DE102015217287A1

DE102015217287A1 - Zwischenkreiskondensatoranordnung mit Entladeelement

Info

Publication number: DE102015217287A1
Application number: DE102015217287.2A
Authority: DE
Inventors: Enrico Fuchs; Andreas Hentschel; Wolfgang Jarausch; Frank Roeder; Andreas Schulze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zwischenkreiskondensatoranordnung (10) für einen Umrichter (20), wobei die Zwischenkreiskondensatoranordnung (10) einen Zwischenkreiskondensator (1) aufweist. Damit insbesondere auch in robusten Umgebungen eine sichere Endladung des Zwischenkreises ermöglicht wird, wird vorgeschlagen, dass einen Zwischenkreiskondensator (1) in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse (2) ein Entladeelement (3) angeordnet ist, das zur insbesondere passiven Entladung des Zwischenkreiskondensators (1) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft Zwischenkreiskondensatoranordnung für einen Umrichter, wobei die Zwischenkreiskondensatoranordnung einen Zwischenkreiskondensator aufweist,
Die Erfindung betrifft weiter ein Umrichtersystem mit einer derartigen Zwischenkreiskondensatoranordnung sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem derartigen Umrichtersystem.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zwischenkreiskondensatoranordnung.
Umrichtersysteme mit Gleichspannungszwischenkreis besitzen große Kondensatoren, um die Zwischenkreisspannung im Gerät induktivitätsarm an den Halbleiterschaltern zu speichern. Dabei besteht die Notwendigkeit, das gesamte Umrichtersystem energiefrei zu machen, wenn die Geräte ausgeschaltet werden bzw. im Fehlerfall abgeschaltet werden. Dabei muss die Entladung des Zwischenkreises aus Sicherheitsgründen in definierter Zeit erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Zwischenkreiskondensatoranordnung für einen Umrichter dahingehend zu verbessern, dass sie insbesondere auch in robusten Umgebungen eine sichere Endladung des Zwischenkreises ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Zwischenkreiskondensatoranordnung für einen Umrichter gelöst, wobei die Zwischenkreiskondensatoranordnung einen Zwischenkreiskondensator aufweist, der in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse ein Entladeelement angeordnet ist, das zur insbesondere passiven Entladung des Zwischenkreiskondensators vorgesehen ist.
Diese Aufgabe wird weiter durch ein Umrichtersystem gemäß Anspruch 4 sowie durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 5 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der derzeitigen Lösung einer Zwischenkreiskondensatoranordnung, bei welcher der Zwischenkreiskondensator und das Entladeelement separat angeordnet ist und der Designer somit zusätzlichen Aufwand bei einer Dimensionierung und Planung einer derartigen Zwischenkreiskondensatoranordnung investieren muss, bei einer Zwischenkreiskondensatoranordnung, bei welcher das Entladeelement gemeinsam mit dem Zwischenkreiskondensator bereits als ein Bauelement konzipiert ist, keinerlei Schaltungsentwurf und zusätzlichen Verdrahtungsaufwand betreiben muss. Denn bei der vorgeschlagenen Lösung sind der Zwischenkreiskondensator und das Entladeelement in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Somit kann die Zwischenkreiskondensatoranordnung bereits vorab dimensioniert werden. Die Dimensionierung kann dabei so erfolgen, dass der Kondensator die jeweils definierte Energie, die er im Betrieb speichern kann, durch die das Entladeelement als passive Entladung direkt abgebaut werden kann. Hierdurch entstehen keine weiteren Verluste an separaten Entladewiderständen, so dass auch die thermische Entwärmung der kompletten Zwischenkreiskondensatoranordnung für sämtliche Betriebsfälle klar und deutlich definiert ist.
Diese Aufgabe wird weiter durch ein Umrichtersystem mit einer derartigen Zwischenkreiskondensatoranordnung sowie durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem derartigen Umrichtersystem gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das Entladeelement ein Entladewiderstand. Ein derartiger Entladewiderstand ist kostengünstig verfügbar und kann auf sichere und zuverlässige Weise die Entladung des Zwischenkreiskondensators übernehmen.
Eine als kompaktes und robustes Bauteil aufgeführte Zwischenkreiskondensatoranordnung wird dadurch ermöglicht, dass im Gehäuse sowohl der Zwischenkreiskondensator als auch das Entladeelement im Verbund vergossen und ummantelt sind.
Eine sichere Verdrahtung der Zwischenkreiskondensatoranordnung wird dadurch ermöglicht, dass die Zwischenkreiskondensatoranordnung einen ersten und einen zweiten Gleichspannungsanschluss zum Anschluss an eine Gleichspannung aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Zwischenkreiskondensatoranordnung mit integriertem Entladeelement,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Zwischenkreiskondensatoranordnung mit einem ohmschen Entladewiderstand und
3 ein Fahrzeug mit einem eine Zwischenkreiskondensatoranordnung aufweisenden Umrichter.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Zwischenkreiskondensatoranordnung 10 mit einem integrierten Entladeelement 3. Die Zwischenkreiskondensatoranordnung 10 besteht aus einem Zwischenkreiskondensator 1 und dem Entladeelement 3, die gemeinsam miteinander verschaltet sind. Ein Anschlusskontakt des Kondensators 1 bzw. des Entladeelements 3 mit einem ersten Gleichspannungskontakt 5 und bzw. einem weiteren Anschlusskontakt des Kondensators 1 bzw. des Entladeelements 3 mit einem zweiten Gleichspannungskontakt 6. Über diese Gleichspannungskontakte 5, 6 kann die Zwischenkreiskondensatoranordnung dann mit einer Gleichspannung DC+, DC– mit weiteren Bauelementen eines Umrichters 20 verbunden werden.
Die Besonderheit der in 1 dargestellten Kondensatoranordnung 10 besteht darin, dass der Zwischenkreiskondensator 1 und das Entladeelement gemeinsam innerhalb des Gehäuses angeschlossen sind und für eine hohe Betriebssicherheit dort im Verbund vergossen und ummantelt sind. Die Dimensionierung der Zwischenkreiskondensatoranordnung 10 erfolgt dabei so, dass die definierte Energie, die der Kondensator im Betrieb zu speichern hat, durch das Entladeelement 3 direkt abgebaut werden kann. Dies hat den Vorteil, dass ein Schaltungsdesigner eines Umrichters bei der Auslegung des Umrichters und der Speicherkondensatoranordnung keinerlei zusätzlichen Aufwand für den Schaltungsentwurf bzw. für eine zusätzliche Verbindung für die passive Entladung des Gleichspannungszwischenkreises mehr betrachten muss.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Zwischenkreiskondensatoranordnung mit einem ohmschen Entladewiderstand 4. Gezeigt ist somit wiederum die Zwischenkreiskondensatoranordnung 10, welche den Zwischenkreiskondensator 1 und einen hierzu parallel geschalteten ohmschen Widerstand 4 aufweist. Die Parallelschaltung aus Zwischenkreiskondensator 1 und ohmschen Entladewiderstand 4 ist wiederum in einem gemeinsamen Gehäuse 2 angeordnet, wobei die beiden Bauelemente aus Zwischenkreiskondensator 1 und ohmschen Widerstand 4 in dem Gehäuse 2 gemeinsam verdrahtet und im Verbund vergossen und vom Gehäuse ummantelt sind. Die Verschaltung mit der Außenwelt der Zwischenkreiskondensatoranordnung erfolgt wiederum über die Gleichspannungsanschlusskontakte 5, 6 zum Anschluss einer Gleichspannung DC+, DC–. Durch eine derartige Zwischenkreiskondensatoranordnung 10 wird es somit möglich, kundenspezifische Zwischenkreiskondensatoren, bestehend aus Kondensatormaterial (z.B. Folienwickel), Anschluss- und Verbindungsverschienung, Gehäuse und Verguss, gemeinsam zu erstellen und somit wird die Möglichkeit geschaffen, die passive Entladung direkt im Kondensatorgehäuse 10 zu integrieren. Mit einer derartigen Lösung, bei der der Verguss des Kondensators die Entladewiderstände direkt in das Kühlkonzept des Zwischenkreiskondensators integriert, muss der Gerätedesigner dadurch lediglich noch die Entwärmung des Zwischenkreiskondensators betrachten. Die Kosten für eine zusätzliche Entwärmung der passiven Entladung entfallen damit. Insgesamt wird somit der Integrationsgrad der einzelnen Komponenten deutlich erhöht.
3 zeigt ein Fahrzeug 22 mit einem eine Zwischenkreiskondensatoranordnung 10 aufweisenden Umrichter 20. Bei dem Fahrzeug 22 handelt es sich, insbesondere um ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, welches durch einen Elektromotor 21 angetrieben wird. Die Ansteuerung des Elektromotors 21 erfolgt mittels eines Umrichters 20, welcher eine Kondensatoranordnung enthält, wie sie im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert ist.

Claims

Zwischenkreiskondensatoranordnung (10) für einen Umrichter (20), wobei die Zwischenkreiskondensatoranordnung (10) einen Zwischenkreiskondensator (1) aufweist, der in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse (2) ein Entladeelement (3) angeordnet ist, das zur insbesondere passiven Entladung des Zwischenkreiskondensators (1) vorgesehen ist.
Zwischenkreiskondensatoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Entladeelement (3) ein Entladewiderstand (4) ist.
Zwischenkreiskondensatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im Gehäuse (2) sowohl der Zwischenkreiskondensator (1) als auch das Entladeelement (3) im Verbund vergossen und ummantelt sind.
Zwischenkreiskondensatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenkreiskondensatoranordnung (10) einen ersten (5) und einen zweiten (6) Gleichspannungsanschluss zum Anschluss an eine Gleichspannung aufweist.
Umrichter (20) mit einer Zwischenkreiskondensatoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Fahrzeug (22), insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug mit mindestens einem Umrichter (20) nach Anspruch 5.
Verfahren zur Herstellung einer Zwischenkreiskondensatoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit folgenden Herstellungsschritten: – elektrisches Verbinden eines Zwischenkreiskondensators (1) mit einem Entladeelement (3), – Anordnen des Zwischenkreiskondensators (1) mit dem Entladeelement (3) in einem Gehäuse und – Vergießen des Zwischenkreiskondensators (1) mit dem Entladeelement (3) in dem Gehäuse.