DE102018133277B4 - DRIVE DEVICE, SEPARATION SYSTEM AND METHOD - Google Patents

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Abstract

Ansteuervorrichtung (100, 200) für ein Trennelement (250, 495) zum Öffnen eines elektrischen Strompfads (160, 260), welches einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, aufweisend:ein elektromechanisches Schaltelement (101, 201, 380, 496), welches elektrisch in dem Strompfad (160, 260) angeordnet ist und ausgebildet ist, im Normalbetrieb den Strompfad (160, 260) niederohmig zu schließen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad (160, 260) mittels Levitation einen Lichtbogen (102) zu erzeugen, undein erstes Koppelelement (103), welches in dem Strompfad (160, 260) elektrisch vor dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) angeordnet ist und mit dem ersten Anschluss des Trennelements (250, 495) koppelbar ist, undein zweites Koppelelement (104), welches in dem Strompfad (160, 260) elektrisch nach dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) angeordnet ist und mit dem zweiten Anschluss des Trennelements (250, 495) koppelbar ist.Activation device (100, 200) for a separating element (250, 495) for opening an electrical current path (160, 260), which has a first connection and a second connection, having: an electromechanical switching element (101, 201, 380, 496), which is arranged electrically in the current path (160, 260) and is designed to close the current path (160, 260) with low resistance during normal operation and to close an arc (102) by means of levitation when a predetermined current value is exceeded in the current path (160, 260). generate, anda first coupling element (103) which is arranged in the current path (160, 260) electrically in front of the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and can be coupled to the first connection of the separating element (250, 495), anda second coupling element (104), which is arranged in the current path (160, 260) electrically after the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and with the second connection of the separating element (250, 495) coupl is sick.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für ein Trennelement zum Öffnen eines elektrischen Strompfads. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Trennsystem und ein entsprechendes Verfahren.The present invention relates to a control device for an isolating element for opening an electrical current path. Furthermore, the present invention relates to a corresponding separation system and a corresponding method.

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Fahrzeugbordnetzen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung aber auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden kann.The present invention is described below mainly in connection with vehicle on-board networks. It goes without saying that the present invention can also be used in other applications.

Für moderne Kraftfahrzeuge gelten strenge Umweltschutzauflagen. Um diese zu erfüllen, wird versucht, bei modernen Fahrzeugen den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Dazu werden die Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen z.B. durch Elektromotoren (Hybridfahrzeug) ergänzt bzw. durch Elektromotoren (Elektrofahrzeug) ersetzt.Strict environmental protection regulations apply to modern motor vehicles. In order to meet these, attempts are being made to reduce fuel consumption in modern vehicles. For this purpose, the internal combustion engines in motor vehicles are supplemented, for example, by electric motors (hybrid vehicle) or replaced by electric motors (electric vehicle).

Insbesondere in Elektrofahrzeugen werden Antriebsbatterien mit hohen Leistungen genutzt, die Ströme von mehreren hundert Ampere bei Spannungen von mehreren hundert Volt bereitstellen können.In electric vehicles in particular, high-performance drive batteries are used, which can provide currents of several hundred amperes at voltages of several hundred volts.

Aus Gründen der Betriebssicherheit muss die Spannungsversorgung in solchen Fahrzeugen auf Anforderung gezielt unterbrochen werden können. Bei momentanen Lösungen mit Schmelzsicherungen ist es allerdings schwierig, den exakten Schmelzzeitpunkt zu bestimmen. Hinzu kommt, dass Schmelzsicherungen und die umliegende Hardware nur schwer für Kurzschlussströme von bis zu 30 kA ausgelegt werden können.For reasons of operational safety, it must be possible to selectively interrupt the power supply in such vehicles on request. With current solutions using fuses, however, it is difficult to determine the exact point in time when the fuse melts. In addition, fuses and the surrounding hardware are difficult to design for short-circuit currents of up to 30 kA.

Die DE 10 2008 004 870 A1 betrifft den Schutz vor in einem Stromkreis auftretenden Lichtbögen. Es wird eine Erweiterung eines so genannten Fehlerstromschutzschaltermoduls beschrieben.the DE 10 2008 004 870 A1 relates to protection against arcing occurring in a circuit. An extension of a so-called residual current circuit breaker module is described.

Aus der WO 2010 / 010061 A1 ist eine Anordnung zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung bekannt. Die Anordnung umfasst ein Schaltelement zum Auftrennen der Leitung und wenigstens einen Aktuator zum Auslösen des Auftrennens.WO 2010/010061 A1 discloses an arrangement for switching off a fault current in a live line. The arrangement comprises a switching element for separating the line and at least one actuator for triggering the separating.

Aus der DE 20 2009 018 086 U1 ist eine Ansteuerung einer pyrotechnischen Abtrennvorrichtung bekannt.From the DE 20 2009 018 086 U1 control of a pyrotechnic separation device is known.

Die Druckschrift DE 10 2015 121 264 A1 beschreibt ein Leistungsschütz. Das Leistungsschütz weist einen ersten elektrischen Kontakt, einen zweiten elektrischen Kontakt, ein Schaltelement und einen in das Leistungsschütz integrierten Stromsensor.The pamphlet DE 10 2015 121 264 A1 describes a power contactor. The power contactor has a first electrical contact, a second electrical contact, a switching element and a current sensor integrated into the power contactor.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Möglichkeit zum sicheren Unterbrechen von Strompfaden bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad bereitzustellen.One object of the invention is therefore to provide a possibility for safely interrupting current paths when a predetermined current value in the current path is exceeded, using means that are as simple as possible in terms of design.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying figures. In particular, the independent claims of a claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category.

Eine erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung für ein Trennelement zum Öffnen eines elektrischen Strompfads, welches einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, weist auf: ein elektromechanisches Schaltelement, welches elektrisch in dem Strompfad angeordnet ist und ausgebildet ist, im Normalbetrieb den Strompfad niederohmig zu schließen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad mittels Levitation einen Lichtbogen zu erzeugen, und ein erstes Koppelelement, welches in dem Strompfad elektrisch vor dem elektromechanischen Schaltelement angeordnet ist und mit dem ersten Anschluss des Trennelements koppelbar ist, und ein zweites Koppelelement, welches in dem Strompfad elektrisch nach dem elektromechanischen Schaltelement angeordnet ist und mit dem zweiten Anschluss des Trennelements koppelbar ist.A control device according to the invention for an isolating element for opening an electrical current path, which has a first connection and a second connection, has: an electromechanical switching element, which is arranged electrically in the current path and is designed to close the current path with low resistance during normal operation and when it is exceeded of a specified current value in the current path to generate an arc by means of levitation, and a first coupling element, which is arranged in the current path electrically in front of the electromechanical switching element and can be coupled to the first connection of the isolating element, and a second coupling element, which in the current path is electrically downstream is arranged on the electromechanical switching element and can be coupled to the second terminal of the separating element.

Ein erfindungsgemäßes Trennsystem zum Öffnen eines elektrischen Strompfads weist auf: ein Trennelement, welches elektrisch in dem Strompfad angeordnet ist und einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei das Trennelement ausgebildet ist, bei Ansteuerung den Strompfad zu trennen, und eine erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung.A disconnection system according to the invention for opening an electrical current path has: a disconnection element which is arranged electrically in the current path and has a first connection and a second connection, the disconnection element being designed to disconnect the current path when activated, and a control device according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Öffnen eines elektrischen Strompfads mit einem Trennelement, welches einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, weist die folgenden Schritte auf: Schließen des Strompfads mit einem elektromechanischen Schaltelement, welches im Normalbetrieb den Strompfad niederohmig schließt und bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad einen Lichtbogen mittels Levitation erzeugt, und Ansteuern des Trennelements in einem Stromkreis aus elektromechanischem Schaltelement und Trennelement mit einer Spannung, welche über dem elektromechanischen Schaltelement abfällt.A method according to the invention for opening an electrical current path with an isolating element, which has a first connection and a second connection, has the following steps: Closing the current path with an electromechanical switching element, which closes the current path with low resistance during normal operation and, when a predetermined current value is exceeded, in the current path generates an arc by means of levitation, and driving the separating element in a circuit of electromechanical Shem switching element and separating element with a voltage which drops across the electromechanical switching element.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei herkömmlichen Schmelzsicherungen der Auslösezeitpunkt von der eingebrachten Energiemenge abhängig ist. Da aber insbesondere im Fehlerfall die eingebrachte Energiemenge nicht exakt vorherbestimmt werden kann, kann auch der Auslösezeitpunkt nicht exakt vorherbestimmt werden. Ferner sind aktive Schaltungen mit Relais oder Schützen zur sicheren Trennung eines Strompfades sehr aufwändig in der Konstruktion. Eine erhöhte Komplexität führt dabei zu einer größeren Störanfälligkeit und erhöhten Kosten.The present invention is based on the finding that, in the case of conventional fuses, the triggering time depends on the amount of energy introduced. However, since the amount of energy introduced cannot be precisely predetermined, particularly in the event of a fault, the triggering time cannot be precisely predetermined either. Furthermore, active circuits with relays or contactors for safe separation of a current path are very complex to construct. Increased complexity leads to greater susceptibility to failure and increased costs.

Die vorliegende Erfindung sieht daher eine Ansteuervorrichtung für ein Trennelement vor.The present invention therefore provides a driving device for an isolating element.

In der erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung ist ein elektromechanisches Schaltelement vorgesehen. Ein solches Schaltelement kann z.B. als ein Relais oder ein Schütz ausgebildet sein. Allerdings wird das elektromechanische Schaltelement nicht zum aktiven Öffnen des Strompfads genutzt. Zum Öffnen des Strompfads ist in dem erfindungsgemäßen Trennsystem das Trennelement vorgesehen. Das elektromechanische Schaltelement wird lediglich benötigt, um eine Ansteuerspannung für das Trennelement zu erzeugen.An electromechanical switching element is provided in the control device according to the invention. Such a switching element can be designed, for example, as a relay or a contactor. However, the electromechanical switching element is not used to actively open the current path. The separating element is provided in the separating system according to the invention for opening the current path. The electromechanical switching element is only required to generate a control voltage for the isolating element.

Elektromechanische Schaltelemente, wie z.B. Relais und Schütze, weisen ein Verhalten auf, welches in normalen Schaltanwendungen als Fehler bzw. als Fehlfunktion angesehen wird. Bei diesem Verhalten handelt es sich um die sogenannte Levitation. Die Levitation der elektrischen Kontakte in dem elektromechanischen Schaltelement tritt insbesondere dann auf, wenn der Strom durch das elektromechanische Schaltelement eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Unter Levitation ist dabei zu verstehen, dass die in dem elektromechanischen Schaltelement durch den Stromfluss entstehenden magnetischen Abstoßungskräfte größer sind, als die Haltekräfte, welche die elektrischen Kontakte zusammenpressen. In dieser Situation kommt es dazu, dass die Leistungskontakte in dem elektromechanischen Schaltelement auseinandergedrückt werden bzw. abheben. Im geschlossenen Zustand sind die Leistungskontakte des elektromechanischen Schaltelements niederohmig miteinander verbunden. Über den Anschlüssen des elektromechanischen Schaltelements fällt folglich keine bzw. nur eine zu vernachlässigende Spannung ab. Beim Abheben entsteht zwischen den Leistungskontakten aber ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen führt dazu, dass auf Grund des Stromflusses durch das elektromechanische Schaltelement über den Anschlüssen des elektromechanischen Schaltelements eine Spannung abfällt.Electromechanical switching elements, such as relays and contactors, behave in a way that is regarded as an error or malfunction in normal switching applications. This behavior is known as levitation. The levitation of the electrical contacts in the electromechanical switching element occurs in particular when the current through the electromechanical switching element exceeds a predetermined threshold. Levitation is to be understood here as meaning that the magnetic repulsion forces produced in the electromechanical switching element by the flow of current are greater than the holding forces which press the electrical contacts together. In this situation, the power contacts in the electromechanical switching element are pushed apart or lift off. In the closed state, the power contacts of the electromechanical switching element are connected to one another with low resistance. Consequently, no or only a negligible voltage drops across the terminals of the electromechanical switching element. When lifting, however, an arc occurs between the power contacts. This arc results in a voltage drop across the terminals of the electromechanical switching element due to the current flow through the electromechanical switching element.

Das elektromechanische Schaltelement wird also erfindungsgemäß in einem Last- bzw. Strombereich betrieben, der ab einer gewissen Stromstärke zu einem Abheben der Leistungskontakte führen kann. Bei üblichen elektromechanischen Schaltelementen liegt diese Stromstärke bei 4 kA - 6 kA. Durch entsprechende mechanische Dimensionierung der elektromechanischen Schaltelemente können aber andere Stromstärken als Schwelle für die Levitation erreicht bzw. eingestellt werden.According to the invention, the electromechanical switching element is therefore operated in a load or current range which, above a certain current intensity, can lead to the power contacts being lifted off. With conventional electromechanical switching elements, this current intensity is 4 kA - 6 kA. By appropriate mechanical dimensioning of the electromechanical switching elements, however, other current intensities can be achieved or set as a threshold for the levitation.

Die vorliegende Erfindung kann z.B. in Elektrofahrzeugen oder anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei welchen im Fehlerfall hohe Fehlerströme entstehen und sicher erkannt und abgeschaltet werden müssen. In Elektrofahrzeugen können im Betrieb aus der Batterie z. B. Betriebsströme von mehreren hundert Ampere fließen. Fehlerströme können im Bereich mehrerer tausend Ampere liegen. Insbesondere in diesem Bereich kann die oben erläuterte Eigenschaft der Levitation bei elektromechanischen Schaltelementen sehr vorteilhaft genutzt werden.The present invention can be used, for example, in electric vehicles or other applications in which high fault currents occur in the event of a fault and must be reliably detected and switched off. In electric vehicles, e.g. B. operating currents of several hundred amperes flow. Fault currents can be in the range of several thousand amperes. In this area in particular, the property of levitation explained above can be used very advantageously in the case of electromechanical switching elements.

Wird ein erfindungsgemäßes Trennsystem in einer Anwendung, z. B. einem Elektrofahrzeug, eingesetzt, fällt bei Entstehen des Lichtbogens über dem elektromechanischen Schaltelement eine Spannung ab. Diese Spannung kann im Anschluss genutzt werden, um das jeweilige Trennelement anzusteuern. Das Trennelement übernimmt dabei die eigentliche Aufgabe der Unterbrechung des Lastpfads in der Anwendung. Da es sich bei der Levitation um einen physikalisch bedingten Effekt handelt, der ab einer gewissen Stromstärke automatisch auftritt, kann das Überschreiten der Stromschwelle sicher detektiert werden und der Strompfad sicher unterbrochen werden.If a separation system according to the invention is used in an application, e.g. B. an electric vehicle used, when the arc occurs, a voltage drops across the electromechanical switching element. This voltage can then be used to control the respective separating element. The separating element takes on the actual task of interrupting the load path in the application. Since levitation is a physically related effect that occurs automatically above a certain current level, exceeding the current threshold can be reliably detected and the current path safely interrupted.

Es versteht sich, dass unterschiedliche elektromechanische Schaltelemente genutzt werden, können. Beispielsweise können Schütze oder Relais benutzt werden. Es versteht sich ferner, dass eine entsprechende Ansteuerung zum Schließen eines solchen Schützes oder Relais vorgesehen sein kann. Alternativ kann ein im Normalzustand geschlossener Schütz bzw. ein entsprechendes Relais genutzt werden. Da es erfindungsgemäß auf das Abheben der Leistungskontakte bei Levitation ankommt, kann bei im Normalzustand geschlossenen Schützen oder Relais auf eine externe Ansteuerung zum Schließen verzichtet werden.It goes without saying that different electromechanical switching elements can be used. For example, contactors or relays can be used. It is also understood that a corresponding control for closing such a contactor or relay can be provided. Alternatively, a normally closed contactor or a corresponding relay can be used. Since, according to the invention, the lifting of the power contacts during levitation is important, external control for closing can be dispensed with in the case of contactors or relays which are closed in the normal state.

Das Trennelement kann z.B. ein elektrisch ansteuerbares Trennelement sein, welches in dem Moment des Ansteuerns ein sicheres Abschalten bzw. Unterbrechen des Strompfads garantiert. Insbesondere ermöglicht das Trennelement ein gezieltes Unterbrechen des Strompfads auf ein Schaltsignal hin. Bei herkömmlichen Sicherungen dagegen kann der Zeitpunkt der Unterbrechung nicht exakt vorhergesehen werden.The separating element can be, for example, an electrically controllable separating element, which guarantees safe switching off or interruption of the current path at the moment of activation. Into the In particular, the separating element enables a targeted interruption of the current path in response to a switching signal. With conventional backups, on the other hand, the time of the interruption cannot be precisely predicted.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Schutzschaltungen ist keine aufwändige Strommessung und Auswertung der Messung nötig. Insbesondere ist in solchen herkömmlichen Schaltungen eine aufwändige Absicherung zum Schutz vor Fehlabschaltungen nötig. Bei der vorliegenden Erfindung dagegen kann auf eine solche Absicherung verzichtet werden und eine sehr einfache Beschaltung genutzt werden. Wie unten erläutert, kann aber eine zusätzliche Schaltung vorgesehen werden, welche dem Einschalten der Ansteuervorrichtung dient. Damit kann ein unbeabsichtigtes Abschalten in vorgegebenen Betriebssituationen, z.B. bei abgeschaltetem Fahrzeug, unterbunden werden, wenn dies gewünscht ist.In contrast to conventional protective circuits, no complex current measurement and evaluation of the measurement is required. In particular, in such conventional circuits, complex safeguarding is required to protect against faulty shutdowns. With the present invention, on the other hand, such protection can be dispensed with and a very simple wiring can be used. However, as explained below, an additional circuit can be provided which is used to switch on the drive device. This means that unintentional switching off in specified operating situations, e.g. when the vehicle is switched off, can be prevented if this is desired.

Die vorliegende Erfindung stellt folglich eine sehr einfache Möglichkeit zum Abschalten von Strompfaden bereit. Insbesondere kann eine sehr einfache Schaltung zum Ansteuern des Trennelements genutzt werden.The present invention consequently provides a very simple way of switching off current paths. In particular, a very simple circuit can be used to control the isolating element.

Insbesondere kann auch sehr exakt bestimmt (also dimensioniert) werden, bei welchem Fehlerstrom die Ansteuervorrichtung das aktive Trennelement ansteuert und den Stromfluss unterbricht. Es kann also mit großer Sicherheit der Zeitpunkt der Unterbrechung vorgegeben werden, was bei Schmelzsicherungen nicht möglich ist.In particular, it can also be determined (ie dimensioned) very precisely at which fault current the control device controls the active isolating element and interrupts the current flow. The time of the interruption can therefore be specified with great certainty, which is not possible with fuses.

Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Further embodiments and developments result from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

In einer Ausführungsform kann die Ansteuervorrichtung ein steuerbares Schaltelement aufweisen, welches elektrisch zwischen dem ersten Koppelelement und dem elektromechanischen Schaltelement oder dem elektromechanischen Schaltelement und dem zweiten Koppelelement angeordnet ist.In one embodiment, the control device can have a controllable switching element, which is arranged electrically between the first coupling element and the electromechanical switching element or between the electromechanical switching element and the second coupling element.

Mit dem steuerbaren Schaltelement wird es möglich, die Ansteuervorrichtung mit einem externen Signal zu aktivieren und zu deaktivieren. Das steuerbare Schaltelement liegt dazu in dem Stromkreis aus elektromechanischem Schaltelement und Trennelement. Ist das steuerbare Schaltelement geöffnet, also nicht durchgesteuert, kann folglich auch bei Entstehen eines Lichtbogens in dem elektromechanischen Schaltelement kein Strom durch das Trennelement fließen.The controllable switching element makes it possible to activate and deactivate the control device with an external signal. For this purpose, the controllable switching element is located in the circuit made up of the electromechanical switching element and the separating element. If the controllable switching element is open, that is to say not switched through, no current can consequently flow through the isolating element even if an arc occurs in the electromechanical switching element.

Als steuerbares Schaltelement kann jede Art von Schaltelement genutzt werden, das entsprechend extern angesteuert werden kann. Beispielsweise kann ein Transistor als entsprechendes Schaltelement genutzt werden. Insbesondere können Transistoren sehr einfach z.B. durch ein Steuergerät in einem Fahrzeug angesteuert werden. Damit wird eine sehr einfache Integration der Ansteuervorrichtung in ein Fahrzeugbordnetz möglich.Any type of switching element can be used as the controllable switching element, which can be controlled externally accordingly. For example, a transistor can be used as the corresponding switching element. In particular, transistors can be controlled very easily, e.g. by a control unit in a vehicle. This enables very simple integration of the control device into a vehicle electrical system.

In noch einer Ausführungsform kann die Ansteuervorrichtung eine Eingangsschaltung aufweisen, welche ausgebildet ist, ein Steuersignal zu empfangen und das steuerbare Schaltelement entsprechend dem empfangenen Steuersignal anzusteuern.In another embodiment, the control device can have an input circuit which is designed to receive a control signal and to control the controllable switching element in accordance with the received control signal.

Die Eingangsschaltung kann in der Ansteuervorrichtung unterschiedliche Aufgaben ausführen. Beispielsweise kann die Eingangsschaltung eine ESD-Schutzbeschaltung aufweisen. Ferner kann die Eingangsschaltung eine Spannungswandlung bzw. -Anpassung durchführen, um das Steuersignal für das steuerbare Schaltelement anzupassen.The input circuit can perform different tasks in the control device. For example, the input circuit can have an ESD protection circuit. Furthermore, the input circuit can carry out a voltage conversion or adaptation in order to adapt the control signal for the controllable switching element.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Eingangsschaltung einen Signaleingang und einen Steuerausgang und ein zwischen dem Signaleingang und dem Steuerausgang angeordnetes Entkoppel-Element, z.B. einen Optokoppler, aufweisen, welches ausgebildet ist, den Signaleingang galvanisch von dem Steuerausgang zu trennen.In a further embodiment, the input circuit can have a signal input and a control output and a decoupling element arranged between the signal input and the control output, e.g. an optocoupler, which is designed to electrically isolate the signal input from the control output.

Je nach Anwendung können in dem zu trennenden Strompfad sehr hohe Ströme und Spannungen auftreten. Das Entkoppel-Element dient daher dazu, den Strompfad von den weiteren Elementen der jeweiligen Anwendung zu entkoppeln. Dazu kann z.B. ein Optokoppler genutzt werden.Depending on the application, very high currents and voltages can occur in the current path to be isolated. The decoupling element therefore serves to decouple the current path from the other elements of the respective application. An optocoupler can be used for this, for example.

Beispielsweise kann der Strompfad in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs mit Spannungen von mehreren hundert Volt, z.B. 400 V - 1000 V, betrieben werden. Gleichzeitig kann das Steuersignal für die Ansteuervorrichtung von einem Steuergerät in dem Niederspannungsnetz des Fahrzeugs, also z.B. im 12-V- oder 48-V-Netz, erzeugt werden. Selbstverständlich gilt es, das Hochspannungsnetz und das Niederspannungsnetz voneinander zu entkoppeln. Dies kann mit dem oben erwähnten Entkoppel-Element sichergestellt werden.For example, the current path in an electric vehicle drive train can be operated with voltages of several hundred volts, e.g. 400 V - 1000 V. At the same time, the control signal for the control device can be generated by a control unit in the vehicle's low-voltage network, e.g. in the 12 V or 48 V network. It goes without saying that the high-voltage network and the low-voltage network must be decoupled from one another. This can be ensured with the decoupling element mentioned above.

In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Signaleingang ein Gleichrichterelement und einen zwischen dem Gleichrichterelement und dem Entkoppel-Element angeordneten elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Kondensator, aufweisen.In yet another embodiment, the signal input can have a rectifier element and an electrical energy store, in particular a capacitor, arranged between the rectifier element and the decoupling element.

Der Gleichrichter mit dem Energiespeicher dient dazu, Signale mit wechselnden Eingangspegeln zu konditionieren bzw. in ein konstantes Signal umzuwandeln. In Fahrzeugen werden z.B. Steuersignale für Relais als PWM-Signale ausgeführt. Mit dem Gleichrichterelement und dem Energiespeicher wird es möglich, solche PWM-Signale als Steuersignal zu nutzen. Folglich kann ein Ansteuersignal für ein Relais abgezweigt und zusätzlich zur Ansteuerung der Ansteuervorrichtung genutzt werden. Das Relais kann z.B. ein Relais sein, welches das Trennelement in dem Trennsystem ein- bzw. abschaltet.The rectifier with the energy store is used to condition signals with changing input levels or to convert them into a constant signal. In vehicles, for example, control signals for relays are implemented as PWM signals. With the rectifier element and the energy store, it becomes possible to use such PWM signals as a control signal. Consequently, a control signal for a relay can be branched off and used in addition to control the control device. The relay can be a relay, for example, which switches the separating element in the separating system on or off.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Ansteuervorrichtung einen Gleichrichter aufweisen, welcher zwischen dem steuerbaren Schaltelement und dem elektromechanischen Schaltelement angeordnet ist.In a further embodiment, the control device can have a rectifier which is arranged between the controllable switching element and the electromechanical switching element.

Mit einem Gleichrichter wird die Ansteuervorrichtung unabhängig von der Polarität der Spannung in dem zu trennenden Strompfad. Insbesondere in Kombination mit dem steuerbaren Schaltelement wird damit auch die Auswahl des Schaltelements unabhängig von der Polarität der Spannung in dem zu trennenden Strompfad. Dies vereinfacht die Auswahl z.B. des jeweiligen Transistors und dessen Ansteuerung.With a rectifier, the driving device becomes independent of the polarity of the voltage in the current path to be separated. In particular in combination with the controllable switching element, the selection of the switching element is also independent of the polarity of the voltage in the current path to be isolated. This simplifies the selection e.g. of the respective transistor and its control.

Der Gleichrichter zwischen dem steuerbaren Schaltelement und dem elektromechanischen Schaltelement kann z.B. als Brückengleichrichter mit vier Dioden ausgebildet sein.The rectifier between the controllable switching element and the electromechanical switching element can be designed, for example, as a bridge rectifier with four diodes.

In noch einer Ausführungsform kann das Trennelement eine pyrotechnische Zündkapsel aufweisen, welche mit der Ansteuervorrichtung gekoppelt ist.In another embodiment, the separating element can have a pyrotechnic squib, which is coupled to the control device.

Eine pyrotechnische Zündkapsel kann z.B. derart angeordnet sein, dass bei Zündung der Zündkapsel eine Stromschiene mechanisch zerstört bzw. unterbrochen wird. Üblicherweise wird eine Zündkapsel bei Eintrag eines entsprechenden Zündstroms gezündet. Das bedeutet, dass eine Zündkapsel sehr präzise und gezielt gezündet werden kann. Im Gegensatz zu einer Schmelzsicherung kann folglich mit einem Zündkapsel-basierten Trennelement der Stromfluss in dem Stromkreis sehr sicher und exakt unterbunden werden.A pyrotechnic squib can be arranged, for example, in such a way that when the squib is ignited, a busbar is mechanically destroyed or interrupted. Usually, an ignition capsule is ignited when a corresponding ignition current is applied. This means that a primer can be ignited very precisely and in a targeted manner. In contrast to a safety fuse, the flow of current in the circuit can be prevented very safely and precisely with a squib-based isolating element.

Im Folgenden werden zwei mögliche elektromechanische Schaltelemente kurz beschrieben, welche mit der vorliegenden Erfindung genutzt werden können. Es versteht sich, dass die elektromechanischen Schaltelemente hiermit auch als separate Einheiten unabhängig von der Ansteuervorrichtung offenbart werden.Two possible electromechanical switching elements that can be used with the present invention are briefly described below. It goes without saying that the electromechanical switching elements are hereby also disclosed as separate units independent of the control device.

Ein mögliches elektromechanisches Schaltelement kann z.B. zwei Lastpfade aufweisen. Ein solches elektromechanisches Schaltelement kann jeweils zwei Lastanschlüsse für jeden der Lastpfade aufweisen. Ferner kann für jeden der Lastpfade eine eigene Kontaktbrücke vorgesehen sein, welche die Lastpfade elektrisch miteinander koppeln kann. In einem solchen elektromechanischen Schaltelement können zwei separate Spulen zum Bewegen der zwei Kontaktbrücken vorgesehen sein. Allerdings kann in einer Ausführung auch lediglich eine einzelne Spule für die zwei Kontaktbrücken vorgesehen sein. Beispielsweise können die zwei Kontaktbrücken über eine mechanische Verbindung durch die Spule hindurch mechanisch miteinander gekoppelt sein. Bei Ansteuerung der Spule werden dann beide Kontaktbrücken gleichzeitig und gleichsinnig, also in die gleiche Richtung, bewegt. Bei entsprechender Anordnung der Lastanschlüsse werden bei dieser Bewegung beide Stromkreise geschlossen.A possible electromechanical switching element can have two load paths, for example. Such an electromechanical switching element can have two load terminals for each of the load paths. Furthermore, a separate contact bridge can be provided for each of the load paths, which can electrically couple the load paths to one another. Two separate coils for moving the two contact bridges can be provided in such an electromechanical switching element. However, in one embodiment only a single coil can be provided for the two contact bridges. For example, the two contact bridges can be mechanically coupled to one another via a mechanical connection through the coil. When the coil is activated, both contact bridges are then moved simultaneously and in the same direction, i.e. in the same direction. If the load connections are arranged appropriately, both circuits are closed during this movement.

Ein weiteres mögliches elektromechanisches Schaltelement kann z.B. ein Bimetallelement aufweisen, welches sich bei einer Temperaturerhöhung auf Grund eines Kurzschlusses verformt. Ein elektromechanischer Schalter, eine Lichtschranke, eine Hall-Schalter oder dergleichen kann in dem Bewegungs- bzw. Verformungspfad des Bimetallelements angeordnet werden. Verformt sich das Bimetallelement, aktiviert es den Schalter oder die Lichtschranke. Mit dem Signal aus dem Schalter oder der Lichtschranke kann dann ein Trennelement, z.B. eine pyrotechnische Zündkapsel, angesteuert werden.Another possible electromechanical switching element can, for example, have a bimetallic element, which deforms when the temperature increases due to a short circuit. An electromechanical switch, a light barrier, a Hall switch or the like can be arranged in the movement or deformation path of the bimetallic element. If the bimetal element deforms, it activates the switch or the light barrier. A separating element, e.g. a pyrotechnic ignition capsule, can then be controlled with the signal from the switch or the light barrier.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Trennsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines elektromechanischen Schaltelements zur Verwendung mit einer Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines weiteren elektromechanischen Schaltelements zur Verwendung mit einer Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Advantageous exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 a block diagram of an embodiment of a control device according to the present invention;
  • 2 a block diagram of an embodiment of a separation system according to the present invention;
  • 3 a flow chart of an embodiment of a method according to the present invention;
  • 4 a block diagram of an embodiment of an electromechanical switching element for use with a control device according to the present invention; and
  • 5 a block diagram of an embodiment of a further electromechanical switching element for use with a control device according to the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The figures are only schematic representations and only serve to explain the invention. Elements that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols throughout.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ansteuervorrichtung 100. Die Ansteuervorrichtung 100 kann mit einem Trennelement verwendet werden, welches einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss als Steueranschlüsse aufweist. 1 12 shows a block diagram of a control device 100. The control device 100 can be used with an isolating element which has a first connection and a second connection as control connections.

Die Ansteuervorrichtung 100 weist ein elektromechanisches Schaltelement 101 auf, das elektrisch in dem Strompfad 160 angeordnet ist. Es ist also der Lastpfad des Schaltelements 101 in dem Strompfad 160 angeordnet. Ferner weist die Ansteuervorrichtung 100 ein erstes Koppelelement 103 und ein zweites Koppelelement 104 auf. Das erste Koppelelement 103 ist in dem Strompfad 160 elektrisch vor dem elektromechanischen Schaltelement 101 angeordnet. Das zweite Koppelelement 104 ist in dem Strompfad 160 elektrisch nach dem elektromechanischen Schaltelement 101 angeordnet. Je nach Polarität in dem Strompfad 160 kann sich diese Anordnung auch umkehren.The control device 100 has an electromechanical switching element 101 which is arranged electrically in the current path 160 . The load path of the switching element 101 is therefore arranged in the current path 160 . In addition, control device 100 has a first coupling element 103 and a second coupling element 104 . The first coupling element 103 is arranged electrically in front of the electromechanical switching element 101 in the current path 160 . The second coupling element 104 is arranged electrically in the current path 160 after the electromechanical switching element 101 . Depending on the polarity in the current path 160, this arrangement can also be reversed.

Die Koppelelemente 103, 104 können jeweils mit einem der Anschlüsse des Trennelements gekoppelt werden und dienen dazu, einen Stromkreis aus Trennelement und elektromechanischem Schaltelement 101 zu bilden.The coupling elements 103, 104 can each be coupled to one of the terminals of the separating element and are used to form a circuit made up of the separating element and the electromechanical switching element 101.

Im Normalbetrieb schließt das elektromechanische Schaltelement 101 den Strompfad 160 niederohmig. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad 160 allerdings setzt der Effekt der Levitation ein und es entsteht ein Lichtbogen 102 in dem elektromechanischen Schaltelement 101. Durch den Lichtbogen 102 wird die Verbindung über das elektromechanische Schaltelement 101 hochohmig verglichen mit dem Normalzustand. Folglich fällt über den Koppelelementen 103, 104 eine Spannung ab. Da ein Stromkreis über die Koppelelemente 103, 104, dem Trennelement und dem elektromechanischem Schaltelement 101 existiert, fließt in Abhängigkeit dieser Spannung ein Strom über das Trennelement, welcher dieses auslöst.In normal operation, the electromechanical switching element 101 closes the current path 160 with low resistance. If a predetermined current value is exceeded in the current path 160, however, the levitation effect sets in and an arc 102 occurs in the electromechanical switching element 101. The arc 102 makes the connection via the electromechanical switching element 101 highly resistive compared to the normal state. Consequently, a voltage drops across the coupling elements 103, 104. Since there is a circuit via the coupling elements 103, 104, the separating element and the electromechanical switching element 101, a current flows through the separating element as a function of this voltage, which current triggers it.

Folglich kann mit der Ansteuervorrichtung 100 sehr einfach und sicher ein Trennelement angesteuert werden.Consequently, a separating element can be controlled very easily and reliably with the control device 100 .

2 zeigt ein Blockschaltbild eines Trennsystem 205 mit einer Ansteuervorrichtung 200 und einem Trennelement 250. 2 shows a block diagram of a separation system 205 with a control device 200 and a separation element 250.

Die Ansteuervorrichtung 200 weist ein elektromechanisches Schaltelement 201 auf, z.B. einen Schütz, dessen Leistungspfad Teil des Strompfads 260 ist. In dem Strompfad 260 liegt ferner der Leistungspfad des Trennelements 250. Das Trennelements 250 weist zusätzlich eine pyrotechnische Zündkapsel 253 auf, welche bei entsprechender Bestromung zündet und den Stromfluss in dem Leistungspfad des Trennelements 250 unterbricht. Zwischen dem zweiten Pol des elektromechanischen Schaltelements 201 und der pyrotechnischen Zündkapsel 253 ist ein Brücken-Gleichrichter 221 angeordnet. Der Brücken-Gleichrichter 221 wird also mit der bei einem Lichtbogen in dem elektromechanischen Schaltelement 201 entstehenden Spannung gespeist. Ausgangsseitig ist der Brücken-Gleichrichter 221 mit dem Lastpfad eines steuerbaren Schaltelements 211 gekoppelt. Ein Strom kann also über die pyrotechnische Zündkapsel 253 nur fließen, wenn das Schaltelement 211 geschlossen ist. Das Schaltelement 211 ist als n-Kanal MOSFET ausgebildet. Ein Widerstand 212 ist zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Schaltelements 211 angeordnet und sorgt im nicht angesteuerten Zustand für ein sicheres Sperren des Schaltelements 211.The control device 200 has an electromechanical switching element 201, e.g. a contactor, whose power path is part of the current path 260. The power path of the separating element 250 is also in the current path 260. The separating element 250 also has a pyrotechnic ignition capsule 253, which ignites when it is energized accordingly and interrupts the current flow in the power path of the separating element 250. A bridge rectifier 221 is arranged between the second pole of the electromechanical switching element 201 and the pyrotechnic ignition capsule 253 . The bridge rectifier 221 is therefore supplied with the voltage that occurs in the electromechanical switching element 201 when there is an arc. On the output side, the bridge rectifier 221 is coupled to the load path of a controllable switching element 211 . A current can therefore only flow via the pyrotechnic ignition capsule 253 when the switching element 211 is closed. The switching element 211 is in the form of an n-channel MOSFET. A resistor 212 is arranged between the gate connection and the source connection of the switching element 211 and ensures that the switching element 211 is reliably blocked in the non-driven state.

Ein Optokoppler 216 ist mit seinem positiven Ausgangsanschluss über einen Widerstand 222 mit dem Drain-Anschluss des Schaltelements 211 gekoppelt. Der negative Ausgangsanschluss des Optokopplers 216 ist über einen Widerstand 223 mit dem Gate-Anschluss des Schaltelements 211 gekoppelt. Die Widerstände 223 und 212 bilden einen Spannungsteiler der die Schaltschwelle des Trennelements 211 festlegt. Dieser Spannungsteiler ist auf die Levitationsspannung angepasst und gibt bei Erreichen der Schaltspannung des Trennelements 221 den Strom für das Element 253 frei. Die Höhe des Stroms durch das Element 253 wird durch den Widerstand 222 festgelegt.An optocoupler 216 has its positive output terminal coupled through a resistor 222 to the drain terminal of the switching element 211 . The negative output terminal of the optocoupler 216 is coupled to the gate terminal of the switching element 211 via a resistor 223 . The resistors 223 and 212 form a voltage divider which defines the switching threshold of the isolating element 211 . This voltage divider is adapted to the levitation voltage and releases the current for the element 253 when the switching voltage of the separating element 221 is reached. The amount of current through element 253 is set by resistor 222 .

Eingangsseitig ist der Optokoppler 216 mit einer Eingangsschaltung 213 gekoppelt. Die Eingangsschaltung 213 weist einen Signaleingang 214 und einen Steuerausgang 215 auf. In der Eingangsschaltung 213 ist an dem positiven Eingang eine Diode 217 in Durchlassrichtung angeordnet. Nach der Diode 217 sind ein Kondensator 218 und ein Widerstand 219 zwischen dem positiven Spannungszweig und dem negativen Eingang der Eingangsschaltung 213 angeordnet. Ein weiterer Widerstand 220 ist zwischen dem Widerstand 219 und dem Steuerausgang 215 in dem positiven Spannungszweig angeordnet. Ein negativer Steuerausgang ist mit dem negativen Eingang gekoppelt.On the input side, the optocoupler 216 is coupled to an input circuit 213 . The input circuit 213 has a signal input 214 and a control output 215 . In the input circuit 213, a diode 217 is arranged in the forward direction at the positive input. After the diode 217, a capacitor 218 and a resistor 219 are arranged between the positive voltage branch and the negative input of the input circuit 213. Another resistor 220 is arranged between the resistor 219 and the control output 215 in the positive voltage branch. A negative control output is coupled to the negative input.

Über den Optokoppler 216 kann das Trennelement 211 aktiviert oder deaktiviert werden. Diese Funktion ermöglicht das deaktivieren des Trennelements z.B. beim zu- und Abschalten des Elements 201 oder in anderen festgelegten Situationen. Die Steuerung im Eingangskreis kann z.B. erfolgen durch die Spannung einer Schützspule oder einer vorgelagerten Elektronik Der Optokoppler 216 bildet eine sichere Trennung zwischen HV-Kreis und LV Kreis. Der Widerstand 220 im Eingangskreis des Optokopplers 216 dient der Strombegrenzung im Eingangskreis.The separating element 211 can be activated or deactivated via the optocoupler 216 . This function allows you to deactivate the separator ments, for example, when switching element 201 on and off or in other defined situations. The input circuit can be controlled, for example, by the voltage of a contactor coil or upstream electronics. The optocoupler 216 forms a safe separation between the HV circuit and the LV circuit. The resistor 220 in the input circuit of the optocoupler 216 serves to limit the current in the input circuit.

Es versteht sich, dass die Eingangsschaltung 213 optional ist und z.B. auch lediglich ein Widerstand zur Strombegrenzung am Eingang des Optokopplers 216 vorgesehen sein kann.It goes without saying that the input circuit 213 is optional and, for example, only a resistor for current limitation at the input of the optocoupler 216 can be provided.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Öffnen eines elektrischen Strompfads 160, 260 mit einem Trennelement 250, 495, welches einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist. Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung der 4 die Bezugszeichen zu den 1-3 als Referenz beibehalten. 3 shows a flowchart of a method for opening an electrical current path 160, 260 with a separating element 250, 495, which has a first connection and a second connection. For easier understanding, the following description of the 4 the references to the 1-3 retained for reference.

In einem ersten Schritt S1 des Schließens wird der Strompfads 160, 260 mit einem elektromechanischen Schaltelement 101, 201, 380, 496 geschlossen. Das elektromechanische Schaltelement 101, 201, 380, 496 schließt im Normalbetrieb den Strompfad 160, 260 niederohmig und erzeugt bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad 160, 260 einen Lichtbogen 102. In einem zweiten Schritt S2 des Ansteuerns wird das Trennelement 250, 495 in einem Stromkreis aus elektromechanischem Schaltelement 101, 201, 380, 496 und Trennelement 250, 495 mit einer Spannung angesteuert, welche über dem elektromechanischen Schaltelement 101, 201, 380, 496 abfällt. Ist also in dem elektromechanischen Schaltelement 101, 201, 380, 496 ein Lichtbogen vorhanden, kann z.B. eine pyrotechnische Zündkapsel gezündet werden.In a first closing step S1, the current path 160, 260 is closed with an electromechanical switching element 101, 201, 380, 496. In normal operation, the electromechanical switching element 101, 201, 380, 496 closes the current path 160, 260 with low resistance and generates an arc 102 when a predetermined current value is exceeded in the current path 160, 260. In a second step S2 of the activation, the separating element 250, 495 in a circuit composed of an electromechanical switching element 101, 201, 380, 496 and a separating element 250, 495 with a voltage which drops across the electromechanical switching element 101, 201, 380, 496. If there is an arc in the electromechanical switching element 101, 201, 380, 496, a pyrotechnical ignition capsule, for example, can be ignited.

Das Verfahren kann ferner das gesteuerte Schließen des Stromkreises mit einem steuerbaren Schaltelement 211 aufweisen, welches elektrisch zwischen dem elektromechanischen Schaltelement 101, 201, 380, 496 und dem Trennelement 250, 495 angeordnet ist. Zusätzlich kann das steuerbare Schaltelement 211 über eine Eingangsschaltung 213 angesteuert werden, welche ein Steuersignal empfangen kann und das steuerbare Schaltelement 211 entsprechend dem empfangenen Steuersignal ansteuert.The method can further include the controlled closing of the circuit with a controllable switching element 211 which is electrically arranged between the electromechanical switching element 101, 201, 380, 496 and the isolating element 250, 495. In addition, the controllable switching element 211 can be controlled via an input circuit 213, which can receive a control signal and controls the controllable switching element 211 according to the received control signal.

Um bei der Ansteuerung des steuerbaren Schaltelements 211 keine hohen Spannungen an die Ansteuer-Ebene zu übertragen, kann ein Signaleingang 214 der Eingangsschaltung 213 von dem steuerbaren Schaltelement 211 mit einem Entkoppel-Element 216 entkoppelt werden. Die Eingangsschaltung 213 kann dabei über ein Gleichrichterelement 217 und einen zwischen dem Gleichrichterelement 217 und dem Entkoppel-Element 216 angeordneten elektrischen Energiespeicher 218, insbesondere einen Kondensator, das Steuersignal gleichrichten.A signal input 214 of the input circuit 213 can be decoupled from the controllable switching element 211 with a decoupling element 216 so that no high voltages are transmitted to the control level when the controllable switching element 211 is driven. The input circuit 213 can rectify the control signal via a rectifier element 217 and an electrical energy store 218, in particular a capacitor, arranged between the rectifier element 217 and the decoupling element 216.

Um das Verfahren unabhängig von der Polarität in dem Strompfad 160, 260 zu machen, kann die Spannung in dem Stromkreis, welcher das steuerbare Schaltelement 211 und das elektromechanische Schaltelement 101, 201, 380, 496 und das Trennelement 250, 495 aufweist, gleichgerichtet werden.In order to make the method independent of the polarity in the current path 160, 260, the voltage in the circuit, which has the controllable switching element 211 and the electromechanical switching element 101, 201, 380, 496 and the isolating element 250, 495, can be rectified.

4 zeigt ein Blockschaltbild eines elektromechanischen Schaltelements 380 zur Verwendung mit einer Ansteuervorrichtung 100, 200. Das elektromechanische Schaltelement 380 ist als vierpoliger Schütz ausgebildet, weist also zwei Lastpfade auf. Dazu weist das elektromechanische Schaltelement 380 für jeden Lastpfad zwei Lastanschlüsse 381, 382 und 383, 384 auf. Die Lastanschlüsse sind an einer für den jeweiligen Lastpfad vorgesehenen Schaltkammer 385, 386 angeordnet. In den Schaltkammern ist jeweils eine entsprechende bewegliche Kontaktbrücke 387, 388 angeordnet. Die Kontaktbrücken 387, 388 sind mechanisch miteinander gekoppelt und elektrisch durch einen Isolationssteg 390 getrennt. 4 shows a block diagram of an electromechanical switching element 380 for use with a control device 100, 200. The electromechanical switching element 380 is designed as a four-pole contactor, ie has two load paths. For this purpose, the electromechanical switching element 380 has two load terminals 381, 382 and 383, 384 for each load path. The load connections are arranged on a switching chamber 385, 386 provided for the respective load path. A corresponding movable contact bridge 387, 388 is arranged in each of the switching chambers. The contact bridges 387, 388 are mechanically coupled to one another and electrically separated by an insulating web 390.

Bei einer Bewegung der Kontaktbrücken 387, 388 bewegen sich diese folglich gleichsinnig, also in die gleiche Richtung. Um die Bewegung der Kontaktbrücken 387, 388 zu ermöglichen, ist eine Spule 389 bzw. ein Elektromagnet vorgesehen, bei dessen Bestromung die Kontaktbrücken 387, 388 derart bewegt werden, dass sie die jeweiligen Lastanschlüsse 381, 382 und 383, 384 elektrisch überbrücken.When the contact bridges 387, 388 move, they consequently move in the same direction, ie in the same direction. In order to enable the movement of the contact bridges 387, 388, a coil 389 or an electromagnet is provided, when energized the contact bridges 387, 388 are moved in such a way that they electrically bridge the respective load terminals 381, 382 and 383, 384.

Bei dem elektromechanischen Schaltelement 380 liegen die Lastanschlüsse 381, 382 und 383, 384 auf gegenüberliegenden Seiten des elektromechanischen Schaltelements 380. Da die Bewegung der Kontaktbrücken 387, 388 aber gleichsinnig verläuft, können nur die Lastanschlüsse 381, 382 in der Schaltkammer 385 direkt durch die Kontaktbrücke 387 überbrückt werden. In der Schaltkammer 386 sind die Lastanschlüsse 383, 384 daher zweigeteilt, sodass sich jeweils ein Kontaktteil der Lastanschlüsse 383, 384 in dem Bewegungspfad der Kontaktbrücke 388 befindet. Diese Kontaktteile sind elektrisch mit den von außen zugänglichen Teilen der Lastanschlüsse 383, 384 verbunden.In the case of the electromechanical switching element 380, the load connections 381, 382 and 383, 384 are on opposite sides of the electromechanical switching element 380. However, since the movement of the contact bridges 387, 388 runs in the same direction, only the load connections 381, 382 in the switching chamber 385 can go directly through the contact bridge 387 can be bridged. In the switching chamber 386, the load connections 383, 384 are therefore divided in two, so that one contact part of the load connections 383, 384 is in the movement path of the contact bridge 388. These contact parts are electrically connected to the parts of the load terminals 383, 384 which are accessible from the outside.

Das elektromechanische Schaltelement 380 kann gleichzeitig zwei Strompfade schließen bzw. öffnen. Der Effekt der Levitation kann dabei auftreten, wenn in einem der Strompfade die Stromstärke den entsprechenden Grenzwert übersteigt. Gleichzeitig kann mit dem elektromechanischen Schaltelement 380 die Menge an Kupfer für die Spule reduziert werden, da lediglich eine Spule benötigt wird. Gleichzeitig ergibt sich dadurch eine Gewichts- und Bauraumersparnis und die Ansteuerung vereinfacht sich.The electromechanical switching element 380 can simultaneously close or open two current paths. The effect of levitation can occur if the current strength in one of the current paths exceeds the corresponding limit value. Equal At the same time, the amount of copper for the coil can be reduced with the electromechanical switching element 380 since only one coil is required. At the same time, this results in weight and installation space savings and the control is simplified.

Mit dem elektromechanischen Schaltelement 380 und der vorliegenden Erfindung können folglich zwei Strompfade gleichzeitig mit nur einem Schaltelement 380 sehr einfach überwacht werden.Consequently, with the electromechanical switching element 380 and the present invention, two current paths can be monitored very easily at the same time with only one switching element 380 .

5 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren elektromechanischen Schaltelements 496 zur Verwendung mit einer Ansteuervorrichtung 100, 200. Das elektromechanische Schaltelement 496 basiert auf einem Bimetallelement 492. Das Bimetallelement 492 ist an einem Hotspot der Stromschiene 491 angebracht. Unter einem Hotspot ist ein Punkt zu verstehen, der bei einem definierten Fehlerstrom eine vorgegebene Temperatur erreicht. 5 shows a block diagram of a further electromechanical switching element 496 for use with a control device 100, 200. The electromechanical switching element 496 is based on a bimetallic element 492. The bimetallic element 492 is attached to a hotspot of the busbar 491. A hotspot is a point that reaches a specified temperature with a defined fault current.

In dem Verformungspfad des Bimetallelements 492 ist ein Schaltelement 493, z.B. ein Taster, angeordnet. Das Schaltelement 493 ist ferner über eine Signalleitung 494 mit einem Trennelement 495 gekoppelt.A switching element 493, e.g. a button, is arranged in the deformation path of the bimetallic element 492. The switching element 493 is also coupled to an isolating element 495 via a signal line 494 .

Verformt sich das Bimetallelement 492 betätigt es ab einem vorgegebenen Punkt das Schaltelement 493. In diesem Moment wird ein Signal an das Trennelement 496 übermittelt und der Strompfad unterbrochen.If the bimetallic element 492 deforms, it actuates the switching element 493 from a predetermined point. At this moment, a signal is transmitted to the isolating element 496 and the current path is interrupted.

Mit Hilfe des Bimetallelements 492 kann eine aktive Ansteuerung des Trennelements, z.B. im Crash-Fall, ersetzt werden. Sobald der Strompfad einen Fehlerstrom aufweist, der über der Auslöseschwelle liegt, verformt sich das Bimetallelement 492 und betätigt das Schaltelement 493.With the help of the bimetallic element 492, active activation of the separating element, e.g. in the event of a crash, can be replaced. As soon as the current path has a fault current that is above the triggering threshold, bimetallic element 492 deforms and actuates switching element 493.

Da es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft gewählt.Since the devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, they can be modified to a large extent in the usual manner by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the size ratios of the individual elements to one another are only chosen as examples.

BezugszeichenlisteReference List

100,200100,200
Ansteuervorrichtungdriving device
101, 201101, 201
elektromechanisches Schaltelementelectromechanical switching element
102102
LichtbogenElectric arc
103103
erstes Koppelelementfirst coupling element
104104
zweites Koppelelement second coupling element
205205
Trennsystem separation system
211211
steuerbares Schaltelementcontrollable switching element
212212
WiderstandResistance
213213
Eingangsschaltunginput circuit
214214
Signaleingangsignal input
215215
Steuerausgangcontrol output
216216
Entkoppel-Elementdecoupling element
217217
Gleichrichterelementrectifier element
218218
Energiespeicherenergy storage
219,220219,220
WiderstandResistance
221221
Gleichrichterrectifier
222,223222,223
Widerstand Resistance
250250
Trennelementseparator
253253
pyrotechnische Zündkapsel pyrotechnic primer
160, 260160, 260
elektrischer Strompfad electrical current path
380380
elektromechanisches Schaltelementelectromechanical switching element
381, 382, 383, 384381, 382, 383, 384
Lastanschlüsseload terminals
385, 386385, 386
Schaltkammerswitching chamber
387, 388387, 388
Kontaktbrückecontact bridge
389389
SpuleKitchen sink
390390
Isolationsstegisolation bar
496496
elektromechanisches Schaltelementelectromechanical switching element
491491
Stromschienepower rail
492492
Bimetallbimetal
493493
Schaltelementswitching element
494494
Signalleitungsignal line
495495
Trennelement separator
S1, S2S1, S2
Verfahrensschritteprocess steps

Claims (15)

Ansteuervorrichtung (100, 200) für ein Trennelement (250, 495) zum Öffnen eines elektrischen Strompfads (160, 260), welches einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, aufweisend: ein elektromechanisches Schaltelement (101, 201, 380, 496), welches elektrisch in dem Strompfad (160, 260) angeordnet ist und ausgebildet ist, im Normalbetrieb den Strompfad (160, 260) niederohmig zu schließen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad (160, 260) mittels Levitation einen Lichtbogen (102) zu erzeugen, und ein erstes Koppelelement (103), welches in dem Strompfad (160, 260) elektrisch vor dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) angeordnet ist und mit dem ersten Anschluss des Trennelements (250, 495) koppelbar ist, und ein zweites Koppelelement (104), welches in dem Strompfad (160, 260) elektrisch nach dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) angeordnet ist und mit dem zweiten Anschluss des Trennelements (250, 495) koppelbar ist.Activation device (100, 200) for a separating element (250, 495) for opening an electrical current path (160, 260), which has a first connection and a second connection, having: an electromechanical switching element (101, 201, 380, 496), which is arranged electrically in the current path (160, 260) and is designed in to close the current path (160, 260) with low resistance during normal operation and to generate an arc (102) by means of levitation when a predetermined current value is exceeded in the current path (160, 260), and a first coupling element (103) which is in the current path (160, 260) is arranged electrically in front of the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and can be coupled to the first connection of the isolating element (250, 495), and a second coupling element (104) which is in the current path (160, 260) is arranged electrically after the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and can be coupled to the second terminal of the isolating element (250, 495). Ansteuervorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, aufweisend ein steuerbares Schaltelement (211), welches elektrisch zwischen dem ersten Koppelelement (103) und dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) oder dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) und dem zweiten Koppelelement (104) angeordnet ist.Control device (100, 200) after claim 1 , having a controllable switching element (211) which is electrically connected between the first coupling element (103) and the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) or the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and the second coupling element (104 ) is arranged. Ansteuervorrichtung (100, 200) nach Anspruch 2, aufweisend eine Eingangsschaltung (213), welche ausgebildet ist, ein Steuersignal zu empfangen und das steuerbare Schaltelement (211) entsprechend dem empfangenen Steuersignal anzusteuern.Control device (100, 200) after claim 2 , Having an input circuit (213) which is designed to receive a control signal and to control the controllable switching element (211) according to the received control signal. Ansteuervorrichtung (100, 200) nach Anspruch 3, wobei die Eingangsschaltung (213) einen Signaleingang (214) und einen Steuerausgang (215) und ein zwischen dem Signaleingang (214) und dem Steuerausgang (215) angeordnetes Entkoppel-Element (216) aufweist, welches ausgebildet ist, den Signaleingang (214) von dem Steuerausgang (215) zu trennen.Control device (100, 200) after claim 3 , wherein the input circuit (213) has a signal input (214) and a control output (215) and a decoupling element (216) which is arranged between the signal input (214) and the control output (215) and is designed to to separate from the control output (215). Ansteuervorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei der Signaleingang (214) ein Gleichrichterelement (217) und einen zwischen dem Gleichrichterelement (217) und dem Entkoppel-Element (216) angeordneten elektrischen Energiespeicher (218), insbesondere einen Kondensator, aufweist.Control device (100, 200) according to one of claims 3 and 4 , wherein the signal input (214) has a rectifier element (217) and between the rectifier element (217) and the decoupling element (216) arranged electrical energy store (218), in particular a capacitor. Ansteuervorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend einen Gleichrichter (221), welcher zwischen dem steuerbaren Schaltelement (211) und dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) angeordnet ist.Activation device (100, 200) according to one of the preceding claims, having a rectifier (221) which is arranged between the controllable switching element (211) and the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496). Trennsystem (205) zum Öffnen eines elektrischen Strompfads (160, 260), aufweisend: ein Trennelement (250, 495), welches elektrisch in dem Strompfad (160, 260) angeordnet ist und einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei das Trennelement (250, 495) ausgebildet ist, bei Ansteuerung den Strompfad (160, 260) zu trennen, und eine Ansteuervorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche.Separation system (205) for opening an electrical current path (160, 260), comprising: an isolating element (250, 495) which is arranged electrically in the current path (160, 260) and has a first connection and a second connection, the isolating element (250, 495) being designed to cut off the current path (160, 260) when activated to separate, and a control device (100, 200) according to any one of the preceding claims. Trennsystem (205) nach Anspruch 7, wobei das Trennelement (250, 495) eine pyrotechnische Zündkapsel (253) aufweist, welche mit der Ansteuervorrichtung (100, 200) gekoppelt ist.Separation system (205) after claim 7 , wherein the separating element (250, 495) has a pyrotechnic primer (253) which is coupled to the control device (100, 200). Verfahren zum Öffnen eines elektrischen Strompfads (160, 260) mit einem Trennelement (250, 495), welches einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, aufweisend die Schritte: Schließen (S1) des Strompfads (160, 260) mit einem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496), welches im Normalbetrieb den Strompfad (160, 260) niederohmig schließt und bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad (160, 260) einen Lichtbogen (102) mittels Levitation erzeugt, und Ansteuern (S2) des Trennelements (250, 495) in einem Stromkreis aus elektromechanischem Schaltelement (101, 201, 380, 496) und Trennelement (250, 495) mit einer Spannung, welche über dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) abfällt.Method for opening an electrical current path (160, 260) with a separating element (250, 495) which has a first connection and a second connection, comprising the steps: Closing (S1) of the current path (160, 260) with an electromechanical switching element (101, 201, 380, 496), which in normal operation closes the current path (160, 260) with low resistance and when a predetermined current value in the current path (160, 260 ) generates an arc (102) by means of levitation, and Activation (S2) of the separating element (250, 495) in a circuit made up of an electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and separating element (250, 495) with a voltage which is across the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496 ) falls off. Verfahren nach Anspruch 9, aufweisend das gesteuerte Schließen des Stromkreises mit einem steuerbaren Schaltelement (211), welches elektrisch zwischen dem elektromechanischen Schaltelement (101, 201, 380, 496) und dem Trennelement (250, 495) angeordnet ist.procedure after claim 9 Having the controlled closing of the circuit with a controllable switching element (211), which is arranged electrically between the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and the separating element (250, 495). Verfahren nach Anspruch 10, aufweisend das Ansteuern des steuerbaren Schaltelements (211) über eine Eingangsschaltung (213), welche ein Steuersignal empfangen kann und das steuerbare Schaltelement (211) entsprechend dem empfangenen Steuersignal ansteuert, und insbesondere aufweisend das elektrische Entkoppeln eines Signaleingangs (214) der Eingangsschaltung (213) und des steuerbaren Schaltelements (211) mit einem Entkoppel-Element (216).procedure after claim 10 , having the actuation of the controllable switching element (211) via an input circuit (213) which can receive a control signal and which actuates the controllable switching element (211) according to the received control signal, and in particular having the electrical decoupling of a signal input (214) of the input circuit (213 ) and the controllable switching element (211) with a decoupling element (216). Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Signaleingang (214) über ein Gleichrichterelement (217) und einen zwischen dem Gleichrichterelement (217) und dem Entkoppel-Element (216) angeordneten elektrischen Energiespeicher (218), insbesondere einen Kondensator, das Steuersignal gleichrichtet.procedure after claim 11 , wherein the signal input (214) via a rectifier element (217) and between the rectifier element (217) and the decoupling element (216) arranged electrical energy store (218), in particular a capacitor, rectifies the control signal. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 10 bis 12, aufweisend das Gleichrichten der Spannung in dem Stromkreis, welcher das steuerbare Schaltelement (211) und das elektromechanische Schaltelement (101, 201, 380, 496) und das Trennelement (250, 495) aufweist.Procedure according to any of the previous ones Claims 10 until 12 , comprising rectifying the voltage in the circuit that carries the controllable switching element (211) and the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) and the separating element (250, 495). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 13, aufweisend das Zünden einer pyrotechnischen Zündkapsel (253) beim Ansteuern des Trennelements (250, 495).Procedure according to any of the previous ones claims 9 until 13 , comprising igniting a pyrotechnic primer (253) upon activation of the separating element (250, 495). Verwendung eines elektromechanischen Schaltelements (101, 201, 380, 496) als Stromsensor zur Detektion eines Fehlerstroms in einem Strompfad (160, 260), wobei das elektromechanische Schaltelement (101, 201, 380, 496) eingerichtet ist, im Normalbetrieb den Strompfad (160, 260) niederohmig zu schließen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes in dem Strompfad (160, 260) mittels Levitation einen Lichtbogen (102) zu erzeugen.Use of an electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) as a current sensor for detecting a fault current in a current path (160, 260), wherein the electromechanical switching element (101, 201, 380, 496) is set up to switch the current path (160 , 260) and to generate an arc (102) by means of levitation when a predetermined current value is exceeded in the current path (160, 260).
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