CN105609366A - 用于高压车载电网的直流电压开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高压车载电网的直流电压开关(1),其包括壳体(2)、至少两个固定触点(4)和可动触点(6),其中,固定触点(4)的分别第一接触区域(4a)从壳体(2)中伸出而固定触点(4)的分别第二接触区域(4b)布置在具有可动触点(6)的壳体(2)的开关室中,其中,壳体(2)被气密地封装,其中,在开关室(10)之上布置有冷却室(11),其通过间壁(9)与开关室(10)分开,其中,间壁(9)具有至少一个排出孔(12)和至少一个进入孔(13)。

Description

用于高压车载电网的直流电压开关
发明领域
本发明涉及一种用于高压车载电网的直流电压开关。
背景技术
例如在电动车或混动动力车辆中需要直流电压开关,以便使高压车载电网的不同部分电分离。
与交流相比,直流不具有自然的电流过零,因此这样的电流的中断特别有挑战。电流的中断和出现的开关电弧的灭除通常通过延长电弧柱的长度和/或提高每单位长度的功率转换来实现。然而气密地封装的开关设备或直流电压开关的切断能力在电流大小和欧姆-电感时间常数方面受限,其中,限制的因素尤其是热容量,因为须热吸收电弧中的电功率。
在低压范围内该问题经常由此来解决,即直流电压开关不被气密封装。由此可导出热气。这样的解决方案例如在文件DE3541514C2中公开。
由文件DE69018432T2已知一种在装备有用于灭弧气体的双重冷却装置的绝缘材料壳体中的多极的低压功率开关,其被绝缘材料中间壁分成多个内部隔间。这些隔间分别与电极中的一个相关联并且分别包括可分的触点对、用于使在所述触点分离时拉出的电弧去离子的灭弧板组以及装备有第一气体冷却装置的用于灭弧气体的出口。在此,所有出口都通到各个极共同的腔中,该腔通过排气孔与环境介质相连。第二冷却装置被置入出口与排气孔之间气体的流动通道中。
从论文“fürdasSchaltenvonhohenGleichspannunginEnergiesystemenundelektrischangetriebenenFahrzeugen”(VDE研讨会:Gleichspannung-KontaktverhaltenundSchaltenbeiU>300VDC,Dr.MatthiasKroeker等,TycoElectronics,2010年9月7日)中已知一种用于高压车载电网的这种类型的直流电压开关,其包括壳体、至少两个固定触点和可动触点,其中,固定触点的相应第一接触区域从壳体中伸出而固定触点的相应第二接触区域布置在带有可动触点的壳体的开关室内,其中,壳体被气密地封装。通过使其功率转换提高到超过驱动功率,实现出现的部分电弧的灭弧。为了该目的,将产生的电弧电压提高到驱动的电源电压之上并保持,直到系统电流被强制至0A并且耗尽在电路的电感中所存储的能量。
发明内容
本发明技术问题在于提供一种用于高压车载电网的直流电压开关,其具有改善的切断特性。
该技术问题的解决方案通过一种具有权利要求1的特征的直流电压开关得出。本发明的另外有利的设计方案由从属权利要求得出。
用于高压车载电网的直流电压开关包括壳体、至少两个固定触点和可动触点,其中,固定触点的相应第一接触区域从壳体中引出。固定触点的相应第二接触区域布置在具有可动触点的壳体的开关室中。在此,外壳被气密地封装。在开关室之上布置有冷却室,其通过间壁与开关室分开,其中,间壁具有至少一个排出孔和进入孔。这引起三个正面影响开关特性的效果。一方面通过附加的冷却室提高直流电压开关的热容量。附加地实现从开关室中提高的热能导出并且最后可通过合适地选择排出孔和进入孔在开关室内产生自激的气体流动,其将电弧压向壳体壁的方向。这引起直流电压开关的改善的开关特性。在此,高压车载电网例如具有大于300V的直流电压。
在一实施形式中,在冷却室中布置有至少一个冷却体,其与固定触点中的至少一个热连接。由此从热气体中还更多地夺取热量并且通过固定触点从壳体中导出。在此,冷却体还可与两个固定触点连接或者但是冷却体仅与壳体连接,那么通过壳体导出热量。同样可将两个措施相结合。优选地设置有多个冷却体、例如四个冷却体,其中,那么例如两个半壳状的冷却体分别与一固定触点相关联。
在另一实施形式中,该至少一个排出孔布置在固定触点与壳体内壁之间。优选地,在此直流电压开关具有多于一个排出孔。例如,直流电压开关具有四个排出孔,其中,分别两个与一固定触点相关联。通过在壳体内壁的区域中的应用,排出孔位于最热的气体出现的区域中。在此排出孔可成锥形,其中,在开关室侧上的直径大于在膨胀室侧上的直径。例如,排出孔可具有Laval喷嘴的形式。Laval喷嘴是一种具有首先会聚的且接着散开的横截面的流动机构,其中,从一部分至另一部分的过渡逐渐地实现。在此,横截面在每个部位处是圆形。也可在排出孔中布置阀,以辅助定向的气流。
在另一实施形式中,该至少一个进入孔布置在固定触点之间。由此使被冷却的气体流到电弧中,这支持其向壳体壁的方向膨胀。相应地也可设置有多于一个、例如四个进入孔。进入孔也可锥形地或者以Laval喷嘴的形式来构造并且/或者具有阀。在锥形构造的情况下,在膨胀室侧上的直径优选地大于在开关室侧上的直径。
在另一实施形式中,在壳体中作为气体的是氢气或氮气。氢气提供在电弧中高能量吸收的优点、然而限制触点材料的选择并且在气密密封方面提出较高挑战。氮气在操纵中更简单并且实现在材料选择方面更大的自由度,例如对于触点用银代替铜。
在另一实施形式中,壳体由陶瓷、例如由氮化铝制成。在此,壳体也可仅部分地由陶瓷构成,其中,壳体优选地由统一的材料构成。陶瓷相对于塑料的优点是,陶瓷更耐火,即不会由于电弧导致烧损。另一优点是在通常情况中相对于塑料更好的导热能力。但是原则上壳体也可由塑料构成。
在另一实施形式中,该冷却体或多个冷却体由铜制成,其中,那么固定触点优选地也由铜制成。在此,可通过导热胶使冷却体和触点良好地热接触。
备选地,该冷却体或多个冷却体由导热的、然而不导电的陶瓷来构造。
该或多个冷却体可如已实施的那样在此与壳体热连接,其中,其可仅与壳体连接或者还附加地与固定触点相连接,这提高散热。
在另一实施形式中,在壳体上在固定触点的第一接触区域之间布置有绝缘板,以防止飞弧。
原则上也可在壳体外壁处布置永磁体,其产生辅助的磁场。
附图简述
接下来根据优选的实施例来详细阐述本发明。其中:
图1显示了直流电压开关的透视图,
图2显示了直流电压开关的横截面图,其中,剖线延伸通过两个固定触点,
图3显示了剖示图,其中,剖面在固定触点之前延伸,
图4显示了直流电压开关的透视性的斜示图以及
图5显示了该直流电压开关的透视性的正视图。
具体实施方式
在图1中示出在组装状态中的直流电压开关1,其包括壳体2,从壳体2中伸出两个固定触点4的两个第一接触区域4a。壳体2构造成三件式并且具有下部2a、中部2b和上部2c。在第一接触区域4a之间布置有绝缘板3,其以虚线示出。下部2a、中部2b以及上部2c例如被拧紧,这通过孔5来表示。此处壳体部件的连接构造成使得壳体2被气密地封装。
如在图2和3中所示,除了这两个固定触点4之外,直流电压开关1还具有可动的触点6,其布置在固定触点4之下。可通过未示出的弹簧使可动触点6向固定触点4的方向运动,使得可动触点6接触固定触点4的第二接触区域4b。在此,可动触点6的运动通过在下部2a和上部2c中的引导元件7、8来引导。在第二接触区域4b之上布置有间壁9。在此在间壁9之下构造开关室10而在间壁9之上构造冷却室11。开关室10和冷却室11通过排出孔12和进入孔13相连。这里,以虚线表示的排出孔12位于固定触点4与壳体内壁2d之间并且锥状地来构造。这里,排出孔12构造成平截锥形并且过渡到成柱状的孔中,其中,较大的直径处于开关室10的侧上。进入孔13处于固定触点4之间,其中,精确的位置可在图4中特别良好地识别出。进入孔13也构造成锥状,其中,其较大的直径是在冷却室11的侧上。备选地,排出孔12和/或进入孔13可具有Laval喷嘴的形状。此外,在冷却室11中布置有冷却体14,其例如借助于导热胶与固定触点4热连接。这里,冷却体14构造成半壳状,其中,其略微不对称。在开关室10和膨胀室11中是气体,例如氢气或氮气。
现在如果将在可动触点6与固定触点4的第二接触区域4b之间的固定接触打开,则产生电弧。在此,该电弧须吸收在电感负载中存储的能量。由于气体的离子化导致电流,其产生磁场。该磁场指向壳体内壁2d的方向,这在图2中以虚线示出。使被加热的且离子化的气体分子即向壳体内壁2d的方向运动,在那里建立过压,其通过从排出孔12流出被消除。这里,引导元件8在开关室10中将流动分成至左边的和至右边的壳体内壁2a,使得它们不互相干扰影响。
在冷却室11中,热气体流过冷却体14并且发出热量到冷却体处,以便然后通过进入孔13流回,因为在那里压力较低。在此,气体的回流附加于磁场将在开关室10中的气体压向壳体内壁2d的方向。由冷却体14吸收的热量那么通过固定触点4被从壳体2中导出。因此从电弧夺去能量并且使其熄灭。
在图4和5中示出不带中部2b和上部2c的直流电压开关1,其中,附加地移除两个冷却体14,使得能够辨识出前面的排出孔12和进入孔13,其中,后面的排出孔12和进入孔13被后面的冷却体14遮盖。另外能够辨识出用于引导元件8的缝隙15。这里,排出孔12和进入孔13相对于固定触点4略微前置(或对于不可见的来说后置)。这里应注意的是,图4和5中的冷却体14在其构造上与图2和3中的冷却体14不同。

Claims (9)

1.一种用于高压车载电网的直流电压开关(1),其包括壳体(2)、至少两个固定触点(4)和可动触点(6),其中,所述固定触点(4)的分别第一接触区域(4a)从所述壳体(2)中伸出而所述固定触点(4)的分别第二接触区域(4b)布置在具有所述可动触点(6)的所述壳体(2)的开关室(10)中,其中,所述壳体(2)被气密地封装,其特征在于,
在所述开关室(10)之上布置有冷却室(11),其通过间壁(9)与所述开关室(10)分开,其中,所述间壁(9)具有至少一个排出孔(12)和至少一个进入孔(13)。
2.根据权利要求1所述的直流电压开关,其特征在于,在所述冷却室(11)中布置有至少一个冷却体(14),其与所述固定触点(4)中的至少一个和/或所述壳体(2)热连接。
3.根据权利要求1或2所述的直流电压开关,其特征在于,至少一个所述排出孔(12)布置在固定触点(4)与壳体内壁(2d)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的直流电压开关,其特征在于,至少一个所述进入孔(13)布置在所述固定触点(4)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的直流电压开关,其特征在于,在所述壳体(2)中是氢气或氮气。
6.根据前述权利要求中任一项所述的直流电压开关,其特征在于,所述壳体(2)由陶瓷制成。
7.根据权利要求2到6中任一项所述的直流电压开关,其特征在于,所述冷却体(14)由铜制成。
8.根据权利要求2到6中任一项所述的直流电压开关,其特征在于,所述冷却体(14)由能导热的陶瓷构成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的直流电压开关,其特征在于,在所述壳体(2)上在所述固定触点(4)的第一接触区域(4a)之间布置有绝缘板(3)。
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