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Die Erfindung betrifft ein System mit Wandler, insbesondere DC/DC-Wandler, und Energiespeicher.
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Als Energiespeicher ist ein Akkumulator allgemein bekannt.
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Aus der
EP 0322 734 A1 ist eine Anordnung zum Umsetzen einer innerhalb eines großen Bereichs veränderlicher Spannung in ein binäres Informationssignal bekannt.
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Aus der
DE 10 2015 105 426 A1 ist eine Sicherheitsvorrichtung für einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen modular aufgebauten Energiespeicher in einfacher Weise anzuschalten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System mit Wandler, insbesondere DC/DC-Wandler, und Energiespeicher sind, dass der Energiespeicher zumindest ein erstes Modul aufweist,
wobei der Energiespeicher mit einem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Wandlers elektrisch verbunden ist,
wobei das erste Modul eine Energiespeicherzelle aufweist, deren elektrischer Anschluss mittels steuerbarer Halbleiterschalter elektrisch trennbar, insbesondere galvanisch elektrisch trennbar, von einem Leistungsanschluss des ersten Moduls ist, insbesondere oder mit diesem Leistungsanschluss elektrisch verbindbar,
insbesondere wobei der Leistungsanschluss des ersten Moduls dem dem ersten gleichspannungsseitigen Anschluss des Wandlers elektrisch verbunden ist,
wobei das Modul eine Steuerelektronik und ein Mittel zur Erzeugung eines Einschaltsignals aufweist,
wobei das Mittel derart mit einem Eingang der Steuerelektronik verbunden ist, insbesondere also das Einschaltsignal dem Eingang zuführbar ist, dass abhängig vom Einschaltsignal die Steuerelektronik die steuerbaren Halbleiterschalter ansteuert,
insbesondere wobei bei Zuführen des Einschaltsignals die Steuerelektronik ein Schließen der steuerbaren Halbleiterschalter bewirkt und bei Fehlen des Einschaltsignals ein Öffnen der steuerbaren Halbleiterschalter.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine im Leistungsstrompfad galvanisch abgetrennte Energiespeicherzelle abhängig von einem Einschaltsignal mit dem Leistungsanschluss des Moduls verbindbar und aktivierbar ist. Dabei wird das Einschaltsignal entweder von einem Taster bewirkt oder durch Aktivieren eines anderen der Module.
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Denn die Module sind in parallelgeschalteten Reihenschaltungen angeordnet. Sobald ein Taster betätigt wird, wird ein Modul aktiviert, so dass die Energiespeicherzelle verbunden wird mit dem Leistungsanschluss des Moduls. Somit fließt aber ein Ladestrom für die eingangsseitige Kapazität des Wandlers. Auf diese Weise liegt dann eine rückwärtige oder vorwärtige Spannung am Leistungsanschluss des oder eines der Module an, so dass dies erkennbar ist und ein Einschalten des Moduls bewirkbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein zweiter Anschluss, insbesondere ein zweiter gleichspannungsseitiger Anschluss, des Wandlers mit einer elektrischen Leistungsquelle, insbesondere Ladegerät oder netzgespeister Gleichrichter, oder mit einer Leistungssenke, insbesondere wechselrichtergespeister Elektromotor, verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Energiespeicher aufladbar oder entladbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Energiespeicherzelle mit einem Shunt-Widerstand, mit einer weiteren Energiespeicherzelle und/oder mit einer Sicherung in Reihe geschaltet,
wobei das obere Potential oder ein erster Anschluss dieser Reihenschaltung mittels eines ersten der steuerbaren Halbleiterschalter mit einem für das obere Potential des Leistungsanschlusses vorgesehenen Anschlusselement des Leistungsanschlusses elektrisch verbindbar ist,
wobei das untere Potential oder ein zweiter Anschluss dieser Reihenschaltung mittels eines zweiten der steuerbaren Halbleiterschalter mit einem für das untere Potential des Leistungsanschlusses vorgesehenen Anschlusselement des Leistungsanschlusses elektrisch verbindbar ist,
insbesondere wobei das Modul zur Stromerfassung ein Mittel zur Erfassung der am Shunt-Widerstand abfallenden Spannung im Modul aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Stromerfassung ermöglicht ist und somit abhängig von der am Shuntwiderstand erfassten Spannung diese auf einen Sollwert hinregelbar ist, indem die am gleichspannungsseitigen Anschluss des Wandlers anliegende Spannung entsprechend gestellt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Energiespeicher weitere Module auf,
wobei der Energiespeicher eine Parallelschaltung von Reihenschaltungen von Modulen aufweist,
insbesondere wobei die weiteren Module baugleich und/oder identisch zum ersten Modul ausgeführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein modular aufgebauter Energiespeicher in einfacher Weise herstellbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mittel zur Erzeugung eines Einschaltsignals einen Taster auf, dessen Betätigung ein Einschaltsignal bewirkt, insbesondere wobei das obere Potential der Energiespeicherzelle mittels des Tasters dem Eingang der Steuerelektronik zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein manuelles Einschalten ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mittel zur Erzeugung eines Einschaltsignals einen Taster auf und abhängig von dessen Betätigung ein Potential der Energiespeicherzelle, insbesondere als Einschaltsignal, an den Eingang der Steuerelektronik weiterleitet oder nicht. Von Vorteil ist dabei, dass ein manuelles Einschalten ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mittel zur Erzeugung eines Einschaltsignals ein Spannungserkennungsmittel auf, welches derart ausgeführt ist, dass es bei Anliegen einer positiven oder negativen, nicht verschwindenden Spannung am Leistungsanschluss des Moduls ein Einschaltsignal bewirkt,
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insbesondere welches dem Eingang der Steuerelektronik zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die nicht mittels Taster betätigten Module des Energiespeichers automatisch einschaltbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Spannungserkennungsmittel ein Vorwärtsspannungserkennungsmittel und ein Rückwärtsspannungserkennungsmittel auf. Von Vorteil ist dabei, dass einen nicht verschwindende Spannung erkennbar ist und somit das Modul aktiviert wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mittel zur Erzeugung eines Einschaltsignals ein Vorwärtsspannungserkennungsmittel auf, welches derart ausgeführt ist, dass es bei Anliegen einer positiven nicht verschwindenden Spannung am Leistungsanschluss des Moduls ein Einschaltsignal bewirkt,
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insbesondere welches dem Eingang der Steuerelektronik zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass bei Anliegen einer Vorwärtsspannung, also positiven Spannung, das Modul aktivierbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mittel zur Erzeugung eines Einschaltsignals ein Rückwärtsspannungserkennungsmittel auf, welches derart ausgeführt ist, dass es bei Anliegen einer negativen, nicht verschwindenden Spannung am Leistungsanschluss des Moduls ein Einschaltsignal bewirkt,
insbesondere welches dem Eingang der Steuerelektronik zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass bei Anliegen einer Rückwärtsspannung, also negativen Spannung, das Modul aktivierbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Spannungserkennungsmittel einen Brückengleichrichter auf, dessen wechselspannungsseitiger Eingang mit dem Leistungsanschluss des Moduls verbunden ist und dessen gleichspannungsseitiger Ausgang einen Optokoppler, insbesondere den primären Teil eines Optokopplers, speist,
wobei der Optokoppler das Eingangssignal bewirkt, insbesondere indem der sekundärseitige Teil des Optokopplers abhängig von der Bestromung des primärseitigen Teils des Optokopplers ein insbesondere oberes Potential der Energiespeicherzelle, insbesondere als Einschaltsignal, an den Eingang weiterleitet oder nicht,
insbesondere wobei im Vorwärtsstrompfad des Brückengleichrichters ein Kondensator angeordnet ist, insbesondere zum Erzeugen eine pulsförmigen Einschaltsignals. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfacher Aufbau der Signalelektronik des Moduls ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Vorwärtsspannungserkennungsmittel eine mit dem Leistungsanschluss des Moduls verbundene Reihenschaltung auf, welche zumindest eine Diode und einen Optokoppler, insbesondere einen primären Teil eines Optokopplers, aufweist,
wobei der Optokoppler abhängig von der Bestromung des primärseitigen Teils des Optokopplers ein insbesondere oberes Potential der Energiespeicherzelle, insbesondere als Einschaltsignal, an den Eingang weiterleitet oder nicht,
insbesondere wobei die Reihenschaltung zusätzlich auch einen Kondensator oder eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand aufweist, insbesondere zum Erzeugen eine pulsförmigen Einschaltsignals. Von Vorteil ist dabei, dass die Aktivierung über eine galvanische Trennung hinweg ausgeführt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Rückwärtsspannungserkennungsmittel eine mit dem Leistungsanschluss des Moduls verbundene Reihenschaltung auf, welche zumindest eine Diode und einen zweiten Optokoppler, insbesondere einen primären Teil eines zweiten Optokopplers, aufweist,
wobei der zweiten Optokoppler abhängig von der Bestromung des primärseitigen Teils des zweiten Optokopplers ein insbesondere oberes Potential der Energiespeicherzelle, insbesondere als Einschaltsignal, an den Eingang weiterleitet oder nicht. Von Vorteil ist dabei, dass eine Aktivierung des Moduls in sicherer Weise ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Eingang eine Treiberstufe auf, welchem das Einschaltsignal zugeführt wird,
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und/oder dass die Steuerelektronik ein Ausgangssignal erzeugt, welches dem Eingang über eine Diode zugeleitet wird zur Erzeugung eines dauerhaften Einschaltsignals insbesondere wobei die Treiberstufe einen steuerbaren Halbleiterschalter (S1) aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass das Einschaltsignal verstärkt wird und somit auch bei fast entladener Energiespeicherzelle eine Aktivierung des Moduls ermöglicht ist. Nach Aktivierung ist dann ein Aufladen der Energiespeicherzelle ausführbar, da die steuerbaren Halbleiterschalter bei der Aktivierung in den leitenden Zustand versetzt sind. Außerdem ist von Vorteil, dass nach Aktivieren die Steuerelektronik ein dauerhaftes Aktivieren bewirkt, bis nach dem vorgesehenen Betrieb ein Ausschalten des Moduls von der Steuerelektronik ausgelöst wird
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Eingang ein Kondensator angeordnet, insbesondere gegen ein unteres Potential einer oder der Energiespeicherzelle zur Ermöglichung eines anfänglichen Stromflusses durch einen oder den Optokoppler und/oder durch den Taster. Von Vorteil ist dabei, dass beim Aktivieren ein anfänglicher Stromfluss bewirkt wird und dieser dann detektierbar ist, also das Einschaltsignal erzeugbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein schematisches Schaltbild des Energiespeichers dargestellt, wobei der Energiespeicher baugleiche Module (1, 2, 3, 4) aufweist.
- In der 2 ist der Leistungsstrompfad eines Moduls (1, 2, 3, 4) dargestellt.
- In der 3 ist eine alternative Ausführung zu 2 dargestellt.
- In der 4 ist der funktionale Aufbau des Moduls (1, 2, 3, 4) schematisch dargestellt, wobei der Leistungsstrompfad nicht dargestellt ist.
- In der 5 ist der signalelektronische Teil des Moduls (1, 2, 3, 4) dargestellt
- In der 6 ist eine alternative Ausführung zu 5 dargestellt
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Wie in den Figuren dargestellt, weist der Energiespeicher insbesondere zwei parallel geschaltete Reihenschaltung von Modulen (1, 2, 3, 4).
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Dabei ist das obere Potential + des ersten Moduls 1 mit dem oberen Potential eines ersten Gleichspannungsanschlusses eines DC/DC-Wandlers 6 verbunden.
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An diesem Gleichspannungsanschluss weist der DC/DC-Wandler 6 eine Eingangskapazität C_W des DC/DC-Wandlers auf.
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Das untere Potential - eines zweiten Moduls 2 ist mit dem unteren Potential des ersten Gleichspannungsanschlusses eines DC/DC-Wandlers 6 verbunden.
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Das obere Potential + des zweiten Moduls 2 ist mit dem unteren Potential - des ersten Moduls 1 verbunden.
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In gleicher Weise ist die Reihenschaltung, bestehend aus einem dritten Modul 3 und einem vierten Modul 4, parallel zum ersten Gleichspannungswandler des DC/DC-Wandlers 6 verbunden.
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Da alle Module (1, 2, 3, 4) baugleich sind, weist jedes dieser Module (1, 2, 3, 4) Anschlüsse (T1, T2) für einen Taster 5 auf, wobei aber nur am ersten Modul 1 ein Taster angeschlossen ist.
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Der andere Gleichspannungsanschluss des DC/DC-Wandlers 6 ist mit zumindest einer Leistungsquelle oder Leistungssenke verbunden. Hierbei ist als Leistungssenke beispielhaft der von einem Wechselrichter gespeiste elektrischen Antriebsmotor eines Mobilteils vorgesehen und als Leistungssenke der gleichspannungsseitige Anschluss eines netzgespeisten Gleichrichters oder der gleichspannungsseitige Anschluss eines von einer Sekundärwicklung gespeisten Gleichrichters, welche von einem stationär in einer Anlage verlegten Primärleiters induktiv versorgbar ist.
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Wenn also der Energiespeicher aufgeladen werden soll, wird von der Leistungsquelle elektrische Leistung dem DC/DC-Wandler 6 zugeführt, so dass dieser am ersten Gleichspannungsanschluss eine Ladespannung verfügbar hält.
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Wenn die Leistungsquelle nicht ausreichend oder keine Leistung liefert, wird dem DC/DC-Wandler 6 vom Energiespeicher Leistung zugeführt und somit die am anderen Gleichspannungsanschluss des DC/DC-Wandlers 6 angeordnete Leitungssenke, insbesondere den wechselrichtergespeisten Motor, versorgt.
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Wie in 2 gezeigt, weist das Modul (1, 2, 3, 4) jeweils eine Energiespeicherzelle 20, insbesondere Akkumulatorzelle oder Doppelschichtkondensatorzelle, auf, welche in Reihe mit einem Shuntwiderstand 23 und einer Sicherung 24 gegen Überstrom geschaltet ist. Die am Shuntwiderstand 23 abfallende Spannung wird zur Erfassung des Ladestroms verwendet, so dass eine Ladestromregelung ermöglicht ist, also der Ladestrom auf einen Sollwert hin regelbar ist, indem die Spannung am Gleichspannungsanschluss des DC/DC-Wandlers 6 entsprechend gestellt wird.
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Die an dieser aus Energiespeicherzelle 20, Sicherung 24 und Shuntwiderstand 24 bestehende Reihenschaltung anliegende Spannung U1 liegt nur zwischen den beiden Potentialen (+, -) des Moduls (1, 2, 3, 4) an, wenn die beiden steuerbaren Halbleiterschalter (21, 22) leitend sind. Durch Öffnen dieser beiden Halbleiterschalter (21, 22) ist ein vollständiges Abtrennen, also Potentialtrennen der Energiespeicherzelle 20 und der Leistungsanschlüsse (+, -) des Moduls (1, 2, 3, 4) ermöglicht.
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Mittels der beiden steuerbaren Halbleiterschalter (21, 22) ist der Ladestrom, insbesondere auch negative Ladestrom, also Entladestrom, steuerbar. Somit ist mittels des ersten steuerbaren Halbleiterschalters 21 das obere Potential + frei gebbar oder sperrbar und mittels des anderen steuerbaren Halbleiterschalters 22 das untere Potential -.
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Die in 3 gezeigte Alternative weist in der Reihenschaltung noch eine zusätzliche Energiespeicherzelle 30, insbesondere Akkumulatorzelle oder Doppelschichtkondensatorzelle, auf.
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Wie in der 4 gezeigt, speist die an der Reihenschaltung anliegende Spannung U1 des Moduls (1, 2, 3, 4) eine mittels eines Einschaltsignales 45 einschaltbare Spannungsversorgungseinheit 41, welche einer Steuerelektronik 42 eine Versorgungsspannung zur Verfügung stellt. Die Steuerelektronik 42 weist vorzugsweise auch eine Regeleinheit zur Ladestromregelung, eine Überwachungselektronik und ein Mittel zur Erfassung einer Temperatur der Energiespeicherzelle 20 auf.
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Das Einschaltsignal 45 wird entweder durch Tasterbetätigung 40, also Erkennung der Betätigung des Tasters 5, erzeugt oder durch Vorwärtsspannungserkennung 43 oder durch Rückwärtsspannungserkennung 44, wobei für die beiden letztgenannten Erkennungen die Spannung am Anschluss des Moduls verwendet wird.
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Die Vorwärtsspannungserkennung 43 weist eine Diode auf und ein hierzu in Reihe geschaltete Erkennungsmittel, wobei diese so gebildete Reihenschaltung aus der zwischen dem oberen + und unteren - Potential des Moduls anliegende Spannung versorgt ist.
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Die Rückwärtsspannungserkennung 44 weist im Unterschied zur Vorwärtsspannungserkennung 43 eine umgekehrt orientierte Diode auf.
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Das jeweilige Erkennungsmittel erzeugt ein Einschaltsignal 45, welches der Spannungsversorgungseinheit 41 zugeführt wird.
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Wenn also der Taster 5 betätigt wird und somit das erste Modul 1 eingeschaltet wird, also die steuerbaren Halbleiterschalter (21, 22) des ersten Moduls 1 geschlossen werden, wird mittels der Rückwärtsspannungserkennung 44 des Moduls 2 eine dort anliegende Spannung erkannt, da zu Beginn ein Ladestrom zum Aufladen der Eingangskapazität C_W des DC/DC-Wandlers auftritt. Die Rückwärtsspannungserkennung 44 des Moduls 2 stellt hierzu einen Strompfad zur Verfügung und erkennt dabei die an einem Shunt-Widerstand abfallende Spannung, so dass ein Einschaltsignal 45 im Modul 2 bewirkt wird. Dies führt dazu, dass die steuerbaren Halbleiterschalter (21, 22) des zweiten Moduls 2 geschlossen werden und somit auch das zweite Modul 2 Spannung zwischen seinem oberen + und unteren - Potential bereit stellt.
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Sobald an der Eingangskapazität C_W des DC/DC-Wandlers eine Spannung anliegt, wird den anderen in Reihe geschalteten Module (3, 4) von ihrer jeweiligen Vorwärtsspannungserkennung 43 ein Einschaltsignal 45 zugeführt, so dass diese ihre Funktion aufnehmen, indem ihre jeweiligen steuerbaren Halbleiterschalter (21, 22) schließen und somit ebenfalls Spannung bereit stellen.
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Sodann ist ein Entladen oder aufladen des Energiespeichers ausführbar. Hierbei wird ein entsprechender Ladestrom vom DC/DC-Wandler 6 entsprechend gesteuert.
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Wie in 5 dargestellt, ist bei einer ersten konkreten Ausführung der Signalelektronik die Rückwärtsspannungserkennung 44 durch eine Reihenschaltung aus Diode V2, dem primärseitigen Teil, insbesondere Leuchtdiode, eines Optokopplers und einem Widerstand R1 gebildet. Wenn also eine negative Spannung an den Leistungsklemmen (+, -) des Moduls anliegt, welche im angeschalteten Betrieb später das obere und das untere Potential (+, -) aufweisen, leuchtet die Leuchtdiode des Optokopplers O2 auf und bewirkt somit das Schließen des sekundärseitigen Teils, also photosensitiven Elements, insbesondere Phototransistors, des Optokopplers 02. Da dieses über den Widerstand R4 mit dem oberen Potential der Spannung U1, also mit der an der aus Energiespeicherzelle 20, Sicherung 24 und Shuntwiderstand 24 bestehenden Reihenschaltung anliegenden Spannung U1, verbunden ist und mit seinem anderen Anschluss über einen Kondensator C2 mit dem unteren Potential der Spannung U1, fließt ein Strompuls zur Aufladung des Kondensators C2.
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Die am Kondensator C2 anliegende Spannung ist gleichzeitig Steuerspannung für einen Halbleiterschalter S1, welcher mit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung dieser beiden Bauelemente aus der Spannung U1 versorgt ist. Vorzugsweise ist der Halbleiterschalter ein MOSFET Transistor.
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Die am Kondensator C2 anliegende Spannung fungiert also als Einschaltsignal 45. Denn sobald der Halbleiterschalter S1 angesteuert wird, ändert die am zwischen dem Widerstand und dem Halbleiterschalter S1 angeordneten Mittelabgriff anliegende Spannung ihr Potential, so dass diese Spannung als Enable Signal 51 für die Spannnungsversorgungseinheit 41 verwendbar ist.
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Sobald aber die Spannungsversorgungseinheit 41 aktiviert ist, erzeugt sie neben der Versorgungsspannung für die Steuerelektronik 42 auch eine dauerhafte Spannung, welche insbesondere über eine Diode V5 den Kondensator C2 im geladenen Zustand hält, so dass das Signal 51 dauerhaft die Spannungsversorgungeinheit 41 im angeschalteten Zustand hält.
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Zu Beginn kann statt von der Rückwärtsspannungserkennung 44 das Einschaltsignal 45 auch vom Taster T oder von der Vorwärtsspannungserkennung 43 erzeugt werden.
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Hierzu ist der erste Anschluss T1 des Tasters 5 ebenfalls über den Widerstand R4 mit dem oberen Potential der Spannung U1 verbunden und der andere Anschluss T2 des Tasters 5 mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters S1. Somit bewirkt auch die Betätigung des Tasters 5 einen Einschaltsignal 45.
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Entsprechend der Rückwärtsspannungserkennung 44 weist auch die Vorwärtsspannungserkennung 45 eine Reihenschaltung aus einer Diode V1, dem primären Teil eines Optokopplers O1 und einem Widerstand R1 auf, welche von der zwischen den Leistungsklemmen, also zwischen dem oberen Potential + des Moduls und dem unteren Potential - des Moduls, anliegenden Spannung versorgt ist. Zusätzlich kann die Reihenschaltung aber auch eine Parallelschaltung, bestehend aus einem Widerstand R3 und einem zu ihm parallel geschalteten Kondensator C1, aufweisen, so dass bei Auftreten einer Vorwärtsspannung kein dauerhafter Strom, sondern nur ein kurzzeitig auftretender Strompuls auftritt. Der sekundärseitige Teil des Optokopplers O1 wird bei Auftreten einer Vorwärtsspannung zwischen den Leistungsklemmen leitend. Somit ist dann wiederum der Steuereingang des Halbleiterschalters S1 über den Widerstand R4 mit dem oberen Potential der Spannung U1 verbunden. Auch dies führt zu einem Aufladestromimpuls, also einem Einschaltsignal 45.
Der sekundärseitige Teil des Optokopplers 01 ist ebenfalls in Reihe geschaltet mit dem Widerstand R4.
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Im Unterschied zu der Ausführung nach 5 ist bei der Ausführung nach 6 nur ein einziger Optokoppler 01 notwendig, weil die Rückwärtsspannungserkennung 44 Bauelemente der Vorwärtsspannungerkennung 43 nutzt.
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Hierzu ist der primäre Teil des ersten Optokopplers O1 des Vorwärtserkennungsmittels 43 über zwei rückwärts gerichtete Dioden (V2, V4) und einen Widerstand R2 mit den Leistungsanschlüssen des Moduls verbunden. Falls somit eine negative Spannung an den Leistungsanschlüssen anliegt, insbesondere also ein niedrigeres Potential am Leistungsanschluss für das obere Potential + des Moduls anliegt als am Leistungsanschluss für das untere Potential - des Moduls, fließt ein Strom vom zweiten Leistungsanschluss durch die Diode V4 und den Widerstand R2 zum zweiten Anschluss des primären Teils des ersten Optokopplers, so dass Licht ausgesendet wird und der sekundäre Teil dieses Optokopplers O1 leitend wird. Aus dem ersten Anschluss des primären Teils des ersten Optokopplers O1 fließt dann der Strom weiter durch die Diode V2 zum ersten Leistungsanschluss, insbesondere also zu dem im Normalbetrieb für das obere Potential + des Moduls vorgesehenen Anschluss.
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Bei positiver Spannung ist dieser rückwärtsgerichtete Strompfad mittels der Dioden V2 und V4 gesperrt.
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In jedem Fall wird bei leitend werdendem sekundären Teil des Optokopplers O1 das Einschaltsignal erzeugt, da ein Aufladestromimpuls frei gegeben wird zum Aufladen des Kondensators C2. Auf diese Weise ist somit Spannung an den Leistungsanschlüssen erkennbar und somit von der Steuerelektronik 42 die Spannungsversorgungseinheit 41 aktivierbar und somit dann auch die steuerbaren Halbleiterschalter (21, 22) in den leitenden Zustand bringbar, also das Modul aktivierbar.
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In 6 ist also ein Brückengleichrichter vorgesehen, dessen wechselspannungsseitiger Eingang mit dem Leistungsanschluss des Moduls verbunden ist und dessen gleichsspannungsseitiger Ausgang den Optokoppler O1 speist, insbesondere dessen primäres Teil, wobei dessen sekundäres Teil das obere Potential der Energiespeicherzelle dem Eingang der Steuerelektronik, also dem Steuereingang des Schalters S1 zuführt abhängig von der Bestromung des primären Teils.
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Am wechselspannungsseitigen Eingang des Brückengleichrichters liegt keine Wechselspannung an sondern nur eine rückwärtige oder eine vorwärtige Spannung, insbesondere also negative oder positive Spannung.
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Der Halbleiterschalter S1 fungiert als Treiberstufe des Eingangs. Zwischen dem Eingang und einem unteren Potential der Energiespeicherzelle ist ein Kondensator C2 angeordnet, welcher somit einen anfänglichen Stromfluss erlaubt. Über die Diode V5 führt ein Ausgang 50 nach dem anfänglichen Einschalten der Steuerelektronik des Moduls ein Potential zu, welches ein dauerhaftes Halten des Einschaltsignals bewirkt, insbesondere also ein dauerhaftes Aktivieren des Eingangs bewirkt.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch an anderen Modulen Taster angeschlossen.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist ein erstes oder mehrerer der Module mit einem Leistungspfad nach 2 ausgeführt und die restlichen Module nach 3.
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Alternativ oder zusätzlich ist der signalelektronische Teil eines oder mehrerer Module nach 5 ausgeführt und der signalelektronische Teil der restlichen Module nach 6.
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Bei der Erfindung muss ein vollständiges Entladen der jeweiligen Energiespeicher aller Module vermieden werden, da ansonsten ein Anschalten nicht ermöglicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modul
- 2
- Modul
- 3
- Modul
- 4
- Modul
- 5
- Taster
- 20
- Energiespeicherzelle, insbesondere Akkumulatorzelle oder Doppelschichtkondensatorzelle
- 21
- steuerbarer Halbleiterschalter
- 22
- steuerbarer Halbleiterschalter
- 23
- Shuntwiderstand
- 24
- Sicherung
- 30
- weitere Energiespeicherzelle, insbesondere Akkumulatorzelle oder Doppelschichtkondensatorzelle
- 40
- Tasterbetätigung, Erkennung der Tasterbetätigung
- 41
- Spannnungsversorgungseinheit
- 42
- Steuerelektronik, insbesondere Überwachungselektronik
- 43
- Vorwärtsspannungserkennung
- 44
- Rückwärtsspannungserkennung
- 45
- Einschaltsignal
- 50
- Ausgang der Steuerelektronik
- T1
- erster Tasteranschluss
- T2
- zweiter Tasteranschluss
- U1
- verfügbare Modulspannung
- +
- oberes Potential des Moduls, Leistungsklemme des Moduls
- -
- unteres Potential des Moduls, Leistungsklemme des Moduls
- V1
- Diode
- V2
- Diode
- V3
- Diode
- V4
- Diode
- V5
- Diode
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- R3
- Widerstand
- R4
- Widerstand
- R5
- Widerstand
- O1
- Optokoppler
- O2
- Optokoppler
- C1
- Kondensator
- C_W
- Eingangskapazität des DC/DC-Wandlers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20160064776 A1 [0003]
- EP 0322734 A1 [0004]
- DE 102015105426 A1 [0005]
- DE 60130508 T2 [0006]
- DE 102010030353 A1 [0007]