[发明专利]电开关

说明书

本发明涉及一种用于中断电流路径，特别是用于中断机动车辆中的电压源的电流路径的电开关(100)，所述电开关(100)带有接触位置(106)，所述接触位置(106)由第一接触件(102)和以可围绕旋转轴线(108)运动的方式支承的第二接触件(104)形成。在此当两个接触件(102、104)接触时接触位置(106)电闭合，而当两个接触件(102、104)不接触时接触位置(106)电断开。此外，电开关(100)包括促动器单元(118)和可通过所述促动器单元(118)平动地运动的不导电的分离元件(116)，所述分离元件被设置为将两个接触件(102、104)相互分离，并且然后保持所述两个接触件(102、104)相互分离，以断开并且保持断开所述接触位置(106)，并且所述分离元件充当两个接触面之间的绝缘体。所述促动器单元(118)包括：与所述分离元件(116)机械联接的运动元件(120)；驱动装置(122)，所述驱动装置被设置为使所述运动元件(120)沿第一运动方向(128)运动以闭合所述接触位置(106)；用于产生和/或存储运动能的装置(126)，所述装置被设置为使所述运动元件(120)和/或所述分离元件(116)沿与所述第一运动方向(128)相反的第二运动方向(130)运动以断开所述接触位置(116)；和电磁促动器(124)。

技术领域

本发明涉及一种用于中断电流路径的电开关，特别是用于中断机动车辆中的直流电压源的电流路径的电开关。

背景技术

下文主要结合用于车载电网的开关元件来描述本发明，所述车载电网在48伏或超过60伏的高压(HV)的范围内，或对于机动车辆常见的在400伏至1000伏之间的HV电压范围内。然而，本发明可以用于其中电负载被切换的所有应用。

当前，在机动车辆中，HV车载电网中的HV电池的分离在所有极以总共两个高压接触器进行。在正极侧，高压接触器后接有附加的HV保险装置以用于保险。在接触器之前，还可以在此侧设有烟火熔断器(烟火式保险装置)，所述烟火熔断器作为与接触器在技术上不同的部件在ASIL要求的多样性的意义上可以承担“硬”短路(通常直至16kA)的不可逆的分离的作用。另外，高压接触器在车辆侧也用于充电电流的所有极的切换。

对于高压接触器的挑战是所出现的电弧和熄灭电弧的措施。关于HV接触器，此处，特别地，用于与“将电弧压在壁上”的机构一起来增加电弧长度的熄弧磁体和使用惰性气体作为用于熄弧的保护气体是已知的。然而，在两种情况下，电弧的短期“容差”都会导致高压接触器的相对较低或不足的最大电流承载和分离能力，这由于在切换时输入到部件内的最大允许能量输入所导致。

在此在机动车辆中的应用中存在一些挑战。因此，使得HV保险装置的使用由于其承载能力而在小的过电流和动态电流历程时需要大的导线横截面。可用于功率范围和的接触器具有大的促动器，以确保在所需的较重的接触时的所要求的抗冲击性。促动器的大的线圈使得接触器相对昂贵并且要求相对高的、具有随之产生的高功率损耗的保持电流。机动车辆领域中已知的接触器无法分离大于6kA的电流，因为否则出现在开关电弧(切换时间)中的能量会导致接触器的损坏。在已知的接触器中，在分离过程中，在固定接触部和被促动的接触部之间在两个接触点上都拉出电弧，所述电弧在接触点上燃烧至熄灭。这会导致损坏，并且接触部上的接触电阻随之升高。在高电流下，悬浮(电磁性接触部提升)导致可能将接触部焊合。

在DE102014226131A1中描述了一种用于切换车辆的高压连接的设备。在此，所述设备包括第一接触部、第二接触部、固定的绝缘体和柔性力传递元件。当第一接触部接触第二接触部时高压连接闭合，而当第一接触部不接触第二接触部时高压连接断开。固定的绝缘体与柔性力传递元件连接，并且可通过柔性力传递元件在第一接触部和第二接触部之间运动，以将所述两个接触部分离，以此将高压连接分离。固定的绝缘体可通过柔性力传递元件在第一接触部和第二接触部之间运动离开，由此可以闭合高压连接。

除切换速度的显着提高之外，挑战和要求也在于借助于合适的机构来实现开关电弧的快速中断。此外，应防止此电弧在闭合的接触器的接触面上形成。此外，在电弧很快中断时会导致电压升高，这可能需要以并联连接的部件来抵消以限制过电压。