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Title:
ELECTRICAL SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/105884
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrical system, comprising a load circuit (22) and multiple series-connected storage/converter cells (24) for supplying the load circuit (22), and comprising an event sensor (26). According to the invention, isolator switches (1), which are closed during normal operation of the electrical system, are provided between series-connected storage/converter cells (24), said isolator switches being configured and/or arranged such that they are opened with a triggering of the event sensor (26).

Inventors:
KRESS, Ekkehard (Marienplatz 19, Wasserburg, 83512, DE)
Application Number:
EP2018/082532
Publication Date:
June 06, 2019
Filing Date:
November 26, 2018
Export Citation:
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Assignee:
IIE GMBH & CO. KG (Dorfstr. 20, Soyen, 83564, DE)
International Classes:
H01H3/24; H01H35/24; H01H83/10
Foreign References:
DE2852337A11979-06-07
US9013070B22015-04-21
DE2846173A11979-05-03
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
OBERHARDT, Knut (Kanzlei Oberhardt, Unterratting 8, Amerang, 83123, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektrisches System, mit einem Verbraucherkreis (22) und mehreren in Reihe ge- schalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) zur Versorgung des Verbraucherkreises (22), sowie mit einem Ereignissensor (26), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen in Rei- he geschalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) im Normalbetrieb des elektrischen Sys- tems geschlossene Trennschalter (1 ) vorgesehen sind, die so ausgeführt und/oder angeordnet sind, dass sie bei Auslösung des Ereignissensors (26) geöffnet werden.

2. Elektrisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trenn- schalter (1 ) zwischen Gruppen von Speicher-/Wandlerzellen (24) befinden, die so zu- sammengefasst sind, dass jede Gruppe eine für den Menschen nicht schädliche Spannung abgibt.

3. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzellen (24) und dem Ver- braucherkreis (22) wenigstens ein zusätzlicher Trennschalter (7) vorgesehen ist, der sich im Normalbetrieb des elektrischen Systems in einer geschlossenen Stellung be- findet.

4. Elektrisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zusätzliche Trennschalter mit einem Hauptschalter (7) kombiniert ist, der sich nach Auslösen des Ereignissensors (26) in einer Stellung befindet, in der der Ver- braucherkreis (22) mit der Masse (16) eines elektrisch angetriebenen Fortbewe- gungsmittels kurzgeschlossen ist.

5. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschalter (1 ) einen Kontaktbolzen (2) aufweisen, der in einer Hülse (3) mit wenigstens zwei Kontaktringen (4, 28) bewegbar ist, wobei ein Kontaktring mit dem Minuspol einer Speicher-/Wandlerzelle (24) und der andere Kontaktring mit dem Pluspol einer anderen Speicher-/Wandlerzelle (24) in Verbindung steht.

6. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgenerator (23) vorgesehen ist, der über den Ereignissensor (26) auslös- bar ist, wobei die Trennschalter (1 ) durch den von dem Gasgenerator (23) erzeugten Gasdruck von der geschlossenen in die offene Stellung bringbar sind.

7. Elektrisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen mehrerer Trennschalter (1 ) zu einem Schaltrohr (3) verbunden sind, wobei der Gas- generator (23) an einem Ende des Schaltrohrs (3) vorgesehen ist.

8. Elektrisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalt- rohr (3) zwischen den Trennschaltern (1 ) Einkerbungen aufweist.

9. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbolzen (2) durchgehende Gasdurchtrittsöffnungen (6) konzentrisch oder parallel zu ihrer Mittellängsachse aufweisen, wobei der Querschnitt der Gas- durchtrittsöffnungen (6) bei einem Kontaktbolzen mit größerem Abstand von dem Gasgenerator (23) kleiner als bei einem Kontaktbolzen mit geringerem Abstand zu dem Gasgenerator (23) ist.

10. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 7 bis 9 in einem elektrisch angetrie- benen Fortbewegungsmittel, gekennzeichnet, durch folgende Merkmale:

• mit einem Gasgenerator (23) sind zwei Schaltrohre (3) verbunden

• in jedem Schaltrohr (3) ist eine Vielzahl von Kontaktbolzen (2) vorgesehen

• die Schaltrohre (3) sind mit je einem Hauptschalter (7) an dem dem Gasgenera- tor (23) gegenüberliegenden Ende versehen

• jeder Hauptschalter (7) weist einen Kontaktbolzen (13) und drei Kontaktrin- ge (14; 15; 16) des Schaltrohrs (3) auf, wobei einer der Kontaktringe (14) mit dem Minuspol bzw. mit dem Pluspol einer in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzel- le, der zweite der Kontaktringe (15) mit dem Minuspol bzw. dem Pluspol des Ver- braucherkreises und der dritte der Kontaktring (16) jeweils mit der Masse des Fort- bewegungsmittels verbunden sind.

Description:
Elektrisches System

Die Erfindung betrifft ein elektrisches System nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren werden in den letzten Jahren immer ernster genommen. Um diese Emissionen verringern zu können wird daher im mobilen Bereich der Einsatz von Elektromotoren stark gefördert. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Bedarf an elektrischem Strom verstärkt durch erneuerbare Energien gedeckt werden kann.

Um Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren ersetzen zu können, sind in den meisten Fällen große Ströme und hohe Spannungen notwendig. Es wird daher eine Vielzahl von elektrischen Speicherzellen, momentan handelt es sich dabei meist um Lithium-Ionen- Akkus, in Reihe geschaltet.

Die einzelnen Zellen arbeiten üblicherweise mit einer Spannung von ca. 3,6 V. Für die Elektromotoren wird insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen eine Spannung von mehr als 300 V benötigt, so dass mehr als einhundert solcher Zellen entsprechend ver- schaltet werden müssen. Bei bestimmten Fahrzeugen wird heute auch bereits mit Span- nungen von ca. 700 V gearbeitet.

Die Spannung führenden Teile werden dabei gut isoliert, so dass im Normalbetrieb keine Spannung auf Nutzer übertragen werden kann. Im mobilen Bereich kann es jedoch -im Gegensatz zu einer ortsfesten Anlage - schnell zu einem Zwischenfall kommen, bei dem es zu erheblichen mechanischen Verformungen kommt. So kann z. B. bei einem Zu- sammenstoß nicht ausgeschlossen werden, dass elektrische Isolationen beschädigt und hohe Spannungen auf Teile übertragen werden, mit denen die Nutzer in Berührung kom- men können. Dies kann zu einer schweren Schädigung oder sogar zum Tod von verunfall- ten Personen führen. Bei ortsfesten elektrischen Systemen treten solche hohen Spannungen beispielsweise in Häusern auf, auf deren Dächern Photovoltaik-Anlagen installiert sind. Wenn es zu einem Brand kommt, werden die löschenden Feuerwehrleute einer großen Gefahr ausgesetzt, da bei den hohen auftretenden Spannungen die Möglichkeit eines Spannungsüberschlags über das Löschwasser auf den Menschen nicht ausgeschlossen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch System nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so auszubilden, dass solche Gefahren nach einem unvorhergesehenen Ereignis sicher vermieden werden können.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein elektrisches System mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dadurch, dass zwischen in Reihe geschalteten

Speicher-/Wandlerzellen im Normalbetrieb des elektrischen Systems geschlossene Trenn- schalter vorgesehen sind, die so ausgeführt und/oder angeordnet sind, dass sie bei Auslö- sung des Ereignissensors geöffnet werden, kann die hohe Spannung bei einem unvorher- gesehenen Ereignis in kleinere, unschädliche Spannungen aufgeteilt werden.

So kann beispielsweise nach einem Unfall zwar eine Spannung an Teilen eines elektrisch angetrieben Fortbewegungsmittels anliegen, mit denen die verunfallten Personen oder auch eventuelle Retter in Kontakt kommen, jedoch sind diese Spannungen so niedrig, dass sie zu keinem Schaden führen können. Selbstverständlich wird durch die Erfindung auch die Brandgefahr nach einem Unfall enorm reduziert, da die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen in der Verdrahtung zwischen den Speicherzellen durch die Auftrennung des Stromkreises in von einander isolierte Segmente wesentlich geringer wird. Bei der An- wendung der Erfindung in einem elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittel ist der Er- eignissensor vorteilhaft als Aufprallsensor ausgebildet.

Beim Brand eines Hauses, auf dessen Dach eine Photovoltaik-Anlage montiert ist, wer- den die Trennschalter zwischen Photovoltaikelementen, bei denen es sich um so genann- te Wandlerzellen handelt, beispielsweise durch einen Rauchmelder oder einen anderen Brandmelder ausgelöst. Auch hier wird die hohe Spannung dann in kleinere ungefährliche Spannungen aufgeteilt, so dass beim Löschen keine Gefahr für die Feuerwehrleute be- steht.

Die Erfindung ist unter anderem in allen elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmitteln anwendbar. Als Fortbewegungsmittel sollen hier alle Vorrichtungen zum Befördern von Personen und/oder Gütern zu Land, auf dem Wasser und in der Luft gelten. Als„elektrisch angetrieben“ sind alle Fortbewegungsmittel gemeint, die zumindest zum Teil elektrisch an- getrieben werden. Hierzu gehören auch die so genannten Hybrid-Fahrzeuge, die zum Teil über einen Elektromotor und zum Teil über einen Verbrennungsmotor angetrieben wer- den. Der Verbraucherkreis beinhaltet hier insbesondere den Antrieb. Bei einer Photovol- taik-Anlage weist der Verbraucherkreis dagegen einen Inverter und evtl einen Stromspei- cher auf.

Als Speicher-/Wandlerzellen sollen alle Spannung speichernden und alle Spannung er- zeugenden Zellen gelten. Als Speicherzellen können beispielsweise wiederaufladbare Li- thium-lonen-Zellen, oder aber reine Ladungsspeicher wie z. B. Kondensatoren zum Ein- satz kommen. Zu den Wandlerzellen zählen unter anderem Brennstoffzellen und Photo- voltaikzellen.

Als Ereignissensor kann ein eigens für die Betätigung der Trennschalter vorgesehener Sensor genutzt werden. Insbesondere wird aber das Signal eines Ereignissensors ver- wendet, der sowieso vorhanden ist. Als Beispiel für ein Fortbewegungsmittel kann hier der Aufprallsensor eines vorhandenen Airbags und als Beispiel für ein Haus mit Photovol- taik-Anlage ein bereits installierter Rauchmelder genannt werden. Die Kosten für das er- findungsgemäße elektrische System lassen sich auf diese Weise reduzieren.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Um die genannten Vorteile erreichen zu können, muss nicht unbedingt zwischen allen Speicher-/Wandlerzellen ein Trennschalter vorgesehen werden. Je nach der Ausgangs- spannung jeder einzelnen Speicher-/Wandlerzelle ist es bei den meisten bekannten Spei- cher-/Wandlerzellen ausreichend, dass sich die Trennschalter zwischen Gruppen von Speicher-/Wandlerzellen befinden, die so zusammengefasst sind, dass jede Gruppe eine für den Menschen nicht schädliche Spannung abgibt. Die Ausgangsspannung einer sol- chen Gruppe von Speicher-/Wandlerzellen sollte also möglichst 50 V nicht überschreiten.

Vorteilhaft ist zwischen den in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzellen und dem Ver- braucherkreis wenigstens ein zusätzlicher Trennschalter vorgesehen, der sich im Normal- betrieb des elektrischen Systems in einer geschlossenen Stellung befindet. Auf diese Wei- se lässt sich der Verbraucherkreis bei einem unvorhergesehenen Ereignis von den Spei- cher-/Wandlerzellen abtrennen. Bei dem Einsatz von zwei zusätzlichen Trennschaltern lässt sich sogar eine vollständige Trennung zwischen Verbraucherkreis und

Speicher-/Wandlerzellen erreichen. Beispielsweise bei der Anwendung des erfindungsge- mäßen elektrischen Systems in einem Haus mit Photovoltaik-Anlage kann auf diese Wei- se der Inverter des Verbraucherkreises vollständig von der Photovoltaik Anlage abge- trennt werden.

Besonders vorteilhaft ist der wenigstens eine zusätzliche Trennschalter mit einem Haupt- schalter kombiniert, der sich nach Auslösen des Ereignissensors in einer Stellung befin- det, in der der Verbraucherkreis mit der Masse eines elektrisch angetriebenen Fortbewe- gungsmittels kurzgeschlossen ist. Der kombinierte Trenn-/Hauptschalter kann also wäh- rend des Normalbetriebs eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels als Ein- Aus-Schalter und bei einem Unfall als Umschalter fungieren. Auf diese Weise lassen sich die Speicher-/Wandlerzellen dann, wenn sich das Fortbewegungsmittel in Ruhestellung befindet, vom Verbraucherkreis trennen.

Es kann auch sowohl zwischen dem Minuspol als auch zwischen dem Pluspol der in Rei- he geschalteten Speicher-/Wandlerzellen und dem Verbraucherkreis je ein kombinierter Trenn-/Hauptschalter vorgesehen sein, so dass in der Ruhestellung der Verbraucherkreis komplett von den Speicher-/Wandlerzellen getrennt ist. Nach einem Unfall liegt dann der Verbraucherkreis auf beiden Seiten auf Masse. Dieser potentialfreie Zustand kann in ei- nem Fortbewegungsmittel aber auch während der Stillstandszeiten gewünscht sein. In diesem Fall werden die kombinierten Trenn-/Hauptschalter so ausgestaltet, dass sie grundsätzlich als Umschalter wirken. Idealerweise erfolgt der Potentialabbau zur Masse nach dem Umschalten über einen Widerstand. Bevorzugt weisen die Trennschalter einen Kontaktbolzen auf, der in einer Hülse mit we nigstens zwei Kontaktringen bewegbar ist, wobei ein Kontaktring mit dem Minuspol einer Speicher-/Wandlerzelle und der andere Kontaktring mit dem Pluspol einer anderen Spei- cher-/Wandlerzelle in Verbindung steht. In der normalen, geschlossenen Stellung des Trennschalters besteht folglich über den Kontaktbolzen eine elektrische Verbindung zwi schen den beiden Kontaktringen. Das bedeutet, dass die beiden Speicherzellen durch den Trennschalter in Reihe geschaltet sind. Nach Auslösen des Ereignissensors wird die se Verbindung getrennt und damit die Reihenschaltung aufgehoben.

Die Betätigung der Trennschalter kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann bei- spielsweise an jedem Trennschalter ein Solenoid vorgesehen sein, welches von einer üb- lichen 12 V-Batterie gespeist wird. In diesem Fall ist ein Kraftspeicher vorgesehen, der den Trennschalter in seine geöffnete Stellung drückt. Der Trennschalter ist folglich nur dann geschlossen, wenn die Batteriespannung an dem Solenoid anliegt. Über den Ereig- nissensor muss dann nur die Verbindung zu der 12 V-Batterie unterbrochen werden. Da- nach bewegen sich alle Trennschalter in die geöffnete Stellung. Diese Ausgestaltung hat bei einem Fortbewegungsmittel den zusätzlichen Vorteil, dass bei jedem Schalten des Fortbewegungsmittels in die Ruhestellung ebenfalls eine Aufteilung der Spannung erfolgt.

Es kann bei bei einem unvorhergesehenen Ereignis, wie bei einem Zusammenstoß oder bei einem Brand, jedoch zu Situationen kommen, in denen eine starke mechanische Ver- formung, die Einwirkung großer Hitze oder eine hohe Beschleunigung die Auslösung des Kraftspeichers verhindert. Besonders vorteilhaft ist deshalb ein Gasgenerator vorgesehen, der über den Ereignissensor auslösbar ist, wobei die Trennschalter durch den von dem Gasgenerator erzeugten Gasdruck von der geschlossenen in die offene Stellung bringbar sind. Der Gasdruck der von solchen Gasgeneratoren erzeugt wird, ist normalerweise so hoch, dass er auch unter widrigen Umständen entsprechend wirkt und die Kontaktbolzen sicher in die offene Stellung der Trennschalter befördert. Weiterhin wirkt sich das Gas sehr positiv aus, wenn es trotz der Schnelligkeit bei der Öffnung der Trennschalter zu ei- nem Lichtbogen kommen sollte. In diesem Fall wirkt das Gas als Funkenlöscher.

Es besteht die Möglichkeit den Gasdruck eines Gasgenerators zur Auslösung mehrerer Trennschalter zu nutzen. Zu diesem Zweck könnte an einen Gasgenerator ein Verteiler- System angeschlossen werden, welches zu mehreren Trennschaltern führt. Besonders vorteilhaft sind jedoch die Hülsen mehrerer Trennschalter zu einem Schaltrohr verbunden, wobei der Gasgenerator an einem Ende des Schaltrohrs vorgesehen ist. Auf diese Weise sind mehrere Trennschalter in der Strömungsrichtung des Gases hintereinander geschal- tet und es muss keine Verteilung stattfinden, die immer mit einigen Umlenkungen und deshalb mit einem Druckabfall belastet wäre.

Bei der Hintereinanderschaltung der Trennschalter muss dafür gesorgt werden, dass die Kontaktbolzen bei der Auslösung des Gasgenerators sich nicht jeweils bis zu den

Kontaktringen des nächsten Trennschalters bewegen und dadurch zwar eine Verbindung öffnen aber eine andere wieder schließen. Das Schaltrohr weist deshalb vorteilhaft zwi- schen den Trennschaltern Einkerbungen auf. Als Einkerbung ist hier jede Verkleinerung des Innendurchmessers des Schaltrohrs zu verstehen, egal ob sie beispielsweise durch eine Sicke oder aber durch Stege zustande kommt.

Die Kraft, die durch den Gasdruck auf jeden der Kontaktbolzen wirkt, soll in etwa gleich groß sein. Besonders vorteilhaft weisen deshalb die Kontaktbolzen durchgehende Gas- durchtrittsöffnungen konzentrisch oder parallel zu ihrer Mittellängsachse auf, wobei der Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnungen bei einem Kontaktbolzen mit größerem Abstand von dem Gasgenerator kleiner als bei einem Kontaktbolzen mit geringerem Abstand zu dem Gasgenerator ist. Das bedeutet, dass die Stirnfläche der Kontaktbolzen, auf die der Gasdruck einwirkt, mit zunehmendem Abstand der Kontaktbolzen von dem Gasgenerator größer wird. Bei entsprechender Auslegung der Gasdurchtrittsöffnungen bleibt also die Kraft die auf jeden Kontaktbolzen wirkt in etwa gleich, da zwar der Gasdruck mit zuneh- mendem Abstand vom Gasgenerator immer geringer, die Fläche, auf die der Gasdruck wirkt, aber immer größer wird.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittel ist ein Gasgenerator vorgesehen, der mit zwei Schaltrohren verbunden ist. In jedem Schaltrohr ist eine Vielzahl von Kontaktbolzen vor- gesehen und die Schaltrohre sind mit je einem Hauptschalter an dem dem Gasgenerator gegenüberliegenden Ende versehen. Jeder Hauptschalter weist einen Kontaktbolzen und drei Kontaktringe des Schaltrohrs auf, wobei einer der Kontaktringe mit dem Minuspol bzw. mit dem Pluspol einer in Reihe geschalteten Speicher-/Wandlerzelle, der zweite der Kontaktringe mit dem Minuspol bzw. dem Pluspol des Verbraucherkreises und der dritte der Kontaktring jeweils mit der Masse des Fortbewegungsmittels verbunden sind. Bei die- sem Ausführungsbeispiel ist ein Optimum zwischen der Sicherheit von Nutzern oder Hel- fern bei einem Unfall eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels und den Kos- ten erreicht, die durch diese zusätzliche Sicherheitseinrichtung anfallen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nung in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug während der Fahrt,

Fig. 2 die Schaltungsanordnung aus Fig. 1 nach einem Unfall,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Trennschalters zur Verbindung von in

Reihe geschalteten Speicherzellen,

Fig. 4 ein Trennschalter wie in Fig. 3 nach der Auslösung bei einem Unfall in seiner

Offen-Stellung,

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines Hauptschalters zur Verbindung eines

Verbrauchskreises mit einem Verbund von in Reihe geschalteten Speicherzel- len in Geschlossen-Stellung und

Fig. 6 der Hauptschalter aus Fig. 5 nach der Auslösung bei einem Unfall.

Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittel, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug, weist einen Verbraucherkreis 22 auf, der über zwei Hauptschalter 7 mit einem Akku-Verbund aus mehreren Gruppen von Speicherzellen 24 verbunden werden kann. Die Gruppen von Speicherzellen 24 bestehen jeweils aus mehreren in Reihe ge- schalteten einzelnen Speicherzellen, wobei die Ausgangsspannung einer jeden Gruppe unterhalb von 50 V bleiben sollte. Geht man davon aus, dass Lithium-Ionen-Zellen mit je- weils 3,6 V verwendet werden, ergibt eine Gruppe 24 von 13 Zellen jeweils eine Aus- gangsspannung von 46,8 V. In dem hier gezeigten Beispiel sind sieben solcher Gruppen 24 über Trennschalter 1 in Reihe hintereinander geschaltet. Auf den Aufbau der Trennschalter 1 und der Hauptschal- ter 7 soll später detailliert eingegangen werden. Die an dem Verbraucherkreis anliegende Spannung beträgt etwa 330 V. Wenn höhere Spannungen benötigt werden, können ent- weder Speicherzellen mit höherer Ausgangsspannung verwendet werden oder es werden über weitere Trennschalter 1 noch mehr Gruppen 24 in Reihe geschaltet.

Es ist ein Gasgenerator 23 vorgesehen, der zwei Ausgänge aufweist, wobei an jedem Ausgang ein Schaltrohr 3 mit dem Gasgenerator 23 verbunden ist. Die Trennschalter 1 werden durch das Schaltrohr 3 mit Kontaktringen 4 (siehe Fig. 3) und jeweils einen gasbe- triebenen Kontaktbolzen 2, die Hauptschalter 7 ebenfalls durch das Schaltrohr 3 mit Kontaktringen 14, 15, 16 (siehe Fig. 5-6) und einen anders gestalteten Kontaktbolzen 13 gebildet. Auf diese Weise werden auf jeder Seite des Gasgenerators 23 drei Trennschal- ter 1 und ein Hauptschalter 7 so realisiert, dass alle acht Schalter über den Gasgenera- tor 23 betätigt werden können.

Weiterhin sind in den Figuren 1 und 2 noch ein Aufprallsensor 26 und eine Steuerung 25 gezeigt. Üblicherweise müssen die Steuerung 25 und der Aufprallsensor 26 nicht unbe- dingt als Teil der gezeigten Schaltung realisiert werden. So sind beispielsweise in jedem der Personenbeförderung dienenden Fahrzeug heute Airbags vorhanden, die ebenfalls mit Gasgeneratoren ausgestattet sind. Zur Auslösung dieser Airbags wird eine Steuerung verwendet, die ein Signal von einem Aufprallsensor erhält und dieses in ein Aktivierungs- signal für die Gasgeneratoren der Airbags umsetzt. Dieses Signal lässt sich auch für die Aktivierung des Gasgenerators 23 in den Figuren 1 und 2 abgreifen. In diesem Fall muss für die Aktivierung des Gasgenerators 23 kein eigens installierter Aufprallsensor und keine eigens installierte Steuerung verwendet werden.

In den Figuren 3 und 4 ist ein Trennschalter 1 im Schnitt detailliert dargestellt. In der In- nenfläche des Schaltrohrs 3 sind ringförmige Vertiefungen zur Aufnahme der Kontakt- ringe 4, 28 vorgesehen. Die Kontaktringe 4, 28 sind in hier nicht gezeigter Weise mit dem Pluspol einer Speicherzelle bzw. mit dem Minuspol einer anderen Speicherzelle ver- bunden. In der geschlossenen Stellung des Trennschalters 1 (siehe Fig. 3) sind die bei- den Kontaktringe 4, 28 über den Kontaktbolzen 2 elektrisch leitend miteinander ver- bunden.

Der Kontaktring 4 ist etwas stärker ausgeführt als der Kontaktring 28. Gleichzeitig besitzt der Kontaktbolzen 2 im Bereich des Kontaktrings 28 einen entsprechend vergrößerten Durchmesser. Bei einer Bewegung des Kontaktbolzens 2 in Öffnungsrichtung nach rechts muss der Kontaktbolzen 2 durch diese Ausgestaltung nur für ein kurzes Stück die Rei- bung zu den Kontaktringen 4, 28 überwinden. Nach einer sehr kurzen Strecke kann sich der Kontaktbolzen 2 praktisch ohne Reibungswiderstand weiterbewegen.

In Öffnungsrichtung neben dem Kontaktbolzen 2 ist das Schaltrohr 3 mit einer Sicke 5 versehen. Diese Sicke 5 hat die Aufgabe, den Kontaktbolzen 2 stoppen, wenn er durch den Gasdruck eines Gasgenerators aus seiner in Fig. 3 gezeigten Stellung bewegt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine definierte Endstellung für die Kontaktbolzen 2.

In der geöffneten Stellung des Trennschalters 1 nimmt der Kontaktbolzen 2 diese in Fig. 4 gezeigte Endstellung ein. Hier berührt der Kontaktbolzen 2 nicht mehr beide Kontaktrin- ge 4, 28, sondern steht möglicherweise nur noch mit dem rechten Kontaktring 28 in einer jedoch nicht vollflächigen Verbindung. Dadurch ist die Reihenschaltung der beiden Spei- cherzellen aufgehoben.

Allerdings ist in Fig. 4 nicht der gleiche Trennschalter wie in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 4 ist zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Gasdurchtrittsöffnungen 6 ein Kontaktbolzen ge- zeigt, dessen Position weiter von dem Gasgenerator entfernt ist als der Kontaktbolzen aus Fig. 3.

Es ist deutlich zu erkennen, dass die Gasdurchtrittsöffnung des Kontaktbolzens in Fig. 3 größer als die des Kontaktbolzens in Fig. 4 ist. Dadurch ist die dem Gasdruck entgegen stehende Stirnfläche des Kontaktbolzens in Fig. 3 kleiner als die des Kontaktbolzens in Fig. 4. Durch die Gasdurchtrittsöffnung in einem Kontaktbolzen tritt also nur ein Teil des an der Stirnfläche anstehenden Gases hindurch. Das führt zu einem Druckabfall auf der gegenüberliegenden Seite des Kontaktbolzens. Deshalb steht an dem nächsten Kontaktbolzen in der Reihe ein geringerer Gasdruck an. Um aber die durch den Gasdruck generierte Schubkraft auch bei diesem Kontaktbolzen über einem bestimmten Betrag zu halten, ist die Angriffsfläche an der Stirnseite bei die- sem Kontaktbolzen größer und dadurch der Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung ge- ringer.

In den Figuren 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hauptschalter 7 mit einem Line- arantrieb 8 für dessen Betätigung gezeigt. Der Linearantrieb 8 ist hier als Schrittmotor ausgebildet, durch den eine Schubstange 11 entlang der Drehachse des Schrittmotors li- near verschoben werden kann. Der Schrittmotor besitzt einen ortsfest in dem Antriebsge- häuse montierten Stator 9 und einen innerhalb des Stators 9 drehbar gelagerten Rotor 10. Konzentrisch zur Drehachse des Rotors 10 ist eine Gewindemutter 17 vorgesehen, die drehfest mit dem Rotor 10 verbunden ist, aber entlang der Drehachse des Rotors 10 ver- schiebbar gelagert ist.

Ebenfalls konzentrisch zur Drehachse des Rotors 10 ist eine Schubstange 11 vorgese- hen, die so gelagert ist, dass sie entlang der Drehachse verschiebbar ist, aber an der Dre- hung des Rotors 10 und der drehfest damit verbundenen Gewindemutter 17 nicht teil- nimmt. Die Schubstang 11 ist im Bereich der Gewindemutter 17 mit einem Außengewinde versehen, welches in Wirkkontakt mit dem Innengewinde der Gewindemutter 17 steht.

An ihrem dem Hauptschalter 7 gegenüberliegenden Ende ist die Schubstange 11 mit ei- nem Schubstangenflansch 20 versehen. Dieser ragt in ein Federgehäuse, welches orts- fest zu dem Antriebsgehäuse montiert ist. Zwischen dem Schubstangenflansch 20 und der dem Antriebsgehäuse zugewandten Innenwand des Federgehäuses befindet sich die Feder 21 , die den Schubstangenflansch 20 leicht gegen die dem Antriebsgehäuse gegen- überliegende Innenwand des Federgehäuses vorspannt.

Mit der Gewindemutter 17 ist der rund Mutterflansch 18 verbunden, der sich in einer ent- sprechenden Ausnehmung des Antriebsgehäuses befindet. Neben der Ausnehmung für den Mutterflansch 18 ist an dem Antriebsgehäuse ein Solenoid 19 befestigt. Dieses Sole- noid 19 ist mit einem Sperrhebel versehen, der dann, wenn das Solenoid 19 bestromt wird, den Mutterflansch 18 sperrt und die Gewindemutter 17 auf diese Weise an einer Verschiebung in Richtung der Drehachse des Rotors 10 hindert.

Der Hauptschalter 7 ist so aufgebaut, dass innerhalb des fest montierten Schaltrohrs 3 der Kontaktbolzen 13 verschieblich gelagert ist. Der Kontaktbolzen 13 ist als Hohlzylinder ausgebildet, der an seiner der Schubstange 11 abgewandten Stirnfläche geschlossen ist. An seiner offenen Seite ist er mit der Schubstange 11 über eine Sollbruchstelle 12 ver- bunden.

Die Sollbruchstelle 12 ist in der Zeichnung nicht explizit ausgeführt, eine mögliche Ausfüh- rungsform soll im Folgenden aber erläutert werden. Die Sollbruchstelle 12 ist vorzugswei- se als eigenes Bauteil ausgeführt. Sie weist einen inneren Ring auf, der mit der Schub- stange 11 verbunden wird. Ebenso weist sie einen äußeren Ring auf, der mit dem offenen Rand des Hohlzylinders des Kontaktbolzens 13 verbunden wird. Der innere und der äuße- re Rand sind über drei sternförmig angeordnete Strahlen mit einander verbunden.

Die Strahlen sind so ausgeführt, dass sie dann abreißen, wenn zwischen dem inneren und dem äußeren Ring eine vorbestimmte Kraft wirkt. Die Strahlen bilden deshalb die ei- gentliche Sollbruchstelle aus.

Das Schaltrohr 3 weist in seiner Innenwand drei ringförmige Vertiefungen auf, in die die Kontaktringe 14, 15 und 16 eingesetzt sind. Der linke Kontaktring 14 steht dabei in Kontakt mit den Speicherzellen 24, der Mittlere 15 mit dem Verbraucherkreis 22 und der Rechte 16 mit der Masse. Der Kontaktbolzen 13 ist so ausgestaltet, dass er jeweils zwei Kontaktringe elektrisch mit einander verbinden kann.

Zwischen dem linken 14 und dem mittleren Kontaktring 15, dicht neben dem mittleren Kontaktring 15 sind die Gasabströmöffnungen 27 vorgeshen, durch die das von dem Gas- generator 23 erzeugte Gas ausströmen kann, sobald sich der Kontaktbolzen 13 in der in Fig. 6 gezeigten Position befindet.

Im Folgenden soll nun die Funktion der Erfindung anhand eines Elektrofahrzeugs erläutert werden. In der hier nicht gezeigten Ruhestellung des Elektrofahrzeugs nehmen die beiden Hauptschalter 7 eine Position ein, in der die Kontaktbolzen 13 ausschließlich den mittleren Kontaktring 15 kontaktieren. An dem Verbraucherkreis 22 liegt deshalb keine Spannung an.

Das Solenoid 19 eines jeden Hauptschalters 7 befindet sich in abgesenkter Stellung, so dass der Mutterflansch 18 nicht blockiert ist. In dieser hier nicht gezeigten Stellung wirkt durch die Feder 21 jedoch keine Kraft auf die Schubstange 11 , da der Schubstangen- flansch 20 an der rechten Seitenwand des Federgehäuses anliegt.

Die Trennschalter 1 befinden sich alle in der in Fig. 1 gezeigten Stellung. Dabei kontaktie- ren sie gleichzeitig beide Kontaktringe 4, 28. Das bedeutet, dass alle Gruppen von Spei- cherzellen 24 mit einander verbunden sind, also die volle Spannung zur Verfügung stehen würde. Diese Spannung liegt jedoch noch nicht am Verbraucherkreis 22 an.

Wird nun der Zündschlüssel in das Zündschloss eingesteckt, wird das Solenoid 19 über die 12 V-Bordbatterie bestromt und verfährt in seine Sperrsteilung wie sie in den Figu- ren 5 und 6 gezeigt ist. Nun ist auch der Linearrmotor 8 mit dem Bordnetz verbunden.

Wird der Zündschlüssel gedreht, wird der Linearmotor 8 so bestromt, dass der Rotor 10 um eine vorbestimmte Anzahl von Schritten dreht. Dabei wird die Schubstange 11 in die in Fig. 5 gezeigte Betriebsstellung verschoben. In dieser Stellung verbindet der Kontaktbol- zen 13 nun den Kontaktring 14 mit Anschluss an die Speicherzellen 24 und den

Kontaktring 15 mit Anschluss an den Verbraucherkreis 22. In dieser Betriebsstellung wird der Verbraucherkreis 22 mit Spannung versorgt. Die Steuerungen des Verbraucher- kreises 22 sollen hier nicht weiter erläutert werden.

Beim Abstellen des Elektrofahrzeugs wird beim Zurückdrehen des Zündschlüssels der Li- nearmotor 8 so bestromt, dass der Rotor 10 in Öffnungsrichtung dreht. Dabei werden die Schubstange 11 und der Kontaktbolzen 13 wieder in die hier nicht gezeigte Ruhestellung geschoben. Der Hauptschalter 7 befindet sich wieder in seiner Offen-Stellung, in der der Verbraucherkreis 22 nicht mit den Speicherzellen 24 verbunden ist und daher nicht mit Spannung versorgt wird. Beim Abziehen des Zündschlüssels fällt das Solenoid 19 in seine Nicht-Sperr-Stellung zurück. Sollte die 12 V-Bordbatterie während des Betriebs des Elektrofahrzeugs einmal aus belie- bigem Grund ausfallen, wäre es nicht mehr möglich die Speicherzellen 24 von dem Ver- braucherkreis 22 zu trennen, da der Linearantrieb 8 nicht mehr bestromt werden kann.

Für diese Situation sind die Feder 21 und das Solenoid 19 vorgesehen. Ausgehend von der in Fig. 5 gezeigten Betriebsstellung fällt bei einem Ausfall der 12 V-Bordspannung das Solenoid 19 ab und der Sperrhebel bewegt sich in seine Freigabestellung.

Ausgehend von der in Fig. 5 gezeigten Betriebsstellung wirkt nun die Kraft der Feder 21 über den Schubstangenflansch 20 auf die Schubstange 11 und verschiebt diese zu- sammen mit der Gewindemutter 17 und dem Kontaktbolzen 13 nach rechts bis der Schubstangenflansch 20 an der rechten Innenwand des Federgehäuses anliegt. Der Hauptschalter 7 befindet sich nun in der nicht dargestellten Offen-Stellung wie sie weiter oben bereits beschrieben wurde. Die Verbindung zwischen den Speicherzellen 24 und dem Verbraucherkreis 22 ist folglich unterbrochen.

Sobald eine Reparatur durchgeführt ist, kann das Elektrofahrzeug wieder in Betrieb ge- setzt werden. Beim Einstecken des Zündschlüssels in das Zündschloss kann der Sperrhe- bel des Solenoids 19 nicht in seine Sperrsteilung bewegt werden, da er von dem Mutter- flansch 18 daran gehindert wird. Die hier nicht gezeigte Steuerung bestromt den Linearn- trieb 8 deshalb in Öffnungsrichtung. Da die Schubstange 11 nicht weiter nach rechts ver- schoben werden kann, wird die Gewindemutter 17 nach links zurück in den Rotor 10 ge- drückt. Nach Erreichen der normalen Stellung der Gewindemutter 17, wie sie in den Figu- ren 5 und 6 dargestellt ist, kann der Sperrhebel des Solenoids 19 nun wieder in seine Sperrsteilung rücken und das Elektrofahrzeug ist wieder startklar. Der Hauptschalter 7 kann durch eine Bestromung des Linearmotors 8 in Schließrichtung wieder in seine in Fig. 5 gezeigte Betriebsstellung gebracht werden.

Wird das Elektrofahrzeug in einen Unfall verwickelt, soll der Verbraucherkreis 22 sehr schnell von den Speicherzellen 24 getrennt werden. Gleichzeitig sollen aber auch die Gruppen von Speicherzellen von einander getrennt werden, damit nur noch Spannungen auftreten können, die für Menschen ungefährlich sind. Wiederum ausgehend von der in Fig. 5 gezeigten Betriebsstellung der beiden Hauptschal- ter 7 wird über einen Aufprallsensor 26 und eine Steuerung 25 der Gasgenerator 23 in der Mitte zwischen den beiden Schaltrohren 3 gezündet (siehe Fig. 1 ). Das entstehende Gas drückt die Kontaktbolzen 2 der beidseitig des Gasgenerators 23 vorgesehenen Trenn- schalter 1 in die in Fig. 4 gezeigte Offen-Stellung. Da von jedem Kontaktbolzen 2 nun nur noch einer der Kontaktringe kontaktiert wird, besteht keine Verbindung zwischen den ein- zelnen Gruppen von Speicherzellen 24 mehr. In dem hier geschilderten Fall können folg lich nur noch Spannungen von ca. 46,8 V auf elektrisch leitende Teile des Elektrofahr- zeugs übertragen werden. Damit besteht für Menschen keine Gefahr mehr.

Da die Kontaktbolzen 2 der Trennschalter 1 alle Gasdurchtrittsöffnungen 6 aufweisen, ent- steht auch vor den Kontaktbolzen 13 der beiden Hauptschalter 7 noch genügend Druck um hier wirksam zu werden. Dadurch bricht die Sollbruchstelle 12 und der Kontaktbol- zen 13 wird nach recht gedrückt bis er an der dem Linearantrieb 8 zugewandten Seiten- wand des Schaltergehäuses anliegt. Diese Stellung des Hauptschalters 7 ist in Fig. 6 ge- zeigt. Damit der Innendruck nicht zu einer Explosion des Schaltrohres 3 führt, sind zwi- schen dem linken Kontaktring 14 und dem mittleren Kontaktring 15 Gasabströmöffnun- gen 27 vorgesehen, die erst richtig frei werden, wenn sich der Kontaktbolzen vollständig in der gezeigten Stellung befindet.

Der Kontaktbolzen 13 stellt in Fig. 6 eine Verbindung zwischen dem Kontaktring 15 mit Anschluss an den Verbraucherkreis 22 und dem Kontaktring 16 mit Anschluss zur Masse her. Auf diese Weise kann bei einem Unfall nicht nur der Verbraucherkreis von den Spei- cherzellen getrennt, sondern auch noch entladen werden. In dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Hauptschalter 7 vorgesehen, wobei der

Kontaktring 15 des einen Hauptschalters mit dem Plus-Anschluss des Verbraucher- kreises 22 und der Kontaktring 15 des anderen Hauptschalters mit dem Minus-Anschluss des Verbraucherkreise 22 verbunden ist. In diesem Fall wird bei einem Unfall sowohl der Minus-Anschluss als auch der Plus-Anschluss des Verbraucherkreises auf Masse gelegt. Bezugszeichenliste:

1 Trennschalter

2 Gasdruck getriebener Kontaktbolzen

3 Schaltrohr

4 erster Kontaktring

5 Stopp-Sicke

6 Gasdurchtrittsöffnung

7 Hauptschalter

8 Linearantrieb

9 Rotor

10 Stator

11 Schubstange

12 Sollbruchstelle

13 Kontaktbolzen des Hauptschalters

14 Kontaktring mit Anschluss an die Speicherzellen

15 Kontaktring mit Anschluss an den Verbraucherkreis

16 Kontaktring mit Anschluss an Masse

17 Sechskantmutter

18 runder Mutterflansch

19 Solenoid mit Sperrhebel

20 Schubstangenflansch

21 Feder

22 Verbraucherkreise

23 Gasgenerator

24 Speicherzellen bzw. Gruppen von Speicherzellen

25 Steuerung

26 Aufprallsensor

27 Gasabströmöffnung

28 zweiter Kontaktring