DE102014226131A1

DE102014226131A1 - Vorrichtung zum Schalten einer Hochvolt-Verbindung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014226131A1
Application number: DE102014226131.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ortner; Christian Arndt; Heiner Bartoszewski; Erik Hahn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2034-12-17
Also published as: DE102014226131B4

Abstract

Eine Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) zum Schalten einer Hochvolt-Verbindung für ein Fahrzeug (10) wird beschrieben. Dabei umfasst die Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) einen ersten Kontakt (1), einen zweiten Kontakt (2), einen festen Isolierkörper (7) und ein flexibles Kraftübertragungselement (8). Die Hochvolt-Verbindung ist geschlossen, wenn der erste Kontakt (1) den zweiten Kontakt (2) berührt, während die Hochvolt-Verbindung offen ist, wenn der erste Kontakt (1) den zweiten Kontakt (2) nicht berührt. Der feste Isolierkörper (7) ist mit dem flexiblen Kraftübertragungselement (8) verbunden und mittels des flexiblen Kraftübertragungselements (8) zwischen den ersten Kontakt (1) und den zweiten Kontakt (2) bewegbar, um die beiden Kontakte (1, 2) zu trennen, wodurch die Hochvolt-Verbindung getrennt ist. Der feste Isolierkörper (7) ist mittels des flexiblen Kraftübertragungselements (8) zwischen dem ersten Kontakt (1) und dem zweiten Kontakt (2) weg bewegbar, wodurch die Hochvolt-Verbindung geschlossen werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um eine elektrische Hochvolt-Verbindung sicher öffnen und schließen zu können.
Die DE 1 590 296 offenbart einen Löschkammerschalter, mit welchem hohe Spannungen abgeschaltet werden können, wobei ein Schieber zwischen zwei Kontaktstücke geschoben wird, um einen elektrischen Stromfluss zu unterbrechen.
Die WO 2014/031312 A1 beschreibt einen Trennschalter für ein Energieverteilungssystem. Dabei wird eine Platte zwischen ein Kontaktpaar bewegt, um das Kontaktpaar zu öffnen, um dadurch einen Stromfluss zu unterbrechen.
Nach dem Stand der Technik werden in Fahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb Hochvolt-Schütze zur galvanischen Trennung des Hochvolt-Netzes von einer Hochvolt-Energiequelle verwendet. Die Hochvolt-Schütze sind so konzipiert, dass sie einen Betriebsstrom tragen und einen Überstrom abschalten können. Im Fehlerfall können Hochvolt-Schütze verschweißen, so dass eine Unterbrechung des elektrischen Stroms über dem verschweißten Hochvolt-Schütz zumindest erschwert, wenn nicht gar unmöglich ist.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, das Schalten (d.h. das Öffnen bzw. Trennen und Schließen) einer Hochvolt-Verbindung für ein Fahrzeug gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schalten einer Hochvolt-Verbindung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung einen ersten Kontakt, einen zweiten Kontakt, einen festen Isolierkörper und ein flexibles Kraftübertragungselement. Die elektrische Hochvolt-Verbindung ist nur geschlossen, wenn der erste Kontakt den zweiten Kontakt berührt. Dagegen ist die Hochvolt-Verbindung unterbrochen oder offen, wenn der erste Kontakt nicht von dem zweiten Kontakt berührt wird. Der feste Isolierkörper ist mit dem flexiblen Kraftübertragungselement verbunden und kann mit Hilfe des flexiblen Kraftübertragungselements zwischen den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt geführt werden, um dadurch die beiden Kontakte (sicher) zu trennen, wodurch schließlich die Hochvolt-Verbindung getrennt wird. Mit Hilfe des flexiblen Kraftübertragungselements kann der feste Isolierkörper auch aus dem Zwischenraum zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt entfernt werden, so dass der erste Kontakt (wieder) zu dem zweiten Kontakt bewegt werden kann, um den zweiten Kontakt zu berühren, wodurch die Hochvolt-Verbindung geschlossen werden kann.
Unter dem flexiblen Kraftübertragungselement wird dabei ein längliches biegsames Element verstanden, mit welchem Kraft von einem Ende zu einem in Längsrichtung gegenüberliegenden Ende des Elements übertragen werden kann. Bei dem flexiblen Kraftübertragungselement kann es sich beispielsweise um einen Bowdenzug oder um eine Zugstange handeln. Dabei wird unter einem Bowdenzug auch ein Kraftübertragungselement verstanden, welches ein flexibles, biegsames Rohr umfasst, in welchem sich ein Innenelement bewegt und durch die Bewegung Kraft von einem Ende zu einem in Längsrichtung anderen Ende des Bowdenzugs überträgt.
Indem die Hochvolt-Verbindung durch das Einschieben des festen Isolierkörpers getrennt wird, tritt das nach dem Stand der Technik bekannte Problem des Verschweißens vorteilhafterweise seltener auf. Und falls das Problem des Verschweißens auftritt, wird es sicher bei der Betätigung des flexiblen Kraftübertragungselement bemerkt, da der Isolierkörper nicht zwischen die beiden Kontakte geschoben werden kann. Indem darüber hinaus die Hochvolt-Verbindung über das flexible Kraftübertragungselement geschaltet wird, kann sich die Stelle, an welcher das Kraftübertragungselement betätigt wird, nahezu beliebig weit von den beiden Kontakten entfernt befinden, welche mit Hilfe des Kraftübertragungselements durch den festen Isolierkörper getrennt werden.
Erfindungsgemäß existieren zwei verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

• Bei der ersten Variante berühren sich die beiden Kontakte im normalen bzw. inaktiven Zustand, so dass die Hochvolt-Verbindung durchgeschaltet ist.
• Bei der zweiten Variante sind dagegen die beiden Kontakte im normalen bzw. inaktiven Zustand getrennt, so dass die Hochvolt-Verbindung nicht durchgeschaltet bzw. getrennt ist.

Zur Realisierung der ersten Variante umfasst die Vorrichtung zusätzlich Krafterzeugungsmittel (z. B. eine Feder). Der erste Kontakt wird mit Hilfe einer von den Kraftübertragungsmitteln erzeugten Kraft in Richtung des zweiten Kontakts gedrängt bzw. geschoben. Wenn der feste Isolierkörper mit Hilfe des flexiblen Kraftübertragungselements aus dem Zwischenraum zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt entfernt wird, bewegt sich bei der ersten Variante der erste Kontakt durch die von den Kraftübertragungsmitteln erzeugten Kraft zu dem zweiten Kontakt, um den zweiten Kontakt zu berühren, wodurch die Hochvolt-Verbindung geschlossen wird.
Bei der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung zusätzlich erste Krafterzeugungsmittel und zweite Krafterzeugungsmittel. Dabei wird der erste Kontakt durch eine von den ersten Krafterzeugungsmitteln (z.B. einer Feder) erzeugten Kraft ständig von dem zweiten Kontakt weg gedrängt bzw. geschoben, wodurch die Hochvolt-Verbindung im normalen Zustand (d.h. im nicht betätigten oder nicht aktiven Zustand) unterbrochen ist. In diesem normalen oder unterbrochenen Zustand befindet sich zusätzlich der feste Isolierkörper zwischen den beiden Kontakten, um quasi die Unterbrechung der Hochvolt-Verbindung zu garantieren. Um die beiden Kontakte zu schließen und damit die Hochvolt-Verbindung herzustellen, sind die zweiten Krafterzeugungsmittel (z.B. ein Elektromagnet) schaltbar. Mit anderen Worten werden die zweiten Krafterzeugungsmittel eingeschaltet, um die Hochvolt-Verbindung zu schließen. Dabei erzeugen die zweiten Krafterzeugungsmittel eine Kraft, welche der ständig wirkenden Kraft der ersten Krafterzeugungsmittel entgegenwirkt und stärker als diese ist. Indem zusätzlich die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet ist, um den Isolierkörper zwischen den beiden Kontakten zu entfernen, kann die Hochvolt-Verbindung durch die Betätigung der zweiten Krafterzeugungsmittel geschlossen werden.
Beim Einsatz eines Bowdenzugs als flexibles Kraftübertragungselement wird der Bowdenzug vorteilhafterweise derart mit dem festen Isolierkörper verbunden, dass der feste Isolierkörper durch eine über den Bowdenzug übertragene Druckkraft zwischen die beiden Kontakte geschoben wird, um dadurch die Hochvolt-Verbindung zu öffnen oder eine Trennung der Hochvolt-Verbindung zu garantieren.
Bei dieser Ausführungsform wird demnach die Hochvolt-Verbindung unterbrochen, wenn über den Bowdenzug eine Druckkraft übertragen wird, und die Hochvolt-Verbindung wird (wieder) geschlossen, wenn über den Bowdenzug eine Zugkraft übertragen wird. Da die Übertragung einer Druckkraft mittels des Bowdenzugs auch bei einem defekten (z. B. gerissenen) Bowdenzug in der Regel erfolgreich ist, kann die Hochvolt-Verbindung vorteilhafterweise auch mit einer defekten erfindungsgemäßen Vorrichtung getrennt werden. Dagegen ist die Übertragung einer Zugkraft mittels eines defekten (gerissenen) Bowdenzugs nicht möglich, wobei zusätzlich die Gefahr besteht, dass die Bedienperson fälschlicherweise annimmt, die Betätigung des Bowdenzugs (und damit das Einschalten der Hochvolt-Verbindung) wäre erfolgreich verlaufen. Beim Einschalten einer Hochvolt-Verbindung ist diese fälschliche Annahme allerdings als nicht so folgenreich einzustufen, als für den Fall, dass fälschlicherweise angenommen wird, dass die Hochvolt-Verbindung getrennt ist. Anders ausgedrückt ist durch diese Ausführungsform nahezu ausgeschlossen, dass der Bowdenzug beim Öffnen der Hochvolt-Verbindung (also beim Übertragen einer Druckkraft) reißt.
Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Signalisierung des Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung umfasst die Vorrichtung einen dritten Kontakt und einen vierten Kontakt. Der dritte Kontakt ist dabei ortsfest mit dem Isolierkörper verbunden, so dass er sich in gleicher Weise wie der Isolierkörper mit dem Isolierkörper mitbewegt. Dabei ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass abhängig von einer elektrischen Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt erfasst werden kann, ob der erste Kontakt und der zweite Kontakt elektrisch verbunden sind oder nicht.
Beispielsweise kann eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt nur dann vorliegen, wenn sich der Isolierkörper zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt befindet, die Hochvolt-Verbindung also getrennt ist. In diesem Fall signalisiert die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt demnach, dass die Hochvolt-Verbindung unterbrochen ist. In umgekehrter Weise könnte die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt nur dann vorliegen, wenn sich der Isolierkörper gerade nicht zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt befindet. Bei dieser Variante signalisiert die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt demnach, dass die Hochvolt-Verbindung geschlossen ist. Da die Hochvolt-Verbindung sicher getrennt ist, wenn sich der Isolierkörper zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt befindet, aber nicht sicher geschlossen ist, wenn sich der Isolierkörper nicht zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt befindet, wird die zuerst beschriebene Signalisierungs-Variante bevorzugt, bei welcher die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt signalisiert, dass die Hochvolt-Verbesserung (sicher) unterbrochen ist.
Bei einer bevorzugten Variante der vorab beschriebenen Ausführungsform ist ein elektrischer Widerstand mit dem dritten Kontakt elektrisch verbunden. Dadurch ist an dem vierten Kontakt eine elektrische Widerstandsänderung messbar, wenn die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem vierten Kontakt vorhanden ist.
Bei dieser Variante kann anhand einer Widerstandsmessung am vierten Kontakt bestimmt werden, ob die Hochvolt-Verbindung geschlossen oder unterbrochen ist.
Eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform zur Signalisierung des Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung kann mit Hilfe eines weiteren Bowdenzugs realisiert werden. Dabei ist ein Innenelement des weiteren Bowdenzugs fest mit dem Isolierkörper verbunden, so dass sich bei einer Bewegung des Isolierkörpers das Innenelement in Relation zu einer Hülle des weiteren Bowdenzugs bewegt. Dadurch kann anhand der Bewegung des Innenelements eine Bewegung des festen Isolierkörpers und damit die Information, ob die Hochvolt-Verbindung geöffnet oder geschlossen ist, angezeigt werden.
Eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform zur Signalisierung des Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung kann mit Hilfe eines Hall-Sensors realisiert werden. Dabei wird mit dem Hall-Sensor eine Lage des ersten Kontakts bezüglich des zweiten Kontakts erfasst, um dadurch zu bestimmen, ob der erste Kontakt und der zweite Kontakt getrennt oder verbunden sind. Mit anderen Worten kann mit Hilfe des Hall-Sensors der Schaltzustand der Hochvolt-Verbindung erfasst werden. Diese dritte Ausführungsform kann auch als Halbleiterschaltung realisiert sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Signalisierung des Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung auch ohne das flexible Kraftübertragungselement realisiert werden könnten. Demnach könnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Schalten einer Hochvolt-Verbindung für ein Fahrzeug bereitgestellt werden, welche einen ersten Kontakt, einen zweiten Kontakt, Krafterzeugungsmittel und einen festen Isolierkörper umfasst. Dabei wird der erste Kontakt mittels einer Kraft der Krafterzeugungsmittel in Richtung des zweiten Kontakts geschoben. Die Hochvolt-Verbindung ist geschlossen, wenn der erste Kontakt den zweiten Kontakt berührt, und die Hochvolt-Verbindung ist offen, wenn der erste Kontakt den zweiten Kontakt nicht berührt. Der feste Isolierkörper ist mittels des flexiblen Kraftübertragungselements zwischen den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt bewegbar, um dadurch die beiden Kontakte zu trennen, wodurch die Hochvolt-Verbindung getrennt wird. Darüber hinaus ist der feste Isolierkörper zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt weg bewegbar, so dass sich die beiden Kontakte aufgrund der Kraft der (zweiten) Krafterzeugungsmittel berühren, wodurch die Hochvolt-Verbindung geschlossen ist. Die verschiedenen Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mit jeder der vorab beschriebenen drei Ausführungsformen zur Signalisierung des Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung und etwaigen Varianten dieser Ausführungsformen kombiniert werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:

• Eine sichere Unterbrechung einer Hochvolt-Verbindung ist gewährleistet.
• Die Unterbrechung kann anhand einer Signalisierung überwacht werden.
• Die Unterbrechung der Hochvolt-Verbindung ist per Fernbetätigung möglich. D.h. das Bedienelement, mit dem die Unterbrechung initiiert wird, kann sich weit entfernt von der Stelle befinden, an welcher die Hochvolt-Verbindung mit dem Isolierkörper unterbrochen wird.
• Das Risiko eines Verschweißens der Kontakte kann zumindest abgesenkt werden, da durch das Einführen des Isolierkörpers zwischen die Kontakte eine elektromagnetische Levitation der Kontakte verhindert wird.
• Falls die Kontakte tatsächlich verschweißt sind, wird dies daran erkannt, dass der Isolierkörper nicht zwischen die Kontakte geschoben werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung zumindest prinzipiell auch außerhalb eines Fortbewegungsmittels beispielsweise auf dem Gebiet der Energieversorgung zum Schalten einer Hochvolt-Verbindung geeignet.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist der Einsatz einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung die Hochvolt-Verbindung im normalen Zustand durchschaltet.
In 2 ist der Einsatz einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung die Hochvolt-Verbindung im normalen Zustand durchschaltet.
In 3 ist die erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail dargestellt.
In 4 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
In 1 ist der Einsatz einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 dargestellt, bei welcher eine Hochvolt-Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 im normalen Zustand durchgeschaltet wird.
Dabei steht eine Hochvolt-Batterie 30 zum einen über zwei Schütze S_DC+, S_DC– mit Anschlüssen 31 einer Ladedose und zum anderen mit Anschlüssen 32 eines Traktionsnetzes des Fahrzeugs in Verbindung. Zum Schalten der Hochvolt-Verbindung existieren in erster Linie zwei reguläre Schaltelemente (Schütze) S, welche im nicht aktiven bzw. normalen Zustand geöffnet sind, so dass die Hochvolt-Verbindung im normalen Zustand getrennt ist. Erst durch die Aktivierung eines Elektromagneten des jeweiligen Schaltelements S wird die Hochvolt-Verbindung durchgeschaltet. Zusätzlich existiert in Reihe mit jedem Schaltelement S eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können beispielsweise in seltenen Situationen (z.B. zur Freischaltung im Service) verwendet werden, bei denen es (lebens-)wichtig ist, dass insbesondere das Auftrennen der Hochvolt-Verbindung sicher funktioniert, selbst wenn die regulären Schütze S die Hochvolt-Verbindung noch durchschalten.
Wie im Detail noch besser mit 3 beschrieben wird, wird der erste Kontakt 1 der Vorrichtung 20 mit einer Kraft 25, welche durch die Feder 13 der Vorrichtung 20 erzeugt wird, ständig zu dem zweiten Kontakt 2 der Vorrichtung 20 gedrängt, um die Hochvolt-Verbindung zu schließen. Zum Trennen der Hochvolt-Verbindung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 wird über einen Bowdenzug (in 1 nicht dargestellt) ein Isolierkörper 7 der Vorrichtung 20 zwischen die beiden Kontakte 1, 2 bewegt, um dadurch die beiden Kontakte 1, 2 und damit die Hochvolt-Verbindung zu trennen.
Schließlich existiert noch ein Vorladeschütz S_VL, mit welchem die Hochvolt-Spannung bzw. Batteriespannung über einen Vorladewiderstand R_VL geschaltet werden kann.
In 2 ist eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung S_HV+; S_HV– dargestellt, wobei die jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtung die Hochvolt-Verbindung im normalen Zustand trennt.
Dabei umfasst jede erfindungsgemäße Vorrichtung S_HV+; S_HV– eine Feder 18, mit deren Kraft 26 der erste Kontakt der Vorrichtung S_HV+, S_HV– ständig von dem zweiten Kontakt der Vorrichtung S_HV+; S_HV– weggedrängt wird, um dadurch die Hochvolt-Verbindung normalerweise zu unterbrechen. Darüber hinaus umfasst jede Vorrichtung S_HV+; S_HV– einen Elektromagnet 19. Wenn dieser Elektromagnet 19 eingeschaltet wird, erzeugt der Elektromagnet 19 eine Kraft 27 auf den ersten Kontakt. Da diese Kraft 27 zum einen größer als die Federkraft 26 ist und zum anderen der Federkraft 26 entgegengerichtet ist, berühren sich die beiden Kontakte der Vorrichtung S_HV+; S_HV–, wenn der Elektromagnet eingeschaltet wird, wodurch die Hochvolt-Verbindung verbunden wird. Darüber hinaus existiert pro Vorrichtung S_HV+; S_HV– ein Isolierkörper 7, welcher mittels eines Bowdenzugs (in 2 nicht dargestellt) zwischen die beiden Kontakte bewegt werden kann. Im normalen Zustand wird ein Schließen der beiden Kontakte der Vorrichtung S_HV+; S_HV– daher zum einen durch die Kraft 26 der Feder 18 und zum anderen durch den zwischen den beiden Kontakten befindlichen Isolierkörper 7 verhindert.
Die zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung S_HV+; S_HV– kann als Ersatz für die normalerweise vorhandenen Schütze S (siehe 1) eingesetzt werden. Bei der Verwendung der ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 werden diese vorzugsweise in Reihe mit (also zusätzlich zu) den normalerweise vorhandenen Schützen S eingesetzt, wie es in 1 dargestellt ist.
In 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 im Detail dargestellt. Die zu schaltende Hochvolt-Verbindung wird über den ersten Kontakt 1 und den zweiten Kontakt 2 der Vorrichtung 20 geschaltet. Dabei wird der erste Kontakt 1 mittels der Feder 13 in eine Richtung 12 gegen den zweiten Kontakt 2 gedrängt. Um die Hochvolt-Verbindung und damit die beiden Kontakte 1, 2 zu trennen, wird ein fester Isolierkörper 7 (keine Luftstrecke) der Vorrichtung 20 zwischen die beiden Kontakte 1, 2 geführt. Dazu ist ein Bowdenzug 8 vorgesehen, von welchem das Innenelement mit einem Ende fest mit dem Isolierkörper 7 und mit dem anderen Ende fest mit einem Hebel 16 verbunden ist. Der Bowdenzug 8 umfasst neben seinem Innenelement ein flexibles Rohr 15, in welchem das Innenelement beweglich angeordnet ist. Das Innenelement kann seinerseits mehrere Kettenglieder 17, welche über Kugelgelenke kettenartig miteinander verbunden sind, ein Seil oder ein flexibles längliches Element umfassen.
Wenn der Hebel 16 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht wird, wird mit dem Bowdenzug 8 eine Druckkraft in eine Richtung 11 auf den Isolierkörper 7 ausgeübt, um den Isolierkörper 7 zwischen die beiden Kontakte 1, 2 zu bewegen und die beiden Kontakte 1, 2 dadurch zu trennen. Dadurch wird die Hochvolt-Verbindung geöffnet. Wenn der Hebel dagegen im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird mit dem Bowdenzug 8 eine Zugkraft in die Richtung 11 auf den Isolierkörper 7 ausgeübt, wodurch sich der Isolierkörper 7 aus dem Zwischenraum zwischen den Kontakten 1, 2 heraus bewegt, wodurch der erste Kontakt 1 durch die Kraft der Feder 13 (wieder) in Richtung 12 zu dem zweiten Kontakt 2 bewegt wird. Dadurch wird die Hochvolt-Verbindung geschlossen.
Um nach einem erfolgreichen Auftrennen der Hochvolt-Verbindung ein (zufälliges) Wiedereinschalten der Hochvolt-Verbindung zu verhindern, kann der Hebel 16 mittels eines Schlosses sicher in derjenigen Stellung gehalten werden, in welcher er für ein Trennen der Hochvolt-Verbindung sorgt.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 20 einen dritten Kontakt 3 und einen vierten Kontakt 4, sowie einen fünften Kontakt 5 und einen sechsten Kontakt 6. Der dritte Kontakt 3 und der fünfte Kontakt 5 sind ortsfest mit dem Isolierkörper 7 verbunden, so dass sich der dritte Kontakt 3 und der fünfte Kontakt 5 in gleicher Weise in derselben Richtung 11 bewegen, wenn sich der Isolierkörper 7 in derselben Richtung 11 bewegt. Der dritte Kontakt 3 und der vierte Kontakt 4 sowie der fünfte Kontakt 5 und der sechste Kontakt 6 sind derart angeordnet, dass der dritte Kontakt 3 und der vierte Kontakt 4 sowie der fünfte Kontakt 5 und der sechste Kontakt 6 (elektrisch) verbunden sind, wenn sich der Isolierkörper 7 zwischen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 befindet, wenn also die Hochvolt-Verbindung offen bzw. getrennt ist. Dagegen sind der dritte Kontakt 3 und der vierte Kontakt 4 sowie der fünfte Kontakt 5 und der sechste Kontakt 6 nicht (elektrisch) verbunden, wenn sich der Isolierkörper 7 außerhalb des Zwischenraumes zwischen dem ersten Kontakt 1 und den zweiten Kontakt 2 befindet, wenn demnach die Hochvolt-Verbindung geschlossen ist. Daher kann abhängig von der elektrischen Verbindung zwischen dem dritten Kontakt 3 und dem vierten Kontakt 4 sowie dem fünften Kontakt 5 und dem sechsten Kontakt 6 erfasst werden, ob der erste Kontakt 1 und der zweite Kontakt 2 getrennt oder verbunden sind, ob also die Hochvolt-Verbindung geschlossen oder offen ist. Zu diesem Zweck existiert ein elektrischer Kodierwiderstand 14, welcher zwischen dem dritten Kontakt 3 und dem fünften Kontakt 5 angeordnet ist. Wenn der vierte Kontakt 4 und der sechste Kontakt 6 nicht mit dem dritten Kontakt 3 bzw. dem fünften Kontakt 5 verbunden sind, wird zwischen dem vierten Kontakt 4 und dem sechsten Kontakt 6 ein größerer elektrischer Widerstand gemessen, als wenn der vierte Kontakt 4 und der sechste Kontakt 6 mit dem dritten Kontakt 3 bzw. dem fünften Kontakt 5 elektrisch verbunden sind. Daher kann abhängig von dem zwischen dem vierten Kontakt 4 und dem sechsten Kontakt 6 gemessenen elektrischen Widerstand erfasst werden, ob die Hochvolt-Verbindung getrennt oder geschlossen ist. Dazu kann eine Auswertungsschaltung an den vierten Kontakt 4 und den sechsten Kontakt 6 angeschlossen werden, welche den ohmschen Widerstand zwischen diesen beiden Kontakten 4, 6 erfasst und abhängig davon den Schaltzustand der Hochvolt-Verbindung bestimmt und ausgibt.
Mit den Kontakten 3–6 und dem Kodierwiderstand 14 wird eine erste Ausführungsform zur Signalisierung des Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung ausgeführt. In 3 ist allerdings zusätzlich eine zweite Ausführungsform zur Signalisierung dieses Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung in Form eines weiteren Bowdenzugs 21 dargestellt. Ein Ende des Innenteils bzw. Innenelements 23 des weiteren Bowdenzugs 21 ist ortsfest mit dem Isolierkörper 7 verbunden, so dass sich dieses Ende des Innenelements 23 in derselben Richtung 11 bewegt, wenn sich der Isolierkörper 7 in derselben Richtung 11 bewegt. Da eine Bewegung des einen Endes des Innenteils 23 des weiteren Bowdenzugs 21 zu einer gleichartigen Bewegung des in Längsrichtung anderen Endes des Innenteils 23 des weiteren Bowdenzugs führt (dies ist die Funktion eines Bowdenzugs), kann an der Position des anderen Endes des Innenteils 23 des weiteren Bowdenzugs der Schaltzustand der Hochvolt-Verbindung erfasst werden. Wenn sich dieses andere Ende an der in 2 dargestellten Position 22 (oder tiefer) befindet, ist die Hochvolt-Verbindung beispielsweise geschlossen. Wenn sich dagegen das andere Ende an der Position 24 (oder höher) befindet, ist die Hochvolt-Verbindung getrennt, da sich dann der Isolierkörper 7 zwischen den Kontakten 1, 2 befindet.
Obwohl in 3 die erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt ist, gilt die Beschreibung bezüglich der beiden Bowdenzüge 8, 21 und der drei Ausführungsformen zur Signalisierung des Schaltzustands der Hochvolt-Verbindung auch für die zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welcher die Kontakte 1, 2 im normalen oder inaktiven Zustand getrennt sind.
In 4 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung S_HV+; S_HV– umfasst. Dabei schaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung S_HV+; S_HV– eine Hochvolt-Verbindung zwischen einer Hochvolt-Batterie 30 des Fahrzeugs und einem Traktionsnetz 32 des Fahrzeugs 10.
Die Hochvolt-Verbindungen zwischen der Batterie 30 und dem Traktionsnetz 32 könnten durch zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen geschaltet werden. Allerdings werden die Hochvolt-Verbindungen zwischen der Batterie 30 und dem Traktionsnetz 32 in der Praxis von nur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geschaltet, welche in der Lage ist, gleichzeitig mehrere (in diesem Fall zwei) Hochvolt-Verbindungen zu schalten. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dann mehrere Isolierkörper 7 sowie mehrere erste Kontakte 1 und zweite Kontakte 2, wobei jeder erste Kontakt 1 und jeder zweite Kontakt 2 einer Hochvolt-Verbindung zugeordnet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dann derart ausgestaltet, dass durch die Betätigung des Bowdenzugs 8 die mehreren Isolierkörper 7 gleichzeitig jeweils zwischen ein Paar von Kontakten 1, 2 geschoben werden, um dadurch die entsprechende Hochvolt-Verbindung zu öffnen, oder gleichzeitig jeweils aus dem Zwischenraum eines Paares von Kontakten 1, 2 entfernt werden, um dadurch die entsprechende Hochvolt-Verbindung schließen zu können. Die Anzahl der Isolierkörper 7 und die Anzahl der Paare von Kontakten 1, 2 entspricht der Anzahl der zu schaltenden Hochvolt-Verbindungen. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel würde die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Isolierkörper und zwei Paare von Kontakten 1, 2 aufweisen.
Bezugszeichenliste

1–6: Kontakt
7: Isolierkörper
8: Bowdenzug
11–12: Bewegungsrichtung
13: Feder
14: elektrischer Widerstand
15: flexibles Rohr
16: Hebel
17: Kettenglied
18: Feder
19: Elektromagnet
20: Vorrichtung bzw. Schalter
21: Bowdenzug
23: Innenelement
22, 24: Position
25, 26: Federkraft
27: Spulenkraft
30: HV-Batterie
31: Anschlüsse zur Gleichstrom-Ladedose
32: Anschlüsse zum Traktionsnetz
R_VL: elektrischer Vorladewiderstand
S: Schalter
S_DC+: Schalter
S_DC–: Schalter
S_VL: Schalter
S_HV+: Schalter
S_HV–: Schalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1590296 [0002]
WO 2014/031312 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Schalten einer Hochvolt-Verbindung für ein Fahrzeug (10), wobei die Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) einen ersten Kontakt (1), einen zweiten Kontakt (2), einen festen Isolierkörper (7) und ein flexibles Kraftübertragungselement (8) umfasst, wobei die Hochvolt-Verbindung geschlossen ist, wenn der erste Kontakt (1) den zweiten Kontakt (2) berührt, wobei die Hochvolt-Verbindung offen ist, wenn der erste Kontakt (1) den zweiten Kontakt (2) nicht berührt, wobei der feste Isolierkörper (7) mit dem flexiblen Kraftübertragungselement (8) verbunden ist und mittels des flexiblen Kraftübertragungselements (8) zwischen den ersten Kontakt (1) und den zweiten Kontakt (2) bewegbar ist, um die beiden Kontakte (1, 2) zu trennen, wodurch die Hochvolt-Verbindung getrennt ist, und wobei der feste Isolierkörper (7) mittels des flexiblen Kraftübertragungselements (8) zwischen dem ersten Kontakt (1) und dem zweiten Kontakt (2) weg bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung darüber hinaus Krafterzeugungsmittel (13) umfasst, dass der erste Kontakt (1) mittels einer Kraft der Krafterzeugungsmittel (13) in Richtung des zweiten Kontakts (2) schiebbar ist, und dass sich die beiden Kontakte (1, 2) aufgrund der Kraft der Krafterzeugungsmittel (13) berühren, wenn der feste Isolierkörper (7) mittels des flexiblen Kraftübertragungselements (8) zwischen dem ersten Kontakt (1) und dem zweiten Kontakt (2) weg bewegt wird, wodurch die Hochvolt-Verbindung geschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung darüber hinaus erste Krafterzeugungsmittel (18) und zweite Krafterzeugungsmittel (19) umfasst, dass der erste Kontakt (1) mittels einer Kraft der ersten Krafterzeugungsmittel (18) von dem zweiten Kontakt (2) weg schiebbar ist, und dass die zweiten Krafterzeugungsmittel (19) schaltbar sind und im eingeschalteten Zustand eine Kraft erzeugen, um den ersten Kontakt (1) gegen die Kraft der ersten Krafterzeugungsmittel (18) in Richtung des zweiten Kontakts (2) zu schieben, so dass sich die beiden Kontakte (1, 2) aufgrund der Kraft der Krafterzeugungsmittel (13) berühren, wenn der feste Isolierkörper (7) mittels des flexiblen Kraftübertragungselements (8) zwischen dem ersten Kontakt (1) und dem zweiten Kontakt (2) weg bewegt ist, wodurch die Hochvolt-Verbindung geschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Kraftübertragungselement einen Bowdenzug (8) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) ausgestaltet ist, so dass eine mittels des Bowdenzugs (8) übertragene Druckkraft zu einem Öffnen der Hochvolt-Verbindung führt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) einen dritten Kontakt (3) und einen vierten Kontakt (4) umfasst, dass der dritte Kontakt (3) fest mit dem Isolierkörper (7) verbunden ist, und dass die Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) ausgestaltet ist, so dass abhängig von einer elektrischen Verbindung zwischen dem dritten Kontakt (3) und dem vierten Kontakt (4) erfassbar ist, ob der erste Kontakt (1) und der zweite Kontakt (2) getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Widerstand (14) mit dem dritten Kontakt (3) elektrisch verbunden ist, so dass eine elektrische Widerstandsänderung an dem vierten Kontakt (4) messbar ist, wenn die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt (3) und dem vierten Kontakt (4) vorliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) einen weiteren Bowdenzug (21) umfasst, dass ein Innenelement (23) des weiteren Bowdenzugs (21) fest mit dem Isolierkörper (7) verbunden ist, so dass sich bei einer Bewegung des Isolierkörpers (7) das Innenelement (23) bezüglich einer Hülle des weiteren Bowdenzugs (21) bewegt, um dadurch anzuzeigen, ob der erste Kontakt (1) und der zweite Kontakt (2) getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) einen Hall-Sensor umfasst, dass mit dem Hall-Sensor eine Lage des ersten Kontakts (1) bezüglich des zweiten Kontakts (2) erfassbar ist, um dadurch zu erfassen, ob der erste Kontakt (1) und der zweite Kontakt (2) getrennt sind.
Fahrzeug mit einer Vorrichtung (S_HV+; S_HV–; 20) nach einem der Ansprüche 1–9.