WO2015106975A1 - Schaltvorrichtung zum schalten hoher elektrischer ströme und batteriesystem mit einer solchen schaltvorrichtung - Google Patents

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

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Robert Bosch GmbH
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    • H01H85/303—Movable indicating elements
    • H01H85/306—Movable indicating elements acting on an auxiliary switch or contact

Definitions

  • Switching device for switching high electric currents and battery systems with such a switching device
  • the invention relates to a switching device for switching high electrical currents having at least a first normally open contact and at least one second normally open contact, wherein the normally open contacts are spaced apart in a first switching position of the switching device and contact each other in a second switching position of the switching device for conducting an electric current.
  • the invention relates to a battery system with a battery and a battery management system, wherein the battery management system comprises a control unit and at least one separation unit for galvanic isolation of the battery from a consumer and / or a charging device.
  • Input switching devices are known in particular as contactors in the prior art.
  • the publication DE 10 2010 032 456 A1 discloses an electrical contactor with main and auxiliary contacts as working contacts.
  • Such switching devices are used in particular in battery systems of at least partially electrically operated vehicles to, if necessary, for example, a fault in the battery of the battery system or an accident with the vehicle, the battery galvanically from the vehicle or from a charger for recharging the battery separate. If such switching devices, in particular contactors, separate high currents or high currents flow through the working contacts of the switching devices, the so-called burnup of the normally open contacts occurs, in particular when an arc is formed between the working contacts.
  • the normally open contacts wear out over time, which leads to a limited service life of such switching devices. To ensure the full functionality of such a switching device, it must therefore be replaced at certain intervals. It is desirable to know at which time the switching device should be replaced.
  • a switching device for switching high electrical currents comprising at least a first normally open contact and at least a second normally open contact, wherein the normally open contacts are spaced apart in a first switching position of the switching device and contact each other in a second switching position of the switching device for conducting an electric current
  • the switching device for signaling a wear of the normally open contacts comprises at least one wire having a defined melting point, wherein the at least one wire spaced from the at least one first normally open contact and the at least one second normally open contact in the region of an arc can be formed between the working contacts arranged in that the at least one wire, when the melting temperature is exceeded, is formed as a result of formation of an arc between the at least one first working contact and the one at least severed a second normally open contact.
  • the switching device is a contactor, preferably an electromechanical contactor whose working contacts, as known in the art, are controlled by means of a magnetic coil.
  • the working contacts of the switching device can be both main contacts and auxiliary contacts or secondary contacts, in particular main contacts and / or secondary contacts of a contactor as described for example in the document DE 10 2010 032 456 A1.
  • the normally open contacts are preferably arranged on contact carriers, in particular on a base plate and / or a tie rod or a contact carrier plate operatively connected to a tie rod.
  • the normally open contacts can also be designed as double contacts.
  • the at least one wire of the switching device may in particular be made of plastic or metal.
  • a metallic wire is provided.
  • the at least one wire has a having circular cross-section.
  • the wire may also have other cross-sectional shapes, in particular, the wire or at least one of the wires may be a flat wire, a profiled wire or a square wire.
  • the at least one wire held by a holding device is arranged at a distance from the at least one first working contact and the at least one second working contact.
  • the holding device is preferably arranged on the switching device.
  • the holding device can be realized by clamping and / or screw elements.
  • the at least one wire is held at its ends by the holding device, preferably in such a way that the wire is contactless between the ends, that is to say in particular is in contact with the switching device only via the holding device.
  • the at least one wire is therefore advantageously "free-floating.”
  • the at least one wire is arranged in the so-called quenching chamber of a switching device, preferably using an aforementioned holder.
  • the invention utilizes the recognition that an arc damaging the make contacts, which forms when the normally open contacts are disconnected under load, causes a sharp rise in temperature, the temperature correlating with the intensity of the arc being formed.
  • a wire of the switching device is advantageously dimensioned in such a way, in particular with respect to its melting point and material thickness that this melts under the action of forming between the working contacts, the working contacts damaging arc and thereby severed, the severing of the wire advantageously the formation of a damage the working contacts Arc is signaled and / or used for signaling.
  • the switching device comprises at least one further wire with a defined melting point, wherein the melting point of the at least one wire is higher or lower than the melting point of the at least one other wire, and / or the material thickness of the at least one wire larger or is smaller than the material thickness of the at least one other wire.
  • the intensity of an arcing occurred can be signaled.
  • a plurality of wires can thus signal the severity of an action of an arc on the normally open contacts. For example, if only the weakest dimensioned wire destroyed, the severity of the impact was low. By contrast, if, for example, all the wires of different dimensions are severed, this indicates a high intensity of the arc and allows the conclusion that the working contacts were badly damaged.
  • the switching device may comprise two wires, wherein the first wire has a first melting point and a first material thickness and the second wire has a second melting point, which is higher than the first melting point, and a second material thickness, which is greater than the first. Occurs in such a configuration, an arc between the working contacts, so the first wire is cut rather due to the associated with the formation of the arc temperature increase than the second wire. If only the first wire and not the second wire are severed when an arc is formed between the working contacts, the intensity of the arc was lower than when the first wire and the second wire melt and are severed.
  • it allows the intensity of the arc, and thus the determination of which wire or wires were severed, conclusions about the burnup of the normally open contacts to.
  • the at least one wire is mechanically tensioned, preferably by a holding device, in particular between two holders of the holding device.
  • a holding device in particular between two holders of the holding device.
  • the at least one wire can be used particularly well by the mechanical tension of the wire in order to mechanically and / or electrically signal wear of the working contacts, in particular by means of at least one signaling element.
  • the switching device comprises at least one signaling element, which is moved from a first position to a second position when the wire is severed.
  • the signaling that the switching device is to be replaced improved because the signaling here - at least not exclusively - done by the at least one wire is severed, but that the signaling element has been moved from the first position to the second position ,
  • the signaling element is a signaling plate, which is arranged on the wire.
  • the signaling plate is preferably made of a metal or a heat-resistant plastic material.
  • the signaling plate may be disposed by welding to the wire. Due to the mechanical tension of the wire, the signaling plate is advantageously held in a first position. If the wire is severed as a result of the action of temperature of a forming between the working contacts arc, the signaling plate is moved from the first position to a second position. This change from the first position to the second position advantageously signals wear of the working contacts and thus that the switching device is to be replaced.
  • the signaling element is a Signalmaschineskorper, in particular a signaling pin, which is held under bias of the mechanically tensioned wire in the first position, such that the Signaltechnikskorper by severing the wire by releasing the bias of the first Position is spent in the second position.
  • the mechanical wire is connected directly to the Signalmaschineskorper, the Signalmaschineskorper is held against the force of a mechanical spring through the wire in the first position. If the wire is severed, the Signalmaschineskorper is spent by the force of the spring in the second position and thereby signals a wear of the normally-open contacts and thus that the switching device is replaced.
  • the signaling body is arranged such that the signaling body is not visible in the first position, and is visible in the second position, so that the visibility of the signaling body signals that the switching device is to be replaced.
  • the switching device has a guide, in which the Signalmaschineskorper is guided.
  • a recess is provided as a guide, in which the Signalmaschineskorper is guided.
  • the signaling body is in the first position completely arranged in the recess and thus not visible. It is only when changing from the first position to the second position that the signaling body advantageously emerges from the recess, is thus visible and thus signals that the switching device is to be exchanged.
  • the switching device comprises a signaling line with an actuatable by the signaling body switching element, preferably a micro-switch, wherein the switching element is actuated by the signaling body by the transition from the first position to the second position, wherein an actuation of the switching element electrically signals a severing of the wire via the signaling line.
  • the signaling line is advantageously connected to a further device, particularly preferably a control unit, connectable. If the switching element of the switching device is actuated by the signaling body, the device connected to the signaling line advantageously receives an electrical signal so that the further device can signal in particular by generating an optically or acoustically perceptible signal that the switching device is to be replaced.
  • the device to which the signaling line can be connected is a battery control unit of a battery management system, wherein in particular when using the switching device with a battery system used in a hybrid, plug-in hybrid or electric vehicle battery system Unit starting from a user of the vehicle, preferably by driving a signaling device of the vehicle instruments, can be signaled that the switching device is to be replaced.
  • a further advantageous embodiment of the switching device according to the invention provides that the switching device comprises at least one display window, which is arranged such that at least one wire and / or the at least one Signalmaschineselennent in the first position and / or in the second by the at least one display window Position is visible. This is advantageously by visual inspection, for example, as part of an inspection or maintenance investigation, determined whether the switching device is replaced. It is preferably provided that the mechanically tensioned wire with a signaling plate arranged thereon is visible within the display window, preferably in such a way that the signaling plate is completely visible in the display window. If the wire has been severed as a result of an arc forming between the working contacts, then the signaling plate is no longer held in the first position but occupies a second position.
  • the at least one wire is electrically conductive and the switching device comprises at least one connection element, via which a measuring device for determining the electrical conductivity of the wire can be connected.
  • a measuring device for determining the electrical conductivity of the wire it is checked whether an electrically conductive connection exists from one end of the wire to the other end of the wire. This can be done in particular by measuring the electrical resistance of the wire. If the wire has been severed as a result of the occurrence of an arc between the working contacts, so that the wire is no longer electrically conductive, this is advantageously detected by the measuring device and can be signaled.
  • a battery system with a battery and a battery management system comprising a control unit and at least one separation unit for galvanic isolation of the battery from a consumer and / or a charging device, wherein the separation unit is a switching device according to the invention is or at least includes.
  • the battery of the battery system comprises a plurality of electrically interconnected battery cells, in particular rechargeable lithium-ion cells.
  • the battery system is designed for use in hybrid, plug-in hybrid or electric vehicles.
  • the battery cells of the battery can be electrically connected to battery modules, wherein the battery modules are in turn electrically interconnected to a battery.
  • the switching device is designed as an electromechanical contactor.
  • the switching device is a switching device according to the invention, in which the at least one wire is electrically conductive and the switching device at least one Connection element comprises, via which a measuring device for determining the electrical conductivity of the at least one wire is connectable, and wherein the control unit is connected via the connection element of the switching device to the switching device or connected, wherein the control unit is designed to determine the electrical conductivity of the at least one wire ,
  • the control unit is designed to detect a severing of the wire as a fault and to signal that the switching device is to be replaced.
  • control unit is preferably a Battery Control Unit (BCU).
  • BCU Battery Control Unit
  • VCU vehicle control unit
  • Figure 1 is a simplified schematic representation of an embodiment of a switching device according to the invention in a first switching position.
  • Fig. 2 in a simplified schematic representation of the switching device shown in Fig. 1 in a second switching position.
  • the switching device 1 is an electromechanical contactor shown in a greatly simplified manner, which can be activated by means of a magnetic coil (not shown explicitly in FIGS. 1 and 2).
  • the contactor 1 has while a base plate 2, which four first working contacts, namely the main contacts 4 and 4 'and the auxiliary contacts 6 and 6', comprises.
  • the contactor 1 has a tie rod 3, which can move to the base plate 2 by corresponding activation of the coil not explicitly shown in FIGS. 1 and 2, which is symbolically represented in FIG.
  • the tie rod 3 has in each case to a first working contact of the base plate 2, a second normally open contact, namely the main contacts 5, 5 'and the auxiliary contacts 7, 7'.
  • a first switching position of the contactor 1 which is shown in Fig. 1
  • the first normally open contacts 4, 4 ', 6, 6' and the second working contacts 5, 5 ', 7, 7' spaced apart.
  • a second switching position of the contactor 1 which is shown in Fig. 2
  • the first normally open contacts 4, 4 ', 6, 6' contact the second normally-open contacts 5, 5 ', 7, 7', so that an electric current via the working contacts. 4 -5, 4'-5 ', 6-7 and 6'-7' can flow.
  • the contactor 1 illustrated in FIGS. 1 and 2 comprises a mechanically tensioned wire 8 with a defined melting point.
  • the wire 8 is a metallic wire having a circular cross-section.
  • the wire 8 is held mechanically tensioned at the respective ends of the wire 8 by a holding device (not explicitly shown in FIGS. 1 and 2), so that the wire 8 is advantageously held "quasi-floating.”
  • the wire 8 is spaced apart from the first work contact 4 and the second work contact 5, wherein the distance is selected to be small so that the heat energy of an arc forming between the work contacts acts directly on the wire 8.
  • the heat energy is so high due to the intensity of the forming arc, That the melting point of the wire 8 is exceeded, the wire 8 is severed.
  • the severing of the wire 8 signals a burn-off occurred at the normally open contacts of the contactor 1 and thus that the contactor 1 is to be replaced.
  • a signaling element preferably a colored, heat-resistant signaling plate (not explicitly shown in FIGS. 1 and 2), is provided on the mechanically tensioned wire 8. is arranged. As long as the wire 8 is mechanically tensioned, the Signaltechnischselennent is in a first position. If the wire 8 is severed, the Signalmaschineselennent occupies a second position due to the no longer existing mechanical tension. If the signaling element is no longer in the first position, this advantageously advantageously indicates more clearly that the normally open contacts of the contactor 1 have burnt down and the contactor 1 must therefore be replaced.
  • the contactor 1 preferably has a display window (not explicitly shown in FIGS. 1 and 2), by means of which the signaling element is visible at least in the first position.
  • FIGS. 1 and 2 show only a preferred embodiment of a switching device according to the invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (1) zum Schalten hoher elektrischer Ströme, insbesondere ein Schaltschütz, aufweisend wenigstens einen ersten Arbeitskontakt (4, 4', 6, 6') und wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt (5, 5', 7, 7'), wobei die Arbeitskontakte in einer ersten Schaltstellung der Schaltvorrichtung (1) voneinander beabstandet sind und in einer zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung (1) zur Leitung eines elektrischen Stroms einander kontaktieren. Zur Signalisierung eines Verschleißes der Arbeitskontakte umfasst die Schaltvorrichtung (1) wenigstens einen Draht (8) mit einem definierten Schmelzpunkt, wobei der wenigstens eine Draht (8) beabstandet zu dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt (4, 4', 6, 6') und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt (5, 5', 7, 7') im Bereich eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildbaren Lichtbogens derart angeordnet ist, dass der Draht (8) bei Überschreiten der Schmelztemperatur in Folge einer Ausbildung eines Lichtbogens durchtrennt wird. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriesystem mit einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung (1) zur galvanischen Trennung einer Batterie von einem elektrischen Verbraucher.

Description

Beschreibung Titel
Schaltvorrichtung zum Schalten hoher elektrischer Ströme und Batteriesvstem mit einer solchen Schaltvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Schalten hoher elektrischer Ströme aufweisend wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt, wobei die Arbeitskontakte in einer ersten Schaltstellung der Schaltvorrichtung voneinander beabstandet sind und in einer zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung zur Leitung eines elektrischen Stroms einander kontaktieren.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriesystem mit einer Batterie und einem Batteriemanagementsystem, wobei das Batteriemanagementsystem eine Steuergeräteinheit und wenigstens eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung umfasst.
Stand der Technik
Eingangs genannte Schaltvorrichtungen sind insbesondere als Schaltschütze im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2010 032 456 A1 ein elektrisches Schaltschütz mit Haupt- und Nebenkontakten als Arbeitskontakte. Solche Schaltvorrichtungen werden dabei insbesondere in Batteriesystemen von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen eingesetzt, um im Bedarfsfall, beispielsweise bei einem Fehler in der Batterie des Batteriesystems oder einem Unfall mit dem Fahrzeug, die Batterie galvanisch von dem Fahrzeug oder von einer Ladeeinrichtung zum Nachladen der Batterie zu trennen. Wenn derartige Schaltvorrichtungen, wie insbesondere Schütze, hohe Ströme trennen beziehungsweise hohe Ströme über die Arbeitskontakte der Schaltvorrichtungen fließen, kommt es zum sogenannten Abbrand der Arbeitskontakte, insbesondere bei Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten. Da der Abbrand zu einer Reduzierung des Kontaktmaterials der Arbeitskontakte führt, verschleißen die Arbeitskontakte mit der Zeit, was zu einer begrenzten Lebensdauer solcher Schaltvorrichtungen führt. Um die vollständige Funktionsfähigkeit einer solchen Schaltvorrichtung sicherzustellen, muss diese daher in bestimmten zeitlichen Abständen ausgetauscht werden. Dabei ist es wünschenswert zu wissen, zu welchem Zeitpunkt die Schaltvorrichtung ausgetauscht werden sollte.
Aus der Druckschrift JP 03246845 A ist dabei bekannt, das Erfordernis eines Austausches eines Schützes mittels einer LED (LED: light-emitting diode) zu signalisieren. Darüber hinaus ist aus der Druckschrift WO 2006/018416 A1 eine Schutzschaltvorrichtung mit elektrischer Anzeige bekannt, wobei mittels der Anzeige eine Information bereitgestellt wird, weshalb ein Auslösen der Schutzschaltvorrichtung stattgefunden hat. Ferner ist aus der Druckschrift DE 195 44 926 C1 eine Vorrichtung zum Überwachen des Abbrandes der Kontaktstücke bei einem Schaltgerät bekannt. Dabei wird die Lichtbogenspannung eines sich beim Ausschaltvorgang zwischen den öffnenden Kontaktstücken ausbildenden Lichtbogens gemessen und das Schwankungsmaß der Lichtbogenspannung als Kriterium für den Verschleißzustand der Kontaktstücke herangezogen.
Nachteilig bei den vorgenannten Lösungen ist insbesondere die vergleichsweise aufwendige technische Realisierung. Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache technische Realisierung zur Signalisierung eines Verschleißes der Arbeitskontakte beziehungsweise der Alterung der Arbeitskontakte einer Schaltvorrichtung, insbesondere eines Schaltschützes, bereitzustellen. Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltvorrichtung zum Schalten hoher elektrischer Ströme aufweisend wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt, wobei die Arbeitskontakte in einer ersten Schaltstellung der Schaltvorrichtung voneinander beabstandet sind und in einer zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung zur Leitung eines elektrischen Stroms einander kontaktieren, vorgeschlagen, wobei die Schaltvorrichtung zur Signalisierung eines Verschleißes der Arbeitskontakte wenigstens einen Draht mit einem definierten Schmelzpunkt umfasst, wobei der wenigstens eine Draht beabstandet zu dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt im Bereich eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildbaren Lichtbogens derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Draht bei Überschreiten der Schmelztemperatur in Folge einer Ausbildung eines Lichtbogens zwischen dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt durchtrennt wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung ein Schaltschütz ist, vorzugsweise ein elektromechanisches Schaltschütz, dessen Arbeitskontakte, wie im Stand der Technik bekannt, mittels einer Magnetspule gesteuert werden.
Die Arbeitskontakte der Schaltvorrichtung können sowohl Hauptkontakte als auch Hilfskontakte beziehungsweise Nebenkontakte sein, insbesondere Hauptkontakte und/oder Nebenkontakte eines Schaltschützes wie beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2010 032 456 A1 beschrieben. Die Arbeitskontakte sind vorzugsweise auf Kontaktträgern angeordnet, insbesondere auf einer Basisplatte und/oder einem Zuganker beziehungsweise einer mit einem Zuganker in Wirkverbindung stehenden Kontaktträgerplatte. Die Arbeitskontakte können insbesondere auch als Doppel kontakte ausgebildet sein.
Der wenigstens eine Draht der Schaltvorrichtung kann insbesondere aus Kunststoff oder Metall sein. Bevorzugt ist ein metallischer Draht vorgesehen. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Draht kann aber auch andere Querschnittsformen aufweisen, insbesondere kann der Draht oder zumindest einer der Drähte ein Flachdraht, ein Profildraht oder ein Vierkantdraht sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht von einer Haltevorrichtung gehalten beabstandet zu dem wenigstens einen ersten Arbeitskontakt und dem wenigstens einen zweiten Arbeitskontakt angeordnet ist. Die Haltevorrichtung ist dabei vorzugsweise an der Schaltvorrichtung angeordnet. Insbesondere kann die Haltevorrichtung durch Klemm- und/oder Schraubelemente realisiert sein. Vorzugsweise wird der wenigstens eine Draht jeweils an dessen Enden von der Haltevorrichtung gehalten, vorzugsweise derart, dass der Draht zwischen den Enden kontaktlos ist, das heißt insbesondere nur über die Haltevorrichtung mit der Schaltvorrichtung in Kontakt steht. Der wenigstens eine Draht ist somit vorteilhafterweise quasi „freischwebend". Insbesondere ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht in der sogenannten Löschkammer einer Schaltvorrichtung angeordnet ist, vorzugsweise unter Nutzung einer vorgenannten Halterung.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass ein die Arbeitskontakte schädigender Lichtbogen, welcher sich ausbildet, wenn die Arbeitskontakte unter Last getrennt werden, einen starken Temperaturanstieg verursacht, wobei die Temperatur mit der Intensität des sich ausbildenden Lichtbogens korreliert. Ein Draht der Schaltvorrichtung wird dabei vorteilhafterweise derart dimensioniert, insbesondere hinsichtlich dessen Schmelzpunkt und Materialstärke, dass dieser unter Einwirkung eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden, die Arbeitskontakte schädigenden Lichtbogens schmilzt und dabei durchtrennt wird, wobei das Durchtrennen des Drahtes vorteilhafterweise die Ausbildung eines die Arbeitskontakte schädigenden Lichtbogens signalisiert und/oder zur Signalisierung genutzt wird. Durch die Dimensionierung des Drahtes ist somit vorteilhafterweise vorgebbar, wie sensibel die Signalisierung erfolgen soll, insbesondere ob allgemein das Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten signalisiert werden soll oder das Auftreten eines Lichtbogens besonderer Intensität, der die Arbeitskontakte besonders stark schädigt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schaltvorrichtung wenigstens einen weiteren Draht mit einem definierten Schmelzpunkt, wobei der Schmelzpunkt des wenigstens einen Drahtes höher oder niedriger ist, als der Schmelzpunkt des wenigstens einen weiteren Drahtes, und/oder die Materialstärke des wenigstens einen Drahtes größer oder kleiner ist, als die Materialstärke des wenigstens einen weiteren Drahtes. Durch die Nutzung mehrerer unterschiedlich ausgestalteter Drähte, die bei unterschiedlicher Strombelastung der Arbeitskontakte schmelzen, das heißt insbesondere bei Auftreten von Lichtbögen unterschiedlicher Intensität, ist vorteilhafterweise die Intensität eines aufgetretenen Lichtbogens signalisierbar. Durch eine Mehrzahl von Drähten lässt sich somit die Schwere einer Einwirkung eines Lichtbogens auf die Arbeitskontakte signalisieren. Ist beispielsweise nur der am schwächsten dimensionierte Draht zerstört, so war die Schwere der Einwirkung gering. Sind dagegen beispielsweise sämtliche Drähte unterschiedlicher Dimensionierung durchtrennt, so weist dies auf eine starke Intensität des Lichtbogens hin und lässt den Rückschluss zu, dass die Arbeitskontakte stark geschädigt wurden.
Insbesondere kann die Schaltvorrichtung zwei Drähte aufweisen, wobei der erste Draht einen ersten Schmelzpunkt und eine erste Materialstärke aufweist und der zweite Draht einen zweiten Schmelzpunkt, der höher als der erste Schmelzpunkt liegt, und eine zweite Materialstärke, die größer ist als die erste, aufweist. Tritt bei einer derartigen Ausgestaltung ein Lichtbogen zwischen den Arbeitskontakten auf, so wird der erste Draht eher aufgrund des mit der Ausbildung des Lichtbogens einhergehenden Temperaturanstiegs durchtrennt als der zweite Draht. Wird bei Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten nur der erste Draht durchtrennt und nicht der zweite Draht, so war die Intensität des Lichtbogens geringer, als wenn der erste Draht und der zweite Draht schmelzen und durchtrennt werden. Vorteilhafterweise lässt dabei die Intensität des Lichtbogens, und somit die Feststellung welcher Draht beziehungsweise welche Drähte durchtrennt wurden, Rückschlüsse auf den Abbrand der Arbeitskontakte zu. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist der wenigstens eine Draht mechanisch gespannt, vorzugsweise von einer Haltevorrichtung, insbesondere zwischen zwei Halterungen der Haltevorrichtung. Vorteilhafterweise lässt sich dabei besonders gut erkennen, ob der Draht in Folge einer hohen Strombelastung der Arbeitskontakte zerstört wurde, insbesondere durch Überprüfung, ob der Draht noch gespannt ist oder nicht. Darüber hinaus ist durch die mechanische Spannung des Drahtes der wenigstens eine Draht besonders gut nutzbar, um mechanisch und/oder elektrisch einen Verschleiß der Arbeitskontakte zu signalisieren, insbesondere mittels wenigstens eines Signalisierungselement.es.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung wenigstens ein Signalisierungselement umfasst, welches bei Durchtrennung des Drahtes von einer ersten Position in eine zweite Position verbracht wird. Vorteilhafterweise ist hierdurch insbesondere die Signalisierung, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist, verbessert, da die Signalisierung hierbei - zumindest nicht ausschließlich - dadurch erfolgt, dass der wenigstens eine Draht durchtrennt ist, sondern dass das Signalisierungselement von der ersten Position in die zweite Position verbracht worden ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Signalisierungselement ein Signalisierungsplättchen ist, welches an dem Draht angeordnet ist. Das Signalisierungsplättchen ist vorzugsweise aus einem Metall oder einem hitzebeständigen Kunststoffmaterial. Insbesondere kann das Signalisierungsplättchen durch Verschweißung an dem Draht angeordnet sein. Durch die mechanische Spannung des Drahtes wird das Signalisierungsplättchen dabei vorteilhafterweise in einer erste Position gehalten. Wird der Draht in Folge der Temperatureinwirkung eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden Lichtbogens durchtrennt, so wird das Signalisierungsplättchen von der ersten Position in eine zweite Position verbracht. Dieser Wechsel von der ersten Position in die zweite Position signalisiert dabei vorteilhafterweise einen Verschleiß der Arbeitskontakte und somit, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Als besonders vorteilhafte Ausgestaltungsvariante hierzu ist vorgesehen, dass das Signalisierungselement ein Signalisierungskorper ist, insbesondere ein Signalisierungsstift, welcher unter Vorspannung von dem mechanisch gespannten Draht in der ersten Position gehalten wird, derart, dass der Signalisierungskorper bei Durchtrennung des Drahtes durch Lösen der Vorspannung von der ersten Position in die zweite Position verbracht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der mechanische Draht dabei direkt mit dem Signalisierungskorper verbunden ist, wobei der Signalisierungskorper entgegen der Kraft einer mechanischen Feder durch den Draht in der ersten Position gehalten wird. Wird der Draht durchtrennt, so wird der Signalisierungskorper durch die Kraft der Feder in die zweite Position verbracht und signalisiert hierdurch einen Verschleiß der Arbeitskontakte und somit, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Vorteilhafterweise ist der Signalisierungskorper derart angeordnet, dass der Signalisierungskorper in der ersten Position nicht sichtbar ist, und in der zweiten Position sichtbar ist, sodass die Sichtbarkeit des Signalisierungskörpers signalisiert, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung eine Führung aufweist, in welcher der Signalisierungskorper geführt ist. Insbesondere ist dabei eine Ausnehmung als Führung vorgesehen, in welcher der Signalisierungskorper geführt ist. Vorzugsweise ist der Signalisierungskorper dabei in der ersten Position vollständig in der Ausnehmung angeordnet und somit nicht sichtbar. Erst beim Wechsel von der ersten Position in die zweite Position tritt der Signalisierungskorper vorteilhafterweise aus der Ausnehmung heraus, ist somit sichtbar und signalisiert somit, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schaltvorrichtung eine Signalisierungsleitung mit einem von dem Signalisierungskorper betätigbaren Schaltelement, vorzugsweise einem Mikroschalter, wobei das Schaltelement von dem Signalisierungskorper durch den Übergang von der ersten Position in die zweite Position betätigt wird, wobei ein Betätigen des Schaltelementes ein Durchtrennen des Drahtes über die Signalisierungsleitung elektrisch signalisiert. Die Signalisierungsleitung ist dabei vorteilhafterweise an eine weitere Vorrichtung, besonders bevorzugt eine Steuergeräteeinheit, anschließbar. Wird das Schaltelement der Schaltvorrichtung durch den Signalisierungskörper betätigt, empfängt die an der Signalisierungsleitung angeschlossene Vorrichtung vorteilhafterweise ein elektrisches Signal, sodass die weitere Vorrichtung insbesondere durch Erzeugung eines optisch oder akustisch wahrnehmbaren Signals signalisieren kann, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vorrichtung, an welcher die Signalisierungsleitung anschließbar ist, eine Battery Control Unit eines Batteriemanagementsystems ist, wobei insbesondere bei Verwendung der Schaltvorrichtung mit einem in einem Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeug eingesetzten Batteriesystem von der Battery Control Unit ausgehend einem Nutzer des Fahrzeugs vorzugsweise durch Ansteuerung einer Signalisierungseinrichtung der Fahrzeuginstrumente, signalisiert werden kann, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung sieht vor, dass die Schaltvorrichtung wenigstens ein Anzeigefenster umfasst, welches derart angeordnet ist, dass durch das wenigstens eine Anzeigefenster der wenigstens eine Draht und/oder das wenigstens eine Signalisierungselennent in der ersten Position und/oder in der zweiten Position sichtbar ist. Hierbei ist vorteilhafterweise durch Sichtkontrolle, beispielsweise im Rahmen einer Inspektions- oder Wartungsuntersuchung, feststellbar, ob die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der mechanisch gespannte Draht mit einem daran angeordneten Signalisierungsplättchen innerhalb des Anzeigefensters sichtbar ist, vorzugsweise derart, dass das Signalisierungsplättchen vollständig in dem Anzeigefenster sichtbar ist. Ist der Draht in Folge eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden Lichtbogens durchtrennt worden, so wird das Signalisierungsplättchen nicht mehr in der ersten Position gehalten sondern nimmt eine zweite Position ein. Dies ist vorteilhafterweise durch das Anzeigefenster erkennbar. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Draht elektrisch leitfähig ist und die Schaltvorrichtung wenigstens ein Anschlusselement umfasst, über welches eine Messeinrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Drahtes anschließbar ist. Vorzugsweise wird dabei geprüft, ob eine elektrisch leitfähige Verbindung von einem Ende des Drahtes zu dem anderen Ende des Drahtes existiert. Dies kann insbesondere durch eine Messung des elektrischen Widerstandes des Drahtes erfolgen. Ist der Draht in Folge des Auftretens eines Lichtbogens zwischen den Arbeitskontakten durchtrennt worden, sodass der Draht nicht mehr elektrisch leitfähig ist, wird dies von der Messeinrichtung vorteilhafterweise erfasst und kann signalisiert werden. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriesystem mit einer Batterie und einem Batteriemanagementsystem vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem eine Steuergeräteeinheit und wenigstens eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung umfasst, wobei die Trenneinheit eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist oder zumindest umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Batterie des Batteriesystems eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen umfasst, insbesondere nachladbare Lithium-Ionen-Zellen. Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass das Batteriesystem zum Einsatz in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgebildet ist. Insbesondere können die Batteriezellen der Batterie zu Batteriemodulen elektrisch verschaltet sein, wobei die Batteriemodule wiederum elektrisch miteinander zu einer Batterie verschaltet sind. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung als elektromechanisches Schaltschütz ausgebildet ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist, bei der der wenigstens eine Draht elektrisch leitfähig ist und die Schaltvorrichtung wenigstens ein Anschlusselement umfasst, über welches eine Messeinrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des wenigstens einen Drahtes anschließbar ist, und wobei die Steuergeräteeinheit über das Anschlusselement der Schaltvorrichtung mit der Schaltvorrichtung verbunden beziehungsweise angeschlossen ist, wobei die Steuergeräteeinheit zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des wenigstens einen Drahtes ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit ausgebildet ist, ein Durchtrennen des Drahtes als Fehler zu detektieren und zu signalisieren, dass die Schaltvorrichtung auszutauschen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass von der Steuergeräteeinheit ein Eintrag in einen Fehlerspeicher vorgenommen wird, welcher vorteilhafterweise im Rahmen einer Inspektion ausgelesen werden kann. Die Steuergeräteeinheit ist vorzugsweise eine Battery Control Unit (BCU). Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit ausgebildet ist, ein Durchtrennen des Drahtes als Information an eine Fahrzeugsteuergeräteeinheit weiterzuleiten, insbesondere eine sogenannten Vehicle Control Unit (VCU), welche ausgebildet ist, bei Empfang der Information im Fahrzeug eine Fehlermeldung zu generieren.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer ersten Schaltstellung; und
Fig. 2 in einer vereinfachten schematischen Darstellung die in Fig. 1 dargestellte Schaltvorrichtung in einer zweiten Schaltstellung. In Fig. 1 und Fig. 2 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 dargestellt. Die Schaltvorrichtung 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein stark vereinfacht dargestelltes elektromechanisches Schaltschütz, welches mittels einer Magnetspule (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellt) ansteuerbar ist. Das Schaltschütz 1 weist dabei eine Basisplatte 2 auf, welche vier erste Arbeitskontakte, nämlich die Hauptkontakte 4 und 4' sowie die Hilfskontakte 6 und 6', umfasst. Des Weiteren weist das Schaltschütz 1 einen Zuganker 3 auf, welcher sich durch entsprechende Ansteuerung der in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellten Spule zu der Basisplatte 2 bewegen kann, was symbolisch in Fig. 1 und Fig. 2 durch den Doppelpfeil 9 dargestellt ist. Der Zuganker 3 weist dabei jeweils zu einem ersten Arbeitskontakt der Basisplatte 2 einen zweiten Arbeitskontakt auf, nämlich die Hauptkontakte 5, 5' und die Hilfskontakte 7, 7'. In einer ersten Schaltstellung des Schaltschützes 1 , die in Fig. 1 dargestellt ist, sind die ersten Arbeitskontakte 4, 4', 6, 6' und die zweiten Arbeitskontakte 5, 5', 7, 7' voneinander beabstandet. In einer zweiten Schaltstellung des Schaltschützes 1 , die in Fig. 2 dargestellt ist, kontaktieren die ersten Arbeitskontakte 4, 4', 6, 6' die zweiten Arbeitskontakte 5, 5', 7, 7', sodass ein elektrischer Strom über die Arbeitskontakte 4-5, 4'-5', 6-7 und 6'-7' fließen kann.
Das in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Schaltschütz 1 umfasst einen mechanisch gespannten Draht 8 mit einem definierten Schmelzpunkt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Draht 8 ein metallischer Draht mit einem kreisförmigen Querschnitt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Draht 8 von einer in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellten Haltevorrichtung an den jeweiligen Enden des Drahtes 8 mechanisch gespannt gehalten wird, sodass der Draht 8 vorteilhafterweise„quasi schwebend" gehalten wird. Der Draht 8 ist beabstandet zu dem ersten Arbeitskontakt 4 und dem zweiten Arbeitskontakt 5 angeordnet, wobei der Abstand gering gewählt ist, sodass die Wärmeenergie eines sich zwischen den Arbeitskontakten ausbildenden Lichtbogens auf den Draht 8 unmittelbar einwirkt. Ist die Wärmeenergie aufgrund der Intensität des sich ausbildenden Lichtbogens so groß, dass der Schmelzpunkt des Drahtes 8 überschritten wird, so wird der Draht 8 durchtrennt. Das Durchtrennen des Drahtes 8 signalisiert dabei einen an den Arbeitskontakten des Schützes 1 aufgetretenen Abbrand und somit, dass das Schütz 1 auszutauschen ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass an dem mechanisch gespannten Draht 8 ein Signalisierungselement, vorzugsweise ein farbiges, hitzebeständiges Signalisierungsplättchen, (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellt), angeordnet ist. Solange der Draht 8 mechanisch gespannt ist, befindet sich das Signalisierungselennent dabei in einer ersten Position. Wird der Draht 8 durchtrennt, so nimmt das Signalisierungselennent aufgrund der nicht mehr vorhandenen mechanischen Spannung eine zweite Position ein. Befindet sich das Signalisierungselennent nicht mehr in der ersten Position, so weist dies vorteilhafterweise besser sichtbar darauf hin, dass ein Abbrand der Arbeitskontakte des Schützes 1 erfolgt ist und das Schütz 1 daher auszutauschen ist. Vorzugsweise weist der Schütz 1 ein Anzeigefenster auf (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht explizit dargestellt), durch welches das Signalisierungselennent zumindest in der ersten Position sichtbar ist.
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Insbesondere sind die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Kontakte 6, 6' und 7, 7' nicht obligatorisch für die Erfindung. Fig. 1 und Fig. 2 zeigen lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung.

Claims

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