DE102020202970B4 - High voltage contactor - Google Patents
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Abstract
Hochvoltschütz (1), umfassend eine Kontaktbrücke (3) mit zwei Hauptkontakten (7), zwei Hochvoltkontakte (6) und einen Anker (4), wobei das Hochvoltschütz (1) derart ausgebildet ist, dass in einer Ruhelage die Hauptkontakte (7) von den Hochvoltkontakten (6) getrennt sind und in einer Schaltstellung jeweils ein Hauptkontakt (7) einen Hochvoltkontakt (6) kontaktiert, sodass die Hochvoltkontakte (6) über die Kontaktbrücke (3) elektrisch verbunden sind, wobei jedem Hauptkontakt (7) ein Hilfskontakt (8) zugeordnet ist, wobei die Hilfskontakte (8) elektrisch mit der Kontaktbrücke (3) verbunden sind, wobei die Hilfskontakte (8) federnd gelagert sind, wobei die Hilfskontakte (8) einen größeren elektrischen Widerstand aufweisen als die Hauptkontakte (7), wobei das Hochvoltschütz (1) derart ausgebildet ist, dass bei einem Trennen der Hauptkontakte (7) von den Hochvoltkontakten (6) die Hilfskontakte (8) mit den Hochvoltkontakten (6) verbunden bleiben oder zeitlich verzögert zu den Hauptkontakten (7) sich von den Hochvoltkontakten (6) trennen, wobei der Hauptkontakt (7) konzentrisch um seinen Hilfskontakt (8) angeordnet ist.High-voltage contactor (1), comprising a contact bridge (3) with two main contacts (7), two high-voltage contacts (6) and an armature (4), the high-voltage contactor (1) being designed such that in a rest position the main contacts (7) of the high-voltage contacts (6) are separated and in a switching position a main contact (7) contacts a high-voltage contact (6), so that the high-voltage contacts (6) are electrically connected via the contact bridge (3), with each main contact (7) having an auxiliary contact (8 ) is assigned, the auxiliary contacts (8) being electrically connected to the contact bridge (3), the auxiliary contacts (8) being resiliently mounted, the auxiliary contacts (8) having a greater electrical resistance than the main contacts (7), whereby the High-voltage contactor (1) is designed in such a way that when the main contacts (7) are separated from the high-voltage contacts (6), the auxiliary contacts (8) remain connected to the high-voltage contacts (6) or are separated from the high-voltage contacts (7) with a time delay to the main contacts (7). 6), the main contact (7) being arranged concentrically around its auxiliary contact (8).
Description
Die Erfindung betrifft ein Hochvoltschütz, insbesondere ein Hochvoltschütz für ein Traktionsnetz eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.The invention relates to a high-voltage contactor, in particular a high-voltage contactor for a traction network of an electric or hybrid vehicle.
Zu den Funktionen von Hochvoltschützen im Bereich der Elektromobilität gehören das Führen und Schalten von Strömen bis in den Kiloamperebereich bei Gleichspannungen von 400 V und mehr sowie das sichere Trennen von Überströmen im Fehlerfall. Ein Problem bei Hochvoltschützen ist die sogenannte Levitation, d.h. das Öffnen des Kontakts aufgrund des durch den Kontakt fließenden Stroms. Die resultierende Levitationskraft wirkt dabei der Kontaktschließkraft entgegen. Die Abstoßung entsteht dadurch, dass die Kontakte sich nicht vollflächig berühren, sondern der Strom durch eine punktuelle Engstelle fließen muss. Die entgegengesetzten Stromrichtungen erzeugen dann einander abstoßende Magnetfelder. Ein Problem bei Levitation ist, dass es zu einer Verklebung der Kontakte aufgrund von Lichtbögen kommen kann.The functions of high-voltage contactors in the field of electromobility include conducting and switching currents up to the kiloampere range at DC voltages of 400 V and more, as well as the safe isolation of overcurrents in the event of a fault. A problem with high-voltage contactors is so-called levitation, i.e. the opening of the contact due to the current flowing through the contact. The resulting levitation force counteracts the contact closing force. The repulsion occurs because the contacts do not touch each other over the entire surface, but rather the current has to flow through a narrow point. The opposing current directions then create mutually repelling magnetic fields. A problem with levitation is that the contacts can stick due to arcing.
Aus der
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Hochvoltschütz zu schaffen, bei dem das Problem der Levitation reduziert wird und kompakt aufgebaut ist.The invention is based on the technical problem of creating a high-voltage contactor in which the problem of levitation is reduced and has a compact structure.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Hochvoltschütz mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from a high-voltage contactor with the features of
Hierzu umfasst das Hochvoltschütz eine Kontaktbrücke mit zwei Hauptkontakten, zwei Hochvoltkontakte und einen Anker, wobei das Hochvoltschütz derart ausgebildet ist, dass in einer Ruhelage die Hauptkontakte von den Hochvoltkontakten getrennt sind und in einer Schaltstellung jeweils ein Hauptkontakt einen Hochvoltkontakt kontaktiert, sodass die Hochvoltkontakte über die Kontaktbrücke elektrisch verbunden sind. Dabei ist jedem Hauptkontakt ein Hilfskontakt zugeordnet, wobei die Hilfskontakte elektrisch mit der Kontaktbrücke verbunden sind, wobei die Hilfskontakte federnd gelagert sind. Dabei weisen die Hilfskontakte einen größeren elektrischen Widerstand auf als die Hauptkontakte. Das Hochvoltschütz ist derart ausgebildet, dass bei einem Trennen der Hauptkontakte von den Hochvoltkontakten die Hilfskontakte mit den Hochvoltkontakten verbunden bleiben oder zeitlich verzögert zu den Hauptkontakten sich von den Hochvoltkontakten trennen. Hierdurch wird die Levitation verhindert bzw. deren Auswirkungen reduziert. Kommt es zu einem Abheben der Hauptkontakte, so wird der Stromfluss nicht abrupt unterbrochen, sondern dieser wird über die Hilfskontakte aufrechterhalten, wobei dieser jedoch durch den höheren Widerstand reduziert wird. Damit wird eine Lichtbogenbildung zunächst verhindert und die Levitationskräfte reduziert, sodass die Hauptkontakte wieder in die Schaltstellung zurückkehren können. Ist hingegen die Levitationskraft derart groß, dass auch die Hilfskontakte abreißen, so ist der Lichtbogen zumindest nicht so groß. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Hochvoltschütz auch beim gewünschten Trennen, also dem Schalten von der Schaltstellung in die Ruhelage, bei induktiven Lasten die auftretenden Überspannungen und damit die Lichtbogenbildung reduziert.For this purpose, the high-voltage contactor comprises a contact bridge with two main contacts, two high-voltage contacts and an armature, the high-voltage contactor being designed such that in a rest position the main contacts are separated from the high-voltage contacts and in a switching position one main contact contacts a high-voltage contact, so that the high-voltage contacts via the Contact bridge are electrically connected. Each main contact is assigned an auxiliary contact, the auxiliary contacts being electrically connected to the contact bridge, the auxiliary contacts being resiliently mounted. The auxiliary contacts have a greater electrical resistance than the main contacts. The high-voltage contactor is designed in such a way that when the main contacts are separated from the high-voltage contacts, the auxiliary contacts remain connected to the high-voltage contacts or separate from the high-voltage contacts with a time lag to the main contacts. This prevents levitation or reduces its effects. If the main contacts are lifted, the current flow is not abruptly interrupted, but is maintained via the auxiliary contacts, although this is reduced by the higher resistance. This causes arcing initially prevented and the levitation forces reduced so that the main contacts can return to the switching position. However, if the levitation force is so great that the auxiliary contacts also break off, then the arc is at least not that large. Another advantage is that the high-voltage contactor also reduces the overvoltages that occur with inductive loads and thus the formation of arcs when disconnecting, i.e. switching from the switching position to the rest position.
Dabei ist der Hauptkontakt konzentrisch um seinen Hilfskontakt angeordnet. Dies erlaubt ein sehr kompaktes Design.The main contact is arranged concentrically around its auxiliary contact. This allows for a very compact design.
In einer Ausführungsform ist das Hochvoltschütz derart ausgebildet, dass bei einem Wechsel von der Ruhelage in die Schaltstellung die Hilfskontakte vor dem Hauptkontakt die Hochvoltkontakte kontaktieren, sodass die Einschaltströme, insbesondere beim Einschalten kapazitiver Lasten, wirkungsvoll begrenzt werden.In one embodiment, the high-voltage contactor is designed such that when changing from the rest position to the switching position, the auxiliary contacts contact the high-voltage contacts in front of the main contact, so that the inrush currents, in particular when switching on capacitive loads, are effectively limited.
In einer weiteren Ausführungsform stehen die Hilfskontakte in der Ruhelage über die Hauptkontakte vor und/oder die Hochvoltkontakte weisen im Bereich der Hilfskontakte einen Vorsprung auf, sodass konstruktiv sehr einfach das gewünschte Verhalten realisiert werden kann.In a further embodiment, the auxiliary contacts protrude above the main contacts in the rest position and/or the high-voltage contacts have a projection in the area of the auxiliary contacts, so that the desired behavior can be implemented very easily in terms of design.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Hilfskontakte aus einem anderen Material als die Hauptkontakte. Somit lässt sich der höherohmige Widerstand sehr leicht realisieren. Des Weiteren kann dann der Hilfskontakt aus einem besonderen robusten Material bezüglich Lichtbögen bilden.In a further embodiment, the auxiliary contacts are made of a different material than the main contacts. This means that the higher-resistance resistance can be implemented very easily. Furthermore, the auxiliary contact can then be made of a particularly robust material with regard to arcing.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1 ein Hochvoltschütz in einer schematischen Seitenansicht in einer Ruhelage, -
2 eine perspektivische Darstellung eines Hauptkontaktes mit Hilfskontakt, -
3 das Hochvoltschütz in einer Schaltstellung, -
4 das Hochvoltschütz mit abgehobenen Haupt- und Hilfskontakten und -
5 ein Hochvoltschütz in einer alternativen nicht-anspruchgsgemäßen Ausführungsform in einer Ruhelage.
-
1 a high-voltage contactor in a schematic side view in a rest position, -
2 a perspective view of a main contact with auxiliary contact, -
3 the high-voltage contactor in a switching position, -
4 the high-voltage contactor with lifted main and auxiliary contacts and -
5 a high-voltage contactor in an alternative embodiment not claimed in a rest position.
Das Hochvoltschütz 1 umfasst ein Gehäuse 2, eine Kontaktbrücke 3, einen Anker 4, eine Spule 5, zwei Hochvoltkontakte 6, zwei Hauptkontakte 7 sowie zwei Hilfskontakte 8, die auf Federn 9 gelagert sind. Die Spule 5 weist elektrische Anschlüsse 10 auf, die aus dem Gehäuse 2 herausgeführt sind. Der Anker 4 ist federnd gelagert. Bei entspannter Feder 9 ragen die Hilfskontakte 8 über die Hauptkontakte 7 hinaus. Des Weiteren weisen die Hochvoltkontakte 6 jeweils an den Kontaktbereichen der Hilfskontakte 8 einen Vorsprung 11 auf. Der Hilfskontakt 8 wird dabei von seinem Hauptkontakt 7 konzentrisch umschlossen, wobei der Hauptkontakt 7 zylindrisch ausgebildet ist (siehe
Ein ähnliches Verhalten stellt sich am regulären Schalten von der Schaltstellung in die Ruhelage mit induktiver Last ein. Aufgrund der Tatsache, dass die Hilfskontakte 8 temporär noch den Strom übernehmen, wird die induzierte Überspannung reduziert und der mögliche Lichtbogen auf die Hilfskontakte 8 weitgehend beschränkt. Der Vorsprung 11 besteht dabei vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Hilfskontakt 8.A similar behavior occurs when regularly switching from the switching position to the rest position with an inductive load. Due to the fact that the
Der Vorteil der Ausführungsform gemäß den
In der
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- HochvoltschützHigh voltage contactor
- 22
- GehäuseHousing
- 33
- KontaktbrückeContact bridge
- 44
- Ankeranchor
- 55
- SpuleKitchen sink
- 66
- HochvoltkontaktHigh voltage contact
- 77
- HauptkontaktMain contact
- 88th
- HilfskontaktAuxiliary contact
- 99
- FederFeather
- 1010
- elektrische Anschlüsseelectrical connections
- 1111
- Vorsprunghead Start
- 1212
- Löschblechblotter
- 1313
- BlasmagnetBlow magnet
- AA
- AbstandDistance
- Bb
- KontaktbreiteContact width
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