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Der Gegenstand hierin betrifft generell Leistungsverteilungseinheiten. In gewissen elektrischen Anwendungen, etwa bei einer HVAC, einer Leistungsversorgung, in Lokomotiven, in Aufzugsteuerungen, in Motorsteuerungen, in der Luftfahrt, in Elektrofahrzeugen, in elektrischen Hybridfahrzeugen, in Brennstoffzellenfahrzeugen, in Ladesystemen und dergleichen, werden elektrische Schaltvorrichtungen verwendet, um die Leistungsverteilung für die Geräte zu steuern. Beispielsweise enthalten Fahrzeuge, in denen ein Hochspannungsbatterieverbund verwendet ist, im Allgemeinen eine Hauptschaltvorrichtung, um die Batterieleistung auf die leistungselektronischen Komponenten zu schalten. Im Allgemeinen geht mit Leistungselektronikschaltungen eine gewisse Kapazität einher. Diese Kapazität kann hohe Anlaufströme hervorrufen, wenn die Hauptschaltvorrichtung geschlossen wird. Diese hohen Anlaufströme können eine Bogenentladung über den Kontakten erzeugen, wodurch eine Schädigung oder eine Verringerung der Lebensdauer der Kontakte hervorgerufen wird und wodurch Funken erzeugt werden. Um die hohen Anlaufströme zu vermeiden und um die Hauptschaltvorrichtung zu schützen, wird häufig eine Vorladeschaltung in Verbindung mit der Hauptschaltvorrichtung verwendet. Eine typische Vorladeschaltung beinhaltet eine Vorladeschaltvorrichtung in Reihe mit einem Vorladewiderstand. Während des Einschaltens des Fahrzeugs wird die Vorladeschaltung geschlossen und es fließt Strom durch die Vorladeschaltvorrichtung und den Vorladewiderstand. Bei Erreichen einer Sollspannung kann die Hauptschaltvorrichtung eingeschaltet und die Vorlageschaltvorrichtung ausgeschaltet werden. Die diversen Komponenten konventioneller Leistungsverteilungseinheiten werden integriert und miteinander elektrisch verbunden, wobei Leitungen und Stromschienen verwendet werden. Beispielsweise sind die einzelnen Komponenten separat auf einem gemeinsamen Rahmen, etwa unter Verwendung von Befestigungsmitteln, montiert. Leitungen dienen zur Verbindung zwischen den Komponenten, etwa unter Anwendung von Anschlüssen, Kontakten oder Steckverbindern für die diversen Komponenten. Der Zusammenbau der Leistungsverteilungseinheit ist zeitaufwendig, wobei separate mechanische und elektrische Verbindungen für jede der Komponenten erforderlich sind. Des Weiteren nehmen die vielen Komponenten einen großen Bauraum innerhalb des Fahrzeugs ein. Das zu lösende Problem besteht darin, eine Leistungsverteilungseinheit bereitzustellen, die in kosteneffizienter und zuverlässiger Weise montiert werden kann.
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Dieses Problem wird gelöst durch eine Leistungsverteilungseinheit, die ein Gehäuse mit Wänden aufweist, die einen Hauptinnenraum und einen sekundären Innenraum begrenzen. Die Leistungsverteilungseinheit beinhaltet eine Hauptschaltvorrichtung, die in dem Hauptinnenraum des Gehäuses aufgenommen ist. Die Hauptschaltvorrichtung beinhaltet einen ersten und einen zweiten festen Kontakt und einen beweglichen Kontakt, der zwischen einer Eingriffsposition und einer Nicht-Eingriffsposition bewegbar ist. Der bewegliche Kontakt tritt mit dem ersten und dem zweiten festen Kontakt in Eingriff bzw. in Kontakt, so dass der erste und der zweite feste Kontakt in der Eingriffsposition elektrisch verbunden sind. Der bewegliche Kontakt ist in der Nicht-Eingriffsposition von dem ersten und zweiten festen Kontakt getrennt. Die Hauptschaltvorrichtung beinhaltet eine Spulenanordnung, die aktiviert wird, so dass der bewegliche Kontakt zwischen der Nicht-Eingriffsposition und der Eingriffsposition verschoben wird. Die Leistungsverteilungseinheit beinhaltet eine Vorladeanordnung, die in dem sekundären Innenraum des Gehäuses aufgenommen ist. Die Vorladeanordnung beinhaltet einen Vorladewiderstand und einen Vorladeschalter, der mit dem Vorladewiderstand verbunden ist. Die Leistungsverteilungseinheit beinhaltet eine Steuerung, die in dem Gehäuse aufgenommen ist. Die Steuerung beinhaltet eine Hauptschaltvorrichtungsansteuerung zur Speisung der Hauptschaltvorrichtung. Die Steuerung beinhaltet eine Vorladeansteuerung zur Speisung des Vorladeschalters.
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Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Leistungsverteilungseinheit gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist.
- 2 eine Ansicht der Leistungsverteilungseinheit eines Fahrzeugbatteriesystems gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist.
- 3 eine Aufrissansicht der Leistungsverteilungseinheit gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist.
- 4 eine perspektivische Ansicht der Leistungsverteilungseinheit gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 mit einer Leistungsverteilungseinheit 100 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform. Das Fahrzeug 10 kann ein Elektrofahrzeug sein. In diversen anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 ein elektrisches Hybridfahrzeug sein, das einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) enthält. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen oder mehrere Elektromotoren 12 zum Antreiben von Rädern 14 des Fahrzeugs 10. Es ist ein Umrichter 16 zur Steuerung der Leistung für den Elektromotor 12 vorgesehen.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet ein Fahrzeugbatteriesystem 18 zur Bereitstellung von Leistung für das Fahrzeug 10, etwa für den Elektromotor 12 oder andere Fahrzeugsysteme oder Komponenten. Die Leistungsverteilungseinheit 100 ist Teil des Fahrzeugbatteriesystems 18. Das Fahrzeugbatteriesystem 18 beinhaltet einen Batterieverbund bzw. Batteriepack 20, etwa einen Hochspannungsbatterieverbund 20 zur Speisung des Elektromotors 12. Der Batterieverbund 20 stellt als Gleichspannungsausgang eine hohe Spannung bereit. Der Batterieverbund 20 ist mit der Leistungsverteilungseinheit 100 elektrisch verbunden. Die Leistungsverteilungseinheit 100 ist ebenfalls mit dem Elektromotor 12 elektrisch verbunden. Zusätzlich zur Bereitstellung von Energie für den Elektromotor 12 kann der Batterieverbund 20 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme, etwa für Heizungen, Kompressoren, Niederspannungsgleichstromkomponenten, und dergleichen bereitstellen. Das Fahrzeugbatteriesystem 18 kann andere Systemkomponenten, etwa einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthalten. Der Elektromotor 12 kann als Generator arbeiten, um damit den Batterieverbund 20 aufzuladen, so dass Kraftstoffverbrauchsvorteile erzielt und Schadstoffemissionen reduziert werden.
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Die Leistungsverteilungseinheit 100 ist zwischen den Batterieverbund 20 und dem Umrichter 16 vorgesehen. Die Leistungsverteilungseinheit 100 steuert den Leistungsfluss zwischen dem Batterieverbund 20 und dem Umrichter 16. Die Leistungsverteilungseinheit 100 beinhaltet eine Hauptschaltvorrichtung 102 und eine Vorladeanordnung 104, die zusammen mit der Hauptschaltvorrichtung 102 eine Einheit bildet. Die Hauptschaltvorrichtung 102 ist ein elektrischer Schalter oder ein Relais, der bzw. das einen oder mehrere elektrische Schaltkreise zuverlässig verbindet oder entkoppelt, um den Leistungsfluss durch das System zu schützen. Die Vorladeanordnung wird zur Vorladung eines Kondensators des Fahrzeugbatteriesystems 18 verwendet, und beinhaltet einen elektrischen Schalter oder ein Relais und einen Widerstand, der den Kondensator zuverlässig auflädt. Die Leistungsverteilungseinheit 100 kann in diversen anderen Anwendungen anstatt des Fahrzeugs verwendet werden, etwa in einer HVAC, in einer Leistungsversorgung, in Lokomotiven, in einer Aufzugsteuerung, in einer Motorsteuerung, in Luftfahrtanwendungen, in Ladesystemen und dergleichen.
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In einer anschaulichen Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeug 10 eine Fahrzeugsteuerung 40, die mit der Leistungsverteilungseinheit 100 elektrisch verbunden ist. Die Fahrzeugsteuerung 40 sendet zum Betreiben der Leistungsverteilungseinheit 100 Auslösesignale an die Leistungsverteilungseinheit 100. Die Leistungsverteilungseinheit 100 steuert die Leistungsversorgung zu dem Umrichter 16. Beispielsweise beinhaltet die Leistungsverteilungseinheit 100 Ansteuerschaltungen für das Öffnen und Schließen von Schaltern, um dem Umrichter 16 Leistung zuzuführen. Die Ansteuerungen werden auf der Grundlage der Auslösesignale aus der Fahrzeugsteuerung 40 betrieben. In einer anschaulichen Ausführungsform werden mehrere Schalter auf der Grundlage eines einzigen Auslösesignals, das von der Fahrzeugsteuerung 40 an die Leistungsverteilungseinheit 100 gesendet wird, betrieben. Die Auslösesignale können auf einer Nachfrage nach Batterieleistung, dem Umdrehen eines Schlüssels oder dem Drücken eines Startknopfes in dem Fahrzeug 10, dem Einstecken eines Ladegeräts, etwa eines Telefonladegeräts, dem Betrieb eines weiteren Fahrzeugsystems, etwa dem Heiz/Kühlsystem des Fahrzeugs 10, oder auf einer Anforderung von Fahrleistung beruhen.
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2 ist eine Ansicht der Leistungsverteilungseinheit 100 des Fahrzeugbatteriesystems 18. Die Leistungsverteilungseinheit 100 ist zwischen dem Batterieverbund 20 und einem Verbraucher 30, etwa dem Umrichter 16 für den Elektromotor 12, elektrisch angeschlossen. Das Fahrzeugbatteriesystem 18 beinhaltet einen positiven Schaltkreis 32 und einen negativen Schaltkreis 34. Der positive Schaltkreis 32 ist mit einem positiven Batterieanschluss 22 des Batterieverbunds 20 verbunden. Der negative Schaltkreis 34 ist mit einem negativen Batterieanschluss 24 des Batterieverbunds 20 verbunden. Die Hauptschaltvorrichtung 102 und die Vorladeanordnung 104 der Leistungsverteilungseinheit 100 sind elektrisch mit dem positiven Schaltkreis 32 verbunden. Eine negative Schaltvorrichtung 36 ist mit dem negativen Schaltkreis 34 verbunden. Es ist ein Kondensator 38 zwischen dem positiven Schaltkreis 32 und dem negativen Schaltkreis 34 angeschlossen.
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In einer anschaulichen Ausführungsform kann die Hauptschaltvorrichtung 102 als Voreinstellung in eine offene Stellung wechseln, so dass der Batterieverbund 20 von dem Verbraucher 30 getrennt wird. In der offenen Stellung kann der Batterieverbund 20 keine Leistung für den Verbraucher 30 bereitstellen. Ein Signal oder eine Anforderung zum Schließen der Hauptschaltvorrichtung 102 kann durch die Fahrzeugsteuerung 40 ausgegeben werden, etwa in der Reaktion auf eine Betätigung der Zündung beruhend auf der Anforderung durch den Fahrer, oder durch ein anderes Ereignis, etwa, dass ein Ladegerät angeschlossen wird, oder sobald der Batterieverbund 20 mit anderen Geräten verbunden werden muss. Die Leistungsverteilungseinheit 100 beinhaltet eine Steuerung 240 zur Steuerung der Leistungsversorgung, die durch die Leistungsverteilungseinheit 100 erfolgt. Die Steuerung 240 beinhaltet eine Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Hauptschaltvorrichtung 102. Die Steuerung 240 beinhaltet eine Vorladeansteuerung 244 zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Vorladeanordnung 104. Eine Übertragung der Signale zum Öffnen und zum Schließen kann durch eine eigenständige Signalverbindung oder durch eine serielle Kommunikation auf einer Busverbindung zwischen der Fahrzeugsteuerung 40 und der Steuerung 240 der Leistungsverteilungseinheit 100 erfolgen. Die Vorladeanordnung 104 wird verwendet, um den Kondensator 38 vor dem Schließend der Hauptschaltvorrichtung 102 aufzuladen. Die Vorladeanordnung 104 wird vor der Hauptschaltvorrichtung 102 aktiviert, um damit den Kondensator 38 vor dem Aktivieren der Hauptschaltvorrichtung 102 aufzuladen. Beispielsweise aktiviert die Steuerung die Vorladeansteuerung 244 vor dem Aktivieren der Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242, etwa eine vorbestimmte Zeitdauer vor dem Aktivieren der Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 (beispielsweise ungefähr 100 ms). Die Vorladeanordnung 104 minimiert den Anlaufstrom durch die Hauptschaltvorrichtung 102, wenn die Hauptschaltvorrichtung 102 eingeschaltet wird, indem die Spannungsdifferenz minimiert wird. Die Vorladeanordnung reduziert oder vermeidet Probleme beim Schließen der Hauptschaltvorrichtung 102 aufgrund eines gro-ßen Anlaufstroms. Beispielsweise kann die Vorladeanordnung 104 eine Lichtbogenbildung an der Hauptschaltvorrichtung 102 während des Schaltens verringern. Der durch die Vorladeanordnung 104 fließende Strom kann auf einen Wert begrenzt werden, der deutlich geringer ist als ein Nennstrom für den mit einer Vorladung zu beaufschlagenden Verbraucher. Beispielsweise kann der Strom auf einen Wert von 5 Ampere oder weniger begrenzt werden, während der Verbrauchernennstrom bei einigen hundert Ampere liegen kann. Die Begrenzung des Stroms beeinflusst die Geschwindigkeit des Spannungsanstiegs am Verbraucher 30. Die zum Aufladen des Kondensators 38 erforderliche Zeit kann auf eine vorbestimmte Zeitdauer, etwa ungefähr 100 ms, festgelegt werden. In einer anschaulichen Ausführungsform steuert die Steuerung 240 die Vorladesequenz und übernimmt von der Fahrzeugsteuerung 40 die Steuerungszuständigkeit. Die Übernahme der Zuständigkeit von der Fahrzeugsteuerung 40 verringert den Aufwand der elektronischen Hauptsteuerungseinheit des Fahrzeugs. Die Steuerung 240 steuert die Sequenz des Schließens des Vorladeschalters, der ein Aufladen des Kondensators 38 ermöglicht. Die Steuerung 240 überwacht das Aufladen des Kondensators, um damit das Öffnen des Vorladeschalter und das Schließen der Hauptschaltvorrichtung 102 zu steuern. Die Steuerung 240 kann Steuerungsalgorithmen einsetzen, um zu ermitteln, wann der Kondensator eine ausreichende Ladung besitzt (beispielsweise auf der Grundlage eines Zeitablaufs oder auf der Grundlage einer Stromerfassung). Wenn der Kondensator 38 ausreichend Ladung hat, dann aktiviert die Steuerung 240 die Hauptschaltvorrichtung 102 und schaltet den Vorladeschalter aus. Die Steuerung 240 schützt die Hauptschaltvorrichtung 102 vor einer Beschädigung.
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Die Vorladeanordnung 104 liegt parallel zu der Hauptschaltvorrichtung 102. Eine Seite der Vorladeanordnung 104 ist elektrisch mit dem Batterieverbund 20 verbunden. Die andere Seite der Vorladeanordnung 104 ist mit dem Kondensator 38 und dem Verbraucher 30 elektrisch verbunden. Die Steuerung 240 der Vorladeanordnung 104 steuert den Betrieb der Vorladeanordnung 104, etwa das Bereitstellen von Steuersignalen zum Aktivieren der Vorladeanordnung 104 und zum Aktivieren der Hauptschaltvorrichtung 102, nachdem der Kondensator 38 aufgeladen ist. Das Steuersignal kann ein Signal sein, um eine Schalteinrichtung (beispielsweise eine Gateansteuerung eines MOSFET) zu steuern. Das Steuersignal kann eine Spannung oder ein Strom sein, die bzw. der der Schalteinrichtung zugeführt wird. Das Steuersignal kann eine Spannung oder ein Strom sein, die bzw. der einer Spulenanordnung zugeführt wird.
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3 ist eine Aufrissansicht der Leistungsverteilungseinheit 100 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform. Die Leistungsverteilungseinheit 100 beinhaltet ein Gehäuse 106, das die Hauptschaltvorrichtung 102, die Vorladeanordnung 104 und die Steuerung 240 enthält. Das Gehäuse 106 beinhaltet Wände 108, die einen Hauptinnenraum 110 und einen sekundären Innenraum 112 begrenzen. Der Hauptinnenraum 110 beinhaltet die Hauptschaltvorrichtung 102, und der sekundäre Innenraum 112 enthält die Vorladeanordnung 104. Der Hauptinnenraum 110 und der sekundäre Innenraum 112 sind jeweils in dem gemeinsamen Gehäuse 106 integriert. Das Gehäuse 106 ist ein Gehäuse, das als ein einziges Stück ausgebildet ist, wobei die Wände 108, die den Hauptinnenraum 110 bilden, und die Wände 108, die den sekundären Innenraum 112 bilden, als eine einzige, einheitliche monolithische Struktur geformt sind. In der dargestellten Ausführungsform hat der Hauptinnenraum 110 einen kreisförmigen Querschnitt und der sekundäre Innenraum hat einen rechteckigen Querschnitt; jedoch können in alternativen Ausführungsformen die Innenräume andere Formen aufweisen.
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In einer anschaulichen Ausführungsform ist eine der Wände 108 des Gehäuses 106 eine Trennwand 114, die zwischen dem Hauptinnenraum 110 und dem sekundären Innenraum 112 liegt. Die Trennwand 114 bildet einen Teil des Hauptinnenraums 110 und einen Teil des sekundären Innenraums 112. Eine erste Seite der Trennwand 114 ist dem Hauptinnenraum 110 zugewandt und eine zweite Seite der Trennwand 114 ist dem sekundären Innenraum 112 zugewandt. Das Gehäuse 106 beinhaltet Montageflansche 116, etwa den Boden, die ausgebildet sind, an einer Struktur in dem Fahrzeug 10 befestigt zu werden.
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Das Gehäuse 106 beinhaltet einen Deckel 118 zum Schließen des Hauptinnenraums 110 und eine Abdeckung 119 zum Abdecken des sekundären Innenraums 112. Optional können der Deckel 118 und/oder die Abdeckung 119 mit den Wänden 108 des Gehäuses 106 dicht verbunden sein.
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Die Leistungsverteilungseinheit 100 beinhaltet feste Kontakte 120, die in dem Hauptinnenraum 110 liegen, und einen beweglichen Kontakt 122, der in dem Hauptinnenraum 110 zwischen einer Eingriffsposition und einer Nicht-Eingriffsposition bewegbar ist. Der bewegliche Kontakt 122 tritt mit den festen Kontakten 120 derart in Eingriff, dass die festen Kontakte 120 in der Eingriffsposition elektrisch verbunden sind. Die festen Kontakte 120 sind an dem Gehäuse 106 befestigt. Beispielsweise können die festen Kontakte 120 mit einem Kontakthalter 124 gekoppelt sein, der in dem Hauptinnenraum 110 aufgenommen ist. Der Kontakthalter 124 beinhaltet Öffnungen 126, die die festen Kontakte 120 aufnehmen. Der Kontakthalter 124 bildet eine Umhüllung 128. Die festen Kontakte 120 erstrecken sich in die Umhüllung 128. Der bewegliche Kontakt 122 ist in der Umhüllung 128 aufgenommen und ist ausgebildet, mit den festen Kontakten 120 in Eingriff zu treten, wenn die Hauptkontaktschaltvorrichtung 102 betätigt wird.
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Die festen Kontakte 120 beinhalten jeweils ein Anschlussende 130 und ein Eingriffsende 132. Das Anschlussende 130 ist dazu ausgebildet, mit einer weiteren Komponente, etwa einer Leitung oder einer Stromschiene, etwa einer Eingangsstromschiene oder einer Ausgangsstromschiene, verbunden zu werden. In einer anschaulichen Ausführungsform liegt das Anschlussende 130 im Außenbereich der Leistungsverteilungseinheit 100 frei, um mit der anderen Komponente verbunden zu werden. Das Anschlussende 130 kann ein Gewinde aufweisen, um eine Mutter aufzunehmen. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das Anschlussende 130 durch den Deckel 118 und liegt über dem Deckel 118. Das Eingriffsende 132 liegt in dem Hauptinnenraum 110, um ein Eingreifen mit dem beweglichen Kontakt 122 zu ermöglichen, etwa wenn die Leistungsverteilungseinheit 100 aktiviert wird. In der dargestellten Ausführungsform ist das Eingriffsende 132 im Wesentlichen flach, um mit dem beweglichen Kontakt 122 in Kontakt bzw. in Eingriff zu treten. Jedoch kann das Eingriffsende 132 in alternativen Ausführungsformen andere Formen haben, etwa eine verrundete Form, um einen eingreifenden Höcker an dem Eingriffsende 132 zu bilden, um damit mit dem beweglichen Kontakt 122 in Verbindung zu treten.
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Die Leistungsverteilungseinheit 100 beinhaltet eine Spulenanordnung 140 in dem Hauptinnenraum 110, die aktiviert wird, um damit für den beweglichen Kontakt 122 eine Bewegung zwischen der Nicht-Eingriffsposition und der Eingriffsposition herbeizuführen. Die Spulenanordnung 140 beinhaltet eine Wicklung oder eine Spule 142, die um einen Kern 144 gewickelt ist, so dass ein Elektromagnet gebildet wird. Die Spulenanordnung 140 beinhaltet einen Kolben 146, der mit dem Kern 144 verbunden ist. Der bewegliche Kontakt 122 ist mit dem Kolben 146 verbunden und zusammen mit dem Kolben 146 bewegbar, wenn die Spulenanordnung 140 aktiviert wird. Die Spulenanordnung 140 beinhaltet eine Feder 148, um den beweglichen Kontakt 122 in die Nicht-Eingriffsposition zurückzuführen, wenn die Spulenanordnung 140 ausgeschaltet wird. In einer anschaulichen Ausführungsform beinhaltet die Spulenanordnung 140 einen äußeren Kern 150, der ausgebildet ist, in dem Hauptinnenraum 110 aufgenommen zu werden. Die Spule 142 ist so ausgebildet, dass sie in dem äußeren Kern 150 aufgenommen wird.
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In einer anschaulichen Ausführungsform beinhaltet die Leistungsverteilungseinheit 100 eine Bogenentladungsunterdrückungseinheit 152, um eine elektrische Bogenentladung des elektrischen Schaltkreises zu unterdrücken bzw. zu reduzieren. Die Bodenentladungsunterdrückungseinheit 152 liegt in dem Innenraum 110 des Gehäuses 106. Optional kann die Bogenentladungsunterdrückungseinheit 152 in dem Kontakthalter 124, etwa in oder in der Nähe der Umhüllung 128, angeordnet sein. In einer anschaulichen Ausführungsform beinhaltet die Bogenentladungsunterdrückungseinheit 152 Magnete, die Magnetfelder in der Umhüllung 128 erzeugen, um damit eine Bogenentladung zu verringern, die zwischen dem beweglichen Kontakt 122 und den festen Kontakten 120 hervorgerufen wird. In einer anschaulichen Ausführungsform kann der Kontakthalter 124 hermetisch abgedichtet und mit einem inerten Gas zur Unterdrückung einer Bogenentladung gefüllt sein.
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Das Gehäuse 106 hält die Komponenten der Leistungsverteilungseinheit 100. Das Gehäuse 106 beinhaltet ein erstes Ende 160 und ein zweites Ende 162, das gegenüberliegend zu dem ersten Ende 160 angeordnet ist. Das erste Ende 160 kann eine Oberseite des Gehäuses 106 sein und das zweite Ende 162 kann ein Boden des Gehäuses 106 sein. Das Gehäuse 106 beinhaltet eine erste Seite 164 und eine zweite Seite 166, die der ersten Seite 164 gegenüberliegt. Der Hauptinnenraum 110 ist an der ersten Seite 164 vorgesehen. Der sekundäre Innenraum 112 ist an der zweiten Seite 166 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Hauptinnenraum 110 an dem ersten Ende 160 offen. Der Hauptinnenraum 110 nimmt die Hauptschaltvorrichtung 102 über das offene erste Ende 160 auf. Der Deckel 118 ist an dem ersten Ende 160 derart mit dem Gehäuse 106 verbunden, dass der Hauptinnenraum 110 verschlossen wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der sekundäre Innenraum 112 an der zweiten Seite 166 offen. Der sekundäre Innenraum 112 nimmt die Vorladeanordnung 104 über die offene zweite Seite 166 auf. In einer anschaulichen Ausführungsform enthält der zweite Innenraum 112 die Steuerung 240. Die Abdeckung 119 ist an der zweiten Seite 166 mit dem Gehäuse 106 derart verbunden, dass die Vorladeanordnung 104 in dem zweiten Innenraum 112 umschlossen wird und die Vorladeanordnung 104 in dem zweiten Innenraum 112 gehalten wird. Die Vorladeanordnung 104 ist zusammen mit der Hauptschaltvorrichtung 102 in dem gleichen Gehäuse 106 untergebracht. Die Steuerung 240 ist zusammen mit der Hauptschaltvorrichtung 102 in dem gleichen Gehäuse 106 untergebracht. Für die Leistungsverteilungseinheit 100 ist kein zweites Gehäuse für die Vorladeanordnung 104 oder die Steuerung 240 erforderlich, so dass die Anzahl der Komponenten und die Montagezeitdauer reduziert sind.
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Der Deckel 118 ist so ausgebildet, dass er mit dem Gehäuse 106 an dem ersten Ende 160 verbunden ist. Der Deckel 118 beinhaltet Öffnungen 170, die die festen Kontakte 120 aufnehmen. Die Öffnungen 170 sind zu den Öffnungen 126 ausgerichtet. Der Deckel 118 ist so geformt, dass er in das Gehäuse 106, etwa in den Hauptinnenraum 110 passt. Der Deckel 118 ist aus einem dielektrischen Material, etwa einem Kunststoffmaterial, hergestellt. In einer anschaulichen Ausführungsform beinhaltet der Deckel 118 einen Isolator 172 mit isolierenden Wänden 174, die entsprechend so gestaltet sind, dass die Anschlussenden 130 der festen Kontakte 122 elektrisch isoliert sind. Der Isolator 172 ist aus einem dielektrischen Material, etwa einem Kunststoffmaterial, hergestellt.
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In einer anschaulichen Ausführungsform beinhaltet das Gehäuse 106 Kontaktkanäle 180 zwischen dem Hauptinnenraum 110 und dem sekundären Innenraum 112. Die Kontaktkanäle 180 liegen in der dargestellten Ausführungsform in der Trennwand 114. Die Kontaktkanäle 180 ermöglichen ein Verlegen von Kontakten zwischen dem Hauptinnenraum 110 und dem sekundären Innenraum 112.
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Die Vorladeanordnung 104 ist in dem sekundären Innenraum 112 aufgenommen. Die Vorladeanordnung 104 beinhaltet eine Steuerschaltungsplatine 200, einen oder mehrere Vorladewiderstände 202, die mit der Steuerschaltungsplatine 200 verbunden sind, und einen Vorladeschalter 204, der mit der Steuerschaltungsplatine 200 verbunden ist. Die Steuerschaltungsplatine 200 bildet einen Teil der Steuerung 240. Beispielsweise ist die Vorladeanordnung 104 mit der Steuerung 240 als Einheit aufgebaut.
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Die Steuerung 240 beinhaltet die Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242, um die Hauptschaltvorrichtung 102 zu steuern, und beinhaltet die Vorladeansteuerung 244, um die Vorladeanordnung 104 zu steuern. Die Steuerung 240 beinhaltet eine Mikrosteuerung 246 zur Steuerung der Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und der Vorladeansteuerung 244. Die Mikrosteuerung 246 kann eine integrierte Schaltung (IC) sein, die so gestaltet ist, dass sie eine spezielle Funktionsweise der Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und der Vorladeansteuerung 244 regelt. Die Mikrosteuerung 246 kann einen Prozessor, einen Speicher und Eingabe/Ausgabe-(I/O) Peripherieeinrichtungen auf einem einzigen Chip aufweisen. Die Mikrosteuerung 246, die Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und die Vorladeansteuerung 244 können oberflächenmontiert auf der Steuerschaltungsplatine 200 vorgesehen sein. Beispielsweise können die Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und die Vorladeansteuerung 244 auf Anschlussflächen auf der Steuerschaltungsplatine 200 aufgelötet sein. Die Steuerschaltungsplatine 200 hält die Mikrosteuerung 246, die Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und die Vorladeansteuerung 244 in dem sekundären Innenraum 122. In diversen Ausführungsformen können die Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und/oder die Vorladeansteuerung 244 auf einen einzigen Chip mit der Mikrosteuerung 246 als Einheit aufgebaut sein. In diversen Ausführungsformen kann die Steuerung 240 einen A-D-Wandler zur Wandlung analoger Signale in digitale Signale aufweisen, etwa zur Steuerung der Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und der Vorladeansteuerung 244.
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In einer anschaulichen Ausführungsform beinhaltet die Steuerung 240 einen Auslösersteckverbinder 248, der mit der Steuerschaltungsplatine 200 elektrisch verbunden ist. Der Auslösersteckverbinder 248 ist so aufgebaut, dass er ein Auslösesignal aus der Fahrzeugsteuerung 40 (in 1 gezeigt) empfängt. Beispielsweise kann ein elektrischer Steckverbinder mit dem Auslösersteckverbinder 248 verbunden sein. Der Auslösersteckverbinder 248 kann in diversen Ausführungsformen eine Stiftverbindung oder eine Buchsenverbindung sein. Die Auslösesignale werden von der Steuerung 240 verwendet, um die Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 und die Vorladeansteuerung 244 zu aktivieren. Beispielsweise werden die Auslösesignale verwendet, um die Vorladeansteuerung 244 bei Empfang des Auslösesignals zu aktivieren, um damit den Vorladekondensator 38 vor dem Aktivieren der Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 aufzuladen.
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In einer anschaulichen Ausführungsform ist der Vorladeschalter 204 ein Halbleiterschalter. Beispielsweise kann der Vorladeschalter 204 ein MOSFET sein. In diversen anderen Ausführungsformen kann der Vorladeschalter 204 ein Triac oder ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) sein. In diversen anderen Ausführungsformen kann der Vorladeschalter ein mechanisches Relais sein. Der Vorladeschalter 204 ist mit einer ersten Seite 206 der Steuerschaltungsplatine 200 verbunden. Die Vorladewiderstände 202 sind mit einer zweiten Seite 208 der Steuerschaltungsplatine 200 verbunden. Jedoch können in alternativen Ausführungsformen der Vorladeschalter 204 und die Vorladewiderstände 202 mit der gleichen Seite der Steuerschaltungsplatine 200 verbunden sein. Der Vorladeschalter 204 und die Vorladewiderstände 202 können auf der Steuerschaltungsplatine 200 oberflächenmontiert sein. Beispielsweise können der Vorladeschalter 204 und die Vorladewiderstände 202 auf Anschlussflächen auf der Steuerschaltungsplatine 200 aufgelötet sein. Die Steuerschaltungsplatine 200, die Vorladewiderstände 202 und der Vorladeschalter 204 werden in den sekundären Innenraum 112 des Gehäuse 106 eingebracht und durch die Abdeckung 119 in dem sekundären Innenraum 112 fixiert. Die Steuerschaltungsplatine 200 hält die Vorladewiderstände 202 und den Vorladeschalter 204 in dem sekundären Innenraum 112. Die Wände 108 des Gehäuses 106 und die Abdeckung 119 umschließen die Vorladeanordnung 104. Optional kann eine Dichtung zwischen der Abdeckung 119 und dem Gehäuse 106 vorgesehen sein.
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Die Leistungsverteilungseinheit 100 beinhaltet einen ersten und einen zweiten Vorladeverbindungsanschluss 210, 212. Der erste und der zweite Vorladeverbindungsanschluss 210, 212 werden in den entsprechenden Kontaktkanälen 180 aufgenommen. Der erste und der zweite Vorladeverbindungsanschluss 210, 212 verlaufen jeweils zwischen einem ersten Ende 214 und einem zweiten Ende 216. Das erste Ende 214 ist mit dem entsprechenden festen Kontakt 120 verbunden. Beispielsweise kann das erste Ende 214 einen Ring 218 aufweisen, der das Anschlussende 130 aufnimmt. Eine Mutter kann zur Kopplung des ersten Endes 214 an den festen Kontakt 120 dienen. Eine Leitung oder eine Stromschiene ist ausgebildet, an dem Anschlussende 130 des festen Kontakts 120 und/oder dem ersten Ende 214 des Vorladeverbindungsanschlusses 210, 212 angeschlossen zu werden. Das zweite Ende 216 ist mit der Steuerschaltungsplatine 200 verbunden. Beispielsweise kann das zweite Ende 216 einen Stift oder eine Ausformung aufweisen, der bzw. die zur Presspassung in die Steuerschaltungsplatine 200 ausgebildet ist. Der erste und der zweite Vorladeverbindungsanschluss 210, 212 liefern Leistung an eine Leistungsschaltung der Steuerschaltungsplatine 200 und der Vorladeansteuerung 244. Die Vorladeansteuerung 244 wird aktiviert, um dem Vorladeschalter 204 Leistung zuzuführen. Der Vorladeschalter 204 ist durch die Vorladeverbindungsanschlüsse 210, 212 ohne dazwischenliegende Leitungen elektrisch mit den festen Kontakten 120 verbunden. Der Zusammenbau der Leistungsverteilungseinheit 100 ist schnell und einfach, ohne dass verbindende individuelle Leitungen oder Stromschienen zwischen den diversen Komponenten erforderlich sind. Die Vorladeverbindungsanschlüsse 210, 212 werden schnell und einfach mit den festen Kontakten 120 gekoppelt, um der Vorladeanordnung 104 Leistung zuzuführen. Beispielsweise kann eine Spannung oder ein Strom eingesetzt werden, um den Vorladeschalter 204 zu aktivieren.
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Die Leistungsverteilungseinheit 100 beinhaltet Spulenverbindungsanschlüsse 220. Die Spulenverbindungsanschlüsse 220 sind in den entsprechenden Kontaktkanälen 180 aufgenommen. Die Spulenverbindungsanschlüsse 220 erstrecken sich jeweils zwischen einem ersten Ende 224 und einem zweiten Ende 226. Das erste Ende 224 ist mit der Spule 142 verbunden. Das zweite Ende 226 ist mit der Steuerschaltungsplatine 200 verbunden. Die Spulenverbindungsanschlüsse 220 sind mit der Leistungsschaltung der Steuerschaltungsplatine 200 elektrisch verbunden. Die Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 wird aktiviert, um der Spule 142 Leistung zuzuführen, so dass die Hauptschaltvorrichtung 102 betätigt wird. Die Spulenanordnung 140 wird durch ein Ausgangssignal aus der Hauptschaltvorrichtungsansteuerung 242 aktiviert, das auf die Spulenverbindungsanschlüsse 200 übertragen wird. Beispielsweise kann eine Spannung oder ein Strom auf die Spulenverbindungsanschlüsse 220 übertragen werden, um die Spulenanordnung 140 zu aktivieren.
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4 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungsverteilungseinheit 100 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform. Im montierten Zustand ist die Hauptschaltvorrichtung 102 in dem Gehäuse 106 untergebracht und die Vorladeanordnung 104 ist in dem Gehäuse 106 untergebracht. Die Steuerung 240 ist in dem Gehäuse 106 angeordnet, um die Hauptschaltvorrichtung 102 und die Vorladeanordnung 104 zu betreiben. Der Deckel 118 verschließt die Hauptschaltvorrichtung 102 in dem Hauptinnenraum 110. Die Abdeckung 119 verschließt die Steuerung 240 und die Vorladeanordnung 104 in dem sekundären Innenraum 112. Die festen Kontakte 120 sind an dem ersten Ende 160 zur Verbindung mit Leistungskabeln oder Stromschienen zugänglich. Die einzige Verbindung liefert Leistung sowohl an die Hauptschaltvorrichtung 102 als auch an die Vorladeanordnung 104.
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Die Steuerung 240 steuert die Zufuhr der Leistung zu dem Vorladeschalter 204 und der Spulenanordnung 140. Beispielsweise aktiviert die Steuerung 240 zunächst den Vorladeschalter 204, um den Kondensator 38 (in 1 gezeigt) aufzuladen, ohne dass die Hauptschaltvorrichtung 102 mit Energie beaufschlagt wird. Nachdem der Kondensator 38 aufgeladen ist, schaltet die Steuerung 240 den Vorladeschalter 204 aus und speist die Spulenanordnung 140, um damit die Hauptschaltvorrichtung 120 zu aktivieren. In einer anschaulichen Ausführungsform ist ein elektrischer Verbinder 250 mit der Leistungsverteilungseinheit 100 gekoppelt, um der Steuerung 240 Steuer- oder Auslösesignale zuzuführen. Beispielsweise ist der elektrische Verbinder 250 mit dem Auslösersteckverbinder 248 (in 3 gezeigt) verbunden, um die Steuerung 240 elektrisch anzuschließen. Die Steuersignale dienen als Auslöser für den Betrieb der Leistungsverteilungseinheit 100. Wenn beispielsweise das Steuersignal an der Steuerung 240 empfangen wird, wird der Vorladevorgang in Gang gesetzt und anschließend erfolgt die Aktivierung der Hauptschaltvorrichtung 102.
