CN105390194B - 导体模块和具有这种导体模块的电化学蓄能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导体模块（10），具有至少两个电导体段（12,14），其特征在于，所述导体模块（10）还具有至少一用于抑制共模干扰的铁氧体磁芯（16），其中所述铁氧体磁芯（16）与至少两个电导体段（12,14）机械地连接成一个元件，并且这样选择至少两个电导体段（12,14），在导体模块（10）无干扰运行时通过电导体段（12,14）通过铁氧体磁芯（16）地流动零电流总和。上述的导体模块（10）实现一个有利的解决方案，用于使装置减少磁故障的元件方便且成本有利地组合到电系统里面，例如电化学蓄能器里面。本发明的内容还涉及一种电化学蓄能器（30,30’）。

Description

导体模块和具有这种导体模块的电化学蓄能器

技术领域

本发明涉及一种导体模块和一种具有这种导体模块的电化学蓄能器。

背景技术

锂基蓄电池的应用领域除了全电动汽车或混合动力车以外还包括电动工具、电子娱乐电器、计算机、移动电话和其它应用。这种尤其电化学的蓄能器大多包括一个或多个电池单元。

电池系统经常由许多电池单元构成，它们组成一个模块。在此各个电池单元通过导电连接相互接通，例如串联。因为模块例如为高功率需求的节拍式逆变器提供能量，可能产生具有高峰值的电流。这可能导致高场强的磁故障。由此干扰可能感应到电池系统里面，这可能干扰电池的电池管理系统（BMS）。此外这种干扰由于辐射或入射也不利地影响其它电设备，例如收音机。这尤其适用于汽车牵引电池，它们具有塑料外壳，该外壳不提供屏蔽。

由文献US 2010/0210318 A1已知移动的通讯装置，它具有可再充电的电池系统。这种电池系统可以具有滤波器、例如铁氧体磁芯，它可以设置在输出导线上。

文献US 5,471,658A描述了一种通讯系统，它具有电池。在电池外部还设置铁氧体磁芯。

由文献DE 201 08 259 U1已知电池充电系统，它用于电池再充电。在此电池充电导线配有铁氧体磁芯。

发明内容

本发明的内容是导体模块，具有至少两个电导体段，其中，所述导体模块还具有至少部分地围卡至少两个电导体段的铁氧体磁芯，用于抑制共模干扰，其中所述铁氧体磁芯与至少两个电导体段机械地连接成一个元件，并且这样选择至少两个电导体段，在导体模块运行时并且在没有共模干扰时通过电导体段通过铁氧体磁芯地流动零电流总和（为零的和电流）。

上述导体模块能够以特别有利的方式显著减少电子元件、例如电池模块由于电磁故障引起的干扰、尤其是共模干扰，例如由于导体和磁场复合的电磁干扰，其中还允许特别有利地执行到电系统、例如电池系统里面。

在此尤其可以在那种应用中使用这种导体模块，其中通过分散的导体、例如电流排（英文：Busbars）或汇流排流动高的尤其通过逆变器或DC-DC变换器的脉冲的电流。例如，导体模块可以用于，连接在电池系统里面的不同的部件，例如电池单元模块，BDU（BatteryDisconnect UNIT（电池断开单元） 也称为Junction-Box（接线盒）），保险、电流传感器等，或者例如使电池单元与相应的触点或耗电器或在与其它电池单元连接。尤其这种导体模块可以在汽车牵引电池中应用。

上述的电池模块包括至少两个电导体段，其中所述导体模块不限制于设有两个电导体段。而是也可以设置许多大于两个的数量的电导体段，例如四个导体，它们仍然共同地具有零电流总和。

外部干扰，例如高频脉冲逆变器或DC-DC变换器的干扰，可能将导体复合或作为电磁场入射到导体模块或包括导体模块的电池里面。由此它们可能引起共模干扰，它们可能不利地蓄能器的信号处理单元或相邻的元件。例如通过干扰电池管理系统（BMS）的电池电压测量可能在电池中出现测量误差。这例如可能负面地影响确定充电状态（State-of-Charge，SoC）和老化状态（State-of-heath，SoH）。此外尤其可能超过相关磁场的允许极限值，例如在汽车里面。尤其为了保持这个极限值，措施如导体模块是有利。在此关于共模干扰以公知的方式理解为干扰或影响，它们以相同相位和相同振幅作用于至少两个导体段。

为了有效地减小上述效应，设有至少部分地围卡至少两个导体段的铁氧体磁芯，用于抑制共模干扰。在此关于铁氧体磁芯或铁氧体过滤器尤其理解为一个元件，它包括铁氧体，或者由铁氧体制成并由此电磁场本身集中并因此可以避开环境，如同专业人员基本公知的那样。由此可以实现特别有效地屏蔽电磁场。在此至少部分围卡至少两个电导体段的铁氧体磁芯还可以理解为一个铁氧体磁芯，它环绕两个导体段，但是被本发明的范围包括，铁氧体以及围卡可以具有中断，例如更小的空气隙。

设有铁氧体磁芯，由此可以阻尼通过磁场引起的上述共模干扰。因此设置铁氧体磁芯作为有效措施，用于防止不利地影响例如电池系统的电子部件。

在此屏蔽在上述导体模块中因此尤其是特别有利的，因为铁氧体磁芯这样定位以及这样选择至少两个电导体段，在导体模块无干扰运行时或者是不存在通过电导体段的共模干扰通过铁氧体磁芯地流动零电流总和，也就是说，通过铁氧体包绕的电流在总和上为零，因为在两个导体中电流在数值上相同大小但是在相反方向上流动。这例如适用于，两个导体段由到耗电器的通入导体和返回导体构成。此外如果不存在共模干扰，通过导体段出现零电流总和。电流总和瞬时偏离零，则引起共模干扰，这又按照感应定律导致在铁氧体磁芯中的磁场，它反作用于磁场源，由此也可以抵制共模干扰。

在此至少两个导体段由于其电位差相互间完全电绝缘。此外电导体能够具有导电性，它根据应用领域足以用于例如在电池系统内部可以用作通入导体或返回导体。这种例如由汇流排高度的电导体段尤其由金属构成。这种导体段例如包括铜或铝或由这种材料之一组成，或者可以具有例如相应的导电性。

因此至少两个电导体段尤其可以与一个或多个电池单元连接。在此例如可以规定，所述电导体段可以与同一电池单元或者与许多同样的电池单元这样连接，使一个电导体段在导体模块或电池的运行状态中作为电通入导体使用，或者可以构成这个导体的一部分，并且另一电导体段在导体模块或电池的运行状态中作为电返回导体使用或者构成这个导体的一部分。但是原则上不排除而是被本发明范围包括，电导体段接通不同的电池单元和/或同样由通入导体或返回导体构成，因此它们通过铁氧体磁芯地导引零电流总和。

在上述的导体模块中还规定，所述铁氧体磁芯与至少两个电导体段机械连接成一个元件，尤其通过一个、多个或所有存在的导体段固定。由此可以克服缺陷，即铁氧体过滤器经常不利地安装，因为它可能是易脆的，并因此没有保护措施时可能在机械负荷下、例如振动或冲击下损伤。但是通过上述布置可以绕过现有技术的这些缺点，由此如上所述、尤其与由现有技术已知的布置相比，导体模块的寿命和可靠性是特别高的。

上述的与至少两个导体段机械连接成一个元件的铁氧体磁芯的布置，在此尤其意味着，铁氧体磁芯直接固定或紧固在第一和/或第二电导体段上，或者间接地、即借助于一个或多个其它元件，由此产生独立的元件，它包括导体和铁氧体磁芯并且可以作为这种元件进行安装。

因此上述解决方案能够组合两个或更多个电导体段与铁氧体磁芯成相关的元件，它提供由方法限定的显著的优点。因此这种元件经常对于电部件的有利加工是特别有利的，因为它能够实现特别简单且有利地组成电系统。这尤其是适用的，与使用单个部件不同，它们必需组成一个公共的电系统。

汇流排相互间是高欧姆绝缘的并且对外也通过一种材料绝缘，它具有例如在千兆欧姆范围的绝缘电阻。例如作为电绝缘材料可以使用塑料，如同对于电导线、例如电缆的绝缘由专业人员所公知的那样。尤其扩展结构尤其可以实现特别简单的具有公知方法步骤的加工方法。例如在这个扩展结构中可以采用工业上公知的塑料技术工艺，例如注塑、挤出或软管收缩，用于有利地通过只一个工作步骤以塑料材料包裹电导体段以及铁氧体磁芯。这样产生的复合体可以没有问题地安装到电系统例如复合电池里面。

此外对于这种铁氧体磁芯组合只需小的结构空间，由此这个措施也可以在窄小的空间比例时毫无问题地使用。此外过滤器组合在各个电池单元之间无需附加费事的工作步骤，因此可以简化电池或电池模块的装配。

总之，上述的导体模块实现一个有利的解决方案，用于可以有效地防止由于磁场引起的干扰例如在电池中例如影响蓄能器中的元件。

在扩展结构的范围内，所述铁氧体磁芯可以与至少一电导体段形状锁合或材料锁合地连接。例如铁氧体磁芯可以与第一电导体段和第二电导体段形状锁合或材料锁合地连接。在此特别有利的是，在这个扩展结构中可以实现特别简单且成本有利的加工方法，并且还可以实现特别稳定的布置，其中稳定的布置尤其对于移动应用是特别有利的。

在此例如通过粘接剂使铁氧体过滤器与相应的导体段或相应的许多导体段相互连接，由此可以构成材料锁合的连接。关于形状锁合例如可以使用公知的固定措施。在此上面列举的示例不受任何限制。

原则上例如可以分别通过塑料围注铁氧体磁芯和一个或两个电导体段，例如由汇流排构成，由此塑料一方面起到绝缘作用，并且还保证在铁氧体磁芯与导体段之间的形状锁合的连接。

可以选择，所述铁氧体磁芯例如在其内部具有塑料部件，具有两个例如缝隙形的缺口，在其中可以非绝缘或绝缘地直接形状锁合地插入导体段、也如汇流排。

在另一扩展结构的范围内，所述铁氧体磁芯可以完全围卡至少两个电导体段。所述铁氧体磁芯尤其可以在存在多于两个电导体段时，通过它们通过铁氧体磁芯地流动零电流总和，铁氧体磁芯完全围卡所有上述导体段。例如，所述铁氧体磁芯可以由环芯构成，它完全围卡电导体段。这种扩展结构，例如具有由环芯构成铁氧体磁芯，具有优点，铁氧体磁芯可以通过特别简单的方式完全围卡电导体段，并由此能够特别有效地减小干扰影响。此外尤其可以对于设置在电池单元之间的环芯加工方法是特别简单的，由此这个扩展结构可以提供特别成本有利的解决方案。在此环芯以公知的方式可以是环形构成的铁氧体磁芯。

此外这个扩展结构是有利的，因为通过这种铁氧体磁芯布置和伴随而来的特别有效的保护作用已经可以足以实现相对小的铁氧体磁芯，由此可以特别成本有利地加工电子系统例如电化学磁蓄能器。

在另一扩展结构范围内，在电导体段之间设置至少一间隔体。通过间隔体可以保证，一方面电导体段不电接通，由此可以可靠地防止短路。此外一个或多个间隔体尤其对于加工方法是有利的，因为由此可以通过特别简单的方式产生特别确定的结构，因为间隔体可以使导体段相互相对固定。这种确定的结构可以有助于，铁氧体磁芯特别有效地阻尼或防止共模干扰。

例如至少一间隔体可以由横梁构成，它机械地组合到整个元件里面，即尤其机械地与至少一电导体段连接。尤其在使用横梁作为间隔体时可以实现特别成本有利的加工方法。因为横梁可以成本有利地制成，同时通过特别简单的方式组合到系统里面。在此关于横梁在本发明的意义上尤其可以理解为这种元件，它基本以直角相对于电导体的纵向长度延伸并且在其两个端部上分别接触导体之一或者例如包围导体的绝缘体。

在另一扩展结构的范围内，所述铁氧体磁芯多体地构成。在此所述铁氧体磁芯例如可以具有两个半环或者两个半壳。例如，每个导体段可以与一部分铁氧体磁芯、例如一半、例如半壳连接或固定，由此两个铁氧体部件可以磁锁合地接合并由此通过组合的铁氧体磁芯仍然包围两个导体。在此在装配至少两个铁氧体磁芯部件时有意义的是，在其间只存在可忽略的空气隙。

关于按照本发明的导体模块的其它技术特征和优点详细参阅结合按照本发明的蓄能器的解释、附图以及附图说明。

本发明的内容还是一种电化学蓄能器，具有至少一电池单元,它与如上详细描述构成的导体模块电连接。

关于电化学蓄能器在本发明的意义上尤其可以理解为电化学元件，它可以存储能量、尤其例如电能并且以所期望的方式给出能量。电化学蓄能器尤其可以是电池或蓄电池。例如蓄能器可以是锂基蓄能器。在此锂基蓄能器包括例如锂电池也包括锂离子电池。原则上电池以公知的方式例如包括镍金属混合物，锂离子、锂气体，锂硫化物，其中本发明以对于专业人员了解的方式不限制于所列举的示例。

在此电化学蓄能器在一个扩展结构中包括一个或多个电池单元，它们与导体模块电连接。因此导体模块同样可以是蓄能器的组成部分并且组合到蓄能器的导体结构里面。在此可以给出不同的扩展结构，它们可以单独或特别有利地组合。

例如可以规定，一个电导体段可以作为向着由蓄能器馈送的外部耗电器的通入导体使用，另一电导体段可以作为外部耗电器的返回导体使用。因此在这个扩展结构中可以规定，所述铁氧体磁芯屏蔽到由蓄能器馈送的外部耗电器的投入导体和返回导体。在此通过通入导体在蓄能器放电时电流流向耗电器或流动到耗电器里面，而通过返回导体在蓄能器放电时电流从耗电器流回到电池单元或者电池单元叠摞（电池单元堆）。

因此可以规定，所述导体段在电池单元叠摞与蓄能器的一个电接头之间接通。在此铁氧体磁芯例如可以以返回导体为基准设置在电池单元叠摞的唯一的或第一电池单元前面，并且以通入导体为基准设置在叠摞的唯一的或最后的电池单元后面。此外可以规定，在铁氧体磁芯与唯一或第一电池单元与唯一或最后的电池单元之间不设置其它的电池单元叠摞或者其它元件，由此铁氧体磁芯以通入导体和返回导体为基准直接设置在电池单元叠摞前面或后面。

所述导体模块还可以这样设置，使导体段在两个电池单元叠摞之间或者在两个电池单元之间接通。换言之，电流在导体模块之前而且之后不仅在通入导体里面而且也在返回导体里面流动通过电池单元，由此导体模块设置在两个电池单元之间或者两个电池单元叠摞之间。

此外也可以在蓄能器的不同位置上设有许多导体模块，或者一个或多个上述的扩展结构可以与一个或多个上述的或其它的导体模块扩展结构组合，不离开本发明。在此重要的仅仅是，如上所述，这样选择电导体段，在导体模块或蓄能器无干扰地运行时沿着铁氧体磁芯通过整个铁氧体磁芯地、例如与铁氧体磁芯连接的且例如被铁氧体磁芯框住的导体段流动零电流总和。

关于按照本发明的蓄能器的的其它技术特征和优点详细参阅结合按照本发明的导体模块的解释、附图以及附图说明。

附图说明

按照本发明的内容的其它优点和有利的扩展结构通过附图示出并且在下面描述中解释。在此要指出，所述阀体只具有描绘的特征并且不设想以任何形式限制本发明。附图示出：

图1按照本发明的导体模块的扩展结构的示意图；

图2按照本发明的蓄能器的扩展结构的示意图；和

图3按照本发明的蓄能器的另一扩展结构的示意图。

具体实施方式

在图1中示出按照本发明的导体模块10的扩展结构（设计方案）。这种导体模块10可以在许多应用场合使用。例如，这种导体模块10在电化学蓄能器30,30’或在电池系统中使用，如同在图2和3中详细示出的那样。例如这种导体模块10或通过这种导体模块10构成的蓄能器30,30’在至少部分电驱动的机动车中使用。

导体模块10包括第一电导体段12和第二电导体段14。在此第一电导体段12例如且不受方式限制地可以作为向着由蓄能器30,30’供电的耗电器的通入导体，并且第二电导体段14可以作为由蓄能器30,30’供电的耗电器的返回导体，如同下面参考图2和3详细描述的那样。此外设有铁氧体磁芯16，它完全围卡第一电导体段12和第二电导体段14地设置，由此使导体段12,14的磁流完全在磁芯中变成流动重要的。换言之，通过铁氧体磁芯16可以阻尼磁场，这个磁场通过穿过导体段12,14流动的电流产生或者可以阻尼作用于导体段上的共模干扰。这尤其遵循通流定律，它以公知的方式使磁场围绕封闭的曲线的曲线积分与电流相关联，该电流通过被这个曲线封闭的表面流动。

此外铁氧体磁芯16与第一电导体段12和第二电导体段14机械地、例如形状锁合或材料锁合地连接。因此铁氧体磁芯16例如可以由环芯构成并且完全围卡两个电导体段12,14。此外作为铁氧体材料例如且不受限制地可以在组分Mn_aZn_（1-a）Fe₂O₄中使用锰-锌铁氧体（MnZn），或者也在组分Ni_aZn_（1-a）Fe₂O₄中使用镍-锌-铁氧体（NiZn）。

在不受方式限制的扩展结构中，为了使两个由汇流排构成的具有10mmx3mm的典型横截面的导体段12,14组合并且具有1mm的用于绝缘层的空间，由环芯构成的铁氧体磁芯16的内径可以为约15mm。铁氧体磁芯的长度或宽度一般为至少两倍于直径，即约30mm。

此外可以看出，在第一电导体段12与第二电导体段14之间设有两个由横梁构成的间隔体18，它们适宜地由电绝缘材料、例如塑料构成，用于防止短路。在此电导体段12,14也包括铁氧体磁芯16和必要时间隔体18被电绝缘20包围。电绝缘20例如可以由塑料壳构成。

在此图2和3分别示出通过上述导体模块10构成的蓄能器30,30’的扩展结构。在此导体模块10分别这样设置或者这样选择导体段，使铁氧体磁芯16围卡两个这样的电导体段12,14，其中通过导体段12,14在没有共模干扰时流动为零的和电流。

图2示出蓄能器30的扩展结构，其中导体模块10的导体段12,14连接在蓄能器30的电池单元叠摞36与电接头34之间。还看出，电导体段12可以作为到由蓄能器30馈送的外部耗电器37的通入导体使用，和另一电导体段14作为从外部耗电器37的返回导体使用。在此导体段12是通入导体，因为到耗电器37的放电电流i₁（t）从在图2最上方的电池单元32或从电池单元叠摞36通过导体段12流动，而耗电器37的放电电流i₂（t）通过起到返回导体作用的导体段14流到在图2最下方的电池单元32或电池单元叠摞36。由此按照Kirschhoff节点规则通过导体模块10通过其铁氧体磁芯16或者通过导体段12,14流动零电流总和，因为电流i₁（t）和i₂（t）按照数值相同大小，但是方向相反地流动，因此没有共模干扰。

图3还示出扩展结构，其中导体段12,14在两个电池单元叠摞36, 36’,36”,36’”之间电连接。

用于在图1中所示的和由电流排部件构成的导体模块10的可能的加工方法可以如下进行。为了组合例如由环芯构成的铁氧体磁芯16，两个汇流排作为电导体段12,14首先以一种方式和方法形状锁合或材料锁合地与铁氧体过滤器16连接，导体段12,14相互间不接触。这例如可以通过相应的间隔体18、绝缘层20或其它附加部件实现。接着使用工艺上公知的塑料技术工艺，例如注塑、挤出或软管收缩，用于使两个电导体段12,14以及铁氧体磁芯16在至少一工作步骤中通过塑料包裹。

现在复合导体模块10可以作为独立部件直接安装在电池模块里面。此外可以设想，两个例如由汇流排构成的电导体段12,14以及铁氧体过滤器16没有附加部件地直接衬入到对其适合的、例如专门结构设计的注塑模具里面并且通过塑料熔液充满注塑模具。

在加工时要注意，相应的方法不会不利地影响要加工的产品。例如在包裹或应用塑料时加工方法和所使用的塑料这样适配于铁氧体材料，使其磁性特性不会由于过高的加工温度丢失或者以太大程度不利地影响。

Claims (7)

1.一种电化学蓄能器（30,30’），具有至少一个电池单元（32,32’,32”,32’”），所述电池单元与导体模块（10）电连接，其中，所述导体模块（10）具有至少两个电导体段（12,14），其特征在于，所述导体模块（10）还具有至少部分地围卡所述至少两个电导体段（12,14）的铁氧体磁芯（16），用于抑制共模干扰，其中所述铁氧体磁芯（16）与所述至少两个电导体段（12,14）机械地连接成一个元件，并且其中这样选择所述至少两个电导体段（12,14），从而在所述导体模块（10）运行时并且在没有共模干扰时通过所述电导体段（12,14）通过铁氧体磁芯（16）地流动零电流总和，其中，所述至少两个电导体段（12,14）在两个电池单元（32,32’,32”,32’”）之间电连接。

2.如权利要求1所述的电化学蓄能器（30,30’），其特征在于，所述铁氧体磁芯（16）与至少一个电导体段（12,14）形状锁合或材料锁合地连接。

3.如权利要求1或2所述的电化学蓄能器（30,30’），其特征在于，所述铁氧体磁芯（16）完全围卡所述至少两个电导体段（12,14）。

4.如权利要求1所述的电化学蓄能器（30,30’），其特征在于，在所述至少两个电导体段（12,14）之间设置至少一个间隔体（18）。

5.如权利要求1所述的电化学蓄能器（30,30’），其特征在于，所述铁氧体磁芯（16）多体地构成。

6.如权利要求1所述的电化学蓄能器（30,30’），其特征在于，一个电导体段（12）能够作为向着由蓄能器（30,30’）馈电的外部耗电器（37）的通入导体使用，和另一电导体段（14）能够作为外部耗电器（37）的返回导体使用。

7.如权利要求1所述的电化学蓄能器（30,30’），其特征在于，所述蓄能器（30,30’）设置在至少部分电驱动的机动车里面。