DE102023003292A1

DE102023003292A1 - Connecting device for electrically contacting an electrical component

Info

Publication number: DE102023003292A1
Application number: DE102023003292.1A
Authority: DE
Inventors: Ramon Alan Loro Toledo
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-08-09
Filing date: 2023-08-09
Publication date: 2025-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung (100) zum elektrischen Kontaktieren einer elektrischen Komponente (40), insbesondere einer elektrischen Komponente (40) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei die elektrische Komponente (40) wenigstens einen ersten Anschlusskontakt (42) und wenigstens einen zweiten Anschlusskontakt (44) aufweist, umfassend wenigstens eine bimetallische Stromschiene (10) mit einem ersten Segment (12), welches mit einem zweiten Segment (14) verbunden ist, wobei das erste Segment (12) aus einem ersten Metall und das zweite Segment (14) aus einem zweiten Metall ausgebildet ist, das sich von dem ersten Metall unterscheidet, wobei das erste Metall eine höhere Wärmekapazität und/oder eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das zweite Metall, und eine Wärmesenke (20), welche wenigstens mit dem ersten Segment (12) der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene (10) in thermischem Kontakt ist. Dabei ist der erste oder der zweite Anschlusskontakt (42, 44) der elektrischen Komponente (40) mit dem ersten Segment (12) der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene (10) elektrisch verbunden.

The invention relates to a connecting device (100) for electrically contacting an electrical component (40), in particular an electrical component (40) of an electrically operated vehicle, wherein the electrical component (40) has at least one first connection contact (42) and at least one second connection contact (44), comprising at least one bimetallic busbar (10) with a first segment (12) which is connected to a second segment (14), wherein the first segment (12) is made of a first metal and the second segment (14) is made of a second metal which is different from the first metal, wherein the first metal has a higher heat capacity and/or a higher thermal conductivity than the second metal, and a heat sink (20) which is in thermal contact with at least the first segment (12) of the at least one bimetallic busbar (10). The first or the second connection contact (42, 44) of the electrical component (40) is electrically connected to the first segment (12) of the at least one bimetallic busbar (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer elektrischen Komponente, insbesondere einer elektrischen Komponente eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs.The invention relates to a connecting device for electrically contacting an electrical component, in particular an electrical component of an electrically operated vehicle.

Hochvolt-Batterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge weisen üblicherweise Stromschienen aus Kupfer oder Aluminium auf. Kupfer-Stromschienen erzeugen aufgrund ihres geringeren spezifischen Widerstands weniger Wärme, wodurch elektrische und/oder elektronische Komponenten weniger aufgeheizt werden, weisen aber ein höheres Gewicht auf. Aluminium-Stromschienen sind leichter, erzeugen aber deutlich mehr Wärme, was die Lebensdauer von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten reduziert.High-voltage batteries for hybrid and electric vehicles usually have busbars made of copper or aluminum. Copper busbars generate less heat due to their lower specific resistance, which means that electrical and/or electronic components heat up less, but they are heavier. Aluminum busbars are lighter, but generate significantly more heat, which reduces the service life of electrical and/or electronic components.

Die DE 11 2010 000 785 T5 offenbart ein Batteriesystem mit einer Vielzahl von in Sequenz angeordneten Batteriezellen, wobei jede Batteriezelle einen ersten und zweiten Spannungspol umfasst, wobei die ersten Spannungspole der Vielzahl von Batteriezellen in einer Reihe angeordnet sind. Das Batteriesystem umfasst weiter eine bimetallische Stromschienenbrücke, die eine erstes Segment besitzt, das mit einem zweitem Segment verbunden ist, wobei das erste Segment aus einem ersten Metall und das zweite Segment aus einem zweiten Metall hergestellt ist, das sich von dem ersten Metall unterscheidet. Das erste Segment schließt eine erste U-förmige Krümmung ein, die einen ersten Kanal definiert, in den der erste Spannungspol von einer Batteriezelle aus der Vielzahl der Batteriezellen positioniert ist, und das zweite Segment schließt eine zweite U-förmige Krümmung ein, die einen zweiten Kanal definiert, in den der erste Spannungspol von einer anderen Batteriezelle aus der Vielzahl der Batteriezellen positioniert ist. Dabei ist die Batteriezelle an einem Kühlkörper befestigt, an welchem ein Träger für die Stromschiene angebracht ist. Die Stromschiene ist auf dem Träger aufgebracht.The DE 11 2010 000 785 T5 discloses a battery system having a plurality of battery cells arranged in sequence, each battery cell comprising a first and second voltage pole, the first voltage poles of the plurality of battery cells being arranged in a row. The battery system further comprises a bimetallic busbar bridge having a first segment connected to a second segment, the first segment being made of a first metal and the second segment being made of a second metal different from the first metal. The first segment includes a first U-shaped bend defining a first channel into which the first voltage pole of one battery cell of the plurality of battery cells is positioned, and the second segment includes a second U-shaped bend defining a second channel into which the first voltage pole of another battery cell of the plurality of battery cells is positioned. The battery cell is attached to a heat sink to which a carrier for the busbar is attached. The busbar is mounted on the carrier.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer elektrischen Komponente, insbesondere einer elektrischen Komponente eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zu schaffen.An object of the invention is to provide an improved connecting device for electrically contacting an electrical component, in particular an electrical component of an electrically operated vehicle.

Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.The above-mentioned problem is solved with the features of the independent claim.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer elektrischen Komponente, insbesondere einer elektrischen Komponente eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, vorgeschlagen, wobei die elektrische Komponente wenigstens einen ersten Anschlusskontakt und wenigstens einen zweiten Anschlusskontakt aufweist, umfassend wenigstens eine bimetallische Stromschiene mit einem ersten Segment, welches mit einem zweiten Segment verbunden ist, wobei das erste Segment aus einem ersten Metall und das zweite Segment aus einem zweiten Metall ausgebildet ist, das sich von dem ersten Metall unterscheidet, wobei das erste Metall eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das zweite Metall, und eine Wärmesenke, welche wenigstens mit dem ersten Segment der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene in thermischem Kontakt ist. Dabei ist der erste oder der zweite Anschlusskontakt der elektrischen Komponente mit dem ersten Segment der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene elektrisch verbunden.According to one aspect of the invention, a connection device for electrically contacting an electrical component, in particular an electrical component of an electrically operated vehicle, is proposed, wherein the electrical component has at least one first connection contact and at least one second connection contact, comprising at least one bimetallic busbar with a first segment which is connected to a second segment, wherein the first segment is made of a first metal and the second segment is made of a second metal which is different from the first metal, wherein the first metal has a higher thermal conductivity than the second metal, and a heat sink which is in thermal contact with at least the first segment of the at least one bimetallic busbar. The first or the second connection contact of the electrical component is electrically connected to the first segment of the at least one bimetallic busbar.

Die vorgeschlagene Verbindungsvorrichtung weist eine Kombination einer bimetallischen Stromschiene mit einer Wärmesenke auf. Die Wärmesenke kann mit einer passiven oder aktiven Kühlung ausgebildet sein.The proposed connection device comprises a combination of a bimetallic busbar with a heat sink. The heat sink can be designed with passive or active cooling.

Unter der elektrischen Komponente sind elektrische und elektronische Komponenten zu verstehen. Solche Komponenten in einem elektrisch betreibbaren Fahrzeug können beispielsweise Stromsensoren, Schütze, Sicherungen, EMV-Filter und Elektronikkomponenten des elektrischen Antriebsstrangs sein.The electrical component refers to electrical and electronic components. Such components in an electrically operated vehicle can be, for example, current sensors, contactors, fuses, EMC filters and electronic components of the electric drive train.

Eine passive Kühlung kann eine einfache thermische Masse wie ein Kühlkörper sein. Diese kann auch eine kältere Komponente innerhalb einer Batterie sein, beispielsweise ein Batteriegehäuse oder eine elektrisch nicht belastete Stromschiene.Passive cooling can be a simple thermal mass such as a heat sink. It can also be a colder component within a battery, such as a battery case or an electrically unloaded busbar.

Eine aktive Kühlung kann beispielsweise eine Kühlplatte mit einem Kühlmedium sein.Active cooling can, for example, be a cooling plate with a cooling medium.

Die ersten Segmente der Stromschiene aus dem ersten Metall mit der höheren Wärmekapazität und/oder Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, können zweckmäßigerweise so ausgebildet sein, dass die von der Elektronik erzeugte Wärme effizient in die Wärmesenke abgeführt wird. So können beispielsweise nur der Bereich in der Nähe der Verschraubung der Anschlusskontakte der elektrischen Komponente mit der Stromschiene und der Bereich, wo Stromschiene und Kühlkörper thermisch verbunden sind, aus Kupfer ausgebildet sein. Damit wird die höhere Wärmeleitfähigkeit des Kupfers ausgenutzt. Der Rest der Stromschiene kann beispielsweise aus Aluminium ausgebildet sein.The first segments of the busbar made of the first metal with the higher heat capacity and/or thermal conductivity, for example copper, can be expediently designed so that the heat generated by the electronics is efficiently dissipated into the heat sink. For example, only the area near the screw connection of the connection contacts of the electrical component to the busbar and the area where the busbar and heat sink are thermally connected can be made of copper. This makes use of the higher thermal conductivity of the copper. The rest of the busbar can be made of aluminum, for example.

Durch den Einsatz von Kupfer nur in thermisch relevanten Bereichen, kann Gewicht eingespart werden, ohne eine signifikante Veränderung der Temperatur innerhalb der elektronischen Komponenten zu bewirken.By using copper only in thermally relevant areas, weight can be saved without causing a significant change in the temperature within the electronic components.

Damit kann vorteilhaft eine Gewichtseinsparung mit einer Verbesserung der Komponentenlebensdauer einhergehen.This can advantageously combine weight savings with an improvement in component life.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann das erste Segment der wenigstens einen Stromschiene Kupfer aufweisen und/oder das zweite Segment Aluminium aufweisen. Kupfer und Aluminium stellen aufgrund ihrer günstigen spezifischen Widerstandswerte gebräuchliche Werkstoffe für Stromschienen dar. Außerdem lassen sich auch beide Werkstoffe günstig verbinden.According to an advantageous embodiment of the connecting device, the first segment of the at least one busbar can comprise copper and/or the second segment can comprise aluminum. Copper and aluminum are common materials for busbars due to their favorable specific resistance values. In addition, both materials can also be connected favorably.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann die Wärmesenke eine passive Kühlung aufweisen. Insbesondere kann dabei die Wärmesenke einen Kühlkörper aufweisen. Günstigerweise kann die Wärmesenke ein metallisches Gehäuse einer elektrischen Komponente, beispielsweise ein Batteriegehäuse, darstellen. Auch eine kältere Stromschiene oder ein kälteres Bauteil kann die Wärmesenke bilden.According to an advantageous embodiment of the connecting device, the heat sink can have passive cooling. In particular, the heat sink can have a heat sink. The heat sink can advantageously be a metallic housing of an electrical component, for example a battery housing. A colder busbar or a colder component can also form the heat sink.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann die Wärmesenke eine aktive Kühlung aufweisen. Insbesondere kann dabei die Wärmesenke als flüssigkeitsgekühlte Kühlplatte ausgebildet sein. Solche Kühlplatten werden beispielsweise häufig in Hochvolt-Batterien eingesetzt und können zur Kühlung von elektrischen Komponenten und/oder Stromschienen mitgenutzt werden.According to an advantageous embodiment of the connecting device, the heat sink can have active cooling. In particular, the heat sink can be designed as a liquid-cooled cooling plate. Such cooling plates are often used in high-voltage batteries, for example, and can also be used to cool electrical components and/or busbars.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann zwischen der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene und der Wärmesenke eine elektrisch nichtleitende Wärmeübertragungsschicht angeordnet sein. Insbesondere kann dabei die elektrisch nichtleitende Wärmeübertragungsschicht ein Wärmeleitpad oder eine Wärmeleitpaste aufweisen. Um die Wärmesenke vom Stromkreis zu trennen, können günstigerweise elektrisch nichtleitende Wärmeübertragungsmaterialien wie Wärmeleitpads oder Wärmleitpasten zwischen Wärmesenke und Stromschienen verwendet werden.According to an advantageous embodiment of the connecting device, an electrically non-conductive heat transfer layer can be arranged between the at least one bimetallic busbar and the heat sink. In particular, the electrically non-conductive heat transfer layer can have a thermal pad or a thermal paste. In order to separate the heat sink from the circuit, electrically non-conductive heat transfer materials such as thermal pads or thermal pastes can advantageously be used between the heat sink and the busbars.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann zwischen der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene und/oder der Wärmesenke und/oder der Wärmeübertragungsschicht ein elektrisch nichtleitendes Medium, insbesondere eine elektrisch nichtleitende Folie, angeordnet sein. Eine zusätzliche Schutzfolie, beispielsweise eine PET-Folie, kann günstig eingesetzt werden. Diese Schutzfolie kann auf die Stromschienen, die Kühlplatte oder integriert in das Wärmeleitpad aufgebracht werden. Die Schutzfolie garantiert die Hochvolt-Isolation nach einem möglichen Versagen der Wärmeübertragungsschicht, Ein solches Versagen kann vorkommen, da Stromschienen oft scharfe Kanten aufweisen, die die weichen Wärmeübertragungsschichten durchdringen können.According to an advantageous embodiment of the connecting device, an electrically non-conductive medium, in particular an electrically non-conductive film, can be arranged between the at least one bimetallic busbar and/or the heat sink and/or the heat transfer layer. An additional protective film, for example a PET film, can be used favorably. This protective film can be applied to the busbars, the cooling plate or integrated into the thermal pad. The protective film guarantees the high-voltage insulation after a possible failure of the heat transfer layer. Such a failure can occur because busbars often have sharp edges that can penetrate the soft heat transfer layers.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann die wenigstens eine bimetallische Stromschiene eine elektrisch nichtleitende Beschichtung, insbesondere eine elektrisch nichtleitende Lackierung, aufweisen. Auch eine solche Beschichtung kann eine zusätzliche Sicherheit durch die Isolationswirkung aufweisen.According to an advantageous embodiment of the connecting device, the at least one bimetallic busbar can have an electrically non-conductive coating, in particular an electrically non-conductive coating. Such a coating can also have additional safety due to the insulating effect.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung können das erste Segment und das zweite Segment der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene als walzplattierte Segmente ausgebildet sein. Die beiden Segmente können vorteilhaft über einen Walzplattierungsprozess gefügt sein. So kann günstigerweise eine stufenlose Stromschiene mit konstantem Querschnitt hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können das erste Segment und das zweite Segment der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene als geschweißte Segmente, insbesondere als ultraschallgeschweißte Segmente ausgebildet sein. Auch auf diese Weise kann vorteilhaft eine stufenlose Stromschiene mit konstantem Querschnitt hergestellt werden.According to an advantageous embodiment of the connecting device, the first segment and the second segment of the at least one bimetallic busbar can be designed as roll-clad segments. The two segments can advantageously be joined using a roll-cladding process. In this way, a stepless busbar with a constant cross-section can advantageously be produced. Alternatively or additionally, the first segment and the second segment of the at least one bimetallic busbar can be designed as welded segments, in particular as ultrasonically welded segments. In this way, a stepless busbar with a constant cross-section can also advantageously be produced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann die wenigstens eine bimetallische Stromschiene eine Beschichtung mit wenigstens einem von Zinn, Zink, Silber aufweisen. Die verwendete Beschichtung kann günstigerweise von den thermisch-elektrischen Anforderungen und/oder der Verbindungstechnik, beispielsweise ob verschraubt oder verschweißt, abhängen.According to an advantageous embodiment of the connecting device, the at least one bimetallic busbar can have a coating with at least one of tin, zinc, silver. The coating used can advantageously depend on the thermal-electrical requirements and/or the connection technology, for example whether screwed or welded.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung kann das erste Segment der bimetallischen Stromschiene in einem Bereich des thermischen Kontakts mit der Wärmesenke vorliegen. Der Anteil des Metalls des ersten Segments, beispielsweise Kupfer, in den bimetallischen Stromschienen kann je nach Bedarf definiert und/oder ausgebildet sein und hängt nicht vom Material der Anschlusskontakte der elektrischen Komponente ab. Das erste Segment mit dem ersten Metall kann günstigerweise dort eingesetzt werden, wo die Wärmesenke mit der Stromschiene in thermischem Kontakt ist.According to an advantageous embodiment of the connecting device, the first segment of the bimetallic busbar can be present in a region of thermal contact with the heat sink. The proportion of the metal of the first segment, for example copper, in the bimetallic busbars can be defined and/or formed as required and does not depend on the material of the connection contacts of the electrical component. The first segment with the first metal can advantageously be used where the heat sink is in thermal contact with the busbar.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. The drawings show an embodiment of the invention. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The expert will also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.

Dabei zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer elektrischen Komponente, insbesondere einer elektrischen Komponente eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Verbindungsvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Verbindungsvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine isometrische Ansicht einer Verbindungsvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5 die Verbindungsvorrichtung nach 4 ohne die Wärmesenke.

The following show:

1 a schematic longitudinal section through a connecting device for electrically contacting an electrical component, in particular an electrical component of an electrically operated vehicle, according to an embodiment of the invention;
2 a schematic longitudinal section through a connecting device according to a further embodiment of the invention;
3 a schematic longitudinal section through a connecting device according to a further embodiment of the invention;
4 an isometric view of a connecting device according to another embodiment of the invention; and
5 the connecting device according to 4 without the heat sink.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with identical reference symbols. The figures merely show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Verbindungsvorrichtung 100 zum elektrischen Kontaktieren einer elektrischen Komponente 40, insbesondere einer elektrischen Komponente 40 eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows a schematic longitudinal section through a connecting device 100 for electrically contacting an electrical component 40, in particular an electrical component 40 of an electrically operable vehicle, according to an embodiment of the invention.

Die elektrische Komponente 40, beispielsweise ein Stromsensor, ein Schütz, eine Sicherung, ein EMV-Filter oder eine Elektronikkomponente des elektrischen Antriebsstrangs, weist einen ersten Anschlusskontakt 42 und einen zweiten Anschlusskontakt 44 auf. Die beiden Anschlusskontakte 42, 44 der elektrischen Komponente 40 sind jeweils mit dem ersten Segment 12 einer bimetallischen Stromschiene 10 der Verbindungsvorrichtung 100 elektrisch verbunden.The electrical component 40, for example a current sensor, a contactor, a fuse, an EMC filter or an electronic component of the electric drive train, has a first connection contact 42 and a second connection contact 44. The two connection contacts 42, 44 of the electrical component 40 are each electrically connected to the first segment 12 of a bimetallic busbar 10 of the connecting device 100.

Das erste Segment 12 der Stromschienen 10 ist jeweils mit einem zweiten Segment 14 verbunden. Dabei ist das erste Segment 12 aus einem ersten Metall und das zweite Segment 14 aus einem zweiten Metall ausgebildet, das sich von dem ersten Metall unterscheidet. Das erste Metall, beispielsweise Kupfer, weist eine höhere Wärmekapazität und/oder eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das zweite Metall, beispielsweise Aluminium. Das erste Segment 12 und das zweite Segment 14 der wenigstens einen bimetallischen Stromschiene 10 können beispielsweise durch einen Walzplattierungsprozess gefügt sein.The first segment 12 of the busbars 10 is connected to a second segment 14. The first segment 12 is made of a first metal and the second segment 14 is made of a second metal that is different from the first metal. The first metal, for example copper, has a higher thermal capacity and/or a higher thermal conductivity than the second metal, for example aluminum. The first segment 12 and the second segment 14 of the at least one bimetallic busbar 10 can be joined, for example, by a roll-plating process.

Eine Wärmesenke 20 ist jeweils mit dem ersten Segment 12 der bimetallischen Stromschienen 10 in thermischem Kontakt. Günstigerweise kann das erste Segment 12 der bimetallischen Stromschiene 10 auch nur in einem Bereich des thermischen Kontakts mit der Wärmesenke 20 vorliegen.A heat sink 20 is in thermal contact with the first segment 12 of the bimetallic busbars 10. Advantageously, the first segment 12 of the bimetallic busbar 10 can also be in thermal contact with the heat sink 20 only in one area.

Die eine der beiden Wärmesenken 20, auf der Seite des ersten Anschlusskontakts 42, weist eine passive Kühlung, beispielsweise durch einen Kühlkörper oder ein Gehäuseteil auf.One of the two heat sinks 20, on the side of the first connection contact 42, has passive cooling, for example by a heat sink or a housing part.

Die andere der beiden Wärmesenken 20, auf der Seite des zweiten Anschlusskontakts 44, weist eine aktive Kühlung über eine flüssigkeitsgekühlte Kühlplatte 22 auf.The other of the two heat sinks 20, on the side of the second connection contact 44, has active cooling via a liquid-cooled cooling plate 22.

Zwischen den bimetallischen Stromschienen 10 und den Wärmesenken 20 ist jeweils eine elektrisch nichtleitende Wärmeübertragungsschicht 24 angeordnet. Diese elektrisch nichtleitende Wärmeübertragungsschicht 24 kann beispielsweise ein Wärmeleitpad oder eine Wärmeleitpaste aufweisen und dient der besseren thermischen Ankopplung der Stromschienen 10 an die Wärmesenken 20.An electrically non-conductive heat transfer layer 24 is arranged between the bimetallic busbars 10 and the heat sinks 20. This electrically non-conductive heat transfer layer 24 can, for example, have a thermal pad or a thermal paste and serves to improve the thermal coupling of the busbars 10 to the heat sinks 20.

Weiter kann noch optional als zusätzliche Sicherheit zwischen den bimetallischen Stromschienen 10 und/oder den Wärmesenke 20 und/oder den Wärmeübertragungsschichten 24 ein elektrisch nichtleitendes Medium 26, insbesondere eine elektrisch nichtleitende Folie, angeordnet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das elektrisch nichtleitende Medium 26 zwischen den Stromschienen 10 und der Wärmeübertragungsschicht 24 angeordnet.Furthermore, as an additional safety measure, an electrically non-conductive medium 26, in particular an electrically non-conductive film, can optionally be arranged between the bimetallic busbars 10 and/or the heat sink 20 and/or the heat transfer layers 24. In the exemplary embodiment shown, the electrically non-conductive medium 26 is arranged between the busbars 10 and the heat transfer layer 24.

Alternativ oder zusätzlich können die bimetallischen Stromschienen 10 eine elektrisch nichtleitende Beschichtung, insbesondere eine elektrisch nichtleitende Lackierung, zur elektrischen Isolation aufweisen.Alternatively or additionally, the bimetallic busbars 10 can have an electrically non-conductive coating, in particular an electrically non-conductive paint, for electrical insulation.

Weiter können die bimetallischen Stromschienen 10 eine Beschichtung mit wenigstens einem von Zinn, Zink, Silber aufweisen. Die verwendete Beschichtung kann günstigerweise von den thermisch-elektrischen Anforderungen und/oder der Verbindungstechnik, beispielsweise ob verschraubt oder verschweißt, abhängen.Furthermore, the bimetallic busbars 10 can have a coating with at least one of tin, zinc, silver. The coating used can advantageously depend on the thermal-electrical requirements and/or the connection technology, for example whether screwed or welded.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Segment 12 der Stromschienen 10 jeweils durchgehend durch die Stromschiene 10 von dem Anschlusskontakt 42, 44 der elektrischen Komponente 40 bis zur Anbindung der Wärmesenke 20 bzw. der Wärmeübertragungsschicht 24 ausgebildet. Dabei ist das erste Segment 12 so ausgebildet, dass der größte Teil der Anbindungsfläche der Wärmesenke 20 mit dem ersten Segment 12 in thermischem Kontakt steht. Damit ist eine möglichst vorteilhafte Wärmeübertragung von der elektrischen Komponente 40 über das erste Segment 12 der Stromschiene 10 in die Wärmesenke 20 gegeben.In the 1 In the embodiment shown, the first segment 12 of the busbars 10 is formed continuously through the busbar 10 from the connection contact 42, 44 of the electrical component 40 to the connection of the heat sink 20 or the heat transfer layer 24. det. The first segment 12 is designed such that the largest part of the connection surface of the heat sink 20 is in thermal contact with the first segment 12. This provides the most advantageous possible heat transfer from the electrical component 40 via the first segment 12 of the busbar 10 into the heat sink 20.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Segment 12 der Stromschienen 10 jeweils nur in einem Teil des Querschnitts der Stromschiene 10 ausgebildet. Dabei steht das erste Segment 12 mit den Anschlusskontakten 42, 44 in Kontakt, während der restliche, geringe Teil des Querschnitts der Stromschiene 10 durch das zweite Segment 14 gebildet wird. Wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stromschienen 10 auch hier jeweils mit einer Wärmesenke 20 gekühlt. Dabei sind die Wärmesenken 20 bei diesem Ausführungsbeispiel an die zweiten Segmente 14 der Stromschienen 10 angebunden. Eine solchermaßen über die zweiten Segmente 14 gekühlte Stromschiene 10 ist thermisch vorteilhafter als eine Stromschiene aus reinem Aluminium.In the 2 In the embodiment shown, the first segment 12 of the busbars 10 is formed in only a part of the cross section of the busbar 10. The first segment 12 is in contact with the connection contacts 42, 44, while the remaining, small part of the cross section of the busbar 10 is formed by the second segment 14. As in the embodiment shown in 1 In the embodiment shown, the busbars 10 are also cooled here with a heat sink 20. In this embodiment, the heat sinks 20 are connected to the second segments 14 of the busbars 10. A busbar 10 cooled in this way via the second segments 14 is thermally more advantageous than a busbar made of pure aluminum.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verbindungsvorrichtung 100. Dabei sind die ersten und zweiten Segmente 12, 14 nicht über Walzplattierung gefügt wie bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen, sondern über Ultraschallschweißverbindungen 16, welche schematisch an der Fügelinie zwischen den ersten und zweiten Segmenten 12, 14 dargestellt sind. 3 shows a further embodiment of a connecting device 100. The first and second segments 12, 14 are not joined by roll cladding as in the 1 and 2 illustrated embodiments, but via ultrasonic welding connections 16, which are shown schematically on the joining line between the first and second segments 12, 14.

4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Verbindungsvorrichtung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 shows an isometric view of a connecting device 100 according to another embodiment of the invention.

Dabei ist ein Beispiel eines elektrisch/elektronischen Systems mit drei elektrischen Komponenten 40, die durch geometrisch unterschiedliche bimetallische Stromschienen 10 elektrisch verbunden sind, in Kombination mit einer flüssigkeitsgekühlten Kühlplatte 22 als Wärmesenke 20 inklusive Wärmeübertragungsschicht 24 dargestellt.An example of an electrical/electronic system with three electrical components 40, which are electrically connected by geometrically different bimetallic busbars 10, in combination with a liquid-cooled cooling plate 22 as a heat sink 20 including a heat transfer layer 24 is shown.

In 5 ist die Verbindungsvorrichtung 100 zum besseren Verständnis der elektrischen Kontaktierung ohne die Kühlplatte 22 als Wärmesenke 20 dargestellt.In 5 For a better understanding of the electrical contact, the connecting device 100 is shown without the cooling plate 22 as a heat sink 20.

In diesem Beispiel wurden Schraubverbindungen 46 für die elektrische Kontaktierung der Anschlusskontakte 42, 44 der elektrischen Komponenten 40 genutzt. Daher kann die Kühlplatte 22 nicht direkt unterhalb/oberhalb der Anschlusskontakte 42, 44 positioniert werden. Die Kühlplatte 22 ist jedoch jeweils mit dem ersten Segment 12 der Stromschiene 10 thermisch verbunden.In this example, screw connections 46 were used for the electrical contacting of the connection contacts 42, 44 of the electrical components 40. Therefore, the cooling plate 22 cannot be positioned directly below/above the connection contacts 42, 44. However, the cooling plate 22 is thermally connected to the first segment 12 of the busbar 10.

Die Kühlplatte 22 weist einen Fluideinlass 28 zum Zuführen des Kühlmediums und Fluidauslass 30 zum Abführen des Fluidmediums auf. An Oberseite und Unterseite der Kühlplatte 22 ist jeweils eine Wärmeübertragungsschicht 24 zur besseren thermischen Ankopplung der Kühlplatte 22 an die Stromschienen 10 angeordnet.The cooling plate 22 has a fluid inlet 28 for supplying the cooling medium and a fluid outlet 30 for discharging the fluid medium. A heat transfer layer 24 is arranged on the top and bottom of the cooling plate 22 for better thermal coupling of the cooling plate 22 to the busbars 10.

Der Anteil der ersten Segmente 12 der Stromschienen 10 mit dem ersten Metall, beispielsweise Kupfer, ist an die verfügbare Ankoppelfläche der Kühlplatte 22 angepasst. Die Kühlplatte 22 ist über die ersten Segmente 12 der Stromschienen 10 an Anschlusskontakte 42, 44 aller drei elektrischen Komponenten 40 thermisch angekoppelt. The proportion of the first segments 12 of the busbars 10 with the first metal, for example copper, is adapted to the available coupling surface of the cooling plate 22. The cooling plate 22 is thermally coupled to connection contacts 42, 44 of all three electrical components 40 via the first segments 12 of the busbars 10.

Wie insbesondere in 5 zu erkennen ist, sind die drei elektrischen Komponenten 40 mit den Stromschienen 10 in Serie geschaltet. Die Stromschienen 10 sind teilweise abgewinkelt ausgeführt, damit die Kühlplatte 22 entsprechend eingefügt werden kann. Die Anschlusskontakte 42, 44 der elektrischen Komponenten 40 sind bei fast allen Anschlusskontakten 42, 44 mit ersten Segmenten 12 von Stromschienen 10 elektrisch verbunden.As in particular in 5 As can be seen, the three electrical components 40 are connected in series with the busbars 10. The busbars 10 are partially angled so that the cooling plate 22 can be inserted accordingly. The connection contacts 42, 44 of the electrical components 40 are electrically connected to first segments 12 of busbars 10 in almost all connection contacts 42, 44.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1010: bimetallische Stromschienebimetallic busbar
1212: erstes Segmentfirst segment
1414: zweites Segmentsecond segment
1616: Ultraschallschweißverbindungultrasonic welding connection
2020: Wärmesenkeheat sink
2222: Kühlplattecooling plate
2424: Wärmeübertragungsschichtheat transfer layer
2626: elektrisch nichtleitendes Mediumelectrically non-conductive medium
2828: Fluideinlassfluid inlet
3030: Fluidauslassfluid outlet
4040: elektrische Komponenteelectrical component
4242: erster Anschlusskontaktfirst connection contact
4444: zweiter Anschlusskontaktsecond connection contact
4646: Schraubescrew
100100: Verbindungsvorrichtungconnecting device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 11 2010 000 785 T5 [0003]

Claims

Connecting device (100) for electrically contacting an electrical component (40), in particular an electrical component (40) of an electrically operable vehicle, wherein the electrical component (40) has at least one first connection contact (42) and at least one second connection contact (44), comprising - at least one bimetallic busbar (10) with a first segment (12) which is connected to a second segment (14), wherein the first segment (12) is made of a first metal and the second segment (14) is made of a second metal which is different from the first metal, wherein the first metal has a higher heat capacity and/or a higher thermal conductivity than the second metal, - a heat sink (20) which is in thermal contact with at least the first segment (12) of the at least one bimetallic busbar (10), wherein the first or the second connection contact (42, 44) of the electrical component (40) is electrically connected to the first segment (12) of the at least one bimetallic busbar (10).

connecting device according to claim 1 , wherein the first segment (12) of the at least one busbar (10) comprises copper and/or the second segment (14) comprises aluminum.

connecting device according to claim 1 or 2 , wherein the heat sink (20) has passive cooling, in particular wherein the heat sink (20) has a heat sink.

connecting device according to claim 1 or 2 , wherein the heat sink (20) has active cooling, in particular wherein the heat sink (20) is designed as a liquid-cooled cooling plate (22).

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein an electrically non-conductive heat transfer layer (24) is arranged between the at least one bimetallic busbar (10) and the heat sink (20), in particular wherein the electrically non-conductive heat transfer layer (24) has a thermal pad or a thermal paste.

connecting device according to claim 5 , wherein an electrically non-conductive medium (26), in particular an electrically non-conductive film, is arranged between the at least one bimetallic busbar (10) and/or the heat sink (20) and/or the heat transfer layer (24).

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the at least one bimetallic busbar (10) has an electrically non-conductive coating, in particular an electrically non-conductive paint coating.

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the first segment (12) and the second segment (14) of the at least one bimetallic busbar (10) are designed as roll-plated segments, and/or wherein the first segment (12) and the second segment (14) of the at least one bimetallic busbar (10) are designed as welded segments, in particular as ultrasonically welded segments.

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the at least one bimetallic busbar (10) has a coating with at least one of tin, zinc, silver.

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the first segment (12) of the bimetallic busbar (10) is present in a region of thermal contact with the heat sink (20).