EP3716304A1 - Electrical switch for interrupting an electrical high voltage connection and method for interrupting an electrical high voltage connection - Google Patents

Electrical switch for interrupting an electrical high voltage connection and method for interrupting an electrical high voltage connection Download PDF

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EP3716304A1
EP3716304A1 EP19166078.6A EP19166078A EP3716304A1 EP 3716304 A1 EP3716304 A1 EP 3716304A1 EP 19166078 A EP19166078 A EP 19166078A EP 3716304 A1 EP3716304 A1 EP 3716304A1
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EP
European Patent Office
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contact
arc
switch
switching
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
EP19166078.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Fabian Oehler
Michael Wortberg
Robert Saller
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Lisa Draexlmaier GmbH
Original Assignee
Lisa Draexlmaier GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an electrical switch for interrupting an electrical high-voltage connection, a motor vehicle with a corresponding switch and a method for interrupting an electrical high-voltage connection.
  • the present invention is described below mainly in connection with switching elements for vehicle electrical systems. However, the invention can be used in any application in which electrical loads are switched.
  • a switching arc When breaking current-carrying contacts of a switch, a switching arc can occur.
  • the switching arc can cause damage to the contacts, especially in the event of an overload, since the switching arc can lead to high energy input.
  • a fuse can be connected in series with the switch. The fuse interrupts a current flow in the switching arc if an energy that has been aggregated in the fuse due to ohmic losses and the associated heating of a trigger area of the fuse is greater than a limit value characteristic of the fuse.
  • a method for interrupting an electrical high-voltage connection in particular in a voltage supply system of a vehicle, is presented, the method having a step of interrupting, a step of generating and a step of deleting, wherein in the step of interrupting a contact point of one in the High-voltage connection arranged electrical switch is disconnected in response to a disconnection signal, in the step of generating a replacement arc leading to a currentless overcurrent disconnection device of the switch when the contact point is closed to a switching arc occurring in the disconnected contact point is generated using an arc switch, and in the step of extinguishing the replacement arc by a response of the overcurrent isolating device is canceled.
  • a vehicle with at least one switch according to the approach presented here is presented, the switch being arranged in an electrical high-voltage connection of a voltage supply system of the vehicle, wherein a contact point of the switch can be disconnected using an actuator in response to a disconnection signal.
  • a high-voltage connection can be an electrical line of a hybrid or electric vehicle, which is designed to safely conduct high-voltage motor vehicle.
  • a motor vehicle high-voltage voltage can in particular be understood to mean an electrical voltage between 300 volts and 1000 volts.
  • the high-voltage connection has a line cross-section required to transmit electrical drive power from the vehicle.
  • the high-voltage connection can be implemented as a cable or busbar.
  • Current-carrying components of the switch, such as interfaces and contacts, have at least one line cross-section adapted to the line cross-section of the high-voltage connection and corresponding contact surfaces.
  • the interfaces of the switch can be referred to as connection terminals and have devices for reliable electrical contacting of the partial areas of the high-voltage connection.
  • the contacts of the switch can be pressed together directly when the contact point is closed or connected via interposed conductive elements. With a separate contact point, the contacts or the interposed elements can be pushed apart or pulled apart. In the case of a separate contact point, the contacts can be spaced apart from one another at a distance that is adapted to the high-voltage voltage.
  • An overcurrent isolating device can be designed so that it can absorb the necessary isolating power for a short circuit in the high-voltage vehicle electrical system. This can for example 1.5 MW in the 450V on-board network and up to 5 MW in the 900V on-board network.
  • the overcurrent disconnection device is de-energized in normal operation and is only energized in the event of an overload. If the overcurrent disconnection device is designed as a sand-filled fuse, it can, in the approach presented here, be dimensioned significantly smaller than a conventional fuse connected in series with the contact point. Due to the small dimensioning of the fuse wire, the overcurrent isolating device can have a very short response time.
  • Gas is ionized in an arc and charge carriers move from one side of the arc to the other side of the arc driven by an electrical potential difference.
  • the gas can be ionized, for example, by an electric field, that is to say an electric voltage potential between two electrodes.
  • the electrodes can then also be the starting point and end point of the arc.
  • the starting point and end point are defined by a direction of an electrical current flow for equalizing the electrical potential.
  • the arc follows a path of least resistance.
  • a quantity of the charge carriers in the arc is determined by the electrical current flow through the arc. The greater the current flow, the greater the heat emission from the arc.
  • the gas can also be further ionized by the heat emission.
  • An ionized channel can form between the electrodes.
  • An arc switch can provide a new path with a competing lower resistance than an original resistance of an original path of a switching arc that occurs when the contacts are separated in the contact point.
  • the arc does not simply jump over, i.e. the primary arc, known as the switching arc, does not break immediately. Rather, the switching arc and a substitute arc, which can have a common base point, initially burn at the same time. This can be arranged on the path between the two contacts of the actual contact point either on one of the two contacts or between the contacts.
  • the common base point can shift again and again during the separation with the aim of the lowest total resistance.
  • the substitute arc draws energy from the switching arc due to its lower resistance until the switching arc extinguishes. The substitute arc is extinguished when the overcurrent isolating device responds.
  • the arc switch can comprise the first contact, a movable switching bridge that connects the first contact to the second contact in an electrically conductive manner when the contact point is closed, and an electrode of the overcurrent isolating device.
  • the switching bridge can be spaced apart from the electrode when the contact point is closed.
  • the switching bridge can be designed to be lifted from the first contact in the direction of the electrode in order to generate the substitute arc.
  • the switching bridge can be a movable part of the second contact. Alternatively, the switching bridge can also be lifted off the second contact when the contact point is interrupted. If the switch is only intended to interrupt the high-voltage connection, in particular once, the switching bridge can make direct contact with the electrode when the contact point is interrupted.
  • the substitute arc can then ignite shortly before contact.
  • a separate switching point in series with the contact point can then be provided for switching the high-voltage connection during operation.
  • the switching bridge can be spaced from the electrode by an air gap.
  • a minimum energy consumption in the arc switch that is required to generate the substitute arc can depend on the clearance.
  • the switch can also be used to switch the high-voltage connection during operation.
  • the switch can be designed for a corresponding number of switching cycles.
  • the air gap can be referred to as an air gap.
  • the air gap can be dimensioned in such a way that a flashover of the substitute arc to the overcurrent disconnection device only occurs above a defined energy input or a defined charge carrier density or a defined current, but not below this threshold, so that the overcurrent disconnection device then remains inactive.
  • the arc switch is energy-dependent, since otherwise the overcurrent isolating device would be triggered immediately with every switching process.
  • the air gap can be so large that the substitute arc only jumps at an instantaneous power greater than 10 kW, in particular greater than 25 kW, in particular greater than 50 kW.
  • an arc gap between the first contact and the switching bridge can be greater than the air gap.
  • An arc path can be the shortest geometric path for the switching arc between the starting point of the switching arc and the end point of the switching arc.
  • the arc path can be influenced by an obstacle between the start and end point, since the switching arc then follows an extended arc path around the obstacle.
  • the arc path can also be influenced by a non-contact force on the switching arc, such as an air movement and / or a magnetic field. If the arc path is longer than the air path, the substitute arc can ignite.
  • the electrode can be encapsulated with a thermoplastic insulator.
  • a minimum energy consumption in the arc switch that is required to ignite a substitute arc can be dependent on the thickness of the insulator.
  • the minimum energy consumption can be dependent on a specific resistance of a thermoplastic material of the insulator. If the minimum energy consumption in the switching arc is exceeded, the insulator can melt and the electrode can be exposed. Then the switching bridge can touch the electrode and a direct electrical contact can be established between the switching bridge and the electrode. Alternatively, the remaining air gap between the switching bridge and the electrode cannot be such that the substitute arc has a low energy consumption.
  • a further overcurrent isolating device can be connected to the second interface in an electrically conductive manner.
  • the arc switch can comprise the first contact, the second contact, a movable switching bridge which connects the first contact to the second contact in an electrically conductive manner when the contact point is closed, an electrode of the overcurrent isolating device and a further electrode of the further overcurrent isolating device.
  • the switching bridge When the contact point is closed, the switching bridge can be spaced apart from the electrode and the further electrode.
  • a combined arc gap between the switching bridge and the first contact and between the switching bridge and the second contact can be greater than both a first air gap between the first contact and the further electrode and a second air gap between the second contact and the electrode .
  • Individual arcing paths between the contacts and the switching bridge can add up to the combined arcing path. As soon as one of the air gaps is smaller than the combined arc gap, this air gap can be attractive enough that the substitute arc ignites.
  • the arc switch can have a movable separating element that can be arranged between the first contact and the second contact.
  • the separating element can enlarge an arc gap between the first contact and the second contact, cover the first contact and alternatively or additionally cover the second contact, when it is located in the contact point.
  • a separating element can be made of an electrically insulating material such as ceramic.
  • the separating element can push the contacts apart.
  • the separating element can be wedge-shaped.
  • the separating element can be driven by a drive device.
  • the separating element can geometrically enlarge the arc path, since it represents an obstacle for the switching arc.
  • the separating element As a result of the separating element, the relative distance to the electrode of the overcurrent disconnection device can be reduced, whereby the substitute arc to the overcurrent disconnection device ignites.
  • the separating element can make an original current path very unattractive for the arc.
  • the separating element can be moved in front of the first contact and cover it. Covering can prevent the switching arc from being re-ignited after the overcurrent disconnection device has been triggered.
  • the arc switch can have at least one blow magnet to lengthen the switching arc.
  • a field direction of the blow magnet can be aligned transversely to a course of the switching arc.
  • a blow magnet can provide a magnetic field. Due to the Lorentz force, the magnetic field can exert a lateral force on moving charge carriers. Since the switching arc consists of moving charge carriers, the switching arc can be deflected laterally using at least one blow magnet. A direction of the deflection depends on a direction of movement of the charge carriers and on a field direction of the magnetic field.
  • the blow magnet can be aligned in such a way that the switching arc is deflected in the direction of the electrode of the overcurrent isolating device.
  • the blow magnet can be an electromagnet that is connected between the second interface and the switching bridge. If the contact point is separated, the switching bridge can be spaced apart from the first contact and the second contact. When the contact point is interrupted, the electromagnet can be energized by an electrical current flow resulting from a voltage drop at a further switching arc between the switching bridge and the second contact, in order to generate a magnetic field depending on the current direction to lengthen the switching arc, always in the direction of the overcurrent disconnection device.
  • a permanent magnet as a blow magnet, a direction of the lateral deflection changes depending on a direction of the current flow or a current direction.
  • a field direction can be set depending on the current direction.
  • the field direction can be adjusted using a current-carrying coil.
  • the coil is part of the electromagnet. A current direction in the coil depends on the current direction through the switch.
  • the electromagnet only requires an overcurrent disconnection device.
  • the overcurrent isolating device can be designed as a fuse with a sand filling.
  • the overcurrent isolating device can be an active fuse, such as a pyrofuse.
  • the fuse is destroyed when responding.
  • a fusible link melts and an arc is created instead of the fusible link.
  • the arc melts the sand filling at least partially through its energy conversion.
  • the melted sand then interrupts or suffocates the arc and thus the replacement arc. Since the overcurrent disconnector is de-energized during normal operation, the fuse can respond quickly when the substitute arc to the overcurrent disconnector ignites.
  • the switch can have a measuring device for detecting an electrical current flow between the interfaces.
  • the measuring device can be designed to provide a disconnection signal to interrupt the contact point when the current flow is greater than a threshold value. By measuring the current flow and interrupting it in response to the isolating signal, the switch can automatically interrupt the high-voltage connection before other live parts are damaged.
  • Fig. 1 shows an illustration of a vehicle 100 with a switch 102 according to an embodiment.
  • the vehicle has a traction battery 104 and at least one electric drive unit 106.
  • the traction battery 104 is connected to the drive unit 106 via a high-voltage connection 108.
  • One to operate the Control electronics required for drive unit 106 are not shown here for the sake of simplicity.
  • the switch 102 is arranged between the traction battery 104 and the drive unit 106 in the high-voltage connection 108.
  • Each pole of the traction battery 104 is connected to a corresponding connection of the drive unit 106 via a line of the high-voltage connection 108.
  • the switch 102 has separate contacts for each pole. The switch 102 is therefore multi-pole and designed to disconnect the traction battery 104 from the rest of the vehicle 100 at all poles.
  • the switch 102 has a contact point 110 between a sub-area of the high-voltage connection 108 connected to the traction battery 104 and a sub-area of the high-voltage connection 108 connected to the drive device 106.
  • the switch has an overcurrent disconnection device 112, which is connected to only one of the subregions of the high-voltage connection 108 during operation, and an arc switch 114.
  • the arc switch 114 is designed to generate a substitute arc leading to the overcurrent isolating device 112 in the event of an overload to a switching arc that occurs when the contact point 110 is interrupted.
  • Fig. 2 shows a representation of a switch 102 with a separating element 200 according to an embodiment.
  • the switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 1 .
  • the switch 102 shown here is single-pole.
  • the switch 102 has a first interface 202 to a first sub-area of the high-voltage connection and a second interface 204 to a second sub-area of the high-voltage connection.
  • the first interface 202 is electrically conductively connected to a first contact 206 of the contact point 110.
  • the second interface 204 is electrically conductively connected to a second contact 208 of the contact point 110.
  • a movable switching bridge 210 is arranged between the first contact 206 and the second contact 208 and is fixedly connected to the first contact 206 via an electrically conductive joint. In the closed state of the contact point 110, the switching bridge 210 is pressed against the second contact 208 so that these are conductively connected. The switching bridge 210 is pressed against the second contact 208, for example by a spring force.
  • a first connection of the overcurrent isolating device 112 is electrically conductively connected to the second interface 204 and the second contact 208.
  • a free second connection of the overcurrent isolating device 112 is connected to an electrode 212 of the arc switch 114.
  • the second contact 208, the separating element 200 and the switching bridge 210 are further components of the arc switch 114.
  • the switching bridge 210 and thus also the first contact 206 are at a distance from the electrode 212.
  • the separating element 200 is wedge-shaped here and is designed to be pushed between the second contact 208 and the switching bridge 210 in order to lift the switching bridge 210 off the second contact 208 or to push it away. When lifting or pushing away, the switching bridge 210 is moved in the direction of the electrode 212. The movable separating element 200 covers the second contact 208 when the contact point 110 is interrupted.
  • the switch 102 is designed as a single-use disconnector for an overload situation.
  • a further switch not shown here, is then connected in series with the switch 102 shown.
  • the switching bridge 210 is pressed against the electrode 212 by the separating element 200. In this way, direct contact between the switching bridge 210 and the electrode 212 is established.
  • the previously currentless overcurrent isolating device 112 responds immediately and safely interrupts the flow of current. Since the overcurrent isolating device 112 is de-energized in normal operating situations, it can be dimensioned correspondingly weak and respond even with a low current flow.
  • the switch 102 is designed to be used as an operating switch under normal operating conditions.
  • the switching bridge 210 and the electrode 212 are also spaced apart from one another by an air gap 214 when the contact point 110 is interrupted. The switching bridge 210 therefore never touches the electrode 212. Energy can only be transferred by a substitute arc ignited between the switching bridge 210 and the electrode 212.
  • the Figures 3 and 4 show representations of an interruption process of a high-voltage connection using a switch 102 with a separating element 200 according to an exemplary embodiment.
  • the switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 2 .
  • the high-voltage connection is connected to the interfaces 202, 204 and there is an overload case in which it is necessary to safely interrupt the high-voltage connection in order, for example, to disconnect the drive unit from the traction battery in the event of damage.
  • the separating element 200 begins to lift the switching bridge 210 from the second contact 208.
  • a switching arc 300 ignites between the switching bridge 210 connected to the first contact 206 and the second contact 208.
  • the switching arc 300 generates a plasma of free charge carriers between the switching bridge 210 and the second contact 208.
  • the separating element 200 presses the switching bridge 210 in the direction of the free electrode 212 of the overcurrent isolating device 112.
  • the electrode 212 is at the same electrical potential as the second contact 208 because of the electrically conductive connection through the overcurrent isolating device 112.
  • An electric field is created between the switching bridge 210 and the electrode 212. A field strength of the electric field becomes greater the smaller the air gap 214 becomes.
  • the separating element 200 has extended an arc path 400 from the switching bridge 210 around the separating element 200 to the second contact 208 so that a substitute arc 402 via the air path 214 between the switching bridge 210 and the electrode 212 offers a path with lower electrical resistance than the Path via the primary arc path 400.
  • the area of the air path 214 is flooded with free charge carriers due to the plasma of the switching arc.
  • the replacement arc 402 thus ignites between the switching bridge 210 and the electrode 212.
  • the switching arc 300 extinguishes due to its higher electrical resistance and the electrical energy to be dissipated is diverted by the overcurrent isolating device 112.
  • the overcurrent isolating device 112 Since the electrical energy conducted through the overcurrent isolating device 112 is greater than a response threshold of the overcurrent isolating device 112, the overcurrent isolating device 112 responds and finally interrupts the electrical current flow through the high-voltage connection.
  • the replacement arc 402 goes out.
  • the separator 200 covers the second contact 208 and thus prevents a renewed ignition of the switching arc 300 between the switching bridge 210 and the second contact 208.
  • Fig. 5 shows a representation of a switch 102 with a second overcurrent isolating device 500 according to an embodiment.
  • the switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 2 .
  • the switching bridge 210 is mobile on both sides or can be lifted from the first contact 206 and the second contact 208.
  • a first end of the second overcurrent isolating device 500 is connected to the first interface 202.
  • a second end of the second overcurrent isolating device 500 is connected to a second electrode 502.
  • FIG. 6 the switching bridge 210 is lifted from the first contact 206 and the second contact 208 by an actuator (not shown).
  • a switching arc 300 each ignites at both contacts 206, 208. Since the switching arcs 300 are connected in series, their arc paths 400 add up to a total arc path. The charge carriers in the two switching arcs 300 move transversely to the magnetic fields of the blow magnets 506, 508. The resulting Lorentz force causes the Switching arcs 300 deflected laterally. The arc paths 400 are lengthened by the lateral deflection. The total arc path is extended accordingly.
  • the electromagnet 900 is connected between the first contact 206 and the switching bridge 210.
  • the electromagnet 900 generates a magnetic field whose field lines are aligned transversely to the direction of movement of the charge carriers of the arc when current flows through it.
  • a current direction in the electromagnet 900 is therefore dependent on the current direction through the switch 102.
  • a field direction of the magnetic field generated by the electromagnet 900 is also dependent on the current direction.
  • the field direction thus always matches the direction of the charge carriers in the switching arc 300.
  • the switching arc is therefore always deflected in the direction of the electrode 212.
  • FIG. 11 shows a representation of a switch 102 with an insulated electrode 212 according to an embodiment.
  • the switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 2 .
  • the electrode 212 of the overcurrent isolating device 112 is arranged here in a flight circle of the rotatably mounted switching bridge 210 and covered by an insulator 1000 made of a thermoplastic material.
  • the switching bridge 210 can strike the insulator 1000.
  • the insulator 1000 prevents direct electrically conductive contact between the switching bridge 210 during a normal switching process and the electrode 212.
  • a material thickness of the insulator 1000 then corresponds to the remaining air gap 214.
  • the separating element 200 When separating the contact point 110, the separating element 200 likewise extends the arc path, since the switching arc burns around the separating element 200. In order to interrupt the switching arc, the separating element 200 penetrates into a notch 1002 in a housing of the switch 102 after the contact point 110 has been separated. By penetrating into the notch 1002, the switching arc can be cut off in the figurative sense.
  • Previous contactors could not absorb the isolating power in the event of a short circuit in the vehicle electrical system and could e.g. explode in the event of a short-circuit current of greater than three kiloamps (kA) when opening is commanded. To prevent this, the contactors can be left closed and the series-connected fuse with its sand filling should carry the separating power, absorb the separating energy and thus interrupt the flow of current.
  • kA kiloamps
  • the conventional fuses connected in series have the conflict of objectives, on the one hand, to be able to carry the load current with the lowest possible losses and heating, which can be achieved through the largest possible cross-section of the constriction, and on the other hand, they should disconnect as quickly as possible in the event of a short circuit, which is achieved by the smallest possible cross-section the bottleneck can be reached so that the converted separation energy (power times time) does not become too large.
  • An active pyrofuse can be used as an overcurrent isolating device instead of a fuse.
  • sand-filled fuse elements are in principle positive for energy absorption in the event of a short-circuit current interruption.
  • the arc switch 114 enables a parallel-connected fuse or another fuse-like separating element, in particular with a sand filling, to be used to form an HV contactor.
  • the arc switch uses a secondary contact that conducts the current into this fuse element.
  • a switch 102 is shown with an additional secondary contact designated as electrode 212 and a fuse element designated as overcurrent isolating device 112 with sand filling.
  • the switch 102 shown includes a device, not shown, for measuring the current for an intelligent protection function. If a short-circuit current exceeds an upper current threshold, for example 1000 A, the opening of the contactor is initiated.
  • an upper current threshold for example 1000 A
  • the switch 102 is designed to process a trigger signal which is intended to lead to shutdown.
  • separating element 200 for example a wedge made of an insulator material
  • the contact lever and an arc is drawn up.
  • the arc After the right primary contact has been covered, the arc initially still burns in the narrow gap between the insulator and the primary contact and around the tip of the separating element 200. Since the volume in the gap is very limited and the separating element 200 additionally increases the arc length, the voltage drop in the arc increases rapidly. At the same time, charge carriers are accelerated to the secondary contact, which is also at the low potential. Depending on the charge carrier density and the distance between the secondary contact and the contact lever, a second arc ignites between the contact lever and the secondary contact. Due to the resistance ratios, the energies of the two arcs are divided.
  • a switch 102 with a bridge contact and an arc switch is shown. Two secondary contacts are provided here, since the switch 102 should be able to separate bidirectionally with the same separation capability.
  • Fig. 6 shows how two arcs are drawn when the contact bridge is opened.
  • the blowing magnets 506, 508 with different field directions, the arcs are blown lens-shaped to the left out of the contact area when the current in the arrangement flows from right to left (technical current direction).
  • Fig. 7 it is shown that with further opening and at high currents, the arc is blown against the left secondary contact.
  • the current commutes as in the Figures 3 and 4 described in detail for the secondary contact, as this eliminates the voltage drop across the second arc at the bridge primary contact on the right ("incentive" for commutation).
  • Fig. 10 the secondary electrode is surrounded by a thermoplastic that acts as an insulator 1000.
  • a thermoplastic that acts as an insulator 1000.
  • an electric field builds up between the moving primary contact and the secondary electrode.
  • the charge carriers of the arc which results from the penetration of the movable insulator between the primary contacts, are deflected in the direction of the insulated secondary electrode. This results in a longer arc length, which helps the movable insulator to pinch the arc.
  • insulator 1000 is shown on the secondary electrode.
  • This embodiment is advantageous in that after the thermoplastic has melted, there is a small distance between the movable primary contact and the secondary electrode, as a result of which the arc voltage and thus the power consumption in the arc remain low.
  • the insulation prevents the secondary arc from igniting too early with low switching loads.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektrischer Schalter (102) zum Unterbrechen einer elektrischen Hochvoltverbindung (108), insbesondere in einem Spannungsversorgungsystem eines Fahrzeugs (100), wobei der Schalter (102) folgende Merkmale aufweist:a. eine erste Schnittstelle (202) zum Anschließen eines ersten Teilbereichs der Hochvoltverbindung (108) und eine zweite Schnittstelle (204) zum Anschließen eines zweiten Teilbereichs der Hochvoltverbindung (108);b. einen mit der ersten Schnittstelle (202) elektrisch leitend verbundenen ersten Kontakt (206) und einen mit der zweiten Schnittstelle (204) elektrisch leitend verbundenen zweiten Kontakt (208), wobei der erste Kontakt (206) und der zweite Kontakt (208) an einer trennbaren Kontaktstelle (110) elektrisch leitend miteinander verbunden sind;c. eine mit der zweiten Schnittstelle (204) elektrisch leitend verbundene Überstromtrenneinrichtung (112); undd. eine Lichtbogenweiche (114), die dazu ausgebildet ist, in einem Überlastfall einen zu der Überstromtrenneinrichtung (112) führenden Ersatzlichtbogen (402) zu einem im Betrieb beim Unterbrechen der Kontaktstelle (110) zwischen dem ersten Kontakt (206,210) und dem zweiten Kontakt (208) entstehenden Schaltlichtbogen (300) zu erzeugen.The present invention relates to an electrical switch (102) for interrupting an electrical high-voltage connection (108), in particular in a voltage supply system of a vehicle (100), the switch (102) having the following features: a. a first interface (202) for connecting a first sub-area of the high-voltage connection (108) and a second interface (204) for connecting a second sub-area of the high-voltage connection (108); b. a first contact (206) electrically conductively connected to the first interface (202) and a second contact (208) electrically conductively connected to the second interface (204), the first contact (206) and the second contact (208) being connected to one separable contact point (110) are connected to one another in an electrically conductive manner; c. an overcurrent isolating device (112) connected in an electrically conductive manner to the second interface (204); andd. an arc switch (114) which is designed to convert a replacement arc (402) leading to the overcurrent disconnection device (112) into an during operation when the contact point (110) is interrupted between the first contact (206, 210) and the second contact (208) in the event of an overload ) generated switching arc (300).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter zum Unterbrechen einer elektrischen Hochvoltverbindung, ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Schalter und ein Verfahren zum Unterbrechen einer elektrischen Hochvoltverbindung.The present invention relates to an electrical switch for interrupting an electrical high-voltage connection, a motor vehicle with a corresponding switch and a method for interrupting an electrical high-voltage connection.

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Schaltelementen für Fahrzeugbordnetze beschrieben. Die Erfindung kann aber in jeder Anwendung genutzt werden, in der elektrische Lasten geschaltet werden.The present invention is described below mainly in connection with switching elements for vehicle electrical systems. However, the invention can be used in any application in which electrical loads are switched.

Beim Unterbrechen von stromtragenden Kontakten eines Schalters kann ein Schaltlichtbogen entstehen. Der Schaltlichtbogen kann insbesondere in einem Überlastfall Schäden an den Kontakten verursachen, da der Schaltlichtbogen zu einem hohen Energieeintrag führen kann. Um diese Schäden zu vermeiden, kann eine Sicherung in Serie zu dem Schalter geschaltet werden. Die Sicherung unterbricht einen Stromfluss im Schaltlichtbogen, wenn eine in der Sicherung durch ohmsche Verluste auf-aggregierte Energie und eine damit verbundene Erwärmung eines Auslösebereichs der Sicherung größer ist als ein für die Sicherung charakteristischer Grenzwert.When breaking current-carrying contacts of a switch, a switching arc can occur. The switching arc can cause damage to the contacts, especially in the event of an overload, since the switching arc can lead to high energy input. To avoid this damage, a fuse can be connected in series with the switch. The fuse interrupts a current flow in the switching arc if an energy that has been aggregated in the fuse due to ohmic losses and the associated heating of a trigger area of the fuse is greater than a limit value characteristic of the fuse.

Bei einer Schmelzsicherung schmilzt im Überlastfall eine Engstelle. Diese sollte dabei so dimensioniert sein, dass der Stromfluss im Normalfall ohne übermäßige Erwärmung fließen kann, die Engstelle im Überlastfall jedoch sicher zerstört wird.In the case of a fuse, a bottleneck melts in the event of an overload. This should be dimensioned so that the current flow can normally flow without excessive heating, but the bottleneck is safely destroyed in the event of an overload.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung kann es daher sein, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel einen Schalter und ein Verfahren zum Unterbrechen einer Hochvoltverbindung sowie ein mit dem Schalter ausgestattetes Fahrzeug bereitzustellen.It can therefore be an object of the invention to provide a switch and a method for interrupting a high-voltage connection, as well as a vehicle equipped with the switch, using means that are structurally as simple as possible.

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 achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are given in the dependent claims, the description and the accompanying figures. In particular, the independent claims of one claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category.

Es wird ein elektrischer Schalter zum Unterbrechen einer elektrischen Hochvoltverbindung, insbesondere in einem Spannungsversorgungsystem eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei der Schalter folgende Merkmale aufweist:

  1. a. eine erste Schnittstelle zum Anschließen eines ersten Teilbereichs der Hochvoltverbindung und eine zweite Schnittstelle zum Anschließen eines zweiten Teilbereichs der Hochvoltverbindung;
  2. b. einen mit der ersten Schnittstelle elektrisch leitend verbundenen ersten Kontakt und einen mit der zweiten Schnittstelle elektrisch leitend verbundenen zweiten Kontakt, wobei der erste Kontakt und der zweite Kontakt an einer trennbaren Kontaktstelle elektrisch leitend miteinander verbunden sind;
  3. c. eine mit der zweiten Schnittstelle elektrisch leitend verbundene Überstromtrenneinrichtung; und
  4. d. eine Lichtbogenweiche, die dazu ausgebildet ist, in einem Überlastfall einen zu der Überstromtrenneinrichtung führenden Ersatzlichtbogen zu einem im Betrieb beim Unterbrechen der Kontaktstelle zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt entstehenden Schaltlichtbogen zu erzeugen.
An electrical switch is presented for interrupting an electrical high-voltage connection, in particular in a voltage supply system of a vehicle, the switch having the following features:
  1. a. a first interface for connecting a first sub-area of the high-voltage connection and a second interface for connecting a second sub-area of the high-voltage connection;
  2. b. a first contact electrically conductively connected to the first interface and a second contact electrically conductively connected to the second interface, the first contact and the second contact being electrically conductively connected to one another at a separable contact point;
  3. c. an overcurrent isolating device connected in an electrically conductive manner to the second interface; and
  4. d. an arc switch which is designed to generate a substitute arc leading to the overcurrent isolating device in the event of an overload to a switching arc that occurs during operation when the contact point between the first contact and the second contact is interrupted.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Unterbrechen einer elektrischen Hochvoltverbindung, insbesondere in einem Spannungsversorgungsystem eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Unterbrechens, einen Schritt des Erzeugens und einen Schritt des Löschens aufweist, wobei im Schritt des Unterbrechens eine Kontaktstelle eines in der Hochvoltverbindung angeordneten elektrischen Schalters ansprechend auf ein Trennsignal getrennt wird, im Schritt des Erzeugens ein zu einer bei geschlossener Kontaktstelle stromlosen Überstromtrenneinrichtung des Schalters führender Ersatzlichtbogen zu einem in der getrennten Kontaktstelle entstehenden Schaltlichtbogen unter Verwendung einer Lichtbogenweiche erzeugt wird, und im Schritt des Löschens der Ersatzlichtbogen durch ein Ansprechen der Überstromtrenneinrichtung gelöscht wird.Furthermore, a method for interrupting an electrical high-voltage connection, in particular in a voltage supply system of a vehicle, is presented, the method having a step of interrupting, a step of generating and a step of deleting, wherein in the step of interrupting a contact point of one in the High-voltage connection arranged electrical switch is disconnected in response to a disconnection signal, in the step of generating a replacement arc leading to a currentless overcurrent disconnection device of the switch when the contact point is closed to a switching arc occurring in the disconnected contact point is generated using an arc switch, and in the step of extinguishing the replacement arc by a response of the overcurrent isolating device is canceled.

Ferner wird ein Fahrzeug mit zumindest einem Schalter gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei der Schalter in einer elektrischen Hochvoltverbindung eines Spannungsversorgungsystems des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei eine Kontaktstelle des Schalters unter Verwendung eines Aktors, ansprechend auf ein Trennsignal trennbar ist.Furthermore, a vehicle with at least one switch according to the approach presented here is presented, the switch being arranged in an electrical high-voltage connection of a voltage supply system of the vehicle, wherein a contact point of the switch can be disconnected using an actuator in response to a disconnection signal.

Eine Hochvoltverbindung kann eine elektrische Leitung eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs sein, die zum sicheren Leiten von Kfz-Hochvoltspannung ausgebildet ist. Unter einer Kfz-Hochvoltspannung kann dabei insbesondere eine elektrische Spannung zwischen 300 Volt und 1000 Volt verstanden werden. Zusätzlich weist die Hochvoltverbindung einen zum Übertragen einer elektrischen Antriebsleistung des Fahrzeugs erforderlichen Leitungsquerschnitt auf. Die Hochvoltverbindung kann als Kabel oder Stromschiene ausgeführt sein. Stromtragende Komponenten des Schalters, wie Schnittstellen und Kontakte weisen zumindest einen an den Leitungsquerschnitt der Hochvoltverbindung angepassten Leitungsquerschnitt und entsprechende Kontaktflächen auf.A high-voltage connection can be an electrical line of a hybrid or electric vehicle, which is designed to safely conduct high-voltage motor vehicle. A motor vehicle high-voltage voltage can in particular be understood to mean an electrical voltage between 300 volts and 1000 volts. In addition, the high-voltage connection has a line cross-section required to transmit electrical drive power from the vehicle. The high-voltage connection can be implemented as a cable or busbar. Current-carrying components of the switch, such as interfaces and contacts, have at least one line cross-section adapted to the line cross-section of the high-voltage connection and corresponding contact surfaces.

Die Schnittstellen des Schalters können als Anschlussterminals bezeichnet werden und Einrichtungen zum sicheren elektrischen Kontaktieren der Teilbereiche der Hochvoltverbindung aufweisen. Die Kontakte des Schalters können bei geschlossener Kontaktstelle direkt zusammengepresst werden oder über zwischengeschaltete leitende Elemente verbunden werden. Bei getrennter Kontaktstelle können die Kontakte beziehungsweise die zwischengeschalteten Elemente auseinandergedrückt beziehungsweise auseinandergezogen werden. Bei getrennter Kontaktstelle können die Kontakte mit einem an die Hochvoltspannung angepassten Abstand voneinander beabstandet sein.The interfaces of the switch can be referred to as connection terminals and have devices for reliable electrical contacting of the partial areas of the high-voltage connection. The contacts of the switch can be pressed together directly when the contact point is closed or connected via interposed conductive elements. With a separate contact point, the contacts or the interposed elements can be pushed apart or pulled apart. In the case of a separate contact point, the contacts can be spaced apart from one another at a distance that is adapted to the high-voltage voltage.

Eine Überstromtrenneinrichtung kann so ausgelegt sein, dass sie eine notwendige Trennleistung für einen Kurzschluss im Hochvolt-Bordnetz aufnehmen kann. Diese kann beispielsweise 1,5 MW im 450V Bordnetz und bis zu 5 MW im 900V Bordnetz betragen. Die Überstromtrenneinrichtung ist im Normalbetrieb stromlos und wird nur im Überlastfall bestromt. Wird die Überstromtrenneinrichtung als sandgefüllte Schmelzsicherung ausgeführt, so kann diese bei dem hier vorgestellten Ansatz wesentlich geringer dimensioniert sein, als eine herkömmliche in Reihe zur Kontaktstelle geschaltete Sicherung. Durch die geringe Dimensionierung des Schmelzdrahtes kann die Überstromtrenneinrichtung eine sehr geringe Ansprechzeit aufweisen.An overcurrent isolating device can be designed so that it can absorb the necessary isolating power for a short circuit in the high-voltage vehicle electrical system. This can for example 1.5 MW in the 450V on-board network and up to 5 MW in the 900V on-board network. The overcurrent disconnection device is de-energized in normal operation and is only energized in the event of an overload. If the overcurrent disconnection device is designed as a sand-filled fuse, it can, in the approach presented here, be dimensioned significantly smaller than a conventional fuse connected in series with the contact point. Due to the small dimensioning of the fuse wire, the overcurrent isolating device can have a very short response time.

In einem Lichtbogen ist Gas ionisiert und Ladungsträger bewegen sich angetrieben von einer elektrischen Potenzialdifferenz von einer Seite des Lichtbogens zur anderen Seite des Lichtbogens. Das Gas kann beispielsweise durch ein elektrisches Feld, also ein elektrisches Spannungspotenzial zwischen zwei Elektroden ionisiert werden. Die Elektroden können dann auch Anfangspunkt und Endpunkt des Lichtbogens sein. Anfangspunkt und Endpunkt sind dabei durch eine Richtung eines elektrischen Stromflusses zum Ausgleichen des elektrischen Potenzials definiert. Der Lichtbogen folgt dabei einem Weg des geringsten Widerstands. Eine Menge der Ladungsträger im Lichtbogen wird durch den elektrischen Stromfluss durch den Lichtbogen bestimmt. Je größer der Stromfluss ist, umso stärker ist auch eine Wärmeemission des Lichtbogens. Das Gas kann auch durch die Wärmeemission weiter ionisiert werden. Zwischen den Elektroden kann sich so ein ionisierter Kanal ausbilden.Gas is ionized in an arc and charge carriers move from one side of the arc to the other side of the arc driven by an electrical potential difference. The gas can be ionized, for example, by an electric field, that is to say an electric voltage potential between two electrodes. The electrodes can then also be the starting point and end point of the arc. The starting point and end point are defined by a direction of an electrical current flow for equalizing the electrical potential. The arc follows a path of least resistance. A quantity of the charge carriers in the arc is determined by the electrical current flow through the arc. The greater the current flow, the greater the heat emission from the arc. The gas can also be further ionized by the heat emission. An ionized channel can form between the electrodes.

Eine Lichtbogenweiche kann einen neuen Weg mit einem konkurrierenden geringeren Widerstand als ein ursprünglicher Widerstand eines ursprünglichen Wegs eines beim Trennen der Kontakte in der Kontaktstelle entstehenden Schaltlichtbogens bereitstellen. Dabei kommt es nicht zu einem reinen Überspringen des Lichtbogens, also nicht zum sofortigen Abriss des als Schaltlichtbogen bezeichneten Primärlichtbogens. Vielmehr brennen zunächst gleichzeitig der Schaltlichtbogen und ein Ersatzlichtbogen, die einen gemeinsamen Fußpunkt haben können. Dieser kann auf der Strecke zwischen den beiden Kontakten der eigentlichen Kontaktstelle entweder auf einem der beiden Kontakte oder zwischen den Kontakten angeordnet sein. Der gemeinsame Fußpunkt kann sich auch während des Trennens mit dem Ziel des geringsten Gesamtwiderstands immer wieder verschieben. Der Ersatzlichtbogen entzieht dem Schaltlichtbogen aufgrund seines geringeren Widerstands Energie, bis der Schaltlichtbogen erlischt. Der Ersatzlichtbogen wird durch das Ansprechen der Überstromtrenneinrichtung gelöscht.An arc switch can provide a new path with a competing lower resistance than an original resistance of an original path of a switching arc that occurs when the contacts are separated in the contact point. The arc does not simply jump over, i.e. the primary arc, known as the switching arc, does not break immediately. Rather, the switching arc and a substitute arc, which can have a common base point, initially burn at the same time. This can be arranged on the path between the two contacts of the actual contact point either on one of the two contacts or between the contacts. The common base point can shift again and again during the separation with the aim of the lowest total resistance. The substitute arc draws energy from the switching arc due to its lower resistance until the switching arc extinguishes. The substitute arc is extinguished when the overcurrent isolating device responds.

Die Lichtbogenweiche kann den ersten Kontakt, eine den ersten Kontakt bei geschlossener Kontaktstelle mit dem zweiten Kontakt elektrisch leitend verbindende, bewegliche Schaltbrücke und eine Elektrode der Überstromtrenneinrichtung umfassen. Die Schaltbrücke kann bei geschlossener Kontaktstelle von der Elektrode beabstandet sein. Beim Unterbrechen der Kontaktstelle kann die Schaltbrücke dazu ausgebildet sein, von dem ersten Kontakt in Richtung der Elektrode abgehoben zu werden, um den Ersatzlichtbogen zu erzeugen. Die Schaltbrücke kann ein beweglicher Teil des zweiten Kontakts sein. Alternativ kann die Schaltbrücke beim Unterbrechen der Kontaktstelle auch von dem zweiten Kontakt abgehoben werden. Wenn der Schalter nur zum insbesondere einmaligen Unterbrechen der Hochvoltverbindung vorgesehen ist, kann die Schaltbrücke beim Unterbrechen der Kontaktstelle direkten Kontakt zur Elektrode erreichen. Der Ersatzlichtbogen kann dann kurz vor der Berührung zünden. Zum Schalten der Hochvoltverbindung im Betrieb kann dann eine separate Schaltstelle in Serie zur Kontaktstelle vorgesehen sein.The arc switch can comprise the first contact, a movable switching bridge that connects the first contact to the second contact in an electrically conductive manner when the contact point is closed, and an electrode of the overcurrent isolating device. The switching bridge can be spaced apart from the electrode when the contact point is closed. When the contact point is interrupted, the switching bridge can be designed to be lifted from the first contact in the direction of the electrode in order to generate the substitute arc. The switching bridge can be a movable part of the second contact. Alternatively, the switching bridge can also be lifted off the second contact when the contact point is interrupted. If the switch is only intended to interrupt the high-voltage connection, in particular once, the switching bridge can make direct contact with the electrode when the contact point is interrupted. The substitute arc can then ignite shortly before contact. A separate switching point in series with the contact point can then be provided for switching the high-voltage connection during operation.

Die Schaltbrücke kann bei getrennter Kontaktstelle durch eine Luftstrecke beabstandet von der Elektrode sein. Ein zum Erzeugen des Ersatzlichtbogens erforderlicher Mindestenergieumsatz in der Lichtbogenweiche kann abhängig von der Luftstrecke sein. Durch die Luftstrecke kann der Schalter auch zum Schalten der Hochvoltverbindung im Betrieb verwendet werden. Der Schalter kann für eine entsprechende Anzahl an Schaltspielen ausgelegt sein. Die Luftstrecke kann als Luftspalt bezeichnet werden. Die Luftstrecke kann derart dimensioniert sein, dass ein Überschlag des Ersatzlichtbogens zur Überstromtrenneinrichtung nur oberhalb eines definierten Energieeintrags beziehungsweise einer definierten Ladungsträgerdichte beziehungsweise eines definierten Stroms erfolgt, jedoch nicht unterhalb dieser Schwelle, sodass die Überstromtrenneinrichtung dann inaktiv bleibt. Durch den Luftspalt ist die Lichtbogenweiche energieabhängig, da sonst die Überstromtrenneinrichtung bei jedem Schaltvorgang sofort ausgelöst würde. Die Luftstrecke kann so groß sein, dass der Ersatzlichtbogen erst bei einer Momentanleistung größer 10 kW, insbesondere größer 25 kW, insbesondere größer 50 kW überspringt.If the contact point is separate, the switching bridge can be spaced from the electrode by an air gap. A minimum energy consumption in the arc switch that is required to generate the substitute arc can depend on the clearance. Due to the air gap, the switch can also be used to switch the high-voltage connection during operation. The switch can be designed for a corresponding number of switching cycles. The air gap can be referred to as an air gap. The air gap can be dimensioned in such a way that a flashover of the substitute arc to the overcurrent disconnection device only occurs above a defined energy input or a defined charge carrier density or a defined current, but not below this threshold, so that the overcurrent disconnection device then remains inactive. Due to the air gap, the arc switch is energy-dependent, since otherwise the overcurrent isolating device would be triggered immediately with every switching process. The air gap can be so large that the substitute arc only jumps at an instantaneous power greater than 10 kW, in particular greater than 25 kW, in particular greater than 50 kW.

Bei getrennter Kontaktstelle kann eine Lichtbogenstrecke zwischen dem ersten Kontakt und der Schaltbrücke größer sein als die Luftstrecke. Eine Lichtbogenstrecke kann dabei der kürzeste geometrische Pfad für den Schaltlichtbogen zwischen dem Anfangspunkt des Schaltlichtbogens und dem Endpunkt des Schaltlichtbogens sein. Die Lichtbogenstrecke kann durch ein Hindernis zwischen dem Anfangs und Endpunkt beeinflusst werden, da der Schaltlichtbogen dann einer verlängerten Lichtbogenstrecke um das Hindernis herum folgt. Die Lichtbogenstrecke kann auch durch eine berührungslose Krafteinwirkung auf den Schaltlichtbogen, wie beispielsweise eine Luftbewegung und/oder ein magnetisches Feld beeinflusst werden. Wenn die Lichtbogenstrecke länger ist als die Luftstrecke, kann der Ersatzlichtbogen zünden.With a separate contact point, an arc gap between the first contact and the switching bridge can be greater than the air gap. An arc path can be the shortest geometric path for the switching arc between the starting point of the switching arc and the end point of the switching arc. The arc path can be influenced by an obstacle between the start and end point, since the switching arc then follows an extended arc path around the obstacle. The arc path can also be influenced by a non-contact force on the switching arc, such as an air movement and / or a magnetic field. If the arc path is longer than the air path, the substitute arc can ignite.

Die Elektrode kann mit einem thermoplastischen Isolator umspritzt sein. Ein zum Zünden eines Ersatzlichtbogens erforderlicher Mindestenergieumsatz in der Lichtbogenweiche kann abhängig von einer Dicke des Isolators sein. Der Mindestenergieumsatz kann abhängig von einem spezifischen Widerstand eines thermoplastischen Materials des Isolators sein. Wenn der Mindestenergieumsatz im Schaltlichtbogen überschritten wird, kann der Isolator schmelzen und die Elektrode freigelegt werden. Dann kann die Schaltbrücke die Elektrode berühren und ein direkter elektrischer Kontakt zwischen der Schaltbrücke und der Elektrode entstehen. Alternativ kann die verbleibende Luftstrecke zwischen der Schaltbrücke und der Elektrode so kein sein, dass der Ersatzlichtbogen einen geringen Energieumsatz aufweist.The electrode can be encapsulated with a thermoplastic insulator. A minimum energy consumption in the arc switch that is required to ignite a substitute arc can be dependent on the thickness of the insulator. The minimum energy consumption can be dependent on a specific resistance of a thermoplastic material of the insulator. If the minimum energy consumption in the switching arc is exceeded, the insulator can melt and the electrode can be exposed. Then the switching bridge can touch the electrode and a direct electrical contact can be established between the switching bridge and the electrode. Alternatively, the remaining air gap between the switching bridge and the electrode cannot be such that the substitute arc has a low energy consumption.

Eine weitere Überstromtrenneinrichtung kann elektrisch leitend mit der zweiten Schnittstelle verbunden sein. Die Lichtbogenweiche kann den ersten Kontakt, den zweiten Kontakt, eine den ersten Kontakt bei geschlossener Kontaktstelle mit dem zweiten Kontakt elektrisch leitend verbindende, bewegliche Schaltbrücke, eine Elektrode der Überstromtrenneinrichtung und eine weitere Elektrode der weiteren Überstromtrenneinrichtung umfassen. Die Schaltbrücke kann bei geschlossener Kontaktstelle beabstandet von der Elektrode und der weiteren Elektrode sein. Bei getrennter Kontaktstelle kann eine kombinierte Lichtbogenstrecke zwischen der Schaltbrücke und dem ersten Kontakt und zwischen der Schaltbrücke und dem zweiten Kontakt größer sein, als sowohl eine erste Luftstrecke zwischen dem ersten Kontakt und der weiteren Elektrode als auch eine zweite Luftstrecke zwischen dem zweiten Kontakt und der Elektrode. Einzelne Lichtbogenstrecken zwischen den Kontakten und der Schaltbrücke können sich zur kombinierten Lichtbogenstrecke addieren. Sobald eine der Luftstrecken kleiner ist, als die kombinierte Lichtbogenstrecke, kann diese Luftstrecke attraktiv genug sein, dass der Ersatzlichtbogen zündet.A further overcurrent isolating device can be connected to the second interface in an electrically conductive manner. The arc switch can comprise the first contact, the second contact, a movable switching bridge which connects the first contact to the second contact in an electrically conductive manner when the contact point is closed, an electrode of the overcurrent isolating device and a further electrode of the further overcurrent isolating device. When the contact point is closed, the switching bridge can be spaced apart from the electrode and the further electrode. With a separate contact point, a combined arc gap between the switching bridge and the first contact and between the switching bridge and the second contact can be greater than both a first air gap between the first contact and the further electrode and a second air gap between the second contact and the electrode . Individual arcing paths between the contacts and the switching bridge can add up to the combined arcing path. As soon as one of the air gaps is smaller than the combined arc gap, this air gap can be attractive enough that the substitute arc ignites.

Die Lichtbogenweiche kann ein bewegliches Trennelement aufweisen, das zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt anordenbar ist. Das Trennelement kann eine Lichtbogenstrecke zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt vergrößern, den ersten Kontakt verdecken und alternativ oder ergänzend den zweiten Kontakt verdecken, wenn es in der Kontaktstelle angeordnet ist. Ein Trennelement kann aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Keramik sein. Das Trennelement kann die Kontakte auseinanderdrücken. Das Trennelement kann keilförmig sein. Das Trennelement kann durch eine Antriebseinrichtung angetrieben werden. Das Trennelement kann die Lichtbogenstrecke geometrisch vergrößern, da es ein Hindernis für den Schaltlichtbogen darstellt. Durch das Trennelement kann der relative Abstand zur Elektrode der Überstromtrenneinrichtung geringer werden, wodurch der Ersatzlichtbogen zur Überstromtrenneinrichtung zündet. Durch das Trennelement kann ein ursprünglicher Strompfad sehr unattraktiv für den Lichtbogen gemacht werden. Das Trennelement kann vor den ersten Kontakt bewegt werden und diesen abdecken. Durch das Abdecken kann ein erneutes Zünden des Schaltlichtbogens nach dem Auslösen der Überstromtrenneinrichtung verhindert werden.The arc switch can have a movable separating element that can be arranged between the first contact and the second contact. The separating element can enlarge an arc gap between the first contact and the second contact, cover the first contact and alternatively or additionally cover the second contact, when it is located in the contact point. A separating element can be made of an electrically insulating material such as ceramic. The separating element can push the contacts apart. The separating element can be wedge-shaped. The separating element can be driven by a drive device. The separating element can geometrically enlarge the arc path, since it represents an obstacle for the switching arc. As a result of the separating element, the relative distance to the electrode of the overcurrent disconnection device can be reduced, whereby the substitute arc to the overcurrent disconnection device ignites. The separating element can make an original current path very unattractive for the arc. The separating element can be moved in front of the first contact and cover it. Covering can prevent the switching arc from being re-ignited after the overcurrent disconnection device has been triggered.

Die Lichtbogenweiche kann zumindest einen Blasmagneten zum Verlängern des Schaltlichtbogens aufweisen. Eine Feldrichtung des Blasmagneten kann quer zu einem Verlauf des Schaltlichtbogens ausgerichtet sein. Ein Blasmagnet kann ein magnetisches Feld bereitstellen. Das magnetische Feld kann aufgrund der Lorentzkraft auf bewegte Ladungsträger eine seitliche Kraft ausüben. Da der Schaltlichtbogen aus bewegten Ladungsträgern besteht, kann der Schaltlichtbogen unter Verwendung zumindest eines Blasmagneten seitlich ausgelenkt werden. Eine Richtung der Auslenkung ist von einer Bewegungsrichtung der Ladungsträger und von einer Feldrichtung des Magnetfelds abhängig. Der Blasmagnet kann so ausgerichtet sein, dass der Schaltlichtbogen in Richtung der Elektrode der Überstromtrenneinrichtung abgelenkt wird.The arc switch can have at least one blow magnet to lengthen the switching arc. A field direction of the blow magnet can be aligned transversely to a course of the switching arc. A blow magnet can provide a magnetic field. Due to the Lorentz force, the magnetic field can exert a lateral force on moving charge carriers. Since the switching arc consists of moving charge carriers, the switching arc can be deflected laterally using at least one blow magnet. A direction of the deflection depends on a direction of movement of the charge carriers and on a field direction of the magnetic field. The blow magnet can be aligned in such a way that the switching arc is deflected in the direction of the electrode of the overcurrent isolating device.

Der Blasmagnet kann ein Elektromagnet sein, der zwischen die zweite Schnittstelle und die Schaltbrücke geschaltet ist. Die Schaltbrücke kann bei getrennter Kontaktstelle beabstandet zu dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt sein. Der Elektromagnet kann beim Unterbrechen der Kontaktstelle durch einen aufgrund eines Spannungsabfalls an einem weiteren Schaltlichtbogen zwischen der Schaltbrücke und dem zweiten Kontakt resultierenden elektrischen Stromfluss bestromt werden, um stromrichtungsabhängig ein Magnetfeld zum Verlängern des Schaltlichtbogens stets in Richtung der Überstromtrenneinrichtung zu erzeugen. Bei einem Permanentmagnet als Blasmagnet verändert sich eine Richtung der seitlichen Auslenkung in Abhängigkeit von einer Richtung des Stromflusses beziehungsweise einer Stromrichtung. Damit die Richtung der Auslenkung gleich bleibt und der Schaltlichtbogen auch bei unterschiedlichen Stromrichtungen in Richtung der Elektrode der Überstromtrenneinrichtung verlängert wird, kann eine Feldrichtung in Abhängigkeit von der Stromrichtung eingestellt werden. Die Feldrichtung kann unter Verwendung einer stromdurchflossenen Spule eingestellt werden. Die Spule ist Bestandteil des Elektromagnets. Eine Stromrichtung in der Spule ist abhängig von der Stromrichtung durch den Schalter. Durch den Elektromagnet wird nur eine Überstromtrenneinrichtung benötigt.The blow magnet can be an electromagnet that is connected between the second interface and the switching bridge. If the contact point is separated, the switching bridge can be spaced apart from the first contact and the second contact. When the contact point is interrupted, the electromagnet can be energized by an electrical current flow resulting from a voltage drop at a further switching arc between the switching bridge and the second contact, in order to generate a magnetic field depending on the current direction to lengthen the switching arc, always in the direction of the overcurrent disconnection device. With a permanent magnet as a blow magnet, a direction of the lateral deflection changes depending on a direction of the current flow or a current direction. So that the direction of the deflection remains the same and the switching arc even with different current directions in Direction of the electrode of the overcurrent isolating device is extended, a field direction can be set depending on the current direction. The field direction can be adjusted using a current-carrying coil. The coil is part of the electromagnet. A current direction in the coil depends on the current direction through the switch. The electromagnet only requires an overcurrent disconnection device.

Die Überstromtrenneinrichtung kann als Schmelzsicherung mit Sandfüllung ausgebildet sein. Alternativ kann die Überstromtrenneinrichtung eine aktive Sicherung, wie eine Pyrofuse sein. Die Schmelzsicherung wird beim Ansprechen zerstört. Beim Ansprechen der Schmelzsicherung schmilzt ein Schmelzelement und anstelle des Schmelzelements entsteht ein Lichtbogen. Der Lichtbogen schmilzt durch seinen Energieumsatz die Sandfüllung zumindest teilweise auf. Der geschmolzene Sand unterbricht beziehungsweise erstickt dann den Lichtbogen und somit den Ersatzlichtbogen. Da die Überstromtrenneinrichtung im Normalbetrieb stromlos ist, kann die Schmelzsicherung schnell ansprechen, wenn der Ersatzlichtbogen zur Überstromtrenneinrichtung zündet.The overcurrent isolating device can be designed as a fuse with a sand filling. Alternatively, the overcurrent isolating device can be an active fuse, such as a pyrofuse. The fuse is destroyed when responding. When the fuse responds, a fusible link melts and an arc is created instead of the fusible link. The arc melts the sand filling at least partially through its energy conversion. The melted sand then interrupts or suffocates the arc and thus the replacement arc. Since the overcurrent disconnector is de-energized during normal operation, the fuse can respond quickly when the substitute arc to the overcurrent disconnector ignites.

Der Schalter kann eine Messeinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Stromflusses zwischen den Schnittstellen aufweisen. Die Messeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, ein Trennsignal zum Unterbrechen der Kontaktstelle bereitzustellen, wenn der Stromfluss größer als ein Schwellenwert ist. Durch das Messen des Stromflusses und das Unterbrechen ansprechend auf das Trennsignal kann der Schalter automatisiert die Hochvoltverbindung unterbrechen, bevor andere stromführende Teile Schaden nehmen.The switch can have a measuring device for detecting an electrical current flow between the interfaces. The measuring device can be designed to provide a disconnection signal to interrupt the contact point when the current flow is greater than a threshold value. By measuring the current flow and interrupting it in response to the isolating signal, the switch can automatically interrupt the high-voltage connection before other live parts are damaged.

Kurze FigurenbeschreibungBrief description of the figures

Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Schalter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2
eine Darstellung eines Schalters mit einem Trennelement gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fign. 3 bis 4
Darstellungen eines Unterbrechungsvorgangs einer Hochvoltverbindung unter Verwendung eines Schalters mit einem Trennelement gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5
eine Darstellung eines Schalters mit einer weiteren Überstromtrenneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fign. 6 bis 8
Darstellungen eines Unterbrechungsvorgangs einer Hochvoltverbindung unter Verwendung eines Schalters mit einer weiteren Überstromtrenneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 9
eine Darstellung eines Unterbrechungsvorgangs einer Hochvoltverbindung unter Verwendung eines Schalters mit einem Elektromagnet gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 10
eine Darstellung eines Schalters mit einer isolierten Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel.
An advantageous exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1
a representation of a vehicle with a switch according to an embodiment;
Fig. 2
a representation of a switch with a separating element according to an embodiment;
Figs. 3 to 4
Representations of an interruption process of a high-voltage connection using a switch with a separating element according to an exemplary embodiment;
Fig. 5
a representation of a switch with a further overcurrent isolating device according to an embodiment;
Figs. 6 to 8
Representations of an interruption process of a high-voltage connection using a switch with a further overcurrent isolating device according to an exemplary embodiment;
Fig. 9
a representation of an interruption process of a high-voltage connection using a switch with an electromagnet according to an embodiment; and
Fig. 10
a representation of a switch with an insulated electrode according to an embodiment.

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 merely schematic representations and serve only to explain the invention. Identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols throughout.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den Figuren 1-10 als Referenz beibehalten.For easier understanding, the reference numerals are assigned to the in the following description Figures 1-10 retained for reference.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Schalter 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug weist eine Traktionsbatterie 104 und zumindest eine elektrische Antriebseinheit 106 auf. Die Traktionsbatterie 104 ist über eine Hochvoltverbindung 108 mit der Antriebseinheit 106 verbunden. Eine zum Betrieb der Antriebseinheit 106 erforderliche Steuer- und Regelelektronik ist hier zur Vereinfachung nicht dargestellt. Fig. 1 shows an illustration of a vehicle 100 with a switch 102 according to an embodiment. The vehicle has a traction battery 104 and at least one electric drive unit 106. The traction battery 104 is connected to the drive unit 106 via a high-voltage connection 108. One to operate the Control electronics required for drive unit 106 are not shown here for the sake of simplicity.

Der Schalter 102 ist zwischen der Traktionsbatterie 104 und der Antriebseinheit 106 in der Hochvoltverbindung 108 angeordnet. Jeder Pol der Traktionsbatterie 104 ist über eine Leitung der Hochvoltverbindung 108 mit einem entsprechenden Anschluss der Antriebseinheit 106 verbunden. Der Schalter 102 weist für jeden Pol getrennte Kontakte auf. Der Schalter 102 ist also mehrpolig und dazu ausgebildet, die Traktionsbatterie 104 allpolig vom Rest des Fahrzeugs 100 abzutrennen.The switch 102 is arranged between the traction battery 104 and the drive unit 106 in the high-voltage connection 108. Each pole of the traction battery 104 is connected to a corresponding connection of the drive unit 106 via a line of the high-voltage connection 108. The switch 102 has separate contacts for each pole. The switch 102 is therefore multi-pole and designed to disconnect the traction battery 104 from the rest of the vehicle 100 at all poles.

Für jeden Pol weist der Schalter 102 eine Kontaktstelle 110 zwischen einem mit der Traktionsbatterie 104 verbundenen Teilbereich der Hochvoltverbindung 108 und einem mit der Antriebseinrichtung 106 verbundenen Teilbereich der Hochvoltverbindung 108 auf. Zusätzlich weist der Schalter für jeden Pol eine im Betrieb nur mit einem der Teilbereiche der Hochvoltverbindung 108 verbundenen Überstromtrenneinrichtung 112 und eine Lichtbogenweiche 114 auf. Die Lichtbogenweiche 114 ist dazu ausgebildet, in einem Überlastfall einen zu der Überstromtrenneinrichtung 112 führenden Ersatzlichtbogen zu einem beim Unterbrechen der Kontaktstelle 110 entstehenden Schaltlichtbogen zu erzeugen.For each pole, the switch 102 has a contact point 110 between a sub-area of the high-voltage connection 108 connected to the traction battery 104 and a sub-area of the high-voltage connection 108 connected to the drive device 106. In addition, for each pole, the switch has an overcurrent disconnection device 112, which is connected to only one of the subregions of the high-voltage connection 108 during operation, and an arc switch 114. The arc switch 114 is designed to generate a substitute arc leading to the overcurrent isolating device 112 in the event of an overload to a switching arc that occurs when the contact point 110 is interrupted.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Schalters 102 mit einem Trennelement 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schalter 102 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalter in Fig. 1. Im Gegensatz dazu ist der hier dargestellte Schalter 102 einpolig. Der Schalter 102 weist eine erste Schnittstelle 202 zu einem ersten Teilbereich der Hochvoltverbindung und eine zweite Schnittstelle 204 zu einem zweiten Teilbereich der Hochvoltverbindung auf. Die erste Schnittstelle 202 ist elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt 206 der Kontaktstelle 110 verbunden. Die zweite Schnittstelle 204 ist elektrisch leitend mit einem zweiten Kontakt 208 der Kontaktstelle 110 verbunden. Fig. 2 shows a representation of a switch 102 with a separating element 200 according to an embodiment. The switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 1 . In contrast to this, the switch 102 shown here is single-pole. The switch 102 has a first interface 202 to a first sub-area of the high-voltage connection and a second interface 204 to a second sub-area of the high-voltage connection. The first interface 202 is electrically conductively connected to a first contact 206 of the contact point 110. The second interface 204 is electrically conductively connected to a second contact 208 of the contact point 110.

Zwischen dem ersten Kontakt 206 und dem zweiten Kontakt 208 ist eine bewegliche Schaltbrücke 210 angeordnet, die über ein elektrisch leitendes Gelenk fest mit dem ersten Kontakt 206 verbunden ist. In geschlossenem Zustand der Kontaktstelle 110 wird die Schaltbrücke 210 gegen den zweiten Kontakt 208 gedrückt, sodass diese leitend verbunden sind. Die Schaltbrücke 210 wird beispielsweise durch eine Federkraft gegen den zweiten Kontakt 208 gedrückt.A movable switching bridge 210 is arranged between the first contact 206 and the second contact 208 and is fixedly connected to the first contact 206 via an electrically conductive joint. In the closed state of the contact point 110, the switching bridge 210 is pressed against the second contact 208 so that these are conductively connected. The switching bridge 210 is pressed against the second contact 208, for example by a spring force.

Ein erster Anschluss der Überstromtrenneinrichtung 112 ist elektrisch leitend mit der zweiten Schnittstelle 204 und dem zweiten Kontakt 208 verbunden. Ein freier zweiter Anschluss der Überstromtrenneinrichtung 112 ist mit einer Elektrode 212 der Lichtbogenweiche 114 verbunden. Hier sind der zweite Kontakt 208, das Trennelement 200 und die Schaltbrücke 210 weitere Bestandteile der Lichtbogenweiche 114. In geschlossenem Zustand der Kontaktstelle 110 sind die Schaltbrücke 210 und damit auch der erste Kontakt 206 beabstandet von der Elektrode 212.A first connection of the overcurrent isolating device 112 is electrically conductively connected to the second interface 204 and the second contact 208. A free second connection of the overcurrent isolating device 112 is connected to an electrode 212 of the arc switch 114. Here, the second contact 208, the separating element 200 and the switching bridge 210 are further components of the arc switch 114. In the closed state of the contact point 110, the switching bridge 210 and thus also the first contact 206 are at a distance from the electrode 212.

Das Trennelement 200 ist hier keilförmig geformt und dazu ausgebildet, zwischen den zweiten Kontakt 208 und die Schaltbrücke 210 geschoben zu werden, um die Schaltbrücke 210 von dem zweiten Kontakt 208 abzuheben beziehungsweise wegzudrücken. Beim Abheben beziehungsweise Wegdrücken wird die Schaltbrücke 210 in Richtung der Elektrode 212 bewegt. Das bewegliche Trennelement 200 verdeckt beim Unterbrechen der Kontaktstelle 110 den zweiten Kontakt 208.The separating element 200 is wedge-shaped here and is designed to be pushed between the second contact 208 and the switching bridge 210 in order to lift the switching bridge 210 off the second contact 208 or to push it away. When lifting or pushing away, the switching bridge 210 is moved in the direction of the electrode 212. The movable separating element 200 covers the second contact 208 when the contact point 110 is interrupted.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Schalter 102 als einmalig verwendbarer Trennschalter für eine Überlastsituation ausgebildet. Zum Schalten unter normalen Betriebsbedingungen ist dann ein hier nicht dargestellter weiterer Schalter in Serie zu dem dargestellten Schalter 102 geschaltet. Hier wird die Schaltbrücke 210 beim Unterbrechen der Kontaktstelle 110 durch das Trennelement 200 gegen die Elektrode 212 gedrückt. So wird ein direkter Kontakt zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212 hergestellt. In der Überlastsituation spricht dann die zuvor stromlose Überstromtrenneinrichtung 112 sofort an und unterbricht den Stromfluss sicher. Da die Überstromtrenneinrichtung 112 in normalen Betriebssituationen stromlos ist, kann sie entsprechend schwach dimensioniert sein und bereits bei einem geringen Stromfluss ansprechen.In one embodiment, the switch 102 is designed as a single-use disconnector for an overload situation. For switching under normal operating conditions, a further switch, not shown here, is then connected in series with the switch 102 shown. Here, when the contact point 110 is interrupted, the switching bridge 210 is pressed against the electrode 212 by the separating element 200. In this way, direct contact between the switching bridge 210 and the electrode 212 is established. In the overload situation, the previously currentless overcurrent isolating device 112 responds immediately and safely interrupts the flow of current. Since the overcurrent isolating device 112 is de-energized in normal operating situations, it can be dimensioned correspondingly weak and respond even with a low current flow.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Schalter 102 dazu ausgebildet, unter normalen Betriebsbedingungen als Betriebsschalter verwendet zu werden. Hier sind die Schaltbrücke 210 und die Elektrode 212 auch beim Unterbrechen der Kontaktstelle 110 durch eine Luftstrecke 214 voneinander beabstandet. Die Schaltbrücke 210 berührt die Elektrode 212 also nie. Eine Energieübertragung kann dabei nur durch einen zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212 gezündeten Ersatzlichtbogen erfolgen.In one embodiment, the switch 102 is designed to be used as an operating switch under normal operating conditions. Here, the switching bridge 210 and the electrode 212 are also spaced apart from one another by an air gap 214 when the contact point 110 is interrupted. The switching bridge 210 therefore never touches the electrode 212. Energy can only be transferred by a substitute arc ignited between the switching bridge 210 and the electrode 212.

Die Figuren 3 und 4 zeigen Darstellungen eines Unterbrechungsvorgangs einer Hochvoltverbindung unter Verwendung eines Schalters 102 mit einem Trennelement 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schalter 102 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalter in Fig. 2. Die nicht dargestellte Hochvoltverbindung ist an den Schnittstellen 202, 204 angeschlossen und es besteht ein Überlastfall, in dem es erforderlich ist, die Hochvoltverbindung sicher zu unterbrechen, um beispielsweise bei einem Schaden die Antriebseinheit von der Traktionsbatterie zu trennen.The Figures 3 and 4 show representations of an interruption process of a high-voltage connection using a switch 102 with a separating element 200 according to an exemplary embodiment. The switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 2 . The high-voltage connection, not shown, is connected to the interfaces 202, 204 and there is an overload case in which it is necessary to safely interrupt the high-voltage connection in order, for example, to disconnect the drive unit from the traction battery in the event of damage.

In Fig. 3 beginnt das Trennelement 200 die Schaltbrücke 210 von dem zweiten Kontakt 208 abzuheben. In einem resultierenden Spalt zündet ein Schaltlichtbogen 300 zwischen der mit dem ersten Kontakt 206 verbundenen Schaltbrücke 210 und dem zweiten Kontakt 208. Der Schaltlichtbogen 300 erzeugt ein Plasma aus freien Ladungsträgern zwischen der Schaltbrücke 210 und dem zweiten Kontakt 208. Das Trennelement 200 drückt die Schaltbrücke 210 in Richtung der freien Elektrode 212 der Überstromtrenneinrichtung 112. Die Elektrode 212 liegt aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung durch die Überstromtrenneinrichtung 112 auf dem gleichen elektrischen Potenzial, wie der zweite Kontakt 208. Zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212 entsteht ein elektrisches Feld. Eine Feldstärke des elektrischen Felds wird umso größer, je geringer die Luftstrecke 214 wird.In Fig. 3 the separating element 200 begins to lift the switching bridge 210 from the second contact 208. In a resulting gap, a switching arc 300 ignites between the switching bridge 210 connected to the first contact 206 and the second contact 208. The switching arc 300 generates a plasma of free charge carriers between the switching bridge 210 and the second contact 208. The separating element 200 presses the switching bridge 210 in the direction of the free electrode 212 of the overcurrent isolating device 112. The electrode 212 is at the same electrical potential as the second contact 208 because of the electrically conductive connection through the overcurrent isolating device 112. An electric field is created between the switching bridge 210 and the electrode 212. A field strength of the electric field becomes greater the smaller the air gap 214 becomes.

In Fig. 4 hat das Trennelement 200 eine Lichtbogenstrecke 400 von der Schaltbrücke 210 um das Trennelement 200 herum bis zum zweiten Kontakt 208 soweit verlängert, dass ein Ersatzlichtbogen 402 über die Luftstrecke 214 zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212 einen Weg mit geringerem elektrischen Widerstand bietet, als der Weg über die primäre Lichtbogenstrecke 400. Durch das Plasma des Schaltlichtbogens ist der Bereich der Luftstrecke 214 mit freien Ladungsträgern geflutet. Damit zündet der Ersatzlichtbogen 402 zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212. Der Schaltlichtbogen 300 erlischt aufgrund seines höheren elektrischen Widerstands und die abzubauende elektrische Energie wird durch die Überstromtrenneinrichtung 112 abgeleitet.In Fig. 4 the separating element 200 has extended an arc path 400 from the switching bridge 210 around the separating element 200 to the second contact 208 so that a substitute arc 402 via the air path 214 between the switching bridge 210 and the electrode 212 offers a path with lower electrical resistance than the Path via the primary arc path 400. The area of the air path 214 is flooded with free charge carriers due to the plasma of the switching arc. The replacement arc 402 thus ignites between the switching bridge 210 and the electrode 212. The switching arc 300 extinguishes due to its higher electrical resistance and the electrical energy to be dissipated is diverted by the overcurrent isolating device 112.

Da die durch die Überstromtrenneinrichtung 112 geleitete elektrische Energie größer ist, als eine Ansprechschwelle der Überstromtrenneinrichtung 112, spricht die Überstromtrenneinrichtung 112 an und unterbricht den elektrischen Stromfluss durch die Hochvoltverbindung endgültig. Der Ersatzlichtbogen 402 verlischt. Das Trennelement 200 verdeckt den zweiten Kontakt 208 und verhindert so ein erneutes Zünden des Schaltlichtbogens 300 zwischen der Schaltbrücke 210 und dem zweiten Kontakt 208.Since the electrical energy conducted through the overcurrent isolating device 112 is greater than a response threshold of the overcurrent isolating device 112, the overcurrent isolating device 112 responds and finally interrupts the electrical current flow through the high-voltage connection. The replacement arc 402 goes out. The separator 200 covers the second contact 208 and thus prevents a renewed ignition of the switching arc 300 between the switching bridge 210 and the second contact 208.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines Schalters 102 mit einer zweiten Überstromtrenneinrichtung 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schalter 102 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalter in Fig. 2. Im Gegensatz dazu ist die Schaltbrücke 210 hier an beiden Seiten mobil beziehungsweise kann von dem ersten Kontakt 206 und dem zweiten Kontakt 208 abgehoben werden. Ein erstes Ende der zweiten Überstromtrenneinrichtung 500 ist mit der ersten Schnittstelle 202 verbunden. Ein zweites Ende der zweiten Überstromtrenneinrichtung 500 ist mit einer zweiten Elektrode 502 verbunden. Im Gegensatz zur Darstellung in Fig. 2 ist die erste Elektrode 212 der ersten Überstromtrenneinrichtung 112 hier durch die erste Luftstrecke 214 von dem ersten Kontakt 206 beabstandet, während die zweite Elektrode 502 durch eine zweite Luftstrecke 504 von dem zweiten Kontakt 208 beabstandet ist. Die Luftstrecken 214, 504 sind dabei insbesondere gleich groß. Mit anderen Worten sind die Überstromtrenneinrichtungen 112, 500 gegengleich verbaut. Fig. 5 shows a representation of a switch 102 with a second overcurrent isolating device 500 according to an embodiment. The switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 2 . In contrast to this, the switching bridge 210 is mobile on both sides or can be lifted from the first contact 206 and the second contact 208. A first end of the second overcurrent isolating device 500 is connected to the first interface 202. A second end of the second overcurrent isolating device 500 is connected to a second electrode 502. In contrast to the representation in Fig. 2 For example, the first electrode 212 of the first overcurrent isolating device 112 is spaced apart from the first contact 206 by the first air gap 214, while the second electrode 502 is spaced apart from the second contact 208 by a second air gap 504. The air gaps 214, 504 are in particular the same size. In other words, the overcurrent isolating devices 112, 500 are installed in opposite directions.

In einem Ausführungsbeispiel ist ein erster Blasmagnet 506 im Bereich des ersten Kontakts 206 und der ersten Elektrode 212 angeordnet. Ein zweiter Blasmagnet 508 ist im Bereich des zweiten Kontakts 208 und der zweiten Elektrode 502 angeordnet. Die Blasmagneten 506, 508 stellen jeweils entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Magnetfelder bereit.In one embodiment, a first blow magnet 506 is arranged in the area of the first contact 206 and the first electrode 212. A second blow magnet 508 is arranged in the area of the second contact 208 and the second electrode 502. The blow magnets 506, 508 each provide magnetic fields aligned opposite to one another.

Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen Darstellungen eines Unterbrechungsvorgangs einer Hochvoltverbindung unter Verwendung eines Schalters 102 mit einer weiteren Überstromtrenneinrichtung 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie in den Figuren 3 und 4 ist die Hochvoltverbindung mit den Schnittstellen 202, 204 verbunden, jedoch nicht dargestellt.The Figures 6 , 7 and 8 show representations of an interruption process of a high-voltage connection using a switch 102 with a further overcurrent isolating device 500 according to an exemplary embodiment. As in the Figures 3 and 4 the high-voltage connection is connected to the interfaces 202, 204, but not shown.

In Fig. 6 wird die Schaltbrücke 210 durch einen nicht dargestellten Aktor von dem ersten Kontakt 206 und dem zweiten Kontakt 208 abgehoben. An beiden Kontakten 206, 208 zündet jeweils ein Schaltlichtbogen 300. Da die Schaltlichtbögen 300 in Reihe geschaltet sind, summieren sich ihre Lichtbogenstrecken 400 zu einer Gesamtlichtbogenstrecke. Die Ladungsträger in beiden Schaltlichtbögen 300 bewegen sich dabei quer zu den Magnetfeldern der Blasmagneten 506, 508. Durch die resultierende Lorentzkraft werden die Schaltlichtbögen 300 seitlich ausgelenkt. Die Lichtbogenstrecken 400 werden durch die seitliche Auslenkung verlängert. Die Gesamtlichtbogenstrecke verlängert sich entsprechend.In Fig. 6 the switching bridge 210 is lifted from the first contact 206 and the second contact 208 by an actuator (not shown). A switching arc 300 each ignites at both contacts 206, 208. Since the switching arcs 300 are connected in series, their arc paths 400 add up to a total arc path. The charge carriers in the two switching arcs 300 move transversely to the magnetic fields of the blow magnets 506, 508. The resulting Lorentz force causes the Switching arcs 300 deflected laterally. The arc paths 400 are lengthened by the lateral deflection. The total arc path is extended accordingly.

Durch die Lorentzkraft wird der Schaltlichtbogen 300 zwischen dem ersten Kontakt 206 und der Schaltbrücke 210 hier zusätzlich in Richtung der ersten Elektrode 212 ausgelenkt, die über die elektrisch leitende erste Überstromtrenneinrichtung 112 auf dem gleichen elektrischen Potenzial liegt, wie der zweite Kontakt 208.As a result of the Lorentz force, the switching arc 300 between the first contact 206 and the switching bridge 210 is additionally deflected in the direction of the first electrode 212, which is at the same electrical potential as the second contact 208 via the electrically conductive first overcurrent isolating device 112.

In Fig. 7 wurde die aus den einzelnen Lichtbogenstrecken 400 kombinierte Gesamtlichtbogenstrecke größer, als die erste Luftstrecke 214. Zwischen dem ersten Kontakt 206 und der ersten Elektrode 212 hat der Ersatzlichtbogen 402 gezündet und die erste Überstromtrenneinrichtung 112 spricht an. Dabei erlischt auch der Schaltlichtbogen zwischen dem zweiten Kontakt 208 und der Schaltbrücke 210, da dieser Strompfad unterbrochen ist.In Fig. 7 the total arc path combined from the individual arc paths 400 became greater than the first air path 214. The substitute arc 402 has ignited between the first contact 206 and the first electrode 212 and the first overcurrent isolating device 112 responds. The switching arc between the second contact 208 and the switching bridge 210 is also extinguished, since this current path is interrupted.

In Fig. 8 fließt der Strom entgegengesetzt zur Darstellung in den Figuren 6 und 7. Dadurch wirkt die Lorentzkraft ebenfalls in die entgegengesetzte Richtung. Der Schaltlichtbogen 300 zwischen der Schaltbrücke 210 und dem zweiten Kontakt 208 wird in Richtung der zweiten Elektrode 502 ausgelenkt. Dadurch ist die Gesamtlichtbogenstrecke größer, als die zweite Luftstrecke 504. Zwischen dem zweiten Kontakt 208 und der zweiten Elektrode 502 hat der Ersatzlichtbogen 402 gezündet und die zweite Überstromtrenneinrichtung 500 spricht an. Dabei erlischt auch der Schaltlichtbogen zwischen dem ersten Kontakt 206 und der Schaltbrücke 210, da dieser Strompfad unterbrochen ist.In Fig. 8 the current flows in the opposite direction to that shown in the Figures 6 and 7th . As a result, the Lorentz force also acts in the opposite direction. The switching arc 300 between the switching bridge 210 and the second contact 208 is deflected in the direction of the second electrode 502. As a result, the total arc gap is greater than the second air gap 504. The replacement arc 402 has ignited between the second contact 208 and the second electrode 502 and the second overcurrent isolating device 500 responds. The switching arc between the first contact 206 and the switching bridge 210 is also extinguished, since this current path is interrupted.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung eines Unterbrechungsvorgangs einer Hochvoltverbindung unter Verwendung eines Schalters 102 mit einem Elektromagnet 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schalter 102 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalter in den Figuren 5 bis 7. Im Gegensatz dazu weist der hier dargestellte Schalter 102 nur eine Überstromtrenneinrichtung 112 und dementsprechend nur eine Elektrode 212 auf, die für beide Stromrichtungen wirksam ist. Die Elektrode 212 ist wie in Fig. 2 im Bereich des zweiten Kontakts 208 angeordnet, ist jedoch wie in Fig. 5 durch den Luftspalt 214 von dem zweiten Kontakt 208 beabstandet. Fig. 9 shows an illustration of an interruption process of a high-voltage connection using a switch 102 with an electromagnet 900 according to an embodiment. The switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Figures 5 to 7 . In contrast to this, the switch 102 shown here has only one overcurrent isolating device 112 and, accordingly, only one electrode 212, which is effective for both directions of current. The electrode 212 is as in FIG Fig. 2 arranged in the region of the second contact 208, but is as in FIG Fig. 5 spaced from the second contact 208 by the air gap 214.

Ebenfalls wie in Fig. 5 ist hier die Schaltbrücke 210 beidseitig beweglich und kann durch einen Aktor 902 ansprechend auf ein Trennsignal 904 sowohl von dem ersten Kontakt 206 als auch von dem zweiten Kontakt 208 abgehoben werden. Damit zünden beim Unterbrechen der Kontaktstelle 110 zwei Schaltlichtbögen 300. Da die Schaltlichtbögen 300 einen höheren elektrischen Widerstand aufweisen, als die elektrischen Leiter der Kontakte 206, 208 und der Schaltbrücke 210 fällt an den Schaltlichtbögen 300 elektrische Spannung ab. Der Spannungsabfall des Schaltlichtbogens 300 zwischen der Schaltbrücke 210 und dem ersten Kontakt 206 wird hier abgegriffen, um den Schaltlichtbogen 300 zwischen dem zweiten Kontakt 208 und der Schaltbrücke 210 zur Elektrode 212 umzulenken. Dazu ist der Elektromagnet 900 zwischen den ersten Kontakt 206 und die Schaltbrücke 210 geschaltet. Der Elektromagnet 900 erzeugt ein Magnetfeld, dessen Feldlinien quer zur Bewegungsrichtung der Ladungsträger des Lichtbogens ausgerichtet sind, wenn er stromdurchflossen ist.Also as in Fig. 5 Here the switching bridge 210 is movable on both sides and can be lifted from the first contact 206 as well as from the second contact 208 by an actuator 902 in response to a separation signal 904. Thus, when the contact point 110 is interrupted, two switching arcs 300 ignite. Since the switching arcs 300 have a higher electrical resistance than the electrical conductors of the contacts 206, 208 and the switching bridge 210, electrical voltage drops across the switching arcs 300. The voltage drop of the switching arc 300 between the switching bridge 210 and the first contact 206 is tapped here in order to deflect the switching arc 300 between the second contact 208 and the switching bridge 210 to the electrode 212. For this purpose, the electromagnet 900 is connected between the first contact 206 and the switching bridge 210. The electromagnet 900 generates a magnetic field whose field lines are aligned transversely to the direction of movement of the charge carriers of the arc when current flows through it.

Eine Stromrichtung im Elektromagnet 900 ist damit abhängig von der Stromrichtung durch den Schalter 102. Somit ist auch eine Feldrichtung des von dem Elektromagnet 900 erzeugten magnetischen Felds abhängig von der Stromrichtung. Die Feldrichtung passt so immer zur Richtung der Ladungsträger im Schaltlichtbogen 300. Der Schaltlichtbogen wird also immer in Richtung der Elektrode 212 ausgelenkt.A current direction in the electromagnet 900 is therefore dependent on the current direction through the switch 102. Thus, a field direction of the magnetic field generated by the electromagnet 900 is also dependent on the current direction. The field direction thus always matches the direction of the charge carriers in the switching arc 300. The switching arc is therefore always deflected in the direction of the electrode 212.

Wenn die Gesamtlichtbogenstrecke über beide Schaltlichtbogen 300 größer ist, als die Luftstrecke 214, zündet der hier nicht dargestellte Ersatzlichtbogen zur Elektrode 212 und der resultierende Stromfluss durch die Überstromtrenneinrichtung 112 lässt diese ansprechen. Durch das Ansprechen der Überstromtrenneinrichtung 112 wird die Hochvoltverbindung endgültig unterbrochen.If the total arc gap over both switching arcs 300 is greater than the air gap 214, the substitute arc (not shown here) to the electrode 212 ignites and the resulting current flow through the overcurrent isolating device 112 causes it to respond. When the overcurrent isolating device 112 responds, the high-voltage connection is finally interrupted.

Fig. 10 zeigt eine Darstellung eines Schalters 102 mit einer isolierten Elektrode 212 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schalter 102 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalter in Fig. 2. Im Gegensatz dazu ist die Elektrode 212 der Überstromtrenneinrichtung 112 hier in einem Flugkreis der drehbar gelagerten Schaltbrücke 210 angeordnet und durch einen Isolator 1000 aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bedeckt. Die Schaltbrücke 210 kann an dem Isolator 1000 anschlagen. Der Isolator 1000 verhindert bei einem normalen Schaltvorgang einen direkten elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212. Eine Materialstärke des Isolators 1000 entspricht dann der verbleibenden Luftstrecke 214. Fig. 10 FIG. 11 shows a representation of a switch 102 with an insulated electrode 212 according to an embodiment. The switch 102 essentially corresponds to the switch in FIG Fig. 2 . In contrast to this, the electrode 212 of the overcurrent isolating device 112 is arranged here in a flight circle of the rotatably mounted switching bridge 210 and covered by an insulator 1000 made of a thermoplastic material. The switching bridge 210 can strike the insulator 1000. The insulator 1000 prevents direct electrically conductive contact between the switching bridge 210 during a normal switching process and the electrode 212. A material thickness of the insulator 1000 then corresponds to the remaining air gap 214.

Wenn die Schaltbrücke 210 an dem Isolator 1000 anliegt, ist die Luftstrecke 214 sehr gering und es resultiert ein elektrisches Feld mit einer hohen Feldstärke zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212. Dieses elektrische Feld beeinflusst den auch beim normalen Schaltvorgang in der Kontaktstelle 110 entstehenden, schwächeren Schaltlichtbogen. Der Schaltlichtbogen wird durch das elektrische Feld bogenförmig ausgelenkt und seine Lichtbogenstrecke dadurch verlängert. Der Schaltlichtbogen erlischt durch die vergrößerte Lichtbogenstrecke schneller, da der elektrische Widerstand des Schaltlichtbogens mit zunehmender Lichtbogenstrecke stark steigt.When the switching bridge 210 is in contact with the insulator 1000, the air gap 214 is very small and an electric field with a high field strength results between the switching bridge 210 and the electrode 212. This electric field influences the contact point 110 that occurs even during normal switching operations, weaker switching arc. The switching arc is deflected in an arc shape by the electric field and its arc length is thereby lengthened. The switching arc extinguishes faster due to the increased arc length, since the electrical resistance of the switching arc increases sharply with increasing arc length.

Das Trennelement 200 verlängert beim Trennen der Kontaktstelle 110 ebenfalls die Lichtbogenstrecke, da der Schaltlichtbogen um das Trennelement 200 herum brennt. Um den Schaltlichtbogen zu unterbrechen, dringt das Trennelement 200 in einem Ausführungsbeispiel nach dem Trennen der Kontaktstelle 110 in eine Kerbe 1002 in einem Gehäuse des Schalters 102 ein. Durch das Eindringen in die Kerbe 1002 kann der Schaltlichtbogen im übertragenen Sinn abgeschnitten werden.When separating the contact point 110, the separating element 200 likewise extends the arc path, since the switching arc burns around the separating element 200. In order to interrupt the switching arc, the separating element 200 penetrates into a notch 1002 in a housing of the switch 102 after the contact point 110 has been separated. By penetrating into the notch 1002, the switching arc can be cut off in the figurative sense.

Bei einem Überlastfall setzt der Schaltlichtbogen so viel thermische Energie frei, dass der Isolator 1000 zumindest teilweise schmilzt und/oder verdampft. Dadurch wird die Elektrode 212 freigelegt und der Ersatzlichtbogen zwischen der Schaltbrücke 210 und der Elektrode 212 zündet. Da die Schaltbrücke 210 aufgrund des abgeschmolzenen Isolators 1000 sehr nah an die Elektrode 212 herankommt beziehungsweise die Elektrode 212 sogar direkt berühren kann, wird durch den Ersatzlichtbogen nur wenig thermische Energie freigesetzt, bis die Überstromtrenneinrichtung 112 anspricht und der Ersatzlichtbogen gelöscht wird.In the event of an overload, the switching arc releases so much thermal energy that the insulator 1000 at least partially melts and / or evaporates. This exposes the electrode 212 and ignites the substitute arc between the switching bridge 210 and the electrode 212. Since the switching bridge 210 comes very close to the electrode 212 due to the melted insulator 1000 or can even touch the electrode 212 directly, only little thermal energy is released by the substitute arc until the overcurrent disconnector 112 responds and the substitute arc is extinguished.

Mit anderen Worten zeigen die Figuren 1 bis 10 Schalter mit Lichtbogenweichen. Die Schalter können zur Absicherung und zum Schalten im Hochvolt(HV)-Versorgungsbordnetz verwendet werden. Die bisher verwendeten in Reihe geschalteten Schmelzsicherungen zur thermischen Absicherung der Leitungen können durch den hier vorgestellten Ansatz entfallen. Die bei Verwendung von herkömmlichen Schützen und Sicherungen in Serienschaltung resultierenden Probleme durch die Kombination der beiden Komponenten treten dadurch nicht auf.In other words, they show Figures 1 to 10 Arc switch switches. The switches can be used for protection and for switching in the high-voltage (HV) electrical system. The previously used series-connected fuses for thermal protection of the lines can be dispensed with thanks to the approach presented here. The problems resulting from the combination of the two components when using conventional contactors and fuses in series connection do not arise.

Herkömmlicherweise führt im Kurzschlussfall beispielsweise das Abheben der Schaltkontakte beziehungsweise die Kontaktlevitation aufgrund der elektromagnetischen Kräfte zu einer unkontrollierten Lichtbogenbildung im Schütz, welche die Zündung der in Reihe geschalteten Schmelzsicherung verzögert. Das Schütz beeinflusst also die Sicherung in ihrem Verhalten.Conventionally, in the event of a short circuit, the lifting of the switching contacts or the contact levitation due to the electromagnetic forces leads to uncontrolled arcing in the contactor, which delays the ignition of the series-connected fuse. The contactor thus influences the behavior of the fuse.

Zusätzlich sind bei in Reihe geschalteten Schmelzsicherungen aufgrund der Trägheit bei kleinen Überströmen und dynamischen Stromprofilen große Leitungsquerschnitte notwendig. Weiterhin ist eine in Serie geschaltete Schmelzsicherung durch ihre Konstruktion als Sollbruchstelle immer erhebliche Quelle von thermischen Verlusten. Dieser Wärmeeintrag kann Probleme bei der Dimensionierung der Hochvolt(HV)-Schaltboxen verursachen und kann sogar aktive Kühlvorrichtungen notwendig machen.In addition, large line cross-sections are necessary for series-connected fuses due to the inertia with small overcurrents and dynamic current profiles. Furthermore, a series-connected fuse is always a significant source of thermal losses due to its design as a predetermined breaking point. This heat input can cause problems when dimensioning the high-voltage (HV) switch boxes and can even make active cooling devices necessary.

Bisherige Schütze können die Trennleistung im Fall eines Kurzschlusses im Bordnetz nicht aufnehmen und können z.B. bei einem Kurzschlussstrom von größer drei Kiloampere (kA) explodieren, wenn das Öffnen kommandiert wird. Um dies zu verhindern, können die Schütze geschlossen gelassen werden und die in Reihe geschaltete Sicherung soll mit ihrer Sandfüllung die Trennleistung tragen, die Trennenergie aufnehmen und so den Stromfluss unterbrechen. Die in Reihe geschalteten konventionellen Sicherungen haben den Zielkonflikt, einerseits den Laststrom mit möglichst geringen Verlusten und Erwärmung tragen zu können, was durch einen möglichst großen Querschnitt der Engstelle erreicht werden kann, andererseits sollen sie im Kurzschlussfall möglichst schnell trennen, was durch einen möglichst kleiner Querschnitt der Engstelle erreicht werden kann, damit die umgesetzte Trennenergie (Leistung mal Zeit) nicht zu groß wird.Previous contactors could not absorb the isolating power in the event of a short circuit in the vehicle electrical system and could e.g. explode in the event of a short-circuit current of greater than three kiloamps (kA) when opening is commanded. To prevent this, the contactors can be left closed and the series-connected fuse with its sand filling should carry the separating power, absorb the separating energy and thus interrupt the flow of current. The conventional fuses connected in series have the conflict of objectives, on the one hand, to be able to carry the load current with the lowest possible losses and heating, which can be achieved through the largest possible cross-section of the constriction, and on the other hand, they should disconnect as quickly as possible in the event of a short circuit, which is achieved by the smallest possible cross-section the bottleneck can be reached so that the converted separation energy (power times time) does not become too large.

Der hier vorgestellte Schalter 102 kann sowohl die Schaltaufgabe des Schützes als auch die Absicherungsaufgabe der Sicherung übernehmen. Der Schalter 102 beinhaltet als zentrales Element eine "Lichtbogenweiche" 114.The switch 102 presented here can perform both the switching task of the contactor and the protection task of the fuse. The switch 102 includes an “arc switch” 114 as a central element.

Beim Abschalten des Kurzschlussstroms wird mit dem Öffnen der Kontakte 206, 208 (plus-Primärkontakt und minus-Primärkontakt) ein Lichtbogen aufgezogen. Dieser Lichtbogen wird mit einem Trennelement 200, beispielsweise einem Keil aus einem Isolatormaterial gegen einen In den Figuren 1 bis 10 als Elektrode 212 bezeichneten Sekundärkontakt geschoben und gleichzeitig wird der minus- (oder plus- oder beide) Primärkontakt von dem Trennelement 200 abgedeckt. Es entsteht ein zweiter Lichtbogen zum Sekundärkontakt. Dieser Sekundärkontakt wiederum ist mit einer vorzugsweise sandgefüllten Schmelzsicherungszelle verbunden, in der schlussendlich die Trennenergie umgesetzt wird. Die Schmelzsicherungszelle ist eine mögliche Form der Überstromtrenneinrichtung und kann als "Opferbereich" bezeichnet werden. Mit dem Aufschmelzen des Sicherungsfadens und Löschen des Lichtbogens über den kühlenden verflüssigten Sand, erlischt der Lichtbogen und der Schalter 102 unterbricht den Stromfluss. Der Pfad wird galvanisch getrennt. Die Schmelzsicherungszelle ist dabei derart dimensioniert, dass zunächst der Lichtbogen zwischen den Primärkontakten erlischt und anschließend erst der Lichtbogen in der Schmelzsicherungszelle unterbrochen wird, um ein "zurückfallen" des Großteils der Lichtbogenenergie auf den Lichtbogen zwischen den Primärkontakten zu verhindern.When the short-circuit current is switched off, an arc is drawn up when contacts 206, 208 (plus primary contact and minus primary contact) are opened. This arc is with a separating element 200, for example a wedge made of an insulating material against an in Figures 1 to 10 secondary contact designated as electrode 212 is pushed and at the same time the minus (or plus or both) primary contact is covered by the separating element 200. A second arc to the secondary contact is created. This secondary contact is in turn connected to a preferably sand-filled fuse cell, in which the separation energy is ultimately converted. The fuse cell is one possible form of overcurrent disconnect device and can be referred to as the "sacrificial area". As the securing thread melts and the arc is extinguished via the cooling liquefied sand, the arc is extinguished and the switch 102 interrupts the flow of current. The path is galvanically isolated. The fuse cell is dimensioned in such a way that first the arc between the primary contacts is extinguished and only then the arc in the fuse cell is interrupted in order to prevent the majority of the arc energy from "falling back" to the arc between the primary contacts.

Als Überstromtrenneinrichtung kann eine aktive Pyrofuse statt einer Schmelzsicherung verwendet werden. Sandgefüllte Sicherungselemente sind jedoch prinzipiell positiv für die Energieaufnahme bei der Kurzschlussstromunterbrechung.An active pyrofuse can be used as an overcurrent isolating device instead of a fuse. However, sand-filled fuse elements are in principle positive for energy absorption in the event of a short-circuit current interruption.

Durch den hier vorgestellten Ansatz ergibt sich eine Kosteneinsparung durch eine kleiner als bei der Serienschaltung dimensionierte Überstromtrenneinrichtung, ein wesentlich geringerer Wärmeeintrag und eine Platzersparnis.The approach presented here results in a cost saving due to an overcurrent isolating device which is smaller than in the case of the series connection, a significantly lower heat input and a saving in space.

Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es, die sicherheitsrelevante Funktion des Schaltens und Absicherns der HV-Spannung in einer Komponente zusammenzufassen und somit insbesondere beim Übergang von Normalfall zu Fehlerfall bei ca. 1.000 A bis 2.000 A Schaltlast eine präzise Funktion zu gewährleisten.The approach presented here makes it possible to combine the safety-relevant function of switching and safeguarding the HV voltage in one component and thus to ensure precise functioning, especially in the transition from normal to failure at approx. 1,000 A to 2,000 A switching load.

Durch die Lichtbogenweiche kann das serielle Sicherungselement entfallen, welches bisher durch seinen Widerstand zu einem hohen Wärmeeintrag in die Schaltbox geführt hat. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird das Schmelzsicherungselement nur im Fehlerfall bestromt. Dadurch wird die Dauerstromtragfähigkeit des Systems nicht länger durch die Schmelzsicherung begrenzt. Bisher kann das Sicherungselement immer nur so groß gewählt werden, dass die Leitung und insbesondere die HV-Schütze nicht zerstört werden, insbesondere abbrennen. Bei diesem maximalen Nennwert ist die Dauerstromtragfähigkeit der Sicherung aufgrund der thermischen Belastungsgrenze natürlich ebenfalls beschränkt. Durch den hier vorgestellten Ansatz kann den immer weiter steigenden Anforderungen an das "DC-Schnellladen" von Elektrofahrzeugen Rechnung getragen werden und eine vergrößerte Dauerstromtragfähigkeit erreicht werden.Due to the arc switch, the serial fuse element can be omitted, which up to now has led to a high level of heat input into the switch box due to its resistance. In the approach presented here, the fuse element is only energized in the event of a fault. As a result, the continuous current carrying capacity of the system is no longer limited by the fuse. So far, the fuse element can only be selected so large that the line and in particular the HV contactors are not destroyed, in particular burn off. With this maximum nominal value, the continuous current carrying capacity of the fuse is of course also limited due to the thermal load limit. With the approach presented here, the ever increasing demands on the "DC fast charging" of electric vehicles can be taken into account and an increased continuous current carrying capacity can be achieved.

Bei dem hier vorgestellten Ansatz brennt während der Unterbrechung des Kurzschlussstroms lediglich der Lichtbogen an der Kurzschlussstelle zusätzlich zum Lichtbogen in dem Sicherungselement. Bislang gab es bei Verwendung von herkömmlichen HV-Schützen immer noch zwei zusätzliche Lichtbogen an den zwei Schützkontakten aufgrund der Kontaktlevitation (= Kontaktabhebung aufgrund von Lorentz- und Holm 'scher Engekraft) ab typischerweise 6.000 A.In the approach presented here, during the interruption of the short-circuit current, only the arc burns at the short-circuit point in addition to the arc in the fuse element. So far, when conventional HV contactors were used, there were still two additional arcs at the two contactor contacts due to contact levitation (= contact lifting due to Lorentz and Holm's narrow force) from typically 6,000 A.

Die Lichtbogenweiche 114 ermöglicht eine Verwendung einer parallelgeschalteten Schmelzsicherung oder einem anderen sicherungsähnlichen Trennelement insbesondere mit Sandfüllung zu einem HV-Schütz. Die Lichtbogenweiche verwendet einen Sekundärkontakt, der den Strom in dieses Sicherungselement leitet.The arc switch 114 enables a parallel-connected fuse or another fuse-like separating element, in particular with a sand filling, to be used to form an HV contactor. The arc switch uses a secondary contact that conducts the current into this fuse element.

In Fig. 2 ist ein Schalter 102 mit einem als Elektrode 212 bezeichneten zusätzlichen Sekundärkontakt und einem als Überstromtrenneinrichtung 112 bezeichneten Sicherungselement mit Sandfüllung dargestellt.In Fig. 2 a switch 102 is shown with an additional secondary contact designated as electrode 212 and a fuse element designated as overcurrent isolating device 112 with sand filling.

In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der abgebildete Schalter 102 eine nicht abgebildete Vorrichtung zum Messen des Stroms für eine intelligente Absicherungsfunktion. Überschreitet ein Kurzschlussstrom eine obere Stromschwelle, beispielsweise 1000 A, so wird das Öffnen des Schützes initiiert.In one embodiment, the switch 102 shown includes a device, not shown, for measuring the current for an intelligent protection function. If a short-circuit current exceeds an upper current threshold, for example 1000 A, the opening of the contactor is initiated.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Schalter 102 dazu ausgebildet, ein Triggersignal, welches zur Abschaltung führen soll, zu verarbeiten.In a further exemplary embodiment, the switch 102 is designed to process a trigger signal which is intended to lead to shutdown.

Im Folgenden wird der Abschaltvorgang beschrieben. Dabei wird insbesondere auf den Fehlerfall, d.h. die Überlastsituation, eingegangen. Die regulären Schaltspiele laufen identisch ab, lediglich das Lichtbogenverhalten differiert.The shutdown procedure is described below. In particular, the error case, ie the overload situation, is dealt with. The regular switching cycles are identical, only the arc behavior differs.

In Fig. 3 hebt ein Trennelement 200, beispielsweise ein Keil aus einem Isolatormaterial, den Kontakthebel ab und ein Lichtbogen wird aufgezogen.In Fig. 3 lifts a separating element 200, for example a wedge made of an insulator material, the contact lever and an arc is drawn up.

In Fig. 4 deckt der Isolator-Keil den Primärkontakt rechts ab.In Fig. 4 the insulator wedge covers the primary contact on the right.

Nach dem Überdecken des rechten Primärkontakts brennt der Lichtbogen zunächst noch in dem schmalen Spalt zwischen Isolator und Primärkontakt und um die Spitze des Trennelements 200 herum. Da in dem Spalt das Volumen sehr begrenzt ist und das Trennelement 200 zusätzlich die Lichtbogenlänge vergrößert, steigt der Spannungsfall im Lichtbogen schnell an. Gleichzeitig werden Ladungsträger zum Sekundärkontakt beschleunigt, der auch auf dem niedrigen Potential liegt. In Abhängigkeit der Ladungsträgerdichte sowie dem Abstand des Sekundärkontakts zum Kontakthebel zündet ein zweiter Lichtbogen zwischen Kontakthebel und Sekundärkontakt. Durch die Widerstandsverhältnisse teilen sich die Energien der beiden Lichtbögen auf. Aufgrund der "Behinderung" des primären Lichtbogens durch das Trennelement 200 wird ein Großteil des Kurzschlussstroms in den Sekundärpfad umgeleitet, bevor der Primärlichtbogen vollständig erlischt. In dem sich im Sekundärpfad befindlichen Sicherungselement brennen in Folge des Kurzschlussstroms und dem damit verbundenen Eintrag thermischer Energie einige Engstellen durch. Aufgrund der konstruktiven Auslegung der Sicherung wird schnell ein langer Lichtbogen aufgezogen, in welchem der wesentliche Energieumsatz, welcher für das Trennen des Kurzschlussstroms zwingend ist, stattfindet. Die Momentanleistung kann bis ca. 5 MW erreichen und schmilzt die Sandfüllung lokal. Der geschmolzene Sand löscht den Lichtbogen, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird. Durch eine adäquate Auslegung des zeitlichen Ablaufs beim Trennvorgang wird erreicht, dass das Trennelement 200 während der Unterbrechung des Stromflusses in dem Sicherungselement bereits soweit verfahren ist, dass ein "Zurückspringen" des Lichtbogens auf den Primärkontakt nicht möglich ist.After the right primary contact has been covered, the arc initially still burns in the narrow gap between the insulator and the primary contact and around the tip of the separating element 200. Since the volume in the gap is very limited and the separating element 200 additionally increases the arc length, the voltage drop in the arc increases rapidly. At the same time, charge carriers are accelerated to the secondary contact, which is also at the low potential. Depending on the charge carrier density and the distance between the secondary contact and the contact lever, a second arc ignites between the contact lever and the secondary contact. Due to the resistance ratios, the energies of the two arcs are divided. Because of the "obstruction" of the primary arc by the separating element 200, a large part of the short-circuit current is diverted into the secondary path before the primary arc is completely extinguished. In the fuse element located in the secondary path, some bottlenecks burn through as a result of the short-circuit current and the associated input of thermal energy. Due to the structural design of the fuse, a long arc is quickly drawn up, in which the essential energy conversion, which is essential for separating the short-circuit current, takes place. The current output can reach up to approx. 5 MW and melts the sand filling locally. The melted sand extinguishes the arc, which interrupts the flow of current. An adequate design of the timing during the disconnection process ensures that the disconnection element 200 has already moved during the interruption of the current flow in the fuse element to such an extent that the arc cannot “jump back” to the primary contact.

Das Prinzip, den Lichtbogen ladungsträgergesteuert (energiegeführt) in einen sekundäres Sicherungselement umzulenken wird als Lichtbogenweiche bezeichnet.The principle of diverting the arc into a secondary fuse element under charge carrier control (energy guidance) is known as the arc switch.

In Fig. 5 ist ein Schalter 102 mit einem Brückenkontakt und einer Lichtbogenweiche dargestellt. Hier sind zwei Sekundärkontakte vorgesehen, da der der Schalter 102 bidirektional mit gleicher Trennfähigkeit trennen können soll.In Fig. 5 a switch 102 with a bridge contact and an arc switch is shown. Two secondary contacts are provided here, since the switch 102 should be able to separate bidirectionally with the same separation capability.

In Fig. 6 ist dargestellt, wie zwei Lichtbögen beim Öffnen der Kontaktbrücke aufgezogen werden. Durch die Blasmagneten 506, 508 mit unterschiedlicher Feldrichtung werden die Lichtbögen linsenförmig nach links aus dem Kontaktbereich geblasen, wenn der Strom in der Anordnung von rechts nach links fließt (technische Stromrichtung).In Fig. 6 shows how two arcs are drawn when the contact bridge is opened. By means of the blowing magnets 506, 508 with different field directions, the arcs are blown lens-shaped to the left out of the contact area when the current in the arrangement flows from right to left (technical current direction).

In Fig. 7 ist dargestellt, dass mit dem weiteren Öffnen und bei hohen Stromstärken der Lichtbogen gegen den linken Sekundärkontakt geblasen wird. Der Strom kommutiert wie in den Figuren 3 und 4 detailliert beschrieben zum Sekundärkontakt, da damit der Spannungsfall über den zweiten Lichtbogen am Brücken-Primärkontakt rechts entfällt ("Anreiz" für das Kommutieren).In Fig. 7 it is shown that with further opening and at high currents, the arc is blown against the left secondary contact. The current commutes as in the Figures 3 and 4 described in detail for the secondary contact, as this eliminates the voltage drop across the second arc at the bridge primary contact on the right ("incentive" for commutation).

In Fig. 8 ist das Kommutieren zum rechten Sekundärkontakt dargestellt, wenn der Strom von links nach rechts fließt (technische Stromrichtung).In Fig. 8 the commutation to the right secondary contact is shown when the current flows from left to right (technical current direction).

In Fig. 10 ist die Sekundärelektrode von einem Thermoplast, welcher als Isolator 1000 wirkt, umgeben. Bei einem Trennen von regulären Strömen baut sich ein elektrisches Feld zwischen dem bewegten Primärkontakt und der Sekundärelektrode auf. Dadurch werden die Ladungsträger des Lichtbogens, der sich mit dem Eindringen des beweglichen Isolators zwischen die Primärkontakten ergibt, in Richtung der isolierten Sekundärelektrode abgelenkt. Hieraus resultiert eine größere Lichtbogenlänge, die dem beweglichen Isolator beim Abschnüren des Lichtbogens hilft.In Fig. 10 the secondary electrode is surrounded by a thermoplastic that acts as an insulator 1000. When regular currents are separated, an electric field builds up between the moving primary contact and the secondary electrode. As a result, the charge carriers of the arc, which results from the penetration of the movable insulator between the primary contacts, are deflected in the direction of the insulated secondary electrode. This results in a longer arc length, which helps the movable insulator to pinch the arc.

Da im Normalfall die thermische Energie des Lichtbogens nicht reicht, den Isolator des Sekundärelektrode aufzuschmelzen, fungiert die Sekundärelektrode nicht als Lichtbogenweiche, sondern hat eine den Lichtbogen verlängernde Wirkung, die sonst von einem Blasmagneten übernommen wird.Since the thermal energy of the arc is normally not sufficient to melt the insulator of the secondary electrode, the secondary electrode does not act as an arc switch, but has an arc-lengthening effect that is otherwise taken over by a blow magnet.

Beim Trennen von Fehlerströmen reicht die thermische Energie des Lichtbogens, um die thermoplastische Isolation der Sekundärelektrode aufzuschmelzen. Sobald die Elektrode exponiert ist, baut sich der Sekundärlichtbogen zwischen beweglichem Primärkontakt und Sekundärelektrode auf. Der bewegliche Isolator schnürt den verbleibenden Primärlichtbogen ab, die hauptsächliche Trennleistung kommutiert in die mit der Sekundärelektrode verbundene Überstromtrenneinrichtung. Die Sekundärelektrode wirkt in diesem Fall also als Lichtbogenweiche.When fault currents are separated, the thermal energy of the arc is sufficient to melt the thermoplastic insulation of the secondary electrode. As soon as the electrode is exposed, the secondary arc builds up between the movable primary contact and the secondary electrode. The movable insulator cuts off the remaining primary arc, the main separation power commutates into the overcurrent separation device connected to the secondary electrode. In this case, the secondary electrode acts as an arc switch.

In Fig. 10 ist der Isolator 1000 auf der Sekundärelektrode gezeigt. Diese Ausführung ist insofern vorteilhaft, als dass nach dem Schmelzen des Thermoplasts ein geringer Abstand zwischen dem beweglichem Primärkontakt und der Sekundärelektrode vorliegt, wodurch die Lichtbogenspannung und somit der Leistungsumsatz im Lichtbogen gering bleibt. Außerdem verhindert die Isolation ein zu frühes Zünden des Sekundärlichtbogens bei geringen Schaltlasten.In Fig. 10 the insulator 1000 is shown on the secondary electrode. This embodiment is advantageous in that after the thermoplastic has melted, there is a small distance between the movable primary contact and the secondary electrode, as a result of which the arc voltage and thus the power consumption in the arc remain low. In addition, the insulation prevents the secondary arc from igniting too early with low switching loads.

Da es sich bei der 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 in the usual way by a person skilled in the art to a wide extent without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the proportions of the individual elements to one another are selected merely as examples.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE LIST

100100
Fahrzeugvehicle
102102
Schaltercounter
104104
TraktionsbatterieTraction battery
106106
AntriebseinheitDrive unit
108108
HochvoltverbindungHigh voltage connection
110110
KontaktstelleContact point
112112
ÜberstromtrenneinrichtungOvercurrent disconnection device
114114
LichtbogenweicheArc switch
200200
TrennelementSeparator
202202
erste Schnittstellefirst interface
204204
zweite Schnittstellesecond interface
206206
erster Kontaktfirst contact
208208
zweiter Kontaktsecond contact
210210
SchaltbrückeSwitching bridge
212212
Elektrodeelectrode
214214
LuftstreckeClearance
300300
SchaltlichtbogenSwitching arc
400400
LichtbogenstreckeArc gap
402402
ErsatzlichtbogenReplacement arc
500500
zweite Überstromtrenneinrichtungsecond overcurrent isolating device
502502
zweite Elektrodesecond electrode
504504
zweite Luftstreckesecond air gap
506506
erster Blasmagnetfirst blow magnet
508508
zweiter Blasmagnetsecond blow magnet
900900
ElektromagnetElectromagnet
902902
AktorActuator
904904
TrennsignalSeparation signal
10001000
Isolatorinsulator
10021002
Kerbescore

Claims (13)

Elektrischer Schalter (102) zum Unterbrechen einer elektrischen Hochvoltverbindung (108), insbesondere in einem Spannungsversorgungsystem eines Fahrzeugs (100), wobei der Schalter (102) folgende Merkmale aufweist: a. eine erste Schnittstelle (202) zum Anschließen eines ersten Teilbereichs der Hochvoltverbindung (108) und eine zweite Schnittstelle (204) zum Anschließen eines zweiten Teilbereichs der Hochvoltverbindung (108); b. einen mit der ersten Schnittstelle (202) elektrisch leitend verbundenen ersten Kontakt (206) und einen mit der zweiten Schnittstelle (204) elektrisch leitend verbundenen zweiten Kontakt (208), wobei der erste Kontakt (206) und der zweite Kontakt (208) an einer trennbaren Kontaktstelle (110) elektrisch leitend miteinander verbunden sind; c. eine mit der zweiten Schnittstelle (204) elektrisch leitend verbundene Überstromtrenneinrichtung (112); und d. eine Lichtbogenweiche (114), die dazu ausgebildet ist, in einem Überlastfall einen zu der Überstromtrenneinrichtung (112) führenden Ersatzlichtbogen (402) zu einem im Betrieb beim Unterbrechen der Kontaktstelle (110) zwischen dem ersten Kontakt (206,210) und dem zweiten Kontakt (208) entstehenden Schaltlichtbogen (300) zu erzeugen. Electrical switch (102) for interrupting an electrical high-voltage connection (108), in particular in a voltage supply system of a vehicle (100), the switch (102) having the following features: a. a first interface (202) for connecting a first sub-area of the high-voltage connection (108) and a second interface (204) for connecting a second sub-area of the high-voltage connection (108); b. a first contact (206) electrically conductively connected to the first interface (202) and a second contact (208) electrically conductively connected to the second interface (204), the first contact (206) and the second contact (208) being connected to one separable contact point (110) are connected to one another in an electrically conductive manner; c. an overcurrent isolating device (112) connected in an electrically conductive manner to the second interface (204); and d. an arc switch (114) which, in the event of an overload, converts a replacement arc (402) leading to the overcurrent disconnection device (112) into one during operation when the contact point (110) is interrupted between the first contact (206, 210) and the second contact (208 ) generated switching arc (300). Schalter (102) gemäß Anspruch 1, bei dem die Lichtbogenweiche (114) den ersten Kontakt (206), eine den ersten Kontakt (206) bei geschlossener Kontaktstelle (110) mit dem zweiten Kontakt (208) elektrisch leitend verbindende, bewegliche Schaltbrücke (210) und eine Elektrode (212) der Überstromtrenneinrichtung (112) umfasst, wobei die Schaltbrücke (210) bei geschlossener Kontaktstelle (110) von der Elektrode (212) beabstandet ist und dazu ausgebildet ist, beim Unterbrechen der Kontaktstelle (110) von dem ersten Kontakt (206) in Richtung der Elektrode (212) abgehoben zu werden, um den Ersatzlichtbogen (402) zu erzeugen.Switch (102) according to Claim 1, in which the arc switch (114) connects the first contact (206) with a movable switching bridge (210) in an electrically conductive manner when the contact point (110) is closed and the second contact (208) ) and an electrode (212) of the overcurrent isolating device (112), the switching bridge (210) being spaced apart from the electrode (212) when the contact point (110) is closed and is designed to be removed from the first contact when the contact point (110) is interrupted (206) to be lifted off in the direction of the electrode (212) in order to generate the replacement arc (402). Schalter (102) gemäß Anspruch 2, bei dem die Schaltbrücke (210) bei getrennter Kontaktstelle (110) durch eine Luftstrecke (214) beabstandet von der Elektrode (212) ist, wobei ein zum Zünden eines Ersatzlichtbogens (402) erforderlicher Mindestenergieumsatz in der Lichtbogenweiche (114) abhängig von der Luftstrecke (214) ist.Switch (102) according to Claim 2, in which the switching bridge (210) is spaced apart from the electrode (212) by an air gap (214) when the contact point (110) is separated, one being required for igniting a substitute arc (402) Minimum energy consumption in the arc switch (114) is dependent on the air gap (214). Schalter (102) gemäß Anspruch 3, bei dem bei getrennter Kontaktstelle (110) eine Lichtbogenstrecke (400) zwischen dem zweiten Kontakt (208) und der Schaltbrücke (210) größer ist als die Luftstrecke (214).Switch (102) according to Claim 3, in which, when the contact point (110) is separated, an arc gap (400) between the second contact (208) and the switching bridge (210) is greater than the air gap (214). Schalter gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Elektrode (212) mit einem thermoplastischen Isolator (1000) umspritzt ist, wobei ein zum Zünden eines Ersatzlichtbogens (402) erforderlicher Mindestenergieumsatz in der Lichtbogenweiche (114) abhängig von einer Dicke des Isolators (1000) ist.Switch according to one of Claims 2 to 4, in which the electrode (212) is encapsulated with a thermoplastic insulator (1000), a minimum energy consumption in the arc switch (114) required to ignite a substitute arc (402) depending on a thickness of the insulator ( 1000) is. Schalter (102) gemäß Anspruch 1, bei dem eine weitere Überstromtrenneinrichtung (500) elektrisch leitend mit der ersten Schnittstelle (202) verbunden ist, wobei die Lichtbogenweiche (114) den ersten Kontakt (206), den zweiten Kontakt (208), eine den ersten Kontakt (206) bei geschlossener Kontaktstelle (110) mit dem zweiten Kontakt (208) elektrisch leitend verbindende, bewegliche Schaltbrücke (210), eine Elektrode (212) der Überstromtrenneinrichtung (112) und eine weitere Elektrode (502) der weiteren Überstromtrenneinrichtung (500) umfasst, wobei die Schaltbrücke (210) bei geschlossener Kontaktstelle (110) beabstandet von der Elektrode (212) und der weiteren Elektrode (502) ist, wobei bei getrennter Kontaktstelle (110) eine kombinierte Lichtbogenstrecke (400) zwischen der Schaltbrücke (210) und dem ersten Kontakt (206) und zwischen der Schaltbrücke (210) und dem zweiten Kontakt (208) größer ist, als sowohl eine erste Luftstrecke (214) zwischen dem ersten Kontakt (206) und der Elektrode (212) als auch eine zweite Luftstrecke (504) zwischen dem zweiten Kontakt (208) und der weiteren Elektrode (502).Switch (102) according to Claim 1, in which a further overcurrent isolating device (500) is electrically conductively connected to the first interface (202), the arc switch (114) having the first contact (206), the second contact (208), a The first contact (206) when the contact point (110) is closed with the second contact (208) electrically conductively connecting, movable switching bridge (210), one electrode (212) of the overcurrent disconnection device (112) and a further electrode (502) of the further overcurrent disconnection device (500 ), wherein when the contact point (110) is closed, the switching bridge (210) is at a distance from the electrode (212) and the further electrode (502), with a combined arc path (400) between the switching bridge (210) when the contact point (110) is separated. and the first contact (206) and between the switching bridge (210) and the second contact (208) is greater than both a first air gap (214) between the first contact (206) and the electrode (212) and a second air gap (504) between the second contact (208) and the further electrode (502). Schalter (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtbogenweiche (114) ein bewegliches, isolierendes Trennelement (200) aufweist, wobei das Trennelement (200) zwischen dem ersten Kontakt (206) und dem zweiten Kontakt (208) anordenbar ist, wobei das Trennelement (200) eine Lichtbogenstrecke (400) zwischen dem ersten Kontakt (206) oder der Schaltbrücke (210) und dem zweiten Kontakt (208) vergrößert und/oder den ersten Kontakt (206) oder die Schaltbrücke (210) und/oder den zweiten Kontakt (208) verdeckt, wenn es in der Kontaktstelle (110) angeordnet ist.Switch (102) according to one of the preceding claims, in which the arc switch (114) has a movable, insulating separating element (200), wherein the separating element (200) can be arranged between the first contact (206) and the second contact (208), wherein the separating element (200) increases an arc gap (400) between the first contact (206) or the switching bridge (210) and the second contact (208) and / or the first contact (206) or the Switching bridge (210) and / or the second contact (208) covered when it is arranged in the contact point (110). Schalter (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtbogenweiche (114) zumindest einen Blasmagneten (506, 508) zum Verlängern des Schaltlichtbogens (300) aufweist, wobei eine Feldrichtung eines von dem Blasmagneten (506, 508) generierten Magnetfelds quer zu einem Verlauf des Schaltlichtbogens (300) ausgerichtet ist.Switch (102) according to one of the preceding claims, in which the arc switch (114) has at least one blow magnet (506, 508) for extending the switching arc (300), a field direction of a magnetic field generated by the blow magnet (506, 508) being transverse to a course of the switching arc (300) is aligned. Schalter (102) gemäß Anspruch 8, bei dem der Blasmagnet (506, 508) ein Elektromagnet (900) ist, der zwischen die erste Schnittstelle (202) und die Schaltbrücke (210) geschaltet ist, wobei die Schaltbrücke (210) bei getrennter Kontaktstelle (110) beabstandet zu dem ersten Kontakt (206) und dem zweiten Kontakt (208) ist, wobei der Elektromagnet (900) beim Unterbrechen der Kontaktstelle (110) durch eine aufgrund einer Lichtbogenspannung an einem weiteren Schaltlichtbogen (300) zwischen der Schaltbrücke (210) und dem ersten Kontakt (206) resultierenden elektrischen Stromfluss bestromt wird, um ein stromrichtungsabhängiges Magnetfeld zum Verlängern des Schaltlichtbogens (300) in Richtung der Überstromtrenneinrichtung (112) zu erzeugen.Switch (102) according to Claim 8, in which the blow magnet (506, 508) is an electromagnet (900) which is connected between the first interface (202) and the switching bridge (210), the switching bridge (210) when the contact point is separated (110) is at a distance from the first contact (206) and the second contact (208), the electromagnet (900) when the contact point (110) is interrupted by a switching arc (300) between the switching bridge (210) due to an arc voltage at a further switching arc (300) ) and the electrical current flow resulting from the first contact (206) is energized in order to generate a direction-dependent magnetic field for extending the switching arc (300) in the direction of the overcurrent isolating device (112). Schalter (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Überstromtrenneinrichtung (112) als Schmelzsicherung mit Sandfüllung ausgebildet ist.Switch (102) according to one of the preceding claims, in which the overcurrent isolating device (112) is designed as a fuse with a sand filling. Schalter (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Messeinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Stromflusses zwischen der ersten Schnittstelle (202) und der zweiten Schnittstelle (204), wobei die Messeinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Trennsignal (904) zum Unterbrechen der Kontaktstelle (110) bereitzustellen, wenn der Stromfluss größer als ein Schwellenwert ist.Switch (102) according to one of the preceding claims, with a measuring device for detecting an electrical current flow between the first interface (202) and the second interface (204), the measuring device being designed to generate a disconnection signal (904) for interrupting the contact point ( 110) when the current flow is greater than a threshold value. Verfahren zum Unterbrechen einer elektrischen Hochvoltverbindung (108), insbesondere in einem Spannungsversorgungsystem eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren einen Schritt des Unterbrechens, einen Schritt des Erzeugens und einen Schritt des Löschens aufweist, wobei im Schritt des Unterbrechens eine Kontaktstelle (110) eines in der Hochvoltverbindung (108) angeordneten elektrischen Schalters (102) ansprechend auf ein Trennsignal (904) getrennt wird, im Schritt des Erzeugens ein zu einer bei geschlossener Kontaktstelle (110) stromlosen Überstromtrenneinrichtung (112) des Schalters (102) führender Ersatzlichtbogen (402) zu einem in der getrennten Kontaktstelle (110) entstehenden Schaltlichtbogen (300) erzeugt wird, und im Schritt des Löschens der Ersatzlichtbogen (402) durch ein Ansprechen der Überstromtrenneinrichtung (112) gelöscht wird.A method for interrupting an electrical high-voltage connection (108), in particular in a voltage supply system of a vehicle (100), the method having a step of interrupting, a step of generating and a step of deleting, wherein in the step of interrupting a Contact point (110) of an electrical switch (102) arranged in the high-voltage connection (108) is disconnected in response to a disconnection signal (904), in the step of generating an overcurrent disconnection device (112) of the switch (102) that is currentless when the contact point (110) is closed leading substitute arc (402) to a switching arc (300) arising in the separated contact point (110) is generated, and in the step of extinguishing the substitute arc (402) is extinguished by a response of the overcurrent isolating device (112). Fahrzeug (100) mit zumindest einem Schalter (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schalter (102) in einer elektrischen Hochvoltverbindung (108) eines Spannungsversorgungsystems des Fahrzeugs (100) angeordnet ist, wobei eine Kontaktstelle (110) des Schalters (102) unter Verwendung eines Aktors (902) ansprechend auf ein Trennsignal (904) trennbar ist.Vehicle (100) with at least one switch (102) according to one of claims 1 to 11, wherein the switch (102) is arranged in an electrical high-voltage connection (108) of a voltage supply system of the vehicle (100), wherein a contact point (110) of the switch (102) can be separated using an actuator (902) in response to a separation signal (904).
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