DE102022001404A1

DE102022001404A1 - Separating device, separating arrangement for a high-voltage system and method for a separating arrangement

Info

Publication number: DE102022001404A1
Application number: DE102022001404.1A
Authority: DE
Inventors: Heiko Witzenhausen; Oliver Mzyk; Uwe Schmidt
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2023-10-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung (100) für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, wenigstens umfassend eine bewegliche Kontaktbrücke (10), die in einem geschlossenen Betriebszustand der Trenneinrichtung (100) mit einem ersten Festkontakt (12) und einem zweiten Festkontakt (14) elektrisch leitend verbunden ist, eine Lichtbogenlöschkammer (30), welche einen Kontaktbereich (34) um die Kontaktbrücke (10) und die beiden Festkontakte (12, 14) umschließt, einen Kühlluftkanal (42), welcher entlang der Kontaktbrücke (10) verläuft und auf einer den beiden Festkontakten (12, 14) abgewandten Seite der Kontaktbrücke (10) angeordnet ist, und einen Ventilator (40), welcher in dem Kühlluftkanal (42) angeordnet ist und der einen Luftstrom (44) zur Kühlung der Kontaktbrücke (10) erzeugt, wobei die Kontaktbrücke (10) so ausgebildet ist, dass diese die Lichtbogenlöschkammer (30) in einem geöffneten Betriebszustand der Trenneinrichtung (100) gegen den Kühlluftkanal (42) verschließt.Die Erfindung betrifft ferner eine Trennanordnung (200) mit einer Trenneinrichtung (100) sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Trennanordnung (200).The invention relates to a disconnecting device (100) for a high-voltage system of an electrically driven vehicle, comprising at least one movable contact bridge (10), which is electrically connected to a first fixed contact (12) and a second fixed contact (14) when the disconnecting device (100) is in a closed operating state is conductively connected, an arc extinguishing chamber (30), which encloses a contact area (34) around the contact bridge (10) and the two fixed contacts (12, 14), a cooling air duct (42), which runs along the contact bridge (10) and on a is arranged on the side of the contact bridge (10) facing away from the two fixed contacts (12, 14), and a fan (40), which is arranged in the cooling air duct (42) and which generates an air flow (44) for cooling the contact bridge (10), wherein the contact bridge (10) is designed such that it closes the arc extinguishing chamber (30) against the cooling air duct (42) when the separating device (100) is in an open operating state. The invention further relates to a separating arrangement (200) with a separating device (100) and a method for operating a separation arrangement (200).

Description

Die Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, eine Trennanordnung mit einer Trenneinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Trennanordnung.The invention relates to a separation device for a high-voltage system of an electrically driven vehicle, a separation arrangement with a separation device and a method for operating a separation arrangement.

Um eine Hochvoltbatterie eines Elektrofahrzeugs auch in allen Fehlerfällen oder nach einem Kurzschluss allpolig abzutrennen gibt es unterschiedliche Schalt- und Trennelemente. Normale Betriebsströme werden endlich oft reversibel über Magnetspulenschütze abgeschaltet. Mittlere und hohe Kurzschlussströme werden entweder passiv über eine Schmelzsicherung oder nach Detektion des Kurzschlusses mithilfe eines Sensors über einen explizit angesteuerten Aktor getrennt.In order to disconnect all poles of a high-voltage battery in an electric vehicle in the event of a fault or after a short circuit, there are different switching and disconnecting elements. Normal operating currents are often reversibly switched off via solenoid contactors. Medium and high short-circuit currents are separated either passively via a fuse or after detection of the short circuit using a sensor via an explicitly controlled actuator.

Die klassische Auslegung einer Schmelzsicherung erreicht jedoch schon bei Ladestromstärken von 500 A ihre Grenze. Insbesondere während das Fahrzeug an die Ladeinfrastruktur angeschlossen ist, gibt es hohe Anforderungen an eine maximale Abschaltzeit während eines Kurzschlussstromereignisses (vgl. DIN EN ISO 17409:2020-10 ). Eine Sicherung, die flink genug ist, um diese Anforderungen zu erfüllen, darf üblicherweise nicht sehr oft oberhalb von 500 A betrieben werden. Andernfalls kann die Lebensdauer der Komponente nicht über das gesamte Fahrzeugleben gewährleistet werden.However, the classic design of a fuse reaches its limit at charging currents of 500 A. Particularly while the vehicle is connected to the charging infrastructure, there are high requirements for a maximum switch-off time during a short-circuit current event (cf. DIN EN ISO 17409:2020-10 ). A fuse that is fast enough to meet these requirements typically cannot be operated above 500A very often. Otherwise, the service life of the component cannot be guaranteed over the entire life of the vehicle.

Wird nach einer Detektion des Kurzschlusses mithilfe einer Sensorik ein Aktor angesteuert, gibt es keinen direkten Zusammenhang mehr zwischen Wärmeeintrag und Auslösegeschwindigkeit wie bei einer herkömmlichen Schmelzsicherung. Beispielsweise wird häufig im Falle eines Kurzschlussstromereignisses ein pyrotechnisches Trennelement (Pyrofuse) gezündet. Dabei wird üblicherweise keine Schmelzsicherung mehr verbaut, die eventuell die Ladegeschwindigkeit einschränken könnte. Die Funktionsweise eines pyrotechnischen Trennelements sieht im Inneren der Komponente eine Stromschiene mit einer Sollbruchstelle vor. Durch das Zünden einer pyrotechnischen Ladung wird in einer geschlossenen Kammer eine große Menge heißen Gases erzeugt. Diese Druckwelle treibt eine Guillotine durch die Sollbruchstelle der Stromschiene. Auf diese Weise wird der Kurzschlussstrom getrennt.If an actuator is controlled using a sensor after the short circuit has been detected, there is no longer a direct connection between heat input and tripping speed as with a conventional fuse. For example, a pyrotechnic separating element (pyrofuse) is often ignited in the event of a short-circuit current event. Usually there is no longer a fuse installed, which could possibly limit the charging speed. The way a pyrotechnic separating element works is that there is a busbar with a predetermined breaking point inside the component. Igniting a pyrotechnic charge produces a large amount of hot gas in a closed chamber. This pressure wave drives a guillotine through the predetermined breaking point of the busbar. In this way the short-circuit current is separated.

Gleichzeitig bedeutet die Sollbruchstelle der Stromschiene im Komponenteninneren, die zum Beispiel durch eine Perforation oder durch eine Engstelle ausgeführt sein kann, einen Hotspot während des Betriebs. Durch den lokal verringerten Querschnitt im Strompfad entsteht genau an dieser Stelle die höchste Verlustleistung. Ströme von 500 A sind in einer solchen Komponente zwar durchaus darstellbar. Wenn aber die Stromstärke auf die erwähnten Regionen von mindestens 1000 A erhöht werden soll, ergeben sich hier inhärente Schwierigkeiten. Eine natürliche Grenze für die Erwärmung der Komponente stellt dabei die Selbstauslösetemperatur der pyrotechnischen Ladung dar. Erreicht diese lokal eine Temperatur von 300 °C, muss von einer spontanen Zündung und der damit verbundenen Zerstörung gerechnet werden. Einer Auslegung der Pyrofuse mit besonders hohen Strömen und dem damit verbundenen sehr hohen Wärmeeintrag erscheint dementsprechend schwierig.At the same time, the predetermined breaking point of the busbar inside the component, which can be formed, for example, by a perforation or a bottleneck, represents a hotspot during operation. Due to the locally reduced cross-section in the current path, the highest power loss occurs at exactly this point. Currents of 500 A are certainly possible in such a component. However, if the current intensity is to be increased to the mentioned regions of at least 1000 A, inherent difficulties arise here. A natural limit for the heating of the component is the self-triggering temperature of the pyrotechnic charge. If this locally reaches a temperature of 300 °C, spontaneous ignition and the associated destruction must be expected. It therefore appears difficult to design the pyrofouse with particularly high currents and the associated very high heat input.

Eine Alternative zur Pyrofuse stellt ein magnetisch ausgelöster Kurzschluss-Schutzschalter dar, der auch unter Last sehr schnell und öfter trennen kann. Hierbei handelt es sich im Kern um ein reguläres Gleichstromschütz, das einen Hochstromkontakt über eine Kontaktbrücke schließt. Die Kontaktbrücke wird über das Magnetfeld einer elektrischen Spule bewegt und im unbestromten Zustand der Spule beispielsweise durch eine Spiralfeder in der „offen“-Position gehalten. Um auch Kurzschlüsse von bis zu 25 kA trennen zu können, besitzt dieses Schütz eine besondere Vorrichtung zum Löschen des Lichtbogens. Über ein Magnetfeld wird der Lichtbogen nach dem Öffnen des Kontakts auf einer definierten Bahn nach Außen gedrängt. Dabei bewegt er sich entlang einer V-förmigen Ausprägung der Kontaktbrücke und wird so gezwungen, eine deutlich höhere Luftstrecke zu überbrücken. Am Ende der Kontaktbrücke befinden sich als Löschbleche sogenannte Splitter-Plates, die den Lichtbogen in viele kleinere Lichtbögen auftrennen und so zum Erlöschen bringen. Zusätzlich befindet sich im Inneren der Komponente ein Hall-Stromsensor. Wenn dieser einen Strom oberhalb einer Grenze von ca. 1700 A detektiert, wird automatisch die Spule deaktiviert und der Kurzschluss getrennt.An alternative to the Pyrofuse is a magnetically triggered short-circuit protection switch, which can disconnect very quickly and often even under load. At its core, this is a regular DC contactor that closes a high-current contact via a contact bridge. The contact bridge is moved via the magnetic field of an electrical coil and, when the coil is de-energized, is held in the “open” position by a spiral spring, for example. In order to be able to separate short circuits of up to 25 kA, this contactor has a special device for extinguishing the arc. After the contact opens, the arc is pushed outwards along a defined path via a magnetic field. It moves along a V-shaped shape of the contact bridge and is thus forced to bridge a significantly higher air distance. At the end of the contact bridge there are so-called splitter plates as extinguishing plates, which separate the arc into many smaller arcs and thus cause it to go out. There is also a Hall current sensor inside the component. If it detects a current above a limit of approx. 1700 A, the coil is automatically deactivated and the short circuit is separated.

Da das Konzept des sensorisch ausgelösten Kurzschluss-Schutzschalters keine inhärenten Temperaturgrenzen, wie zum Beispiel die Selbstentzündungstemperatur bei einer Pyrofuse, hat, lässt es sich durch geeignete Auswahl von temperaturstabilen Materialien und einer starken Kühlung auch für höhere Betriebsströme anpassen.Since the concept of the sensor-triggered short-circuit circuit breaker has no inherent temperature limits, such as the self-ignition temperature in a pyrofoam, it can also be adapted for higher operating currents through the appropriate selection of temperature-stable materials and strong cooling.

Eine weitere Methode für eine hoch effektive Kühlung von elektrischen Hochvolt-Komponenten stellt die Direktkühlung mithilfe von nichtleitenden Flüssigkeiten dar. Der große Nachteil dieser Direktkühlung sind die damit verbundenen sehr hohen Kosten für die nichtleitende Flüssigkeit und die aufwändige Abdichtung der Bauteile.Another method for highly effective cooling of high-voltage electrical components is direct cooling using non-conductive liquids. The major disadvantage of this direct cooling is the associated very high costs for the non-conductive liquid and the complex sealing of the components.

Die DE1033311B offenbart ein Hochleistungsschütz mit pressluftgekühlten Kontaktstücken, das sich durch besonders wirksame Kühlung bei verhältnismäßig einfachem Ausbau auszeichnet. Dabei sind an den festen Kontaktstücken Kühlkörper angebracht, die die kühlende Pressluft durch in ihnen angebrachte Kanäle unter Verwendung der Kontaktbrücke und der Seiten einer Lichtbogenkammer als Luftstromleitflächen auf die Kontaktflächen lenken.The DE1033311B discloses a high-performance contactor with compressed air-cooled contact pieces, which is characterized by particularly effective cooling and relatively easy removal. There are heat sinks attached to the fixed contact pieces which direct the cooling compressed air onto the contact surfaces through channels installed in them using the contact bridge and the sides of an arc chamber as air flow guide surfaces.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trenneinrichtung für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs zu schaffen, welche bei hohen Strömen sicher trennen kann.One object of the invention is to create a disconnecting device for a high-voltage system of an electrically driven vehicle, which can safely disconnect at high currents.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Trennanordnung mit einer Trenneinrichtung zu schaffen, welche bei hohen Strömen sicher trennen kann.Another task is to create a separation arrangement with a separation device which can safely separate at high currents.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Trennanordnung mit einer Trenneinrichtung anzugeben, welches eine sichere Trennung bei hohen Strömen ermöglicht.A further object is to provide a method for operating a separation arrangement with a separation device, which enables reliable separation at high currents.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The aforementioned tasks are solved with the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable refinements and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Trenneinrichtung für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wenigstens umfassend eine bewegliche Kontaktbrücke, die in einem geschlossenen Betriebszustand der Trenneinrichtung mit einem ersten Festkontakt und einem zweiten Festkontakt elektrisch leitend verbunden ist und einen Hauptstrompfad von dem ersten Festkontakt zu dem zweiten Festkontakt bildet, eine Lichtbogenlöschkammer, welche einen Kontaktbereich um die Kontaktbrücke und die beiden Festkontakte umschließt, einen Kühlluftkanal, welcher entlang der Kontaktbrücke verläuft und auf einer den beiden Festkontakten abgewandten Seite der Kontaktbrücke angeordnet ist, und einen Ventilator, welcher in dem Kühlluftkanal angeordnet ist und der einen Luftstrom zur Kühlung der Kontaktbrücke erzeugt. Dabei ist die Kontaktbrücke so ausgebildet, dass diese die Lichtbogenlöschkammer in einem geöffneten Betriebszustand der Trenneinrichtung gegen den Kühlluftkanal verschließt.According to one aspect of the invention, a disconnecting device for a high-voltage system of an electrically driven vehicle is proposed, comprising at least one movable contact bridge, which is electrically conductively connected to a first fixed contact and a second fixed contact in a closed operating state of the disconnecting device and a main current path from the first fixed contact forms the second fixed contact, an arc quenching chamber which encloses a contact area around the contact bridge and the two fixed contacts, a cooling air duct which runs along the contact bridge and is arranged on a side of the contact bridge facing away from the two fixed contacts, and a fan which is arranged in the cooling air duct and which generates an air flow to cool the contact bridge. The contact bridge is designed in such a way that it closes the arc quenching chamber against the cooling air duct when the separating device is in an open operating state.

Auf der Basis des Konzepts eines sensorisch ausgelösten Kurzschluss-Schutzschalters wird eine Trenneinrichtung vorgeschlagen, welche über eine direkte Luftkühlung mit gerichtetem Luftstrom an der Kontaktbrücke gekühlt werden kann. Im geschlossenen Betriebszustand überbrückt die Kontaktbrücke die beiden elektrischen Festkontakte. Ein oder mehrere Federelemente befinden sich dabei im angespannten Zustand. Die Kontaktbrücke wird durch eine bestromte elektromagnetische Antriebseinheit, beispielsweise eine elektrische Spule mit einem beweglichen Eisenkern, gegen die elektrischen Festkontakte gepresst. In diesem Zustand kann die Kontaktbrücke vorteilhaft vom Luftstrom eines oder mehrerer Ventilatoren umströmt und damit gekühlt werden.Based on the concept of a sensor-triggered short-circuit protection switch, a disconnecting device is proposed, which can be cooled via direct air cooling with a directed air flow at the contact bridge. In the closed operating state, the contact bridge bridges the two electrical fixed contacts. One or more spring elements are in a tensioned state. The contact bridge is pressed against the fixed electrical contacts by an energized electromagnetic drive unit, for example an electrical coil with a movable iron core. In this state, the air flow from one or more fans can advantageously flow around the contact bridge and thus be cooled.

Damit kann vorteilhaft die Schwachstelle des Ursprungskonzepts, nämlich, dass die Kontaktbrücke im Vergleich zum Rest des Strompfades deutlich schlechter thermisch angebunden ist und aufgrund der zur Trennung erforderlichen Beweglichkeit den geringsten Querschnitt und damit die höchste Verlustleistung aufweist, überwunden werden.This can advantageously overcome the weak point of the original concept, namely that the contact bridge has a significantly poorer thermal connection compared to the rest of the current path and, due to the mobility required for separation, has the smallest cross section and therefore the highest power loss.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Trenneinrichtung können die Festkontakte eine Fluidkühlung aufweisen und/oder mit einer Fluidkühlung verbunden sein.According to an advantageous embodiment of the separating device, the fixed contacts can have fluid cooling and/or be connected to fluid cooling.

Zusätzlich kann für die Festkontakte eine aktive Flüssigkeitskühlung vorgesehen werden. Über ein elektrisch isoliertes Interfacematerial kann so an den angeschlossenen Stromschienen großflächig die Verlustleistung abgeführt werden.In addition, active liquid cooling can be provided for the fixed contacts. The power loss can be dissipated over a large area on the connected busbars via an electrically insulated interface material.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Trennanordnung mit einer Trenneinrichtung, sowie einer Strommesseinrichtung und einer Regelungs- und/oder Steuerungseinheit vorgeschlagen, wobei mittels der Strommesseinrichtung ein elektrischer Strom eines Hauptstrompfads der Trenneinrichtung bestimmbar ist. Dabei ist mittels der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit ein Ventilator und/oder eine elektromagnetische Antriebseinheit zum Bewegen einer Kontaktbrücke der Trenneinrichtung steuerbar und/oder regelbar.According to a further aspect of the invention, a separation arrangement with a separation device, as well as a current measuring device and a regulation and/or control unit is proposed, wherein an electrical current of a main current path of the separation device can be determined by means of the current measuring device. A fan and/or an electromagnetic drive unit for moving a contact bridge of the separating device can be controlled and/or regulated by means of the regulation and/or control unit.

Um den Kurzschlussstrom zu trennen, weist die vorgeschlagene Trennanordnung einen Sensor zur Detektion des Kurzschlusses, beispielsweise eine Strommesseinrichtung und eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit auf, die dann die Trennung herbeiführt.In order to separate the short-circuit current, the proposed separation arrangement has a sensor for detecting the short circuit, for example a current measuring device and a regulation and/or control unit, which then brings about the separation.

Damit die Lichtbögen, die beim Öffnen der Kontakte entstehen, designgemäß entlang der V-förmigen Anordnungen der Kontaktbrücke und der Festkontakte bis zur Lichtbogenlöschkammer geführt werden können, darf die Luftbewegung in dem Kontaktbereich, in dem die elektrischen Kontakte angeordnet sind, nicht zu stark sein, um dem gezielten Wandern des Lichtbogens nicht entgegenzuwirken.So that the arcs that arise when the contacts are opened can be guided along the V-shaped arrangements of the contact bridge and the fixed contacts to the arc extinguishing chamber according to the design, the air movement in the contact area in which the electrical contacts are arranged must not be too strong. in order not to counteract the targeted migration of the arc.

Darum wird nach der Detektion des Kurzschlusses zunächst der Ventilator aktiv in den Stillstand gebremst. Dies kann bereits passieren, während das tatsächliche Kurzschlussereignis noch qualifiziert wird. Ist nach mehrmaligem Messen das Kurzschlussereignis qualifiziert und damit eindeutig als solches identifiziert, wird auch die Spule der elektromagnetischen Antriebseinheit entmagnetisiert, sodass die angespannten Federelemente nun ohne Gegenkraft die Kontaktbrücke aufreißen.That's why after the short circuit is detected, the fan is first actively braked to a standstill. This can happen while the actual short circuit event is still being qualified. If, after repeated measurements, the short-circuit event is qualified and thus clearly identified as such, the coil is also electromagnetic drive unit is demagnetized so that the tense spring elements now tear open the contact bridge without any counterforce.

Wird das Kurzschlussereignis nach einem sogenannten Precursor, einem einmaligen Messwert eines Überstroms, nicht vollständig qualifiziert, weil es beispielsweise einen Messausreißer darstellt, kann der Ventilator sofort wieder auf Drehzahl gebracht werden.If the short-circuit event after a so-called precursor, a one-time measurement of an overcurrent, is not fully qualified because, for example, it represents a measurement outlier, the fan can be brought back to speed immediately.

Die Ausgestaltung der Kontaktbrücke und des Kühlungsluftkanals kann den Öffnungsvorgang vorteilhaft unterstützen. Im geöffneten Betriebszustand verdeckt die Kontaktbrücke den Kontaktbereich, in dem nun die Lichtbögen wandern, fast vollständig, sodass die verbleibende Luftströmung das Wandern der Lichtbögen nicht mehr stören kann.The design of the contact bridge and the cooling air channel can advantageously support the opening process. In the open operating state, the contact bridge almost completely covers the contact area in which the arcs now travel, so that the remaining air flow can no longer disturb the travel of the arcs.

Bei der vorgeschlagenen aktiven Kurzschlusstrennanordnung, welche die Trenneinrichtung mit Lichtbogenlöschkammer sowie Strommesseinrichtung und Regelungs- und/oder Steuerungseinheit umfasst, kann gezielt am Hotspot, nämlich der Kontaktbrücke, gekühlt werden, ohne dass die Trenneigenschaften der Lichtbogenlöschkammer nachteilig beeinflusst werden. Dadurch sind sehr hohe Schnellladeströme von mindestens 1000 A möglich, ohne dass Abstriche in der Trenngeschwindigkeit von Kurzschlüssen gemacht werden müssen.In the proposed active short-circuit separation arrangement, which includes the separation device with an arc quenching chamber as well as a current measuring device and a regulation and/or control unit, cooling can be carried out specifically at the hotspot, namely the contact bridge, without the separation properties of the arc quenching chamber being adversely affected. This makes very high fast charging currents of at least 1000 A possible without having to compromise on the speed at which short circuits are separated.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Trennanordnung kann der Ventilator mittels Messwerten aus der Strommesseinrichtung und/oder einer Temperaturmesseinrichtung steuerbar und/oder regelbar sein.According to an advantageous embodiment of the separation arrangement, the fan can be controllable and/or regulated using measured values from the current measuring device and/or a temperature measuring device.

Um die Verlustleistung und die Geräuschentwicklung im Normalbetrieb zu minimieren, kann der Ventilator auf Basis der Strommesseinrichtung oder auf Basis von anderen Sensoren, beispielsweise einem Temperatursensor, aktiv geregelt werden, da eine aktive Kühlung nur bei Schnellladevorgängen mit maximaler Ladestromstärke erforderlich ist.In order to minimize the power loss and noise development in normal operation, the fan can be actively controlled based on the current measuring device or based on other sensors, for example a temperature sensor, since active cooling is only required during rapid charging processes with maximum charging current.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Trennanordnung mit einer Trenneinrichtung für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit und eine Strommesseinrichtung bedarfsweise auf die Trenneinrichtung einwirken, wobei, wenn mittels der Strommesseinrichtung ein elektrischer Strom eines Hauptstrompfads der Trenneinrichtung bestimmt wird, welcher einen vorgegebenen Stromgrenzwert überschreitet, ein Kurzschlusssignal an die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit weitergeleitet wird. Dadurch wird in einem ersten Schritt von der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit ein Ventilator der Trenneinrichtung deaktiviert, und in einem anschließenden zweiten Schritt eine Kontaktbrücke der Trenneinrichtung geöffnet, und so der Hauptstrompfad unterbrochen. Die Kontaktbrücke verschließt einen Kühlluftkanal der Trenneinrichtung und verhindert ein weiteres Eintragen eines Luftstroms in eine Lichtbogenlöschkammer der Trenneinrichtung.According to a further aspect of the invention, a method for operating a separation arrangement with a separation device for a high-voltage system of an electrically driven vehicle is proposed, wherein a regulation and / or control unit and a current measuring device act on the separation device if necessary, whereby if an electrical Current of a main current path of the separating device is determined, which exceeds a predetermined current limit value, a short-circuit signal is forwarded to the regulation and / or control unit. As a result, in a first step, a fan of the isolating device is deactivated by the regulation and/or control unit, and in a subsequent second step, a contact bridge of the isolating device is opened, thus interrupting the main current path. The contact bridge closes a cooling air channel of the separating device and prevents further entry of an air flow into an arc extinguishing chamber of the separating device.

Bei der Trenneinrichtung wird die Kontaktbrücke über eine direkte Luftkühlung mit gerichtetem Luftstrom gekühlt. Im geschlossenen Betriebszustand überbrückt die Kontaktbrücke die beiden elektrischen Festkontakte. Ein oder mehrere Federelemente befinden sich dabei im angespannten Zustand. Die Kontaktbrücke wird durch eine bestromte elektromagnetische Antriebseinheit, beispielsweise eine elektrische Spule mit einem beweglichen Eisenkern, gegen die elektrischen Festkontakte gepresst. In diesem Zustand kann die Kontaktbrücke vorteilhaft vom Luftstrom eines oder mehrerer Ventilatoren umströmt und damit gekühlt werden.In the separating device, the contact bridge is cooled via direct air cooling with a directed air flow. In the closed operating state, the contact bridge bridges the two electrical fixed contacts. One or more spring elements are in a tensioned state. The contact bridge is pressed against the fixed electrical contacts by an energized electromagnetic drive unit, for example an electrical coil with a movable iron core. In this state, the air flow from one or more fans can advantageously flow around the contact bridge and thus be cooled.

Um den Kurzschlusszustand festzustellen, bestimmt die vorgeschlagene Trennanordnung über einen Sensor zur Detektion des Kurzschlusses, beispielsweise eine Strommesseinrichtung, einen Stromwert. Überschreitet der Stromwert einen vorgegebenen Stromgrenzwert, wird ein Kurzschlusssignal an eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit weitergeleitet, welche dann die Trennung herbeiführt.In order to determine the short-circuit state, the proposed separation arrangement determines a current value via a sensor for detecting the short-circuit, for example a current measuring device. If the current value exceeds a predetermined current limit value, a short-circuit signal is forwarded to a regulation and/or control unit, which then causes the separation.

Damit die Lichtbögen, die beim Öffnen der Kontakte entstehen, designgemäß entlang der V-förmigen Anordnungen der Kontaktbrücke und der Festkontakte bis zur Lichtbogenlöschkammer geführt werden können, darf die Luftbewegung in dem Kontaktbereich, in dem die elektrischen Kontakte angeordnet sind, nicht zu stark sein, um dem gezielten Wandern des Lichtbogens nicht entgegenzuwirken. Darum wird nach der Detektion des Kurzschlusses zunächst der Ventilator aktiv in den Stillstand gebremst.So that the arcs that arise when the contacts are opened can be guided along the V-shaped arrangements of the contact bridge and the fixed contacts to the arc extinguishing chamber according to the design, the air movement in the contact area in which the electrical contacts are arranged must not be too strong. in order not to counteract the targeted migration of the arc. That's why after the short circuit is detected, the fan is first actively braked to a standstill.

Dies kann bereits passieren, während das tatsächliche Kurzschlussereignis noch qualifiziert wird. Ist nach mehrmaligem Messen das Kurzschlussereignis qualifiziert und damit eindeutig als solches identifiziert, wird auch die Spule der elektromagnetischen Antriebseinheit entmagnetisiert, sodass die angespannten Federelemente nun ohne Gegenkraft die Kontaktbrücke aufreißen.This can happen while the actual short circuit event is still being qualified. If, after repeated measurements, the short-circuit event is qualified and thus clearly identified as such, the coil of the electromagnetic drive unit is also demagnetized so that the tense spring elements now tear open the contact bridge without any counterforce.

Wird das Kurzschlussereignis nach einem sogenannten Precursor, einem einmaligen Messwert eines Überstroms, nicht vollständig qualifiziert, weil es beispielsweise einen Messausreißer darstellt, kann der Ventilator sofort wieder auf Drehzahl gebracht werden.If the short-circuit event after a so-called precursor, a one-time measured value of an overcurrent, is not fully qualified because, for example, it represents a measurement outlier, The fan can be brought back to speed immediately.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mittels der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit der Ventilator und/oder eine elektromagnetische Antriebseinheit zum Bewegen der Kontaktbrücke gesteuert und/oder geregelt werden. So kann der Luftstrom vor Öffnen der Kontaktbrücke während des Qualifizierens der Strommesswerte bereits abgebremst und/oder reduziert werden, damit rechtzeitig bei Auftreten des Lichtbogens die Luftbewegung bereits abgenommen hat. Weiter kann die eigentliche Kurzschlusstrennung durch Öffnen der Kontakte zwischen Kontaktbrücke und Festkontakten über die elektromagnetische Antriebseinheit eingeleitet werden.According to an advantageous embodiment of the method, the fan and/or an electromagnetic drive unit for moving the contact bridge can be controlled and/or regulated by means of the regulation and/or control unit. In this way, the air flow can be slowed down and/or reduced before the contact bridge is opened during the qualification of the current measurement values, so that the air movement has already decreased in time when the arc occurs. Furthermore, the actual short-circuit separation can be initiated by opening the contacts between the contact bridge and the fixed contacts via the electromagnetic drive unit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Qualifizierung des mittels der Strommesseinrichtung bestimmten Stromwerts zum Ausschließen einer Fehlmessung vorgenommen werden. Insbesondere kann eine Qualifizierung über eine Anzahl von Messzyklen vorgenommen werden, welche Anzahl höchstens zehn, bevorzugt höchstens fünf, besonders bevorzugt höchstens drei beträgt. Obwohl die Wahrscheinlichkeit, dass die Strommessung einen Defekt aufweist, gering ist, kann eine Qualifizierung der Messergebnisse über wenige Messzyklen möglich und sinnvoll sein.According to an advantageous embodiment of the method, a qualification of the current value determined by means of the current measuring device can be carried out to exclude an incorrect measurement. In particular, qualification can be carried out over a number of measurement cycles, which number is at most ten, preferably at most five, particularly preferably at most three. Although the probability that the current measurement has a defect is low, it may be possible and useful to qualify the measurement results over a few measurement cycles.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Ventilator während der Qualifizierung des Stromwerts bereits deaktiviert werden, wobei der Ventilator wieder aktiviert wird, wenn der Stromwert nicht vollständig qualifizierbar ist. So kann der Luftstrom vor Öffnen der Kontaktbrücke während des Qualifizierens der Strommesswerte bereits abgebremst und/oder reduziert werden, damit rechtzeitig bei Auftreten des Lichtbogens die Luftbewegung bereits abgenommen hat.According to an advantageous embodiment of the method, the fan can already be deactivated during the qualification of the current value, with the fan being activated again if the current value cannot be fully qualified. In this way, the air flow can be slowed down and/or reduced before the contact bridge is opened during the qualification of the current measurement values, so that the air movement has already decreased in time when the arc occurs.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Ventilator mittels Messwerten aus der Strommesseinrichtung und/oder einer Temperaturmesseinrichtung gesteuert und/oder geregelt werden. Um die Verlustleistung und die Geräuschentwicklung im Normalbetrieb zu minimieren, kann der Ventilator auf Basis der Strommesseinrichtung oder auf Basis von anderen Sensoren, beispielsweise einem Temperatursensor, aktiv geregelt werden, da eine aktive Kühlung nur bei Schnellladevorgängen mit maximaler Ladestromstärke erforderlich ist.According to an advantageous embodiment of the method, the fan can be controlled and/or regulated using measured values from the current measuring device and/or a temperature measuring device. In order to minimize the power loss and noise development in normal operation, the fan can be actively controlled based on the current measuring device or based on other sensors, for example a temperature sensor, since active cooling is only required during rapid charging processes with maximum charging current.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following drawing description. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawings. The drawings, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further sensible combinations.

Dabei zeigen:

1 eine Systemübersicht einer Trennanordnung mit einer Trenneinrichtung für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem geschlossenen Betriebszustand; und
2 die Trennanordnung nach 1 in einem geöffneten Betriebszustand.

Show:

1 a system overview of a separation arrangement with a separation device for a high-voltage system of an electrically driven vehicle according to an embodiment of the invention in a closed operating state; and
2 the separation arrangement 1 in an open operating state.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine Systemübersicht einer Trennanordnung 200 mit einer Trenneinrichtung 100 für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem geschlossenen Betriebszustand. 1 shows a system overview of a separation arrangement 200 with a separation device 100 for a high-voltage system of an electrically driven vehicle according to an exemplary embodiment of the invention in a closed operating state.

Die Trenneinrichtung 100 umfasst wenigstens eine bewegliche Kontaktbrücke 10, die in einem geschlossenen Betriebszustand der Trenneinrichtung 100 mit einem ersten Festkontakt 12 und einem zweiten Festkontakt 14 elektrisch leitend verbunden ist. Die Kontaktbrücke 10 bildet einen Hauptstrompfad 60 von dem ersten Festkontakt 12 zu dem zweiten Festkontakt 14. Weiter weist die Trenneinrichtung 100 eine Lichtbogenlöschkammer 30 auf, welche einen Kontaktbereich 34 um die Kontaktbrücke 10 und die beiden Festkontakte 12, 14 umschließt, sowie einen Kühlluftkanal 42, welcher entlang der Kontaktbrücke 10 verläuft und auf einer den beiden Festkontakten 12, 14 abgewandten Seite der Kontaktbrücke 10 angeordnet ist. Außerdem weist die Trenneinrichtung 100 einen Ventilator 40 auf, welcher in dem Kühlluftkanal 42 angeordnet ist und der einen Luftstrom 44 zur Kühlung der Kontaktbrücke 10 erzeugt.The separating device 100 comprises at least one movable contact bridge 10, which is electrically conductively connected to a first fixed contact 12 and a second fixed contact 14 in a closed operating state of the separating device 100. The contact bridge 10 forms a main current path 60 from the first fixed contact 12 to the second fixed contact 14. The separating device 100 also has an arc extinguishing chamber 30, which encloses a contact area 34 around the contact bridge 10 and the two fixed contacts 12, 14, as well as a cooling air channel 42, which runs along the contact bridge 10 and is arranged on a side of the contact bridge 10 facing away from the two fixed contacts 12, 14. In addition, the separating device 100 has a fan 40, which is arranged in the cooling air duct 42 and which generates an air flow 44 for cooling the contact bridge 10.

Im geschlossenen Betriebszustand wird die Kontaktbrücke 10 durch den Eisenkern 24, welcher von einem über die elektrische Spule 22 der elektromagnetischen Antriebseinheit 20 erzeugten Magnetfeld angetrieben wird, gegen die Festkontakte 12, 14 gepresst. Dabei bildet sich der Hauptstrompfad 60 von den Stromschienen 16 über die Festkontakte 12, 14 und die Kontaktbrücke 10 aus.In the closed operating state, the contact bridge 10 is driven against the fixed contacts 12, 14 by the iron core 24, which is driven by a magnetic field generated via the electrical coil 22 of the electromagnetic drive unit 20 pressed. The main current path 60 is formed from the busbars 16 via the fixed contacts 12, 14 and the contact bridge 10.

Der Kühlluftkanal 42 ist auf der Rückseite der Kontaktbrücke 10 ausgebildet. Der durch den Ventilator 40 erzeugte Luftstrom 44 wird auf die Rückseite der Kontaktbrücke 10 geleitet und durchquert dabei teilweise den Kontaktbereich 34, bevor er den Kontaktbereich 34 auf der dem Ventilator 40 abgewandten Seite die Trenneinrichtung 100 wieder verlässt.The cooling air channel 42 is formed on the back of the contact bridge 10. The air flow 44 generated by the fan 40 is directed to the back of the contact bridge 10 and partially passes through the contact area 34 before it leaves the contact area 34 on the side facing away from the fan 40 and the separating device 100.

Die Festkontakte 12, 14 der Trenneinrichtung 100 können, wie in der dargestellten Ausführungsform, vorteilhaft über die Stromschienen 16, welche mit den Festkontakten 12, 14 mechanisch und elektrisch verbunden sind, mit einer Fluidkühlung 46 verbunden. The fixed contacts 12, 14 of the separating device 100 can, as in the illustrated embodiment, advantageously be connected to a fluid cooling 46 via the busbars 16, which are mechanically and electrically connected to the fixed contacts 12, 14.

Die Trennanordnung 200 umfasst außer der Trenneinrichtung 100 als den rein mechanischen Schutzschalter eine Strommesseinrichtung 52 und eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit 50. Die Strommesseinrichtung 52 ist rein schematisch dargestellt und kann beispielsweise mit einem der Festkontakte 12, 14 elektrisch und/oder elektromagnetisch gekoppelt sein. Die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit 50 ist mit der Strommesseinrichtung 52 sowie der elektrischen Spule 22 und dem Ventilator 40 elektrisch verbunden und nimmt Strommesswerte der Strommesseinrichtung 52 auf, bzw. steuert und/oder regelt die elektrische Spule 22 und den Ventilator 40In addition to the isolating device 100 as the purely mechanical circuit breaker, the isolating arrangement 200 includes a current measuring device 52 and a regulation and/or control unit 50. The current measuring device 52 is shown purely schematically and can, for example, be electrically and/or electromagnetically coupled to one of the fixed contacts 12, 14 . The regulation and/or control unit 50 is electrically connected to the current measuring device 52 as well as the electrical coil 22 and the fan 40 and records current measurement values from the current measuring device 52, or controls and/or regulates the electrical coil 22 and the fan 40

Mittels der Strommesseinrichtung 52 wird ein elektrischer Strom des Hauptstrompfads 60 der Trenneinrichtung 100 bestimmt. Mittels der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit 50 wird der Ventilator 40 und/oder die elektromagnetische Antriebseinheit 20 zum Bewegen der Kontaktbrücke 10 der Trenneinrichtung 100 gesteuert und/oder geregelt.Using the current measuring device 52, an electrical current of the main current path 60 of the separating device 100 is determined. By means of the regulation and/or control unit 50, the fan 40 and/or the electromagnetic drive unit 20 for moving the contact bridge 10 of the separating device 100 is controlled and/or regulated.

Der Ventilator 40 kann dabei vorteilhaft mittels Messwerten aus der Strommesseinrichtung 52 und/oder einer Temperaturmesseinrichtung gesteuert und/oder geregelt werden.The fan 40 can advantageously be controlled and/or regulated using measured values from the current measuring device 52 and/or a temperature measuring device.

Bei der vorgeschlagenen aktiven Kurzschlusstrennanordnung 200, welche die Trenneinrichtung 100 mit Lichtbogenlöschkammer 30 sowie Strommesseinrichtung 52 und Regelungs- und/oder Steuerungseinheit 50 umfasst, kann gezielt am Hotspot, nämlich der Kontaktbrücke 10, gekühlt werden, ohne dass die Trenneigenschaften der Lichtbogenlöschkammer 30 nachteilig beeinflusst werden. Dadurch sind sehr hohe Schnellladeströme von mindestens 1000 A möglich, ohne dass Abstriche in der Trenngeschwindigkeit von Kurzschlüssen gemacht werden müssen.In the proposed active short-circuit separation arrangement 200, which includes the separation device 100 with arc quenching chamber 30 as well as current measuring device 52 and regulation and/or control unit 50, cooling can be carried out specifically at the hotspot, namely the contact bridge 10, without the separation properties of the arc quenching chamber 30 being adversely affected . This makes very high fast charging currents of at least 1000 A possible without having to compromise on the speed at which short circuits are separated.

In 2 ist die Trennanordnung 200 in einem geöffneten Betriebszustand dargestellt, in welchem die Kontaktbrücke 10 durch die Federkraft des Federelements 26 von den Festkontakten 12, 14 abgehoben wird, sobald die elektrische Spule 22 nicht mehr bestromt wird (durch ein Kreuz symbolisiert). Dazu kann das Federelement 26 zweckmäßigerweise als spiralförmige Zugfeder ausgebildet sein.In 2 the separation arrangement 200 is shown in an open operating state, in which the contact bridge 10 is lifted from the fixed contacts 12, 14 by the spring force of the spring element 26 as soon as the electrical coil 22 is no longer energized (symbolized by a cross). For this purpose, the spring element 26 can expediently be designed as a spiral tension spring.

Die Kontaktbrücke 10 sowie die beiden Festkontakte 12, 14 sind jeweils V-förmig ausgebildet, wobei die V-förmigen Bereiche voneinander weg gerichtet sind, um das Wandern der Lichtbögen 62 beim Öffnen des Hauptstrompfads 60 günstig zu beeinflussen. Die Lichtbögen 62 wandern so in radialer Richtung nach außen und gelangen so in die Bereiche der Löschbleche 32 der Lichtbogenlöschkammer 30.The contact bridge 10 and the two fixed contacts 12, 14 are each V-shaped, with the V-shaped areas directed away from each other in order to favorably influence the migration of the arcs 62 when the main current path 60 is opened. The arcs 62 thus migrate outwards in the radial direction and thus reach the areas of the quenching plates 32 of the arc quenching chamber 30.

Die Kontaktbrücke 10 ist so ausgebildet, dass diese die Lichtbogenlöschkammer 30 in einem geöffneten Betriebszustand der Trenneinrichtung 100 gegen den Kühlluftkanal 42 verschließt. Dadurch wird verhindert, dass ein Luftstrom, welcher selbst nach Abschalten des Ventilators 40 (durch ein Kreuz symbolisiert) noch im Kühlluftkanal 42 vorhanden sein sollte, in die Lichtbogenlöschkammer 30 gelangen kann und das Wandern der Lichtbögen 62 stören kann.The contact bridge 10 is designed in such a way that it closes the arc extinguishing chamber 30 against the cooling air channel 42 in an open operating state of the separating device 100. This prevents an air flow, which should still be present in the cooling air duct 42 even after the fan 40 has been switched off (symbolized by a cross), from reaching the arc extinguishing chamber 30 and disrupting the migration of the arcs 62.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird so, wenn mittels der Strommesseinrichtung 52 ein elektrischer Strom eines Hauptstrompfads 60 der Trenneinrichtung 100 bestimmt wird, welcher einen vorgegebenen Stromgrenzwert überschreitet, ein Kurzschlusssignal an die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit 50 weitergeleitet. Dadurch wird in einem ersten Schritt von der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit 50 der Ventilator 40 der Trenneinrichtung 100 deaktiviert. Danach wird in einem anschließenden zweiten Schritt die Kontaktbrücke 10 der Trenneinrichtung 100 geöffnet und so der Hauptstrompfad 60 unterbrochen.According to the proposed method, if an electrical current of a main current path 60 of the separating device 100 is determined by means of the current measuring device 52, which exceeds a predetermined current limit value, a short-circuit signal is forwarded to the regulation and / or control unit 50. As a result, in a first step the regulation and/or control unit 50 deactivates the fan 40 of the separating device 100. Then, in a subsequent second step, the contact bridge 10 of the separating device 100 is opened and the main current path 60 is thus interrupted.

Die Kontaktbrücke 10 verschließt den Kühlluftkanal 42 der Trenneinrichtung 100, wodurch ein weiteres Eintragen eines Luftstroms 44 in die Lichtbogenlöschkammer 30 der Trenneinrichtung 100 verhindert wird.The contact bridge 10 closes the cooling air channel 42 of the separating device 100, thereby preventing further entry of an air stream 44 into the arc extinguishing chamber 30 of the separating device 100.

Der Ventilator 40 und/oder die elektromagnetische Antriebseinheit 20 zum Bewegen der Kontaktbrücke 10 kann günstigerweise über die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit 50 gesteuert und/oder geregelt werden.The fan 40 and/or the electromagnetic drive unit 20 for moving the contact bridge 10 can conveniently be controlled and/or regulated via the regulation and/or control unit 50.

Vorteilhaft kann der Ventilator 40 während der Qualifizierung des Stromwerts bereits deaktiviert werden. Wenn der Stromwert nicht vollständig qualifizierbar ist, kann der Ventilator 40 dann wieder aktiviert werden.The fan 40 can advantageously be deactivated during the qualification of the current value. If the current value is not completely quali can be determined, the fan 40 can then be activated again.

So kann der Luftstrom 44 vor Öffnen der Kontaktbrücke 10 während des Qualifizierens der Strommesswerte bereits abgebremst und/oder reduziert werden, damit rechtzeitig bei Auftreten des Lichtbogens 62 die Luftbewegung bereits abgenommen hat. Weiter kann die eigentliche Kurzschlusstrennung durch Öffnen der Kontakte zwischen Kontaktbrücke 10 und Festkontakten 12, 14 über die elektromagnetische Antriebseinheit 20 eingeleitet werdenThe air flow 44 can thus be slowed down and/or reduced before the contact bridge 10 is opened during the qualification of the current measurement values, so that the air movement has already decreased in time when the arc 62 occurs. Furthermore, the actual short-circuit separation can be initiated by opening the contacts between the contact bridge 10 and the fixed contacts 12, 14 via the electromagnetic drive unit 20

Bei der Strommessung kann zweckmäßigerweise eine Qualifizierung des mittels der Strommesseinrichtung 52 bestimmten Stromwerts zum Ausschließen einer Fehlmessung vorgenommen werden. Dazu kann die Qualifizierung über eine Anzahl von Messzyklen vorgenommen werden, wobei die Anzahl höchstens zehn, bevorzugt höchstens fünf, besonders bevorzugt höchstens drei beträgt.When measuring the current, a qualification of the current value determined by means of the current measuring device 52 can expediently be carried out in order to rule out incorrect measurement. For this purpose, the qualification can be carried out over a number of measurement cycles, the number being at most ten, preferably at most five, particularly preferably at most three.

Vorteilhaft kann der Ventilator 40 auch mittels Messwerten aus der Strommesseinrichtung 52 und/oder einer Temperaturmesseinrichtung gesteuert und/oder geregelt werden. Um die Verlustleistung und die Geräuschentwicklung im Normalbetrieb zu minimieren, kann der Ventilator 40 auf Basis der Strommesseinrichtung 52 oder auf Basis von anderen Sensoren, beispielsweise einem Temperatursensor, aktiv geregelt werden, da eine aktive Kühlung nur bei Schnellladevorgängen mit maximaler Ladestromstärke erforderlich ist.Advantageously, the fan 40 can also be controlled and/or regulated using measured values from the current measuring device 52 and/or a temperature measuring device. In order to minimize the power loss and noise development in normal operation, the fan 40 can be actively regulated based on the current measuring device 52 or based on other sensors, for example a temperature sensor, since active cooling is only required during rapid charging processes with maximum charging current.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010: KontaktbrückeContact bridge
1212: FestkontaktFixed contact
1414: FestkontaktFixed contact
1616: Stromschienebusbar
1818: Stromschienebusbar
2020: elektromagnetische Antriebseinheitelectromagnetic drive unit
2222: SpuleKitchen sink
2424: EisenkernIron core
2626: FederelementSpring element
2828: LadestationCharging station
3030: LichtbogenlöschkammerArc quenching chamber
3232: Löschblechblotter
3434: KontaktbereichContact area
4040: Ventilatorfan
4242: KühlluftkanalCooling air duct
4444: LuftstromAirflow
5050: Steuer- und/oder RegeleinheitControl and/or regulating unit
5252: StrommesseinrichtungCurrent measuring device
6060: HauptstrompfadMain current path
6262: LichtbogenElectric arc
100100: TrenneinrichtungSeparation device
200200: TrennanordnungSeparation arrangement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 1033311 B [0009]DE 1033311 B [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

DIN EN ISO 17409:2020-10 [0003]DIN EN ISO 17409:2020-10 [0003]

Claims

Trenneinrichtung (100) für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, wenigstens umfassend - eine bewegliche Kontaktbrücke (10), die in einem geschlossenen Betriebszustand der Trenneinrichtung (100) mit einem ersten Festkontakt (12) und einem zweiten Festkontakt (14) elektrisch leitend verbunden ist und einen Hauptstrompfad (60) von dem ersten Festkontakt (12) zu dem zweiten Festkontakt (14) bildet, - eine Lichtbogenlöschkammer (30), welche einen Kontaktbereich (34) um die Kontaktbrücke (10) und die beiden Festkontakte (12, 14) umschließt, - einen Kühlluftkanal (42), welcher entlang der Kontaktbrücke (10) verläuft und auf einer den beiden Festkontakten (12, 14) abgewandten Seite der Kontaktbrücke (10) angeordnet ist, und - einen Ventilator (40), welcher in dem Kühlluftkanal (42) angeordnet ist und der einen Luftstrom (44) zur Kühlung der Kontaktbrücke (10) erzeugt, wobei die Kontaktbrücke (10) so ausgebildet ist, dass diese die Lichtbogenlöschkammer (30) in einem geöffneten Betriebszustand der Trenneinrichtung (100) gegen den Kühlluftkanal (42) verschließt.Separating device (100) for a high-voltage system of an electrically driven vehicle, at least comprising - a movable contact bridge (10), which is electrically conductively connected to a first fixed contact (12) and a second fixed contact (14) in a closed operating state of the separating device (100) and a main current path (60) from the first fixed contact (12). forms the second fixed contact (14), - an arc extinguishing chamber (30), which encloses a contact area (34) around the contact bridge (10) and the two fixed contacts (12, 14), - a cooling air duct (42), which runs along the contact bridge (10) and is arranged on a side of the contact bridge (10) facing away from the two fixed contacts (12, 14), and - a fan (40), which is arranged in the cooling air duct (42) and which generates an air flow (44) for cooling the contact bridge (10), the contact bridge (10) being designed in such a way that it enters the arc extinguishing chamber (30). an open operating state of the separating device (100) closes against the cooling air duct (42).

Trenneinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Festkontakte (12, 14) eine Fluidkühlung (46) aufweisen und/oder mit einer Fluidkühlung (46) verbunden sind.Separation device after Claim 1 , wherein the fixed contacts (12, 14) have a fluid cooling (46) and / or are connected to a fluid cooling (46).

Trennanordnung (200) mit einer Trenneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie einer Strommesseinrichtung (52) und einer Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (50), wobei mittels der Strommesseinrichtung (52) ein elektrischer Strom eines Hauptstrompfads (60) der Trenneinrichtung (100) bestimmbar ist, wobei mittels der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (50) ein Ventilator (40) und/oder eine elektromagnetische Antriebseinheit (20) zum Bewegen einer Kontaktbrücke (10) der Trenneinrichtung (100) steuerbar und/oder regelbar ist.Separating arrangement (200) with a separating device (100) according to one of the preceding claims, as well as a current measuring device (52) and a regulation and / or control unit (50), wherein by means of the current measuring device (52) an electrical current of a main current path (60). Separating device (100) can be determined, wherein a fan (40) and/or an electromagnetic drive unit (20) for moving a contact bridge (10) of the separating device (100) can be controlled and/or regulated by means of the regulation and/or control unit (50). is.

Trennanordnung nach Anspruch 3, wobei der Ventilator (40) mittels Messwerten aus der Strommesseinrichtung (52) und/oder einer Temperaturmesseinrichtung steuerbar und/oder regelbar ist.Separation arrangement according to Claim 3 , wherein the fan (40) can be controlled and/or regulated by means of measured values from the current measuring device (52) and/or a temperature measuring device.

Verfahren zum Betreiben einer Trennanordnung (200) mit einer Trenneinrichtung (100) für ein Hochvoltsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei eine Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (50) und eine Strommesseinrichtung (52) bedarfsweise auf die Trenneinrichtung (100) einwirken, wobei, wenn mittels der Strommesseinrichtung (52) ein elektrischer Strom eines Hauptstrompfads (60) der Trenneinrichtung (100) bestimmt wird, welcher einen vorgegebenen Stromgrenzwert überschreitet, ein Kurzschlusssignal an die Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (50) weitergeleitet wird, wodurch in einem ersten Schritt von der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (50) ein Ventilator (40) der Trenneinrichtung (100) deaktiviert wird, und in einem anschließenden zweiten Schritt eine Kontaktbrücke (10) der Trenneinrichtung (100) geöffnet wird, und so der Hauptstrompfad (60) unterbrochen wird, wobei die Kontaktbrücke (10) einen Kühlluftkanal (42) der Trenneinrichtung 100() verschließt und ein weiteres Eintragen eines Luftstroms (44) in eine Lichtbogenlöschkammer (30) der Trenneinrichtung (100) verhindert.Method for operating a separation arrangement (200) with a separation device (100) for a high-voltage system of an electrically driven vehicle according to one of Claims 3 or 4 , wherein a regulation and / or control unit (50) and a current measuring device (52) act on the separating device (100) if necessary, whereby an electrical current of a main current path (60) of the separating device (100) is determined by means of the current measuring device (52). which exceeds a predetermined current limit value, a short-circuit signal is forwarded to the regulation and/or control unit (50), whereby in a first step the regulation and/or control unit (50) activates a fan (40) of the separating device (100). is deactivated, and in a subsequent second step a contact bridge (10) of the separating device (100) is opened, and the main current path (60) is thus interrupted, the contact bridge (10) closing a cooling air channel (42) of the separating device 100 () and a further entry of an air stream (44) into an arc extinguishing chamber (30) of the separating device (100) is prevented.

Verfahren nach Anspruch 5, wobei mittels der Regelungs- und/oder Steuerungseinheit (50) der Ventilator (40) und/oder eine elektromagnetische Antriebseinheit (20) zum Bewegen der Kontaktbrücke (10) gesteuert und/oder geregelt wird.Procedure according to Claim 5 , wherein the fan (40) and/or an electromagnetic drive unit (20) for moving the contact bridge (10) is controlled and/or regulated by means of the regulation and/or control unit (50).

Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Qualifizierung des mittels der Strommesseinrichtung (52) bestimmten Stromwerts zum Ausschließen einer Fehlmessung vorgenommen wird, insbesondere wobei eine Qualifizierung über eine Anzahl von Messzyklen vorgenommen wird, welche Anzahl höchstens zehn, bevorzugt höchstens fünf, besonders bevorzugt höchstens drei beträgt.Procedure according to Claim 5 or 6 , wherein a qualification of the current value determined by means of the current measuring device (52) is carried out to exclude an incorrect measurement, in particular wherein a qualification is carried out over a number of measuring cycles, which number is at most ten, preferably at most five, particularly preferably at most three.

Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Ventilator (40) während der Qualifizierung des Stromwerts bereits deaktiviert wird, wobei der Ventilator (40) wieder aktiviert wird, wenn der Stromwert nicht vollständig qualifizierbar ist.Procedure according to Claim 7 , wherein the fan (40) is already deactivated during the qualification of the current value, with the fan (40) being activated again if the current value cannot be fully qualified.

Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Ventilator (40) mittels Messwerten aus der Strommesseinrichtung (52) und/oder einer Temperaturmesseinrichtung gesteuert und/oder geregelt wird.Procedure according to one of the Claims 5 until 8th , wherein the fan (40) is controlled and/or regulated using measured values from the current measuring device (52) and/or a temperature measuring device.