EP3549150B1 - Vorrichtung zum trennen eines bordnetzes von einer energiequelle - Google Patents

Vorrichtung zum trennen eines bordnetzes von einer energiequelle Download PDF

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EP3549150B1
EP3549150B1 EP17804912.8A EP17804912A EP3549150B1 EP 3549150 B1 EP3549150 B1 EP 3549150B1 EP 17804912 A EP17804912 A EP 17804912A EP 3549150 B1 EP3549150 B1 EP 3549150B1
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EP
European Patent Office
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switching
disconnecting device
housing
relay
energy accumulator
Prior art date
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EP17804912.8A
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EP3549150A1 (de
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Sebastian UTZ
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Innofas GmbH
Original Assignee
Innofas GmbH
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Publication date
Application filed by Innofas GmbH filed Critical Innofas GmbH
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/27—Relays with armature having two stable magnetic states and operated by change from one state to the other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/226—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil for bistable relays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/546—Contact arrangements for contactors having bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2227—Polarised relays in which the movable part comprises at least one permanent magnet, sandwiched between pole-plates, each forming an active air-gap with parts of the stationary magnetic circuit

Definitions

  • the invention relates to a device for disconnecting a direct voltage (on-board) network from an energy source or an energy store, and a method for disconnecting a voltage supply or an energy store from a direct voltage network.
  • a mechanical switch switching contact
  • a galvanic separation of the electrical device from the direct current source is established.
  • the disadvantage is that such mechanical switching contacts are worn out very quickly due to the arc that occurs when the contact is opened, or that additional effort is required to enclose and cool the arc, which is usually done by a corresponding mechanical switch with an arcing chamber.
  • a disconnection device with a mechanical switch which in the non-triggered state of the disconnection device is live.
  • Semiconductor electronics are connected in parallel to the mechanical switch and are connected to the mechanical switch in such a way that when the mechanical switch opens, the current flow through the isolating device is interrupted due to an arc forming in the area of the mechanical switch.
  • the DE 101 16 925 C1 a motor vehicle with a voltage network between an energy store and a generator with a rectifier, a safety-relevant control device connected to the voltage network both activating an auxiliary actuated actuator and supplying it with power, with the current flow between connections of the safety-relevant control device at one pole of the energy store and at one Corresponding output of the generator, an electrical battery isolator is arranged.
  • the control device is designed in such a way that it retains a residual voltage in order to actuate an electromotive actuator accordingly in an emergency driving program.
  • a known technical isolating device or a circuit breaker can switch DC loads up to 100 A if necessary. B. a number of e.g. 50,000 switching cycles can be achieved.
  • such known devices no longer show any effective switching behavior at currents of 500 A and more, since the device can only implement a single switching process, if at all.
  • the devices known from the prior art fail.
  • the device can be used universally and can therefore be used as a separate assembly at the desired vehicle position. This also necessitates the requirement that, depending on the installation position, a splash-proof and possibly shock-proof design is required.
  • the high-current switch should be designed to be bistable, ie it should also function in the currentless state.
  • the invention is based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages in the prior art and of specifying a particularly suitable disconnection device for interrupting direct current in the high load range between a direct current source and an electrical device or load of 15kW.
  • a disconnection device is accordingly provided which is designed to repeatedly disconnect a load greater than 12 KW of a 12V or 48V direct voltage (on-board) network from an energy store, preferably an energy store of a motor vehicle, consisting of a base and an insulating housing, with the housing inside a special switching arrangement is provided which enables safe closing and, above all, disconnection of the load path.
  • the invention can also be used with other nominal voltages VDC and currents, as well as in applications outside a vehicle in which high direct current loads have to be switched.
  • the circuit is preferably designed compactly in a circumferentially closed housing and a first energy storage connection and a second energy storage connection protrude from the housing. Furthermore, a first electrical switching path S1 is between a bistable Relay and a first signal line protruding from the housing for connection to a mechanical actuator, such as a changeover switch or button.
  • a second electrical switching path S2 is also provided between the bistable relay and a second signal line protruding from the housing for connecting to an actuator, such as a mechanical changeover switch or a button, with a stable switching state of the bistable relay optionally via one or the other Switching path can be produced by actuating with the actuator, whereby at least two two-dimensional switching contact pairs of the relay are brought into a contacting position or simultaneously into a spaced apart position, i.e. the distance between the contact pairs is preferably the same in the separated position.
  • an actuator such as a mechanical changeover switch or a button
  • the switching contact pairs of the relay are designed as cylindrical, end-face flat contacts (similar to a tablet shape) with an essentially circular end contact surface.
  • the contacting or disconnection of the switching contact pairs takes place by changing the position of a symmetrically constructed switching rocker, which is connected to a permanently magnetic armature rocker.
  • An embodiment is particularly advantageous in which the load path has a course as follows: from a static contact of the relay initially to a mating contact (first contact pair) movable on the contact rocker via an essentially Z-shaped rocker arrangement to the second contact on the contact rocker to the static mating contact (second pair of contacts).
  • four contact pairs are provided, which consist of contacts preferably formed at symmetrically arranged positions on the contact rocker and the respective corresponding positions of the mating contact elements.
  • a protective device is provided in each of the first and second switching paths, which prevent bouncing and overload in the relay when the relay is switched.
  • the protective device comprises a debouncing device, preferably a low-pass filter or a hardware-based locking logic.
  • the respective protective device also has a semiconductor switching component, preferably a MOSFET, whose gate is connected to one of the signal lines and whose drain-source path is arranged in the respective switching path.
  • a semiconductor switching component preferably a MOSFET
  • the first energy storage connection is directly connected to at least one contact (preferably a static contact) of the switching contact pairs and / or the second energy storage connection is or are directly connected to another contact of the other switching contact pairs .
  • the two energy storage connections each protrude through the respective housing wall on diametrically opposite side walls of the housing (11) and are designed as essentially flat connection tongues with a connection opening, these being linear or around a bending point upwards at an angle of Bent away by approx. 90 ° protrude from the housing.
  • a line bushing is provided on a frontal housing wall which connects the two housing walls and through which the signal lines protrude.
  • the lines led out of the separating device are connected to a plug connector, so that simple assembly on site is possible without the need for field assembly.
  • the switching paths are connected to an a- or bistable toggle switch or a button by means of the signal lines. In this way, the load circuit can be safely separated from the location where the actuator is attached.
  • a control is also provided via which an operating state of the vehicle can be called up and the control prevents or allows separation by means of the separating device depending on the detected operating state.
  • Another aspect of the invention relates to an on-board power supply with direct current loads of more than 12 KW, preferably in a motor vehicle, equipped with a separating device as described above, the separating device being connected to at least one energy storage device via its energy storage connections.
  • FIG. 1a to 1d several views of an embodiment of a separating device 1 according to the invention are shown.
  • the separating device 1 is used to separate (at least 15 times) a load greater than 12 KW with a switching current of up to 1500 A in a DC voltage network.
  • the separating device 1 consists of a base 10 and an insulating housing 11, which in the present case is circumferentially closed, wherein within the housing 11, the in Figure 2 Switching arrangement 20 shown is provided.
  • the housing 11 has a first side wall 11a and a diametrically opposite side wall 11b.
  • the separating device 1 further comprises the two energy storage connections 31, 41, each on the diametrically opposite side walls 11a, 11b of the housing 11 protrude through the respective housing wall.
  • the energy storage connections 31, 41 are designed as essentially flat connection tongues with a connection opening 31a, 41a in order to connect them to an energy storage.
  • a line bushing 12 is also provided on a frontal housing wall 11c that connects the two housing walls 11a, 11b and through which signal lines 32, 42 protrude.
  • the length of the signal lines 32, 42 can vary depending on requirements.
  • the circuit arrangement 20 comprises, on the one hand, a bistable relay 50.
  • a first electrical switching path S1 is provided between the bistable relay 50 and a first signal line 32 which protrudes from the housing 11 and is connected to a button 33 in this exemplary embodiment. Furthermore, a second electrical switching path S2 is provided between the bistable relay 50 and a second signal line 42 which protrudes from the housing 11 and is connected to the button 43.
  • a respectively stable switching state of the bistable relay 50 can then be produced optionally via one or the other switching path S1, S2 by pressing the respective button 33, 43, whereby at least two of the in the Figure 3 shown, two-dimensional switching contact pairs 55a, 55b and 56a, 56b of the relay 50 are each brought simultaneously into a contacting or spaced-apart position.
  • the protective devices 34, 44 include a low-pass filter 36, 46 and each a semiconductor switching component, preferably a MOSFET 37, 47, the gate G of which is connected to one of the signal lines 32, 42 and the drain-source path RDS in the respective switching path S1, S2 is arranged, which leads to the relay 50 in order to switch the relay 50 can.
  • a semiconductor switching component preferably a MOSFET 37, 47
  • FIG. 3 is a detailed view of the bistable relay 50 of the circuit 20 from FIG Figure 2 shown.
  • the two pairs of switching contacts 55a, 55b and 56a, 56b of the relay 50 are designed as cylindrical contacts 55, 56 which are flat on the end face and have a substantially circular end contact surface 55c, 56c.
  • the contacting or disconnection of the switching contact pairs 55a, 55b and 56a, 56b is carried out by a switching pulse triggered by one of the buttons 33, 43 by changing the position of a symmetrically constructed switching rocker 54, which is connected to a permanent magnet armature rocker 58, which is dependent on the switching pulse of one of the buttons 33 , 43 changes to its open or closed position.
  • the first energy storage connection 31 is directly connected to the static contact of the two switching contact pairs 55a, 55b.
  • the second energy storage connection 41 is directly connected to the further static contact, namely the other pair of switching contacts 56a, 56b.
  • a controller 60 is also provided, via which an operating status (e.g. the status of the ignition, driving status and the like) of the vehicle can be called up and the controller 60 is dependent on the detected operating status e.g. B. vehicle is, a separation by means of the separating device 1 allows or z. B. Ignition on and vehicle in Driving operation, a separation by means of the separating device 1 is prevented.
  • an operating status e.g. the status of the ignition, driving status and the like

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen eines Gleichspannungs-(Bord)netzes von einer Energiequelle oder einem Energiespeicher sowie ein Verfahren zum Trennen einer Spannungsversorgung oder eines Energiespeichers von einem Gleichspannungsnetz.
  • Im Stand der Technik sind unterschiedlichste Ausführungsformen von Trennvorrichtungen zur Gleichstromunterbrechung zwischen einer Gleichstromquelle und einer elektrischen Einrichtung oder einer Last bekannt.
  • Da eine derartige Gleichspannungsquelle muss unter gewissen Bedingungen im Fahrzeug vom Bordnetzt sicher und zuverlässig getrennt werden, andererseits darf im Fahrbetrieb eine Trennung nicht erfolgen. Insofern muss eine entsprechende Trennvorrichtung in der Lage sein, eine Unterbrechung unter Last, d. h. ohne vorheriges Abschalten der Gleichstromquelle vorzunehmen.
  • Zur Lasttrennung kann z. B. ein mechanischer Schalter (Schaltkontakt) mit dem Vorteil eingesetzt werden, dass bei erfolgter Kontaktöffnung eine galvanische Trennung der elektrischen Einrichtung von der Gleichstromquelle hergestellt ist. Nachteilig ist jedoch, dass derartige mechanische Schaltkontakte aufgrund des bei der Kontaktöffnung entstehenden Lichtbogens sehr schnell abgenutzt werden oder aber ein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist, um den Lichtbogen einzuschließen und abzukühlen, was üblicherweise durch einen entsprechenden mechanischen Schalter mit einer Löschkammern erfolgt.
  • Werden hingegen zur Lasttrennung vom Bordnetz leistungsfähige Halbleiterschalter eingesetzt, so treten auch im Normalbetrieb unvermeidbare Leistungsverluste an den Halbleitern auf. Zudem sind mit derartigen Leistungshalbleitern keine galvanische Trennung und damit kein zuverlässiger Personenschutz sichergestellt.
  • Aus der WO 2010/108565 A1 ist eine Trennvorrichtung mit einem mechanischen Schalter bekannt, der im nicht ausgelösten Zustand der Trennvorrichtung stromführend ist. Dem mechanischen Schalter ist eine Halbleiterelektronik parallel geschaltet, die mit dem mechanischen Schalter derart verschaltet ist, dass bei sich öffnendem mechanischen Schalter zur Unterbrechung des Stromflusses durch die Trennvorrichtung aufgrund eines sich im Bereich des mechanischen Schalters ausbildenden Lichtbogens stromleitend geschalten wird.
  • Ferner offenbart die DE 101 16 925 C1 ein Kraftfahrzeug mit einem Spannungsnetz zwischen einem Energiespeicher und einem Generator mit Gleichrichter, wobei eine an das Spannungsnetz angeschlossene, sicherheitsrelevante Steuereinrichtung ein hilfskraftbetätigtes Stellglied sowohl ansteuert als auch mit Strom versorgt, wobei im Stromfluss zwischen Anschlüssen der sicherheitsrelevanten Steuereinrichtung an einem Pol des Energiespeichers und an einem korrespondierenden Ausgang des Generators ein elektrisches Batterietrennglied angeordnet ist. Die Steuereinrichtung ist derart ausgelegt, dass sie eine Restspannung behält, um ein elektromotorisches Stellglied in einem Notfahrprogramm entsprechend zu betätigen.
  • Eine Voraussetzung für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere im Testbetrieb ist, dass diese über einen sogenannten Batterietrennschalter stromlos geschaltet werden können. Damit soll verhindert werden, dass durch den Strom ein Gefährdungspotenzial erhöht wird, beispielsweise durch Funken, die durch die Spannungsversorgung hervorgerufen werden können, was ggf. Brände oder Explosionen zur Folge haben könnte.
  • Andererseits ist es zum sicheren Fahrbetrieb erforderlich, dass bestimmte Aggregate bis zum Abstellen des Kraftfahrzeugs funktionstüchtig bleiben und eine Trennung daher im Fahrbetrieb nicht erfolgen darf.
  • Bisher waren die im Stand der Technik bekannten zu trennende Lasten vergleichsweise niedrig, so dass diverse technische Probleme, wie Lichtbogenzündung, Berührsicherheit etc. beherrschbar waren oder nur in geringem Maß auftraten. Vorliegend sollen Gleichstromlasten bei 12V und 48V geschaltet werden, bei denen Ströme bis zu 1.500 A fließen. Bei solchen Lastannahmefällen soll sichergestellt werden, dass eine definierte Zahl von beispielsweise 15 Schaltzyklen realisiert werden kann.
  • So kann eine bekannte technische Trenneinrichtung oder ein Leistungsschalter ggf. Gleichstromlasten bis zu 100 A schalten und mit einer solchen Einrichtung können z. B. eine Anzahl von z.B. 50.000 Schaltzyklen erreicht werden. Solche bekannte Einrichtungen zeigen aber bereits bei Strömen von 500 A und mehr kein wirksames Schaltverhalten mehr, da die Einrichtung, wenn überhaupt, nur einen einzigen Schaltvorgang realisieren kann. Sollen aber die zuvor genannten hohen Lasten zuverlässig geschaltet werden, versagen die aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen.
  • Bewegen sich zwei reale Kontakte eines Schalters aufeinander zu, wird unter einem bestimmten Minimalabstand die Durchschlagsfestigkeit des bestehenden Luftspalts unterschritten. Der Betrag des Minimalabstandes ist von der herrschenden Feldstärke und somit vom Spannungspotential zwischen den Schaltkontakten abhängig. Dies hat zur Folge, dass oberhalb von Mindest-Spannung und -Stromstärke ein Funken oder ein sogenannter Vorzündlichtbogen entstehen kann. Dieser beansprucht die Kontaktoberflächen (Kontakterosion), schmilzt sie eventuell auf und kann zum Kontaktverschweißen führen. Solcherart geschädigte Schalter lassen sich nicht mehr öffnen. Im Moment der Berührung gelten die Regeln der Stoßmechanik: Elastische und plastische Deformation der Kontaktflächen tritt auf mit der Folge möglicher Abhebungen, dem Effekt des Prellens. Die Kontakte schlagen zusammen und federn kurz wieder auseinander, so dass zusätzliche Störimpulse entstehen können. Beim Öffnen eines mechanischen Schalters nimmt die Kontaktkraft zunächst ab, die metallischen Berührflächen werden kleiner. Damit steigt der elektrische Widerstand, die Kontaktstelle heizt sich auf, das Kontaktmaterial schmilzt bei insbesondere bei höheren Strömen. Reißt die verbindende Materialbrücke ab, wird sich ein Lichtbogen ausbilden, d. h. die Luft wird ionisiert. Es entstehen sehr hohe Verlustleistungen, die zum Schmelzen und Verdampfen von Kontaktmaterial führen.
  • Folglich bedarf es einer Lösung einer Vorrichtung zum Trennen, welche vorbesagte Problematik zufriedenstellend löst.
  • So sind die im Stand der Technik bekannten Lösungen ferner nicht geeignet, die diversen weiteren Ziele, die mit dieser Erfindung verfolgt werden zufriedenstellend oder überhaupt zu lösen.
  • Es ist wünschenswert, dass die Vorrichtung universell verwendbar ist und daher als vereinzelte Baugruppe an der gewünschten Fahrzeugposition einsetzbar ist. Dies bedingt auch das Erfordernis, dass je nach Einbaulage eine spritzwasserfeste und ggf. stoßfeste Ausführung erforderlich ist.
  • Ferner soll der Hochstromschalter bistabil ausgebildet sein, d. h. auch im stromlosen Zustand funktionieren.
  • Ferner muss eine Fehlbedienung oder fehlerhafte Signale sicher detektiert werden und dürfen diese nicht zu einem unerwünschten Schaltprozess führen. Die Ausgestaltung muss ferner redundant ausgeführt sein und über eine Steuerung ansteuerbar.
  • Aus der WO 2014/023326 A1 ist bereits eine Trennvorrichtung bekannt, welche zum mehrmaligen Trennen einer Last größer 12 KW geeignet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, vorbesagte Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine besonders geeignete Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung im Hochlastbereich zwischen einer Gleichstromquelle und einer elektrischen Einrichtung oder Last in Höhe von 15kW anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen gemäß Anspruch 1 und Anspruch 12 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird demnach eine Trennvorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist zum mehrmaligen Trennen einer Last größer 12 KW eines 12V oder 48V Gleichspannungs-(Bord)netzes von einem Energiespeicher, vorzugsweise eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bestehend aus einer Basis und einem isolierenden Gehäuse, wobei innerhalb des Gehäuses eine spezielle Schaltanordnung vorgesehen ist, welche ein sicheres Schließen und vor allem auch Trennen des Lastpfades ermöglicht.
  • Die Erfindung lässt sich auch bei anderen Nennspannungen VDC und Strömen einsetzen, sowie in Applikationen außerhalb eines Fahrzeugs, bei denen hohe Gleichstromlasten zu schalten sind.
  • Die Schaltung ist vorzugsweise kompakt in einem umfangsgeschlossenen Gehäuse ausgebildet und es ragen aus dem Gehäuse ein erster Energiespeicheranschluss und ein zweiter Energiespeicheranschluss heraus. Ferner ist ein erster elektrischer Schaltpfad S1 zwischen einem bistabilen Relais und einer ersten aus dem Gehäuse ragenden Signalleitung zum Verbinden mit einem mechanischen Betätiger, wie einem Wechselschalter oder Taster. Erfindungsgemäß ist ferner ein zweiter elektrischer Schaltpfad S2 zwischen dem bistabilen Relais und einer zweiten aus dem Gehäuse ragenden Signalleitung zum Verbinden mit einem Betätiger, wie einem mechanischen Wechselschalter oder einem Taster vorgesehen, wobei ein jeweils stabiler Schaltzustand des bistabilen Relais wahlweise über den einen oder den anderen Schaltpfad durch Betätigen mit dem Betätiger herstellbar ist, wodurch wenigstens zwei flächig ausgebildete Schaltkontaktpaare des Relais jeweils gleichzeitig in eine kontaktierende oder gleichzeitig in eine zueinander beabstandete d. h. getrennte Position gebracht werden, wobei weiter vorzugsweise der Abstand der Kontaktpaare in der getrennten Position gleich groß ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltkontaktpaare des Relais als zylinderförmige, stirnseitig flache Kontakte (ähnlich einer Tablettenform) mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Stirnkontaktfläche ausgebildet sind.
  • Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass das Kontaktieren oder Trennen der Schaltkontaktpaare mittels Positionsveränderung einer symmetrisch aufgebauten Schaltwippe, die mit einer permanentmagnetischen Ankerwippe verbunden ist, erfolgt. Besonders von Vorteil ist eine Ausgestaltung, bei der der Lastpfad einen Verlauf wie folgt aufweist: von einem statischen Kontakt des Relais zunächst zu einem an der Kontaktwippe bewegbaren Gegenkontakt (erstes Kontaktpaar) über eine im Wesentlichen z-förmige Wippenanordnung zu dem zweiten Kontakt an der Kontaktwippe zu dem ebenfalls statischen Gegenkontakt (zweites Kontaktpaar).
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vier Kontaktpaare vorgesehen sind, die aus vorzugsweise an symmetrisch angeordneten Positionen von Kontakten ausgebildet an der Kontaktwippe und den jeweils korrespondierenden Positionen der Gegenkontaktelemente bestehen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten und zweiten Schaltpfad jeweils eine Schutzvorrichtung vorgesehen ist, welche ein Prellen und eine Überlast im Relais beim Schalten des Relais verhindern. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Schutzvorrichtung jeweils eine Entprelleinrichtung umfasst, vorzugsweise einen Tiefpassfilter oder eine hardwareseitige Verriegelungslogik.
  • Weiter ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die jeweilige Schutzvorrichtung ferner jeweils einen Halbleiterschaltbaustein, vorzugsweise einen MOSFET aufweist, dessen Gate mit jeweils einer der Signalleitungen verbunden ist und dessen Drain-Source-Strecke im jeweiligen Schaltpfad angeordnet ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Energiespeicheranschluss mit wenigstens einem Kontakt (vorzugsweise einem statischen Kontakt) der Schaltkontaktpaare unmittelbar verbunden ist und/oder der zweite Energiespeicheranschluss mit einem anderen Kontakt des oder der anderen Schaltkontaktpaare unmittelbar verbunden ist bzw. sind.
  • Es ist weiter bevorzugt, wenn die beiden Energiespeicheranschlüsse jeweils an diametral gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses (11) durch die jeweilige Gehäusewand hindurchragen und als im wesentlichen flache Anschlusszungen mit einer Anschlussöffnung ausgebildet sind, wobei diese linear oder um eine Biegestelle herum nach oben unter einem Winkel von ca. 90° weggebogen aus dem Gehäuse heraus ragen.
  • Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform erzielt.
  • Weiter ist mit Vorteil vorgesehen, dass im Gehäuse der Trennvorrichtung eine Leitungsdurchführung an einer stirnseitigen, die beiden Gehäusewände verbindenden Gehäusewand vorgesehen ist, durch die die Signalleitungen hindurchragen. Auf diese Weise lässt sich eine frei konfektionier bare Trennvorrichtung realisieren, insbesondere indem die Leitungslängen und Ausführungen an den jeweiligen Anwendungsfall entsprechend angepasst sein können.
  • Weiter kann vorgesehen sein, dass die aus der Trennvorrichtung herausgeführten Leitungen mit einem Steckverbinder verbunden sind, so dass eine einfache Montage an Ort und Stelle möglich ist, ohne dass es einer Feldkonfektionierung bedürfte.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaltpfade mittels der Signalleitungen mit einem a- oder bistabilen Kippschalter oder einem Taster verbunden sind. So kann vom Ort der Anbringung der Betätiger eine sichere Trennung des Lastkreises vorgenommen werden.
  • Weiter bevorzugt ist es, wenn ferner eine Steuerung vorgesehen ist, über die ein Betriebszustand des Fahrzeugs abrufbar ist und die Steuerung abhängig vom detektierten Betriebszustand eine Trennung mittels der Trennvorrichtung verhindert oder zulässt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Leistungsbordnetz mit Gleichstromlasten von größer 12 KW, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, ausgestattet mit einer wie zuvor beschriebenen Trennvorrichtung, wobei die Trennvorrichtung über seine Energiespeicheranschlüsse mit wenigstens einem Energiespeicher verbunden ist.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1a - 1d
    mehrere Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung und
    Fig. 3
    eine Detailansicht des bistabilen Relais der Schaltung aus Figur 2.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines lediglich beispielhaften Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren 1a - 1d, 2 und 3 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichne auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hinweisen.
  • In den Figuren 1a bis 1d sind mehrere Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung 1 gezeigt. Die Trennvorrichtung 1 dient zum mehrmaligen (wenigstens 15 maligem) Trennen einer Last größer 12 KW mit einem Schaltstrom von bis zu 1500 A in einem Gleichspannungsnetzwerk.
  • Die Trennvorrichtung 1 besteht aus einer Basis 10 und einem isolierenden Gehäuse 11, das vorliegend umfangsgeschlossen ist, wobei innerhalb des Gehäuses 11, die in Figur 2 dargestellte Schaltanordnung 20 vorgesehen ist. Das Gehäuse 11 weist eine erste Seitenwand 11a und eine diametral gegenüberliegende Seitenwand 11b auf. Die Trennvorrichtung 1 umfasst ferner die beiden Energiespeicheranschlüsse 31, 41, die jeweils an den diametral gegenüberliegenden Seitenwänden 11a, 11b des Gehäuses 11 durch die jeweilige Gehäusewand hindurchragen.
  • Die Energiespeicheranschlüsse 31, 41 sind als im Wesentlichen flache Anschlusszungen mit einer Anschlussöffnung 31a, 41a ausgebildet, um diese mit einem Energiespeicher zu verbinden.
  • Im Gehäuse 11 der Trennvorrichtung 1 ist ferner eine Leitungsdurchführung 12 an einer stirnseitigen, die beiden Gehäusewände 11a, 11b verbindenden Gehäusewand 11c vorgesehen, durch die Signalleitungen 32, 42 hindurchragen. Die Länge der Signalleitungen 32, 42 kann dabei je nach Anforderung variieren.
  • In der Fig. 2 ist eine schematische Prinzip-Darstellung einer Schaltungsanordnung 20 gezeigt. Die Schaltungsanordnung 20 umfasst zum einen ein bistabiles Relais 50.
  • Ein erster elektrischer Schaltpfad S1 ist zwischen dem bistabilen Relais 50 und einer ersten aus dem Gehäuse 11 ragenden Signalleitung 32 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Taster 33 verbunden ist. Ferner ist ein zweiter elektrischer Schaltpfad S2 zwischen dem bistabilen Relais 50 und einer zweiten aus dem Gehäuse 11 ragenden Signalleitung 42 vorgesehen, die mit dem Taster 43 verbunden ist.
  • Ein jeweils stabiler Schaltzustand des bistabilen Relais 50 ist dann wahlweise über den einen oder den anderen Schaltpfad S1, S2 durch Betätigen des jeweiligen Tasters 33, 43 herstellbar, wodurch wenigstens zwei der in der Figur 3 gezeigten, flächig ausgebildete Schaltkontaktpaare 55a, 55b und 56a, 56b des Relais 50 jeweils gleichzeitig in eine kontaktierende oder zueinander beabstandete Position gebracht werden.
  • In der Figur 2 ist ferner ersichtlich, dass im ersten und zweiten Schaltpfad S1, S2 jeweils eine Schutzvorrichtung 34, 44 vorgesehen ist, welche Prellen und Überlast im Relais 50 beim Schalten des Relais verhindern.
  • Die Schutzvorrichtungen 34, 44 umfassen dabei einen Tiefpassfilter 36, 46 und jeweils einen Halbleiterschaltbaustein, vorzugsweise einen MOSFET 37, 47, dessen Gate G jeweils mit einer der Signalleitungen 32, 42 verbunden ist und dessen Drain-Source-Strecke RDS im jeweiligen Schaltpfad S1, S2 angeordnet ist, die zum Relais 50 führt, um das Relais 50 schalten zu können.
  • In Figur 3 ist eine Detailansicht des bistabilen Relais 50 der Schaltung 20 aus der Figur 2 gezeigt. Die zwei Schaltkontaktpaare 55a, 55b und 56a, 56b des Relais 50 sind als zylinderförmige, stirnseitig flache Kontakte 55, 56 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Stirnkontaktfläche 55c, 56c ausgebildet. Das Kontaktieren oder Trennen der Schaltkontaktpaare 55a, 55b und 56a, 56b erfolgt durch einen Schaltimpuls ausgelöst von einem der Taster 33, 43 mittels Positionsveränderung einer symmetrisch aufgebauten Schaltwippe 54, die mit einer permanentmagnetischen Ankerwippe 58 verbunden ist, die abhängig vom Schaltimpuls eines der Taster 33, 43 in ihre offene oder geschlossene Position wechselt.
  • Der erste Energiespeicheranschluss 31 ist mit dem statischen Kontakt der beiden Schaltkontaktpaare 55a, 55b unmittelbar verbunden. Der zweite Energiespeicheranschluss 41 ist mit dem weiteren statischen Kontakt und zwar des anderen Schaltkontaktpaares 56a, 56b unmittelbar verbunden.
  • In der Figur 2 ist ferner eine Steuerung 60 vorgesehen ist, über die ein Betriebszustand (z. B. der Zustand der Zündung, Fahrzustand und dergleichen) des Fahrzeugs abrufbar ist und die Steuerung 60 abhängig vom detektierten Betriebszustand z. B. Fahrzeug steht, eine Trennung mittels der Trennvorrichtung 1 zulässt oder z. B. Zündung an und Fahrzeug im Fahrbetrieb, eine Trennung mittels der Trennvorrichtung 1 verhindert.

Claims (12)

  1. Trennvorrichtung (1) ausgebildet zum mehrmaligen Trennen einer Last größer 12 KW eines Gleichspannungs-Bordnetzes von einem Energiespeicher (2) eines Kraftfahrzeugs bestehend aus einer Basis (10) und einem isolierenden Gehäuse (11), wobei innerhalb des Gehäuses (11) eine Schaltanordnung (20) vorgesehen ist und aus dem Gehäuse (11) ein erster Energiespeicheranschluss (31) und ein zweiter Energiespeicheranschluss (41) hervorsteht, wobei ferner ein erster elektrischer Schaltpfad (S1) zwischen einem bistabilen Relais (50) und einer ersten aus dem Gehäuse (11) ragenden Signalleitung (32) zum Verbinden mit einem mechanischen Wechselschalter oder Taster (33) und ein zweiter elektrischer Schaltpfad (S2) zwischen dem bistabilen Relais (50) und einer zweiten aus dem Gehäuse (11) ragenden Signalleitung (42) zum Verbinden mit dem mechanischen Wechselschalter oder einem Taster (43) vorgesehen sind, wobei ferner ein jeweils stabiler Schaltzustand des bistabilen Relais (50) wahlweise über den einen oder den anderen Schaltpfad (S1, S2) durch Betätigen eines Schalters oder Tasters (33) herstellbar ist wodurch wenigstens zwei flächig ausgebildete Schaltkontaktpaare (55a, 55b und 56a, 56b) des Relais (50) jeweils gleichzeitig in eine kontaktierende oder zueinander beabstandete Position gebracht werden.
  2. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontaktpaare (55a, 55b und 56a, 56b) des Relais (50) als zylinderförmige, stirnseitig flache Kontakte (55, 56) mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Stirnkontaktfläche (55c, 56c) ausgebildet sind.
  3. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktieren oder Trennen der Schaltkontaktpaare (55a, 55b und 56a, 56b) mittels Positionsveränderung einer symmetrisch aufgebauten Schaltwippe (54), die mit einer permanentmagnetischen Ankerwippe (58) verbunden ist, erfolgt.
  4. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten und zweiten Schaltpfad (S1, S2) jeweils eine Schutzvorrichtung (34, 44) vorgesehen ist, welche Prellen und Überlast im Relais (50) beim Schalten des Relais verhindert.
  5. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (34, 44) eine Entprelleinrichtung umfasst, vorzugsweise einen Tiefpassfilter oder eine hardwareseitige Verriegelungslogik.
  6. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schutzvorrichtung (34, 44) ferner jeweils einen Halbleiterschaltbaustein, vorzugsweise einen MOSFET aufweist, dessen Gate (G) mit jeweils einer der Signalleitungen (32, 42) verbunden ist und dessen Drain-Source-Strecke (RDS) im jeweiligen Schaltpfad (S1, S2) angeordnet ist.
  7. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicheranschluss (31) mit einem Kontakt der beiden Schaltkontaktpaare (55a, 55b und 56a, 56b) unmittelbar verbunden ist und/oder der zweite Energiespeicheranschluss (41) mit einem Kontakt des anderen Schaltkontaktpaares (55a, 55b und 56a, 56b) unmittelbar verbunden ist.
  8. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Energiespeicheranschlüsse (31, 41) jeweils an diametral gegenüberliegenden Seitenwänden (11a, 11b) des Gehäuses (11) durch die jeweilige Gehäusewand (11a. 11b) hindurchragen und als im wesentlichen flache Anschlusszungen mit einer Anschlussöffnung (31a, 41a) ausgebildet sind.
  9. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (11) der Trennvorrichtung eine Leitungsdurchführung (12) an einer stirnseitigen, die beiden Gehäusewände (11a. 11b) verbindenden Gehäusewand (11c) aufweist, durch die die Signalleitungen (32, 42) hindurchragen.
  10. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltpfade (S1, S2) mittels der Signalleitungen (32, 42) mit einem a- oder bistabilen Kippschalter oder einem Taster (33) verbunden sind.
  11. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Steuerung (60) vorgesehen ist, über die ein Betriebszustand des Fahrzeugs abrufbar ist und die Steuerung (60) abhängig vom detektierten Betriebszustand eine Trennung mittels der Trennvorrichtung (1) verhindert oder zulässt.
  12. Leistungsbordnetz mit Gleichstromlasten von größer 12 KW, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, ausgestattet mit einer Trennvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei die Trennvorrichtung (1) über seine Energiespeicheranschlüsse (31, 41) mit wenigstens einem Energiespeicher (2) verbunden ist.
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