DE102015220792A1

DE102015220792A1 - Power electronics arrangement

Info

Publication number: DE102015220792A1
Application number: DE102015220792.7A
Authority: DE
Inventors: Richard Friede
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CN106935406A

Abstract

Es wird eine Leistungselektronikanordnung mit zumindest einem in einem Gehäuse (2) angeordneten Kondensator (1) vorgeschlagen, der über eine in dem Gehäuse (2) verlaufende Pluspol-Stromsammelschiene (6) und eine in dem Gehäuse (2) verlaufende Minuspol-Stromsammelschiene (7) mit zumindest einer Spannungsquelle (4) und mit zumindest einem Verbraucher elektrisch verbunden ist, wobei zusätzlich eine parallele Pluspol-Stromsammelschiene (10) und eine parallele Minuspol-Stromsammelschiene (11) vorgesehen sind.The invention relates to a power electronic assembly comprising at least one capacitor (1) arranged in a housing (2), which has a positive-pole busbar (6) extending in the housing (2) and a negative-pole busbar (7) extending in the housing (2) ) is electrically connected to at least one voltage source (4) and at least one consumer, wherein in addition a parallel positive pole busbar (10) and a parallel negative pole busbar (11) are provided.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung mit zumindest einem in einem Gehäuse angeordneten Kondensator gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. The present invention relates to a power electronics assembly having at least one arranged in a housing capacitor according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Aus der Fahrzeugtechnik sind Kondensatoren, zum Beispiel Zwischenkreiskondensatoren in einer Leistungselektronik hinreichend bekannt. Die Kondensatoren sind in einem Gehäuse angeordnet und werden über integrierte Pluspol- und Minuspol-Stromsammelschienen, sogenannten Busbars an eine Spannungsquelle und an einen Verbraucher elektrisch angeschlossen. Um die Baugröße gering zu halten, wird der innere Aufbau der Leistungselektronik bzw. der Kondensatoren durch ein mit isolierender Vergussmaterial versehenes Gehäuse realisiert. Die Kondensatoren sind zum Beispiel von Folienwickeln als Dielektrikum umgeben und mit den inneren vorhandenen Pluspol- und Minuspol-Stromsammelschienen elektrisch leitend verbunden. Durch die Folienwickel können die einzuhaltenden Abstände zwischen den unterschiedlichen Potenzialen reduziert werden. From vehicle technology capacitors, for example, DC link capacitors in power electronics are well known. The capacitors are arranged in a housing and are electrically connected via integrated positive pole and negative pole busbars, so-called busbars, to a voltage source and to a load. In order to keep the size low, the internal structure of the power electronics and the capacitors is realized by a housing provided with insulating potting material. For example, the capacitors are surrounded by foil windings as a dielectric and electrically conductively connected to the inner positive and negative pole busbars present. The foil windings can be used to reduce the distances between the different potentials.

Es ist bekannt, dass im Betrieb der Leistungselektronik durch die Kondensatoren und die internen Pluspol- und Minuspol-Stromsammelschienen der Kondensatoren erhebliche Abwärme erzeugt wird, da das in dem Gehäuse vorhandene Vergussmaterial eine reduzierte Wärmeleitung aufweist. Die Betriebstemperatur ist zum Beispiel bei Folienkondensatoren durch das verwendete Folienmaterial stark begrenzt, sodass bei Erreichen der Grenztemperaturen Einschränkungen des Betriebs erforderlich sind. It is known that in the operation of power electronics by the capacitors and the internal positive pole and negative pole busbars of the capacitors considerable heat is generated because the potting material present in the housing has a reduced heat conduction. The operating temperature is greatly limited, for example, in film capacitors by the film material used, so that when reaching the limit temperatures restrictions of operation are required.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Leistungselektronikanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der die Wärmebelastung reduziert und somit Einschränkungen im Betrieb vermieden werden. The present invention is based on the object to propose a power electronics assembly of the type described above, in which the heat load is reduced and thus restrictions in operation are avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie der Zeichnung ergeben. This object is achieved by the features of claim 1, which result in advantageous developments of the dependent claims and the description and the drawings.

Somit wird eine Leistungselektronikanordnung mit in einem Gehäuse angeordneten Kondensatoren vorgeschlagen, die über eine in dem Gehäuse verlaufende Pluspol-Stromsammelschiene und eine in dem Gehäuse verlaufende Minuspol-Stromsammelschiene mit zumindest einer Spannungsquelle und mit zumindest einem Verbraucher elektrisch verbunden sind. Thus, a power electronics assembly is proposed with arranged in a housing capacitors, which are electrically connected via a running in the housing positive pole busbar and running in the housing negative pole busbar with at least one voltage source and at least one consumer.

Zum uneingeschränkten Betrieb und zum Erweitern der Funktionalitäten sowie zum Reduzieren der Wärmebelastung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zumindest eine zusätzliche parallele Pluspol-Stromsammelschiene und zumindest eine parallele Minuspol-Stromsammelschiene vorgesehen sind. Durch die jeweils zumindest eine parallele Stromsammelschiene bzw. Busbar für jeden Spannungsanschluss wird die jeweils vorhandene Stromsammelschiene durch den zusätzlichen leitenden Querschnitt der parallelen Stromsammelschienen erheblich entlastet, welches zu einer reduzierten Abwärme innerhalb des Gehäuses der Leistungselektronik bzw. bei den Kondensatoren führt. For unrestricted operation and for expanding the functionalities and for reducing the heat load, it can be provided according to the invention that at least one additional parallel positive pole busbar and at least one parallel negative pole busbar be provided. By each at least one parallel busbar or busbar for each voltage connection, the respective existing busbar is significantly relieved by the additional conductive cross section of the parallel busbars, which leads to a reduced heat dissipation within the housing of the power electronics or in the capacitors.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die jeweils vorgesehenen parallelen Stromsammelschienen jedes Spannungsanschluss bzw. je Pol als externe Stromsammelschienen außerhalb des Gehäuses verlaufen. Dadurch kann die im Betrieb erzeugte Abwärme über die externen Stromsammelschienen beispielsweise an die Umgebungsluft oder durch eine thermische Anbindung an eine Kühlfläche z.B. an oder außerhalb des Gehäuses, abgegeben werden. Auf diese Weise kann die entstehende Wärme an den parallelen Busbars thermisch hervorragend abgeführt werden. According to an advantageous development of the invention, it can be provided that the respectively provided parallel busbars run each voltage connection or per pole as external busbars outside the housing. As a result, the waste heat generated during operation can be transmitted via the external busbars, for example, to the ambient air or through a thermal connection to a cooling surface, e.g. on or outside the housing. In this way, the resulting heat at the parallel busbars can be dissipated thermally excellent.

Der leitende Querschnitt der vorhandenen Stromsammelschienen kann ohne erforderliche Änderungen in dem Gehäuse auf einfachste Weise variiert werden. Beispielsweise kann der leitende Querschnitt der parallelen außerhalb des Gehäuses verlaufenden Stromsammelschienen vergrößert werden. Auf diese Weise kann der vorhandene Bauraum in dem Gehäuse optimal genutzt werden. Durch die Erhöhung der leitenden Querschnitte sind auch in vorteilhafter Weise höhere Ströme bei der vorgeschlagenen Leistungselektronikanordnung möglich. The conductive cross-section of the existing busbars can be varied in the simplest way without requiring changes in the housing. For example, the conductive cross-section of the parallel current bus bars extending outside the housing can be increased. In this way, the available space in the housing can be optimally used. By increasing the conductive cross sections, higher currents in the proposed power electronics arrangement are also possible in an advantageous manner.

Die in dem Gehäuse entstehende Abwärme kann zusätzlich durch zum Beispiel thermisch leitende Anschlussbereiche zwischen den vorhandenen und den parallelen Stromsammelschienen, zum Beispiel durch metallische Verbindungen, aus dem Gehäuse abgeführt werden, indem durch Wärmeleitung ein Teil der Wärme der internen vorhandenen Stromsammelschienen an die parallelen Stromsammelschienen abgegeben werden, sodass insgesamt die Kondensatoren bzw. die Leistungselektronik besser gekühlt werden. The heat generated in the housing waste heat can be dissipated by, for example, thermally conductive connection areas between the existing and the parallel busbars, for example by metallic connections, from the housing by discharged by heat conduction part of the heat of the internal existing busbars to the parallel busbars so that overall the capacitors and the power electronics are better cooled.

Dieser Effekt wird weiter verbessert, wenn der leitende Querschnitt der parallelen Stromsammelschienen größer als der leitende Querschnitt der vorhandenen Strom Sammelschienen ist. Z.B. im Teillastbetrieb der Kondensatoren kann durch die gute thermische Verbindung der internen bzw. vorhandenen Stromsammelschienen zu den parallelen externen Stromsammelschienen die Kondensatortemperatur verringert werden, wenn die Abwärme an die Kühlung größer als die Abwärme im Gehäuse ist. This effect is further enhanced if the conductive cross section of the parallel bus bars is greater than the conductive cross section of the existing bus bars. For example, In part-load operation of the capacitors can be reduced by the good thermal connection of the internal or existing busbars to the parallel external busbars, the condenser temperature when the waste heat to the cooling is greater than the waste heat in the housing.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante kann auch vorgesehen sein, dass die parallelen Stromsammelschienen der Spannungsanschlüsse im vergossenen Gehäuse der Leistungselektronikanordnung geführt werden. Dadurch wird der innere Aufbau des Kondensators entlastet. Hierbei ist ein ausreichender Abstand bzw. eine thermische Isolierung durch zum Beispiel genügend Vergussstärke zum inneren Aufbau der Kondensatoren vorzusehen. In the context of a further embodiment, it can also be provided that the parallel busbars of the voltage connections are guided in the molded housing of the power electronics assembly. This relieves the internal structure of the capacitor. Here, a sufficient distance or a thermal insulation by, for example, sufficient Vergussstärke to the internal structure of the capacitors provided.

Bevorzugt kann die vorgeschlagene Leistungselektronikanordnung als Kondensatoren Zwischenkreiskondensatoren aufweisen, die einerseits an Spannungsquellen und andererseits an einem Leistungsmodul eines Fahrzeuges angeschlossen sind. Preferably, the proposed power electronics assembly may have as capacitors DC link capacitors, which are connected on the one hand to voltage sources and on the other hand to a power module of a vehicle.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt beispielhaft eine schematische Ansicht einer Leistungselektronikanordnung mit mehreren Zwischenkreiskondensatoren 1 mit Folienwickeln in einem mit Vergussmaterial 3 angeordneten Gehäuse 2. Die Zwischenkreise bildenden Zwischenkreiskondensatoren 1 sind einerseits an Spannungsquellen 4 und andererseits an ein als Verbraucher vorgesehenes Leistungsmodul 5 über eine in dem Gehäuse 2 vorhandene Pluspol-Stromsammelschiene 6 und eine in dem Gehäuse 2 vorhandene Minuspol-Stromsammelschiene 7 elektrisch angeschlossen. Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to the drawings. The sole figure of the invention shows an example of a schematic view of a power electronics assembly with multiple DC link capacitors 1 with foil wrapping in one with potting material 3 arranged housing 2 , The intermediate circuits forming intermediate circuit capacitors 1 are on the one hand to voltage sources 4 and, on the other hand, to a power module provided as a consumer 5 about one in the housing 2 existing positive pole current busbar 6 and one in the housing 2 existing negative pole busbar 7 electrically connected.

Zum Kühlen des Gehäuses 2 ist eine Kühlfläche 8 der Außenwand des Gehäuses 2 zugeordnet. Hierbei ist ein Luftspalt 9 zwischen Kühlfläche 8 und Außenwand des Gehäuses 2 als elektrischer Isolator vorgesehen. Um eine unerwünschte Erwärmung innerhalb des Gehäuses 2 bzw. innerhalb der Zwischenkondensatoren 1 zu verringern, werden zusätzlich eine parallele Pluspol-Stromsammelschiene 10 und eine parallele Minuspol-Stromsammelschiene 11 vorgesehen. For cooling the housing 2 is a cooling surface 8th the outer wall of the housing 2 assigned. Here is an air gap 9 between cooling surface 8th and outer wall of the housing 2 provided as an electrical insulator. To prevent unwanted heating inside the case 2 or within the intermediate capacitors 1 In addition, a parallel positive pole busbar will be added to reduce 10 and a parallel negative pole busbar 11 intended.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorzugsweise die parallele Pluspol-Stromsammelschiene 10 und die parallele Minuspol-Stromsammelschiene 11 außerhalb des Gehäuses 2 als externe Stromsammelschienen angeordnet. Die externe Pluspol-Sammelschiene 10 und die externe Minuspol-Sammelschiene 11 sind zueinander isoliert angeordnet. Hierbei sind die externen Stromsammelschienen 10, 11 derart in der Umgebung des Gehäuses 2 angeordnet, dass die Umgebungsluft zur Kühlung der Pluspol- und Minuspol-Stromsammelschienen 10, 11 einsetzbar ist. Zudem sind die Pluspol-Stromsammelschiene 10 und die Minuspol-Stromsammelschiene 11 in dem Luftspalt 9 zwischen Gehäusewand und Kühlfläche 8 geführt, so dass eine thermische Anbindung zur Kühlfläche 8 realisiert wird, um die Kühlung weiter zu erhöhen. In the illustrated embodiment of the invention is preferably the parallel positive pole busbar 10 and the parallel negative pole busbar 11 outside the case 2 arranged as external busbars. The external positive pole busbar 10 and the external negative pole busbar 11 are arranged isolated from each other. Here are the external busbars 10 . 11 such in the vicinity of the housing 2 arranged that the ambient air for cooling the positive pole and negative pole busbars 10 . 11 can be used. In addition, the positive pole busbar are 10 and the negative pole busbar 11 in the air gap 9 between housing wall and cooling surface 8th guided, so that a thermal connection to the cooling surface 8th is realized in order to further increase the cooling.

Die vorgesehenen parallelen Stromsammelschienen 10, 11 für jeden Spannungsanschluss beeinflussen in vorteilhafter Weise nicht die Abmessungen der vorgeschlagenen Leistungselektronikanordnung bzw. des Gehäuses 2, da diese seitlich an dem Gehäuse 2 geführt werden können. The provided parallel busbars 10 . 11 for each voltage connection advantageously do not affect the dimensions of the proposed power electronics assembly or the housing 2 because these are on the side of the housing 2 can be performed.

Der stromleitende Querschnitt der parallelen bzw. externen Pluspol- und Minuspol-Stromsammelschienen 10, 11 kann variiert bzw. erhöht werden, so dass die vorhandene Pluspol-Stromsammelschiene 6 und die vorhandene Minuspol-Stromsammelschiene 6, 7 entlastet werden, so dass die Erzeugung der Abwärme in dem Gehäuse 2 weiter reduziert wird. The current-conducting cross-section of the parallel or external positive pole and negative pole busbars 10 . 11 can be varied or increased, so that the existing positive pole busbar 6 and the existing negative pole power bus 6 . 7 be relieved, so that the generation of waste heat in the housing 2 is further reduced.

Darüber hinaus kann die Kühlung bzw. das Abführen der Abwärme aus dem Gehäuse 2 weiter verbessert werden, indem Anschlussbereiche zwischen der vorhandenen Pluspol-Stromsammelschiene 6 und der parallelen Pluspol-Stromsammelschiene 10 sowie zwischen der vorhandenen Minuspol-Stromsammelschiene 7 und der parallelen Minuspol-Stromsammelschiene 11 aus thermisch leitenden Material, zum Beispiel aus einer metallischen Schraubverbindung bestehen, so dass eine wärmeabführende Wirkung über die Anschlussbereiche aus dem Gehäuse 2 in die Umgebung realisiert wird. In addition, the cooling or the removal of waste heat from the housing 2 be further improved by connecting areas between the existing positive pole busbar 6 and the parallel positive pole busbar 10 and between the existing negative pole busbar 7 and the parallel negative pole busbar 11 made of thermally conductive material, for example, consist of a metallic screw, so that a heat dissipating effect on the terminal areas of the housing 2 is realized in the environment.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Kondensator bzw. Zwischenkreiskondensator Capacitor or DC link capacitor
2 2: Gehäuse casing
3 3: Vergussmaterial grout
4 4: Spannungsquelle voltage source
5 5: Leistungsmodul power module
6 6: vorhandene Pluspol-Stromsammelschiene existing positive pole current busbar
7 7: vorhandene Minuspol-Stromsammelschiene existing negative pole busbar
8 8th: Kühlfläche cooling surface
9 9: Luftspalt air gap
10 10: parallele Pluspol-Stromsammelschiene parallel positive pole busbar
11 11: parallele Minuspol-Stromsammelschiene parallel negative pole busbar

Claims

Power electronics assembly with at least one in a housing ( 2 ) arranged capacitor ( 1 ), which via one in the housing ( 2 ) extending positive pole busbar ( 6 ) and one in the housing ( 2 ) running negative pole current busbar ( 7 ) with at least one voltage source ( 4 ) and is electrically connected to at least one consumer, characterized in that additionally a parallel positive pole busbar ( 10 ) and a parallel negative pole busbar ( 11 ) are provided.

Power electronic assembly according to claim 1, characterized in that the parallel positive pole busbar ( 10 ) and the parallel negative pole busbar ( 11 ) outside the housing ( 2 ) are arranged as external busbars.

Power electronic assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the parallel positive pole busbar ( 10 ) and the parallel negative pole busbar ( 11 ) are arranged isolated from each other.

Power electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the external positive pole busbar ( 10 ) and the external negative pole busbar ( 11 ) in the vicinity of the housing ( 2 ) are arranged such that the ambient air for cooling the busbars ( 10 . 11 ) is provided.

Power electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the external positive pole and external negative pole busbar ( 10 . 11 ) to a cooling surface ( 8th ) are thermally connected.

Power electronic device according to one of the preceding claims, characterized in that the current-conducting cross section of the parallel positive pole and negative pole busbars ( 10 . 11 ) is variable.

Power electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical connection region between the existing positive pole busbar ( 6 ) and the parallel positive pole busbar ( 10 ) and an electrical connection area between the existing negative pole busbar ( 7 ) and the parallel negative pole busbar ( 11 ) are designed to be thermally conductive.

Power electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the parallel positive pole and negative pole busbars ( 10 . 11 ) in the housing ( 2 ) are guided.

Power electronic device according to one of the preceding claims, characterized in that as capacitors DC link capacitors ( 1 ) are provided, on the one hand to voltage sources ( 4 ) and, on the other hand, to a power module ( 5 ) of a vehicle are connected.