EP3718123A1 - Elektrisches system - Google Patents

Elektrisches system

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Publication number
EP3718123A1
EP3718123A1 EP18810986.2A EP18810986A EP3718123A1 EP 3718123 A1 EP3718123 A1 EP 3718123A1 EP 18810986 A EP18810986 A EP 18810986A EP 3718123 A1 EP3718123 A1 EP 3718123A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical system
contact
memory
gas generator
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18810986.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ekkehard Kress
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IIE GmbH and Co KG
Original Assignee
IIE GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IIE GmbH and Co KG filed Critical IIE GmbH and Co KG
Publication of EP3718123A1 publication Critical patent/EP3718123A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/24—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/24—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using pneumatic or hydraulic actuator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/10—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess voltage, e.g. for lightning protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2231/00—Applications
    • H01H2231/026—Car

Definitions

  • the invention relates to an electrical system according to the preamble of claim 1.
  • the individual cells usually work with a voltage of approximately 3.6 V.
  • a voltage of more than 300 V is required, so that more than one hundred such cells must be correspondingly connected.
  • Some vehicles are already working with voltages of around 700 V today.
  • the voltage-carrying parts are well insulated, so that in normal operation no voltage can be transmitted to users.
  • it can - in contrast to a stationary system - quickly come to an incident in which it comes to significant mechanical deformations. So z.
  • electrical insulation is damaged and high voltages are transmitted to parts with which the user can come into contact. This can lead to serious injury or even death of injured persons.
  • high voltages occur, for example, in houses with photovoltaic systems installed on their roofs. If a fire occurs, the extinguishing firefighters are exposed to a great danger, since the possibility of a flashover over the firefighting water to the people can not be excluded at high voltages.
  • the invention has the object of providing an electrically system according to the preamble of claim 1 in such a way that such dangers can be safely avoided after an unforeseen event.
  • Memory / converter cells are provided in the normal operation of the electrical system closed disconnectors, which are designed and / or arranged so that they are opened when triggered the event sensor, the high voltage in an unforeseen event in smaller, harmless Tensions are divided.
  • the event sensor is advantageously designed as an impact sensor.
  • the disconnectors between photovoltaic elements which are so-called converter cells, are triggered, for example by a smoke detector or another fire detector. Again, the high voltage then in smaller harmless Distributed voltages so that there is no danger to firefighters when deleting them.
  • the invention is applicable, inter alia, in all electrically powered vehicles.
  • a means of transport here are all devices for transporting people and / or goods by land, on the water and in the air.
  • electrically driven is meant all means of locomotion that are at least partly electrically powered.
  • hybrid vehicles some of which are powered by an electric motor and some by an internal combustion engine.
  • the consumer circuit here includes in particular the drive. In the case of a photovoltaic system, however, the load circuit has an inverter and possibly a power store.
  • the memory / converter cells should be all voltage-storing and all voltage-generating cells.
  • memory cells for example, rechargeable lithium-ion cells, or pure charge storage such.
  • B. capacitors are used.
  • the converter cells include, among others, fuel cells and photovoltaic cells.
  • an event sensor a dedicated sensor for the operation of the circuit breaker can be used.
  • the signal of an event sensor is used, which is present anyway.
  • the impact sensor of an existing airbag and, as an example of a house with photovoltaic system, an already installed smoke detector can be mentioned here.
  • the costs for the electrical system according to the invention can be reduced in this way.
  • At least one additional isolating switch which is in a closed position during normal operation of the electrical system, is provided between the series-connected storage / converter cells and the consumer circuit.
  • the consumer circuit can be disconnected from the memory / converter cells in the event of an unforeseen event.
  • the inverter of the consumer circuit can be completely disconnected from the photovoltaic system in this way.
  • the at least one additional circuit breaker is combined with a main switch, which, after the event sensor has been triggered, is in a position in which the load circuit is short-circuited to the mass of an electrically driven moving-means.
  • the combined disconnector / main switch can thus act as an on-off switch during normal operation of an electrically driven means of transportation and as a changeover switch in the event of an accident.
  • the memory / converter cells can then, when the means of locomotion is at rest, separate from the load circuit.
  • the combined disconnectors / main switches are designed so that they basically act as a switch. Ideally, the potential is reduced to ground after switching over a resistor.
  • the circuit breaker on a contact pin which is movable in a sleeve with we least two contact rings, wherein a contact ring with the negative pole of a memory / converter cell and the other contact ring with the positive pole of another memory / converter cell is in communication.
  • a contact ring with the negative pole of a memory / converter cell and the other contact ring with the positive pole of another memory / converter cell is in communication.
  • the circuit breaker In the normal, closed position of the circuit breaker is therefore on the contact pin electrical connection between tween the two contact rings. This means that the two memory cells are connected in series by the circuit breaker. After triggering the event sensor, the se connection is disconnected and thus the series connection is canceled.
  • the operation of the circuit breaker can be done in different ways.
  • a solenoid can be provided at each disconnect switch, which is supplied by a conventional 12 V battery.
  • an energy accumulator is provided which presses the circuit breaker in its open position.
  • the circuit breaker is therefore closed only when the battery voltage is applied to the solenoid.
  • the event sensor then only has to interrupt the connection to the 12 V battery. Afterwards, all circuit breakers move to the open position.
  • This refinement has the additional advantage in the case of a means of locomotion that a division of the voltage likewise takes place with each switching of the means of locomotion into the rest position.
  • a gas generator is particularly advantageous, which is triggered via the event sensor, wherein the circuit breaker can be brought by the gas pressure generated by the gas generator from the closed to the open position.
  • the gas pressure generated by such gas generators is usually so high that it also acts under adverse circumstances and safely conveys the contact pins in the open position of the circuit breaker.
  • the gas has a very positive effect if, despite the speed with which the circuit breakers open, an arc should occur. In this case, the gas acts as a spark extinguisher.
  • the switching tube therefore advantageously has notches between the disconnectors.
  • a notch here is to understand any reduction in the inner diameter of the switching tube, regardless of whether it comes about, for example, by a bead or by webs.
  • the contact pins have particularly advantageously through gas passage openings through concentric or parallel to their central longitudinal axis, wherein the cross section of the gas passage openings in a contact pin with a greater distance from the gas generator is smaller than in a contact pin with a smaller distance to the gas generator.
  • the face of the contact pin which is acted upon by the gas pressure, becomes larger with increasing distance of the contact pin from the gas generator.
  • a gas generator in an electrically driven means of transport, is provided, which is connected to two switching tubes.
  • each switching tube a plurality of contact pins is provided and the switching tubes are each provided with a main switch at the opposite end of the gas generator.
  • Each main switch has a contact pin and three contact rings of the switching tube, wherein one of the contact rings with the negative terminal or with the positive pole of a storage / converter cell connected in series, the second of the contact rings with the negative pole or the positive pole of the consumer circuit and the third of the contact ring are respectively connected to the mass of the means of locomotion.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a circuit arrangement according to the invention in an electrically operated motor vehicle while driving
  • FIG. 2 shows the circuit arrangement of FIG. 1 after an accident
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a circuit breaker for the connection of in
  • Fig. 4 is a circuit breaker as in Fig. 3 after tripping in an accident in his
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a main switch for connecting a
  • Fig. 6 the main switch of Fig. 5 after the release in an accident.
  • the exemplary embodiment of a circuit arrangement shown in FIGS. 1 and 2 for use in a means of transport according to the invention, for example in an electric vehicle, has a load circuit 22 which can be connected to a battery pack of several groups of memory cells 24 via two main switches 7.
  • the groups of memory cells 24 each consist of a plurality of individual memory cells connected in series, wherein the output voltage of each group should remain below 50 V. Assuming that lithium-ion cells are each used with 3.6 V, a group 24 of 13 cells each give an output voltage of 46.8 V. In the example shown here, seven such groups 24 are connected in series via disconnectors 1 in series. On the structure of the circuit breaker 1 and the main switch 7 will be discussed later in detail.
  • the voltage applied to the load circuit is about 330 V. If higher voltages are required, either memory cells with a higher output voltage can be used or even more groups 24 are connected in series via further circuit breakers 1.
  • a gas generator 23 which has two outputs, wherein at each output a switching tube 3 is connected to the gas generator 23.
  • the circuit breaker 1 are by the switching tube 3 with contact rings 4 (see FIG. 3) and in each case a gasbe- operated contact pin 2, the main switch 7 also through the switching tube 3 with contact rings 14, 15, 16 (see FIGS. 5-6) and formed a differently shaped contact pin 13.
  • three disconnectors 1 and one main switch 7 are realized on each side of the gas generator 23 so that all eight switches can be actuated via the gas generator 23.
  • FIGS. 1 and 2 a crash sensor 26 and a controller 25 are shown.
  • the controller 25 and the impact sensor 26 need not necessarily be realized as part of the circuit shown.
  • a controller is used which receives a signal from an impact sensor and converts it into an activation signal for the airbag inflators. This signal can also be tapped for the activation of the gas generator 23 in FIGS. 1 and 2. In this case, for the activation of the gas generator 23 no specially installed impact sensor and no specially installed control must be used.
  • a circuit breaker 1 is shown in section in detail.
  • annular recesses for receiving the contact rings 4, 28 are provided.
  • the contact rings 4, 28 are connected in a manner not shown here to the positive pole of a memory cell or to the negative pole of another memory cell.
  • the disconnector 1 see FIG. 3
  • the contact rings 4, 28 via the contact pin 2 electrically conductively connected to each other.
  • the contact ring 4 is made slightly stronger than the contact ring 28. At the same time has the contact pin 2 in the region of the contact ring 28 has a correspondingly larger diameter. During a movement of the contact pin 2 in the opening direction to the right, the contact pin 2 must overcome the friction to the contact rings 4, 28 only for a short distance due to this configuration. After a very short distance, the contact pin 2 can move on practically without frictional resistance.
  • the switching tube 3 In the opening direction next to the contact pin 2, the switching tube 3 is provided with a bead 5.
  • This bead 5 has the task of stopping the contact pin 2 when it is moved by the gas pressure of a gas generator from its position shown in Fig. 3. In this way, a defined end position for the contact pin 2 results.
  • the contact pin 2 In the open position of the circuit breaker 1, the contact pin 2 assumes this end position shown in Fig. 4. Here, the contact pin 2 no longer touches both contact rings 4, 28, but is possibly only in contact with the right-hand contact ring 28 in a connection which is not full-surface. As a result, the series connection of the two memory cells is canceled.
  • Fig. 4 is not the same circuit breaker as shown in Fig. 3.
  • a contact pin is shown whose position is further away from the gas generator than the contact pin of FIG. 3.
  • the gas passage opening of the contact pin in FIG. 3 is larger than that of the contact pin in FIG. 4.
  • the gas pressure opposing end face of the contact pin in Fig. 3 is smaller than that of the contact pin in Fig. 4.
  • FIGS. 5 and 6 show an exemplary embodiment of a main switch 7 with a linear drive 8 for its actuation.
  • the linear drive 8 is designed here as a stepper motor, by means of which a push rod 11 can be moved linearly along the axis of rotation of the stepping motor.
  • the stepping motor has a stator 9 fixedly mounted in the drive housing and a rotor 10 rotatably mounted within the stator 9. Concentric with the axis of rotation of the rotor 10, a threaded nut 17 is provided which is non-rotatably connected to the rotor 10 but along the axis of rotation of the rotor Rotor 10 is slidably mounted.
  • a push rod 11 is provided, which is mounted so that it is displaceable along the axis of rotation, but on the rotation of the rotor 10 and the rotatably connected threaded nut 17 does not take part.
  • the push rod 11 is provided in the region of the threaded nut 17 with an external thread which is in operative contact with the internal thread of the threaded nut 17.
  • the push rod 11 is provided with a push rod flange 20.
  • the spring 21 which slightly biases the push rod flange 20 against the inner wall of the spring housing opposite the drive housing.
  • the main switch 7 is constructed so that within the fixedly mounted switching tube 3, the contact pin 13 is slidably mounted.
  • the contact pin 13 is formed as a hollow cylinder, which is closed at its end facing away from the push rod 11. On its open side it is connected to the push rod 11 via a predetermined breaking point 12.
  • the predetermined breaking point 12 is not explicitly stated in the drawing, but a possible embodiment will be explained below.
  • the predetermined breaking point 12 is preferably designed as a separate component. It has an inner ring, which is connected to the push rod 11. Likewise, it has an outer ring which is connected to the open edge of the hollow cylinder of the contact pin 13. The inner and outer edges are connected to each other by three radially arranged rays.
  • the jets are designed to tear off when a predetermined force acts between the inner and outer rings.
  • the rays therefore form the actual predetermined breaking point.
  • the switching tube 3 has in its inner wall three annular recesses into which the contact rings 14, 15 and 16 are inserted.
  • the left contact ring 14 is in contact with the memory cells 24, the middle 15 with the load circuit 22 and the right 16 with the mass.
  • the contact pin 13 is designed so that it can electrically connect two contact rings each with each other.
  • the gas outflow openings 27 are provided, through which the gas generated by the gas generator 23 can flow as soon as the contact pin 13 is in the position shown in FIG ,
  • each main switch 7 The solenoid 19 of each main switch 7 is in the lowered position, so that the nut flange 18 is not blocked. In this position, not shown here, however, acts by the spring 21, no force on the push rod 11, since the push rod flange 20 rests against the right side wall of the spring housing.
  • the circuit breaker 1 are all in the position shown in Fig. 1. They simultaneously contact both contact rings 4, 28. This means that all groups of memory cells 24 are connected to one another, ie the full voltage would be available. However, this voltage is not yet applied to the load circuit 22.
  • the solenoid 19 is energized via the 12 V on-board battery and moves into its blocking division as shown in FIGS. 5 and 6. Now also the linear motor 8 is connected to the electrical system.
  • the linear motor 8 When the ignition key is turned, the linear motor 8 is energized so that the rotor 10 rotates by a predetermined number of steps. In this case, the push rod 11 is moved to the operating position shown in Fig. 5. In this position, the contact pin 13 now connects the contact ring 14 with connection to the memory cells 24 and
  • the spring 21 and the solenoid 19 are provided. Starting from the operating position shown in Fig. 5 falls in a failure of the 12 V on-board voltage, the solenoid 19 and the locking lever moves to its release position.
  • the force of the spring 21 now acts on the push rod 11 via the push rod flange 20 and displaces it together with the threaded nut 17 and the contact bolt 13 to the right until the push rod flange 20 on the right inner wall of the spring housing is applied.
  • the main switch 7 is now in the open position, not shown, as described above. The connection between the memory cells 24 and the load circuit 22 is thus interrupted.
  • the electric vehicle can be put back into operation.
  • the locking lever of the solenoid 19 can not be moved into its blocking division, since it is prevented from doing so by the nut flange 18.
  • the control not shown here, therefore energizes the linear drive 8 in the opening direction. Since the push rod 11 can not be moved further to the right, the threaded nut 17 is pressed back into the rotor 10 to the left. After reaching the normal position of the threaded nut 17, as shown in Figures 5 and 6, the locking lever of the solenoid 19 can now move back into its blocking division and the electric vehicle is ready to start again.
  • the main switch 7 can be brought back into its operating position shown in Fig. 5 by energizing the linear motor 8 in the closing direction.
  • the load circuit 22 is to be separated from the memory cells 24 very quickly. At the same time, however, the groups of memory cells are to be separated from each other, so that only voltages that are harmless to humans can occur.
  • the gas generator 23 is ignited in the middle between the two switching tubes 3 via an impact sensor 26 and a controller 25 (see FIG. 1). The resulting gas presses the contact pins 2 of the isolating switch 1 provided on both sides of the gas generator 23 into the open position shown in FIG. 4. Since only one of the contact rings of each contact pin 2 is now contacted, there is no longer any connection between the individual groups of memory cells 24. In the case described here only voltages of approximately 46.8 V can be transferred to electrically conductive parts of the electric vehicle. There is no longer any danger for humans.
  • the contact pin 13 establishes a connection between the contact ring 15 with connection to the load circuit 22 and the contact ring 16 with connection to the ground. In this way, not only can the consumer circuit be separated from the storage cells in the event of an accident, but it can also be discharged.
  • two main switches 7 are provided, wherein the

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen System, mit einem Verbraucherkreis (22) und mehreren in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) zur Versorgung des Verbraucherkreises (22), sowie mit einem Ereignissensor (26). Erfindungsgemäß sind zwischen in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) im Normalbetrieb des elektrischen Systems geschlossene Trennschalter (1) vorgesehen, die so ausgeführt und/oder angeordnet sind, dass sie bei Auslösung des Ereignissensors (26) geöffnet werden.

Description

Elektrisches System
Die Erfindung betrifft ein elektrisches System nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren werden in den letzten Jahren immer ernster genommen. Um diese Emissionen verringern zu können wird daher im mobilen Bereich der Einsatz von Elektromotoren stark gefördert. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Bedarf an elektrischem Strom verstärkt durch erneuerbare Energien gedeckt werden kann.
Um Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren ersetzen zu können, sind in den meisten Fällen große Ströme und hohe Spannungen notwendig. Es wird daher eine Vielzahl von elektrischen Speicherzellen, momentan handelt es sich dabei meist um Lithium-Ionen- Akkus, in Reihe geschaltet.
Die einzelnen Zellen arbeiten üblicherweise mit einer Spannung von ca. 3,6 V. Für die Elektromotoren wird insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen eine Spannung von mehr als 300 V benötigt, so dass mehr als einhundert solcher Zellen entsprechend ver- schaltet werden müssen. Bei bestimmten Fahrzeugen wird heute auch bereits mit Span- nungen von ca. 700 V gearbeitet.
Die Spannung führenden Teile werden dabei gut isoliert, so dass im Normalbetrieb keine Spannung auf Nutzer übertragen werden kann. Im mobilen Bereich kann es jedoch -im Gegensatz zu einer ortsfesten Anlage - schnell zu einem Zwischenfall kommen, bei dem es zu erheblichen mechanischen Verformungen kommt. So kann z. B. bei einem Zu- sammenstoß nicht ausgeschlossen werden, dass elektrische Isolationen beschädigt und hohe Spannungen auf Teile übertragen werden, mit denen die Nutzer in Berührung kom- men können. Dies kann zu einer schweren Schädigung oder sogar zum Tod von verunfall- ten Personen führen. Bei ortsfesten elektrischen Systemen treten solche hohen Spannungen beispielsweise in Häusern auf, auf deren Dächern Photovoltaik-Anlagen installiert sind. Wenn es zu einem Brand kommt, werden die löschenden Feuerwehrleute einer großen Gefahr ausgesetzt, da bei den hohen auftretenden Spannungen die Möglichkeit eines Spannungsüberschlags über das Löschwasser auf den Menschen nicht ausgeschlossen werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch System nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so auszubilden, dass solche Gefahren nach einem unvorhergesehenen Ereignis sicher vermieden werden können.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein elektrisches System mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dadurch, dass zwischen in Reihe geschalteten
Speicher-/Wandlerzellen im Normalbetrieb des elektrischen Systems geschlossene Trenn- schalter vorgesehen sind, die so ausgeführt und/oder angeordnet sind, dass sie bei Auslö- sung des Ereignissensors geöffnet werden, kann die hohe Spannung bei einem unvorher- gesehenen Ereignis in kleinere, unschädliche Spannungen aufgeteilt werden.
So kann beispielsweise nach einem Unfall zwar eine Spannung an Teilen eines elektrisch angetrieben Fortbewegungsmittels anliegen, mit denen die verunfallten Personen oder auch eventuelle Retter in Kontakt kommen, jedoch sind diese Spannungen so niedrig, dass sie zu keinem Schaden führen können. Selbstverständlich wird durch die Erfindung auch die Brandgefahr nach einem Unfall enorm reduziert, da die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen in der Verdrahtung zwischen den Speicherzellen durch die Auftrennung des Stromkreises in von einander isolierte Segmente wesentlich geringer wird. Bei der An- wendung der Erfindung in einem elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittel ist der Er- eignissensor vorteilhaft als Aufprallsensor ausgebildet.
Beim Brand eines Hauses, auf dessen Dach eine Photovoltaik-Anlage montiert ist, wer- den die Trennschalter zwischen Photovoltaikelementen, bei denen es sich um so genann- te Wandlerzellen handelt, beispielsweise durch einen Rauchmelder oder einen anderen Brandmelder ausgelöst. Auch hier wird die hohe Spannung dann in kleinere ungefährliche Spannungen aufgeteilt, so dass beim Löschen keine Gefahr für die Feuerwehrleute be- steht.
Die Erfindung ist unter anderem in allen elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmitteln anwendbar. Als Fortbewegungsmittel sollen hier alle Vorrichtungen zum Befördern von Personen und/oder Gütern zu Land, auf dem Wasser und in der Luft gelten. Als„elektrisch angetrieben“ sind alle Fortbewegungsmittel gemeint, die zumindest zum Teil elektrisch an- getrieben werden. Hierzu gehören auch die so genannten Hybrid-Fahrzeuge, die zum Teil über einen Elektromotor und zum Teil über einen Verbrennungsmotor angetrieben wer- den. Der Verbraucherkreis beinhaltet hier insbesondere den Antrieb. Bei einer Photovol- taik-Anlage weist der Verbraucherkreis dagegen einen Inverter und evtl einen Stromspei- cher auf.
Als Speicher-/Wandlerzellen sollen alle Spannung speichernden und alle Spannung er- zeugenden Zellen gelten. Als Speicherzellen können beispielsweise wiederaufladbare Li- thium-lonen-Zellen, oder aber reine Ladungsspeicher wie z. B. Kondensatoren zum Ein- satz kommen. Zu den Wandlerzellen zählen unter anderem Brennstoffzellen und Photo- voltaikzellen.
Als Ereignissensor kann ein eigens für die Betätigung der Trennschalter vorgesehener Sensor genutzt werden. Insbesondere wird aber das Signal eines Ereignissensors ver- wendet, der sowieso vorhanden ist. Als Beispiel für ein Fortbewegungsmittel kann hier der Aufprallsensor eines vorhandenen Airbags und als Beispiel für ein Haus mit Photovol- taik-Anlage ein bereits installierter Rauchmelder genannt werden. Die Kosten für das er- findungsgemäße elektrische System lassen sich auf diese Weise reduzieren.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Um die genannten Vorteile erreichen zu können, muss nicht unbedingt zwischen allen Speicher-/Wandlerzellen ein Trennschalter vorgesehen werden. Je nach der Ausgangs- spannung jeder einzelnen Speicher-/Wandlerzelle ist es bei den meisten bekannten Spei- cher-/Wandlerzellen ausreichend, dass sich die Trennschalter zwischen Gruppen von Speicher-/Wandlerzellen befinden, die so zusammengefasst sind, dass jede Gruppe eine für den Menschen nicht schädliche Spannung abgibt. Die Ausgangsspannung einer sol- chen Gruppe von Speicher-/Wandlerzellen sollte also möglichst 50 V nicht überschreiten.
Vorteilhaft ist zwischen den in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzellen und dem Ver- braucherkreis wenigstens ein zusätzlicher Trennschalter vorgesehen, der sich im Normal- betrieb des elektrischen Systems in einer geschlossenen Stellung befindet. Auf diese Wei- se lässt sich der Verbraucherkreis bei einem unvorhergesehenen Ereignis von den Spei- cher-/Wandlerzellen abtrennen. Bei dem Einsatz von zwei zusätzlichen Trennschaltern lässt sich sogar eine vollständige Trennung zwischen Verbraucherkreis und
Speicher-/Wandlerzellen erreichen. Beispielsweise bei der Anwendung des erfindungsge- mäßen elektrischen Systems in einem Haus mit Photovoltaik-Anlage kann auf diese Wei- se der Inverter des Verbraucherkreises vollständig von der Photovoltaik Anlage abge- trennt werden.
Besonders vorteilhaft ist der wenigstens eine zusätzliche Trennschalter mit einem Haupt- schalter kombiniert, der sich nach Auslösen des Ereignissensors in einer Stellung befin- det, in der der Verbraucherkreis mit der Masse eines elektrisch angetriebenen Fortbewe- gungsmittels kurzgeschlossen ist. Der kombinierte Trenn-/Hauptschalter kann also wäh- rend des Normalbetriebs eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels als Ein- Aus-Schalter und bei einem Unfall als Umschalter fungieren. Auf diese Weise lassen sich die Speicher-/Wandlerzellen dann, wenn sich das Fortbewegungsmittel in Ruhestellung befindet, vom Verbraucherkreis trennen.
Es kann auch sowohl zwischen dem Minuspol als auch zwischen dem Pluspol der in Rei- he geschalteten Speicher-/Wandlerzellen und dem Verbraucherkreis je ein kombinierter Trenn-/Hauptschalter vorgesehen sein, so dass in der Ruhestellung der Verbraucherkreis komplett von den Speicher-/Wandlerzellen getrennt ist. Nach einem Unfall liegt dann der Verbraucherkreis auf beiden Seiten auf Masse. Dieser potentialfreie Zustand kann in ei- nem Fortbewegungsmittel aber auch während der Stillstandszeiten gewünscht sein. In diesem Fall werden die kombinierten Trenn-/Hauptschalter so ausgestaltet, dass sie grundsätzlich als Umschalter wirken. Idealerweise erfolgt der Potentialabbau zur Masse nach dem Umschalten über einen Widerstand. Bevorzugt weisen die Trennschalter einen Kontaktbolzen auf, der in einer Hülse mit we nigstens zwei Kontaktringen bewegbar ist, wobei ein Kontaktring mit dem Minuspol einer Speicher-/Wandlerzelle und der andere Kontaktring mit dem Pluspol einer anderen Spei- cher-/Wandlerzelle in Verbindung steht. In der normalen, geschlossenen Stellung des Trennschalters besteht folglich über den Kontaktbolzen eine elektrische Verbindung zwi schen den beiden Kontaktringen. Das bedeutet, dass die beiden Speicherzellen durch den Trennschalter in Reihe geschaltet sind. Nach Auslösen des Ereignissensors wird die se Verbindung getrennt und damit die Reihenschaltung aufgehoben.
Die Betätigung der Trennschalter kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann bei- spielsweise an jedem Trennschalter ein Solenoid vorgesehen sein, welches von einer üb- lichen 12 V-Batterie gespeist wird. In diesem Fall ist ein Kraftspeicher vorgesehen, der den Trennschalter in seine geöffnete Stellung drückt. Der Trennschalter ist folglich nur dann geschlossen, wenn die Batteriespannung an dem Solenoid anliegt. Über den Ereig- nissensor muss dann nur die Verbindung zu der 12 V-Batterie unterbrochen werden. Da- nach bewegen sich alle Trennschalter in die geöffnete Stellung. Diese Ausgestaltung hat bei einem Fortbewegungsmittel den zusätzlichen Vorteil, dass bei jedem Schalten des Fortbewegungsmittels in die Ruhestellung ebenfalls eine Aufteilung der Spannung erfolgt.
Es kann bei bei einem unvorhergesehenen Ereignis, wie bei einem Zusammenstoß oder bei einem Brand, jedoch zu Situationen kommen, in denen eine starke mechanische Ver- formung, die Einwirkung großer Hitze oder eine hohe Beschleunigung die Auslösung des Kraftspeichers verhindert. Besonders vorteilhaft ist deshalb ein Gasgenerator vorgesehen, der über den Ereignissensor auslösbar ist, wobei die Trennschalter durch den von dem Gasgenerator erzeugten Gasdruck von der geschlossenen in die offene Stellung bringbar sind. Der Gasdruck der von solchen Gasgeneratoren erzeugt wird, ist normalerweise so hoch, dass er auch unter widrigen Umständen entsprechend wirkt und die Kontaktbolzen sicher in die offene Stellung der Trennschalter befördert. Weiterhin wirkt sich das Gas sehr positiv aus, wenn es trotz der Schnelligkeit bei der Öffnung der Trennschalter zu ei- nem Lichtbogen kommen sollte. In diesem Fall wirkt das Gas als Funkenlöscher.
Es besteht die Möglichkeit den Gasdruck eines Gasgenerators zur Auslösung mehrerer Trennschalter zu nutzen. Zu diesem Zweck könnte an einen Gasgenerator ein Verteiler- System angeschlossen werden, welches zu mehreren Trennschaltern führt. Besonders vorteilhaft sind jedoch die Hülsen mehrerer Trennschalter zu einem Schaltrohr verbunden, wobei der Gasgenerator an einem Ende des Schaltrohrs vorgesehen ist. Auf diese Weise sind mehrere Trennschalter in der Strömungsrichtung des Gases hintereinander geschal- tet und es muss keine Verteilung stattfinden, die immer mit einigen Umlenkungen und deshalb mit einem Druckabfall belastet wäre.
Bei der Hintereinanderschaltung der Trennschalter muss dafür gesorgt werden, dass die Kontaktbolzen bei der Auslösung des Gasgenerators sich nicht jeweils bis zu den
Kontaktringen des nächsten Trennschalters bewegen und dadurch zwar eine Verbindung öffnen aber eine andere wieder schließen. Das Schaltrohr weist deshalb vorteilhaft zwi- schen den Trennschaltern Einkerbungen auf. Als Einkerbung ist hier jede Verkleinerung des Innendurchmessers des Schaltrohrs zu verstehen, egal ob sie beispielsweise durch eine Sicke oder aber durch Stege zustande kommt.
Die Kraft, die durch den Gasdruck auf jeden der Kontaktbolzen wirkt, soll in etwa gleich groß sein. Besonders vorteilhaft weisen deshalb die Kontaktbolzen durchgehende Gas- durchtrittsöffnungen konzentrisch oder parallel zu ihrer Mittellängsachse auf, wobei der Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnungen bei einem Kontaktbolzen mit größerem Abstand von dem Gasgenerator kleiner als bei einem Kontaktbolzen mit geringerem Abstand zu dem Gasgenerator ist. Das bedeutet, dass die Stirnfläche der Kontaktbolzen, auf die der Gasdruck einwirkt, mit zunehmendem Abstand der Kontaktbolzen von dem Gasgenerator größer wird. Bei entsprechender Auslegung der Gasdurchtrittsöffnungen bleibt also die Kraft die auf jeden Kontaktbolzen wirkt in etwa gleich, da zwar der Gasdruck mit zuneh- mendem Abstand vom Gasgenerator immer geringer, die Fläche, auf die der Gasdruck wirkt, aber immer größer wird.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittel ist ein Gasgenerator vorgesehen, der mit zwei Schaltrohren verbunden ist. In jedem Schaltrohr ist eine Vielzahl von Kontaktbolzen vor- gesehen und die Schaltrohre sind mit je einem Hauptschalter an dem dem Gasgenerator gegenüberliegenden Ende versehen. Jeder Hauptschalter weist einen Kontaktbolzen und drei Kontaktringe des Schaltrohrs auf, wobei einer der Kontaktringe mit dem Minuspol bzw. mit dem Pluspol einer in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzelle, der zweite der Kontaktringe mit dem Minuspol bzw. dem Pluspol des Verbraucherkreises und der dritte der Kontaktring jeweils mit der Masse des Fortbewegungsmittels verbunden sind. Bei die- sem Ausführungsbeispiel ist ein Optimum zwischen der Sicherheit von Nutzern oder Hel- fern bei einem Unfall eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels und den Kos- ten erreicht, die durch diese zusätzliche Sicherheitseinrichtung anfallen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nung in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug während der Fahrt,
Fig. 2 die Schaltungsanordnung aus Fig. 1 nach einem Unfall,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Trennschalters zur Verbindung von in
Reihe geschalteten Speicherzellen,
Fig. 4 ein Trennschalter wie in Fig. 3 nach der Auslösung bei einem Unfall in seiner
Offen-Stellung,
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines Hauptschalters zur Verbindung eines
Verbrauchskreises mit einem Verbund von in Reihe geschalteten Speicherzel- len in Geschlossen-Stellung und
Fig. 6 der Hauptschalter aus Fig. 5 nach der Auslösung bei einem Unfall.
Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittel, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug, weist einen Verbraucherkreis 22 auf, der über zwei Hauptschalter 7 mit einem Akku-Verbund aus mehreren Gruppen von Speicherzellen 24 verbunden werden kann. Die Gruppen von Speicherzellen 24 bestehen jeweils aus mehreren in Reihe ge- schalteten einzelnen Speicherzellen, wobei die Ausgangsspannung einer jeden Gruppe unterhalb von 50 V bleiben sollte. Geht man davon aus, dass Lithium-Ionen-Zellen mit je- weils 3,6 V verwendet werden, ergibt eine Gruppe 24 von 13 Zellen jeweils eine Aus- gangsspannung von 46,8 V. In dem hier gezeigten Beispiel sind sieben solcher Gruppen 24 über Trennschalter 1 in Reihe hintereinander geschaltet. Auf den Aufbau der Trennschalter 1 und der Hauptschal- ter 7 soll später detailliert eingegangen werden. Die an dem Verbraucherkreis anliegende Spannung beträgt etwa 330 V. Wenn höhere Spannungen benötigt werden, können ent- weder Speicherzellen mit höherer Ausgangsspannung verwendet werden oder es werden über weitere Trennschalter 1 noch mehr Gruppen 24 in Reihe geschaltet.
Es ist ein Gasgenerator 23 vorgesehen, der zwei Ausgänge aufweist, wobei an jedem Ausgang ein Schaltrohr 3 mit dem Gasgenerator 23 verbunden ist. Die Trennschalter 1 werden durch das Schaltrohr 3 mit Kontaktringen 4 (siehe Fig. 3) und jeweils einen gasbe- triebenen Kontaktbolzen 2, die Hauptschalter 7 ebenfalls durch das Schaltrohr 3 mit Kontaktringen 14, 15, 16 (siehe Fig. 5-6) und einen anders gestalteten Kontaktbolzen 13 gebildet. Auf diese Weise werden auf jeder Seite des Gasgenerators 23 drei Trennschal- ter 1 und ein Hauptschalter 7 so realisiert, dass alle acht Schalter über den Gasgenera- tor 23 betätigt werden können.
Weiterhin sind in den Figuren 1 und 2 noch ein Aufprallsensor 26 und eine Steuerung 25 gezeigt. Üblicherweise müssen die Steuerung 25 und der Aufprallsensor 26 nicht unbe- dingt als Teil der gezeigten Schaltung realisiert werden. So sind beispielsweise in jedem der Personenbeförderung dienenden Fahrzeug heute Airbags vorhanden, die ebenfalls mit Gasgeneratoren ausgestattet sind. Zur Auslösung dieser Airbags wird eine Steuerung verwendet, die ein Signal von einem Aufprallsensor erhält und dieses in ein Aktivierungs- signal für die Gasgeneratoren der Airbags umsetzt. Dieses Signal lässt sich auch für die Aktivierung des Gasgenerators 23 in den Figuren 1 und 2 abgreifen. In diesem Fall muss für die Aktivierung des Gasgenerators 23 kein eigens installierter Aufprallsensor und keine eigens installierte Steuerung verwendet werden.
In den Figuren 3 und 4 ist ein Trennschalter 1 im Schnitt detailliert dargestellt. In der In- nenfläche des Schaltrohrs 3 sind ringförmige Vertiefungen zur Aufnahme der Kontakt- ringe 4, 28 vorgesehen. Die Kontaktringe 4, 28 sind in hier nicht gezeigter Weise mit dem Pluspol einer Speicherzelle bzw. mit dem Minuspol einer anderen Speicherzelle ver- bunden. In der geschlossenen Stellung des Trennschalters 1 (siehe Fig. 3) sind die bei- den Kontaktringe 4, 28 über den Kontaktbolzen 2 elektrisch leitend miteinander ver- bunden.
Der Kontaktring 4 ist etwas stärker ausgeführt als der Kontaktring 28. Gleichzeitig besitzt der Kontaktbolzen 2 im Bereich des Kontaktrings 28 einen entsprechend vergrößerten Durchmesser. Bei einer Bewegung des Kontaktbolzens 2 in Öffnungsrichtung nach rechts muss der Kontaktbolzen 2 durch diese Ausgestaltung nur für ein kurzes Stück die Rei- bung zu den Kontaktringen 4, 28 überwinden. Nach einer sehr kurzen Strecke kann sich der Kontaktbolzen 2 praktisch ohne Reibungswiderstand weiterbewegen.
In Öffnungsrichtung neben dem Kontaktbolzen 2 ist das Schaltrohr 3 mit einer Sicke 5 versehen. Diese Sicke 5 hat die Aufgabe, den Kontaktbolzen 2 stoppen, wenn er durch den Gasdruck eines Gasgenerators aus seiner in Fig. 3 gezeigten Stellung bewegt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine definierte Endstellung für die Kontaktbolzen 2.
In der geöffneten Stellung des Trennschalters 1 nimmt der Kontaktbolzen 2 diese in Fig. 4 gezeigte Endstellung ein. Hier berührt der Kontaktbolzen 2 nicht mehr beide Kontaktrin- ge 4, 28, sondern steht möglicherweise nur noch mit dem rechten Kontaktring 28 in einer jedoch nicht vollflächigen Verbindung. Dadurch ist die Reihenschaltung der beiden Spei- cherzellen aufgehoben.
Allerdings ist in Fig. 4 nicht der gleiche Trennschalter wie in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 4 ist zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Gasdurchtrittsöffnungen 6 ein Kontaktbolzen ge- zeigt, dessen Position weiter von dem Gasgenerator entfernt ist als der Kontaktbolzen aus Fig. 3.
Es ist deutlich zu erkennen, dass die Gasdurchtrittsöffnung des Kontaktbolzens in Fig. 3 größer als die des Kontaktbolzens in Fig. 4 ist. Dadurch ist die dem Gasdruck entgegen stehende Stirnfläche des Kontaktbolzens in Fig. 3 kleiner als die des Kontaktbolzens in Fig. 4. Durch die Gasdurchtrittsöffnung in einem Kontaktbolzen tritt also nur ein Teil des an der Stirnfläche anstehenden Gases hindurch. Das führt zu einem Druckabfall auf der gegenüberliegenden Seite des Kontaktbolzens. Deshalb steht an dem nächsten Kontaktbolzen in der Reihe ein geringerer Gasdruck an. Um aber die durch den Gasdruck generierte Schubkraft auch bei diesem Kontaktbolzen über einem bestimmten Betrag zu halten, ist die Angriffsfläche an der Stirnseite bei die- sem Kontaktbolzen größer und dadurch der Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung ge- ringer.
In den Figuren 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hauptschalter 7 mit einem Line- arantrieb 8 für dessen Betätigung gezeigt. Der Linearantrieb 8 ist hier als Schrittmotor ausgebildet, durch den eine Schubstange 11 entlang der Drehachse des Schrittmotors li- near verschoben werden kann. Der Schrittmotor besitzt einen ortsfest in dem Antriebsge- häuse montierten Stator 9 und einen innerhalb des Stators 9 drehbar gelagerten Rotor 10. Konzentrisch zur Drehachse des Rotors 10 ist eine Gewindemutter 17 vorgesehen, die drehfest mit dem Rotor 10 verbunden ist, aber entlang der Drehachse des Rotors 10 ver- schiebbar gelagert ist.
Ebenfalls konzentrisch zur Drehachse des Rotors 10 ist eine Schubstange 11 vorgese- hen, die so gelagert ist, dass sie entlang der Drehachse verschiebbar ist, aber an der Dre- hung des Rotors 10 und der drehfest damit verbundenen Gewindemutter 17 nicht teil- nimmt. Die Schubstang 11 ist im Bereich der Gewindemutter 17 mit einem Außengewinde versehen, welches in Wirkkontakt mit dem Innengewinde der Gewindemutter 17 steht.
An ihrem dem Hauptschalter 7 gegenüberliegenden Ende ist die Schubstange 11 mit ei- nem Schubstangenflansch 20 versehen. Dieser ragt in ein Federgehäuse, welches orts- fest zu dem Antriebsgehäuse montiert ist. Zwischen dem Schubstangenflansch 20 und der dem Antriebsgehäuse zugewandten Innenwand des Federgehäuses befindet sich die Feder 21 , die den Schubstangenflansch 20 leicht gegen die dem Antriebsgehäuse gegen- überliegende Innenwand des Federgehäuses vorspannt.
Mit der Gewindemutter 17 ist der rund Mutterflansch 18 verbunden, der sich in einer ent- sprechenden Ausnehmung des Antriebsgehäuses befindet. Neben der Ausnehmung für den Mutterflansch 18 ist an dem Antriebsgehäuse ein Solenoid 19 befestigt. Dieses Sole- noid 19 ist mit einem Sperrhebel versehen, der dann, wenn das Solenoid 19 bestromt wird, den Mutterflansch 18 sperrt und die Gewindemutter 17 auf diese Weise an einer Verschiebung in Richtung der Drehachse des Rotors 10 hindert.
Der Hauptschalter 7 ist so aufgebaut, dass innerhalb des fest montierten Schaltrohrs 3 der Kontaktbolzen 13 verschieblich gelagert ist. Der Kontaktbolzen 13 ist als Hohlzylinder ausgebildet, der an seiner der Schubstange 11 abgewandten Stirnfläche geschlossen ist. An seiner offenen Seite ist er mit der Schubstange 11 über eine Sollbruchstelle 12 ver- bunden.
Die Sollbruchstelle 12 ist in der Zeichnung nicht explizit ausgeführt, eine mögliche Ausfüh- rungsform soll im Folgenden aber erläutert werden. Die Sollbruchstelle 12 ist vorzugswei- se als eigenes Bauteil ausgeführt. Sie weist einen inneren Ring auf, der mit der Schub- stange 11 verbunden wird. Ebenso weist sie einen äußeren Ring auf, der mit dem offenen Rand des Hohlzylinders des Kontaktbolzens 13 verbunden wird. Der innere und der äuße- re Rand sind über drei sternförmig angeordnete Strahlen mit einander verbunden.
Die Strahlen sind so ausgeführt, dass sie dann abreißen, wenn zwischen dem inneren und dem äußeren Ring eine vorbestimmte Kraft wirkt. Die Strahlen bilden deshalb die ei- gentliche Sollbruchstelle aus.
Das Schaltrohr 3 weist in seiner Innenwand drei ringförmige Vertiefungen auf, in die die Kontaktringe 14, 15 und 16 eingesetzt sind. Der linke Kontaktring 14 steht dabei in Kontakt mit den Speicherzellen 24, der Mittlere 15 mit dem Verbraucherkreis 22 und der Rechte 16 mit der Masse. Der Kontaktbolzen 13 ist so ausgestaltet, dass er jeweils zwei Kontaktringe elektrisch mit einander verbinden kann.
Zwischen dem linken 14 und dem mittleren Kontaktring 15, dicht neben dem mittleren Kontaktring 15 sind die Gasabströmöffnungen 27 vorgeshen, durch die das von dem Gas- generator 23 erzeugte Gas ausströmen kann, sobald sich der Kontaktbolzen 13 in der in Fig. 6 gezeigten Position befindet.
Im Folgenden soll nun die Funktion der Erfindung anhand eines Elektrofahrzeugs erläutert werden. In der hier nicht gezeigten Ruhestellung des Elektrofahrzeugs nehmen die beiden Hauptschalter 7 eine Position ein, in der die Kontaktbolzen 13 ausschließlich den mittleren Kontaktring 15 kontaktieren. An dem Verbraucherkreis 22 liegt deshalb keine Spannung an.
Das Solenoid 19 eines jeden Hauptschalters 7 befindet sich in abgesenkter Stellung, so dass der Mutterflansch 18 nicht blockiert ist. In dieser hier nicht gezeigten Stellung wirkt durch die Feder 21 jedoch keine Kraft auf die Schubstange 11 , da der Schubstangen- flansch 20 an der rechten Seitenwand des Federgehäuses anliegt.
Die Trennschalter 1 befinden sich alle in der in Fig. 1 gezeigten Stellung. Dabei kontaktie- ren sie gleichzeitig beide Kontaktringe 4, 28. Das bedeutet, dass alle Gruppen von Spei- cherzellen 24 mit einander verbunden sind, also die volle Spannung zur Verfügung stehen würde. Diese Spannung liegt jedoch noch nicht am Verbraucherkreis 22 an.
Wird nun der Zündschlüssel in das Zündschloss eingesteckt, wird das Solenoid 19 über die 12 V-Bordbatterie bestromt und verfährt in seine Sperrsteilung wie sie in den Figu- ren 5 und 6 gezeigt ist. Nun ist auch der Linearrmotor 8 mit dem Bordnetz verbunden.
Wird der Zündschlüssel gedreht, wird der Linearmotor 8 so bestromt, dass der Rotor 10 um eine vorbestimmte Anzahl von Schritten dreht. Dabei wird die Schubstange 11 in die in Fig. 5 gezeigte Betriebsstellung verschoben. In dieser Stellung verbindet der Kontaktbol- zen 13 nun den Kontaktring 14 mit Anschluss an die Speicherzellen 24 und den
Kontaktring 15 mit Anschluss an den Verbraucherkreis 22. In dieser Betriebsstellung wird der Verbraucherkreis 22 mit Spannung versorgt. Die Steuerungen des Verbraucher- kreises 22 sollen hier nicht weiter erläutert werden.
Beim Abstellen des Elektrofahrzeugs wird beim Zurückdrehen des Zündschlüssels der Li- nearmotor 8 so bestromt, dass der Rotor 10 in Öffnungsrichtung dreht. Dabei werden die Schubstange 11 und der Kontaktbolzen 13 wieder in die hier nicht gezeigte Ruhestellung geschoben. Der Hauptschalter 7 befindet sich wieder in seiner Offen-Stellung, in der der Verbraucherkreis 22 nicht mit den Speicherzellen 24 verbunden ist und daher nicht mit Spannung versorgt wird. Beim Abziehen des Zündschlüssels fällt das Solenoid 19 in seine Nicht-Sperr-Stellung zurück. Sollte die 12 V-Bordbatterie während des Betriebs des Elektrofahrzeugs einmal aus belie- bigem Grund ausfallen, wäre es nicht mehr möglich die Speicherzellen 24 von dem Ver- braucherkreis 22 zu trennen, da der Linearantrieb 8 nicht mehr bestromt werden kann.
Für diese Situation sind die Feder 21 und das Solenoid 19 vorgesehen. Ausgehend von der in Fig. 5 gezeigten Betriebsstellung fällt bei einem Ausfall der 12 V-Bordspannung das Solenoid 19 ab und der Sperrhebel bewegt sich in seine Freigabestellung.
Ausgehend von der in Fig. 5 gezeigten Betriebsstellung wirkt nun die Kraft der Feder 21 über den Schubstangenflansch 20 auf die Schubstange 11 und verschiebt diese zu- sammen mit der Gewindemutter 17 und dem Kontaktbolzen 13 nach rechts bis der Schubstangenflansch 20 an der rechten Innenwand des Federgehäuses anliegt. Der Hauptschalter 7 befindet sich nun in der nicht dargestellten Offen-Stellung wie sie weiter oben bereits beschrieben wurde. Die Verbindung zwischen den Speicherzellen 24 und dem Verbraucherkreis 22 ist folglich unterbrochen.
Sobald eine Reparatur durchgeführt ist, kann das Elektrofahrzeug wieder in Betrieb ge- setzt werden. Beim Einstecken des Zündschlüssels in das Zündschloss kann der Sperrhe- bel des Solenoids 19 nicht in seine Sperrsteilung bewegt werden, da er von dem Mutter- flansch 18 daran gehindert wird. Die hier nicht gezeigte Steuerung bestromt den Linearn- trieb 8 deshalb in Öffnungsrichtung. Da die Schubstange 11 nicht weiter nach rechts ver- schoben werden kann, wird die Gewindemutter 17 nach links zurück in den Rotor 10 ge- drückt. Nach Erreichen der normalen Stellung der Gewindemutter 17, wie sie in den Figu- ren 5 und 6 dargestellt ist, kann der Sperrhebel des Solenoids 19 nun wieder in seine Sperrsteilung rücken und das Elektrofahrzeug ist wieder startklar. Der Hauptschalter 7 kann durch eine Bestromung des Linearmotors 8 in Schließrichtung wieder in seine in Fig. 5 gezeigte Betriebsstellung gebracht werden.
Wird das Elektrofahrzeug in einen Unfall verwickelt, soll der Verbraucherkreis 22 sehr schnell von den Speicherzellen 24 getrennt werden. Gleichzeitig sollen aber auch die Gruppen von Speicherzellen von einander getrennt werden, damit nur noch Spannungen auftreten können, die für Menschen ungefährlich sind. Wiederum ausgehend von der in Fig. 5 gezeigten Betriebsstellung der beiden Hauptschal- ter 7 wird über einen Aufprallsensor 26 und eine Steuerung 25 der Gasgenerator 23 in der Mitte zwischen den beiden Schaltrohren 3 gezündet (siehe Fig. 1 ). Das entstehende Gas drückt die Kontaktbolzen 2 der beidseitig des Gasgenerators 23 vorgesehenen Trenn- schalter 1 in die in Fig. 4 gezeigte Offen-Stellung. Da von jedem Kontaktbolzen 2 nun nur noch einer der Kontaktringe kontaktiert wird, besteht keine Verbindung zwischen den ein- zelnen Gruppen von Speicherzellen 24 mehr. In dem hier geschilderten Fall können folg lich nur noch Spannungen von ca. 46,8 V auf elektrisch leitende Teile des Elektrofahr- zeugs übertragen werden. Damit besteht für Menschen keine Gefahr mehr.
Da die Kontaktbolzen 2 der Trennschalter 1 alle Gasdurchtrittsöffnungen 6 aufweisen, ent- steht auch vor den Kontaktbolzen 13 der beiden Hauptschalter 7 noch genügend Druck um hier wirksam zu werden. Dadurch bricht die Sollbruchstelle 12 und der Kontaktbol- zen 13 wird nach recht gedrückt bis er an der dem Linearantrieb 8 zugewandten Seiten- wand des Schaltergehäuses anliegt. Diese Stellung des Hauptschalters 7 ist in Fig. 6 ge- zeigt. Damit der Innendruck nicht zu einer Explosion des Schaltrohres 3 führt, sind zwi- schen dem linken Kontaktring 14 und dem mittleren Kontaktring 15 Gasabströmöffnun- gen 27 vorgesehen, die erst richtig frei werden, wenn sich der Kontaktbolzen vollständig in der gezeigten Stellung befindet.
Der Kontaktbolzen 13 stellt in Fig. 6 eine Verbindung zwischen dem Kontaktring 15 mit Anschluss an den Verbraucherkreis 22 und dem Kontaktring 16 mit Anschluss zur Masse her. Auf diese Weise kann bei einem Unfall nicht nur der Verbraucherkreis von den Spei- cherzellen getrennt, sondern auch noch entladen werden. In dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Hauptschalter 7 vorgesehen, wobei der
Kontaktring 15 des einen Hauptschalters mit dem Plus-Anschluss des Verbraucher- kreises 22 und der Kontaktring 15 des anderen Hauptschalters mit dem Minus-Anschluss des Verbraucherkreise 22 verbunden ist. In diesem Fall wird bei einem Unfall sowohl der Minus-Anschluss als auch der Plus-Anschluss des Verbraucherkreises auf Masse gelegt. Bezugszeichenliste:
1 Trennschalter
2 Gasdruck getriebener Kontaktbolzen
3 Schaltrohr
4 erster Kontaktring
5 Stopp-Sicke
6 Gasdurchtrittsöffnung
7 Hauptschalter
8 Linearantrieb
9 Rotor
10 Stator
11 Schubstange
12 Sollbruchstelle
13 Kontaktbolzen des Hauptschalters
14 Kontaktring mit Anschluss an die Speicherzellen
15 Kontaktring mit Anschluss an den Verbraucherkreis
16 Kontaktring mit Anschluss an Masse
17 Sechskantmutter
18 runder Mutterflansch
19 Solenoid mit Sperrhebel
20 Schubstangenflansch
21 Feder
22 Verbraucherkreise
23 Gasgenerator
24 Speicherzellen bzw. Gruppen von Speicherzellen
25 Steuerung
26 Aufprallsensor
27 Gasabströmöffnung
28 zweiter Kontaktring

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches System, mit einem Verbraucherkreis (22) und mehreren in Reihe ge- schalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) zur Versorgung des Verbraucherkreises (22), sowie mit einem Ereignissensor (26), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen in Rei- he geschalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) im Normalbetrieb des elektrischen Sys- tems geschlossene Trennschalter (1 ) vorgesehen sind, die so ausgeführt und/oder angeordnet sind, dass sie bei Auslösung des Ereignissensors (26) geöffnet werden.
2. Elektrisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trenn- schalter (1 ) zwischen Gruppen von Speicher-/Wandlerzellen (24) befinden, die so zu- sammengefasst sind, dass jede Gruppe eine für den Menschen nicht schädliche Spannung abgibt.
3. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) und dem Ver- braucherkreis (22) wenigstens ein zusätzlicher Trennschalter (7) vorgesehen ist, der sich im Normalbetrieb des elektrischen Systems in einer geschlossenen Stellung be- findet.
4. Elektrisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zusätzliche Trennschalter mit einem Hauptschalter (7) kombiniert ist, der sich nach Auslösen des Ereignissensors (26) in einer Stellung befindet, in der der Ver- braucherkreis (22) mit der Masse (16) eines elektrisch angetriebenen Fortbewe- gungsmittels kurzgeschlossen ist.
5. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschalter (1 ) einen Kontaktbolzen (2) aufweisen, der in einer Hülse (3) mit wenigstens zwei Kontaktringen (4, 28) bewegbar ist, wobei ein Kontaktring mit dem Minuspol einer Speicher-/Wandlerzelle (24) und der andere Kontaktring mit dem Pluspol einer anderen Speicher-/Wandlerzelle (24) in Verbindung steht.
6. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgenerator (23) vorgesehen ist, der über den Ereignissensor (26) auslös- bar ist, wobei die Trennschalter (1 ) durch den von dem Gasgenerator (23) erzeugten Gasdruck von der geschlossenen in die offene Stellung bringbar sind.
7. Elektrisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen mehrerer Trennschalter (1 ) zu einem Schaltrohr (3) verbunden sind, wobei der Gas- generator (23) an einem Ende des Schaltrohrs (3) vorgesehen ist.
8. Elektrisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalt- rohr (3) zwischen den Trennschaltern (1 ) Einkerbungen aufweist.
9. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbolzen (2) durchgehende Gasdurchtrittsöffnungen (6) konzentrisch oder parallel zu ihrer Mittellängsachse aufweisen, wobei der Querschnitt der Gas- durchtrittsöffnungen (6) bei einem Kontaktbolzen mit größerem Abstand von dem Gasgenerator (23) kleiner als bei einem Kontaktbolzen mit geringerem Abstand zu dem Gasgenerator (23) ist.
10. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 7 bis 9 in einem elektrisch angetrie- benen Fortbewegungsmittel, gekennzeichnet, durch folgende Merkmale:
• mit einem Gasgenerator (23) sind zwei Schaltrohre (3) verbunden
• in jedem Schaltrohr (3) ist eine Vielzahl von Kontaktbolzen (2) vorgesehen
• die Schaltrohre (3) sind mit je einem Hauptschalter (7) an dem dem Gasgenera- tor (23) gegenüberliegenden Ende versehen
• jeder Hauptschalter (7) weist einen Kontaktbolzen (13) und drei Kontaktrin- ge (14; 15; 16) des Schaltrohrs (3) auf, wobei einer der Kontaktringe (14) mit dem Minuspol bzw. mit dem Pluspol einer in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzel- le, der zweite der Kontaktringe (15) mit dem Minuspol bzw. dem Pluspol des Ver- braucherkreises und der dritte der Kontaktring (16) jeweils mit der Masse des Fort- bewegungsmittels verbunden sind.
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