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DE102024107357A1 - Counteracting a critical load in an on-board power system - Google Patents

Counteracting a critical load in an on-board power system

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Publication number
DE102024107357A1
DE102024107357A1 DE102024107357.8A DE102024107357A DE102024107357A1 DE 102024107357 A1 DE102024107357 A1 DE 102024107357A1 DE 102024107357 A DE102024107357 A DE 102024107357A DE 102024107357 A1 DE102024107357 A1 DE 102024107357A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vehicle
supply system
critical load
board power
semiconductor switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024107357.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Laurenz Tippe
Florian Bierwirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102024107357.8A priority Critical patent/DE102024107357A1/en
Publication of DE102024107357A1 publication Critical patent/DE102024107357A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (EV), insbesondere Elektrofahrzeug, aufweisend ein Energiebordnetz mit mindestens einem in einem Strompfad des Energiebordnetzes (EBN) angeordneten Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4), der in einen sperrenden Leitungszustand, einen normal leitenden Leitungszustand und in mindestens einen anormal leitenden Leitungszustand mit einem im Vergleich zu dem normal leitenden Zustand abweichenden Durchlasswiderstand verbringbar ist, wobei das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, bei Erkennung einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes zumindest einen der Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4) in einen anormal leitenden Leitungszustand zu versetzen, welcher der kritischen Belastung entgegenwirkt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entgegenwirken einer kritischen Belastung in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs, bei dem mindestens ein in einem Strompfad des Energiebordnetzes angeordneter Halbleiterschalter bei Erkennung einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes in einen anormal leitenden Leitungszustand versetzt wird, welcher der kritischen Belastung entgegenwirkt. The invention relates to a vehicle (EV), in particular an electric vehicle, comprising an on-board power supply system with at least one semiconductor switch (Sw1-Sw4) arranged in a current path of the on-board power supply system (EBN), which semiconductor switch can be placed in a blocking conduction state, a normally conducting conduction state, and at least one abnormally conducting conduction state with a forward resistance that differs from the normally conducting state. The vehicle is configured to place at least one of the semiconductor switches (Sw1-Sw4) into an abnormally conducting conduction state upon detection of a critical load in the on-board power supply system, which counteracts the critical load. The invention also relates to a method for counteracting a critical load in an on-board power supply system of a vehicle, in which at least one semiconductor switch arranged in a current path of the on-board power supply system is placed into an abnormally conducting conduction state upon detection of a critical load in the on-board power supply system, which counteracts the critical load.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, aufweisend ein Energiebordnetz mit mindestens einem in einem Strompfad des Energiebordnetzes angeordneten Halbleiterschalter. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entgegenwirken einer kritischen Belastung in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Elektrofahrzeuge.The invention relates to a vehicle having an on-board power supply system with at least one semiconductor switch arranged in a current path of the on-board power supply system. The invention also relates to a method for counteracting a critical load in an on-board power supply system of a vehicle. The invention also relates to a method. The invention is particularly advantageously applicable to electric vehicles.

In Energiebordnetzen von Fahrzeugen ist es bekannt, dass der Fall auftreten kann, dass bestimmte Bordnetzkomponenten aufgrund ihrer Beschaffenheit elektrische Energie insbesondere unkontrolliert in das Energiebordnetz zurückspeisen, was einen unerwünschten Bordnetzzustand darstellen kann. Wenn diese rückgespeiste Energiemenge die maximale Energiemenge, die ein Energiebordnetz aufnehmen kann, übersteigt, steigt die Spannung im Bordnetz unkontrolliert an, was wiederum zum Ausfall oder auch zur Zerstörung von Bordnetzkomponenten führen kann. In bekannten Energiebordnetzen werden solche Rückspeiseströme durch Niedervoltspeicher (z.B. eine Bleibatterie, Lithiumbatterie, usw.) aufgenommen. Als zusätzliche Energiespeicher werden Eingangsbeschaltungen in Bordnetzkomponenten (z.B. Kondensatoren) genutzt, um im hochdynamischen Rückspeisefall Energie aufzunehmen.In vehicle power systems, it is known that certain on-board power system components, due to their nature, can feed electrical energy back into the power system in an uncontrolled manner, which can represent an undesirable on-board power system condition. If this amount of fed back energy exceeds the maximum amount of energy that an on-board power system can absorb, the voltage in the on-board power system increases uncontrollably, which in turn can lead to the failure or even destruction of on-board power system components. In known on-board power systems, such feed-back currents are absorbed by low-voltage storage devices (e.g., a lead-acid battery, lithium battery, etc.). Input circuits in on-board power system components (e.g., capacitors) are used as additional energy storage devices to absorb energy in highly dynamic feed-back situations.

Jedoch besteht die Tendenz, die Aufnahmekapazität der Energiespeicher zur Kosten- und Komplexitätsreduktion immer weiter zu reduziert oder sogar ganz auf die Energiespeicher zu verzichtet. In diesem Fall bleibt nachteiligerweise keine Stromsenke übrig, die groß genug ist, um die Rückspeiseströme aufzunehmen und den damit zusammenhängenden Spannungsanstieg zu verhindern.However, there is a tendency to continually reduce the energy storage capacity in order to reduce costs and complexity, or even to dispense with energy storage altogether. In this case, the disadvantage is that there is no current sink large enough to absorb the feedback currents and prevent the associated voltage increase.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine einfach und kostengünstig umsetzbare Möglichkeit zum Verbessern einer Stabilität eines Energiebordnetzes eines Fahrzeugs bereitzustellen.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and in particular to provide a simple and cost-effective way of improving the stability of an on-board power supply system of a vehicle.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This object is achieved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments can be found in particular in the dependent claims.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend ein Energiebordnetz mit mindestens einem in einem Strompfad des Energiebordnetzes angeordneten Halbleiterschalter, der in einen sperrenden Leitungszustand, einen normal leitenden Leitungszustand und in mindestens einen anormal leitenden Leitungszustand mit einem im Vergleich zu dem normal leitenden Zustand abweichenden Durchlasswiderstand verbringbar ist, wobei das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, bei Erkennung einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes zumindest einen der Halbleiterschalter in einen anormal leitenden Leitungszustand zu versetzen, welcher der kritischen Belastung entgegenwirkt.The object is achieved by a vehicle having an on-board power supply system with at least one semiconductor switch arranged in a current path of the on-board power supply system, which semiconductor switch can be brought into a blocking conduction state, a normally conducting conduction state and into at least one abnormally conducting conduction state with a forward resistance that differs from the normally conducting state, wherein the vehicle is configured to put at least one of the semiconductor switches into an abnormally conducting conduction state when a critical load of the on-board power supply system is detected, which counteracts the critical load.

Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass durch gezielte Änderung des üblicherweise in einem Energiebordnetz nicht variierten Durchlasswiderstands einer kritischen elektrischen Belastung des Energiebordnetzes wie z.B. einer unkontrollierten Stromeinspeisung und/oder einer Unterspannung und/oder einer erhöhten Temperatur entgegengewirkt werden kann. Dies wiederum verbessert eine Stabilität und Verfügbarkeit des Energiebordnetzes. Zudem ist dieses Konzept einfach und kostengünstig, speziell auch ohne zusätzliche Bauteile, umsetzbar.This provides the advantage that critical electrical loads on the power system, such as uncontrolled current feed-in and/or undervoltage and/or elevated temperatures, can be counteracted by specifically changing the on-state resistance, which is not typically varied in an on-board power system. This, in turn, improves the stability and availability of the power system. Furthermore, this concept is simple and cost-effective to implement, especially without the need for additional components.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Halbleiterschalter ein Leistungshalbleiter ist oder mindestens einen Leistungshalbleiter aufweist. Es ist eine Weiterbildung, dass der Halbleiterschalter ein Transistor ist oder mindestens einen Transistor aufweist. Es ist eine Weiterbildung, dass der Halbleiterschalter ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOSFET, oder ein IGBT-Bauteil ist oder mindestens einen (MOS)FET oder ein IGBT-Bauteil aufweist. Es ist eine Weiterbildung, dass der Halbleiterschalter ein einzelnes Bauteil ist, also kein Halbleiterschalter aus einer Gruppe mehrerer in einem integrierten Schaltkreis integrierten Halbleiterschalter ist. Die Ansteuerspannung kann beispielsweise bei MOSFETs der Gate-Source-Spannung entsprechen.In one embodiment, the semiconductor switch is a power semiconductor or has at least one power semiconductor. In one embodiment, the semiconductor switch is a transistor or has at least one transistor. In one embodiment, the semiconductor switch is a field-effect transistor, in particular a MOSFET, or an IGBT component, or has at least one (MOS)FET or an IGBT component. In one embodiment, the semiconductor switch is an individual component, i.e., it is not a semiconductor switch from a group of several semiconductor switches integrated in an integrated circuit. The control voltage can, for example, correspond to the gate-source voltage in MOSFETs.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Halbleiterschalter autonom in der Lage ist, seinen Leitungszustand bzw. seinen Durchlasswiderstand einzustellen. Es ist eine Weiterbildung, dass der Leitungszustand des Halbleiterschalters mittels einer anderen Instanz einstellbar ist, z.B. mittels einer anderen Komponente des Energiebordnetzes, mittels einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs, usw.A further development is that the semiconductor switch is capable of autonomously adjusting its conduction state or its on-state resistance. A further development is that the conduction state of the semiconductor switch can be adjusted by another entity, e.g., by another component of the on-board power system, by a vehicle control device, etc.

Der sperrende Leitungszustand entspricht einer geöffneten Schalterstellung. Ein Stromfluss durch einen zugehörigen Strompfad bzw. eine zugehörige elektrische Leitung, die den Halbleiterschalter aufweist, ist entsprechend unterbrochen. Der sperrende Leitungszustand kann auch so verstanden oder umgesetzt sein, dass keine oder eine zum Durchleiten zu geringe Ansteuerspannung angelegt ist.The blocking conduction state corresponds to an open switch position. Current flow through an associated current path or electrical line containing the semiconductor switch is interrupted accordingly. The blocking conduction state can also be understood or implemented in such a way that no control voltage is applied, or the voltage is too low to conduct current.

Der „normal“ leitende Leitungszustand entspricht einer geschlossenen Schalterstellung, in welcher sich der Halbleiterschalter in seinem Sättigungsbereich befindet. Der Halbleiterschalter ist komplett durchgeschaltet und kann insbesondere innerhalb seiner Spezifikationen dauerhaft betrieben werden. Der normal leitende Leitungszustand kann auch so verstanden oder umgesetzt sein, dass eine Ansteuerspannung angelegt ist, die innerhalb eines bauteilspezifischen bzw. normspezifizierten Wertebereichs oder Werts für den leitenden Leitungszustand liegt. Dieser Wertebereich oder Wert kann beispielsweise in einem technischen Datenblatt des Halbleiterschalters niedergelegt sein.The "normal" conducting state corresponds to a closed switch position, in which the semiconductor switch is in its saturation range. The semiconductor switch is completely switched on and can, in particular, be continuously operated within its specifications. The normally conductive state can also be understood or implemented as applying a control voltage that lies within a component-specific or standard-specified value range or value for the conductive state. This value range or value can be specified, for example, in a technical data sheet for the semiconductor switch.

In seinem „anormal“ leitenden Leitungszustand ist der Halbleiterschalter zwar leitend geschaltet, befindet sich aber außerhalb seines normspezifizierten Sättigungsbereichs. Dies kann zwei Fälle umfassen, nämlich erstens, dass eine Ansteuerspannung angelegt ist, die niedriger liegt als die normspezifizierte Ansteuerspannung (wodurch der Durchlasswiderstand merklich höher liegt als im normal leitenden Leitungszustand), und zweitens, dass eine Ansteuerspannung angelegt ist, die höher liegt als die normspezifizierte Ansteuerspannung (wodurch der Durchlasswiderstand nochmals geringer ist als im normal leitenden Leitungszustand). Der mindestens eine im Vergleich zu dem normal leitenden Zustand abweichenden Durchlasswiderstand kann also höher oder niedriger sein als für den normal leitenden Zustand.In its "abnormal" conducting state, the semiconductor switch is conductive but outside its standard-specified saturation range. This can involve two cases: first, a drive voltage lower than the standard-specified drive voltage is applied (resulting in a significantly higher on-resistance than in the normally conducting state), and second, a drive voltage higher than the standard-specified drive voltage is applied (resulting in a further lower on-resistance than in the normally conducting state). The at least one on-resistance that deviates from the normally conducting state can therefore be higher or lower than for the normally conducting state.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug ist. Das Elektrofahrzeug kann beispielsweise ein Plug-In-Hybridfahrzeug, PHEV, oder ein voll-elektrisch angetriebenes Fahrzeug sein, z.B. ein batteriebetriebenes Fahrzeug, BEV, sein. Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor als Antriebsmotor aufweist. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (z.B. ein Kraftwagen wie ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus usw. oder ein Motorrad), eine Eisenbahn, ein Wasserfahrzeug (z.B. ein Boot oder ein Schiff) oder ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug oder ein Hubschrauber) sein. Es ist eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug ein zumindest teilautonom fahrendes Fahrzeug ist, d.h., ein teilautonom und/oder vollautonom fahrendes Fahrzeug.In one embodiment, the vehicle is an electric vehicle. The electric vehicle can be, for example, a plug-in hybrid vehicle (PHEV), or a fully electrically powered vehicle, e.g., a battery-powered vehicle (BEV). In one embodiment, the vehicle has an internal combustion engine as the drive motor. The vehicle can be a motor vehicle (e.g., a motor vehicle such as a passenger car, truck, bus, etc., or a motorcycle), a railway, a watercraft (e.g., a boat or ship), or an aircraft (e.g., an airplane or a helicopter). In one embodiment, the vehicle is at least a partially autonomous vehicle, i.e., a partially autonomous and/or fully autonomous vehicle.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Energiebordnetz ein einheitliches Energiebordnetz mit einer einzigen Bordnetzspannung ist. Es ist eine Weiterbildung, dass das Energiebordnetz zwei oder mehr Teil-Energiebordnetze mit unterschiedlichen Teilbordnetzspannungen aufweist. In diesem Fall kann mindestens ein solcher Halbleiterschalter in einem, mehreren oder allen der Teilbordnetze angeordnet sein, wobei bei Erkennung einer kritischen Belastung in einem der Teilbordnetze zumindest ein Halbleiterschalter dieses Teilbordnetzes in einen anormal leitenden Leitungszustand versetzt werden kann, welcher der kritischen Belastung in diesem Teilbordnetze entgegenwirkt. Es ist eine Weiterbildung, dass ein Teil-Energiebordnetz mit einer niedrigeren Teilbordnetzspannung mittels mindestens eines Wandlers, insbesondere Gleichspannungswandlers, aus einem Teil-Energiebordnetz mit einer höheren Teilbordnetzspannung gespeist wird.It is a further development that the on-board power system is a uniform on-board power system with a single on-board power system voltage. It is a further development that the on-board power system has two or more partial on-board power systems with different partial on-board power system voltages. In this case, at least one such semiconductor switch can be arranged in one, several or all of the partial on-board power systems, wherein upon detection of a critical load in one of the partial on-board power systems, at least one semiconductor switch of this partial on-board power system can be put into an abnormally conductive state, which counteracts the critical load in this partial on-board power system. It is a further development that a partial on-board power system with a lower partial on-board power system voltage is fed from a partial on-board power system with a higher partial on-board power system voltage by means of at least one converter, in particular a DC-DC converter.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Teil-Energiebordnetz, in dem mindestens ein Halbleiterschalter gezielt in einen anormal leitenden Leitungszustand versetzt werden kann oder versetzbar ist, keine Batterie oder eine Batterie mit geringer Kapazität aufweist.It is a further development that the partial on-board power system, in which at least one semiconductor switch can be or is capable of being deliberately placed into an abnormally conductive state, has no battery or a battery with low capacity.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Energiebordnetz ein erstes Teil-Energiebordnetz mit einer höheren Teilbordnetzspannung und ein zweites Teil-Energiebordnetz mit einer niedrigeren Teilbordnetzspannung aufweist. Es ist eine Weiterbildung, dass das zweite Teil-Energiebordnetz mittels mindestens eines Wandlers, insbesondere Gleichspannungswandlers, aus dem ersten Teil-Energiebordnetz gespeist wird. Beispielsweise kann bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor das erste Teil-Energiebordnetz eine Teilbordnetzspannung zwischen 24 V und 60 V aufweisen, z.B. von 48 V, während das zweite Teil-Energiebordnetz eine Teilbordnetzspannung von 12 V aufweist. Beispielsweise kann bei einem Elektrofahrzeug das erste Teil-Energiebordnetz eine Teilbordnetzspannung zwischen 60 V und 1200 V aufweisen, z.B. von 4000 V oder 800 V, während das zweite Teil-Energiebordnetz eine Teilbordnetzspannung zwischen 12 V und 48 V aufweist.In one embodiment, the on-board power system has a first partial power system with a higher partial power system voltage and a second partial power system with a lower partial power system voltage. In one embodiment, the second partial power system is fed from the first partial power system by means of at least one converter, in particular a DC-DC converter. For example, in a vehicle with an internal combustion engine, the first partial power system can have a partial power system voltage between 24 V and 60 V, e.g., 48 V, while the second partial power system has a partial power system voltage of 12 V. For example, in an electric vehicle, the first partial power system can have a partial power system voltage between 60 V and 1200 V, e.g., 4000 V or 800 V, while the second partial power system has a partial power system voltage between 12 V and 48 V.

Dass der Halbleiterschalter in einem Strompfad des Energiebordnetzes angeordnet ist, entspricht insbesondere der Betrachtungsweise, dass der Halbleiterschalter eine Komponente des Energiebordnetzes ist, insbesondere ein Schaltelement.The fact that the semiconductor switch is arranged in a current path of the on-board power supply system corresponds in particular to the view that the semiconductor switch is a component of the on-board power supply system, in particular a switching element.

Die kritische Belastung kann beispielsweise eine unkontrollierte Stromeinspeisung, eine transiente Überspannung und/oder eine transiente Unterspannung (transienter Spannungseinbruch) sein.The critical load can be, for example, an uncontrolled current feed-in, a transient overvoltage and/or a transient undervoltage (transient voltage dip).

Es ist eine Weiterbildung, dass die Erkennung oder Feststellung der kritischen Belastung mittels der sie verursachenden Komponente des Energiebordnetzes erfolgt. Die Erkennung kann beispielsweise mittels einer an verursachenden Komponente vorgenommenen Messung, insbesondere Spannungs- und/oder Strommessung, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine kritische Belastung durch Überwachen von Betriebszuständen und/oder Betriebsbedingungen der verursachenden Komponente unter Berücksichtigung von experimentell abgeleiteten Daten und/oder aus Historiendaten erfolgen. Ist dann beispielsweise absehbar, dass durch eine Komponente eine kritische Belastung wahrscheinlich erfolgen wird oder könnte, kann dies als Erkennung gewertet werden.It is a further development that the critical load is detected or determined by the component of the on-board power system that is causing it. Detection can occur, for example, by means of a measurement taken on the component that is causing it, in particular a voltage and/or current measurement. Alternatively or additionally, a critical load can be determined by monitoring the operating states and/or operating conditions of the component that is causing it, taking into account experimentally derived data and/or historical data. If, for example, it is foreseeable that a critical load is likely or could occur due to a component, this can be considered a detection.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Erkennung der kritischen Belastung mittels einer Messvorrichtung des Energiebordnetzes bzw. im Energiebordnetz erfolgt. Die Messvorrichtung kann beispielsweise eine elektronische Sicherung sein, beispielsweise eines Stromverteilers.A further development is that the critical load is detected using a measuring device in the on-board power system. The measuring device can be an electronic fuse, for example, in a power distribution board.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Erkennung der kritischen Belastung an dem Halbleiterschalter erfolgt, z.B. durch Messung, insbesondere durch Spannungs- und/oder Strommessung und/oder Temperaturmessung. Die Messungen können beispielsweise Messungen bzw. Auswertungen einzelner Werte (Amplituden), von Mittelwerten, Gradienten oder Integralen von Messverläufen usw. umfassen.A further development is that the critical load on the semiconductor switch is detected, e.g., by measurement, in particular by voltage and/or current measurement and/or temperature measurement. The measurements can include, for example, measurements or evaluations of individual values (amplitudes), average values, gradients, or integrals of measurement curves, etc.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, bei Erkennung einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes zumindest einen der Halbleiterschalter in einen anormal leitenden Leitungszustand zu versetzen, welcher der kritischen Belastung entgegenwirkt. Dies kann beispielsweise dadurch umgesetzt werden, dass durch die erkennende Instanz wie die verursachenden Komponente, die Messvorrichtung des Energiebordnetzes (ggf. einschließlich des Halbleiterschalters) mit der Erkennung bzw. Feststellung eine entsprechende Nachricht an den mindestens einen Halbleiterschalter, der auf die kritische Belastung regieren soll, ausgegeben wird. Es ist eine Weiterbildung, dass die Nachricht direkt an den mindestens einen Halbleiterschalter, der auf die kritische Belastung regieren soll, ausgegeben wird.In one embodiment, the vehicle is configured to, upon detection of a critical load in the on-board power system, place at least one of the semiconductor switches into an abnormally conductive state, which counteracts the critical load. This can be implemented, for example, by the detecting entity, such as the causative component, the measuring device of the on-board power system (possibly including the semiconductor switch), outputting a corresponding message upon detection or determination to the at least one semiconductor switch that is intended to respond to the critical load. In one embodiment, the message is output directly to the at least one semiconductor switch that is intended to respond to the critical load.

Es ist eine Weiterbildung, dass bei Erkennung einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes eine entsprechende Nachricht an eine Steuereinrichtung des Fahrzeugs ausgegeben wird und die Steuereinrichtung dann den mindestens einen Halbleiterschalter, der auf die kritische Belastung regieren soll, entsprechend ansteuert. Dies kann das Ausgeben eines Befehls an den mindestens einen Halbleiterschalter zum Anpassen des Leistungszustands umfassen, ggf. mit einer Information oder Befehl über die Größe der Durchlassspannung. Es ist eine Weiterbildung, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die kritische Belastung zu analysieren (z.B. die Quelle der kritischen Belastung, zum Abbau der kritischen Belastung mögliche Strompfade und/oder Halbleiterschalter, usw.) und als Ergebnis der Analyse bestimmte mindestens eine Halbleiterschalter auszuwählen und deren Leitungszustände vorzugeben, ggf. auch die Größe der Ansteuerspannung(en) bzw. Durchlasswiderstände.In one embodiment, when a critical load on the on-board power system is detected, a corresponding message is sent to a control device in the vehicle, and the control device then controls the at least one semiconductor switch that is intended to react to the critical load accordingly. This can include issuing a command to the at least one semiconductor switch to adjust the power state, optionally with information or a command about the magnitude of the forward voltage. In one embodiment, the control device is configured to analyze the critical load (e.g., the source of the critical load, current paths and/or semiconductor switches that can reduce the critical load, etc.) and, based on the result of the analysis, to select at least one specific semiconductor switch and to specify its conduction states, and optionally also the magnitude of the control voltage(s) or forward resistances.

Die Nachricht kann z.B. über ein Datenbordnetz des Fahrzeugs ausgegeben werden, z.B. einen Datenbus. Die Nachricht kann beispielsweise eine Information über das Vorliegen der kritischen Belastung (z.B. in Form eines Flags) und/oder einen Befehl zum Anpassen des Leistungszustands umfassen, ggf. mit einer Information oder Befehl über die Größe der Durchlassspannung.The message can be output, for example, via the vehicle's on-board data network, e.g., a data bus. The message can include, for example, information about the presence of the critical load (e.g., in the form of a flag) and/or a command to adjust the power state, possibly including information or a command about the magnitude of the forward voltage.

Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Halbleiterschalter autonom auf die erkannte kritischen Belastung reagieren, z.B. durch eigenständige Einstellung der Ansteuerspannung bzw. des Durchlasswiderstands.Alternatively or additionally, at least one semiconductor switch can react autonomously to the detected critical load, e.g. by independently adjusting the control voltage or the on-state resistance.

Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens zwei Halbleiterschalter baugleich sind. Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens zwei Halbleiterschalter nicht baugleich sind.It is a further development if at least two semiconductor switches are identical in design. It is a further development if at least two semiconductor switches are not identical in design.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, mit Beendigung der kritischen Belastung des Energiebordnetzes den Leitungszustand des zumindest einen Halbleiterschalters in seinen (normal leitenden oder sperrenden) Leitungszustand vor Erkennung der kritischen Belastung zurückzuversetzen. Die Beendigung der kritischen Belastung kann in einer Weiterbildung analog zu dem Erkennen der kritischen Belastung erfolgen, z.B. durch Spannungs-, Strom- und/oder Temperaturmessung und/oder daraus abgeleiteter Größen erkannt werden. Es ist eine Weiterbildung, dass die Beendigung der kritischen Belastung durch Herunterzählen eines Timers / Hochzähler eines Counters bis zu einem Grenzwert bzw. Abwarten einer vorgegebenen Zeitdauer abgeschätzt wird.In a further development, the vehicle is configured to return the conduction state of at least one semiconductor switch to its (normally conducting or blocking) conduction state prior to detection of the critical load upon termination of the critical load on the on-board power system. In a further development, the termination of the critical load can occur analogously to the detection of the critical load, e.g., by voltage, current, and/or temperature measurement and/or variables derived therefrom. In a further development, the termination of the critical load is estimated by counting down a timer/counting up a counter to a limit value or by waiting a predetermined period of time.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die kritische Belastung des Energiebordnetzes eine kritisch hohe Strombelastung des Energiebordnetzes ist und der mindestens eine anormal leitende Leitungszustand ein Leitungszustand mit erhöhtem Durchlasswiderstand im Vergleich zu dem normal leitenden Zustand ist. Durch den bewusst bzw. gezielt erhöhten Durchlasswiderstand wird vorteilhafterweise erreicht, dass die im Halbleiterschalter anfallenden Verluste bzw. Verlustenergie ansteigen. Dieses Verhalten ermöglicht es, die nicht gewünschte hohe Strombelastung in Wärme umzuwandeln. Dadurch wiederum kann z.B. eine unzulässige Spannungserhöhung vermieden werden.In one embodiment, the critical load on the on-board power system is a critically high current load on the on-board power system, and the at least one abnormally conductive state is a conduction state with increased forward resistance compared to the normally conductive state. The deliberate or targeted increase in forward resistance advantageously increases the losses or energy loss in the semiconductor switch. This behavior makes it possible to convert the undesired high current load into heat. This, in turn, can prevent, for example, an impermissible voltage increase.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, zumindest einen der Halbleiterschalter aus einem normal leitenden Leitungszustand in einen anormal leitenden Leitungszustand zu versetzen. Es wird also ein bereits vorhandener Durchlasswiderstand erhöht.In a further development, the vehicle is configured to switch at least one of the semiconductor switches from a normally conductive state to an abnormally conductive state. Thus, an existing on-state resistance is increased.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, zumindest einen der Halbleiterschalter aus einem sperrenden Leitungszustand in einen anormal leitenden Leitungszustand zu versetzen. Es wird also ein bisher nicht genutzter Durchlasswiderstand zugeschaltet. Dadurch kann in einer Weiterbildung zusätzlich ein bisher durch einen vorgeschalteten Halbleiterschalter ausgeschalteter Verbraucher bzw. dessen Eingangsbeschaltung aufgestartet werden, wodurch der Überstrom noch weiter abgebaut werden kann. Alternativ kann der Durchlasswiderstand so hoch gewählt werden, dass ein nachgeschalteter Verbraucher bzw. dessen Eingangsbeschaltung nicht aufstartet wird oder werden.It is a further development that the vehicle is designed to switch at least one of the semiconductor switches from a blocking conduction state to an abnormally conducting conduction state. This means that a previously unused through A forward resistance is switched on. In a further development, this allows a load previously switched off by an upstream semiconductor switch or its input circuit to be started up, thereby further reducing the overcurrent. Alternatively, the forward resistance can be set so high that a downstream load or its input circuit is or will not be started up.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die kritische Belastung des Energiebordnetzes, insbesondere in Form einer kritisch hohen Strombelastung, aufgrund einer Rückspeisung elektrischer Energie (bzw. eines „Rückspeisestroms“) von einer Funktionskomponente (auch als „Rückspeisungs-Komponente“ bezeichenbar) in das Energiebordnetz auftritt. Solche Rückspeiseströme treten typischerweise nur kurzzeitig auf. Es ist eine Weiterbildung, dass der Durchlasswiderstand in einem anormalen Leistungszustand auf typische Stromwerte und/oder Zeitdauern des Rückspeisestroms abgestimmt ist, so dass eine kritische thermische Belastung des Halbleiterschalters im anormalen Leistungszustand unwahrscheinlich ist.In one embodiment, the critical load on the on-board power system, particularly in the form of a critically high current load, occurs due to the feedback of electrical energy (or a "feedback current") from a functional component (also referred to as a "feedback component") into the on-board power system. Such feedback currents typically only occur for a short time. In another embodiment, the on-board resistance in an abnormal power state is matched to typical current values and/or durations of the feedback current, so that a critical thermal load on the semiconductor switch in the abnormal power state is unlikely.

Dass mittels einer Rückspeisungs-Komponente elektrische („Rückspeisungs-“)Energie in das Energiebordnetz rückspeisbar ist, umfasst insbesondere, dass die Rückspeisungs-Komponente zu Ihrem Betrieb üblicherweise elektrische Energie aus den Energiebordnetz aufnimmt, aber situationsbezogen und typischerweise nur kurzfristig („unkontrolliert“) auch elektrische Energie zurück in das Energiebordnetz einspeist. Dies kann auch so ausgedrückt werden, dass die Rückspeisungs-Komponente keine zur Speisung des Energiebordnetzes gezielt vorgesehene Komponente ist. Die „unkontrollierte“ Rückspeisung ist insbesondere unerwünscht. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Rückspeisungs-Komponente mindestens einen elektrisch angetriebenen Verbraucher aufweist, insbesondere einen elektrohydraulischen und/oder elektromagnetischen Verbraucher. Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Rückspeisungs-Komponente ein Bremssystem, ein Lenksystem und/oder eine motorgetriebene Komponente wie ein Motorlüfter umfasst oder ist. Eine zur Speisung des Energiebordnetzes vorgesehene Energiequelle wie eine Batterie und/oder ein Wandler stellt insbesondere keine Rückspeisungs-Komponente dar, insbesondere auch deshalb, weil deren vorgesehenes Einspeisen kein Rückspeisen darstellt.The fact that electrical (“regenerative”) energy can be fed back into the on-board power system by means of a regenerative component means in particular that the regenerative component usually absorbs electrical energy from the on-board power system for its operation, but also feeds electrical energy back into the on-board power system depending on the situation and typically only for a short time (“uncontrolled”). This can also be expressed in such a way that the regenerative component is not a component specifically intended to supply the on-board power system. “Uncontrolled” regenerative action is particularly undesirable. It is a further development that a regenerative component has at least one electrically driven consumer, in particular an electro-hydraulic and/or electromagnetic consumer. It is a further development that the at least one regenerative component comprises or is a braking system, a steering system and/or a motor-driven component such as an engine fan. An energy source intended to supply the on-board power system, such as a battery and/or a converter, does not constitute a feed-in component, in particular because its intended feed-in does not constitute feed-in.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Energiebordnetz mehrere in einem Rückspeisestrompfad angeordnete Halbleiterschalter aufweist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen besonders effektiven Abbau des Rückspeisestroms über mehrere Halbleiterschalter.One embodiment of the on-board power system is that it has several semiconductor switches arranged in a feedback current path. This advantageously enables particularly effective reduction of the feedback current via several semiconductor switches.

Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens zwei der in dem Rückspeisestrompfad angeordneten Halbleiterschalter elektrisch parallel zueinander angeordnet sind. So wird der Vorteil erreicht, dass der Rückspeisestrom in unterschiedliche Stromzweige aufgeteilt wird, wodurch wiederum vorteilhafterweise eine Strombelastung und damit thermische Belastung des Halbleiterschalters in seinem anormal leitenden Leitungszustände verringert werden kann.One embodiment provides that at least two of the semiconductor switches arranged in the feedback current path are electrically parallel to one another. This provides the advantage that the feedback current is divided into different current branches, which in turn advantageously reduces the current load and thus the thermal load on the semiconductor switch in its abnormally conductive state.

Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens zwei der in dem Rückspeisestrompfad angeordneten Halbleiterschalter elektrisch seriell zueinander angeordnet sind. Allgemein ist die Topografie der Halbleiterschalter seriell / parallel nicht beschränkt.In a further development, at least two of the semiconductor switches arranged in the feedback current path are electrically arranged in series with each other. In general, the topography of the semiconductor switches is not limited to series/parallel.

Es ist eine Ausgestaltung, dass elektrisch parallel zueinander angeordnete Halbleiterschalter zumindest in ihren anormal leitenden Leitungszuständen unterschiedliche Durchlasswiderstände aufweisen. Dadurch kann eine Aufteilung des Rückspeisestrompfads vorteilhafterweise besonders variabel eingestellt werden.One embodiment provides that semiconductor switches arranged electrically parallel to one another have different forward resistances, at least in their abnormally conductive states. This advantageously allows the distribution of the feedback current path to be adjusted in a particularly variable manner.

Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens drei der in dem Rückspeisestrompfad angeordneten Halbleiterschalter kaskadiert angeordnet sind. Die kaskadierte Anordnung oder Kaskade kann insbesondere so beschrieben werden, dass der Rückspeisestrompfad ausgehend von der Rückspeisungs-Komponente mindestens einmal elektrisch parallel verzweigt, mindestens einer der Halbleiterschalter in dem noch unverzweigten Stromzweig angeordnet ist und mindestens einer der Halbleiterschalter in einem jeweiligen der verzweigten Stromzweige angeordnet ist. Je weniger Verzweigungen der Halbleiterschalter zu der Rückspeisungs-Komponente aufweist, desto kürzer ist sein sog. Kaskadenabstand. Dies kann auch so beschrieben werden, dass sich ein Halbleiterschalter in einem Stromzweig „n-ter Kaskadenstufe“, wobei n die Zahl der Verzweigungen bis zurück zur Rückspeisungs-Komponente darstellt. Ein Halbleiterschalter in der 0-ten Kaskadenstufe ist dann unverzweigt hinter der Rückspeisungs-Komponente angeordnet usw. Die Kaskade kann grundsätzlich eine beliebige Zahl n von Verzweigungen mit n > 0 aufweisen.In one embodiment, at least three of the semiconductor switches arranged in the regenerative current path are arranged in a cascade. The cascaded arrangement or cascade can be described in particular such that the regenerative current path branches electrically in parallel at least once starting from the regenerative component, at least one of the semiconductor switches is arranged in the still unbranched current branch, and at least one of the semiconductor switches is arranged in a respective one of the branched current branches. The fewer branches the semiconductor switch has to the regenerative component, the shorter its so-called cascade distance. This can also be described such that a semiconductor switch is in a current branch "nth cascade stage", where n represents the number of branches back to the regenerative component. A semiconductor switch in the 0th cascade stage is then arranged unbranched behind the regenerative component, etc. The cascade can in principle have any number n of branches with n > 0.

In der 0-ten Kaskadenstufe kann ein Halbleiterschalter vorhanden ist, braucht es aber nicht. Falls nicht, können beispielsweise in der 1. Kaskadenstufe zwei oder mehr elektrisch parallel zueinander angeordnete Halbleiterschalter vorhanden sein. Dies reflektiert, dass es Rückspeisungs-Komponenten geben kann, die direkt über zwei oder mehr parallele Halbleitersicherungen mit dem Energiebordnetz verbunden sind.A semiconductor switch may be present in the 0th cascade stage, but this is not required. If not, two or more semiconductor switches arranged electrically in parallel can be present in the 1st cascade stage, for example. This reflects the fact that there may be regenerative components that are directly connected to the on-board power system via two or more parallel semiconductor fuses.

Es ist eine Ausgestaltung, dass Halbleiterschalter in kürzerem Kaskadenabstand zu der Rückspeisungsquelle bzw. in einer kleineren Kaskadenstufe auf einen geringeren Durchlasswiderstand eingestellt sind als Halbleiterschalter in einem dazu längeren Kaskadenabstand. Dies kann auch so ausgedrückt werden, dass die Widerstandswerte der Halbleiterschalter absteigend einstellbar sind bzw. eingestellt werden, und zwar beginnend in Störquellennähe mit einem niedrigsten Durchlasswiderstand, da hier wird ein hoher Störstrom, insbesondere Rückspeisestrom, erwartet wird. Infolgedessen sollte der Durchlasswiderstand für eine gleiche maximal zulässige Bauteilerwärmung geringer sein. Je weiter hinten bzw. von der Störquelle entfernt in der Kaskade ein Halbleiterschalter angeordnet ist, desto mehr parallele Pfade werden dem Strom als mögliche Wege zur Verfügung gestellt und desto geringer ist die Strombelastung pro Pfad. Damit kann an einem weiter entfernten - insbesondere baugleichen - Halbleiterschalter der Durchlasswiderstand für eine gleichbleibende maximal zulässige Bauteilerwärmung höher eingestellt werden.It is a design that semiconductor switches are arranged in a shorter cascade distance to the return supply source or in a smaller cascade stage are set to a lower on-resistance than semiconductor switches in a longer cascade distance. This can also be expressed as the resistance values of the semiconductor switches can be set or are set in descending order, starting near the interference source with a lowest on-resistance, since this is where a high interference current, especially feedback current, is expected. As a result, the on-resistance should be lower for the same maximum permissible component heating. The further back or away from the interference source a semiconductor switch is arranged in the cascade, the more parallel paths are available for the current to travel and the lower the current load per path. This means that the on-resistance of a more distant - especially identically constructed - semiconductor switch can be set higher for a constant maximum permissible component heating.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, mindestens einen Halbleiterschalter, der insbesondere einen höheren Kaskadenabstand zu der Rückspeisungsquelle aufweist, bewusst zu „schmelzen“, d.h., den thermisch erlaubten Bereich des Halbleiterschalters zu überschreiten und damit potenziell zu zerstören. Dies kann vorteilhaft sein, um besonders hohe Strom- oder Spannungsspitzen in dem Energiebordnetz abzubauen.One embodiment of the vehicle is designed to deliberately "melt" at least one semiconductor switch, which in particular has a greater cascade distance from the feedback source, i.e., to exceed the thermally permissible range of the semiconductor switch and thus potentially destroy it. This can be advantageous for reducing particularly high current or voltage peaks in the on-board power system.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, eine Temperaturmessung einer Temperatur des Halbleiterschalters vorzunehmen und den Durchlasswiderstand in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Temperaturmessung einzustellen. So kann eine kritische thermische Überbelastung des Halbleiterschalters zuverlässig vermieden werden und auch der Durchlasswiderstand in der Regel höher als unter pauschalen Annahmen über die thermische Belastung gesetzt werden.One embodiment is that the vehicle is configured to measure the temperature of the semiconductor switch and adjust the on-state resistance based on the temperature measurement result. This reliably prevents critical thermal overload of the semiconductor switch, and also generally sets the on-state resistance higher than under general assumptions regarding thermal load.

Es ist eine Weiterbildung, dass eine Entscheidung, einen Halbleiterschalter in seinen anormalen Leitungszustand zu versetzen, davon abhängig ist, ob dadurch ein - insbesondere dem Halbleiterschalter nachgeschalteter - Verbraucher beeinträchtigt wird. Beispielsweise kann diese Entscheidung danach vorgenommen werden, ober der Verbraucher einer bestimmten Verbraucherklasse (leistungskonstant, stromkonstant oder ohmsch konstant) und/oder Verbraucherfunktion (z.B. durch einen Nutzer benötig, nicht benötigt, sicherheitsrelevant, usw.) angehört. So können in einer Weiterbildung Halbleiterschalter, die sicherheitsrelevante Verbraucher absichern, nicht oder nur mit geringer Abweichung zum normalen Durchlasswiderstand in einen anormalen Leitungszustand versetzt werden.A further development is that the decision to place a semiconductor switch into its abnormal conduction state depends on whether this would impair a load—particularly one connected downstream of the semiconductor switch. For example, this decision can be made based on whether the load belongs to a specific load class (constant power, constant current, or constant resistance) and/or load function (e.g., required by a user, not required, safety-relevant, etc.). Thus, in a further development, semiconductor switches that protect safety-relevant loads cannot be placed into an abnormal conduction state, or only with a slight deviation from the normal on-state resistance.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die kritische Belastung des Energiebordnetzes eine kritische Unterspannung in dem Energiebordnetzes ist und der mindestens eine anormal leitende Leitungszustand ein Leitungszustand mit erniedrigtem Durchlasswiderstand ist. Die Unterspannung kann beispielsweise eine transiente Unterspannung sein. Es ist eine Ausgestaltung, dass die Erniedrigung des Durchlasswiderstands eine kurzzeitige, unkritische Erhöhung einer Ansteuerspannung über eine Dauerspezifikation hinaus umfasst.In one embodiment, the critical load of the on-board power system is a critical undervoltage in the on-board power system, and the at least one abnormally conductive line state is a line state with a reduced on-state resistance. The undervoltage can, for example, be a transient undervoltage. In one embodiment, the reduction in the on-state resistance comprises a brief, non-critical increase in a drive voltage beyond a continuous specification.

Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Halbleiterschalter eine Halbleitersicherung ist bzw. mitausbildet. Die Halbleitersicherung kann außer dem mindestens ein Halbleiterschalter auch noch weitere Komponenten wie eine Spannungs- und/oder Strommesseinrichtung und/oder eine Temperaturmesseinrichtung aufweisen. Die Halbleitersicherung kann auch als elektronische Sicherung oder „E-Fuse“ bezeichnet werden.In one embodiment, at least one semiconductor switch is or co-forms a semiconductor fuse. In addition to the at least one semiconductor switch, the semiconductor fuse can also have further components such as a voltage and/or current measuring device and/or a temperature measuring device. The semiconductor fuse can also be referred to as an electronic fuse or "E-fuse."

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Entgegenwirken einer kritischen Belastung in einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs, bei dem mindestens ein in einem Strompfad des Energiebordnetzes angeordneter Halbleiterschalter, der in einen sperrenden Leitungszustand, einen normal leitenden Leitungszustand und in mindestens einen anormal leitenden Leitungszustand mit einem im Vergleich zu dem normal leitenden Zustand abweichenden Durchlasswiderstand verbringbar ist, bei Erkennung einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes in einen anormal leitenden Leitungszustand versetzt wird, welcher der kritischen Belastung entgegenwirkt. Das Verfahren kann analog zu dem Fahrzeug ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.The object is also achieved by a method for counteracting a critical load in a vehicle's power supply system, in which at least one semiconductor switch arranged in a current path of the power supply system, which can be switched to a blocking conduction state, a normally conducting conduction state, and at least one abnormally conducting conduction state with a forward resistance that differs from the normally conducting state, is switched to an abnormally conducting conduction state upon detection of a critical load in the power supply system, which counteracts the critical load. The method can be designed analogously to the vehicle, and vice versa, and has the same advantages.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

  • 1 zeigt eine stark vereinfachte Skizze eines Ausschnitts aus einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs.
The above-described properties, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of an embodiment, which is explained in more detail in connection with the drawings.
  • 1 shows a highly simplified sketch of a section of a vehicle's on-board power system.

1 zeigt skizzenhaft einen Ausschnitt aus einem Energiebordnetz EBN eines Fahrzeugs EV. Das Energiebordnetz EBN kann beispielsweise ein Niedervolt-(Teil-) Energiebordnetz mit einer Bordnetzspannung zwischen 12 V und 48 V sein. Das Fahrzeug EV kann ein Elektrofahrzeug sein. Das Energiebordnetz EBN weist eine einen Rückspeisestrom I_bs unkontrolliert, z.B. betätigungsabhängig, in das Energiebordnetz EBN rückspeisende Komponente RSK auf, z.B. ein Lenksystem oder ein Bremssystem. Ausgehend von der rückspeisenden Komponente RSK ist der durch den Rückspeisestrom I_bs durchflossene Strompfad kaskadiert. Dazu weist er ausgehend von der rückspeisenden Komponente RSK hier beispielhaft zwei Kaskadenstufen auf, nämlich eine nullte, noch unverzweigte Kaskadenstufe KS_0 und eine erste, in drei parallele Teilstrompfade verzweigte Kaskadenstufe KS_1. Sowohl in der Kaskadenstufe KS_0 als auch in jedem der drei Teilstrompfade der Kaskadenstufe KS_1 ist rein beispielhaft jeweils ein Halbleiterschalter Sw1, Sw2, Sw3 bzw. Sw4 angeordnet. Die Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4 können baugleich sein, brauchen es aber nicht zu sein. 1 shows a sketch of a section of an on-board power supply system (EBN) of an EV vehicle. The on-board power supply system (EBN) can, for example, be a low-voltage (partial) on-board power supply system with an on-board power supply voltage between 12 V and 48 V. The EV vehicle can be an electric vehicle. The on-board power supply system (EBN) has a component (RSK) that feeds a feedback current I_bs back into the on-board power supply system (EBN) in an uncontrolled manner, e.g., depending on operation. system. Starting from the regenerative component RSK, the current path through which the regenerative current I_bs flows is cascaded. For this purpose, it has, as an example, two cascade stages, namely a zeroth, still unbranched cascade stage KS_0 and a first cascade stage KS_1 branched into three parallel partial current paths. Purely as an example, a semiconductor switch Sw1, Sw2, Sw3, or Sw4 is arranged in both the cascade stage KS_0 and each of the three partial current paths of the cascade stage KS_1. The semiconductor switches Sw1 to Sw4 can be identical in design, but do not need to be.

Die Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4 sind hier rein beispielhaft als s-Kanal-MOSFETs ausgebildet. Ihr Durchlasswiderstand zwischen Source-Anschluss S und Drain-Anschluss D wird durch eine Ansteuerspannung UGS zwischen Gate-Anschluss G und Source-Anschluss S bzw. durch ein Gate-Potenzial eingestellt. Der zwischen Source-Anschluss S und Drain-Anschluss D durchgelassene Strom IDS ist dabei abhängig von einer zwischen dem Source-Anschluss S und dem Drain-Anschluss D angelegten Durchlassspannung UDS: je höher bei gleicher Ansteuerspannung UGS die Durchlassspannung UDS ist, desto höher ist der Durchlassstrom IDS. Dabei wird zwischen einem linearen Anstieg des Durchlassstroms IDS mit der Ansteuerspannung UGS bei geringeren Ansteuerspannungen UGS und einem sich daran bei höheren Durchlassspannungen UDS anschließenden Sättigungsbereich unterschieden, wobei sich der Durchlassstrom IDS im Sättigungsbereich nur noch wenig ändert und quasi-asymptotisch verläuft. Eine weitere Eigenschaft ist, dass bei gleicher Durchlassspannung UDS der Durchlassstrom IDS umso höher bzw. der Durchlasswiderstand umso geringer ist, je größer die Ansteuerspannung UGS ist. Dieses Verhalten eines MOSFETs kann z.B. in entsprechenden Ausgangskennlinienfeldern bildlich dargestellt werden (o. Abb.). Folglich lässt sich durch Variation der Ansteuerspannung UGS der Durchlasswiderstand variieren, und damit auch der Durchlassstrom IDS. Mittels Variation der Ansteuerspannung UGS lässt sich der Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4 also als variabel einstellbarer Widerstand nutzen.The semiconductor switches Sw1 to Sw4 are designed here purely as examples as s-channel MOSFETs. Their on-resistance between the source terminal S and the drain terminal D is set by a drive voltage U GS between the gate terminal G and the source terminal S or by a gate potential. The current I DS passed between the source terminal S and the drain terminal D depends on a forward voltage U DS applied between the source terminal S and the drain terminal D: the higher the forward voltage U DS for the same drive voltage U GS , the higher the forward current I DS . A distinction is made between a linear increase in the forward current I DS with the drive voltage U GS at lower drive voltages U GS and a subsequent saturation region at higher forward voltages U DS , whereby the forward current I DS changes only slightly in the saturation region and is quasi-asymptotic. A further property is that, for a given forward voltage U DS , the higher the forward current I DS , or the lower the forward resistance, the higher the drive voltage U GS . This behavior of a MOSFET can be illustrated, for example, in corresponding output characteristic curves (above figure). Consequently, by varying the drive voltage U GS , the forward resistance can be varied, and thus also the forward current I DS . By varying the drive voltage U GS , the semiconductor switch Sw1 to Sw4 can be used as a variably adjustable resistor.

Für den sperrenden Leitungszustand gilt dann UGS = 0 oder UGS ≈ 0. Der normal leitende Leitungszustand entspricht insbesondere maximal dem für eine Dauerspezifikation zugelassen maximalen UGS, kann aber auch darunter liegen. Der anormal leitenden Leitungszustand entspricht einem leitenden Leitungszustand dazwischen.For the blocking conduction state, U GS = 0 or U GS ≈ 0 applies. The normally conducting conduction state corresponds, in particular, to the maximum U GS permitted for a continuous specification, but can also be lower. The abnormally conducting conduction state corresponds to a conducting conduction state in between.

Erkennt das Fahrzeug EV einen signifikanten Rückspeisestrom I_bf in dem Energiebordnetzes EBN, kann das Fahrzeug EV, z.B. eine Steuereinrichtung Ctrl davon, zumindest einen der Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4 durch Verringerung der Ansteuerspannung UGS in einen anormal leitenden Leitungszustand mit erhöhtem Durchlasswiderstand im Vergleich zu einem Zustand ohne Rückspeisungsstrom I_bf versetzen, hier z.B. alle gezeigten Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4. Speziell können die Durchlasswiderstände so variiert werden, dass der Halbleiterschalter Sw1, der einen kürzerem Kaskadenabstand (Kaskadenstufe KS_0) zu der Rückspeisungsquelle bzw. der rückspeisenden Komponente RSK aufweist, auf einen geringeren Durchlasswiderstand eingestellt ist als die Halbleiterschalter Sw2 bis Sw4, in einen dazu längeren Kaskadenabstand (Kaskadenstufe KS_1) aufweisen.If the vehicle EV detects a significant feedback current I_bf in the on-board power supply system EBN, the vehicle EV, e.g. a control device Ctrl thereof, can set at least one of the semiconductor switches Sw1 to Sw4 into an abnormally conductive state with increased on-state resistance compared to a state without feedback current I_bf by reducing the control voltage U GS , here e.g. all of the semiconductor switches Sw1 to Sw4 shown. In particular, the on-state resistances can be varied such that the semiconductor switch Sw1, which has a shorter cascade distance (cascade stage KS_0) to the feedback source or the feedback component RSK, is set to a lower on-state resistance than the semiconductor switches Sw2 to Sw4, which have a longer cascade distance (cascade stage KS_1).

Es ist eine Variante, dass das Fahrzeug EV dazu eingerichtet ist, eine Temperatur der jeweiligen Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4 zu messen und den Durchlasswiderstand der Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4 in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Temperaturmessung einzustellen.It is a variant that the vehicle EV is configured to measure a temperature of the respective semiconductor switches Sw1 to Sw4 and to adjust the on-resistance of the semiconductor switches Sw1 to Sw4 depending on a result of the temperature measurement.

Ist der Rückspeisestroms ausreichend abgebaut worden, können die Halbleiterschalter Sw1 bis Sw4 wieder in ihren Leistungszustand vor Erkennung des Rückspeisestroms zurückversetzt werden.Once the feedback current has been sufficiently reduced, the semiconductor switches Sw1 to Sw4 can be returned to their performance state before the feedback current was detected.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course, the present invention is not limited to the embodiment shown.

Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.In general, “a”, “an”, etc. can be understood as a singular or a plural, in particular in the sense of “at least one” or “one or more”, etc., unless this is explicitly excluded, e.g. by the expression “exactly one”, etc.

Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.A numerical value may also include the exact number stated as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

CtrlCtrl
SteuereinrichtungControl device
DD
Drain-AnschlussDrain connection
EBNEBN
EnergiebordnetzOn-board power system
EVEV
Fahrzeugvehicle
GG
Gate-AnschlussGate connection
I_bfI_bf
Rückspeisestromregenerative current
KS_0KS_0
Nullte KaskadenstufeZeroth cascade stage
KS_1KS_1
Erste KaskadenstufeFirst cascade stage
RSKRSK
Rückspeisende KomponenteRegenerative component
SS
Source-AnschlussSource connection
Sw1 - Sw4Sw1 - Sw4
Halbleiterschaltersemiconductor switches

Claims (13)

Fahrzeug (EV), insbesondere Elektrofahrzeug, aufweisend ein Energiebordnetz (EBN) mit mindestens einem in einem Strompfad des Energiebordnetzes (EBN) angeordneten Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4), der in einen sperrenden Leitungszustand, einen normal leitenden Leitungszustand und in mindestens einen anormal leitenden Leitungszustand mit einem im Vergleich zu dem normal leitenden Zustand abweichenden Durchlasswiderstand verbringbar ist, wobei das Fahrzeug (EV) dazu eingerichtet ist, bei Erkennung einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes (EBN) zumindest einen der Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4) in einen anormal leitenden Leitungszustand zu versetzen, welcher der kritischen Belastung entgegenwirkt.Vehicle (EV), in particular an electric vehicle, comprising an on-board energy supply system (EBN) with at least one semiconductor switch (Sw1 - Sw4) arranged in a current path of the on-board energy supply system (EBN), which semiconductor switch can be brought into a blocking conduction state, a normally conducting conduction state and into at least one abnormally conducting conduction state with a forward resistance that differs from the normally conducting state, wherein the vehicle (EV) is designed to put at least one of the semiconductor switches (Sw1 - Sw4) into an abnormally conducting conduction state, which counteracts the critical load, upon detection of a critical load on the on-board energy supply system (EBN). Fahrzeug (EV) nach Anspruch 1, wobei die kritische Belastung des Energiebordnetzes (EBN) eine kritisch hohe Strombelastung des Energiebordnetzes (EBN) ist und der mindestens eine anormal leitende Leitungszustand ein Leitungszustand mit erhöhtem Durchlasswiderstand ist.Vehicle (EV) to Claim 1 , wherein the critical load of the on-board power supply system (EBN) is a critically high current load of the on-board power supply system (EBN) and the at least one abnormally conductive line state is a line state with increased forward resistance. Fahrzeug (EV) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die kritische Belastung des Energiebordnetzes (EBN) aufgrund einer Rückspeisung elektrischer Energie von einer Funktionskomponente (RSK) in das Energiebordnetz (EBN) auftritt.Vehicle (EV) according to one of the preceding claims, wherein the critical load of the on-board energy network (EBN) occurs due to a feedback of electrical energy from a functional component (RSK) into the on-board energy network (EBN). Fahrzeug (EV) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Energiebordnetz (EBN) mehrere in einem Rückspeisestrompfad angeordnete Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4) aufweist.Vehicle (EV) according to one of the preceding claims, wherein the on-board power supply system (EBN) has a plurality of semiconductor switches (Sw1 - Sw4) arranged in a feedback current path. Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei mindestens zwei der in dem Rückspeisestrompfad angeordneten Halbleiterschalter (Sw2 - Sw4) elektrisch parallel zueinander angeordnet sind.Vehicle to Claim 4 , wherein at least two of the semiconductor switches (Sw2 - Sw4) arranged in the feedback current path are arranged electrically parallel to one another. Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei mindestens drei der in dem Rückspeisestrompfad angeordneten Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4) kaskadiert angeordnet sind und Halbleiterschalter (Sw1) mit kürzerem Kaskadenabstand (KS_0) zu der rückspeisenden Funktionskomponente (RSK) auf einen geringeren Durchlasswiderstand eingestellt sind als Halbleiterschalter (Sw2 - Sw4) mit einem dazu längeren Kaskadenabstand (KS_1).Vehicle to Claim 5 , wherein at least three of the semiconductor switches (Sw1 - Sw4) arranged in the feedback current path are arranged in cascade and semiconductor switches (Sw1) with a shorter cascade distance (KS_0) to the feedback functional component (RSK) are set to a lower on-resistance than semiconductor switches (Sw2 - Sw4) with a longer cascade distance (KS_1). Fahrzeug (EV) nach Anspruch 6, wobei das Fahrzeug (EV) dazu eingerichtet ist, mindestens einen Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4), der einen höheren Kaskadenabstand (KS_1) zu der Rückspeisungsquelle aufweist, zu schmelzen.Vehicle (EV) to Claim 6 , wherein the vehicle (EV) is configured to melt at least one semiconductor switch (Sw1 - Sw4) having a higher cascade distance (KS_1) to the feedback source. Fahrzeug (EV) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, eine Temperaturmessung einer Temperatur des Halbleiterschalters vorzunehmen und den Durchlasswiderstand in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Temperaturmessung einzustellen.Vehicle (EV) according to one of the preceding claims, wherein the vehicle is configured to perform a temperature measurement of a temperature of the semiconductor switch and to adjust the on-resistance depending on a result of the temperature measurement. Fahrzeug (EV) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kritische Belastung des Energiebordnetzes eine kritische Unterspannung in dem Energiebordnetzes ist und der mindestens eine anormal leitende Leitungszustand ein Leitungszustand mit erniedrigtem Durchlasswiderstand ist.Vehicle (EV) according to one of the preceding claims, wherein the critical load of the on-board power supply system is a critical undervoltage in the on-board power supply system and the at least one abnormally conductive line state is a line state with reduced on-state resistance. Fahrzeug (EV) nach Anspruch 9, wobei die Erniedrigung des Durchlasswiderstands eine kurzzeitige, unkritische Erhöhung einer Ansteuerspannung des Halbleiterschalters (Sw1 - Sw4) über eine Dauerspezifikation hinaus umfasst.Vehicle (EV) to Claim 9 , wherein the reduction of the on-resistance comprises a short-term, non-critical increase of a drive voltage of the semiconductor switch (Sw1 - Sw4) beyond a continuous specification. Fahrzeug (EV) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4) eine Halbleitersicherung ist.Vehicle (EV) according to one of the preceding claims, wherein at least one semiconductor switch (Sw1 - Sw4) is a semiconductor fuse. Fahrzeug (EV) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (EV) dazu eingerichtet ist, mit Beendigung der kritischen Belastung des Energiebordnetzes (EBN) den Leitungszustand des zumindest einen Halbleiterschalters (Sw1 - Sw4) in seinen Leitungszustand vor Erkennung der kritischen Belastung zurückzuversetzen.Vehicle (EV) according to one of the preceding claims, wherein the vehicle (EV) is configured to return the conduction state of the at least one semiconductor switch (Sw1 - Sw4) to its conduction state before detection of the critical load upon termination of the critical load of the on-board power supply system (EBN). Verfahren zum Entgegenwirken einer kritischen Belastung in einem Energiebordnetz (EBN) eines Fahrzeugs (EV), insbesondere eines nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildeten Fahrzeuges (EV), bei dem mindestens ein in einem Strompfad des Energiebordnetzes (EBN) angeordneter Halbleiterschalter (Sw1 - Sw4), der in einen sperrenden Leitungszustand, einen normal leitenden Leitungszustand und in mindestens einen anormal leitenden Leitungszustand mit einem im Vergleich zu dem normal leitenden Zustand abweichenden Durchlasswiderstand verbringbar ist, bei Erkennen einer kritischen Belastung des Energiebordnetzes (EBN) in einen anormal leitenden Leitungszustand versetzt wird, welcher der kritischen Belastung entgegenwirkt.Method for counteracting a critical load in an on-board energy supply system (EBN) of a vehicle (EV), in particular a vehicle (EV) designed according to one of the preceding claims, in which at least one semiconductor switch (Sw1 - Sw4) arranged in a current path of the on-board energy supply system (EBN), which can be brought into a blocking conduction state, a normally conducting conduction state and into at least one abnormally conducting conduction state with a forward resistance that differs from the normally conducting state, is placed into an abnormally conducting conduction state when a critical load on the on-board energy supply system (EBN) is detected, which counteracts the critical load.
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