KR101946338B1 - 자동차의 고압 전기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 고압 전기 시스템(2)과 관계되며, 상기 고압 전기 시스템은 전기 라인(8)에 의해 서로 연결되어 있는 고압 배터리(4) 및 소비 네트워크(consumer network)(6), 그리고 상기 소비 네트워크(6)로부터 상기 고압 배터리(4)를 분리하기 위한 급속 차단 스위치(quick-break switch)(14)를 구비한다. 상기 급속 차단 스위치(14)에는 에어백 신호(airbag signal)(36)가 공급된다. 또한, 본 발명은 급속 차단 스위치(14) 및 에어백 신호(36)의 용도와도 관계된다.

Description

자동차의 고압 전기 시스템 {HIGH-VOLTAGE MOTOR VEHICLE ELECTRIC SYSTEM}

본 발명은 고압 배터리, 소비 네트워크(consumer network) 및 급속 차단 스위치(quick-break switch)를 구비한 자동차의 고압 전기 시스템, 그리고 긴급 차단 스위치와 관계 있다.

자동차들은 점차 전기 모터에 의해 구동되는 경향이 있다. 이 경우, 순(純) 전기 자동차(electric vehicle)와 하이브리드 자동차(hybrid vehicle) 사이가 구분된다. 하이브리드 자동차들의 경우, 전기 모터에 추가하여 내연기관이 존재하며, 상기 내연 기관을 이용하여 상기 전기 모터를 작동하기 위해 필요한 전기 에너지가 발생한다. 상기 전기 모터는 통상적으로, 비교적 높은 전압, 예컨대 450V로 구동되는 소비 네트워크의 구성 부품이다. 고압 배터리에 의해 전압이 제공되며, 상기 전압은 상기 전기 모터를 작동하기 위해 전기 라인에 의해 변환기로 송출된다. 통상적으로 상기 전기 라인은 릴레이(relay)를 포함하고, 상기 릴레이에 의해 전기 공급이 개시 또는 중단될 수 있다. 이와 같은 릴레이는 예를 들어 점화 스위치(ignition switch) 등에 연결되어 있음으로써, 결과적으로 자동차가 정지하면 상기 변환기 및 상기 전기 모터에 전류가 흐르지 않게 된다.

사고시에는 상기 고압 배터리를 상기 소비 네트워크로부터 비교적 신속하고 안전하게 분리하는 것이 요구된다. 그렇지 않으면, 상기 소비 네트워크 내부 및/또는 전기 연결부 내부의 손상들로 인해 단락이 발생할 수 있으며, 상기 단락은 재차 화재 발생의 원인이 될 수 있다. 또한, 상기 고압 배터리 자체가 과부하 되어 폭발할 수도 있다. 그뿐만 아니라, 자동차의 부품들이 사고 후에 전압하에 놓이게 됨으로써, 그 결과 상기 자동차 내부에 있는 승객들의 구조가 어려워질 수도 있다.

릴레이가 존재함으로써, 상기 릴레이의 관성으로 인해 이와 같은 신속한 차단이 불가능하다. 그뿐만 아니라, 릴레이의 릴레이 접점들(relay contacts)은 이미 유입된 과전류로 인해 서로 융합되어, 상기 릴레이의 적합한 구동 제어시에도 서로 분리되지 못함으로써, 그 결과 전류 흐름이 중단되는 상황이 야기될 수도 있다.

또한, 상기 고압 전기 시스템은 사고에 대하여 감시되어야 한다. 이러한 상황은 예를 들어 상기 소비 네트워크가 단락에 대해 감시됨으로써 이루어진다. 이와 같은 단락이 검출되는 즉시, 상기 고압 배터리가 소비 네트워크로부터 분리된다. 이러한 경우의 단점은 상기 단락이 이미 발생하였고 불시의 화재가 이미 발생할 수 있다는 것이다.

본 발명의 과제는, 사고시 특히 비교적 신속하고 안전하게 개시되고 바람직하게는 갈바니 전기적으로 이루어지는, 소비 네트워크로부터 고압 배터리의 특히 적합한 분리를 구현하는 것이다.

이와 같은 과제는 본 발명에 따라, 고압 전기 시스템과 관련해서는 청구항 제 1 항의 특징들에 의해 해결되고, 급속 차단 스위치와 관련해서는 청구항 제 9 항의 특징들에 의해 해결되며, 그리고 용도와 관련해서는 청구항 제 10 항의 특징들에 의해 해결된다. 바람직한 형성 예들 및 개선 예들은 개별 종속 청구항들의 대상이다.

자동차의 고압 전기 시스템은 전기 라인에 의해 서로 연결되어 있는 고압 배터리 및 소비 네트워크를 포함한다. 이 경우, 상기 고압 배터리에 의해 제공된 전압은 바람직하게 300V, 350V보다 크고, 그리고 특히 375V보다 크거나 같다. 바람직하게 상기 전압은 400V 또는 450V보다 크거나 같다. 예를 들어 상기 전압은 500V, 600V 또는 700V보다 작다. 상기 전기 라인은 적어도 2개의 도체를 포함하고, 이때 상기 도체들 중 각각 하나의 도체는 상기 고압 배터리의 2개의 단자 중 하나의 단자에 전기 접촉되어 있다. 또한, 상기 전기 시스템은 급속 차단 스위치를 포함하고, 상기 급속 차단 스위치에 의해 상기 고압 배터리는 상기 소비 네트워크로부터 분리될 수 있다. 특히 상기 급속 차단 스위치는, 상기 전기 라인의 2개의 도체 중 하나의 도체 내에 제공되어 있고 개방시 상기 전기 라인을 통한 전류 흐름을 중단시키는 스위치를 포함한다.

상기 급속 차단 스위치에는 자동차의 에어백 신호(airbag signal)가 공급된다. 다른 말로 하면, 에어백 신호가 있는 즉시 상기 급속 차단 스위치가 작동한다. 이를 위해, 상기 급속 차단 스위치는 에어백 제어부에 특히 직접 신호 기술적으로 결합 되어 있다. 대안적으로, 신호가 예컨대 캔 버스(CAN bus) 또는 플렉스레이(FlexRay)와 같은 버스 시스템(bus system)을 통해 제공되며, 이때 급속 차단 스위치 및 에어백 제어부는 바람직하게 상기 버스 시스템의 구성 부품이다. 에어백 신호는 특히, 이와 같은 신호 발생시 자동차 내부에 존재하는 에어백의 적어도 하나의 추진 탄약(propellant charge)이 점화되어 에어백의 팽창을 유발하는 신호로 이해된다. 상기 에어백 신호의 검출은 자동차 내부에 이미 존재하는 센서들에 의해 이루어진다. 따라서, 상기 에어백 신호를 사용함으로써 자동차 사고를 검출하기 위한 추가의 구성 소자가 필요하지 않다. 또한, 상기 에어백 신호는 사고를 알리는 자동차 내부의 첫 번째 신호들 중 하나이다. 그 결과, 상기 소비 네트워크 내부에서 불시의 단락이 발생하기 이전에, 상기 고압 배터리는 상기 소비 네트워크로부터 비교적 빨리 분리된다.

에어백 신호가 잘못 제공되어 고압 배터리가 소비 네트워크로부터 분리되면, 작동된 에어백으로 인해 자동차의 즉각적인 재가동이 불가능하다. 오히려 자동차는 정비소에서 다시 정비되어야 한다. 이와 같은 수리시 상기 고압 배터리는 상기 소비 네트워크에 다시 연결된다. 그 결과, 급속 차단 스위치가 오작동하는 경우에도 자동차의 사용 시간이 늘어나지 않는데, 그 이유는 작동된 에어백으로 인해 이와 같은 자동차가 매번 수리되어야 하기 때문이다.

요컨대 에어백 신호는, 특히 에어백 작동을 위해 에어백을 구동 제어하는 신호로 이해된다. 또한, 에어백 신호는 바람직하게 충돌 또는 사고를 신호화 하는 자동차 상태를 감시하기 위한 센서의 모든 신호로도 이해된다. 특히 상기 에어백 신호는 자동차의 각각의 충돌 신호에 상응한다. 예를 들어 이와 같은 충돌 신호는 특수한 라인 또는 버스 시스템이 존재한다면 버스 시스템을 통해 상기 급속 차단 스위치로 전달된다.

본 발명의 적합한 실시 형태에서 상기 고압 배터리를 상기 소비 네트워크에 연결하는 상기 전기 라인은 상기 급속 차단 스위치를 포함한다. 상기 급속 차단 스위치는 릴레이 접점들 및 자기식 구동 장치(magnetic drive)를 구비한 릴레이를 포함하고, 이때 상기 릴레이의 작동시 상기 릴레이 접점들은 상기 자기식 구동 장치에 의해 서로에 대해 상대적으로 이동한다. 특히 상기 릴레이는 자동차의 재가동에 이용된다. 다른 말로 하면, 상기 릴레이에 의해 변환기 또는 전기 모터가 존재한다면 전기 모터에 전기 공급이 개시되었다가 자동차가 정지하면 중단된다. 상기 자기식 구동 장치는 릴레이 구동 장치에 연결된 제어 라인을 포함하고, 이때 상기 릴레이 구동 장치는 특히 자동차의 점화 스위치 및/또는 가속 장치(accelerator)에 연결되어 있다.

바람직하게 상기 릴레이는 전류가 흐르지 않으면 개방되어 있다. 그 결과, 상기 제어 라인을 통한 전류 흐름이 중단되면 고압 배터리로부터 소비 네트워크로 연결되는 전기 라인을 통한 전류 흐름이 중단된다. 이와 같은 방식으로 자동차, 특히 제어 라인에 기술적 결함이 있을 경우, 상기 자동차가 안전한 상태로 전환된다. 이와 같은 기술적 결함은 예를 들어 사고시 발생한다.

또한, 상기 급속 차단 스위치는 에어백 신호가 공급되는 구동 제어 라인을 구비한 보조 구동 장치를 포함한다. 다른 말로 하면, 에어백 신호가 있는 즉시 상기 보조 구동 장치가 작동한다. 에어백 신호가 있으면, 상기 보조 구동 장치에 의해 상기 릴레이 접점들의 개방이 신속해진다. 다른 말로 하면, 오로지 상기 자기식 구동 장치에 의해서만 전환이 이루어지는 경우보다 상기 보조 구동 장치가 활성화된 경우에 상기 릴레이 접점들이 더 신속하게 개방된다. 특히 상기 보조 구동 장치는 비가역적(reversible)이다. 예를 들어 상기 보조 구동 장치는, 예컨대 스프링에 의해 제공된 기계적 힘에 의해 작동된다. 대안적으로, 보조 구동 장치는 자기 방식으로 작동하며, 이때 상기 보조 구동 장치에 의해 자기장이 생성되는데, 상기 보조 구동 장치의 자기장은 상기 자기식 구동 장치에 의해 생성되는 릴레이 접점들을 폐쇄하기 위한 자기장에 대립한다. 그 결과, 활성 상태의 상기 보조 구동 장치에 의해 대응 자기장(opposing field)이 제공된다. 특히 바람직하게 상기 보조 구동 장치는 불꽃 점화 방식(pyrotechnic)으로 작동하고 바람직하게 폭발 탄약(explosive charge) 또는 추진 탄약을 포함한다. 이와 같은 방식으로 상기 보조 구동 장치의 비교적 신속한 작동이 구현된다.

바람직하게 상기 자기식 구동 장치는, 특히 상기 릴레이 접점들에 기능적으로 결합 되어 있는 이동식 임팩트 전기자(movable impact armature)를 포함한다. 그에 따라 상기 임팩트 전기자의 위치에 의해 상기 릴레이 접점들의 상호 간 위치가 결정되어, 그 결과 고압 배터리로부터 소비 네트워크로 전류 흐름이 가능해지거나 또는 중단된다. 특히 상기 임팩트 전기자는 실린더 형태에 따라 형성되어 있고, 그리고/또는 전기 코일 내부에 배치되어 있다. 이 경우, 상기 임팩트 전기자는 특히 영구 자석으로 설계되어 있음으로써, 결과적으로 상기 전기 코일의 전기 공급시 상기 임팩트 전기자의 위치가 변경된다.

바람직하게 상기 보조 구동 장치는 상기 임팩트 전기자에 작용한다. 다른 말로 하면, 보조 구동 장치가 작동하면 상기 보조 구동 장치는 상기 임팩트 전기자에 기능적으로 결합 되어 있다. 예를 들어 보조 구동 장치가 작동하면 상기 임팩트 전기자는 상기 자기식 구동 장치의 코일로부터 적어도 부분적으로 외부로 이동한다. 특히 상기 보조 구동 장치는, 보조 구동 장치가 작동하면 비교적 높은 전류가 관류하는 추가의 전기 코일이며, 그 결과 상기 임팩트 전기자는 자기식 구동 장치가 활성화된 경우에도 상기 릴레이 접점들이 개방되도록 하는 위치로 이동한다. 대안적으로 또는 상기 내용과 조합되는 방식으로, 보조 구동 장치의 비활성화 상태에서 압축 응력을 받는 기계적 스프링이 상기 보조 구동 장치가 활성화되면 상기 임팩트 전기자에 작용한다.

특히 바람직하게 상기 임팩트 전기자는 상기 보조 구동 장치의 폭발 탄약에 의해 경우에 따라 존재하는 코일로부터 외부로 추진되거나 또는 적어도 상기 릴레이 접점들이 개방되도록 상기 임팩트 전기자의 위치가 변경된다. 그 결과, 상기 보조 구동 장치는 불꽃 점화 방식으로 설계되어 있다. 이를 위해 바람직하게 상기 보조 구동 장치는 플런저(plunger)를 포함하고, 상기 플런저는 불꽃 점화식 탄약과 임팩트 전기자 사이에 배치되어 있다. 특히 상기 플런저의 가이드부는 상기 임팩트 전기자의 가이드부와 일직선상에 있으며, 바람직하게 보조 구동 장치가 작동하면 상기 플런저는 적어도 부분적으로 상기 임팩트 전기자의 가이드부에 의해 가이드 된다. 상기 플런저가 사용되기 때문에 비교적 강한 불꽃 점화식 추진 탄약이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 플런저는 상기 추진 탄약의 비교적 높은 작용 압력에 대해 설계된다. 이와 달리, 상기 임팩트 전기자는 특수한 내열성에 주의할 필요 없이, 자체 자기 특성들에 대해 최적화될 수 있다.

특히 상기 보조 구동 장치는 상기 제어 라인을 양단하기 위한 분리 소자를 포함한다. 다른 말로 하면, 상기 보조 구동 장치가 활성화되면, 상기 자기식 구동 장치의 제어 라인이 양단되어, 상기 릴레이에 전류가 흐르지 않는다. 예를 들어 상기 제어 라인은 절단 부재에 의해 절단되거나 하나의 영역에서 완전히 파괴된다. 바람직하게 상기 릴레이는 전류가 흐르지 않으면 개방되어 있음으로써, 결과적으로 릴레이 구동 장치가 손상된 경우에도 상기 릴레이는 상기 분리 소자에 의해 개방 상태로 전환되어, 상기 소비 네트워크에 전류가 흐르지 않는다. 특히 상기 분리 소자는 하나의 가이드부에 지지 되어 있는 플런저를 포함한다. 상기 보조 구동 장치가 활성화되면, 상기 플런저는 상기 가이드부를 따라서 이동하는데, 이때 상기 보조 구동 장치가 활성화될 때, 바람직하게 상기 가이드부 방향으로 상기 플런저의 단부에 위치 설정되어 있는 바람직하게는 불꽃 점화식 소자가 점화된다. 상기 플런저는 보어(bore)를 포함하고, 상기 보어는 상기 플런저의 가이드부에 대해 수직으로 진행한다. 상기 보어의 내부에는 상기 자기식 구동 장치의 제어 라인 또는 상기 제어 라인의 적어도 하나의 전기 도체가 배치되어 있다. 상기 가이드부를 따라 상기 플런저가 이동하면, 후속하여 상기 제어 라인은 끊어질 때까지 인장 되어 상기 제어 라인을 통한 전류 흐름이 중단된다.

이 경우, 바람직하게 상기 플런저는 임팩트 전기자가 존재한다면 상기 임팩트 전기자에 추가로 작용한다. 그 결과, 상기 자기식 구동 장치는 전류가 흐르지 않도록 전환될 뿐만 아니라, 상기 릴레이 접점들에 기능적으로 결합 된 상기 임팩트 전기자가 이동한다. 요컨대 급속 차단 스위치는 특히, 릴레이 접점들에 기능적으로 결합 된 임팩트 전기자를 구비한 자기식 구동 장치를 포함한다. 이 경우, 상기 임팩트 전기자는 전기 코일 내부에 배치되어 있다. 또한, 상기 급속 차단 스위치는 보어를 구비한 플런저를 포함하며, 상기 보어를 통해 상기 자기식 구동 장치의 제어 라인이 가이드 된다. 이때 상기 플런저의 가이드부는 상기 자기식 구동 장치의 임팩트 전기자의 가이드부와 일직선상에 있다. 보조 구동 장치가 작동하면, 그에 따라 우선 릴레이의 제어 라인이 양단되고, 후속하여 상기 임팩트 전기자가 플런저에 의해 상기 전기 코일로부터 적어도 부분적으로 외부로 이동하며, 그 결과 릴레이 접점들이 개방된다. 이와 같은 방식으로 상기 릴레이 접점들의 비교적 신속한 개방이 구현된다.

본 발명의 대안적인 일 실시 형태에서 보조 구동 장치는 릴레이 접점들을 기계적으로 분리하기 위한 절연 벽에 기능적으로 결합 되어 있다. 특히 상기 보조 구동 장치에 의해 상기 절연 벽은 2개의 릴레이 접점 사이로 이동한다. 이를 위해, 예를 들어 상기 절연 벽은 웨지(wedge) 형태에 따라 형성되어 있고 전기 절연 재료로 이루어져 있다. 보조 구동 장치의 비작동 상태에서 상기 웨지는 릴레이 접점들의 폐쇄 방향에 대해 수직으로 변위 되어 있고, 바람직하게는 이미 상기 릴레이 접점들에 측면으로 인접한다. 보조 구동 장치가 활성화되면, 상기 웨지는 상기 릴레이 접점들 사이로 이동함으로써, 상기 릴레이 접점들은 서로 기계적으로 분리된다. 이와 같은 방식으로 상기 릴레이 접점들 사이에서 전기 아크(electric arc)의 확산이 저지되고, 소비 네트워크는 비교적 신속하게 전류가 흐르지 않도록 전환된다. 또한, 릴레이의 의도하지 않은 재활성화가 방지되는데, 그 이유는 상기 릴레이 접점들 사이의 절연 벽이 상기 릴레이의 전류 흐름을 저지하기 때문이다.

본 발명의 추가 일 실시 형태에서 전기 라인은 과전류 보호 장치를 포함하는데, 상기 과전류 보호 장치는 예를 들어 회로 차단기(circuit breaker) 또는 특히 바람직하게 퓨즈(fuse)로 구현되어 있다. 상기 과전류 보호 장치는 고압 배터리의 단락 전류에서 작동하도록 설계되어 있다. 또한, 상기 전기 라인은 소비 네트워크에 병렬 접속된 단락 바아(short circuit bar)를 포함한다. 이 경우, 상기 과전류 보호 장치는 상기 단락 바아의 배터리 측에 배치되어 있다. 특히 상기 전기 라인은 2개의 전기 도체를 포함하며, 상기 전기 도체들은 각각 상기 고압 배터리의 2개의 단자 중 하나의 단자에 연결되어 있다. 이때 상기 전기 도체들 중 하나의 도체는 상기 과전류 보호 장치를 포함한다. 상기 2개의 전기 도체는 상기 단락 바아에 의해 서로 연결되어 있고, 이때 상기 과전류 보호 장치는 이와 같은 방식으로 형성된 전기 회로 내에 통합되어 있다.

상기 단락 바아는 급속 차단 스위치를 포함한다. 에어백 신호가 발생하면, 상기 단락 바아는 전류가 흐르도록 전환됨으로써, 결과적으로 상기 단락 바아 및 상기 고압 배터리에 의해 형성된 전기 회로 내에는 비교적 낮은 전기 저항이 존재한다. 그 결과, 상기 고압 배터리의 단락 전류가 상기 단락 바아 및 상기 과전류 보호 장치를 통해 흐르고, 그에 따라 상기 과전류 보호 장치가 작동한다. 이와 같은 방식으로 상기 전기 라인을 통한 전류 흐름이 중단되고, 그에 따라 상기 소비 네트워크에도 전류가 흐르지 않는다. 이 경우, 상기 소비 네트워크를 통해 흐르는 전기 에너지는 상기 단락 바아의 단락시 아직 상기 과전류 보호 장치가 작동하기 이전에 이미 감소하는데, 이와 같은 상황은 자동차의 추가 구성 부품들의 화재 또는 손상의 발생을 감소시킨다. 상기 과전류 보호 장치로 인해 상기 고압 배터리와 상기 소비 네트워크 사이의 갈바니 전기적 분리가 구현된다. 바람직하게 상기 고압 배터리의 정상 작동시 상기 단락 바아는 개방되어 있다. 다른 말로 하면, 급속 차단 스위치가 비활성화된 경우 상기 단락 바아에는 전류가 흐르지 않는다.

이를 위해, 상기 급속 차단 스위치는 바람직하게 반도체 스위치 및 특히 상응하는 전자 장치를 포함하는데, 상기 전자 장치에 의해 에어백 신호가 처리된다. 상기 반도체 스위치에 의해 상기 단락 바아는 전류가 흐르는 상태로 비교적 신속하게 전환될 수 있다. 특히 전압이 인가되지 않은 경우에 상기 반도체 스위치는 폐쇄되어 있다. 전자 장치가 고장 나면, 이와 같은 방식으로 상기 소비 네트워크에 전류가 흐르지 않도록 보장된다. 반도체 스위치로는 바람직하게 TRIAC 또는 사이리스터(thyristor)가 사용된다. 바람직하게 상기 급속 차단 스위치는 상기 반도체 스위치 및 상기 반도체 스위치를 구동 제어하기 위한 임시 전자 장치로 이루어져 있으며, 이때 상기 반도체 스위치는 단락 바아의 전류 경로에 접속되어 있다. 대안적으로 급속 차단 스위치는 릴레이를 포함하고, 상기 릴레이는 예를 들어 자기 방식 또는 불꽃 점화 방식으로 작동된다. 이 경우, 상기 릴레이에 의해 단락 바아를 통한 전류 흐름이 가능해지거나 중단된다.

본 발명의 추가 일 실시 형태에서 급속 차단 스위치는 고압 배터리와 소비 네트워크를 연결하는 전기 라인의 구성 부품이고, 그리고 직렬로 접속되어 있는 릴레이와 반도체 스위치를 포함한다. 예를 들어 상기 릴레이에는 에어백 신호에 추가하여 제어 신호도 공급되는데, 상기 제어 신호는 특히 가속 장치에 의해 발생한다. 에어백 신호가 발생하면, 상기 반도체 스위치 및 상기 릴레이가 개방 상태로 전환된다. 이 경우, 상기 반도체 스위치는 비교적 신속한 전환 특성을 가짐으로써, 결과적으로 소비 네트워크에 비교적 신속하게 전류가 흐르지 않는다. 추가로, 비교적 관성의 릴레이가 개방됨으로써, 상기 소비 네트워크와 상기 고압 배터리 사이의 갈바니 전기적 분리가 구현된다. 그 결과, 상기 급속 차단 스위치에 의해 상기 고압 배터리로부터 상기 소비 네트워크의 신속하고 안전한 분리가 구현된다.

상기 급속 차단 스위치는 바람직하게 자동차의 구성 부품이고 자기식 구동 장치를 구비한 릴레이 및 보조 구동 장치를 포함한다. 상기 보조 구동 장치는 바람직하게 기계 방식, 자기 방식 또는 특히 바람직하게는 불꽃 점화 방식으로 작동하고 구동 제어 라인을 포함하는데, 상기 구동 제어 라인을 통해 상기 보조 구동 장치를 활성화하기 위한 제어 신호가 주어진다. 상기 자기식 구동 장치는 릴레이 구동 장치에 연결된 제어 라인을 포함하고, 이때 상기 자기식 구동 장치의 전류 공급은 상기 릴레이 구동 장치에 의해 이루어진다. 바람직하게 상기 보조 구동 장치는 분리 소자를 포함하고, 보조 구동 장치가 활성화되면 상기 분리 소자에 의해 상기 릴레이의 제어 라인이 양단된다. 이와 같은 방식으로 상기 자기식 구동 장치의 구동 제어가 특히 비가역적으로 중단된다. 대안적으로 또는 상기 내용과 조합되는 방식으로, 상기 보조 구동 장치에 의해 상기 자기식 구동 장치의 작용이 강화되는데, 특히 단 하나의 특정 방향으로의 구동이 강화된다. 바람직하게 상기 보조 구동 장치는 임팩트 전기자가 존재한다면 상기 자기식 구동 장치의 임팩트 전기자에 작용한다.

바람직하게 상기 분리 소자는 플런저의 가이드부에 대해 수직으로 진행하는 보어를 구비한 플런저이며, 상기 릴레이의 제어 라인은 상기 보어를 통해 가이드 된다. 이와 같은 방식으로 상기 플런저에 대하여 상기 제어 라인의 위치 변경이 저지되고, 그리고 보조 구동 장치가 작동하면 상기 제어 라인의 양단이 항상 보장되어 있다. 바람직하게 상기 플런저는 상기 자기식 구동 장치의 경우에 따라 존재하는 임팩트 전기자에 작용함으로써, 보조 구동 장치가 활성화되면 이와 같은 임팩트 전기자는 상기 플런저에 의해 이동한다. 이와 같은 방식으로 보조 구동 장치가 작동하면, 상기 자기식 구동 장치의 구동 제어가 차단되고, 상기 자기식 구동 장치는 규정된 상태로 전환된다.

에어백 신호가 발생하는 즉시, 자동차의 고압 전기 시스템의 고압 배터리와 소비 네트워크 사이의 전기 연결부는 중단된다. 다른 말로 하면, 상기 에어백 신호는 상기 고압 배터리와 상기 소비 네트워크 사이의 전기 연결부를 중단하기 위한 개시 조건으로 이용된다. 이와 같은 방식으로, 사고에 대해 자동차를 감시하기 위한 추가 센서들이 전혀 필요하지 않다. 또한, 상기 에어백 신호는 비교적 품질이 보장됨으로써, 결과적으로 오작동이 비교적 낮게 이루어진다. 특히, 우선 상기 에어백 신호가 검출되고, 상기 검출 이후에 추가 작동 단계에서 상기 전기 연결부가 중단된다.

다음에서 본 발명의 실시 예들이 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다. 여기서:
도 1은 급속 차단 스위치를 구비한 자동차의 고압 전기 시스템의 개략도이고,
도 2는 2개의 급속 차단 스위치를 구비한 고압 전기 시스템의 개략도이며,
도 3a 및 도 3b는 급속 차단 스위치의 사시도이고,
도 4a 내지 도 4c는 급속 차단 스위치를 포함하는 단락 바아를 구비한 고압 전기 시스템의 추가 실시 형태들의 개략도이며, 그리고
도 5는 고압 전기 시스템의 추가 일 실시 형태의 개략도이다.

모든 도면에서 서로 상응하는 부분들 및 변수들에는 항상 동일한 도면 부호가 제공되어 있다.

도 1에는 자동차의 고압 전기 시스템(2)이 개략적으로 나타나 있다. 상기 전기 시스템(2)은 고압 배터리(4) 및 소비 네트워크(6)를 포함한다. 상기 고압 배터리(4)에 의해 450V의 직류 전압이 제공되고, 상기 직류 전압은 2개의 전기 도체(8a, 8b)를 구비한 전기 라인(8)을 통해 상기 소비 네트워크(6) 내로 공급된다. 이 경우, 상기 전기 도체들 중 하나의 전기 도체(8a)는 상기 고압 배터리(4)의 양극 단자에 전기 접촉되어 있고, 그리고 나머지 전기 도체(8b)는 상기 고압 배터리(4)의 음극 단자에 전기 접촉되어 있다. 상기 소비 네트워크(6)는 도시되지 않은 변환기를 포함하며, 상기 변환기에 의해 상기 직류 전압이 변환된다. 상기 변환된 전압에 의해 전기 모터가 구동되는데, 상기 전기 모터는 상기 고압 전기 시스템(2)을 포함하는 자동차를 구동시킨다.

상기 고압 배터리(4)의 음극 단자에 전기 접촉되어 있는 도체(8b)는 릴레이(10)를 포함하고, 상기 릴레이는 더는 상세하게 언급되지 않는 방식으로 점화 방식(점화 스위치) 또는 자동차의 가속 장치에 의해 작동된다. 상기 양극 단자에 전기 접촉되어 있는 전기 도체(8a)는 퓨즈로 구현되어 있는 과전류 보호 장치(12) 및 급속 차단 스위치(14)를 포함한다. 상기 급속 차단 스위치(14)는 자기식 구동 장치(18)를 구비한 릴레이(16)를 포함하는데, 상기 자기식 구동 장치는 2개의 릴레이 접점(20)에 작용한다. 상기 자기식 구동 장치(18)는 릴레이 구동 장치(22)에 의해 제어되는데, 상기 릴레이 구동 장치는 제어 라인(24)에 의해 상기 자기식 구동 장치(18)에 연결되어 있다. 이를 위해, 상기 릴레이 구동 장치(22)에 의해 제어 신호(26)가 검출되는데, 상기 제어 신호는 자동차(2)의 점화 방식에 의해, 특히 점화 스위치 등에 의해 생성된다. 상기 제어 신호(26)가 없으면 상기 릴레이 접점들(20)은 개방되어 있다. 다른 말로 하면, 상기 릴레이(26)는 전류가 흐르지 않으면 개방되어 있다.

또한, 상기 급속 차단 스위치(14)는 보조 구동 장치(28)를 포함하며, 상기 보조 구동 장치는 결합부(30)를 통해 상기 자기식 구동 장치(18)에 기계적으로 결합 되어 있다. 상기 보조 구동 장치(28)는 제어 장치(34)에 연결되어 있는 구동 제어 라인(32)을 포함한다. 상기 제어 장치(34)는 버스 시스템에 연결되어 있고 에어백 신호(36)에 대해 이와 같은 버스 시스템을 감시한다. 상기 보조 구동 장치(28)는 전기 코일, 압축 응력을 받는 스프링 또는 불꽃 점화식 점화 탄약이다.

자동차의 정상 작동시 상기 릴레이들(10, 16)은 자동차의 가속 장치 또는 점화 스위치에 의해 생성된 제어 신호(26)에 의해 제어된다. 자동차 사고시 에어백 신호(36)가 발생하고, 그 결과 자동차의 에어백이 작동된다. 추가로, 상기 제어 장치(34)에 의해 상기 에어백 신호(36)가 검출되고 상기 구동 제어 라인(32)을 통해 상기 보조 구동 장치(28)로 전달되는데, 그 결과 상기 보조 구동 장치는 작동한다. 상기 보조 구동 장치(28)는 상기 결합부(30)를 통해 상기 릴레이 접점들(20)에 작용하고, 이와 같은 릴레이 접점들의 개방을 야기한다. 그 결과, 상기 소비 네트워크는 상기 고압 배터리(4)로부터 갈바니 전기적으로 분리되어 있고, 상기 소비 네트워크(6)의 구성 소자들의 손상 또는 작동은 방지된다.

도 2에는 고압 전기 시스템(2)의 추가 일 형성 예가 나타나 있다. 도 1에 도시된 고압 전기 시스템(2)의 변형 예와 비교하여, 고압 배터리(4)의 음극 단자에 전기 접촉된 도체(8b) 내에 제공되어 있는 릴레이(10)가 급속 차단 스위치(14)에 의해 대체되어 있다. 그 결과, 고압 전기 시스템(2)의 정상 작동시 차이가 전혀 나타나지 않는데, 그 이유는 제 2 급속 차단 스위치(14)의 릴레이(16)가 대체된 릴레이(10)의 기능을 담당하기 때문이다. 그러나 자동차 사고시 에어백 신호(36)가 있고, 그리고 존재하는 2개의 보조 구동 장치(28)가 모두 작동하면, 고압 배터리(4)의 양극 단자에 연결된 도체(8a)에 추가하여 고압 배터리(4)의 음극 단자에 연결된 도체(8b)도 릴레이 접점들(20)에 의해 분리되어, 상기 양극 단자에 연결된 전기 도체(8a)가 의도하지 않게 연결된 경우에도 상기 고압 배터리(4)는 상기 소비 네트워크(6)로부터 확실하게 분리된다.

도 3a에는 급속 차단 스위치(14)의 일 실시 형태의 사시도가 도시되어 있고, 도 3b에는 급속 차단 스위치의 일 실시 형태를 절단한 사시 단면도가 도시되어 있다. 상기 자기식 구동 장치(18)는 전기 코일(38)을 포함하고, 상기 전기 코일의 전기 접속부들은 제어 라인(24) 내로 맞물린다. 상기 코일(38) 내부에는 자성 재료로 이루어지고 자기적 선호 방향(magnetic preferred direction)을 갖는 임팩트 전기자(40)가 위치 설정되어 있다. 실질적으로 실린더 형태의 상기 임팩트 전기자(40)는 자유 단부에 홀(hole)(42)을 포함하고, 상기 홀은 도시되지 않은 로드(rod)를 통해 상기 릴레이 접점들(20)에 기능적으로 결합 되어 있다. 코일(38)에 대한 상기 홀(42)의 위치에 따라, 상기 릴레이 접점들(20)은 개방 또는 폐쇄되어 있다. 상기 임팩트 전기자(40)의 가이드부(44)와 일직선상에 상기 보조 구동 장치(28)의 플런저(48)의 가이드부(46)가 있다. 상기 플런저(48)는 비교적 강한 재료, 예컨대 강철로 이루어져 있다. 상기 플런저(48)에 의해 상기 홀(42)의 반대 방향으로의 상기 임팩트 전기자(40)의 이동이 제한되어 있다. 상기 임팩트 전기자(40)에 마주 놓인 상기 플런저(48)의 측면 상에는 불꽃 점화식 추진 탄약(50)이 상기 가이드부(46)를 포함하는 하우징(52) 내부에 위치 설정되어 있다. 이 경우, 상기 추진 탄약(50)은 상기 하우징(52) 및 상기 플런저(48)에 의해 충분히 둘러싸여 있고, 그리고 상기 보조 구동 장치(28)의 구동 제어 라인(32)은 상기 추진 탄약(50)의 내부에서 종료한다.

상기 플런저(48)는 보어(54)를 포함하며, 상기 보어는 상기 플런저(48)의 가이드부(46)에 대해 수직으로 진행한다. 상기 보어(54)를 통해 자기식 구동 장치(18)의 제어 라인(24)의 도체들 중 하나의 도체가 진행하며, 상기 도체는 상기 플런저(48)를 둘러싸는 영역 내에서 상기 보조 구동 장치(28)의 하우징(52)에 단단하게 결합 되어 있다. 상기 구동 제어 라인(24)의 도체를 고정할 뿐만 아니라, 비교적 예리한 전이부(sharp edged transitions)를 갖는 상기 플런저(48)는 상기 제어 라인(24)을 양단하기 위한 분리 소자(56)를 형성한다.

에어백 신호(36)가 발생하면, 상기 구동 제어 라인(32)의 단부들 사이에서 스파크(spark)가 발생하고, 상기 스파크는 상기 불꽃 점화식 추진 탄약(50)을 작동시킨다. 상기 추진 탄약(50)이 위치하는 공간의 챔버형 형상으로 인해, 상기 플런저(48)는 상기 가이드부(46)를 따라서 상기 임팩트 전기자(40)의 방향으로 가속화된다. 이 경우, 분리 소자(46)로 작용하는 상기 플런저(48)에 의해 상기 플런저(48)와 상기 하우징(52) 사이의 영역 내에 있는 상기 제어 라인(24)은 깎이고, 후속하여 양단되는데, 이와 같은 상황은 상기 플런저(48) 및 상기 하우징(52)의 비교적 예리한 에지와 관련하여, 상기 보어(54) 내부에 위치한 제어 라인(24) 영역의 상기 임팩트 전기자(40) 방향으로의 이동 및 상기 제어 라인(24)의 나머지 영역의 고정된 위치로 인해 이루어진다. 그 결과, 상기 코일(38)의 전류 공급이 중단되고, 상기 임팩트 전기자(40)는 본 도면에는 도시되지 않은 스프링에 의해 홀(42) 방향으로 이동하며, 이때 상기 릴레이 접점들(20)은 개방된다. 상기 스프링은 릴레이(16)의 구성 부품이며, 상기 릴레이(16)에 전류가 흐르지 않으면 상기 릴레이 접점들(20)은 개방 상태로 전환된다. 추가로, 에어백 신호(36)가 발생하면 상기 임팩트 전기자(40)는 상기 플런저(48)에 의해 상기 홀(42)의 방향으로 가속화되는데, 이와 같은 상황은 상기 릴레이 접점들(20)의 개방을 가속화하고, 과전류로 인해 상기 릴레이 접점들의 융합이 발생하면 이와 같은 릴레이 접점들 사이의 융합을 차단한다.

도 4a에는 소비 네트워크(6), 고압 배터리(4) 및 마찬가지로 과전류 보호 장치(12)를 포함하는 전기 라인(8)을 구비한 고압 전기 시스템(2)의 추가 일 실시 형태가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 고압 전기 시스템(2)의 변형 예와 비교하여, 릴레이 접점들(20)을 포함하는 릴레이(16)를 구비한 급속 차단 스위치(14)는 추가의 릴레이(10)에 의해 대체되었다. 그 결과, 상기 전기 라인(8)은 2개의 도체(8a, 8b) 내에 모두 각각 하나의 릴레이(10)를 포함하는데, 상기 릴레이들에는 자동차의 가속 장치 또는 점화 스위치에 의해 생성된 제어 신호(26)가 공급된다. 또한, 상기 전기 라인(8)은 단락 바아(58)를 포함하며, 상기 단락 바아에 의해 상기 전기 라인(8)의 2개의 도체(8a, 8b)는 서로 접촉되어 있고, 그리고 그에 따라 상기 단락 바아는 상기 소비 네트워크(6)에 병렬 접속되어 있다. 이 경우, 상기 2개의 릴레이(10)는 상기 단락 바아(58)와 상기 소비 네트워크(6) 사이에 배치되어 있는 반면, 상기 과전류 보호 장치(12)는 상기 단락 바아(58)의 배터리 측에 위치한다. 상기 단락 바아(58)는 급속 차단 스위치(14)를 포함하고, 상기 급속 차단 스위치는 TRIAC 형태의 반도체 스위치(60) 및 제어 장치(62)를 포함한다. 이때 상기 제어 장치(62)에는 에어백 신호(36)가 공급된다.

고압 전기 시스템(2)의 정상 작동시 상기 반도체 스위치(60)는 개방되어 있고, 그에 따라 상기 단락 바아(58)는 전기 전도하지 않는다. 에어백 신호(36)가 발생하면, 상기 반도체 스위치(60)는 상기 제어 장치(62)에 의해 전기 전도 상태로 전환된다. 이 경우에는 그에 따라 상기 단락 바아(58)에 의해 전류가 가이드 된다. 이때 상기 단락 바아(58)의 전기 저항은 소비 네트워크(6)의 전기 저항보다 낮아서, 결과적으로 상기 배터리(4)에 의해 제공된 전기 에너지는 실질적으로 오로지 상기 단락 바아(58)를 통해서만 흐르고 상기 소비 네트워크(6) 내로 흐르지 않는다. 상기 배터리(4), 상기 2개의 도체(8a, 8b) 중 각각 일부, 상기 과전류 보호 장치(12) 및 상기 단락 바아(58)로 형성되어 있는 전기 회로를 통해 흐르는 단락 전류로 인해 상기 과전류 보호 장치(12)가 작동되고, 후속하여 상기 전기 라인(8)을 통한 전류 흐름이 중단된다. 그 결과, 상기 소비 네트워크(6)는 상기 고압 배터리(4)로부터 갈바니 전기적으로 분리된다.

도 4b에는 앞서 도시된 고압 전기 시스템(2)의 변형 예와 비교하여, 반도체 스위치(60)가 릴레이(64)에 의해 대체되어 있고, 제어 장치(62)는 상기 반도체 스위치(60) 대신에 상기 릴레이(64)의 구동 제어에 대해 적응되어 있다. 그 밖에, 단락 바아(58) 및 에어백 신호(36)와 관련하여 급속 차단 스위치(14) 및 과전류 보호 장치(12)의 기능 방식은 도 4a에 기술된 바와 같다.

도 4c에는 고압 전기 시스템(2)의 추가 일 실시 형태에서 도 4b에 도시된 변형 예와 비교하여, 급속 차단 스위치(14)가 대체되어 있다. 상기 급속 차단 스위치(14)는 재차 에어백 신호(36)가 공급되는 제어 장치(62)를 포함한다. 그러나 이와 같은 제어 장치에 의해서는 2개의 전환 접점(66)에 작용하는 구동 장치(68)가 제어된다. 상기 구동 장치(68)는 예를 들어 불꽃 점화 방식으로 구현됨으로써, 결과적으로 에어백 신호(36)가 발생하면 폭발 탄약이 점화되어 상기 2개의 전환 접점(66)이 서로 연결되는데, 이와 같은 상황은 단락 바아(58)의 전기 전도 상태를 야기한다.

도 5에는 급속 차단 스위치(14)를 제외하고 도 1에 도시된 실시 형태에 상응하는 고압 전기 시스템(2)의 마지막 실시 형태가 도시되어 있다. 본 도면에 나타난 급속 차단 스위치(14)는 마찬가지로 자기식 구동 장치(18) 및 상기 자기식 구동 장치(18)에 기능적으로 결합 된 릴레이 접점들(20)을 구비한 릴레이(16)를 포함한다. 또한, 상기 급속 차단 스위치(14)는, 릴레이 접점들(20) 및 과전류 보호 장치(12)에 직렬 접속되어 있고 이와 같은 릴레이 접점들과 과전류 보호 장치 사이에 배치되어 있는 반도체 스위치(70)를 포함한다. 또한, 상기 급속 차단 스위치(14)는 제어 장치(72)를 포함하는데, 상기 제어 장치에는 제어 신호(26) 및 에어백 신호(36)가 공급된다. 상기 반도체 스위치(70)는 고압 전기 시스템(2)의 정상 작동시 항상 폐쇄 상태에 있고, 그 결과 전류가 흐른다. 제어 신호(26)가 발생함으로써, 상기 제어 장치(72)에 의해 상기 자기식 구동 장치(18)는 전류 공급되고, 후속하여 상기 릴레이 접점들(20)이 구동된다. 에어백 신호(36)가 발생하면, 상기 제어 장치(72)에 의해 상기 반도체 스위치(70)가 전환되어, 후속하여 이와 같은 반도체 스위치를 통한 전류 흐름이 중단된다. 추가로 상기 자기식 구동 장치(18)가 작동되고, 상기 릴레이 접점들(20)은 서로 분리된다. 상기 반도체 스위치(70)의 구동 제어에 의해 전기 라인(8)을 통한 전류 흐름이 비교적 신속하게 종료되는 반면, 이에 대해 비교적 느린 상기 릴레이 접점들(20)의 개방으로 인해 추가로 상기 고압 배터리(4)로부터 상기 소비 네트워크(6)의 갈바니 전기적 분리가 달성된다. 그 결과, 상기 반도체 스위치(14)에 의해 우선 비교적 신속한 전류 중단이 구현되고, 이에 후속하여 갈바니 전기적 분리가 구현된다.

본 발명은 앞서 기술된 실시 예들에만 제한되어 있지 않다. 오히려 당업자는, 본 발명의 대상에서 벗어나지 않으면서 상기 실시 예들로부터 본 발명의 다른 변형 예들을 도출해낼 수 있다. 또한, 본 발명의 대상에서 벗어나지 않으면서, 특히 상기 실시 예들과 관련하여 기술된 모든 개별 특징들은 다른 방식으로도 서로 조합될 수 있다.

2 고압 전기 시스템
4 고압 배터리
6 소비 네트워크
8 전기 라인
8a 전기 도체
8b 전기 도체
10 릴레이
12 과전류 보호 장치
14 급속 차단 스위치
16 릴레이
18 자기식 구동 장치
20 릴레이 접점
22 릴레이 구동 장치
24 제어 라인
26 제어 신호
28 보조 구동 장치
30 결합부
32 구동 제어 라인
34 제어 장치
36 에어백 신호
38 코일
40 임팩트 전기자
42 홀
44 임팩트 전기자 가이드부
46 플런저 가이드부
48 플런저
50 추진 탄약
52 하우징
54 보어
56 분리 소자
58 단락 바아
60 반도체 스위치
62 제어 장치
64 릴레이
66 전환 접점
68 구동 장치
70 반도체 스위치
72 제어 장치

Claims (10)

1. 자동차의 고압 전기 시스템(2)으로서,
   전기 라인(8)에 의해 서로 연결되어 있는 고압 배터리(4) 및 소비 네트워크(consumer network)(6), 그리고 상기 소비 네트워크(6)로부터 상기 고압 배터리(4)를 분리하기 위한 급속 차단 스위치(quick-break switch)(14)를 구비하고, 상기 급속 차단 스위치(14)에는 에어백 신호(airbag signal)(36)가 공급되며, 그리고 상기 전기 라인(8)은 상기 급속 차단 스위치(14)를 포함하고, 상기 급속 차단 스위치는 릴레이 접점들(relay contacts)(20)뿐만 아니라 자기식 구동 장치(magnetic drive)(18)를 구비한 릴레이(relay)(16)를 포함하며, 상기 자기식 구동 장치(18)는 릴레이 구동 장치(22)에 연결된 제어 라인(24)을 포함하고, 그리고 보조 구동 장치(28)는 상기 에어백 신호(36)가 공급되는 구동 제어 라인(32)을 포함하고,
   상기 자기식 구동 장치(18)는 이동식 임팩트 전기자(moveable impact armature)(40)를 포함하고, 상기 임팩트 전기자에 상기 보조 구동 장치(28)가 작용하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 고압 전기 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 보조 구동 장치(28)는 상기 제어 라인(24)을 양단하기 위한 분리 소자(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 고압 전기 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 보조 구동 장치(28)는 상기 릴레이 접점들(20)을 기계적으로 분리하기 위한 절연 벽에 기능적으로 결합 되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차의 고압 전기 시스템.
5. 자동차의 고압 전기 시스템(2)으로서,
   전기 라인(8)에 의해 서로 연결되어 있는 고압 배터리(4) 및 소비 네트워크(6), 그리고 상기 소비 네트워크(6)로부터 상기 고압 배터리(4)를 분리하기 위한 급속 차단 스위치(14)를 구비하고, 상기 급속 차단 스위치(14)에는 에어백 신호(36)가 공급되며, 상기 전기 라인(8)은 과전류 보호 장치(12) 및 상기 소비 네트워크(6)에 병렬 접속된 단락 바아(short circuit bar)(58)를 포함하고, 상기 과전류 보호 장치(12)는 상기 단락 바아(58)의 배터리 측에 배치되어 있으며, 상기 단락 바아(58)는 2개의 전환 접점(66) 및 폭발 탄약(explosive charge)을 포함하는 불꽃 점화 방식(pyrotechnic)의 구동 장치(68)를 구비한 상기 급속 차단 스위치(14)를 포함하고, 그리고 상기 급속 차단 스위치(14)는 에어백 신호(36)가 발생하면 상기 폭발 탄약이 점화되고, 상기 2개의 전환 접점(66)이 서로 연결되어 상기 단락 바아(58)의 전기 전도 상태를 야기하도록 제어되는, 자동차의 고압 전기 시스템.
6. 삭제
7. 삭제
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9. 삭제
10. 삭제

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