用于大电流应用的安全系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于大电流应用的安全系统，其包括：大电流断路器和包围所述大电流断路器的壳体。所述壳体形成与配对插接连接器电接触和机械连接的插接连接器，并且所述大电流断路器能够以永久封闭的方式被所述壳体容纳。
【专利说明】用于大电流应用的安全系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于大电流应用的安全系统、配备有这种安全系统的插接连接器系统和配备有这种插接连接器系统的电气系统。
【背景技术】
[0002]在具有电动力传动系统的机动车辆中，S卩，在电动或混合动力车辆中，需要将大的电力从能量源(例如电池组)传输至用电元件(例如电制冷压缩机)。为了保持传输期间发生的损耗尽可能低，利用相对高的电压来操作包括电池组和电驱动马达的电气(大电流)系统，这个相对高的电压特别地高于操作传统机动车辆的车辆电气系统所用的12V、24V或48V。
[0003]除了这种大电流系统之外，已知的具有电动力传动系统的车辆还具有(如在传统机动车辆中那样)基于12V、24V或48V的电压的传统的车辆电气系统。一方面，这意味着相同的组成部件能够用于传统车辆的车辆电气系统和具有电动力传动系统的车辆的车辆电气系统，节省了开发和制造成本。另一方面，由于弱电压，即使维护期间发生失误，也不会对维修人员造成危险，因此可以通过“普通”车间对车辆电气系统执行维护和修理工作。
[0004]相反地，由于使用高电压，电动或混合动力车辆的大电流系统表现出很大的潜在危险。因此，在许多情况下，需要将大电流系统的单独组成部件或甚至全部单元设计成不会接近维修人员。例如，这通过将大电流系统的组成部件或单元构造在不能打开或不能无损坏地打开的壳体内而完成。因此,如果集成在壳体内的一个组成部件有故障,维修人员只能更换整个单元，由于壳体的电绝缘，可以在基本上没有任何危险的情况下完成上述更换。然而，显然的是，对集成于具有功能上不再可用的组成部件的单元内的功能上可用的组成部件的更换涉及大量的和原则上的不必要的成本。
[0005]对于几乎所有电器系统，还将断路器集成在具有电动力传动系统的机动车辆的大电流系统中，在临时不可接受的大电流的情况下，断路器失效(“断开电路”/ “烧断”)，永久地断开电流。其结果是，防止大电流系统的其它高性能组成部件损坏。
[0006]在当前的具有电动力传动系统的机动车辆的大电流系统中，大电流断路器通常与多个其它电气组成部件一起结合在单元中，其中通过不能(无损护地)打开的壳体保护防止组成部件与维修人员接触。然而，这导致如下问题:如果大电流断路器“烧断”(这是大电流断路器的基本功能)，则不能仅更换大电流断路器；必须更换整个单元。在许多情况下这导致不可接受的高修理成本。
【发明内容】
[0007]从现有技术出发，本发明基于为保护大电流系统防止过流而提供改善的可能性的问题。特别地，在大电流系统的大电流断路器中有故障的情况下，将提供如下可能性:在排除对执行更换的维修人员可能发生的任何危险的同时，仅更换大电流断路器。
[0008]这个问题通过根据独立方案I的安全系统解决。配备有这种安全系统的插接连接器系统和配备有这种插接连接器系统的电气系统是其它独立方案的主题。根据本发明的安全系统、根据本发明的插接连接器系统和根据本发明的电气系统的有利的实施方式是各从属方案的主题，这些实施方式在本发明的接下来的说明中解释。
[0009]根据本发明的用于大电流应用的安全系统包括:大电流断路器和包围所述大电流断路器的电绝缘壳体，其中所述壳体形成与配对插接连接器电接触和机械连接的插接连接器。
[0010]将大电流断路器集成在电绝缘壳体中使得能够避免起因于与大电流断路器的导电元件接触而造成的危险。壳体能够形成与配对插接连接器电接触和机械连接的插接连接器的事实使得能够快速且容易地将大电流断路器集成在电气(大电流)系统中。
[0011]除了根据本发明的安全系统，根据本发明的插接连接器系统还包括至少一个与安全系统的插接连接器互补的配对插接连接器。
[0012]根据本发明的电气系统包括电(大电流)能源、用电(大电流)元件和电缆系统，所述电缆系统以导电方式连接所述能源和所述用电元件，其中，所述电缆系统包括至少一个根据本发明的插接连接器系统。
[0013]优选地，可以永久地密封安全系统的壳体，即，使得不能无损坏地打开壳体。这确保了不能移除或更换集成在壳体中的大电流断路器。
[0014]如果(如优选实施方式中提出的)至少对于大电流断路器所保护的安培数，壳体的插接连接器设有在设计上是单独的编码，这是特别有利的。因此，集成保护高达20A的安培数的大电流断路器的安全系统的插接连接器的编码可以例如在设计上与大电流断路器保护高达40A的安培数的安全系统的插接连接器的编码不同。因而，通过该单独编码，能够确保具有烧断的大电流断路器的有缺陷的安全系统仅能更换为具有保护相同额定电流的大电流断路器的安全系统。特别地，编码可以是如下形式:一个或多个单独成型的突出部或凹部，该突出部或凹部与配对插接连接器上的对应的互补的凹部/突出部相互作用。此外，或可选择地，还可以设置颜色编码。
[0015]根据本发明的安全系统的编码或根据本发明的插接连接器系统的编码不仅可以在设计上关于保护的安培数是单独的，此外，或可选择地，为根据本发明的电气系统中的根据本发明的安全系统设置的编码可以与用在电气系统中的其它插接连接器单元的编码不同。如果(如优选情况中)根据本发明的插接连接器系统的插接接口(除了编码之外)与电气系统的其它插接连接器单元的插接接口对应，这能够特别有实用性。特别地，在根据本发明的电气系统中，连接能源和用电元件的电缆系统的电缆能够借助于对应的插接连接器单元连接。在整个电气系统中使用优选相同的插接连接器能够有助于使电气系统的制造成本降低。
[0016]在根据本发明的安全系统的进一步优选的实施方式中，壳体可以包括屏蔽件，该屏蔽件(至少)包围大电流断路器(优选完全包围)。屏蔽件意在防止耦合进入或耦合离开电磁场。
[0017]在根据本发明的电气系统的有利的实施方式中，所述插接连接器系统的安全系统可以用作维护切断器，使得当所述安全系统从所述电气系统切断时，所述电气系统(至少部分地)从电源断开。因此，在对电气系统执行维护或修理之前，仅需要移除经由插接连接部集成在电气系统中的安全系统，因此，如果必要的话，整个电气系统从电源断开。
[0018]出于这个目的，可能优选的情况是，除了以导电方式与大电流断路器连接的(至少)两个大电流接触元件之外，根据本发明的安全系统的插接连接器和根据本发明的插接连接器系统的配对插接连接器还有(至少)两个(低电流)接触元件。在根据本发明的插接连接器系统的插接在一起的状态下，低电流接触元件可以表示低电流电路的一部分。从配对插接连接器拔除安全系统导致的低电流电路断开能够导致根据本发明的电气系统的能源断开。
[0019]优选地，大电流接触元件和低电流接触元件可以以如下方式设计或集成在安全系统和配对插接连接器中:当插接连接器和配对插接连接器插接在一起时，首先是插接连接器的高电流接触元件和配对插接连接器的高电流接触元件接触，然后是插接连接器的低电流接触元件与配对插接连接器的低电流接触元件接触。相反地，当解除插接连接器和配对插接连接器的插接时，首先断开低电流接触元件之间的接触，然后断开大电流接触元件之间的接触。这确保了在插接连接器的大电流接触元件和配对插接连接器的大电流接触元件接触或断开接触时，它们不承载任何高电压。这特别防止了在还没接触或还没完全接触的大电流接触元件之间的火花放电。
[0020]通过如下方式实现了具有防止操作或维修人员意外与高电压接触的相应保护的高水平的安全性:在所述插接连接器系统的未插接状态下，所述配对插接连接器设计有防止所述大电流接触元件之间和/或低电流接触元件之间接触的如下防护等级=IPlX级(即防止手背进入)、IP2X级(即防止手指进入)、IP3X级(即防止工具进入)、IP4X级(即防止线(wire)进入)、IP5X级(即完全防止接触)、或IP6X级(即完全防止接触)。优选地，所述接触防护根据德国版本EN 60529:1991+A1:2000中的DIN EN 60529设置。
[0021 ] 在根据本发明的插接连接器系统的进一步优选的实施方式中，在插接连接器与配对插接连接器之间的插接连接在设计上是防水的。例如，出于这个目的，可以设置一个或多个密封元件。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]参照附图中表示的示例性的实施方式详细说明本发明，在附图中:
[0023]图1:示出了安全系统和配对插接连接器处于未插接状态的根据本发明的插接连接器系统的第一轴测图；
[0024]图2:示出了根据图1的在未插接状态下的插接连接器系统的第二轴测图；
[0025]图3:以纵向截面示出了根据图1和图2的在未插接状态下的插接连接器系统；
[0026]图4:示出了根据图3的、贯穿插接连接器系统的绝缘的安全系统的纵向截面；
[0027]图5:示出了在插接在一起的状态下的根据图1至图4的插接连接器系统的轴测图；以及
[0028]图6:以纵向截面示出了在插接在一起的状态下的根据图1至图5的插接连接器系统。
【具体实施方式】
[0029]附图中示出了根据本发明的插接连接器系统的实施方式。其包括根据本发明的安全系统I和互补配对插接连接器2。配对插接连接器2意在在组成部件上固定就位。出于这个目的，设置贯通开口，借助于该贯通开口，组成部件例如能够与配对插接连接器螺接在一起。配对插接连接器2还可以被设计为有角度的插接连接器。
[0030]安全系统I包括具有实质上传统结构的大电流断路器(circuit breaker) 30熔体5配置在两端侧的圆柱接触元件4之间，当大电流断路器3所承载的电流超过最大保护安培数时熔体5熔断，结果是使集成有该大电流断路器3的电路断开。为了在机动车辆的电动力传动系统中使用，通过大电流断路器3保护的最大安培数可以根据使用场合例如达到 20A、40A 或 60A。
[0031]安全系统I还包括由电绝缘塑料制成的壳体6，大电流断路器3配置在壳体6中。壳体6在一端形成插接连接器，该插接连接器能够与插接连接器系统的配对插接连接器2通过将它们插接在一起的方式电接触和机械连接。出于这个目的，插接连接器的插接接口包括壳体6的中空圆柱段7，该壳体6的中空圆柱段7能够插接到配对插接连接器2的壳体8的对应的容纳开口中。此外，两个斜对的锁夹9设置在壳体6的外侧，锁夹9的插接侧端固定于中空圆柱壳体段7。当将插接连接器I插接到配对插接连接器2中时，锁夹9被推入配对插接连接器2的对应的容纳部10，其中在各情况下，两个卡扣耳部11卡接在容纳部10中的对应突出部后面。其结果是，实现了在安全系统I与配对插接连接器2之间在断开连接方向上(与插接在一起的方向相反)作用的形状锁定连接。通过如下方式能够再次释放该机械连接:手动使两个锁夹9的自由端在壳体6的方向上偏移，使卡扣耳部11从它们的在容纳部10中的突出部后面的接合释放。通过对安全系统I施加张力，然后这能够从配对插接连接器2拔除。
[0032]在插接在一起的方向上延伸的多个突出部12设置于中空圆柱壳体段7的外侧。在插接连接器系统的插接在一起的状态下，这些突出部12接合在配对插接连接器2的壳体8的内侧上的互补的凹部13中。与凹部13结合的突出部12用作编码，借助于该编码能够确保:一方面，安全系统I仅能在一个方向上插接到配对插接连接器2中，另一方面，仅能将一个特定版本的安全系统I适配在配对插接连接器2中。不同版本的安全系统I的区别仅在于(除了编码之外)被大电流断路器3保护的最大安培数。因而，通过安全系统I和配对插接连接器2的编码，确保了具有烧断的大电流断路器3的安全系统I仅能被替换为具有相同最大保护安培数的安全系统I。
[0033]插接连接器的插接接口还包括两个彼此电绝缘的接触销的形式的大电流接触元件14,当插接连接器系统插接在一起时,两个大电流接触元件14插接到配对插接连接器2的接触插座形式的互补的大电流接触元件15 (彼此电绝缘)内，以与互补的大电流接触元件15导电接触。其结果是，大电流断路器被集成在(大电流)电路中以便保护电路防止过流。上述电路可以是例如使能量从电池供给到机动车辆的电驱动马达的电路。
[0034]插接连接器的插接接口还包括两个接触销形式的低电流接触元件,当插接连接器系统插接在一起时，这两个低电流接触元件被插接到配对插接连接器的接触插座形式的互补低电流接触元件16内，使得这两个低电流接触元件与互补低电流接触元件16导电接触。该接触插座配置在配对插接连接器2的插座壳体17中。插接连接器系统的低电流接触元件的功能实质上是开关，其中当插接连接器系统插接在一起时，以低电压(例如12V)操作的(低电压)电路闭合，并且电路通过从配对插接连接器2拔除安全系统I而断开。低电流电路可以与控制装置连接，在低电流电路断开的情况下，控制装置断开大电流电路，其中这优选地发生为使得大电流电路的尽可能多的组成部件(包括配对插接连接器的大电流接触元件16)没有电压。
[0035]在近端配置接触元件4的情况下，经由被设计成包围大电流断路器3的接触元件4的弹簧套筒18的接触元件，在安全系统I的大电流接触元件14、15和大电流断路器的两端侧圆柱接触元件4之间发生导电连接。接合在关联的大电流接触元件14的插座形式的容纳部中的接触销19被附接到弹簧套筒18。设计成包围大电流断路器3的接触元件4的弹簧套筒18的接触元件还用于大电流断路器的远端配置的接触元件4与安全系统I的相关联的大电流接触元件14的导电连接。导体轨道26的一部分与该弹簧套筒18侧向地接触，导体轨道26延伸直到相关联的大电流接触元件14并与其螺接在一起。
[0036]意在防止耦合进入或离开电磁场的屏蔽件也集成在插接连接器系统中。出于这个目的，安全系统I在壳体6中具有第一外部导体20 (由导电材料制成)，第一外部导体20围绕大电流断路器3和大电流接触元件14的一部分但与其电绝缘。在与插接侧端相反的一端，第一外部导体20借助于同样由导电材料制成的盖21封闭。在插接侧端，第一外部导体20与被设计成弹簧套筒形式的第二外部导体22径向地接触。在插接连接器系统的插接在一起的状态下，经由该弹簧套筒实现了与(第三)外部导体23的导电连接，该弹簧套筒在配对插接连接器2的壳体8内将大电流接触元件15包围于其中，但与大电流接触元件15电绝缘。
[0037]在安全系统I的插接侧端的区域中，环型密封元件24设置于壳体6的内侧，当安全系统I与配对插接连接器2插接在一起时，环型密封元件24被推到配对插接连接器2的环型延伸部25的外表面，其中密封元件24在径向上变形以便达到理想的密封效果。借助于密封元件24，由安全系统I和配对插接连接器2的壳体6、8形成的、容纳大电流接触元件
14、15和低电流接触元件16的接触空间被相对于环境密封，特别是为了防止湿气透过。
【权利要求】
1.一种用于大电流应用的安全系统(1)，其包括:大电流断路器(3)和包围所述大电流断路器(3)的壳体￠)，其中所述壳体(6)形成与配对插接连接器(2)电接触和机械连接的插接连接器。
2.根据权利要求1所述的安全系统，其特征在于:所述壳体(6)以永久封闭的方式容纳所述大电流断路器(3)。
3.根据权利要求1或2所述的安全系统，其特征在于:所述插接连接器有至少两个大电流接触元件(14)和至少两个低电流接触元件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的安全系统，其特征在于:所述壳体(6)包含屏蔽件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的安全系统，其特征在于:所述插接连接器具有单独对应于由所述大电流断路器(3)保护的最大安培数的编码。
6.一种插接连接器系统，其具有根据前述权利要求中任一项所述的安全系统(I)和与所述安全系统(I)的插接连接器互补的配对插接连接器(2)。
7.根据权利要求6所述的插接连接器系统，其特征在于:所述插接连接器与所述配对插接连接器(2)之间的插接连接是防水的。
8.根据权利要求6或7所述的插接连接器系统，其具有根据权利要求3的安全系统，其特征在于:所述插接连接器和所述配对插接连接器(2)被设计成使得,在插接在一起时,所述插接连接器的所述大电流接触元件(14)和配对插接连接器(2)的大电流接触元件(15)先接触，所述插接连接器和配对插接连接器(2)的低电流接触元件(16)然后接触。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的插接连接器系统，其具有根据权利要求3的安全系统，其特征在于:在所述插接连接器系统的未插接状态下，所述配对插接连接器(2)设计有防止所述大电流接触元件(14、15)和/或所述低电流接触元件(16)接触的如下等级的防护=IPlX级(IP-进入防护)，即防止手背进入；IP2X级，即防止手指进入；IP3X级，即防止工具进入；IP4X级，即防止线进入；IP5X级，即完全防止接触；或IP6X级，即完全防止接触。
10.根据权利要求9所述的插接连接器系统，其特征在于:根据德国版本EN60529:1991+A1:2000中的DIN EN 60529设计所述接触防护。
11.一种具有电能源、用电元件和电缆系统的电气系统，所述电缆系统以导电方式连接所述电能源和所述用电元件，其中，所述电缆系统包括至少一个根据权利要求6至10中任一项所述的插接连接器系统。
12.根据权利要求11所述的电气系统，其特征在于:所述电缆系统中的至少一个电缆借助于插接连接器单元集成在所述电缆系统中，其中，该电缆的插接连接器单元除了单独编码之外在插接接口方面与所述插接连接器系统对应。
13.根据权利要求12所述的电气系统，其特征在于:所述插接连接器系统的安全系统用作维护切断器，使得当所述安全系统(I)从所述配对插接连接器(2)断开时，所述电气系统与电源断开。
【文档编号】H01R13/645GK104205516SQ201380017002
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】威海姆·布莱克波恩 申请人:罗森伯格高频技术有限及两合公司