DE202019101527U1

DE202019101527U1 - Bordnetzumrichter

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Publication number: DE202019101527U1
Application number: DE202019101527.6U
Authority: DE
Original assignee: Knorr Bremse Powertech GmbH
Current assignee: POWERTECH CONVERTER GMBH, DE
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-03-29
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: WO2020187996A1

Abstract

Bordnetzumrichter (1), insbesondere für ein Schienenfahrzeug, mit
- einem Hauptmodul (2), das ausgebildet ist, eine Eingangsgleichspannung (DCin) in eine erste Ausgangswechselspannung (AC1out) zu wandeln, und
- wenigstens einem ersten Nebenmodul (31), das an einen Zwischenkreis (Z) des Hauptmoduls (2) angeschlossen ist und ausgebildet ist, eine Zwischenkreisgleichspannung (DCZ) des Zwischenkreises (Z) in eine Ausgangsgleichspannung (DC1out, DCbat) zu wandeln, wobei das Hauptmodul (2) und das erste Nebenmodul (31) in einem gemeinsamen Gehäuse (10) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bordnetzumrichter, der insbesondere für ein Schienenfahrzeug, wie z. B. eine U-Bahn oder eine Straßenbahn, vorgesehen sein kann.
Es ist bekannt, Bordnetzumrichter einzusetzen, um eine jeweilige Eingangsgleichspannung, welche beispielsweise an einer Stromschiene oder an einer Oberleitung abgegriffen wird, in eine oder mehrere für den Bordbetrieb benötigte Ausgangsspannungen zu wandeln. Je nach Anwendungsbereich und Ort des Stromabgriffs können Bordnetzumrichter z. B. in einem Unterflurbereich eines Schienenfahrzeugs (wie z. B. einer U-Bahn) oder in einem Dachbereich eines Schienenfahrzeugs (wie z. B. einer Straßenbahn) angeordnet sein. Der Einsatzbereich solcher Bordnetzumrichter ist dabei nicht auf Schienenfahrzeuge beschränkt. Vielmehr können derartige Bordnetzumrichter z. B. auch bei Trolleybussen verwendet werden, wobei sie in diesem Fall bevorzugt im Dachbereich des Trolleybusses angeordnet sind.
Es ist generell wünschenswert, die Leistungsfähigkeit von Bordnetzumrichtern zu erhöhen und dabei möglichst deren Masse und Volumen zu verringern. Zudem ist es mit Blick auf die Systemkosten und die Wartbarkeit von Bordnetzversorgungssystemen wünschenswert, eine möglichst weitgehende Standardisierung und Modularisierung von Leistungsmodulen derartige Bordnetzumrichter zu erreichen. Der vorliegenden Erfindung liegt die daher Aufgabe zugrunde, einen insbesondere mit Blick auf die vorgenannten Kriterien verbesserten Bordnetzumrichter bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Bordnetzumrichter gemäß dem Schutzanspruch 1 vorgeschlagen. Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Merkmale der Unteransprüche können miteinander zur Ausbildung weiterer Ausführungsformen kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
Der vorgeschlagene Bordnetzumrichter kann insbesondere zum Einsatz bei einem Schienenfahrzeug vorgesehen sein. Er umfasst ein Hauptmodul, das ausgebildet ist, eine Eingangsgleichspannung in eine erste Ausgangswechselspannung zu wandeln, und wenigstens ein erstes Nebenmodul, das an einen Zwischenkreis des Hauptmoduls angeschlossen ist und, wobei das Nebenmodul ausgebildet ist, eine Zwischenkreisgleichspannung des Zwischenkreises in eine Ausgangsgleichspannung zu wandeln. Dabei sind das Hauptmodul und das erste Nebenmodul in einem gemeinsamen Gehäuse des Bordnetzumrichters angeordnet. Das Hauptmodul kann auch als „Master-Modul“ bezeichnet werden. Dementsprechend kann das erste Nebenmodul als „Slave-Modul“ bezeichnet werden.
Die Eingangsgleichspannung kann beispielsweise eine an einer Stromschiene oder einer Oberleitung abgreifbare Spannung in einem Bereich von 450 V bis 900 V sein. Beispielsweise kann die Eingangsgleichspannung im Mittel etwa 750 V betragen. Ein Betriebsbereich des Bordnetzumrichters kann beispielsweise durch eine minimale zulässige Eingangsgleichspannung von 400 V und eine maximale zulässige Eingangsgleichspannung von 1000 V definiert sein, wobei bei Überschreiten der maximalen Eingangsgleichspannung beispielsweise eine Abschaltung nach maximal 3 Sekunden vorgesehen sein kann.
Die erste Ausgangswechselspannung ist bevorzugt eine dreiphasige Wechselspannung. Beispielsweise kann dabei jede Phase eine Spannung von 400 V bereitstellen. Hinsichtlich der Ausgangsleistung des Hauptmoduls können mehrere Leistungsklassen vorgesehen sein, wobei beispielsweise eine erste Leistungsklasse den Bereich von 35 kVA bis 55 kVA, eine zweite Leistungsklasse den Bereich von 80 kVA bis 100 kVA und eine dritte Leistungsklasse den Bereich von 160 kVA bis 220 kVA abdecken kann. Das Hauptmodul eines erfindungsgemäßen Bordnetzumrichters kann also z. B. in eine der vorgenannten Leistungsklassen fallen.
Die Ausgangsgleichspannung des ersten Nebenmoduls kann beispielsweise 24 V oder 110 V betragen. Mögliche Leistungsklassen, in welchen das erste Nebenmodul ausgeführt sein kann, sind beispielsweise: 8 kW bei 24 V Ausgangsgleichspannung, 12 kW bei 24 V Ausgangsgleichspannung, 20 kW bei 110 V Ausgangsgleichspannung und 30 kW bei 110 V Ausgangsgleichspannung.
Gemäß einer Ausführungsvariante können auch mehrere derartiger erster Nebenmodule an den Zwischenkreis des Hauptmoduls angeschlossen sein und die Zwischenkreisgleichspannung des Zwischenkreises in (gegebenenfalls verschiedene) Ausgangsgleichspannungen umwandeln.
Gemäß einer Weiterbildung kann wenigstens ein zweites Nebenmodul vorgesehen sein, welches ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet ist. Dabei sind das zweite Nebenmodul oder die zweiten Nebenmodule ebenfalls an den Zwischenkreis angeschlossen und ausgebildet, die Zwischenkreisgleichspannung in eine jeweilige zweite Ausgangswechselspannung zu wandeln. Die zweite Ausgangswechselspannung kann dabei insbesondere niedriger sein als die erste Ausgangswechselspannung des Hauptmoduls. Beispielsweise kann die zweite Ausgangswechselspannung 400 V oder 230 V betragen. Mögliche Leistungsklassen, in welchen ein derartiges zweites Nebenmodul ausgeführt sein kann, sind z. B. 10 kVA bei 400 V als zweite Ausgangswechselspannung oder 25 kVA bei 400 V als zweite Ausgangswechselspannung.
Hinsichtlich bevorzugter Kombinationen von Leistungsklassen des Hauptmoduls mit Leistungsklassen des ersten Nebenmoduls kann beispielsweise bis hinauf zu einer Hauptmodul-Ausgangsleistung von 100 kVA ein erstes Nebenmodul mit einer Ausgangsleistung von 12 kW vorgesehen sein. Bei einer Hauptmodul-Ausgangsleistung von mehr als 100 kVA kann demgegenüber bevorzugt ein erstes Nebenmodul mit einer Ausgangsleistung von 20 KW am Zwischenkreis angeschlossen sein. Dabei reduziert sich die Ausgangsleistung des Hauptmoduls entsprechend, wenn die Leistung des Nebenmoduls bzw. der Nebenmodule größer ist.
Der Bordnetzumrichter kann beispielsweise für den Einsatz auf einem Dach oder in einem Unterflurbereich eines Schienenfahrzeugs vorgesehen sein. Dem entsprechend kann das Gehäuse Montage in einem Dachbereich oder in einem Unterflurbereich eines Schienenfahrzeugs ausgebildet sein. Bei einem für eine Anordnung im Dachbereich vorgesehenen Bordnetzumrichter kann die Ausgangsleistung des Hauptmoduls beispielsweise bis zu 100 kVA betragen. Demgegenüber kann bei einem Unterflur-Bordnetzumrichter die Ausgangsleistung des Hauptmoduls beispielsweise bevorzugt ab 160 kVA aufwärts betragen.
Das Gehäuse kann beispielsweise als Aluminiumcontainer oder als (ggf. lackierter) Stahlcontainer ausgeführt sein. Dabei kann das Gehäuse entsprechend den Anforderungen der Schutzart IP65 ausgestaltet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Hauptmodul einen Resonanzwandler, welcher dem Zwischenkreis vorgeschaltet ist. Bei dem Resonanzwandler kann es sich insbesondere um einen Halbbrückenresonanzwandler handeln. Der Resonanzwandler kann beispielsweise für einen Schaltbetrieb bei 50 kHz ausgelegt sein. Durch den Resonanzwandler kann eine Potenzialtrennung erreicht werden.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Beschreibung davon die Rede ist, dass ein Element einem anderen Element „vorgeschaltet“ bzw. „nachgeschaltet“ ist, so ist dies immer mit Bezug auf einen elektrischen Pfad von einem Eingangsanschluss des Bordnetzumrichters, an welchem die Eingangsgleichspannung angelegt werden kann, zu einem Ausgangsanschluss des Bordnetzumrichters, an welchem eine jeweilige Ausgangsspannung (z. B. die erste Ausgangswechselspannung, die Ausgangsgleichspannung oder die zweite Ausgangswechselspannung) ausgegeben werden kann, gemeint. Es sollte ferner beachtet werden, dass eine Angabe wonach ein Element einem anderen Element vorgeschaltet bzw. nachgeschaltet ist, nicht ausschließt, dass zwischen jenen beiden Elementen weitere Elemente verschaltet sein können.
Der Bordnetzumrichter kann gemäß einer Ausführungsvariante ferner einen Eingangssteller aufweisen, der dem Resonanzwandler vorgeschaltet ist. Dabei kann es sich bei dem Eingangssteller insbesondere um einen Hochsetzsteller handeln. Bevorzugt wird der Eingangssteller hartschaltend betrieben, wobei eine Schaltfrequenz z. B. 19 kHz, betragen kann.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Hauptmodul eine aktive Filtervorladungsschaltung umfasst, die dem Eingangssteller vorgeschaltet ist. Die aktive Vorladungsschaltung kann dabei zur Begrenzung von Vorladefilterströmen und/oder zur Verringerung von transienten Spannungen dienen.
Dem Resonanzwandler kann bei einer Ausführungsform ein erster Gleichrichter nachgeschaltet sein, wobei der erste Gleichrichter dem Zwischenkreis vorgeschaltet ist. Der Zwischenkreis wird häufig auch als „DC-Link“ bezeichnet. Der Zwischenkreis kann ausgebildet sein, eine geregelte Zwischenkreisgleichspannung (auch als DC-Link-Spannung bezeichnet), z. B. in Höhe von z. B. 650 V, bereitzustellen. Eine Speicherzeit des Zwischenkreises kann dabei beispielsweise 50 ms betragen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Hauptmodul zudem einen ersten Wechselrichter, welcher dem Zwischenkreis nachgeschaltet ist. Der erste Wechselrichter kann z. B. als ein dreiphasiger Pulswechselrichter ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Pulswechselrichter bei einer Schaltfrequenz von 16 kHz betrieben werden.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass das Hauptmodul einen Container umfassen kann, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei mehrere induktive Bauelemente des Hauptmoduls in dem Container angeordnet sind. Mit anderen Worten können einige, insbesondere alle, funktional für den Betrieb des Hauptmoduls erforderlichen induktiven Bauelemente innerhalb des Gehäuses in einem separaten Container zusammengefasst sein.
Jene in dem Container angeordneten induktiven Bauelemente können dabei gemäß einer Variante wenigstens eine Eingangsstellerdrossel, einen Transformator und eine Sinusfilterdrossel umfassen. Dabei kann der Transformator beispielsweise funktional zu dem Resonanzwandler des Hauptmoduls gehören. Bei der Sinusfilterdrossel kann es sich um eine ausgangsseitige Sinusfilterdrossel des Hauptmoduls handeln. Insbesondere kann auch eine Mehrzahl von derartigen Sinusfilterdrossel, wie z. B. 4 Sinusfilterdrossel, in dem Container angeordnet sein.
Durch die räumliche Konzentration der induktiven Bauteile in dem Container lassen sich in vorteilhafter Weise Leitungslängen verkürzen, was insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen (welche, wie weiter unten ausgeführt, z. B. durch den Einsatz von Siliziumcarbid-Halbleiterbauelementen ermöglicht werden können) zur Reduzierung von Überspannungsspitzen beiträgt. Insgesamt kann somit eine größere Leistungsfähigkeit wie auch generell eine größere Kompaktheit des Bordnetzumrichters ermöglicht werden. Zudem ermöglicht die räumliche Konzentration der induktiven Bauelemente in dem Container eine gezielte und effektive Kühlung jener Bauelemente. Auf bestimmte Aspekte der Kühlung, speziell auch im Zusammenhang mit dem Container und den darin angeordneten induktiven Bauelementen, wird weiter unten eingegangen.
Mit Blick auf das erste Nebenmodul ist anzumerken, dass es gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Gleichspannungswandler in Form eines symmetrischen Halbbrückenwandlers mit einem Current-Doubler-Gleichrichter umfassen kann. Sind weitere erste Nebenmodule vorgesehen, so können auch diese sämtlich oder teilweise einen derartigen Gleichspannungswandler umfassen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst das Hauptmodul und/oder das erste Nebenmodul eine Mehrzahl von Siliziumcarbid-Halbleiterbauelementen. Sind weitere erste und/oder zweite Nebenmodule vorgesehen, so können auch diese sämtlich oder teilweise jeweils eine Mehrzahl von Siliziumcarbid-Halbleiterbauelementen aufweisen. Insbesondere können mehrere Siliziumcarbid-MOSFETs als Halbleiterventile bzw. als Teile von Halbleiterventilen im Rahmen von schaltenden funktionalen Einheiten des Hauptmoduls vorgesehen sein. Dies betrifft z. B. Halbleiterventile eines Eingangsstellers, eines Resonanzwandlers, eines ersten Gleichrichters und/oder eines ersten Wechselrichters. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Siliziumcarbid-MOSFETs als Halbleiterventile bzw. als Teile von Halbleiterventilen im Rahmen von schaltenden funktionalen Einheiten des Nebenmoduls bzw. der mehreren Nebenmodule fungieren. Dies betrifft z. B. Halbleiterventile eines symmetrischen Halbbrückenwandler des ersten Nebenmoduls.
Mit derartigen Siliziumcarbid-Halbleiterbauelementen kann ein Betrieb bei vergleichsweise hohe Schaltfrequenzen bei vergleichsweise geringen Verlusten, etwa im Vergleich zu konventionellen siliziumbasierten Bauelementen, ermöglicht werden. Somit kann eine möglichst effiziente Betriebsweise des erfindungsgemäßen Bordnetzumrichters erzielt werden. Dabei sollte beachtet werden, dass gerade bei hohen Schaltfrequenzen, wie sie durch Siliziumcarbid-Halbleiterbauelemente ermöglicht werden, Leitungslängen möglichst kurz gehalten werden sollten, um zu große Überspannungen zu vermeiden. Daher kann die Verwendung von Siliziumcarbid-Halbleiterbauelementen mit der vorstehend beschriebene Ausführungsvariante, bei welcher induktive Bauelemente des Hauptmoduls in einem separaten Container innerhalb des Gehäuses räumlich konzentriert sind, mit Blick auf die Leistungsfähigkeit und Kompaktheit des Bordnetzumrichters besonders vorteilhaft zusammenwirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante umfasst das Hauptmodul und/oder das erste Nebenmodul (sowie ggf. zusätzlich vorgesehene weitere erste oder zweite Nebenmodule) wenigstens eine Leiterplatte mit Leiterbahnen, die zum Führen von Lastströmen ausgebildet sind. Beispielsweise können Leiterbahnen der wenigstens einen Leiterplatte zum Führen von Lastströmen in Höhe von wenigstens 120 A, insbesondere wenigstens 130 A, wie z. B. 140 A ausgebildet sein. Somit können auf der wenigstens einen Leiterplatte sowohl Treiber-/Steuerungsfunktionen als auch Leistungsfunktionen integriert sein. Dies kann wiederum in vorteilhafter Weise zu einer Verkürzung von Leistungsleitungslängen und zu einer größeren Kompaktheit des Bordnetzumrichters insgesamt beitragen.
Es kann in diesem Zusammenhang gemäß z. B. vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Leiterplatte als Dickkupferleiterplatte ausgeführt ist. Auf diese Weise kann die zuvor beschriebene Leistungsstromtragfähigkeit von Leiterbahnen unterstützt werden. Beispielsweise kann eine derartige Dickkupferleiterplatte eine Dicke von mindestens 200 µm, wie z. B. 250 µm, aufweisen. Dabei kann die Dickkupferleiterplatte mehrlagig ausgeführt sein, wie z. B. mindestens dreilagig, insbesondere sechslagig.
Die mindestens eine Leiterplatte kann beispielsweise Kontaktstifte zum Anschließen induktiver Bauteile aufweisen, wobei je Kontaktstift eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 100 A vorgesehen sein kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Bordnetzumrichter ein in das Gehäuse integriertes Kühlsystem mit einem Ventilator (bevorzugt in Form eines Radiallüfters), wobei der Ventilator ausgebildet ist, Kühlluft durch einen in dem Gehäuse (z. B. in einer Gehäusewand) ausgebildeten Lufteinlass anzusaugen und die Kühlluft in einen an einem Gehäuseboden ausgebildeten Hauptlüftungskanal einzuspeisen. Beispielsweise kann der Hauptlüftungskanal einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Bevorzugt ist der Lüftungskanal derart angeordnet und ausgebildet, dass er die Kühlluft unmittelbar an dem Hauptmodul und/oder an dem ersten Nebenmodul (bzw. falls weitere Nebenmodule vorhanden sind optional auch an den weiteren Nebenmodulen) vorbeiführt, um eine im Hauptmodul bzw. in dem oder den Nebenmodulen erzeugte Verlustwärme abzuführen. Dabei können das Hauptmodul und/oder das Nebenmodul (bzw. die Nebenmodule) beispielsweise den Hauptlüftungskanal lokal nach oben hin dichtend abschließen. Der Hauptlüftungskanal kann beispielsweise als eine im Wesentlichen rechteckförmige, jedoch an sich nach oben offene Ausnehmung in dem Gehäuseboden ausgebildet sein, welche durch das Hauptmodul und/oder durch das oder die Nebenmodule nach oben hin dichtend abgeschlossen ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Hauptlüftungskanal die Kühlluft unmittelbar an einem Kühlkörper des Hauptmoduls und/oder eines oder mehrerer Nebenmodul vorbeiführt. In einer Variante erstrecken sich Kühlfinnen eines derartigen Kühlkörpers in den Hauptlüftungskanal hinein, um eine möglichst gute Umspülung mit Kühlluft zu erzielen.
Gemäß einer Weiterbildung zweigt von dem Hauptlüftungskanal ein Nebenlüftungskanal ab, wobei der Nebenlüftungskanal unmittelbar an dem Container, in welchem die induktiven Elemente angeordnet sind, vorbei führt und/oder durch jenen Container hindurch führt, um gezielt eine in dem Container erzeugte Verlustwärme abzuführen. Beispielsweise kann der Nebenlüftungskanal von dem Hauptlüftungskanal abzweigen und nach dem Passieren des Containers wieder in den Hauptlüftungskanal einmünden.
Ähnlich wie der Hauptlüftungskanal kann der Nebenlüftungskanal beispielsweise in einem Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmig (und dabei ggf. nach oben offen) ausgebildet sein. Mit der Variante, bei welcher der Nebenlüftungskanal durch den Container hindurch führt, kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass die in dem Container angeordneten induktiven Bauelemente von einem Nebenluftstrom umspült werden, wodurch eine besonders effiziente Verlustwärmeabführung ermöglicht wird.
Die Verlustwärme kann beispielsweise über einen in dem Gehäuse ausgebildeten Luftauslass aus dem Gehäuse abgeführt werden, in welchen der Hauptlüftungskanal und/oder der Nebenlüftungskanal münden. Beispielsweise kann der Lufteinlass an einer (z. B. stirnseitigen) Gehäusewand des Gehäuses vorgesehen sein, und der Luftauslass kann z. B. an einer gegenüberliegenden Gehäusewand ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Kühlsystem kann der Bordnetzumrichter ein in das Gehäuse integriertes Kühlsystem mit einem Ventilator umfassen, der ausgebildet ist, Kühlluft durch einen in dem Gehäuse (z. B. in einer Gehäusewand) ausgebildeten Lufteinlass anzusaugen und die Kühlluft in einen in einem Gehäusedeckel ausgebildeten Deckellüftungskanal einzuspeisen. Dabei kann dieses Lüftungssystem beispielsweise eine Erweiterung des vorstehend beschriebenen Lüftungssystems darstellen, z. B. derart, dass derselbe Ventilator und/oder derselbe Lufteinlass sowohl zur Einspeisung der Kühlluft in den Hauptlüftungskanal als auch zur Einspeisung der Kühlluft in den Deckellüftungskanal verwendet wird.
Der Deckellüftungskanal kann beispielsweise in einem Querschnitt rechteckförmig ausgeformt sein. Bei einer Ausführungsvariante ist der Gehäusedeckel doppelwandig ausgebildet, wobei sich der Deckellüftungskanal zwischen beiden Wänden des Gehäusedeckels erstreckt. Dabei kann sich der Deckellüftungskanal in einem Querschnitt bevorzugt im Wesentlichen über die gesamte Breite des Gehäusedeckels erstrecken.
Durch das Vorsehen eines derartigen Deckellüftungskanal wird eine Belüftung des Gehäuseinneren nicht nur von unten, sondern auch von oben ermöglicht, wodurch eine besonders effiziente Verlustwärmeabfuhr erreicht werden kann. Gerade bei einer besonders leistungsstarken und zugleich kompakten Auslegung eines in einem Gehäuse angeordneten Bordnetzumrichters ist eine vergleichsweise effiziente Verlustwärmeabfuhr wichtig.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Gehäuse des Bordnetzumrichters eine quaderförmige Grundform, welche durch eine maximale Länge, eine maximale Breite und eine maximale Höhe gekennzeichnet ist. Mit der Bezeichnung „maximal Länge/Breite/Höhe“ soll dabei ausgedrückt werden, dass eine jeweilige Dimension des Gehäuses diesen Wert an keiner Stelle überschreitet. Es kann z. B. vorgesehen sein, dass die maximale Länge kleiner als 1500 mm, insbesondere kleiner als 1400 mm, wie z. B. 1395 mm ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die maximale Breite des Gehäuses kleiner als 700 mm, insbesondere kleiner als 600 mm, wie z. B. 550 mm ist. Hinsichtlich der maximalen Höhe kann vorgesehen sein, dass diese kleiner als 500 mm, insbesondere kleiner als 450 mm, wie z. B. 400 mm ist. Mit solchen Abmessungen ist der Bordnetzumrichter vergleichsweise kompakt und beansprucht dementsprechend wenig Bauraum. Beispielsweise kann ein Bordnetzumrichter mit den genannten Abmessungen vorteilhaft zur Montage im Dachbereich eines Schienenfahrzeugs vorgesehen sein.
Ferner kann der Bordnetzumrichter gemäß einer Ausgestaltung so ausgeführt sein, dass sein Gesamtgewicht, d.h. insbesondere ein Gesamtgewicht des Gehäuses mitsamt den darin angeordneten Komponenten des Bordnetzumrichters, kleiner als 200 kg, insbesondere kleiner als 190 kg, wie z. B. 185 kg ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der erfindungsgemäßen Bordnetzumrichter zudem ein in dem Gehäuse angeordnetes Kommunikationsmodul. Das Kommunikationsmodul kann ausgebildet sein, eine Kommunikationsverbindung (z. B. zur Steuerung des Bordnetzumrichters) mit einem Benutzer zu unterstützen. Hierfür kann an dem Gehäuse eine mit dem Kommunikationsmodul verbundene Kommunikationsschnittstelle angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Kommunikation mittels des Kommunikationsmoduls über die Kommunikationsschnittstelle entsprechend dem Ethernet-Protokoll erfolgen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:

1 exemplarisch und schematisch ein Blockschaltbild eines Bordnetzumrichters gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 exemplarisch und schematisch eine Draufsicht auf einen Bordnetzumrichter gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
3 exemplarisch und schematisch eine Querschnittsansicht des Bordnetzumrichters aus 2.

1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild eines Bordnetzumrichters 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Beispielsweise kann der Bordnetzumrichter 1 zur Anordnung in einem Dachbereich oder in einem Unterflurbereich eines Schienenfahrzeugs ausgebildet sein.
Der Bordnetzumrichter 1 hat ein Gehäuse 10, in dem ein Hauptmodul 2 (auch „Master-Modul“ genannt) und ein erstes Nebenmodul 31 (auch „Slave-Modul“ genannt) angeordnet sind. Das Gehäuse 10 kann beispielsweise als Aluminiumcontainer oder als (ggf. lackierter) Stahlcontainer ausgeführt sein. Dabei kann das Gehäuse 10 entsprechend den Anforderungen der Schutzart IP65 ausgestaltet sein.
Das Hauptmodul 2 ist ausgebildet, eine Eingangsgleichspannung DCin in eine erste Ausgangswechselspannung AC1 out zu wandeln. Dabei kann die Eingangsgleichspannung DCin beispielsweise im Bereich von 450 V bis 900 V liegen und im Mittel z. B. 750 V betragen. Derartige Eingangsgleichspannungen können beispielsweise durch eine Oberleitung oder eine Stromschiene bereitgestellt werden. Die Ausgangswechselspannung kann insbesondere eine dreiphasige Wechselspannung, z. B. mit 400 V je Phase, sein. Beispielsweise kann die Ausgangswechselspannung für eine Funktion im Rahmen des Bordbetriebs, etwa für den Betrieb einer Klimaanlage, verwendet werden.
Ein elektrischer Pfad von einem Eingangsanschluss des Bordnetzumrichters 1, an welchem die Eingangsgleichspannung DCin angelegt werden kann, zu einem Ausgangsanschluss, an welchem die erste Ausgangswechselspannung AC1 out abgreifbar ist, führt beispielsweise zunächst über eine (nicht dargestellte) aktive Filtervorladungsschaltung zu einem Eingangssteller 22, etwa in Form eines Hochsetzstellers. Beispielsweise operierte der Hochsetzsteller 22 hartschaltend bei einer Schaltfrequenz von 19 kHz.
Dem Hochsetzsteller 22 ist bei der gezeigten Ausführungsform ein Resonanzwandler 23 nachgeschaltet, wobei der Hochsetzsteller 22 dem Resonanzwandler als dessen Eingangsspannung eine geregelte Spannung bereitstellt. Bei dem Resonanzwandler 23 kann es sich z. B. um einen Halbbrückenresonanzwandler handeln, welcher z. B. bei einer Schaltfrequenz und 50 kHz operieren kann. Durch den Resonanzwandler 23 wird eine Potenzialtrennung realisiert, was in der 1 durch die doppelte Diagonale in dem Element 23 symbolisiert ist.
Dem Resonanzwandler 23 ist ein erster Gleichrichter nachgeschaltet (nicht dargestellt), welcher die Spannung für einen Zwischenkreis Z gleichrichtet. Der Zwischenkreis Z stellt eine geregelte Zwischenkreisgleichspannung DCZ, z. B. in Höhe von 650 V, bereit. Der Zwischenkreis Z ist bevorzugt derart gestaltet, dass alle zu seiner Funktion gehörigen Kondensatoren in dem Hauptmodul 2 integriert sind. Ferner besteht bevorzugt die Möglichkeit, die Speicherfähigkeit des Zwischenkreises Z durch zusätzliche Baugruppen zu erhöhen. Mit anderen Worten unterstützt die Ausgestaltung des Zwischenkreises Z eine Modularität, die eine einfache Anpassung der Speicherfähigkeit je nach Bedarf erlaubt. Wie weiter unten in größerem Detail erläutert wird, werden an den Zwischenkreis Z alle Rahmen des Bordnetzumrichters 1 vorgesehenen Nebenmodule 31, 32 elektrisch kontaktiert.
Innerhalb des Hauptmoduls 2 ist dem Zwischenkreis Z ein erster Wechselrichter 24 nachgeschaltet. Der erste Wechselrichter 24 ist ausgebildet, die Zwischenkreisgleichspannung DCZ in die erste Ausgangswechselspannung AC1out zu wandeln. Der erste Wechselrichter 24 kann beispielsweise in Form eines dreiphasigen Pulswechselrichters ausgeführt sein, wobei der Pulswechselrichter 24 z. B. bei einer Schaltfrequenz von 16 kHz betrieben werden kann.
Das ebenfalls innerhalb des Gehäuses 10 angeordnete erste Nebenmodul 31 ist an den Zwischenkreis Z angeschlossen. Es ist ausgebildet, die Zwischenkreisgleichspannung DCZ in eine oder mehrere Ausgangsgleichspannungen DC1out, DCbat zu wandeln. Beispielsweise kann die Ausgangsgleichspannung die DC1out 20 V oder 110 V betragen. Eine solche Ausgangsgleichspannung kann im Rahmen des Bordbetriebs für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Die Ausgangsgleichspannung DCbat an beispielsweise zum Laden einer Batterie verwendet werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das erste Nebenmodul 31 einen Gleichspannungswandler in Form eines symmetrischen Halbbrückenwandlers 311 mit einem Current-Doubler-Gleichrichter. Alle für die Gleichspannungswandlung benötigten magnetischen Komponenten sind in ersten Nebenmodul 31 enthalten. An einem jeweiligen Spannungsausgang sind bevorzugt entkoppelt Dioden vorgesehen, welche eine Parallelschaltung mehrerer Module 31, 32 gestatten.
So ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich ein zweites Nebenmodul 32 vorgesehen, welches als Teil des Bordnetzumrichters 1 ebenfalls in dem Gehäuse 10 angeordnet ist. Das zweite Nebenmodul ist ausgebildet, die Zwischenkreisgleichspannung DCZ in eine zweite Ausgangswechselspannung AC2out zu wandeln. Die zweite Ausgangswechselspannung AC2out kann z. B. niedriger als die erste Ausgangswechselspannung AC1out des Hauptmoduls 1 sein. So kann die zweite Ausgangswechselspannung AC2out beispielsweise 130 V betragen. Beispielsweise kann die zweite Ausgangswechselspannung AC2out im Rahmen des Bordbetriebs für andere Anwendungen genutzt werden, welche eine geringere Spannung als die erste Ausgangswechselspannung AC1out benötigen. Zum Erzeugen der zweiten Ausgangs Wechselspannung AC2out aus der geregelten DC-Link-Spannung DCZ weist das zweite Nebenmodul 32 einen zweiten Wechselrichter 321 auf.
In der 1 sind die Anbindung des zweiten Nebenmoduls 32 an den Zwischenkreis Z sowie eine Gehäuseerweiterung, in welcher das zweite Nebenmodul 32 aufgenommen ist, gestrichelt gezeichnet, um anzudeuten, dass das zweite Nebenmodul 32 ein optionales Element des Bordnetzumrichters 1 ist. Alternativ oder zusätzlich zu dem zweiten Nebenmodul 32 können auch weitere erste Nebenmodule 31 vorgesehen sein, welche gegebenenfalls unterschiedliche Ausgangsgleichspannungen erzeugen. Ferner können zu dem in 1 dargestellten zweiten Nebenmodul 32 noch weitere derartige zweite Nebenmodule hinzukommen, die ggf. jeweils unterschiedliche zweite Ausgangswechselspannungen bereitstellen können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen einige oder alle der schaltenden funktionalen Einheiten des Hauptmoduls 2 und/oder der Nebenmodule 31, 32 Siliziumcarbid(SiC)-Halbleiterbauelemente als Halbleiterventile bzw. als Teile von Halbleiterventilen. Insbesondere können SiC-MOSFETs als schaltende Funktionselemente des Eingangsstellers 22, des Resonanzwandlers 23, des ersten Gleichrichters und/oder des ersten Wechselrichter 24 eingesetzt werden. Auch der symmetrische Halbbrückenwandler 311 des ersten Nebenmoduls 31 kann derartige SiC-Schaltelemente aufweisen. Durch den Einsatz von SiC-basierten Halbleiterbauelementen können hohe Schaltfrequenzen bei geringen Verlusten realisiert werden. Dies führt zu einer vergleichsweise hohen Leistungsdichte, die eine kompakte Ausführung des Bordnetzumrichters 1 insgesamt ermöglicht.
Die Leistungsdichte kann ferner durch den Einsatz von speziellen Leiterplatten erhöht werden, welche leistungsführende Leiterbahnen aufweisen. Derartige Leiterplatten können in dem Hauptmodul 1 und/oder in den Nebenmodulen 31, 32 angeordnet sein. Beispielsweise können Leiterbahnen solcher Leiterplatten zum Führen von Lastströmen in Höhe von wenigstens 120 A, insbesondere wenigstens 130 A, wie z. B. 140 A, ausgebildet sein. Hierdurch wird ermöglicht, dass auf den entsprechenden Leiterplatten sowohl Treiber- bzw. Steuerungsfunktionen als auch Leistungsfunktionen integriert sein können.
Beispielsweise können derartige Leiterplatten als Dickkupferleiterplatte ausgeführt sein. Bevorzugt kommen dabei mehrlagige, wie z. B. drei- oder sogar sechslagige Dickkupferplatten zum Einsatz. Eine Dicke derartiger Dickkupferleiterplatte kann beispielsweise mindestens 200 µm, wie z. B. 250 µm betragen.
Die Leiterplatten können z. B. auch Kontaktstifte, etwa zum Anschließen induktiver Bauteile, aufweisen, wobei die Kontaktstifte jeweils eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 100 A ausgebildet sein können.
2 veranschaulicht exemplarisch und schematisch eine Draufsicht auf einen Bordnetzumrichter 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. 3 zeigt exemplarisch und schematisch eine Querschnittsansicht (entlang der Schnittlinie A-A) des Bordnetzumrichters 1 aus 2. Die 2 kann somit umgekehrt auch als eine Querschnittsansicht (entlang der Schnittlinie C-C) des Bordnetzumrichters 1 aus 3 verstanden werden. Nachfolgend wird sowohl auf die 2 als auch auf die 3 Bezug genommen werden. Das vorstehend mit Bezug auf die 1 Erläuterte gilt analog für das Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3 insoweit im Folgenden nicht ausdrücklich gegenteilige Angaben gemacht werden.
Anhand der 2 und 3 wird deutlich, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Gehäuse 10 des Bordnetzumrichters 1 eine quaderförmige Grundform aufweist. Dabei kann eine Länge L des Gehäuses 10 beispielsweise kleiner als 1500 mm, insbesondere kleiner als 1400 mm, wie z. B. 1395 mm sein. Eine breite B kann beispielsweise kleiner als 700 mm, insbesondere kleiner als 600 mm, wie z. B. 550 mm sein. Eine für Höhe H (s. 3) kann z. B. kleiner als 500 mm, insbesondere kleiner als 450 mm, wie z. B. 400 mm sein.
Ein Gesamtgewicht des Bordnetzumrichters 1, d.h. insbesondere des Gehäuses 10 mitsamt den darin angeordneten Komponenten des Bordnetzumrichters 1, kann beispielsweise kleiner als 200 kg, insbesondere kleiner als 190 kg, wie z. B. 185 kg sein.
Bei derartig kompakten Abmessungen bzw. geringe Masse kann der Bordnetzumrichter 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise zu Montage in einem Dachbereich eines Schienenfahrzeugs oder eines Trolleybusses vorgesehen und ausgebildet sein.
Die Draufsicht gemäß 2 verdeutlicht beispielhaft eine mögliche räumliche Anordnung einiger Komponenten des Bordnetzumrichters 1 innerhalb des Gehäuses 10. Dabei weist das Gehäuse 10 zusätzlich zu Anschlüssen für die Eingangsgleichspannung DCin, die erste Ausgangsgleichspannung DC1 out und die erste Ausgangswechselspannung AC1 out eine Kommunikationsschnittstelle auf, die mit einem im Innern des Gehäuses 10 angeordneten Kommunikationsmodul 6 verbunden ist. Das Kommunikationsmodul 6 ist dabei ausgebildet, eine Kommunikationsverbindung (z. B. zur Steuerung des Bordnetzumrichters 1 von außen) mit einem Benutzer zu unterstützen. Bevorzugt ist das Kombinationsmodul 6 ausgebildet, über die Kommunikationsschnittstelle ein Kommunikationssignal COM gemäß dem Ethernet-Protokoll zu empfangen und/oder ein derartiges Kombinationssignal COM zu erzeugen und es über die Kommunikationsschnittstelle auszugeben. Dabei kann die Kommunikation über die Kommunikationsschnittstelle drahtgebunden oder drahtlos ausgeführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3 umfasst das Hauptmodul 2 einen separaten Container 20, welcher innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist. Dabei sind mehrere, bevorzugt alle, funktional für den Betrieb des Hauptmoduls 2 erforderlichen induktiven Bauelemente innerhalb des Containers 20 angeordnet. Insbesondere können jene induktiven Bauelemente des Hauptmoduls 2 eine Eingangsstellerdrossel, einen Transformator und eine Sinusfilterdrossel umfassen. Der Transformator kann dabei beispielsweise funktional zu dem Resonanzwandler 23 (vgl. 1) des Hauptmoduls 2 gehören. Bei der Sinusfilterdrossel kann es sich um eine ausgangsseitige Sinusfilterdrossel des Hauptmoduls 2 handeln. Es kann auch eine Mehrzahl von derartigen Sinusfilterdrosseln, wie z. B. 4 Sinusfilterdrosseln, in dem Container 20 angeordnet sein.
Durch die räumliche Konzentration der induktiven Bauelemente des Hauptmoduls 2 in dem Container 20 lassen sich in vorteilhafter Weise Leitungslängen zu den induktiven Bauelementen verkürzen. Dies kann insbesondere bei vergleichsweise hohen Schallfrequenzen, welche z. B. durch den Einsatz von SiC-Halbleiterbauelementen ermöglicht werden, zur Reduzierung von Überspannungsspitzen beitragen. Insgesamt kann somit eine größere Leistungsdichte und in der Folge eine größere Kompaktheit des Bordnetzumrichters 1 realisiert werden. Darüber hinaus ermöglicht die räumliche Konzentration der induktiven Bauelemente in dem Container eine gezielte und effektive Kühlung jener Bauelemente. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Erläuterung eines in dem Bordnetzumrichter 1 vorgesehenen Kühlsystems erläutert werden.
In das Gehäuse 10 ist ein Kühlsystem mit einem Ventilator 51 in Form eines Radiallüfters integriert. Dabei ist der Radiallüfter 51 angeordnet und ausgebildet, um durch einen stirnseitig in dem Gehäuse 10 ausgebildeten Lufteinlass 50 Kühlluft anzusaugen und diese in einen an einem Gehäuseboden 101 ausgebildeten Hauptlüftungskanal 52 einzuspeisen.
In der 2 ist der Hauptlüftungskanal mit gestrichelten Linien eingezeichnet. In der Querschnittsansicht gemäß 3 wird deutlich, dass der Hauptlüftungskanal bei diesem Ausführungsbeispiel als eine an sich nach oben offene rechteckförmige Ausnehmung in dem Gehäuseboden 101 ausgeführt ist. Der Hauptlüftungskanal 52 erstreckt sich dabei entlang der Länge L des Gehäuses 10 bis hin zu einem an dem Gehäuse 10 ausgebildeten Luftauslass 54. Der Luftauslass 54 ist in einer Gehäusewand ausgebildet, welche der Gehäusewand, die den Lufteinlass 50 aufweist, gegenüber liegt.
Auf ihrem Weg von dem Radiallüfter 51 zu dem Luftauslass 54 strömt die Kühlluft unmittelbar an dem Hauptmodul 2 und dem ersten Nebenmodul 31 entlang, um eine dort erzeugte Verlustwärme über den Luftauslass 54 abzuführen. Dabei sind das Hauptmodul 2 und das erste Nebenmodul 31 derart an dem Gehäuseboden 101 angeordnet, dass sie den Hauptlüftungskanal 52 jeweils lokal nach oben hin dichtend abschließen. Dies wird auch anhand der Querschnittsansicht in 3 deutlich. Aus der Querschnittsansicht geht auch hervor, dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Hauptmodul 2 einen Kühlkörper 25 umfasst, wobei Kühlfinnen 250 des Kühlkörpers 25 in den Hauptlüftungskanal 52 hineingetragen. Auch das in der Querschnittsansicht gemäß 3 nicht dargestellte erste Nebenmodul 31 kann einen derartigen Kühlkörper mit Kühlfinnen, die in den Hauptlüftungskanal 52 hineinragen, aufweisen.
In der Draufsicht gemäß 2 ist erkennbar, dass von dem Hauptlüftungskanal 52 ein Nebenlüftungskanal 53 abzweigt. Der Nebenlüftungskanal 53 verläuft abschnittsweise unmittelbar unterhalb des Containers 20, in welchem die induktiven Bauelemente des Hauptmoduls angeordnet sind. Hierdurch kann gezielt eine in dem Container 20 erzeugte Verlustwärme abgeführt werden. Beispielsweise kann, wie anhand der Querschnittsansicht in 3 gezeigt, auch ein separater Kühlkörper 26 in dem Container 20 vorgesehen sein, wobei sich Kühlfinnen 260 des separaten Kühlkörpers 26 in den Nebenlüftungskanal 53 hinein erstrecken können, ähnlich wie zuvor mit Bezug auf den Kühlkörper 25 des Hauptmoduls 2 erläutert. Nach dem Passieren des Containers 20 mündet der Nebenlüftungskanal 53 wieder in den Hauptlüftungskanal 52 ein.
Das Kühlsystem umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner einen in einem Gehäusedeckel 102 ausgebildeten Deckellüftungskanal 55. Der Radiallüfter 51 dient dabei sowohl zur Einspeisung der Kühlluft in den Hauptlüftungskanal 52 als auch zur Einspeisung von Kühlluft in den Deckellüftungskanal 55. Wie in 3 gezeigt, ist der Deckellüftungskanal 55 z. B. in einem Querschnitt rechteckförmige ausgeformt. Dabei ist der Gehäusedeckel 102 doppelwandig ausgebildet, wobei sich der Deckellüftungskanal 55 zwischen beiden Wänden (d.h. zwischen einer oberen Wand und einer unteren Wand) des Gehäusedeckels 102 fast über die gesamte Breite des Gehäusedeckels 102 erstreckt. Über den Deckellüftungskanal 55 kann die Kühlluft ebenfalls in Richtung des Luftauslasses 54 geführt werden, um auch von oben Verlustwärme aus dem Gehäuseinneren abzuführen und diese über den Luftauslass 54 auszustoßen. Hierdurch kann beim Betrieb des Bordnetzumrichters 1 insgesamt eine besonders effiziente Verlustwärmeabfuhr erreicht werden, was gerade bei einer besonders leistungsstarken und zugleich kompakten Auslegung eines in einem Gehäuse 10 angeordneten Bordnetzumrichters 1 vorteilhaft ist.
Der Bordnetzumrichter 1 kann in vorteilhaften Ausführungsformen zusätzlich eines oder mehreres der nachfolgend genannten Funktionselemente aufweisen, die in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellt sind:

- einen Batterietemperaturfühler (z. B. NTC 10 kΩ);
- eine Notstarteinrichtung;
- ein Eingangsschütz;
- eine Eingangssicherung;
- ein AC Ausgangsschütz;
- eine AC Synchronisationsschaltung;
- eine Brandmeldeeinrichtung;
- eine Erdschlussüberwachung;
- eine Werkstatteinspeisung.

Bezugszeichenliste

1: Bordnetzumrichter
10: Gehäuse
101: Gehäuseboden
102: Gehäusedeckel
2: Hauptmodul
20: Container
22: Eingangssteller
23: Resonanzwandler
24: Erster Wechselrichter
25: Kühlkörper
250: Kühlfinnen
26: Kühlkörper
260: Kühlfinnen
31: Erstes Nebenmodul
311: Symmetrischer Halbbrückenwandler
32: Zweites Nebenmodul
321: Zweiter Wechselrichter
50: Lufteinlass
51: Ventilator
52: Hauptlüftungskanal
53: Nebenlüftungskanal
54: Luftauslass
55: Deckellüftungskanal
6: Kommunikationsmodul
AC1out: Erste Ausgangswechselspannung
AC2out: Zweite Ausgangswechselspannung
B: Breite
COM: Kommunikationssignal
DC1out: Erste Ausgangsgleichspannung
DCin: Eingangsgleichspannung
DCZ: Zwischenkreisgleichspannung
H: Höhe
L: Länge
Z: Zwischenkreis

Claims

Bordnetzumrichter (1), insbesondere für ein Schienenfahrzeug, mit - einem Hauptmodul (2), das ausgebildet ist, eine Eingangsgleichspannung (DCin) in eine erste Ausgangswechselspannung (AC1out) zu wandeln, und - wenigstens einem ersten Nebenmodul (31), das an einen Zwischenkreis (Z) des Hauptmoduls (2) angeschlossen ist und ausgebildet ist, eine Zwischenkreisgleichspannung (DCZ) des Zwischenkreises (Z) in eine Ausgangsgleichspannung (DC1out, DCbat) zu wandeln, wobei das Hauptmodul (2) und das erste Nebenmodul (31) in einem gemeinsamen Gehäuse (10) angeordnet sind.
Bordnetzumrichter (1) nach Anspruch 1, wobei der Bordnetzumrichter (1) wenigstens ein in dem Gehäuse (10) angeordnetes zweites Nebenmodul (32) umfasst, das an den Zwischenkreis (Z) angeschlossen ist und ausgebildet ist, die Zwischenkreisgleichspannung (DCZ) in eine zweite Ausgangswechselspannung (AC2out) zu wandeln.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hauptmodul (2) einen Resonanzwandler (23) umfasst, der dem Zwischenkreis vorgeschaltet ist.
Bordnetzumrichter (1) nach Anspruch 3, wobei das Hauptmodul (2) einen Eingangssteller (22) umfasst, der dem Resonanzwandler (23) vorgeschaltet ist.
Bordnetzumrichter nach Anspruch 4, wobei das Hauptmodul (2) eine aktive Filtervorladungsschaltung umfasst, die dem Eingangssteller (22) vorgeschaltet ist.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Hauptmodul (2) einen ersten Gleichrichter umfasst, der dem Resonanzwandler (23) nachgeschaltet und dem Zwischenkreis (Z) vorgeschaltet ist.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hauptmodul (2) einen ersten Wechselrichter (24) umfasst, der dem Zwischenkreis (Z) nachgeschaltet ist.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hauptmodul (2) einen Container (4) umfasst, der in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, wobei mehrere induktive Bauelemente des Hauptmoduls (2) in dem Container (4) angeordnet sind.
Bordnetzumrichter (1) nach Anspruch 8, wobei die in dem Container (4) angeordneten induktiven Bauelemente wenigstens die folgenden Bauelemente umfassen: - eine Eingangsstellerdrossel; - einen Transformator; und - eine Sinusfilterdrossel.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Nebenmodul (31) einen symmetrischen Halbbrückenwandler (311) mit einem Current-Doubler-Gleichrichter umfasst.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hauptmodul (2) und/oder das erste Nebenmodul (31) eine Mehrzahl von Siliziumcarbid-Halbleiterbauelementen umfasst.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hauptmodul (2) und/oder das erste Nebenmodul (31) wenigstens eine Leiterplatte mit Leiterbahnen umfasst, die zum Führen von Lastströmen ausgebildet sind.
Bordnetzumrichter (1) nach Anspruch 12, wobei die wenigstens eine Leiterplatte als Dickkupferleiterplatte ausgeführt ist.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein in das Gehäuse (10) integriertes Kühlsystem mit einem Ventilator (51), der ausgebildet ist Kühlluft durch einen in dem Gehäuse (10) ausgebildeten Lufteinlass (50) anzusaugen und in einen an einem Gehäuseboden (101) ausgebildeten Hauptlüftungskanal (52) einzuspeisen,
Bordnetzumrichter (1) nach Anspruch 14, wobei der Hauptlüftungskanal (52) die Kühlluft unmittelbar an dem Hauptmodul (2) und/oder an dem ersten Nebenmodul (31) vorbeiführt, um in dem Hauptmodul (2) und/oder in dem ersten Nebenmodul (31) erzeugte Verlustwärme abzuführen.
Bordnetzumrichter (1) nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Hauptmodul (2) und/oder das erste Nebenmodul (31) den Hauptlüftungskanal (52) lokal nach oben hin dichtend abschließen.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, soweit rückbezogen auf Anspruch 8, wobei von dem Hauptlüftungskanal (52) ein Nebenlüftungskanal (53) abzweigt, der unmittelbar an dem Container (4) vorbei und/oder durch den Container (4) hindurch führt, um in dem Container (4) erzeugte Verlustwärme abzuführen.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein in das Gehäuse (10) integriertes Kühlsystem mit einem Ventilator (51), der ausgebildet ist, Kühlluft durch einen in dem Gehäuse (10) ausgebildeten Lufteinlass (50) anzusaugen und in einen in einem Gehäusedeckel (102) ausgebildeten Deckellüftungskanal (55) einzuspeisen.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bordnetzumrichter (1) ein in dem Gehäuse (10) angeordnetes Kommunikationsmodul (6) umfasst.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) zur Montage in einem Dachbereich oder in einem Unterflurbereich eines Schienenfahrzeugs ausgebildet ist.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) eine quaderförmige Grundform ausweist, die durch eine maximale Länge (L), eine maximale Breite (B) und eine maximale Höhe (H) gekennzeichnet ist, wobei - die maximale Länge (L) kleiner als 1500 mm ist; - die maximale Breite (B) kleiner als 700 mm ist; und - die maximale Höhe kleiner als 500 mm ist.
Bordnetzumrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Gesamtgewicht des Bordnetzumrichters (1) kleiner als 200 kg ist.