CN117954239A - 开关单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关单元，其具有：第一接头和第二接头，第一接头和第二接头能够相应地进行电接触；至少一个半导体元器件，其与第一接头和第二接头电连接；框架，在所述框架中布置半导体元器件；护盖，所述护盖与框架分开构造并且能够放置到框架上，在护盖之中或之上布置有安全开关电路，其中，半导体元器件设立用于检测控制信号并根据控制信号建立和中断第一接头和第二接头之间的电连接，其中，安全开关电路设立用于保护半导体元器件免受负荷峰值的影响，并且其中，在框架上构造接触元件，并且在护盖上构造配对接触元件，以便在护盖放置到框架上时，使半导体元器件与安全开关电路电连接。

Description

开关单元

技术领域

本发明涉及一种开关单元。该开关单元尤其能够在车辆中用于将高压存储器从车载电网断开。

背景技术

从现有技术已知的是，在电动车辆中，高压存储器在存在功能故障时必须从车载电网断开。为此，通常使用接触器或继电器。它们通常对电压峰值不敏感。然而，还有一些借助于半导体开关来实现将高压存储器从车载电网断开的解决方案，其能够实现更快的切换并且需要更小的构造空间。

US2012/013178 A1示出了用于电动车辆的电池断开单元的结构。

US2016/264080 A1示出了一种电池断开单元。

发明内容

根据本发明的开关单元能够容易地制造并且能够实现可靠地切换，尤其用于将高压存储器从车载电网断开。为此使用半导体元器件，该半导体元器件通过安全开关电路得到保护以免受负荷峰值的影响。

开关单元具有第一接头和第二接头，其中第一接头和第二接头能够相应地进行电接触。第一接头和第二接头用于将开关单元连接到其他元件，其中设置的是，开关单元建立和断开第一接头和第二接头之间的电连接。因此，第一接头和第二接头能够视为开关的触点。

此外，设置至少一个半导体元器件，其与第一接头和第二接头电连接。优选地通过键合来实现电连接。此外，半导体元器件设立用于检测控制信号并且根据所述控制信号建立和中断第一接头和第二接头之间的电连接。因此，控制信号是用于调设开关单元的开关状态的开关信号。通过使用半导体元器件，能够快速且可靠地执行开关过程。此外，通过半导体元器件使开关单元所需的构造空间最小化。

此外，开关单元具有框架以及与所述框架分开构造的并且能够放置到框架上的护盖。在所述框架中布置有半导体元器件。在护盖中或护盖上布置安全开关电路，该安全开关电路用于保护半导体元器件以免受负荷峰值、尤其是电压峰值的影响。

设置的是，在框架上构造接触元件，并且在护盖上构造配对接触元件，以便在护盖放置到框架上时，使半导体元器件与安全开关电路电连接。因此，尤其能够容易地提供安全开关电路并且也容易地与半导体元器件电连接。只须将护盖放置到框架上。此外，母线尤其以导电的方式例如通过焊接来连接。

因此，开关单元尤其模块化地构造。优选地能够存在各种不同的护盖，它们在安全开关电路的设计方面不同，从而在制造开关单元时能够选择相适配的护盖。

此外，护盖能够实现避免或减少泄漏电流。此外，利用护盖能够确定开关单元内的自由空间。

从属权利要求示出了本发明的优选改型方案。

优选地设置的是，接触元件分别具有相对于框架突出的接触区域。所述接触区域在护盖布置在框架上时与配对接触元件之一接触。由此能够容易地建立半导体元器件和安全开关电路之间的电连接。

有利地，第一接头与第一接触元件一体地构造。替代地或附加地，第二接头与第二接触元件一体地构造。因此，第一接头和/或第二接头能够直接地与安全开关电路建立电连接。此外，这种设计方案能够实现对开关单元的接触元件的简化操作。

优选地设置的是，护盖具有开口。在开口中布置安全开关电路。因此，能够容易地安装安全开关电路并且将其可靠地紧固在护盖上。护盖能够以节省空间的方式构造并且因此以节省空间的方式放置在框架上。

护盖优选地具有至少一个肋片。所述肋片使两个半导体元器件能够彼此分隔开。这降低了在半导体元器件发生热反应时其他部件损坏的风险。此外，所述肋片能够实现护盖的加固，从而实现稳定的设计。

有利地，第一接头和/或第二接头和/或接触元件和/或配对接触元件设计为金属的母线元件。因此得到机械稳定的布置和较高的载流能力。此外，所提及的部件在这种情况下能够容易且低耗费地制造。

框架优选地填充有电绝缘的填料。所述填料尤其是树脂或凝胶。因此，半导体元器件或其他部件尤其得到保护以免受外部影响。特别有利地，框架充当填料的边界并且尤其完全地用填料填充。在一种有利的设计方案中，填料除了电绝缘作用之外还用于吸收机械力，因此有助于使开关单元稳定。填料也保护部件以免受潜在污染。

此外优选地设置的是，框架和/或护盖由电绝缘材料制成。因此，该开关装置是触摸安全的，因为框架和/或护盖不会造成触电。通过框架和/或护盖还防止了内部短路。所述框架和/或护盖尤其由塑料制成。该开关装置由此具有较小的重量。

优选地设置冷却板，在冷却板上布置半导体元器件和框架。因此，所述冷却板存在于框架的与护盖相对置的一侧上。换言之，框架位于护盖和冷却板之间。冷却板优选用于开关装置内的至少一个半导体元器件的和/或汇流排的散热。因此尤其保证了从开关单元可靠地散热并且避免了开关单元在运行中过热。

此外，本发明涉及一种开关单元的护盖单元。所述护盖单元具有：带有安全开关电路的护盖以及配对接触元件。配对接触元件与安全开关电路电连接。此外设置的是，配对接触元件能够与开关单元的接触元件接触，以便在护盖放置到开关单元的框架上时，使安全开关电路与开关单元的半导体元器件电连接。通过这样的方式，所述护盖单元能够容易且低耗费地提供安全开关电路并且将其与半导体存储器耦合。为了使安全开关电路电连接到半导体元器件，只须将开关单元安装到底座上。

附图说明

下面参考附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：

图1示出根据本发明的一种实施例的开关单元的示意性剖视图；

图2示出根据本发明的实施例的开关单元的示意性分解图；

图3示出根据本发明的实施例的开关单元的示意性等轴图；

图4示出根据本发明的一种实施例的护盖单元的示意图；并且

图5示出了根据本发明的另一种实施例的开关单元的示意图。

具体实施方式

图1示意性示出了根据本发明的一种实施例的开关单元1的剖视图。开关单元1具有第一接头2a和第二接头2b，开关单元1通过第一接头和第二接头能够相应地进行电接触。开关单元1用于建立和中断第一接头2a和第二接头2b之间的电连接。为此，设置至少一个半导体元器件3，该半导体元器件与第一接头2a且与第二接头2b电连接并且承担实际的开关功能。

第一接头2a和第二接头2b优选地设计为母线。因此尤其实现了较高的载流能力。半导体元器件3与第一接头2a以及第二接头2b通过键合连接部(Bondverbindung)13进行连接。

开关单元1具有框架4和护盖5，所述护盖与框架4分开地构造并且能够放置到框架4上。在框架4中布置至少一个半导体元器件3。在护盖5中布置有安全开关电路6，其任务在于针对过电压和/或电干扰对半导体元器件3进行保护。

安全开关电路6例如具有变阻器和/或阻尼电容器和/或阻尼电阻器。

图2示出了护盖5与框架4分离的状态。图3示出了在安装状态(如同开关单元1在运行中的使用状态)中位于框架4上的护盖5。

在该实施例中，开关单元1具有冷却板12。框架4和至少一个半导体元器件3布置在冷却板12上。所述冷却板用于将热量从开关单元1排出。冷却板12和框架4通过这种方式形成碗状的壳体，在其中布置有半导体元器件3。框架4填充有电绝缘的填料11，其中所述填料11尤其是树脂或凝胶。因此，所述框架的内部、尤其是碗状的壳体的内部是电绝缘的并且/或者被保护免受外部影响。

在框架4处安装有第一接触元件7a和第二接触元件7b。第一接头2a与第一接触元件7a一体地构造，并且第二接头2b与第二接触元件7b一体地构造。因此接触元件7a、7b也是母线。第一接触元件7a具有第一接触区域9a并且第二接触元件7b具有第二接触区域9b。接触区域9a、9b分别相对于框架4突出。母线的布置方式能够根据相应现有的构造空间进行调整。

在护盖5处安装有第一配对接触元件8a和第二配对接触元件8b。配对接触元件8a、8b优选也设计为金属的母线元件。如果护盖5放置在框架4上，则第一接触区域9a与第一配对接触元件8a接触，并且第二接触区域9b与第二配对接触元件8b接触。通过这样的方式，在第一接头2a和第一配对接触元件8a之间以及在第二接头2b和第二配对接触元件8b之间形成电接触。配对接触元件8a、8b与安全开关电路6电连接。如果护盖5放置在框架4上，则安全开关电路6由此与半导体元器件3并联连接。如果设置有多个半导体元器件3，则要么一个安全开关电路6与多个半导体元器件3并联连接，要么在护盖6中存在多个安全开关电路6，它们分别单独地与半导体元器件3的其中一个半导体元器件并联布置。

半导体元器件3设立用于检测控制信号并且根据所述控制信号来建立或中断第一接头2a和第二接头2b之间的电连接。如果出现电压峰值，则能够导致半导体元器件3损坏。因此，安全开关电路6设立用于保护半导体元器件3免受负荷峰值的影响，方法是：安全开关电路将电压峰值滤除。

通过将安全开关电路6安装在护盖5中，安全开关电路6能够以容易且低耗费以及节省空间的方式集成到开关单元1中。半导体元器件3一方面在机械上通过护盖得到保护、尤其也被屏蔽以免受电磁场影响，另一方面也在电气上通过集成到护盖5中的安全开关电路6得到保护以免受电压峰值影响。

在示出的实施方案中，护盖5具有开口10。在该开口10中布置安全开关电路6。因此，以容易且节省空间的方式构造了带有安全开关电路6的护盖5。护盖5和框架4尤其由塑料制成、例如通过注塑制成。尤其设置的是，接触元件7a、7b通过框架4的塑料进行部分地注塑包覆。配对接触元件8a、8b优选通过护盖5的塑料进行部分地注塑包覆。尤其能够将一个唯一的母线用于两个配对接触元件8a、8b(其用塑料部分地注塑包覆)，以便形成护盖的形状。通过从塑料中冲裁出一部分以用于形成开口10(由此也去除了一部分母线)，母线被分成两部分：第一配对接触元件8a和第二配对接触元件8b。

图4示出了根据本发明的一种实施例的护盖单元5a。护盖单元5a能够放置在如前所述的框架4上，以便形成如前所述的开关单元1。

护盖单元5a具有护盖5，在该护盖上安装有安全开关电路6和配对接触元件8a、8b，其中，配对接触元件8a、8b与安全开关电路6电连接。在此设置的是，配对接触元件8a、8b能够与开关单元1的接触元件7a、7b接触。通过这样的方式，在护盖单元5a、尤其是护盖5放置到开关单元1的框架4上时，安全开关电路6与开关单元1的半导体元器件3电连接。

图5示意性示出了一种设计方案，其中护盖5具有肋片14。在此设置的是，设置多个半导体元器件3，它们由同一框架4包围并且由同一护盖5遮盖。肋片14用于将半导体元器件3分隔开。以此，尤其实现了半导体元器件3的隔离，这降低了在半导体元器件3发生热反应的情况下损坏其他部件的风险。此外，肋片14使护盖5得到加固，从而实现稳定的设计。

Claims (10)

1.一种开关单元(1)，其具有：

·第一接头(2a)和第二接头(2b)，所述第一接头和所述第二接头能够相应地进行电接触，

·至少一个半导体元器件(3)，其与所述第一接头(2a)和所述第二接头(2b)电连接，

·框架(4)，在所述框架中布置有所述半导体元器件(3)，

·护盖(5)，所述护盖与所述框架(4)分开地构造并且能放置到所述框架(4)上，在所述护盖中或在所述护盖上布置有安全开关电路(6)，

·其中，所述半导体元器件(3)设立用于检测控制信号并且根据所述控制信号建立和中断所述第一接头(2a)和所述第二接头(2b)之间的电连接，

·其中，所述安全开关电路(6)设立用于保护所述半导体元器件(3)免受负荷峰值的影响，并且

·其中，在所述框架(4)上构造接触元件(7a、7b)，并且在所述护盖(5)上构造配对接触元件(8a、8b)，以便在所述护盖(5)放置到所述框架(4)上时，使所述半导体元器件(3)与所述安全开关电路(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的开关单元(1)，其特征在于，所述接触元件(7a、7b)分别具有相对于所述框架(4)突出的接触区域(9a、9b)，在所述护盖(5)布置在所述框架(4)上时，所述接触区域与所述配对接触元件(8a、8b)的其中一个配对接触元件接触。

3.根据前述权利要求中任一项所述的开关单元(1)，其特征在于，所述第一接头(2a)与第一接触元件(8a)一体地构造，并且/或者所述第二接头(2b)与第二接触元件(8b)一体地构造。

4.根据前述权利要求中任一项所述的开关单元(1)，其特征在于，所述护盖(5)具有开口(10)，在所述开口中布置所述安全开关电路(6)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的开关单元(1)，其特征在于，所述护盖(5)具有至少一个肋片(14)，通过所述肋片将两个半导体元器件(3)彼此分隔开。

6.根据前述权利要求中任一项所述的开关单元(1)，其特征在于，所述第一接头(2a)和/或所述第二接头(2b)和/或所述接触元件(7a、7b)和/或所述配对接触元件(8a、8b)设计为金属的母线元件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的开关单元，其特征在于，所述框架(4)填注有电绝缘的填料(11)，该填料尤其是树脂或凝胶。

8.根据前述权利要求中任一项所述的开关单元(1)，其特征在于，所述框架(4)和/或所述护盖(5)由电绝缘材料、尤其由塑料构造。

9.根据前述权利要求中任一项所述的开关单元(1)，其特征在于冷却板(12)，在所述冷却板上布置所述半导体元器件(3)和所述框架(4)。

10.一种开关单元(1)的护盖单元(5a)，所述护盖单元具有：带有安全开关电路(6)的护盖(5)以及与所述安全开关电路(6)电连接的配对接触元件(8a，8b)，其中，所述配对接触元件(8a、8b)能够与所述开关单元(1)的接触元件(7a、7b)接触，以便在所述护盖(5)放置到所述开关单元(1)的框架(4)上时，使所述安全开关电路(6)与所述开关单元(1)的半导体元器件(3)电连接。