Beschreibung

Titel

Halbleiterschalteranordnung mit Überwachungsfunktion, Energiesystem und

Fahrzeug

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterschalteranordnung mit einer Überwachungsfunktion, ein Energiesystem mit einer solchen Halbleiterschalteranordnung und Fahrzeug mit einem solchen Energiesystem.

Aus dem Stand der Technik sind Energiesysteme wie elektrische Antriebssysteme elektrisch angetriebener Fahrzeuge bekannt, die beispielsweise eine Traktionsbatterie und einen elektrischen Antriebsmotor umfassen. Zum elektrischen Verbinden und Trennen der Traktionsbatterie vom Antriebsmotor werden beispielsweise elektromechanische Schütze eingesetzt, die mittels einer Diagnosefunktionalität auf Fehlerzustände wie ein Verkleben und/oder ein Verschweißen elektrischer Kontakte überwacht werden. Solche Diagnosefunktionalitäten werden beispielsweise beim Öffnen der Schütze eingesetzt. Wird dabei ein Fehlerzustand festgestellt, ist es dementsprechend möglich, das elektrische Energiesystem mittels einer geeigneten Fehlerreaktion zu schützen.

Zudem ist es bekannt, anstelle von Schützen MOSFETs in einer sogenannten „back-to-back“-Anordnung zu verwenden, um elektrische Energiequellen und elektrische Verbraucher miteinander zu verbinden und zu trennen.

US 2018/0238935 A1 beschreibt eine Diagnosevorrichtung, welche eingerichtet ist, Abweichungen einer Spannungsversorgungseingangsschaltung und dergleichen zu diagnostizieren. - 2

US 2015/0316617 A1 beschreibt eine Fehlererkennungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, Schaltfehler wenigstens eines elektronischen Schalters zu erkennen, welcher verwendet werden kann, um in Abhängigkeit eines vorliegenden Fehlerzustandes einen Batteriepack von einem elektrischen Verbraucher zu trennen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiterschalteranordnung mit Überwachungsfunktion vorgeschlagen, welche einen ersten Halbleiterschalter, einen zweiten Halbleiterschalter, einen Widerstand, einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, einen Bezugspotentialanschluss und eine Auswerteeinheit aufweist. Der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter weisen vorzugsweise eine Inversdiode (auch „Body-Diode“ genannt) auf und sind beispielsweise als MOSFETs, insbesondere als SiC-MOSFETs und insbesondere als identische Halbleiterschalter ausgebildet. Der Bezugspotentialanschluss ist beispielsweise ein Masseanschluss der Halbleiterschalteranordnung. Die Auswerteeinheit ist beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet.

Der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter sind derart in Reihe zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet, dass ein Drain-Anschluss des ersten Halbleiterschalters mit dem Eingangsanschluss verbunden ist, ein Drain-Anschluss des zweiten Halbleiterschalters mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist und ein Source-Anschluss des ersten Halbleiterschalters an einem Verbindungspunkt der beiden Halbleiterschalter mit einem Source-Anschluss des zweiten Halbleiterschalters verbunden ist. Eine solche entgegengesetzte Anordnung der Halbleiterschalter wird auch als „Back- to-Back“-Anordnung bezeichnet. Die beiden Halbleiterschalter sind eingerichtet, auf Basis einer Ansteuerung durch die Auswerteeinheit einen Stromfluss zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss zu ermöglichen und zu unterbrechen.

Der Widerstand ist zwischen den Bezugspotentialanschluss und den Verbindungspunkt des ersten Halbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters geschaltet. - 3

Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, in einem Zustand, in dem der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter geöffnet sind, einen Kurzschluss im ersten Halbleiterschalter zu ermitteln, wenn eine Eingangsspannung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Bezugspotentialanschluss im Wesentlichen einem Spannungsabfall über dem Widerstand (also einer ,,common-source“-Spannung) entspricht und einen Kurzschluss im zweiten Halbleiterschalter zu ermitteln, wenn eine Ausgangsspannung zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Bezugspotentialanschluss im Wesentlichen einem Spannungsabfall über dem Widerstand entspricht. Unter „im Wesentlichen“ soll hier eine Einhaltung einer vordefinierten maximal zulässigen Abweichung jeweiliger Spannungswerte voneinander verstanden werden, welche sich beispielsweise aus Messungenauigkeiten beim Messen der jeweiligen Spannungen und/oder aus nicht vollständig widerstandslosen Verbindungen zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen der Halbleiterschalter im (Kurzschluss-) Fehlerfall ergeben.

Die Eingangsspannung, die Ausgangsspannung und die Spannung über dem Widerstand werden beispielsweise mittels parallelgeschalteter Spannungsteiler (Messbrücke) ermittelt, deren abgegriffene Spannungen mittels einer Messeinrichtung und bevorzugt mittels eines A/D-Umsetzers erfasst werden, wobei die Messeinrichtung informationstechnisch mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Vorteilhaft verfügt die Messeinrichtung darüber hinaus über eine Kalibrierungsfunktion, welche es ermöglicht, herstellungsbedingte und/oder alterungsbedingte und/oder temperaturbedingte Abweichungen von Nennwiderstandswerten der Spannungsteiler zu kompensieren, so dass entsprechend hochgenaue Spannungsmessungen durchführbar sind. Darüber hinaus ist es denkbar, hiervon abweichende Spanungsmessverfahren einzusetzen.

Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Halbleiterschalteranordnung eine besonders zuverlässige Identifizierung von fehlerhaften Halbleiterschaltern, wodurch u. a. eine Sicherheit eines Systems erhöht werden kann, welches eine solche Halbleiterschalteranordnung einsetzt. Im Falle eines identifizierten Kurzschlusses durch die Auswerteeinheit ist es möglich, eine geeignete Fehlerbehandlungsmaßnahme durch die Auswerteeinheit einzuleiten, welche beispielsweise ein nachgelagertes Schließen des jeweils nicht fehlerhaften - 4

Halbleiterschalters und/oder eine zusätzliche elektrische Trennung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss mittels einerweiteren Trenneinrichtung umfasst. Alternativ oder zusätzlich ist es zur Fehlerbehandlung auch denkbar, eine Energieentnahme durch eine am Ausgangsanschluss angeschlossene Last zu reduzieren und/oder ein die erfindungsgemäße Halbleiterschalteranordnung einsetzendes übergeordnetes System in einen Notlaufmodus zu versetzen.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Ansteuerung der Halbleiterschalter und die Überwachung der Halbleiterschalter nicht zwangsläufig durch ein und dieselbe Komponente durchgeführt werden muss. Stattdessen ist es auch denkbar, dass sich die Auswerteeinheit aus einer ersten Auswerteeinheit und einer zweiten Auswerteeinheit zusammensetzt, wobei die erste Auswerteeinheit für die Ansteuerung der Halbleiterschalter zuständig ist, während die zweite Auswerteeinheit für die Überwachung der Halbleiterschalter zuständig ist.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinheit eingerichtet, den ersten Halbleiterschalter und den zweiten Halbleiterschalter derart anzusteuern, dass ein Stromfluss zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss bidirektional oder unidirektional ermöglicht wird. Ein unidirektionaler Stromfluss ist erreichbar, indem nur einer der beiden Halbleiterschalter geschlossen wird, während der andere der beiden Halbleiterschalter geöffnet bleibt, so dass ein Stromfluss in Durchlassrichtung der Inversdiode des geschlossenen Halbleiterschalters ermöglicht wird. Je nach Ansteuerung der beiden Halbleiterschalter ist somit eine Festlegung bzw. eine Änderung der Stromflussrichtung der Halbleiterschalteranordnung im unidirektionalen Modus möglich. Dies ist beispielsweise bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Halbleiterschalteranordnung im Zusammenhang mit einer Batterie vorteilhaft anwendbar, wenn nur ein Entladestrom aus, aber kein Ladestrom in eine am Eingangsanschluss angeschlossene Batterie fließen soll.

In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinheit eingerichtet, einen zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss fließenden Strom zu messen und auf Basis eines erwarteten Zusammenhangs zwischen dem gemessenen Strom und einer Spannung - 5 zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss eine Einhaltung jeweiliger Sollschaltzustände für den ersten Halbleiterschalter und den zweiten Halbleiterschalter zu überprüfen. Der erwartete Strom-/

Spannungszusammenhang wird beispielsweise aus Datenblättern der jeweiligen Halbleiterschalter und/oder aus Messungen ermittelt. Als ein Sollschaltzustand kommt ein Schaltzustand in Frage, in dem jeweils beide Halbleiterschalter geöffnet oder geschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich kommt als Sollschaltzustand ein Schaltzustand in Frage, in dem einer der Halbleiterschalter geschlossen ist, während der jeweils andere Halbleiterschalter geöffnet ist. Die sich aus diesen Kombinationen ergebenden unterschiedlichen Strom- /Spannungszusammenhänge können durch die Auswerteeinheit mit aktuellen Messwerten abgeglichen werden, um ggf. Abweichungen von den Sollschaltzuständen zu ermitteln.

Darüber hinaus ist es möglich, dass eine Reihenschaltung aus einem dritten Halbleiterschalter und einem vierten Halbleiterschalter parallel zur Reihenschaltung aus dem ersten Halbleiterschalter und dem zweiten Halbleiterschalter angeordnet ist, wobei der dritte Halbleiterschalter und der vierte Halbleiterschalter gemäß dem ersten Halbleiterschalter und dem zweiten Halbleiterschalter zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet sind. Der dritte Halbleiterschalter und der vierte Halbleiterschalter sind vorzugsweise identisch zum ersten Halbleiterschalter und zum zweiten Halbleiterschalter ausgebildet. Zudem ist ein Verbindungspunkt jeweiliger Source-Anschlüsse des dritten Halbleiterschalters und des vierten Halbleiterschalters mit dem Verbindungspunkt der Source-Anschlüsse des ersten Halbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters verbunden. Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine Kurzschlussüberwachung und eine Sollschaltzustandsüberwachung für den ersten Halbleiterschalter, den zweiten Halbleiterschalter, den dritten Halbleiterschalter und den vierten Halbleiterschalter gemeinsam durchzuführen. Dies bietet u. a. den Vorteil, dass im Vergleich zu einer Verwendung herkömmlicher Schalter keine separaten Rückleseleitungen für jeden Schalter vorzusehen sind, wodurch mittels der erfindungsgemäßen Halbleiterschalteranordnung eine vereinfachte und ggf. kostengünstigere Fehlerüberwachung ermöglicht wird. Die hiervorgeschlagene Parallelschaltung jeweils zweier entgegengesetzt angeordneter Halbleiterschalter bietet den Vorteil, dass höhere Ströme mittels der erfindungsgemäßen Halbleiterschalteranordnung geschaltet werden können, als dies bei einer 6

Verwendung von lediglich zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern möglich wäre. Darüber hinaus ist es denkbar, weitere Reihenschaltungen aus jeweils zwei entgegengesetzt angeordneten Halbleiterschaltern parallel zu oben genannten Halbleiterschaltern anzuordnen, um entsprechend höhere Ströme schalten zu können. Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche Parallelschaltung aus einer Vielzahl von Halbleiterschaltern nachfolgend auch als ein einzelner logischer Schalter betrachtet werden kann und dass die erfindungsgemäße Halbleiterschalteranordnung eine Vielzahl solcher logischer Schalter aufweisen kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein den ersten Halbleiterschalter und den zweiten Halbleiterschalter beinhaltender Strompfad ein erster Strompfad der Halbleiterschalteranordnung. Zudem weist die Halbleiterschalteranordnung wenigstens einen vom ersten Strompfad abweichenden zweiten Strompfad zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss mit einer Reihenschaltung aus einem fünften Halbleiterschalter und einem sechsten Halbleiterschalter auf. Ferner ist der Widerstand ein erster Widerstand und ein zweiter Widerstand ist zwischen den Bezugspotentialanschluss und einen Verbindungspunkt des fünften Halbleiterschalters und des sechsten Halbleiterschalters geschaltet. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, auf Basis eines Spannungsabfalls über dem zweiten Widerstand, welcher durch die Auswerteeinheit unabhängig vom Spannungsabfall über den ersten Widerstand ermittelt wird, eine Kurzschlussüberwachung und eine Sollschaltzustandsüberwachung für den fünften Halbleiterschalter und den sechsten Halbleiterschalter durchzuführen.

Besonders vorteilhaft ist die Auswerteeinheit eingerichtet, beim Ermitteln der Einhaltung der jeweiligen Sollschaltzustände für die jeweils zu überwachenden Halbleiterschalter einen ersten vordefinierten Toleranzbereich für den erwarteten Strom-/Spannungszusammenhang zu berücksichtigen, der gilt, wenn die zu überwachenden Halbleiterschalter derart angesteuert werden, dass ein bidirektionaler Stromfluss zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ermöglicht wird und einen zweiten vordefinierten Toleranzbereich für den erwarteten Strom-/Spannungszusammenhang zu berücksichtigen, der gilt, wenn die zu überwachenden Halbleiterschalter derart angesteuert werden, dass ein unidirektionaler Stromfluss zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ermöglicht wird. Der erste und - 7 - der zweite Toleranzbereich werden beispielsweise unter Berücksichtigung von Bauteiltoleranzen und/oder Temperaturabhängigkeiten und/oder einer Anzahl parallel geschalteter Reihenschaltungen entgegengesetzt angeordneter Halbleiterschalter ermittelt. Zudem ist es möglich, die beiden Toleranzbereiche zusätzlich in Abhängigkeit einer maximal erlaubten Anzahl fehlerhafter Halbleiterschalter festzulegen, so dass die Toleranzbereiche beispielsweise auch dann noch eingehalten werden, wenn beispielsweise einer oder mehrere der Halbleiterschalter der erfindungsgemäßen Halbleiterschalteranordnung einen Defekt aufweisen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinheit eingerichtet ist, den ersten Toleranzbereich und den zweiten Toleranzbereich in Abhängigkeit jeweils verwendeter Strompfade und/oder einer Anzahl verwendeter Parallelschaltungen von Halbleiterschaltern innerhalb eines jeweiligen Strompfades und/oder eines für die jeweiligen Halbleiterschalter geltenden Strom-/ Temperaturzusammenhangs und/oder von Alterungszuständen jeweiliger Halbleiterschalter anzupassen. Auf diese Weise lässt sich sicherstellen, dass jeweils aktuell geltende Randbedingungen bei der Überwachung der Halbleiterschalter berücksichtigt werden, wodurch insbesondere eine Zuverlässigkeit der Überwachung der Halbleiterschalter erhöht wird.

Bevorzugt ist die Auswerteeinheit zudem eingerichtet, eine Art und/oder eine Ausführungsgeschwindigkeit einer Fehlerreaktion, welche im Ansprechen auf einen ermittelten Fehlerzustand wenigstens eines Halbleiterschalters initiiert wird, in Abhängigkeit einer Höhe einer Abweichung vom ersten Toleranzbereich und/oder vom zweiten Toleranzbereich und/oder einer Art des vorliegenden Fehlerzustandes (d. h., ob ein Kurzschluss und/oder eine Abweichung eines Sollschaltzustandes vorliegt) festzulegen.

Weiter vorteilhaft ist die Halbleiterschalteranordnung eingerichtet, Spannungen bis zu 60 V, bevorzugt bis zu 400 V und insbesondere bevorzugt bis zu 1000 V zu schalten.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Energiesystem vorgeschlagen, welches eine Halbleiterschalteranordnung nach vorstehender Beschreibung, eine erste elektrische Energiequelle, insbesondere 8 eine erste Batterie, welche zwischen dem Eingangsanschluss und dem Bezugspotentialanschluss angeschlossen ist, so dass eine elektrische Spannung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Bezugspotentialanschluss anliegt und einen elektrischen Verbraucher und/oder eine schaltbare zweite elektrische Energiequelle, insbesondere eine zweite Batterie aufweist, welche zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Bezugspotentialanschluss angeschlossen ist. Auf Basis dieser Konfiguration ist die Auswerteeinheit der Halbleiterschalteranordnung eingerichtet, einen Kurzschluss im ersten Halbleiterschalter auf Basis einer durch die erste elektrische Energiequelle bereitgestellten Spannung zu ermitteln. Zudem ist die Auswerteeinheit eingerichtet, einen Kurzschluss im zweiten Halbleiterschalter nach einer Trennung des elektrischen Verbrauchers von der ersten elektrischen Energiequelle durch die jeweiligen Halbleiterschalter zu ermitteln, sofern der elektrische Verbraucher eingerichtet ist, eine aufgenommene elektrische Energie zumindest für einen vordefinierten Ermittlungszeitraum zu speichern (z. B. aufgrund eines kapazitiven Anteils im elektrischen Verbraucher) und/oder während eines Zustandes zu ermitteln, in dem die jeweiligen Halbleiterschalter geöffnet sind und die zweite elektrische Energiequelle hinzugeschaltet ist. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das ein Energiesystem nach vorstehender Beschreibung aufweist, welches vorzugsweise ein Energiesystem eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs ist. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein elektrisch angetriebener PKW, ein elektrisch angetriebener LKW, ein Hybrid-Fahrzeug, ein elektrisch angetriebenes Zweirad oder ein davon abweichendes Fahrzeug. Die erste elektrische Energiequelle ist beispielsweise eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs, während der elektrische Verbraucher beispielsweise ein Antriebsmotor des Fahrzeugs ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen: 9

Figur 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Halbleiterschalteranordnung;

Figur 2 eine beispielhafte Darstellung für einen ersten Toleranzbereich und einen zweiten Toleranzbereich einer erfindungsgemäßen Halbleiterschalteranordnung; und

Figur 3 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Energiesystems.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Halbleiterschalteranordnung, wobei die Halbleiterschalteranordnung einen Eingangsanschluss 20, einen Ausgangsanschluss 22, einen Masseanschluss 24, einen ersten MOSFET S11, einen zweiten MOSFET S12 (welche jeweils vom „normal-offen“ Typ sind), einen Widerstand 10 und eine Auswerteeinheit 30 aufweist, die hier als Mikrocontroller ausgebildet ist. Die beiden MOSFETs S11, S12 bilden einen logischen Schalter S1 und sind derart in Reihe zwischen den Eingangsanschluss 20 und den Ausgangsanschluss 22 geschaltet, dass ihre jeweiligen Source-Anschlüsse an einem Verbindungspunkt 50 miteinander verbunden sind und ihre jeweiligen Inversdioden entsprechend antiseriell angeordnet sind. Durch eine elektrische Anbindung jeweiliger Gate-Anschlüsse der beiden MOSFETs S11 , S12 an die Auswerteeinheit 30, ist die Auswerteeinheit 30 in der Lage, die beiden MOSFETs S11, S12 unabhängig voneinander anzusteuern, so dass sowohl ein gemeinsames Öffnen bzw. Schließen der MOSFETs S11, S12, als auch eine Kombination aus jeweils einem geschlossenen und jeweils einem geöffneten MOSFET S11, S12 ermöglicht wird. Auf Basis einer Messung einer Eingangsspannung UE, einer Spannung US1 über dem Widerstand 10, einer Ausgangsspannung UA und eines Ausgangsstroms IA, welcher über einen Strompfad 60 der Halbleiterschalteranordnung fließt, ist die Auswerteeinheit 30 eingerichtet, sowohl Kurzschlüsse, als auch Abweichungen von Sollschaltzuständen in den MOSFETs S11, S12 zu ermitteln. Hierfür werden zusätzlich in einer informationstechnisch an die Auswerteeinheit 30 angebundenen Speichereinheit 40 abgelegte Strom-/Spannungskennlinien für die MOSFETs S11, S12 und Informationen über einen damit korrespondierenden ersten Toleranzbereich 70 10 und einen damit korrespondierenden zweiten Toleranzbereich 72 durch die Auswerteeinheit 30 verwendet.

Figur 2 zeigt eine beispielhafte Darstellung für einen ersten Toleranzbereich 70 und einen zweiten Toleranzbereich 72, welche durch eine erfindungsgemäße Auswerteeinheit 30 bei einer Überwachung erfindungsgemäßer Halbleiterschalter S11, S12 verwendet werden. Die beiden Toleranzbereiche 70, 72 sind jeweils unter Berücksichtigung von Bauteiltoleranzen und Strom- /Temperaturabhängigkeiten der Halbleiterschalter S11, S12 festgelegt. Je nach Richtung eines aktuell vorliegenden Spannungsabfalls über einen durch die Halbleiterschalter S11, S12 gebildeten Schalter S1 und/oder jeweiliger Schaltzustände der Halbleiterschalter S11, S12, sind die in Figur 2 gezeigten Toleranzbereiche 70, 72 des ersten Quadranten oder des dritten Quadranten des dargestellten Koordinatensystems anzuwenden. Der erste Toleranzbereich 70 ist jeweils in den Fällen anzuwenden, in welchen beide Halbleiterschalter S11, S12 geschlossen sind, was einen ersten Schaltzustand 100 des Schalters S1 repräsentiert. Der im ersten Quadranten dargestellte zweite Toleranzbereich 72 ist jeweils dann anzuwenden, wenn der erste Halbleiterschalter S11 geschlossen ist und der zweite Halbleiterschalter S12 geöffnet ist, was einen zweiten Schaltzustand 102 des Schalters S1 repräsentiert. Der im dritten Quadranten dargestellte zweite Toleranzbereich 72 ist jeweils dann anzuwenden, wenn der erste Halbleiterschalter S11 geöffnet ist und der zweite Halbleiterschalter S12 geschlossen ist, was einen dritten Schaltzustand 104 des Schalters S1 repräsentiert. Sämtliche davon abweichenden Bereiche repräsentieren jeweils Fehlerzustände 106 des Schalters S1.

Vorteilhaft wird zusätzlich eine Höhe einer Abweichung von den Toleranzbereichen 70, 72 bei der Festlegung einer Art und einer Ausführungsgeschwindigkeit einer Fehlerreaktion bei einem vorliegenden Fehlerzustand berücksichtigt.

Figur 3 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Energiesystems, welches eine Erweiterung der in Figur 1 gezeigten Halbleiterschalteranordnung darstellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend daher nur Unterschiede zu Figur 1 erläutert. 11

Die Halbleiterschalteranordnung des Energiesystems weist einen ersten Schalter S1 auf, welcher sich hier aus drei parallelgeschalteten Reihenschaltungen jeweils entgegengesetzt angeordneter Halbleiterschalter S11, S12, S13, S14 S15, S16 zusammensetzt. Auf diese Weise ist es möglich, entsprechend hohe Ströme zu schalten. Dabei werden die Halbleiterschalter S11, S13 und S15 stets identisch angesteuert und die Halbleiterschalter S12, S14 und S16 werden ebenfalls stets identisch angesteuert. Sämtliche durch den ersten Schalter S1 verlaufende Strompfade bilden hier einen ersten Strompfad 60.

Die Halbleiterschalteranordnung weist zusätzlich einen zweiten Schalter S2 auf, welcher einen zweiten Strompfad 62 ausbildet und welcher zwei Halbleiterschalter S21, S22 aufweist, die analog zu den Halbleiterschaltern S11, S12 im Schalter S1 angeordnet sind. Der zweite Schalter S2 ist zwischen den Eingangsanschluss 20 und einen zweiten Ausgangsanschluss 26 der Halbleiterschalteranordnung geschaltet. Zudem ist ein dritter Schalter S3, welcher analog zum Schalter S2 aufgebaut ist, zwischen den zweiten Ausgangsanschluss 26 und den ersten Ausgangsanschluss 22 der Halbleiterschalteranordnung geschaltet. Ein Verbindungspunkt der Halbleiterschalter S21 , S22 des zweiten Schalters S2 ist über einen zweiten Widerstand 12 mit dem Masseanschluss 24 verbunden und ein Verbindungspunkt der Halbleiterschalter des dritten Schalters S3 ist über einen dritten Widerstand 14 mit dem Masseanschluss 24 verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, die jeweiligen Spannungen über dem ersten Widerstand 10, dem zweiten Widerstand 12 und dem dritten Widerstand 14 unabhängig voneinander zu messen und auf Basis der jeweils gemessenen Spannungen potentielle Fehlerzustände im ersten Schalter S1 , im zweiten Schalter S2 und im dritten Schalter S3 unabhängig voneinander zu ermitteln.

Es sei darauf hingewiesen, dass es alternativ auch möglich ist, sämtliche oder einen Teil der Verbindungspunkte der jeweiligen Halbleiterschalter der Schalter S1, S2 und S3 über geeignete Widerstände hochohmig an einem „Sternpunkt“ miteinander zu verbinden und den Sternpunkt über den ersten Widerstand 10 mit dem Masseanschluss 24 zu verbinden. Der zweite Widerstand 12 und der dritte Widerstand 14 können in diesem Fall entfallen. Eine solche alternative Konfiguration ermöglich eine gemeinsame Überwachung sämtlicher beteiligter Halbleiterschalter durch eine Auswertung des Spannungsabfalls über dem ersten Widerstand 10. 12

Das Energiesystem weist eine erste Batterie 80 auf, die eine Spannung in Höhe von 48 V bereitstellt und welche zwischen den Eingangsanschluss 20 und den Masseanschluss 24 der Halbleiterschalteranordnung geschaltet ist. Zudem weist das Energiesystem einen elektrischen Verbraucher 90 auf, der über eine Kapazität verfügt und welcher zwischen den ersten Ausgangsanschluss 22 und den Masseanschluss 24 der Halbleiterschalteranordnung geschaltet ist. Ferner weist das Energiesystem eine zweite Batterie 85 auf, welche eine Spannung in Höhe von 12 V bereitstellt und welche über einen DC/DC-Wandler zwischen den zweiten Ausgangsanschluss 26 und den Masseanschluss 24 der Halbleiterschalteranordnung geschaltet ist.

Mittels des Schalters S1 ist das Energiesystem eingerichtet, die erste Batterie 80 mit dem elektrischen Verbraucher 90 zu verbinden und die beiden Komponenten beispielsweise in einem Fehlerzustand und/oder Ruhezustand elektrisch voneinander zu trennen. Mittels des Schalters S3 ist das Energiesystem eingerichtet, bei geöffneten Schaltern S1 und bei geöffnetem Schalter S2 einen über den DC/DC-Wandler 95 begrenzten Vorladestrom zum Laden der Kapazität des elektrischen Verbrauchers 90 mittels der zweiten Batterie bereitzustellen. Mittels des Schalters S2 ist das Energiesystem eingerichtet, bei geöffnetem Schalter S1 und bei geöffnetem Schalter S3 die zweite Batterie 85 über die erste Batterie 80 zu laden, oder umgekehrt.

Da sämtliche Halbleiterschalter der Schalter S1 , S2 und S3 analog zur Beschreibung in Figur 1 über einen Widerstand 10 mit dem Masseanschluss 24 verbunden sind, ist es möglich, eine gemeinsame Kurzschlussüberwachung für diese Halbleiterschalter gemäß obiger Beschreibung durchzuführen. Zudem ist es gemäß obiger Beschreibung möglich, jeweilige Sollschaltzustände der Halbleiterschalter zu überprüfen. Vorteilhaft werden in Abhängigkeit jeweils aktiver Strompfade 60, 62, 64 angepasste erste Toleranzbereiche 70 und zweite Toleranzbereiche 72 für die Überprüfung der Sollschaltzustände verwendet.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Auswerteeinheit 30, welche die Ansteuerung, die Kurzschlussüberwachung und die

Sollschaltzustandsüberwachung der Halbleiterschalter ausführt, aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt ist.