用于接觸電部件的裝置和方法與流程

本發明涉及一種用于接觸電部件、尤其是具有電引線的直流電壓中間回路的裝置和方法。

背景技術：

通常從電能量存儲單元獲取直流電或者將直流電饋入所述電能量存儲單元中。因此，針對能量存儲單元的歐姆內阻和比能量密度或者功率密度的優化來設計能量存儲單元的目前為止已知的結構。

在電能量存儲單元的許多應用中，將存儲單元以串聯或者并聯的布置相互連接成電池模塊，以便調節所希望的輸出參數，如總電壓、電壓范圍、能量含量或者功率密度。如果由這樣的能量存儲單元獲取具有增加的交流分量的電流，則能量存儲單元的分布式電感的影響與頻率相關地增加。能量存儲單元的電感損耗由電極、極布線和電極在殼體中的布置的損耗貢獻的個別分量組成。此外，在kHz范圍中的運行頻率的情況下通過集膚效應（Skineffekt），在引導電流的區域中出現損耗，以及在導電面積中——例如殼體中出現渦流。

即使在用于控制電能量存儲單元的相應逆變器和轉換器中，電感損耗也能夠導致各個所使用的半導體開關元件上的過壓，所述過壓又能夠導致提高的構件負荷直至半導體開關元件的不可逆的損壞。如先前闡述的那樣，可能與逆變器和轉換器相關聯地出現渦流和不希望的振蕩電路振動，它們可能導致器件的進一步負荷并導致具有電磁兼容性的問題。

出版文獻DE 10 2009 046 914 B4公開了一種用于母線系統的連接裝置，所述母線系統具有減小的電感并與具有唯一的固定元件的主母線裝置連接。連接裝置包括兩個基本上重疊的、導電的并且電隔離的橋式電極，其中每個電極被構造成，使得所述電極將主母線裝置的正電極或負電極與相同極性的功率模塊輸入接觸部電耦合。每個橋式電極具有聯接接片，所述聯接接片被構造用于與在主裝置上的兩個重疊的連接接片之一電耦合。聯接接片和連接接片全部在唯一的交叉點處重疊并且通過唯一的固定元件固定。

出版文獻DE 10 2012 008 750 A1公開了一種用于具有母線的中間回路的電連接的適配器，所述適配器具有由具有分級地布置的聯接接片的母線組成的分層結構。

然而，存在用于電部件之間的電連接的解決方案的需求，所述電部件關于高頻率的渦流的獲取具有較小的電感損耗。

技術實現要素：

根據第一方面，本發明實現一種裝置，其具有：第一電部件，所述第一電部件具有平面的、彼此間隔開的第一連接接片的對；第二電部件，所述第二電部件具有平面的、彼此間隔開的第二連接接片的對，其中所述第一和第二連接接片分別成對地導電連接；導電板，所述導電板與所述第一和第二連接接片電隔離，并且所述導電板在所述第一和第二連接接片的面積的平面中布置在所述第一和第二連接接片之下。

根據另一方面，本發明實現一種用于接觸電部件的方法，所述方法具有以下步驟：

將第一電部件的平面的第一連接接片與第二電部件的平面的第二連接接片成對重疊；將第一和第二連接接片的對導電連接；并且將導電板布置在第一和第二連接接片的對之下，其中將所述導電板與所述第一和第二連接接片電隔離。

本發明的優點

本發明的思想是，通過電部件的電連接接片中的渦流的減小來阻止通過在高頻開關過程中通過并排引導的電連接而能夠變得有效的電感損耗。為此，在連接接片之下或之上布置導電板，使得在高頻率的交流電的情況下在導電板中產生渦流，所述渦流生成磁場，所述磁場與在通過連接接片環繞的有效面積中通過渦流產生的磁場反向。由此降低電部件之間的連接接觸部的有效電感并且降低電感損耗。

特別要強調的是，在這類裝置中可以放棄彼此堆疊的連接接片，例如當通過堆疊的或者疊置的連接接片不能夠保證遵守空氣和/或爬電距離方面的要求的時候。此外，借助連接接片并排的布置相對于疊置的連接接片幾何結構實現由于簡化的實現方案引起的顯著的成本優勢。對于具有并排放置的連接接片的傳統構件而言，也優選這類電連接，因為可以放棄耗費的連接技術，而在此不失去到其他構件的低電感耦合的優點。

在根據本發明的裝置中一個顯著的優點在于，可以顯著降低尤其在從所連接的能量存儲模塊中獲取高頻的交流電時的損耗能量。尤其在具有集成變流器、所謂的電池直接變流器（“battery direct inverter（電池直接逆變器）”，BDI）的電池系統——在所述電池系統中電流引導的快速變換通過用于改變電流電壓的電池模塊實現——中，損耗能量的所述減小非常有利。

另一個優點在于，改善了這樣的能量存儲模塊的短時動態性，其方式是，使電部件如薄膜電容器在負載變換之后的能量輸出或負載輸出的延遲最小化。由此可以有利地放棄否則可能進行補償的器件、諸如緩沖電容器，這可以降低這樣的裝置的結構空間需求以及制造成本。

此外，通過電感式損耗分量的避免可以改善電磁兼容性（EMV），因為可以減小所發射的電磁場并降低對相鄰電子構件的干擾影響。此外，最大程度地減小了例如基于集膚效應引起的歐姆損耗，這有利地伴隨著提高的效率和更小的放熱。

如果此外在電部件的自由側面上的冷卻板同時一起用作降低電感的板，則在相同的結構空間和實現成本的情況下同時可以實現優化的排熱以及電感式損耗分量的降低。

根據一種實施方式，根據本發明的裝置還可以具有隔離層，所述隔離層布置在所述第一和第二連接接片與所述導電板之間。

在此，在根據本發明的裝置中，所述隔離層可以粘結在所述第二連接接片上并且所述導電板可以粘結在所述隔離層上。

按照根據本發明的裝置的另一種實施方式，所述隔離層可以是具有高的介電常數的介電層，所述介電層形成所述第二連接接片之間的低電感的容性路徑。這能夠實現電部件之間的連接接片的電感式電阻的進一步減小。

替代地，根據本發明的裝置可以包括多個導電凸起部，所述多個導電凸起部在所述導電板上布置在所述第一和第二連接接片中的至少一個之下的區域中。

按照根據本發明的裝置的另一種實施方式，所述導電板可以構造為冷卻板，所述冷卻板平面平行地沿著所述第一電部件的側面之一布置，并且所述冷卻板被設計用于將在所述第一電部件的運行中形成的廢熱從所述第一電部件導走。這樣的冷卻板可以在如電容器的電部件中原本已經存在，以便保證電部件的金屬導體的排熱。這樣的冷卻板在用于電感減小的雙重功能中的應用是特別有利的。

按照根據本發明的裝置的另一種實施方式，所述第一電部件可以是薄膜電容器，并且所述第二電部件可以是電母線。恰恰在這兩個部件之間值得期望的是，實現在開關過程中在連接到母線上的半導體開關中有效的寄生電感的顯著減小。通過根據本發明的裝置可以在無需正向導體和反向導體相疊的情況下保證這點。

附圖說明

本發明的實施方式的其他特征和優點由以下參考附圖的描述得出。

其中：

圖1示出根據本發明的一種實施方式的具有連接接片的電部件的裝置的等量示意圖；

圖2示出根據本發明的另一種實施方式的、根據圖1的裝置的連接接片幾何結構的橫截面的示意圖；

圖3示出根據本發明的另一種實施方式的、根據圖1的裝置的連接接片幾何結構的橫截面的示意圖；以及

圖4示出根據本發明的另一種實施方式的用于接觸電部件的方法的示意圖。

具體實施方式

下面所使用的方向術語，也即術語如“左邊”、“右邊”、“上方”、“下方”、“前方”、“后方”、“在其上方”、“在其后方”等等僅僅用于更好地理解附圖，而不應在任何情況下是對一般性的限制。相同的附圖標記通常表示相同的或者起相同作用的部件。

本發明的意義上的連接接片是平面的材料件，兩個構件可以通過連接裝置、諸如螺釘和螺母、螺栓或鉚釘與所述材料件連接。在此，連接接片可以從所屬器件的側面向外伸出。本發明意義上的連接接片可以由不同的導電材料、例如金屬材料制成，以便能夠向外部提供所屬電部件的電接觸。本發明意義上的連接接片可以被涂層地、三維地填充地和/或具有大的有效表面地制成。在此，平面的連接接片可以具有不同的尺寸。連接接片的平面形狀可以正方形地、矩形地、圓形地、橢圓形地或者任意其他形狀地構型。

圖1示出電部件的裝置10的和電部件通過連接接片的電接觸的示意圖。裝置10包括第一電部件1——例如薄膜電容器或者電解質電容器，以及第二電部件2——例如電母線。第一電部件1具有平面的、側面彼此間隔開的第一連接接片3a和3b的對。第二電部件2具有平面的、側面彼此間隔開的第二連接接片4a和4b的對。連接接片3a和3b或者4a和4b與相應的電部件1或者2固定地并且導電接觸地連接。例如，連接接片3a和3b或者4a和4b與相應的電部件1或者2整體地構造。也可以的是，將連接接片3a和3b或者4a和4b作為單獨的連接件耦合到相應的電部件1或者2上。

在圖1的本示例中，連接接片3a和3b或者4a和4b作為矩形板示出，然而其中其他接片形狀——諸如正方形的、四邊形、環形或者橢圓形的形狀同樣是可以的。連接接片3a和3b或者4a和4b分別成對地相互電接觸并且相互連接，例如通過連接裝置、諸如螺釘5，如在圖1中示例性地示出的那樣相互連接。

連接接片3a和3b或者4a和4b可以分別成對地引導不同電流方向的電流或者以不同極性的電壓加載。如果第一連接接片3a和3b以及第二連接接片4a和4b的對相互相鄰地彼此以最小間距布置，則產生面積A，該面積通過第一電部件1、第二電部件2以及兩個成對地連接的連接接片3a和3b或者4a和4b包圍。在圍繞該面積A引導的環形電流的情況下產生貫穿面積A的磁場。面積A越大，通過連接接片3a和3b或者4a和4b構成的連接幾何結構的電感式電阻越高。

通常有利的是，將兩個極性的引導電流的元件之間的間距保持得盡可能小，以便使通過這些元件包圍的有效磁通勢面積最小，也即使引導電流的元件的電感式阻抗最小。此外有利的是，盡可能大面積地構型引導電流的元件，以便使電流密度盡可能均勻地分布。然而，通常僅僅在確定的邊界條件——諸如安全要求或者技術約束下才能夠實現連接接片3a和3b或者4a和4b之間的理想地平面的接觸。因此，在連接接片3a和3b的對或者4a和4b的對之間分別可以保持最小間距，所述最小間距又導致連接幾何結構的最小電感。因此，尤其在交流電運行中，基于集膚效應而發生歐姆損耗以及發生因此出現的、電部件1和2的在連接接片3a和3b或者4a和4b的區域中的所不希望的變熱。

因此，在裝置10中設置導電板6，所述導電板與第一和第二連接接片3a、3b、4a和4b電隔離，并且所述導電板在第一和第二連接接片3a、3b、4a和4b的面積的平面中布置在第一和第二連接接片3a、3b、4a和4b之下。通過連接接片3a、3b、4a和4b構成的、第一電部件1到第二電部件2上的連接部的電感在此在直流電運行中不改變或者僅僅不顯著地改變。與此相反，在交流電運行中在導電板6中感生渦流，所述渦流產生磁場，該磁場沿與通過連接接片3a、3b、4a、4b中的電流產生的磁場相反的方向地貫穿面積A。由此降低了連接接片3a、3b、4a、4b的有效電感式電阻。

一方面，由此可以降低裝置10在交流電運行中的電感式損耗，另一方面由于導電板6的存在在連接接片3a、3b、4a、4b中產生較有利的電流密度分布，由此又可以記錄在連接接片3a、3b、4a、4b中的較低的歐姆損耗和較少的熱產生。

如在圖2和3中示意性地以橫截面標出的那樣，可以設置用于布置導電板6的不同可能性。為清楚起見，分別僅僅示出下面的連接接片4a和4b，它們彼此以面積A在橫向方向上的擴展的間距構造。

如在圖2中所示的那樣，導電板6可以通過隔離層7與連接接片4a和4b連接，以便保證連接接片4a和4b與導電板6之間的電分離。隔離層7可以實施為具有高的介電常數的介電膜，所述介電膜在連接接片4a和4b之間形成低電感式的容性路徑。隔離層7可以與連接接片4a和4b或者與導電板6粘結。

對此替代地可以的是，如在圖3中所示的那樣，將導電板6與連接接片4a和4b成較大間距地布置，使得通過空氣隙保證與連接接片4a和4b的電隔離。然后，在面積A之下，也即在第一和第二連接接片3a和3b或者4a和4b中的至少一個連接接片之下的區域中，一個或者多個導電凸起部8或者拱形結構可以安裝在導電板6上。同樣可以的是，在連接接片3a和3b或者4a和4b中的兩個之下安裝凸起部8。凸起部8可以具有合適的外部形狀，例如正方形、拱形、半球形或者金字塔形的形狀。凸起部8的數目在此是可變的并且匹配于各個凸起部8的大小和連接接片3a和3b或者4a和4b的面積。

對于裝置10還能夠有利的是，將施加在第一或第二電部件1或2的側面上的冷卻板同時用作導電板6。冷卻板在此可以平面平行地沿著第一或第二電部件1或2的側面之一布置。例如，冷卻板可以包括由具有高導熱性的材料制成的金屬層，所述金屬層被設計用于將在第一或第二電部件1或2運行時產生的廢熱散發到周圍環境中。

冷卻板可以超出第一或第二電部件1或2的側面并且在連接接片4a或者4b之下引導。由此冷卻板可以一方面用于在連接接片4a和4b之下感生渦流，并且另一方面對第一和第二電部件1和2的連接部排熱。

所示出的裝置10例如可以優選地應用到以下系統中：在所述系統中從能量存儲單元獲取高頻率的渦流，例如應用在具有高于約100Hz的控制頻率的電池直接變流器中。在這些系統中，可以使由于高的交流電頻率引起的電感式損耗最小。同時改善了能量存儲單元在短時間范圍內的響應行為，這大大改善了系統的動態性和可靠性。

圖4示出用于接觸電部件的方法20的示意圖。方法20尤其可以用于制造結合圖1至3闡述的裝置10。在第一步驟21中實現第一電部件1、例如薄膜電容器的平面的第一連接接片3a、3b與第二電部件2、例如電母線的平面的第二連接接片4a、4b的成對重疊。在第二步驟22中實現第一和第二連接接片3a、3b或者4a、4b的對的導電連接。可選地，在步驟23中可以在第一和第二連接接片3a、3b或者4a、4b與導電板6之間布置隔離層7。最后，在步驟24中，導電板6在第一和第二連接接片3a、3b或者4a、4b之下，其中導電板6與第一和第二連接接片3a、3b或者4a、4b電隔離。