开关设备以及开关设备的运行方法技术

提出尤其是机动车车载电网的开关设备(2)，用于电负载(4)与能量源(6)的电连接，开关设备具有带有开关单元(9)的主电流路径(8)，开关单元具有至少一个功率开关(10)，电负载凭借功率开关在供应模式中与能量源连接，开关设备还具有与主电流路径并联的旁路电流路径(12)，其中布置有第一开关元件(14)。还设有切断模式，其中，所述至少一个功率开关断开且电负载仅与旁路电流路径连接，以减少存储在电负载内的电能。还设有诊断模式，其中，开关单元断开且电负载仅通过旁路电流路径与能量源连接，以对电负载供电。还设有控制单元(22)，用于启动诊断模式。此外提出了开关设备的运行方法。

【技术实现步骤摘要】
开关设备以及开关设备的运行方法
本专利技术涉及开关设备以及开关设备的运行方法，以使电负载与能量源进行电连接。
技术介绍
在供电网络中，尤其在机动车车载电网中，现有的电消耗器通常通过开关设备与能量源进行电连接。在此，例如将机动车的电池用作能量源。所述开关设备通常具有电功率开关，其作为隔离元件布置在消耗器与能量源之间。本文所涉及的消耗器尤其为高电流消耗器，例如电动马达，其在运行中具有高于10安或高于50安并且尤其具有高于100安的电流消耗。为了确保功率开关的功能，通常必须检查功率开关的运行能力。然而在此同时地，不应断开原通过待检查的功率开关与能量源相连接的各个消耗器的电能供应。所述功率开关在切断、亦即开路的情况下也应免遭负的电压脉冲，所述电压脉冲尤其在切断电感负载时产生。
技术实现思路
由此出发，本专利技术的任务在于给出开关设备以及开关设备的运行方法，凭借其将电消耗器可靠地与电源相连接。针对所述开关设备的任务按照本专利技术通过开关设备来完成。所述开关设备尤其是用于机动车车载电网的开关设备，所述开关设备用于电负载与能量源的电连接，所述开关设备具有：-主电流路径，其具有开关单元，所述开关单元具有至少一个功率开关，通过所述功率开关，所述电负载在供应模式中与能量源连接，-与所述主电流路径并联的旁路电流路径，在所述旁路电流路径中布置有第一开关元件，其中，-设有用于切断所述负载的切断模式，在所述切断模式中，所述开关单元断开并且所述电负载与旁路电流路径连接，以减少存储在所述电负载内的电能，以及-设有诊断模式，在所述诊断模式中，所述至少一个功率开关断开并且所述电负载仅通过旁路电流路径与能量源连接，以对所述电负载供电，并且，-其中，所述诊断模式能通过控制单元启动。所述开关设备构造为尤其用于机动车车载电网的开关设备并且用于使电负载与能量源进行电连接。在此，所述电负载例如应理解为所述机动车内的所有类型的电消耗器，并且优选为电感负载。负载的概念在此包括一个消耗器或也包括多个消耗器。特别地，所述负载涉及高电流负载，如开始所限定地那样。所述能量源在此优选应理解为机动车电池或布置在机动车内的变压器。所述开关设备具有主电流路径，主电流路径具有开关单元，开关单元具有至少一个功率开关。所述主电流路径和开关单元设计用于对与其连接的负载(一个或多个消耗器)以(最大)总工作电流进行供电。尤其在短时负荷的情况下，所述总工作电流尤其大于10安或大于50安、并且尤其大于100安、例如高至1000安。功率开关在本文中通常应理解为用于开关电负载的开关，尤其用于以至少1安、优选至少5安或也可以是至少10安的电流强度来切换电流。在所述开关单元中通常相互并联地布置有多个功率开关。所述一个或多个功率开关优选构造为半导体开关并且尤其构造为功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。通过功率开关，电负载在供应模式中与能量源进行连接。所述供应模式应理解为开关设备的(运行)模式，其相当于下述运行状态，在此状态下，所述至少一个功率开关接通并且所述电负载优选无例外地、亦即连续地与能量源连接，从而所述电负载被供以电能。开关设备还具有与主电流路径并联的旁路电流路径，在旁路电流路径中布置有第一开关元件。设有切断模式，其中，中断通过主电流路径对负载的供电，就是说所述负载被切断。这通过断开开关单元来实现，亦即断开布置于其内的功率开关。在此，所述切断应理解为，所述功率开关从导通状态切换至阻断状态、亦即断开。通常，在所述切断模式中，不以源自能量源的电能对所述负载进行供应。在至少一个通过所述开关单元连接的负载中以及如有必要在线路内，高的能量、尤其是存储的感应能量必须被耗散。对此，通常构造有于主电流路径并联的支路或空转路径，所述负载与所述支路或空转路径在切断模式中连接，并且所存储的电能通过所述支路或空转路径减少并耗散。对此通常地，所述空转路径通过开关元件接通。在所述空转路径中布置有至少一个合适的消耗器，例如一个或多个功率电阻，以便减少所存储的能量。所述空转路径在此由旁路电流路径形成。因此在切断模式中，布置在旁路电流路径中的第一开关元件是接通的。就这点而言，所述电负载在切断模式中仅通过旁路电流路径与能量源连接。在切断命令的情况下并且于是尤其在所述电负载发生故障时进行所述开关单元的切断并且因此进行断开，以将有故障的电负载与机动车车载电网分开。切断例如也在下述情况下进行，即，通过上级的控制器进行相应的要求，所述控制器发出切断命令。尤其在构造为电感负载的电负载的情况下，在切断并且因此在分离所述电负载与能量源之间的电连接的情况下，出现负的电压脉冲(也称作负的电压尖峰)。根据电磁感应定律，所述负的电压脉冲是由在供应模式下流经电负载的载荷电流的下降并且由存储在所述电负载内的感应能量造成的。在有故障的空转路径的情况下，所述负的电压脉冲导致断开的至少一个功率开关重新转变为导通状态、就是说非期望地接通。于是，在所述不期望的接通之后，存储在所述电负载内的感应能量(也称作感应切断能量)在所述至少一个功率开关内放出，这可导致其过载并且因此导致功率开关的故障并且因此导致开关设备的故障。由于在切断模式中所述电负载仅通过旁路电流路径与能量源连接，所以实现的是，所述电负载的感应能量通过旁路电流路径放出且消耗。对此，在旁路电流路径中已经布置有所提到的功率消耗器。所述功率消耗器具有尤其多个串联的功率电阻。因此，所述至少一个功率开关在切断模式中得以保护。所述旁路电流路径由此也称作支路路径。此外设有诊断模式，其中，所述开关单元也断开，通过主电流路径对负载进行的供电中断。所述电负载仅通过旁路电流路径与能量源连接并且通过旁路电流路径以来自所述能量源的能量进行供应。就是说与在切断模式中不同地，在所述诊断模式内，所述电负载与能量源的通过旁路电流路径实现的电连接用于对电负载进行供电。由此实现的是，尽管开关单元在诊断模式中断开，但是向所述电负载供应电能是不中断的。因此实现的是，除了通过主电流路径对电负载进行供电以外，也通过旁路电流路径实现对电负载的供电，并且对电负载的无中断的供电在主电流路径中的开关单元断开的情况下也使功率开关得到保障。在诊断模式中还进行所述开关设备的诊断，并且如有必要进行所连接的负载的诊断。尤其进行对所述开关单元的一个或多个功率开关的在其功能性方面的检查。此外设有控制单元，其用于启动各个不同的模式并且尤其用于启动诊断模式，特别地通过操控不同的开关元件，具体地说例如通过操控在主电流路径中的开关元件和在旁路电流路径中的第一开关元件。所述控制单元优选构造为微控制器。通过所述开关设备以及不同的模式(供应模式，切断模式以及诊断模式)实现一种开关设备，其一方面这样构造，即，在切断的情况下使得存储在电负载内的感应能量减少，并且另一方面确保向所述电负载无中断地供电，尤其是在所述至少一个功率开关在用于检查所述功率开关的功能性的诊断模式中处于断开状态、亦即阻断状态的情况下。所述旁路电流路径并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.开关设备(2)，尤其是用于机动车车载电网的开关设备，所述开关设备用于电负载(4)与能量源(6)的电连接，所述开关设备具有：/n-主电流路径(8)，其具有开关单元(9)，所述开关单元具有至少一个功率开关(10)，通过所述功率开关，所述电负载(4)在供应模式中与能量源(6)连接，/n-与所述主电流路径(8)并联的旁路电流路径(12)，在所述旁路电流路径中布置有第一开关元件(14)，/n其中，/n-设有用于切断所述负载(4)的切断模式，在所述切断模式中，所述开关单元(9)断开并且所述电负载(4)与旁路电流路径(12)连接，以减少存储在所述电负载(4)内的电能，以及/n-设有诊断模式，在所述诊断模式中，所述至少一个功率开关(10)断开并且所述电负载(4)仅通过旁路电流路径(12)与能量源(6)连接，以对所述电负载(4)供电，并且，/n-其中，所述诊断模式能通过控制单元(22)启动。/n

【技术特征摘要】
20190315 DE DE102019203508.61.开关设备(2)，尤其是用于机动车车载电网的开关设备，所述开关设备用于电负载(4)与能量源(6)的电连接，所述开关设备具有：
-主电流路径(8)，其具有开关单元(9)，所述开关单元具有至少一个功率开关(10)，通过所述功率开关，所述电负载(4)在供应模式中与能量源(6)连接，
-与所述主电流路径(8)并联的旁路电流路径(12)，在所述旁路电流路径中布置有第一开关元件(14)，
其中，
-设有用于切断所述负载(4)的切断模式，在所述切断模式中，所述开关单元(9)断开并且所述电负载(4)与旁路电流路径(12)连接，以减少存储在所述电负载(4)内的电能，以及
-设有诊断模式，在所述诊断模式中，所述至少一个功率开关(10)断开并且所述电负载(4)仅通过旁路电流路径(12)与能量源(6)连接，以对所述电负载(4)供电，并且，
-其中，所述诊断模式能通过控制单元(22)启动。


2.根据前述权利要求所述的开关设备(2)，
其中，所述第一开关元件(14)这样构造，即，其在切断所述负载(4)的情况下自动接通。


3.根据权利要求2所述的开关设备(2)，
其中，所述第一开关元件(14)构造为半导体开关并且具有栅极连接部(16)，所述栅极连接部具有栅极电势(UG)，所述栅极电势与接地电势(M)电连接。


4.根据权利要求1所述的开关设备(2)，
其中，所述旁路电流路径(12)具有二极管(18)，所述二极管布置在所述第一开关元件(14)的栅极连接部(16)与接地电势(M)之间，并且沿截止方向与所述接地电势(M)电连接。


5.根据权利要求1所述的开关设备(2)，
其中，在所述旁路电流路径(12)中布置有功率消耗器，以转换存储在所述电负载(4)内的电能。


6.根据权利要求3所述的开关设备(2)，
其中，所述栅极电势(UG)在诊断模式中具有与所述能量源的电势(UE)相同的数值。


7.根据权利要求2所述的开关设备(2)，
其中，设有第二开关元件(24)，以使所述第一开关元件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：德利特·马库斯，基尔希·克里斯托夫，施豪德·伯哈德，纽伯特·约阿希姆，
申请(专利权)人：莱尼电气系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE