to 20 strands or 10 strands.
  • the switching element By means of the switching element, it is possible to prevent a current flow in the strand having the switching element and thus to adjust the electrical resistance of the voltage limiter. As a result, the voltage across the switch can be adjusted by means of the voltage limiter, which increases safety. Also, the separator can be used for different requirements.
  • the switching element is actuated in response to a voltage across the switch and / or a switching request to the switch.
  • the switching element is placed in an electrically conductive state when the switch is placed in an electrically non-conductive state.
  • the switching element is placed in the electrically conductive state a period of time prior to actuation of the switch.
  • an electrical current flows through both the switch and each of the strings of the voltage limiter. Due to the resistances of the strands, the electrical current flowing through the voltage limiter is comparatively small, at least in comparison with the electrical current flowing across the switch, since the switch has a comparatively small current has ohmic resistance.
  • the electric current fully commutates to the voltage limiter.
  • the electric current flow continues, wherein due to the resistances an electrical voltage is applied to the separating device. Due to the parallel connection of the strands, the electrical voltage is comparatively low. Because of the switching element, it is possible to separate the strand having the switching element, which is why the electric current commutes completely to the one or more strands of the voltage limiter, so that the resistance of the voltage limiter is increased.
  • the electrical resistance of the voltage limiter can be adjusted, so that an electrical voltage across the disconnecting device can be adjusted when the switch is actuated.
  • a scalability of the separation device is given, so that it can be adapted to a wide variety of electrical voltages and / or electrical currents. Consequently, an area of use of the separator is increased.
  • the voltage across the switch is limited.
  • the electrical voltage is preferably limited such that formation of an arc is prevented, provided that the switch is a mechanical switch.
  • the switch is a semiconductor switch, the formation of a voltage applied to this breakdown voltage is prevented, which could lead to destruction of the semiconductor switch. As a result, security is increased. Also, the separation device can be realized by means of a comparatively small number of cost-effective electrical components, which reduces manufacturing costs.
  • the switching element is in particular a semiconductor switching element, for example a transistor, such as a field effect transistor, in particular a MOSFET.
  • the switching element is a field effect transistor, a junction field effect transistor (JFET) or a MOSFET. Because the electrical voltages are divided on the strands, is applied to the switching element to a reduced electrical voltage compared to the switch, which is why a comparatively inexpensive switching element can be used. If the switch of the separator is closed, the separator is in an electrically conductive state.
  • guided electric current due to the resistance of the strand is comparatively small, so that a power loss is relatively low, which is due to the choice of the switching element as a semiconductor switching element.
  • each strand has such a switching element.
  • the switching elements of the strands are identical, for example.
  • the switching elements are adapted to the resistance of the respective strand.
  • Each strand has in summary both the resistance and the switching element, which are connected in series with each other. Due to the switching elements, a scalability of the separating device is thus increased, so that the electrical resistance of the separating device and consequently the electrical voltage applied to the switch can be adjusted by means of the switching elements.
  • the strands are identical. In other words, all the resistors have the same ohmic resistance, and all the switching elements are of the same type. At least, however, the strands are the same circuit.
  • each strand comprises the same type of electrical and / or electronic components, but the respective specifications may be different.
  • the electrical and / or electronic components are in this case interconnected in the same way.
  • the strands have resistors with different ohmic resistances. If the separating device has a number of strands, in this case the values of the ohmic resistance are preferably increased by a particular constant multiple in each case.
  • the multiple is in particular an integer multiple and, for example, two or three.
  • each one of the strands thus has an ohmic resistance of 20 ohms, 40 ohms, 80 ohms, ... or 20 ohms, 60 ohms, 180 ohms, ..., provided that the smallest resistance in each case has a resistance of 20 ohms having.
  • a comparatively precise adjustment of the electrical voltage across the switch is made possible.
  • manufacturing costs are reduced due to the use of identical parts.
  • the voltage limiter preferably has a shift register which has a first and a second output.
  • the second output is preferably located directly next to the first output.
  • the first output is preferably first driven and then the second output.
  • the second output is controlled exactly when the control of the first output is completed. Thus, when the shift register is driven, driving of the first output is stopped and that of the second output is taken.
  • each switching element has a control input, by means of which a switching position of the switching element can be influenced.
  • the switching element is suitably electrically conductive if a signal is applied to the control input, that is, if it is controlled.
  • the control input of one of the switching elements is guided against the first output of the shift register, in particular directly.
  • the control input of this switching element is electrically directly or signal-technically contacted directly with the first output of the shift register. advantage.
  • the control input of this switching element is guided against a first input of an OR logic switch.
  • a second input of the OR logic switch is guided against the second output of the shift register, in particular directly.
  • the OR logic switch also has an output which is guided against the control input of one of the further switching elements. If a level is present at one of the inputs of the OR logic switch, a level is preferably also applied to the output of the OR logic switch. Consequently, the OR logic switch is active if an active signal is applied to one of the two inputs. Only if there is no active signal (level) at either the first or the second input is the output of the OR logic switch also not active.
  • the OR logic switch is in particular an OR gate. If a signal is thus present at the first output by means of the shift register, the switching element which is coupled to the first output is activated.
  • the other switching element is activated because a signal is applied to the first input of the OR logic switch. Consequently, at least two switching elements of the voltage limiter are connected, which is why at least two of the strings of the voltage limiter are electrically conductive. As a result, the voltage drop across the switch is relatively low.
  • the shift register preferably also has further outputs, for example a third, fourth, fifth ... output. In particular, the number of these outputs is equal to the number of strands.
  • the control input of each of the switching elements is guided against the output of an OR logic switch, whose one input is guided against the control input of a further switching element and whose second input is guided against one of the outputs of the shift register.
  • the first output of the shift register corresponds in particular to a channel 1, and the second output corresponds in particular to a channel 2.
  • a start output of the shift register is free.
  • the start output corresponds in particular to a channel 0 and is located in front of the first output.
  • the first output is between the start output and the second output.
  • the start output is not busy and there is no electrical or electronic component connected to it. Consequently, the starting output is electrically loose and no further or electronic component is electrically contacted with it. Consequently, in the normal state, the switching elements are in the electrically non-conductive state, and the electrical resistance of the voltage limiter is comparatively large. Therefore, in the event of a malfunction of the shift register or other components of the voltage register, an unwanted electric current flow via the voltage limiter is essentially ruled out. sen, even if the electrical voltage across the switch is comparatively large.
  • the shift register expediently comprises a reset input. By activating the reset input, the shift register is brought to a defined state. In particular, the start output of the shift register is activated if a signal is present at the reset input. Conveniently, an end output of the shift register is guided against the reset input.
  • the final output of the shift register is, in particular, that output of the shift register which is located directly next to an output of the shift register, which is routed to an OR logic switch. If therefore only the first or second input of the OR logic switch is occupied, that is, if only two switching elements are controlled by means of the shift register, the final output corresponds to the third output.
  • the final output of the shift register is driven, and the shift register is consequently restored to the original state.
  • the starting output of the shift register is expediently free, so that it is controlled in time to the end output.
  • a diode is connected between the final output and the reset input, which avoids damaging the shift register.
  • the final output is the last occupied channel of the shift register.
  • a voltage supply source is fed against the reset input of the shift register, for example via a capacitor.
  • the power source itself is a capacitor, for example.
  • the capacitor is connected to the switch in such a way that when the switch is opened, an electrical voltage generated via the switch serves to supply the voltage supply source.
  • the switch is a mechanical switch, and a possibly resulting arc voltage is used to power the Power supply source. Consequently, if the power supply source is activated, the shift register is transferred to a certain defined state, so that it is ready for operation.
  • the shift register comprises a time input.
  • the outputs of the shift register are successively controlled through.
  • the control of the outputs is changed so that they are incremented each time.
  • the time input of the shift register is operatively connected to a control input of the switch.
  • the operative connection is such that a driving of the outputs of the shift register is also possible if no signal is present at the control input of the switch.
  • the switch is in an electrically conductive state when a signal is applied to the control input of the switch. As a result, the shift register is activated when the switch is opened. In this way, unintentional activation of the shift register is substantially eliminated, which increases security.
  • the voltage limiter comprises a timer.
  • the timer is operatively connected to the time input of the shift register. Consequently, the shift register is actuated by means of the timer, wherein by means of the timer, preferably a specific clock signal is provided, which in particular has a constant period.
  • the timer is directly connected to the time input of the shift register.
  • the control input of the switch is routed against a first input of a logic switch and a time output of the timer against the second input of the logic switch.
  • a control signal is expediently provided periodically at the time output of the timer.
  • the output of the logic switch is in particular directed against the time input of the shift register.
  • the output of the logic switch is at a level when a level is applied to the first input of the logic switch and / or to the second input of the logic switch, the level hereby designating in particular a signal other than zero (0).
  • the control input of the switch is operatively connected to the timer.
  • counting that is to say an output of the clock signal
  • the control input of the switch is connected to a reset terminal of the timer. As long as a signal is applied to the reset terminal of the timer, this is kept in particular in a basic or start state.
  • the shift register is only incremented when the switch of the separator is opened.
  • the logic switch is formed by two NOR gates or includes this, wherein the control input of the switch and the time output of the timer are guided against the two inputs of one of the NOR gates.
  • the output of the NOR gate is split to the two inputs of the other NOR gate whose output is directed against the time input of the shift register.
  • the timer is a NE555.
  • "OUT" is the time output, which is for example directed against the logic switch or directly against the time input of the shift register ..
  • "OUT" is led by means of a diode against the "TRIG” (trigger terminal), which in particular by means of a resistive divider is routed to a terminal of the switch, which in use preferably has an electrical potential different from zero (0).
  • "TRIG” trigger terminal
  • GND GND terminal
  • RESET reset terminal
  • the NE555 is realized as a monostable flip-flop.
  • a series connection of a further resistor and a capacitor is connected in parallel to the switching element. If the voltage limiter has a number of such circuit elements, in particular at least one of the switching elements, the series circuit of the further resistor and the capacity is switched in parallel. Preferably, only one of the switching elements, the series circuit of the further resistor and the capacitor is connected in parallel, so that the voltage limiter has only a single further resistor and a single capacitance. Alternatively, in each case a series connection of a further resistor and a capacitor is connected in parallel to a number of the switching elements, for example to all switching elements, so that the number of further resistors and the number of capacitances respectively correspond to the number of switching elements.
  • the series circuit is preferably connected in parallel to that switching element which is guided against the output of the shift register adjacent to the final output is.
  • the capacity is preferably a capacitor. If the switching element is in the electrically non-conductive state, an RC circuit is formed by means of the resistance of this strand and the further resistor and the capacitance, which receives a possible further flowing electric current. Thus, an electrical current flow through the voltage limiter is always possible, even if the electrical resistance is comparatively large.
  • the further resistance is comparatively large, so that the electric current is led to zero (0), even if a comparatively large inductance is switched by means of the separating device. Due to the strings of the voltage limiter, the flowing electric current is comparatively small, so that the capacitance can be dimensioned comparatively small, which saves manufacturing costs.
  • an additional resistor is connected in parallel with the capacitance. The additional resistance ensures that the capacity is always discharged.
  • the voltage limiter is expediently based on analog technology. In other words, the voltage limiter is created in analog technology. If the voltage limiter consequently has the OR logic switch, the timer, the logic switch and / or the shift register, these are based in particular on analog technology and are manufactured in it. In this way, a robustness is increased. In addition, production costs are reduced.
  • the separation device is particularly preferably used in a circuit breaker. In particular, the separator is used to switch an inductive load, for example, to disconnect it from a power grid.
  • an energy source which is, for example, the power supply source is used for the operation of the separation device. By means of the energy source in particular the shift register, the timer and / or the switching element is energized.
  • the circuit breaker comprises a sensor and a disconnecting device, which are in particular coupled together, for example electrically or by signal technology.
  • the separator comprises a switch and a voltage limiter connected in parallel with the switch and comprising a number of strings connected in parallel with each string having a resistance, and wherein at least one of the strings comprises a switching element connected in series with the resistance of the string is switched.
  • the sensor is for example a voltage or current sensor.
  • the sensor is adapted, in particular provided and arranged to detect an electric current or an electrical voltage.
  • the separating device is expediently actuated as a function of a measured value of the sensor.
  • the separating device is actuated when the electric current or the electrical voltage is greater than or equal to a threshold value.
  • the circuit breaker comprises a control device, such as a microprocessor, by means of which the measured values of the sensor are evaluated and / or the switch is actuated.
  • the circuit breaker is electrically contacted, for example by means of a photovoltaic system or a photovoltaic module and, for example, a component of a photovoltaic system or a photovoltaic power plant.
  • the circuit breaker is a component of a vehicle electrical system.
  • a high-voltage vehicle electrical system which has an electrical voltage greater than 100 volts, 200 volts, 300 volts or 400 volts and, for example, less than
  • the vehicle is for example an aircraft and the electrical system serves, for example, to supply actuators of the aircraft.
  • the vehicle is a motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the circuit breaker is a component of the electrical system, which serves to energize a main drive of the motor vehicle.
  • the circuit breaker is part of an industrial plant and preferably serves to protect a robot, which is energized for example by means of a converter intermediate circuit.
  • the circuit breaker is particularly intended to switch electrical currents greater than or equal to 10 amps, 100 amperes, 200 amps, 300 amps, 500 amps or 600 amps. Conveniently, the maximum switchable with the circuit breaker electrical current is 900 amps, 1 000 ampere,
  • the switchable with the circuit breaker electrical voltage is greater than 10 volts, 50 volts, 100 volts or 200 volts. In particular, the switchable electrical voltage is less than 500 volts, 600 volts, 700 volts or 1, 000 volts.
  • a circuit breaker which has a sensor and a separating device, which are in particular coupled together, for example electrically and / or signal technically.
  • the separator comprises a switch and a voltage limiter connected in parallel with the switch and comprising a number of strings connected in parallel, each string having a resistance, and wherein at least one of the strings comprises a switching element connected in series with the resistor the strand is switched.
  • the sensor is for example a voltage or current sensor.
  • the electrical system is particularly preferably a high-voltage electrical system, by means of which an electric current with a current greater than 10 amps, 20 amperes, 50 amps, 100 amps or 200 amps.
  • the maximum electrical current carried by the high-voltage vehicle electrical system is less than 2,000 amperes, 1,800 amperes, or 1,500 amperes.
  • the electrical voltage of the high-voltage vehicle electrical system is greater than 100 volts, 200 volts, 300 volts or 350 volts. Conveniently, the electrical voltage of the high-voltage vehicle electrical system is less than 1, 000 volts, 800 volts or 600 volts.
  • the circuit breaker is used to protect a supply circuit, such as a DC link, an industrial plant.
  • a supply circuit such as a DC link
  • an inverter comprises the circuit breaker.
  • the circuit breaker is used in an industrial application, for example, to secure a robot.
  • the supply circuit has, for example, an electrical voltage between 500 V and 1000 V, in particular 800 V.
  • the method is for operating a current interruption isolation device, particularly a circuit breaker, having a switch and a voltage limiter connected in parallel with the switch having a number of strings connected in parallel with each string having a resistance and at least one of the strings a switching element connected in series with the resistance of the string.
  • the method provides that after opening the switch, the switching element is closed for a period of time.
  • the switching element for example a second time period, has already been brought into an electrically conductive state before the switch is opened.
  • the switching element is closed when the switch is closed.
  • the switching element is closed at the same time as the opening of the switch. After the expiry of the period, the switching element is opened.
  • the switch when the switch is opened, the electric current flowing across the isolator commutes completely to the voltage limiter, namely to the strings. Due to the parallel connection of the resistors, the electrical resistance is reduced. After the lapse of time, the switching element is opened, which leads to an increase in the electrical resistance of the voltage limiter leads.
  • the method provides that at least one of the switching elements, for example all switching elements, is closed after opening the switch for the period of time.
  • the switching elements are opened successively in time, wherein all switching elements are advantageously closed when opening the switch initially.
  • the time span exists between actuation of the individual switching elements, so that the electrical resistance of the voltage limiter is increased.
  • Fig. 4 is a circuit diagram of the separation device
  • 5 shows a method for operating the separating device.
  • first, second, third component serves in particular only to designate the respective component. In particular, this does not imply the presence of a certain number of components.
  • a motor vehicle 2 with drive wheels 4 and non-driven wheels 6 is shown schematically simplified.
  • the drive wheels 4 are coupled to an electric motor 8, which has a converter, not shown.
  • the power to the converter / electric motor 8 by means of a high-voltage battery 10, by means of which an electrical energy is provided, wherein between the two poles of the high-voltage battery, an electrical voltage of 400 volts is applied.
  • the high-voltage battery 10 is coupled by means of an electrical line 1 2 with the inverter / electric motor 8, wherein by means of the electric line 1 2, an electric current flow of up to 1, 000 amps is performed.
  • the high-voltage battery 10, the electric line 1 2 and the inverter / electric motor 8 are components of a high-voltage vehicle electrical system 14th
  • this has a circuit breaker 1 6, which triggers in an overcurrent, ie at an electrical current flow exceeding 1 000 ampere, and which is caused for example due to a short circuit within the inverter / electric motor 8, and consequently the High-voltage battery 10 electrically disconnects from the inverter / electric motor 8.
  • the motor vehicle 2 further has a low-voltage on-board electrical system 18 with a low-voltage battery 20, between whose respective electrical poles an electrical voltage of 12 volts or 48 volts is applied.
  • the low-voltage electrical system 18 further comprises a number of actuators 22, by means of which adjusting parts, such as windows or seats, can be electrically adjusted.
  • the circuit breaker 16 is shown schematically simplified in Fig.
  • the separating device 24 includes a separator 24 which is inserted into the electrical line 12.
  • the separating device 24 is signal-wise coupled to a control unit 26 which is signal-coupled with a sensor 28.
  • the sensor 28 is a current sensor, by means of which an electrical current flow prevailing in the electrical line 12 can be measured without contact.
  • the sensor 28 comprises a Hall sensor.
  • the control unit 26 is further coupled to an interface 30, which is connected in the assembled state to a bus system of the motor vehicle 2. By means of the interface 30, it is possible to control the control unit 26. During operation, an overcurrent is detected, for example, by means of the sensor 28, or a specific signal is received via the interface 30. Following this, the separating device 24 is actuated by means of the control unit 26, so that an electric current flow is prevented via the electrical line 12. If this has been done, the state of the separation device 24 is forwarded via the interface 30 to the bus system.
  • the separation device 24 is shown schematically simplified.
  • the separating device 24 has a switch 32 which is introduced into the electrical line 12.
  • the switch comprises an IGBT and has a control input 34, by means of which the switching state of the IGBT can be changed.
  • Parallel to the switch 32 a voltage limiter 36 is connected.
  • the voltage limiter 36 has a number of strings 38 which are connected in parallel with one another and have the same circuit. All strands 38 are connected in parallel with the switch 32.
  • the voltage limiter 36 comprises a timer 40.
  • the timer 40 is a NE555 module, and the timer 40 is an electrical voltage, provided that the switch 32 is in an open position, that is electrically non-conductive.
  • the voltage limiter 36 comprises a shift register 42.
  • the shift register 42 is supplied with specific clocks by means of the timer. Also, the shift register 42 is connected to the control unit. gear 34 of the switch 32 operatively connected. By means of the shift register 42, the strands 38 are controlled.
  • the voltage limiter 36 is based on analog technology. In other words, both the strands 38 and the timer 40 and the shift register 42 are designed as analog components.
  • FIG. 4 shows a comparatively detailed circuit diagram of the separation device 36, with the strands 38 connected in parallel with the switch 32.
  • the voltage limiter 36 has a first strand 38a, a second strand 38a
  • Strand 38b, a third strand 38c, a fourth strand 38d and a fifth strand 38e which are connected to each other in parallel and parallel to the switch 32.
  • one of the terminals of the switch 32 is grounded, so that all strands 38a, 38b, 38c, 38d, 38e are guided to ground.
  • the strands 38 are identical to each other and each have a resistor 44 and a switching element 46 in the form of an IGBT.
  • each of the strands 38 in each case one of the switching elements 46.
  • the resistor 44 and the switching element 46 of each strand 38 are connected in series with each other.
  • the ohmic resistance of the individual strands 38a, 38b, 38c, 38d, 38e is at least partially increased by an integer multiple.
  • the ohmic resistance of the resistor 44 of the first strand 38a is 20 ohms
  • the ohmic resistance of the resistor 44 of the second strand 38b is 40 ohms
  • the ohmic resistance of the resistor 44 of the third strand 38c is 80 ohms
  • the ohmic resistance of the resistor 44 of The fourth and fifth strings 38d, 38e are each 160 ohms.
  • Parallel to the switching element 46 of the fifth strand 38e, a series connection of a further resistor 48 and a capacitor 50 in the form of a capacitor is connected.
  • the capacitor 50 is guided against the potential of one of the terminals of the switch 32, that is ground.
  • the capacitor 50 itself is bridged by means of an additional resistor 52, which is thus connected in parallel with the capacitor 50.
  • the ohmic resistance of the further resistor 48 is equal to the ohmic resistance of the resistor 44 of the fifth strand 38e and is 160 ohms.
  • the ohmic resistance of the additional resistor 52 is for example 1 MOhm.
  • Each switching element 46 has a control input 54, by means of which the switching state of the respective switching element 46 can be adjusted. If the switching element 46 is set by means of the control input 54 such that it is in an electrically non-conductive state, a flow of current via just this strand 38 is prevented.
  • the voltage limiter 36 has a first OR logic switch 56, a second OR logic switch 58, a third OR logic switch 60 and a fourth OR logic switch 62, which are each OR gates.
  • the control input 54 of the switching element 46 of the first strand 38a is guided against a first output 64 of the shift register 42 and against a first input 66 of the first OR logic switch 56.
  • the control input 54 of the switching element 46 of the second strand 38b is guided against an output 68 of the first logic switch 56 and against a first input 70 of the second OR logic switch 58.
  • the control input 54 of the switching element 46 of the third strand 38c is guided against an output 72 of the second OR logic switch 58 and a first input 72 of the third OR logic switch 60.
  • the control input 54 of the switching element 46 of the fourth strand 38 d is guided against an output 76 of the third OR logic switch 60 and a first input 78 of the fourth OR logic switch 62.
  • the control input 54 of the switching element 46 of the fifth strand 38 e is guided against an output 80 of the fourth OR logic switch 62 as well as both inputs of a first NOR gate 82.
  • a second output 84 of the shift register 42 is guided against a second output 86 of the first OR logic switch 56.
  • a third output 88 of the shift register 42 is guided against a second input 90 of the second OR logic switch 58.
  • a fourth output 92 of the shift register 42 is routed against a second input 94 of the third OR logic switch 60.
  • a fifth output 96 of the shift register 42 is routed against a second input 98 of the fourth OR logic switch 62.
  • the OR logic switches 56, 58, 58, 60, 62 are identical. Furthermore, a level is applied to the respective output 68, 72, 76, 80 when a level is applied to at least one of the inputs 66, 68 or 70, or 74, 74 or 78, 98.
  • a start output 100 of the shift register 42 is free and thus electrically contacted with no other electrical or electronic component.
  • An end output 102 of the shift register 42 is guided via a first diode 104 against a reset input 106 of the shift register 42. In this case, only a current flow from the end output 102 to the reset input 106 is made possible by means of the diode 104.
  • the start output 1 00 is initially activated. Following this, the first output 64, the second output 84, the third output 88, the fourth output 92, the fifth output 96 and subsequently the end output 102 are driven, the control depending on a voltage applied to a time input 108 Control signal takes place.
  • the start output 100 thus corresponds to the channel Q0, the first output 64 to the channel Q1, the second output 84 to the channel Q2 ... to the end output 102 corresponding to the channel Q6.
  • the reset input 106 of the shift register 42 is guided via a second capacitor 1 10 against a power supply source 1 12, by means of which a DC voltage of 15 volts is provided. Also, the reset input 106 is passed through a second resistor 1 14 to ground. The second resistor 1 14 is connected in parallel with a second diode 1 16, by means of which a current flow of ground to the reset input 106 is enabled.
  • the timer 40 is connected as a monostable multivibrator.
  • a GND terminal 1 18 to ground and a supply voltage terminal 120 against the power supply source 1 12 are performed.
  • a control port 122 is connected to ground via a third capacitor 124.
  • a discharge connection 126 is conducted against a threshold terminal 128 and via a fourth capacitor 130 to ground.
  • the Discharge terminal 126 and the threshold terminal 128 are guided by means of a third resistor 132 against the power source 1 12.
  • a trigger terminal 134 is electrically contacted by means of a voltage divider 136 to the electrical line 12.
  • the trigger terminal 134 is guided by means of a fourth resistor 138 to the electrical line 12 and by means of a fifth resistor 139 to ground.
  • a time output 140 of the timer 40 is fed to the trigger terminal 134 by means of a third diode 142, allowing current to flow to the time output 140 to the trigger terminal 134.
  • the time output 140 is also routed against a second input 144 of a logic switch 146.
  • a first input 148 of the logic switch 146 is guided against the control input 34 of the switch 32.
  • the logic switch 146 has a second NOR gate 150, the inputs of which form the inputs 144, 148 of the logic switch 146.
  • the output of the second NOR gate 150 is fed to the two inputs of a third NOR gate 152.
  • the output of the third NOR gate 152 forms an output 154 of the logic switch 146, which is guided against the time input 108 of the shift register 42.
  • the output 154 of the logic switch 148 has a level just when either a level (signal) is applied to either the first input 148 or the second input 144 of the logic switch 146.
  • the time input 108 of the shift register 42 is operatively connected to the control input 34 of the switch 32.
  • the control input 34 is guided against an input of a fourth NOR gate 154, whose further input is guided against the output of the first NOR gate 82.
  • the output of the fourth NOR gate is routed against a reset terminal 156 of the timer 40.
  • a method 158 for operating the separator 24 is shown.
  • a level is applied to the reset input 106 of the shift register 42 by means of the voltage supply source 12, so that the starting output 100 is activated.
  • all switching elements 46 are disabled and substantially no current flow through the voltage limiter 36 is possible.
  • the switch 32 is in the open state and via the separator 24 can not flow electrical current.
  • the switch 32 is driven such that it closes.
  • a third step 1 64 the switch 32 is opened, so that no signal is applied to the control input 34.
  • the electric current commutes completely to the strands 38, so that even with an inductively connected to the electrical line 12 load an electric current flow through the separator 24 persists, and thus forming a comparatively large electrical voltage to the switch 32 is prevented.
  • the ohmic resistance of the voltage limiter 36 is increased in comparison to the ohmic resistance of the switch 32, an electrical voltage occurring across the voltage divider 136 increases.
  • the voltage applied to the trigger terminal 134 of the timer 40 is given.
  • the timer 40 is connected as a monostable flip-flop.
  • the minimum pulse width is determined by means of the third resistor 132 and the fourth capacitor 130.
  • the fourth capacitor 130 is charged by the third resistor 132 when a signal is applied to the time output 140. This takes place until the voltage applied to the threshold terminal 128 is below 2/3 of the operating voltage. Since a new pulse can only start when the voltage at the trigger terminal 134 has dropped below 1/3 of the operating voltage, the time output is fed back to the trigger terminal 134 by means of the third diode 142.
  • the RC circuit which consists of the further resistor 48 and the capacitor 50 and partly by means of the capacitance 44 of the fifth leg 38e is formed, the remaining inductively stored electrical energy, so that the electrical current flowing through the voltage limiter 36 is forced to zero.
  • the additional resistor 52 By means of the additional resistor 52, a discharge of the capacitor 50 is ensured.
  • the electrical resistance of the voltage limiter 36 is successively increased in time, wherein an increase only takes place when the flowing electric current is below a certain limit value.
  • This limit is set by means of the resistors 44.
  • GND terminal 120 supply voltage connection

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung (24) zur Stromunterbrechung, insbesondere eines Schutzschalters (16), mit einem Schalter (32), und mit einem parallel zu dem Schalter (32) geschalteten Spannungsbegrenzer (36). Der Spannungsbegrenzer (36) weist eine Anzahl an zueinander parallel geschalteten Strängen (38) auf, wobei jeder Strang (38) einen Widerstand (44) aufweist. Zumindest einer der Stränge (38) umfasst ein Schaltelement (46), das in Reihe zu dem Widerstand (44) des Strangs (38) geschaltet ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Schutzschalter (16) und ein Verfahren (158) zum Betrieb einer Trennvorrichtung (24).

Description

Beschreibung
Trennvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung zur Stromunterbrechung, mit einem Schalter. Die Trennvorrichtung ist bevorzugt ein Bestandteil eines Schutzschalters. Die Erfindung betrifft ferner einen Schutzschalter und ein Verfahren zum Betrieb einer Trennvorrichtung.
Photovoltaikanlagen weisen üblicherweise eine Anzahl von Photovoltaikmodulen auf, die elektrisch in Reihe bzw. parallel zueinander geschaltet sind. Der Zusam- menschluss der Photovoltaikmodule selbst ist mittels einer Stromleitung mit einem Umrichter kontaktiert, mittels dessen die von den Photovoltaikmodulen bereitgestellte elektrische Energie in ein Versorgungsnetzwerk eingespeist wird, welches üblicherweise einen Wechselstrom aufweist. In der Stromleitung hingegen wird prinzipbedingt ein Gleichstrom geführt. Um im Fehlerfall die Photovoltaikmodule von dem Umrichter zu trennen, werden üblicherweise Schutzschalter eingesetzt, mittels derer eine Beschädigung des Umrichters oder ein Abbrand der Photovoltaikmodule aufgrund eines bestehenden elektrischen Stromflusses unterbunden wird. Hierbei werden üblicherweise elektrische Ströme mit einer Stromstärke von einigen 10 Ampere geschaltet, wobei aufgrund einer geeigneten Verschaltung innerhalb des Photovoltaikmoduls an den Kontakten eine elektrische Spannung mit einigen 100 Volt anliegt.
Ein weiteres Einsatzgebiet für Schutzschalter zur Gleichstromunterbrechung stellen Fahrzeuge dar, wie beispielsweise Flugzeuge oder Kraftfahrzeuge. Hierbei weisen Kraftfahrzeuge, die mittels eines Elektromotors angetrieben werden, üblicherweise ein Hochvoltbordnetz auf, das eine Hochvoltbatterie umfasst. Mittels der Hochvoltbatterie wird eine elektrische Spannung zwischen 400 und 500 Volt und eine Stromstärke bis zu einigen 100 Ampere bereitgestellt. Bei einer Fehlfunktion der Hochvoltbatterie oder einem Kurzschluss innerhalb des hiermit verbundenen Umrichters oder Elektromotors ist aus Sicherheitsgründen eine möglichst schnelle Abschaltung des Hochvoltbordnetzes erforderlich. Um einen Ab- brand der Hochvoltbatterie zu vermeiden ist eine möglichst geringe Schaltdauer erforderlich. Dies ist auch bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs und einem hierdurch bedingten Kurzschluss innerhalb des Elektromotors oder Umrichters zu gewährleisten.
Wenn derartige Ströme bzw. derartige elektrische Spannungen geschaltet werden, kann im Bereich des Schalters, sofern es sich bei diesem um einen mechanischen Schalter handelt, zu einer Ausbildung eines Lichtbogens führen. Infolgedessen wird der Schalter sowie diesen umgebende Bauteile erwärmt, was zu einem Versagen bis zu einem Abbrand des Schalters führen kann. Zudem besteht für einen bestimmten Zeitraum aufgrund des Lichtbogens ein Stromfluss weiter, sodass beispielsweise im Falle eines Kraftfahrzeugs der Elektromotor bei einem Unfall noch für einen bestimmten Zeitraum betrieben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Trennvorrichtung zur Stromunterbrechung sowie einen besonders geeigneten Schutzschalter als auch ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer Trennvorrichtung anzugeben, wobei insbesondere eine Sicherheit erhöht und vorzugsweise Herstellungskosten gesenkt sind.
Hinsichtlich der Trennvorrichtung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie hinsichtlich des Schutzschalters durch die Merkmale des Anspruchs 10 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 1 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Trennvorrichtung dient der Stromunterbrechung. Folglich wird mittels der Trennvorrichtung ein elektrischer Strom geschaltet, der beispielsweise ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom ist. Zweckmäßigerweise ist die Trennvorrichtung vorgesehen und geeignet, einen Gleichstrom zu unterbrechen. Sofern mittels der Trennvorrichtung ein Wechselstrom geschaltet wird, weist dieser beispielsweise eine Frequenz größer 500 Hz, 800 Hz oder 900 Hz auf. Zweckmäßigerweise ist die Frequenz größer oder gleich 1 kHz, 1 ,5 kHz, 2 kHz, 5 kHz oder 10 kHz. Insbesondere ist die Frequenz kleiner oder gleich 10 MHz, 5 MHz oder 1 MHz. Insbesondere ist die Trennvorrichtung geeignet, bevorzugt vorgesehen und eingerichtet, einen Nennstrom zu tragen, der größer oder gleich 100 A, 300 A, 500 A oder 800 A ist. Zweckmäßigerweise ist die maximal mittels der Trennvorrichtung schaltbare elektrische Stromstärke des Nennstroms 2 kA, 3 kA oder 5 kA. Beispielsweise ist die Trennvorrichtung für einen Nennstrom von 1 kA vorgesehen und eingerichtet, wobei beispielsweise Abweichungen von +/- 10%, +/- 5% oder +/- 2% vorgesehen sind. Geeigneterweise ist die Trennvorrichtung geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, einen Kurzschlussstrom, insbesondere für einen vergleichsweise kurzen Zeitraum, von bis zu 10 kA, 12 kA, 17 kA, 20 kA, 22 kA, 25 kA oder 30 kA zu tragen. Zweckmäßigerweise ist der maximal tragbare Kurzschlussstrom zwischen 15 kA und 20 kA. Unter tragbarem Strom wird insbesondere derjenige elektrische Strom verstanden, der mittels der Trennvorrichtung geführt werden kann, ohne dass hierdurch eine Beschädigung hervorgerufen wird.
Beispielsweise ist die Trennvorrichtung geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, eine elektrische Spannung zu trennen bzw. zu schalten, die größer oder gleich 100 V, 200 V, 300 V, 400 V oder 500 V ist. Beispielsweise ist die maximal zu schaltende elektrische Spannung 1 .100 V, 1 .000 V, 900 V oder 800 V, insbesondere sofern der elektrische Strom ein Wechselstrom ist. Sofern der elektrische Strom ein Gleichstrom ist, ist die maximal zu schaltende elektrische Spannung geeigneterweise kleiner oder gleich 2.000 V, 1 .800 V, 1 .500 V, 1 .200V oder 1 .000 V.
Beispielsweise wird die Trennvorrichtung im Bereich der E-Mobilität verwendet. Mit anderen Worten wird mittels der Trennvorrichtung ein Bordnetz eines Fahrzeugs Kraftfahrzeugs geschaltet, welches insbesondere ein Hochvolt-Bordnetz ist. Alternativ wird mittels der Trennvorrichtung ein Bordnetz eines Flugzeuges geschaltet. Eine weitere Alternative der Anwendung ist im Bereich einer Photovoltaikanlage. Zweckmäßigerweise ist mittels der Trennvorrichtung ein elektrisches Trennen eines Photovoltaikmoduls von einem Umrichter ermöglicht. Alternativ hierzu ist mittels der Trennvorrichtung ein Zwischenkreis eines Umrichters geschaltet, wobei der Umrichter beispielsweise ein Bestandteil einer
Photovoltaikanlage ist. In einer Alternative hierzu ist der Umrichter ein Bestandteil einer Industrieanlage. Zweckmäßigerweise wird mittels der Trennvorrichtung eine Bestromung eines Roboters der Industrieanlage gesteuert. Insbesondere wird mittels der Trennvorrichtung ein Zwischenkreis geschaltet, mit dem eine Anzahl an Robotern elektrisch kontaktiert ist. Alternativ wird die Trennvorrichtung in einem weiteren Bereich der Industrieanlage oder einem sonstigen Bereich der Automation verwendet. Zweckmäßigerweise wird die Trennvorrichtung zum Schalten einer induktiven Last verwendet.
Die Trennvorrichtung weist einen Schalter auf, der im geschlossenen Zustand den mittels der Trennvorrichtung geführten elektrischen Strom trägt. In diesem Fall fließt vorzugsweise ein elektrischer Strom zwischen zwei Anschlüssen des Schalters. Im geöffneten Zustand liegt zwischen den beiden Anschlüssen eine elektrische Spannung an. Der elektrische Schalter ist beispielsweise ein mechanischer Schalter, der zweckmäßigerweise elektrisch betätigbar ist. Zweckmäßigerweise ist der mechanische Schalter ein Relais und weist insbesondere einen Bewegkontakt auf. Im geschlossenen Zustand liegt der Bewegkontakt insbesondere mechanisch direkt an einem weiteren Kontakt an, der beispielsweise ebenfalls ein Bewegkontakt oder alternativ ein Festkontakt ist. Zum Schalten des Schalters werden die beiden Kontakte mechanisch zueinander beabstandet. In einer Alternative ist der Schalter ein Halbleiterschalter, wie insbesondere ein Feldeffekttransistor (FET). Beispielsweise ist der Halbleiterschalter ein MOSFET oder ein IG BT.
Parallel zu dem Schalter ist ein Spannungsbegrenzer geschaltet. Der Spannungsbegrenzer weist vorzugsweise zwei Anschlüsse auf, von denen jeweils einer einem der Anschlüsse des Schalters zugeordnet sind. Der Spannungsbegrenzer weist eine Anzahl an zueinander parallel geschalteten Strängen auf, wobei jeder Strang zweckmäßigerweise parallel zu dem Schalter geschaltet ist. Jeder der Stränge weist einen Widerstand auf, und zumindest einer der Stränge umfasst ein Schaltelement, das in Reihe zu dem Widerstand des Strangs geschaltet ist. Mit anderen Worten weist dieser Strang den Widerstand und das Schaltelement auf, wobei das Schaltelement und der Widerstand in Reihe geschaltet sind. Diese Reihenschaltung ist parallel zu dem Schalter geschaltet. Die Widerstände der Stränge sind zweckmäßigerweise ohmsche Widerstände und weisen vorzugsweise einen Widerstand von mindestens 1 mOhm, 5 mOhm, 10 mOhm, 50 mOhm, 100 mOhm, 500 mOhm, 1 Ohm, 2 Ohm, 5 Ohm, 10 Ohm, 20 Ohm, 50 Ohm, 100 Ohm, 200 Ohm, 500 Ohm, 1 kOhm, 2 kOhm, 5 kOhm oder 10 kOhm auf. Der Widerstand ist bevorzugt kleiner oder gleich 1 kOhm, 500 Ohm oder 100 Ohm. Vorzugsweise umfasst der Spannungsbegrenzer 2 Stränge, 3 Stränge oder 5 Stränge. Insbesondere ist die Anzahl der Stränge größer oder gleich 2 Stränge, 3 Stränge oder 4 Stränge. Zum Beispiel ist die Anzahl der Stränge kleiner oder gleich 20 Stränge oder 10 Stränge.
Mittels des Schaltelements ist es ermöglicht, einen Stromfluss in dem das Schaltelement aufweisenden Strang zu unterbinden und folglich den elektrischen Widerstand des Spannungsbegrenzers einzustellen. Infolgedessen kann die über dem Schalter anfallende elektrische Spannung mittels des Spannungsbegrenzers eingestellt werden, was eine Sicherheit erhöht. Auch kann die Trennvorrichtung für unterschiedliche Anforderungen herangezogen werden.
Zweckmäßigerweise wird das Schaltelement in Abhängigkeit von einer über den Schalter anfallenden elektrischen Spannung und/oder einer Schaltanforderung an dem Schalter betätigt. Geeigneterweise wird das Schaltelement in einen elektrischen leitenden Zustand versetzt, wenn der Schalter in einen elektrisch nicht leitenden Zustand versetzt wird. Zweckmäßigerweise wird das Schaltelement eine Zeitspanne vor Betätigung des Schalters in den elektrisch leitenden Zustand versetzt. Infolgedessen fließt ein elektrischer Strom sowohl über den Schalter als auch über jeden der Stränge des Spannungsbegrenzers. Aufgrund der Widerstände der Stränge ist der über den Spannungsbegrenzer fließende elektrische Strom vergleichsweise gering, zumindest im Vergleich zu dem über dem Schalter fließenden elektrischen Strom, da der Schalter einen vergleichsweise geringen ohmschen Widerstand aufweist. Wird der Schalter betätigt, kommutiert der elektrische Strom vollständig auf den Spannungsbegrenzer.
Sofern mittels der Trennvorrichtung eine induktive Last geschaltet wird, besteht der elektrische Stromfluss fort, wobei aufgrund der Widerstände an der Trennvorrichtung eine elektrische Spannung anliegt. Aufgrund der Parallelschaltung der Stränge ist die elektrische Spannung vergleichsweise gering. Wegen des Schaltelements ist es ermöglicht, den das Schaltelement aufweisenden Strang zu trennen, weswegen der elektrische Strom vollständig auf den oder die weiteren Stränge des Spannungsbegrenzers kommutiert, sodass der Widerstand des Spannungsbegrenzers erhöht ist.
Zusammenfassend kann mittels des Schaltelements der elektrische Widerstand des Spannungsbegrenzers angepasst werden, sodass eine über die Trennvorrichtung anfallende elektrische Spannung bei einer Betätigung des Schalters angepasst werden kann. Hierbei ist mittels der Anzahl der Stränge sowie mittels Wahl des jeweiligen Widerstands eine Skalierbarkeit der Trennvorrichtung gegeben, sodass diese auf unterschiedlichste elektrische Spannungen und/oder elektrische Ströme angepasst werden kann. Folglich ist ein Einsatzbereich der Trennvorrichtung vergrößert. Mittels der Stränge wird die über den Schalter anfallende elektrische Spannung begrenzt. Hierbei ist die elektrische Spannung vorzugsweise derart begrenzt, dass eine Ausbildung eines Lichtbogens unterbunden ist, sofern der Schalter ein mechanischer Schalter ist. Sofern der Schalter ein Halbleiterschalter ist, ist das Ausbilden einer an diesem anliegenden Durchbruchspannung unterbunden, die zu einer Zerstörung des Halbleiterschalters führen könnte. Infolgedessen ist eine Sicherheit erhöht. Auch ist die Trennvorrichtung mittels einer vergleichsweise geringen Anzahl von kostengünstigen elektrischen Bauelementen realisierbar, was Herstellungskosten senkt.
Das Schaltelement ist insbesondere ein Halbleiterschaltelement, beispielsweise ein Transistor, wie ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOSFET. Beispielsweise ist das Schaltelement ein Feldeffekttransistor, ein Sperrschicht- Feldeffekttransistor (JFET) oder ein MOSFET. Da die elektrischen Spannungen auf die Stränge aufgeteilt sind, liegt an dem Schaltelement eine im Vergleich zum Schalter verringerte elektrische Spannung an, weswegen ein vergleichsweise kostengünstiges Schaltelement herangezogen werden kann. Sofern der Schalter der Trennvorrichtung geschlossen ist, befindet sich die Trennvorrichtung in einem elektrisch leitenden Zustand. Hierbei ist der mittels des Schaltelements, sofern sich dieses in einem geschlossenen Zustand befindet, geführte elektrische Strom aufgrund des Widerstands des Strangs vergleichsweise gering, sodass eine Verlustleistung vergleichsweise gering ist, die aufgrund der Wahl des Schaltelements als Halbleiterschaltelement bedingte ist.
Bei einer Kommutierung des elektrischen Stroms auf den Spannungsbegrenzer, wenn der Schalter in eine geöffnete Position verbracht und die Trennvorrichtung in einen elektrisch nicht leitenden Zustand überführt wird, ist der elektrische Strom aufgrund der Widerstände der Stränge weiter reduziert, sodass auch in diesem Fall eine vergleichsweise geringe Verlustleistung entsteht. Zusammenfassend ist lediglich eine vergleichsweise geringe Verlustleistung gegeben. Aufgrund der Wahl als Halbleiterschaltelement ist jedoch eine Ausbildung eines Lichtbogens unterbunden, weswegen eine Sicherheit erhöht ist.
Zweckmäßigerweise weist jeder Strang ein derartiges Schaltelement auf. Hierbei sind die Schaltelemente der Stränge beispielsweise baugleich. Alternativ oder in Kombination hierzu sind die Schaltelemente auf den Widerstand des jeweiligen Strangs angepasst. Jeder Strang weist zusammenfassend sowohl den Widerstand als auch das Schaltelement auf, die zueinander in Reihe geschaltet sind. Aufgrund der Schaltelemente ist somit eine Skalierbarkeit der Trennvorrichtung vergrößert, sodass der elektrische Widerstand der Trennvorrichtung und folglich die an dem Schalter anliegende elektrische Spannung mittels der Schaltelemente eingestellt werden kann. Insbesondere sind die Stränge baugleich. Mit anderen Worten weisen sowohl sämtliche Widerstände den gleichen ohmschen Widerstand auf, und sämtliche Schaltelemente sind vom gleichen Typ. Zumindest jedoch sind die Stränge schaltungsgleich. Mit anderen Worten umfasst jeder Strang die gleiche Art an elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, wobei jedoch die jeweiligen Spezifikationen unterschiedlich sein können. Die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile sind hierbei in der gleichen Art miteinander verschaltet. Geeigneterweise weisen die Stränge Widerstände mit unterschiedlichen ohmschen Widerständen auf. Sofern die Trennvorrichtung eine Anzahl an Strängen aufweist, sind hierbei die Werte des ohmschen Widerstands vorzugsweise um jeweils ein bestimmtes konstantes Vielfaches erhöht. Das Vielfache ist insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches und zum Beispiel zwei oder drei.
Geeigneterweise weist somit jeweils einer der Stränge einen ohmschen Widerstand von 20 Ohm, 40 Ohm, 80 Ohm,... bzw. 20 Ohm, 60 Ohm, 180 Ohm,... auf, sofern der kleinste Widerstand jeweils einen ohmschen Widerstand von 20 Ohm aufweist. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise präzise Einstellung der über den Schalter anfallenden elektrischen Spannung ermöglicht. Zudem sind Herstellungskosten aufgrund der Verwendung von Gleichteilen reduziert.
Der Spannungsbegrenzer weist bevorzugt ein Schieberegister auf, das einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist. Hierbei befindet sich der zweite Ausgang bevorzugt direkt neben dem ersten Ausgang. Bei Betrieb des Schieberegisters wird vorzugsweise zunächst der erste Ausgang angesteuert und im Anschluss hieran der zweite Ausgang. Zweckmäßigerweise wird der zweite Ausgang genau dann angesteuert, wenn die Ansteuerung des ersten Ausgangs abgeschlossen ist. Wenn das Schieberegister angesteuert wird, wird somit eine Ansteuerung des ersten Ausgangs beendet und die des zweiten Ausgangs aufgenommen.
Bevorzugt weist jedes Schaltelement einen Steuereingang auf, mittels dessen eine Schaltstellung des Schaltelements beeinflusst werden kann. Mit anderen Worten wird mittels Ansteuerung des Steuereingangs der Schaltzustand des Schaltelements beeinflusst, und dieses folglich in einen leitenden oder einen elektrisch nicht leitenden Zustand versetzt. Das Schaltelement ist zweckmäßigerweise elektrisch leitend, sofern an dem Steuereingang ein Signal anliegt, also sofern dieses angesteuert wird. Der Steuereingang eines der Schaltelemente ist gegen den ersten Ausgang des Schieberegisters geführt, insbesondere direkt. Mit anderen Worten ist der Steuereingang dieses Schaltelements elektrisch direkt bzw. signaltechnisch direkt mit dem ersten Ausgang des Schieberegisters kontak- tiert. Ferner ist der Steuereingang dieses des Schaltelements gegen einen ersten Eingang eines Oder-Logikschalters geführt.
Ein zweiter Eingang des Oder-Logikschalters ist gegen den zweiten Ausgang des Schieberegisters geführt, insbesondere direkt. Der Oder-Logikschalter weist ferner einen Ausgang auf, der gegen den Steuereingang eines der weiteren Schaltelemente geführt ist. Sofern an einem der Eingänge des Oder-Logikschalters ein Pegel anliegt, liegt vorzugsweise auch an dem Ausgang des Oder-Logikschalters ein Pegel an. Folglich ist der Oder-Logikschalter aktiv, sofern ein aktives Signal an einem dessen beider Eingänge anliegt. Lediglich, wenn weder an dem ersten noch an dem zweiten Eingang ein aktives Signal (Pegel) anliegt, ist auch der Ausgang des Oder-Logikschalters nicht aktiv. Der Oder-Logikschalter ist insbesondere ein Oder-Gatter. Falls mittels des Schieberegisters somit an dem ersten Ausgang ein Signal anliegt, wird das Schaltelement, welches mit dem ersten Ausgang gekoppelt ist, aktiviert. Auch wird das weitere Schaltelement aktiviert, da an dem ersten Eingang des Oder-Logikschalters ein Signal anliegt. Folglich sind zumindest zwei Schaltelemente des Spannungsbegrenzers geschaltet, weswegen zumindest zwei der Stränge des Spannungsbegrenzers elektrisch leitend sind. Infolgedessen ist die über den Schalter abfallende elektrische Spannung vergleichsweise gering.
Falls mittels des Schieberegisters das Ausgangssignal von dem ersten Ausgang zu dem zweiten Ausgang geschoben wird, wird das Schaltelement, dessen Steuereingang mit dem ersten Ausgang kontaktiert ist, in den elektrisch nicht leitenden Zustand versetzt. Das weitere Schaltelement hingegen bleibt in einem elektrisch leitenden Zustand. Infolgedessen ist der elektrische Widerstand des Spannungsbegrenzers erhöht. Vorzugsweise weist das Schieberegister noch weitere Ausgänge auf, beispielsweise einen dritten, vierten, fünften ... Ausgang. Insbesondere ist die Anzahl dieser Ausgänge gleich der Anzahl der Stränge. Hierbei ist jeweils der Steuereingang jedes der Schaltelemente gegen den Ausgang eines Oder-Logikschalters geführt, dessen einer Eingang gegen den Steuereingang eines weiteren Schaltelements geführt und dessen zweiter Eingang gegen einen der Ausgänge des Schieberegisters geführt ist. So ist insbesondere der Steuereingang eines dritten Schaltelements, welches einem dritten Strang zugeordnet ist, gegen einen Ausgang eines zweiten Oder- Logikschalters geführt, dessen erster Eingang gegen den Steuereingang des weiteren Schaltelements und dessen zweiter Eingang gegen den dritten Ausgang des Schieberegisters geführt ist. Folglich sind sämtliche Schaltelemente elektrisch leitend geschaltet, falls der erste Ausgang des Schieberegisters angesteuert ist. Falls nunmehr der zweite Ausgang des Schieberegisters angesteuert wird, sind mit Ausnahme des mit dem ersten Ausgang kontaktierten Schaltelements sämtliche verbleibende Schaltelemente angesteuert, sodass die Anzahl der elektrisch leitenden Stränge des Spannungsbegrenzers um genau 1 reduziert ist. Sofern der dritte Ausgang des Schieberegisters angesteuert wird, sind zwei der Stränge des Spannungsbegrenzers elektrisch nicht leitend. Infolgedessen ist es ermöglicht, mittels Ansteuerung des Schieberegisters den elektrischen Widerstand des Spannungsbegrenzers sukzessive, stufenweise zu erhöhen.
Der erste Ausgang des Schieberegisters entspricht insbesondere einem Kanal 1 , und der zweite Ausgang entspricht insbesondere einem Kanal 2. Besonders bevorzugt ist ein Startausgang des Schieberegisters frei. Der Startausgang entspricht insbesondere einem Kanal 0 und befindet sich vor dem ersten Ausgang. Insbesondere befindet sich der erste Ausgang zwischen dem Startausgang und dem zweiten Ausgang. Bei Aktivierung des Schieberegisters wird der Startausgang angesteuert. Erst wenn das Schieberegister ein Signal erhält, wird die AnSteuerung des Startausgangs beendet und die des ersten Ausgangs aufgenommen.
Der Startausgang ist nicht belegt, und es ist kein elektrisches oder elektronisches Bauteil an diesem angeschlossen. Folglich ist der Startausgang elektrisch lose und kein weiteres oder elektronisches Bauteil ist mit diesem elektrisch kontaktiert. Folglich befinden sich im Normalzustand die Schaltelemente in dem elektrisch nicht leitenden Zustand, und der elektrische Widerstand des Spannungsbegrenzers ist vergleichsweise groß. Daher ist bei einer Fehlfunktion des Schieberegisters oder sonstiger Bestandteile des Spannungsregisters ein ungewollter elektrischer Stromfluss über den Spannungsbegrenzer im Wesentlichen ausgeschlos- sen, auch wenn die über den Schalter anfallende elektrische Spannung vergleichsweise groß ist.
Zweckmäßigerweise umfasst das Schieberegister einen Reset-Eingang. Mittels Ansteuerung des Reset-Eingangs wird das Schieberegister in einen definierten Zustand gebracht. Insbesondere erfolgt eine Aktivierung des Startausgangs des Schieberegisters, sofern an dem Reset-Eingang ein Signal anliegt. Zweckmäßigerweise ist ein Endausgang des Schieberegisters gegen den Reset-Eingang geführt. Der Endausgang des Schieberegisters ist insbesondere derjenige Ausgang des Schieberegisters, der sich direkt neben einem Ausgang des Schieberegisters sich befindet, der gegen einen Oder-Logikschalter geführt ist. Sofern folglich lediglich der erste oder zweite Eingang des Oder-Logikschalters belegt ist, also sofern lediglich zwei Schaltelemente mittels des Schieberegisters angesteuert werden, entspricht der Endausgang dem dritten Ausgang. Sofern folglich sukzessive die Anzahl der angesteuerten Schaltelemente reduziert wurde, wird der Endausgang des Schieberegisters angesteuert, und das Schieberegister wird folglich erneut in den ursprünglichen Zustand versetzt. Hierbei ist zweckmäßigerweise der Startausgang des Schieberegisters frei, sodass dieser zeitlich nachfolgend zu dem Endausgang angesteuert wird. Somit wird, sofern der Endausgang angesteuert wird, keines der Schaltelemente angesteuert, weswegen keiner der Stränge elektrisch leitend ist. Zweckmäßigerweise ist eine Diode zwischen dem Endausgang und dem Reset-Eingang geschaltet, was eine Beschädigung des Schieberegisters vermeidet. Zusammenfassend ist der Endausgang der letzte belegte Kanal des Schieberegisters.
Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist eine Spannungs- versorgungsquelle gegen den Reset-Eingang des Schieberegisters geführt, beispielsweise über einen Kondensator. Die Spannungsversorgungsquelle selbst ist beispielsweise ein Kondensator. Besonders bevorzugt ist der Kondensator derart mit dem Schalter verschaltet, dass bei einer Öffnung des Schalters eine über den Schalter erzeugte elektrische Spannung zur Speisung der Spannungsversorgungsquelle dient. Hierbei ist insbesondere der Schalter ein mechanischer Schalter, und eine etwaig entstehende Lichtbogenspannung dient zur Speisung der Spannungsversorgungsquelle. Sofern folglich die Spannungsversorgungsquelle aktiviert ist, wird das Schieberegister in einen bestimmten definierten Zustand überführt, sodass dieses für einen Betrieb bereit ist.
Besonders bevorzugt umfasst das Schieberegister einen Zeit-Eingang. Bei An- steuerung des Zeit-Eingangs des Schieberegisters werden sukzessive die Ausgänge des Schieberegisters durchgesteuert. Hierbei wird jedes Mal dann, wenn an dem Zeit-Eingang ein Signal anliegt, die Ansteuerung der Ausgänge derart verändert, dass diese jedes Mal weitergeschaltet werden. Zweckmäßigerweise ist der Zeit-Eingang des Schieberegisters mit einem Steuereingang des Schalters wirkverbunden. Insbesondere ist die Wirkverbindung derart, dass ein Ansteuern der Ausgänge des Schieberegisters auch dann möglich ist, wenn an dem Steuereingang des Schalters kein Signal anliegt. Vorzugsweise ist der Schalter in einem elektrisch leitenden Zustand, wenn an dem Steuereingang des Schalters ein Signal anliegt. Folglich wird das Schieberegister dann aktiviert, wenn der Schalter geöffnet wird. Auf diese Weise ist ein unbeabsichtigtes Aktivieren des Schieberegisters im Wesentlichen ausgeschlossen, was die Sicherheit erhöht.
Vorzugsweise umfasst der Spannungsbegrenzer einen Zeitgeber. Der Zeitgeber ist mit dem Zeit-Eingang des Schieberegisters wirkverbunden. Folglich wird mittels des Zeitgebers das Schieberegister angesteuert, wobei mittels des Zeitgebers vorzugsweise ein bestimmtes Taktsignal bereitgestellt wird, welches insbesondere eine konstante Periode aufweist. Beispielsweise ist der Zeitgeber direkt mit dem Zeit-Eingang des Schieberegisters verbunden. Geeigneterweise ist der Steuereingang des Schalters gegen einen ersten Eingang eines Logikschalters und ein Zeit- Ausgang des Zeitgebers gegen den zweiten Eingang des Logikschalters geführt. An dem Zeit-Ausgang des Zeitgebers wird zweckmäßigerweise periodisch ein An- steuersignal bereitgestellt. Der Ausgang des Logikschalters ist insbesondere gegen den Zeit-Eingang des Schieberegisters geführt. Geeigneterweise weist der Ausgang des Logikschalters dann einen Pegel auf, wenn an dem ersten Eingang des Logikschalters und/oder an dem zweiten Eingang des Logikschalters ein Pegel anliegt, wobei der Pegel hierbei insbesondere ein Signal bezeichnet, welches verschieden von null (0) ist. Mit anderen Worten liegt an dem Ausgang des Logik- Schalters dann ein Ausgangssignal an, wenn an dem ersten und/oder an dem zweiten Eingang ein Ansteuersignal anliegt. Vorzugsweise ist der Steuereingang des Schalters mit dem Zeitgeber wirkverbunden. Hierbei wird vorzugsweise ein Zählen, also eine Ausgabe des Taktsignals unterbunden, solange ein Signal am Steuereingang des Schalters anliegt. Insbesondere ist der Steuereingang des Schalters mit einem Reset-Anschluss des Zeitgebers verbunden. Solange ein Signal an dem Reset-Anschluss des Zeitgebers anliegt, wird dieser insbesondere in einem Grund- oder Startzustand gehalten. Somit wird das Schieberegister lediglich dann weitergezählt, wenn der Schalter der Trennvorrichtung geöffnet ist.
Beispielsweise ist der Logikschalter mittels zwei NOR-Gattern gebildet oder um- fasst diese, wobei der Steuereingang des Schalters und der Zeit-Ausgang des Zeitgebers gegen die beiden Eingänge eines der NOR-Gatter geführt sind. Der Ausgang des NOR-Gatters ist auf die beiden Eingänge des weiteren NOR-Gatters aufgesplittet, dessen Ausgang gegen den Zeit-Eingang des Schieberegisters geführt ist.
Beispielsweise ist der Zeitgeber ein NE555. Geeigneterweise ist„OUT" der Zeit- Ausgang, der beispielsweise gegen den Logikschalter oder direkt gegen den Zeit- Eingang des Schieberegisters geführt ist. Insbesondere ist„OUT" mittels einer Diode gegen den„TRIG" (Trigger-Anschluss) geführt, welcher insbesondere mittels eines Widerstandsteilers gegen einen Anschluss des Schalters geführt ist, welcher bei Betrieb vorzugsweise ein elektrisches Potential aufweist, welches verschieden von null (0) ist. Beispielsweise ist„GND" (GND-Anschluss) gegen den verbleibenden Schaltkontakt des Schalters geführt. Beispielsweise ist„RESET" (Reset-Anschluss) mit dem Steuereingang des Schalters wirkverbunden, beispielsweise mittels eines NOR-Gatters. Zweckmäßigerweise ist der NE555 als monostabile Kippstufe realisiert.
Vorzugsweise ist parallel zu dem Schaltelement eine Reihenschaltung eines weiteren Widerstands und einer Kapazität geschaltet. Falls der Spannungsbegrenzer eine Anzahl derartiger Schaltungselemente aufweist, ist insbesondere zumindest zu einem der Schaltelemente die Reihenschaltung des weiteren Widerstands und der Kapazität parallel geschaltet. Vorzugsweise ist hierbei lediglich zu einem der Schaltelemente die Reihenschaltung des weiteren Widerstands und der Kapazität parallel geschaltet, sodass der Spannungsbegrenzer lediglich einen einzigen weiteren Widerstand und eine einzige Kapazität aufweist. Alternativ ist zu einer Anzahl der Schaltelemente jeweils eine Reihenschaltung eines weiteren Widerstands und einer Kapazität parallel geschaltet, beispielsweise zu sämtlichen Schaltelementen, sodass die Anzahl der weiteren Widerstände und die Anzahl der Kapazitäten jeweils der Anzahl der Schaltelemente entsprechen. Sofern der Spannungsbegrenzer eine Anzahl derartiger Schaltungselemente aufweist, deren Steuereingang jeweils über einen Oder-Logikschalter zu einem Ausgang des etwaigen Schieberegisters geführt ist, ist vorzugsweise die Reihenschaltung parallel zu demjenigen Schaltelement geschaltet, welches gegen den Ausgang des Schieberegisters geführt ist, der benachbart zu dem Endausgang ist. Die Kapazität ist bevorzugt ein Kondensator. Sofern das Schaltelement in dem elektrisch nicht leitenden Zustand ist, ist mittels des Widerstands dieses Strangs sowie der weitere Widerstand und der Kapazität ein RC-Kreis gebildet, welcher einen etwaigen weiter fließenden elektrischen Strom aufnimmt. Somit ist stets ein elektrischer Stromfluss über den Spannungsbegrenzer ermöglicht, auch wenn der elektrische Widerstand vergleichsweise groß ist. Zweckmäßigerweise ist der weitere Widerstand vergleichsweise groß, sodass der elektrische Strom gegen null (0) geführt wird, auch wenn eine vergleichsweise große Induktivität mittels der Trennvorrichtung geschaltet wird. Aufgrund der Stränge des Spannungsbegrenzers ist der fließende elektrische Strom vergleichsweise gering, sodass die Kapazität vergleichsweise klein dimensioniert werden kann, was Herstellungskosten spart. Geeigneterweise ist zur Kapazität ein zusätzlicher Widerstand parallel geschaltet. Mittels des zusätzlichen Widerstands ist sichergestellt, dass die Kapazität stets entladen wird.
Zweckmäßigerweise basiert der Spannungsbegrenzer auf Analogtechnik. Mit anderen Worten ist der Spannungsbegrenzer in Analogtechnik erstellt. Sofern der Spannungsbegrenzer folglich den Oder-Logikschalter, den Zeitgeber, den Logikschalter und/oder das Schieberegister aufweist, basieren diese insbesondere auf Analogtechnik und sind in dieser gefertigt. Auf diese Weise ist eine Robustheit erhöht. Zudem sind Herstellungskosten reduziert. Die Trennvorrichtung wird besonders bevorzugt bei einem Schutzschalter verwendet. Insbesondere wird die Trennvorrichtung verwendet, um eine induktive Last zu schalten, beispielsweise um diese von einem Stromnetz zu trennen. Beispielsweise wird für den Betrieb der Trennvorrichtung eine Energiequelle herangezogen, welche beispielsweise die Spannungsversorgungsquelle ist. Mittels der Energiequelle wird insbesondere das Schieberegister, der Zeitgeber und/oder das Schaltelement bestromt.
Der Schutzschalter umfasst einen Sensor und eine Trennvorrichtung, die insbesondere miteinander gekoppelt sind, beispielsweise elektrisch oder signaltechnisch. Die Trennvorrichtung weist einen Schalter und einen parallel zu dem Schalter geschalteten Spannungsbegrenzer auf, der eine Anzahl an zueinander parallel geschalteten Strängen umfasst, wobei jeder Strang einen Widerstand aufweist, und wobei zumindest einer der Stränge ein Schaltelement umfasst, das in Reihe zu dem Widerstand des Strangs geschaltet ist. Der Sensor ist beispielsweise ein Spannungs- oder Stromsensor. Mit anderen Worten ist der Sensor ertüchtigt, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, einen elektrischen Strom bzw. eine elektrische Spannung zu erfassen. Insbesondere wird mittels des Sensors bei Betrieb ein mittels der Trennvorrichtung getragener elektrischer Strom bzw. eine anliegende elektrische Spannung bzw. eine elektrisches Potentialdifferenz gegenüber einem Bezugspotential, wie Masse, insbesondere Erde, erfasst. Zweckmäßigerweise ist die Trennvorrichtung in Abhängigkeit eines Messwerts des Sensors betätigt. Insbesondere wird die Trennvorrichtung betätigt, wenn der elektrische Strom bzw. die elektrische Spannung größer oder gleich eines Schwellwerts ist. Beispielsweise umfasst der Schutzschalter eine Steuervorrichtung, wie einen Mikroprozessor, mittels dessen die Messwerte des Sensors ausgewertet und/oder der Schalter betätigt wird.
Der Schutzschalter ist beispielsweise mittels einer Photovoltaikanlage oder einem Photovoltaikmodul elektrisch kontaktiert und beispielsweise ein Bestandteil einer Photovoltaikanlage oder eines Photovoltaikkraftwerks. In einer Alternative hierzu ist der Schutzschalter ein Bestandteil eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, bei- spielsweise eines Hochvoltbordnetzes, das eine elektrische Spannung größer als 100 Volt, 200 Volt, 300 Volt oder 400 Volt und beispielsweise geringer als
1 .000 Volt oder 900 Volt aufweist. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Flugzeug und das Bordnetz dient beispielsweise der Versorgung von Stellantrieben des Flugzeugs. In einer Alternative hierzu ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Insbesondere ist hierbei der Schutzschalter ein Bestandteil des Bordnetzes, das der Bestromung eines Hauptantriebs des Kraftfahrzeugs dient. Alternativ ist der Schutzschalter ein Bestandteil einer Industrieanlage und dient vorzugsweise der Absicherung eines Roboters, der beispielsweise mittels eines Umrichterzwischenkreises bestromt ist.
Der Schutzschalter ist insbesondere vorgesehen, elektrische Ströme größer oder gleich 10 Ampere, 100 Ampere, 200 Ampere, 300 Ampere, 500 Ampere oder 600 Ampere zu schalten. Zweckmäßigerweise ist die maximal mit dem Schutzschalter schaltbare elektrische Stromstärke 900 Ampere, 1 .000 Ampere,
1 .500 Ampere oder 2.000 Ampere. Beispielsweise ist die mit dem Schutzschalter schaltbare elektrische Spannung größer als 10 Volt, 50 Volt, 100 Volt oder 200 Volt. Insbesondere ist die schaltbare elektrische Spannung kleiner als 500 Volt, 600 Volt, 700 Volt oder 1 .000 Volt.
Zur Absicherung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, wie eines Kraftfahrzeugs oder eines Flugzeugs, wird ein Schutzschalter verwendet, der einen Sensor und einer Trennvorrichtung aufweist, die insbesondere miteinander gekoppelt sind, beispielsweise elektrisch und/oder signaltechnisch. Die Trennvorrichtung weist einen Schalter und einen parallel zu dem Schalter geschalteten Spannungsbegrenzer auf, der eine Anzahl an zueinander parallel geschalteten Strängen um- fasst, wobei jeder Strang einen Widerstand aufweist, und wobei zumindest einer der Stränge ein Schaltelement umfasst, das in Reihe zu dem Widerstand des Strangs geschaltet ist. Der Sensor ist beispielsweise ein Spannungs- oder Stromsensor.
Das Bordnetz ist besonders bevorzugt ein Hochvoltbordnetz, mittels dessen ein elektrischer Strom mit einer Stromstärke größer als 10 Ampere, 20 Ampere, 50 Ampere, 100 Ampere oder 200 Ampere geführt wird. Insbesondere ist die maximal von dem Hochvoltbordnetz getragene elektrische Stromstärke kleiner als 2.000 Ampere, 1 .800 Ampere, oder 1 .500 Ampere. Insbesondere ist die elektrische Spannung des Hochvoltbordnetzes größer als 100 Volt, 200 Volt, 300 Volt oder 350 Volt. Zweckmäßigerweise ist die elektrische Spannung des Hochvoltbordnetzes geringer als 1 .000 Volt, 800 Volt oder 600 Volt.
Alternativ wird der Schutzschalter zur Absicherung eines Versorgungskreises, wie eines Zwischenkreises, einer Industrieanlage verwendet. Insbesondere umfasst ein Umrichter den Schutzschalter. Geeigneterweise wird der Schutzschalter bei einer Industrieanwendung verwendet, beispielsweise zur Absicherung eines Roboters. Der Versorgungskreis weist zum Beispiel eine elektrische Spannung zwischen 500 V und 1000 V auf, insbesondere 800 V.
Das Verfahren dient dem Betrieb einer Trennvorrichtung zur Stromunterbrechung, insbesondere eines Schutzschalters, mit einem Schalter und mit einem parallel zu dem Schalter geschalteten Spannungsbegrenzer, der eine Anzahl an zueinander parallel geschalteten Strängen aufweist, wobei jeder Strang einen Widerstand aufweist, und wobei zumindest einer der Stränge ein Schaltelement umfasst, das in Reihe zu dem Widerstand des Strangs geschaltet ist. Das Verfahren sieht vor, dass nach dem Öffnen des Schalters das Schaltelement für eine Zeitspanne geschlossen ist. Hierbei ist das Schaltelement, beispielsweise eine zweite Zeitspanne, vor dem Öffnen des Schalters bereits in einen elektrisch leitenden Zustand verbracht worden. Geeigneterweise wird das Schaltelement dann geschlossen, wenn der Schalter geschlossen wird. Alternativ hierzu wird das Schaltelement zeitgleich mit dem Öffnen des Schalters geschlossen. Nach Ablauf der Zeitspanne wird das Schaltelement geöffnet.
Somit kommutiert bei Öffnen des Schalters der über die Trennvorrichtung fließende elektrische Strom vollständig auf den Spannungsbegrenzer und zwar auf die Stränge. Aufgrund der Parallelschaltung der Widerstände ist der elektrische Widerstand verringert. Nach Ablauf der Zeitspanne wird das Schaltelement geöffnet, was zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands des Spannungsbegrenzers führt. Sofern der Spannungsbegrenzer eine Anzahl an Strängen mit Schaltelementen aufweist, sieht das Verfahren vor, dass zumindest eines der Schaltelemente, beispielsweise sämtliche Schaltelemente, nach dem Öffnen des Schalters für die Zeitspanne geschlossen wird. Geeigneterweise werden die Schaltelemente zeitlich sukzessive geöffnet, wobei sämtliche Schaltelemente zweckmäßigerweise beim Öffnen des Schalters zunächst geschlossen werden. Geeigneterweise ist zwischen Betätigung der einzelnen Schaltelemente jeweils die Zeitspanne vorhanden, sodass der elektrische Widerstand des Spannungsbegrenzers erhöht wird.
Falls mittels der Trennvorrichtung eine induktive Last geschaltet wird, ist die über den Schalter anfallende elektrische Spannung begrenzt. Nach Ablauf der Zeitspanne ist der fließende elektrische Strom aufgrund des elektrischen Widerstands des Spannungsbegrenzers reduziert. Wenn nun das Schaltelement betätigt wird, steigt der elektrische Widerstand und folglich die elektrische Spannung erneut an. Dies führt zu einer weiteren und ausgeprägteren Verringerung des elektrischen Stromflusses. Somit wird mittels Erhöhung des elektrischen Widerstands der elektrische Stromfluss sukzessive unterbunden, wobei die maximal anliegende elektrische Spannung reduziert ist. Daher kann ein vergleichsweise kostengünstiger Schalter herangezogen werden. So ist bei einem mechanischen Schalter ein Lichtbogen unterbunden. Bei einem Schalter basierend auf Halbleitertechnik ist eine vergleichsweise geringe Spannungsfestigkeit erforderlich. Sofern dem
Schaltelement die Kapazität und der weitere Widerstand parallel geschaltet ist, wird mittels dieser Reihenschaltung nach Betätigung des Schaltelements ein etwaiger verbleibender elektrischer Stromfluss aufgenommen und gegen null gebracht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug mit einem einen Schutzschalter aufweisenden Hochvoltbordnetz,
Fig. 2 schematisch den Schutzschalter mit einer Trennvorrichtung, Fig. 3 schematisch die Trennvorrichtung,
Fig. 4 einen Schaltplan der Trennvorrichtung, und
Fig. 5 ein Verfahren zum Betrieb der Trennvorrichtung.
Einander entsprechende Teile sind in sämtlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Sofern einzelne Bauteil als erstes, zweites, drittes... Bauteil bezeichnet wird, dient dies insbesondere lediglich der Bezeichnung des jeweiligen Bauteils. Insbesondere impliziert dies nicht das Vorhandensein einer bestimmten Anzahl von Bauteilen.
In Fig. 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 mit Antriebsrädern 4 sowie nicht angetriebenen Rädern 6 dargestellt. Die Antriebsräder 4 sind mit einem Elektromotor 8 gekoppelt, der einen nicht näher dargestellten Umrichter aufweist. Die Bestromung des Umrichters/Elektromotors 8 erfolgt mittels einer Hochvoltbatterie 10, mittels derer eine elektrische Energie bereitgestellt wird, wobei zwischen den beiden Polen der Hochvoltbatterie eine elektrische Spannung von 400 Volt anliegt. Die Hochvoltbatterie 10 ist mittels einer elektrischen Leitung 1 2 mit dem Umrichter/Elektromotor 8 gekoppelt, wobei mittels der elektrischen Leitung 1 2 ein elektrischer Stromfluss von bis zu 1 .000 Ampere geführt wird. Die Hochvoltbatterie 10, die elektrischen Leitung 1 2 und der Umrichter/Elektromotor 8 sind Bestandteile eines Hochvoltbordnetzes 14.
Zur Absicherung des Hochvoltbordnetzes 14 weist dieses einen Schutzschalter 1 6 auf, der bei einem Überstrom, also bei einem elektrischen Stromfluss, der 1 .000 Ampere überschreitet, und der beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses innerhalb des Umrichters/Elektromotors 8 hervorgerufen wird, auslöst und folglich die Hochvoltbatterie 10 elektrisch von dem Umrichter/Elektromotor 8 trennt. Das Kraftfahrzeug 2 weist ferner ein Niedervoltbordnetz 18 mit einer Niedervoltbatterie 20 auf, zwischen deren jeweiligen elektrischen Polen eine elektrische Spannung von 12 Volt oder 48 Volt anliegt. Das Niedervoltbordnetz 18 umfasst ferner eine Anzahl an Stellantrieben 22, mittels derer Verstellteile, wie z.B. Fensterscheiben oder Sitze, elektrisch verstellt werden können. Der Schutzschalter 16 ist in Fig. 2 schematisch vereinfacht dargestellt und umfasst eine Trennvorrichtung 24, die in die elektrische Leitung 12 eingebracht ist. Mittels der Trennvorrichtung 24 ist es ermöglicht, einen elektrischen Stromfluss über die elektrische Leitung 12 zu unterbrechen. Die Trennvorrichtung 24 ist signaltechnisch mit einer Steuereinheit 26 gekoppelt, die mit einem Sensor 28 signaltechnisch gekoppelt ist. Der Sensor 28 ist ein Stromsensor, mittels dessen ein in der elektrischen Leitung12 vorherrschender elektrischer Stromfluss berührungslos messbar ist. Hierfür umfasst der Sensor 28 einen Hall-Sensor. Die Steuereinheit 26 ist ferner mit einer Schnittstelle 30 gekoppelt, die im Montagezustand an ein Bus-System des Kraftfahrzeugs 2 angeschlossen ist. Mittels der Schnittstelle 30 ist es ermöglicht, die Steuereinheit 26 zu steuern. Bei Betrieb wird beispielsweise mittels des Sensors 28 ein Überstrom erfasst, oder ein bestimmtes Signal wird über die Schnittstelle 30 empfangen. Im Anschluss hieran wird mittels der Steuereinheit 26 die Trennvorrichtung 24 betätigt, sodass ein elektrischer Stromfluss über die elektrische Leitung 12 unterbunden ist. Sofern dies erfolgt ist, wird der Zustand der Trennvorrichtung 24 über die Schnittstelle 30 an das Bus-System weitergeleitet.
In Fig.3 ist schematisch vereinfacht die Trennvorrichtung 24 dargestellt. Die Trennvorrichtung 24 weist einen Schalter 32 auf, der in die elektrische Leitung 12 eingebracht ist. Der Schalter umfasst einen IGBT und weist eine Steuereingang 34 auf, mittels dessen der Schaltzustand des IGBTs verändert werden kann. Parallel zu dem Schalter 32 ist ein Spannungsbegrenzer 36 geschaltet. Mit anderen Worten ist der Schalter 32 mittels des Spannungsbegrenzers 36 überbrückt. Der Spannungsbegrenzer 36 weist eine Anzahl an zueinander parallel geschalteten und schaltungsgleichen Strängen 38 auf. Sämtliche Stränge 38 sind parallel zu dem Schalter 32 geschaltet. Ferner umfasst der Spannungsbegrenzer 36 einen Zeitgeber 40. Der Zeitgeber 40 ist ein NE555-Baustein, und an dem Zeitgeber 40 liegt eine elektrische Spannung an, sofern der Schalter 32 in einer geöffneten Position ist, also elektrisch nicht leitend ist. Der Spannungsbegrenzer 36 umfasst ein Schieberegister 42. Das Schieberegister 42 wird mittels des Zeitgebers mit bestimmten Takten versorgt. Auch ist das Schieberegister 42 mit dem Steuerein- gang 34 des Schalters 32 wirkverbunden. Mittels des Schieberegisters 42 werden die Stränge 38 gesteuert. Der Spannungsbegrenzer 36 basiert auf Analogtechnik. Mit anderen Worten sind sowohl die Stränge 38 als auch der Zeitgeber 40 sowie das Schieberegister 42 als Analog-Bauteile ausgeführt.
In Fig. 4 ist ein vergleichsweise detaillierter Schaltplan der Trennvorrichtung 36 dargestellt, mit den zu dem Schalter 32 parallel geschalteten Strängen 38. Der Spannungsbegrenzer 36 weist einen ersten Strang 38a, einen zweiten
Strang 38b, einen dritten Strang 38c, einen vierten Strang 38d sowie einen fünften Strang 38e auf, die zueinander parallel und parallel zu dem Schalter 32 geschaltet sind. Hierbei ist beispielsweise einer der Anschlüsse des Schalters 32 gegen Masse geführt, sodass auch sämtliche Stränge 38a, 38b, 38c, 38d, 38e gegen Masse geführt sind. Die Stränge 38 sind zueinander baugleich und weisen jeweils einen Widerstand 44 sowie ein Schaltelement 46 in Form eines IGBTs auf. Zusammenfassend weist jeder der Stränge 38 jeweils eines der Schaltelemente 46 auf. Der Widerstand 44 und das Schaltelement 46 jedes Strangs 38 sind zueinander in Reihe geschaltet. Der ohmsche Widerstand der einzelnen Stränge 38a, 38b, 38c, 38d, 38e ist zumindest teilweise um jeweils ein ganzzahliges Vielfaches erhöht. Der ohmsche Widerstand des Widerstands 44 des ersten Strangs 38a beträgt 20 Ohm, der ohmsche Widerstand des Widerstands 44 des zweiten Strangs 38b beträgt 40 Ohm, der ohmsche Widerstand des Widerstands 44 des dritten Strangs 38c beträgt 80 Ohm, und der ohmsche Widerstand des Widerstands 44 des vierten und des fünften Strangs 38d, 38e beträgt jeweils 160 Ohm. Parallel zu dem Schaltelement 46 des fünften Strangs 38e ist eine Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes 48 und einer Kapazität 50 in Form eines Kondensators geschaltet. Hierbei ist der Kondensator 50 gegen das Potential eines der Anschlüsse des Schalters 32 geführt, also Masse. Die Kapazität 50 selbst ist mittels eines zusätzlichen Widerstands 52 überbrückt, der folglich parallel zu der Kapazität 50 geschaltet ist. Der ohmsche Widerstand des weiteren Widerstands 48 ist gleich dem ohmsche Widerstand des Widerstands 44 des fünften Strangs 38e und beträgt 160 Ohm. Der ohmsche Widerstand des zusätzlichen Widerstands 52 beträgt beispielsweise 1 MOhm. Jedes Schaltelement 46 weist einen Steuereingang 54 auf, mittels dessen der Schaltzustand des jeweiligen Schaltelements 46 eingestellt werden kann. Sofern das Schaltelement 46 mittels des Steuereingangs 54 derart eingestellt ist, dass dieses in einem elektrisch nicht leitenden Zustand ist, ist ein Stromfluss über eben diesen Strang 38 unterbunden. Der Spannungsbegrenzer 36 weist einen ersten Oder-Logikschalter 56, einen zweiten Oder-Logikschalter 58, einen dritten Oder- Logikschalter 60 sowie einen vierten Oder-Logikschalter 62 auf, die jeweils Oder- Gatter sind. Der Steuereingang 54 des Schaltelements 46 des ersten Strangs 38a ist gegen einen ersten Ausgang 64 des Schieberegisters 42 sowie gegen einen ersten Eingang 66 des ersten Oder-Logikschalters 56 geführt. Der Steuereingang 54 des Schaltelements 46 des zweiten Strangs 38b ist gegen einen Ausgang 68 des ersten Logikschalters 56 sowie gegen einen ersten Eingang 70 des zweiten Oder-Logikschalters 58 geführt. Der Steuereingang 54 des Schaltelements 46 des dritten Strangs 38c ist gegen einen Ausgang 72 des zweiten Oder-Logikschalters 58 sowie einen ersten Eingang 72 des dritten Oder-Logikschalters 60 geführt. Der Steuereingang 54 des Schaltelements 46 des vierten Strangs 38d ist gegen einen Ausgang 76 des dritten Oder-Logikschalters 60 sowie einen ersten Eingang 78 des vierten Oder-Logikschalters 62 geführt. Der Steuereingang 54 des Schaltelements 46 des fünften Strang 38e ist gegen einen Ausgang 80 des vierten Oder- Logikschalters 62 sowie beide Eingänge eines ersten NOR-Gatters 82 geführt.
Ein zweiter Ausgang 84 des Schieberegisters 42 ist gegen einen zweiten Ausgang 86 des ersten Oder-Logikschalters 56 geführt. Ein dritter Ausgang 88 des Schieberegisters 42 ist gegen einen zweiten Eingang 90 des zweiten Oder-Logikschalters 58 geführt. Ein vierter Ausgang 92 des Schieberegisters 42 ist gegen einen zweiten Eingang 94 des dritten Oder-Logikschalters 60 geführt. Ein fünfter Ausgang 96 des Schieberegisters 42 ist gegen einen zweiten Eingang 98 des vierten Oder-Logikschalters 62 geführt. Die Oder-Logikschalter 56, 58, 58, 60, 62 sind baugleich. Ferner liegt an dem jeweiligen Ausgang 68,72,76,80 jeweils dann ein Pegel an, wenn an zumindest einem der Eingänge 66,68 bzw. 70,90 bzw. 74,94 bzw. 78,98 ein Pegel anliegt. Ein Startausgang 100 des Schieberegisters 42 ist frei und folglich mit keinem weiteren elektrischen oder elektronischen Bauteil elektrisch kontaktiert. Ein Endausgang 102 des Schieberegisters 42 ist über eine erste Diode 104 gegen einen Reset-Eingang 106 des Schieberegisters 42 geführt. Hierbei ist mittels der Diode 104 lediglich ein Stromfluss von dem Endausgang 102 zu dem Reset-Eingang 106 ermöglicht. Sofern das Schieberegister 42 aktiviert ist, wird zunächst der Startausgang 1 00 angesteuert. Im Anschluss hieran wird der erste Ausgang 64, der zweite Ausgang 84, der dritte Ausgang 88, der vierte Ausgang 92, der fünfte Ausgang 96 und im Anschluss hieran der Endausgang 102 angesteuert, wobei die Ansteuerung in Abhängigkeit eines an einem Zeit-Eingang 108 anliegenden An- steuersignals erfolgt. Der Startausgang 100 entspricht somit dem Kanal Q0, der erste Ausgang 64 dem Kanal Q1 , der zweite Ausgang 84 dem Kanal Q2 ... bis zu dem End-Ausgang 102, der dem Kanal Q6 entspricht.
Der Reset-Eingang 106 des Schieberegisters 42 ist über einen zweiten Kondensator 1 10 gegen eine Spannungsversorgungsquelle 1 12 geführt, mittels derer eine Gleichspannung von 15 Volt bereitgestellt ist. Auch ist der Reset-Eingang 106 über einen zweiten Widerstand 1 14 gegen Masse geführt. Dem zweiten Widerstand 1 14 ist parallel eine zweite Diode 1 16 geschaltet, mittels derer ein Stromfluss von Masse zu dem Reset-Eingang 106 ermöglicht ist.
Der Zeitgeber 40 ist als monostabile Kippstufe verschaltet. So sind ein GND-An- schluss 1 18 gegen Masse und ein Versorgungsspannungsanschluss 120 gegen die Spannungsversorgungsquelle 1 12 geführt. Ein Control-Anschluss 122 ist über einen dritten Kondensator 124 gegen Masse geführt. Ein Discharge-An- schluss 126 ist gegen eine Threshold-Anschluss 128 sowie über einen vierten Kondensator 130 gegen Masse geführt. Auch sind der Discharge-Anschluss 126 und der Threshold-Anschluss 128 mittels eines dritten Widerstands 132 gegen die Spannungsversorgungsquelle 1 12 geführt. Ein Trigger-Anschluss 134 ist mittels eines Spannungsteilers 136 mit der elektrischen Leitung 12 elektrisch kontaktiert. Hierfür ist der Trigger-Anschluss 134 mittels eines vierten Widerstands 138 mit der elektrischen Leitung 12 und mittels eines fünften Widerstands 139 gegen Masse geführt. Ein Zeit-Ausgang 140 des Zeitgebers 40 ist mittels einer dritten Diode 142 zu dem Trigger-Anschluss 134 geführt, wobei ein Stromfluss an die Zeit-Ausgang 140 zu dem Trigger-Anschluss 134 ermöglicht ist. Der Zeit-Ausgang 140 ist ferner gegen einen zweiten Eingang 144 eines Logikschalters 146 geführt. Ein erster Eingang 148 des Logikschalters 146 ist gegen den Steuereingang 34 des Schalters 32 geführt. Der Logikschalter 146 weist ein zweites NOR-Gatter 150 auf, dessen Eingänge die Eingänge 144,148 des Logikschalters 146 bilden. Der Ausgang des zweiten NOR-Gatters 150 ist gegen die beiden Eingänge eines dritten NOR- Gatters 152 geführt. Der Ausgang des dritten NOR-Gatters 152 bildet einen Ausgang 154 des Logikschalters 146, der gegen den Zeit-Eingang 108 des Schieberegisters 42 geführt ist. Infolgedessen weist der Ausgang 154 des Logikschalters 148 genau dann einen Pegel auf, wenn entweder an dem ersten Eingang 148 oder am zweiten Eingang 144 des Logikschalters 146 ein Pegel (Signal) anliegt. Zusammenfassend ist der Zeit-Eingang 108 des Schieberegisters 42 mit dem Steuereingang 34 des Schalters 32 wirkverbunden. Ferner ist der Steuereingang 34 gegen einen Eingang eines vierten NOR-Gatters 154 geführt, dessen weiterer Eingang gegen den Ausgang des ersten NOR-Gatters 82 geführt ist. Der Ausgang des vierten NOR-Gatters ist gegen einen Reset-Anschluss 156 des Zeitgebers 40 geführt.
In Fig. 5 ist ein Verfahren 158 zum Betrieb der Trennvorrichtung 24 gezeigt. In einem ersten Arbeitsschritt 1 60 wird mittels der Spannungsversorgungsquelle 1 12 ein Pegel an dem Reset-Eingang 106 des Schieberegisters 42 angelegt, sodass der Startausgang 100 angesteuert wird. Zusammenfassend liegt eine elektrische Spannung bei der Spannungsversorgungsquelle 1 12 an, weswegen auch an dem Reset-Eingang 106 des Schieberegisters 42 ein Signal anliegt, und weswegen folglich der Startausgang 100 angesteuert wird. Infolgedessen sind sämtliche Schaltelemente 46 gesperrt, und es ist im Wesentlichen kein Stromfluss über den Spannungsbegrenzer 36 möglich. Der Schalter 32 befindet sich in dem geöffneten Zustand und über die Trennvorrichtung 24 kann kein elektrischer Strom fließen. In einem anschließenden zweiten Arbeitsschritt 162 wird der Schalter 32 derart angesteuert, dass dieser schließt. Infolgedessen liegt ein Signal am Steuereingang 34 an, welches den Zeitgeber 40 aktiviert. Aufgrund des Logikschalters 146 liegt somit ein Pegel an dem Zeit-Eingang 108 des Schieberegisters 42 an, weswegen der erste Ausgang 64 angesteuert wird. Infolgedessen werden aufgrund der Oder-Logikschalter 56, 58, 60, 62 sämtliche Schaltelemente 46 der Stränge 38 angesteuert, sodass diese elektrisch leitend sind. Diese weisen jedoch einen im Vergleich zu dem Schalter 32 erhöhten ohmschen Widerstand auf, so dass der elektrische Strom im Wesentlichen lediglich über den Schalter 32 fließt. Aufgrund des ersten NOR-Gatters 82 und des vierten NOR-Gatters 154 wird der Zeitgeber 40 in einem Reset-Zustand gehalten, und es ist sichergestellt, dass der Zeitgeber 40 lediglich dann aktiviert ist, wenn der Schalter 32 in einer geöffneten Position ist, also elektrisch nicht leitend ist.
In einem dritten Arbeitsschritt 1 64 wird der Schalter 32 geöffnet, sodass kein Signal mehr an dem Steuereingang 34 anliegt. Infolgedessen kommutiert der elektrische Strom vollständig auf die Stränge 38, sodass auch bei einer induktiv an die elektrische Leitung 12 angeschlossenen Last ein elektrischer Stromfluss über die Trennvorrichtung 24 fortbesteht, und somit ein Ausbilden einer vergleichsweise großen elektrischen Spannung an dem Schalter 32 unterbunden ist. Da der ohm- sche Widerstand des Spannungsbegrenzers 36 im Vergleich zu dem ohmsche Widerstand des Schalters 32 erhöht ist, steigt eine über den Spannungsteiler 136 anfallende elektrische Spannung an. Mittels des Spannungsteilers 136 wird die anliegende elektrische Spannung auf den Trigger-Anschluss 134 des Zeitgebers 40 gegeben. Sobald diese elektrische Spannung auf ein Drittel der Betriebsspannung gefallen ist, wird nach einer bestimmten Zeitspanne über den Zeit-Ausgang 140 ein Puls ausgegeben und an den Logikbaustein 146 geleitet. Infolgedessen wird das Schieberegister 42 gesteuert und nunmehr dessen zweiter Ausgang 84 angesteuert. Infolgedessen wird das Schaltelement 46 des ersten Strangs 38a elektrisch nicht leitend geschaltet, wohingegen die verbleibenden Schaltelemente 46 der verbleibenden Stränge 38b, 38c, 38d und 38e elektrisch leitend verbleiben. Infolgedessen steigt der elektrische Widerstand des Spannungsbegrenzers 36 an. Daher steigt wiederum die elektrische Spannung an, die an dem Trigger- Anschluss 134 des Zeitgebers 40 anliegt. Dieser fällt ab und sobald dieser wiederum ein Drittel der Betriebsspannung des Zeitgebers 40 aufweist, wird mittels dessen jeweils nach bestimmten Zeitspannen in weiteren Arbeitsschritten erneut ein Puls zu dem Logikbaustein 146 geleitet, sodass nunmehr der dritte Ausgang 88 bzw. vierte Ausgang 92 angesteuert ist, weswegen nunmehr auch das Schaltelement 46 des zweiten Strangs 38b bzw. des dritten Strangs 38c elektrisch nicht leitend geschaltet ist. Da der ohmsche Widerstand der Stränge 38a, 38b, 38c, 38d, 38e zumindest teilweise sukzessive erhöht ist, nimmt der andauernde elektrische Strom vergleichsweise stark ab.
Um auch bei schwach induktiven Lasten ein sicheres Ansteuern des Schieberegisters 42 zu gewährleisten, ist der Zeitgeber 40 als monostabile Kippstufe verschaltet. Hierbei wird die Mindestimpulsbreite mittels des dritten Widerstands 132 und dem vierten Kondensator 130 bestimmt. Der vierte Kondensator 130 wird mittels des dritten Widerstands 132 geladen, wenn ein Signal an dem Zeit-Ausgang 140 anliegt. Dies erfolgt so lange, bis die an dem Threshold-Anschluss 128 anliegende Spannung unterhalb von 2/3 der Betriebsspannung liegt. Da ein neuer I mpuls lediglich dann beginnen kann, wenn die elektrische Spannung an dem Trig- ger-Anschluss 134 unter 1 /3 der Betriebsspannung gesunken ist, ist der Zeit- Ausgang mittels der dritten Diode 142 auf den Trigger-Anschluss 134 zurückgekoppelt.
Wenn der fünfte Ausgang 96 des Schieberegisters 42 angesteuert ist, ist lediglich das Schaltelement 46 des fünften Strangs 38e elektrisch leitend geschaltet, weswegen der Spannungsbegrenzer 36 im Wesentlichen den ohmschen Widerstand des Widerstands 44 des fünften Strangs 38e aufweist. Falls nun in einem letzten Arbeitsschritt 166 ein Impuls auf den Zeit-Eingang 108 des Schieberegisters 42 gegeben wird, wird der End-Ausgang 1 02 angesteuert. Infolgedessen wird der Reset-Eingang 106 des Schieberegisters 42 angesteuert und folglich dieser zurückgesetzt, sodass der Startausgang 100 angesteuert wird. Auch sind nunmehr sämtliche Schaltelemente 46 der Stränge 38 elektrisch nicht leitend geschaltet. Infolgedessen nimmt der RC-Kreis, welcher aus dem weiteren Widerstand 48 und der Kapazität 50 sowie teilweise mittels der Kapazität 44 des fünften Strangs 38e gebildet ist, die verbleibende induktiv gespeicherte elektrische Energie auf, sodass der über den Spannungsbegrenzer 36 fließende elektrische Strom zu null gezwungen wird. Mittels des zusätzlichen Widerstands 52 wird eine Entladung der Kapazität 50 sichergestellt.
Zusammenfassend wird mittels des Schieberegisters 42 der elektrische Widerstand des Spannungsbegrenzers 36 zeitlich sukzessive erhöht, wobei eine Erhöhung lediglich dann stattfindet, wenn der fließende elektrisch Strom unterhalb eines bestimmten Grenzwerts ist. Dieser Grenzwert ist mittels der Widerstände 44 eingestellt. Infolgedessen wird auch bei einer vergleichsweise ausgeprägten induktiven Last und somit einem vergleichsweise weiteren Anbestehen eines elektrischen Stromflusses, ein Ausbilden einer vergleichsweise starken elektrischen Spannung unterbunden, wenn der Schalter 32 betätigt wird. Sofern ein vergleichsweise großer Stromfluss weiter besteht, ist der elektrische Widerstand vergleichsweise gering, sodass die elektrische Spannung vergleichsweise gering ist. Erst wenn der elektrische Strom unterhalb eines Grenzwerts ist, wird der elektrische Widerstand erhöht, was auch die resultierende elektrische Spannung erhöht ist. Sobald der elektrische Strom weiter abgesunken ist - und folglich auch die anliegende elektrische Spannung - wird wiederum der elektrische Widerstand erhöht, sodass erneut die elektrische Spannung erhöht wird. Infolgedessen wird der elektrische Stromfluss weiter und in zunehmendem Maß reduziert.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
2 Kraftfahrzeug
4 Antriebsrad
6 Rad
8 Elektromotor
10 Hochvoltbatterie
12 elektrische Leitung
14 Hochvoltbordnetz
16 Schutzschalter
18 Niedervoltbordnetz
20 Niedervoltbatterie
22 Stellantrieb
24 Trennvorrichtung
26 Steuereinheit
28 Sensor
30 Schnittstelle
32 Schalter
34 Steuereingang
36 Spannungsbegrenzer
38 Strang
38a erster Strang
38b zweiter Strang
38c dritter Strang
38d vierter Strang
38e fünfter Strang
40 Zeitgeber
42 Schieberegister
44 Widerstand
46 Schaltelement
48 weiterer Widerstand
50 Kapazität
52 zusätzlicher Widerstand Steuereingang
erster Oder-Logikschalter
zweiter Oder-Logikschalter
dritter Oder-Logikschalter
vierter Oder-Logikschalter
erster Ausgang des Schieberegisters
erster Eingang des ersten Oder-Logikschalters
Ausgang des ersten Oder-Logikschalters erster Eingang des zweiten Oder-Logikschalters
Ausgang des zweiten Oder-Logikschalters erster Eingang des dritter Oder-Logikschalters
Ausgang des dritten Oder-Logikschalters erster Eingang des vierten Oder-Logikschalters
Ausgang des vierten Oder-Logikschalters erstes NOR-Gatter
zweiter Ausgang des Schieberegisters
zweiter Eingang des ersten Oder-Logikschalters dritter Ausgang des Schieberegisters
zweiter Eingang des zweiten Oder-Logikschalters vierter Ausgang des Schieberegisters
zweiter Eingang des dritten Oder-Logikschalters fünfter Ausgang des Schieberegisters
zweiter Eingang des vierten Oder-Logikschalters
Startausgang
Endausgang
Diode
Reset-Eingang
Zeit-Eingang
zweiter Kondensator
Spannungsversorgungsquelle
zweiter Widerstand
zweite Diode
GND-Anschluss 120 Versorgungsspannung-Anschluss
122 Control-Anschluss
124 dritter Kondensator
126 Discharge- Anschluss
128 Threshold-Anschluss
130 vierter Kondensator
132 dritter Widerstand
134 Trigger-Anschluss
136 Spannungsteiler
138 vierter Widerstand
139 fünfter Widerstand
140 Zeit-Ausgang
142 dritte Diode
144 zweiter Eingang des Logikschalters 46 Logikschalter
148 erster Eingang des Logikschalters
150 zweites NOR-Gatter
152 drittes NOR-Gatter
154 viertes NOR-Gatter
156 Reset-Anschluss
158 Verfahren
160 erster Arbeitsschritt
162 zweiter Arbeitsschritt
164 dritter Arbeitsschritt
166 letzter Arbeitsschritt

Claims

Ansprüche
Trennvorrichtung (24) zur Stromunterbrechung, insbesondere eines
Schutzschalters (16), mit einem Schalter (34), und mit einem parallel zu dem Schalter (34) geschalteten Spannungsbegrenzer (36), der eine Anzahl an zueinander parallel geschalteten Strängen (38) aufweist, wobei jeder Strang (38) einen Widerstand (44) aufweist, und wobei zumindest einer der Stränge (38) ein Schaltelement (46) umfasst, das in Reihe zu dem Widerstand (44) des Strangs (38) geschaltet ist.
Trennvorrichtung (24) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Stang (38) ein derartiges Schaltelement (46) aufweist, und dass die Stränge (38) insbesondere schaltungsgleich sind.
Trennvorrichtung (24) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Schaltelement (46) einen Steuereingang (54) aufweist,
- wobei der Steuereingang (54) eines der Schaltelemente (46) gegen einen ersten Ausgang (64) eines Schieberegisters (42) und gegen einen ersten Eingang (66) eines Oder-Logikschalters (56) geführt ist, und
- wobei ein zweiter Eingang (86) des Oder-Logikschalters (56) gegen einen zweiten Ausgang (84) des Schieberegisters (42) geführt ist, und
- wobei der Steuereingang (54) eines weiteren Schaltelements (46) gegen einen Ausgang (68) des Oder-Logikschalters (56) geführt ist.
Trennvorrichtung (24) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Startausgang (100) des Schieberegisters (42) frei ist.
Trennvorrichtung (24) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Reset-Eingang (106) des Schieberegisters (42) gegen einen Endausgang (102) des Schieberegisters (42) und/oder eine Spannungsversor- gungsquelle (1 12) geführt ist.
6. Trennvorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Zeit-Eingang (108) des Schieberegisters (42) mit einem Steuereingang (34) des Schalters (32) wirkverbunden ist.
7. Trennvorrichtung (24) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuereingang (34) des Schalters (32) gegen einen ersten Eingang (148) eines Logikschalters (146), und ein Zeit-Ausgang (140) eines Zeitgebers (40) gegen einen zweiten Eingang (144) des Logikschalters (146) geführt sind, und dass ein Ausgang (154) des Logikschalters (146) gegen den Zeit-Eingang (108) des Schieberegisters (42) geführt ist, wobei der Ausgang (154) des Logikschalters (146) insbesondere dann einen Pegel aufweist, wenn an dem ersten Eingang (148) des Logikschalters (146) und/oder an dem zweiten Eingang (144) des Logikschalters (148) ein Pegel anliegt.
8. Trennvorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zu dem Schaltelement (46) eine Reihenschaltung eines weiteren Widerstands (48) und einer Kapazität (50) geschaltet ist.
9. Trennvorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch
einen Spannungsbegrenzer (36) in Analogtechnik.
10. Schutzschalter (16) mit einem Sensor (28) und einer Trennvorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Verfahren (158) zum Betrieb einer Trennvorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Schaltelement (46) nach einem Öffnen des Schalters (32) für eine Zeitspanne geschlossen wird.
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