用于高壓車載電網的直流電壓開關的制作方法
【專利說明】用于高壓車載電網的直流電壓開關 發明領域
[0001] 本發明涉及一種用于高壓車載電網的直流電壓開關。
【背景技術】
[0002] 例如在電動車或混動動力車輛中需要直流電壓開關，以便使高壓車載電網的不同 部分電分尚。
[0003] 與交流相比，直流不具有自然的電流過零，因此這樣的電流的中斷特別有挑戰。電 流的中斷和出現的開關電弧的滅除通常通過延長電弧柱的長度和/或提高每單位長度的功 率轉換來實現。然而氣密地封裝的開關設備或直流電壓開關的切斷能力在電流大小和歐 姆-電感時間常數方面受限，其中，限制的因素尤其是熱容量，因為須熱吸收電弧中的電功 率。
[0004] 在低壓范圍內該問題經常由此來解決，即直流電壓開關不被氣密封裝。由此可導 出熱氣。這樣的解決方案例如在文件DE 35 41 514C2中公開。
[0005] 由文件DE 690 18 432T2已知一種在裝備有用于滅弧氣體的雙重冷卻裝置的絕緣 材料殼體中的多極的低壓功率開關，其被絕緣材料中間壁分成多個內部隔間。這些隔間分 別與電極中的一個相關聯并且分別包括可分的觸點對、用于使在所述觸點分離時拉出的電 弧去離子的滅弧板組以及裝備有第一氣體冷卻裝置的用于滅弧氣體的出口。在此，所有出 口都通到各個極共同的腔中，該腔通過排氣孔與環境介質相連。第二冷卻裝置被置入出口 與排氣孔之間氣體的流動通道中。
[0006]從論文 " SchaltgCTSte ftir das Schalten von hohen Gleichspannung in Energiesystemen und elektrisch angetriebenen Fahrzeugen'，（VDE石開討會： Gleichspannung-Kontaktverhalten und Schalten bei U>300VDC，Dr·Matthias Kroeker等，Tyco Electronics，2010年9月7日）中已知一種用于高壓車載電網的這種類型 的直流電壓開關，其包括殼體、至少兩個固定觸點和可動觸點，其中，固定觸點的相應第一 接觸區域從殼體中伸出而固定觸點的相應第二接觸區域布置在帶有可動觸點的殼體的開 關室內，其中，殼體被氣密地封裝。通過使其功率轉換提高到超過驅動功率，實現出現的部 分電弧的滅弧。為了該目的，將產生的電弧電壓提高到驅動的電源電壓之上并保持，直到系 統電流被強制至OA并且耗盡在電路的電感中所存儲的能量。
【發明內容】
[0007] 本發明技術問題在于提供一種用于高壓車載電網的直流電壓開關，其具有改善的 切斷特性。
[0008] 該技術問題的解決方案通過一種具有權利要求1的特征的直流電壓開關得出。本 發明的另外有利的設計方案由從屬權利要求得出。
[0009] 用于高壓車載電網的直流電壓開關包括殼體、至少兩個固定觸點和可動觸點，其 中，固定觸點的相應第一接觸區域從殼體中引出。固定觸點的相應第二接觸區域布置在具 有可動觸點的殼體的開關室中。在此，外殼被氣密地封裝。在開關室之上布置有冷卻室，其 通過間壁與開關室分開，其中，間壁具有至少一個排出孔和進入孔。這引起三個正面影響開 關特性的效果。一方面通過附加的冷卻室提高直流電壓開關的熱容量。附加地實現從開關 室中提高的熱能導出并且最后可通過合適地選擇排出孔和進入孔在開關室內產生自激的 氣體流動，其將電弧壓向殼體壁的方向。這引起直流電壓開關的改善的開關特性。在此，高 壓車載電網例如具有大于300V的直流電壓。
[0010] 在一實施形式中，在冷卻室中布置有至少一個冷卻體，其與固定觸點中的至少一 個熱連接。由此從熱氣體中還更多地奪取熱量并且通過固定觸點從殼體中導出。在此，冷卻 體還可與兩個固定觸點連接或者但是冷卻體僅與殼體連接，那么通過殼體導出熱量。同樣 可將兩個措施相結合。優選地設置有多個冷卻體、例如四個冷卻體，其中，那么例如兩個半 殼狀的冷卻體分別與一固定觸點相關聯。
[0011] 在另一實施形式中，該至少一個排出孔布置在固定觸點與殼體內壁之間。優選地， 在此直流電壓開關具有多于一個排出孔。例如，直流電壓開關具有四個排出孔，其中，分別 兩個與一固定觸點相關聯。通過在殼體內壁的區域中的應用，排出孔位于最熱的氣體出現 的區域中。在此排出孔可成錐形，其中，在開關室側上的直徑大于在膨脹室側上的直徑。例 如，排出孔可具有Laval噴嘴的形式。Laval噴嘴是一種具有首先會聚的且接著散開的橫截 面的流動機構，其中，從一部分至另一部分的過渡逐漸地實現。在此，橫截面在每個部位處 是圓形。也可在排出孔中布置閥，以輔助定向的氣流。
[0012] 在另一實施形式中，該至少一個進入孔布置在固定觸點之間。由此使被冷卻的氣 體流到電弧中，這支持其向殼體壁的方向膨脹。相應地也可設置有多于一個、例如四個進入 孔。進入孔也可錐形地或者以Laval噴嘴的形式來構造并且/或者具有閥。在錐形構造的情 況下，在膨脹室側上的直徑優選地大于在開關室側上的直徑。
[0013] 在另一實施形式中，在殼體中作為氣體的是氫氣或氮氣。氫氣提供在電弧中高能 量吸收的優點、然而限制觸點材料的選擇并且在氣密密封方面提出較高挑戰。氮氣在操縱 中更簡單并且實現在材料選擇方面更大的自由度，例如對于觸點用銀代替銅。
[0014] 在另一實施形式中，殼體由陶瓷、例如由氮化鋁制成。在此，殼體也可僅部分地由 陶瓷構成，其中，殼體優選地由統一的材料構成。陶瓷相對于塑料的優點是，陶瓷更耐火，即 不會由于電弧導致燒損。另一優點是在通常情況中相對于塑料更好的導熱能力。但是原則 上殼體也可由塑料構成。
[0015] 在另一實施形式中，該冷卻體或多個冷卻體由銅制成，其中，那么固定觸點優選地 也由銅制成。在此，可通過導熱膠使冷卻體和觸點良好地熱接觸。
[0016] 備選地，該冷卻體或多個冷卻體由導熱的、然而不導電的陶瓷來構造。
[0017]該或多個冷卻體可如已實施的那樣在此與殼體熱連接，其中，其可僅與殼體連接 或者還附加地與固定觸點相連接，這提高散熱。
[0018] 在另一實施形式中，在殼體上在固定觸點的第一接觸區域之間布置有絕緣板，以 防止飛弧。
[0019] 原則上也可在殼體外壁處布置永磁體，其產生輔助的磁場。