EP4493436A1 - Modular aufgebaute schaltschützbox - Google Patents

Modular aufgebaute schaltschützbox

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Publication number
EP4493436A1
EP4493436A1 EP23713060.4A EP23713060A EP4493436A1 EP 4493436 A1 EP4493436 A1 EP 4493436A1 EP 23713060 A EP23713060 A EP 23713060A EP 4493436 A1 EP4493436 A1 EP 4493436A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contactor
module
box
modules
contacts
Prior art date
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Pending
Application number
EP23713060.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Korbinian Kreuzpointner
Lorenz NEUWIESER
Markus SCHREYER
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.)
Schaltbau GmbH
Original Assignee
Schaltbau GmbH
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 Schaltbau GmbH filed Critical Schaltbau GmbH
Publication of EP4493436A1 publication Critical patent/EP4493436A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01H2231/026—Car

Definitions

  • the present invention relates to a modular switching contactor box, in particular for electric vehicles.
  • Electric vehicles are powered by an electric motor that draws its energy from a high-capacity battery unit.
  • the battery unit is charged at charging stations.
  • each electric vehicle has a power supply system with a plurality of contactors. Depending on the application, 5 to 9 contactors can be provided. This leads to increased space requirements and therefore increased costs.
  • the object of the present invention is therefore to provide a concept with which the required number of contactors can be implemented with the required safety while at the same time reducing costs and reducing space requirements.
  • a modular contactor box comprising a module housing with a plurality of receiving locations for accommodating one contactor module each, at least two contactor modules each with at least two contactor module connection contacts, each contactor module being accommodated in one of the receiving locations of the module housing, and at least two Contactor box connection contacts, wherein at least two of the contactor modules are internally connected to one another, such that the number of contactor box connection contacts is at least 1 smaller than the number of contactor module connection contacts.
  • module contactor box means that the contactor box is constructed in the form of a modular system. So there are the required components, especially one A plurality of contactor modules are provided, which can be designed in the same way, but can also differ from one another depending on the required application. Depending on the application, the required components/contactor modules are selected from this number of similar or different components, in particular contactor modules.
  • the module housing has a number of slots into which the required contactor modules can be easily inserted.
  • the external dimensions of the contactor modules can be designed identically, and the receiving locations are then also designed identically.
  • contactor modules with different external dimensions can also be provided; the mounting locations in the module housing are then adapted accordingly. This results in a simple structure and therefore easy installation of the contactor box.
  • the external dimensions of the contactor modules are as identical as possible, identical parts can be used, with the associated cost savings potential.
  • the contactor modules are advantageously prefabricated or existing units that can be easily used. By integrating the contactor modules into the contactor box, installation space is saved, which also leads to a reduction in costs. However, adjustments to customer-specific requirements are possible.
  • the contactor module connection contacts are the connection contacts of a contactor module with which the contactor module is connected to the line to be interrupted. Furthermore, each contactor module also has switching contacts, preferably at least one movable contact and one fixed contact.
  • the contactor box connection contacts are the connection contacts that lead out of the module housing of the contactor box and enable the components of the contactor box to be connected to external lines. Since at least two of the contactor modules are internally connected to one another, so that the number of contactor box connection contacts is at least 1 smaller than the number of contactor module connection contacts, additional electrical connections with connection conductors, e.g. screw connections, are no longer necessary. This makes it possible to reduce electrical losses. If more than two of the contactor modules are internally connected to each other, the number of contactor box connection contacts is correspondingly lower.
  • the contactor module connection contacts can be integrated into the contactor box connection contacts or can be formed in one piece with them.
  • the contactor modules that are internally connected to one another are connected to one another via a common connecting element that forms the contactor module connection contacts.
  • the connecting element preferably also forms a contactor box connection contact.
  • the connecting element can be designed, for example, as a busbar, i.e. as a metallic sheet or rail made of copper or aluminum. This enables a simple and robust design.
  • the fixed contacts of the contactor modules can also be designed on the bus bar. Since the contactor modules are interconnected internally, an additional contact point is saved in the system. This leads to a reduction in contact resistance.
  • the contactor modules can be inserted into the receiving locations.
  • the receiving locations are then designed as slots so that the contactor modules can easily be plugged into the slots during assembly.
  • each contactor module has at least one movable contact and at least one fixed contact and the at least one fixed contact of at least one contactor module has grooves running transversely to a closing direction of the contacts of the at least one contactor module, the groove flanks of the grooves with respect to the The closing direction runs at least partially obliquely, so that the groove flanks have an angle to the closing direction that is not equal to 90°, and wherein the at least one movable contact of the at least one contactor module is designed such that the contact existing in the closed position of the contacts of the at least one contactor module between the fixed contacts and the movable contacts are made on the sloping groove flanks.
  • the short-circuit strength is increased.
  • the at least one extinguishing area can be assigned to at least two contactor modules. These are contactor modules that do not switch at the same time. The fact that the extinguishing area is used by two or more contactor modules further optimizes the installation space requirement.
  • At least one fuse is arranged in the module housing.
  • the contactor box further comprises at least one plug interface and/or sensors for current measurement are arranged in the module housing and/or tapping points for voltage measurement are arranged in the module housing.
  • At least one of the contactor modules has at least one fixed contact and at least one movable contact as well as a coil for driving the at least one movable contact, wherein the coil has coil connections and all coil connections are arranged on the module housing and can be contacted together .
  • the coils of the contactor modules can be controlled individually. This also leads to cost savings in terms of the parts used and during assembly.
  • the coil connections can be controlled via a circuit board or a lead frame.
  • the contactor box comprises a common control assembly arranged on the module housing.
  • the control module can be installed in various installation locations and enables joint control of the components arranged in the contactor box.
  • Figure 1 schematic representation of the electrical connections of batteries in an electric vehicle
  • Figure 2 schematic representation according to Figure 1 in ferry operation of the electric vehicle
  • FIG. 3 schematic representation according to Figure 1 when charging the electric vehicle
  • Figure 4 schematic representation according to Figure 1 when charging the electric vehicle with 400 V
  • Figure 5 schematic representation of a modular contactor box for an electric vehicle
  • Figure 6 Module housing of the contactor box from Figure 5
  • Figure 7 a contactor module of the contactor box from Fig. 5, and
  • Figure 8 Top view of the contactor box from Figure 5.
  • the electric vehicle includes two batteries 1.
  • the batteries 1 can be connected to the drive or the motor of the electric vehicle via vehicle connections 2, 3.
  • Vehicle connecting lines 4 are provided between the batteries 1 and the vehicle connections 2, 3.
  • Three main contactors 5 are arranged in the vehicle connecting lines 4.
  • the batteries 1 can be connected to charging connections 7, 8 via charging connection lines 6.
  • Two first charging contactors 9 for charging the batteries with 800 V and two second charging contactors 10 for charging the batteries with 400 V are provided in the charging connection lines 6.
  • fuses 11 and/or pyro-switches 12 can be arranged in the charging connection lines 6 and/or in the vehicle connection lines 4.
  • Fig. 2 the electrical connections of the batteries 1 are shown in the driving state of the electric vehicle. In this state, the batteries 1 are connected to the vehicle connections 2, 3.
  • the three main contactors arranged in the vehicle connecting lines 4 5 are therefore closed, so that the batteries 1 can supply the electric vehicle or the drive of the electric vehicle with power.
  • the first charging contactors 9 and the second charging contactors 10 are open.
  • Fig. 3 shows a first charging state of the batteries 1.
  • the batteries 1 are electrically connected to the charging connections 7, 8 via the charging connection lines 6.
  • both the first charging contactors 9 and the main contactor 5 arranged between the two batteries 1 are closed.
  • the second charging contactors 10 are open, as are the two main contactors 5, which lead to the vehicle connections 2, 3.
  • the batteries 1 are therefore connected to the charging station in a series connection. This enables the batteries 1 of the electric vehicle to be charged with 800 V.
  • FIG. 4 A second option for charging the batteries 1 of the electric vehicle is shown in FIG. 4. There, both the first charging contactors 9 and the second charging contactors 10 are closed. All three main contactors 5 are open. The batteries 1 are thus connected to the charging station in a parallel connection. This enables the batteries 1 of the electric vehicle to be charged with 400 V.
  • the contactors of the electric vehicle ie the main contactors 5, the first charging contactors 9 and the second charging contactors 10, are each designed as a contactor module, which are arranged in a modular contactor box 13.
  • the modular contactor box 13 is shown in Fig. 5.
  • the term contactor module means that the contactors are constructed as identically as possible or contain as many of the same components as possible, so that cost-effective production is possible.
  • the required contactor modules are selected and inserted into the modular contactor box 13.
  • the modular contactor box 13 includes a module housing 14.
  • the module housing 14 is described in more detail below with reference to FIG. 6.
  • the contactor modules are inserted into the module housing 14.
  • each of the contactor modules has at least two contactor module connection contacts.
  • the contactor module connection contacts are the contacts of each contactor module with which it is connected to the line to be interrupted.
  • At least one of the contactor modules has an electromagnetic drive, preferably a coil.
  • Each coil is provided with coil connections 16.
  • the coil connections 16 are led out through the module housing 14 and can be contacted together via a circuit board/a lead frame 17.
  • the coils of the individual contactor modules can be controlled individually.
  • a contactor box connection contact 18 is shown in FIG.
  • the modular contactor box 13 can also have several contactor box connection contacts, with the maximum number of contactor box connection contacts always being at least 1 smaller than the number of contactor module connection contacts of all contactor modules arranged in the contactor box.
  • the modular contactor box 13 may include a control assembly 15 which is attached to the module housing 14. Three possible installation positions for the control assembly 15 are shown in FIG.
  • the control assembly 15 can be arranged on one of the side walls of the module housing 14.
  • the control assembly it would also be conceivable for the control assembly to be mounted on the circuit board/lead frame 17.
  • Fig. 6 the module housing 14 of the modular contactor box 13 from Fig. 5 is shown.
  • the module housing 14 is designed as a compartment housing. This means that the module housing 14 has a plurality of compartments or receiving spaces 19. Eight recording locations 19 are shown in FIG. Each of the receiving locations 19 is designed in such a way that a contactor module can be easily inserted and advantageously also locked.
  • FIG. 7 shows an example of a contactor module 20 of the modular contactor box 13 from FIG. 5.
  • a contactor module 20 of the modular contactor box 13 from FIG. 5.
  • at least the external dimensions of all contactor modules 20 that can be inserted into the contactor box 13 are identical.
  • it can also be provided that a majority or all of the contactor modules 20 are completely identical in construction.
  • Each of the contactor modules 20 has a contactor housing 21.
  • the contactor housing 21 and the receiving locations 19 of the module housing 14 are coordinated with one another, so that each of the contactor housings 21 can be easily inserted, preferably plugged, into each of the receiving locations 19 of the module housing 14.
  • An electromagnetic drive with a coil 22 is arranged in the contactor housing 21.
  • a contact bridge 23 can be moved using the electromagnetic drive.
  • Two movable contacts 24 are formed on the contact bridge 23. Each of the movable Contacts 24 each work together with a fixed contact.
  • Each of the fixed contacts is connected to a contactor module connection contact. It can also be provided that the fixed contacts are formed on the contactor module connection contact or are connected in one piece to them (not shown).
  • each contactor module 20 has two fixed contacts, which interact with the two movable contacts 24 arranged on the contact bridge 23.
  • two of the contactor modules 20 are interconnected internally, i.e. in the contactor box 13.
  • connecting elements 25 are provided, with two fixed contacts being formed on each of the connecting elements 25 and these two fixed contacts being assigned to two different contactor modules 20.
  • the connecting elements 25 form a contactor module connection contact for each of the contactor modules 20 that they interconnect. If a connecting element connects two contactor modules, this connecting element forms two contactor module connection contacts.
  • the connecting elements 25 can be designed as a busbar.
  • each of the connecting elements 25 has an outward-facing contactor box connection contact 18.
  • the contactor box connection contacts 18 can be designed as a connection tab or as a contact pill 26.
  • the other fixed contact of the respective contactor module 20 is also formed on a busbar and forms a contactor module connection contact.
  • the contactor module connection contacts, which are not formed on the connecting elements 25, are integrated into contactor box connection contacts 18, the contactor box connection contacts 18 having a contact pill 26 which leads out of the module housing 14 and an external connection enabled.
  • the two upper connecting elements 25 are approximately Z-shaped.
  • the fixed contacts of at least one of the contactor modules can have grooves running transversely to a closing direction of the contacts of the contactor modules, the groove flanks of the grooves being at least partially oblique with respect to the closing direction, so that the groove flanks have an angle to the closing direction of an amount that is not equal to 90°, and where - in which the movable contacts of the contactor modules are designed in such a way that the contact existing in the closed position of the contacts of the contactor modules is established between the fixed contacts and the movable contacts on the oblique groove flanks.
  • the fuses or pyro switches shown in Figures 1 to 4 are integrated into the contactor box, that the contactor box includes a plug interface and that sensors for current measurement and tapping points for voltage measurement are arranged in the module housing
  • At least one extinguishing area can be formed in the module housing for extinguishing arcs that arise during a switching process of the contactor modules. Since the pressure drop occurs relatively quickly when the contactor modules are switched off in accordance with Paschen's law, an extinguishing area with a small volume can be sufficient. This results in a reduction in installation space. In order to further reduce the volume of the contactor box, it can be provided that the extinguishing area is assigned to at least two contactor modules.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine modular aufgebaute Schaltschützbox, insbesondere für Elektrofahrzeuge. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept bereitzustellen, mit dem die erforderliche Anzahl an Schaltschützen mit geringen Kosten und geringerem Platzbedarf realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die modular aufgebaute Schaltschützbox ein Modulgehäuse mit einer Mehrzahl von Einsteckplätzen zur Aufnahme von jeweils einem Schaltschützmodul, mindestens zwei Schaltschützmodule mit je mindestens zwei Schaltschützmodul-Anschlusskontakten, wobei jedes Schaltschützmodul in einem der Aufnahmeplätze des Modulgehäuses aufgenommen ist, und mindestens zwei Schaltschützbox-Anschlusskontakte umfasst, wobei mindestens zwei der Schaltschützmodule intern miteinander verschaltet sind, derart, dass die maximale Anzahl der Schaltschützbox-An- schlusskontakte um mindestens 1 kleiner ist als die Anzahl der Schaltschützmodul-Anschluss- kontakte.

Description

Modular aufgebaute Schaltschützbox
Die vorliegende Erfindung betrifft eine modular aufgebaute Schaltschützbox, insbesondere für Elektrofahrzeuge.
Aktuelle Klima- und Umweltschutzziele lassen sich nur erreichen, wenn auch der Straßenverkehr einen wesentlichen Beitrag leistet. Ein wichtiger Baustein dafür ist der zunehmende Trend zu Elektroantrieben in allen Fahrzeugklassen. Diese betrifft alle Bereiche vom Individualverkehr über den öffentlichen Nahverkehr bis hin zum gewerblichen Verkehr bzw. Warenverkehr. Im Warenverkehr bringen Fahrzeuge mit Elektroantrieb neben dem meist wichtigsten Aspekt des umweltfreundlichen Fahrens auch noch andere überzeugende Vorteile mit sich: So ist der Antrieb eines Elektrofahrzeuges im direkten Vergleich deutlich wartungsarmer und die Lebensdauer merklich höher als konventionell betriebener Fahrzeuge. Damit ergibt sich gerade im Kurz- und Mittelstreckenbereich eine deutlich höhere Effizienz.
Elektrofahrzeuge werden durch einen Elektromotor angetrieben, der seine Energie aus einer hochkapazitiven Batterieeinheit bezieht. Die Batterieeinheit wird an Ladestationen aufgeladen. Um eine sichere Verbindung und Trennung der Batterieeinheit sowohl mit dem Antrieb des Elektrofahrzeugs als auch mit einer Ladestation zu ermöglich, weist jedes Elektrofahrzeug ein Stromversorgungssystem mit einer Mehrzahl von Schaltschützen auf. Je nach Anwendung können 5 bis 9 Schaltschütze vorgesehen werden. Dies führt zu erhöhten Platzbedarf und damit auch erhöhten Kosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Konzept bereitzustellen, mit dem die erforderliche Anzahl an Schaltschützen mit der erforderlichen Sicherheit bei gleichzeitig verringerten Kosten und verringerten Platzbedarf realisiert werden kann.
Hierzu ist erfindungsgemäß eine modular aufgebaute Schaltschützbox vorgesehen, umfassend ein Modulgehäuse mit einer Mehrzahl von Aufnahmeplätzen zur Aufnahme von jeweils einem Schaltschützmodul, mindestens zwei Schaltschützmodule mit je mindestens zwei Schaltschützmodul-Anschlusskontakten, wobei jedes Schaltschützmodul in einem der Aufnahmeplätze des Modulgehäuses aufgenommen ist, und mindestens zwei Schaltschützbox-Anschlusskontakte, wobei mindestens zwei der Schaltschützmodule intern miteinander verschaltet sind, derart, dass die Anzahl der Schaltschützbox-Anschlusskontakte um mindestens 1 kleiner ist als die Anzahl der Schaltschützmodul-Anschlusskontakte.
Unter „modular aufgebaute Schaltschützbox“ ist zu verstehen, dass die Schaltschützbox in Art eines Baukastens aufgebaut ist. Es werden also die benötigten Bauteile, insbesondere eine Mehrzahl von Schaltschützmodulen, bereitgestellt, die gleichartig ausgebildet sein können, sich je nach benötigter Anwendung aber auch voneinander unterscheiden können. Aus dieser Anzahl von gleichartigen oder unterschiedlichen Bauteilen, insbesondere Schaltschützmodulen, werden je nach Anwendung die benötigten Bauteile/Schaltschützmodule ausgewählt.
Das Modulgehäuse weist eine Mehrzahl von Aufnahmeplätzen auf, in die die benötigten Schaltschützmodule einfach eingesetzt werden können. Vorzugsweise können die äußeren Abmessungen der Schaltschützmodule identisch ausgebildet sein, die Aufnahmeplätze sind dann ebenfalls identisch ausgebildet. Es können aber auch Schaltschützmodule mit unterschiedlichen äußeren Abmessungen vorgesehen werden, die Aufnahmeplätze im Modulgehäuse sind dann entsprechend angepasst. Dadurch wird ein einfacher Aufbau und damit eine einfache Montage der Schaltschützbox erreicht. Dadurch dass die Schaltschützmodule in ihren äußeren Abmessungen möglichst identisch sind, können Gleichteile verwendet werden, mit den damit verbundenen Einsparpotenzialen hinsichtlich der Kosten. Vorteilhafterweise sind die Schaltschützmodule vorgefertigte oder bestehende Einheiten, die einfach eingesetzt werden können. Durch die Integration der Schaltschützmodule in die Schaltschützbox wird Bauraum eingespart, was ebenfalls zu einer Kostenreduktion führt. Dennoch sind Anpassungen an kundenspezifische Anforderungen möglich.
Die Schaltschützmodul-Anschlusskontakte sind die Anschlusskontakte eines Schaltschützmoduls, mit welchen das Schaltschützmodul an die zu unterbrechende Leitung angeschlossen ist. Ferner weist jedes Schaltschützmodul noch Schaltkontakte auf, bevorzugt mindestens einen beweglichen Kontakt und einen Festkontakt. Die Schaltschützbox-Anschlusskontakte sind die Anschlusskontakte, die aus dem Modulgehäuse der Schaltschützbox herausführen und einen Anschluss der Komponenten der Schaltschützbox an externe Leitung ermöglichen. Da zumindest zwei der Schaltschützmodule intern miteinander verbunden sind, sodass die Anzahl der Schaltschützbox-Anschlusskontakte um mindestens 1 kleiner ist als die Anzahl der Schaltschützmodul- Anschlusskontakte, fallen zusätzliche elektrische Verbindungen mit Anschlussleitern, z.B. Verschraubungen weg. Dadurch wird eine Reduzierung der elektrischen Verluste ermöglicht. Sind mehr als zwei der Schaltschützmodule intern miteinander verbunden sind, so ist die Anzahl der Schaltschützbox-Anschlusskontakte entsprechend geringer. Die Schaltschützmodul-Anschlusskontakte können in die Schaltschützbox-Anschlusskontakte integriert sein bzw. einstückig mit diesen ausgebildet sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen, dass die intern miteinander ver- schalteten Schaltschützmodule über ein gemeinsames, die Schaltschützmodul-Anschlusskontakte ausbildendes Verbindungselement miteinander verschaltet sind. Das Verbindungselement bildet vorzugsweise auch einen Schaltschützbox-Anschlusskontakt aus. Das Verbindungselement kann beispielsweise als Busbar ausgebildet sein, somit also als metallisches Blech oder Schiene aus Kupfer oder Aluminium. Damit wird eine einfache und robuste Ausgestaltung ermöglicht. Ferner können auch die Festkontakte der Schaltschützmodule auf der Busbar ausgebildet sein. Da die Schaltschützmodule intern miteinander verschaltet sind, wird eine zusätzliche Kontaktierstelle im System eingespart. Dies führt zu einer Reduzierung der Durchgangswiderstände.
In einerweiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mehr als zwei Schaltschützmodule intern miteinander verschaltet sind, vorzugsweise mittels eines als Mehrfachbrücke ausgebildeten gemeinsamen Verbindungselements. Hierdurch werden weitere Kontaktierstellen im System eingespart, mit den oben beschriebenen Vorteilen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Schaltschützmodule in die Aufnahmeplätze einsteckbar sind. Die Aufnahmeplätze sind dann als Einsteckplätze ausgebildet, so dass die Schaltschützmodule bei der Montage einfach in die Einsteckplätze eingesteckt werden können. Vorzugsweise ist auch eine Verrastung oder Befestigung der Schaltschützmodule in den Einsteckplätzen möglich
Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform kann vorsehen, dass jedes Schaltschützmodul mindestens einen beweglichen Kontakt und mindestens einen Festkontakt aufweist und der mindestens eine Festkontakt mindestens eines Schaltschützmoduls quer zu einer Schließrichtung der Kontakte des mindestens einen Schaltschützmoduls verlaufende Nuten aufweisen, wobei die Nutflanken der Nuten in Bezug auf die Schließrichtung zumindest teilweise schräg verlaufen, sodass die Nutflanken zur Schließrichtung einen Winkel von betragsmäßig ungleich 90° aufweisen, und wobei der mindestens eine beweglichen Kontakt des mindestens einen Schaltschützmoduls derart ausgeführt ist, dass der in der geschlossenen Position der Kontakte des mindestens einen Schaltschützmoduls bestehende Kontakt zwischen den Festkontakten und den beweglichen Kontakten an den schräg verlaufenden Nutflanken hergestellt wird. Dadurch werden zusätzliche Kontaktierung vermieden, was zu Material-, Gewichts-, und Bauvolumenreduktion sowie einem reduzierten Übergangswiderstand führt. Zudem wird die Kurzschlussfestigkeit erhöht.
Weitere Bauraumeinsparungen können dadurch erreicht werden, dass in dem Modulgehäuse mindestens ein Löschbereich zum Löschen von bei einem Schaltvorgang der Schaltschützmodule entstehender Lichtbögen ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann der mindestens eine Löschbereich mindestens zwei Schaltschützmodulen zugeordnet sein. Es handelt sich dabei um nicht zeitgleich schaltende Schaltschützmodule. Dadurch, dass der Löschbereich von zwei oder mehr Schaltschützmodulen genutzt wird, wird eine weitere Optimierung hinsichtlich des Bauraumbedarfs erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Sicherung in dem Modulgehäuse angeordnet ist. Durch die Integration einer weiteren Komponente in der Schaltschützbox wird die Montage im Fahrzeug weiter vereinfacht und der Platzbedarf optimiert.
Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass mindestens ein Pyroschalter in dem Modulgehäuse angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltungen wird zudem die Sicherheit erhöht.
Weitere Vereinfachung der Montage kann dadurch erreicht werden, dass die Schaltschützbox nach mindestens ferner eine Steckerschnittstelle umfasst und/oder Sensoren für eine Strommessung in dem Modulgehäuse angeordnet sind und/oder Abgreifpunkte für eine Spannungsmessung in dem Modulgehäuse angeordnet sind.
Gemäß noch einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Schaltschützmodule mindestens einen Festkontakt und mindestens einen beweglichen Kontakt sowie eine Spule zum Antrieb des mindestens einen beweglichen Kontakts aufweist, wobei die Spule Spulenanschlüsse aufweist und alle Spulenanschlüsse an dem Modulgehäuse angeordnet und gemeinsam kontaktiertbar sind. Die Spulen der Schaltschützmodule sind dabei einzeln ansteuerbar. Auch dies führt zu Kosteneinsparungen hinsichtlich der verwendeten Teile und bei der Montage. Vorteilhafterweise kann die Ansteuerung der Spulenanschlüsse über eine Platine oder ein Stanzgitter erfolgen.
Noch eine weitere vorteilhaften Ausführungsform kann vorsehen, dass die Schaltschützbox eine gemeinsame am Modulgehäuse angeordnete Steuerbaugruppe umfasst. Die Steuerbaugruppe kann an diversen Einbauorten eingebaut werden und ermöglicht eine gemeinsame Ansteuerung der in der Schaltschützbox angeordneten Bauteile.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 : schematische Darstellung der elektrischen Verbindungen von Batterien in einem Elektrofahrzeug, Figur 2: schematische Darstellung gemäß Fig. 1 im Fährbetrieb des Elektrofahrzeugs,
Figur 3: schematische Darstellung gemäß Fig. 1 bei dem Aufladen des Elektrofahrzeug mit
800 V,
Figur 4: schematische Darstellung gemäß Fig. 1 bei dem Aufladen des Elektrofahrzeug mit 400 V,
Figur 5: schematische Darstellung einer modular aufgebauten Schaltschützbox für ein Elektrofahrzeug,
Figur 6: Modulgehäuse der Schaltschützbox aus Fig. 5,
Figur 7: ein Schaltschützmodul der Schaltschützbox aus Fig. 5, und
Figur 8: Draufsicht auf die Schaltschützbox aus Fig. 5.
Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
In einem Elektrofahrzeug sind Schaltschütze notwendig, um die Batterie an unterschiedlichen Netzen bzw. Ladestationen zu laden oder mit dem Elektromotor zu koppeln. In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung möglicher elektrischer Verbindungen der Batterien 1 in einem Elektrofahrzeug dargestellt. Das Elektrofahrzeug umfasst zwei Batterien 1. Die Batterien 1 können zum einen über Fahrzeuganschlüsse 2, 3 mit dem Antrieb, bzw. dem Motor des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Zwischen den Batterien 1 und den Fahrzeuganschlüssen 2, 3 sind Fahrzeugverbindungsleitungen 4 vorgesehen. In den Fahrzeugverbindungsleitungen 4 sind drei Hauptschaltschütze 5 angeordnet. Ferner können die Batterien 1 über Ladeverbindungsleitungen 6 mit Ladeanschlüssen 7, 8 verbunden werden. In den Ladeverbindungsleitungen 6 sind zwei erste Ladeschaltschütze 9 zum Laden der Batterien mit 800 V und zwei zweite Ladeschaltschütze 10 zum Laden der Batterien mit 400 V vorgesehen. Zusätzlich können in den Ladeverbindungsleitungen 6 und/oder in den Fahrzeugverbindungsleitungen 4 Sicherungen 11 und/oder Pyroschalter 12 angeordnet sein.
In Fig. 2 sind die elektrischen Verbindungen der Batterien 1 im Fahrzustand des Elektrofahrzeugs dargestellt. In diesem Zustand sind die Batterien 1 mit den Fahrzeuganschlüssen 2, 3 verbunden. Die drei in den Fahrzeugverbindungsleitungen 4 angeordneten Hauptschaltschütze 5 sind also geschlossen, sodass die Batterien 1 das Elektrofahrzeug bzw. den Antrieb des Elektrofahrzeugs mit Strom versorgen können. Die ersten Ladeschaltschütze 9 und die zweiten Ladeschaltschütze 10 sind geöffnet.
Fig. 3 zeigt einen ersten Ladezustand der Batterien 1. Die Batterien 1 sind in diesem Fall über die Ladeverbindungsleitungen 6 mit den Ladeanschlüssen 7, 8 elektrisch leitend verbunden. Dazu sind sowohl die ersten Ladeschaltschütze 9 als auch der zwischen den zwei Batterien 1 angeordnete Hauptschaltschütz 5 geschlossen. Die zweiten Ladeschaltschütze 10 sind geöffnet, ebenso wie die beiden Hauptschaltschütze 5, die zu den Fahrzeuganschlüssen 2, 3 führen. Die Batterien 1 sind also in einer Reihenschaltung mit der Ladestation verbunden. Dies ermöglicht ein Laden der Batterien 1 des Elektrofahrzeugs mit 800 V.
Eine zweite Möglichkeit zum Laden der Batterien 1 des Elektrofahrzeugs ist in Fig. 4 dargestellt. Dort sind sowohl die ersten Ladeschaltschütze 9 als auch die zweiten Ladeschaltschütze 10 geschlossen. Alle drei Hauptschaltschütze 5 sind geöffnet. Die Batterien 1 sind somit in einer Parallelschaltung mit der Ladestation verbunden. Dies ermöglicht ein Laden der Batterien 1 des Elektrofahrzeugs mit 400 V.
Wie anhand der Figuren 1 bis 4 zu sehen ist, sind in einem Elektrofahrzeug mehrere Schaltschützen notwendig, um ein Laden der Batterien 1 an verschiedenen Netzen bzw. Ladestationen zu ermöglichen bzw. um die Batterien mit dem Antrieb des Elektrofahrzeugs, d.h. dem Elektromotor zu koppeln. In den Figuren 1 bis 4 sind sieben Schaltschütze, die drei Hauptschaltschütz 5, die zwei ersten Ladeschaltschütze 9 und die zwei zweiten Ladeschaltschütze 10, vorgesehen. In weiteren Anwendungen können auch mehr oder weniger Schaltschütze, beispielsweise fünf bis neun Schaltschütze vorgesehen sein.
Um Bauraum zu sparen und die Montage zu vereinfachen, sind die Schaltschütze des Elektrofahrzeugs, d.h. die Hauptschaltschütze 5, die ersten Ladeschaltschütze 9 und die zweiten Ladeschaltschütze 10, jeweils als Schaltschützmodul ausgebildet, die in einer modularen Schaltschützbox 13 angeordnet sind. Die modulare Schaltschützbox 13 ist in Fig. 5 dargestellt. Unter Schaltschützmodul ist zu verstehen, dass die Schaltschütze möglichst baugleich ausgebildet sind bzw. möglichst viele gleiche Komponenten enthalten, sodass eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Je nach Anwendungsfall werden die benötigten Schaltschützmodule ausgewählt und in die modularen Schaltschützbox 13 eingesetzt. Dazu umfasst die modulare Schaltschützbox 13 ein Modulgehäuse 14. Das Modulgehäuse 14 wird im Folgenden unter Bezug auf Fig. 6 noch genauer beschrieben. In dem Modulgehäuse 14 sind die Schaltschützmodule eingesetzt. Um elektrische Verluste, Bauraumbedarf und Kosten zu minimieren sind mindestens zwei der in der Schaltschützbox angeordneten Schaltschützmodule intern, d.h. in der Schaltschützbox 13, miteinander verschaltet. Dies wird im Folgenden unter Bezug auf Figuren 6 bis 8 genauer beschrieben. Jedes der Schaltschützmodule weist mindestens zwei Schaltschützmodul-Anschlusskontakte auf. Die Schaltschützmodul-Anschlusskontakte sind die Kontakte jedes Schaltschützmoduls mit welchen dieses an die zu unterbrechende Leitung angeschlossen ist. Mindestens eines der Schaltschützmodule weist einen elektromagnetischen Antrieb, vorzugsweise eine Spule auf. Jede Spule ist mit Spulenanschlüssen 16 versehen. Die Spulenanschlüsse 16 sind durch das Modulgehäuse 14 nach außen geführt und können über eine Platine/ein Stanzgitter 17 gemeinsam kontaktiert werden. Dabei sind die Spulen der einzelnen Schaltschützmodule einzeln ansteuerbar. Zudem ist in Fig. 5 ein Schaltschützbox-Anschlusskontakt 18 dargestellt. Die modulare Schaltschützbox 13 kann auch mehrere Schaltschützbox-Anschlusskontakte aufweisen, wobei die maximale Anzahl an Schaltschützbox-Anschlusskontakten immer um mindestens 1 kleiner ist als die Anzahl der Schaltschützmodul-Anschlusskontakte aller in der Schaltschützbox angeordneten Schaltschützmodule. Zudem kann die modulare Schaltschützbox 13 eine Steuerbaugruppe 15 umfassen, die an dem Modulgehäuse 14 angebracht ist. In Fig. 5 sind drei mögliche Einbaupositionen für die Steuerbaugruppe 15 dargestellt. So kann die Steuerbaugruppe 15 beispielsweise an einer der Seitenwände des Modulgehäuses 14 angeordnet sein. Es wäre aber auch denkbar, dass die Steuerbaugruppe auf der Platine/dem Stanzgitter 17 angebracht ist.
In Fig. 6 ist das Modulgehäuse 14 der modularen Schaltschützbox 13 aus Fig. 5 dargestellt. Das Modulgehäuse 14 ist als Fächergehäuse ausgebildet. D.h., dass das Modulgehäuse 14 eine Mehrzahl von Fächern bzw. Aufnahmeplätzen 19 aufweist. In Fig. 6 sind acht Aufnahmeplätze 19 dargestellt. Jeder der Aufnahmeplätze 19 ist derart ausgebildet, das ein Schaltschützmodul einfach eingesteckt und vorteilhafterweise auch verrastet werden kann.
Fig. 7 zeigt beispielhaft ein Schaltschützmodul 20 der modularen Schaltschützbox 13 aus Fig. 5. Vorzugsweise sind zumindest die Außenabmessungen aller in die Schaltschützbox 13 einsetzbaren Schaltschützmodule 20 identisch ausgebildet. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl oder alle der Schaltschützmodule 20 komplett baugleich sind. Jedes der Schaltschützmodule 20 weist ein Schaltschützgehäuse 21 auf. Das Schaltschützgehäuse 21 und die Aufnahmeplätze 19 des Modulgehäuses 14 sind aufeinander abgestimmt, so dass jedes der Schaltschützgehäuse 21 einfach in jeden der Aufnahmeplätze 19 des Modulgehäuses 14 eingesetzt, bevorzugt eingesteckt werden kann.
In dem Schaltschützgehäuse 21 ist ein elektromagnetischer Antrieb mit einer Spule 22 angeordnet. Mittels des elektromagnetischen Antriebs kann eine Kontaktbrücke 23 bewegt werden. Auf der Kontaktbrücke 23 sind zwei bewegliche Kontakte 24 ausgebildet. Jeder der beweglichen Kontakte 24 wirkt mit je einem Festkontakt zusammen. Jeder der Festkontakte ist mit einem Schaltschützmodul-Anschlusskontakt verbunden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Festkontakte auf den Schaltschützmodul-Anschlusskontakt ausgebildet oder einstückig mit diesen verbunden sind (nicht dargestellt).
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf das Modulgehäuse 14 mit darin angeordneten Schaltschützmodulen 20. Wie bereits beschrieben, weist das Modulgehäuse 14 acht Aufnahmeplätze 19 zur Aufnahme von je einem Schaltschützmodul 20 auf. In sechs der Aufnahmeplätze 19 ist ein Schaltschützmodul 20 eingesteckt. Zwei Aufnahmeplätze 19 sind leer. Die Schaltschützmodule 20 sind entsprechend der in Fig. 7 gezeigten Ausführung ausgebildet. Zusätzlich weist jedes Schaltschützmodul 20 zwei Festkontakte auf, die mit den beiden auf der Kontaktbrücke 23 angeordneten beweglichen Kontakten 24 Zusammenwirken.
Wie in Fig. 8 deutlich zu erkennen, sind jeweils zwei der Schaltschützmodule 20 intern, d.h. in der Schaltschützbox 13, miteinander verschaltet. Dazu sind Verbindungselemente 25 vorgesehen, wobei an jedem der Verbindungselemente 25 zwei Festkontakte ausgebildet sind und diese beiden Festkontakte zwei unterschiedlichen Schaltschützmodulen 20 zugeordnet sind. Die Verbindungselemente 25 bilden für jedes der Schaltschützmodule 20, die sie verschalten, einen Schaltschützmodul-Anschlusskontakt aus. Verschaltet ein Verbindungselement zwei Schaltschützmodule, so bildet dieses Verbindungselement zwei Schaltschützmodul-Anschlusskontakte aus.
Die Verbindungselemente 25 können als Busbar ausgebildet sein. Zudem weist jedes der Verbindungselement 25 einen nach außen weisenden Schaltschützbox-Anschlusskontakt 18 auf. Die Schaltschützbox-Anschlusskontakte 18 können als Anschlusslasche oder als Kontaktpille 26 ausgebildet sein. Der jeweils andere Festkontakt des jeweiligen Schaltschützmoduls 20 ist ebenfalls auf einer Busbar ausgebildet und bildet einen Schaltschützmodul-Anschlusskontakt aus. Im in Fig. 8 dargestellten Fall sind die Schaltschützmodul-Anschlusskontakte, die nicht auf den Verbindungselementen 25 ausgebildet sind, in Schaltschützbox-Anschlusskontakte 18 integriert, wobei die Schaltschützbox-Anschlusskontakte 18 eine Kontaktpille 26 aufweisen, die aus dem Modulgehäuse 14 herausführt und einen externen Anschluss ermöglicht. Wie in Fig. 8 zu sehen, sind die beiden oberen Verbindungselemente 25 etwa Z-förmig ausgebildet. Das in Fig. 8 unten liegende Verbindungselement 25 ist F-förmig und überbrückt einen darunterliegenden Festkon- takt/Busbar. Es ist auch möglich, dass die Verbindungselemente als Mehrfachbrücke ausgebildet sind und mehr als zwei Schaltschützmodule miteinander verbinden. Die Festkontakte mindestens eines der Schaltschützmodule können quer zu einer Schließrichtung der Kontakte der Schaltschützmodule verlaufende Nuten aufweisen, wobei die Nutflanken der Nuten in Bezug auf die Schließrichtung zumindest teilweise schräg verlaufen, sodass die Nutflanken zur Schließrichtung einen Winkel von betragsmäßig ungleich 90° aufweisen, und wo- bei die beweglichen Kontakte der Schaltschützmodule derart ausgeführt sind, dass der in der geschlossenen Position der Kontakte der Schaltschützmodule bestehende Kontakt zwischen den Festkontakten und den beweglichen Kontakten an den schräg verlaufenden Nutflanken hergestellt wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Sicherungen bzw. Pyroschalter in die Schaltschützbox integriert sind, dass die Schaltschützbox eine Steckerschnittstelle umfasst und dass Sensoren für eine Strommessung und Abgreifpunkte für eine Spannungsmessung in dem Modulgehäuse angeordnet sind
Zudem kann in dem Modulgehäuse mindestens ein Löschbereich zum Löschen von bei einem Schaltvorgang der Schaltschützmodule entstehender Lichtbögen ausgebildet sein. Da der Druckabfall beim Abschalten der Schaltschützmodule gemäß dem Paschengesetz relativ schnell erfolgt, kann ein Löschbereich mit kleinem Volumen ausreichend sein. Dadurch wird eine Bauraumreduzierung erreicht. Um das Volumen der Schaltschützbox weiter zu reduzieren, kann vorgesehen sein, dass der Löschbereich mindestens zwei Schaltschützmodulen zugeordnet ist.
Bezugszeichenliste
1 Batterie
2,3 Fahrzeuganschluss
4 Fahrzeugverbindungsleitung
5 Hauptschaltschütz
6 Ladeverbindungsleitung
7, 8 Ladeanschlüsse
9 erste Ladeschaltschütze
10 zweite Ladeschaltschütze
11 Sicherungen
12 Pyroschalter
13 Schaltschützbox
14 Modulgehäuse
15 Steuerbaugruppe
16 Spulenanschlüsse
17 Platine/Stanzgitter
18 Anschlusskontakte
19 Einsteckplatz
20 Schaltschützmodul
21 Schaltschützgehäuse
22 Spule
23 Kontaktbrücke
24 bewegliche Kontakte
25 Verbindungselemente
26 Kontaktpille

Claims

Ansprüche Modular aufgebaute Schaltschützbox (13), insbesondere für Elektrofahrzeuge, umfassend: ein Modulgehäuse (14) mit einer Mehrzahl von Aufnahmeplätzen (19) zur Aufnahme von jeweils einem Schaltschützmodul (20), mindestens zwei Schaltschützmodule (20) mit je mindestens zwei Schaltschützmodul- Anschlusskontakten, wobei jedes Schaltschützmodul (20) in einem der Aufnahmeplätze (19) des Modulgehäuses (14) aufgenommen ist, und mindestens zwei Schaltschützbox-Anschlusskontakte (18), wobei mindestens zwei der Schaltschützmodule (20) intern miteinander verschaltet sind, derart, dass die maximale Anzahl der Schaltschützbox-Anschlusskontakte (18) um mindestens 1 kleiner ist als die Anzahl der Schaltschützmodul-Anschlusskontakte. Schaltschützbox (13) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die intern miteinander verschalteten Schaltschützmodule (20) über ein gemeinsames, die Festkontakte ausbildendes Verbindungselement (25) miteinander verschaltet sind. Schaltschützbox nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Schaltschützmodule intern miteinander verschaltet sind, vorzugsweise mittels eines als Mehrfachbrücke ausgebildeten gemeinsamen Verbindungselements. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschützmodule (20) in die Aufnahmeplätze (19) einsteckbar sind. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schaltschützmodul (20) mindestens einen beweglichen Kontakt und mindestens einen Festkontakt aufweist und der mindestens eine Festkontakt mindestens eines Schaltschützmoduls (20) quer zu einer Schließrichtung der Kontakte des mindestens einen Schaltschützmoduls (20) verlaufende Nuten aufweisen, wobei die Nutflanken der Nuten in Bezug auf die Schließrichtung zumindest teilweise schräg verlaufen, sodass die Nutflanken zur Schließrichtung einen Winkel von betragsmäßig ungleich 90° aufweisen, und wobei der mindestens eine beweglichen Kontakt (24) des mindestens einen Schaltschütz- moduls derart ausgeführt ist, dass der in der geschlossenen Position der Kontakte des mindestens einen Schaltschützmoduls (20) bestehende Kontakt zwischen den Festkontakten und den beweglichen Kontakten an den schräg verlaufenden Nutflanken hergestellt wird. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Modulgehäuse (14) mindestens ein Löschbereich zum Löschen von bei einem Schaltvorgang der Schaltschützmodule (20) entstehender Lichtbögen ausgebildet ist. Schaltschützbox (13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Löschbereich mindestens zwei Schaltschützmodulen (20) zugeordnet ist. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sicherung in dem Modulgehäuse (14) angeordnet ist. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Pyroschalter in dem Modulgehäuse (14) angeordnet ist. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steckerschnittstelle. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren für eine Strommessung in dem Modulgehäuse angeordnet sind. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abgreifpunkte für eine Spannungsmessung in dem Modulgehäuse angeordnet sind. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Schaltschützmodule (20) eine Spule (22) zum Antrieb der beweglichen Kontakte (24) aufweist, wobei die Spule (22) Spulenanschlüsse (16) aufweist und alle Spulenanschlüsse (16) an dem Modulgehäuse (14) angeordnet und gemeinsam kontaktiertbar sind. Schaltschützbox (13) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine gemeinsame am Modulgehäuse (14) angeordnete Steuerbaugruppe (15).
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