CN107251272B - 具有热绝缘的开关和热绝缘结构的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置（1），其带有热绝缘的开关（300）和用于构造穿过热绝缘结构（100）、（200）的电的线路穿引部的热绝缘结构（100）、（200）。在此，热绝缘结构（100）、（200）将内室（5）与外部空间（4）热绝缘，其中，该装置（1）在内室（5）的侧部上具有内部的联接器件（500）、（501）、（502）以及在外部空间（4）的侧部上具有外部的联接器件（400）、（401）、（402），内部的联接器件和外部的联接器件能通过开关（300）导电地连接。在此按照本发明规定，装置（1）具有用于控制热绝缘的开关（300）的控制单元（600），可以由该控制单元（600）检测流过开关（300）的电流，开关（300）能这样被所述控制单元（600）控制，使得开关（300）仅在基本上无电流的状态下才能被操纵，且开关（300）这样布置在热绝缘结构（100）、（200）中，使得通过该开关（300）在打开的状态中实现了在所述内部的联接器件（500）、（501）、（502）与所述外部的联接器件（400）、（401）、（402）之间的热绝缘。本发明此外还涉及一种热绝缘的电化学的电池组和用于控制该热绝缘的电池组的电池组管理系统，其中，热绝缘的电池为了构造穿过热绝缘结构（100）、（200）的线路穿引部而具有热绝缘的开关（300）。

Description

具有热绝缘的开关和热绝缘结构的装置

技术领域

本发明涉及一种装置，该装置具有热绝缘的开关和热绝缘结构，该装置用于构造穿过热绝缘结构的电的线路穿引部，尤其用于将热绝缘的电化学的电池组与用电设备电连接。本发明此外涉及热绝缘的电化学的电池组和用于控制热绝缘的电池组的电池组管理系统，其中，热绝缘的电池组为了构造穿过热绝缘结构的线路穿引部而具有热绝缘的开关。

背景技术

有低电阻的电导体通常也具有低的热阻。若电导体导引穿过热绝缘结构，那么有低的导热性的热绝缘的材料至少逐点地被有高的导热性的电导体中断，因而生成了热桥。在此，电导体的线路横截面越大，通过这种热桥的热损失就越大。不期望的热损失或热交换的问题因此随着线路横截面的增大而增加。在需要很大的线路横截面以便能够输送很大的电流的情况下，也预期会有很大的热损失。与是否流过电流无关的是，一旦在热绝缘结构的侧部之间存在热差，那么就产生了在热损失中表现出来的热流。

针对这种情形的示例是热绝缘的高温电池组的运行。在高于周边环境温度的温度中运行的电池组，例如带有聚合物电解质的LiS电池组中，通过电导体流失的除了电能外还有形式为热量的能量。若运行电池组所需的热量由电池组本身产生，那么补偿热损失所需的能量减小了能够提供给用电设备的电能。

在电池组的常见的放电期间无法避免这种能量损失，其中，在恰当地选择线路横截面时，基于热流的能量损失相对于基于电流的能量取用通常是可以忽略的。但若放电在此期间被中断，如在电动车辆中那样的情况，那么基于热量损失的能量损失会引起电池组容量的几个百分点的损失。

为了减少在电化学的单元的绝缘套的区域中的电的输入线路的热流，由DE10321132 A1已知一种在穿过绝热结构的通路的区域中的隔离开关，通过该隔离开关可以中断电连接以及降低在输入线路的区域中的传热。

发明内容

按照本发明规定了一种装置，该装置带有热绝缘的开关和热绝缘结构，以用于构造穿过热绝缘结构的电的线路穿引部，尤其用于将热绝缘的电化学的电池组与用电设备电连接，其中，热绝缘结构将内室与外部空间热绝缘，装置在内室的侧部上具有内部的联接器件，装置在外部空间的侧部上具有外部的联接器件，并且所述开关在已闭合的状态下将内部的联接器件与外部的联接器件导电地连接起来以及在打开的状态中将内部的联接器件与外部的联接器件电分离，其中，所述装置具有用于控制热绝缘的开关的控制单元，由该控制单元能检测流过开关的电流，所述开关能这样被所述控制单元控制，即，使得该开关仅在基本上无电流的状态下才能操纵，且该开关被这样布置在热绝缘结构中，即，使得通过该开关在打开的状态中实现了在内部的联接器件和外部的联接器件之间的热绝缘。

这种装置具有这样的优势，即，仅当开关闭合时，才能基本上实现通过由该装置构成的线路穿引部的散热。在不需要电流的时间点上，可以打开开关，因而可以基本上停止散热。此外，该装置还提供了这样的优势，即，布置在热绝缘结构中的开关不会在负荷下被操纵，因而不会产生火花或电弧，热绝缘装置可能由于所述火花或电弧而燃烧。作为另外的优势，开关的触头被保护不会熔焊或烧损以及因此不会快速磨损。

在本发明的一种有利的设计方案中，内部的联接器件和/或外部的联接器件至少部分进入热绝缘结构中。这种设计方案提供这样的优势，即，开关可以这样布置，使得这个开关布置成被热绝缘结构包围。开关有利地这样布置在热绝缘结构中，使得在开关和内室和/或外部空间之间局部布置着热绝缘结构。这种设计方案提供了这样的优势，即，热桥不仅通过开关的触头，而且也通过作为构件或组件的开关被阻止。换句话说，开关，也作为构件或组件，有利地这样布置在热绝缘结构中，即，使得这个开关不会在任何部位中断热绝缘结构，而是更确切地说完全被热绝缘结构包围。

此外，热绝缘结构有利地具有内壁和外壁以及布置在它们之间的间隙。在此，这个间隙有利地构造成自由空间。这种设计方案提供了这样的优势，即，开关可以布置在所述间隙中。因此开关可以例如作为经闭合的构件与包围开关的壳体完全布置在内壁和外壁之间。这种设计方案提供了这样的优势，即，开关可以布置在热绝缘结构内部，而不必例如由于减小了热绝缘结构的壁厚而削弱热绝缘结构。开关在此被这样布置，使得无论是在开关和内室之间还是在开关和外部空间之间都布置着热绝缘结构。以这种方式就不会使开关本身例如基于导热的壳体而构造热桥。

内部的联接器件有利地导引穿过内壁和/或外部的联接器件导引穿过外壁。这种设计方案允许极大幅度地降低对热绝缘结构的削弱。若热绝缘结构的几何形状的特征在于其面朝内室或外部空间的面以及它的壁厚，那么面的中断能够局限于联接器件的横截面。

有利地在间隙内构造有局部真空。通过局部真空或低压真空最大程度地禁止基于在内壁和外壁之间的导热而同样如在打开的状态中的开关的触头之间的热传递。

布置在热绝缘结构中或内的开关能由控制单元控制。这种通过控制单元进行的控制会要求将控制信号转达给开关，转达通常通过信号线路完成。为了将经由同样导引穿过热绝缘结构的信号线路的传热保持得很小或避免这种传热，控制单元有利地布置在热绝缘结构外的一个区域中。控制单元有利地布置在外部空间中。因为控制单元除了用于控制所述开关的信号线路外通常还具有其它的信号线路，例如用于检测闭合开关的请求或者用于检测流过开关的电流，所以控制单元在外部空间中的布置允许了将有待导入到热绝缘结构中的信号线路的数量以及因此经由信号线路的热量损失保持在很小。

对于操纵所述开关所需的能量能够有利地通过控制单元来输入。对于操纵所述开关所需的能量通过控制单元来输入，例如为了操控形式为继电器的开关，允许了将信号线路和供应线路的数量保持在很小。

此外，开关有利地设计成多极的。为了构造经闭合的电回路，需要多个单极的线路穿引部或至少一个多极的线路穿引部。开关优选是双极的，例如构造用于闭合大电流-电回路。在一种有利的设计方案中，所述开关设计成梯形或锥形且具有若干开关触头，开关触头沿着锥体或梯形布置。开关的梯形的或锥形的结构，允许了多个也大面积设计的极的沿着锥体的旋转轴线的级联，在开关的梯形的或锥形的结构中，两个接触面彼此对置地布置在外锥体上，以及在开关的梯形的或锥形的结构中，桥式触头这样布置在内锥体上，即，使得在内锥体导入到外锥体中时，外锥体的触头能通过桥式触头电连接。在此，这种设计方案具有这样的优势，即，在内锥体沿着旋转轴线的平移运动中，在内锥体和外锥体之间产生了一条在其宽度上能改变的缝隙，该缝隙不仅确保了电绝缘，而且也确保了热绝缘。这在梯形的结构中也相应适用。

开关此外有利地具有效果器和执行器，它们通过支柱相互连接。通过例如将支柱设计成热绝缘的，这种设计方案允许了在效果器和执行器之间的额外的热绝缘。

因此例如在梯形或锥形构造的开关中，用作执行器的磁线圈可以通过热绝缘设计的支柱与和该支柱连接的且用作效果器的内锥体热绝缘。

开关可以例如备选地具有能电磁地触发的倾斜机构或能通过驱动器转动的盘，在该盘中，由于盘的转动，例如布置在该盘的圆周处的触头能够通过一个布置在盘上的桥而电连接。

按照本发明还规定了一种热绝缘的电化学的电池组和一种用于控制热绝缘的电池组的电池组管理系统，其中，热绝缘的电池组具有上述按照本发明的装置，该装置带有热绝缘的开关和热绝缘结构，以用于构造穿过热绝缘结构的电的线路穿引部以使电池组与用电设备电连接，其中，热绝缘的电池组具有蓄能器，该蓄能器布置在被热绝缘结构包围的内室内，其中，该蓄能器在内室中与内部的联接器件连接，其中，热绝缘的电池组在开关的闭合的状态下能通过外部的联接器件充电和/或放电，以及其中，控制单元的功能能够通过电池组管理系统实施。在此，有利地这样来设置电池组管理，使得仅在基本上无电流的状态下才操纵开关。

这种例如可以设计成带有聚合物电解质的LiS电池组以及尤其设计成车辆电池组的电池组，具有这样的优势，即，它在静止模式中，也基本上不会通过穿过热绝缘结构的线路穿引部丢失热量，其中，所述电池组在静止模式中不用或基本上不用电流放电。由此可以在使用到电动车辆中时每天节省直至几个百分点的必然用来补偿热量损失的电池组容量。此外，可以通过电池组管理以有利的方式施加开关的控制。此外，通常可供电池组管理系统使用的用于电流检测的器件，可以以有利的方式使用于：超过其常见的使用，这样来操纵开关，即，使得开关的操纵仅在基本上无电流的状态下进行，因而可以排除热绝缘结构基于火花形成的点燃。因此不仅有利地避免了触头的熔焊或烧损，而且阻止了包围开关的热绝缘结构的点燃以及因此消除了燃烧风险。

接下来参考所附的附图借助优选实施方式更加详细地阐释本发明。

图示：

图1示出了按现有技术的、带有在热绝缘结构中的开关的装置；

图2示出了按本发明的装置的第一个实施例，带有在热绝缘结构内部的热绝缘的开关以及带有用于操纵该开关的控制单元；

图3示出了按本发明的装置的第二个实施例，在该装置中，热绝缘结构设计有内壁和外壁；

图4示出了按本发明的装置的第三个实施例，在该装置中，热绝缘结构设计有内壁和外壁，开关布置在所述壁之间，以及其中，该开关具有锥形的结构形式。

图1作为现有技术示出了在热绝缘的电化学的单元的电的输入线路或联接器件401、501处的、设计成隔离开关的开关300，其中，开关300在电的输入线路或联接器件401、501的通路的区域中通过热绝缘结构100分开电的输入线路或联接器件401、501以及除了中断电连接外也大幅减小了通过电的输入线路的热流。

图2示出了按本发明的装置1的第一个实施例，带有在热绝缘结构100内部的热绝缘的开关300以及带有用于操纵该开关300的控制单元600。在图2中示出的装置1用于构造穿过热绝缘结构100的电的线路穿引部，如其例如用于将热绝缘的电化学的电池组与用电设备电连接必需的那样。在此，热绝缘结构100将内室5与外部空间4隔离。装置1在内室5的侧部上具有内部的联接器件501以及在外部空间4的侧部上具有外部的联接器件401。开关300在经闭合的状态中将内部的联接器件501与外部的联接器件401导电地连接起来，在开关300的打开的状态下，内部的联接器件501与外部的联接器件401电分离。

装置1具有用于通过第一信号线路602控制热绝缘的开关300的控制单元600，其中，流过开关300的电流可以通过测量器件603和第二信号线路601由控制单元600检测。开关300可以通过第一信号线路602这样被控制单元600控制，使得仅在基本上无电流的状态下才能操纵开关300。此外，开关300这样布置在热绝缘结构100中，使得通过该开关300在打开的状态中实现了在内部的联接器件501和外部的联接器件401之间的热绝缘。

此外，内部的联接器件501和外部的联接器件401至少部分进入到热绝缘结构100、200中。开关300这样布置在热绝缘结构100中，使得在开关300和内室5之间以及在开关300和外部空间4之间布置有热绝缘结构100。开关300由此完全被热绝缘结构100包围，因而即使通过开关的300的壳体或开关300作为单元也不会构成热桥。

图3示出了按本发明的装置1的第二个实施例。在图3中示出的实施例基本上对应之前所说明的在图2中示出的实施例。

与前面的实施例不同的是，在这个实施例中，热绝缘结构200具有内壁205和外壁204以及布置在其间的间隙。内部的联接器件501被导引穿过内壁205以及外部的联接器件401被导引穿过外壁204。在内壁205和外壁204之间的间隙设计成自由空间，也就是说，没有绝缘材料。开关300布置在这个间隙中，所述开关否则的话除了联接器件501、401和第一信号线路602外为了改善热绝缘还具有一个局部真空。

控制单元600布置在外部空间4中的热绝缘结构200外的一个区域中。对于操纵所述开关300所需的能量能够通过控制单元600经由第一信号线路602输送给开关300。

图4示出了按本发明的装置1的第三个实施例，在该装置中，热绝缘结构200设计有内壁205和外壁204，开关300布置在壁204、205之间，以及其中，开关300具有锥形的结构形式。除了开关300的结构形式外，在图4中示出的实施例基本上对应之前所说明的、在图3中示出的实施例。除了开关300的结构形式外，图4与图3的区别在于，用于检测流过开关300的电流的测量器件与外部的联接器件400、401、402整合地设计。内部的联接器件500、501、502以及外部的联接器件400、401、402针对各两个极进行设计。

在图4中示出的开关300构建成锥形且具有若干开关触头，所述开关触头沿着锥体布置。锥形构建的开关300设计成双极式且允许了将内部的联接器件501、502与外部的联接器件401、402连接起来，或将这些联接器件这样彼此分离，从而确保了热绝缘。

为此，内部的联接器件501、502以及外部的联接器件401、402在它们各自的端部处具有扁平的触头，这些触头按照它们的形状彼此对置地布置在外锥体上。两个桥式触头301和302被这样布置在内锥体上，即，使得在将内锥体导入到外锥体中时，外锥体的触头能够通过桥式触头301和302电连接。触头设计成扁平的，因而在开关300闭合时产生了很大的接触面积以便基本上无损失地导通大电流。

触头沿着锥体的旋转轴线的布置既允许了构造扁平的触头，也允许了级联。在内锥体沿着所述旋转轴线的平移式运动306中，在内锥体和外锥体之间产生了在其宽度中可以变化的缝隙，该缝隙不仅确保了电绝缘，而且也确保了热绝缘。

开关300具有形式为桥式触头301、302的效果器以及形式为磁线圈305的执行器，它们通过支柱303、304相互连接。

Claims (12)

1.一种具有热绝缘的开关（300）和热绝缘结构（100、200）的装置（1），该装置用于构造穿过热绝缘结构（100、200）的电的线路穿引部，其中，所述热绝缘结构（100、200）将内室（5）与外部空间（4）热绝缘，所述装置（1）在所述内室（5）的侧部上具有内部的联接器件（500、501、502），所述装置（1）在所述外部空间（4）的侧部上具有外部的联接器件（400、401、402），且所述开关（300）在经闭合的状态中将所述内部的联接器件（500、501、502）与所述外部的联接器件（400、401、402）导电地连接以及在打开的状态中将所述内部的联接器件（500、501、502）与所述外部的联接器件（400、401、402）电分离，其特征在于，

所述装置（1）具有用于控制热绝缘的开关（300）的控制单元（600），能够由该控制单元（600）检测流过所述开关（300）的电流，所述开关（300）能够这样被所述控制单元（600）控制，即，使得所述开关（300）仅在基本上无电流的状态下才能被操纵，且所述开关（300）这样布置在所述热绝缘结构（100、200）中，即，使得通过该开关（300）在打开的状态中实现了在所述内部的联接器件（500、501、502）与所述外部的联接器件（400、401、402）之间的热绝缘。

2.按照权利要求1所述的装置（1），其特征在于，所述内部的联接器件（500、501、502）和/或外部的联接器件（400、401、402）至少部分进入到所述热绝缘结构（100、200）中。

3.按照前述权利要求任一项所述的装置（1），其特征在于，所述开关（300）这样布置在所述热绝缘结构（100、200）内，即，使得在所述开关（300）和所述内室（5）和/或所述外部空间（4）之间部分布置着所述热绝缘结构（100、200）。

4.按照权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述热绝缘结构（200）具有内壁（205）和外壁（204）以及布置在它们之间的间隙。

5.按照权利要求4所述的装置（1），其特征在于，内部的联接器件（500、501、502）被导引穿过所述内壁（205），和/或外部的联接器件（400、401、402）被导引穿过所述外壁（204）。

6.按照权利要求4所述的装置（1），其特征在于，开关（300）布置在所述间隙中。

7.按照权利要求4所述的装置（1），其特征在于，在所述间隙中构造有局部真空。

8.按照权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述开关（300）构造成多极的。

9.按照权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述开关（300）构造成梯形的或锥形的且具有开关触头，所述开关触头沿着锥体布置。

10.按照权利要求1所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）用于将热绝缘的电化学的电池组与用电设备电连接。

11.一种热绝缘的电化学的电池组，其中，所述电池组具有按照前述权利要求中任一项所述的装置（1），该装置具有热绝缘的开关（300）和热绝缘结构（100、200），以用于构造穿过热绝缘结构（100、200）的电的线路穿引部以将电池组与用电设备电连接，其中，所述电池组具有蓄能器，该蓄能器布置在被热绝缘结构（100、200）包围的内室（5）内，其中，该蓄能器在所述内室（5）中与内部的联接器件（500、501、502）连接，

其中，所述电池组在开关（300）的经闭合的状态中能通过外部的联接器件（400、401、402）充电和/或放电，以及其中，所述控制单元（600）的功能能够通过电池组管理系统实施。

12.一种用于控制热绝缘的电池组的电池组管理系统，其中，所述热绝缘的电池组具有按照权利要求1到10中任一项所述的装置（1），该装置具有热绝缘的开关（300）和热绝缘结构（100、200），以用于构造穿过热绝缘结构（100、200）的电的线路穿引部以将电池组与用电设备电连接，其中，所述热绝缘的电池组具有蓄能器，该蓄能器布置在被热绝缘结构（100、200）包围的内室（5）内，其中，该蓄能器在所述内室（5）中与内部的联接器件（500、501、502）连接，

其中，所述热绝缘的电池组在开关（300）的经闭合的状态中能通过外部的联接器件（400、401、402）充电和/或放电，以及其中，所述控制单元（600）的功能能够通过所述电池组管理系统实施。

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