用于接触电部件的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于接触电部件、尤其是具有电引线的直流电压中间回路的装置和方法。

背景技术：

通常从电能量存储单元获取直流电或者将直流电馈入所述电能量存储单元中。因此，针对能量存储单元的欧姆内阻和比能量密度或者功率密度的优化来设计能量存储单元的目前为止已知的结构。

在电能量存储单元的许多应用中，将存储单元以串联或者并联的布置相互连接成电池模块，以便调节所希望的输出参数，如总电压、电压范围、能量含量或者功率密度。如果由这样的能量存储单元获取具有增加的交流分量的电流，则能量存储单元的分布式电感的影响与频率相关地增加。能量存储单元的电感损耗由电极、极布线和电极在壳体中的布置的损耗贡献的个别分量组成。此外，在kHz范围中的运行频率的情况下通过集肤效应（Skineffekt），在引导电流的区域中出现损耗，以及在导电面积中——例如壳体中出现涡流。

即使在用于控制电能量存储单元的相应逆变器和转换器中，电感损耗也能够导致各个所使用的半导体开关元件上的过压，所述过压又能够导致提高的构件负荷直至半导体开关元件的不可逆的损坏。如先前阐述的那样，可能与逆变器和转换器相关联地出现涡流和不希望的振荡电路振动，它们可能导致器件的进一步负荷并导致具有电磁兼容性的问题。

出版文献DE 10 2009 046 914 B4公开了一种用于母线系统的连接装置，所述母线系统具有减小的电感并与具有唯一的固定元件的主母线装置连接。连接装置包括两个基本上重叠的、导电的并且电隔离的桥式电极，其中每个电极被构造成，使得所述电极将主母线装置的正电极或负电极与相同极性的功率模块输入接触部电耦合。每个桥式电极具有联接接片，所述联接接片被构造用于与在主装置上的两个重叠的连接接片之一电耦合。联接接片和连接接片全部在唯一的交叉点处重叠并且通过唯一的固定元件固定。

出版文献DE 10 2012 008 750 A1公开了一种用于具有母线的中间回路的电连接的适配器，所述适配器具有由具有分级地布置的联接接片的母线组成的分层结构。

然而，存在用于电部件之间的电连接的解决方案的需求，所述电部件关于高频率的涡流的获取具有较小的电感损耗。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明实现一种装置，其具有：第一电部件，所述第一电部件具有平面的、彼此间隔开的第一连接接片的对；第二电部件，所述第二电部件具有平面的、彼此间隔开的第二连接接片的对，其中所述第一和第二连接接片分别成对地导电连接；导电板，所述导电板与所述第一和第二连接接片电隔离，并且所述导电板在所述第一和第二连接接片的面积的平面中布置在所述第一和第二连接接片之下。

根据另一方面，本发明实现一种用于接触电部件的方法，所述方法具有以下步骤：

将第一电部件的平面的第一连接接片与第二电部件的平面的第二连接接片成对重叠；将第一和第二连接接片的对导电连接；并且将导电板布置在第一和第二连接接片的对之下，其中将所述导电板与所述第一和第二连接接片电隔离。

本发明的优点

本发明的思想是，通过电部件的电连接接片中的涡流的减小来阻止通过在高频开关过程中通过并排引导的电连接而能够变得有效的电感损耗。为此，在连接接片之下或之上布置导电板，使得在高频率的交流电的情况下在导电板中产生涡流，所述涡流生成磁场，所述磁场与在通过连接接片环绕的有效面积中通过涡流产生的磁场反向。由此降低电部件之间的连接接触部的有效电感并且降低电感损耗。

特别要强调的是，在这类装置中可以放弃彼此堆叠的连接接片，例如当通过堆叠的或者叠置的连接接片不能够保证遵守空气和/或爬电距离方面的要求的时候。此外，借助连接接片并排的布置相对于叠置的连接接片几何结构实现由于简化的实现方案引起的显著的成本优势。对于具有并排放置的连接接片的传统构件而言，也优选这类电连接，因为可以放弃耗费的连接技术，而在此不失去到其他构件的低电感耦合的优点。

在根据本发明的装置中一个显著的优点在于，可以显著降低尤其在从所连接的能量存储模块中获取高频的交流电时的损耗能量。尤其在具有集成变流器、所谓的电池直接变流器（“battery direct inverter（电池直接逆变器）”，BDI）的电池系统——在所述电池系统中电流引导的快速变换通过用于改变电流电压的电池模块实现——中，损耗能量的所述减小非常有利。

另一个优点在于，改善了这样的能量存储模块的短时动态性，其方式是，使电部件如薄膜电容器在负载变换之后的能量输出或负载输出的延迟最小化。由此可以有利地放弃否则可能进行补偿的器件、诸如缓冲电容器，这可以降低这样的装置的结构空间需求以及制造成本。

此外，通过电感式损耗分量的避免可以改善电磁兼容性（EMV），因为可以减小所发射的电磁场并降低对相邻电子构件的干扰影响。此外，最大程度地减小了例如基于集肤效应引起的欧姆损耗，这有利地伴随着提高的效率和更小的放热。

如果此外在电部件的自由侧面上的冷却板同时一起用作降低电感的板，则在相同的结构空间和实现成本的情况下同时可以实现优化的排热以及电感式损耗分量的降低。

根据一种实施方式，根据本发明的装置还可以具有隔离层，所述隔离层布置在所述第一和第二连接接片与所述导电板之间。

在此，在根据本发明的装置中，所述隔离层可以粘结在所述第二连接接片上并且所述导电板可以粘结在所述隔离层上。

按照根据本发明的装置的另一种实施方式，所述隔离层可以是具有高的介电常数的介电层，所述介电层形成所述第二连接接片之间的低电感的容性路径。这能够实现电部件之间的连接接片的电感式电阻的进一步减小。

替代地，根据本发明的装置可以包括多个导电凸起部，所述多个导电凸起部在所述导电板上布置在所述第一和第二连接接片中的至少一个之下的区域中。

按照根据本发明的装置的另一种实施方式，所述导电板可以构造为冷却板，所述冷却板平面平行地沿着所述第一电部件的侧面之一布置，并且所述冷却板被设计用于将在所述第一电部件的运行中形成的废热从所述第一电部件导走。这样的冷却板可以在如电容器的电部件中原本已经存在，以便保证电部件的金属导体的排热。这样的冷却板在用于电感减小的双重功能中的应用是特别有利的。

按照根据本发明的装置的另一种实施方式，所述第一电部件可以是薄膜电容器，并且所述第二电部件可以是电母线。恰恰在这两个部件之间值得期望的是，实现在开关过程中在连接到母线上的半导体开关中有效的寄生电感的显著减小。通过根据本发明的装置可以在无需正向导体和反向导体相叠的情况下保证这点。

附图说明

本发明的实施方式的其他特征和优点由以下参考附图的描述得出。

其中：

图1示出根据本发明的一种实施方式的具有连接接片的电部件的装置的等量示意图；

图2示出根据本发明的另一种实施方式的、根据图1的装置的连接接片几何结构的横截面的示意图；

图3示出根据本发明的另一种实施方式的、根据图1的装置的连接接片几何结构的横截面的示意图；以及

图4示出根据本发明的另一种实施方式的用于接触电部件的方法的示意图。

具体实施方式

下面所使用的方向术语，也即术语如“左边”、“右边”、“上方”、“下方”、“前方”、“后方”、“在其上方”、“在其后方”等等仅仅用于更好地理解附图，而不应在任何情况下是对一般性的限制。相同的附图标记通常表示相同的或者起相同作用的部件。

本发明的意义上的连接接片是平面的材料件，两个构件可以通过连接装置、诸如螺钉和螺母、螺栓或铆钉与所述材料件连接。在此，连接接片可以从所属器件的侧面向外伸出。本发明意义上的连接接片可以由不同的导电材料、例如金属材料制成，以便能够向外部提供所属电部件的电接触。本发明意义上的连接接片可以被涂层地、三维地填充地和/或具有大的有效表面地制成。在此，平面的连接接片可以具有不同的尺寸。连接接片的平面形状可以正方形地、矩形地、圆形地、椭圆形地或者任意其他形状地构型。

图1示出电部件的装置10的和电部件通过连接接片的电接触的示意图。装置10包括第一电部件1——例如薄膜电容器或者电解质电容器，以及第二电部件2——例如电母线。第一电部件1具有平面的、侧面彼此间隔开的第一连接接片3a和3b的对。第二电部件2具有平面的、侧面彼此间隔开的第二连接接片4a和4b的对。连接接片3a和3b或者4a和4b与相应的电部件1或者2固定地并且导电接触地连接。例如，连接接片3a和3b或者4a和4b与相应的电部件1或者2整体地构造。也可以的是，将连接接片3a和3b或者4a和4b作为单独的连接件耦合到相应的电部件1或者2上。

在图1的本示例中，连接接片3a和3b或者4a和4b作为矩形板示出，然而其中其他接片形状——诸如正方形的、四边形、环形或者椭圆形的形状同样是可以的。连接接片3a和3b或者4a和4b分别成对地相互电接触并且相互连接，例如通过连接装置、诸如螺钉5，如在图1中示例性地示出的那样相互连接。

连接接片3a和3b或者4a和4b可以分别成对地引导不同电流方向的电流或者以不同极性的电压加载。如果第一连接接片3a和3b以及第二连接接片4a和4b的对相互相邻地彼此以最小间距布置，则产生面积A，该面积通过第一电部件1、第二电部件2以及两个成对地连接的连接接片3a和3b或者4a和4b包围。在围绕该面积A引导的环形电流的情况下产生贯穿面积A的磁场。面积A越大，通过连接接片3a和3b或者4a和4b构成的连接几何结构的电感式电阻越高。

通常有利的是，将两个极性的引导电流的元件之间的间距保持得尽可能小，以便使通过这些元件包围的有效磁通势面积最小，也即使引导电流的元件的电感式阻抗最小。此外有利的是，尽可能大面积地构型引导电流的元件，以便使电流密度尽可能均匀地分布。然而，通常仅仅在确定的边界条件——诸如安全要求或者技术约束下才能够实现连接接片3a和3b或者4a和4b之间的理想地平面的接触。因此，在连接接片3a和3b的对或者4a和4b的对之间分别可以保持最小间距，所述最小间距又导致连接几何结构的最小电感。因此，尤其在交流电运行中，基于集肤效应而发生欧姆损耗以及发生因此出现的、电部件1和2的在连接接片3a和3b或者4a和4b的区域中的所不希望的变热。

因此，在装置10中设置导电板6，所述导电板与第一和第二连接接片3a、3b、4a和4b电隔离，并且所述导电板在第一和第二连接接片3a、3b、4a和4b的面积的平面中布置在第一和第二连接接片3a、3b、4a和4b之下。通过连接接片3a、3b、4a和4b构成的、第一电部件1到第二电部件2上的连接部的电感在此在直流电运行中不改变或者仅仅不显著地改变。与此相反，在交流电运行中在导电板6中感生涡流，所述涡流产生磁场，该磁场沿与通过连接接片3a、3b、4a、4b中的电流产生的磁场相反的方向地贯穿面积A。由此降低了连接接片3a、3b、4a、4b的有效电感式电阻。

一方面，由此可以降低装置10在交流电运行中的电感式损耗，另一方面由于导电板6的存在在连接接片3a、3b、4a、4b中产生较有利的电流密度分布，由此又可以记录在连接接片3a、3b、4a、4b中的较低的欧姆损耗和较少的热产生。

如在图2和3中示意性地以横截面标出的那样，可以设置用于布置导电板6的不同可能性。为清楚起见，分别仅仅示出下面的连接接片4a和4b，它们彼此以面积A在横向方向上的扩展的间距构造。

如在图2中所示的那样，导电板6可以通过隔离层7与连接接片4a和4b连接，以便保证连接接片4a和4b与导电板6之间的电分离。隔离层7可以实施为具有高的介电常数的介电膜，所述介电膜在连接接片4a和4b之间形成低电感式的容性路径。隔离层7可以与连接接片4a和4b或者与导电板6粘结。

对此替代地可以的是，如在图3中所示的那样，将导电板6与连接接片4a和4b成较大间距地布置，使得通过空气隙保证与连接接片4a和4b的电隔离。然后，在面积A之下，也即在第一和第二连接接片3a和3b或者4a和4b中的至少一个连接接片之下的区域中，一个或者多个导电凸起部8或者拱形结构可以安装在导电板6上。同样可以的是，在连接接片3a和3b或者4a和4b中的两个之下安装凸起部8。凸起部8可以具有合适的外部形状，例如正方形、拱形、半球形或者金字塔形的形状。凸起部8的数目在此是可变的并且匹配于各个凸起部8的大小和连接接片3a和3b或者4a和4b的面积。

对于装置10还能够有利的是，将施加在第一或第二电部件1或2的侧面上的冷却板同时用作导电板6。冷却板在此可以平面平行地沿着第一或第二电部件1或2的侧面之一布置。例如，冷却板可以包括由具有高导热性的材料制成的金属层，所述金属层被设计用于将在第一或第二电部件1或2运行时产生的废热散发到周围环境中。

冷却板可以超出第一或第二电部件1或2的侧面并且在连接接片4a或者4b之下引导。由此冷却板可以一方面用于在连接接片4a和4b之下感生涡流，并且另一方面对第一和第二电部件1和2的连接部排热。

所示出的装置10例如可以优选地应用到以下系统中：在所述系统中从能量存储单元获取高频率的涡流，例如应用在具有高于约100Hz的控制频率的电池直接变流器中。在这些系统中，可以使由于高的交流电频率引起的电感式损耗最小。同时改善了能量存储单元在短时间范围内的响应行为，这大大改善了系统的动态性和可靠性。

图4示出用于接触电部件的方法20的示意图。方法20尤其可以用于制造结合图1至3阐述的装置10。在第一步骤21中实现第一电部件1、例如薄膜电容器的平面的第一连接接片3a、3b与第二电部件2、例如电母线的平面的第二连接接片4a、4b的成对重叠。在第二步骤22中实现第一和第二连接接片3a、3b或者4a、4b的对的导电连接。可选地，在步骤23中可以在第一和第二连接接片3a、3b或者4a、4b与导电板6之间布置隔离层7。最后，在步骤24中，导电板6在第一和第二连接接片3a、3b或者4a、4b之下，其中导电板6与第一和第二连接接片3a、3b或者4a、4b电隔离。