DE102021104142A1

DE102021104142A1 - Switching device and coil assembly for vehicles

Info

Publication number: DE102021104142A1
Application number: DE102021104142.2A
Authority: DE
Inventors: Eginhard Vornberger; Alexander Kett
Original assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-08-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung für Batterien eines Fahrzeugs, eine Spulenanordnung für eine Umschaltvorrichtung und ein zugehöriges Fahrzeug. Ein Ausführungsbeispiel der Umschaltvorrichtung weist auf: einen Eingangsanschluss (1), einen Ausgangsanschluss (2), einen ersten Schaltpfad (10), der zwischen dem Eingangsanschluss (1) und dem Ausgangsanschluss (2) verläuft und eine erste Unterbrechung (12) und eine zweite Unterbrechung (14) aufweist; einen zweiten Schaltpfad (20), der zwischen dem Eingangsanschluss (1) und dem Ausgangsanschluss (2) verläuft und eine erste Unterbrechung (22) und eine zweite Unterbrechung (24) aufweist; und eine Kontaktanordnung (K20) mit einem ersten Kontaktelement (K22) und einem zweiten Kontaktelement (K24). Die Kontaktanordnung (K20) ist ausgebildet, einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand anzunehmen, wobei in dem ersten Schaltzustand die Kontaktanordnung (K20) derart angeordnet ist, dass das erste Kontaktelement (K22) die erste Unterbrechung (12) des ersten Schaltpfads (10) überbrückt und das zweite Kontaktelement (K24) die zweite Unterbrechung (14) des ersten Schaltpfads (10) überbrückt, und in dem zweiten Schaltzustand die Kontaktanordnung (K20) derart angeordnet ist, dass das erste Kontaktelement (K22) die erste Unterbrechung (22) des zweiten Schaltpfads (20) überbrückt und das zweite Kontaktelement (K24) die zweite Unterbrechung (24) des zweiten Schaltpfads (20) überbrückt.The present invention relates to a battery switching device for a vehicle, a coil assembly for a switching device and a vehicle therefor. An embodiment of the switching device has: an input connection (1), an output connection (2), a first switching path (10) which runs between the input connection (1) and the output connection (2) and a first interruption (12) and a second has an interruption (14); a second switching path (20) running between the input port (1) and the output port (2) and having a first break (22) and a second break (24); and a contact arrangement (K20) with a first contact element (K22) and a second contact element (K24). The contact arrangement (K20) is designed to assume a first switching state and a second switching state, with the contact arrangement (K20) being arranged in the first switching state in such a way that the first contact element (K22) has the first interruption (12) of the first switching path (10) bridged and the second contact element (K24) bridges the second interruption (14) of the first switching path (10), and in the second switching state the contact arrangement (K20) is arranged in such a way that the first contact element (K22) bridges the first interruption (22) of bridges the second switching path (20) and the second contact element (K24) bridges the second interruption (24) of the second switching path (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung für Batterien eines Fahrzeugs, eine Spulenanordnung für eine Umschaltvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Umschaltvorrichtung und/oder mit einer solchen Spulenanordnung.The present invention relates to a switching device for batteries in a vehicle, a coil arrangement for a switching device and a vehicle with such a switching device and/or with such a coil arrangement.

In batteriebetriebenen Fahrzeugen werden vermehrt Antriebsbatterien für Arbeitsspannungen im Bereich von 800 V eingesetzt. Bisher waren Arbeitsspannungen im Bereich von 400 V üblich. Der größte Anteil an öffentlich zugänglichen Ladestationen kann jedoch noch keine Ladespannung im Bereich 800 V bereitstellen. Zur Umgehung dieses Problems werden im Fahrzeug oftmals zwei identische Batteriestränge mit je der halben Arbeitsspannung zum Laden parallel geschaltet. Auf diese Weise kann auch an diesen Ladestationen (mit 400 V Ladespannung) das Fahrzeug (mit bis zu 800 V Arbeitsspannung) geladen werden, ohne dass noch ein separater Spannungswandler auf die hohe Batteriespannung erforderlich ist. Zum Fahrbetrieb nach dem Laden werden die beiden Batteriestränge dann wieder in Reihe geschaltet. Die in Reihe geschalteten Batteriestränge (von jeweils 400 V) können folglich eine Arbeitsspannung von 800 V bereitstellen.In battery-powered vehicles, drive batteries for working voltages in the range of 800 V are increasingly being used. Until now, working voltages in the range of 400 V were common. However, the majority of publicly accessible charging stations cannot yet provide a charging voltage in the 800 V range. To circumvent this problem, two identical battery strings, each with half the working voltage, are often connected in parallel in the vehicle for charging. In this way, the vehicle (with up to 800 V working voltage) can also be charged at these charging stations (with 400 V charging voltage) without the need for a separate voltage converter to the high battery voltage. For driving after charging, the two battery strings are then connected in series again. The series-connected battery strings (of 400 V each) can therefore provide a working voltage of 800 V.

Für den Automobilbereich sind aktuell nur einpolige Leistungsrelais als Einschalter (auch „normally open“ (NO) oder Schließer genannt) gängig. Um mit diesen einpoligen Schaltern oder Einschaltern zwei Batteriestränge wahlweise parallel oder seriell zu schalten sind mindestens drei Relais notwendig. Ein solcher Aufbau ist z. B. in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben worden. Der Vorteil eines solchen Aufbaus ist die Verwendung handelsüblicher Leistungsrelais in der beschriebenen Anordnung.For the automotive sector, only single-pole power relays as on switches (also called "normally open" (NO) or closers) are currently common. At least three relays are required to switch two battery strings either in parallel or in series with these single-pole switches or on/off switches. Such a structure is z. B. has been described in various publications. The advantage of such a structure is the use of commercially available power relays in the arrangement described.

Die DE 10 2017 123 458 A1 betrifft ein Verfahren und ein System zu einem autonomen Verschalten mindestens zweier Batteriebänke in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs im fahrzeuginternen Stromnetz, bei dem die mindestens zwei Batteriebänke zu einer Hochvoltbatterie umschaltbar sind. Hierbei wird eine Schaltung von einem Steuergerät gesteuert, welches mehrere Schalter und schnelle Abschaltelemente steuert. Die Batteriebänke können über die Schalter miteinander seriell oder miteinander parallel verschaltet werden.the DE 10 2017 123 458 A1 relates to a method and a system for autonomously connecting at least two battery banks in a drive system of a motor vehicle in the vehicle's internal power supply system, in which the at least two battery banks can be switched over to form a high-voltage battery. In this case, a circuit is controlled by a control unit, which controls a number of switches and rapid switch-off elements. The battery banks can be connected to one another in series or in parallel via the switches.

Diese Vorrichtung ist zumindest insofern nachteilig, als dass sie recht aufwändig ist und teilweise komplexe und/oder zahlreiche Komponenten, beispielsweise zahlreiche (einpolige) Schalter, benötigt. Dadurch, dass die einzelnen Relais oder Schalter unabhängig angesteuert werden müssen, kann durch Fehler in der Relais-Ansteuerung ein Kurzschluss verursacht werden. Zur Vermeidung dieses Problems ist eine Überwachung der einzelnen Schaltvorgänge notwendig. Dieser erhöht den Aufwand und die Komplexität weiter. Ferner ist der Platzbedarf für die drei beschriebenen, einzelnen Leistungsrelais hoch.This device is disadvantageous at least insofar as it is quite complex and sometimes requires complex and/or numerous components, for example numerous (single-pole) switches. Because the individual relays or switches have to be controlled independently, faults in the relay control can cause a short circuit. To avoid this problem, it is necessary to monitor the individual switching operations. This further increases the effort and complexity. Furthermore, the space required for the three individual power relays described is high.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer einfachen und zuverlässigen Umschaltvorrichtung für Batterien eines Fahrzeugs, nach einer Spulenanordnung für eine Umschaltvorrichtung sowie nach einem zugehörigen Fahrzeug mit einer solchen Umschaltvorrichtung und/oder einer solchen Spulenanordnung.There is therefore a need for a simple and reliable switching device for batteries in a vehicle, for a coil arrangement for a switching device, and for an associated vehicle with such a switching device and/or such a coil arrangement.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Umschaltvorrichtung für Batterien eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Umschaltvorrichtung weist einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, einen ersten Schaltpfad, einen zweiten Schaltpfad und eine Kontaktanordnung auf. Der Eingangsanschluss ist mit einer ersten Batterie eines Fahrzeugs verbindbar. Der Ausgangsanschluss ist mit einer zweiten Batterie des Fahrzeugs verbindbar. Der erste Schaltpfad verläuft zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss. Der erste Schaltpfad weist eine erste Unterbrechung und eine zweite Unterbrechung auf. Der zweite Schaltpfad verläuft zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss. Der zweite Schaltpfad weist eine erste Unterbrechung und eine zweite Unterbrechung auf. Die Kontaktanordnung weist ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement auf. Die Kontaktanordnung ist ausgebildet, einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand anzunehmen. In dem ersten Schaltzustand ist die Kontaktanordnung derart angeordnet, dass das erste Kontaktelement die erste Unterbrechung des ersten Schaltpfads überbrückt und das zweite Kontaktelement die zweite Unterbrechung des ersten Schaltpfads überbrückt. In dem zweiten Schaltzustand ist die Kontaktanordnung derart angeordnet, dass das erste Kontaktelement die erste Unterbrechung des zweiten Schaltpfads überbrückt und das zweite Kontaktelement die zweite Unterbrechung des zweiten Schaltpfads überbrückt.According to a first aspect of the invention, a switching device for batteries in a vehicle is proposed. The switching device has an input connection, an output connection, a first switching path, a second switching path and a contact arrangement. The input port is connectable to a first battery of a vehicle. The output terminal is connectable to a second battery of the vehicle. The first switching path runs between the input connection and the output connection. The first switching path has a first break and a second break. The second switching path runs between the input connection and the output connection. The second switching path has a first break and a second break. The contact arrangement has a first contact element and a second contact element. The contact arrangement is designed to assume a first switching state and a second switching state. In the first switching state, the contact arrangement is arranged such that the first contact element bridges the first interruption in the first switching path and the second contact element bridges the second interruption in the first switching path. In the second switching state, the contact arrangement is arranged in such a way that the first contact element bridges the first interruption in the second switching path and the second contact element bridges the second interruption in the second switching path.

Unter einem Schaltpfad kann jede geeignete elektrische Verbindung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss verstanden werden. Der Schaltpfad kann von Unterbrechungen unterbrochen sein. Aufgrund der Unterbrechungen in dem Schaltpfad ist der Stromkreis/Stromfluss unterbrochen. Die Unterbrechungen können jede geeignete Art von Unterbrechung sein. Beispielsweise können die Unterbrechungen jeweils als sogenannte Kontaktbrücken ausgebildet sein oder jeweils Kontaktbrücken aufweisen. Die Umschaltvorrichtung kann als mehrpolige, z. B. als zweipolige, Umschaltvorrichtung ausgebildet sein. Zweipolige Umschaltvorrichtungen oder zweipolige Schalter allgemein können zwei getrennte elektrische Anschlüsse mit zwei anderen Anschlüssen verbinden. Die zwei getrennten elektrischen Anschlüsse können an Eingängen der zwei Schaltpfade liegen und die zwei anderen Anschlüsse können an Ausgängen der zwei Schaltpfade liegen oder umgekehrt. Im Gegensatz zu zweipoligen Schaltern verbinden einpolige Schalter einen elektrischen Anschluss mit einem anderen elektrischen Anschluss.A switching path can be understood to mean any suitable electrical connection between an input connection and an output connection. The switching path can be interrupted by interruptions. Because of the breaks in the switching path, the circuit/current flow is broken. The interrupts can be any suitable type of interrupt. For example, the interruptions can each be designed as so-called contact bridges or each have contact bridges. The switching device can be used as a multi-pole, z. B. be designed as a two-pole switching device. Two-pole changeover devices or double pole switches in general can connect two separate electrical terminals to two other terminals. The two separate electrical connections can be at inputs of the two switching paths and the two other connections can be at outputs of the two switching paths or vice versa. Unlike double pole switches, single pole switches connect one electrical terminal to another electrical terminal.

Auch wenn hierin hauptsächlich von zwei Schaltpfaden, nämlich einem ersten Schaltpfad und einem zweiten Schaltpfad gesprochen wird, so ist die Erfindung nicht auf genau zwei Schaltpfade beschränkt. Anders ausgedrückt, es können genau zwei Schaltpfade vorgesehen sein, es können jedoch auch mehr als zwei Schaltpfade vorhanden sein. Auch wenn hierin hauptsächlich von zwei Unterbrechungen pro Schaltpfad gesprochen wird, so ist die Erfindung nicht auf genau zwei Unterbrechungen pro Schaltpfad beschränkt. Anders ausgedrückt, es können genau zwei Unterbrechungen pro Schaltpfad vorgesehen sein, es können jedoch auch mehr als zwei Unterbrechungen pro Schaltpfad vorhanden sein.Even if two switching paths are mainly spoken of here, namely a first switching path and a second switching path, the invention is not limited to exactly two switching paths. In other words, exactly two switching paths can be provided, but there can also be more than two switching paths. Even if two interruptions per switching path are spoken of here, the invention is not limited to exactly two interruptions per switching path. In other words, exactly two interruptions per switching path can be provided, but there can also be more than two interruptions per switching path.

Die Kontaktanordnung kann einen ersten Abschnitt aufweisen. Über den ersten Abschnitt kann die Kontaktanordnung angesteuert werden. Der erste Abschnitt kann ein derartiges Material aufweisen oder aus einem derartigen Material gebildet sein, dass der erste Abschnitt durch ein Magnetfeld beeinflussbar, beispielsweise bewegbar, ist. Der erste Abschnitt kann beispielsweise ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweisen oder aus einem solchen ausgebildet sein. Die Kontaktanordnung kann mindestens einen zweiten Abschnitt aufweisen, an dem die Kontaktelemente angeordnet oder ausgebildet sein können. Die Kontaktelemente können aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein oder ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen. In einer spezifischen Ausgestaltung kann die Kontaktanordnung stempelförmig ausgebildet sein und beispielsweise als Schaltstempel bezeichnet werden.The contact arrangement can have a first section. The contact arrangement can be controlled via the first section. The first section can have such a material or be formed from such a material that the first section can be influenced, for example moved, by a magnetic field. The first section can have a magnetic or magnetizable material, for example, or can be formed from such a material. The contact arrangement can have at least one second section on which the contact elements can be arranged or formed. The contact elements can be formed from an electrically conductive material or have an electrically conductive material. In a specific embodiment, the contact arrangement can be in the form of a stamp and can be referred to as a switching stamp, for example.

In dem ersten Schaltzustand überbrückt das erste Kontaktelement die erste Unterbrechung des ersten Schaltpfads und das zweite Kontaktelement überbrückt die zweite Unterbrechung des ersten Schaltpfads. Anders ausgedrückt werden in dem ersten Schaltzustand eine Verbindung über die erste Unterbrechung durch das erste Kontaktelement in dem ersten Schaltpfad hergestellt und eine Verbindung über die zweite Unterbrechung durch das zweite Kontaktelement in dem ersten Schaltpfad hergestellt. Sind keine weiteren Unterbrechungen vorhanden, wird der erste Schaltpfad in dem ersten Schaltzustand geschlossen. Ein Stromfluss kann folglich in dem ersten Schaltpfad stattfinden.In the first switching state, the first contact element bridges the first interruption in the first switching path and the second contact element bridges the second interruption in the first switching path. In other words, in the first switching state, a connection is established via the first interruption through the first contact element in the first switching path and a connection is established via the second interruption through the second contact element in the first switching path. If there are no further interruptions, the first switching path is closed in the first switching state. A current flow can consequently take place in the first switching path.

In dem zweiten Schaltzustand überbrückt das erste Kontaktelement die erste Unterbrechung des zweiten Schaltpfads und das zweite Kontaktelement überbrückt die zweite Unterbrechung des zweiten Schaltpfads. Anders ausgedrückt werden in dem zweiten Schaltzustand eine Verbindung über die erste Unterbrechung durch das erste Kontaktelement in dem zweiten Schaltpfad hergestellt und eine Verbindung über die zweite Unterbrechung durch das zweite Kontaktelement in dem zweiten Schaltpfad hergestellt. Sind keine weiteren Unterbrechungen vorhanden, wird der zweite Schaltpfad in dem zweiten Schaltzustand geschlossen. Ein Stromfluss kann folglich in dem zweiten Schaltpfad stattfinden.In the second switching state, the first contact element bridges the first interruption in the second switching path and the second contact element bridges the second interruption in the second switching path. In other words, in the second switching state, a connection is established via the first interruption through the first contact element in the second switching path and a connection is established via the second interruption through the second contact element in the second switching path. If there are no further interruptions, the second switching path is closed in the second switching state. A current flow can consequently take place in the second switching path.

Auch wenn hierin hauptsächlich von zwei Kontaktelementen der Kontaktanordnung, nämlich einem ersten Kontaktelement und einem zweiten Kontaktelement gesprochen wird, so ist die Erfindung nicht auf genau zwei Kontaktelemente beschränkt. Anders ausgedrückt, es können genau zwei Kontaktelemente vorgesehen sein, es können jedoch auch mehr als zwei Kontaktelemente vorhanden sein. Die Kontaktanordnung kann daher mindestens zwei, z. B. genau zwei, Kontaktelemente aufweisen. Die Anzahl an Kontaktelementen kann auf die Anzahl an Unterbrechungen pro Schaltpfad abgestimmt sein. Beispielsweise kann die Anzahl an Kontaktelementen der Anzahl an Unterbrechungen pro Schaltpfad entsprechen.Even if the main focus here is on two contact elements of the contact arrangement, namely a first contact element and a second contact element, the invention is not limited to exactly two contact elements. In other words, exactly two contact elements can be provided, but there can also be more than two contact elements. The contact arrangement can therefore have at least two, e.g. B. have exactly two contact elements. The number of contact elements can be matched to the number of interruptions per switching path. For example, the number of contact elements can correspond to the number of interruptions per switching path.

Auch wenn hierin lediglich von einer ersten und einer zweiten Batterie gesprochen wird, so umfasst der Begriff der Batterie jeden geeigneten elektrischen oder elektrochemischen Energiespeicher. Beispielsweise umfasst der Begriff der Batterie nicht aufladbare oder aufladbare Batterien, wie einen Akkumulator. Die Batterie kann daher auch als elektrischer Energiespeicher oder elektrochemischer Energiespeicher oder als Speicher für elektrische Energie bezeichnet werden. Auch wenn hierin hauptsächlich von zwei Batterien, nämlich einer ersten Batterie und einer zweiten Batterie gesprochen wird, so ist die Erfindung nicht auf genau zwei Batterien beschränkt. Anders ausgedrückt, die Umschaltvorrichtung kann für mindestens zwei Batterien, z. B. für genau zwei Batterien, geeignet sein. Die Anzahl an Batterien kann auf die Anzahl an Schaltpfaden und/oder die Anzahl an Unterbrechungen pro Schaltpfad und/oder die Anzahl an Kontaktelementen abgestimmt sein. Beispielsweise kann die Anzahl an Batterien der Anzahl an Schaltpfaden und/oder der Anzahl an Unterbrechungen pro Schaltpfad und/oder der Anzahl an Kontaktelementen entsprechen.Even if only a first and a second battery is mentioned here, the term battery includes any suitable electrical or electrochemical energy store. For example, the term battery includes non-rechargeable or rechargeable batteries, such as an accumulator. The battery can therefore also be referred to as an electrical energy store or electrochemical energy store or as a store for electrical energy. Even if two batteries are spoken of here, namely a first battery and a second battery, the invention is not limited to exactly two batteries. In other words, the switching device can be used for at least two batteries, e.g. B. for exactly two batteries, be suitable. The number of batteries can be matched to the number of switching paths and/or the number of interruptions per switching path and/or the number of contact elements. For example, the number of batteries can correspond to the number of switching paths and/or the number of interruptions per switching path and/or the number of contact elements.

Die Kontaktanordnung ist von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand und von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand bewegbar. Die Kontaktanordnung ist ausgebildet, entweder in dem ersten Schaltzustand oder in dem zweiten Schaltzustand zu sein. Folglich kann entweder ausschließlich der erste Schaltpfad oder ausschließlich der zweite Schaltpfad geschlossen sein. Die Kontaktanordnung kann nicht zeitgleich oder gleichzeitig in dem ersten Schaltzustand und in dem zweiten Schaltzustand sein. Folglich können nicht zeitgleich oder gleichzeitig der erste Schaltpfad und der zweite Schaltpfad geschlossen sein.The contact arrangement can be moved from the first switching state to the second switching state and from the second switching state to the first switching state. The contact arrangement is designed to be either in the first switching state or in the second switching state. Consequently, either only the first switching path or only the second switching path can be closed. The contact arrangement cannot be in the first switching state and in the second switching state at the same time or at the same time. Consequently, the first switching path and the second switching path cannot be closed at the same time or at the same time.

Über die Bewegung der Kontaktanordnung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand sind das erste und das zweite Kontaktelement gemeinsam zu dem zweiten Schaltpfad bewegbar. Auf diese Weise können die erste Unterbrechung und die zweite Unterbrechung des zweiten Schaltpfads gemeinsam oder zumindest nahezu zeitgleich von dem zugehörigen Kontaktelement überbrückbar sein oder überbrückt werden. Über die Bewegung der Kontaktanordnung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand sind das erste und das zweite Kontaktelement gemeinsam zu dem ersten Schaltpfad bewegbar. Auf diese Weise können die erste Unterbrechung und die zweite Unterbrechung des ersten Schaltpfads gemeinsam oder zumindest nahezu zeitgleich von dem zugehörigen Kontaktelement überbrückbar sein oder überbrückt werden.The first and the second contact element can be moved together to the second switching path via the movement of the contact arrangement from the first switching state to the second switching state. In this way, the first interruption and the second interruption of the second switching path can be or can be bridged by the associated contact element together or at least almost simultaneously. The first and the second contact element can be moved together to the first switching path via the movement of the contact arrangement from the second switching state into the first switching state. In this way, the first interruption and the second interruption of the first switching path can be or can be bridged by the associated contact element together or at least almost simultaneously.

Die Umschaltvorrichtung kann ferner eine Spulenanordnung aufweisen. Die Spulenanordnung kann ausgebildet sein, die Kontaktanordnung anzusteuern. Beispielswiese kann die Spulenanordnung ausgebildet sein, den ersten Abschnitt der Kontaktanordnung anzusteuern. Hierfür kann beispielsweise zumindest ein Teil des ersten Abschnitts der Kontaktanordnung in zumindest einen Teil der Spulenanordnung hineinragen.The switching device can also have a coil arrangement. The coil arrangement can be designed to activate the contact arrangement. For example, the coil arrangement can be designed to drive the first section of the contact arrangement. For this purpose, for example, at least part of the first section of the contact arrangement can protrude into at least part of the coil arrangement.

Die Spulenanordnung kann eine erste Spule aufweisen. Die erste Spule kann ausgebildet sein, die Kontaktanordnung bei der Bewegung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu unterstützen. Beispielsweise kann die erste Spule über einen Schalter mit einer Spannungsversorgung verbunden sein. Ist die Spannungsversorgung zugeschaltet, kann die erste Spule von einem Ansteuerstrom durchflossen werden. Durch die stromdurchflossene erste Spule kann ein erstes Magnetfeld erzeugt werden. Das erste Magnetfeld kann derart ausgerichtet und ausgebildet sein, die Kontaktanordnung bei der Bewegung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu unterstützen. Beispielsweise kann das erste Magnetfeld derart ausgerichtet und ausgebildet sein, die Bewegung der Kontaktanordnung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand durchzuführen. Ein Teil der Kontaktanordnung, z. B. ein Teil des ersten Abschnitts der Kontaktanordnung, kann in die erste Spule hineinragen oder durch den Innenraum der ersten Spule verlaufen.The coil arrangement can have a first coil. The first coil can be designed to support the contact arrangement when moving from the first switching state to the second switching state. For example, the first coil can be connected to a voltage supply via a switch. If the voltage supply is switched on, a control current can flow through the first coil. A first magnetic field can be generated by the current-carrying first coil. The first magnetic field can be aligned and configured in such a way that the contact arrangement can be supported when moving from the first switching state to the second switching state. For example, the first magnetic field can be aligned and configured in such a way that the contact arrangement moves from the first switching state into the second switching state. A part of the contact arrangement, e.g. B. a part of the first portion of the contact arrangement can protrude into the first coil or run through the interior of the first coil.

Die Spulenanordnung kann eine zweite Spule aufweisen. Die zweite Spule kann ausgebildet sein, den Schaltstempel bei der Bewegung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand zu unterstützen. Beispielsweise kann die zweite Spule der ersten Spule nachgeschaltet sein. Die zweite Spule kann gegenläufig zu der ersten Spule gewickelt sein. Anders ausgedrückt, die zweite Spule kann Windungen / Wicklungen aufweisen, die entgegengesetzt zu den Windungen / Wicklungen der ersten Spule verlaufen. Ist die Spannungsversorgung zu der ersten Spule beispielsweise mittels eines geöffneten Schalters abgeschaltet, kann ein von der ersten Spule stammender Abbaustrom die zweite Spule durchfließen. Durch die stromdurchflossene zweite Spule kann ein zweites Magnetfeld erzeugt werden. Aufgrund der entgegengesetzten Windungen / Wicklungen kann das zweite Magnetfeld dem ersten Magnetfeld entgegengesetzt verlaufen und/oder dem ersten Magnetfeld entgegengesetzt wirken. Das zweite Magnetfeld kann derart ausgerichtet und ausgebildet sein, die Kontaktanordnung bei der Bewegung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand zu unterstützen. Die Bewegung der Kontaktanordnung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand kann zusätzlich unterstützt werden von einer Feder. Die Feder kann angeordnet und ausgebildet sein, die Bewegung der Kontaktanordnung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand zu unterstützen. Ein Teil der Kontaktanordnung, z. B. ein Teil des ersten Abschnitts der Kontaktanordnung, kann in die zweite Spule hineinragen oder durch den Innenraum der zweiten Spule verlaufen.The coil arrangement can have a second coil. The second coil can be designed to support the switching plunger when moving from the second switching state into the first switching state. For example, the second coil can be connected downstream of the first coil. The second coil can be wound in opposite directions to the first coil. In other words, the second coil may have turns/windings that run in the opposite direction to the turns/windings of the first coil. If the voltage supply to the first coil is switched off, for example by means of an open switch, a discharge current originating from the first coil can flow through the second coil. A second magnetic field can be generated by the current-carrying second coil. Due to the opposite turns/windings, the second magnetic field can run in the opposite direction to the first magnetic field and/or have an opposite effect to the first magnetic field. The second magnetic field can be oriented and designed in such a way that the contact arrangement can be supported when moving from the second switching state to the first switching state. The movement of the contact arrangement from the second switching state to the first switching state can also be supported by a spring. The spring can be arranged and configured to support the movement of the contact arrangement from the second switching state to the first switching state. A part of the contact arrangement, e.g. B. a part of the first portion of the contact arrangement can protrude into the second coil or run through the interior of the second coil.

In dem ersten Schaltzustand kann die erste Batterie zu der zweiten Batterie parallel geschaltet sein. Die Parallelschaltung kann durch die Überbrückung der ersten Unterbrechung und der zweiten Unterbrechung des ersten Schaltpfads durch jeweils das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement der Kontaktanordnung erreicht werden. In dem zweiten Schaltzustand können die erste Batterie und die zweite Batterie in Reihe geschaltet sein. Die Reihenschaltung kann durch die Überbrückung der ersten Unterbrechung und der zweiten Unterbrechung des zweiten Schaltpfads durch jeweils das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement der Kontaktanordnung erreicht werden.In the first switching state, the first battery can be connected in parallel with the second battery. The parallel connection can be achieved by bridging the first interruption and the second interruption of the first switching path by the first contact element and the second contact element of the contact arrangement. In the second switching state, the first battery and the second battery can be connected in series. The series connection can be achieved by bridging the first interruption and the second interruption of the second switching path by the first contact element and the second contact element of the contact arrangement.

Beispielhaft weisen die erste und die zweite Batterie eine Spannung von 400 V auf. Auf diese Weise kann in dem ersten Schaltzustand, in dem die erste und die zweite Batterie parallel geschaltet sind, eine Aufladung mit herkömmlichen Ladestationen erfolgen, die lediglich bis zu 400 V Ladespannung bereitstellen können. Das heißt, im Fahrzeug können zwei identische Batterien oder Batteriestränge mit je der halben Arbeitsspannung, d. h. beispielsweise mit 400 V, zum Laden parallel geschaltet werden. Dadurch kann auch an diesen Ladestationen geladen werden, ohne dass noch ein separater Spannungswandler auf die hohe Batteriespannung erforderlich ist. Durch die Reihenschaltung der ersten und zweiten Batterie in dem zweiten Schaltzustand der Kontaktanordnung kann eine Arbeitsspannung von 800 V erreicht werden, wie sie vermehrt in batteriebetriebenen Fahrzeugen eingesetzt wird. Das heißt, zum Fahrbetrieb nach dem Laden können die beiden Batterien oder Batteriestränge in Reihe geschaltet werden.For example, the first and the second battery have a voltage of 400 V. In this way, in the first switching state, in which the first and the second battery are connected in parallel are charged with conventional charging stations that can only provide up to 400 V charging voltage. This means that two identical batteries or battery strings, each with half the working voltage, ie for example 400 V, can be connected in parallel in the vehicle for charging. This means that charging can also be carried out at these charging stations without the need for a separate voltage converter to the high battery voltage. By connecting the first and second batteries in series in the second switching state of the contact arrangement, a working voltage of 800 V can be achieved, as is increasingly being used in battery-powered vehicles. This means that the two batteries or battery strings can be connected in series for driving after charging.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Spulenanordnung für eine Umschaltvorrichtung eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Spulenanordnung weist eine erste Spule und eine zweite Spule auf. Die erste Spule ist über einen Schalter mit einer Steuerspannungsversorgung verbindbar oder verbunden. Die zweite Spule ist gegenläufig zu der ersten Spule gewickelt und mit einer Freilaufdiode verbunden. Die erste Spule ist ausgebildet, bei geschlossenem Schalter ein erstes magnetisches Feld zu erzeugen. Die erste Spule und die zweite Spule sind derart angeordnet, dass bei offenem Schalter ein Abbaustrom aus der ersten Spule derart durch die zweite Spule und die Durchlaufdiode geleitet wird, dass die zweite Spule ein zweites magnetisches Feld zu erzeugen vermag, das dem ersten magnetischen Feld entgegengesetzt wirkt.According to a second aspect, a coil arrangement for a switching device of a vehicle is proposed. The coil assembly includes a first coil and a second coil. The first coil can be connected or is connected to a control voltage supply via a switch. The second coil is wound in opposite directions to the first coil and is connected to a freewheeling diode. The first coil is designed to generate a first magnetic field when the switch is closed. The first coil and the second coil are arranged in such a way that when the switch is open, a decay current from the first coil is conducted through the second coil and the forward diode in such a way that the second coil is able to generate a second magnetic field that opposes the first magnetic field works.

Die Spulenanordnung ist mit einer Umschaltvorrichtung, wie sie hierin beschrieben wird/wurde, derart einsetzbar, dass das erste magnetische Feld die Kontaktanordnung bei der Bewegung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand unterstützt. Die Spulenanordnung ist mit einer Umschaltvorrichtung, wie sie hierin beschrieben wird/wurde, derart einsetzbar, dass das erste magnetische Feld die Bewegung der Kontaktanordnung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand durchführt. Die Spulenanordnung ist mit einer Umschaltvorrichtung, wie sie hierin beschrieben wird/wurde, derart einsetzbar, dass das zweite magnetische Feld die Kontaktanordnung bei der Bewegung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand unterstützt. Andere Anwendungen der Spulenanordnung sind denkbar und realisierbar.The coil arrangement can be used with a switching device, as is/was described herein, in such a way that the first magnetic field supports the contact arrangement in moving from the first switching state to the second switching state. The coil arrangement can be used with a switching device, as is/was described herein, in such a way that the first magnetic field carries out the movement of the contact arrangement from the first switching state into the second switching state. The coil arrangement can be used with a switching device, as is/was described herein, in such a way that the second magnetic field supports the contact arrangement in moving from the second switching state to the first switching state. Other applications of the coil arrangement are conceivable and realizable.

Die erste Spule kann mit einer Spannungsversorgung über einen Schalter verbunden sein. Ist die Spannungsversorgung zugeschaltet, kann die erste Spule von einem Ansteuerstrom durchflossen werden. Durch die stromdurchflossene erste Spule kann ein erstes Magnetfeld erzeugt werden. Das erste Magnetfeld kann derart ausgerichtet und ausgebildet sein, die Kontaktanordnung bei der Bewegung von dem ersten Kontaktzustand in den zweiten Schaltzustand zu unterstützen. Beispielsweise kann das erste Magnetfeld derart ausgerichtet und ausgebildet sein, die Bewegung der Kontaktanordnung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand durchzuführen. Ein Teil der Kontaktanordnung, z. B. ein Teil des ersten Abschnitts der Kontaktanordnung, kann in die erste Spule hineinragen oder durch den Innenraum der ersten Spule verlaufen.The first coil can be connected to a power supply via a switch. If the voltage supply is switched on, a control current can flow through the first coil. A first magnetic field can be generated by the current-carrying first coil. The first magnetic field can be oriented and designed in such a way that the contact arrangement can be supported when moving from the first contact state into the second switching state. For example, the first magnetic field can be aligned and configured in such a way that the contact arrangement moves from the first switching state into the second switching state. A part of the contact arrangement, e.g. B. a part of the first portion of the contact arrangement can protrude into the first coil or run through the interior of the first coil.

Die zweite Spule kann der ersten Spule nachgeschaltet sein. Die zweite Spule kann gegenläufig zu der ersten Spule gewickelt sein. Anders ausgedrückt, die zweite Spule kann Windungen / Wicklungen aufweisen, die entgegengesetzt zu den Windungen / Wicklungen der ersten Spule verlaufen. Ist die Spannungsversorgung zu der ersten Spule abgeschaltet kann ein von der ersten Spule stammender Abbaustrom die zweite Spule durchfließen. Durch die stromdurchflossene zweite Spule kann ein zweites Magnetfeld erzeugt werden. Aufgrund der entgegengesetzten Windungen / Wicklungen kann das zweite Magnetfeld dem ersten Magnetfeld entgegengesetzt verlaufen und/oder dem ersten Magnetfeld entgegengesetzt wirken. Das zweite Magnetfeld kann derart ausgerichtet und ausgebildet sein, die Kontaktanordnung bei der Bewegung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand zu unterstützen. Die Bewegung der Kontaktanordnung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand kann zusätzlich unterstützt werden von einer Feder. Die Feder kann angeordnet und ausgebildet sein, die Bewegung der Kontaktanordnung von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand zu unterstützen. Ein Teil der Kontaktanordnung, z. B. ein Teil des ersten Abschnitts der Kontaktanordnung, kann in die zweite Spule hineinragen oder durch den Innenraum der zweiten Spule verlaufen.The second coil can be connected downstream of the first coil. The second coil can be wound in opposite directions to the first coil. In other words, the second coil may have turns/windings that run in the opposite direction to the turns/windings of the first coil. If the voltage supply to the first coil is switched off, a discharge current originating from the first coil can flow through the second coil. A second magnetic field can be generated by the current-carrying second coil. Due to the opposite turns/windings, the second magnetic field can run in the opposite direction to the first magnetic field and/or have an opposite effect to the first magnetic field. The second magnetic field can be oriented and designed in such a way that the contact arrangement can be supported when moving from the second switching state to the first switching state. The movement of the contact arrangement from the second switching state to the first switching state can also be supported by a spring. The spring can be arranged and configured to support the movement of the contact arrangement from the second switching state to the first switching state. A part of the contact arrangement, e.g. B. a part of the first portion of the contact arrangement can protrude into the second coil or run through the interior of the second coil.

Die Anzahl an Windungen / Wicklungen der ersten Spule kann kleiner, gleich oder größer sein als die Anzahl an Windungen / Wicklungen der zweiten Spule. Die erste Spule kann auch als Ansteuerspule bezeichnet werden. Die zweite Spule kann auch als Rückholspule bezeichnet werden.The number of turns/windings of the first coil can be less than, equal to or greater than the number of turns/windings of the second coil. The first coil can also be referred to as a control coil. The second coil can also be referred to as a return coil.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Fahrzeug weist die Umschaltvorrichtung auf, wie sie hierin beschrieben wird/wurde, und/oder eine Spulenanordnung, wie sie hierin beschrieben wird/wurde.According to a third aspect of the invention, a vehicle is proposed. The vehicle includes the switching device as described herein and/or a coil assembly as described herein.

Als Fahrzeug können hierin verschiedene Kraftfahrzeuge und/oder Landfahrzeuge verstanden werden. Als Beispiele für Kraftfahrzeuge seien an dieser Stelle rein beispielhaft Personenkraftwagen (Pkw), Lastkraftwagen (Lkw), Zugmaschinen (z. B. Traktoren), Selbstfahrende Arbeitsmaschinen oder Nutzfahrzeuge genannt. Beispielsweise sei hier auf Baustellen- oder Industriefahrzeuge (Bagger, Stapler, Lkw usw.) verwiesen. Demgemäß sind auch die hierin angegebenen Spannungswerte von 400 V oder 800 V oder Spannungslagen von 400 V zu 800 V nicht abschließend, sondern als rein beispielhaft zu verstehen. Es ist beispielsweise denkbar, dass in Zukunft auch höhere Spannungsniveaus sowie Spannungsverhältnisse Verwendung finden werden. Da die Leistung (P) proportional von der Spannung (U) und dem Strom (I) abhängig ist (es gilt P= U x I), wirkt sich eine höhere Spannung (U) auf die Leitungsquerschnitte bzw. auf die Ladegeschwindigkeit durchaus positiv aus. In diesem Zusammenhang wird im Elektromobilitätsumfeld versucht, die Ladegeschwindigkeiten zu erhöhen, indem höhere Batteriespannungsniveaus durch eine entsprechende Verschaltung der Batteriestränge/-module angepeilt werden. Dies wirkt sich im Industriefahrzeugbereich besonders aus, da die in diesem Bereich eingesetzten oder notwendigen Batterien im Verhältnis deutlich größer ausfallen.A vehicle can be understood here to mean various motor vehicles and/or land vehicles. At this point, passenger cars are purely exemplary as examples of motor vehicles (cars), trucks (trucks), towing vehicles (e.g. tractors), self-propelled working machines or commercial vehicles. For example, reference is made here to construction site or industrial vehicles (excavators, forklifts, trucks, etc.). Accordingly, the voltage values of 400 V or 800 V or voltage levels from 400 V to 800 V specified here are not exhaustive, but should be understood as purely exemplary. It is conceivable, for example, that higher voltage levels and voltage ratios will also be used in the future. Since the power (P) is proportionally dependent on the voltage (U) and the current (I) (P= U x I applies), a higher voltage (U) has a positive effect on the cable cross-sections and the charging speed . In this context, attempts are being made in the electromobility environment to increase charging speeds by targeting higher battery voltage levels through appropriate connection of the battery strings/modules. This has a particular effect in the industrial vehicle sector, since the batteries used or required in this area are significantly larger in proportion.

Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Umschaltvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch in entsprechender Weise in der Spulenanordnung gemäß dem zweiten Aspekt und/oder dem Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt realisiert sein/werden. Ferner können in Bezug auf die Spulenanordnung gemäß dem zweiten Aspekt beschriebene Details auch in entsprechender Weise in der Umschaltvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und/oder dem Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt realisiert sein/werden.Although some of the aspects described above have been described in relation to the switching device according to the first aspect, these aspects can also be implemented in a corresponding manner in the coil arrangement according to the second aspect and/or the vehicle according to the third aspect. Furthermore, details described in relation to the coil arrangement according to the second aspect can also be implemented in a corresponding manner in the switching device according to the first aspect and/or the vehicle according to the third aspect.

Die vorliegende Offenbarung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch:

1a eine bekannte Anordnung zum Verschalten zweier Batterien in einem ersten Schaltzustand;
1b eine bekannte Anordnung zum Verschalten zweier Batterien in einem zweiten Schaltzustand;
2 eine Umschaltvorrichtung für zwei Batterien gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine Umschaltvorrichtung für zwei Batterien gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4a eine Spulenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand;
4b eine Spulenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand;
5a eine Spulenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel ohne zugeschaltete Rückholspule;
5b eine Spulenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 5a mit zugeschalteter Rückholspule;
6a eine Darstellung eines Spulenstroms durch die Spulenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 5a;
6b eine Darstellung eines Spulenstroms durch die Spulenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 5b; und
7 eine Darstellung eines PWM-Ansteuerungsstroms sowie eines Stroms durch eine zugeschaltete Rückholspule.

The present disclosure is to be explained further with reference to figures. These figures show schematically:

1a a known arrangement for connecting two batteries in a first switching state;
1b a known arrangement for connecting two batteries in a second switching state;
2 a two-battery switching device according to an embodiment;
3 a two-battery switching device according to an embodiment;
4a a coil arrangement according to an embodiment in a first state;
4b a coil arrangement according to an embodiment in a second state;
5a a coil arrangement according to an exemplary embodiment without a switched-on return coil;
5b a coil arrangement according to the exemplary embodiment 5a with activated return coil;
6a shows a representation of a coil current through the coil arrangement according to the exemplary embodiment 5a ;
6b shows a representation of a coil current through the coil arrangement according to the exemplary embodiment 5b ; and
7 a representation of a PWM drive current and a current through an activated return coil.

Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Beispielsweise werden im Folgenden spezifische Konfigurationen und Ausgestaltungen beschrieben, die nicht als einschränkend anzusehen sind. Specific details are set forth below, but are not limited thereto, in order to provide a thorough understanding of the present disclosure. However, it is clear to a person skilled in the art that the present disclosure can be used in other embodiments that may depart from the details set forth below. For example, specific configurations and implementations are described below, which are not intended to be limiting.

1a zeigt eine Anordnung mit zwei Batterien U1, U2. Die Anordnung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Gemäß dem gezeigten Beispiel handelt es sich bei den Batterien U1, U2 um Batterien mit jeweils einer Spannung von 400 V. Die Anordnung weist fünf einpolige Schalter K1, K2, K3, K4, K5 auf. Vier Schalter K1, K3, K4, K5 der fünf Schalter K1, K2, K3, K4, K5 sind in 1a geschlossen. Der Schalter K2 ist offen. Durch die in 1a vorliegenden Schaltzustände der Schalter K1, K2, K3, K4, K5 sind die zwei Batterien U1, U2 parallel zueinander geschaltet. 1a shows an arrangement with two batteries U1, U2. The arrangement is known from the prior art. According to the example shown, the batteries U1, U2 are batteries with a voltage of 400 V each. The arrangement has five single-pole switches K1, K2, K3, K4, K5. Four switches K1, K3, K4, K5 of the five switches K1, K2, K3, K4, K5 are in 1a closed. Switch K2 is open. through the in 1a present switching states of the switches K1, K2, K3, K4, K5, the two batteries U1, U2 are connected in parallel to one another.

1b zeigt die Anordnung aus 1a mit anderen Schaltzuständen der fünf Schalter K1, K2, K3, K4, K5. Drei Schalter K2, K4, K5 der fünf Schalter K1, K2, K3, K4, K5 sind in 1b geschlossen. Zwei Schalter K1, K3 sind offen. Durch die in 1b vorliegenden Schaltzustände der Schalter K1, K2, K3, K4, K5 sind die zwei Batterien U1, U2 in Reihe / Serie miteinander geschaltet. 1b shows the arrangement 1a with other switching states of the five switches K1, K2, K3, K4, K5. Three switches K2, K4, K5 of the five switches K1, K2, K3, K4, K5 are in 1b closed. Two switches K1, K3 are open. through the in 1b present switching states of the switches K1, K2, K3, K4, K5, the two batteries U1, U2 are connected in series with each other.

Durch die Umschaltung zwischen einer Parallelschaltung und Reihenschaltung / Serienschaltung der zwei Batterien kann einerseits die vorhandene Ladeinfrastruktur, die oft nur Ladespannungen im Bereich bis max. 400 V oder 500 V anbietet, verwendet werden. Andererseits kann durch Reihenschaltungen der Antriebsbatterien eine Arbeitsspannung von 800 V erreicht werden. Hierfür werden in den 1a und 1b mehrere Leistungsrelais eingesetzt, die in 1a und 1b als einpolige Schalter K1 bis K5 dargestellt sind. Um eine solche Umschaltung mit mehreren einpoligen Relais darzustellen, müssen diese getrennt voneinander angesteuert werden, was das Risiko einer Fehlschaltung (Kurzschlüsse) erhöht. Auch sind der Platzbedarf und das Gewicht bei Verwendung mehrerer einpoliger Relais / Schalter ungünstig.By switching between a parallel connection and series connection / serial connection of the two batteries, the existing charging infrastructure, which often only offers charging voltages in the range of max. 400 V or 500 V, can be used. On the other hand, a working voltage of 800 V can be achieved by connecting the drive batteries in series. For this purpose, in the 1a and 1b several power relays used, which in 1a and 1b are shown as single-pole switches K1 to K5. In order to implement such a switchover with several single-pole relays, these must be controlled separately from one another, which increases the risk of faulty switching (short circuits). The space requirement and the weight are also unfavorable when using several single-pole relays/switches.

Das heißt, die Relais K1 bis K5 müssen unabhängig voneinander geschaltet werden. Bei Fehlfunktion (Kleben eines oder mehrerer Kontakte) besteht das Risiko eines Kurzschlusses.This means that the relays K1 to K5 must be switched independently of one another. In the event of a malfunction (one or more contacts sticking), there is a risk of a short circuit.

2 zeigt schematisch eine Umschaltvorrichtung K10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Umschaltvorrichtung K10 kann als ein Hochvolt- (HV-) Umschaltrelais für zwei Batteriestränge eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ausgebildet sein. Die Umschaltvorrichtung K10 (das Umschaltrelais) dient, statt den mehreren einpoligen Einzelrelais aus 1a und 1b, zur Umschaltung eines Eingangs auf zwei Ausgänge. In 2 ist die Umschaltvorrichtung K10 zweipolig. Generell kann die Umschaltvorrichtung K10 mehrpolig sein. 2 shows schematically a switching device K10 according to an embodiment. The switching device K10 can be designed as a high-voltage (HV) switching relay for two battery strings of an electrically powered vehicle. The switching device K10 (the switching relay) is used instead of several single-pole individual relays 1a and 1b , for switching one input to two outputs. In 2 the switching device K10 is two-pole. In general, the switching device K10 can be multi-pole.

Die Umschaltvorrichtung K10 ist ausgebildet zur Verschaltung von zwei Batterien U1, U2 eines Fahrzeugs. Die Umschaltvorrichtung K10 weist einen Eingangsanschluss 1 auf. Der Eingangsanschluss 1 ist mit einer ersten Batterie U1 eines Fahrzeugs verbindbar und im Falle von 2 mit dieser Batterie U1 verbunden. Die Umschaltvorrichtung K10 weist einen Ausgangsanschluss 2 auf. Der Ausgangsanschluss 2 ist mit einer zweiten Batterie U2 des Fahrzeugs verbindbar und im Falle von 2 mit dieser Batterie U2 verbunden. Die Umschaltvorrichtung K10 weist einen ersten Schaltpfad 10 und einen zweiten Schaltpfad 20 auf. Der erste Schaltpfad 10 verläuft zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 2. Der erste Schaltpfad weist eine erste Unterbrechung 12 und eine zweite Unterbrechung 14 auf. Der zweite Schaltpfad 20 verläuft zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 2. Der zweite Schaltpfad 20 weist eine erste Unterbrechung 22 und eine zweite Unterbrechung 24 auf. Die Unterbrechungen 12, 14, 22, 24 des ersten Schaltpfads 10 und des zweiten Schaltpfads 20 sind in 2 beispielhaft als Kontaktbrücken ausgebildet und werden im Folgenden entsprechend als Kontaktbrücken 12, 14, 22, 24 bezeichnet.The switching device K10 is designed to connect two batteries U1, U2 of a vehicle. The switching device K10 has an input connection 1 . The input terminal 1 is connectable to a first battery U1 of a vehicle and in the case of 2 connected to this battery U1. The switching device K10 has an output connection 2 . The output terminal 2 is connectable to a second battery U2 of the vehicle and in the case of 2 connected to this battery U2. The switching device K10 has a first switching path 10 and a second switching path 20 . The first switching path 10 runs between the input connection 1 and the output connection 2. The first switching path has a first interruption 12 and a second interruption 14. FIG. The second switching path 20 runs between the input terminal 1 and the output terminal 2. The second switching path 20 has a first interruption 22 and a second interruption 24. The interruptions 12, 14, 22, 24 of the first switching path 10 and the second switching path 20 are in 2 formed as contact bridges, for example, and are accordingly referred to as contact bridges 12, 14, 22, 24 below.

Die Umschaltvorrichtung K10 weist eine Kontaktanordnung K20 auf. In der in 2 beispielhaft gezeigten Ausgestaltung ist die Kontaktanordnung K20 stempelförmig ausgebildet und wird daher beispielhaft im Folgenden als Schaltstempel K20 bezeichnet. Der Schaltstempel K20 weist ein erstes Kontaktelement K22 und ein zweites Kontaktelement K24 auf. Der Schaltstempel K20 ist ausgebildet, einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand anzunehmen. Der erste Schaltzustand ist in 2 gezeigt. In dem ersten Schaltzustand ist der Schaltstempel K20 derart angeordnet, dass das erste Kontaktelement K22 die erste Kontaktbrücke 12 des ersten Schaltpfads 10 überbrückt und das zweite Kontaktelement K24 die zweite Kontaktbrücke 14 des ersten Schaltpfads 10 überbrückt. Anders ausgedrückt, in dem ersten Schaltzustand ist der Schaltstempel K20 derart angeordnet, dass das erste Kontaktelement K22 eine Verbindung an der ersten Kontaktbrücke 12 des ersten Schaltpfads 10 herstellt und das zweite Kontaktelement K24 eine Verbindung an der zweiten Kontaktbrücke 14 des ersten Schaltpfads 10 herstellt. In dem nicht dargestellten, zweiten Schaltzustand ist der Schaltstempel K20 derart angeordnet, dass das erste Kontaktelement K22 die erste Kontaktbrücke 22 des zweiten Schaltpfads 20 überbrückt und das zweite Kontaktelement K24 die zweite Kontaktbrücke 24 des zweiten Schaltpfads 20 überbrückt. Anders ausgedrückt, in dem zweiten Schaltzustand ist der Schaltstempel K20 derart angeordnet, dass das erste Kontaktelement K22 eine Verbindung an der ersten Kontaktbrücke 22 des zweiten Schaltpfads 20 herstellt und das zweite Kontaktelement K24 eine Verbindung an der zweiten Kontaktbrücke 24 des zweiten Schaltpfads 20 herstellt. Der Schaltstempel K20 kann von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand bewegt werden und umgekehrt. Die Kontaktelemente K22, K24 überbrücken daher entweder die Kontaktbrücken 12, 14 des ersten Schaltpfads 10 (erster Schaltzustand) oder die Kontaktbrücken 22, 24 des zweiten Schaltpfads 20 (zweiter Schaltzustand).The switching device K10 has a contact arrangement K20. in the in 2 The embodiment shown by way of example is the contact arrangement K20 in the form of a plunger and is therefore referred to below as switching plunger K20 by way of example. The switching plunger K20 has a first contact element K22 and a second contact element K24. The switching plunger K20 is designed to assume a first switching state and a second switching state. The first switching state is in 2 shown. In the first switching state, the switching stamp K20 is arranged such that the first contact element K22 bridges the first contact bridge 12 of the first switching path 10 and the second contact element K24 bridges the second contact bridge 14 of the first switching path 10 . In other words, in the first switching state, the switching plunger K20 is arranged in such a way that the first contact element K22 establishes a connection to the first contact bridge 12 of the first switching path 10 and the second contact element K24 establishes a connection to the second contact bridge 14 of the first switching path 10. In the second switching state (not shown), the switching plunger K20 is arranged such that the first contact element K22 bridges the first contact bridge 22 of the second switching path 20 and the second contact element K24 bridges the second contact bridge 24 of the second switching path 20 . In other words, in the second switching state, the switching plunger K20 is arranged in such a way that the first contact element K22 establishes a connection to the first contact bridge 22 of the second switching path 20 and the second contact element K24 establishes a connection to the second contact bridge 24 of the second switching path 20. The switching plunger K20 can be moved from the first switching state to the second switching state and vice versa. The contact elements K22, K24 therefore bridge either the contact bridges 12, 14 of the first switching path 10 (first switching state) or the contact bridges 22, 24 of the second switching path 20 (second switching state).

Der in 2 gezeigte erste Schaltzustand des Schaltstempels K20 bewirkt, dass die zwei Batterien U1, U2 parallel zueinander geschaltet sind. Der nicht dargestellte zweite Schaltzustand bewirkt, dass die zwei Batterien in Reihe zueinander geschaltet sind.the inside 2 shown first switching state of the switching plunger K20 causes the two batteries U1, U2 are connected in parallel. The second switching state, not shown, causes the two batteries to be connected in series with one another.

Auch wenn in 2 beispielhaft zwei Batterien U1, U2, zwei Schaltpfade 10, 20, zwei Kontaktbrücken 12, 14, 22, 24 pro Schaltpfad 10, 20 und zwei Kontaktelemente K22, K24 zeigt, so ist die Anzahl der Batterien, Schaltpfade (auch als Batteriestränge bezeichenbar), Kontaktbrücken pro Schaltpfad und/oder Kontaktelemente nicht jeweils auf exakt zwei beschränkt. Es können beispielsweise auch mehr als zwei Im Bereich Nutzfahrzeuge gibt es bereits Fahrzeuge mit mehr als zwei Batterien U1, U2, Schaltpfade 10, 20, Kontaktbrücken 12, 14, 22, 24 pro Schaltpfad 10, 20 und Kontaktelemente K22, K24 vorgesehen sein. Sollen beispielsweise im Bereich von Nutzfahrzeugen mehr als zwei Batteriestränge umgeschaltet werden, könnten die Kontaktbrücken pro Schaltpfad beispielsweise mehr Kontaktbereiche benötigen oder aufweisen und dadurch (deutlich) breiter werden. Demgemäß könnte der Schaltstempel K20 (deutlich) breiter und auf die breiteren Kontaktbrücken abgestimmt werden.Even if in 2 shows two batteries U1, U2, two switching paths 10, 20, two contact bridges 12, 14, 22, 24 per switching path 10, 20 and two contact elements K22, K24 as an example, the number of batteries, switching paths (also referred to as battery strings), Contact bridges per switching path and/or contact elements are not limited to exactly two. For example, more than two batteries U1, U2, switching paths 10, 20, contact bridges 12, 14, 22, 24 per switching path 10, 20 and contact elements K22, K24 can already be provided in the area of commercial vehicles. If, for example, more than two battery strings are to be switched in the area of commercial vehicles, the Kon For example, clock bridges require or have more contact areas per switching path and are therefore (significantly) wider. Accordingly, the switching plunger K20 could be (significantly) wider and matched to the wider contact bridges.

Weitere Details und insbesondere ein möglicher mechanischer Aufbau der Umschaltvorrichtung (des zweipoligen Umschaltrelais) K10 aus 2 sind in 3 dargestellt. Wie in 2 wird auch in 3 beispielhaft angenommen, dass es sich bei den zwei Batterien U1, U2 um 400 V Batterien handelt. Das heißt, es können zwei 400 V-Stränge auf eine 800 V Antriebsbatterie geschaltet werden. Andere Spannungswerte für die Batterien sind möglich und realisierbar. Die zweipolige Umschaltvorrichtung K10 (das zweipolige Umschaltrelais) schaltet zeitgleich zwei getrennte Schaltpfade (Strompfade) 10, 20, wie dies in Bezug auf 2 beschrieben wurde. Die Umschaltung legt zwei angeschlossene Batteriestränge entweder parallel oder in Reihe auf die HV-Spannungsversorgung eines batteriebetriebenen Fahrzeugs, z. B. eines Elektroautos. Die Kontaktbrücken 12, 14, 22, 24 der beiden Schaltpfade (Strompfade) 10, 20 werden über ein gemeinsames mechanisches Element, d. h. in den Beispielen aus 2 und 3 den Schaltstempel K20, von einem gemeinsamen Spulenantrieb / einer gemeinsamen Spulenanordnung 30 geschaltet. Durch das zeitgleiche Schalten und den Aufbau ist sichergestellt, dass im Fehlerfall einer hängenden oder verklebten Kontaktfläche keine Fehlschaltung zu einem Kurzschluss führen kann.Further details and in particular a possible mechanical structure of the switching device (the two-pole switching relay) K10 2 are in 3 shown. As in 2 will also in 3 assumed, for example, that the two batteries U1, U2 are 400 V batteries. This means that two 400 V strands can be connected to an 800 V drive battery. Other voltage values for the batteries are possible and realizable. The two-pole switching device K10 (the two-pole switching relay) switches two separate switching paths (current paths) 10, 20 at the same time, as is the case in relation to FIG 2 was described. The switch applies two connected battery strings either in parallel or in series to the HV voltage supply of a battery-powered vehicle, e.g. B. an electric car. The contact bridges 12, 14, 22, 24 of the two switching paths (current paths) 10, 20 are a common mechanical element, ie in the examples 2 and 3 the switching stamp K20, switched from a common coil drive / a common coil assembly 30. Simultaneous switching and construction ensures that in the event of a fault in a hanging or stuck contact surface, no faulty switching can lead to a short circuit.

Die Ansteuerung des Schaltstempels K20 ist in 3 beispielhaft so ausgeführt, dass eine als erste Spule 32 dienende Anzugsspule 32 den Schaltstempel K20 anzieht. Hierfür wird die Anzugsspule 32 von einem Ansteuerstrom durchflossen. Die Anzugsspule 32 erzeugt daraufhin ein erstes Magnetfeld. Das erste Magnetfeld ist derart ausgebildet und ausgerichtet, dass es den Schaltstempel K20 in den zweiten Schaltzustand bewegt, d. h. in 3 nach oben. Beim Abschalten des Ansteuerstroms wird der auftretende Abschaltstromimpuls, z. B. über eine üblicherweise vorhandene Freilaufdiode, über eine als zweite Spule 34 dienende Rückholspule 34 geleitet, die das Rückholen des Schaltstempels K20 unterstützt. Der Abschaltstromimpuls 34 durchfließt hierbei die Rückholspule 34, die daraufhin ein zweites Magnetfeld erzeugt. Das zweite Magnetfeld ist derart ausgerichtet und ausgebildet, dass es den Schaltstempel K20 in den ersten Schaltzustand zurückholt oder beim Zurückholen unterstützt, d. h. eine Bewegung in 3 nach unten unterstützt. Dies führt zu kürzeren Abschaltzeiten im Vergleich zu bekannten Anordnungen, bei denen Kontakte lediglich durch eine Federkraft, z. B. nach unten, bewegt werden und/oder ein etwaiger Abbaustrom über eine Freilaufdiode lediglich kurzgeschlossen wird. In der Anordnung aus 3 hingegen wird die Bewegung des Schaltstempels K20 nach unten durch das entstehende Magnetfeld in der zweiten Spule 34 unterstützt. Dies verkürzt die Abschaltzeit.The activation of the switching plunger K20 is in 3 embodied by way of example in such a way that a pickup coil 32 serving as the first coil 32 attracts the switching plunger K20. For this purpose, the pull-in coil 32 has a drive current flowing through it. The pull-in coil 32 then generates a first magnetic field. The first magnetic field is designed and aligned in such a way that it moves the switching plunger K20 into the second switching state, ie in 3 up. When the drive current is switched off, the switch-off current pulse that occurs, e.g. B. via a freewheeling diode that is usually present, via a return coil 34 that serves as a second coil 34 and supports the return of the switching plunger K20. The turn-off current pulse 34 flows through the return coil 34, which then generates a second magnetic field. The second magnetic field is aligned and designed in such a way that it brings the switching plunger K20 back into the first switching state or supports it in bringing it back, ie a movement in 3 supported downwards. This leads to shorter switch-off times compared to known arrangements in which contacts are only activated by a spring force, e.g. B. down, are moved and / or any breakdown current is only short-circuited via a freewheeling diode. In the arrangement 3 on the other hand, the downward movement of the switching plunger K20 is supported by the magnetic field that is produced in the second coil 34 . This shortens the shutdown time.

Der Aufbau aus 2 und 3 mit der Verwendung einer einzigen zweipoligen Umschaltvorrichtung K20 (eines einzelnen Umschaltrelais) hat weitere Vorteile. Der Aufbau aus 2 und 3 ermöglicht die Einsparung von Kosten und/oder Gewicht. Ferner wird eine erhöhte Kurzschlusssicherheit im Vergleich zur Lösung mit mehreren einpoligen Relais erreicht. Ferner können beispielhaft verwendete Kontaktkleber keine Kurzschlüsse verursachen, sondern maximal eine Fehlfunktion (ev. zwar keine HV-Spannung am Ausgang, aber eben kein gefährlicher Zustand).The build up 2 and 3 with the use of a single two-pole double-throw device K20 (a single change-over relay) has other advantages. The build up 2 and 3 allows cost and/or weight savings. Furthermore, increased short-circuit security is achieved compared to the solution with several single-pole relays. Furthermore, contact adhesives used as an example cannot cause short circuits, but at most a malfunction (possibly no HV voltage at the output, but not a dangerous condition).

In 4a und 4b wird eine Spulenanordnung 30 dargestellt. Die Spulenanordnung 30 kann für eine Umschaltvorrichtung K10 eines Fahrzeugs geeignet sein oder eingesetzt werden. Die Spulenanordnung 30 weist eine erste Spule 32 und eine zweite Spule 34 auf. Die erste Spule 32 ist eingangsseitig über einen Schalter S1 mit einer Steuerspannungsversorgung verbunden. Die zweite Spule 34 ist gegenläufig zu der ersten Spule 32 gewickelt. Die zweite Spule 34 ist ausgangsseitig mit einer Freilaufdiode 40 verbunden. Die erste Spule 32 wird bei geschlossenem Schalter S1 von einem Ansteuerstrom durchflossen und erzeugt bei geschlossenem Schalter S1 ein erstes magnetisches Feld. Bei offenem Schalter S1 wird ein Abbaustrom aus der ersten Spule 32 derart durch die zweite Spule 34 und die Durchlaufdiode 40 geleitet, dass die zweite Spule 34 ein zweites magnetisches Feld erzeugt. Das zweite magnetische Feld wirkt dem ersten magnetischen Feld entgegen. Die erste Spule 32 kann beispielsweise als Anzugsspule 32 bezeichnet werden. Die zweite Spule 34 kann beispielsweise als Rückholspule 34 bezeichnet werden.In 4a and 4b a coil assembly 30 is shown. The coil arrangement 30 can be suitable or used for a switching device K10 of a vehicle. The coil arrangement 30 has a first coil 32 and a second coil 34 . The first coil 32 is connected on the input side to a control voltage supply via a switch S1. The second coil 34 is wound in the opposite direction to the first coil 32 . The second coil 34 is connected to a freewheeling diode 40 on the output side. When the switch S1 is closed, the first coil 32 has a drive current flowing through it and generates a first magnetic field when the switch S1 is closed. When the switch S1 is open, a decay current from the first coil 32 is conducted through the second coil 34 and the forward diode 40 in such a way that the second coil 34 generates a second magnetic field. The second magnetic field opposes the first magnetic field. The first coil 32 can be referred to as a pull-in coil 32, for example. The second coil 34 may be referred to as a return coil 34, for example.

Die Spulenanordnung 30 kann beispielsweise in der Umschaltvorrichtung K10 aus 3 eingesetzt werden. In der Anordnung aus 4a und 4b wird der Abbaustrom über die Freilaufdiode 40 durch die zweite (untere) Spule 34 geleitet. Dadurch wird die Bewegung des Stempels K20 nach unten durch das entstehende Magnetfeld in der zweiten Spule 34 unterstützt. Dies verkürzt die Abschaltzeit.The coil arrangement 30 can, for example, be in the switching device K10 3 be used. In the arrangement 4a and 4b the discharge current is passed through the second (lower) coil 34 via the freewheeling diode 40 . As a result, the downward movement of the plunger K20 is supported by the magnetic field that is produced in the second coil 34 . This shortens the shutdown time.

Das Ansteuersignal kann verschiedene Formen haben. Beispielsweise ist es sogar denkbar, dass das Ansteuersignal von einer Form ist, die einem Pulsweitenmodulations-(PWM-) Signal entspricht, oder dass das Ansteuersignal ein PWM-Signal ist. Nach einer allgemeinen Überlegung könnte bei jeder abfallenden Flanke des Ansteuersignals/Ansteuerstroms der Stempel K20 nach unten (zurück) gezogen werden, falls die Spulenanordnung 30 von einem PWM-Signal angesteuert würde. Denn die Rückholspule 34 sorgt dafür, dass beim Abschalten des Spulenstroms der entstehende Abbaustrom genutzt wird, um den Stempel K20 schneller zurückzuholen. Bei der Ansteuerung mit einem gepulsten Reckteckstrom, der zur Verringerung der Ansteuerleistung für die Spule dient, könnte es, sobald die Spule angezogen hat, bei jeder abfallenden Flanke des Ansteuerstroms zu diesem Rückholeffekt kommen. Da die PWM-Frequenz recht hoch ist (im Bereich von kHz), ist dieses ungewünschte geringe Rückholen des Stempels K20 jedoch zumindest nahezu vernachlässigbar, da bei der abfallenden Flanke des Ansteuerstroms zunächst einmal die Durchlassspannung der Diode (Freilaufdiode) 40 erreicht werden muss bevor ein Strom durch die Rückholspule fließen kann. Bis diese Durchlassspannung erreicht ist, kommt bei entsprechender PWM-Frequenz bereits wieder die ansteigende Flanke des Ansteuerstroms. Daher kann zur Ansteuerung auch ein PWM-Signal verwendet werden, wenn bei einer solchen PWM-Ansteuerung der Spule die PWM-Frequenz passend zur Durchlassspannung der Diode 40 und der Spuleninduktivität gewählt wird, um keine unerwünschten Rückholströme zu erhalten bzw. unerwünschte Rückholströme zu minimieren oder zu vermeiden. Zu Rückholströmen käme es dann erst bei dauerhaftem Abschalten des Ansteuerstroms. Das zuvor beschriebene ist beispielhaft in 7 schematisch dargestellt. Dort ist dargestellt, dass die empfohlene Frequenz des PWM-Ansteuersignals höher ist, als die inverse der Relais-Abschaltzeit. Auf diese Weise wird verhindert oder kann es nicht passieren, dass durch den mit der Freilaufdiode 40 erzeugten Rückholstrom das Relais unbeabsichtigt abschaltet. Typische Werte für die PWM-Frequenz können in diesem Fall z.B. bei 1 kHz bei 50% PWM-Verhältnis liegen.The drive signal can take various forms. For example, it is even conceivable that the drive signal is of a form that corresponds to a pulse width modulation (PWM) signal, or that the drive signal is a PWM signal. According to a general consideration, at each falling edge of the drive signal s/drive current of the plunger K20 are pulled down (back) if the coil arrangement 30 were driven by a PWM signal. This is because the return coil 34 ensures that when the coil current is switched off, the dissipation current produced is used to retrieve the stamp K20 more quickly. When driving with a pulsed square current, which is used to reduce the driving power for the coil, as soon as the coil has picked up, this return effect could occur with every falling edge of the driving current. However, since the PWM frequency is quite high (in the kHz range), this undesired slight return of the stamp K20 is at least almost negligible, since the forward voltage of the diode (freewheeling diode) 40 must first be reached at the falling edge of the drive current before a Current can flow through the return coil. By the time this on-state voltage is reached, the rising edge of the control current will already occur again with the appropriate PWM frequency. A PWM signal can therefore also be used for activation if, with such PWM activation of the coil, the PWM frequency is selected to match the forward voltage of diode 40 and the coil inductance in order to avoid unwanted return currents or to minimize unwanted return currents or to avoid. Return currents would then only occur if the drive current was permanently switched off. The above is an example in 7 shown schematically. There it is shown that the recommended frequency of the PWM control signal is higher than the inverse of the relay switch-off time. In this way it is prevented or cannot happen that the return current generated by the freewheeling diode 40 will turn off the relay unintentionally. In this case, typical values for the PWM frequency can be, for example, 1 kHz with a 50% PWM ratio.

Insbesondere weist der ansteuernde Spulenstrom einen glatten Verlauf auf. Eine geringe Welligkeit ist wegen der Diodendurchlassspannung tolerabel. Denn nur Induktionsspannungen oberhalb der Diodendurchlassspannung würden einen Stromfluss über die zweite Spule 34 ermöglichen.In particular, the driving coil current has a smooth course. A small amount of ripple is tolerable because of the diode forward voltage. This is because only induction voltages above the diode forward voltage would allow current to flow through the second coil 34 .

Details zur Verringerung der Abschaltzeit werden nun in Bezug auf die 5a bis 6b beschrieben. Diesbezüglich zeigen die 5a und 5b eine Anordnung gemäß einem Versuchsaufbau, bei der die Verringerung der Abschaltzeit einer Umschaltvorrichtung K10 (eines Umschaltrelais) mithilfe der beschriebenen Rückholspule 34 verifiziert wird.Details on how to reduce the shutdown time will now be given in relation to the 5a until 6b described. In this regard, the 5a and 5b an arrangement according to an experimental setup, in which the reduction in the turn-off time of a switching device K10 (a switching relay) is verified using the return coil 34 described.

Die erste Spule 32 aus 5a weist beispielhaft ca. 800-1000 Windungen auf (abgeschätzt aus Kupfergewicht der Spule und Drahtdurchmesser). Über einen Abschnitt der ersten Spule 32 sind als zweite Spule 34 ca. 200 Windungen Kupferleitung gegensinnig darüber gewickelt und mit einer Freilaufdiode 40 verschaltet. In 5a ist der Aufbau ohne Nutzung der Rückholspule 34 gezeigt. In 5b ist der Aufbau mit Nutzung der Rückholspule 34 dargestellt.The first coil 32 off 5a has, for example, approx. 800-1000 turns (estimated from the copper weight of the coil and the wire diameter). About 200 turns of copper wire are wound in opposite directions over a section of the first coil 32 as a second coil 34 and connected to a freewheeling diode 40 . In 5a the structure is shown without using the return coil 34. In 5b the structure using the return coil 34 is shown.

Zur Messung der Abschaltzeit ist eine Lichtschranke angebracht, die beim Zurückziehen des Schaltstempels K20 (der in dem gezeigten Versuchsaufbau ankerförmig ausgebildet ist und damit nachfolgend als Anker K20 bezeichnet wird) unterbrochen wird und damit die Messung der Rückholzeit des Ankers K20 ermöglicht. Mit dieser Messanordnung erhält man nicht die tatsächlichen Kontakt-Abschaltzeiten, aber die relativen Unterschiede in der Rückholzeit des Ankers K20 mit und ohne Rückholspule. Eine kürzere Rückholzeit des Ankers K20 bedingt eine kürzere Abschaltzeit der Umschaltvorrichtung K10. Eine längere Rückholzeit des Ankers K20 bedingt eine längere Abschaltzeit der Umschaltvorrichtung K10.To measure the switch-off time, a light barrier is attached, which is interrupted when the switching plunger K20 (which is designed like an armature in the experimental setup shown and is therefore referred to as armature K20 below) is withdrawn, thus enabling the return time of armature K20 to be measured. With this measurement setup, the actual contact break times are not obtained, but the relative differences in the return time of the K20 armature with and without the return coil. A shorter return time of the armature K20 requires a shorter switch-off time of the switching device K10. A longer return time of the armature K20 requires a longer switch-off time of the switching device K10.

Die Spulenanordnung 30 wird jeweils bestromt und beim Abschalten wird das Lichtschrankensignal (in 6a und 6b mit „Li“ für Lichtschranke bezeichnet) mit einem Digitaloszilloskop aufgezeichnet. Diese Prüfung wird mit und ohne zugeschaltete Rückholspule 34 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den 6a (ohne Rückholspule 32) und 6b (mit Rückholspule) dargestellt. Das heißt, es sind die gemessenen Abschaltzeiten dargestellt. Die x-Achse ist mit der Nummer der Messpunkte beschriftet. Ein Messpunkt entspricht ca. 0,1 mSec. Die y-Achse ist mit relativen Spannungswerten und der Lichtschrankenausgangsspannung beschriftet. Der Strom wurde im Zweig der Freilaufdiode 40 gemessen. Die Stromwerte (in 6a und 6b mit „Sp“ für Spulenstrom bezeichnet) wurden für die Darstellung mit einem positiven Offset versehen da der Strom durch die Freilaufdiode 40 in diesem Testaufbau als negativer Peak erfasst wird. Der Wert von ca. 140 für den Spulenstrom entspricht also Strom 0 durch die Freilaufdiode 40. Der Strom durch die Freilaufdiode 40 (mit oder ohne Rückholspule 34) weist einen zweiten Peak für den Moment auf, an dem der Anker K20 beginnt, wegen des abbauenden Magnetfeldes in die Spulenanordnung 30 zurückzufallen und dort eine Gegeninduktionsspannung generiert.The coil arrangement 30 is energized and when it is switched off, the light barrier signal (in 6a and 6b labeled "Li" for light barrier) recorded with a digital oscilloscope. This test is carried out with and without the return coil 34 switched on. The results are in the 6a (Without return coil 32) and 6b (with return coil) shown. This means that the measured switch-off times are shown. The x-axis is labeled with the number of the measurement points. A measuring point corresponds to approx. 0.1 mSec. The y-axis is labeled with relative voltage values and the photocell output voltage. The current was measured in the freewheeling diode 40 branch. The current values (in 6a and 6b denoted by “Sp” for coil current) were provided with a positive offset for the purpose of representation, since the current through the freewheeling diode 40 is recorded as a negative peak in this test setup. The value of about 140 for the coil current thus corresponds to zero current through the freewheeling diode 40. The current through the freewheeling diode 40 (with or without the return coil 34) has a second peak for the moment when the armature K20 starts, because of the dissipating Magnetic field fall back into the coil assembly 30 and generated there a mutual induction voltage.

Die Abschaltzeit ist hier definiert als die Zeit zwischen Spulenstromabschaltung (durch den Peak des Stroms im Freilaufdiodenzweig erkennbar), und der Unterbrechung der Lichtschranke. Bei Verwendung der im Freilaufdiodenzweig zugeschalteten Rückholspule verringert sich die Abschaltzeit von ca. 4,3 mSec (siehe 6a) auf ca. 3,2 mSec (siehe 6b). Die Rückholspule 34 bewirkt also durch ein signifikant schnelleres Abbauen des Spulenmagnetfeldes eine Verkürzung der Abschaltzeit um ca. 25%.The switch-off time is defined here as the time between switching off the coil current (identified by the current peak in the freewheeling diode branch) and the interruption of the light barrier. When using the return coil switched on in the free-wheeling diode branch, the switch-off time is reduced from approx. 4.3 mSec (see 6a) to approx. 3.2 mSec (see 6b) . The return coil 34 thus causes due to a significantly faster dissipation of the coil magnetic field, the switch-off time is reduced by approx. 25%.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102017123458 A1 [0004]

Claims

Switching device (K10) for batteries (U1, U2) of a vehicle, the switching device (K10) having: an input terminal (1) connectable to a first battery (U1) of a vehicle; an output terminal (2) connectable to a second battery (U2) of the vehicle; a first switching path (10) running between the input port (1) and the output port (2) and having a first break (12) and a second break (14); a second switching path (20) running between the input port (1) and the output port (2) and having a first break (22) and a second break (24); and a contact arrangement (K20) with a first contact element (K22) and a second contact element (K24), the contact arrangement (K20) being designed to assume a first switching state and a second switching state, the contact arrangement (K20) being arranged in this way in the first switching state is that the first contact element (K22) bridges the first interruption (12) of the first switching path (10) and the second contact element (K24) bridges the second interruption (14) of the first switching path (10), and in the second switching state the contact arrangement (K20) is arranged such that the first contact element (K22) bridges the first interruption (22) of the second switching path (20) and the second contact element (K24) bridges the second interruption (24) of the second switching path (20).

Switching device (K10) after claim 1 , The contact arrangement (K20) being movable from the first switching state into the second switching state and from the second switching state into the first switching state.

Switching device (K10) after claim 1 or 2 , wherein the first (K22) and the second contact element (K24) can be moved together to the second switching path (20) via the movement of the contact arrangement (K20) from the first switching state to the second switching state, and via the movement of the contact arrangement (K20) from the second switching state to the first switching state, the first (K22) and the second contact element (K24) can be moved together to the first switching path (10).

Switching device (K10) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the switching device (K10) further comprises a coil arrangement (30) which is designed to drive the contact arrangement (K20).

Switching device (K10) according to one of Claims 1 until 4 , The coil arrangement (30) having a first coil (32) which is designed to support the contact arrangement (K20) in moving from the first switching state to the second switching state.

Switching device (K10) after claim 4 or 5 , The coil arrangement (30) having a second coil (34) which is designed to support the contact arrangement (K20) in moving from the second switching state into the first switching state.

Switching device (K10) according to one of Claims 1 until 6 , wherein in the first switching state the first battery (U1) is connected to the second battery (U2) in parallel and in the second switching state the first battery (U1) and the second battery (U2) are connected in series.

Coil arrangement (30) for a switching device (K10) of a vehicle, the coil arrangement (30) having: a first coil (32) which can be connected to a control voltage supply via a switch (S1); and a second coil (34) oppositely wound to said first coil (32) and connected to a flyback diode (40), wherein the first coil (32) is designed to generate a first magnetic field when the switch (S1) is closed; and the first coil (32) and the second coil (34) are arranged in such a way that when the switch (S1) is open, a discharge current from the first coil (32) is conducted through the second coil (34) and the forward diode (40), that the second coil (34) is able to generate a second magnetic field which acts in opposition to the first magnetic field.

Coil arrangement (30) after claim 8 , Wherein the coil arrangement (30) with a switching device (K10) according to one of Claims 1 until 7 can be used or connected in such a way that the first magnetic field supports the contact arrangement (K20) in moving from the first switching state to the second switching state; and the second magnetic field supports the contact arrangement (K20) in moving from the second switching state to the first switching state.

Vehicle having the switching device (K10) according to one of Claims 1 until 7 and/or a coil arrangement (30). claim 8 or 9 .