DE102015202221A1 - Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) für ein nachladbares Hochvolt-Batteriesystem, welches einen Hochvolt-Stromkreis mit einer Traktionsleitung (16) umfasst. Die Kurzschlusstrennvorrichtung (10) umfasst eine Spule (11), die aus zumindest einer Windung (15) der Traktionsleitung (16) besteht, und einen drehbar gelagerten beweglichen Schaltkontakt (12), wobei der Schaltkontakt (12) elektrisch mit der Spule (11) verbindbar ist. Der Schaltkontakt (12) ist von einem Magnetfeld der Spule (11) bewegbar, welches sich ausbildet, wenn ein Kurzschlussstrom durch die Spule (11) fließt. Durch die Bewegung des Schaltkontaktes (12) ist ein Stromfluss durch die Traktionsleitung (16) unterbrechbar.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen Unterbrechen eines Hochvolt-Stromkreises eines Hochvolt-Batteriesystems.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft nachladbare Hochvolt-Batteriesysteme für Elektro- und Hybridfahrzeuge, und insbesondere eine automatische Kurzschlusstrennvorrichtung für nachladbare Hochvolt-Batteriesysteme sowie ein Verfahren zum automatischen Unterbrechen eines Hochvolt-Stromkreises eines Hochvolt-Batteriesystems.
  • Stand der Technik
  • Die Automobilindustrie senkt den Verbrauch fossiler Treibstoffe unter anderem durch eine graduelle Elektrifizierung der Fahrzeugantriebe, sogenannter hybrid-elektrische (HEV) oder batterie-elektrische (BEV) Fahrzeuge. Außerdem werden zunehmend Hilfs- und Nebenaggregate solcher Fahrzeuge elektrifiziert, wie beispielsweise die elektrische Servolenkung. Um die bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen geforderte Leistung zu erbringen, werden Hochvolt-Batteriesysteme als aufladbare bzw. nachladbare Energiespeicher eingesetzt. Hochvolt-Batteriesysteme umfassen beispielsweise Nickel-Metallhydrid, Lithium-Ionen und Natrium-Nickelchlorid Batteriesysteme. Immer häufiger kommen Lithium-Ionen Batterien zum Einsatz, da diese sich durch ihre relativ hohen Energiedichten und Zellspannungen auszeichnen. Bei Elektrofahrzeugen weisen solche Batteriesysteme teilweise Spannungen über 450 V auf, und auch bei Hybridfahrzeugen wird die für den Kontakt mit Menschen als Unbedenklichkeitsschwelle angenommene Spannung von 60 V überschritten.
  • Zur einseitigen oder beidseitigen Abtrennung eines Hochvolt-Batteriesystems von einem Verbrauchsnetz, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, können Hochvolt-Batteriesysteme mit Trenneinrichtungen, zum Beispiel Schmelzsicherungen und Schützen, versehen sein. Eine Schmelzsicherung ist eine Überstromschutzeinrichtung, die durch das Abschmelzen eines Schmelzleiters den Stromkreis unterbricht, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet. Ein Schütz bzw. Schaltschütz ist ein elektrisch oder pneumatisch betätigter Schalter für große elektrische Leistungen, der in seinem Aufbau Ähnlichkeiten mit einem Relais aufweist und von einem Steuergerät angesteuert wird. Es sind beispielsweise Halbleiterschütze und elektromechanische Schütze bekannt.
  • Typischerweise verfügen Hochvolt-Batteriesysteme über mindestens eine Schmelzsicherung und mindestens ein Hauptschütz, um einen batterieexternen Kurzschluss trennen zu können. Lithium-Ionen Batteriesysteme weisen Kurzschlussströme von bis zu etwa 10 kA und Betriebsstromspitzen von etwa 400 A auf, woraus sich hohe Anforderungen an eine Gleichspannungs-Schmelzsicherung ergeben. Schmelzsicherungen haben zudem den Nachteil, dass sie durch Vibrationen im Normalbetrieb ausfallen können. Die Trennung moderater Kurzschlussströme im Bereich von 0,8 bis 2 kA wird wegen der kennlinienbedingten längeren Auslösezeit der Schmelzsicherungen in diesem Bereich typischerweise von einem Schütz übernommen. Die Ansteuerung von Schützen ist jedoch zeitkritisch und schwer umsetzbar.
  • Aus der Druckschrift DE 199 15 010 A1 ist ein Batterietrennschalter bekannt, der in den Laststromkreis eines Fahrzeuges geschaltet werden kann. In einem Fehlerfall löst ein Elektromagnetsystem ein Trennelement aus einer Normalbetriebsposition, sodass sich das Trennelement durch Federkraft in eine Trennposition bewegen kann, wobei ein keilförmiger Trennabschnitt des Trennelementes einen beweglichen Schaltkontakt von einem Festkontakt trennt und einen dabei auftretenden Lichtbogen zum Erlöschen bringt. Über ein Rückstellorgan kann das Trennelement wieder in seine Normalbetriebsposition zurückgebracht werden.
  • Aus der Druckschrift JP 2013 257 965 A ist weiterhin ein Schütz bekannt, das eine Kontaktbrücke aufweist, die mit einer Ansteuerspule verbunden ist. Bei Anlegen einer Spannung an die Ansteuerspule wird die Kontaktbrücke zum Schließen des Schützes nach oben zu zwei Polen bewegt wird. Ein keilförmiges Trennelement wird bei geöffnetem Schütz mittels einer Feder zwischen die Kontaktbrücke und zumindest einen der Pole bewegt, sodass der Schütz geöffnet bleibt.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurzschlusstrennvorrichtung für ein Hochvolt-Batteriesystem zur Verfügung zu stellen, die Schmelzsicherungen und/oder Schütze in einem Hochvoltsystem ersetzen oder zumindest ergänzen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine automatische Kurzschlusstrennvorrichtung für ein Hochvolt-Batteriesystem und ein Verfahren zum automatischen Unterbrechen eines Hochvolt-Stromkreises eines Hochvolt-Batteriesystems vorgeschlagen.
  • Dementsprechend sieht die Erfindung eine automatische Kurzschlusstrennvorrichtung für ein nachladbares Hochvolt-Batteriesystem, welches einen Hochvolt-Stromkreis mit einer Traktionsleitung umfasst, vor. Die Kurzschlusstrennvorrichtung umfasst eine Spule, die aus zumindest einer Windung der Traktionsleitung besteht, und einen drehbar gelagerten beweglichen Schaltkontakt. Der Schaltkontakt ist elektrisch mit der Spule verbindbar. Der Schaltkontakt ist weiterhin von einem Magnetfeld der Spule bewegbar, welches sich ausbildet, wenn ein Kurzschlussstrom durch die Spule fließt. Durch die Bewegung des Schaltkontaktes ist ein Stromfluss durch die Traktionsleitung unterbrechbar.
  • Die erfindungsgemäße automatische Kurzschlusstrennvorrichtung bietet den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass bei einer relativ geringen Induktivität ein ausreichend starkes Magnetfeld erzeugt und somit der Stromfluss durch die Traktionsleitung im Falle eines Kurzschlusses unterbrochen werden kann. Komponenten in dem gesamten Hochvolt-Netz können mit der automatischen Kurzschlusstrennvorrichtung geschützt und Folgeschäden bis hin zu einem Fahrzeugbrand verhindert werden. Mit der erfindungsgemäßen automatischen Kurzschlusstrennvorrichtung können gegenwärtig verwendete Schmelzsicherungen und/oder Schütze ersetzt oder zumindest ergänzt werden. Eine aufwendige Regelung der Schützsteuerung ist somit nicht mehr notwendig.
  • Aus dem Stand der Technik bekannte Schmelzsicherungen weisen eine stetige Kennlinie auf. Die erfindungsgemäße automatische Kurzschlusstrennvorrichtung bietet den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass ein Schwellwert festgelegt werden kann, ab dem die Vorrichtung den Kurzschluss trennt. Alterungsprozesse durch den Normalbetrieb, wie sie typischerweise bei einer Schmelzsicherung auftreten, sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeschlossen. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße automatische Kurzschlusstrennvorrichtung wiederholt einsetzbar, was bei einer Schmelzsicherung ausgeschlossen ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kurzschlusstrennvorrichtung weiterhin einen Festkontakt umfasst, der im Normalbetrieb in elektrischem Kontakt mit dem Schaltkontakt steht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schaltkontakt als ein drehbar gelagerter Hebel ausführbar ist, der ein freies Ende und einen dem freien Ende gegenüberliegenden Drehpunkt aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kurzschlusstrennvorrichtung weiterhin ein Trennelement aufweist, das zwischen den Schaltkontakt und den Festkontakt bewegbar ist, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt und dem Schaltkontakt mechanisch vermeidbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Trennelement einen Trennabschnitt umfasst, der so ausgeführt ist, dass ein Lichtbogen zwischen dem Schaltkontakt und dem Festkontakt mit dem Trennabschnitt trennbar ist.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Trennelement eine Feder umfasst, mit der der Trennabschnitt linear bewegbar ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Spule und der Abstand der Spule zum Schaltkontakt so auslegbar sind, dass in einem Kurzschlussstrombereich von etwa 0,8 bis etwa 10 kA die Magnetfeldstärke zum Bewegen des Schaltkontaktes ausreichend ist. Somit regelt sich die erfindungsgemäße Kurzschlusstrennvorrichtung selbst und eine schnelle Regelung der Hauptschützabschaltung ist nicht mehr notwendig.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Normalbetrieb ein Traktionsstrom durch die Spule fließt, wobei die Spule und der Abstand der Spule zum Schaltkontakt so auslegbar sind, dass der Schaltkontakt durch das durch den Traktionsstrom in der Spule erzeugte Magnetfeld nicht bewegbar ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Haltefeder zwischen dem Festkontakt und dem Schaltkontakt so positioniert ist, dass im Normalbetrieb ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt und dem Schaltkontakt gewährleistbar ist.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zum automatischen Unterbrechen eines Hochvolt-Stromkreises eines Hochvolt-Batteriesystems vorgeschlagen. Der Hochvolt-Stromkreis umfasst eine Traktionsleitung. Eine automatische Kurzschlusstrennvorrichtung nach wird in die Traktionsleitung integriert. Im Normalbetrieb steht der Schaltkontakt in elektrischem Kontakt mit dem Festkontakt. Durch einen Kurzschlussstrom in der Spule wird ein Magnetfeld erzeugt, durch das der Schaltkontakt zu der Spule hin bewegt wird und der elektrische Kontakt des Schaltkontaktes mit dem Festkontakt unterbrochen wird. Der Trennabschnitt des Trennelementes wird zwischen den Festkontakt und den Schaltkontakt bewegt. Ein elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt und dem Schaltkontakt wird von dem Trennabschnitt des Trennelementes vermieden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße automatische Kurzschlusstrennvorrichtung für (nachladbare) Hochvolt-Batteriesysteme.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In der 1 ist eine erfindungsgemäße automatische Kurzschlusstrennvorrichtung 10 für nachladbare Hochvolt-Batteriesysteme entsprechend einer Ausführungsform gezeigt. Solch ein Hochvolt-Batteriesystem kann beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugsystemen angewandt werden. Alle Spannungen > 60 V DC und > 25 V AC gelten nach dem Stand der Technik als Hochvolt (HV). Hochvolt-Batteriesysteme umfassen beispielsweise Nickel-Metallhydrid, Lithium-Ionen und Natrium-Nickelchlorid Batteriesysteme.
  • Die automatische Kurzschlusstrennvorrichtung 10 ist entsprechend einer Ausführungsform Bestandteil eines Hochvolt-Stromkreises eines Hochvolt-Batteriesystems. Der Hochvolt-Stromkreis weist typischerweise eine Traktionsleitung auf, durch die ein Traktionsstrom fließt. Eine Traktionsleitung kann der elektrischen Verbindung zwischen einer Leistungselektronik und Batteriemodulen des Hochvolt-Batteriesystems dienen. Mögliche Einbauorte der automatischen Kurzschlusstrennvorrichtung 10 in einem Hochvolt-Batteriesystem sind beispielsweise die Positionen der nach dem Stand der Technik verwendeten Schütze oder die Position der typischerweise verwendeten Hauptsicherung.
  • Die Kurzschlusstrennvorrichtung 10 umfasst eine Spule 11, einen beweglichen Schaltkontakt 12, einen Festkontakt 13 und ein Trennelement 14. Die Spule 11 besteht aus einem Stromleiter und weist zumindest eine Windung 15 auf. Die Spule 11 kann mit einem weichmagnetischen Kern, beispielsweise einem Eisenkern, versehen sein. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Spule 11 aus einigen Windungen einer Traktionsleitung 16 des Hochvolt-Stromkreises des Hochvolt-Batteriesystems bestehen. Die Traktionsleitung 16 stellt typischerweise eine elektrische Verbindung von zumindest einem Batteriemodul zu einer Last her. Ein Ende der Spule 11 kann mit einem Lastkreis verbunden sein. Das andere Ende der Spule 11 kann mit dem beweglichen Schaltkontakt 12 verbunden sein.
  • Der bewegliche Schaltkontakt 12 ist vorzugsweise drehbar gelagert, beispielsweise als ein drehbar gelagerter Hebel bzw. eine drehbar gelagerte Kontaktschwinge, ausgeführt. Der bewegliche Schaltkontakt 12 weist ein freies Ende 18 und einen dem freien Ende 18 gegenüberliegenden Drehpunkt 19 auf. Der Drehpunkt 19 kann als Rotationsachse ausgebildet sein. Der bewegliche Schaltkontakt 12 ist vorzugsweise über den Drehpunkt 19 mit der Spule 11 elektrisch verbunden. Der bewegliche Schaltkontakt 12 ist im Normalbetrieb vorzugsweise parallel zu den Windungen 15 der Spule 11 ausgerichtet, sodass der Schaltkontakt 12 von einem Magnetfeld der Spule 11 angezogen wird, welches sich ausbildet, wenn ein Kurzschlussstrom durch die Spule 11 fließt. Dabei dreht sich der bewegliche Schaltkontakt 12 um den Drehpunkt 19 und das freie Ende 18 bewegt sich zur Spule 11 hin. Der bewegliche Schaltkontakt 12 weist weiterhin eine Kontaktoberfläche 21 auf, die der Spule 11 abgewandt und dem Festkontakt 13 zugewandt ist. Der bewegliche Schaltkontakt 12 ist vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt.
  • Der Festkontakt 13 ist entsprechend einer Ausführungsform parallel zu dem beweglichen Schaltkontakt 12 angeordnet. Der Festkontakt 13 weist ein Kontaktelement 22 auf, welches im Normalbetrieb bzw. im normalen Betriebszustand in elektrischem Kontakt mit der Kontaktoberfläche 21 des beweglichen Schaltkontaktes 12 steht. Der Festkontakt 13 kann mit einem Pol zumindest eines Batteriemoduls oder anderen Typen von Hochvolt-Gleichspannungsquellen elektrisch verbunden sein.
  • Da der Festkontakt 13 mit zumindest einem Batteriemodul des Hochvolt-Batteriesystems und mit dem beweglichen Schaltkontakt 12 elektrisch verbunden sein kann und da der bewegliche Schaltkontakt 12 mit der Spule 11 und somit mit der Traktionsleitung 16 elektrisch verbunden sein kann, fließt im Normalbetrieb ein Traktionsstrom durch die Kurzschlusstrennvorrichtung 10. Die Spule 11 und der Abstand der Spule 11 zum beweglichen Schaltkontakt 12 sind vorzugsweise so ausgelegt, dass das durch den Traktionsstrom in der Spule 11 erzeugte Magnetfeld den Trennmechanismus nicht auslöst und demzufolge der bewegliche Schaltkontakt 12 nicht von der Spule 11 angezogen wird.
  • Zusätzlich kann eine Haltefeder 23 zwischen dem Festkontakt 13 und dem beweglichen Schaltkontakt 12 positioniert sein, sodass im Normalbetrieb ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt 13 und dem beweglichen Schaltkontakt 12 gewährleistet ist. Weitere Positionen für die Haltefeder 23 können möglich sein.
  • Das Trennelement 14 weist einen im Wesentlichen keilförmigen isolierenden Trennabschnitt 24, einen Trennkeil, auf. Andere Gestaltungsformen des Trennabschnittes 24 können möglich sein. Wird nun beim Fließen eines Kurzschlussstromes durch die Spule 11 der bewegliche Schaltkontakt 12 von dem Magnetfeld der Spule 11 angezogen und somit die elektrische Verbindung zu dem Festkontakt 13 unterbrochen, wird der Trennabschnitt 24 automatisch und ohne Zeitverzögerung zwischen das Kontaktelement 22 des Festkontaktes 13 und die Kontaktoberfläche 21 des beweglichen Schaltkontakts 12 geschoben. Dadurch wird die Kurzschlusstrennvorrichtung 10 mechanisch offen gehalten. Der Trennabschnitt 24 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass er einen beim Öffnen des Schaltkontaktes 12 entstehenden Lichtbogen trennt. Der Trennabschnitt 24 kann entsprechend einer Ausführungsform aus einem Keramikmaterial gefertigt sein.
  • Das Trennelement 14 weist weiterhin eine Feder 25 auf, die ermöglicht, dass sich der Trennabschnitt 24 beim Öffnen des Schaltkontaktes 12 automatisch und ohne Zeitverzögerung zwischen das Kontaktelement 22 des Festkontaktes 13 und die Kontaktoberfläche 21 des beweglichen Schaltkontakts 12 bewegen kann. Die Feder 25 kann beispielsweise eine Spiralfeder sein. Die Feder 25 ist vorzugsweise an einem Ende fest verankert und an dem gegenüberliegenden Ende mit dem Trennabschnitt 24 verbunden. Die Feder 25 ist im Normalbetrieb vorgespannt. Wird der Feder 25 die Möglichkeit gegeben, sich zu entspannen, wird der Trennabschnitt 24 des Trennelementes 14 linear bewegt, und zwar weg von der Verankerung. Das Entspannen der Feder 25 kann durch das Öffnen des Schaltkontaktes 12 ausgelöst werden. Das Trennelement 14 kann entsprechend einer Ausführungsform einen Rückstellmechanismus (nicht gezeigt) aufweisen, der ermöglicht, dass der Trennabschnitt nach der Behebung des Kurzschlusses wieder in den Ausgangszustand zurückgeführt werden kann. Dabei wird die Feder 25 wieder gespannt und das Trennelement 14 ist erneut einsatzfähig.
  • Fließen hohe Ströme, beispielsweise Kurzschlussströme, durch die Spule 11 wird ein Magnetfeld erzeugt. Die Wirkung der magnetischen Kraft auf den ferromagnetischen beweglichen Schaltkontakt 12 hat ein Öffnen des beweglichen Schaltkontaktes 12 zur Folge. Das Öffnen des beweglichen Schaltkontaktes 12 erfolgt, indem der drehbar gelagerte bewegliche Schaltkontakt 12 von der Spule 11 angezogen wird, und sofort durch den Trennabschnitt 24 des Trennelementes 14 gesichert wird und somit geöffnet bleibt. Ein bei dem Öffnen des beweglichen Schaltkontaktes 12 entstehender Lichtbogen kann von dem Trennabschnitt 24 des Trennelementes 14 getrennt werden. Somit regelt die automatische Kurzschlusstrennvorrichtung 10 sich selbst.
  • Die Haltefeder 23 gewährleistet den sicheren elektrischen Kontakt zwischen dem Festkontakt 13 und dem beweglichen Schaltkontakt 12, und insbesondere zwischen dem Kontaktelement 22 des Festkontaktes 13 und der Kontaktoberfläche 21 des beweglichen Schaltkontaktes 12. Wird der Schaltkontakt 12 von der Spule angezogen, wird die Feder gespannt. Durch diese Federspannung wird es möglich, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Festkontakt 13 und dem beweglichen Schaltkontakt 12 nach Beheben der Ursache des Kurzschlusses automatisch wieder hergestellt wird. Damit ist die automatische Kurzschlusstrennvorrichtung 10 wiederholt einsetzbar.
  • Die Spule 11 und der Abstand der Spule 11 zum beweglichen Schaltkontakt 12 werden vorzugsweise so ausgelegt, dass in einem Kurzschlussstrombereich von etwa 0,8 bis etwa 10 kA die Magnetfeldstärke ausreicht, um den Trennmechanismus auszulösen. Zur Unterstützung ist auch der Einsatz eines Eisenkerns in der Spule 11 möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen automatischen Kurzschlusstrennvorrichtung 10 besteht die Spule 11, die zur Trennung des Schaltkontaktes 12 von dem Festkontakt 13 eingesetzt wird, aus einigen wenigen Windungen 15 der Traktionsleitung des Hochvolt-Batteriesystems. Beispielsweise wird bei n = 3 Windungen und einem Kurzschlussstrom von i >= 1 kA ein vergleichbares Magnetfeld erzeugt wie bei einer Auslösespule eines aus dem Stand der Technik bekannten Schützes. B = µr·µ0·i·n/l (1) mit:
  • B
    – magnetische Flussdichte
    µr
    – Permeabilitätszahl
    µ0
    – magnetische Feldkonstante
    l
    – Länge der Spule
    i
    – Stromstärke; i (Schütz) = 1 A
    n
    – Anzahl der Windungen; n (Schütz) = 3000
  • Das Produkt aus der Anzahl n der Windungen und der Stromstärke i der Spule ist für die erfindungsgemäße Kurzschlusstrennvorrichtung 10 mit n = 3 und i = 1000 A genauso groß wir für einen nach dem Stand der Technik bekannten Schützen mit n = 3000 und i = 1 A. Somit wird von den beiden Spulen ein vergleichbares Magnetfeld erzeugt.
  • Induktivitäten im Traktionsnetz eines Hochvolt-Batteriesystems sind typischerweise unerwünscht. Die Induktivität der Spule 11 der erfindungsgemäßen Kurzschlusstrennvorrichtung 10 ist jedoch sehr gering, da die Anzahl n der Windungen quadratisch in die Gleichung (2) der Induktivität eingeht und entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen automatischen Kurzschlusstrennvorrichtung 10 nur eine geringe Anzahl n von Windungen 15 notwendig ist. L = µr·µ0·A·n2/l (2) mit:
  • L
    – elektrische Induktivität
    µr
    – Permeabilitätszahl
    µ0
    – magnetische Feldkonstante
    l
    – Länge der Spule
    A
    – Querschnitt der Spule
    n
    – Anzahl der Windungen
  • Somit bietet die erfindungsgemäße automatische Kurzschlusstrennvorrichtung 10 den Vorteil, dass bei einer relativ geringen Induktivität ein ausreichend starkes Magnetfeld erzeugt und somit der Stromfluss durch die Traktionsleitung 16 im Falle eines Kurzschlusses unterbrochen werden kann. Komponenten in dem gesamten Hochvolt-Netz können mit der automatischen Kurzschlusstrennvorrichtung 10 geschützt und Folgeschäden bis hin zu einem Fahrzeugbrand verhindert werden.
  • Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispielen dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19915010 A1 [0005]
    • JP 2013257965 A [0006]

Claims (10)

  1. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) für ein nachladbares Hochvolt-Batteriesystem, welches einen Hochvolt-Stromkreis mit einer Traktionsleitung (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusstrennvorrichtung (10) eine Spule (11), die aus zumindest einer Windung (15) der Traktionsleitung (16) besteht, und einen drehbar gelagerten beweglichen Schaltkontakt (12) umfasst, wobei der Schaltkontakt (12) elektrisch mit der Spule (11) verbindbar ist, wobei der Schaltkontakt (12) von einem Magnetfeld der Spule (11) bewegbar ist, welches sich ausbildet, wenn ein Kurzschlussstrom durch die Spule (11) fließt, und wobei durch die Bewegung des Schaltkontaktes (12) ein Stromfluss durch die Traktionsleitung (16) unterbrechbar ist.
  2. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusstrennvorrichtung (10) weiterhin einen Festkontakt (13) umfasst, der im Normalbetrieb in elektrischem Kontakt mit dem Schaltkontakt (12) steht.
  3. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkontakt (12) als ein drehbar gelagerter Hebel ausführbar ist, der ein freies Ende (18) und einen dem freien Ende (18) gegenüberliegenden Drehpunkt (19) aufweist.
  4. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusstrennvorrichtung (10) weiterhin ein Trennelement (14) aufweist, das zwischen den Schaltkontakt (12) und den Festkontakt (13) bewegbar ist, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt (13) und dem Schaltkontakt (12) mechanisch vermeidbar ist.
  5. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) einen Trennabschnitt (24) umfasst, der so ausgeführt ist, dass ein Lichtbogen zwischen dem Schaltkontakt (12) und dem Festkontakt (13) mit dem Trennabschnitt (24) trennbar ist.
  6. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) eine Feder (25) umfasst, mit der der Trennabschnitt (24) linear bewegbar ist.
  7. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (11) und der Abstand der Spule (11) zum Schaltkontakt (12) so auslegbar sind, dass in einem Kurzschlussstrombereich von etwa 0,8 bis etwa 10 kA die Magnetfeldstärke zum Bewegen des Schaltkontaktes (12) ausreichend ist.
  8. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb ein Traktionsstrom durch die Spule (11) fließt, wobei die Spule (11) und der Abstand der Spule (11) zum Schaltkontakt (12) so auslegbar sind, dass der Schaltkontakt (12) durch das durch den Traktionsstrom in der Spule (11) erzeugte Magnetfeld nicht bewegbar ist.
  9. Automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltefeder (23) zwischen dem Festkontakt (13) und dem Schaltkontakt (12) so positioniert ist, dass im Normalbetrieb ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt (13) und dem Schaltkontakt (12) gewährleistbar ist.
  10. Verfahren zum automatischen Unterbrechen eines Hochvolt-Stromkreises eines Hochvolt-Batteriesystems, wobei der Hochvolt-Stromkreis eine Traktionsleitung (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Kurzschlusstrennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1–9 in die Traktionsleitung (16) integriert wird, wobei im Normalbetrieb der Schaltkontakt (12) in elektrischem Kontakt mit dem Festkontakt (13) steht, wobei durch einen Kurzschlussstrom in der Spule (11) ein Magnetfeld erzeugt wird, durch das der Schaltkontakt (12) zu der Spule (11) hin bewegt wird und der elektrische Kontakt des Schaltkontaktes (12) mit dem Festkontakt (13) unterbrochen wird, wobei der Trennabschnitt (24) des Trennelementes (14) zwischen den Festkontakt (13) und den Schaltkontakt (12) bewegt wird und wobei ein elektrischer Kontakt zwischen dem Festkontakt (13) und dem Schaltkontakt (12) von dem Trennabschnitt (24) des Trennelementes (14) vermieden wird.
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