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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Busschienen-Systeme im Automobilbereich, und insbesondere Verbinderanordnungen mit geringer Induktivität für ein automobiles Busschienen-System.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektro- und elektrische Hybrid-Fahrzeuge verwenden oft Hochspannungsquellen wie Batteriepacks oder Brennstoffzellen, die Gleichstrom (DC) liefern, um Fahrzeugmotoren, elektrische Antriebssysteme, und andere Fahrzeugsysteme zu betreiben. Diese Systeme umfassen typischerweise Energiewechselrichter, um von der Energiequelle zugeführte DC-Energie in eine dreiphasige Wechselstrom(AC)-Energie umzuwandeln, die für Elektromotoren und andere elektrische Komponenten geeignet ist. Solche Wechselrichter umfassen im Allgemeinen sowohl Energie- als auch Kondensator-Module, die durch ein Busschienensystem untereinander verbunden sind, welches Strom vom Wechselrichter verteilt. Solche Busschienensysteme umfassen oftmals zwei oder mehr komplex ausgebildete flächige positive und negative Elektroden, die sich für den größten Teil der Busschiene überlappen.
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Überdies wurde bei einigen herkömmlichen Wechselrichtern beobachtet, dass Spannungsspitzen auftreten, wenn durch das Energie-Modul fließende Ströme sich plötzlich ändern, zum Beispiel, wenn der Wechselrichter an- oder ausgeschaltet wird. Die Größen dieser Spannungsspitzen sind, zumindest teilweise, verursacht durch die Induktivität der Busschiene. Insbesondere wird das Verhältnis zwischen Induktivität (L), Strom (i), Spannung (V) und Zeit (t) in Gleichung (1) beschrieben: V = L·(di/dt) (1)
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Diese Gleichung zeigt, dass Spannungsspitzen für Systeme verstärkt sind, die eine hohe inherente Induktivität aufweisen. Das heißt, selbst relativ kleine Änderungen im Strom können relativ große Spannungsspitzen erzeugen, falls die Induktivität hoch ist. Eine Busschiene kann aufgrund der relativ langen Strompfade zwischen seinen verschiedenen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen wesentlich zu der Gesamtinduktivität eines Wechselrichtersystems beitragen.
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Viele Busschienen-Designfaktoren, wie zum Beispiel das Ausmaß des Überlappens zwischen positiver und negativer Elektroden, können die Induktivität eines Busschienen-Systems beeinflussen. Da der Strom in jeder Elektrode in entgegengesetzten Richtungen fließt, reduziert dieses Überlappen in effektiver Weise die Gesamtsystem-Induktivität. Während flächige Designs einen überlappten Strompfad für den Großteil an Fläche zur Verfügung stellen, weisen die verbindenden Elemente, die Strom von einer primären Busschiene zu einem den Strom aufnehmenden Untersystem übertragen, wie zum Beispiel einem Energie-Modul, nicht-überlappende Verbinder-Anordnungen auf. Demgemäß kann der Beitrag solcher Anordnungen zu der Gesamtsystem-Induktivität signifikant sein.
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US 6,024,589 A offenbart ein Verbindungselement zur Kopplung zweier Anschlüsse mit jeweils zwei Kontakten. Die stromführenden Elemente der Verbindungsanordnung verlaufen dabei im Wesentlichen vollständig parallel.
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EP 1 174 992 A2 betrifft eine Kondensatoranordnung, die mit einer Halbleiterschaltung gekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt dabei mittels zweier Streifen auf der Halbleiterschaltung, die mit zwei parallel verlaufenden Metallplatten der Kondensatoranordnung verschraubt sind.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Verbinder-Anordnung mit geringer Induktivität für ein Busschienen-System bereitzustellen, um Spannungsspitzen zu reduzieren, wenn Energie-Module an- oder ausgeschaltet werden. Weiterhin ist es wünschenswert, dass solch eine Verbinder-Anordnung reduzierte Materialkosten und Stückzahlen aufweist, und einfacher in der Montage ist. Weiterhin werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Ansprüche deutlich, und zwar in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorangegangenen Technischen Gebiet und dem Hintergrund.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Verbinderanordnung zum Koppeln einer ersten und einer zweiten Busschiene mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird hiernach in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und:
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1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs ist, welche die Art und Weise darstellt, in welcher ein Energie-Wechselrichter mit einer beispielhaften Verbinder-Anordnung mit verschiedenen Zusatzkomponenten des Fahrzeugs integriert ist;
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2 eine perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Fahrzeug-Energiewechselrichteranordnung mit einer Verbinder-Anordnung mit geringer Induktivität gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
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3 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Verbinder-Anordnung für eine Verwendung mit der in 2. dargestellten Energiewechselrichteranordnung ist;
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4 eine Endansicht der in 3 dargestellten Verbinder-Anordnung ist; und
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5 eine Querschnittsdarstellung der in 3 und 4 gezeigten Verbinderanordnung ist.
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Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform Die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Verbinderanordnung für ein Busschienen-System mit einer reduzierten Induktivität bereit.
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Die Verbinderanordnung umfasst zwei überlappende, leitfähige, und elektrisch isolierte Brückenelektroden, wobei jede Elektrode eingerichtet ist, um eine positive oder negative Elektrode einer primären Busschienenanordnung mit einem Energiemodul-Eingangskontakt elektrisch zu koppeln. Jede Brückenelektrode bildet einen leitfähigen Pfad zwischen diesen Punkten, der im Wesentlichen mit dem durch die andere Brückenelektrode gebildeten Pfad sich überlappt und kreuzt. Weiterhin ist jede Brückenelektrode mit einem Verbindungsstreifen eingerichtet, der sowohl mit der positiven als auch mit der negativen Elektrode der primären Busschienen-Anordnung in dem Bereich überlappt, wo der Streifen befestigt ist. Der Beitrag zu der Busschienensystem-Induktivität von der Verbinderanordnung ist als Ergebnis der vergrößerten Überlapp-Fläche der primären Busschiene und der Brückenelektroden und der sich kreuzenden Strompfade, die diese Konfiguration bereitstellt, reduziert.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, wie zum Beispiel ein Automobil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fahrzeug 10 umfasst ein Fahrgestell 12, eine Karosserie 14, vier Räder 16, und ein elektronisches Steuerungssystem (oder elektronische Steuereinheit (ECU)) 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet, und umfasst im Wesentlichen die anderen Komponenten des Automobils 10. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell 12 können zusammen einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind jeweils drehbar mit dem Fahrgestell 12 nahe einer entsprechenden Ecke der Karosserie 14 gekoppelt.
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Fahrzeug 10 kann ein beliebiges einer Anzahl verschiedener Arten von Automobilen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen, oder ein Sports Utility Vehicle (SUV), und kann Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Hinterradantrieb oder Vorderradantrieb), Vierradantrieb (4WD), oder Allradantrieb (AWD) aufweisen. Fahrzeug 10 kann auch jede Art oder Kombination von Arten verschiedener Maschinen (oder Antrieben) umfassen, wie zum Beispiel einen mit Benzin oder Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, einen ”Gemischt-Kraftstoff-Fahrzeug”(FFV = flex fuel vehicle)-Motor (d. h. unter Verwendung einer Mischung von Benzin und Alkohol), einen mit Gasgemisch (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas) betriebenen Motor, oder eine Brennstoffzelle, einen Verbrennungs-/Elektro-Hybridmotor, und einen Elektromotor.
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In einer in 1 dargestellten Ausführungsform ist Fahrzeug 10 ein Hybridfahrzeug, das weiterhin eine Antriebsanordnung (oder Powertrain) 20 umfasst, eine Batterie 22, ein Batterie-Ladungszustand(SOC = state of charge)-System 24, eine Energie-Wechselrichteranordnung 26, ein Ladungszustand(SOC)-Modul 35, und eine Heizung 28. Die Antriebsanordnung 20 umfasst in geeigneter Weise eine interne Verbrennungskraftmaschine 31 und einen Elektromotor/-Generator(oder Motor-)-System (oder Anordnung) 32. Die Batterie 22 ist elektrisch mit der Energiewechselrichteranordnung 26 verbunden, und ist in einer Ausführungsform eine Lithiumionen(Li-Ion)-Batterie einschließlich einer Anzahl von Zellen, wie es dem Fachmann geläufig ist.
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Typischerweise umfasst ein Energie-Wechselrichter eine Energie-Busschiene, die wenigstens eine Busschiene für die Bereitstellung eines leitfähigen Pfades für Stromfluss zwischen miteinander verbundenen elektronischen Komponenten aufweist, wie zum Beispiel eine DC-Quelle, eine Kondensator-Anordnung einschließlich einer Kondensator-Busschienen-Anordnung, und eine Energie-Modul-Anordnung. Energie- und Kondensator-Busschienenanordnungen weisen typischerweise eine flächige Struktur oder dergleichen auf, die sich überlappende positive und negative elektrisch leitfähige äußere Elektrodenschichten oder Busschienen aufweisen, die gegeneinander durch eine nicht-leitfähige Mittelschicht isoliert sind. Diese Busschienen-Anordnungen können nach Wunsch eingerichtet werden, um in kompakter Weise zwischen Kondensator- und Energie-Modul-Anordnungen zu passen, und um den Strompfad zwischen diesen Komponenten für eine verringerte Gesamtsystem-Induktivität zu verkürzen.
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2 ist eine schematische Zeichnung, die ausgewählte Komponenten der Energie-Wechselrichter-Anordnung 26 für eine Verwendung in dem in 1 gezeigten Fahrzeug 10 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Energie-Wechselrichter-Anordnung 26 umfasst eine Kondensator-Anordnung 30, eine Energie-Modul-Anordnung 38, und eine Energie-Busschienen-Anordnung 34, die diese Module elektrisch miteinander durch Bereitstellen eines leitfähigen Pfades zwischen ihren verschiedenen Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüssen koppelt. Kondensatoranordnung 30 ist eine bipolare oder mit zwei Anschlüssen (positiver und negativer Anschluss) versehene Vorrichtung, und kann ein Feld einer beliebigen Anzahl von individuellen bipolaren Kondensatoren 33 (oder Kondensatorplatzhaltern) umfassen, die in einem Gehäuse 42 untergebracht sind. Gehäuse 42 kann aus irgendeinem widerstandsfähigen und elektrisch isolierenden Material hergestellt sein, welches den Kondensatoren und zugeordneten elektrischen Verbindungen Schutz vor Straßenschmutz und schädlichen Umwelteinflüssen bietet. Kondensatoranordnung 30 umfasst außerdem eine U-förmige Kondensator-Busschienen-Anordnung 46, die als eine flächige Struktur gebildet ist, die eine erste positive Busschiene 44 und eine erste negative Busschiene 48 aufweist. Diese Busschienen sind zusammen auf dem Kondensatorfeld der Anordnung 30 sitzend angeordnet, wobei sie eine elektrische Kopplung zu jeweils positiven und negativen Anschlüssen der darin befindlichen individuellen Kondensatoren 33 bereitstellen.
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Energie-Busschienen-Anordnung 34 weist eine flächige und im Wesentlichen ebene Struktur auf, und umfasst eine zweite positive Busschiene 74, die mit einer zweiten negativen Busschiene 76 überlappt. Positive und negative Busschienen der Energie- und Kondensator-Busschienen-Anordnungen 34 und 46 umfassen jeweils eine Schicht leitfähigen Materials, wie zum Beispiel Kupfer oder verzinntes Kupfer, wobei jede Busschienen-Schicht von der anderen Busschiene durch eine dazwischen angeordnete Isolierschicht elektrisch isoliert ist. Zusammen bilden die zwei Busschienen-Schichten in Verbindung mit der Isolierschicht eine flächige Struktur für jede Anordnung. Zweite positive und negative Busschienen 74 und 76 sind im Stromdurchgang jeweils mit ersten positiven und negativen Busschienen 44 und 48 gekoppelt, unter Verwendung einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Gewindebolzen 94, die, wenn sie mit einer passenden leitfähigen Mutter (nicht dargestellt) verschraubt werden, auch in mechanischer Weise die Busschienen-Anordnungen 34 und 46 zusammen verklemmen. Jeder individueller Bolzen stellt einen leitfähigen Pfad zwischen Busschienen einer Polarität bereit, ist jedoch von der entgegengesetzten Polarität isoliert, um elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Zweite positive und negative Busschienen 74 und 76 können jeweils auch mit den Anschlüssen einer zweiten Vorrichtung mit zwei Anschlüssen gekoppelt sein, wie zum Beispiel einer DC-Quellbatterie 22. Batterie 22 stellt eine DC-Vorspannung mittels elektrischer Kopplung mit der Energie-Busschienenanordnung 34 bereit, die zu anderen miteinander verbundenen Zwei-Anschlüsse-Vorrichtungen wie zum Beispiel Kondensatoranordnung 30 und Energie-Modulanordnung 38 übertragen wird.
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Energie-Modulanordnung 38 kann jede Anzahl individueller Energie-Module aufweisen, wobei jedes Modul mit zwei Eingangsanschlüssen eingerichtet ist, um ein DC-Eingangssignal zu empfangen, und einem einzelnen Ausgangsanschluss zum Bereitstellen eines Ein-Phasen-AC-Ausgangssignal. Anordnung 38 kann dadurch einen Mehr-Phasen-AC-Ausgang bereitstellen, in Abhängigkeit von der Anzahl verwendeter individueller Energie-Module. Wie in 2 dargestellt, umfasst Energie-Modulanordnung 38 drei Energie-Module 55 bis 57, wobei jedes Modul elektrisch mit Energie-Busschienenanordnung 34 jeweils unter Verwendung von Verbinderanordnungen 100 bis 102 gekoppelt ist, wie es detaillierter weiter unten beschrieben ist. Energie-Module 55 bis 57 sind jeweils mit einer Mehrzahl von Halbleiterbasierten Energie-Dioden und Schaltvorrichtungen einschließlich wenigstens eines IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) 60 gekoppelt mit wenigstens einer zugeordneten Energiediode 64 bestückt. Jedes Energie-Modul wandelt ein durch eine zugeordnete Verbinderanordnung empfangenes DC-Eingangssignal in ein Ein-Phasen-AC-Ausgangssignal um, welches in der Phase angepasst sein kann, so dass, wie dargestellt, der kombinierte Ausgang der Module 55 bis 57 drei gegenläufige AC-Phasen umfassen kann.
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Jede der Verbinderanordnungen 101 bis 102 ist elektrisch mit Energie-Busschienenanordnung 34 gekoppelt, und ist eingerichtet, um elektrisch voneinander getrennte leitfähige Pfade zwischen zweiten positiven und negativen Busschienen 74 und 76 und Eingangskontakten gleicher Polarität eines zugeordneten Energiemoduls bereitzustellen. Da die elektrische und mechanische Einbindung für jede Paarung von Verbinderanordnung/Energiemodul die gleiche ist, wird nur die Einbindung zwischen Energiemodul 55 und Verbinderanordnung 100 im Detail beschrieben. Mit Bezug auf 2 wird eine DC-Eingangsvorspannung, die ihren Ursprung in der DC-Batterie 22 hat und durch ein Ausgangssignal von Kondensatoranordnung 30 änderbar ist, mittels zweiter positiver und negativer Busschienen 74 und 76 sowie Verbinderanordnung 100 zu Energiemodul 55 übertragen. Verbinderanordnung 100 koppelt zweite Busschienen 74 und 76 elektrisch jeweils mit Eingangskontakten 58 und 62 von Modul 55 unter Verwendung von elektrisch isolierter Brückenelektroden 112 und 116. Während des Betriebs erzeugt Energiemodul 55 einen Ein-Phasen-AC-Ausgang, der mittels eines Ausgangskontakts übertragbar ist. Diese Signale werden mit ähnlichen Signalen von Ausgangskontakten 63 und 65 der jeweiligen Energiemodule 56 und 57 kombiniert, um Drei-Phasen-AC-Energie bereitzustellen.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Art und Weise darstellt, in welcher Verbinderanordnung 100 zwischen zweiten positiven und negativen Busschienen 74 und 76 sowie Energiemodul 55 gemäß der beispielhaften Ausführungsform integriert ist. Verbinderanordnung 100 umfasst Brückenelektrode 112, die zwischen zweiter positiver Busschiene 74 und Eingangskontakt 58 von Energiemodul 55 gekoppelt ist, und Brückenelektrode 116, die in ähnlicher Weise zwischen zweiter negativer Busschiene 76 und Eingangskontakt 62 gekoppelt ist. Brückenelektroden sind auch aus elektrisch leitfähigem Material wie zum Beispiel Kupfer oder verzinntes Kupfer hergestellt, und sind elektrisch voneinander durch eine mittlere Isolierschicht 123 isoliert. Isolierschicht 123 kann aus jedem geeigneten nicht-leitfähigen Material wie zum Beispiel eine Pulverschicht oder eine Isolationslage wie beispielsweise Mylar® hergestellt sein. Wenigstens ein Abschnitt der Oberfläche der Brückenelektroden kann auch mit einer solchen zur Vermeidung von Kurzschlüssen notwendigen isolierenden Beschichtung beschichtet oder belegt sein.
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Brückenelektrode 112 weist ein erstes Ende 115 und ein zweites Ende 117 auf, und umfasst einen Verbindungsstreifen 106 in der Nähe des ersten Endes 115, welches mit einem Endanschluss 122 in der Nähe von zweitem Ende 117 gekoppelt ist, und zwar mittels eines Mittenbereichs 114, der sich vom ersten Ende 115 bis zum zweiten Ende 117 erstreckt. In einer Ausführungsform sind Verbindungsstreifen 106 und Endanschluss 122 jeweils integral mit Mittenbereich 114 ausgebildet, um ein einzelnes Stück zu bilden. In einer anderen Ausführungsform weist Mittenbereich 114 einen ersten Abschnitt 125 auf, der integral mit und im Wesentlichen senkrecht zu einem zweiten Abschnitt 127 gebildet ist. In einer weiteren Ausführungsform ist der Verbindungsstreifen 106 im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Abschnitt 125 des Mittenbereichs 114. In noch einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Abschnitt 127 im Wesentlichen parallel zu Verbindungsstreifen 106, wobei der zweite Abschnitt 127 und Verbindungsstreifen 106 durch den ersten Abschnitt 125 getrennt sind. In einer weiteren Ausführungsform umfasst Endanschluss 122 einen dritten Abschnitt 129, der integral mit und im Wesentlichen senkrecht zu einem vierten Abschnitt 131 ist. Der vierte Abschnitt 131 ist elektrisch gekoppelt mit Eingangskontakt 58, und zwar unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens, das einen Stromdurchgang wie zum Beispiel durch Löten oder Ultraschall-Schweißen bereitstellt. In wieder einer anderen Ausführungsform ist der zweite Abschnitt 127 des Mittenbereichs 114 auch integral gebildet mit und im Wesentlichen senkrecht zu dem dritten Abschnitt 129.
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Verbindungsstreifen 106 überlappt mit der zweiten sowohl positiven als auch negativen Busschiene 74 und 76, und ist mechanisch und elektrisch der zweiten positiven Busschiene 74 unter Verwendung einer Befestigungsvorrichtung 104 mit einem Bolzen 138 gekoppelt, der, wenn mit einer Mutter (dargestellt in 5) verschraubt, den Verbindungsstreifen 106 und zweite positive Busschiene 74 zusammen verklemmt. Eine leitfähige Unterlegscheibe 146 kann die Gestalt irgendeiner geeigneten Unterlegscheibe aufweisen, wie zum Beispiel einer Sicherungsscheibe und kann zusammen mit einer Befestigungsvorrichtung 104 in wohlbekannter Weise verwendet werden, um ein Lockern zu vermeiden, und um den Klemmdruck zu verteilen und aufrechtzuerhalten.
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Brückenelektrode 116 weist ein erstes Ende 119 und ein zweites Ende 121 auf, und umfasst einen Verbindungsstreifen 110 (dargestellt in 4) in der Nähe von zweitem Ende 121, welches mit einem Endanschluss 126 in der Nähe von erstem Ende 119 mittels eines Mittenbereichs 118 gekoppelt ist, der sich zwischen erstem Ende 119 und zweitem Ende 121 erstreckt. In einer Ausführungsform sind Verbindungsstreifen 110 und Endanschluss 126 jeweils integral mit Mittenbereich 118 gebildet, um ein einziges Stück zu bilden. Verbindungsstreifen 110 überlappt mit zweiter sowohl positiver als auch negativer Busschiene 74 und 76, und ist dabei mechanisch an diese Busschienen mit einer Befestigungsvorrichtung 152 gekoppelt. Befestigungsvorrichtung 152 umfasst einen Bolzen 158, eine Unterlegscheibe 166, und eine Mutter 170 (dargestellt in 5), die, wenn angezogen, zweite Busschienen 74 und 76 sowie Verbindungsstreifen 110 zusammen koppelt, um eine mechanische Kopplung bereitzustellen. Befestigungsvorrichtung 152 ist außerdem eingerichtet, um eine elektrische Kopplung zwischen zweiter negativer Busschiene 76 und Verbindungsstreifen 110 bereitzustellen, und um diese Elemente von zweiter positiver Busschiene 74 auf eine Art und Weise zu isolieren, wie es detaillierter weiter unten beschrieben wird. Endanschluss 126 ist elektrisch mit Eingangskontakt 62 in derselben Weise gekoppelt, wie oben beschrieben für Endanschluss 122 und Eingangskontakt 58.
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Brückenelektroden 112 und 116 sind, wenn sie an der Energie-Busschienenanordnung 34 befestigt sind, jeweils wie gezeigt ausgerichtet, wobei Mittenbereiche 114 und 118 im Wesentlichen miteinander überlappt sind. Weiterhin überlappen zweite Busschienen 74 und 76 miteinander und entweder mit Verbindungsstreifen 106 oder Streifen 110 in dem Bereich, wo jeder Streifen befestigt ist. Weiterhin kreuzt der durch Brückenelektrode 112 gebildete Strompfad, der zwischen zweiter positiver Busschiene 74 und Eingangskontakt 58 gekoppelt ist, mit dem, der durch zwischen zweiter negativer Busschiene 76 und Eingangskontakt 62 gekoppelter Brückenelektrode 116 gebildet wird. Die Induktivität von Verbinderanordnung 100 ist dadurch reduziert wegen: 1) des Kreuzens von Strompfaden durch jede Brücke, 2) des hauptsächlichen Überlappens zwischen Mittenbereichen 114 und 118, 3) des Überlappens von zweiter positiver und negativer Busschienen 74 und 76 miteinander in dem Bereich, wo Verbindungsstreifen befestigt sind, und 4) des hauptsächlichen Überlappens von Verbindungsstreifen 106 und 110 jeweils mit beiden der zweiten Busschienen 74 und 76.
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4 ist eine Endansicht, welche die Art und Weise darstellt, in welcher die Verbinderanordnung 100 mit zweiten positiven und negativen Busschienen 74 und 76 sowie Energiemodul 55 gemäß der beispielhaften Ausführungsform integriert ist. Zweite positive und negative Busschienen 74 und 76 sind als flächige Struktur gebildet, welche eine dazwischen angeordnete Isolierschicht 80 aufweist. Isolierschicht 80 kann jedes geeignete Isoliermaterial wie zum Beispiel eine Pulverbeschichtung umfassen, mit der jede der Busschienen 74 und 76 individuell vor dem Bilden des Laminats beschichtet sein kann. In alternativer Weise kann wie dargestellt Isolierschicht 80 eine Lage Isoliermaterial wie zum Beispiel Mylar® umfassen. Verbinderanordnung 100 umfasst Brückenelektrode 112, die zwischen zweiter positiver Busschiene 74 und Eingangskontakt 58 (3) von Energiemodul 55 gekoppelt ist, und Brückenelektrode 116, die zwischen zweiter negativer Busschiene 76 und Eingangskontakt 62 gekoppelt ist. Brückenelektroden 112 und 116 sind elektrisch voneinander durch Mittenisolierschicht 123 isoliert. Brückenelektrode 112 umfasst Verbindungsstreifen 106, der sowohl zweite positive als auch negative Busschienen 74 und 76 überlappt, und elektrisch mit zweiter positiver Busschiene 74 gekoppelt und daran mit Befestigungsvorrichtung 104 gesichert ist. Bolzen 138 tritt durch Öffnungen in Verbindungsstreifen 106 und zweite positive und negative Busschienen 74 und 76 hindurch, und ist mittels Gewinde mit einer Mutter (dargestellt in 5) angezogen. Wenn angezogen, dann übt Befestigungsvorrichtung 104 einen konstanten Klemmdruck zwischen Verbindungsstreifen 106 und zweiter positiver Busschiene 74 aus, wobei diese Elemente mechanisch gesichert werden, und ein Stromweg aufrechterhalten wird. Befestigungsvorrichtung 104 kann eine leitfähige Unterlegscheibe 146 umfassen, die eine Sicherungsscheibe sein kann, um Bolzen 138 vom Loslösen abzuhalten. Verbindungsstreifen 106 und Endanschluss 122 sind jeweils mit Mittenbereich 114 gekoppelt, wobei in einer Ausführungsform diese drei Elemente integral aus einem einzigen Stück gebildet sind. Endanschluss 122 verbindet Eingangskontakt 58 (3) in einer wie zuvor beschriebenen Weise.
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Brückenelektrode 116 umfasst Verbindungsstreifen 110, der sowohl mit zweiter positiver als auch negativer Busschiene 74 und 76 überlappt, und ist elektrisch und mechanisch mittel Befestigungsvorrichtung 152 (3) an zweite negative Busschiene 76 gekoppelt. Bolzen 158 tritt durch Öffnungen in jeder Schichten der Energie-Busschienenanordnung 34 hindurch, und ist mit einer Mutter 170 befestigt. Verbindungsstreifen 110 und Endanschluss 126 sind jeweils mit Mittenbereich 118 gekoppelt, wobei diese drei Elemente in einer Ausführungsform integral zu einem einzigen Stück geformt sind. Endanschluss 126 ist elektrisch mit Eingangskontakt 62 gekoppelt, wie zuvor mit Bezug zu Endanschluss 122 und Eingangskontakt 58 beschrieben. Während des Betriebs fließt Strom von zweiter positiver Busschiene 74 in Brückenelektrode 112 hinein, dann durch Verbindungsstreifen 106, und dann durch Mittenbereich 114 und Endanschluss 122 zu Eingangskontakt 58 (3). Strom fließt in ähnlicher Weise von zweiter negativer Busschiene 76 durch Verbindungsstreifen 110, Mittenbereich 118 und Endanschluss 126 zu Eingangskontakt 62. Die Gesamt-Busschienensystem-Induktivität ist reduziert durch: 1) das hauptsächliche Überlappen der Mittenbereiche 114 und 118 miteinander, 2) das Überlappen der zweiten positiven und negativen Busschiene 74 und 76 miteinander in dem Bereich, wo Verbindungsstreifen 106 und 110 befestigt sind, 3) das Überlappen der Verbindungsstreifen 106 und 110 jeweils mit sowohl zweiten Busschienen 74 und 76, und 4) das Kreuzen der Strompfade durch Brückenelektroden 112 und 116.
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5 stellt in einem Querschnitt die Art und Weise dar, in welcher Verbindungsstreifen 106 und 110 der Verbinderanordnung 100 elektrisch und mechanisch mit zweiten positiven und negativen Busschienen gemäß der beispielhaften Ausführungsform gekoppelt sind. Verbindungsstreifen 106 überlappt sowohl mit zweiten positiven als auch negativen Busschienen 74 und 76, und ist in mechanischem und elektrischem Kontakt zu zweiter positiver Busschiene mittels Befestigungsvorrichtung 104 geklemmt. Bolzen 138 tritt durch Öffnungen 107 und 109 jeweils in Verbindungsstreifen 106 und Energie-Busschienenanordnung 34, und tritt mittels Gewinde in eine leitfähige Mutter 142 durch, die elektrisch gekoppelt mit und mechanisch eingebettet ist in einer Seitenkante 103 der zweiten positiven Busschiene 74 in Öffnung 109. Mutter 142 führt Bolzen 138 mittig durch die Öffnungen 107 und 109, wobei diese Komponenten elektrisch von der zweiten negativen Busschiene 76 getrennt gehalten werden. Unterlegscheibe 146 kann aus einem geeigneten nicht-leitfähigen oder leitfähigen Material hergestellt sein, und kann jede geeignete Form annehmen, wie zum Beispiel die einer Sicherungsscheibe, um das Loslösen von Bolzen 138 zu verhindern. Elektrische Isolierung zwischen Mutter 142 und zweiter negativer Busschiene 76 wird wenigstens teilweise mittels Isolierschicht 80 aufrechterhalten. Ein geeignetes formbares Polymermaterial, wie zum Beispiel eine Pulverbeschichtung (nicht dargestellt), kann in die zwischen Öffnungen 107 und 109 sowie Befestigungsvorrichtung 104 erzeugten Lücken eingefügt werden, um zusätzliche elektrische Isolierung bereitzustellen.
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Verbindungsstreifen 110 überlappt mit beiden zweiten Busschienen 74 und 76, und ist mittels Befestigungsvorrichtung 152 elektrisch gekoppelt mit und befestigt an zweiter negativer Busschiene 76. Befestigungsvorrichtung 152 umfasst einen Bolzen 158 mit Gewinde, eine Unterlegscheibe 166, und Mutter 170. Mutter 170 umfasst jedes geeignete leitfähige Material und kann eingerichtet sein, um mechanisch mit Verbindungsstreifen 110 wie in 5 dargestellt ineinanderzugreifen, um die mechanische und elektrische Kopplung zu erhöhen. Bolzen 158 tritt mittels Gewinde in Mutter 170 ein, und ist durch eine Öffnung 111 in Verbindungsstreifen 110, sowie einer Öffnung 113 in jeder der zweiten Busschienen 74, 76 und Isolierschicht 80 zentriert, um Kurzschluss mit zweiter positiver Busschiene 74 zu vermeiden. Öffnungen 111 und 113 können wie oben mit Bezug auf Öffnungen 107 und 109 beschrieben mit einem geeigneten elektrisch isolierenden Material verfüllt werden. Wenn festgezogen, klemmen Bolzen 158 und Mutter 170 mechanisch zweite positive und negative Busschienen sowie Verbindungsstreifen 110 zusammen, wobei Verbindungsstreifen 110 mit zweiter negativer Busschiene 76 elektrisch gekoppelt wird. Unterlegscheibe 166 kann jedes geeignete leitfähige und nicht-leitfähige Material umfassen, und kann jede Form annehmen, wie zum Beispiel die einer Sicherungsscheibe. Unterlegscheibe 166 kann ein nicht-leitfähiges Material umfassen, falls sie in direktem Kontakt mit der zweiten positiven Busschiene 74 ist, um elektrischen Kurzschluss zwischen Busschiene 74 und dem Kopf des Bolzens 158 zu vermeiden. Alternativ kann Unterlegscheibe 166 aus einem leitfähigen Material hergestellt sein, falls Busschiene 74 davon beispielsweise durch eine Pulverbeschichtung oder einen anderen geeigneten nicht-leitfähigen Film (nicht dargestellt) isoliert ist.
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Dementsprechend stellen die verschiedenen Ausführungsformen der hierin beschriebenen vorliegenden Erfindung eine Verbinderanordnung mit geringer Induktivität für ein Busschienensystem bereit. Das Busschienensystem verbindet die verschiedenen Anschlüsse der einen oder mehreren Zwei-Anschlüsse-Vorrichtungen, wie zum Beispiel eine Kondensator-Anordnung und/oder eine DC-Quelle, mit den Eingangskontakten einer anderen Zwei-Anschlüsse-Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Energie-Modul. Die Verbinderanordnung koppelt elektrisch positive und negative Busschienen eines primären Busschienensystems mit Eingangskontaktanschlüssen des Energiemoduls. Die Anordnung umfasst ein Paar von im Wesentlichen überlappenden, leitfähigen und elektrisch getrennten Brückenelektroden, wobei jede Elektrode eingerichtet ist, um einen Stromweg zwischen einer positiven oder negativen Busschiene und einem Energiemodul-Eingangskontakt gleicher Polarität zu bilden. Beide Brückenelektroden weisen einen Verbindungsstreifen auf, der sowohl positive als auch negative Busschienen überlappt, und einen Endanschluss zum Koppeln mit Eingangskontakten des Energiemoduls. Jede Brücke ist eingerichtet, um einen im Wesentlichen überlappenden und leitfähigen Stromweg zwischen einer Busschiene und einem Energiemodul-Eingangskontakt zu bilden, der den durch die andere Brücke gebildeten Stromweg kreuzt. Der Beitrag zu der Gesamt-Busschienensystem-Induktivität mittels der Verbinderanordnung ist reduziert als ein Ergebnis von: 1) dem Überlappen der Verbindungsstreifen mit sowohl positiven als auch negativen Busschienen-Elektroden, 2) dem Überlappen der positiven und negativen Busschienen-Elektroden miteinander in dem Bereich, wo Verbindungsstreifen befestigt sind, 3) dem hauptsächlich gegenseitigen Überlappen der Brückenelektroden, und 4) den gekreuzten Stromwegen, die die Brückenelektroden zusammen bereitstellen.
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Die vorangegangene Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, es sei denn, es ist ausdrücklich sonst wie beschrieben, bedeutet ”verbunden”, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt verknüpft ist mit (oder in direkter Kommunikation ist mit) einem anderen Element, Knoten oder anderem Merkmal, und zwar in mechanischer, logischer, elektrischer oder anderen geeigneten Art. Gleichermaßen bedeutet ”gekoppelt”, es sei denn, es ist ausdrücklich sonst wie beschrieben, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verknüpft ist mit (oder direkt oder indirekt in Kommunikation ist mit) einem anderen Element/Knoten/Merkmal in einer mechanischen, logischen, elektrischen oder anderen geeigneten Art. Der Begriff ”beispielhaft” wird in dem Sinne von ”Beispiel”, und weniger als ”Modell” verwendet. Weiterhin können, obwohl die Figuren Beispielanordnungen von Elementen zeigen, zusätzliche Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer praktischen Ausführungsform der Erfindung gegenwärtig sein. Weiterhin bedeutet der Begriff ”integral gebildet” oder ”integral verbunden”, dass sich ein erstes Element/Knoten/Merkmal erstreckt oder übergeht in einer kontinuierlichen Weise von einem zweiten Element/Knoten/Merkmal, und nicht als zwei separate und unterscheidbare Elemente.
