DE102019214218A1 - Busbar arrangement for a power converter for an at least partially electrically powered vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Stromschienenanordnung für einen Stromrichter oder für einen zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgeschlagen. Dabei ist wenigstens eine Stromschiene zumindest teilweise mit einem Kunststoff beschichtet. Nunmehr wird die wenigstens eine Stromschiene mit zwei verschiedenen Kunststoffen beschichtet.A busbar arrangement for a power converter or for an at least partially electrically driven vehicle is proposed. At least one busbar is at least partially coated with a plastic. Now the at least one busbar is coated with two different plastics.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromschienenanordnung für einen Stromrichter für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to a busbar arrangement for a converter for an at least partially electrically driven vehicle according to the preamble of the independent claim.
Aus
Die erfindungsgemäße Stromschienenanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die wenigstens eine Stromschiene mit zwei Kunststoffen, die verschieden sind, beschichtet ist. Durch diese zwei verschiedenen Kunststoffe ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften durch diese Beschichtung der wenigstens eine Stromschiene so zu beeinflussen, dass bspw. die Wärme, die in der Stromschiene durch den durchfließenden Strom erzeugt wird, optimal abgeführt wird und gleichzeitig die Stabilität dieser wenigstens ein Stromschiene hinsichtlich mechanisch Belastungen optimal gestaltet wird.The busbar arrangement according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that the at least one busbar is coated with two different plastics. These two different plastics make it possible to influence the physical properties of the at least one busbar with this coating so that, for example, the heat generated in the busbar by the current flowing through is optimally dissipated and at the same time the stability of this at least one Busbar is optimally designed in terms of mechanical loads.
D. h. es wird eine Stromschienenanordnung für einen Stromrichter für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgeschlagen. Dabei ist wenigstens eine Stromschiene zumindest teilweise mit einem Kunststoff beschichtet. Erfindungsgemäß wird nun die wenigstens eine Stromschiene mit zwei verschiedenen Kunststoffen beschichtet.I. E. a busbar arrangement for a power converter for an at least partially electrically driven vehicle is proposed. At least one busbar is at least partially coated with a plastic. According to the invention, the at least one busbar is now coated with two different plastics.
Eine Stromschienenanordnung für einen Stromrichter bezeichnet die Stromschienen oder auch nur eine einzige Schiene, die den Wechselstrom oder einen Gleichstrom von einem Stromrichter insbesondere Wechselrichter abführt oder zuführt. D. h. der Wechselstrom, den der Wechselrichter oder Stromrichter erzeugt und zwar aus einem zugeführten Gleichstrom, wird über diese Stromschiene abgeleitet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Wechselstrom und Gleichstrom in umgekehrter Richtung geleitet wird, bspw. bei einer Rekuperation. Dieser Wechselrichter ist insbesondere für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie es reine Elektrofahrzeuge oder aber auch Hybridfahrzeuge sind, von entscheidender Bedeutung. Eine besondere Rolle spielt dabei auch der sogenannte Mild-Hybrid, bei dem der Verbrennungsmotor laufend läuft, auch wenn ein Elektromotor zugeschaltet ist.A busbar arrangement for a power converter denotes the busbars or even just a single rail that leads or feeds the alternating current or a direct current from a converter, in particular an inverter. I. E. the alternating current that the inverter or converter generates from a supplied direct current is diverted via this busbar. However, it is also possible for the alternating current and direct current to be conducted in the opposite direction, for example during recuperation. This inverter is particularly important for at least partially electrically driven vehicles, such as pure electric vehicles or hybrid vehicles. The so-called mild hybrid, in which the combustion engine runs continuously, even when an electric motor is switched on, also plays a special role.
Die Stromschiene ist eine aus Kupfer und/oder Aluminium oder einem anderen Metall, Struktur, die geeignet ist, hohe Ströme, wie es bei Wechselrichtern üblicherweise der Fall ist, zu führen. Bei solchen hohen Strömen ist die Wärmeabführung von entscheidender Bedeutung. Dies wird erfindungsgemäß durch die zwei verschiedenen Kunststoffe optimiert. Die Stromschienen können auch äußerst unterschiedlich gestaltet sein, wie es bspw. aus den abhängigen Ansprüchen hervorgeht.The busbar is a structure made of copper and / or aluminum or another metal, which is suitable for carrying high currents, as is usually the case with inverters. With such high currents, heat dissipation is crucial. According to the invention, this is optimized by the two different plastics. The busbars can also be designed extremely differently, as can be seen, for example, from the dependent claims.
Unter den Kunststoffen sind verschiedenartige Polymere zu verstehen, die für die entsprechenden physikalischen Bedingungen optimiert sind.Plastics are understood to mean different types of polymers that are optimized for the corresponding physical conditions.
Aus den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Stromschienenanordnung angegeben.Advantageous improvements and developments of the busbar arrangement specified in the independent claim are specified from the dependent claims.
Es wird vorgeschlagen, dass der erste der zwei Kunststoffe für eine Tragfunktion und elektrische Isolation und der zweite Kunststoff für eine Wärmeleitung konfiguriert sind, wobei der zweite Kunststoff elastischer als der erste Kunststoff ist. Vorliegend kann also durch entsprechende Zugaben von Stoffen in diese jeweiligen Kunststoffe diese physikalischen Eigenschaften eingestellt werden. Da der erste Kunststoff für eine Tragfunktion und eine elektrische Isolation konfiguriert ist, ist hier also vor allem die mechanische Belastung optimiert. Beim zweiten Kunststoff ist die Wärmeleitung im Vordergrund, so dass entsprechende Stoffe diesem zweiten Kunststoff hinzugefügt werden. Gleichzeitig soll er auch elastischer sein als der erste Kunststoff. Der erste Kunststoff kann als thermoplastisches Material ausgeführt sein, während der zweite Kunststoff als Elastomer ausgeführt sein kann. Insbesondere Silikon-Elastomere mit Füllstoffen, vorzugsweise keramischen Füllstoffen können eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine ausreichende Elastizität aufweisen. Es ist auch möglich, metallische Füllstoffe beim Elastomer zu verwenden. Dabei ist jedoch dann die elektrische Isolation zu beachten.It is proposed that the first of the two plastics are configured for a support function and electrical insulation and the second plastic for heat conduction, the second plastic being more elastic than the first plastic. In the present case, these physical properties can therefore be set by adding substances to these respective plastics. Since the first plastic is configured for a load-bearing function and electrical insulation, the mechanical load in particular is optimized here. With the second plastic, the heat conduction is in the foreground, so that appropriate substances are added to this second plastic. At the same time, it should also be more elastic than the first plastic. The first plastic can be designed as a thermoplastic material, while the second plastic can be designed as an elastomer. In particular, silicone elastomers with fillers, preferably ceramic fillers, can have good thermal conductivity and sufficient elasticity. It is also possible to use metallic fillers in the elastomer. In this case, however, the electrical insulation must be observed.
Das thermoplastische Material des ersten Kunststoffes kann mit Glasfasern gefüllt sein, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Dieser Glasfaseranteil ist dabei um 30% des Gesamtgewichts oder -volumens. Auch beim Glasfaseranteil ist auf die elektrisch isolierende Funktion des ersten Kunststoffs zu achten.The thermoplastic material of the first plastic can be filled with glass fibers in order to improve the mechanical properties. This glass fiber content is around 30% of the total weight or volume. The electrically insulating function of the first plastic must also be taken into account with the glass fiber content.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der erste Kunststoff auf der von einer Kühlstruktur abgewandten Seite der wenigstens einen Stromschiene aufgebracht ist und der zweite Kunststoff auf der der Kühlstruktur zugewandten Seite. Die Stabilität wird demnach für die Stromschiene durch den ersten Kunststoff auf der abwandten Seite realisiert, während die Wärmeleitung im Kontakt mit der Kühlstruktur optimiert wird. Bei der Kühlstruktur kann es sich um einen Kühlkörper handeln, der bspw. von einem Fluid durchflossen wird. Aber auch andere Strukturen sind vorliegend möglich.In addition, it is provided that the first plastic is applied on the side of the at least one busbar facing away from a cooling structure and the second plastic on the side facing the cooling structure. The stability for the busbar is therefore realized by the first plastic on the side facing away, while the heat conduction in contact with the cooling structure is optimized. The cooling structure can be a heat sink, for example Fluid is flowed through. But other structures are also possible in the present case.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Stromschiene gegen die Kühlstruktur durch eine Kraft und/oder einen Formschluss gedrückt ist. Um die Wärmeleitung zu optimieren, ist damit eine mechanisch unterstützte Berührung mit der Kühlstruktur durch den zweiten Kunststoff und die Stromschiene gewährleistet. Dadurch kann die Wärme, die durch den Strom in der Stromschiene entsteht, optimal abgeleitet werden. Ein solcher Kraftschluss kann bspw. durch eine Verschraubung erreicht werden.Furthermore, it is provided that the at least one busbar is pressed against the cooling structure by a force and / or a form fit. In order to optimize the heat conduction, a mechanically supported contact with the cooling structure is ensured by the second plastic and the busbar. This allows the heat generated by the current in the busbar to be optimally dissipated. Such a frictional connection can be achieved, for example, by a screw connection.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der erste Kunststoff zusätzlich auch auf der Kühlstruktur zugewandten Seite der wenigstens einen Stromschiene aufgebracht ist. Damit wird auch auf der Kühlstruktur zugewandten Seite der Stromschiene die mechanische Stabilität erhöht.In addition, it is proposed that the first plastic is additionally also applied to the side of the at least one busbar facing the cooling structure. This also increases the mechanical stability on the side of the busbar facing the cooling structure.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass mit dem ersten und/oder dem zweiten Kunststoff weitere Bauteile beschichtet sind. Damit wird auch diesen weiteren Bauteilen eine bessere Wärmeableitung bzw. mechanische Stabilität zuteil.Furthermore, it is provided that further components are coated with the first and / or the second plastic. Better heat dissipation and mechanical stability are thus also given to these further components.
Bei diesen weiteren Bauteilen handelt es sich zumindest um ein Teil von wenigstens einem Stromsensor und/oder wenigstens eine Dichtung und/oder wenigstens einen Positionierungspunkt und/oder wenigstens einen Anbindungspunkt. Stromsensoren sind vorliegend notwendig, um die abgegebene Wechselstrommenge zu bestimmen. Dies kann zu einer Fehlermeldung oder auch einer Nachsteuerung des Wechselrichters bzw. Stromrichters führen. Dichtungen sind notwendig, um bspw. den Kühlkörper gegenüber den anderen Teilen abzudichten, so dass das Fluid nicht durchdringen kann. Auch das Innere des Wechselrichters kann durch solch eine Dichtung gegen die Außenwelt geschützt sein. Der Positionierungs- bzw. Anbindungspunkt ermöglicht einen Zusammenbau der Stromrichteranordnung, so dass dies in der Fertigung möglichst einfach und präzise abläuft.These further components are at least a part of at least one current sensor and / or at least one seal and / or at least one positioning point and / or at least one connection point. In the present case, current sensors are necessary to determine the amount of alternating current that is emitted. This can lead to an error message or to readjustment of the inverter or converter. Seals are necessary, for example, to seal the heat sink against the other parts so that the fluid cannot penetrate. The inside of the inverter can also be protected from the outside world by such a seal. The positioning or connection point enables the converter arrangement to be assembled, so that this takes place as simply and precisely as possible in production.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Teil des wenigstens einen Stromsensor wenigstens einen Ferritkern aufweist. Dieser Ferritkern ermöglicht demnach über einen magnetischen Effekt den Strom zu messen.It can be provided that the at least part of the at least one current sensor has at least one ferrite core. This ferrite core enables the current to be measured via a magnetic effect.
Weiterhin ist vorgeschlagen, dass die Stromschienenanordnung 1, 2, 3 oder 6 Stromschienen aufweist. Diese Anzahl der Stromschienen hat sich als praktikabel für die Ausgestaltung von Wechselrichtern bzw. Stromrichtern erwiesen.It is also proposed that the busbar arrangement has 1, 2, 3 or 6 busbars. This number of busbars has proven to be practical for the design of inverters or power converters.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass mehrere Stromschienen nebeneinanderstehend oder flach und/oder übereinander angeordnet sind. Bei der Ausbildung als nebeneinanderstehend ist dabei zu verstehen, dass diese Stromschienen auch überlappend auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sein können.Furthermore, it is provided that several busbars are arranged side by side or flat and / or one above the other. In the case of the formation as standing next to one another, it is to be understood that these busbars can also be arranged overlapping at different heights.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der zweite Kunststoff mit einer Schichtdicke von kleiner einem Millimeter aufgebracht ist, um für seine Funktion der Wärmeleitung optimal ausgeführt zu sein.It is also provided that the second plastic is applied with a layer thickness of less than one millimeter in order to be optimally designed for its function of heat conduction.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert und sind in der Zeichnung ausgeführt.Embodiments of the invention are explained in more detail in the following description and are shown in the drawing.
Es zeigen
-
1 eine erste Ansicht der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung; -
2 einen Schnitt durch die Stromschienenanordnung und den Wechselrichter; -
3 eine zweite Schnittdarstellung; -
4 eine weitere Ansicht der Stromschienenanordnung; -
5 eine weitere Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung und -
6 eine weitere Ansicht der Stromschienenanordnung.
-
1 a first view of the busbar arrangement according to the invention; -
2 a section through the busbar arrangement and the inverter; -
3 a second sectional view; -
4th another view of the busbar assembly; -
5 a further sectional view of the busbar arrangement according to the invention and -
6th another view of the busbar assembly.
In
An dem Gehäuse
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- B1 - 3B1 - 3
- StromschienenBusbars
- B4-5B4-5
- Anschlüsse der StromschienenConnections of the busbars
- K, K1, K2K, K1, K2
- Kunststoffplastic
- APAP
- AnbindungspunkteConnection points
- GG
- Gehäusecasing
- MM.
- Magnetmagnet
- BPBP
- BlechpaketLaminated core
- DD.
- Dichtungpoetry
- KKKK
- KühlkörperHeat sink
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102010027955 A1 [0002]DE 102010027955 A1 [0002]
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DE102019214218.4A DE102019214218A1 (en) | 2019-09-18 | 2019-09-18 | Busbar arrangement for a power converter for an at least partially electrically powered vehicle |
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