用于对电能存储器放电的方法与流程

从国际专利申请wo2013/044961a1中已知一种用于模块化多级变流器的子模块的短路电流放电装置。在此，晶闸管与电容器并联连接，以便在故障情况下以受控的方式通过晶闸管导出电容器的放电电流，并且保护连接到电容器的电子电路。这种已知的短路电流放电装置具有电子分析电路，该电子分析电路识别是否存在故障，并且在存在故障的情况下在晶闸管的栅极连接端中引入栅极电流，使得晶闸管导通/点火。实现这种分析电路需要附加的电子组件，并且分析电路需要一定的持续时间来识别故障并且为晶闸管提供栅极电流。此外，分析电路使保护元件、即短路电流放电装置的可靠性降低。

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于对电能存储器放电的方法和装置，其中不需要附加的分析电路。

根据本发明，该技术问题通过根据独立权利要求的方法和装置来解决。在从属权利要求中给出了所述方法和装置的有利的实施方式。

公开了一种用于对电能存储器放电的方法，电能存储器借助第一电导体和第二电导体与电子电路连接，其中，设置(在故障情况下)用于对能量存储器放电的晶闸管，其中，在所述方法中，

-由于在电子电路中发生的故障(特别是由于在电子电路中发生的短路)，能量存储器的放电电流开始从能量存储器经由第一电导体流到电子电路，并且经由第二电导体流回能量存储器，

-由于(增长的)放电电流，围绕第一电导体和第二电导体产生随着时间变化的磁场，磁场穿过晶闸管的半导体材料，

-随着时间变化的磁场在晶闸管的半导体材料中感应出(施加)电流(涡流)，以及

-(仅)该感应电流使晶闸管导通(由此能量存储器的放电电流流过导通的晶闸管，由此绕过电子电路)。也就是说，导通的晶闸管接收能量存储器的放电电流(至少能量存储器的放电电流的主要部分)，即导通的晶闸管导出能量存储器的放电电流。能量存储器例如可以是电容器类型的能量存储器，例如电容器、电池或者蓄电池。感应电流可以在晶闸管中作为栅极电流或者作为点火电流(zündstrom)起作用。栅极电流是流过晶闸管的栅极半导体结构并且使晶闸管导通的电流；点火电流是在晶闸管中在晶闸管的栅极半导体结构外部流动并且使晶闸管导通的电流。

换言之，通过感应电流(涡流)使晶闸管导通。由此，能量存储器的放电电流在绕过电子电路的情况下流过导通的晶闸管。在此，晶闸管可以在空间上与第一电导体和/或第二电导体相邻地布置。

在这种方法中，特别有利的是，直接使用随着时间变化的磁场(其由于能量存储器的增长的放电电流而形成)来使晶闸管导通(也就是说，将晶闸管点燃)。为此，不需要另外的组件，并且也不需要另外的分析电路。由此，这种方法可以非常简单、低成本且可靠地实现。此外，避免了晶闸管导通时的时间延迟。(由附加的电子组件构成的分析电路必然带来这种延迟。)因此，其是没有由于附加的分析电路中的附加的检测或点火电子设备而引起的附加的开关延迟时间的自点火的晶闸管(晶闸管的点火延迟时间在此保持不变：晶闸管的点火延迟时间通常处于几μs的范围内，一般为1-3μs)。由于不存在附加的组件和附加的分析电路，因此也不出现附加的电气损耗。特别是在存在非常多的电能存储器的电力电子设备中(例如在模块化多电平变流器中)，由此可以明显减少电气损耗。由此可以改善设备的能效。在所描述的方法中，仅由于晶闸管的漏电流而引起很小的电气损耗；该漏电流通常非常小。

因此，所描述的方法由于避免了附加的电子组件或者由于避免了附加的电子分析电路而可以实现大的成本节省以及故障率(fit-rate(fit率)，fit＝failureintime(故障时间))的降低。由于不存在的组件不会损坏，因此出现故障的概率显著降低。

所述方法可以如下进行：当磁场随着时间的变化超过阈值时，通过感应电流使晶闸管导通。晶闸管相对于第一电导体和/或第二电导体的空间布置的选择可能显著地影响该阈值。例如，晶闸管与第一电导体或者第二电导体之间的距离越大，则放电电流随着时间的变化必须越大，以产生足够强以使晶闸管导通的磁场随着时间的变化。换言之，所述方法可以如下进行：当放电电流随着时间的变化超过阈值时，通过感应电流使晶闸管导通。

所述方法可以被设计为，使得电子电路具有至少两个(可导通、可关断的)电子开关元件，其以半桥电路布置(其中，该半桥电路与能量存储器并联连接)。这种电子电路例如包含在模块化多电平变流器的所谓的半桥子模块中。

所述方法还可以被设计为，使得电子电路具有两个电子开关元件和两个另外的(可导通、可关断的)电子开关元件，其中，两个电子开关元件和两个另外的电子开关元件以全桥电路布置。这种电子电路例如包含在模块化多电平变流器的所谓的全桥子模块中。

此外，公开了一种具有电子电路和电能存储器的装置，电能存储器借助第一电导体和第二电导体与电子电路连接，并且所述装置具有(在故障情况下)用于对能量存储器放电的晶闸管，其中，晶闸管在空间上与第一电导体和/或第二导电体相邻地布置，使得由于随着时间变化的磁场，在晶闸管的半导体材料中感应出(施加)电流(涡流)，(当磁场随着时间的变化超过阈值时)该电流使晶闸管导通，其中，磁场由于流过至少一个电导体(例如由于流过第一电导体和/或第二电导体)的能量存储器的放电电流而形成，并且磁场穿过晶闸管的半导体材料。在此，能量存储器例如可以是电容器类型的能量存储器，例如电容器、电池或蓄电池。感应电流可以在晶闸管中作为栅极电流或者作为点火电流起作用。这种布置具有与上面结合方法给出的优点相同的优点。

所述装置还可以被设计为，使得晶闸管布置在第一电导体和第二电导体之间的间隙中。在这种布置中，第一电导体的磁场以及第二电导体的磁场特别好地穿过晶闸管。

所述装置还可以被设计为，使得晶闸管的阳极(以导电的方式)与第一电导体连接，并且晶闸管的阴极(以导电的方式)与第二电导体连接。换言之，晶闸管可以直接连接在第一电导体和第二电导体之间。在此，有利地仅需要两个接触位置(阳极和第一电导体之间的接触位置，阴极和第二电导体之间的第二接触位置)。

所述装置还可以被设计为，使得晶闸管以机械的方式夹在第一电导体和第二电导体之间。(第一电导体、晶闸管和第二电导体形成夹紧连结(spannverband)。)通过机械夹紧，有利地确保第一电导体和晶闸管之间(更准确地说第一电导体和晶闸管的阳极之间)以及第二电导体和晶闸管之间(更确切地说第二电导体和晶体管的阴极之间)的良好的电接触。

所述装置还可以被设计为，使得晶闸管具有圆盘单元壳体。这种具有圆盘单元壳体的晶闸管可以有利地特别容易地以机械方式夹在第一电导体和第二电导体之间。

所述装置还可以被设计为，使得分别将第一电导体和/或第二电导体设计为汇流条。借助这种汇流条，一方面，也可以安全地引导能量存储器的大的放电电流；另一方面，借助(机械稳定的)汇流条，可以可靠地以机械方式夹紧晶闸管。

所述装置还可以被设计为，使得第一电导体和/或第二电导体分别具有平面外表面，晶闸管的半导体材料形成圆盘(晶片)，并且圆盘与平面外表面中的至少一个平行地布置。(在此，特别是第一电导体可以具有第一平面外表面，第二电导体可以具有第二平面外表面，第一平面外表面与第二平面外表面平行地布置，晶闸管的半导体材料形成圆盘(晶片)，并且圆盘与第一平面外表面和第二平面外表面平行地布置。)这种布置有利地使得能够在第一电导体和第二电导体之间实现小的距离。由此，可以在第一电导体和第二电导体之间产生特别强的磁场。此外，已经证明，在这种布置中，随着时间变化的磁场非常好地穿过晶闸管的半导体材料，从而在闸流管的半导体材料中可靠地感应出电流(该电流例如作为栅极电流起作用)。

所述装置还可以被设计为，使得晶闸管以低电感的方式与能量存储器连接。(在此，能量存储器和晶闸管之间的电连接具有比能量存储器和电子电路之间的电连接小的电感。)在此，特别有利的是，在晶闸管导通之后，能量存储器的放电电流流过晶闸管，而不流过(或者仅以非常小的规模流过)电子电路。

所述装置还可以被设计为，使得晶闸管与能量存储器并联连接。这使得晶闸管能够布置为特别靠近能量存储器，由此可以在能量存储器和晶闸管之间实现特别低电感的电连接。

所述装置还可以被设计为，使得电子电路具有至少两个(可导通、可关断的)电子开关元件，电子开关元件以半桥电路布置(其中，半桥电路与能量存储器并联连接)。这种电子电路例如包含在模块化多电平变流器的所谓的半桥子模块中。

所述装置还可以被设计为，使得电子电路具有两个电子开关元件和两个另外的(可导通、可关断的)电子开关元件，其中，两个电子开关元件和两个另外的电子开关元件以全桥电路布置。这种电子电路例如包含在模块化多级变流器的所谓的全桥子模块中。

此外，公开了一种模块化多电平变流器的模块，其具有根据前面描述的变形方案中的一个的装置。

此外，公开了一种具有多个这种模块的模块化多电平变流器。

所描述的方法和所描述的装置具有相同或相似的优点。

下面，借助实施例更详细地解释本发明。在此，相同的附图标记表示相同或相同地起作用的元件。为此，

在图1中示出了具有多个模块的变流器的一个实施例，

在图2中示出了模块的一个实施例，

在图3中示出了模块的另一个实施例，

在图4中示出了高压直流传输设备的一个实施例，

在图5中示出了无功功率补偿设备的一个实施例，

在图6中示出了具有晶闸管的模块的一个实施例，

在图7中示出了具有晶闸管的模块的另一个实施例，

在图8中以俯视图示出了安装的晶闸管的一个实施例，

在图9中以侧视图示出了安装的晶闸管的实施例，

在图10中示出了在磁场中的晶闸管的半导体材料的示例性图示，以及

在图11中示出了示例性的方法流程。

在图1中示出了模块化多电平变流器1(modularmultilevelconverter，mmc)形式的变流器1。该多电平变流器1具有第一交流电压连接端5、第二交流电压连接端7和第三交流电压连接端9。第一交流电压连接端5与第一相模块支路11和第二相模块支路13电连接。第一相模块支路11和第二相模块支路13形成变流器1的第一相模块15。第一相模块支路11的远离第一交流电压连接端5的一端与第一直流电压连接端16电连接；第二相模块支路13的远离第一交流电压连接端5的一端与第二直流电压连接端17电连接。第一直流电压连接端16是正直流电压连接端；第二直流电压连接端17是负直流电压连接端。

第二交流电压连接端7与第三相模块支路18的一端并且与第四相模块支路21的一端电连接。第三相模块支路18和第四相模块支路21形成第二相模块24。第三交流电压连接端9与第五相模块支路27的一端并且与第六相模块支路29的一端电连接。第五相模块支路27和第六相模块支路29形成第三相模块31。

第三相模块支路18的远离第二交流电压连接端7的一端和第五相模块支路27的远离第三交流电压连接端9的一端与第一直流电压连接端16电连接。第四相模块支路21的远离第二交流电压连接端7的一端和第六相模块支路29的远离第三交流电压连接端9的一端与第二直流电压连接端17电连接。

每个相模块支路具有(借助其电流连接端)串联电连接的多个模块(1_1,1_2,1_3,1_4...l_n；2_1...2_n；等)。这些模块也称为子模块。在图1的实施例中，每个相模块支路具有n个模块。借助其电流连接端串联电连接的模块的数量可以非常不同，至少三个模块串联连接，但是例如也可以50、100或者更多个模块串联电连接。在该实施例中，n＝36：即第一相模块支路11具有36个模块1_1,1_2,1_3,......1_36。其它相模块支路13,18,21,27和29具有类似的结构。

在图1的左侧区域中示意性地示出了模块1_1至6_n的控制设备35。该中央控制设备35经由光通信连接37(例如经由光波导)向各个模块传输光消息。控制设备和模块之间的消息传输分别象征性地通过线37示出；消息传输的方向通过线37上的箭头表示。这以模块1_1,1_4和4_5为例示出；以相同的方式向其它模块发送消息或者从这些模块接收消息。例如，控制设备35向各个模块分别发送关于相应的模块应当提供的输出电压的大小的额定值。

在图2中示例性地示出了模块201的结构。在此，其例如可以是第一相模块支路11的模块1_1(或者也可以是在图1中示出的其它模块中的一个)。模块被设计为半桥模块201。模块201包括具有反向并联连接的第一二极管204的可导通、可关断的第一电子开关元件202(可导通、可关断的开关元件202)。此外，模块201包括具有反向并联连接的第二二极管208的可导通、可关断的第二开关电子开关元件206(可导通、可关断的开关元件206)以及电容器210形式的电能存储器210。第一电子开关元件202和第二电子开关元件206分别被设计为igbt(insulated-gatebipolartransistor，绝缘栅双极晶体管)。第一电子开关元件202与第二电子开关元件206串联电连接。在两个电子开关元件202和206之间的连接点处布置有第一模块电流(galvanischer)连接端212。在与该连接点相对的第二开关元件206的连接端处布置有第二模块电流连接端215。此外，第二模块连接端215与能量存储器210的第一连接端连接；能量存储器210的第二连接端与和该连接点相对的第一开关元件202的连接端电连接。

因此，能量存储器210与第一开关元件202和第二开关元件206的串联电路并联电连接。通过由模块内部的模块电子控制设备220相应地控制第一开关元件202和第二开关元件206，可以实现在第一模块电流连接端212和第二模块电流连接端215之间输出能量存储器210的电压或者不输出电压(即输出零电压)。因此，通过各个相模块支路的模块协作，可以相应地产生变流器的期望的输出电压。

在图3中示出了模块化多电平变流器1的模块301的另一个实施例。该模块301例如可以是模块1_2(或者也可以是在图1中示出的其它模块中的一个)。除了已经从图2中知道的第一开关元件202、第二开关元件206、第一二极管204、第二二极管208和能量存储器210之外，在图3中示出的模块301还包括具有反向并联连接的第三二极管304的可导通、可关断的第三电子开关元件302以及具有反向并联连接的第四二极管308的可导通、可关断的第四电子开关元件306。可导通、可关断的第三开关元件302和可导通、可关断的第四开关元件306分别被设计为igbt。不同于图2的电路，第二模块电流连接端315不与第二开关元件206电连接，而是与第三开关元件302和第四开关元件306的串联电路的中点连接。

图3的模块301是所谓的全桥模块301。这种全桥模块301的特征在于，通过相应地控制四个开关元件，可以在第一模块电流连接端212与第二模块电流连接端315之间选择性地输出正的能量存储器210的电压、负的能量存储器210的电压或者值为零的电压(零电压)。也就是说，由此可以借助全桥模块301反转输出电压的极性。变流器1可以仅具有半桥模块201，仅具有全桥模块301，或者也可以具有半桥模块201和全桥模块301。经由第一模块电流连接端212和第二模块电流连接端215、315流过大的变流器电流。

在图4中示意性地示出了高压直流传输设备401的一个实施例。该高压直流传输设备401具有两个如图1所示的变流器1。这两个变流器1在直流侧经由高压直流连接线405彼此电连接。在此，变流器1的两个正直流电压连接端16借助第一高压直流导线405a彼此电连接；两个变流器1的两个负直流电压连接端17借助第二高压直流导线405b彼此电连接。借助这种高压直流传输设备401可以远距离传输电能；高压直流连接线405于是具有相应的长度。

在图5中示出了用作无功功率补偿器501的变流器501的一个实施例。该变流器501仅具有三个相模块支路11,18和27，它们形成变流器的三个相模块505,507和509。相模块505,507和509的数量对应于变流器501所连接的交流电网511的相数。

三个相模块支路11,18和27以星形彼此连接。三个相模块支路的与星形点相对的一端分别与三相交流电网511的相线515,517和519电连接。(在另一个实施例中，代替以星形电路连接，三个相模块505,507和509也可以以三角形电路连接。)变流器501可以向交流电网511提供无功功率或者可以从交流电网511汲取无功功率。

在图6中示出了具有电能存储器210的装置602。在该实施例中，能量存储器210是电容器210，更准确地说是单极电容器(具有正电容器连接端(+)和负电容器连接端(-))。但是在其它实施例中，能量存储器210也可以是其它类型的电容器、电池或者蓄电池。装置602例如可以是模块1_2(或者也可以是在图1中示出的其它模块中的一个)。装置602具有在图2中示出的模块201的基本结构。

电能存储器210借助第一电导体606(第一电连接线606)和第二电导体608(第二电连接线608)与电子电路612(电力电子电路612)连接。第一电导体606是正电导体；第二电导体608是负电导体。

电子电路612具有已经从图2中知道的第一电子开关元件202、第二电子开关元件206、反向并联连接的第一二极管204和反向并联连接的第二二极管208。此外，装置602具有与电能存储器210并联连接的晶闸管616。晶闸管的阳极620(阳极连接端620)与第一电导体606电连接。晶闸管的阴极622(阴极连接端622)与第二电导体608电连接。在该实施例中，晶闸管的栅极624(栅极连接端624)未连接。换言之，该栅极624是断开的，也就是说，没有与其它组件连接。晶闸管616是用于在故障情况下引导电能存储器210的放电电流630的保护晶闸管616。晶闸管616在故障情况下引导电能存储器210的放电电流630绕过电子电路612，由此针对电能存储器210的(一般非常大的)放电电流630保护电子电路612。这种晶闸管也称为撬棍晶闸管(crowbar-thyristor)。放电电流630也可以称为短路型放电电流630或者短路电流630。

在装置602中，在故障情况下执行如下方法：作为起始点，假设电能存储器210被充电。晶闸管616关断(未点火)，也就是说，晶闸管616阻断电流流动。接着，在电子电路612中发生故障：例如(以不期望的方式)第一电子开关元件202和第二电子开关元件206同时变为导电(在由第一电子开关元件202和第二电子开关元件206形成的半桥中发生所谓的桥短路)。由此，电能存储器210被短路，并且放电电流630突然开始流动。

放电电流630首先从能量存储器210出发经由第一电导体606流到电子电路612。在那里，放电电流630流经第一电子开关元件202和第二电子开关元件206。之后，放电电流630经由第二电导体608流回能量存储器210。在此，充电电流在第一电导体606中和第二电导体608中分别具有相反的方向。放电电流630仅受在第一电导体、第二电导体以及电子电路612中出现的杂散电容和欧姆电阻限制。因此，放电电流630相对快速地增长。

由于(增长的)放电电流630，在第一电导体606周围产生随着时间变化的磁场。由于放电电流630，在第二电导体608周围也产生随着时间变化的磁场。这两个磁场叠加并且都穿过晶闸管616，因此穿过晶闸管616的半导体材料。也就是说，晶闸管在空间上与第一电导体和第二电导体相邻地布置。(晶闸管616具有由抗磁材料制成的外壳，其不阻挡或仅略微阻挡穿过晶闸管616的磁场。)

由于随着时间变化的磁场，在晶闸管的半导体材料中感应出电流，例如涡流。该电流作为栅极电流(内部栅极电流，内栅极电流)或者点火电流起作用，并且使晶闸管616导通(即，将晶闸管616点火)。由于晶闸管616导通，放电电流630现在不再流经电子电路612，而是流经晶闸管616。更准确地说，放电电流630现在从能量存储器210经由第一电导体606的一部分流到晶闸管的阳极620，并且从晶闸管的阴极622经由第二电导体608的一部分流回到能量存储器210。放电电流630流经晶闸管616，因为晶闸管616以低电感的方式与能量存储器210电连接。也就是说，与将能量存储器210与电子电路612连接的第一电导体606和第二电导体608相比，晶闸管616和能量存储器210之间的电连接具有更小的电感。

因此，感应电流(涡流)使晶闸管616导通。在此，栅极624可以不连接。甚至也不需要从晶闸管引出栅极624。特别是当磁场随着时间的变化超过阈值时，感应电流(栅极电流或者点火电流)才使晶闸管导通。在此，决定性的是在晶闸管的半导体材料位置处的磁场随着时间的变化。当将晶闸管布置为非常靠近第一电导体606和/或第二电导体608时，在晶闸管的半导体材料上可以实现磁场随着时间特别大的变化。磁场随着时间大的变化也可以通过如下方式实现：第一电导体606和第二电导线608之间的距离小，并且将晶闸管616布置在第一电导体606和第二电导线608之间的间隙635中。换言之，当(第一电导体606和/或第二电导体608中的)放电电流随着时间的变化超过阈值时，感应电流(栅极电流或者点火电流)使晶闸管导通。该阈值例如可以为每微秒(μs)5和50ka之间的值。

由于流过晶闸管616的放电电流630，晶闸管616可能热过载，由此损坏。因此，在故障情况下晶闸管作为牺牲元件起作用，以针对放电电流630保护电子电路612。因此，在发生故障之后(即在经由晶闸管616导出放电电流630之后)，必须更换晶闸管616。特别是，晶闸管616具有所谓的故障导通(conduct-on-fail)特性，也就是说，在故障情况下(并且也在由于过载而损坏的情况下)，晶闸管616保持导电，因此能够引导放电电流630，直到其逐渐消退。具有故障导通特性的这种晶闸管在市场上可以获得。

作为未连接的(或者甚至不从晶闸管引出的)栅极的替代方案，也可以借助不等于零的恒定阻抗隔离栅极624。然而，作为另一个替代方案，也可以对栅极624连接控制单元，控制单元在不放电的故障的情况下(即，在不伴随能量存储器210的放电或者能量存储器的短路型的放电电流630的故障的情况下)，向晶闸管的栅极624馈入栅极电流。这种不放电的故障例如可以是能量存储器210的过充电这虽然不直接导致短路型的放电电流630，但是仍然也应当防止。

在图7中示出了另一个实施例的装置702。装置702例如可以是模块1_2(或者也可以是在图1中示出的其它模块中的一个)。装置702具有在图3中示出的模块301的基本结构。

装置702与图6的装置602的不同之处仅在于，装置702具有与电子电路612不同的电子电路712：电子电路712附加地包括具有反向并联连接的第三二极管304的第三电子开关元件302以及具有反向并联连接的第四二极管308的第四电子开关元件306。在此，第一电子开关元件202、第二电子开关元件206、第三电子开关元件302和第四电子开关元件306以全桥电路连接。例如，在电子电路712中可能发生故障，故障的结果是，第三电子开关元件302和第四电子开关元件306同时变为导电。然后，能量存储器210被第三开关元件302和第四开关元件306电气短路，并且放电电流630开始从能量存储器210流到电子电路712。所述方法的进一步的流程对应于结合图6说明的方法。

在图8中示出了晶闸管616在第一电导体606和第二电导体608之间的装置802的一个实施例。第一电导体606和第二电导体608在此被设计为第一汇流条606和第二汇流条608。第一电气汇流条606和第二电气汇流条608分别具有扁平轮廓(flachprofil)。在图8的左侧部分中，作为方框612示意性地示出了电子电路612；在图8的右侧部分中，作为方框210示意性地示出了能量存储器210。也可以使用电子电路712来代替电子电路612。

第一电导体606(第一电气汇流条606)连接能量存储器210与电子电路612。第二电导体608(第二电气汇流条608)连接能量存储器210与电子电路612。晶闸管616以机械的方式夹在第一电导体606和第二电导体608之间。因此，晶闸管616处于第一电导体606和第二电导体608之间的间隙635中。晶闸管616的阳极620处于第一电导体606上，晶闸管616的阴极622处于第二电导体608上。夹紧通过夹紧设备806来实现。在该实施例中，夹紧设备806具有两个螺栓，这两个螺栓分别借助螺母将第一电导体606、晶闸管616和第二电导体608以机械的方式夹紧。第一电导体606、晶闸管616和第二电导体608形成夹紧连结。该夹紧连结或者机械夹紧在第一电导体60与晶闸管616之间产生良好的电接触以及在第二电导体608与晶闸管616之间产生良好的电接触。此外，这种布置由于夹紧或者夹紧连结而在机械上是稳定的，从而这种布置可以可靠地吸收由于大的放电电流引起的磁场应力

可以容易地看到，晶闸管616的结构高度近似对应于第一电导体606与第二电导体608之间的距离。阳极620和阴极622分别形成晶闸管616的夹紧表面。磁通密度b的磁场线与晶闸管616的夹紧表面平行地延伸(在图8中未示出；参见图10)。电场(e场)垂直于磁通密度b的场，但是未在图中示出。例如可以想到，可以借助从零非常快速地增长到大约20ka的放电电流630使晶闸管616导通，也就是说，具有大于大约20ka的最大值、在非常短的时间(小于lμs-2μs)内增长到其最大值的放电电流使晶闸管616导通。

在图8的实施例中，晶闸管616具有圆盘单元的形状；晶闸管616具有圆盘单元壳体810。换言之，晶闸管具有圆盘状的形状，其中，底面形成阴极，并且顶面形成阳极。利用这种圆盘单元形状的晶闸管，特别是可以实现机械稳定的夹紧结合。此外，图8的图示示出了晶闸管的栅极624是未连接的。不同于图8的图示，栅极624甚至不需要从晶闸管616的壳体810引出，因为其不连接。

在图9中以侧视图示出了根据图8的装置802。在此，借助虚线示出了圆盘单元形状的晶闸管616的圆周。

与图8的图示类似，在图10中以俯视图示出了装置802。但是，在图10中省略了夹紧设备806、晶闸管616的壳体、阳极和第一电导体之间的电连接以及阴极和第二电导体之间的电连接；仅示出了晶闸管616的半导体材料1006。该半导体材料1006形成圆盘1006(圆盘形状的半导体材料1006，半导体材料圆盘1006)。示出了圆盘1006的横截面。在侧视图中，圆盘1006具有类似于图9中的晶闸管616的圆周的圆形的形状。为了更清楚，以夸大的厚度示出了半导体材料1006。该半导体材料1006中的相关半导体结构(特别是硅结构)通常非常薄，例如只有几百微米(μm)厚。

此外，示出了磁场1010的磁场线，其在第一电导体606和第二电导体608之间的间隙635中形成(磁通密度b的磁场线1010)。磁场的磁场线1010从图示平面出来并指向观察者；可以说，观察者从前面看到磁场线尖端。由于第一电导体606和第二电导体608是板状的，因此在第一电导体606和第二电导体608之间的间隙635中形成平行的磁场线1010。磁场线1010穿过晶闸管的半导体材料1006。由于随着时间变化的磁场1010，在半导体材料1006中感应出电压1016，该电压的结果是，在晶闸管的半导体材料1006中流过电流1018(涡流1018)。在此仅示意性地示出了电压1016和电流1018。感应电流1018作为晶闸管的栅极电流1018或者作为晶闸管的点火电流起作用，并且使晶闸管616导通(即，电流1018将晶闸管616点火)。

第一电导体606具有第一平面外表面1024。第二电导体608具有第二平面外表面1026。第一平面外表面1024和第二平面外表面1026彼此平行地布置。晶闸管616的圆盘形的半导体材料1006与第一外表面1024平行并且同样与第二外表面2026平行地布置。半导体材料1006的这种布置可以实现装置802的紧凑且机械稳定的结构。此外，(由于由此可以实现的第一电导体606和第二电导体608之间的小的距离)在半导体材料1006的位置处形成磁场随着时间大的变化。

换言之，圆盘1006(晶闸管的硅晶片1006)是导电材料。一旦随着时间变化的磁场b1010遍布圆盘，就在圆盘的表面中产生电流1018(特别是涡流)。该电流使得晶闸管616点火，即导通。流动的短路型的放电电流630越大，由此产生的磁通密度b也越大。

在图11中再次借助流程图示出了用于对能量存储器放电的方法。所述方法的起始点是能量存储器被充电并且晶闸管处于关断状态(阻断状态)。

方法步骤1102：

在电子电路612中发生故障之后，能量存储器210的放电电流630开始流动。放电电流630从能量存储器210经由第一电导体606流到电子电路612，并且经由第二电导体608流回能量存储器210。

方法步骤1104：

由于增长的放电电流630，围绕第一电导体606和/或围绕第二电导体608产生随着时间变化的磁场1010，其中，磁场1010穿过半导体材料1006。

方法步骤1106：

随着时间变化的磁场1010在晶闸管616的半导体材料1006中感应出电流1018。电流1018可以作为晶闸管的栅极电流或者点火电流起作用。

方法步骤1008：

感应电流1018使晶闸管616导通。随后，能量存储器210的放电电流630流过晶闸管616，由此绕过电子电路612。

方法步骤1110：

随着能量存储器210的放电增加，放电电流630逐渐消退。

已经描述了一种方法和装置，其中，耦合到晶闸管中的磁场(更准确地说，耦合的磁通密度b)遍布整个晶闸管，并且在晶闸管的薄的半导体结构/半导体材料中产生感应电流(涡流)。该电流从磁场随着时间的变化(db/dt)的阈值起足以使得栅极电流(或者点火电流)在半导体材料中流动，由此使晶闸管导通(为此不需要来自外部电子分析电路的外部栅极电流)。因此，不需要栅极的外部控制，故障识别/短路识别是晶闸管内在的，只要晶闸管完好，就可以工作。这是很大的优点，因为分析电路的功能测试在大容量能量存储器的情况下在实践中非常困难并且昂贵。特别是，所述装置和方法具有低的故障率(fit-rate)，其基本上对应于晶闸管的故障率。该故障率在晶闸管的情况下非常低。

在所描述的装置和所描述的方法中，使用能量存储器的短路型的放电电流630以没有延迟的方式将晶闸管点火，为此不需要总是带来时间延迟的检测电路或者分析电路。仅借助一个晶闸管的技术实现是极其简单且低成本的。在将晶闸管点火时，晶闸管可能损坏(取决于要掌控的能量存储器的能量的大小)，并且在必要时必须在稍后的维护中更换晶闸管。对于晶闸管，可以使用相对简单的二极管圆盘单元壳体，因为不需要栅极连接端624，因此也不需要将其从壳体引出。

在所描述的装置和所描述的方法中不产生明显的热损耗，与在正常运行中也产生导通损耗或者开关损耗的保护元件相比，这使能效显著得到改善。由此，具有多个所描述的装置的设备(例如高压直流传输设备)的电气损耗可以保持小，这产生显著的成本节省。

已经描述了一种特别是在短路的情况下可以用于安全且可靠地对电能存储器放电的方法和装置。为此，除了晶闸管之外，有利地不需要其它组件。这使得能够以极其简单并且可靠的方式针对能量存储器的放电电流实现对电子电路的保护。