Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Schalter zur Abschaltung elektrischer Stromkreise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Zwischenkreis- Entladungssystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 10 und ein Fahrzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 16.

Stand der Technik

Elektro- oder Hybridfahrzeuge weisen ein Hochvolt-Netz auf, in dem Spannungen im Bereich zwischen 60 Volt und mehreren Hundert Volt (z.B. 400 Volt) anliegen können. Zum Hochvolt-Netz gehört üblicherweise eine Hochvolt-Batterie, die über einen so genannten Zwischenkreis, welcher mindestens einen Zwischenkreiskondensator enthält, mit dem übrigen Hochvolt-Netz gekoppelt ist. Bei einem Unfall eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs kann von dem Hochvolt-Netz ein Gefährdungspotential für Insassen des Fahrzeugs, andere Verkehrsteilnehmer oder Rettungskräfte ausgehen.

Bei einem Unfall muss das Hochvolt-Netz daher zuverlässig abschaltbar sein, d.h. die Hochvolt- Batterie muss zuverlässig von dem Hochvolt-Netz entkoppelt werden. Die Hochvolt-Batterie kann z.B. über so genannte Batterie-Schütze vom Hochvolt-Netz getrennt werden.

Zur Notabschaltung elektrischer Stromkreise, insbesondere zur Trennung elektrischer Energiequellen von angeschlossenen Netzen, dienen Notschalter, die im Bedarfsfall ausgelöst werden und den Stromkreis unterbrechen. Solche Notschalter müssen den Stromkreis sicher unterbrechen, ohne eine unbeabsichtigte Wiederverbindung zuzulassen. Im Falle eines Unfalls muss die Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs vom übrigen Bordnetz abgetrennt werden, um die Entstehung eines Brands zu verhindern.

Nach einem Trennen der Hochvolt-Batterie von dem Hochvolt-Netz eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs kann noch eine beträchtliche Energiemenge in einem oder mehreren Zwischenkreiskondensatoren gespeichert sein. Aus Sicherheitsgründen sollte daher der Hochvolt-Zwischenkreis, insbesondere der bzw. die darin angeordneten Zwischenkreiskondensatoren, möglichst schnell auf ein relativ ungefährliches Spannungsniveau von z.B. weniger als 60V, entladen werden (innerhalb einer Zeitspanne von z.B. weniger als 5 Sekunden). Die Entladung des Hochvolt-Zwischenkreises kann über die Leistungselektronik gesteuert werden. Hierzu kann eine Entladeschaltung vorgesehen sein. Die Entladedauer kann über einen Schalter in Verbindung mit einem ohmschen Widerstand geregelt werden. Da nach dem aktuellen Stand der Technik die Energie der Hochvolt-Zwischenkreise nur langsam im Sekundenbereich, z.B. 5 - 40 Sekunde, entladet werden kann, könnte die Energie auch zu einem Sicherheitsrisiko führen.

Wie in Fig. 1 (Stand der Technik) dargestellt sind bei herkömmlichen Elektrofahrzeugen die Hochvoltkomponenten mit einem passiven und einem aktiven Entladezweig im Zwischenkreis versehen. Die passive Entladung dient zum Entladen des Zwischenkreises. Die aktive Entladung wird beim Übergang in den Ruhezustand oder im Fehlerfall, z.B. Crash, hinzugeschaltet, um die vorhandene Energie im Zwischenkreis abzubauen. Beim aktuellen Stand der Technik wird Energie im Sekundenbereich (z.B. 5 - 40 Sekunden) abgebaut. Je länger der Entladevorgang im Zwischenkreis dauert, desto größer ist das Sicherheitsrisiko.

Die Anforderungen an zukünftige Hochvoltsysteme sind deutlich gestiegen, d.h. die Entladedauern müssen vergleichsweise kurz sein. Bislang gibt es kein zufriedenstellendes Konzept wie die in den Zwischenkreiskondensatoren gespeicherte elektrische Energie in Notsituationen zuverlässig in kurzer Zeit (z.B. 10 - 30 Millisekunden) ohne große, teure und bauraumfordernde Komponenten abgebaut werden kann.

Pyrotechnische Schalter, die auch als Pyrosicherungen bezeichnet werden, dienen dazu, einen elektrischen Stromkreis gezielt und sicher zu unterbrechen, wenn bestimmte Bedingungen eintreten. Pyrotechnische Schalter weisen ein schnelles Trennverhalten auf, was es ermöglicht, nach einem Fahrzeugcrash die Hochvoltbatterie innerhalb kürzester Zeit sicher vom Hochvolt- Netz eines Fahrzeugs zu trennen. Beispielhaft sei auf die DE 102 09 627 A1 verwiesen, aus der ein pyrotechnischer Schalter zur Abschaltung bekannt ist, der einen Körper aufweist, in dem zwei Leiterbereiche und eine dazwischen angeordnete Solltrennstelle vorgesehen sind. Ein Hohlraum im Körper umschließt eine Zündeinrichtung. Nach dem Auslösen der Zündeinrichtung wird die Solltrennstelle in kleine Bruchstücke zerlegt und somit die zwei Leiterbereichen voneinander getrennt. Ein derartiger pyrotechnischer Schalter kann nur zur Abschaltung eines Stromkreises dienen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen pyrotechnischen Schalter zu schaffen, der geeignet ist, eine Hochvoltbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zuverlässig vom Hochvolt- Bordnetz zu trennen und der darüber hinaus noch eine zusätzliche Funktionalität aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Zwischenkreis-Entladungssystem mit einem solchen pyrotechnischen Schalter zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 10 und 16 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen, wobei auch Kombinationen der einzelnen Anspruchsmerkmale untereinander möglich sind.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße pyrotechnische Schalter umfasst einen ersten elektrischen Leiter, einen zweiten elektrischen Leiter und ein Zündelement. In einem ersten Zustand des pyrotechnischen Schalters sind der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter elektrisch miteinander verbunden. Zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter ist eine Solltrennstelle vorgesehen. Die Solltrennstelle wird getrennt, d.h. der erste elektrische Leiter wird von dem zweiten elektrischen Leiter getrennt, sobald das Zündelement ausgelöst wird. Das Zünden bzw. Auslösen des Zündelements bewirkt also eine Trennung der Solltrennstelle und somit eine Unterbrechung der zuvor bestehenden elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter.

Der erfindungsgemäße pyrotechnische Schalter weist einen dritten elektrischen Leiter auf. Im ersten Zustand des pyrotechnischen Schalters ist der dritte elektrische Leiter elektrisch von dem ersten elektrischen Leiter und von dem zweiten elektrischen Leiter getrennt. In einem zweiten Zustand des erfindungsgemäßen pyrotechnischen Schalters, d.h. nach dem Auslösen bzw. Zünden des Zündelements, ist der dritte elektrische Leiter mit dem zweiten elektrischen Leiter elektrisch verbunden. Im zweiten Zustand ist der dritte elektrische Leiter jedoch weiterhin elektrisch getrennt von dem ersten elektrischen Leiter.

Ein derartiger pyrotechnischer Schalter kann in seinem ersten Zustand als „elektrische Verbindung" zwischen einer Hochvoltbatterie und einem Hochvoltbordnetz eines Fahrzeugs verwendet werden. Durch Zünden des Zündelements geht der erfindungsgemäße pyrotechnische Schalter in seinen zweiten Zustand über, in dem der zweite und der dritte elektrische Leiter miteinander verbunden sind, was zum gezielten Entladen von Kapazitäten, d.h. zum gezielten Abbau elektrischer Spannungen (z.B. in einem Zwischenkreis des Hochvoltbordnetzes) genutzt werden kann.

Der pyrotechnische Schalter weist vorzugsweise ein Gehäuse mit einem Hohlraum auf, in dem das Zündelement angeordnet ist.

Das Zündelement kann einen Druckstieg zur Durchtrennung der Solltrennstelle erzeugen, sobald das Zündelement ausgelöst wird.

Im zweiten Zustand des pyrotechnischen Schalters sind der zweite elektrische Leiter und der dritte elektrische Leiter derart miteinander verbunden, dass der zweite elektrische Leiter nach dem Durchtrennen der Solltrennstelle gegen den dritten elektrischen Leiter gedrückt wird, oder umgekehrt, d.h. dass der dritte elektrische Leiter nach dem Durchtrennen der Solltrennstelle gegen den zweiten elektrischen Leiter gedrückt wird. Das Auslösen des Zündelements bewirkt also eine mechanische Bewegung des zweiten bzw. dritten elektrischen Leiters relativ zueinander, so dass sich der zweite und der dritte elektrische Leiter berühren und elektrisch miteinander verbunden sind.

Vorzugsweise ist der erste elektrische Leiter im zweiten Zustand des pyrotechnischen Schalters nicht nur von dem zweiten elektrischen Leiter getrennt, sondern auch weiterhin von dem dritten elektrischen Leiter getrennt.

Vorzugsweise kann der pyrotechnische Schalter einen Trennbolzen aufweisen, der elektrisch isolierend sein kann, wenn im zweiten Zustand des pyrotechnischen Schalters der zweite und der dritte elektrische Leiter unmittelbar elektrisch miteinander verbunden sind.

Vorzugsweise weist eine Stirnfläche des Trennbolzens einen spitz zulaufenden, z.B. kegelförmigen Teil auf, wobei der Trennbolzen die Solltrennstelle derart trennt, dass nach dem Auslösen des Zündelements die Spitze des kegelförmigen Teils den zweiten elektrischen Leiter von dem ersten elektrischen Leiter weg drückt und die Solltrennstelle unterbricht.

Bei einer Variante der Erfindung ist das Zündelement in dem ersten elektrischen Leiter angeordnet bzw. in den ersten elektrischen Leiter integriert. Beim Auslösen des Zündelements wird die Solltrennstelle getrennt wird und der zweite elektrische Leiter wird von dem ersten elektrischen Leiter weggedrückt, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter unterbrochen wird. Bei einer weiteren Variante der Erfindung weist der pyrotechnische Schalter ein viskoses Material auf, das zur Durchtrennung der Solltrennstelle dient. Das viskose Material drückt nach Auslösen des Zündelements den zweiten elektrischen Leiter von dem ersten elektrischen Leiter weg und unterbricht die Solltrennstelle.

Darüber hinaus schlägt die Erfindung ein Zwischenkreis-Entladungssystem vor, in dem der oben genannte pyrotechnische Schalter eingesetzt ist.

Das erfindungsgemäße Zwischenkreis-Entladungssystem, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, weist den oben beschriebenen pyrotechnischen Schalter und einen Zwischenkreis eines Hochvolt-Netzes des Fahrzeugs auf, wobei der Zwischenkreis eine Zwischenkreiskapazität aufweist. Der erste elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters ist mit einer Hochvoltbatterie verbunden. Der zweite elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters ist mit einem ersten Anschluss der Zwischenkreiskapazität verbunden und der dritte elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters ist mit einem zweiten Anschluss der Zwischenkreiskapazität verbunden.

Im ersten Zustand des pyrotechnischen Schalters verbindet der pyrotechnische Schalter über den ersten und den zweiten elektrischen Leiter eine Hochvoltbatterie mit dem Zwischenkreis des Hochvolt-Netzes des Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Im zweiten Zustand des pyrotechnischen Schalters verbindet der pyrotechnische Schalter den ersten Anschluss der Zwischenkreiskapazität mit dem zweiten Anschluss der Zwischenkreiskapazität, wodurch ein Entladekreis geschlossen wird, über den die Zwischenkreiskapazität entladen wird. Vorzugsweise weist das Zwischenkreis-Entladungssystem einen Entladewiderstand auf, wobei der dritte elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters über den Entladewiderstand mit dem zweiten Anschluss der Zwischenkreiskapazität verbunden ist. Vorzugsweise ist der Entladekreis so dimensioniert, dass die Spannung an der Zwischenkreiskapazität in einer Zeitspanne von weniger als 100 Millisekunden auf eine Spannung von weniger als 60 Volt abgebaut wird.

Vorzugsweise ist der pyrotechnische Schalter durch ein Auslösesignal des Elektrofahrzeugs auslösbar. Bei dem Auslösesignal kann es sich z.B. um ein von einem Crashsensor erzeugtes Crashsignal handeln, das anzeigt, dass das Elektro- oder Hybridfahrzeug in einen Crash verwickelt ist bzw. war. bei dem eine vorgegebene Verformungsgradschwelle und/oder ein vorgegebener Beschleunigungswert überschritten wurde.

Vorzugsweise weist die Zwischenkreiskapazität einen Wert von 0,5 mF bis zu 4 mF auf. Wenn dieser Wert kleiner als 4 mF ist, ist die Kapazität relativ kostengünstig. Wenn dieser Wert größer als 0,5 mF ist, entstehen wenige hochfrequente Rippel, was die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) beeinträchtigen können.

Vorzugsweise weist der Entladewiderstand einen Wert von 0,2 Ohm bis zu 10 Ohm auf. Wenn dieser Wert größer als 15 Ohm ist, wird die Entladedauer vergleichsweise lang. Wenn dieser Wert kleiner als 0, 1 Ohm ist, wird der fließende Strom vergleichsweise groß.

Des Weiteren schlägt die vorliegende Erfindung auch ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit einem oben genannten Zwischenkreis-Entladungssystem vor.

Erfindungsgemäß kann Hochvolt-Batterie im Millisekundenbereich nach dem Auslösen vom Fahrzeugbordnetz getrennt werden. Der Entladekreis wird dadurch angeschlossen, dass der pyrotechnische Schalter nach dem Auslösen eine neue elektrische Verbindung herstellt, d.h. eine Verbindung des zweiten und es dritten elektrischen Leiters. Die im Zwischenkreis gespeicherte Energie kann mittels des Zwischenkreis-Entladungssystems mit dem erfindungsgemäßen pyrotechnischen Schalter innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne (z.B. 1 - 10 Millisekunden nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters) vollständig oder zumindest soweit abgebaut werden, dass Gefährdungen für Rettungskräfte ausgeschlossen sind.

Mit der Erfindung kann die Zeit, die für das Entladen des Zwischenkreises benötigt wird im Vergleich zum Stand der Technik um den Faktor 1000 reduziert werden (Millisekunden statt Sekunden), ohne die Kosten und den Bauraum für die Entladeschaltung zu erhöhen.

Basis der Erfindung ist die Verwendung eines pyrotechnischen Schalters als Trennelement im Hochvoltspeicher. Der pyrotechnische Schalter kann sowohl die Hochvoltbatterie vom übrigen Hochvolt-Bordnetz sicher abtrennen und als auch nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters eine neue Verbindung herstellen, so dass ein Entladekreis gebildet werden kann, der die Energie entlädt, die in den Zwischenkreiskondensatoren der Hochvolt-Komponenten gespeichert ist. Durch die vergleichsweise massiven Kontakte (erster, zweiter elektrischer Leiter) des pyrotechnischen Schalters können hohe Ströme übertragen werden, die ein Entladen des Zwischenkreises im Millisekundenbereich ermöglichen. Durch die Irreversibilität des Vorgangs kann die Verbindung zwischen dem Hochvoltspeicher und den Hochvoltkomponenten nicht unbeabsichtigt wieder hergestellt werden. Der Kontakt, der bei der Auslösung des pyrotechnischen Schalters geschlossen wird, wird nur ein einziges Mal geschlossen. Somit ist die Zuverlässigkeit auch sicher gewährleistet. Spezielle Beschichtungen, die bei elektro- mechanischen Schaltern mit mehrmaligem Öffnen/Schließen notwendig sind, werden nicht benötigt.

Die in Fig. 1 (Stand der Technik) gezeigten elektro-mechanischen Schalter können durch einen pyrotechnischen Schalter gemäß der Erfindung ersetzt werden. Außerdem ist ein pyrotechnischer Schalter kostengünstiger als ein elektro-mechanischer Schalter. Der erfindungsgemäße pyrotechnische Schalter ermöglicht eine schnellere Entladung des Zwischenkreises und stelt eine kostengünstige, zuverlässige und bauraumsparende Lösung dar.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Entladeschaltung;

Fig.2 einen pyrotechnischen Schalter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im normalen Betrieb;

Fig.3 den pyrotechnischen Schalter der Fig. 2 nach dem Auslösen;

Fig.4 einen pyrotechnischen Schalter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im normalen Betrieb;

Fig.5 den pyrotechnischen Schalter der Fig. 4 nach dem Auslösen;

Fig.6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zwischenkreis- Entladungssystems im normalen Betrieb;

Fig.7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Zwischenkreis- Entladungssystems nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters. Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Au sf ü h ru ng sf orm e n beschränkt.

In Fig. 2 ist ein pyrotechnischer Schalter 10 zur Abschaltung und Verbindung elektrischer Stromkreise nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der pyrotechnische Schalter 10 umfasst einen ersten elektrischen Leiter 1 1 , einen zweiten elektrischen Leiter 12 und einen dritten elektrischen Leiter 13. Die elektrischen Leiter 1 1 , 12 und 13 sind in einem Gehäuse 17 des pyrotechnischen Schalters 10 angeordnet. Das Gehäuse 17 weist einen Hohlraum auf, in dem ein Zündelement 16 angeordnet ist.

In einem normalen Betriebszustand des pyrotechnischen Schalters 10 (in Fig. 1 gezeigter Zustand) sind der erste elektrische Leiter 1 1 und der zweite elektrische Leiter 12 elektrisch miteinander verbunden. Eine Solltrennstelle 14 des pyrotechnischen Schalters 10 verbindet ein Ende des ersten elektrischen Leiters 1 1 mit einem Ende des zweiten elektrischen Leiters 12. Der dritte elektrische Leiter 13 ist im normalen Betriebszustand des pyrotechnischen Schalters 10 elektrisch getrennt vom zweiten elektrischen Leiter 12 und dem dritten elektrischen Leiter 13. In einem normalen Betriebszustand können Ströme zwischen dem ersten elektrischen Leiter 1 1 und dem zweiten elektrischen Leiter 12 über die Solltrennstelle 14 fließen.

Ferner weist der pyrotechnische Schalter 10 einen Trennbolzen 15 auf, der nach dem Auslösen des Zündelements 16 die Solltrennstelle 14 zwischen dem ersten elektrischen Leiter 11 und dem zweiten elektrischen Leiter 12 durchtrennen kann. Vorzugsweise ist der Trennbolzen 15 elektrisch isolierend. Eine Stirnfläche des Trennbolzens 15 umfasst einen kegelförmigen Teil.

Sobald das Zündelement 16 durch die Steuereinheit 18 ausgelöst wird, erzeugt das Zündelement 16 einen Druck. Der Druck bewirkt, dass sich der Trennbolzen 15 nach oben bewegt und den ersten elektrischen Leiter 1 1 an der Solltrennstelle 14 vom zweiten elektrischen Leiter 12 trennt.

Die elektrischen Leiter 1 1 , 12 und 13 bestehen aus Metall, z.B. aus Kupfer, das unter Druck bzw. Krafteinwirkung deformiert werden kann. Die Spitze des kegelförmigen Teils des Trennbolzens 15 drückt das Ende des zweiten elektrischen Leiters 12 weg von dem Ende des ersten elektrischen Leiters 11. so dass die Solltrennstelle 14 nach dem Auslösen des Zündelements 16 unterbrochen wird. In Fig. 3 ist der pyrotechnische Schalter 10 der Fig.2 in einem ausgelösten Zustand gezeigt. Das Zündelement 16 weist eine Zündpille mit dem pyrotechnischen Zündmaterial und zwei Steuerkontakten auf. Wenn in der Zündpille ein Strom über die Steuerleitung eingespeist wird, zündet die Zündpille das Zündmaterial. Über der Zündpille mit dem Zündmaterial ist der bewegliche Trennbolzen 15 angebracht, der sich wegen des Druckstiegs im Hohlraum des Gehäuses 17 in Richtung der Solltrennstelle 14 bewegt. Der Trennbolzen 15 drückt das Ende des zweiten elektrischen Leiters 12 weg von dem Ende des ersten elektrischen Leiters 11. Da das Material des elektrischen Leiter 12 durch Trennbolzen 15 deformiert, d.h. nach oben gebogen wird, wird die Solltrennstelle 14 durchgetrennt. Der zwischen den elektrischen Leitern 1 1 und 12 fließende Strom wird daher unterbrochen.

Nach dem Durchtrennen der Solltrennstelle 14 drückt der Trennbolzen 15 den zweiten elektrischen Leiter 12 weiter in der Richtung des dritten elektrischen Leiters 13, so dass nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters 10 der zweite elektrischen Leiter 12 und der dritte elektrischen Leiter 13 miteinander verbunden sind.

Der Trennbolzen 15 drückt das Ende des ersten elektrischen Leiters 1 1 weg von der Solltrennstelle 14. Im ausgelösten Zustand des pyrotechnischen Schalters 10 ist der erste elektrische Leiter 1 1 elektrisch getrennt von dem zweiten elektrischen Leiter 12 und dem dritten elektrischen Leiter 13. Wegen der Irreversibilität des pyrotechnischen Schalters 10 kann die Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Leiter 11 und dem zweiten elektrischen Leiter 12 nicht wieder hergestellt werden. Im zweiten Zustand, d.h. nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters 10, ist der zweite elektrische Leiter 12 mit dem dritten elektrischen Leiter 13 verbunden. In diesem Zustand kann ein Strom zwischen dem zweiten elektrischen Leiter 12 und dem dritten elektrischen Leiter 13 fließen.

Der Trennbolzen 15 kann beispielsweise durch ein viskoses Material, z.B. Gel oder öl, mit einer

Schubeinrichtung ersetzt werden. Das viskose Material befindet sich in einem abgeschlossenen

Raum, der auf einer Seite durch den verbundenen ersten und zweiten elektrischen Leitern 11 und

12 und auf der anderen Seite durch die Schubeinrichtung geschlossen ist. Nach dem Auslösen bzw. Zünden des Zündelements 16 schiebt die Schubeinrichtung wegen eines Druckstiegs in der

Richtung des viskosen Materials. Das viskose Material drückt daher die Solltrennstelle 14, so dass der zweite elektrische Leiter 12 vom ersten elektrischen Leiter 1 1 weggedrückt wird und die

Solltrennstelle 14 durch das viskose Material unterbrochen wird. Nach dem Durchtrennen der Solltrennstelle 14 drückt das viskose Material den zweiten elektrischen Leiter 12 weiter in der Richtung des dritten elektrischen Leiters 13, so dass nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters 10 der zweite elektrischen Leiter 12 und der dritte elektrischen Leiter 13 miteinander verbunden sind.

Erfindungsgemäß kann der Hochvoltspeicher im Millisekunden Bereich nach dem Auslösen vom Fahrzeug getrennt werden. Des Weiteren stellt der pyrotechnische Schalter 10 nach dem Auslösen eine neue Verbindung zwischen dem zweiten elektrischen Leiter 12 und dem dritten elektrischen Leiter 13 her.

In Fig. 4 und Fig. 5 ist ein pyrotechnischer Schalter 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.

In Fig. 4 ist der pyrotechnische Schalter 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung in einem normalen Betriebszustand gezeigt. Der pyrotechnische Schalter 20 umfasst einen ersten elektrischen Leiter 21 , einen zweiten elektrischen Leiter 22 und einen dritten elektrischen Leiter 23. Der erste elektrische Leiter 21 weist einen Hohlraum auf, in dem ein Zündelement 26 angeordnet ist.

Im normalen Betriebszustand des pyrotechnischen Schalters 20 sind der erste elektrische Leiter

21 und der zweite elektrische Leiter 22 miteinander verbunden. Eine Solltrennstelle 24 des pyrotechnischen Schalters 20 verbindet ein Ende des ersten elektrischen Leiters 21 mit einem Ende des zweiten elektrischen Leiters 22. Der dritte elektrische Leiter 23 ist im normalen Betriebszustand des pyrotechnischen Schalters 20 elektrisch getrennt von dem zweiten elektrischen Leiter 22 und dem dritten elektrischen Leiter 23. In einem normalen Betriebszustand können Ströme zwischen dem ersten elektrischen Leiter 21 und dem zweiten elektrischen Leiter

22 über die Solltrennstelle 24 fließen.

Sobald das Zündelement 26 ausgelöst wird, erzeugt das Zündelement 26 einen Druckstieg. Der zweite elektrische Leiter 22 wird wegen des Druckstiegs weg von dem ersten elektrischen Leiter 21 gedrückt.

In Fig. 5 ist der pyrotechnische Schalter 20 der Fig. 4 in einem ausgelösten Zustand gezeigt. Das

Teil 28, z.B. eine faltbare Hülse, des elektrischen Leiters 22 kann durch eine darauf ausgeübte

Kraft in einer Längsrichtung des zweiten elektrischen Leiters 22 verschoben oder komprimiert oder„gefaltet" werden, so dass die Solltrennstelle 24 nach dem Auslösen des Zündelements 26 unterbrochen wird. Das Zündelement 26 weist eine Zündpille mit dem pyrotechnischen Zündmaterial und zwei Steuerkontakten auf. Wenn in die Zündpille ein Strom über die Steuerleitung eingespeist wird, zündet die Zündpille das Zündmaterial. Der erste elektrische Leiter 21 drückt das Ende des zweiten elektrischen Leiters 22 weg vom Ende des ersten elektrischen Leiters 21. Da das Teil 28 des elektrischen Leiters 12 verschoben bzw. komprimiert bzw. gefaltet ist, ist die Solltrennstelle 24 durchtrennt. Die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Leitern 21 und 22 ist daher unterbrochen.

Nach dem Durchtrennen der Solltrennstelle 24 wird das Teil 28 des zweiten elektrischen Leiters 12 durch den von der Explosion des pyrotechnischen Zündmaterials des Zündelements 26 erzeugten Druck in Längsrichtung des zweiten elektrischen Leiters 22 weg von dem elektrischen Leiter 21 gefaltet, so dass nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters 20 der zweite elektrische Leiter 22 und der dritte elektrische Leiter 23, wie in Fig. 5 dargestellt, elektrisch miteinander verbunden sind.

Im ausgelösten Zustand des pyrotechnischen Schalters 20 ist der erste elektrische Leiter 21 elektrisch getrennt von dem zweiten elektrischen Leiter 22 und dem dritten elektrischen Leiter 23. Wegen der Irreversibilität des pyrotechnischen Schalters 20 kann die Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Leiter 21 und dem zweiten elektrischen Leiter 22 nicht wieder hergestellt werden. Im Zustand nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters 20 ist der zweite elektrische Leiter 22 mit dem dritten elektrischen Leiter 23 verbunden. In diesem Zustand Fall kann ein Strom zwischen dem zweiten elektrischen Leiter 22 und dem dritten elektrischen Leiter 23 fließen.

Da der Hohlraum, in dem das Zündelement 26 angeordnet ist, in dem ersten elektrischen Leiter 21 vorgesehen ist und ein Trennbolzen für den pyrotechnischen Schalter 20 nicht benötigt ist, können die Kosten sowie der Bauraum des pyrotechnischen Schalters 20 weiter reduziert werden.

Fig. 6 zeigt ein Zwischenkreis-Entladungssystem 100, das einen der oben beschriebenen pyrotechnischen Schalter 110 und einen Zwischenkreis mit einer Zwischenkreiskapazität 104 aufweist. Das Zwischenkreis-Entladungssystem 100 ist zwischen einer Hochvoltbatterie 105 und einer Hochvoltkomponente 106 angeschlossen. Der pyrotechnische Schalter 1 10 dient zum Durchtrennen der Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie 105 und dem Zwischenkreis bzw. der Hochvoltkomponente 106 sowie - in einem Notfall bzw. bei einem Unfall des Fahrzeugs - zum Schließen eines Entladekreises 104.

Der erste elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters 110 ist mit einer Hochvoltbatterie 105 verbunden. Der zweite elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters 1 10 ist mit einem ersten Anschluss der Zwischenkreiskapazität 104 verbunden. Die dritte elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters 1 10 ist mit einem zweiten Anschluss der Zwischenkreiskapazität 104 verbunden. Außerdem weist das Zwischenkreis-Entladungssystem 100 einen Entladewiderstand 103 auf. Der dritte elektrische Leiter des pyrotechnischen Schalters 110 ist über den Entladewiderstand 103 mit einem zweiten Anschluss der Zwischenkreiskapazität 104 verbunden.

Die Zwischenkreiskapazität 104 weist einen Wert von 0,5 mF bis zu 4 mF auf. Wenn dieser Wert größer als 4 mF ist, wird die Zwischenkreiskapazität deutlich teurer. Wenn dieser Wert kleiner als 0,5 mF ist, entstehen mehr hochfrequente Rippei, was die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) beeinträchtigen können. Vorzugsweise weist die Zwischenkreiskapazität 104 einen Wert von 1 ,5 mF bis zu 3 mF auf.

Der Entladewiderstand 103 weist einen Wert von 0,2 Ohm bis zu 10 Ohm auf. Wenn dieser Wert größer als 10 Ohm ist, wird die Entladung vergleichsweise langsam. Wenn dieser Wert kleiner als 0.2 Ohm ist, wird der fließende Strom vergleichsweise groß. Vorzugsweise weist der Entladewiderstand 103 einen Wert von 1 Ohm bis zu 6 Ohm auf.

In einem normalen Betriebszustand der Hochvoltbatterie 105 verbindet der pyrotechnische Schalter 1 10 die Hochvoltbatterie 105 mit dem Zwischenkreis bzw. der Hochvoltkomponente 106. Der Stromkreis zwischen der Hochvoltbatterie 105 und dem Zwischenkreis ist kurzgeschlossen, so dass die Hochvoltbatterie 105 die Hochvoltkomponente 106 versorgt.

Bei einem Crash wird der pyrotechnische Schalter 1 10 durch ein Auslösesignal 102 aktiviert. Der pyrotechnische Schalter 110 trennt dann die Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie 105 und der Hochvoltkomponente 106. Wie oben erwähnt, kann in der Zwischenkreiskapazität 104 noch eine beträchtliche Energiemenge gespeichert sein, die aus Sicherheitsgründen abgebaut werden muss, d.h. die Zwischenkreiskapazität 104 muss entladen werden.

Fig. 7 zeigt das Zwischenkreis-Entladungssystem 100 mit dem pyrotechnische Schalter 1 10 in einem ausgelösten Zustand. Erfindungsgemäß schließt der pyrotechnische Schalter 1 10 die Zwischenkreiskapazitat 104 mit den Entladewiderstand 103 nach dem Durchtrennen der Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie 105 und der Hochvoltkomponente 106 an, d.h. im ausgelösten Zustand des pyrotechnischen Schalters 1 10 ist der erste Anschluss der Zwischenkreiskapazitat 104 mit dem zweiten Anschluss der Zwischenkreiskapazitat 104 über den Entladewiderstand 103 verbunden. Daher ist ein Entladekreis 101 geschlossen, so dass die in der Zwischenkreiskapazität 104 gespeicherte Energie mittels des Entladekreises 101 über den Entladewiderstand 103 entladen werden kann.

Die im Zwischenkreis gespeicherte Energie kann mittels des Zwischenkreis-Entladungssystems 100 mit dem erfindungsgemäßen pyrotechnischen Schalter innerhalb von z.B. 1 - 10 Millisekunden nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters entladen werden. Das Elektrofahrzeug kann folglich nach wenigen Millisekunden nach dem Auslösen des pyrotechnischen Schalters gefahrlos berührt werden.

Bezugszeichenliste

10 Pyrotechnischer Schalter

1 1 Erster elektrischer Leiter

12 Zweiter elektrischer Leiter

13 Dritter elektrischer Leiter

14 Solltrennstelle

15 Trennbolzen

16 Zündelement

17 Gehäuse

20 Pyrotechnischer Schalter

21 Erster elektrischer Leiter

22 Zweiter elektrischer Leiter

23 Dritter elektrischer Leiter

24 Solltrennstelle

26 Zündelement

28 Ein Teil des zweiten elektrischen Leiters

100 Zwischenkreis-Entladungssystem

101 Entladekreis

102 Auslösesignal 103 Entladewiderstand

104 Zwischenkreiskapazität

105 Hochvoltbatterie

106 Hochvoltkomponente

1 10 Pyrotechnischer Schalter