DE102022201034A1 - Combined capacitor for a DC converter, DC converter, electric axle drive and vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung (10) für einen mehrphasigen Gleichspannungswandler (100) zum Umwandeln einer DC-Eingangsspannung in eine DC-Ausgangsspannung zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, wobei die Kondensatoranordnung (10) einen eingangsseitigen Kondensator (12) mit ersten Kondensatorwickeln (121) und einen ausgangsseitigen Kondensator (14) mit zweiten Kondensatorwickeln (141) aufweist, die in einem Gehäuse (22) aufgenommen sind und zwischen denen eine Leistungselektronik (20) geschaltet ist, wobei ein erster der beiden Kondensatoren (12, 14) einen pluspoligen Stromkontakt (142) und einen minuspoligen Stromkontakt (144) aufweist, mit denen jeweils eine im Gehäuse (22) befindliche erste Stromleitung (143, 145) elektrisch verbunden ist, wobei ein zweiter der beiden Kondensatoren (12, 14) einen pluspoligen oder minuspoligen Stromkontakt (122) aufweist, mit dem eine im Gehäuse (22) befindliche zweite Stromleitung (123) elektrisch verbunden ist, wobei sich die Stromkontakte (122, 142, 144) aus dem Gehäuse (22) herauserstrecken, wobei sich die zur zweiten Stromleitung (123) gegenpolige erste Stromleitung (143, 145) sowohl mit den ersten Kondensatorwickeln (121) als auch mit den zweiten Kondensatorwickeln (141) elektrisch verbunden ist.The present invention relates to a capacitor arrangement (10) for a polyphase DC-DC converter (100) for converting a DC input voltage into a DC output voltage for charging a vehicle battery in an electric vehicle or hybrid vehicle, the capacitor arrangement (10) having a capacitor (12) on the input side first capacitor windings (121) and an output-side capacitor (14) with second capacitor windings (141), which are accommodated in a housing (22) and between which power electronics (20) are connected, with a first of the two capacitors (12, 14 ) has a positive-pole power contact (142) and a negative-pole power contact (144), with each of which a first power line (143, 145) located in the housing (22) is electrically connected, with a second of the two capacitors (12, 14) having a positive-pole or negative-pole power contact (122) to which a second power line (123) located in the housing (22) is electrically connected, the power contacts (122, 142, 144) extending out of the housing (22), the second Power line (123) opposite polarity first power line (143, 145) is electrically connected to both the first capacitor windings (121) and the second capacitor windings (141).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung für einen Gleichspannungswandler sowie den Gleichspannungswandler.The invention relates to a capacitor arrangement for a DC-DC converter and the DC-DC converter.
Im Stand der Technik sind reine Elektrofahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge bekannt, welche ausschließlich bzw. unterstützend von einer oder mehreren elektrischen Maschinen als Antriebsaggregate angetrieben werden. Um die elektrischen Maschinen solcher Fahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen, umfassen die Fahrzeuge elektrische Energiespeicher, insbesondere wiederaufladbare elektrische Batterien. Für hohe Antriebsleistungen sind Batterien erforderlich, die eine entsprechend hohe DC-Spannung von beispielsweise 400V oder 800V bereitstellen. Solche Leistungsbatterien sind als Hochvoltbatterien (HV-Batterien) bezeichnet.Purely electric vehicles and hybrid vehicles are known in the prior art, which are driven exclusively or in support of one or more electric machines as drive units. In order to supply the electrical machines of such vehicles with electrical energy, the vehicles include electrical energy stores, in particular rechargeable electrical batteries. Batteries are required for high drive power, which provide a correspondingly high DC voltage of, for example, 400V or 800V. Such power batteries are referred to as high-voltage batteries (HV batteries).
Das Wiederaufladen der HV-Batterien stellt derzeit eine Herausforderung dar, da hierfür eine Ladespannung von mehreren Hundertvolt, beispielsweise 800V, benötigt wird, um die HV-Batterien ohne Beeinträchtigung deren Funktionalität wirksam aufzuladen. Jedoch beträgt die Ladespannung, die übliche Ladestationen für Elektrofahrzeuge zur Verfügung stellen, regelmäßig deutlich niedriger als die gewünschte Ladespannung, etwa 800V. Um solche Ladespannungen bereitzustellen, werden Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) verwendet, die zwischen einer DC-Spannungsquelle mit einer Ausgangsspannung (bspw. 400V), die niedriger als die gewünschte Ladespannung (bspw. 800V) ist, und der aufzuladenden HV-Batterie geschaltet ist.The recharging of the HV batteries is currently a challenge, as this requires a charging voltage of several hundred volts, for example 800V, in order to charge the HV batteries effectively without impairing their functionality. However, the charging voltage that conventional charging stations provide for electric vehicles is regularly significantly lower than the desired charging voltage, around 800V. In order to provide such charging voltages, direct voltage converters (DC/DC converters) are used, which are connected between a DC voltage source with an output voltage (e.g. 400V) that is lower than the desired charging voltage (e.g. 800V) and the HV battery to be charged is switched.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Gleichspannungswandlern besteht der Nachteil, dass die verschiedenen im Wandler befindlichen Komponenten ungünstig zueinander angeordnet sind, sodass diese einen vergleichsweise großen Bauraum erfordern. Dies erhöht den Herstellungsaufwand und auch die Herstellungskosten.The DC-DC converters known from the prior art have the disadvantage that the various components located in the converter are arranged in an unfavorable manner in relation to one another, so that they require a comparatively large amount of space. This increases the manufacturing effort and also the manufacturing costs.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kondensatoranordnung bereitzustellen, bei der die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise überwunden sind. It is an object of the invention to provide a capacitor arrangement in which the disadvantages mentioned above are at least partially overcome.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kondensatoranordnung, den Gleichspannungswandler, den elektrischen Achsantrieb und das Fahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.According to the invention, this object is achieved by the capacitor arrangement, the DC voltage converter, the electric axle drive and the vehicle according to the independent patent claims. Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the dependent patent claims.
Die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung ist dazu ausgebildet, in einem mehrphasigen Gleichspannungswandler zum Umwandeln einer DC-Eingangsspannung in eine DC-Ausgangsspannung zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie bzw. einer Fahrzeugbatterieanordnung in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug verwendet zu werden. Der mehrphasige Gleichspannungswandler umfasst typischerweise einen DC-Spannungseingang zum Einspeisen der DC-Eingangsspannung und einen DC-Spannungsausgang zum Abgeben der DC-Ausgangsspannung. Zwischen dem DC-Spannungseingang und dem DC-Spannungsausgang befinden sich eine Speicherdrossel und Leistungshalbleiter. Die Speicherdrossel dient zur Zwischenspeicherung von Energie in Form von magnetischen Flüssen. Hierzu kann die Speicherdrossel mehrere Wicklungen umfassen, die jeweils mit einer Halbbrücke der Leistungselektronik, insbesondere mit einem Punkt zwischen einer Highside und einer Lowside der Halbbrücke, elektrisch verbunden ist.The capacitor arrangement according to the invention is designed to be used in a polyphase DC-DC converter for converting a DC input voltage into a DC output voltage for charging a vehicle battery or a vehicle battery arrangement in an electric vehicle or hybrid vehicle. The multi-phase DC-DC converter typically includes a DC voltage input for feeding the DC input voltage and a DC voltage output for delivering the DC output voltage. A storage choke and power semiconductors are located between the DC voltage input and the DC voltage output. The storage choke is used to temporarily store energy in the form of magnetic fluxes. For this purpose, the storage choke can have a plurality of windings, each of which is electrically connected to a half-bridge of the power electronics, in particular to a point between a high side and a low side of the half-bridge.
Der mehrphasige Gleichspannungswandler umfasst außerdem die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung. Die Kondensatoranordnung weist einen eingangsseitigen Kondensator und einen ausgangsseitigen Kondensator auf. Der eingangsseitige Kondensator ist an eine die DC-Eingangsspannung bereitstellenden DC-Eingangsspannungsquelle (etwa eine 400V-Spannungsquelle wie Batterie oder Brennstoffzelle oder Spannungsnetz) gekoppelt ist, wobei der ausgangsseitige Kondensator mit einer die DC-Ausgangsspannung annehmenden DC-Ausgangsspannungsquelle (etwa eine 800V-Batterie) verbunden ist. Der eingangsseitige Kondensator und der ausgangsseitige Kondensator umfassen jeweils mehrere Kondensatorwickel, die auch als Folienkondensatoren bekannt sind. Zusätzlich kann der eingangsseitige Kondensator und/oder der ausgangsseitige Kondensator zumindest einen Entstörkondensator umfassen, der auch als Y-Kondensator bzw. Elektrolytkondensator bekannt ist. Der eingangsseitige Kondensator und der ausgangsseitige Kondensator sind in einem Gehäuse der Kondensatoranordnung aufgenommen. Zwischen dem eingangsseitigen Kondensator und dem ausgangsseitigen Kondensator sind Leistungshalbleiter angeordnet.The polyphase DC-DC converter also includes the capacitor arrangement according to the invention. The capacitor arrangement has an input-side capacitor and an output-side capacitor. The input-side capacitor is coupled to a DC input voltage source providing the DC input voltage (e.g. a 400V voltage source such as a battery or fuel cell or power grid), while the output-side capacitor is coupled to a DC output voltage source (e.g. an 800V battery) accepting the DC output voltage ) connected is. The input-side capacitor and the output-side capacitor each comprise a plurality of capacitor windings, which are also known as film capacitors. In addition, the input-side capacitor and/or the output-side capacitor can include at least one interference suppression capacitor, which is also known as a Y capacitor or electrolytic capacitor. The input-side capacitor and the output-side capacitor are accommodated in a housing of the capacitor arrangement. Power semiconductors are arranged between the input-side capacitor and the output-side capacitor.
Ein erster Kondensator aus dem eingangsseitigen Kondensator und dem ausgangsseitigen Kondensator, vorzugsweise der ausgangsseitige Kondensator, weist einen pluspoligen Stromkontakt und einen minuspoligen Stromkontakt auf. Mit dem pluspoligen Stromkontakt und dem minuspoligen Stromkontakt ist jeweils eine im Gehäuse befindliche erste Stromleitung elektrisch verbunden. Somit sind zwei erste Stromleitungen, nämlich eine pluspolige erste Stromleitung und eine minuspolige erste Stromleitung, dem ersten Kondensator, vorzugsweise dem ausgangsseitigen Kondensator, zugeordnet. Ein zweiter Kondensator aus dem eingangsseitigen Kondensator und dem ausgangsseitigen Kondensator, vorzugsweise der eingangsseitige Kondensator, weist einen pluspoligen oder minuspoligen Stromkontakt auf, mit dem eine ebenfalls im Gehäuse befindliche zweite Stromleitung elektrisch verbunden ist. Dies bedeutet, dass die zweite Stromleitung entweder plus- oder minuspolig ist, wenn der zweite Kondensator einen plus- bzw. minuspoligen Stromkontakt aufweist. Somit ist eine der beiden ersten Stromleitungen zur zweiten Stromleitung gleichpolig und die andere der beiden ersten Stromleitungen zur zweiten Stromleitung gegenpolig gestaltet. Die zur zweiten Stromleitung gegenpolige erste Stromleitung ist sowohl mit den ersten Kondensatorwickeln als auch mit den zweiten Kondensatorwickeln elektrisch verbunden. Die Stromkontakte erstrecken sich aus dem Gehäuse heraus und sind von außen kontaktierbar.A first capacitor from the input-side capacitor and the output-side capacitor, preferably the output-side capacitor, has a positive-pole current contact and a negative-pole current contact. A first power line located in the housing is electrically connected to the positive-pole power contact and the negative-pole power contact. Thus, two first power lines, namely a positive-pole first power line and a negative-pole first power line, are associated with the first capacitor, preferably the output-side capacitor. A second capacitor from the input side capacitor and the output side Capacitor, preferably the input-side capacitor, has a positive-pole or negative-pole current contact with which a second current line, which is also located in the housing, is electrically connected. This means that the second power line is either positive or negative when the second capacitor has a positive or negative power contact, respectively. Thus, one of the two first power lines has the same polarity as the second power line and the other of the two first power lines has opposite polarity to the second power line. The first power line, which has opposite polarity to the second power line, is electrically connected both to the first capacitor windings and to the second capacitor windings. The power contacts extend out of the housing and can be contacted from the outside.
Die zur zweiten Stromleitung gegenpolige erste Stromleitung ist somit sowohl dem ersten Kondensator als auch dem zweiten Kondensator zugeordnet. Auf diese Weise wird für den zweiten Kondensator, vorzugsweise den eingangsseitigen Kondensator, entweder ein pluspoliger oder ein minuspoliger Stromkontakt benötigt, sodass auf eins der beiden Vorzeichen verzichtet werden kann. Beispielsweise kann auf den minuspoligen Stromkontakt verzichtet werden, wenn die minuspolige erste Stromleitung sowohl dem ersten eingangsseitigen Kondensator als auch dem ausgangsseitigen Kondensator zugeordnet, insbesondere mit sowohl den ersten Kondensatorwickeln als auch den zweiten Kondensatorwickeln elektrisch verbunden ist. In diesem Fall ist kein minuspoliger Stromkontakt zur externen Kontaktierung des zweiten Kondensators nötig. Dies begünstigt eine kompaktere Bauweise des mehrphasigen Gleichspannungswandlers. Ein andernfalls erforderlicher Stromkontakt n, zusätzlichen Bauraum in Anspruch nehmen und den Montageaufwand erhöhen. Außerdem kann dank Wegfallens eines der beiden Stromkontaktvorzeichen der verbleibende Stromkontakt großflächiger gebildet sein. Dies reduziert die Stromdichte im betroffenen Kondensator und damit einhergehend auch die aufgrund des Stromflusses erzeugte Wärme.The first power line, which has the opposite polarity to the second power line, is therefore assigned both to the first capacitor and to the second capacitor. In this way, either a positive-pole or a negative-pole current contact is required for the second capacitor, preferably the input-side capacitor, so that one of the two signs can be dispensed with. For example, the negative-pole power contact can be dispensed with if the negative-pole first power line is assigned to both the first input-side capacitor and the output-side capacitor, in particular is electrically connected to both the first capacitor windings and the second capacitor windings. In this case, no negative-pole power contact is required for external contacting of the second capacitor. This favors a more compact design of the polyphase DC voltage converter. An otherwise required power contact n, take up additional space and increase the assembly effort. In addition, thanks to the omission of one of the two current contact signs, the remaining current contact can be formed over a larger area. This reduces the current density in the affected capacitor and, as a result, also the heat generated due to the current flow.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine der beiden ersten Stromleitungen in einem ersten Randbereich des Gehäuses angeordnet, wobei sich die andere der beiden ersten Stromleitungen, vorzugsweise die zur zweiten Stromleitung gegenpolige erste Stromleitung, vom ersten Randbereich bis zu einem dem ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich erstreckt. Diese räumliche Trennung der beiden ersten Stromleitungen verstärkt die Potentialtrennung zwischen ihnen und erhöht die Sicherheit des mehrphasigen Gleichspannungswandlers.According to one embodiment, one of the two first power lines is arranged in a first edge area of the housing, with the other of the two first power lines, preferably the first power line with opposite polarity to the second power line, extending from the first edge area to a second edge area opposite the first edge area. This spatial separation of the first two power lines reinforces the potential separation between them and increases the safety of the multi-phase DC-DC converter.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Entstörkondensator mit den ersten Stromleitungen und/oder der zweiten Stromleitung elektrisch verbunden. Auf diese Weise können die Stromleitungen gleichzeitig auch für die Entstörkondensatoren verwendet werden, sodass eine Bauraumeinsparung erzielt wird.According to a further embodiment, at least one interference suppression capacitor is electrically connected to the first power lines and/or the second power line. In this way, the power lines can also be used for the interference suppression capacitors at the same time, so that space is saved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der erste der beiden Kondensatoren mehrere pluspolige und/oder mehrere minuspolige Stromkontakte auf. Vorzugsweise sind die Stromkontakte zwischen pluspolig und minuspolig abwechselnd aneinandergereiht. Diese Maßnahme begünstigt eine gleichmäßigere Stromverteilung im Bereich des Zwischenkreiskondensators, was z.B. die EMV-Eigenschaft des mehrphasigen Gleichspannungswandlers verbessert.According to a further embodiment, the first of the two capacitors has a plurality of positive-pole and/or a plurality of negative-pole current contacts. The power contacts are preferably lined up alternately between the positive pole and the negative pole. This measure favors a more even current distribution in the area of the intermediate circuit capacitor, which improves the EMC properties of the multi-phase DC/DC converter, for example.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gleichspannungswandler zum Aufladen einer DC-Spannungsquelle, insbesondere einer HV-Batterie, in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug. Außerdem betrifft die Erfindung einen elektrischen Achsantrieb mit einem solchen Gleichspannungswandler. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit einem solchen elektrischen Achsantrieb. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler, den erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb sowie das erfindungsgemäße Fahrzeug.The invention also relates to a DC voltage converter for charging a DC voltage source, in particular a HV battery, in an electric vehicle or a hybrid vehicle. In addition, the invention relates to an electric axle drive with such a DC voltage converter. In addition, the invention relates to a vehicle, in particular an electric vehicle or a hybrid vehicle with such an electric axle drive. This results in the advantages already described in connection with the capacitor arrangement according to the invention, also for the DC voltage converter according to the invention, the electric axle drive according to the invention and the vehicle according to the invention.
Gemäß einer Ausführung umfasst der mehrphasige Gleichspannungswandler eine Speicherdrossel, die mehrere Wicklungen aufweist, und/oder eine Leistungselektronik, die durch mehrere Halbbrücken eines in einem elektrischen Achsantrieb verbauten Wechselrichters gebildet ist. Auf diese Weise kann der elektrische Achsantrieb gleichzeitig als Gleichspannungswandler eingesetzt werden. Der Wechselrichter fungiert in diesem Fall als ein sogenannter Boost Converter, indem dieser zum normalen Wechselrichterbetrieb entgegengesetzt bestromt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Fahrzeugbatterie mittels einer im Fahrzeug verbauten Zusatzbatterie bzw. einer Brennstoffzelle aufgeladen werden soll. Brennstoffzellen stellen typischerweise eine DC-Spannung von 400V bereit. Mittels des mehrphasigen Gleichspannungswandlers kann die 400V-Spannung in eine 800V-Spannung umgewandelt werden, um eine HV-Batterie aufzuladen.According to one embodiment, the polyphase DC-DC converter includes a storage choke that has a number of windings and/or power electronics that are formed by a number of half-bridges of an inverter installed in an electric axle drive. In this way, the electric axle drive can be used as a DC converter at the same time. In this case, the inverter acts as a so-called boost converter, in that it is supplied with current in the opposite direction to normal inverter operation. This is particularly advantageous if the vehicle battery is to be charged using an additional battery or a fuel cell installed in the vehicle. Fuel cells typically provide a DC voltage of 400V. Using the multi-phase DC-DC converter, the 400V voltage can be converted into a 800V voltage to charge a HV battery.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using the embodiments shown in the figures.
Es zeigen:
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1 ein schematisches Schaltbild eines mehrphasigen Gleichspannungswandlers; -
2 eine schematische Darstellung einer Kondensatoranordnung gemäß einer Ausführungsform für den Gleichspannungswandler aus1 in einer seitlichen Schnittansicht, wobei eine minuspolige Stromleitung eines ausgangsseitigen Kondensators sowohl mit mehreren Folienkondensatoren des eingangsseitigen Kondensators als auch mit mehreren Folienkondensatoren des ausgangsseitigen Kondensators elektrisch verbunden ist; -
3 eine schematische Darstellung der Kondensatoranordnung aus2 in einer Draufsicht; -
4 eine schematische Darstellung der Kondensatoranordnung aus2 in einer weiteren Schnittansicht auf der Ausgangsseite; -
5 eine schematische Darstellung der Kondensatoranordnung aus2 in einer weiteren Schnittansicht auf der Eingangsseite.
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1 a schematic circuit diagram of a polyphase DC-DC converter; -
2 shows a schematic representation of a capacitor arrangement according to an embodiment for the DC-DC converter1 in a side sectional view, wherein a negative-pole power line of an output-side capacitor is electrically connected both to a plurality of film capacitors of the input-side capacitor and to a plurality of film capacitors of the output-side capacitor; -
3 a schematic representation of the capacitor arrangement2 in a plan view; -
4 a schematic representation of the capacitor arrangement2 in a further sectional view on the output side; -
5 a schematic representation of the capacitor arrangement2 in another sectional view on the entrance side.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.Identical objects, functional units and comparable components are denoted by the same reference symbols across the figures. These objects, functional units and comparable components are designed to be identical in terms of their technical features, unless the description explicitly or implicitly states otherwise.
Eine Kondensatoranordnung 10 bestehend aus einem eingangsseitigen Kondensator 12 und einem ausgangsseitigen Kondensator 14 ist im mehrphasigen Gleichspannungswandler 100 integriert. Auf die Kondensatoranordnung 10 wird weiter unten näher eingegangen. Zwischen den beiden Kondensatoren 12, 14 ist eine Speicherdrossel 21 und eine Leistungselektronik 20 angeordnet. Die Speicherdrossel 21 ist zur Zwischenspeicherung von Energie in Form von magnetischen Flüssen ausgebildet. Dazu weist die Speicherdrossel 21 mehrere, hier beispielhaft drei, Spulen 101 A-C auf. Durch Anlegen einer Spannung an den Wicklungen der Spulen 101 A-C kann ein Stromfluss und damit einhergehend ein magnetischer Fluss in den Spulen 101 A-C erzeugt werden. Die Leistungselektronik 20 umfasst mehrere, hier beispielhaft drei, Halbbrücken, wobei die Anzahl der Halbbrücken der Anzahl der Spulen 101A-C entspricht. Jede Halbbrücke umfasst eine Highside-Schalteinrichtung 102A-C und eine Lowside-Schalteinrichtung 104A-C. Die Spulen 101A-C sind jeweils auf einer von dem eingangsseitigen Kondensator 12 abgewandten Seite zwischen der jeweiligen Highside-Schalteinrichtung 102A-C und der Lowside-Schalteinrichtung 104A-C angeschlossen. Der ausgangsseitige Kondensator 14 ist auf der dem eingangsseitigen Kondensator 12 gegenüberliegenden Seite der Leistungselektronik 20 angeordnet. Zwischen der DC-Spannungsquelle 107 und dem mehrphasigen Gleichspannungswandler 100 ist ein erster Filter 103 zum Beseitigen von Störsignalen in der eingespeisten DC-Eingangsspannung verschaltet. Zusätzlich ist zwischen der ausgangsseitigen HV-Batterie 109 und dem mehrphasigen Gleichspannungswandler 100 ein zweiter Filter 105 zum Beseitigen von Störsignalen in der erzeugten DC-Ausgangsspannung verschaltet.A
Im Betrieb des mehrphasigen Gleichspannungswandlers 100 werden die in der Leistungselektronik 20 verbauten Schalteinrichtungen 102A-C, 104A-C derart geschaltet, dass an den Spulen 101A-C eine Spannung mit dem gleichen Spannungsverlauf, jedoch mit Zeitversatz zwischen den Spulen 101A-C angelegt wird. Die Spulen 101A-C können durch die in einer E-Maschine eines hier nicht gezeigten elektrischen Achsantriebs verbauten Spulen bereitgestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Leistungselektronik 20 durch einen im elektrischen Achsantrieb integrierten Wechselrichter bereitgestellt sein. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die DC-Spannungsquelle 107 eine im Fahrzeug befindliche Zusatzbatterie oder Brennstoffzelle ist, da in diesem Fall der Wechselrichter als Boost-Converter einsetzbar ist, indem der Wechselrichter zu seinem Normalbetrieb, bei dem dieser zum Umwandeln einer DC-Eingangsspannung in eine AC-Ausgangsspannung verwendet wird, entgegengesetzt bestromt wird.During operation of the polyphase DC-
Der ausgangsseitige Kondensator 14 weist ebenfalls mehrere (hier beispielhaft vier) Folienkondensatoren 141 und mehrere (hier beispielshaft zwei) Elektrolytkondensatoren 26 auf. Auch hier sind die Folienkondensatoren 141 in der horizontalen Längsrichtung nebeneinander und in der vertikalen Richtung zwischen einer pluspoligen Stromleitung 143 und einer minuspoligen Stromleitung, nämlich der oben erwähnten Stromleitung 145, angeordnet. Dabei befinden sich die Folienkondensatoren 141 mit den beiden Stromleitungen 143, 145 in elektrischer Verbindung. Auf diese Weise teilen die beiden Kondensatoren 12, 14 dieselbe minuspolige Stromleitung 145 während sie über getrennte pluspolige Stromleitungen 123, 143 verfügen. Die pluspolige Stromleitung 143 des ausgangsseitigen Kondensators 14 ist am oberen Rand des Gehäuses 22 und somit der minuspoligen Stromleitung 145 zumindest abschnittweise gegenüberliegend angeordnet. Dies ist in
Mehrere pluspolige Stromkontakte 142 erstrecken sich am oberen Rand des Gehäuses 22 von der pluspoligen Stromleitung 143 aus dem Gehäuse 22 heraus. Gleichzeitig erstrecken sich mehrere minuspolige Stromkontakte 144 am oberen Rand des Gehäuses 22 von der minuspoligen Stromleitung 145 aus dem Gehäuse 22 heraus, wie in
Der Verzicht auf minuspolige Stromkontakte am eingangsseitigen Kondensator 12 ist dadurch ermöglicht, dass beide Kondensatoren 12, 14 dieselbe minuspolige Stromleitung 145 teilen. Somit dient die minuspolige Stromleitung 145 zur minuspoligen Kontaktierung der Folienkondensatoren 141 sowohl des ausgangsseitigen als auch des eingangsseitigen Kondensators 12. Durch Wegfall des minuspoligen Stromkontakts am eingangsseitigen Kondensator 12 steht den außerhalb des Gehäuses 22 befindlichen pluspoligen Stromkontakten 122, 126 mehr Bauraum zur Verfügung, sodass diese großflächig ausgebildet werden können. Dies reduziert die Stromdichte am eingangsseitigen Kondensator 12, sodass weniger Wärme durch den von den Stromkontakten 122, 126 und Stromleitungen 123, 145 getragenen Strom verursacht wird. Außerdem kann der mehrphasige Gleichspannungswandler 100 insgesamt kompakter gebildet und mit reduziertem Montageaufwand hergestellt werden.The omission of negative-pole power contacts on the input-
Das Gehäuse 22 ist vorzugsweise zumindest teilumfänglich mit einem Spritzgussmaterial vergossen, um die im Gehäuse 22 verbauten Bauteile vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Folienkondensatoren 121, 141 sowie Elektrolytkondensatoren 26, 28 der beiden Kondensatoren 12, 14 sind im Gehäuse 22 aufgenommen. Auf diese Weise ist eine kombinierte Kondensatoranordnung 10 für den Spannungseingang und den Spannungsausgang realisiert, die eine zusätzlich Bauraumeinsparung erzielt.The
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Kondensatoranordnungcapacitor array
- 1212
- eingangsseitiger Kondensatorinput capacitor
- 1414
- ausgangsseitiger Kondensatoroutput capacitor
- 2020
- Leistungselektronikpower electronics
- 2121
- Speicherdrosselstorage choke
- 2222
- GehäuseHousing
- 24, 2624, 26
- Elektrolytkondensatorelectrolytic capacitor
- 28,3028.30
- Erdungsleitungenground wires
- 100100
- mehrphasiger Gleichspannungswandlerpolyphase DC-DC converter
- 101 A-C101 A-C
- SpulenWash
- 102A-C102A-C
- Highside-Schalteinrichtungenhigh-side switching devices
- 103103
- erster Filterfirst filter
- 104A-C104A-C
- Lowside-Schalteinrichtungenlow-side switching devices
- 105105
- zweiter Filtersecond filter
- 107107
- DC-SpannungsquelleDC voltage source
- 109109
- Batteriebattery
- 121, 141121, 141
- Folienkondensatorenfilm capacitors
- 122, 126, 142, 146122, 126, 142, 146
- pluspolige Stromkontaktepositive power contacts
- 144, 148144, 148
- minuspolige Stromkontaktenegative power contacts
- 123, 143123, 143
- pluspolige Stromleitungenpositive power lines
- 145145
- minuspolige Stromleitungnegative power line
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022201034.5A DE102022201034A1 (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | Combined capacitor for a DC converter, DC converter, electric axle drive and vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022201034.5A DE102022201034A1 (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | Combined capacitor for a DC converter, DC converter, electric axle drive and vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022201034A1 true DE102022201034A1 (en) | 2023-08-03 |
Family
ID=87160807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022201034.5A Pending DE102022201034A1 (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | Combined capacitor for a DC converter, DC converter, electric axle drive and vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022201034A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112014000794T5 (en) | 2013-03-11 | 2015-10-29 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Apparatus for converting electrical energy |
DE102017215419A1 (en) | 2017-09-04 | 2019-03-07 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Capacitor unit and assembly for power electronics |
-
2022
- 2022-02-01 DE DE102022201034.5A patent/DE102022201034A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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