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Die Erfindung betrifft eine Speicherdrosselanordnung für einen Gleichspannungswandler sowie den Gleichspannungswandler.
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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.
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Das Wiederaufladen der HV-Batterien stellt derzeit eine Herausforderung dar, da hierfür eine Aufladespannung von mehreren Hundertvolt, beispielsweise 800V, benötigt wird, um die HV-Batterien ohne Beeinträchtigung deren Funktionalität wirksam aufzuladen. Jedoch beträgt die Aufladespannung, die übliche Ladestationen für Elektrofahrzeuge zur Verfügung stellen, regelmäßig deutlich niedriger als die gewünschte Aufladespannung, etwa 800V. Um solche Aufladespannungen bereitzustellen, werden Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) verwendet, die zwischen einer DC-Spannungsquelle mit einer Ausgangsspannung (bspw. 400V), die niedriger als die gewünschte Aufladespannung (bspw. 800V) ist, und der aufzuladenden HV-Batterie geschaltet ist.
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Im Gleichspannungswandler ist eine Speicherdrossel vorhanden, die dazu ausgebildet ist, Energie in Form magnetischer Felder zwischenzuspeichern. Spulen und Drosselkern werden in ein Gehäuse verbracht. An der Gehäuseunterseite wird über eine wärmleitende Schicht ein Kühlkörper mit Kühlrippen, bspw. ein Kühlkörper mit Pin Fin Struktur, angebunden. Der Kühlkörper weist einen Kühlkanal auf, um die Speicherdrossel mittels einer die Kühlrippen entlangströmenden Flüssigkeit zu kühlen. Diese bekannte Bauart weist den Vorteil auf, dass ein Einbringen der Kühlflüssigkeit in das Gehäuse vermieden werden kann.
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Diese Bauart weist jedoch den Nachteil auf, dass die Spulen und Drosselkern lediglich durch den in dem Kühlkörper vorliegenden Kühlkanal unterseitig über die wärmeleitende Schicht gekühlt werden können, was den Kühleffekt reduziert. Auch ist diese Bauart aufgrund der Verwendung der wärmeleitenden Schicht kosten- und herstellungsaufwändig. Weiterhin ist die Herstellung von Kühlkörpern mit Kühlrippen, üblicherweise aus Aluminium, aufwendig und mit hohen Kosten verbunden.
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Darüber hinaus stellt die Anbindung des Kühlkörpers über eine wärmeleitfähige Schicht an die Speicherdrossel eine potentielle Fehlerquelle dar. So können beispielsweise fehlerhaft ausgebildete wärmeleitfähige Schichten mit bspw. ungleichmäßiger Schichtdicke zu einem ungleichmäßigen, ggf. unzureichenden, Wärmetransfer zwischen der Speicherdrossel und dem Kühlkörper führen, wodurch die Funktionsfähigkeit und die Lebensdauer der Speicherdrossel beeinträchtigt werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Speicherdrosselanordnung bereitzustellen, bei der die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise überwunden sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Speicherdrosselanordnung und den Gleichspannungswandler gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
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Die erfindungsgemäße Speicherdrosselanordnung ist dazu ausgebildet, in einem mehrphasigen Gleichspannungswandler zum Umwandeln einer DC-Eingangsspannung in eine DC-Aufladespannung zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie bzw. einer Fahrzeugbatterieanordnung in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug verwendet zu werden. Die Speicherdrosselanordnung weist hierbei eine Speicherdrossel, ein Drosselgehäuse für die Speicherdrossel und ein Hauptgehäuse auf. Die Speicherdrossel ist also in einem eigenen Gehäuse aufgenommen. Das Drosselgehäuse ist bevorzugt als Tiefziehgehäuse ausgebildet. Wenn im Folgenden vom Drosselgehäuse die Rede ist wird es als Tiefziehgehäuse bezeichnet. Wie beschrieben ist diese Ausgestaltung aber nur optional. Das Drosselgehäuse ist wiederum in das Hauptgehäuse eingesetzt und ist von diesem zumindest teilweise umgeben, wobei zwischen dem Drosselgehäuse und dem Hauptgehäuse ein Hohlraum zum Durchströmen mit einem Kühlfluid ausgebildet ist.
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Die Verwendung des Drosselgehäuses ermöglicht eine verbesserte Kühlung der Speicherdrossel. Diese wird mittels eines wärmeleitfähigen Verkleidungsmaterials (etwa eines Vergussmaterials) im Drosselgehäuse verschlossen bzw. vergossen. Dabei bleiben vorzugsweise lediglich Anschlüsse der Speicherdrossel zugänglich, bspw. an der Oberseite der Speicherdrossel. Das Drosselgehäuse mit der darin angeordneten Speicherdrossel und dem wärmeleitfähigen Vergussmaterial wird anschließend in ein Hauptgehäuse, bspw. vorzugsweise in Form einer Wanne, derart verbracht, dass ein Hohlraum zwischen dem Drosselgehäuse und dem Hauptgehäuse ausgebildet wird. Dieser Hohlraum kann dann mit einem Kühlfluid, bspw. und vorzugsweise Wasser, befüllt werden. Ggf. kann ein Einlass und ein Auslass für das Kühlfluid vorgesehen werden, um einen kontinuierliche Zufuhr des Kühlfluids zu ermöglichen und die Kühlung effizienter zu gestalten.
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Dadurch kann einerseits auf die Verwendung eines herkömmlichen Kühlkörpers mit Kühlrippen verzichtet werden. Darüber hinaus kann auf die Anbindung des Kühlkörpers an das Drosselgehäuse mit einer wärmeleitfähigen Schicht, bspw. in Form eines sog. „GapPads“ oder „GapFillers“, verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein wesentlich größerer Oberflächenbereich der Speicherdrossel über das Drosselgehäuse mit dem Kühlfluid kontaktiert werden kann, wodurch eine verbesserte Kühlfunktion erreicht wird. So wird im Rahmen der Erfindung eine direkte Kühlung der Speicherdrossel erreicht, da das unmittelbar angrenzende Drosselgehäuse in das mit Kühlfluid befüllten Hohlraum, mithin den Kühlkanal, taucht. Eine „dreidimensionale Kühlung“ kann hierbei erzielt werden, indem das Kühlfluid nicht nur unterhalb des Drosselgehäuses, wie bei der herkömmlichen Ausgestaltung, sondern auch seitlich des Drosselgehäuses vorgesehen sein kann. Das Drosselgehäuse und/oder das Hauptgehäuse ist dabei einfach und kostengünstig herzustellen, da nicht nur das Drosselgehäuse, sondern ggf. auch das Hauptgehäuse mittels tiefziehen hergestellt werden kann. Weiterhin kann auf eine Kühlrippenstruktur, und ggf. einen Deckel für den Kühlkanal eines Kühlkörpers, verzichtet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Hohlraum von einer ersten Seitenwand des Drosselgehäuses über eine Unterseite des Drosselgehäuses bis zu einer der ersten Seitenwand gegenüberliegenden zweiten Seitenwand des Drosselgehäuses durchgehend. Bspw. und vorzugsweise kann eine Aufnahme der Speicherdrossel in das Hauptgehäuse teilweise oder vollständig, vorzugsweise teilweise, erfolgen; bspw. kann das Hauptgehäuse eine Unterseite und zwei Seitenwände des Drosselgehäuses, vorzugsweise drei oder mehr bevorzugt vier Seitenwände, einschließlich der Unterseite, des Drosselgehäuses, zur Gänze oder teilweise umschließen. Dadurch kann ein großer Oberflächenbereich des Drosselgehäuses mit dem Kühlfluid kontaktiert und ggf. von diesem umströmt werden, wodurch die Kühlwirkung weiter verbessert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Speicherdrossel mit einem wärmeleitfähigen Material verkleidet. Vorzugsweise ist die Speicherdrossel in ein wärmeleitfähiges Vergussmaterial eingebettet. Das Verkleiden der Speicherdrossel mit einem wärmeleitfähigen Material kann in herkömmlicher weise geschehen, bspw. kann die Speicherdrossel in ein herkömmliches Gehäuse, bspw. aus einem Metall, bspw. Aluminium, oder einer Metalllegierung, aufgenommen werden. Alternativ kann ein wärmeleitfähiger Kunststoff, bspw. ein Epoxid- oder ein Silikonharz verwendet werden. Das wärmeleitfähige Material stellt dabei eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen der Speicherdrossel und dem Drosselgehäuse bereit, wodurch die Kühlwirkung der Speicherdrosselanordnung weiter verbessert wird. Das Einbetten der Speicherdrossel in ein wärmeleitfähiges Vergussmaterial, bspw. aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff, bspw. aus einem Epoxid- oder einem Silikonharz, kann bspw. durch Beschichten des Bodens des Drosselgehäuses mit dem Vergussmaterial, Platzieren der Speicherdrossel auf den beschichteten Boden des Drosselgehäuses, Auffüllen von Leerräumen zwischen dem Drosselgehäuse und der Speicherdrossel mit dem Vergussmaterial und Überschichten der Speicherdrossel mit dem Vergussmaterial erfolgen, wobei Anschlüsse der Speicherdrossel, die für gewöhnlich an der Oberseite der Speicherdrossel angeordnet sind, zugängig verbleiben. Hierdurch kann die Wärmeleitung zwischen der Speicherdrossel und dem in dem Hohlraum befindlichen Kühlfluid weiter verbessert und eine bessere Isolierung der Speicherdrossel erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Hohlraum mindestens 20% einer Oberfläche des Tiefziehgehäuses bzw. Drosselgehäuses umgebend ausgebildet. Es wird also nicht nur eine Fläche des Drosselgehäuses gekühlt. Es ist klar, dass der Hohlraum nicht an 100% der Oberfläche des Drosselgehäuses ausgebildet sein kann, um eine elektrische Kontaktierung der Spulen zu ermöglichen. Bspw. und vorzugsweise ist der Hohlraum aus dem vorstehend genannten Grund an höchstens 80% einer Oberfläche des Drosselgehäuses umgebend ausgebildet. Der Begriff Oberfläche des Drosselgehäuses umfasst dabei die an den Hohlraum grenzende Fläche des Drosselgehäuses, bspw. und vorzugsweise zwei, drei oder vier Seitenwände und die Unterseite des Drosselgehäuses, und die Oberseite des Drosselgehäuse, an welcher vorzugsweise eine elektrische Kontaktierung der Speicherdrossel mittels Anschlüsse, erfolgt. Durch die Vergrößerung der zur Verfügung stehenden wärmeableitenden Oberfläche des Drosselgehäuses kann die Wärmeabfuhr weiter verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Hauptgehäuse einen Kühlfluideinlass und einen Kühlfluidauslass auf. Dadurch kann ein kontinuierlicher Austausch des Kühlfluides bereitgestellt werden. Weiterhin kann ein flächiges und gleichmäßiges Umströmen des Drosselgehäuses, bspw. und vorzugsweise and der Unterseite und zwei, drei, bzw. vier Seitenwänden des Drosselgehäuses, erreicht werden. Dadurch kann die Wärmeabfuhr weiter verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Hauptgehäuse in Form einer Wanne ausgebildet ist, welche eine Unterseite des Drosselgehäuses vollständig und vier Seitenwände des Drosselgehäuses zumindest teilweise umgibt. So kann das Drosselgehäuse sechs Außenflächen oder mehr aufweisen, wobei der Hohlraum an einer Unterseite sowie zwei, ggf. drei, oder vier, Seitenwänden des Drosselgehäuses zumindest teilweise ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Drosselgehäuse im Wesentlichen in Form eines Quaders ausgebildet. Dieser Quader weist mehr bevorzugt zwei größere Seitenflächen und zwei kleinere Seitenflächen auf. Die zwei kleineren Seitenwände können hierbei einen Einlass und Auslass für das Kühlfluid bereitstellen und diesbezüglich als Einlass- bzw. Auslassseite bezeichnet werden. Das Drosselgehäuse weist weiterhin eine Unterseite auf, die in der Regel vollständig in das Kühlfluid taucht, und eine der Unterseite abgewandte Oberseite, an welcher in der Regel Anschlüsse zum Kontaktieren der Speicherdrossel vorgesehen sind. Dadurch wird das Drosselgehäuse von mehreren Seiten von dem Kühlfluid umflossen und die Wärmeabfuhr weiter verbessert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist an den vier Seitenwänden des Drosselgehäuses ein das Drosselgehäuse umgebender Flügelbereich ausgebildet ist, der mit der Wanne verbunden ist, vorzugsweise wobei eine Dichtung zwischen dem Flügelbereich und dem Hauptgehäuse in Form einer Wanne angeordnet ist. Die Dichtung kann bspw. in Form einer herkömmlichen Gummilippe ausgebildet sein. Die Verbindung des Flügelbereichs mit der Wanne kann darüber hinaus lösbar ausgestaltet sein. Eine Befestigung des Hauptgehäuses an dem Drosselgehäuse kann an einem oberen Rand der Wanne, der an den das Drosselgehäuse umgebenden Flügelbereich mit der Dichtung angrenzt, erfolgen. Das Hauptgehäuse mit Wannenform kann dabei an einem oberen Ende der Wanne einen Seitenabschnitt aufweisen, der mit dem Flügelbereich des Drosselgehäuses in dichtende Verbindung tritt. Bspw. und vorzugsweise kann das Hauptgehäuse mit Wannenform einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei an einem oberen Ende davon zwei im Wesentlichen horizontale Seitenabschnitte angeordnet sind, die mit einem ebenfalls im Wesentlichen horizontal angerordneten Flügelbereich des Drosselgehäuses, über die zwischen den Seitenabschnitten und dem Flügelbereich angeordnete Dichtung, in dichtende Verbindung treten. Die Befestigung kann mit einem geeigneten Mittel, bspw. durch Kleben, Verschrauben, Verschweißen, etc., permanent oder lösbar erfolgen. Dadurch kann der Aufbau der Speicherdrossel weiter vereinfacht und bspw. eine Reinigung des Hohlraums ermöglicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Hauptgehäuse angrenzend an den Hohlraum eine Polymerschicht auf. Die Polymerschicht kann dazu dienen das Hauptgehäuse gegenüber Korrosion durch das Kühlfluid zu schützen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind Anschlüsse der Speicherdrossel an einer Oberseite davon angeordnet. Dadurch wird das elektrische Kontaktieren an einer von dem Kühlfluid räumlich getrennten Oberflächenbereich der Speicherdrossel ermöglicht.
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Die Speicherdrossel mit einem wärmeleitfähigen Vergussmaterial umfasst vorzugsweise mehrere Spulen und einen Drosselkern. Die Spulen sind über den Drosselkern miteinander magnetisch gekoppelt. Der Drosselkern ist als Kombination aus zwei verschiedenen Kerntypen ausgebildet. Insbesondere umfasst der Drosselkern mehrere Aufnahmekerne zum Anbringen der Spulen und zugleich zwei äußere Kernplatten, zwischen denen die Aufnahmekerne mit den in diesen gewickelten Spulen in vertikaler Richtung angeordnet sind.
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Vorzugsweise sind die Aufnahmekerne sind aus einem ersten Material gebildet und die äußeren Kerne aus einem zweiten Material gebildet, wobei das erste Material eine niedrigere magnetische Permeabilität und eine vergleichsweise höhere Sättigungsmagnetisierung als das zweite Material aufweist. Eine höhere magnetische Permeabilität (und zugleich niedrigere Sättigungsmagnetisierung) in den äußeren Kernen ermöglicht dort eine Erhöhung der Differential-Mode-Induktivität, was den Blindstrom in der Speicherdrossel reduziert. Eine höhere Sättigungsmagnetisierung und zugleich niedrigere magnetische Permeabilität in den inneren Aufnahmekernen, in denen ein hoher DC-Flussanteil vorhanden ist, ermöglicht dort eine Reduzierung des Rippelstroms. Hierdurch kann eine Optimierung der Speicherdrossel hinsichtlich einer zuverlässigen und genauen Reproduzierbarkeit der Differential- und Common-Mode-Induktivitäten erreicht werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen mehrphasigen Gleichspannungswandler zum Aufladen einer DC-Spannungsquelle, insbesondere einer HV-Batterie, in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Speicherdrossel beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler, den elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug und Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, welche den erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler aufweisen.
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Als Kühlfluid kann jeglicher flüssige oder gasförmige Stoff oder Stoffgemisch, eingesetzt werden. Vorzugsweise und bspw. kommt Wasser als Kühlfluid zum Einsatz. Sofern der Hohlraum an mindestens 50% einer Oberfläche des Drosselgehäuses ausgebildet und gleichzeitig die an den Hohlraum angrenzende Oberfläche des Drosselgehäuses zur Oberflächenvergrößerung strukturiert ist, kann ein gasförmiger Stoff oder Stoffgemisch als Kühlfluid, ggf. und vorzugsweise unter Druckanwendung, verwendet werden, wodurch eine Korrosion der Speicherdrossel, insbesondere des Drosselgehäuses und/oder Hauptgehäuses vermieden werden kann. Druckanwendung bezeichnet hierbei einen Druck von mehr als 1 bar, bspw. 2 bis 10 bar. Bei dem wärmeleitfähigen Vergussmaterial kann es sich um im Stand der Technik bekannte Harze, bspw. Epoxidharze oder Silikonharze, handeln.
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An den Hohlraum angrenzende Oberflächenabschnitte des Drosselgehäuses und/oder des Hauptgehäuses können mit Modifikationen, bspw. mit Erhebungen oder Vertiefungen, versehen sein, die in bestimmten Bereichen des Hohlraums eine turbulente und/oder laminare Strömung des Kühldluids begünstigen. Dadurch kann die Kühlwirkung des Kühlfluids ortsabhängig angepasst bzw. „gesteuert“ und die Kühlwirkung des Kühlfluids effizienter genutzt werden.
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Begriffe wie „Oberseite“, „Unterseite“, und „Seitenwände“ bspw. der Speicherdrossel, des Drosselgehäuses, oder des Hauptgehäuses, beziehen sich hierbei auf diejenige Seite der Speicherdrossel, die mit Anschlüssen versehen ist, und welche als Oberseite bezeichnet wird. Die „Unterseite“ stellt dabei die der „Oberseite“ gegenüberliegende Seite dar, wobei die Seitenwände die Oberseite und Unterseite miteinander verbinden. Der Ausdruck „im Wesentlichen horizontal“ „im Wesentlichen senkrecht“ schließt Abweichungen von der horizontalen oder senkrechten Richtung von ±10° oder weniger, bspw. ±5 oder weniger, oder ±1° oder weniger, ein. „Im Wesentlichen eine Quaderform“ beschreibt einen Körper mit sechs, im Wesentlichen horizontal und im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordneten Flächen. Ein „im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt“ betrifft eine Form mit einer waagerechten Basis und zwei darauf angeordneten jeweils im Wesentlichen senkrechten Schenkeln, wobei eine Verbindung zwischen der Basis und den beiden Schenkeln mit oder ohne dazwischenliegendem gerundeten Übergangsbereich vorliegen kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittsicht einer Speicherdrosselanordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine weitere schematische Schnittsicht der Speicherdrosselanordnung aus 1;
- 3 eine weitere schematische Schnittsicht der Speicherdrosselanordnung aus 1 und 2;
- 4 eine schematische Seitenansicht auf ein Drosselgehäuse, in das eine Speicherdrossel mit einem wärmeleitfähiges Vergussmaterial aufgenommen ist; und
- 5a-c eine schematische Darstellung der Herstellung einer Speicherdrosselanordnung.
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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.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Speicherdrosselanordnung 10 zur Verwendung in einem mehrphasigen Gleichspannungswandler (hier nicht gezeigt). Der mehrphasige Gleichspannungswandler dient vorzugsweise zum Umwandeln einer DC-Eingangsspannung, die von einer DC-Spannungsquelle bereitgestellt ist, in eine DC-Aufladespannung, um eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere eine Hochvolt(HV)-Batterie, in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug aufzuladen. Die Speicherdrosselanordnung 10 umfasst eine Speicherdrossel 11 zur Zwischenspeicherung von Energie in Form von magnetischen Flüssen, die als in 5a separat gezeigt ist. Die Speicherdrosselanordnung 10 umfasst außerdem ein Drosselgehäuse 14 und ein Hauptgehäuse 16.
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Aus 1 ist zu erkennen, dass die Speicherdrossel 11 im Drosselgehäuse 14 aufgenommen ist. Gleichzeitig ist die Speicherdrossel 11 mit einem wärmeleitfähigen Material 12 verkleidet, das hier vorzugsweise ein Vergussmaterial aufweist. Lediglich mehrere Anschlüsse 26 der Speicherdrossel 11, die auf einer Oberseite der Speicherdrossel 11 befindlich sind, treten über das Vergussmaterial 12 nach oben hinaus und bleiben somit für ein elektrisches Kontaktieren zugänglich. Das Drosselgehäuse 14 kann ein mittels Tiefziehens erzeugtes Gehäuse aus Metall, bspw. Aluminium, oder einer Metalllegierung, bspw. Stahl, sein. Zwischen der Speicherdrossel 11 und dem Drosselgehäuse 14 sind Zwischenräume ausgebildet, die mit dem wärmeleitfähigen Vergussmaterial 12 befüllt sind, sodass die Speicherdrossel 11 mit Ausnahme der Anschlüsse 26 von dem wärmeleitfähigen Vergussmaterial 12 bedeckt ist. In der in 1 gezeigten Ausführung ist das Drosselgehäuse 14 weiter mit einem umgebenden Flügelbereich 32 versehen, der über eine Dichtung 34, bspw. einer Dichtlippe aus Gummi, mit dem Hauptgehäuse 16 verbunden ist.
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Das Hauptgehäuse 16 weist bspw. eine Wannenform, insbesondere mit einem U-förmigen Querschnitt, auf, die eine dichtende Verbindung mit dem das Drosselgehäuse 14 umgebenden Flügelbereich 32 mittels der Dichtung 34 bereitstellt. Zwischen dem Hauptgehäuse und angrenzend an das Drosselgehäuse 14 ist ein Hohlraum 18 mit darin befindlichem Kühlfluid, bspw. Wasser, angeordnet. Eine Befestigung des Hauptgehäuses 16 an dem Drosselgehäuse 14 erfolgt vorzugsweise an einem oberen Rand der Wanne, der an den das Drosselgehäuse 14 umgebenden Flügelbereich 32 mit der Dichtung 34 angrenzt. Das Hauptgehäuse 16 mit Wannenform weist dabei an einem oberen Ende der Wanne einen Seitenabschnitt auf, der mit dem Flügelbereich 32 des Drosselgehäuses 14 in dichtende Verbindung tritt. Bspw. und vorzugsweise kann das Hauptgehäuse 16 mit Wannenform einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei an einem oberen Ende davon zwei im Wesentlichen horizontale Seitenabschnitte angeordnet sind, die mit einem ebenfalls im Wesentlichen horizontal angerordneten Flügelbereich 32 des Drosselgehäuses 14, über die zwischen den Seitenabschnitten und dem Flügelbereich 32 angeordnete Dichtung 34, in dichtende Verbindung treten. Die Befestigung kann mit einem geeigneten Mittel, bspw. durch Kleben, Verschrauben, Verschweißen, etc., erfolgen.
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Der 1 kann diesbezüglich weiter entnommen werden, dass eine erste Seitenwand 14a, eine zweite Seitenwand 14b und eine Unterseite 14e des Drosselgehäuses 14, sowie der ggf. vorliegende Flügelbereich 32 des Drosselgehäuses 14 zum Teil, mit dem Kühlfluid in Kontakt stehen. Dies ermöglicht einen Kühlkanal, der sich in einer zur Längsrichtung zwischen einer Fluideinlassseite und einer Fluidauslassseite senkrecht stehenden Querschnittebene von der ersten Seitenwand 14a über die Unterseite 14e bis zur zweiten Seitenwand 14b durchgehend erstreckt. Das die Speicherdrossel 11 aufnehmende Drosselgehäuse 14 kann daher an mehreren Seiten mit dem Kühlfluid beaufschlagt werden, sodass die Speicherdrossel 11 an mehreren Seiten mit dem Kühlfluid thermisch gekoppelt ist.
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Wie in 1 teilweise und in 5a noch genauer gezeigt, weist die Speicherdrossel 11 einen Drosselkern mit Aufnahmekernen 20 zum Anbringen der Spulen 22 und zwei äußeren Kernplatten 24 auf, zwischen denen die Aufnahmekerne 20 mit den in diesen gewickelten Spulen 22 angeordnet sind. An der Oberseite der Speicherdrossel 11 sind die Anschlüsse 26 zum elektrischen Kontaktieren der der Spulen 22 vorgesehen.
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Durch Anlegen einer Spannung an den Wicklungen der Spulen 22 kann ein Stromfluss und damit einhergehend ein magnetischer Fluss in den Spulen 22 erzeugt werden. Die Spulen 22 sind vorzugsweise jeweils zwischen einem ersten Kondensator und einer Halbbrücke geschaltet. Die Anzahl der Halbbrücken entspricht der Anzahl der Spulen 22. Jede Halbbrücke umfasst eine Highside-Einrichtung und eine Lowside-Einrichtung.
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Die Spulen 22 sind weiter vorzugsweise jeweils auf einer von dem ersten Kondensator abgewandten Seite zwischen der jeweiligen Highside- Einrichtung und der Lowside-Einrichtung mittels Anschlüssen 26 angeschlossen. Ein zweiter Kondensator kann auf der dem ersten Kondensator gegenüberliegenden Seite der Halbbrücken vorgesehen sein. Zwischen der eingangsseitigen DC-Spannungsquelle und dem mehrphasigen Gleichspannungswandler kann außerdem ein erster Filter zum Beseitigen von Störsignalen in der eingespeisten DC-Eingangsspannung geschaltet. Zusätzlich kann ein zweiter Filter zwischen der Batterie und dem mehrphasigen Gleichspannungswandler zum Beseitigen von Störsignalen in der erzeugten DC-Aufladespannung geschaltet sein.
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2 und 3 zeigen weitere schematische Schnittsichten einer Speicherdrossel 11 aus der 1 entlang der Längsrichtung in seitlicher Ansicht (2) und von der Oberseite (3).
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An den beiden kleineren Außenflächen in Längsrichtung der Speicherdrosselanordnung 10 sind einlassseitig ein Einlass 36 und auslassseitig ein Auslass 38 angeordnet, um in dem Hohlraum 18 ein in den 2 und 3 durch Pfeile verdeutlichtes Strömen der Kühlfluids in Flussrichtung 30 entlang der Längsrichtung der Speicherdrosselanordnung 10 zu ermöglichen. Die Speicherdrosselanordnung 10 weist, wie hierin gezeigt im Wesentlichen eine Quaderform auf. Es ist jedoch klar, dass die Speicherdrosselanordnung 10 eine beliebige Form annehmen kann.
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Der Zusammenschau der 1 bis 3 kann ferner entnommen werden, dass das in dem Hohlraum 18 strömende Kühlfluid mehr als 50% der Oberfläche des Drosselgehäuses 14 umströmt.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht auf ein Drosselgehäuse 14, welches bspw. für die Ausführungsform der 1 bis 3 eingesetzt werden kann.
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Das Drosselgehäuse 14 mit den Seitenwänden 14a-d und der Unterseite 14e weist eine darin angeordnete Speicherdrossel 11 auf, die mit einem wärmeleitfähigem Vergussmaterial 12 umschlossen ist. Die weiteren Bestandteile der Speicherdrossel 11, insbesondere der Drosselkern mit Aufnahmekernen 20 zum Anbringen der Spulen 22 und den äußeren Kernplatten 24, sind in dem Drosselgehäuse 14 aufgenommen und werden von dem wärmeleitfähigen Vergussmaterial 12 derartig umgeben, dass lediglich die Anschlüsse 26 der Speicherdrossel 11 für ein elektrisches Kontaktieren zugänglich sind und in der 4 gezeigt werden. Auch in diesem Fall ist das Drosselgehäuse 14 mit einem umgebenden Flügelbereich 32 versehen. Das Drosselgehäuse 14 kann ohne weiteres in ein Hauptgehäuse (nicht gezeigt) aufgenommen und mittels des Flügelbereichs 32 damit vorzugsweise fluiddicht verbunden werden.
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5a-c zeigen eine schematische Darstellung der Herstellung einer Speicherdrosselanordnung 10.
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5a zeigt hierbei eine Schrägsicht auf eine Speicherdrossel 11. Die Speicherdrossel 11 weist hierbei die Aufnahmekerne 20 zum Anbringen der Spulen 22 und zwei äußere Kernplatten 24 auf, zwischen denen die Aufnahmekerne 20 mit den in diesen gewickelten Spulen 22 angeordnet sind. An der Oberseite der Speicherdrossel 11 sind Anschlüsse 26 zum elektrischen Kontaktieren der Spulen 22 angebracht.
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Wie der 5b zu entnehmen ist wird die Speicherdrossel 11, bspw. aus einem Metall, bspw. Aluminium, oder Metalllegierung gefertigten, Drosselgehäuse 14 verbracht. Sowohl die Leerräume zwischen der Speicherdrossel 11 und dem Drosselgehäuse 14 als auch die Oberfläche der Speicherdrossel 11 werden derart mit einem wärmeleitfähigen Vergussmaterial 12 aufgefüllt bzw. bedeckt, dass die an der Oberseite angeordneten Anschlüsse 26 zum elektrischen Kontaktieren der Spulen (nicht gezeigt) zugängig sind.
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Das Drosselgehäuse 14 weist einen Flügelbereich 32 auf, mittels dessen das Drosselgehäuse 14, wie in 5b gezeigt, in das Hauptgehäuse 16, vorzugsweise in Wannenform, wie durch einen Pfeil verdeutlicht eingesetzt wird und mit diesem, wie in 5c gezeigt, fluiddicht verbunden wird, um die Speicherdrosselanordnung 10 zu erhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Speicherdrosselanordnung
- 11
- Speicherdrossel
- 12
- Vergussmaterial
- 14
- Drosselgehäuse
- 14a-d
- Seitenwände
- 14e
- Unterseite
- 16
- Hauptgehäuse
- 18
- Hohlraum
- 20
- Aufnahmekerne
- 22
- Spulen
- 24
- äußere Kernplatten
- 26
- Anschlüsse
- 30
- Flussrichtung
- 32
- Flügelbereich
- 34
- Dichtung
- 36
- Einlass
- 38
- Auslass
