EP3095123B1 - Schaltvorrichtung zum schalten hoher elektrischer ströme und batteriesystem mit einer solchen schaltvorrichtung - Google Patents

Schaltvorrichtung zum schalten hoher elektrischer ströme und batteriesystem mit einer solchen schaltvorrichtung Download PDF

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EP3095123B1
EP3095123B1 EP15700013.4A EP15700013A EP3095123B1 EP 3095123 B1 EP3095123 B1 EP 3095123B1 EP 15700013 A EP15700013 A EP 15700013A EP 3095123 B1 EP3095123 B1 EP 3095123B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching device
wire
switching
signalling
contacts
Prior art date
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Active
Application number
EP15700013.4A
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English (en)
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EP3095123A1 (de
Inventor
Gergely GALAMB
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3095123A1 publication Critical patent/EP3095123A1/de
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Publication of EP3095123B1 publication Critical patent/EP3095123B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/30—Means for indicating condition of fuse structurally associated with the fuse
    • H01H85/303—Movable indicating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/02—Bases, casings, or covers
    • H01H2009/0292—Transparent window or opening, e.g. for allowing visual inspection of contact position or contact condition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/541—Auxiliary contact devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/30—Means for indicating condition of fuse structurally associated with the fuse
    • H01H85/303—Movable indicating elements
    • H01H85/306—Movable indicating elements acting on an auxiliary switch or contact

Definitions

  • the invention relates to a switching device for switching high electrical currents comprising at least a first normally open contact and at least a second normally open contact, the normally open contacts being spaced apart in a first switching position of the switching device and contacting one another in a second switching position of the switching device for conducting an electrical current.
  • the invention relates to a battery system with a battery and a battery management system, the battery management system comprising a control unit and at least one isolating unit for galvanically isolating the battery from a consumer and / or a charging device.
  • Switching devices mentioned at the outset are known in particular as contactors in the prior art.
  • the publication discloses DE 10 2010 032 456 A1 an electrical contactor with main and secondary contacts as working contacts.
  • Switching devices of this type are used in particular in battery systems of at least partially electrically operated vehicles in order, if necessary, for example in the event of a fault in the battery of the battery system or an accident with the vehicle, to electrically charge the battery from the vehicle or from a charging device for recharging the battery separate.
  • switching devices of this type such as contactors in particular, separate high currents or high currents flow via the working contacts of the switching devices
  • erosion of the working contacts occurs, in particular when an arc is formed between the working contacts. Since the erosion leads to a reduction in the contact material of the working contacts, the working contacts wear out over time, which leads to a limited service life of such switching devices. In order to ensure the full functionality of such a switching device, it must therefore be replaced at certain time intervals. It is desirable to know at what point in time the switching device should be replaced.
  • WO 96/13732 A1 discloses a switching device according to the preamble of claim 1.
  • a switching device for switching high electrical currents has at least a first normally open contact and at least a second normally open contact, the normally open contacts being spaced apart in a first switching position of the switching device and contacting each other in a second switching position of the switching device for conducting an electrical current, Proposed, wherein the switching device for signaling wear of the work contacts comprises at least one wire with a defined melting point, the at least one wire being spaced apart from the at least one first work contact and the at least one second work contact in the region of an arc which can be formed between the work contacts that the at least one wire when the melting temperature is exceeded as a result of an arc being formed between the at least one first working contact and the at least one a second work contact is severed.
  • the switching device is a contactor, preferably an electromechanical contactor, the work contacts of which, as is known in the prior art, are controlled by means of a magnetic coil.
  • the working contacts of the switching device can be both main contacts and auxiliary contacts or secondary contacts, in particular main contacts and / or secondary contacts of a contactor, such as in the document DE 10 2010 032 456 A1 described.
  • the working contacts are preferably arranged on contact carriers, in particular on a base plate and / or a tie rod or a contact carrier plate which is operatively connected to a tie rod.
  • the working contacts can in particular also be designed as double contacts.
  • the at least one wire of the switching device can in particular be made of plastic or metal.
  • a metallic wire is preferably provided. It is further preferably provided that the at least one wire has a has circular cross section.
  • the wire can also have other cross-sectional shapes, in particular the wire or at least one of the wires can be a flat wire, a profile wire or a square wire.
  • the at least one wire, held by a holding device is arranged at a distance from the at least one first work contact and the at least one second work contact.
  • the holding device is preferably arranged on the switching device.
  • the holding device can be realized by clamping and / or screwing elements.
  • the at least one wire is preferably held at its ends by the holding device, preferably in such a way that the wire between the ends is contactless, that is to say is only in contact with the switching device via the holding device.
  • the at least one wire is thus advantageously “free floating”.
  • the at least one wire is arranged in the so-called quenching chamber of a switching device, preferably using the aforementioned holder.
  • the invention makes use of the knowledge that an arc damaging the work contacts, which arises when the work contacts are disconnected under load, causes a sharp rise in temperature, the temperature correlating with the intensity of the arc forming.
  • a wire of the switching device is advantageously dimensioned in such a way, in particular with regard to its melting point and material thickness, that it melts under the action of an arc which forms between the working contacts and damages the working contacts and is severed in the process, the severing of the wire advantageously forming a working contact which damages the working contacts Arc is signaled and / or used for signaling.
  • the switching device comprises at least one further wire with a defined melting point, the melting point of the at least one wire being higher or lower than the melting point of the at least one further wire, and / or the material thickness of the at least one wire being greater or is smaller than the material thickness of the at least one further wire.
  • the intensity of an arc that has occurred can advantageously be signaled.
  • the severity of the effects of an arc on the working contacts can thus be signaled by a plurality of wires. For example, if only the weakest wire was destroyed, the severity of the impact was low. On the other hand, if, for example, all wires of different dimensions are cut, this indicates a strong intensity of the arc and allows the conclusion that the work contacts have been severely damaged.
  • the switching device can have two wires, the first wire having a first melting point and a first material thickness and the second wire having a second melting point which is higher than the first melting point and a second material thickness which is greater than the first. If an arc occurs between the working contacts in such a configuration, the first wire is cut more than the second wire due to the temperature rise associated with the formation of the arc. If only the first wire and not the second wire is cut through when an arc is formed between the work contacts, the intensity of the arc was lower than when the first wire and the second wire melt and are cut through.
  • the intensity of the arc and thus the determination of which wire or wires have been cut, allows conclusions to be drawn about the erosion of the working contacts.
  • the at least one wire is mechanically tensioned, preferably by a holding device, in particular between two holders of the holding device.
  • a holding device in particular between two holders of the holding device.
  • the mechanical tension of the wire means that the at least one wire can be used particularly well to signal mechanical and / or electrical wear on the work contacts, in particular by means of at least one signaling element.
  • the switching device comprises at least one signaling element, which is moved from a first position to a second position when the wire is cut. This advantageously improves the signaling in particular that the switching device is to be exchanged, since the signaling here takes place — at least not exclusively — by cutting the at least one wire, but rather the signaling element has been moved from the first position to the second position .
  • the signaling element is a signaling plate which is arranged on the wire.
  • the signaling plate is preferably made of a metal or a heat-resistant plastic material.
  • the signaling plate can be arranged on the wire by welding.
  • the signaling plate is advantageously held in a first position by the mechanical tension of the wire. If the wire is cut as a result of the temperature effect of an arc formed between the work contacts, the signaling plate is moved from the first position to a second position. This change from the first position to the second position advantageously signals wear of the work contacts and thus that the switching device has to be replaced.
  • the signaling element is a signaling body, in particular a signaling pin, which is held in the first position under pretension by the mechanically tensioned wire, such that the signaling body when the wire is severed by releasing the pretension from the first Position is placed in the second position.
  • the mechanical wire is connected directly to the signaling body, the signaling body being held in the first position by the wire against the force of a mechanical spring. If the wire is cut, the signaling body is moved into the second position by the force of the spring and thereby signals wear of the working contacts and thus that the switching device has to be replaced.
  • the signaling body is advantageously arranged such that the signaling body is not visible in the first position and is visible in the second position, so that the visibility of the signaling body signals that the switching device is to be replaced.
  • the switching device has a guide in which the signaling body is guided.
  • a recess is provided as a guide in which the signaling body is guided.
  • the signaling body In the first position, the signaling body is preferably arranged completely in the recess and is therefore not visible. Only when changing from the first position to the second position does the signaling body advantageously emerge from the recess, is thus visible and thus signals that the switching device is to be replaced.
  • the switching device comprises a signaling line with a switching element which can be actuated by the signaling body, preferably a microswitch, the switching element being actuated by the signaling body by the transition from the first position to the second position, wherein actuation of the switching element electrically signals a cutting of the wire via the signaling line.
  • the signaling line can advantageously be connected to a further device, particularly preferably a control unit. If the switching element of the switching device is actuated by the signaling body, the device connected to the signaling line advantageously receives an electrical signal, so that the further device can signal that the switching device is to be replaced, in particular by generating an optically or acoustically perceptible signal.
  • the device to which the signaling line can be connected is a battery control unit of a battery management system, in particular when using the switching device with a battery system used by the battery control in a hybrid, plug-in hybrid or electric vehicle Unit can be signaled to a user of the vehicle, preferably by activating a signaling device of the vehicle instruments, that the switching device is to be replaced.
  • a further advantageous embodiment of the switching device according to the invention provides that the switching device comprises at least one display window, which is arranged such that the at least one wire and / or the at least one signaling element in the first position and / or in the second position through the at least one display window Position is visible.
  • the switching device can advantageously be determined by visual inspection, for example as part of an inspection or maintenance inspection, whether the switching device is to be replaced.
  • the mechanically tensioned wire with a signaling plate arranged thereon is visible within the display window, preferably in such a way that the signaling plate is completely visible in the display window. If the wire has been cut as a result of an arc forming between the work contacts, the signaling plate is no longer held in the first position but takes a second position. This is advantageously recognizable through the display window.
  • the at least one wire is electrically conductive and the switching device comprises at least one connection element via which a measuring device for determining the electrical conductivity of the wire can be connected. It is preferably checked whether there is an electrically conductive connection from one end of the wire to the other end of the wire. This can be done in particular by measuring the electrical resistance of the wire. If the wire has been cut as a result of the occurrence of an arc between the work contacts, so that the wire is no longer electrically conductive, this is advantageously detected by the measuring device and can be signaled.
  • a battery system with a battery and a battery management system comprising a control unit and at least one isolating unit for galvanically isolating the battery from a consumer and / or a charging device, the isolating unit being a switching device according to the invention is or at least includes.
  • the battery of the battery system comprises a plurality of battery cells that are electrically connected to one another, in particular rechargeable lithium-ion cells.
  • the battery system is designed for use in hybrid, plug-in hybrid or electric vehicles.
  • the battery cells of the battery can be electrically connected to form battery modules, the battery modules in turn being electrically connected to one another to form a battery.
  • the switching device is designed as an electromechanical contactor.
  • the switching device is a switching device according to the invention in which the at least one wire is electrically conductive and the switching device is at least one Includes connection element, via which a measuring device for determining the electrical conductivity of the at least one wire can be connected, and wherein the control unit is connected or connected to the switching device via the connection element of the switching device, the control unit being designed to determine the electrical conductivity of the at least one wire .
  • the control unit is designed to detect a cut in the wire as an error and to signal that the switching device is to be replaced.
  • the control unit makes an entry in an error memory, which can advantageously be read out during an inspection.
  • the control unit is preferably a battery control unit (BCU).
  • BCU battery control unit
  • VCU vehicle control unit
  • the switching device 1 is an electromechanical contactor which is shown in a highly simplified manner and which is actuated by means of a magnetic coil (in 1 and 2 not explicitly shown) can be controlled.
  • the contactor 1 has a base plate 2, which comprises four first working contacts, namely the main contacts 4 and 4 'and the auxiliary contacts 6 and 6'.
  • the contactor 1 has a tie rod 3, which is activated by correspondingly controlling the in 1 and 2 not explicitly shown coil can move to the base plate 2, which is symbolic in 1 and 2 is represented by the double arrow 9.
  • the tie rod 3 has a second working contact for a first working contact of the base plate 2, namely the main contacts 5, 5 'and the auxiliary contacts 7, 7'.
  • first switching position of the contactor 1 which in Fig. 1 is shown, the first work contacts 4, 4 ', 6, 6' and the second work contacts 5, 5 ', 7, 7' are spaced apart.
  • second switching position of the contactor 1 which in Fig. 2 is shown, the first make contacts 4, 4 ', 6, 6' contact the second make contacts 5, 5 ', 7, 7', so that an electric current through the make contacts 4-5, 4'-5 ', 6-7 and 6'-7 'can flow.
  • the contactor 1 shown comprises a mechanically tensioned wire 8 with a defined melting point.
  • the wire 8 is a metallic wire with a circular cross section.
  • the wire 8 from a 1 and 2 Holding device not explicitly shown, is held mechanically tensioned at the respective ends of the wire 8, so that the wire 8 is advantageously held "quasi-floating".
  • the wire 8 is arranged at a distance from the first work contact 4 and the second work contact 5, the distance being chosen to be small, so that the thermal energy of an arc formed between the work contacts acts directly on the wire 8. If the thermal energy is so great due to the intensity of the arc that arises that the melting point of the wire 8 is exceeded, the wire 8 is severed. The cutting of the wire 8 signals an erosion that has occurred at the working contacts of the contactor 1 and thus that the contactor 1 is to be replaced.
  • a signaling element preferably a colored, heat-resistant signaling plate (in 1 and 2 not explicitly shown), is arranged.
  • the signaling element is in a first position. If the wire 8 is cut, the signaling element assumes a second position due to the mechanical tension no longer being present. If the signaling element is no longer in the first position, this advantageously indicates more clearly that the working contacts of the contactor 1 have eroded and the contactor 1 must therefore be replaced.
  • the contactor 1 preferably has a display window (in 1 and 2 not explicitly shown), through which the signaling element is visible at least in the first position.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Schalten hoher elektrischer Ströme aufweisend wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt, wobei die Arbeitskontakte in einer ersten Schaltstellung der Schaltvorrichtung voneinander beabstandet sind und in einer zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung zur Leitung eines elektrischen Stroms einander kontaktieren.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriesystem mit einer Batterie und einem Batteriemanagementsystem, wobei das Batteriemanagementsystem eine Steuergeräteinheit und wenigstens eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung umfasst.
    • Stand der Technik
  • Eingangs genannte Schaltvorrichtungen sind insbesondere als Schaltschütze im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2010 032 456 A1 ein elektrisches Schaltschütz mit Haupt- und Nebenkontakten als Arbeitskontakte. Solche Schaltvorrichtungen werden dabei insbesondere in Batteriesystemen von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen eingesetzt, um im Bedarfsfall, beispielsweise bei einem Fehler in der Batterie des Batteriesystems oder einem Unfall mit dem Fahrzeug, die Batterie galvanisch von dem Fahrzeug oder von einer Ladeeinrichtung zum Nachladen der Batterie zu trennen.
  • Wenn derartige Schaltvorrichtungen, wie insbesondere Schütze, hohe Ströme trennen beziehungsweise hohe Ströme über die Arbeitskontakte der Schaltvorrichtungen fließen, kommt es zum sogenannten Abbrand der Arbeitskontakte, insbesondere bei Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten. Da der Abbrand zu einer Reduzierung des Kontaktmaterials der Arbeitskontakte führt, verschleißen die Arbeitskontakte mit der Zeit, was zu einer begrenzten Lebensdauer solcher Schaltvorrichtungen führt. Um die vollständige Funktionsfähigkeit einer solchen Schaltvorrichtung sicherzustellen, muss diese daher in bestimmten zeitlichen Abständen ausgetauscht werden. Dabei ist es wünschenswert zu wissen, zu welchem Zeitpunkt die Schaltvorrichtung ausgetauscht werden sollte.
  • Aus der Druckschrift JPH03246845 A ist dabei bekannt, das Erfordernis eines Austausches eines Schützes mittels einer LED (LED: light-emitting diode) zu signalisieren. Darüber hinaus ist aus der Druckschrift WO 2006/018416 A1 eine Schutzschaltvorrichtung mit elektrischer Anzeige bekannt, wobei mittels der Anzeige eine Information bereitgestellt wird, weshalb ein Auslösen der Schutzschaltvorrichtung stattgefunden hat. Ferner ist aus der Druckschrift DE 195 44 926 C1 eine Vorrichtung zum Überwachen des Abbrandes der Kontaktstücke bei einem Schaltgerät bekannt. Dabei wird die Lichtbogenspannung eines sich beim Ausschaltvorgang zwischen den öffnenden Kontaktstücken ausbildenden Lichtbogens gemessen und das Schwankungsmaß der Lichtbogenspannung als Kriterium für den Verschleißzustand der Kontaktstücke herangezogen.
  • WO 96/13732 A1 offenbart eine Schaltvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Nachteilig bei den vorgenannten Lösungen ist insbesondere die vergleichsweise aufwendige technische Realisierung.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache technische Realisierung zur Signalisierung eines Verschleißes der Arbeitskontakte beziehungsweise der Alterung der Arbeitskontakte einer Schaltvorrichtung, insbesondere eines Schaltschützes, bereitzustellen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltvorrichtung zum Schalten hoher elektrischer Ströme aufweisend wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt, wobei die Arbeitskontakte in einer ersten Schaltstellung der Schaltvorrichtung voneinander beabstandet sind und in einer zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung zur Leitung eines elektrischen Stroms einander kontaktieren, vorgeschlagen, wobei die Schaltvorrichtung zur Signalisierung eines Verschleißes der Arbeitskontakte wenigstens einen Draht mit einem definierten Schmelzpunkt umfasst, wobei der wenigstens eine Draht beabstandet zu dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt im Bereich eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildbaren Lichtbogens derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Draht bei Überschreiten der Schmelztemperatur in Folge einer Ausbildung eines Lichtbogens zwischen dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt durchtrennt wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung ein Schaltschütz ist, vorzugsweise ein elektromechanisches Schaltschütz, dessen Arbeitskontakte, wie im Stand der Technik bekannt, mittels einer Magnetspule gesteuert werden.
  • Die Arbeitskontakte der Schaltvorrichtung können sowohl Hauptkontakte als auch Hilfskontakte beziehungsweise Nebenkontakte sein, insbesondere Hauptkontakte und/oder Nebenkontakte eines Schaltschützes wie beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2010 032 456 A1 beschrieben. Die Arbeitskontakte sind vorzugsweise auf Kontaktträgern angeordnet, insbesondere auf einer Basisplatte und/oder einem Zuganker beziehungsweise einer mit einem Zuganker in Wirkverbindung stehenden Kontaktträgerplatte. Die Arbeitskontakte können insbesondere auch als Doppelkontakte ausgebildet sein.
  • Der wenigstens eine Draht der Schaltvorrichtung kann insbesondere aus Kunststoff oder Metall sein. Bevorzugt ist ein metallischer Draht vorgesehen. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Draht kann aber auch andere Querschnittsformen aufweisen, insbesondere kann der Draht oder zumindest einer der Drähte ein Flachdraht, ein Profildraht oder ein Vierkantdraht sein.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht von einer Haltevorrichtung gehalten beabstandet zu dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt angeordnet ist. Die Haltevorrichtung ist dabei vorzugsweise an der Schaltvorrichtung angeordnet. Insbesondere kann die Haltevorrichtung durch Klemm- und/oder Schraubelemente realisiert sein. Vorzugsweise wird der wenigstens eine Draht jeweils an dessen Enden von der Haltevorrichtung gehalten, vorzugsweise derart, dass der Draht zwischen den Enden kontaktlos ist, das heißt insbesondere nur über die Haltevorrichtung mit der Schaltvorrichtung in Kontakt steht. Der wenigstens eine Draht ist somit vorteilhafterweise quasi "freischwebend". Insbesondere ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht in der sogenannten Löschkammer einer Schaltvorrichtung angeordnet ist, vorzugsweise unter Nutzung einer vorgenannten Halterung.
  • Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass ein die Arbeitskontakte schädigender Lichtbogen, welcher sich ausbildet, wenn die Arbeitskontakte unter Last getrennt werden, einen starken Temperaturanstieg verursacht, wobei die Temperatur mit der Intensität des sich ausbildenden Lichtbogens korreliert. Ein Draht der Schaltvorrichtung wird dabei vorteilhafterweise derart dimensioniert, insbesondere hinsichtlich dessen Schmelzpunkt und Materialstärke, dass dieser unter Einwirkung eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden, die Arbeitskontakte schädigenden Lichtbogens schmilzt und dabei durchtrennt wird, wobei das Durchtrennen des Drahtes vorteilhafterweise die Ausbildung eines die Arbeitskontakte schädigenden Lichtbogens signalisiert und/oder zur Signalisierung genutzt wird. Durch die Dimensionierung des Drahtes ist somit vorteilhafterweise vorgebbar, wie sensibel die Signalisierung erfolgen soll, insbesondere ob allgemein das Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten signalisiert werden soll oder das Auftreten eines Lichtbogens besonderer Intensität, der die Arbeitskontakte besonders stark schädigt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schaltvorrichtung wenigstens einen weiteren Draht mit einem definierten Schmelzpunkt, wobei der Schmelzpunkt des wenigstens einen Drahtes höher oder niedriger ist, als der Schmelzpunkt des wenigstens einen weiteren Drahtes, und/oder die Materialstärke des wenigstens einen Drahtes größer oder kleiner ist, als die Materialstärke des wenigstens einen weiteren Drahtes. Durch die Nutzung mehrerer unterschiedlich ausgestalteter Drähte, die bei unterschiedlicher Strombelastung der Arbeitskontakte schmelzen, das heißt insbesondere bei Auftreten von Lichtbögen unterschiedlicher Intensität, ist vorteilhafterweise die Intensität eines aufgetretenen Lichtbogens signalisierbar. Durch eine Mehrzahl von Drähten lässt sich somit die Schwere einer Einwirkung eines Lichtbogens auf die Arbeitskontakte signalisieren. Ist beispielsweise nur der am schwächsten dimensionierte Draht zerstört, so war die Schwere der Einwirkung gering. Sind dagegen beispielsweise sämtliche Drähte unterschiedlicher Dimensionierung durchtrennt, so weist dies auf eine starke Intensität des Lichtbogens hin und lässt den Rückschluss zu, dass die Arbeitskontakte stark geschädigt wurden.
  • Insbesondere kann die Schaltvorrichtung zwei Drähte aufweisen, wobei der erste Draht einen ersten Schmelzpunkt und eine erste Materialstärke aufweist und der zweite Draht einen zweiten Schmelzpunkt, der höher als der erste Schmelzpunkt liegt, und eine zweite Materialstärke, die größer ist als die erste, aufweist. Tritt bei einer derartigen Ausgestaltung ein Lichtbogen zwischen den Arbeitskontakten auf, so wird der erste Draht eher aufgrund des mit der Ausbildung des Lichtbogens einhergehenden Temperaturanstiegs durchtrennt als der zweite Draht. Wird bei Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten nur der erste Draht durchtrennt und nicht der zweite Draht, so war die Intensität des Lichtbogens geringer, als wenn der erste Draht und der zweite Draht schmelzen und durchtrennt werden. Vorteilhafterweise lässt dabei die Intensität des Lichtbogens, und somit die Feststellung welcher Draht beziehungsweise welche Drähte durchtrennt wurden, Rückschlüsse auf den Abbrand der Arbeitskontakte zu.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist der wenigstens eine Draht mechanisch gespannt, vorzugsweise von einer Haltevorrichtung, insbesondere zwischen zwei Halterungen der Haltevorrichtung. Vorteilhafterweise lässt sich dabei besonders gut erkennen, ob der Draht in Folge einer hohen Strombelastung der Arbeitskontakte zerstört wurde, insbesondere durch Überprüfung, ob der Draht noch gespannt ist oder nicht. Darüber hinaus ist durch die mechanische Spannung des Drahtes der wenigstens eine Draht besonders gut nutzbar, um mechanisch und/oder elektrisch einen Verschleiß der Arbeitskontakte zu signalisieren, insbesondere mittels wenigstens eines Signalisierungselementes.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung wenigstens ein Signalisierungselement umfasst, welches bei Durchtrennung des Drahtes von einer ersten Position in eine zweite Position verbracht wird. Vorteilhafterweise ist hierdurch insbesondere die Signalisierung, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist, verbessert, da die Signalisierung hierbei - zumindest nicht ausschließlich - dadurch erfolgt, dass der wenigstens eine Draht durchtrennt ist, sondern dass das Signalisierungselement von der ersten Position in die zweite Position verbracht worden ist.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass das Signalisierungselement ein Signalisierungsplättchen ist, welches an dem Draht angeordnet ist. Das Signalisierungsplättchen ist vorzugsweise aus einem Metall oder einem hitzebeständigen Kunststoffmaterial. Insbesondere kann das Signalisierungsplättchen durch Verschweißung an dem Draht angeordnet sein. Durch die mechanische Spannung des Drahtes wird das Signalisierungsplättchen dabei vorteilhafterweise in einer erste Position gehalten. Wird der Draht in Folge der Temperatureinwirkung eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden Lichtbogens durchtrennt, so wird das Signalisierungsplättchen von der ersten Position in eine zweite Position verbracht. Dieser Wechsel von der ersten Position in die zweite Position signalisiert dabei vorteilhafterweise einen Verschleiß der Arbeitskontakte und somit, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist.
  • Als besonders vorteilhafte Ausgestaltungsvariante hierzu ist vorgesehen, dass das Signalisierungselement ein Signalisierungskörper ist, insbesondere ein Signalisierungsstift, welcher unter Vorspannung von dem mechanisch gespannten Draht in der ersten Position gehalten wird, derart, dass der Signalisierungskörper bei Durchtrennung des Drahtes durch Lösen der Vorspannung von der ersten Position in die zweite Position verbracht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der mechanische Draht dabei direkt mit dem Signalisierungskörper verbunden ist, wobei der Signalisierungskörper entgegen der Kraft einer mechanischen Feder durch den Draht in der ersten Position gehalten wird. Wird der Draht durchtrennt, so wird der Signalisierungskörper durch die Kraft der Feder in die zweite Position verbracht und signalisiert hierdurch einen Verschleiß der Arbeitskontakte und somit, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Vorteilhafterweise ist der Signalisierungskörper derart angeordnet, dass der Signalisierungskörper in der ersten Position nicht sichtbar ist, und in der zweiten Position sichtbar ist, sodass die Sichtbarkeit des Signalisierungskörpers signalisiert, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung eine Führung aufweist, in welcher der Signalisierungskörper geführt ist. Insbesondere ist dabei eine Ausnehmung als Führung vorgesehen, in welcher der Signalisierungskörper geführt ist. Vorzugsweise ist der Signalisierungskörper dabei in der ersten Position vollständig in der Ausnehmung angeordnet und somit nicht sichtbar. Erst beim Wechsel von der ersten Position in die zweite Position tritt der Signalisierungskörper vorteilhafterweise aus der Ausnehmung heraus, ist somit sichtbar und signalisiert somit, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schaltvorrichtung eine Signalisierungsleitung mit einem von dem Signalisierungskörper betätigbaren Schaltelement, vorzugsweise einem Mikroschalter, wobei das Schaltelement von dem Signalisierungskörper durch den Übergang von der ersten Position in die zweite Position betätigt wird, wobei ein Betätigen des Schaltelementes ein Durchtrennen des Drahtes über die Signalisierungsleitung elektrisch signalisiert. Die Signalisierungsleitung ist dabei vorteilhafterweise an eine weitere Vorrichtung, besonders bevorzugt eine Steuergeräteeinheit, anschließbar. Wird das Schaltelement der Schaltvorrichtung durch den Signalisierungskörper betätigt, empfängt die an der Signalisierungsleitung angeschlossene Vorrichtung vorteilhafterweise ein elektrisches Signal, sodass die weitere Vorrichtung insbesondere durch Erzeugung eines optisch oder akustisch wahrnehmbaren Signals signalisieren kann, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vorrichtung, an welcher die Signalisierungsleitung anschließbar ist, eine Battery Control Unit eines Batteriemanagementsystems ist, wobei insbesondere bei Verwendung der Schaltvorrichtung mit einem in einem Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeug eingesetzten Batteriesystem von der Battery Control Unit ausgehend einem Nutzer des Fahrzeugs vorzugsweise durch Ansteuerung einer Signalisierungseinrichtung der Fahrzeuginstrumente, signalisiert werden kann, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung sieht vor, dass die Schaltvorrichtung wenigstens ein Anzeigefenster umfasst, welches derart angeordnet ist, dass durch das wenigstens eine Anzeigefenster der wenigstens eine Draht und/oder das wenigstens eine Signalisierungselement in der ersten Position und/oder in der zweiten Position sichtbar ist. Hierbei ist vorteilhafterweise durch Sichtkontrolle, beispielsweise im Rahmen einer Inspektions- oder Wartungsuntersuchung, feststellbar, ob die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der mechanisch gespannte Draht mit einem daran angeordneten Signalisierungsplättchen innerhalb des Anzeigefensters sichtbar ist, vorzugsweise derart, dass das Signalisierungsplättchen vollständig in dem Anzeigefenster sichtbar ist. Ist der Draht in Folge eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden Lichtbogens durchtrennt worden, so wird das Signalisierungsplättchen nicht mehr in der ersten Position gehalten sondern nimmt eine zweite Position ein. Dies ist vorteilhafterweise durch das Anzeigefenster erkennbar.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht elektrisch leitfähig ist und die Schaltvorrichtung wenigstens ein Anschlusselement umfasst, über welches eine Messeinrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Drahtes anschließbar ist. Vorzugsweise wird dabei geprüft, ob eine elektrisch leitfähige Verbindung von einem Ende des Drahtes zu dem anderen Ende des Drahtes existiert. Dies kann insbesondere durch eine Messung des elektrischen Widerstandes des Drahtes erfolgen. Ist der Draht in Folge des Auftretens eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten durchtrennt worden, sodass der Draht nicht mehr elektrisch leitfähig ist, wird dies von der Messeinrichtung vorteilhafterweise erfasst und kann signalisiert werden.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriesystem mit einer Batterie und einem Batteriemanagementsystem vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem eine Steuergeräteeinheit und wenigstens eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung umfasst, wobei die Trenneinheit eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist oder zumindest umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Batterie des Batteriesystems eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen umfasst, insbesondere nachladbare Lithium-Ionen-Zellen. Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass das Batteriesystem zum Einsatz in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgebildet ist. Insbesondere können die Batteriezellen der Batterie zu Batteriemodulen elektrisch verschaltet sein, wobei die Batteriemodule wiederum elektrisch miteinander zu einer Batterie verschaltet sind. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung als elektromechanisches Schaltschütz ausgebildet ist.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist, bei der der wenigstens eine Draht elektrisch leitfähig ist und die Schaltvorrichtung wenigstens ein Anschlusselement umfasst, über welches eine Messeinrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des wenigstens einen Drahtes anschließbar ist, und wobei die Steuergeräteeinheit über das Anschlusselement der Schaltvorrichtung mit der Schaltvorrichtung verbunden beziehungsweise angeschlossen ist, wobei die Steuergeräteeinheit zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des wenigstens einen Drahtes ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit ausgebildet ist, ein Durchtrennen des Drahtes als Fehler zu detektieren und zu signalisieren, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass von der Steuergeräteeinheit ein Eintrag in einen Fehlerspeicher vorgenommen wird, welcher vorteilhafterweise im Rahmen einer Inspektion ausgelesen werden kann. Die Steuergeräteeinheit ist vorzugsweise eine Battery Control Unit (BCU). Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit ausgebildet ist, ein Durchtrennen des Drahtes als Information an eine Fahrzeugsteuergeräteeinheit weiterzuleiten, insbesondere eine sogenannten Vehicle Control Unit (VCU), welche ausgebildet ist, bei Empfang der Information im Fahrzeug eine Fehlermeldung zu generieren.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer ersten Schaltstellung; und
    Fig. 2
    in einer vereinfachten schematischen Darstellung die in Fig. 1 dargestellte Schaltvorrichtung in einer zweiten Schaltstellung.
  • In Fig. 1 und Fig. 2 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 dargestellt. Die Schaltvorrichtung 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein stark vereinfacht dargestelltes elektromechanisches Schaltschütz, welches mittels einer Magnetspule (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellt) ansteuerbar ist. Das Schaltschütz 1 weist dabei eine Basisplatte 2 auf, welche vier erste Arbeitskontakte, nämlich die Hauptkontakte 4 und 4' sowie die Hilfskontakte 6 und 6', umfasst. Des Weiteren weist das Schaltschütz 1 einen Zuganker 3 auf, welcher sich durch entsprechende Ansteuerung der in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellten Spule zu der Basisplatte 2 bewegen kann, was symbolisch in Fig. 1 und Fig. 2 durch den Doppelpfeil 9 dargestellt ist. Der Zuganker 3 weist dabei jeweils zu einem ersten Arbeitskontakt der Basisplatte 2 einen zweiten Arbeitskontakt auf, nämlich die Hauptkontakte 5, 5' und die Hilfskontakte 7, 7'. In einer ersten Schaltstellung des Schaltschützes 1, die in Fig. 1 dargestellt ist, sind die ersten Arbeitskontakte 4, 4', 6, 6' und die zweiten Arbeitskontakte 5, 5', 7, 7' voneinander beabstandet. In einer zweiten Schaltstellung des Schaltschützes 1, die in Fig. 2 dargestellt ist, kontaktieren die ersten Arbeitskontakte 4, 4', 6, 6' die zweiten Arbeitskontakte 5, 5', 7, 7', sodass ein elektrischer Strom über die Arbeitskontakte 4-5, 4'-5', 6-7 und 6'-7' fließen kann.
  • Das in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Schaltschütz 1 umfasst einen mechanisch gespannten Draht 8 mit einem definierten Schmelzpunkt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Draht 8 ein metallischer Draht mit einem kreisförmigen Querschnitt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Draht 8 von einer in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellten Haltevorrichtung an den jeweiligen Enden des Drahtes 8 mechanisch gespannt gehalten wird, sodass der Draht 8 vorteilhafterweise "quasi schwebend" gehalten wird. Der Draht 8 ist beabstandet zu dem ersten Arbeitskontakt 4 und dem zweiten Arbeitskontakt 5 angeordnet, wobei der Abstand gering gewählt ist, sodass die Wärmeenergie eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden Lichtbogens auf den Draht 8 unmittelbar einwirkt. Ist die Wärmeenergie aufgrund der Intensität des sich ausbildenden Lichtbogens so groß, dass der Schmelzpunkt des Drahtes 8 überschritten wird, so wird der Draht 8 durchtrennt. Das Durchtrennen des Drahtes 8 signalisiert dabei einen an den Arbeitskontakten des Schützes 1 aufgetretenen Abbrand und somit, dass das Schütz 1 auszutauschen ist.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass an dem mechanisch gespannten Draht 8 ein Signalisierungselement, vorzugsweise ein farbiges, hitzebeständiges Signalisierungsplättchen, (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellt), angeordnet ist. Solange der Draht 8 mechanisch gespannt ist, befindet sich das Signalisierungselement dabei in einer ersten Position. Wird der Draht 8 durchtrennt, so nimmt das Signalisierungselement aufgrund der nicht mehr vorhandenen mechanischen Spannung eine zweite Position ein. Befindet sich das Signalisierungselement nicht mehr in der ersten Position, so weist dies vorteilhafterweise besser sichtbar darauf hin, dass ein Abbrand der Arbeitskontakte des Schützes 1 erfolgt ist und das Schütz 1 daher auszutauschen ist. Vorzugsweise weist der Schütz 1 ein Anzeigefenster auf (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellt), durch welches das Signalisierungselement zumindest in der ersten Position sichtbar ist.
  • Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Insbesondere sind die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Kontakte 6, 6' und 7, 7' nicht obligatorisch für die Erfindung. Fig. 1 und Fig. 2 zeigen lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung.

Claims (11)

  1. Schaltvorrichtung (1) zum Schalten hoher elektrischer Ströme aufweisend wenigstens einen ersten Arbeitskontakt (4, 4', 6, 6') und wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt (5, 5', 7, 7'), wobei die Arbeitskontakte (4, 4', 6, 6'; 5, 5', 7, 7') in einer ersten Schaltstellung der Schaltvorrichtung (1) voneinander beabstandet sind und in einer zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung (1) zur Leitung eines elektrischen Stroms einander kontaktieren, wobei die Schaltvorrichtung (1) zur Signalisierung eines Verschleißes der Arbeitskontakte (4, 4', 6, 6'; 5, 5', 7, 7') wenigstens einen Draht (8) mit einem definierten Schmelzpunkt umfasst, wobei der wenigstens eine Draht (8) bei Überschreiten der Schmelztemperatur in Folge einer Ausbildung eines Lichtbogens zwischen dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt (4, 4', 6, 6') und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt (5, 5', 7, 7') durchtrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Draht (8) beabstandet zu dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt (4, 4', 6, 6') und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt (5, 5', 7, 7') im Bereich eines sich zwischen den Arbeitskontakten (4, 4', 6, 6'; 5, 5', 7, 7') ausbildbaren Lichtbogens angeordnet ist.
  2. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) wenigstens einen weiteren Draht mit einem definierten Schmelzpunkt umfasst, wobei der Schmelzpunkt des wenigstens einen Drahtes (8) höher oder niedriger ist, als die Schmelztemperatur des wenigstens einen weiteren Drahtes, und/oder die Materialstärke des wenigstens einen Drahtes (8) größer oder kleiner ist, als die Materialstärke des wenigstens einen weiteren Drahtes.
  3. Schaltvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Draht (8) mechanisch gespannt ist.
  4. Schaltvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) wenigstens ein Signalisierungselement umfasst, welches bei Durchtrennung des Drahtes (8) von einer ersten Position in eine zweite Position verbracht wird.
  5. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalisierungselement ein Signalisierungsplättchens ist, welches an dem Draht (8) angeordnet ist.
  6. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalisierungselement ein Signalisierungskörper ist, welcher unter Vorspannung von dem mechanisch gespannten Draht (8) in der ersten Position gehalten wird, derart, dass der Signalisierungskörper bei Durchtrennung des Drahtes (8) durch Lösen der Vorspannung von der ersten Position in die zweite Position verbracht wird.
  7. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) eine Signalisierungsleitung mit einem von dem Signalisierungskörper betätigbaren Schaltelement umfasst, wobei das Schaltelement von dem Signalisierungskörper durch den Übergang von der ersten Position in die zweite Position betätigt wird, wobei ein Betätigen des Schaltelementes ein Durchtrennen des Drahtes (8) über die Signalisierungsleitung elektrisch signalisiert.
  8. Schaltvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) wenigstens ein Anzeigefenster umfasst, welches derart angeordnet ist, dass durch das wenigstens eine Anzeigefenster der wenigstens eine Draht (8) und/oder das wenigstens eine Signalisierungselement in der ersten Position und/oder in der zweiten Position sichtbar ist.
  9. Schaltvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Draht (8) elektrisch leitfähig ist und die Schaltvorrichtung (1) wenigstens ein Anschlusselement umfasst, über welches eine Messeinrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Drahtes (8) anschließbar ist.
  10. Batteriesystem mit einer Batterie und einem Batteriemanagementsystem, wobei das Batteriemanagementsystem eine Steuergeräteinheit und wenigstens eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit eine Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist oder zumindest umfasst.
  11. Batteriesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) eine Schaltvorrichtung nach Anspruch 9 ist und die Steuergeräteeinheit über das Anschlusselement der Schaltvorrichtung (1) mit der Schaltvorrichtung (1) verbunden ist, wobei die Steuergeräteeinheit zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des wenigstens einen Drahtes (8) ausgebildet ist.
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