CN111386587B - 电气保险元件以及电气保险元件的运行方法 - Google Patents

电气保险元件以及电气保险元件的运行方法 Download PDF

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Abstract

电气保险元件(12)，其包括可开关的负载路径(22)和可开关的保险路径(36)，其中，负载路径(22)和保险路径(36)以其各自的输入端(14)彼此短路连接。负载路径(22)和保险路径(36)彼此有效连接，使得负载路径(22)的电气断开引起保险路径(36)的电气闭合，并且在保险路径(36)闭合的时刻触发设置在保险路径(36)中的保险装置(38)。

Description

电气保险元件以及电气保险元件的运行方法
技术领域
本发明涉及一种电气保险元件以及一种电气保险元件的运行方法。
背景技术
由于不仅在传动系方面、而且在针对舒适性的负载的数量提高方面机动车提高的电气化程度，不仅使电池电流上升，而且也达到了越来越高的电压水平。正是在驱动技术领域中需要非常高的电池电压。这导致对相应的保险元件在其最大分离电流、其耐压强度以及其故障概率方面的持续提高的要求。
尤其在故障情况下，例如在碰撞之后，必须保证电池与车辆中其余线束的可靠的切断或分离。由于高电压，对于乘客和救援人员产生显著的危险，这必须可靠避免。为了降低故障概率并且提高车辆电气系统的安全性，除了使用主动保险元件之外还使用被动部件。
主动保险元件是一种分离开关，其通过驱动装置驱动地切断导线。驱动装置例如通过烟火技术来操控。特别地，分离信号可以表示驱动装置的激活，紧接着将主动的分离元件分离。
被动分离元件例如是熔断保险装置，它们基于其工作原理必须具有一定的内部电阻。如果这种熔断保险装置与负载路径串联，则这种熔断保险装置产生相对高的损耗功率。因为自然在熔断保险装置中必须存在一定的电阻，所以在负载线路中使用熔断保险装置时不可避免地存在损耗功率。
然而另一方面，主动的分离元件由于其对负载路径非常快速的机械分离而易受电弧影响。如果电弧燃烧经过分离部位，那么可能一如既往地流有高的电流并且不能确保车载电网与电池的可靠分离。
发明内容
出于该原因，本发明的目的是提供一种保险元件，其在负载路径中的低接触电阻的同时具有非常低的故障概率。
该目的通过一种保险元件、一种车辆以及一种方法来解决。
在电池和负载(舒适性负载和/或驱动马达)之间可以设置有可开关的负载路径。负载路径可以是电气导线，电流沿着其流经保险元件。
除了负载路径之外，可以设置可开关的保险路径。保险路径可以是电气导线，电流沿着其流经保险元件。通过使保险路径为可开关的，保险路径在正常运行中可切换为无电流的。尤其是，保险路径在正常运行中可以是断开的。
在输入侧，负载路径和保险路径能够相互短路，从而使保险元件尤其具有输入侧的端子。可以从该端子分支出负载路径和保险路径。所述保险路径和负载路径也可以在输入侧分别具有自己的端子。然而，保险路径和负载路径则优选在保险元件中相互短接。
在输出侧，负载路径和保险路径可以具有彼此分开的端子。
保险元件的一个或多个输入侧的端子(输入端)优选地连接至电池极，特别是电池的B+极或B-极。
负载路径的输出侧的端子与至少一个负载、尤其是传动系连接。保险路径的输出侧的端子与分别和输入侧的端子极性相反的电池极相连。
因为保险路径在正常运行中是断开的，即无电流的，所以在保险路径的输入端和输出端之间不存在电连接，并且尤其是在这种情况下也不存在电池通过保险路径的短路。
现在已经认识到，尤其是在避免沿着负载路径分离部位的电弧的情况下可以通过如下方式确保可靠的分离，即负载路径和保险路径彼此有效连接，使得负载路径的电气断开引起保险路径的电气闭合，并且在保险路径闭合的瞬间触发布置在保险路径中的保险装置。
根据本发明，实现了主动和被动部件的结合。在负载路径中可以构造主动部件，该主动部件主动地断开负载路径。同时，可以闭合保险路径，这导致保险路径中的被动部件触发。
在断开负载路径的时刻，经由保险路径传导高电流。特别地，负载路径的电流转换到保险路径上。在此，可能短时地沿着电弧流经负载路径分离部位的电流转换到保险路径上。
负载路径在正常运行中是在保险元件的输入端和输出端之间的短路。负载路径上的电阻几乎为零，从而使得正常运行中的损耗功率最小化。
沿保险路径的保险装置具有增大的电阻，但是该电阻在正常运行中不具有影响，因为保险路径在正常运行中是断开的。在正常运行中没有电流流经保险路径。
仅在故障情况下，即在短路、碰撞和/或电池损坏或者其他故障情况下，才主动地断开负载路径并且通过负载路径和保险路径之间的有效连接实现保险路径的闭合。保险路径的这种闭合导致通过转换到保险路径上的电流激活保险路径中的保险装置。
在电流转换到保险路径上之后，这导致负载路径的安全分离，在保险路径中的电流也直接通过布置在其中的保险装置断开。该保险元件因此确保了连接在负载路径的输出端上的负载可靠地与电池分离。
如已经说明的那样，根据一种实施例的负载路径具有分离部位。分离部位尤其是缩窄部、预定断裂部位或类似部位。根据一个实施例，分离部位也通过两个相互连接的分离接片之间的材料配合的连接形成。该连接可以是钎焊连接或熔焊连接。形成分离部位的接片可以彼此相关联。
根据一个实施例提出，激活的分离元件使分离部位分离并且同时闭合保险路径。分离元件促使在分离部位和保险路径之间形成机械的有效连接。分离元件例如可以由至少两种材料构成。在此可能的是，分离元件的第一区域通过绝缘体形成，而分离元件的第二区域通过导体形成。首先，分离元件以绝缘体布置在保险路径中，并且促使保险路径断开。如果分离元件运动，那么绝缘体则能够朝分离部位的方向运动并且同时分离元件的导体使保险路径短路连接。
也建议，所述分离元件具有机械的驱动装置。这尤其是烟火技术的驱动装置。烟火技术的驱动装置可以通过烟火技术的点火器形成，该点火器是可电气激活的。在激活点火器时构成爆炸压力，它加速分离元件。在此，分离元件同时既可以引起负载路径分离部位的分离、又可以引起保险路径的闭合。这尤其可以通过线性运动来实现。
根据一个实施例提出，所述分离元件具有分离滑块。分离滑块尤其通过驱动装置朝负载路径分离部位的方向加速。同时，分离滑块的这种运动将导致保险路径闭合。分离滑块可以是一件式的或两件式的构件。分离滑块尤其统一地加速，也就是说分离滑块的所有结构元件通过驱动装置进行相同的加速。
根据一个实施例提出，分离滑块构造为能够在壳体中推移的活塞。壳体尤其可以具有驱动装置、分离滑块和分离部位。特别地，壳体可以通过分离部位或形成分离部位的接片封闭。分离滑块可以在壳体中线性运动。在此，活塞在壳体中朝分离部位的方向运动。
如果在壳体中在分离滑块与分离部位之间布置有可流动的介质，则该可流动的介质通过活塞朝分离部位的方向的运动而加速。可流动介质优选是不可压缩的，从而活塞朝分离部位的方向的加速导致在分离部位处超过破裂压力并且分离部位破裂。这导致负载路径在分离部位处断开。可流动的介质可以熄灭可能产生的电弧。可流动介质也可以适用于原则上抑制电弧的产生。
根据一个实施例建议，分离滑块具有连接元件。该连接元件可以适于闭合保险路径。连接元件可以通过驱动装置机械地在保险路径的两个端子之间运动。在正常运行中，保险路径在两个端子之间打开。在此，尤其可以将分离滑块的绝缘体布置在端子之间。在激活情况下，分离滑块直线运动。这可导致绝缘体从端子之间移走，而连接元件移动到端子之间。这导致连接元件将保险路径闭合。
根据一个实施例提出，分离元件具有可流动的介质。如已经阐述的那样，可流动的介质(其尤其是不可压缩的)可通过驱动装置朝分离部位的方向加速。由此在所述分离部位上产生压力，该压力导致所述分离部位的分离。
根据一个实施例提出，在激活驱动装置之后，通过连接元件将保险路径的端子短路连接。然后，首先流经负载路径的电流可以转换到保险路径上。
根据一个实施例提出，在保险路径中的保险装置是熔断保险装置。如果足够高的电流经过保险路径，则该熔断保险装置熔化并且分离保险路径。
通过将电流转换到保险路径上，首先可靠地断开负载路径。随后，通过熔断保险装置可靠地断开保险路径。然后，电池完全与车载电网分离。
保险路径可以作为短路连接在电池的两个极之间。在正常运行中，保险路径断开，并且因此未将电池短路。然而在激活情况下，短路导致与保险元件的输入端连接的电池极和与保险路径的输出端连接的电池极之间的电阻明显小于在保险元件的输入端上的极和通过负载路径与负载连接的电池极之间的电阻。这导致电流从断开的负载路径到保险路径的可靠换向，以及随后在保险路径中的保险装置的断开。
根据一个实施例提出，负载路径连接在电池的一极和至少一个与电池的另一极连接的负载之间。因此，在正常运行中，负载在非常小的线路损耗的情况下经由负载路径被供应。保险元件在保险路径中是未激活的并且是无电流的。在激活情况下，保险元件才在保险路径中通电。由此，保险路径断开，从而通过保险元件确保可靠的分离。
根据一个实施例提出，可流动的介质是液体或松散的疏松材料、尤其是沙子，和/或可流动的介质是液态的、糊状的、泡沫状的、凝胶状的或颗粒状的。尤其是，可流动介质是不可压缩的。
为了抑制或熄灭在负载路径的分离部位处的电弧，根据一个实施例的可流动介质具有电绝缘特性。可流动介质也可以具有灭弧特性。
另一方面是一种车辆。
在车辆中设有电气能量源。构造为车辆电池的能量源的第一极与保险元件的输入端子连接。另一极一方面与保险路径的输出端子连接，另一方面与连接在负载路径的输出侧端子上的负载相连。因此，第一电流回路经由第一极、负载路径、负载和第二极形成。断开的第二电流回路通过第一极、保险路径和第二极形成。该第二电流回路在正常情况下断开并且如上面所描述的那样在激活情况下闭合并且因此形成经过两个电池极的短路。这确保电流从分离部位转换到保险路径上。
根据另一方面，提出一种用于借助于电气保险元件分离负载路径的方法。在故障运行中，负载路径被断开并且同时保险路径被闭合。这导致，流经负载路径的电流转换到保险路径上并且由此触发设置在保险路径中的保险装置并且断开保险路径。
附图说明
下面借助示出实施例的附图进一步阐述本发明。附图示出：
图1示出了具有根据本发明的保险元件的车载电网的等效电路图；
图2a示出在正常状态中的根据本发明的保险元件；
图2b示出了在激活期间的保险元件；
图2c示出了处于触发状态的保险元件。
具体实施方式
图1示出了机动车的车载电网2的等效电路图。示例性地示出了高压电池4。高压电池4尤其可以是车辆的传动系的电池。电池4的B+极4a经由串联电阻6以及"点火开关"8与作为负载的传动系10相连接。在运行中，开关8闭合。
B-极4b通过根据本发明的保险元件12与负载10连接。该保险元件12具有输入端子14和第一输出端子16以及第二输出端子18。负载路径通过输入端子14和输出端子16形成。保险路径通过输入端子14和输出端子18形成。输出端子16与负载10相连，并且输出端子18与B+极4a相连。
保险元件12在图2a中详细示出。负载路径20将输入端子14与输出端子16相连。负载路径20具有分离元件22，在该分离元件上布置有预定断裂部位24。分离元件22封闭壳体26。可流动介质28布置在壳体26中。
壳体26以通道的形式构成，在该通道中设置有分离滑块30。分离滑块30可以沿方向32运动。分离滑块30由绝缘体30a和导电元件30b两件式地构成。
在通道中，在分离滑块30前方设置有驱动装置34，该驱动装置形成为烟火技术的驱动装置。
在激活驱动装置34时，分离滑块30沿方向32加速。这导致，可流动的介质28将压力施加到预定断裂部位24上，使得该预定断裂部位破裂。这将在下面进一步描述。
保险路径36形成在输入端子14和输出端子18之间。分离滑块30通过绝缘体30a形成沿着保险路径36的电气分离。熔断保险装置38布置在保险路径36中。
图2b示出了在激活的时刻的保险元件12。驱动装置34已经通过外部信号(例如气囊控制信号等)激活。这导致，力作用到分离滑块30上，从而使分离滑块沿方向32加速。这导致介质28将这样的压力施加到分离元件22上，使得预定断裂部位24破裂。
同时，分离滑块30在壳体26中的运动导致导体30b闭合保险路径36。保险路径36的这种闭合导致输入端子14和输出端子18之间的短路，并且因此如从图1中可以看到的那样，导致电池4的B+极4a和B-极4b之间的短路。
该短路导致可能仍旧例如经由电弧流经分离元件22的电流转换到保险路径36上。在保险路径36中，通过转换的该电流来激活熔断保险装置38。熔断保险装置38熔化并且同样分离保险路径36。
这导致图2c中的情况，其中可以看出，负载路径20和保险路径36都是无电流的。负载10因此完全与电池4分离。
附图标记说明
2 车载电网
4 高压电池
4a B+极
4b B-极
6 电阻
8 开关
10 负载
12 保险元件
14 输入端子
16、18 输出端子
20 负载路径
22 分离元件
24 预定断裂部位
26 壳体
28 介质
30 分离滑块
30a 绝缘体
30b 导体
32 方向
34 驱动装置
36 保险路径
38 熔断保险装置

Claims (16)

1.电气的保险元件，其包括，
-可开关的负载路径和
-可开关的保险路径，其中
-负载路径和保险路径以其各自的输入端彼此短路连接，
其特征在于，
-负载路径和保险路径彼此有效连接，使得负载路径的电气断开引起保险路径的电气闭合，并且在保险路径闭合的时刻触发设置在保险路径中的保险装置，
-其中，负载路径在正常运行中是在保险元件的输入端和输出端之间的短路，
-其中激活的分离元件使分离部位分离，并且同时闭合保险路径，其中分离元件具有分离滑块，该分离滑块通过驱动装置朝负载路径的分离部位的方向加速，其中，分离滑块的运动引起保险路径的闭合。
2.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-分离元件具有烟火技术的驱动装置。
3.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-分离滑块构造为能够在壳体内推移的活塞，其中，该活塞将至少布置在分离部位与分离滑块之间的可流动的介质朝分离部位的方向加速。
4.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-分离滑块具有连接元件，其中，该连接元件能够通过驱动装置在保险路径的两个端子之间移动。
5.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-分离元件具有可流动的介质，其中，可流动的介质通过驱动装置朝分离部位的方向加速并且由此作用到分离部位上的压力将分离部位分离。
6.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-连接元件在驱动装置激活以后使保险路径的端子短路连接。
7.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-保险路径内的保险装置为熔断保险装置。
8.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-保险路径连接在电池的两个极之间作为短路连接。
9.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
-负载路径连接在电池的一个极和至少一个与电池的另一极相连的负载之间。
10.根据权利要求1所述的保险元件，
其特征在于，
可流动的介质是液体或松散的疏松材料，和/或可流动的介质是液态的、糊状的、泡沫状的、凝胶状的或颗粒状的。
11.根据权利要求10所述的保险元件，
其特征在于，
所述可流动的介质是沙子。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的保险元件，
其特征在于，
可流动的介质具有电绝缘特性，和/或具有灭弧特性。
13.车辆，包括：
-车载电网，和
-根据权利要求1至12中任一项所述的电气的保险元件。
14.根据权利要求13所述的车辆，
其特征在于，
作为电气的能量源设置车辆电池，并且该车辆电池以一个极连接至保险元件的输入端子，以另一极连接至保险路径的输出端子。
15.用于借助根据权利要求1至12中任一项所述的电气的保险元件分离负载路径的方法，
其特征在于，
在故障运行中断开负载路径并同时闭合保险路径，使得流经负载路径的电流转换至保险路径，并由此触发设置在保险路径内的保险装置并断开保险路径。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法用在根据权利要求13或14所述的车辆内。
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