DE102014211400A1

DE102014211400A1 - Method for operating a contactor

Info

Publication number: DE102014211400A1
Application number: DE102014211400.4A
Authority: DE
Inventors: Gergely Galamb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schützes (10), welches wenigstens zwei in einem geschlossenen Zustand des Schützes (10) miteinander elektrisch leitend verbundene Kontakte umfasst, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Schließen des Schützes (10); b) Detektieren, ob sich die Kontakte des Schützes (10) mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der unterhalb eines definierten Werts Ri liegt; c) wenigstens einmaliges Öffnen und Schließen des Schützes (10), wenn sich die Kontakte des Schützes (10) mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der nicht unterhalb eines definierten Werts Ri liegt. Zusammenfassend erlaubt das Verfahren somit auf einfache und kostengünstige Weise Beeinträchtigungen des Betriebs eines Schützes (10) durch Schmutzpartikel (26) zwischen den Kontakten zu detektieren und zu beseitigen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie, eine elektronische Schaltung sowie ein Batteriesystem.The present invention relates to a method for operating a contactor (10) which comprises at least two contacts electrically connected to one another in a closed state of the contactor (10), comprising the steps of: a) closing the contactor (10); b) detecting whether the contacts of the contactor (10) contact a contact resistance which is below a defined value Ri; c) opening and closing the contactor (10) at least once when the contacts of the contactor (10) contact a contact resistance which is not below a defined value Ri. In summary, the method thus allows a simple and cost-effective way to detect and eliminate adverse effects of the operation of a contactor (10) by dirt particles (26) between the contacts. The present invention further relates to a method for operating a battery, an electronic circuit and a battery system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schützes. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Schützes im Rahmen eines Betreibens einer Batterie sowie eine elektrische Schaltung beziehungsweise ein Batteriesystem zum Ausführen eines solchen Verfahrens.The present invention relates to a method of operating a contactor. In particular, the present invention relates to a method for operating a contactor in the course of operating a battery and to an electrical circuit or a battery system for carrying out such a method.

Stand der TechnikState of the art

Batterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.Batteries, such as lithium-ion batteries, are widely used in many daily applications. They are used, for example, in computers such as laptops, mobile phones, smart phones, and other applications. Even with the currently highly advanced electrification of vehicles, such as motor vehicles, such batteries offer advantages.

In derartigen Batterien, oder Batteriemodulen oder in anderen Hochvoltanwendungen sind oftmals Schütze zur Unterbrechung einer elektrischen Leitung, wie etwa zur Abschaltung des Potentials an den Anschlüssen der Batterie, eingesetzt. In den Schützen wird der Hauptkontakt oftmals durch eine Kontaktbrücke geschlossen, um eine leitfähige Verbindung zwischen den Hauptanschlüssen herzustellen.In such batteries, or battery modules or in other high voltage applications, contactors are often used to interrupt an electrical line, such as to shut off the potential at the terminals of the battery. In contactors, the main contact is often closed by a contact bridge to make a conductive connection between the main terminals.

Oftmals sind Schütze hermetisch abgedichtet, so dass weder Feuchtigkeit noch Verschmutzung in das Innere des Schützes eindringen kann. Dabei ist es bekannt, dass nicht leitfähige Partikel, die etwa während der Produktion in das Innere der Kontaktkammer gelangen können oder sich aus dem Gehäuse herauslösen können, sich im offenen Zustand des Schützes auf die Kontaktoberflächen legen können. In diesem Fall wird der Kontakt zwar beim Aktivieren des Schützes geschlossen, jedoch kann der nicht leitfähige Partikel einen ausreichenden elektrischen Kontakt verhindern oder einschränken.Often, contactors are hermetically sealed, so that neither moisture nor pollution can penetrate into the interior of the contactor. It is known that non-conductive particles that can get into the interior of the contact chamber during production or can come out of the housing, can lie in the open state of the contactor on the contact surfaces. In this case, although the contact is closed when activating the contactor, the non-conductive particle can prevent or limit sufficient electrical contact.

Das Dokument DE 29 12 404 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer elektrischen Hochleistungsanlage. Eine derartige Schaltungsanordnung kann derart betrieben werden, dass ein starker Stromimpuls längs der in einem Schwachstromkreis liegenden Relaiskontakte vorgesehen wird, um einen Lichtbogen zu erzeugen. So sollen Gegenstände, welche sich zwischen den Relaiskontakten befinden, weggebrannt werden.The document DE 29 12 404 A1 describes a circuit arrangement for the operation of a high-performance electrical system. Such circuitry may be operated to provide a strong current pulse along the relay contacts in a low power circuit to create an arc. So objects that are located between the relay contacts are burned away.

Das Dokument US 5,179,290 beschreibt weiterhin ein Verfahren, um Kontakte sauber und im Wesentlichen frei von Verunreinigungen zu halten. Dazu werden die Kontakte zu bestimmten Zeiten unter Last getrennt, so dass ein Lichtbogen erzeugt wird.The document US 5,179,290 further describes a method to keep contacts clean and substantially free of contaminants. For this purpose, the contacts are separated under load at certain times, so that an arc is generated.

Aus dem Dokument US 6,002,559 ist ferner eine Schaltungsanordnung für ein elektrisches Motorsystem bekannt, um Verunreinigungen an Kontakten zu reduzieren. Dabei wird ein Lichtbogen erzeugt, um die Kontakte zu reinigen.From the document US 6,002,559 Further, a circuit arrangement for an electric motor system is known to reduce contaminants on contacts. An arc is created to clean the contacts.

Aus dem Dokument US 3,407,311 ist ferner ein Telegraphen-Verteiler bekannt, bei dem Kontakte mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Dabei kann ein Lichtbogen erzeugt werden, um auf den Kontakten befindliche Verunreinigungen zu entfernen.From the document US 3,407,311 Furthermore, a telegraph distributor is known in which contacts are connected to a voltage source. In this case, an arc can be generated to remove impurities located on the contacts.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schützes, welches wenigstens zwei in einem geschlossenen Zustand des Schützes miteinander elektrisch leitend verbundene Kontakte umfasst, aufweisend die Verfahrensschritte:

a) Schließen des Schützes;
b) Detektieren, ob sich die Kontakte des Schützes mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der unterhalb eines definierten Werts R_i liegt;
c) wenigstens einmaliges Öffnen und Schließen des Schützes, wenn sich die Kontakte des Schützes mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der nicht unterhalb eines definierten Werts R_i liegt.

The subject matter of the present invention is a method for operating a contactor which comprises at least two contacts electrically connected to one another in a closed state of the contactor, comprising the method steps:

a) closing the contactor;
b) detecting whether the contacts of the contactor contact a contact resistance which is below a defined value R _i ;
c) opening and closing of the contactor at least once, when the contacts of the contactor make contact with a contact resistance which is not below a defined value R _i .

Durch das vorbeschriebene Verfahren kann ein kostengünstiges und schonendes Entfernen von Verunreinigungen von den Kontakten erfolgen.By the method described above, a cost-effective and gentle removal of contaminants from the contacts can take place.

Das vorbeschriebene Verfahren dient somit insbesondere zum Betreiben eines Schützes, welches wenigstens zwei in einem geschlossenen Zustand des Schützes miteinander kontaktierte beziehungsweise elektrisch verbundene Kontakte umfasst. Ein derartiges Schütz kann insbesondere Bestandteil sein eines Batteriesystems, welches wiederum etwa Bestandteil eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sein kann. Jedoch ist das Verfahren nicht auf derartige Schütze beschränkt, sondern kann auch in weiteren Anwendungen, wie etwa bei Hochvoltsystemen, Anwendung finden. Das Schütz kann dabei in an sich bekannter Weise in einer Leitung zum Versorgen eines Verbrauchers, wie beispielsweise eines Elektromotors, mit elektrischer Leistung angeordnet sein und diese Leitung je nach Bedarf öffnen oder schließen. The above-described method thus serves, in particular, for operating a contactor which comprises at least two contacts that are in contact with one another or electrically connected contacts in a closed state of the contactor. Such a contactor may in particular be part of a battery system, which in turn may be part of an at least partially electrically driven vehicle. However, the method is not limited to such contactors, but may find application in other applications such as high voltage systems. The contactor can be arranged in a manner known per se in a line for supplying a consumer, such as an electric motor, with electrical power and open or close this line as needed.

Insbesondere dient das Schütz somit dazu, eine elektrische Verbindung beziehungsweise eine elektrische Leitung zu schließen oder zu öffnen. Dabei wird bei einem Öffnen des Schützes die elektrische Verbindung getrennt und bei einem Schließen des Schützes die elektrische Verbindung hergestellt. In letzterem Fall werden zwei Kontakte des Schützes geschlossen beziehungsweise mit einander elektrisch leitend in Kontakt gebracht, also insbesondere derart kontaktiert, dass ein Strom mit einem für das entsprechende Anwendungsgebiet ausreichend begrenztem Kontaktwiderstand durch die Kontakte fließen kann. Dabei wird die Erfindung im Folgenden weitestgehend mit zwei Kontakten in dem Schütz beschrieben, wobei es für den Fachmann verständlich ist, dass auch mehr als zwei Kontakte in dem Schütz vorliegen können, verschmutzt sein können und entsprechend dem vorliegenden Verfahren behandelt werden können, ohne dass stets gesondert darauf hingewiesen wird.In particular, the contactor thus serves to close or open an electrical connection or an electrical line. When the contactor is opened, the electrical connection is disconnected and when the contactor closes, the electrical connection is established. In the latter case, two contacts of the contactor are closed or with each other electrically brought into contact, so in particular contacted so that a current with a sufficiently limited for the relevant application area contact resistance can flow through the contacts. In the following, the invention will be described as far as possible with two contacts in the contactor, it being understood by those skilled in the art that more than two contacts may be present in the contactor, may be contaminated and treated according to the present method, without always is pointed out separately.

Bei der Verwendung eines Schützes kann es vorkommen, dass nicht leitende Schmutzpartikel sich auf einem der Kontakte anordnen beziehungsweise zwischen den Kontakten vorliegen. Dies kann beispielsweise der Fall sein durch Kohlenstoffpartikel, die sich nach einem längeren Betreiben des Schützes aus einem Kunststoffgehäuse lösen, oder durch Schmutzpartikel, die bei einem Herstellungsprozess in das Schütz gelangen, oder durch Schmutzpartikel bei nicht gedichteten Schützen, die während des Betriebes in die Kontaktkammer gelangen. Diese insbesondere elektrisch nicht leitfähigen Partikel können dazu führen, dass bei einem gewollten Schließen des Schützes die beiden Kontakte nicht mit einem ausreichend niedrigen Kontaktwiderstand aneinander gelegt werden können. Dies kann zu einem fehlerhaften Betrieb der mit dem Schütz ausgestatten Schaltung führen und beispielsweise zu einem Liegenbleiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.When using a contactor, it may happen that non-conductive dirt particles are arranged on one of the contacts or present between the contacts. This may be the case, for example, due to carbon particles which detach from a plastic housing after a prolonged operation of the contactor, or dirt particles which enter the contactor during a production process, or dirt particles from unsealed contactors which, during operation, enter the contact chamber reach. These particles, which are in particular electrically nonconductive, can lead to the two contacts not being able to be connected to one another with a sufficiently low contact resistance when the contactor is intentionally closed. This can lead to erroneous operation of the circuit equipped with the contactor and, for example, to a lying-down of an electrically driven vehicle.

Derartige Fehlerfälle können dabei insbesondere deshalb problematisch sein, da sie nur sporadisch auftreten können und teilweise eine fehlerhafte Kontaktierung mit sich bringen oder teilweise unauffällig funktionieren und einen geeigneten Kontakt herstellen können. Dabei ist ferner ein dauerhafter Schutz vor Verschmutzungen der Kontakte schwierig ist.Such errors can be particularly problematic because they can occur only sporadically and sometimes bring a faulty contact with him or partially unobtrusive function and can make a suitable contact. It is also a permanent protection against contamination of the contacts is difficult.

Um bei einem Auftreten eines derartigen Fehlers basierend auf einer Verschmutzung einer oder beider der Kontaktoberflächen diesen Fehler zu detektieren und insbesondere zu beheben, weist das vorbeschriebene Verfahren zunächst gemäß Verfahrensschritt a) ein Schließen des Schützes auf. Dieser Verfahrensschritt ist an sich bekannt, um eine elektrische Verbindung durch das Schütz herstellen zu können. Dabei kann es insbesondere bei diesem Verfahrensschritt durch Schmutzpartikel zu einem Fehlerfall kommen, da bei einem geöffneten Schütz beziehungsweise bei geöffneten Kontakten Schmutzpartikel sich zwischen die Kontakte legen können.In order to detect and, in particular, remedy this error in the event of such an error occurring on the basis of contamination of one or both of the contact surfaces, the method described above initially comprises closing the contactor according to method step a). This method step is known per se in order to be able to produce an electrical connection through the contactor. This can lead to a fault, in particular in this process step by dirt particles, because with an open contactor or with open contacts dirt particles can be placed between the contacts.

Gemäß Verfahrensschritt b) umfasst das Verfahren weiterhin nach und/oder während eines Schließens des Schützes ein Detektieren, ob sich die Kontakte des Schützes mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der unterhalb eines definierten Werts R_i liegt. In diesem Verfahrensschritt wird somit detektiert beziehungsweise ermittelt, ob sich die Kontakte des Schützes zumindest teilweise wie gewünscht kontaktieren, und ein Strom wie gewünscht fließen kann, oder ob etwa Schmutzpartikel sich zwischen den Kontakten befinden und ein elektrisch leitfähiges Schließen der Kontakte verhindert. Einhergehend mit Schmutzpartikeln steigt der Kontaktwiderstand der beiden Kontakte, was bis zu einem Schwellenwert R_i unter Umständen toleriert werden kann, was jedoch in Abhängigkeit der spezifischen Anwendung ein gewünschtes Arbeiten negativ beeinflussen kann.According to method step b), the method further comprises, after and / or during the closing of the contactor, detecting whether the contacts of the contactor contact a contact resistance which is below a defined value R _i . In this method step, it is thus detected or determined whether the contacts of the contactor contact at least partially as desired, and a current can flow as desired, or whether dirt particles are located between the contacts and prevent electrically conductive closing of the contacts. Along with dirt particles, the contact resistance of the two contacts increases, which may be tolerated up to a threshold R _i , which, however, may adversely affect desired work, depending on the specific application.

Um ein derartiges fehlerhaftes Arbeiten zu verhindern beziehungsweise die Kontakte zu säubern und somit den Kontaktwiderstand zu reduzieren zumindest bis zu einem Wert unterhalb des Werts R_i = 2mOhm, welcher insbesondere vorliegen kann bei einer Stromstärke in einem Bereich von größer oder gleich 100A bis kleiner oder gleich 200A, ist es bei dem vorbeschriebenen Verfahren vorgesehen, dass gemäß Verfahrensschritt c) ein wenigstens einmaliges Öffnen und Schließen des Schützes durchgeführt wird.In order to prevent such erroneous working or to clean the contacts and thus to reduce the contact resistance at least up to a value below the value R _i = 2mOhm, which may be present in particular at a current strength in a range of greater than or equal to 100A to less than or equal 200A, it is provided in the method described above, that according to step c) at least one time opening and closing of the contactor is performed.

Gemäß Verfahrensschritt c) können Schmutzpartikel auf eine einfache Weise entfernt oder deren negative Wirkung zumindest signifikant eliminiert werden, so dass der Kontaktwiderstand reduziert und die elektrische Verbindung durch das Schütz signifikant verbessert wird.According to method step c), dirt particles can be removed in a simple manner or at least significantly eliminated their negative effect, so that the contact resistance is reduced and the electrical connection through the contactor is significantly improved.

Denn dadurch, dass ein wenigstens einmaliges Öffnen und Schließen des Schützes durchgeführt wird, können die zwischen den Kontakten sich befindlichen Schmutzpartikel mechanisch entfernt werden, was den elektrischen Kontakt der beiden Kontakte in verständlicher Weise signifikant verbessert. Selbst dann, wenn die Schmutzpartikel nicht vollständig entfern werden sondern beispielsweise lediglich verformt beziehungsweise deformiert werden, kann der elektrische Kontakt signifikant verbessert werden, so dass ein im Wesentlichen fehlerfreies Arbeiten des Schützes beziehungsweise des mit dem Schütz ausgestatteten Systems erlaubt wird.For this fact that an at least one time opening and closing of the contactor is performed, the dirt particles located between the contacts can be removed mechanically, which significantly improves the electrical contact of the two contacts in an understandable manner. Even if the dirt particles are not completely removed but, for example, merely deformed or deformed, the electrical contact can be significantly improved, so that a substantially error-free operation of the contactor or equipped with the contactor system is allowed.

Denn aufgrund der oftmals vorliegenden Toleranzen in dem System kann es vorkommen, dass die Kontakte nicht immer plan aneinander liegen sondern durch entsprechende Federmittel auch bei einer nicht planaren Ausrichtung mit einer hohen Kontaktfläche aneinander gedrückt werden. Dabei kann es jedoch ausreichen, dass nicht die vollständigen Kontakte aneinander liegen, sondern dass für ein gewünschtes Arbeiten eine ausreichend große Fläche der Kontakte elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Aufgrund der gegebenenfalls vorliegenden Toleranzen und damit einer nicht definierten Kontaktstelle zwischen den einzelnen Kontakten des Schützes kann schon ein Verschieben oder auch ein Verformen der Schmutzpartikel dazu führen, dass wieder eine ausreichend große elektrisch leitende Kontaktfläche zwischen den Kontakten vorliegt und somit ein gewünschtes Arbeiten ermöglicht wird.Because of the often existing tolerances in the system, it may happen that the contacts are not always flat against each other but are pressed by appropriate spring means even in a non-planar orientation with a high contact surface to each other. However, it may be sufficient that not the complete contacts are adjacent to each other, but that for a desired work a sufficiently large area of the contacts are electrically connected to each other. Due to the tolerances that may exist and thus an undefined contact point between the individual contacts of the Contactor can already move or deform the dirt particles cause that again there is a sufficiently large electrically conductive contact area between the contacts and thus a desired work is possible.

Dabei kann dadurch, dass lediglich ein wenigstens einmaliges, insbesondere mehrmaliges Öffnen und Schließen des Schützes realisiert wird, ein Reinigen der Kontakte mit besonders einfachen Mittel realisiert werden, da lediglich eine Software-Optimierung einer Steuereinheit notwendig ist. Aufwändige Einbauten sind jedoch nicht notwendig, so dass das Verfahren besonders kostengünstig durchführbar ist und auch in bestehende Systeme problemlos implementierbar ist.In this case, it is possible to realize a cleaning of the contacts with particularly simple means by only opening and closing the contactor at least once, in particular a plurality of times, since only a software optimization of a control unit is necessary. Elaborate installations are not necessary, so that the process is particularly cost-effective feasible and can be easily implemented in existing systems.

Darüber hinaus ist dieses Verfahren im Wesentlichen ohne Alterungseffekte der Kontakte durchführbar, so dass auch bei einem Langzeitbetrieb die Kontakte sicher gereinigt werden können.In addition, this method is essentially feasible without aging effects of the contacts, so that even with a long-term operation, the contacts can be safely cleaned.

Durch das vorbeschriebene Verfahren und die damit einhergehende Reinigung der Kontakte in dem Schütz kann somit die Betriebsbereitschaft eines elektrischen Gerätes aufrechterhalten beziehungsweise wiederhergestellt werden. Für die rein exemplarische und nicht beschränkende Anwendung eines derartigen Verfahrens in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug kann somit ein Liegenbleiben des Fahrzeugs verhindert werden. By the method described above and the associated cleaning of the contacts in the contactor thus the operational readiness of an electrical device can be maintained or restored. For the purely exemplary and non-limiting application of such a method in an electrically driven vehicle, it is therefore possible to prevent the vehicle from being left behind.

Zusammenfassend erlaubt das Verfahren somit auf einfache und kostengünstige Weise, Beeinträchtigungen des Betriebs eines Schützes durch Schmutzpartikel zwischen den Kontakten zu detektieren und zu beseitigen.In summary, the method thus allows a simple and inexpensive way to detect and eliminate adverse effects of the operation of a contactor by dirt particles between the contacts.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Schütz gemäß Verfahrensschritt c) in einer Anzahl geöffnet und geschlossen werden, die in einem Bereich von größer oder gleich 2 bis kleiner oder gleich 100, beispielsweise von größer oder gleich 10 bis kleiner oder gleich 20, liegt. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass die zwischen den Kontakten sich befindlichen Schmutzpartikel derart behandelt werden, dass ein Kontakt mit einem hohen Kontaktwiderstand nach diesem Verfahrensschritte beseitigt wird. Denn dadurch, dass eine derartige Anzahl an Öffnungsvorgängen beziehungsweise Schließvorgängen des Schützes beziehungsweise der Kontakte realisiert wird, wird ebenfalls ein mehrmaliges Einwirken auf den oder die Schmutzpartikel bewirkt, was ein besonders effektives Reinigen erlaubt. Gleichzeitig haben mechanische Zyklisierungen mit einer Anzahl kleiner oder gleich 100 einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Lebensdauer des Schützes.Within the scope of an embodiment, the contactor according to method step c) can be opened and closed in a number which is in a range from greater than or equal to 2 to less than or equal to 100, for example greater than or equal to 10 to less than or equal to 20. In particular, in this embodiment, it can be ensured that the dirt particles located between the contacts are treated in such a way that contact with a high contact resistance is eliminated after these method steps. Because the fact that such a number of opening operations or closing operations of the contactor or the contacts is realized, a multiple action on the one or more dirt particles is also effected, which allows a particularly effective cleaning. At the same time, mechanical cycles with a number less than or equal to 100 have a negligible influence on the service life of the contactor.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Schütz gemäß Verfahrensschritt c) wenigstens 1 mal pro Sekunde geöffnet und geschlossen werden. Dabei kann es ferner vorgesehen sein, dass das Schütz gemäß Verfahrensschritt c) höchstens 4 mal pro Sekunde geöffnet und geschlossen wird. Beispielsweise kann das Schütz 2 bis 3 mal pro Sekunde geöffnet und wieder geschlossen werden. Beispielsweise kann ein jeweiliges Öffnen und Schließen zu den weiteren Öffnungs- und Schließvorgängen periodisch erfolgen, also in einer Frequenz von größer oder gleich 1 bis kleiner oder gleich 4 Hertz, beispielsweise größer oder gleich 2 bis kleiner oder gleich 3 Hertz. In dieser Ausgestaltung kann das Vorliegen des fehlerhaften Zustands basierend auf dem Schmutzpartikel oder den Schmutzpartikeln zwischen den Kontakten besonders dynamisch durchgeführt werden, so dass eine Einschränkung eines elektrischen Systems, welches mit einem Schütz ausgestaltet ist, nur einen sehr kurzen Zeitraum andauert. Dabei kann jedoch ferner sichergestellt werden, dass eine ausreichende Zeit zwischen den einzelnen Vorgängen vorhanden ist, damit der oder die Schmutzpartikel sich verschieben beziehungsweise von den Kontakten entfernt werden können.Within the scope of a further embodiment, the contactor according to method step c) can be opened and closed at least once per second. It can also be provided that the contactor according to step c) is opened and closed at most 4 times per second. For example, the contactor can be opened and closed 2 to 3 times a second. For example, a respective opening and closing to the other opening and closing operations occur periodically, ie in a frequency of greater than or equal to 1 to less than or equal to 4 hertz, for example greater than or equal to 2 to less than or equal to 3 hertz. In this embodiment, the presence of the faulty state based on the dirt particles or the dirt particles between the contacts can be carried out particularly dynamically, so that a restriction of an electrical system, which is designed with a contactor, lasts only a very short period of time. However, it can also be ensured that there is sufficient time between the individual processes so that the dirt particle or particles can be displaced or removed from the contacts.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren nach Verfahrensschritt c) gemäß Verfahrensschritt d) erneut ein Detektieren, ob sich die Kontakte des Schützes mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der unterhalb eines definierten Werts R_i liegt, aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann somit nach einem mechanischen Einwirken auf die Schmutzpartikel erneut detektiert werden, ob ein gewünschter Kontakt vorliegt und damit ob der Verfahrensschritt c) erfolgreich war, beziehungsweise ob nunmehr ein ausreichend elektrisch leitfähiger Kontakt ausgebildet werden kann. Für den Fall, dass nach Verfahrensschritt c) der Kontaktwiderstand ausreichend niedrig ist, kann das Verfahren zum Reinigen der Kontakte nunmehr beendet sein. Für den Fall, dass der Kontaktwiderstand noch einen zu großen Wert aufweist, kann das Verfahren erneut zu Verfahrensschritt c) zurückkehren. Somit kann in dieser Ausgestaltung ein besonders sicheres und effektives Reinigen der Kontaktoberflächen realisiert werden, so dass besonders sichergestellt werden kann, dass nach dem Verfahren die Kontakte wie gewünscht elektrisch leitfähig miteinander verbindbar sind. Within the scope of a further refinement, the method according to method step c) according to method step d) can again detect whether the contacts of the contactor contact a contact resistance which is below a defined value R _i . In this embodiment, it can thus be detected again after a mechanical action on the dirt particles, whether a desired contact is present and thus whether the method step c) was successful, or whether now a sufficiently electrically conductive contact can be formed. In the event that after step c) the contact resistance is sufficiently low, the method for cleaning the contacts can now be completed. In the event that the contact resistance still has too large a value, the process can again return to process step c). Thus, in this embodiment, a particularly secure and effective cleaning of the contact surfaces can be realized, so that it can be ensured that the contacts can be electrically conductively connected to one another as desired according to the method.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt aufweisen: e) Erzeugen eines Lichtbogens zwischen den Kontakten. Dieser Verfahrensschritt kann insbesondere nach einem Reinigen der Kontaktoberflächen realisiert werden beziehungsweise nach einem Detektieren, dass die Kontakte sich mit einem ausreichend niedrigen Kontaktwiderstand berühren können. Dies kann beispielsweise durch eine Hochvoltkomponente in einem elektrischen System, wie beispielsweise einem DC/DC-Wandler, einem Inverter oder einem PTC-Heizer, realisiert werden, welche einen definierten Strom, beispielsweise einem Bereich von 1–100 A, ziehen kann. Während des Fließens des Stroms, etwa unmittelbar nach einem Beginnen des Fließens des Stroms, kann etwa durch ein Steuergerät das Schütz wieder geöffnet werden, wodurch zwischen den Kontakten ein Lichtbogen entsteht. Dieser Lichtbogen kann dann dazu führen, dass gegebenenfalls noch zwischen den Kontakten verbliebene Restpartikel beziehungsweise neben einer Kontaktstelle vorliegende Partikel verbrannt beziehungsweise zersetzt werden. Dadurch kann in dieser Ausgestaltung besonders sichergestellt werden, dass die Kontakte nicht nur an den Kontaktstellen sondern ferner die gesamte Kontaktoberfläche von störenden Partikeln gereinigt ist. Dadurch, dass insbesondere bei Hochvoltanwendungen die Schütze für Trennströme von mehreren 100A, beispielsweise mehreren 1000A ausgelegt sind, führt auch die Erzeugung eines Lichtbogens in dem vorgenannten Bereich zu keiner signifikanten Alterung der Kontakte.Within the scope of a further embodiment, the method may comprise the further method step: e) generating an arc between the contacts. This method step can be realized in particular after cleaning the contact surfaces or after detecting that the contacts can touch with a sufficiently low contact resistance. This can be done for example by a High-voltage component in an electrical system, such as a DC / DC converter, an inverter or a PTC heater can be realized, which can draw a defined current, for example, a range of 1-100 A. During the flow of the current, for example immediately after the current has started to flow, the contactor can be reopened, for example, by means of a control unit, whereby an arc arises between the contacts. This arc can then lead to any residual particles still remaining between the contacts or particles present next to a contact point being burned or decomposed. As a result, in this embodiment it can be ensured in particular that the contacts are cleaned not only at the contact points but also the entire contact surface of interfering particles. Because the contactors for separating currents of several 100 A, for example several 1000 A are designed especially for high-voltage applications, the generation of an arc in the aforementioned range does not lead to any significant aging of the contacts.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Verfahrensschritt b) erfolgen durch eine Strommessung. In dieser Ausgestaltung kann eine derartige Detektion besonders einfach erfolgen, da die hierzu erforderlichen Mittel oftmals ohnehin in einem elektrischen System vorhanden sein. Dabei kann beispielsweise ein fließender Strom vor und/oder hinter dem Schütz gemessen werden, und/oder eine entsprechende Spannung angelegt werden und dabei ermittelt werden, ob ein entsprechender Strom durch das Schütz fließt.As part of a further embodiment, process step b) can be carried out by a current measurement. In this embodiment, such a detection can be carried out particularly simply, since the means required for this purpose are often already present in an electrical system anyway. In this case, for example, a flowing current can be measured before and / or behind the contactor, and / or a corresponding voltage can be applied and it can be determined whether a corresponding current flows through the contactor.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Verfahrens zum Betreiben eines Schützes wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, der Schaltung, dem Batteriesystem den Figuren und der Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further advantages and features of the above-described method for operating a contactor, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention for operating a battery system, the circuit, the battery system, the figures and the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, aufweisend ein Verfahren zum Betreiben eines Schützes, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist. Somit ist das Verfahren in dieser Ausgestaltung dahingehen ausgelegt, dass das Schütz in einem Batteriesystem angeordnet ist und dabei insbesondere zwischen den Traktionsanschlüssen der Batterie und beispielsweise einem Verbraucher angeordnet ist. Beispielsweise kann in dieser Ausgestaltung das Batteriesystem in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Das Schütz kann dabei beispielsweise angesteuert werden von dem oftmals ohnehin vorgesehenen Batterie-Management-System als Steuereinheit.The subject of the present invention is furthermore a method for operating a battery system, comprising a method for operating a contactor, as described in detail above. Thus, in this embodiment, the method is designed so that the contactor is arranged in a battery system and is arranged in particular between the traction terminals of the battery and, for example, a consumer. For example, in this embodiment, the battery system may be arranged in an electrically driven vehicle. The contactor can be controlled, for example, by the often already provided battery management system as a control unit.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Verfahrens zum Betreiben eines Batteriesystem wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Schützes, der Schaltung, dem Batteriesystem den Figuren und der Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further advantages and features of the above-described method for operating a battery system, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention for operating a contactor, the circuit, the battery system, the figures and the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine elektronische Schaltung, aufweisend wenigstens ein Schütz, welches wenigstens zwei in einem geschlossenen Zustand des Schützes miteinander kontaktierbare Kontakte umfasst und welches durch eine Steuereinheit steuerbar ist, die ausgebildet ist, ein wie vorstehend im Detail beschriebenes Verfahren auszuführen.The subject of the present invention is furthermore an electronic circuit comprising at least one contactor which comprises at least two contacts that can be contacted with one another in a closed state of the contactor and which is controllable by a control unit which is designed to carry out a method as described in detail above.

In dieser Ausgestaltung weist die elektronische Schaltung somit wenigstens eine Stromverbindung auf, die durch das Schütz getrennt werden kann. Das Öffnen oder Schließen des Schutzes kann dabei durch eine Steuereinheit erfolgen, welche Steuerbefehle ausführen kann, um das vorbeschriebene Verfahren auszuführen. Eine derartige elektronische Schaltung kann beispielsweise Bestandteil sein eines Batteriesystems, und etwa zwischen der Batterie, welche eine einzelne Batterie oder ein Batteriemodul darstellen kann, und einem elektrischen Verbraucher, wie etwa einem Elektromotor, angeordnet sein. Die Schaltung beziehungsweise das Schütz kann dabei Steuerbar sein durch ein Batterie-Management-System.In this embodiment, the electronic circuit thus at least one power connection, which can be separated by the contactor. The opening or closing of the protection can be done by a control unit which can execute control commands to carry out the method described above. Such an electronic circuit may, for example, be part of a battery system, and may be disposed between the battery, which may be a single battery or a battery module, and an electrical consumer, such as an electric motor. The circuit or the contactor can be controllable by a battery management system.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der vorbeschriebenen Schaltung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Schützes, dem Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystem, dem Batteriesystem den Figuren und der Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further advantages and features of the circuit described above, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention for operating a contactor, the method for operating a battery system, the battery system, the figures and the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Batteriesystem, welches eine wie vorstehend im Detail beschriebene Schaltung aufweist. Bei einem derartigen Batteriesystem kann insbesondere eine vorteilhafte Reinigung von Kontakten in einem Schütz realisiert werden. Hierzu umfasst das Batteriesystem wenigstens eine Batterie, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie, vorzugsweise eine Mehrzahl an etwa eine Reihe geschaltete derartige Batterien. Verbunden mit wenigstens einer Batterie ist dabei ein Schütz, das wie vorstehend erläutert betrieben werden kann.The subject matter of the present invention is furthermore a battery system which has a circuit as described in detail above. In such a battery system, in particular, an advantageous cleaning of contacts in a contactor can be realized. For this purpose, the battery system comprises at least one battery, such as a lithium-ion battery, preferably a plurality of such batteries connected in approximately one row. Connected to at least one battery is a contactor, which can be operated as explained above.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Schützes, dem Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystem, der Schaltung, den Figuren und der Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further advantages and features of the battery system according to the invention is hereby explicitly to the explanations in connection with the inventive method for operating a contactor, the method for operating a Battery system, the circuit, the figures and the description of the figures referenced.

Zeichnungen drawings

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

1 eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung eines Schützes; und 1 a schematic view of an embodiment of a contactor; and

2 eine schematische Draufsicht auf einen teilweise verschmutzten Kontakt des Schützes. 2 a schematic plan view of a partially soiled contact of the contactor.

In der 1 ist ein Schütz 10 gezeigt, welches Bestandteil eines Batteriesystems sein kann und welches durch ein erfindungsgemäßes Verfahren betrieben werden kann.In the 1 is a contactor 10 shown which component of a battery system may be and which can be operated by a method according to the invention.

Das Schütz 10 weist insgesamt drei Kontakte auf, von denen einer als Kontaktbrücke 12 und zwei weitere als Anlagen 14, 16 für die Kontaktbrücke 12 ausgestaltet sind. Die Anlagen 14, 16 weisen dabei eine Anlagefläche 18, 20 auf, welche mit einer Anlagefläche 22 der Kontaktbrücke 12 in Kontakt kommen kann, um eine elektrische Leitung zu schließen. Darüber hinaus ist die Kontaktbrücke 12 beziehungsweise ein Schenkel derselben von einer Spule 24 umgeben. Wird an der Spule 24 eine Spannung angelegt, bewegt sich der auch als Tauchanker bezeichnete Schenkel der Kontaktbrücke 12 in Richtung der Anlagen 14, 16, wodurch diese durch das Anliegen der Kontaktbrücke 12 leitfähig miteinander verbunden werden und eine elektrische Leitung so schließen können. Dabei kann gegebenenfalls nach dem Ausschalten der Spule 24 der Schenkel, etwa durch Federkraft, von den Anlagen 14, 16 entfernt werden.The contactor 10 has a total of three contacts, one of which as a contact bridge 12 and two more as attachments 14 . 16 for the contact bridge 12 are designed. The facilities 14 . 16 have a contact surface 18 . 20 on which with a contact surface 22 the contact bridge 12 can come into contact to close an electrical line. In addition, the contact bridge 12 or a leg thereof from a coil 24 surround. Will be at the coil 24 When a voltage is applied, the leg of the contact bridge, also referred to as a plunger armature, moves 12 in the direction of the plants 14 . 16 , making these by the concern of the contact bridge 12 conductive interconnected and can close an electrical line so. It may optionally after switching off the coil 24 the leg, about by spring force, from the plants 14 . 16 be removed.

Für den Fall, dass auf einer der Anlageflächen 18, 20, 22 ein Schmutzpartikel 26 vorliegt, wie dies in der 2 gezeigt ist, kann ein sporadischer Fehler auftreten, welcher bewirken kann, dass zwischen den Anlageflächen 18, 20 der als Kontakte dienenden Anlagen 14, 16 und der Anlagefläche 22 der Kontaktbrücke 12 kein ausreichend elektrisch leitfähiger Kontakt beziehungsweise ein Kontakt mit einem zu hohen Kontaktwiderstand auftritt. Wie in 2 gezeigt ist, kann beispielsweise das Schmutzpartikel 26 dazu führen, dass ein elektrisch leitfähiger Bereich 28 als Kontaktbereich nicht oder in nicht ausreichendem Maße auftritt. Vielmehr kann ein Bereich 30 der Anlagefläche 18 durch das Schmutzpartikel 26 ausgebildet werden, durch welchen der Kontaktwiderstand steigt.In the event that on one of the contact surfaces 18 . 20 . 22 a dirt particle 26 is present, as in the 2 is shown, a sporadic error can occur, which can cause, that between the contact surfaces 18 . 20 the equipment serving as contacts 14 . 16 and the contact surface 22 the contact bridge 12 no sufficiently electrically conductive contact or contact with too high a contact resistance occurs. As in 2 is shown, for example, the dirt particles 26 cause an electrically conductive area 28 as a contact area is not or not sufficiently occurs. Rather, an area can 30 the contact surface 18 through the dirt particles 26 be formed, through which the contact resistance increases.

Um diesen Fehler zu verhindern beziehungsweise zu beheben, kann ein entsprechendes Verfahren die folgenden Schritte aufweisen:

a) Schließen des Schützes 10;
b) Detektieren, ob sich die Kontakte des Schützes 10, also insbesondere die Anlagen 14, 16 und die Kontaktbrücke 12, mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der unterhalb eines definierten Werts R_i liegt;
c) wenigstens einmaliges Öffnen und Schließen des Schützes 10, wenn sich die Kontakte des Schützes 10 mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der nicht unterhalb eines definierten Werts R_i liegt.

In order to prevent or remedy this error, a corresponding method can have the following steps:

a) Close the contactor 10 ;
b) Detect if the contacts of the contactor 10 So in particular the plants 14 . 16 and the contact bridge 12 , contact with a contact resistance which is below a defined value R _i ;
c) at least once opening and closing of the contactor 10 when the contacts of the contactor 10 contact with a contact resistance that is not below a defined value R _i .

Gegebenenfalls kann nach Verfahrensschritt c) gemäß Verfahrensschritt d) erneut detektiert werden, ob sich die Kontakte des Schützes 10 mit einem Kontaktwiderstand kontaktieren, der unterhalb eines definierten Werts R_i liegt, und in Abhängigkeit des erhaltenen Ergebnisses erneut Verfahrensschritt c) durchlaufen werden. Darüber hinaus kann das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt aufweisen: e) Erzeugen eines Lichtbogens zwischen den Kontakten. In dem letzten Fall kann durch den Lichtbogen beispielsweise insbesondere der leitfähige Bereich 28 gereinigt werden, in Abhängigkeit der Stärke des Lichtbogens, kann jedoch die gesamt Anlagefläche 18, also auch der elektrisch isolierende Bereich 30 gereinigt und das Schmutzpartikel 26 entfernt werden.Optionally, it can be detected again after step c) according to step d), whether the contacts of the contactor 10 Contact with a contact resistance, which is below a defined value R _i , and again process step c) are traversed depending on the result obtained. In addition, the method may comprise the further method step: e) generating an arc between the contacts. In the latter case, the arc can, for example, in particular the conductive region 28 can be cleaned, depending on the strength of the arc, but can the total contact surface 18 So also the electrically insulating area 30 cleaned and the dirt particles 26 be removed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2912404 A1 [0005]
US 5179290 [0006]
US6002559 [0007]
US 3407311 [0008]

Claims

Method for operating a contactor ( 10 ), whereby the contactor ( 10 ) at least two in a closed state of the contactor ( 10 ) comprises electrically conductively connected contacts, comprising the method steps: a) closing the contactor ( 10 ); b) Detect if the contacts of the contactor ( 10 ) contact a contact resistance which is below a defined value R _i ; c) opening and closing the contactor at least once ( 10 ), when the contacts of the contactor ( 10 ) contact a contact resistance which is not below a defined value R _i .

Method according to claim 1, characterized in that the contactor ( 10 ) is opened and closed according to method step c) in a number which is in a range of greater than or equal to 2 to less than or equal to 100.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the contactor ( 10 ) is opened and closed at least once per second according to method step c).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the method according to method step c) according to method step d) again comprises detecting whether the contacts of the contactor ( 10 ) contact with a contact resistance which is below a defined value R _i .

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the method comprises the further method step: e) generating an arc between the contacts.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that method step b) is carried out by a measurement of the current flowing through the contactor.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that R _i at a current strength in a range of greater than or equal to 100A to less than or equal to 200A in a range of greater than or equal to 0.1mOhm to less than or equal to 2mOhm.

A method of operating a battery system, comprising a method according to any one of claims 1 to 7.

Electronic circuit, comprising at least one contactor ( 10 ), which at least two in a closed state of the contactor ( 10 ) contactable with each other, characterized in that the contactor ( 10 ) is controllable by a control unit which is designed to carry out a method according to one of claims 1 to 8.

A battery system comprising an electronic circuit according to claim 9.