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Die Erfindung betrifft einen Hochvolt-Wechselrichter mit einem Gehäuse und einem Steckverbinder. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvolt-Wechselrichter.
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Aus dem Stand der Technik sind Hochvolt-Wechselrichter für beispielsweise Kraftfahrzeuge dafür bekannt, aus einem Gleichstrom einen Wechselstrom zu generieren. Beispielsweise wird hierfür ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingangsseitig an den Hochvolt-Wechselrichter angeschlossen, wodurch das Bordnetz Gleichstrom an den Hochvolt-Wechselrichter leitet. Der Anschluss des Bordnetzes an den Hochvolt-Wechselrichter erfolgt in bekannter Weise über einen Steckverbinder, wie beispielsweise einem Hochvolt-Stecksystem. Der Steckverbinder ist üblicherweise zur Aufnahme von Strom mit einer bestimmten maximalen Stromstärke ausgelegt, wie beispielsweise 240 A.
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Hierbei ergibt sich jedoch ein Problem, wenn über das Bordnetz Strom mit einer höheren Stromstärke als die bestimmte maximale Stromstärke in den Steckverbinder geleitet wird. Beispielsweise wird das Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit einer höheren als der üblichen Spannung von 12 V betrieben, wie beispielsweise mit einem 48 V Generator. Dies wird bei Kraftfahrzeugen zunehmend umgesetzt, um die immer mehr werdenden elektrischen Verbraucher im Kraftfahrzeug zu versorgen. Auch verfügen Kraftfahrzeuge, welche als sogenannte Hochvolt-Hybride ausgebildet sind, über eine Batterie mit einer Spannung von mehr als 60 V. Somit kann eine Leistung eines Hybrid-Kraftfahrzeugs oder eines Elektro-Kraftfahrzeugs erhöht werden.
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Bei derartigen Kraftfahrzeugen kann aber auch über das jeweilige Bordnetz ein Strom mit einer Stromstärke von mehr als 300 A fließen, um die Leistung des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Durch das Bordnetz würde also ein Strom mit einer Stromstärke fließen, welche über die bisherigen üblichen Stromstärken hinausgeht. Der Steckverbinder des Hochvolt-Wechselrichters würde sich dann über eine zulässige maximale Temperatur hinaus aufheizen und es würden folglich Schäden am Steckverbinder und am Hochvolt-Wechselrichter entstehen.
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Eine naheliegende Lösungsmöglichkeit bestünde darin, den Hochvolt-Wechselrichter mit einem Steckverbinder auszustatten, welcher für höhere Stromstärken ausgelegt ist. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass ein derartiger Steckverbinder üblicherweise ein größeres Raumvolumen einnimmt als der Steckverbinder, welcher für kleinere Stromstärken ausgelegt ist. Dies hätte zur Folge, dass auch der Hochvolt-Wechselrichter selbst dann mit einem größeren Raumvolumen ausgebildet werden müsste.
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Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, Wärme von Fahrzeugbatterien oder Fahrzeuggeneratoren über Wärmesenken abzuführen. Beispielsweise beschreibt die
US 5 723 936 A eine Batterieisolator-Halterung mit zwei Wärmsenken, welche als Kühlrippen ausgestaltet sind und mittels welchen Wärme abgeführt wird, wobei die Wärme dabei entsteht, wenn Strom von einem Generator zu der Batterie zugeführt wird. Die
KR 200312634 Y1 und die
CN 205723860 U beschreiben, Anschlüsse eines Fahrzeuggenerators beziehungsweise eines Batteriemoduls mittels Wärmesenken abzukühlen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Hochvolt-Wechselrichter derart weiterzuentwickeln, dass dieser für einen Betrieb mit hohen Stromstärken ausgelegt ist und dabei möglichst bauraumsparend ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche, die folgende Beschreibung und die Figuren offenbart.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Hochvolt-Wechselrichter möglichst bauraumsparend ist, wenn einzelne Komponenten des Hochvolt-Wechselrichters möglichst klein ausgebildet sind und innerhalb eines Gehäuses des Hochvolt-Wechselrichters möglichst kompakt zueinander angeordnet sind. Daher sollte auch ein Steckverbinder, welcher innerhalb des Gehäuses des Hochvolt-Wechselrichters angeordnet ist, möglichst klein und kompakt ausgebildet sein. Im Handel übliche und bekannte Steckverbinder weisen verschiedene Größen auf, wobei mit zunehmender Größe eine maximale zulässige Stromstärke, welche der jeweilige Steckverbinder aufnehmen kann ohne eine maximale zulässige Temperatur zu übersteigen, größer wird. Um jedoch den Hochvolt-Wechselrichter weiterhin bauraumsparend zu gestalten, wird eine bestimmte Größe des Steckverbinders ausgewählt und somit eine maximale zulässige Stromstärke ausgewählt, bei welcher normalerweise die maximal zulässige Temperatur des Steckverbinders nicht überschritten wird.
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Die vorliegende Erfindung basiert weiterhin auf der Erkenntnis, dass ein Strom mit einer höheren Stromstärke auf den Steckverbinder mit der bestimmten Größe geleitet werden kann, wenn Wärme, die durch diesen zugeführten Strom am Steckverbinder entsteht, abgeführt wird.
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Um einen bauraumsparenden Hochvolt-Wechselrichter für einen Betrieb mit hohen Stromstärken auszulegen wird folgender Hochvolt-Wechselrichter geschaffen: dieser umfasst ein Gehäuse mit mehreren Gehäusewänden, welche einen Gehäuseinnenraum des Gehäuses begrenzen. Zumindest eine Gehäusewand der mehreren Gehäusewänden ist aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet. Die zumindest eine Gehäusewand ist beispielsweise aus einem Metall gebildet. Der Hochvolt-Wechselrichter umfasst weiterhin einen Steckverbinder, welcher in dem Gehäuseinnenraum angeordnet ist und welcher zumindest ein Aufnahmeelement zur Aufnahme von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Stecker umfasst. Der Steckverbinder umfasst weiterhin eine Kontakteinrichtung, welche für jedes Aufnahmeelement ein Kontaktelement aufweist. Das jeweilige Kontaktelement ist dazu eingerichtet, einen elektrischen Kontakt mit dem in dem jeweiligen Aufnahmeelement angeordneten Stecker herzustellen. Beispielsweise ist ein Kontaktelement als ein Federelement ausgebildet. Ein derartiger Steckverbinder wird beispielsweise von der Firma Rosenberger unter dem Namen „HPK Hochvolt Power Kontakte“, beispielsweise der Klasse 4, vertrieben. Der Steckverbinder kann einpolig oder zweipolig ausgebildet sein. Mit anderen Worten weist der Steckverbinder ein oder zwei Aufnahmeelemente auf.
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Erfindungsgemäß weist die Kontakteinrichtung weiterhin für zumindest ein Aufnahmeelement des Steckverbinders ein Wärmeleitelement auf. Das Wärmeleitelement ist aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet, wie beispielsweise einem Metall. Das Wärmeleitelement ist mit dem Kontaktelement des jeweiligen Aufnahmeelements und mit einer der zumindest einen wärmeleitfähigen Gehäusewand des Gehäuses gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt derart, dass über das Wärmeleitelement Wärme von dem Kontaktelement des jeweiligen Aufnahmeelements an die zumindest eine wärmeleitfähige Gehäusewand abgeführt wird. Mit anderen Worten ist das Kontaktelement des jeweiligen Aufnahmeelements des Steckverbinders mittels des Wärmeleitelements thermisch an die zumindest eine wärmeleitfähige Gehäusewand gekoppelt.
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Der Hochvolt-Wechselrichter ist bevorzugt für einen Betrieb in einem Kraftfahrzeug ausgebildet, wobei das zumindest eine Aufnahmeelement für die Aufnahme von einem Stecker eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
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Mittels des Wärmeleitelements wird Wärme, die bei einer Stromzufuhr an dem Kontaktelement des Steckverbinders entsteht, abgeleitet. Das Kontaktelement wird also durch die thermische Kopplung an die zumindest eine Gehäusewand gekühlt. Folglich heizt sich das Kontaktelement langsamer auf als bei einem herkömmlichen Steckverbinder. Hierdurch kann erreicht werden, dass bei einer Stromzufuhr mit einer hohen Stromstärke der Steckverbinder eine zulässige Maximaltemperatur nicht übersteigt. Beispielsweise kann einem Steckverbinder, welcher eine Temperatur von 175 °C nicht übersteigen sollte, da der Steckverbinder ansonsten funktionsunfähig werden würde, mittels des Wärmeleitelements ein Strom mit einer höheren Stromstärke zugeführt werden als einem Steckverbinder ohne Wärmeleitelement.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hochvolt-Wechselrichters, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Hochvolt-Wechselrichters sieht vor, dass das Wärmeleitelement zumindest in dem Teilbereich, welcher mit der wärmeleitfähigen Gehäusewand gekoppelt ist, eine Isolationsschicht aufweist. Die Isolationsschicht ist aus einem isolierenden Material gebildet. Mit anderen Worten ist zwischen der zumindest einen wärmeleitfähigen Gehäusewand und dem Wärmeleitelement die Isolationsschicht angeordnet. Der Teilbereich des Wärmeleitelements, über welche die Wärme an die Gehäusewand abgegeben wird, kann auf der Isolationsschicht aufliegen, welche wiederum auf der Gehäusewand aufliegen kann. Das Wärmeleitelement kann auch vollständig von der Isolationsschicht umhüllt sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zwar eine Wärme von dem Kontaktelement des Steckverbinders an die Gehäusewand abgeführt wird, jedoch kein elektrischer Strom an diese Gehäusewand geleitet wird. Es kann somit auch vermieden werden, dass Strom an weitere Komponenten des Hochvolt-Wechselrichters, die ebenfalls in dem Gehäuseinnenraum angeordnet sind, durch das Wärmeleitelement zugeführt wird. Somit kann ein unerwünschter Stromkreis innerhalb des Hochvolt-Wechselrichters oder gar ein Kurzschluss verhindert werden.
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Bevorzugt ist die Isolationsschicht aus einem keramischen Werkstoff gebildet. Der keramische Werkstoff verfügt über eine besonders gute isolierende Eigenschaft. Beispielsweise ist ein derartiger keramischer Werkstoff als technische Keramik bekannt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Hochvolt-Wechselrichters sieht vor, dass das Wärmeleitelement elektrisch mit dem Kontaktelement des jeweiligen Aufnahmeelements gekoppelt ist. Mit anderen Worten kann ein Strom, der dem Steckverbinder durch das Kontaktelement zugeführt wird, an das Wärmeleitelement weitergeleitet werden. Das Wärmeleitelement und das jeweilige Kontaktelement können einstückig ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die einzelnen Komponenten des Hochvolt-Wechselrichters besonders bauraumsparend und kompakt innerhalb des Gehäuses angeordnet werden können.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Wechselrichters sieht vor, dass das Wärmeleitelement zumindest ein Anschlusselement zum Anschließen einer elektrischen Leitung aufweist. Durch das zumindest eine Anschlusselement kann ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement und der zumindest einen elektrischen Leitung hergestellt werden. Das Anschlusselement kann beispielsweise als ein Aufnahmeelement für eine Schraube ausgestaltet sein. Mittels einer Schraube kann dann eine elektrische Leitung an das Anschlusselement angeschlossen werden, sodass bei einer Stromzufuhr an das Kontaktelement der Strom über das Wärmeleitelement an die Schraube und die elektrische Leitung geleitet wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auf ein zusätzliches Bauteil zum Anbinden eines Stromkreises an das Kontaktelement des Steckverbinders verzichtet werden kann, da das Wärmeleitelement nun gleichzeitig den zugeführten Strom weiterleitet und das Kontaktelement kühlt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Wechselrichters ist das Wärmeleitelement als eine Stromschiene mit zwei Endbereichen ausgebildet. Die Stromschiene ist dabei derart gebogen, dass der eine Endbereich mit dem Kontaktelement gekoppelt ist und der andere Endbereich mit der wärmeleitfähigen Gehäusewand gekoppelt ist. Der eine Endbereich liegt beispielsweise auf das Kontaktelement auf. Alternativ kann der Steckverbinder eine Anschlussschiene aufweisen, welche mindestens ein Anschlusselement zum Anschließen einer elektrischen Leitung aufweist, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement und der elektrischen Leitung hergestellt wird. Hierfür ist die Anschlussschiene elektrisch leitend. Der eine Endbereich der Stromschiene des Wärmeleitelements kann dann in dieser alternativen Ausführungsform an der Anschlussschiene anliegen, sodass das Wärmeleitelement Wärme von der Anschlussschiene an die Gehäusewand abführt. Dadurch wird das Kontaktelement indirekt über die gekühlte Anschlussschiene ebenfalls gekühlt. Durch die gebogene Form der Stromschiene kann eine besonders bauraumsparende Anordnung des Steckverbinders innerhalb des Hochvolt-Steckverbinders realisiert werden.
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Die Stromschiene weist beispielsweise eine U-Form auf. Der andere Teilbereich der Stromschiene kann auf der zumindest einen wärmeleitfähigen Gehäusewand aufliegen. Durch die U-Form kann die Stromschiene an beispielsweise zwei angrenzenden wärmeleitfähigen Gehäusewänden aufliegen. Hierdurch wird eine Kontaktfläche der Stromschiene, welche direkt oder indirekt über die Isolationsschicht die zumindest eine Gehäusewand berührt, vergrößert werden, sodass möglichst viel Wärme über eine größtmöglichste Kontaktfläche zu der zumindest einen Gehäusewand abgegeben werden kann. Hierdurch kann das Kontaktelement des Steckverbinders besonders gut gekühlt werden. Weiterhin kann zur verbesserten Kühlung eine gerade verlaufende Fläche der U-Form an der wärmeleitfähigen Gehäusewand aufliegen.
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Für eine besonders gute Kühlung des Steckverbinders kann die Kontakteinrichtung des Steckverbinders für jedes Kontaktelement ein Wärmeleitelement aufweisen. Ein zweipoliger Steckverbinder weist also zwei Wärmeleitelemente auf, wie beispielsweise zwei Stromschienen, die jeweils von dem Kontaktelement zu einer wärmeleitfähigen Gehäusewand des Hochvolt-Wechselrichters führen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochvolt-Wechselrichters weist die zumindest eine wärmeleitfähige Gehäusewand ein Wärmeleitpad auf. Das Wärmeleitpad ist beispielsweise als ein sogenanntes Gap Pad ausgebildet. Das Wärmeleitpad ist mit dem Wärmeleitelement in dem zumindest einem Endbereich des Wärmeleitelements gekoppelt. Der Endbereich des Wärmeleitelements kann dabei direkt auf dem Wärmeleitpad aufliegen oder alternativ kann die Isolationsschicht des Wärmeleitelements direkt auf dem Wärmeleitpad aufliegen. Das Wärmeleitpad kann weiterhin auf der wärmeleitfähigen Gehäusewand aufliegen. Durch das Wärmeleitpad ergibt sich der Vorteil, dass Wärme besser von dem Wärmeleitelement an die wärmeleitfähige Gehäusewand abgeleitet wird. Somit wird eine Kühlung des Kontaktelements verstärkt.
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Bevorzugt ist das Wärmeleitelement aus Kupfer gebildet. Beispielsweise ist das Wärmeleitelement und/oder die Stromschiene als eine Kupferschiene ausgebildet. Dabei kann zur verbesserten Kühlung des Kontaktelements die besonders gute Wärmeleitfähigkeit des Kupfers ausgenutzt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Steckverbinder mittels des Wärmeleitelements zur Aufnahme von einer Stromstärke von mindestens 240 A ausgelegt ist. Bevorzugt ist der Steckverbinder mittels des Wärmeleitelements zur Aufnahme von einer Stromstärke von mindestens 300 A ausgelegt. Mit anderen Worten wäre der Steckverbinder ohne das Wärmeleitelement für eine Aufnahme von einem Strom mit einer maximalen Stromstärke von 240 A ausgelegt, um eine maximale Temperatur, die durch Zufuhr dieses Stroms an dem Kontaktelement des Steckverbinders entstehen würde, nicht zu übersteigen. Durch das Wärmeleitelement ist ein solcher Steckverbinder jedoch dazu ausgelegt, einen Strom mit einer Stromstärke von mehr als 240 A zugeführt zu bekommen ohne diese maximale Temperatur zu übersteigen. Somit kann der Hochvolt-Wechselrichter für beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einem Strom mit hohen Stromstärken betrieben werden. Ein bereits fertig gestellter Hochvolt-Wechselrichter mit einem handelsüblichen Steckverbinder kann dann ebenfalls schnell, bauteilsparend und kostengünstig so umgebaut werden, dass mittels des Wärmeleitelements der Hochvolt-Wechselrichter mit höheren Stromstärken betrieben werden kann.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen erfindungsgemäßen Hochvolt-Wechselrichter auf. Beispielsweise nutzt das Kraftfahrzeug den Hochvolt-Wechselrichter dazu, einen mit einer Kraftfahrzeugbatterie generierten Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit dem Hochvolt-Wechselrichter, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hochvolt-Wechselrichters beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Steckverbinders und eines Steckers nach dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbinders;
- 3 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbinders mit einem elektrischen Anschluss;
- 4 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbinders mit einem elektrischen Anschluss; und
- 5 ein lediglich teilweise dargestellter Innenraum eines Hochvolt-Wechselrichters aus einer schematischen Perspektivansicht mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbinders.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Steckverbinder 10 nach dem Stand der Technik und ein Stecker 12 nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Der hier dargestellte Steckverbinder 10 weist zwei Aufnahmeelemente 14 auf, welche dazu ausgelegt sind, den zweipoligen Stecker 12 aufzunehmen. Innerhalb des Aufnahmeelements 14 ist jeweils ein hier nicht sichtbares Kontaktelement 16 angeordnet. Beispielsweise ist das Kontaktelement 16 als ein Kontaktstift ausgebildet. Wenn der Stecker 12 in dem Aufnahmeelement 14 eingesteckt ist, wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem Stecker 12 und dem jeweiligen Kontaktelement 16 hergestellt, sofern ein elektrischer Strom durch den Stecker 12 geleitet wird. Das Material des Steckverbinders 10 und insbesondere des jeweiligen Kontaktelements 16 ist dazu ausgelegt, bis zu einer vorbestimmten maximalen Temperatur verformungssicher zu sein. Mit anderen Worten ist der Steckverbinder 10 bei einer Temperatur kleiner als der vorbestimmten maximalen Temperatur funktionstüchtig. Die vorbestimmte Maximaltemperatur beträgt beispielsweise 175 °C. Eine Stromstärke des Stroms, welcher von dem Stecker 12 an das jeweilige Kontaktelement 16 des Steckverbinders 10 weitergeleitet wird, darf also einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten, damit eine Überhitzung des jeweiligen Kontaktelements 16 vermieden wird. Beispielsweise darf in dem Fall, dass die vorbestimmte Maximaltemperatur 175 °C beträgt, eine Stromstärke 240 A nicht überschreiten.
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Eine Anschlussschiene 18 ist an den Kontaktelementen 16 des Steckverbinders 10 angeordnet. Die Anschlussschiene 18 weist für jedes Aufnahmeelement 14 ein Anschlusselement 20 auf. Hier dargestellt weist die Anschlussschiene 18 also zwei Anschlusselemente 20 auf. Die Anschlusselemente 20 sind hier beispielsweise als jeweils einen Anschraubpunkt ausgebildet. An dem jeweiligen Anschlusselement 20 kann dann beispielsweise mittels einer Schraube 28 eine elektrische Leitung 30 wie beispielsweise eine weitere Stromschiene angeschlossen werden. Dadurch wird der Steckverbinder 10 an einen elektrischen Stromkreis angeschlossen. Zumindest die Anschlusselemente 20 der Anschlussschiene 18 sind aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, wie beispielsweise aus einem Metall.
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In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbinders 10 schematisch dargestellt. Dabei umfasst der Steckverbinder 10 die gleichen Elemente wie bereits in 1 erläutert. Weiterhin umfasst der Steckverbinder 10 wenigstens ein Wärmeleitelement 22. In dieser dargestellten Ausführungsform weist der Steckverbinder 10 zwei Wärmeleitelemente 22 auf. Das jeweilige Wärmeleitelement 22 ist aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet, wie beispielsweise Kupfer. Des Weiteren ist jedes Wärmeleitelement 22 mit einem Kontaktelement 16 innerhalb des jeweiligen Aufnahmeelements 14 gekoppelt. Das jeweilige Wärmeleitelement 22 kann wie hier dargestellt durch die Anschlussschiene 18 an dem jeweiligen Anschlusselement 20 gesteckt sein. Das jeweilige Wärmeleitelement 22 kann eine gebogene Form aufweisen. Ein Teilbereich des Wärmeleitelements 22, welcher nicht an dem Kontaktelement 16 angeordnet ist, liegt auf einer Kühlplatte auf. Dieser Teilbereich ist beispielsweise parallel zu einer Längsrichtung der Anschlussschiene 18 und/oder parallel zu einer Längsrichtung eines in dem Aufnahmeelement 14 aufnehmbaren Steckers 12. Dabei ist die Kühlplatte wärmeleitend, sodass durch die Kopplung des Wärmeleitelements 22 an dem Kontaktelement 16 Wärme von dem Kontaktelement 16 über das Wärmeleitelement 22 an die Kühlplatte abgeführt wird. Das Wärmeleitelement 22 kann zumindest in dem Teilbereich, der an die Kühlplatte gekoppelt ist, eine Isolationsschicht 32 aufweisen, sodass lediglich Wärme an die Kühlplatte geleitet wird. Dadurch wird vermieden, dass ein elektrischer Strom über das Wärmeleitelement 22 an die Kühlplatte geleitet wird. Die Kühlplatte kann beispielsweise als eine Gehäusewand 24 eines Gehäuses eines Hochvolt-Wechselrichters 34 ausgebildet sein.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht des in 2 dargestellten Steckverbinders 10. Hier erkennbar ist lediglich ein Aufnahmeelement 14 des Steckverbinders 10 und ein innerhalb des Aufnahmeelements 14 angeordnetes Kontaktelement 16. Das Wärmeleitelement 22, welches beispielsweise als eine Stromschiene ausgebildet ist, ist gebogen, sodass dieses wie hier dargestellt beispielsweise eine U-Form mit zwei Endbereichen ausbildet. Der erste Endbereich des Wärmeleitelements 22 ist liegt an dem Kontaktelement 16 auf, beispielsweise auf der Höhe des Anschlusselements 20. Mit anderen Worten berühren sich das Kontaktelement 16 und der erste Endbereich des Wärmeleitelements 22 direkt und/oder stehen das Kontaktelement 16 und der erste Endbereich des Wärmeleitelements 22 indirekt über das Anschlusselement 20 in einem thermischen Kontakt. Der zweite Endbereich des Wärmeleitelements 22 liegt auf der Kühlplatte, wie beispielsweise die Gehäusewand 24 des Hochvolt-Wechselrichters 34, auf. Zwischen der Kühlplatte und dem zweiten Endbereich des Wärmeleitelements 22 ist eine Isolationsschicht 32 angeordnet. Alternativ kann zwischen der Kühlplatte und dem zweiten Endbereich des Wärmeleitelements 22 auch ein Wärmeleitpad 26 angeordnet sein. Durch das Wärmeleitpad 26 wird dann Wärme von dem Wärmeleitelement 22 besser an die Kühlplatte abgeführt. Ein Weg und eine Richtung der von dem Kontaktelement 16 abgeführten Wärme ist exemplarisch durch einen Pfeil h1 dargestellt.
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Weiterhin zeigt 3, wie eine elektrische Leitung 30, beispielsweise ein interner Anschluss des Hochvolt-Wechselrichters 34, an das Kontaktelement 16 angeschlossen wird. Hierfür wurde die elektrische Leitung 30 mittels einer Schraube 28 an dem Anschlusselement 20 angeschraubt. Das Anschlusselement 20 ist dabei in einem elektrischen Kontakt mit dem Kontaktelement 16, sodass ein elektrischer Strom von dem Kontaktelement 16 über das Anschlusselement 20 und die Schraube 28 an die elektrische Leitung 30 geleitet werden kann. Ein Weg und eine Richtung eines durch das Kontaktelement aufgenommenen elektrischen Stroms ist exemplarisch durch einen Pfeil c1 dargestellt. Dabei kann es auch sein, dass ein Teil des elektrischen Stroms durch das Kontaktelement 16 auch an das Wärmeleitelement 22 geleitet wird. Mittels der Isolationsschicht 32, die das Wärmeleitelement 22 auch vollständig umgeben und/oder umhüllen kann, wird aber vermieden, dass ein unerwünschter elektrischer Kontakt mit der Kühlplatte oder der Gehäusewand 24 oder gar mit einer weiteren elektrisch leitenden Komponenten des Hochvolt-Wechselrichters 34 entsteht. Da das Kontaktelement 16 über das Wärmeleitelement 22 gekühlt wird, kann dem Kontaktelement 16 ein elektrischer Strom mit einer sehr hohen Stromstärke zugeführt werden, ohne dass die vorbestimmte maximale Temperatur überstiegen wird. Somit kann ein Strom mit einer Stromstärke von über 300 A durch das Kontaktelement 16 fließen, ohne dass das Kontaktelement 16 heißer wird als die vorbestimmte maximale Temperatur von beispielsweise 175 °C.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbinders 10 und einer möglichen Anordnung innerhalb eines Gehäuses eines Hochvolt-Wechselrichters 34. Hierfür ist eine schematische Schnittansicht des Steckverbinders 10 mit einem elektrischen Anschluss 30 dargestellt. Das Aufnahmeelement 14 des Steckverbinders 10 ist an einer ersten Gehäusewand 24 des Hochvolt-Wechselrichters 34 angeordnet und ragt in einen Innenraum des Gehäuses hinein. Hierfür weist diese erste Gehäusewand 24 eine Aussparung auf, sodass ein Stecker 12 durch die Gehäusewand 24 gesteckt werden kann und von dem Aufnahmeelement 14 aufgenommen werden kann. Das Aufnahmeelement 14 ist beispielsweise zylinderförmig. Das Aufnahmeelement 14 weist einen Hohlraum auf, innerhalb welchen der Stecker 12 aufgenommen wird und das Kontaktelement 16 angeordnet ist, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Stecker 12 und dem Kontaktelement 16 hergestellt wird.
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In dieser Ausführungsform des Steckverbinders 10 ist keine separate Anschlussschiene 18 zum Anschließen einer elektrischen Leitung 30 vorgesehen. Stattdessen ist das Wärmeleitelement 22 einstückig mit dem Kontaktelement 16 und mit einem Anschlusselement 20 ausgebildet. Beispielsweise ist das Wärmeleitelement 22 als eine Stromschiene mit einem Anschraubpunkt zum Anschrauben einer elektrischen Leitung 30 ausgebildet. Mit anderen Worten weist der erste Teilbereich des Wärmeleitelements 22 das Kontaktelement 16 auf, wodurch ein elektrischer Strom, der von dem Kontaktelement 16 aufgenommen wird, weiter durch den wärmeleitfähigen Körper des Wärmeleitelements 22 geführt wird. Mittels einer Schraube 28 kann dann ein elektrischer Anschluss von dem Wärmeleitelement 22 an die elektrische Leitung 30 angebracht werden.
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Das Wärmeleitelement 22 ist derart gebogen, dass der zweite Endbereich des Wärmeleitelements 22 an eine weitere Gehäusewand 24 des Hochvolt-Wechselrichters 34 angeordnet ist. Diese Anordnung kann derart gestaltet sein, dass das Wärmeleitelement 22 direkt auf der Gehäusewand 24 aufliegt. Alternativ kann das Wärmeleitelement 22 direkt auf einer Isolationsschicht und/oder einem Wärmeleitpad 26 aufliegen, welche wiederum direkt auf der Gehäusewand 24 aufliegen. Durch das Wärmeleitpad 26 wird die Wärme von dem Wärmeleitelement 22 besser an die Gehäusewand 24 abgeführt. Zwischen dem Wärmeleitelement 22 und der Gehäusewand 24 können also mehrere Schichten angeordnet sein, die elektrisch isolierend und/oder besonders gut wärmeleitfähig sind. Beispielsweise ist das Wärmeleitelement 22 als eine Stromschiene aus Kupfer ausgebildet, welche von einer Isolationsschicht 32 aus einem keramischen Werkstoff umhüllt ist. Der zweite Endbereich des Wärmeleitelements 22 mit der Isolationsschicht 32 liegt auf dem Wärmeleitpad 26 auf. Das Wärmeleitpad 26 liegt auf der Gehäusewand 24 auf und überträgt die Wärme des Wärmeleitelements 22 an die Gehäusewand 24. Hierfür stellt der Pfeil h1 einen Weg und eine Richtung der von dem Kontaktelement 16 abgeführten Wärme dar.
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Die Gehäusewand 24, an die Wärme von dem Kontaktelement 16 über das Wärmeleitelement 22 abgegeben wird, kann eine unterschiedliche Gehäusewand 24 von derjenigen Gehäusewand 24 sein, an welcher das Aufnahmeelement 14 des Steckverbinders 10 angeordnet ist. Die Gehäusewand 24, auf welcher der zweite Endbereich des Wärmeleitelements 22 aufliegt, kann auch derart gewählt sein, dass sie derjenigen Gehäusewand 24 des Gehäuses des Hochvolt-Wechselrichters 34 entspricht, welche so nah wie möglich an dem Steckverbinder angeordnet ist.
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5 zeigt lediglich teilweise und schematisch dargestellt ein Gehäuse eines Hochvolt-Wechselrichters 34. Dabei zeigt 5 einen Innenraum des Hochvolt-Wechselrichters 34. Der Steckverbinder 10 ist wie in 1, 2 und 3 zweipolig ausgebildet und weist eine Anschlussschiene 18 auf. Die beiden Aufnahmeelemente 14 des Steckverbinders 10 sind wie das Aufnahmeelement 14 des Steckverbinders 10 aus 4 an einer ersten Gehäusewand des Gehäuses des Hochvolt-Wechselrichters 34 angeordnet. Wie bei der Anordnung in 2, führt das Wärmeleitelement 22 des Steckverbinders 10 von dem Kontaktelement 16 innerhalb eines der beiden Aufnahmeelement 14 zu einer weiteren Gehäusewand 24, sodass Wärme, die bei einer Stromzufuhr im Kontaktelement 16 entsteht, über das Wärmeleitelement 22 an die Gehäusewand 24 abgeführt wird. Die Gehäusewand 24 ist in diesem Beispiel aus einem Metall gebildet, welches besonders wärmeleitend ist und somit die Wärme an eine Umgebung außerhalb des Hochvolt-Wechselrichters 34 abgibt. Hierdurch kühlt das Kontaktelement 16 ab und es kann ein Strom mit einer hohen Stromstärke von beispielsweise mehr als 300 A über den Stecker 12 an das Kontaktelement 16 geleitet werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Hochvolt-Wechselrichter mit einem Strom mit einer hohen Stromstärke betrieben werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5723936 A [0006]
- KR 200312634 Y1 [0006]
- CN 205723860 U [0006]
