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Die Erfindung betrifft eine Kondensatorbaugruppe für ein Leistungsmodul in einem Fahrzeug, mit zumindest einem Kondensator, der mittels Stromschienen, die Strom in entgegengesetzten Richtungen leiten, niederinduktiv angeschlossen ist. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein Leistungsmodul mit einer solchen Kondensatorbaugruppe.
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Kondensatoren werden in vielen Leistungsschaltungen oder elektrischen Systemen verwendet, um Spannung und/oder Strom von einer Einrichtung oder einem Bauelement zu anderen Einrichtungen oder Bauelementen hin zu glätten. Oftmals sind zwischen den elektrischen Einrichtungen oder Bauteilen ein oder mehrere Kondensatoren parallel verbunden. Der Kondensator vermindert eine Welligkeit des Stroms während des Betriebs des elektrischen Systems, beispielsweise dadurch, dass er eine induktive Last kompensiert oder Spannungsschwankungen oder Spannungsspitzen, welche durch eine der Einrichtungen verursacht werden, absorbiert. weil die Nennleistung (zum Beispiel das Spannungsniveau oder Stromniveau) des elektrischen Systems zunimmt, ist oft mehr Kapazität erforderlich, was im Allgemeinen Kondensatoren mit größeren Volumen erfordert.
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Bei Anwendungen mit höherer Leistung werden typischerweise eine oder mehrere Stromschienen verwendet, um die Kondensatoren mit dem elektrischen System zu verbinden. Diese Stromschienen sind oftmals flache Bleche aus einem elektrisch leitenden Material, wie Kupfer oder Aluminium. Um für höhere Nennleistungen und größere Kondensatoren geeignet zu sein, müssen die Stromschienen auch eine erhöhte Baugröße aufweisen. Als Ergebnis einer Steigerung der Größe der Stromschienen steigt die Induktivität der Stromschienen. Diese zusätzliche Induktivität besitzt einen negativen Einfluss auf das elektrische System und wirkt dem Kondensator entgegen. Bei Schaltanwendungen, bei denen sich der Strom zeitlich mit einer hohen Rate ändert, kann die zusätzliche Induktivität Spannungsspitzen hervorrufen, welche die Zuverlässigkeit der anderen Bauteile in dem elektrischen System vermindern können.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 018 172 A1 zeigt einen Leistungskondensator mit mindestens einem ersten und einem zweiten Kondensatorelement.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 054 618 A1 zeigt einen Stromrichter mit einer Busstruktur mit niedriger Induktivität.
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Die Druckschrift
DE 199 29 735 A1 zeigt ein Elektronikelement mit ersten und zweiten Anschlussplatten.
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Die Druckschrift
US 6 249 448 B1 zeigt ein Leistungsmodul mit einer Kondensatorbatterie in welcher eine Vielzahl von Kondensatoren parallel angeordnet und mit zwei Verbindungsplatten verbunden sind.
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Die Druckschrift
US 2009/0 040 724 A1 zeigt einen Wechselrichter mit einem Kondensatormodul.
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Erfindungsgemäß wird eine Kondensatorbaugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Leistungsmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereitgestellt.
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Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Ferner wird eine Kondensatorbaugruppe zur Benutzung mit einem Leistungsmodul in einem Fahrzeug bereitgestellt. Die Kondensatorbaugruppe weist einen inneren Leiter auf, welcher ausgebildet ist, ein erstes Potential aufzunehmen. Der innere Leiter weist in einer Längsrichtung einen im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt auf. Ein äußerer Leiter ist ausgebildet, um ein zweites Potential aufzunehmen, und ist von dem inneren Leiter elektrisch isoliert. Der äußere Leiter weist einen ersten Abschnitt mit einem in Längsrichtung im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt auf, welcher an dem inneren Leiter ausgerichtet ist, und weist einen zweiten Abschnitt auf, welcher mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, wobei der zweite Abschnitt in einer Seitenrichtung einen im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt aufweist. Der zweite Abschnitt und der innere Leiter legen einen inneren Bereich fest. Ein Kondensator ist in dem inneren Bereich angeordnet und ist mit dem inneren Leiter und mit dem zweiten Abschnitt gekoppelt. Die Kondensatorbaugruppe ist derart ausgebildet, dass ein Strom in einer ersten Richtung durch den Kondensator fließt, und dass ein Strom in einer zweiten Richtung, welche zu der ersten Richtung im Allgemeinen entgegengesetzt ist, durch den zweiten Abschnitt fließt.
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Ferner wird eine Vorrichtung für eine elektrische Einrichtung wird bereitgestellt. Die elektrische Einrichtung weist einen inneren Leiter mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt in Längsrichtung auf. Ein äußerer Leiter ist mit dem inneren Leiter physikalisch gekoppelt und elektrisch von diesem isoliert. Der äußere Leiter weist einen ersten Abschnitt mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt in Längsrichtung auf, welcher im Allgemeinen an den inneren Leiter angepasst ist, und weist einen zweiten Abschnitt auf, welcher mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist. Der zweite Abschnitt weist einen im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt in einer seitlichen Richtung auf, wobei der zweite Abschnitt und der innere Leiter einen inneren Bereich festlegen, welcher dazu ausgebildet ist, zumindest ein Kondensatorelement aufzunehmen.
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Schließlich wird eine Vorrichtung für ein elektrisches System wird bereitgestellt. Das elektrische System weist eine erste Stromschiene auf, welche elektrisch leitend, im Wesentlichen eben und dazu ausgebildet ist, um ein erstes Potential aufzunehmen. Das elektrische System weist weiterhin eine zweite Stromschiene auf, welche elektrisch leitend, im Wesentlichen eben und dazu ausgebildet ist, um ein zweites Potential aufzunehmen. Ein nichtleitendes Material ist zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene derart angeordnet, dass das nichtleitende Material die erste Stromschiene von der zweiten Stromschiene elektrisch isoliert. Ein Kondensator ist mit der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene gekoppelt, wobei die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene derart ausgebildet sind, dass ein Strom in einer ersten Richtung durch die erste Stromschiene fließt, und dass ein Strom in einer zweiten Richtung, welche der ersten Richtung im Allgemeinen entgegengesetzt ist, durch die zweite Stromschiene fließt.
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Ein umfassenderes Verständnis des Gegenstandes kann erlangt werden, indem auf die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche in Zusammenschau mit den nachfolgenden Figuren Bezug genommen wird, wobei sich innerhalb der Figuren gleiche Bezugszeichen auf gleichartige Elemente beziehen.
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1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften elektrischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe, welches zur Verwendung in dem elektrischen System der 1 geeignet ist;
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3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Kondensatorbaugruppe der 2;
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4 ist eine Seitenansicht der Kondensatorbaugruppe der 2;
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5 ist eine Draufsicht auf die Kondensatorbaugruppe der 2; und
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6 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Anordnung von Kondensatorbaugruppen gemäß einer Ausführungsform.
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Die hier beschriebenen Technologien und Konzepte betreffen allgemein Verbindungsvorrichtungen zur Kopplung von Kondensatoren mit elektrischen Systemen unter Verwendung von Stromschienen. Die Stromschienen sind in einer Weise angeordnet, welche die gesamte Induktivität der Verbindungsvorrichtung vermindert.
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Nun bezugnehmend auf 1 beinhaltet ein elektrisches System 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ohne Einschränkung eine Energiequelle 102, eine elektrische Last 104 und eine Kondensatorbank 106. Die Elemente des elektrischen Systems 100 können miteinander unter Verwendung einer Leitung 108 oder einer anderen geeigneten Verbindungsanordnung verbunden sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das elektrische System 100 innerhalb eines Fahrzeuges 110 angeordnet sein.
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Abhängig von der Ausführungsform kann das Fahrzeug 110 irgendeines von einer Anzahl verschiedener Typen von Automobilen sein, wie beispielsweise eine Limousine, ein Kombi, ein Lastkraftwagen oder ein Sport Utility Vehicle (SUV), und kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h., einen Hinterradantrieb oder einen Vorderradantrieb), einen Vierradantrieb (4WD), oder einen Allradantrieb (AWD) aufweisen. Das Fahrzeug 110 kann auch irgendeinen von mehreren verschiedenen Arten von Motoren oder eine Kombination davon beinhalten, wie zum Beispiel einen mit Benzin oder Diesel betriebenen Verbrennungsmotor, einen ”flex fuel vehicle” (FFV)-Motor (d. h. dieser benutzt ein Gemisch aus Benzin und Alkohol), einen Motor für ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle, einen mit einer gasförmigen Verbindung (beispielsweise Wasserstoff und Erdgas) betriebenen Motor, einen hybriden Antrieb mit einem Verbrennungs- und einem Elektromotor oder einen Elektromotor. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Energiequelle 102 als eine Batterie, als eine Brennstoffzelle, oder als eine andere geeignete Spannungsquelle ausgeführt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform stellt die Energiequelle 102 für das elektrische System 100 elektrische Energie in Form von Gleichstrom bereit.
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In verschiedensten Ausführungsformen kann die elektrische Last 104 als ein Leistungsmodul (beispielsweise als ein Inverter, als ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler), als eine induktive Last oder als eine andere geeignete elektrische Einrichtung oder Komponente ausgebildet sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die elektrische Last 104 ein Inverter-Leistungsmodul, welches dazu ausgebildet ist, Hochfrequenz-Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) zum Wandeln eines Gleichstroms der Energiequelle 102 und zur Bereitstellung eines Wechselstroms für einen Motor oder eine andere Einrichtung innerhalb des Fahrzeugs 110 zu verwenden, wie verständlich sein dürfte.
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In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Kondensatorbank 106 einen oder mehrere Kondensatoren oder andere kapazitive Elemente auf, welche elektrisch in Reihe oder parallel angeordnet sein können. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Kondensatorbank 106 als eine Vielzahl von Kondensatoren ausgebildet, welche elektrisch parallel angeordnet sind. In der Praxis wird die Gesamtkapazität der Kondensatorbank 106 gemäß den Erfordernissen eines gegebenen elektrischen Systems 100 variieren, wie verständlich sein dürfte.
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Wenn die Kondensatorbank in einem Fahrzeug 110 mit einem Inverter-Leistungsmodul verwendet wird, so liegt die Kapazität der Kondensatorbank 106 im Allgemeinen in einem Bereich von 300 bis 2000 Mikrofarad.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Leitung 108 als ein Paar von Stromschienen ausgeführt sein. In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann jede der Stromschienen als ein Blech oder eine Platte aus Kupfer oder aus einem anderen leitenden Material ausgebildet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine erste der Stromschienen mit der Energiequelle 102 (beispielsweise der Versorgungsleitung) gekoppelt und/oder derart ausgebildet, um von dieser ein positives Spannungspotential aufzunehmen, und ist eine zweite Stromschiene mit der Energiequelle 102 (beispielsweise der Rückleitung) gekoppelt und/oder derart ausgebildet, um ein negatives Spannungspotential von dieser aufzunehmen. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Stromschienen derart dimensioniert, dass sie eine Kopplung mit der Kondensatorbank 106 erlauben, und auch der Nennleistung (oder dem Nennstrom) des elektrischen Systems 100 angepasst sind. Die Stromschienen können zusammengepackt sein oder nahe beieinander angeordnet sein, um eine Platzeinsparung zu erreichen. Zum Beispiel können die Stromschienen derart angeordnet sein, dass sie dem Formfaktor eines Fahrzeugs 110 Rechnung tragen (beispielsweise für das Zusammenpacken unter der Haube eines Automobils). Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Stromschienen durch eine isolierende Schicht getrennt, welche die Stromschienen elektrisch isoliert. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die isolierende Schicht als ein nichtleitendes Material ausgebildet, wie ein Polyethylennaphthalat (PEN), ein Polyethylenterephthalat (PET), ein Polyimidfilm, oder ein anderes geeignetes Material.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Stromschienen aufgrund ihrer Geometrie und ihrer räumlichen Beziehung und aufgrund von Faraday's Induktionsgesetz eine Induktivität (L) auf, wie der Fachmann verstehen wird. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform wird die Induktivität durch die Beziehung L = k la / b bestimmt, wobei k eine Konstante ist, welche auf dem leitenden Material basiert, l die Länge der Stromschiene, gemessen in der Richtung des Stromflusses, ist, b die Breite der Stromschiene ist, und a der Abstand zwischen den Leitern (beispielsweise die Dicke der isolierenden Schicht zwischen zwei Stromschienen) ist. Aufgrund dieser Induktivität induziert ein veränderlicher oder fluktuierender Strom (beispielsweise ein erhöhter Betrag von di / dt ) eine Spannung (V = L di / dt ) in dem elektrischen System 100, wie der Fachmann verstehen wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist jede einzelne Stromschiene eine zugehörige Induktivität auf, welche summiert werden können, um eine Gesamtinduktivität für die Leitung 108 festzulegen, wie der Fachmann verstehen wird.
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Unter Bezugnahme auf die 2–5 beinhaltet gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Kondensatorbaugruppe 200 eine äußere Stromschiene 202, eine innere Stromschiene 204, ein nichtleitendes Material 206, und zumindest ein Kondensatorelement 208. Die in den 2–5 gezeigten dreidimensionalen (x-y-z) Referenzkoordinaten werden zu illustrierenden Zwecken und zur Erleichterung der Beschreibung verwendet. Die Stromschienen 202, 204 können Anschlüsse 203, 205 beinhalten, welche ausgebildet sind, um zur Kopplung der Kondensatorbaugruppe 200 mit einem oder mehreren Stromkreisbauteilen ein Spannungspotential und/oder einen Strom zu erhalten. Es sollte verstanden werden, dass, obwohl die Kondensatorbaugruppe 200 zur Erleichterung der Beschreibung hier als ein einziges Kondensatorelement 208 aufweisend erwähnt werden kann, in der Praxis jede Anzahl von Kondensatorelementen vorhanden sein kann, um den Erfordernissen einer bestimmten Anwendung gerecht zu werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das nichtleitende Material 206 dazu fähig, eine elektrische Isolierung zwischen den zwei Stromschienen 202, 204 bereitzustellen. Darüber hinaus kann das nichtleitende Material 206 derart ausgebildet sein, dass es die äußere Stromschiene 202 und die innere Stromschiene 204 physikalisch koppelt, wie weiter unten beschrieben ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die äußere Stromschiene 202 einen Abschnitt (beispielsweise den Abschnitt 212), welcher im Allgemeinen mindestens einem Teil der inneren Stromschiene 204 (beispielsweise dem Abschnitt 224) angepasst ist, wie weiter unten genauer beschrieben wird. Die innere Stromschiene 204 und die äußere Stromschiene 202 legen einen inneren Bereich 210 fest, welcher geeignet dimensioniert und geformt ist, um das Kondensatorelement 208 aufzunehmen. Das Kondensatorelement 208 ist in dem inneren Bereich 210 angeordnet, und ist mit jeder Stromschiene 202, 204 gekoppelt, wie weiter unten genauer beschrieben wird.
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Unter Bezugnahme auf 3 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel die äußere Stromschiene 202 (oder der äußere Leiter) elektrisch leitend und dazu ausgebildet, ein Spannungspotential (beispielsweise über den Anschluss 203) aufzunehmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die äußere Stromschiene 202 derart ausgebildet, dass sie mit einem positiven Spannungspotential gekoppelt werden kann (beispielsweise mit einem positiven Anschluss der Energiequelle 102 gekoppelt werden kann). Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die äußere Stromschiene 202 einen ersten Abschnitt 212 mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt in Längsrichtung (beispielsweise entlang der x-y-Ebene) auf, welcher einen ersten ebenen Abschnitt 216 beinhaltet, der mit einem zweiten ebenen Abschnitt 218 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist zur Aufnahme einer Spannung der Anschluss 203 integral mit dem ersten ebenen Abschnitt 216 ausgebildet und/oder mit diesem gekoppelt, wie gezeigt. Die äußere Stromschiene 202 weist auch einen zweiten Abschnitt 214 mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt in einer seitlichen Richtung (beispielsweise entlang der x-z-Ebene) auf, welcher einen dritten ebenen Abschnitt 220 beinhaltet, der mit einem vierten ebenen Abschnitt 222 gekoppelt ist. Es soll verstanden werden, dass sich ein ebener Abschnitt, wie hier benutzt, auf ein Bauteil oder einen Abschnitt bezieht, welcher im Wesentlichen eben und mit einer gewissen Dicke ausgebildet ist (beispielsweise kann ein ebener Abschnitt dreidimensional sein). Darüber hinaus ist das gezeigte Ausführungsbeispiel lediglich eine bevorzugte Ausführungsform, und in der Praxis können die Stromschienenabschnitte unterschiedlichste Formen und Größen aufweisen, und sie müssen nicht eben sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der vierte ebene Abschnitt 222 derart ausgebildet, dass er mit einem oder mehreren Kondensatorelementen 208 gekoppelt werden kann, wie weiter unten genauer beschrieben ist.
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Gemäß dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der zweite ebene Abschnitt 218 und der vierte ebene Abschnitt 222 im Wesentlichen parallel zueinander (beispielsweise sind beide im Wesentlichen parallel zu der y-z-Ebene), und im Wesentlichen senkrecht zu dem dritten ebenen Abschnitt 220 (beispielsweise ist der dritte ebene Abschnitt 220 im Wesentlichen parallel zu der x-y-Ebene). In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann der erste ebene Abschnitt 216 im Wesentlichen senkrecht zu dem zweiten ebenen Abschnitt 218 (beispielsweise im Wesentlichen parallel zu der x-z-Ebene) sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die äußere Stromschiene 202 durch Fügen, physikalisches Koppeln oder anderweitiges Integrieren der ebenen Abschnitte 216, 218, 220, 222 als ein durchgängiger Körper ausgebildet. In Übereinstimmung mit einem beispielhaften Herstellungsprozess wird die äußere Stromschiene 202 aus einem einzigen Kupferblech oder einer einzigen Kupferplatte geformt. Es sollte verstanden werden, dass, obwohl die Abschnitte 216, 218, 220, 222 der äußeren Stromschiene 202 derart gezeigt sind, dass sie sich in etwa rechten Winkeln schneiden, die Schnittwinkel in der Praxis in Abhängigkeit von der Form und Größe des Kondensatorelements 208 und von dem erforderlichen Formfaktor der Kondensatorbaugruppe 200 variieren können.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist die innere Stromschiene 204 oder der innere Leiter elektrisch leitend und zur Aufnahme eines Spannungspotentials (beispielsweise über den Anschluss 205) ausgebildet. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel ist die innere Stromschiene 204 derart ausgebildet, dass sie mit einem negativen Spannungspotential gekoppelt werden kann (beispielsweise mit einem negativen Anschluss der Energiequelle 102 gekoppelt werden kann). Die innere Stromschiene 204 weist einen Abschnitt 224 mit einem im Allgemeinen L-förmigen Querschnitt in Längsrichtung (beispielsweise entlang der x-y-Ebene) auf, welcher einen fünften ebenen Abschnitt 226 beinhaltet, der mit einem sechsten ebenen Abschnitt 228 gekoppelt ist. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel ist zur Aufnahme einer Spannung der Anschluss 205 mit dem fünften ebenen Abschnitt 226 integral ausgebildet und/oder mit diesem gekoppelt, wie gezeigt.
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Der fünfte ebene Abschnitt 226 und der sechste ebene Abschnitt 228 sind nach dem Zusammenbau an dem ersten Abschnitt 212 der äußeren Stromschiene 202 ausgerichtet. In einer solchen Ausführungsform ist der fünfte ebene Abschnitt 226 im Wesentlichen parallel zu dem ersten ebenen Abschnitt 216, und der sechste ebene Abschnitt 228 ist im Wesentlichen parallel zu dem zweiten ebenen Abschnitt 218. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die innere Stromschiene 204 durch Fügen, physikalisches Koppeln, oder anderweitiges Integrieren der ebenen Abschnitte 226 und 228 als ein durchgängiger Körper ausgebildet. In Übereinstimmung mit einem beispielhaften Herstellungsprozess wird die innere Stromschiene 204 aus einem einzigen Kupferblech oder einer einzigen Kupferplatte geformt. Es sollte verstanden werden, dass, obwohl die Abschnitte 226, 228 der inneren Stromschiene 204 derart gezeigt sind, dass sie sich in einem etwa rechten Winkel (beispielsweise im Wesentlichen senkrecht) schneiden, dass der Schnittwinkel in der Praxis in Abhängigkeit von der Form und Größe des Kondensatorelements 208 und von dem erforderlichen Formfaktor der Kondensatorbaugruppe 200 variieren kann.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 und 3 sind in einer beispielhaften Ausführungsform die innere Stromschiene 204 und die äußere Stromschiene 202 in der Weise im Allgemeinen aneinander angepasst und physikalisch miteinander so gekoppelt, dass sie einen inneren Bereich 210 festlegen. In einem Ausführungsbeispiel ist das nichtleitende Material 206 (in 3 nicht gezeigt) als eine dünne Folie oder ein Film aus Polyethylennaphthalat ausgebildet, welche auf ihren äußeren Oberflächen mit einem Klebemittel überzogen ist. Die Stromschienen 202, 204 können dadurch verbunden oder aneinander befestigt werden, dass das nichtleitende Material 206 zwischen ihnen angeordnet wird und die Stromschienen 202, 204 zusammengepresst werden. In diesem Zusammenhang können die jeweiligen Stromschienen 202, 204 ausgeschnittene Bereiche 230 aufweisen (und das nichtleitende Material 206 kann entsprechende ausgeschnittene Bereiche aufweisen), beispielsweise, um zu ermöglichen, dass Anschlüsse 203, 205 der anderen Stromschiene 202, 204 durch die jeweilige Stromschiene 202, 204 hindurchragen oder anderweitig von der jeweiligen Stromschiene 202, 204 elektrisch isoliert sind.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kondensatorelement 208 ein auf einer Oberfläche anbringbarer Kondensator, welcher einen Körper 232 mit Oberflächenanschlüssen 234, 236 auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers 232 aufweist. Ein erster Oberflächenanschluss 234 ist zur Aufnahme eines positiven Spannungspotentials ausgebildet, und ein zweiter Oberflächenanschluss 236 ist zur Aufnahme eines negativen Spannungspotentials ausgebildet. Der erste Oberflächenanschluss 234 kann mit der äußeren Stromschiene 202 (beispielsweise mit dem vierten ebenen Abschnitt 222) gekoppelt sein, und der zweite Oberflächenanschluss 236 kann mit der inneren Stromschiene 204 (beispielsweise mit dem sechsten ebenen Abschnitt 228) gekoppelt sein, derart, dass das Kondensatorelement 208 in dem inneren Bereich 210 angeordnet ist. Zum Beispiel können die Stromschienen 202, 204 an den zugehörigen ebenen Abschnitten 222, 228 zum Anlöten des Kondensatorelements 208 an die Stromschienen 202, 204 einen oder mehrere fingerförmige Bereiche 238 beinhalten. Wie gezeigt, sind die fingerförmigen Bereiche 238 Vorsprünge, welche in dem leitenden Material der Stromschiene durch das Ausschneiden des umgebenden Materials gebildet sind, und welche für ein Anlöten in geeigneter Weise dimensioniert sind. Ein Strom fließt durch die fingerförmigen Bereiche 238 in einer Richtung weg von der Lücke im leitenden Material (beispielsweise weg von der Lötverbindung und durch den Leiter), wie der Fachmann verstehen wird. Die äußere Stromschiene 202 kann ausgeschnittene Bereiche 230 beinhalten, welche an den fingerförmigen Bereichen 238 der inneren Stromschiene 204 ausgerichtet sind, um einen Zugang für das Anlöten zu ermöglichen und um eine elektrische Isolierung bereitzustellen, wie der Fachmann erkennen wird. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel sind die fingerförmigen Bereiche 238 derart ausgerichtet, dass sie den Stromfluss in einer bestimmten Richtung erleichtern, wie weiter unten genauer beschrieben wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist, nun bezugnehmend auf 3, 4 und 5, und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2, die Kondensatorbaugruppe 200 derart ausgebildet, dass sie die Induktivität der Stromschienen 202, 204 dadurch reduziert, dass der Abstand zwischen Bauteilen, welche entgegengesetzte Ströme führen, vermindert ist (beispielsweise durch das Reduzieren von a in der Gleichung L = k la / b ), und dadurch, dass die Überlappung von Bauteilen mit entgegengesetzten Strömen maximiert ist (beispielsweise durch das Erhöhen von b in der Gleichung L = k la / b ). Es sollte verstanden werden, dass, obwohl ein Strom hier als in erster Linie in einer bestimmten Richtung fließend beschrieben werden kann, Strom sich in Wirklichkeit nicht gleichförmig durch eine Einrichtung, ein Bauteil, oder einen Leiter bewegt. In dieser Hinsicht wird ein Strom überall in der Einrichtung, dem Bauteil, oder dem Leiter ungleichmäßig verteilt sein, fließt aber im Allgemeinen oder überwiegend in der angezeigten Richtung.
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Zum Beispiel kann, unter Verwendung der Anordnung, wie sie weiter oben im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschrieben wurde, und unter der Annahme, dass die äußere Stromschiene 202 mit einer positiven Spannung und die innere Stromschiene 204 mit einer negativen Spannung gekoppelt sind, ein Strom durch den Körper 232 des Kondensatorelements 208 in einer im Allgemeinen positiven Richtung längs der x-Achse fließen. Die Kondensatorbaugruppe 200 ist derart ausgebildet, dass der Strom durch einen Teil der äußeren Stromschiene 202, beispielsweise durch den dritten ebenen Abschnitt 220, in einer im Allgemeinen negativen Richtung längs der x-Achse und dem Körper 232 benachbart fließt, wodurch die Induktivität des dritten ebenen Abschnitts 220 reduziert wird. In einer derartigen Anordnung fließt der Strom durch den vierten ebenen Abschnitt 222 in einer im Allgemeinen negativen Richtung entlang der z-Achse. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel sind die fingerförmigen Bereiche 238 derart ausgerichtet, dass sie den Stromfluss in der negativen Richtung längs der z-Achse erleichtern, wie in 3 gezeigt. Als ein Ergebnis dieser Anordnung fließt demgemäß der Strom durch den zweiten ebenen Abschnitt 218 in einer im Allgemeinen positiven Richtung längs der y-Achse, und fließt der Strom durch den ersten ebenen Abschnitt 216 in einer im Allgemeinen positiven Richtung längs der x-Achse und von der äußeren Stromschiene 202 über den Anschluss 203.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist die innere Stromschiene 204 derart ausgebildet, dass ein Strom durch einen Teil der inneren Stromschiene 204 in einer Richtung, welche einem Stromfluss durch einen entsprechenden Teil der äußeren Stromschiene 202 entgegengesetzt ist, verläuft. Zum Beispiel ist die Kondensatorbaugruppe 200 derart ausgebildet, dass ein Strom über den Anschluss 205 in die innere Stromschiene 204 und durch den fünften ebenen Abschnitt 226 in einer im Allgemeinen negativen Richtung längs der x-Achse fließt. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel kann der fünfte ebene Abschnitt 226 auch dem Körper 232 benachbart sein, wobei der Strom durch den fünften ebenen Abschnitt 226 in einer Richtung, welche einem Strom durch das Kondensatorelement 208 entgegengesetzt ist, verläuft. Dementsprechend fließt ein Strom durch den sechsten ebenen Abschnitt 228 in einer im Allgemeinen negativen Richtung entlang der y-Achse, welche der Richtung des Stroms durch den zweiten ebenen Abschnitt 218 entgegengesetzt ist.
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Unter Bezugnahme auf 6 können in Abhängigkeit von der Ausführungsform eine oder mehrere Kondensatorbaugruppen 600, 610 verwendet werden, um eine benötigte Kapazität zu erzielen und/oder um unterschiedlichsten räumlichen Einschränkungen oder Formfaktoren gerecht zu werden. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Kondensatorbaugruppen 600, 610 in Bezug aufeinander um 180° gedreht, um eine größere Überlappung entgegengesetzter Ströme zu erreichen und den trennenden Abstand zu minimieren. Zum Beispiel sind die Kondensatorbaugruppen 600, 610, wie gezeigt, derart angeordnet, dass die Kondensatorbaugruppen 600, 610 aneinander angrenzen, und dass der Strom durch die benachbarten ebenen Abschnitte in entgegengesetzten Richtungen verläuft. Obwohl dies in der 6 nicht gezeigt ist, kann in einem praktischen Ausführungsbeispiel ein nichtleitendes Material die Kondensatorbaugruppen 600, 610 trennen. Es sollte erkannt werden, dass jede Anzahl von Kondensatorbaugruppen verwendet und in einer derartigen abwechselnden Anordnung, oder Äquivalenten hiervon, angeordnet werden kann, um eine erwünschte Kapazität oder einen erwünschten Formfaktor zu erreichen, während die Gesamtinduktivität, welche durch die Stromschienen 202, 204 erzeugt wird, reduziert wird.
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Ein Vorteil der vorbeschriebenen Systeme und Gerätschaften besteht darin, dass die Stromschieneninduktivität reduziert wird, was bei einem Einsatz in Schaltanwendungen, wie etwa mit einem PWM-Inverter-Leistungsmodul, die induzierte Spannung (beispielsweise eine Spannungsspitze) vermindert. Durch das Reduzieren der induzierten Spannung wird die elektrische Belastung der elektrischen Einrichtungen oder Bauteile in dem System, welche durch unerwünschte Spannungsspitzen hervorgerufen wird, vermindert. Im Falle eines Inverters beispielsweise hilft das Vermindern der Induktivität (und dadurch der beim Schaltvorgang induzierten Spannung) sicherzustellen, dass die Nennspannung der Schalter innerhalb des Inverters durch Spannungsspitzen nicht überschritten wird, und verbessert daher die Zuverlässigkeit des gesamten Systems. Darüber hinaus können Einrichtungen zur Verbindung von Kondensatoren mehrteilig konstruiert und skalierbar sein, um unterschiedlichste Kapazitätswerte und Größen zu erzielen, und dadurch den Kapazitätserfordernissen und Formfaktorbedingungen einer Vielzahl elektrischer Systeme zu entsprechen. Andere Ausführungsformen können das vorbeschriebene System und Verfahren in verschiedenen Arten von Automobilen, verschiedenen Fahrzeugen (beispielsweise Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen), oder in gänzlich unterschiedlichen elektrischen Systemen nutzen, da es in jeder Situation, in der eine Leitungsverbindung niedriger Induktivität erwünscht ist, verwirklicht werden kann.
