DE102022201333A1 - Intermediate circuit capacitor with optimized heat dissipation, power converter with such an intermediate circuit capacitor - Google Patents
Intermediate circuit capacitor with optimized heat dissipation, power converter with such an intermediate circuit capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022201333A1 DE102022201333A1 DE102022201333.6A DE102022201333A DE102022201333A1 DE 102022201333 A1 DE102022201333 A1 DE 102022201333A1 DE 102022201333 A DE102022201333 A DE 102022201333A DE 102022201333 A1 DE102022201333 A1 DE 102022201333A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- intermediate circuit
- capacitor
- circuit capacitor
- busbars
- pole busbar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/228—Terminals
- H01G4/248—Terminals the terminals embracing or surrounding the capacitive element, e.g. caps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
- H01G2/02—Mountings
- H01G2/06—Mountings specially adapted for mounting on a printed-circuit support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
- H01G2/08—Cooling arrangements; Heating arrangements; Ventilating arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
- H01G2/10—Housing; Encapsulation
- H01G2/106—Fixing the capacitor in a housing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/32—Wound capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors
- H01G4/385—Single unit multiple capacitors, e.g. dual capacitor in one coil
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/40—Structural combinations of fixed capacitors with other electric elements, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zwischenkreiskondensator (10A-B) für einen Stromrichter zum Bestromen eines elektrischen Achsantriebs in einem Elektrofahrzeug und/oder einem Hybridfahrzeug, umfassend einen Kondensatoreingang (12) zum Anschließen einer Spannungsquelle, eine pluspolige Stromschiene (14a) und eine minuspolige Stromschiene (14b) zum Leiten eines mittels der Spannungsquelle erzeugten Eingangsstroms, einen Wickel (16), der an eine Oberseite (142) der Stromschienen (14a, 14b) elektrisch angebunden ist, einen Kondensatorausgang (18) zum Einspeisen des Eingangsstroms in eine Leistungselektronik, die dazu ausgebildet ist, den Eingangsstrom mittels Schaltens mehrerer in der Leistungselektronik enthaltenen Halbleiterschaltelemente in einen Ausgangsstrom umzuwandeln, wobei die pluspolige Stromschiene (14a) und die minuspolige Stromschiene (14b) auf ihrer von dem Wickel (16) abgewandten Unterseite mit einem Kühler (22) thermisch gekoppelt sind.The present invention relates to an intermediate circuit capacitor (10A-B) for a power converter for energizing an electric axle drive in an electric vehicle and/or a hybrid vehicle, comprising a capacitor input (12) for connecting a voltage source, a positive-pole busbar (14a) and a negative-pole busbar ( 14b) for conducting an input current generated by means of the voltage source, a winding (16) which is electrically connected to an upper side (142) of the busbars (14a, 14b), a capacitor output (18) for feeding the input current into power electronics which are is designed to convert the input current into an output current by switching a plurality of semiconductor switching elements contained in the power electronics, the positive-pole busbar (14a) and the negative-pole busbar (14b) being thermally coupled to a cooler (22) on their underside facing away from the winding (16). are.
Description
Die Erfindung betrifft einen Zwischenkreiskondensator für einen Stromrichter, insbesondere einen Wechselrichter, der zum Bestromen eines elektrischen Achsantriebs eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs dient. Außerdem betrifft die Erfindung einen elektrischen Achsantrieb mit einem solchen Stromrichter sowie ein Fahrzeug mit einem solchen elektrischen Achsantrieb.The invention relates to an intermediate circuit capacitor for a converter, in particular an inverter, which is used to power an electric axle drive of an electric vehicle or a hybrid vehicle. The invention also relates to an electric axle drive with such a power converter and a vehicle with such an electric axle drive.
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 Elektrofahrzeuge bzw. Hybridfahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen, umfassen die Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge elektrische Energiespeicher, insbesondere wiederaufladbare elektrische Batterien. Diese Batterien sind dabei als Gleichspannungsquellen ausgebildet, die elektrischen Maschinen benötigen in der Regel jedoch eine Wechselspannung. Daher wird zwischen einer Batterie und einer elektrischen Maschine (E-Maschine) eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs üblicherweise eine Leistungselektronik mit einem sog. Wechselrichter geschaltet.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 electric machines of such electric vehicles or hybrid vehicles with electric energy, the electric vehicles and hybrid vehicles include electric energy stores, in particular rechargeable electric batteries. These batteries are designed as DC voltage sources, but the electrical machines usually require an AC voltage. Therefore, power electronics with a so-called inverter are usually connected between a battery and an electrical machine (E-machine) of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
Derartige Wechselrichter umfassen üblicherweise eine Leistungselektronik mit mehreren Halbleiterschaltelementen, die typischerweise aus Transistoren, etwa MOSFETs oder IGBTs, gebildet sind. Dabei ist es bekannt, die Halbleiterschaltelemente als sogenannte Halbbrücken auszugestalten, die über eine Highside-Einrichtung und eine Lowside-Einrichtung verfügen. Diese Highside- bzw. Lowside-Einrichtung umfasst ein oder mehrere parallelgeschaltete Halbleiterschaltelemente, die im Betrieb des Wechselrichters gezielt gesteuert werden, um aus einem eingangsseitig der Halbbrücken eingespeisten DC-Strom mehrere voneinander zeitlich versetzte Phasenströme eines AC-Stroms zu erzeugen, wobei die Phasenströme jeweils für sich zeitlich veränderlich sind und in der Regel einen sinusförmigen Verlauf annehmen.Such inverters usually include power electronics with a number of semiconductor switching elements, which are typically formed from transistors, such as MOSFETs or IGBTs. In this context, it is known to design the semiconductor switching elements as so-called half-bridges, which have a high-side device and a low-side device. This high-side or low-side device comprises one or more semiconductor switching elements connected in parallel, which are controlled in a targeted manner during operation of the inverter in order to generate a plurality of phase currents of an AC current that are offset in time from a DC current fed into the input side of the half bridges, the phase currents each are themselves variable over time and usually assume a sinusoidal course.
Es ist bekannt, dass in den Stromrichtern bzw. Wechselrichtern Zwischenkreiskondensatoren zwecks höherer Stabilität der eingespeisten und abgegriffenen Spannungen verwendet werden. Aufgrund hoher Stromeinpräge entsteht neben in der Leistungselektronik auch im Zwischenkreiskondensator Wärme, die abgeführt werden muss. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Stromrichtern besteht der Nachteil, dass die dortigen Zwischenkreiskondensatoren nicht hinreichend abgekühlt werden können. Dies führt zur Beeinträchtigung der Funktionalitäten der Stromrichter.It is known that intermediate circuit capacitors are used in the power converters or inverters for the purpose of greater stability of the voltages fed in and tapped off. Due to high current impressions, heat is generated not only in the power electronics but also in the intermediate circuit capacitor, which has to be dissipated. The power converters known from the prior art have the disadvantage that the intermediate circuit capacitors there cannot be sufficiently cooled. This leads to impairment of the functionality of the power converter.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Zwischenkreiskondensator bereitzustellen, um die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben.It is an object of the invention to provide an intermediate circuit capacitor in order to at least partially eliminate the disadvantages mentioned above.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Zwischenkreiskondensator, den Stromrichter, den elektrischen Achsantrieb sowie 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 intermediate circuit capacitor, the power 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 Erfindung betrifft einen Zwischenkreiskondensator für einen Stromrichter, der zum Betreiben eines elektrischen Achsantriebs in einem Elektrofahrzeug und/oder einem Hybridfahrzeug dient. Der Zwischenkreiskondensator umfasst einen Kondensatoreingang zum Anschließen einer Spannungsquelle und einen Kondensatorausgang zum Einspeisen eines Eingangsstroms in eine Leistungselektronik, die dazu ausgebildet ist, den Eingangsstrom mittels Schaltens mehrerer in der Leistungselektronik enthaltenen Halbleiterschaltelemente in einen Ausgangsstrom umzuwandeln. Dazu ist der Kondensatorausgang mit Leistungsanschlüssen der Leistungselektronik elektrisch verbunden. Zwischen dem Kondensatoreingang und dem Kondensatorausgang ist eine Stromschienenanordnung bestehend aus zumindest einer pluspoligen Stromschiene und zumindest einer minuspoligen Stromschiene zum Leiten des mittels der Spannungsquelle erzeugten Eingangsstroms angeordnet. Im Fall, dass der Stromrichter als DC/AC-Wechselrichter ausgebildet ist, sind die Stromschienen als DC-Stromschienen zum Leiten des DC-Eingangsstroms ausgelegt. Der Zwischenkreiskondensator umfasst weiterhin zumindest einen Wickel (Folienkondensator), der an eine Oberseite der pluspoligen (DC-)Stromschiene und der minuspoligen (DC-)Stromschiene elektrisch angebunden ist. Die pluspolige (DC-)Stromschiene und die minuspolige (DC-)Stromschiene sind auf ihrer von dem zumindest einen Wickel abgewandten Unterseite mit einem Kühler thermisch gekoppelt. Die Oberseite und die Unterseite sind an einem Bodenabschnitt der (DC-)Stromschienen ausgebildet, der sich zum Kühler, insbesondere zu einer Kühlplatte, parallel erstreckt. Der Wickel ist vorzugsweise quaderförmig ausgebildet, wobei die Ecken der Quaderform Abrundungen aufweisen können. Der Kondensatoreingang und der Kondensatorausgang sind bevorzugt an einer Vorderseite bzw. einer Rückseite der Quaderform angeordnet, wobei die (DC-)Stromschienen an der Unterseite der Quaderform angeordnet sind.The invention relates to an intermediate circuit capacitor for a power converter that is used to operate an electric axle drive in an electric vehicle and/or a hybrid vehicle. The intermediate circuit capacitor includes a capacitor input for connecting a voltage source and a capacitor output for feeding an input current into power electronics, which is designed to convert the input current into an output current by switching a plurality of semiconductor switching elements contained in the power electronics. For this purpose, the capacitor output is electrically connected to the power connections of the power electronics. A busbar arrangement consisting of at least one positive-pole busbar and at least one negative-pole busbar for conducting the input current generated by the voltage source is arranged between the capacitor input and the capacitor output. If the power converter is designed as a DC/AC inverter, the busbars are designed as DC busbars for conducting the DC input current. The intermediate circuit capacitor also includes at least one winding (foil capacitor), which is electrically connected to an upper side of the positive-pole (DC) busbar and the negative-pole (DC) busbar. The positive-pole (DC) busbar and the negative-pole (DC) busbar are thermally coupled to a cooler on their underside facing away from the at least one winding. The upper side and the lower side are formed on a base section of the (DC) busbars, which extends parallel to the cooler, in particular to a cooling plate. The winding is preferably cuboid, it being possible for the corners of the cuboid to be rounded. The capacitor input and the capacitor output are preferably arranged on a front side and a rear side of the cuboid shape, with the (DC) busbars being arranged on the underside of the cuboid shape.
Auf diese Weise ist die gesamte (DC-)Stromschienenanordnung des Zwischenkreiskondensators besonders wirksam abkühlbar. Die pluspolige Stromschiene und die minuspolige Stromschiene können parallel nebeneinander zwischen dem zumindest einen Wickel und dem Kühler verlaufen, um die mit dem Kühler thermisch verbundene Kühlfläche zu vergrößern und dadurch die Kühlleistung zu erhöhen. Der Zwischenkreiskondensator kann eine stromisolierende Verkleidung umfassen, die auf einer Oberfläche des zumindest einen Wickels aufgebracht ist. Die stromisolierende Verkleidung ist vorzugsweise eine Spritzschicht bzw. -gehäuse, die/das mittels Umspritzens des zumindest einen Wickels sowie der (DC-)Stromschienenanordnung gebildet ist. In diesem Fall weist die stromisolierende Verkleidung in einem Bereich der Unterseite der (DC-)Stromschienen eine Aussparung auf. Im Fall einer Spritzschicht kann die Aussparung durch Freilegen der Unterseite der (DC-)Stromschienen während des Spritzgussverfahrens bewerkstelligt werden. Dies ermöglicht eine bessere thermische Kopplung der (DC-)Stromschienen mit dem Kühler. Zusätzlich kann zwischen der Unterseite der (DC-)Stromschienen und dem Kühler eine Wärmeleitschicht, die vorzugsweise aus Metall gebildet ist, angeordnet sein. In diesem Fall verbindet vorzugsweise eine Isolationsfolie die Unterseite der Stromschienen und die Metallschicht miteinander, um in Kombination mit der Wärmeleitschicht eine Potentialtrennung bei gleichzeitiger Wärmeleitung sicherzustellen.In this way, the entire (DC) busbar arrangement of the intermediate circuit capacitor can be cooled particularly effectively. The positive pole busbar and the negative pole busbar can run parallel to one another between the at least one coil and the cooler in order to increase the cooling surface thermally connected to the cooler and thereby increase the cooling capacity. The intermediate circuit capacitor can include a current-insulating covering that is applied to a surface of the at least one winding. The current-insulating covering is preferably an injection-molded layer or housing, which is formed by over-molding the at least one winding and the (DC) busbar arrangement. In this case, the current-insulating covering has a recess in an area on the underside of the (DC) busbars. In the case of an injection layer, the recess can be accomplished by exposing the underside of the (DC) busbars during the injection molding process. This enables better thermal coupling of the (DC) busbars with the cooler. In addition, a thermally conductive layer, which is preferably made of metal, can be arranged between the underside of the (DC) busbars and the cooler. In this case, an insulating film preferably connects the underside of the busbars and the metal layer to one another in order to ensure, in combination with the thermally conductive layer, a potential separation with simultaneous heat conduction.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die pluspolige Stromschiene und/oder die minuspolige Stromschiene einen Seitenflügel auf, der sich vom Bodenabschnitt der (DC-)Stromschienen senkrecht nach oben erstreckt und mit dem Kühler durch die oben bereits beschriebene unterseitige Verbindung thermisch gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine seitliche Abkühlung des zumindest einen Wickels.According to one embodiment, the positive-pole busbar and/or the negative-pole busbar have a side wing which extends vertically upwards from the bottom section of the (DC) busbars and is thermally coupled to the cooler by the underside connection already described above. This enables the at least one coil to be cooled laterally.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Stromrichter. Der Stromrichter ist vorzugsweise ein DC/AC-Wechselrichter zum Umwandeln einer DC-Spannung in eine AC-Spannung. Alternativ kann der Stromrichter als DC/DC-Gleichrichter zum Umwandeln einer DC-Eingangsspannung in eine von dieser verschiedene DC-Ausgangsspannung ausgebildet sein. Der Stromrichter umfasst eine Leistungselektronik mit mehreren Halbleiterschaltelementen zum Erzeugen eines Ausgangsstroms basierend auf einem von einer Spannungsquelle bereitgestellten Eingangsstrom mittels Schaltens der Halbleiterschaltelemente. Der Stromrichter kann mehrere (beispielsweise drei) Phaseneinheiten aufweisen, die jeweils einem Phasenstrom des Eingangsstroms oder des Ausgangsstroms zugeordnet sind. Im Fall eines Wechselrichters handelt es sich beim Eingangsstrom um einen von einer DC-Spannungsquelle bereitgestellten DC-Strom, wobei es sich beim Ausgangsstrom um einen AC-Strom mit mehreren Phasenströmen handelt. Im Fall eines Gleichrichters handelt es sich beim Eingangsstrom um einen von einer DC-Spannungsquelle (etwa einer Ladestation oder einer Fahrzeugbatterie/Brennstoffzelle) bereitgestellten DC-Eingangsstrom, wobei es sich beim Ausgangsstrom um einen vom DC-Eingangsstrom verschiedenen DC-Ausgangsstrom (etwa einen Ladestrom zum Aufladen einer Hochvolt-Fahrzeugbatterie) handelt, der vorzugsweise zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie dieser zugeführt wird.The invention also relates to a power converter. The power converter is preferably a DC/AC inverter for converting a DC voltage into an AC voltage. Alternatively, the converter can be designed as a DC/DC rectifier for converting a DC input voltage into a different DC output voltage. The power converter includes power electronics with a plurality of semiconductor switching elements for generating an output current based on an input current provided by a voltage source by switching the semiconductor switching elements. The power converter can have a plurality of (for example three) phase units which are each assigned to a phase current of the input current or of the output current. In the case of an inverter, the input current is a DC current provided by a DC voltage source, while the output current is an AC current with multiple phase currents. In the case of a rectifier, the input current is a DC input current provided by a DC voltage source (such as a charging station or vehicle battery/fuel cell), and the output current is a DC output current (such as a charging current) that is different from the DC input current for charging a high-voltage vehicle battery), which is preferably supplied to charge a vehicle battery.
Die Halbleiterschaltelemente sind vorzugsweise Transistoren wie MOSFETs und/oder IGBTs, wobei die Halbleiterschaltelemente zusätzlich eine oder mehrere Dioden umfassen können. Das den Halbleiterschaltelementen zugrunde liegende Halbleitermaterial ist vorzugsweise Silizium oder ein sogenannter Halbleiter mit einer großen Bandlücke (Engl.: Wide bandgap semiconductors, WBS), etwa Siliziumcarbid oder Galliumnitrid. Die Halbleiterschaltelemente sind auf einem Substrat angebracht. Das Substrat kann einen mehrschichtigen Aufbau mit einer ersten Metalllage, einer zweiten Metalllage und einer dazwischen befindlichen Isolationslage aufweisen. Die Halbleiterschaltelemente sind in diesem Fall bevorzugt an eine Oberseite der ersten Metalllage angebunden, wobei an eine Unterseite der zweiten Metalllage ein Kühlkörper angebunden ist.The semiconductor switching elements are preferably transistors such as MOSFETs and/or IGBTs, it being possible for the semiconductor switching elements to additionally include one or more diodes. The semiconductor material on which the semiconductor switching elements are based is preferably silicon or a so-called wide bandgap semiconductors (WBS) semiconductor, for example silicon carbide or gallium nitride. The semiconductor switching elements are mounted on a substrate. The substrate can have a multilayer structure with a first metal layer, a second metal layer and an insulating layer located between them. In this case, the semiconductor switching elements are preferably connected to an upper side of the first metal layer, with a heat sink being connected to an underside of the second metal layer.
Die Leistungselektronik weist mehrere Leistungsanschlüsse zum Einspeisen des Eingangsstroms in die Halbleiterschaltelemente und zum Abgreifen bzw. Abgeben des Ausgangsstroms, auf. Im Fall des Wechselrichters umfassen die Leistungsanschlüsse DC-Leistungsanschlüsse und AC-Leistungsanschlüsse. Die DC-Leistungsanschlüsse umfassen wiederum einen oder mehrere pluspolige und minuspolige DC-Leistungsanschlüsse. Die AC-Leistungsanschlüsse sind einem gemeinsamen AC-Phasenstrom oder jeweils einem von mehreren AC-Phasenströmen des gesamten AC-Stroms zugeordnet. Die Leistungsanschlüsse erstrecken sich vorzugsweise über eine Seitenfläche einer Vergussmasse, mittels derer die Halbleiterschaltelemente vergossen sind, nach außen hinaus. Weiter vorzugsweise erstrecken sich die Leistungsanschlüsse außerhalb der Vergussmasse senkrecht zur Oberseite des Substrats nach oben, sodass sie von oben kontaktierbar sind. Die Leistungselektronik umfasst mehrere Signalpins zum Übertragen von Steuersignalen, die von einer Steuereinrichtung des Stromrichters erzeugt sind und zum Ansteuern der Halbleiterschaltelemente an die Steuerelektrode (z.B. Gate-Elektrode) gesendet werden.The power electronics have a number of power connections for feeding the input current into the semiconductor switching elements and for tapping off or delivering the output current. In the case of the inverter, the power terminals include DC power terminals and AC power terminals. The DC power connections in turn comprise one or more positive-pole and negative-pole DC power connections. The AC power connections are assigned to a common AC phase current or to one of several AC phase currents of the total AC current. The power terminals preferably extend outward beyond a side face of a potting compound, by means of which the semiconductor switching elements are potted. More preferably, the power terminals extend outside of the potting compound perpendicularly to the top of the substrate upwards, so that they can be contacted from above. The power electronics include a number of signal pins for transmitting control signals that are generated by a control device of the power converter and are sent to the control electrode (e.g. gate electrode) for driving the semiconductor switching elements.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden elektrischen Achsantrieb mit einem erfindungsgemäßen Stromrichter sowie ein Fahrzeug mit einem solchen elektrischen Achsantrieb. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stromrichter beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb und das erfindungsgemäße Fahrzeug.The invention also relates to a corresponding electric axle drive with a power converter according to the invention and a vehicle with such an electric axle drive. This results in the already described in connection with the power converter according to the invention Benen advantages for the electric axle drive according to the invention and the vehicle according to the invention.
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:
-
1 eine schematische Darstellung eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer Ausführung in einer Perspektivansicht, wobei der innere Aufbau des Zwischenkreiskondensators gezeigt ist; -
2 eine schematische Darstellung des Zwischenkreiskondensators aus1 in einer weiteren Perspektivansicht, wobei eine stromisolierende Umspritzung des Zwischenkreiskondensators gezeigt ist; -
3 eine schematische Darstellung des Zwischenkreiskondensators aus2 in einer weiteren Perspektivansicht, wobei eine Verbindungsschicht unterseitig des Zwischenkreiskondensators aufgebracht ist; -
4 eine schematische Darstellung des Zwischenkreiskondensators aus3 in einer Schnittansicht senkrecht zur Verbindungsschicht; -
5 eine schematische Darstellung eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Perspektivansicht, wobei der innere Aufbau des Zwischenkreiskondensators gezeigt ist; -
6 eine schematische Darstellung des Zwischenkreiskondensators aus5 in einer weiteren Perspektivansicht, wobei eine stromisolierende Umspritzung des Zwischenkreiskondensators gezeigt ist; -
7 eine schematische Darstellung einer Kondensatoranordnung bestehend aus drei Zwischenkreiskondensatoren aus2 und einem Kühler in einer Perspektivansicht; -
8 eine schematische Darstellung der Kondensatoranordnung aus7 in einer Schnittansicht.
-
1 a schematic representation of an intermediate circuit capacitor according to an embodiment in a perspective view, wherein the internal structure of the intermediate circuit capacitor is shown; -
2 a schematic representation of the intermediate circuit capacitor1 in a further perspective view, wherein a current-insulating encapsulation of the intermediate circuit capacitor is shown; -
3 a schematic representation of the intermediate circuit capacitor2 in a further perspective view, a connecting layer being applied on the underside of the intermediate circuit capacitor; -
4 a schematic representation of the intermediate circuit capacitor3 in a sectional view perpendicular to the connection layer; -
5 a schematic representation of an intermediate circuit capacitor according to a further embodiment in a perspective view, wherein the internal structure of the intermediate circuit capacitor is shown; -
6 a schematic representation of the intermediate circuit capacitor5 in a further perspective view, wherein a current-insulating encapsulation of the intermediate circuit capacitor is shown; -
7 a schematic representation of a capacitor arrangement consisting of three intermediate circuit capacitors2 and a cooler in a perspective view; -
8th a schematic representation of the capacitor arrangement7 in a sectional view.
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.
Die DC-Stromschienen 14a, 14b umfassen eine pluspolige DC-Stromschiene 14a und eine minuspolige DC-Stromschiene 14b. Die pluspolige DC-Stromschiene 14a ist zwischen einem pluspoligen Eingangskontakt 122 des Kondensatoreingangs 12 und einem pluspoligen Ausgangskontakt 182 des Kondensatorausgangs 18 elektrisch verbindend angeordnet. Die minuspolige DC-Stromschiene 14b ist zwischen einem minuspoligen Eingangskontakt 124 des Kondensatoreingangs 12 und einem minuspoligen Ausgangskontakt 184 des Kondensatorausgangs 18 elektrisch verbindend angeordnet. Der pluspolige Eingangskontakt 122, die pluspolige DC-Stromschiene 14a und der pluspolige Ausgangskontakt 182 sind, wie hier beispielhaft gezeigt, vorzugsweise einteilig ausgebildet. Gleichermaßen sind der minuspolige Eingangskontakt 124, die minuspolige DC-Stromschiene 14b und der minuspolige Ausgangskontakt 184, wie hier beispielhaft gezeigt, vorzugsweise ebenfalls einteilig ausgebildet. Die Eingangskontakte 122, 124 und Ausgangskontakte 182, 184 erstrecken sich jeweils aus einer stromisolierenden Verkleidung 28, die hier beispielhaft und bevorzugt als Umspritzung ausgebildet ist, seitlich heraus. Die DC-Stromschienen 14a, 14b befinden sich innerhalb der stromisolierenden Umspritzung 28 und in der Darstellung in
Der Zwischenkreiskondensator 10A umfasst einen Wickel 16 (auch als Folienkondensator bezeichnet). Der Wickel 16 ist, wie hier beispielhaft gezeigt, bevorzugt quaderförmig mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Der Wickel 16 ist unterseitig an eine Oberseite 142 eines Bodenabschnittes 143 der pluspoligen DC-Stromschiene 14a und der minuspoligen DC-Stromschiene 14b unmittelbar angebunden. Ferner sind zwei Y-Kondensatoren 17 (auch als Entstörkondenator bzw. Elektrolytkondensator bezeichnet) im Zwischenkreiskondensator 10A vorgesehen, die zwischen dem Wickel 16 und dem Kondensatorausgang 18 auf der Oberseite 142 des Bodenabschnittes 143 der DC-Stromschienen 14a, 14b mit diesen elektrisch verbunden aufliegend angeordnet sind. Eine Masseleitung 19 verbindet außerdem die Y-Kondensatoren 17 mit einer Schraubenverbindung, von der in
Der Wickel 16 und zusätzlich auch die Y-Kondensatoren 17 sind daher auf der Oberseite 142 der DC-Stromschienen 14a, 14b, die parallel nebeneinander verlaufen, angebracht. Die DC-Stromschienen 14a, 14b sind an ihrer der Oberseite 142 gegenüberliegenden Unterseite mit dem Kühler 22 thermisch gekoppelt. Dies bewerkstelligt eine besonders wirksame Kühlung des Zwischenkreiskondensators 10A, da die effektive Kühlfläche mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung der DC-Stromschienen 14a, 14b vorteilhafterweise vergrößert ist. Zusätzlich ist der Wickel 16 seitlich mit Hilfe eines Seitenflügels 146 der DC-Stromschienen 14a, 14b indirekt durch den Kühler 22 gekühlt. Hierzu erstreckt sich der Seitenflügel 146 vom Bodenabschnitt 143 der DC-Stromschienen 14a, 14b senkrecht nach oben.The winding 16 and also the Y-
Die stromisolierende Umspritzung 28 weist unterseitig eine Aussparung auf, die dadurch entsteht, dass beim Umspritzen des Wickel 16, der Y-Kondensatoren 17 sowie der DC-Stromschienen 14a, 14b der Bodenabschnitt 143 der DC-Stromschienen 14a, 14b freigelegt und nicht mit dem stromisolierenden Spritzgussmaterial abgedeckt bzw. beschichtet wird. An die Unterseite des Bodenabschnittes 143 ist eine Wärmeleitschicht 24, die vorzugsweise aus Metall gebildet ist, über eine Isolationsfolie 26 angebunden. Wie in
Die Zwischenkreiskondensatoren 10A sind nebeneinander auf der Oberseite 222 des Kühlers 22, insbesondere einer Kühlplatte, angeordnet und mittels mehrerer Schrauben 23 befestigt. Die Schrauben 23 dienen zugleich als elektrische Verbindung zur Masse für die Y-Kondensatoren 17. Jeder Zwischenkreiskondensator 10A ist einer Phaseneinheit der Leistungselektronik des Wechselrichters zugeordnet. Der innere Aufbau der Kondensatoranordnung 100 ist in der Schnittansicht in
BezugszeichenlisteReference List
- 10A-B10A-B
- Zwischenkreiskondensatorintermediate circuit capacitor
- 1212
- Kondensatoreingangcapacitor input
- 122122
- pluspoliger Eingangskontaktpositive input contact
- 124124
- minuspoliger Eingangskontaktnegative input contact
- 14a14a
- pluspolige Stromschienepositive busbar
- 14b14b
- minuspolige Stromschienenegative busbar
- 142142
- Oberseitetop
- 143143
- Bodenabschnittbottom section
- 146146
- Seitenflügelside wings
- 1616
- Wickelwrap
- 1717
- Y-KondensatorY capacitor
- 1818
- Kondensatorausgangcondenser output
- 182182
- pluspoliger Ausgangskontaktpositive output contact
- 184184
- minuspoliger Ausgangskontaktnegative output contact
- 1919
- Masseleitungground wire
- 2020
- stromisolierende Verkleidung/Umspritzungcurrent insulating casing/overmolding
- 202202
- Aussparungrecess
- 2121
- Schraubenführungscrew guide
- 2222
- Kühlercooler
- 222222
- Oberseitetop
- 2323
- Schraubescrew
- 2424
- Wärmeleitschichtthermal conductive layer
- 2626
- Isolationsfolieinsulation film
- 2828
- stromisolierende Verkleidung/Umspritzungcurrent insulating casing/overmolding
- 3030
- Verbindungsschichtconnection layer
- 100100
- Kondensatoranordnungcapacitor arrangement
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022201333.6A DE102022201333A1 (en) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | Intermediate circuit capacitor with optimized heat dissipation, power converter with such an intermediate circuit capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022201333.6A DE102022201333A1 (en) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | Intermediate circuit capacitor with optimized heat dissipation, power converter with such an intermediate circuit capacitor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022201333A1 true DE102022201333A1 (en) | 2023-08-10 |
Family
ID=87312854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022201333.6A Pending DE102022201333A1 (en) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | Intermediate circuit capacitor with optimized heat dissipation, power converter with such an intermediate circuit capacitor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022201333A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009055376A1 (en) | 2009-12-29 | 2011-06-30 | Robert Bosch GmbH, 70469 | power capacitor |
DE102011007315A1 (en) | 2011-04-13 | 2012-10-18 | Robert Bosch Gmbh | Storage unit for storing electrical energy with a cooling element |
US20200328026A1 (en) | 2019-04-12 | 2020-10-15 | Karma Automotive Llc | Dc link capacitor cooling system |
-
2022
- 2022-02-09 DE DE102022201333.6A patent/DE102022201333A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009055376A1 (en) | 2009-12-29 | 2011-06-30 | Robert Bosch GmbH, 70469 | power capacitor |
DE102011007315A1 (en) | 2011-04-13 | 2012-10-18 | Robert Bosch Gmbh | Storage unit for storing electrical energy with a cooling element |
US20200328026A1 (en) | 2019-04-12 | 2020-10-15 | Karma Automotive Llc | Dc link capacitor cooling system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102019132685B4 (en) | Electrical circuit arrangement comprising an excitation circuit and an inverter circuit and motor vehicle | |
DE112011105802B4 (en) | Power module, electric power converter and electric vehicle | |
DE112015006036T5 (en) | ENGINE DRIVE CONTROL DEVICE FOR ELECTRIC POWER STEERING | |
WO2017060092A1 (en) | Electric motor inverter | |
DE112011101833T5 (en) | Inverter device | |
DE10035613A1 (en) | Power conversion device | |
DE102010031618A1 (en) | Power electronics assembly with low inductance | |
DE102020208438A1 (en) | Inverter for an electric drive of an electric vehicle or a hybrid vehicle, modular system and a method for producing the inverter | |
EP2989868A1 (en) | Power module, power converter and drive arrangement with a power module | |
DE102017209515A1 (en) | Power converter module and method of making the same | |
DE112009000737B4 (en) | Structure of a three-phase inverter module | |
DE102021203144A1 (en) | Power module for an electric drive of an electric vehicle or a hybrid vehicle, inverter with such a power module | |
DE102019204889A1 (en) | Electronic circuit unit | |
DE102022201333A1 (en) | Intermediate circuit capacitor with optimized heat dissipation, power converter with such an intermediate circuit capacitor | |
DE102019212727B4 (en) | Semiconductor device and electric power conversion device | |
DE102021203704A1 (en) | Half bridge, power module and inverter for an electric drive of an electric vehicle or a hybrid vehicle | |
DE102020216111A1 (en) | inverters | |
DE102020208434A1 (en) | Half-bridge module for an inverter of an electric drive of an electric vehicle or a hybrid vehicle, method for its production, inverter for an electric drive of an electric vehicle or a hybrid vehicle and tool for transfer molding the half-bridge module | |
DE112020001906T5 (en) | Power converter | |
DE102013217258A1 (en) | Device for converting a direct current into a single-phase or multi-phase alternating current | |
DE102022201326A1 (en) | Power module for a power converter with optimized busbars | |
DE102022208100A1 (en) | Inverter structure of an inverter of a power electronics module for operating an electric drive of a motor vehicle | |
DE102021210938A1 (en) | Inverter with optimized electromagnetic behavior | |
DE102022207925B3 (en) | power electronics module | |
DE102022208130A1 (en) | Half-bridge module for a power converter with a compact design and at the same time efficient cooling of semiconductor switching elements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |