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Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung und ein System.
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Zur Realisierung einer Elektromobilität für ein Fahrzeug wird zum Bereitstellen einer Traktion bspw. ein als Drehstrommotor ausgebildeter Elektromotor verwendet. Ein derartiger Elektromotor wird dabei üblicherweise durch einen Pulswechselrichter angesteuert, der wiederum einen sogenannten X-Kondensator aufweist, der zum Stützen einer Gleichspannung bzw. DC-Spannung an einem Eingang ausgebildet sowie zwischen einem positiven hohen Potential (HV+) und einem negativen hohen Potential (HV-) angeordnet ist. Ein derartiger X-Kondensator ist beispielsweise als Blockkondensator ausgebildet und stützt alle drei Phasen des bspw. als Pulswechselrichter ausgebildeten Halbleitermoduls. Weiterhin werden zur Filterung gegen Gleichtaktstörungen üblicherweise Y-Kondensatoren verwendet, die einerseits zwischen dem positiven hohen Potential und einer elektrischen Masse des Fahrzeugs sowie zwischen dem negativen hohen Potential und der Masse des Fahrzeugs angeordnet sind. Dabei sind sowohl der X-Kondensator als auch die Y-Kondensatoren als separate Bauteile ausgebildet, wodurch sich ein erhöhter Bauraumbedarf sowie erhöhte Kosten ergeben.
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Aus der Druckschrift
AT 325 474 B ist eine entstörte Modellschiene einer Modelleisenbahn bekannt, die entlang der Modellschiene angetrieben wird sowie bewegbar ist.
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Ein Drehstromgenerator mit einer Gleichrichter-Baueinheit ist aus der Druckschrift
DE 197 05 228 A1 bekannt.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 217 729 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zum Realisieren eines Fehlerschutzes in einem hybridelektrischen Fahrzeug.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, einen Kondensator kompakt und kleinbauend auszubilden.
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Diese Aufgabe wird mit einer Kondensatoranordnung und einem Elektrosystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen der Kondensatoranordnung und des Elektrosystems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung ist für eine elektrische Einrichtung vorgesehen und/oder ausgebildet, wobei die Kondensatoranordnung und die Einrichtung beide als Komponenten eines Fahrzeugs vorgesehen und/oder ausgebildet sind. Die Kondensatoranordnung weist einen X-Kondensator, mindestens einen Y-Teil-Kondensator, zwei Einrichtungs-Anschlüsse und mindestens einen Fahrzeug-Anschluss auf. Dabei weist der X-Kondensator als Elektroden die beiden Einrichtungs-Anschlüsse und mindestens ein zwischen den Einrichtungs-Anschlüssen angeordnetes Kondensatormodul auf. Der mindestens eine Y-Kondensator weist als Elektroden einen der beiden Einrichtungs-Anschlüsse und den mindestens einen Fahrzeug-Anschluss sowie mindestens ein zwischen dem Einrichtungs-Anschluss dem mindestens einen Fahrzeug-Anschluss angeordnetes Kondensatormodul auf.
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Dabei sind die beiden Einrichtungs-Anschlüsse als Elektroden des X-Kondensators ausgebildet. Außerdem sind der mindestens eine Einrichtungs-Anschluss und der mindestens eine Fahrzeug-Anschluss als Elektroden des mindestens einen Y-Kondensators ausgebildet.
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Die Kondensatoranordnung weist neben dem X-Kondensator entweder nur einen Y-Kondensator oder neben dem X-Kondensator zwei Y-Kondensatoren, zwei Einrichtungs-Anschlüsse und zwei Fahrzeug-Anschlüsse auf. In diesem Fall weist der X-Kondensator als Elektroden die beiden Einrichtungs-Anschlüsse und das mindestens eine zwischen den Einrichtungs-Anschlüssen angeordnete Kondensatormodul auf. Ein erster Y-Kondensator weist als Elektroden einen ersten Einrichtungs-Anschluss und einen ersten Fahrzeug-Anschluss sowie das mindestens eine zwischen dem ersten Einrichtungs-Anschluss und dem ersten Fahrzeuganschluss angeordnete Kondensatormodul auf. Ein zweiter Y-Kondensator weist als Elektroden einen zweiten Einrichtungs-Anschluss und einen zweiten Fahrzeug-Anschluss sowie das mindestens eine zwischen dem zweiten Einrichtungs-Anschluss und dem zweiten Fahrzeug-Anschluss angeordnete Kondensatormodul auf. In diesem Fall ist der X-Kondensator zwischen den beiden Y-Kondensatoren angeordnet. Demnach teilt sich der X-Kondensator mit dem ersten Y-Kondensator den ersten Einrichtungs-Anschluss und mit dem zweiten Y-Kondensator den zweiten Einrichtungs-Anschluss.
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Die Kondensatoranordnung ist über die beiden Einrichtungs-Anschlüsse mit der Einrichtung verbindbar.
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Weiterhin sind die beiden Einrichtungs-Anschlüsse als Schienen eines Schienensystems ausgebildet.
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Üblicherweise ist das mindestens eine Kondensatormodul des X-Kondensators und/oder des mindestens einen Y-Kondensators als Dielektrikum, bspw. als Keramikschicht und/oder als Folienwickel ausgebildet.
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Bei dem X-Kondensator und/oder dem mindestens einen Y-Kondensator sind mehrere Kondensatormodule gemäß mindestens einer Kirchoffschen Regel, d. h. gemäß der Knotenregel und/oder der Maschenregel, zueinander parallel und/oder in Reihe geschaltet.
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Der mindestens eine Y-Kondensator weist weiterhin eine Isolationsschicht bzw. Isolatorschicht, bspw. eine Keramikschicht, mit hoher Permittivität und/oder Dielektrizitätskonstante auf, die zwischen dem mindestens einen Kondensatormodul und dem mindestens einen Fahrzeug-Anschluss angeordnet ist. Je nach Definition oder jeweiliger Ausgestaltung ist diese Isolationsschicht auch als Dielektrikum und das als Dielektrikum ausgebildete Kondensatormodul auch als Isolationsschicht bzw. Isolator ausgebildet.
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Der mindestens eine Fahrzeug-Anschluss ist mit einem Niedrigspannungs-Anschluss, bspw. der Masse, des Fahrzeugs verbindbar.
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Das erfindungsgemäße Elektrosystem für ein Fahrzeug weist eine elektrische Einrichtung des Fahrzeugs und eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung auf.
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Die Einrichtung weist in Ausgestaltung mindestens ein Halbleitermodul auf und ist als Wechselrichter, bspw. Pulswechselrichter, ausgebildet. Außerdem ist die Kondensatoranordnung über die Einrichtung mit einer Vorrichtung, bspw. einer Elektromaschine, üblicherweise mit drei Phasen dieser Vorrichtung, verbunden.
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Bei einer Realisierung der Kondensatoranordnung ist es möglich, Gegebenheiten eines bestehenden X-Kondensators zu nutzen und mindestens einen inhärenten Y-Kondensator zu realisieren. Somit ist es möglich, den mindestens einen Y-Kondensator als Ergänzung bzw. Zusatz des bereits bestehenden X-Kondensators zu generieren.
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Der X-Kondensator ist in Ausgestaltung als Folienkondensator ausgebildet und umfasst das mindestens eine als Folienwickel ausgebildete Kondensatormodul. Dabei ist der mindestens eine Folienwickel aus metallisierter Folie gewickelt. Der X-Kondensator weist als Elektroden zwei flache Außenseiten auf, die die Einrichtungs-Anschlüsse bilden, wobei jeweils eine derartige flache Außenseite an einer Schiene des Schienensystems mit diesem kontaktiert wird, wobei dieses Schienensystem auch als Busbar-System ausgebildet und/oder zu bezeichnen sind. Weiterhin wird eine der beiden Schienen und somit jeweils einer der beiden Einrichtungs-Anschlüsse mit einer positiven Hochspannung und die andere Schiene mit einer negativen Hochspannung kontaktiert. Üblicherweise umfasst der X-Kondensator mehrere Kondensatormodule und/oder Folienwickel, die nebeneinander oder hintereinander angeordnet und mit den Schienen desselben Schienensystems verbunden sowie zwischen diesen Schienen als Elektroden des X-Kondensators angeordnet sind. Der X-Kondensator mit den Schienen als Elektroden und Einrichtungs-Anschlüssen bildet bspw. einen quaderförmigen Körper, der von beiden Schienen oben und unten bedeckt ist. Demnach bildet der X-Kondensator einen SandwichAufbau aus der ersten Schiene, die mit einem positiven Hochspannungs-Anschluss der Einrichtung verbunden ist, mindestens einem Folienwickel und der zweiten Schiene, die mit einem negativen Hochspannungs-Anschluss der Einrichtung verbunden ist.
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Darauf basierend wird dieser X-Kondensator bei einer Realisierung der Kondensatoranordnung durch den mindestens einen Y-Kondensator ergänzt. In diesem Fall wird auf beiden Schienen des Schienensystems ein Dielektrikum, bspw. eine Isolation mit hoher Permittivität aufgebracht. Dabei ist ein derartiges Dielektrikum bspw. aus einem Keramikmaterial mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten gebildet. Jede Seite eines derartigen Dielektrikums, die von einer jeweiligen Schiene des Schienensystems abgewandt ist, wird mit einem Niedrigspannungs-Anschluss, in der Regel mit der Masse des Fahrzeugs bzw. einer Fahrzeugmasse (Low Voltage Ground, LV-GND) verbunden. Dadurch entsteht zwischen den beiden Einrichtungs-Anschlüssen, die mit den beiden Hochspannungs-Anschlüssen verbunden sind, und den beiden Fahrzeug-Anschlüssen, die mit der Fahrzeugmasse verbunden sind, jeweils eine Kapazität eines bereitzustellenden Y-Kondensators.
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Dabei gilt für die Kapazität eines jeweiligen
Y-Kondensators:
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Dabei ist ε0 die elektrische Feldkonstante, εr die Permittivität des verwendeten Dielektrikums für das mindestens eine Kondensatormodul, A eine Fläche zwischen einem jeweiligen Einrichtungs-Anschluss und einem Fahrzeug-Anschluss, bspw. zwischen einer jeweiligen Schiene eines derartigen Anschlusses, und d eine Dicke des Dielektrikums, bspw. ein Abstand zwischen jeweils einem Einrichtungs-Anschluss und einem Fahrzeugs-Anschluss.
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Um eine zusätzliche Sicherheit und Redundanz an Isolation bereitzustellen, ist es möglich, unterhalb oder oberhalb des Dielektrikums eines jeweiligen Y-Kondensators eine zusätzliche Isolation einzubringen, die beispielsweise als dünne Folie ausgebildet ist, die eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit aufweist, die die Kondensatoranordnung im Fall einer Beschädigung des Dielektrikums vor einem Isolationsfehler schützt.
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Die vorgestellte Kondensatoranordnung benötigt nur einen geringen Bauraum, in den die beiden Y-Kondensatoren eingebracht werden. Die vorgestellte Kondensatoranordnung ist günstiger als ein X-Kondensator und ein separater Y-Kondensator auszubilden. Weiterhin ist es möglich, den mindestens einen Y-Kondensator näher an einer Störquelle einzubringen und somit einen Strom ideal zu filtern. Weiterhin ist der X-Kondensator durch zwei Y-Kondensatoren ideal entwärmt und isoliert.
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Der X-Kondensator der Kondensatoranordnung ist dazu ausgebildet, eine Gleichstromspannung an einem Eingang der Einrichtung zu stützen. Der mindestens eine Y-Kondensator ist zusätzlich dazu ausgebildet, die Einrichtung gegen Gleichtaktstörungen zu schützen bzw. eine Emission der Einrichtung durch Filterung, bspw. Filterung gegen Gleichtaktstörungen, zu verhindern.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung und eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrosystems.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung und eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrosystems.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Die in 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung 2 weist als Komponenten einen X-Kondensator 4, einen ersten Einrichtungs-Anschluss 6, einen zweiten Einrichtungs-Anschluss 8, einen ersten Y-Kondensator 10, einen zweiten Y-Kondensator 12, einen ersten Fahrzeug-Anschluss 14 sowie einen zweiten Fahrzeug-Anschluss 16 auf. Diese erste Ausführungsform der Kondensatoranordnung 2 ist für eine Einrichtung 30 vorgesehen, wobei die Kondensatoranordnung 2 und die Einrichtung 30 hier zugleich eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrosystems 32 bilden.
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Dabei umfasst der X-Kondensator 4 hier mindestens ein als Folienwickel ausgebildetes Kondensatormodul 5, das zwischen den beiden Einrichtungs-Anschlüssen 6, 8 als Elektroden des X-Kondensators 4 angeordnet ist. Dabei ist ein erster Einrichtungs-Anschluss 6 bzw. eine erste Elektrode mit einem positiven Hochspannungs-Anschluss (HV+) der Einrichtung 30 verbunden. Ein zweiter Einrichtungs-Anschluss 8 bzw. eine zweite Elektrode ist hier mit einem negativen Hochspannungs-Anschluss (HV-) der Einrichtung 30 verbunden. Der X-Kondensator 4 weist hier eine Kapazität Cx auf.
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Der erste Y-Teilkondensator 10 weist hier als Elektroden den ersten Einrichtungs-Anschluss 6 und den ersten Fahrzeug-Anschluss 14 auf und ist über den ersten Fahrzeug-Anschluss 14 mit der Masse des Fahrzeugs verbunden. Außerdem weist der erste Y-Kondensator 10 ein zwischen den beiden Elektroden bzw. zwischen dem ersten Einrichtungs-Anschluss 6 und dem ersten Fahrzeug-Anschluss 14 angeordnetes Dielektrikum als Kondensatormodul 11 auf. Der zweite Y-Kondensator 12 weist als Elektroden den zweiten Einrichtungs-Anschluss 8 und den zweiten Fahrzeug-Anschluss 16 auf, der ebenfalls mit der Masse des Fahrzeugs verbunden ist. Dabei weist der zweite Y-Kondensator 12 mindestens ein zwischen den Elektroden bzw. zwischen dem zweiten Einrichtungs-Anschluss 8 und dem zweiten Fahrzeug-Anschluss 16 angeordnetes Dielektrikum als Kondensatormodul 13 auf. Der erste Y-Kondensator 10 weist hier eine Kapazität CY-HV+ und der zweite Y-Kondensator 12 eine Kapazität CY-HV- auf. Die Kondensatormodule 11, 13 beider Y-Kondensatoren 10, 12 sind hier als Keramikschichten ausgebildet.
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Die anhand von 2 dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung 40 ist ebenfalls für eine Einrichtung 30 vorgesehen und bildet mit dieser Einrichtung 30 die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrosystems 42. Dabei weist diese zweite Ausführungsform der Kondensatoranordnung 40 dieselben Komponenten wie die bereits anhand von 1 vorgestellte erste Ausführungsform der Kondensatoranordnung 2 auf. Bei der zweiten Ausführungsform der Kondensatoranordnung 40 ist nun vorgesehen, dass die beiden Y-Kondensatoren 10, 12 jeweils um eine Isolationsschicht 44, 46 ergänzt sind. Dabei ist eine Isolationsschicht 44 zwischen dem Kondensatormodul 11 des ersten Y-Kondensators 10 und dem ersten Fahrzeug-Anschluss 14 angeordnet. Die zweite Isolationsschicht 46 ist zwischen dem Kondensatormodul 13 des zweiten Y-Kondensators 12 und dem zweiten Fahrzeug-Anschluss 16 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 325474 B [0003]
- DE 19705228 A1 [0004]
- DE 102013217729 A1 [0005]
