CN105900201A - 用于开关大电流的开关装置和带有这种开关装置的电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于开关大电流的开关装置（1），特别是接触器，其具有至少一个第一工作触头（4、4´、6、6´）和至少一个第二工作触头（5、5´、7´），其中，工作触头在开关装置（1）的第一开关位置中彼此相间隔以及在开关装置（1）的第二开关位置中为了导引电流而相互接触。开关装置（1）为了将工作触头的磨损信号化而包括至少一个有确定的熔点的引线（8），其中，至少一个引线（8）与至少一个第一工作触头（4、4´、6´）和至少一个第二工作触头（5、5´、7、7´）相间隔地这样布置在能在工作触头之间形成的电弧的区域中，使得至少一个引线（8）在超过熔化温度时由于电弧的形成而被断开。此外，本发明还涉及一种电池系统，其带有用于将电池与用电器电分离的按本发明的开关装置（1）。

Description

用于开关大电流的开关装置和带有这种开关装置的电池系统

技术领域

本发明涉及用于开关大电流的开关装置，其具有至少一个第一工作触头和至少一个第二工作触头，其中，所述工作触头在开关装置的第一开关位置中彼此相间隔且在开关装置的第二开关位置中为了导引电流而彼此接触。此外，本发明还涉及电池系统，其带有电池和电池管理系统，其中，电池管理系统包括控制器单元和至少一个用于将电池与用电设备和/或充电设备电分离的分离单元。

背景技术

本文开头所述的开关装置在现有技术中尤其作为接触器公知。例如文献DE 10 2010 032 456 A1公开了一种电的接触器，其带有主触头和副触头作为工作触头。这种开关装置在此尤其被使用在至少部分被电驱动的车辆的电池系统中，以便在需要时，例如在电池系统的电池内发生故障或车辆发生事故时，将电池与车辆或与用于给电池再充电的充电设备电分离。

当这种开关装置、如特别是接触器分离大电流或大电流流过开关装置的工作触头时，出现了所谓的工作触头的烧毁，特别是在工作触头之间形成了电弧时。因为烧毁会导致工作触头的触头材料减少，则工作触头随时间磨损，这导致了这种开关装置的使用寿命有限。为了保证这种开关装置的完整的功能有效性，这种开关装置必须在特定的时间间隔内被更换。在此值得追求的是，知道在哪个时间点应当更换开关装置。

在此由文献JP 03246845 A已知，借助LED（发光二极管）将更换接触器的要求进行发信号。此外，由文献WO 2006/018416 A1已知带有电的显示部的保护开关装置，其中，借助显示部提供信息，因此产生了保护开关装置的触发。此外，由文献DE 195 44 926 C1已知用于在开关电器中监视触头块的烧毁的装置。在此，测量在切断过程中在打开中的触头块之间形成的电弧的电弧电压以及考虑电弧电压的波动程度作为触头块的磨损状况的标准。

在前述的技术方案中，不利的尤其在于技术实现较为昂贵。

在这个背景下，本发明所要解决的技术问题是，提供用于对开关装置的、特别是接触器的工作触头的磨损或工作触头的老化进行发信号的简单的技术实现。

发明内容

为了解决该技术问题，建议了一种用于开关大电流的开关装置，其具有至少一个第一工作触头和至少一个第二工作触头，其中，工作触头在开关装置的第一开关位置中彼此相间隔以及在开关装置的第二开关位置中为了导引电流而相互接触，其中，开关装置为了对于工作触头的磨损进行发信号而包括至少一个带有确定的熔点的引线，其中，所述至少一个引线与至少一个第一工作触头和至少一个第二工作触头相间隔地如此地布置在能形成在工作触头之间的电弧的区域中，使得所述至少一个引线在超过熔化温度时由于在至少一个第一工作触头和至少一个第二工作触头之间形成了电弧而被断开。在此尤其可以规定，开关装置是一种接触器，优选是机电的接触器，如在现有技术中公开的那样，它的工作触头借助磁线圈被控制。

开关装置的工作触头可以既是主触头，也是辅助触头或副触头，特别是如例如在文献DE 10 2010 032 456 A1中说明的那样的接触器的主触头和/或副触头。工作触头优选被布置在触头载体上，尤其布置在基板上和/或拉伸杆柱上或与拉伸杆柱处于有效连接中的触头载板上。工作触头可以尤其也被构造成双触头。

开关装置的至少一个引线可以尤其由塑料或金属构成。优选设置了金属引线。此外优选规定，至少一个引线具有圆形的横截面。但引线也可以具有其它的横截面形状，引线或引线中的至少一个尤其是扁引线、异型引线或四边形引线。

尤其规定，至少一个引线经保持装置保持地与至少一个第一工作触头和至少一个第二工作触头相间隔地布置。保持装置在此优选被布置在开关装置上。保持装置尤其可以通过夹紧元件和/或螺旋元件实现。至少一个引线优选分别在其末端上被保持装置保持，优选这样保持，使得引线在末端之间是无接触的，这就是说，尤其仅通过保持装置与开关装置处于接触中。至少一个引线因此有利地近似“自由悬浮”。尤其规定，至少一个引线被布置在开关装置的所谓的熄腔中，优选地在使用前述的保持部的情况下。

本发明利用了这样的认识，即，在工作触头在负荷下被分离时所形成的损坏工作触头的电弧引起强烈的温度上升，其中，温度与形成自身的电弧的强度有关联。开关装置的引线在此有利地尤其在其熔点和材料厚度方面被这样设定尺寸，使得这条引线在构造在工作触头之间的、损坏工作触头的电弧的作用下熔化且就此被断开，其中，引线的断开有利地将损坏工作触头的电弧的形成进行发信号和/或用于发信号。因此可以通过引线的尺寸设定有利地预定：所述发信号应当进行的敏感程度，特别是是否应当普遍把在工作触头之间的电弧的出现进行发信号或尤为强烈地损伤工作触头的特别强度的电弧的出现进行发信号。

按照一种有利的设计方案，开关装置包括至少另一个有确定的熔点的引线，其中，至少一个引线的熔点高于或低于至少另一个引线的熔点，和/或至少一个引线的材料厚度大于或小于至少另一个引线的材料厚度。通过利用多条不同地设计的、在工作触头的不同的电流负荷下熔化的引线，这就是说，尤其在出现不同强度的电弧时，能有利地把所出现的电弧的强度进行信号化。因此通过多条引线可以将电弧到工作触头上的作用的荷重进行信号化。若例如仅尺寸设得最薄弱的引线被毁坏，那么所述作用的荷重很小。反之，若例如不同尺寸设定的所有的引线被断开，那么这一点指出了电弧的强烈的强度以及允许了这样的推论，即，工作触头被强烈损坏。

开关装置尤其可以具有两条引线，其中，第一引线具有第一熔点以及第一材料厚度，第二引线具有比第一熔点更高的第二熔点和比第一材料厚度更大的第二材料厚度。若在这种设计方案中在工作触头之间出现了电弧，那么宁可是第一引线，而不是第二引线基于伴随电弧的形成而发生的温度上升被断开。若在工作触头之间形成电弧时仅第一引线被断开且第二引线未被断开，那么电弧的强度要比在第一引线和第二引线熔化且被断开时更小。在此，电弧的强度以及因此确定哪条引线或哪些引线被断开，有利地允许了推断出工作触头烧毁的结论。

根据按本发明的开关装置的一种特别优选的设计方案，至少一个引线优选被保持装置、尤其在保持装置的两个保持部之间机械地张紧。有利的是，特别是通过检验引线是否还被张紧而在此能够尤其良好地认识到：引线是否由于工作触头的高的电流负荷而毁坏。此外，通过引线的机械的张力，至少一个引线能尤为良好地被用于：特别是借助信号化元件来机械地和/或电地信号化工作触头的磨损。

因此按照本发明的另一种尤为优选的设计方案规定，开关装置包括至少一个信号化元件，该信号化元件在引线断开时被从第一位置带到第二位置。由此有利地尤其改善了信号化，即要更换开关装置，因为所述信号化在此至少不是仅通过至少一个引线断开进行的，而是通过将信号化元件从第一位置带到第二位置进行的。

尤其规定，信号化元件是一种被布置在引线上的信号化片。信号化片优选由金属或耐热的塑料材料构造而成。信号化片尤其可以通过焊接布置在引线上。通过引线的机械的张力，信号化片在此有利地被保持在第一位置中。若引线基于在工作触头之间形成的电弧的温度作用而被断开，那么信号化片被从第一位置带到第二位置。从第一位置到第二位置的这种切换在此有利地将工作触头的磨损进行信号化，并且由此把要更换开关装置进行信号化。

作为特别有利的设计变型方案为此规定，信号化元件是信号化体，特别是信号化销，该信号化体在机械地张紧的引线的预紧下被这样地保持在第一位置中，使得信号化体在引线被断开时由于预紧的解除而被从第一位置带到第二位置中。尤其规定，机械的引线在此直接与信号化体连接，其中，信号化体逆着机械的弹簧的力通过引线被保持在第一位置中。若引线被断开，那么信号化体通过弹簧的力被带到第二位置中且因此将工作触头的磨损信号化，并且因此把要更换开关装置进行信号化。信号化体有利地被这样布置，使得信号化体在第一位置中是不可见的以及在第二位置中是可见的，因而信号化体的可见性把要更换开关装置进行信号化。

尤其规定，开关装置具有导引部，信号化体在该导引部中被导引。在此尤其规定凹槽作为导引部，信号化体在凹槽中被导引。信号化体在此优选在第一位置中完全被布置在凹槽中且因此是不可见的。在从第一位置切换到第二位置时，信号化体才有利地从凹槽出来，因此是可见的且把要更换开关装置进行信号化。

按照本发明的另一种有利的设计方案，开关装置包括信号化线路，该信号化线路带有能被信号化体操纵的开关元件、优选微型开关，其中，开关元件被信号化体通过从第一位置到第二位置的转化进行操纵，其中，开关元件的操纵通过信号化线路把引线的断开进行电地信号化。信号化线路在此能够有利地连接在另一个装置上，特别优选连接在控制器单元上。若开关装置的开关元件通过信号化体被操纵，那么连接在信号化线路上的装置有利地接收电信号，因而另一个装置尤其通过产生能光学或声学地感知的信号而可以把要更换开关装置进行信号化。尤其规定，能连接有信号化线路的装置是电池管理系统的电池控制单元，其中，特别是在使用带有安装在混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动车辆中的电池系统的开关装置中，从电池控制单元起，优选地通过触发车辆仪器的信号化设备给车辆的用户发信号：要更换开关装置了。

按本发明的开关装置的另一种有利的设计方案规定，开关装置包括至少一个显示窗，显示窗被这样布置，使得通过至少一个显示窗使至少一个引线和/或至少一个信号化元件在第一位置中和/或在第二位置中可见。在此有利地可以通过例如在检查调查或保养调查的框架内的目视检查来确定开关装置是否要更换。在此优选规定，有布置在引线上的信号化片的经机械张紧的引线在显示窗内部是可见的，优选这样可见，即信号化片完全在显示窗中可见。若引线因为在工作触头之间形成的电弧而被断开，那么信号化片不再被保持在第一位置中，而是占据第二位置。这一点可以有利地通过显示窗看到。

根据按本发明的开关装置的另一种有利的设计方案规定，至少一个引线是能导电的且开关装置包括至少一个连接元件，用于确定引线的导电能力的测量设备能经由该连接元件连接。在此优选检验：是否存在从引线的一个末端到引线的另一个末端的导电的连接。这一点可以尤其通过测量引线的电阻实现。若引线由于在工作触头之间出现了电弧而被断开，那么引线就不再是能够导电的，这一点被测量设备有利地检测到且可以被信号化。

此外，为了解决本文开头所述的技术任务，建议一种带电池和电池管理系统的电池系统，其中，电池管理系统包括控制器单元和至少一个用于将电池与用电设备和/或充电设备进行电分离的分离单元，其中，分离单元是按本发明的开关装置或者至少包括按本发明的开关装置。尤其规定，电池系统的电池包括多个彼此电连接的电池单元，尤其是可再充的锂离子单元。此外尤其规定，电池系统被构造用于使用在混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动车辆中。电池的电池单元尤其可以电连接成电池模块，其中，电池模块又彼此电连接成电池。在此尤其规定，开关装置被构造成机电的接触器。

根据按本发明的电池系统的一种特别有利的设计方案规定，开关装置是按本发明的开关装置，在该开关装置中，至少一个引线是能导电的且开关装置包括至少一个连接元件，用于确定至少一个金属引线的导电能力的测量设备能够经由该连接元件连接，以及其中，控制器单元经由开关装置的连接元件与开关装置连接或相连，其中，控制器单元被构造用于确定至少一个金属引线的导电能力。尤其规定，控制器单元被构造用于：探测金属引线的断开作为故障且把要更换开关装置进行信号化。尤其规定，由控制器单元来执行到故障存储器中的登记，故障存储器可以有利地在检查的框架内被读取。控制器单元优选是电池控制单元（Battery Control Unit，BCU）。尤其规定，控制器单元被构造用于，将引线的断开作为信息进一步传递给车辆控制器单元，特别是所谓的车辆控制单元（Vehicle Control Unit，VCU），其被构造用于在接收信息时在车辆内生成故障通知。

附图说明

结合在附图中所展示的实施例具体阐释本发明的其它有利的具体情况、特征和设计方案细节。其中示出：

图1在简化的示意图中示出了在第一开关位置中的按本发明的开关装置的实施例；以及

图2在简化的示意图中示出了在第二开关位置中的图1所示的开关装置。

具体实施方式

在图1和图2中示出了按本发明的开关装置1的各一个实施例。开关装置1在所示的实施例中是强烈简化示出的机电的接触器，其能借助磁线圈（在图1和图2中未清楚示出）被触发。接触器1在此具有基板2，基板包括四个第一工作触头，亦即主触头4和4´以及辅助触头6和6´。接触器1还具有拉伸杆柱3，拉伸杆柱可以通过在图1和图2中未明确示出的线圈的相应的触发而朝着基板2运动，这在图1和图2中通过双箭头9象征性地示出。拉伸杆柱3在此对应基板2的第一工作触头具有第二工作触头，亦即主触头5、5´和辅助触头7、7´。在接触器1的图1所示的第一开关位置中，第一工作触头4、4´、6、6´和第二工作触头5、5´、7、7´彼此相间隔。在接触器1的图2所示的第二开关位置中，第一工作触头4、4´、6、6´接触第二工作触头5、5´、7、7´，因而电流可以流过工作触头4-5、4´-5´、6-7和6´-7´。

在图1和图2中示出的接触器1包括被机械地张紧的、有确定的熔点的引线8。在所示的实施例中，引线8是有圆形横截面的金属引线。尤其规定，引线8在引线8的各末端上被在图1和图2中未明确示出的保持装置经机械张紧地保持，因而引线8有利地被“近似悬浮地”保持。引线8与第一工作触头4和第二工作触头5相间隔地布置，其中，间距选择得很小，因而在工作触头之间形成的电弧的热能直接作用到引线8上。若热能基于所形成的电弧的强度如此地大，即超过了引线8的熔点，那么引线8就断开。引线8的断开在此把在接触器1的工作触头上出现的烧毁进行信号化，因而把要更换接触器1进行信号化。

尤其规定，在被机械地张紧的引线8上布置着信号化元件，优选彩色的、耐热的信号化片（在图1和图2中未明确示出）。只要引线8被机械地张紧，那么信号化元件在此就处于第一位置。若引线8被断开，那么信号化元件基于不再存在的机械的张力而占据第二位置。若信号化元件不再处于第一位置，那么这一点有利地更为显而易见地指明：发生了接触器1的工作触头的烧毁，并且因此要更换接触器1。接触器1优选具有显示窗（在图1和图2中未明确示出），信号化元件通过该显示窗至少在第一位置中可见。

在附图中所展示的并且结合这些附图所阐释的实施例用于阐释本发明并且不局限于这些实施例。尤其，在图1和图2中示出的触头6、6´和7、7´对本发明而言不是强制性的。图1和图2仅示出了按本发明的开关装置的一个优选的实施例。

Claims (11)

1.一种用于开关大电流的开关装置（1），其具有至少一个第一工作触头（4、4´、6、6´）和至少一个第二工作触头（5、5´、7、7´），其中，工作触头（4、4´、6、6´、5、5´、7、7´）在开关装置（1）的第一开关位置中彼此相间隔以及在开关装置（1）的第二开关位置中为了导引电流而相互接触，其特征在于，开关装置（1）为了将工作触头（4、4´、6、6´、5、5´、7、7´）的磨损信号化而包括至少一个带有确定的熔点的引线（8），其中，所述至少一个引线（8）与至少一个第一工作触头（4、4´、6、6´）和至少一个第二工作触头（5、5´、7、7´）相间隔地这样地布置在能形成在工作触头（4、4´、6、6´、5、5´、7、7´）之间的电弧的区域中，使得至少一个引线（8）在超过熔化温度时由于在至少一个第一工作触头（4、4´、6、6´）和至少一个第二工作触头（5、5´、7、7´）之间形成了电弧而被断开。

2.按权利要求1所述的开关装置（1），其特征在于，开关装置（1）包括带有确定的熔点的另一个引线，其中，至少一个引线（8）的熔点高于或低于至少另一个引线的熔化温度，和/或至少一个引线（8）的材料厚度大于或小于至少另一个引线的材料厚度。

3.按前述权利要求任一项所述的开关装置（1），其特征在于，至少一个引线（8）被机械地张紧。

4.按前述权利要求任一项所述的开关装置（1），其特征在于，开关装置（1）包括至少一个信号化元件，该信号化元件在引线（8）断开时被从第一位置带到第二位置。

5.按权利要求4所述的开关装置（1），其特征在于，所述信号化元件是布置在引线（8）处的信号化片。

6.按权利要求4所述的开关装置（1），其特征在于，所述信号化元件是信号化体，该信号化体在经机械地张紧的引线（8）的预紧下被这样保持在第一位置中，使得信号化体在引线（8）断开时由于预紧的解除而从第一位置被带到第二位置中。

7.按权利要求6所述的开关装置（1），其特征在于，开关装置（1）包括有能被信号化体操纵的开关元件的信号化线路，其中，开关元件被信号化体通过从第一位置到第二位置的转变被操纵，其中，开关元件的操纵通过信号化线路电地信号化引线（8）的断开。

8.按前述权利要求任一项所述的开关装置（1），其特征在于，开关装置（1）包括至少一个显示窗，显示窗被这样布置：使得至少一个引线（8）和/或至少一个信号化元件通过所述至少一个显示窗在第一位置中和/或第二位置中可见。

9.按前述权利要求任一项所述的开关装置（1），其特征在于，至少一个引线（8）是能导电的且开关装置（1）包括至少一个连接元件，用于确定引线（8）的导电能力的测量设备能通过该连接元件连接。

10.一种电池系统，其带有电池和电池管理系统，其中，电池管理系统包括控制器单元和至少一个用于将电池与用电设备和/或充电设备进行电分离的分离单元，其特征在于，分离单元是按权利要求1至9任一项所述的开关装置或者至少包括按权利要求1至9任一项所述的开关装置。

11.按权利要求10所述的电池系统，其特征在于，开关装置（1）是按权利要求9所述的开关装置且控制器单元经由开关装置（1）的连接元件与开关装置（1）连接，其中，控制器单元被构造用于确定至少一个引线（8）的导电能力。