EP1872379A1 - Leistungskondensator - Google Patents

Leistungskondensator

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Publication number
EP1872379A1
EP1872379A1 EP06706027A EP06706027A EP1872379A1 EP 1872379 A1 EP1872379 A1 EP 1872379A1 EP 06706027 A EP06706027 A EP 06706027A EP 06706027 A EP06706027 A EP 06706027A EP 1872379 A1 EP1872379 A1 EP 1872379A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
capacitor
unit
power capacitor
interconnection
elements
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.)
Withdrawn
Application number
EP06706027A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Hiemer
Edmund Schirmer
Hermann Kilian
Hermann BAÜMEL
Dietrich George
Wilhelm Grimm
Wilhelm HÜBSCHER
Harald Vetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
TDK Electronics AG
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Epcos AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH, Epcos AG filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Publication of EP1872379A1 publication Critical patent/EP1872379A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/15—Solid electrolytic capacitors
    • H01G9/151—Solid electrolytic capacitors with wound foil electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/022—Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/025—Solid electrolytes
    • H01G9/028—Organic semiconducting electrolytes, e.g. TCNQ
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/14—Structural combinations or circuits for modifying, or compensating for, electric characteristics of electrolytic capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a power capacitor for installation in a motor vehicle with a capacitor unit having at least a first and at least a second capacitor element, wherein each capacitor element comprises at least two wound and provided with metal layers plastic films which are provided on opposite longitudinal sides with metal-free edge strips.
  • Such power capacitors are used, for example, as a component of electronic control in vehicles, such as hybrid vehicles or electric vehicles.
  • Hybrid vehicles are vehicles that have two separate drive systems. In general, these are an electric and an internal combustion engine, which are coordinated by an electronic control system.
  • the electronic control consists, inter alia, of a converter which is installed in the drive train of the hybrid vehicle and converts DC voltage into AC voltage and provides the electric motor with energy in a suitable form.
  • the power capacitors provide energy buffering in the DC link. In order to fulfill this task even with rapidly variable amounts of energy, they must have the lowest possible inductance.
  • the power capacitor is suitable for low voltages in the range of 36 volts (V) up to higher voltages of several hundred to a thousand volts (V).
  • the power capacitor can be operated, for example, at an operating voltage of 36 volts (V). But he can also a much higher operating voltage, such as 450 volts (V).
  • the motor currents are usually in the range of 200 to 500 amperes (A).
  • the object of the present invention is to provide a power capacitor which has sufficient capacity in the smallest possible space.
  • the power capacitor consists of a capacitor unit which is composed of a plurality of capacitor elements, preferably of a first and a second capacitor element, and is equipped, for example, with a capacity of 1000 ⁇ F each.
  • the capacitor elements are connected in parallel by means of a connection unit.
  • the parallel connection of the capacitor elements results in comparison to a series connection a reduced capacitor series resistance. This avoids electrical losses due to the lower ohmic capacitor resistance in the current load of the power capacitor.
  • each capacitor element has at least two wound and provided with metal layers plastic films which are provided on opposite longitudinal sides with metal-free edge strips.
  • the electrodes are each led out to a winding end face and there provided with contact layers, which are produced by the Schoop'schen flame spraying.
  • this large-area metal coating of the winding front sides ensures a contact-secure connection between the electrodes and the connection elements.
  • the parallel connection of the plastic films contributes to the lowering of the inductance.
  • the wound arrangement of the layer sequence allows a high capacity realize smallest space.
  • the Schichtwickeltechnik also allows a space-saving and easy construction of the capacitor elements.
  • the interconnection unit for interconnecting the capacitor elements and for electrically contacting the power capacitor to the power electronics unit of a motor vehicle has a first and a second interconnection element, wherein the interconnection elements have different potentials.
  • Each interconnection element has at least one outer connection element, wherein the outer connection elements abut each other with a small distance and different potentials, in particular lie one above the other, and are electrically isolated from one another.
  • the outer connection elements abut each other with a small distance and different potentials, in particular lie one above the other, and are electrically isolated from one another.
  • this arrangement of the outer connection elements allows a structurally simple power supply to the capacitor unit and a simple connection of low-inductive busbars.
  • a significant contribution to avoiding the unwanted self-inductance of the power capacitor provide the design and arrangement of the outer terminal elements and the capacitor-internal power lines.
  • each interconnection element has three outer connection elements, so that a total of six outer connection elements result in the case of two interconnection elements, wherein in each case two connection elements with different potentials result in an outer connection unit.
  • a further advantageous embodiment of the power capacitor results from the fact that the interconnection unit comprises three individual interconnection units, which are mechanically and electrically separated from each other. This results in a symmetrical current distribution between the three interconnection units, so that the total capacity is composed of equal partial capacities. This has the advantage that the power capacitor can be operated depending on the desired capacity.
  • busbarkonstrutation comprises two arranged on an electrically insulating support metallic conductors, which represent the actual busbars.
  • Each interconnection element preferably has a busbar, via which the outer connection element can be electrically and mechanically contacted with the condenser unit.
  • the busbars are arranged one above the other and electrically isolated.
  • the geometric dimensions, d. H. Width and length, the busbars correspond to the geometric dimensions of the capacitor elements.
  • the internal interconnection of the capacitor elements by means of the busbars is advantageously designed so that there is also a minimum and uniform self-inductance of all three outer terminal units.
  • the self-inductance of a connection unit is reduced by the internal interconnection by means of busbars by about 30%.
  • the comparison of a measurement of a region of a connection unit and a parallel connection of all three connection units shows that in one of the selected embodiments each outer connection element has a self-inductance of about 9 nanohenry (nH).
  • the self-inductance of the individual outer connection elements is thus in the order of magnitude of the self-inductance of a capacitor element.
  • each busbar advantageously has at least one second connection element.
  • the second connection elements are deformable, punched out of the busbars, connecting elements with thermal tolerance and length compensation.
  • the second connection elements are connected to each capacitor element, for example by means of a soldered or welded connection, wherein the electrical connection is greater than the expansion coefficient of the capacitor unit.
  • the condenser unit is arranged in a housing, which is preferably made of aluminum.
  • the housing has mechanical housing connections, which serve for mechanical connection of the power capacitor to the power electronics unit of a vehicle.
  • the capacitor unit is arranged in a first plastic shell whose geometric dimensions essentially correspond to the dimensions of the capacitor unit.
  • the plastic shell is designed so that it completely encloses the condenser unit to one side.
  • the creepage and clearance of the condenser unit is preferably achieved by at least one projecting upper edge of a half-shell.
  • the power capacitor has a second plastic shell.
  • the first and second plastic shell together form a complete enclosure of the capacitor unit.
  • the second plastic shell is designed so that it encloses the interconnection unit and the outer connection elements at least on one side and thus protects against external influences.
  • the interconnection unit of the power capacitor comprises three individual interconnection units that are mechanically and electrically separated from each other, then so the second plastic shell advantageously formed such that it consists of three second plastic shells and thus at least partially surrounds the three interconnection units individually at least one side and the outer connection elements.
  • the plastic shells are electrically resistant to breakdown and, for example, made of polycarbonate.
  • the first plastic shell is foldable, whereby a space-saving and safe transport of the plastic shell is ensured.
  • the high volume expansion behavior of the capacitor unit when heated requires, on the one hand, deformable second connection elements and, on the other hand, at least one mechanical energy storage element between the plastic shell and the capacitor unit.
  • the mechanical energy storage element is preferably designed as Spring Päd.
  • a Spring Päd is made of silicone foam.
  • the capacitor unit is held on all sides mounted spring pads, which are mounted on the inside of the plastic shell, flexible and vibration resistant.
  • the spring pads can also be attached to the outside of the plastic shell, so that the spring pads are located between the housing and the plastic shell.
  • a mechanically deformable plastic insert between the condenser unit and the first plastic shell.
  • the plastic insert advantageously extends over the entire surface of the condenser unit.
  • the power capacitor can be arranged on a power electronics unit of a motor vehicle, wherein the power capacitor improves the electromagnetic compatibility of the power electronics unit.
  • the power capacitor is formed in an advantageous embodiment so that the length and width of the power capacitor essentially have a ratio of two to one.
  • the width of the power capacitor is about 130 millimeters (mm) with a length of 270 millimeters (mm).
  • FIG. 1 shows a power capacitor according to the invention in a perspective view.
  • Fig. 2 is a plan view of the power capacitor according to the invention.
  • FIG. 3 shows a view of a cross section through the power capacitor according to the invention
  • Fig. 4 is a partial view of a cross section through the invention
  • 6a shows a further embodiment of the interconnection unit
  • 7 is a circuit diagram of the power capacitor according to the invention.
  • FIG. 7a is a circuit diagram of the further embodiment of the interconnection unit according to FIG. 6a.
  • the power capacitor 1 according to the invention is shown in a perspective view.
  • the interconnection unit not shown, is used for interconnecting the capacitor elements, not shown, and by means of the outer connection elements 8 for electrically contacting the power capacitor 1 to a power electronics unit, not shown.
  • the housing 12 is preferably made of aluminum and has the mechanical housing terminals 13, which serve for the mechanical connection of the power capacitor 1 to a power electronics unit, not shown.
  • the second plastic shell 15 encloses at least one side not shown interconnection unit and the outer connection elements eighth
  • Fig. 2 the power capacitor 1 according to the invention is shown in a plan view. In particular, one recognizes the mechanical housing connections 13 of the housing 12.
  • FIG. 3 shows a view of a cross section through the power capacitor 1 according to the invention.
  • the capacitor unit 2 is arranged in a first plastic shell 14 whose geometrical dimensions essentially correspond to the dimensions of the capacitor unit 2.
  • the plastic shell 14 is designed in such a way that it completely seals the condenser unit 2 down to one side. come enclose.
  • at least one mechanical energy storage element 18, which is preferably designed as a spring pedestal, is arranged between the plastic shell 14 and the capacitor unit 2.
  • the capacitor unit 2 is held flexibly and vibration-proof by a plurality of attached spring pads 18, which are attached to the inside of the plastic shell 14.
  • the plastic insert 17 extends advantageously over the entire surface of the capacitor unit 2.
  • the power capacitor 1 a second plastic shell 15 ,
  • the plastic shells 14 and 15 together form a complete enclosure of the condenser unit 2.
  • the plastic shell 15 is formed so that it encloses the interconnection unit 5 and the outer connection elements 8 at least on one side and thus protects against external influences.
  • FIG. 4 shows a partial view of a cross section through the power capacitor 1 according to the invention.
  • Each interconnection element 5 and 6 has at least one outer connection element 8, wherein the outer connection elements 8 abut one another with a small distance and different potentials and are electrically insulated from one another by means of the insulation 16.
  • FIG. 5 shows a side view of the power capacitor 1 according to the invention.
  • the second plastic shell 15 encloses the outer connection elements at least partially 8.
  • Two outer connection elements 8 are shown without enclosure by means of the plastic shell 15.
  • FIG. 6 shows an interconnection unit of the power capacitor 1 according to the invention.
  • the interconnection unit 5 has a first interconnection element 6 and a second interconnection element 7, wherein the interconnection elements 6 and 7 have different potentials.
  • Each interconnection element 6 and 7 has at least one outer connection element 8, the outer connection elements 8 abutting one another with a small distance and different potentials and being electrically insulated from one another.
  • each interconnection element 6 and 7 has three outer connection elements 8, so that a total of six outer connection elements 8 result in two interconnection elements 6 and 7, wherein in each case two connection elements 8 with different potentials result in an outer connection unit.
  • the busbars 9 are arranged one above the other and electrically isolated from each other.
  • each busbar 9 advantageously has at least one second connection element 10.
  • the second connection elements 10 are deformable, punched out of the busbars 9, connecting elements with thermal tolerance and length compensation.
  • the second connection elements 10 are connected to the capacitor unit 2, not shown, for example by means of a soldering or welding connection.
  • FIG. 6a a further embodiment of the interconnection unit 5 is shown.
  • the interconnection unit 5 comprises three individual interconnection units 5a, which are mechanically and electrically separated from one another. This results in a symmetrical current distribution between the three interconnection units 5a, so that the total capacity is composed of equal partial capacities. This has the advantage that the power capacitor 1, not shown, can be operated depending on the desired capacity.
  • Each interconnection unit 5a preferably has busbars 9, via which the outer connection elements 8 can be electrically and mechanically contacted with the capacitor unit 2, not shown.
  • Fig. 7 is a schematic diagram of the power capacitor is shown.
  • the capacitor unit 2 is preferably composed of two capacitor elements 3 and 4 connected in parallel, for example with a capacitance of 1000 ⁇ F each.
  • FIG. 7 a shows a schematic circuit diagram of the further embodiment of the power capacitor according to FIG. 6 a.
  • the power capacitor can now be considered as if it were three separate power capacitors. With the three interconnection units 5a and the busbars 9, the capacitor unit is connected.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungskondensator (1) für den Einbau in einem Kraftfahrzeug aufweisend eine Kondensatoreinheit (2) mit mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Kondensatorelement (3, 4), wobei jedes Konensatorelement mindestens zwei aufgewickelte und mit Metallschichten versehene Kunststofffolien aufweist, die auf einander entgegengesetzten Längsseiten mit metallfreien Randstreifen versehen sind, eine Verschaltungseinheit (5) und ein Gehäuse (12), wobei die Kondensatorelemente (3, 4) mittels der Verschaltungseinheit (5) parallel geschaltet sind.

Description

Leistungskondensator
Die Erfindung betrifft einen Leistungskondensator für den Einbau in einem Kraftfahrzeug mit einer Kondensatoreinheit, die mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Kondensatorelement aufweist, wobei jedes Kondensatorelement mindestens zwei aufgewickelte und mit Metallschichten versehene Kunststofffolien umfasst, die auf einander entgegengesetzten Längsseiten mit metallfreien Randstreifen versehen sind.
Derartige Leistungskondensatoren werden beispielsweise als Komponente einer elektronischen Steuerung in Fahrzeugen, wie beispielsweise Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, eingesetzt. Hybridfahrzeuge sind Fahrzeuge, die über zwei separate Antriebssysteme verfügen. In der Regel sind dies ein Elektro- und ein Verbrennungsmotor, die durch eine elektronische Steuerung koordiniert werden. Die elektronische Steuerung besteht u. a. aus einem Umrichter, der im Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges eingebaut ist und Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und dem Elektromotor Energie in geeigneter Form zur Verfügung stellt. Die Leistungskondensatoren sorgen für die Energiezwischenspeicherung im Gleichstromzwischenkreis. Um diese Aufgabe auch bei schnell veränderlichen Energiemengen zu erfüllen, müssen sie eine möglichst geringe Induktivität aufweisen. Der Leistungskondensator ist für niedrige Spannungen im Bereich von 36 Volt (V) bis hin zu höheren Spannungen von mehreren hundert bis tausend Volt (V) einsetzbar. Der Leistungskondensator kann beispielsweise bei einer Betriebsspannung von 36 Volt (V) betrieben werden. Er kann aber auch eine wesentlich höhere Betriebsspannung, wie beispielsweise 450 Volt (V), aufweisen. Die Motorströme liegen üblicherweise im Bereich von 200 bis 500 Ampere (A).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leistungskondensator bereitzustellen, der ausreichend Kapazität auf möglichst kleinem Bauraum aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Leistungskondensator gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Leistungskondensator besteht aus einer Kondensatoreinheit, welche aus mehreren Kondensatorelementen, vorzugsweise aus einem ersten und einem zweiten Kondensatorelement, aufgebaut ist und beispielsweise mit einer Kapazität von je 1000 μF, ausgestattet ist. Die Kondensatorelemente sind mittels einer Verschal- tungseinheit parallel geschaltet. Durch die Parallelschaltung der Kondensatorelemente ergibt sich gegenüber einer Serienschaltung ein reduzierter Kondensatorserienwiderstand. Dies vermeidet bei der Strombelastung des Leistungskondensators elektrische Verluste aufgrund des geringeren ohmschen Kondensatorwiderstandes.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass jedes Kondensatorelement mindestens zwei aufgewickelte und mit Metallschichten versehene Kunststofffolien aufweist, die auf einander entgegengesetzten Längsseiten mit metallfreien Randstreifen versehen sind. Die Elektroden sind jeweils zu einer Wickelstirnseite herausgeführt und dort mit Kontaktschichten versehen, die nach dem Schoop'schen Flammspritzverfahren hergestellt sind. Diese großflächige Metallbe- schoopung der Wickelstirnseiten gewährleistet einerseits eine kontaktsichere Verbindung zwischen den Elektroden und den Anschlusselementen. Andererseits trägt die Parallelschaltung der Kunststofffolien zur Erniedrigung der Induktivität bei. Durch die gewickelte Anordnung der Schichtenfolge lässt sich eine hohe Kapazität auf kleinstem Raum realisieren. Die Schichtwickeltechnik ermöglicht femer einen platzsparenden und leichten Aufbau der Kondensatorelemente.
Die Verschaltungseinheit zur Verschaltung der Kondensatorelemente und zur elektrischen Kontaktierung des Leistungskondensators an die Leistungselektronikeinheit eines Kraftfahrzeuges weist ein erstes und ein zweites Verschaltungselement auf, wobei die Verschaltungselemente unterschiedliche Potentiale aufweisen. Jedes Verschaltungselement weist zumindest ein äußeres Anschlusselement auf, wobei die äußeren Anschlusselemente mit geringem Abstand und unterschiedlichen Potentialen aneinander anliegen, insbesondere übereinander liegen, und gegeneinander e- lektrisch isoliert sind. Dadurch wird die niederinduktive Anbindung des Leistungskondensators an die Leistungselektronikeinheit erreicht. Außerdem ermöglicht diese Anordnung der äußeren Anschlusselemente eine konstruktiv einfache Stromzuleitung zur Kondensatoreinheit und ein einfaches Anschließen von niederinduktiven Busbars.
Einen maßgeblichen Beitrag zur Vermeidung der unerwünschten Eigeninduktivität des Leistungskondensators liefern die Ausbildung und Anordnung der äußeren Anschlusselemente und der kondensatorinternen Stromleitungen.
Vorzugsweise weist jedes Verschaltungselement drei äußere Anschlusselemente auf, so dass sich bei zwei Verschaltungselementen insgesamt sechs äußere Anschlusselemente ergeben, wobei jeweils zwei Anschlusselemente mit unterschiedlichen Potentialen eine äußere Anschlusseinheit ergeben. Daraus ergibt sich eine nahezu symmetrische Stromaufteilung zwischen den drei Anschlusseinheiten, so dass sich die Gesamtkapazität sich aus nahezu gleichen Teilkapazitäten zusammensetzt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Leistungskondensators ergibt sich daraus, dass die Verschaltungseinheit drei einzelne Verschaltungseinheiten umfasst, die voneinander mechanisch und elektrisch getrennt sind. Daraus ergibt sich eine symmetrische Stromaufteilung zwischen den drei Verschaltungseinheiten, so dass sich die Gesamtkapazität aus gleichen Teilkapazitäten zusammensetzt. Das hat den Vorteil, dass der Leistungskondensator je nach gewünschter Kapazität betrieben werden kann.
Um eine minimale Eigeninduktivität des Leistungskondensators zu erreichen, wurde die innere Verschaltung der Kondensatorelemente mittels Busbars ausgeführt. Die Busbarkonstruktion umfasst zwei auf einem elektrisch isolierenden Träger angeordnete metallische Leiter, welche die eigentlichen Busbars darstellen. Jedes Verschal- tungselement weist vorzugsweise ein Busbar auf, über das das äußere Anschlusselement mit der Kondensatoreinheit elektrisch und mechanisch kontaktierbar ist. Die Busbars sind übereinander angeordnet und elektrisch isoliert. Die geometrischen Abmessungen, d. h. Breite und Länge, der Busbars entsprechen dabei den geometrischen Abmessungen der Kondensatorelemente.
Die innere Verschaltung der Kondensatorelemente mittels der Busbars ist vorteilhafterweise so ausgeführt, dass ebenso eine minimale und gleichmäßige Eigeninduktivität aller drei äußeren Anschlusseinheiten besteht. Die Eigeninduktivität einer Anschlusseinheit ist durch die innere Verschaltung mittels Busbars um ca. 30% verringert. Der Vergleich einer Messung eines Bereichs einer Anschlusseinheit und einer Parallelschaltung aller drei Anschlusseinheiten zeigt, dass in einer der gewählten Ausführungsformen jedes äußere Anschlusselement eine Eigeninduktigivität von ca. 9 Nanohenry (nH) aufweist. Die Eigeninduktivität der einzelnen äußeren Anschlusselemente liegt somit in der Größenordnung der Eigeninduktivität eines Kondensatorelementes. Die Eigeninduktivitäten der äußeren Anschlusseinheiten können aber auch andere Werte aufweisen, beispielsweise wenn die Anschlusskonfiguration geändert wird, beispielsweise durch Ändern der Abstände zwischen den Anschlusseinheiten. Zur elektrischen und mechanischen Anbindung der Busbars an die Kondensatoreinheit weist vorteilhafterweise jedes Busbar zumindest ein zweites Anschlusselement auf. In einer vorteilhaften Ausbildung sind die zweiten Anschlusselemente verformbare, aus den Busbars ausgestanzte, Anschlusselemente mit thermischem Toleranz- und Längenausgleich. Die zweiten Anschlusselemente sind mit jedem Kondensatorelement verbunden, beispielsweise mittels einer Löt- oder Schweißverbindung, wobei die elektrische Verbindung größer als der Dehnungskoeffizient der Kondensatoreinheit ist.
Die Kondensatoreinheit ist in einem Gehäuse angeordnet, das vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist. Das Gehäuse weist mechanische Gehäuseanschlüsse auf, die zur mechanischen Anbindung des Leistungskondensators an die Leistungselektronikeinheit eines Fahrzeuges dienen.
Zur elektrischen Isolation der Kondensatoreinheit gegenüber dem metallischen Gehäuse ist die Kondensatoreinheit in einer ersten Kunststoffschale, deren geometrischen Abmessungen den Abmessungen der Kondensatoreinheit im wesentlichen entspricht, angeordnet. Die Kunststoff schale ist so ausgebildet, dass sie die Kondensatoreinheit bis auf eine Seite vollkommen umschliesst. Die Kriech- und Luftstrecke der Kondensatoreinheit wird vorzugsweise durch zumindest eine überstehende Oberkante einer Halbschale erreicht. Vorzugsweise weist der Leistungskondensator eine zweite Kunststoff schale auf. Die erste und zweite Kunststoff schale ergeben zusammengesetzt eine komplette Umschließung der Kondensatoreinheit. Die zweite Kunststoffschale ist so ausgebildet, dass sie zumindest einseitig die Verschaltungs- einheit sowie die äußeren Anschlusselemente umschließt und so gegen äußere Einflüsse schützt.
Umfasst die Verschaltungseinheit des Leistungskondensators drei einzelne Ver- schaltungseinheiten, die voneinander mechanisch und elektrisch getrennt sind, so ist die zweite Kunststoffschale vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie aus drei zweiten Kunststoffschalen besteht und somit die drei Verschaltungseinheiten einzeln zumindest einseitig sowie die äußeren Anschlusselemente zumindest teilweise umschließt.
Die Kunststoffschalen sind elektrisch durchschlagsicher und beispielsweise aus Po- lycarbonat hergestellt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Kunststoffoschale faltbar, wodurch ein platzsparender und sicherer Transport der Kunststoffschale gewährleistet wird.
Das hohe Volumenausdehnungsverhalten der Kondensatoreinheit bei Erwärmung erfordert einerseits verformbare zweite Anschlusselemente und andererseits zumindest ein mechanisches Energiespeicherelement zwischen der Kunststoff schale und der Kondensatoreinheit. Das mechanische Energiespeicherelement ist vorzugsweise als Spring Päd ausgebildet. Ein Spring Päd ist beispielsweise aus Silikonschaum hergestellt. Vorteilhafterweise wird die Kondensatoreinheit über allseitig angebrachte Spring Pads, die an der Innenseite der Kunststoffschale angebracht sind, flexibel und vibrationsfest gehalten. Alternativ können die Springpads auch an der Außenseite der Kunststoffschale angebracht sein, so dass sich die Spring Pads zwischen Gehäuse und Kunststoffschale befinden. Zur mechanischen Entkopplung zwischen Kondensatoreinheit und Gehäuse dient vorzugsweise eine mechanisch verformbare Kunststoffeinlage zwischen der Kondensatoreinheit und der ersten Kunststoff schale. Die Kunststoffeinlage erstreckt sich vorteilhafterweise über die gesamte Fläche der Kondensatoreinheit.
Der Leistungskondensator ist an einer Leistungselektronikeinheit eines Kraftfahrzeuges anordenbar, wobei der Leistungskondensator die elektromagnetische Verträglichkeit der Leistungselektronikeinheit verbessert. Der Leistungskondensator ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung so ausgebildet, dass Länge und Breite des Leistungskondensators im wesentlichen ein Verhältnis von zwei zu eins aufweisen. So beträgt beispielsweise die Breite des Leistungskondensator ca. 130 Millimeter (mm) bei einer Länge von 270 Millimeter (mm).
In der nachfolgenden Beschreibung werden die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Leistungskondensator in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Leistungskondensator;
Fig. 3 eine Ansicht eines Querschnitts durch den erfindungsgemäßen Leistungskondensator;
Fig. 4 eine Teilansicht eines Querschnitts durch den erfindungsgemäßen
Leistungskondensator;
Fig. 5 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Leistungskondensators;
Fig. 6 eine Verschaltungseinheit des erfindungsgemäßen Leistungskondensators;
Fig. 6a eine weitere Ausgestaltung der Verschaltungseinheit; Fig. 7 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Leistungskondensators;
Fig. 7a ein Schaltbild der weiteren Ausgestaltung der Verschaltungseinheit gemäß Fig. 6a.
Zur besseren Verständlichkeit der Beschreibung werden für gleiche Elemente in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Leistungskondensator 1 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die nicht dargestellte Verschaltungseinheit dient zur Verschaltung der nicht dargestellten Kondensatorelemente sowie mittels der äußeren Anschlusselemente 8 zur elektrischen Kontaktierung des Leistungskondensators 1 an eine nicht gezeigte Leistungselektronikeinheit. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt und weist die mechanischen Gehäuseanschlüsse 13 auf, die zur mechanischen Anbindung des Leistungskondensators 1 an eine nicht gezeigte Leistungselektronikeinheit dienen. Die zweite Kunststoff schale 15 umschließt zumindest einseitig die nicht dargestellte Verschaltungseinheit sowie die äußeren Anschlusselemente 8.
In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Leistungskondensator 1 in einer Draufsicht gezeigt. Insbesondere erkennt man die mechanischen Gehäuseanschlüsse 13 des Gehäuses 12.
In Fig. 3 ist eine Ansicht eines Querschnitts durch den erfindungsgemäßen Leistungskondensator 1 gezeigt. Zur elektrischen Isolation der Kondensatoreinheit 2 gegenüber dem metallischen Gehäuse 12 ist die Kondensatoreinheit 2 in einer ersten Kunststoffschale 14, deren geometrischen Abmessungen den Abmessungen der Kondensatoreinheit 2 im wesentlichen entsprechen, angeordnet. Die Kunststoffschale 14 ist so ausgebildet, dass sie die Kondensatoreinheit 2 bis auf eine Seite voll- kommen umschliesst. Zwischen der Kunststoffschale 14 und der Kondensatoreinheit 2 ist zumindest ein mechanisches Energiespeicherelement 18, das vorzugsweise als Spring Päd ausgebildet ist, angeordnet. Vorteilhafterweise wird die Kondensatoreinheit 2 über mehrere angebrachte Spring Pads 18, die an der Innenseite der Kunststoffschale 14 angebracht sind, flexibel und vibrationsfest gehalten. Zur mechanischen Entkopplung zwischen Kondensatoreinheit 2 und Gehäuse 12 dient vorzugsweise eine mechanisch verformbare Kunststoffeinlage 17 zwischen der Kondensatoreinheit 2 und der ersten Kunststoffschale 14. Die Kunststoffeinlage 17 erstreckt sich vorteilhafterweise über die gesamte Fläche der Kondensatoreinheit 2. Vorzugsweise weist der Leistungskondensator 1 eine zweite Kunststoffschale 15 auf. Die Kunststoffschalen 14 und 15 ergeben zusammengesetzt eine komplette Umschlie- ßung der Kondensatoreinheit 2. Die Kunststoff schale 15 ist so ausgebildet, dass sie zumindest einseitig die Verschaltungseinheit 5 sowie die äußeren Anschlusselemente 8 umschließt und so gegen äußere Einflüsse schützt.
In Fig. 4 ist eine Teilansicht eines Querschnitts durch den erfindungsgemäßen Leistungskondensator 1 dargestellt. Jedes Verschaltungselement 5 und 6 weist zumindest ein äußeres Anschlusselement 8 auf, wobei die äußeren Anschlusselemente 8 mit geringem Abstand und unterschiedlichen Potentialen aneinander anliegen und gegeneinander mittels der Isolierung 16 elektrisch isoliert sind.
In Fig. 5 ist eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Leistungskondensators 1 dargestellt. Insbesondere ist zu erkennen, dass die zweite Kunststoffschale 15 die äußeren Anschlusselemente zumindest teilweise 8 umschließt. Zwei äußere Anschlusselemente 8 sind ohne Umschließung mittels der Kunststoff schale 15 dargestellt.
In Fig. 6 ist eine Verschaltungseinheit des erfindungsgemäßen Leistungskondensators 1 gezeigt. Die Verschaltungseinheit 5 weist ein erstes Verschaltungselement 6 und ein zweites Verschaltungselement 7 auf, wobei die Verschaltungselemente 6 und 7 unterschiedliche Potentiale aufweisen. Jedes Verschaltungselement 6 und 7 weist zumindest ein äußeres Anschlusselement 8 auf, wobei die äußeren Anschlusselemente 8 mit geringem Abstand und unterschiedlichen Potentialen aneinander anliegen und gegeneinander elektrisch isoliert sind. Vorzugsweise weist jedes Verschaltungselement 6 und 7 drei äußere Anschlusselemente 8 auf, so dass sich bei zwei Verschaltungselementen 6 und 7 insgesamt sechs äußere Anschlusselemente 8 ergeben, wobei jeweils zwei Anschlusselemente 8 mit unterschiedlichen Potentialen eine äußere Anschlusseinheit ergeben. Die Busbars 9 sind übereinander angeordnet und elektrisch gegeneinander isoliert. Zur elektrischen und mechanischen Anbindung der Busbars 9 an die nicht in Fig. 6 gezeigte Kondensatoreinheit weist vorteilhafterweise jedes Busbar 9 zumindest ein zweites Anschlusselement 10 auf. In einer vorteilhaften Ausbildung sind die zweiten Anschlusselemente 10 verformbare, aus den Busbars 9 ausgestanzte, Anschlusselemente mit thermischem Toleranz- und Längenausgleich. Die zweiten Anschlusselemente 10 sind mit der nicht dargestellten Kondensatoreinheit 2 verbunden, beispielsweise mittels einer Lötoder Schweißverbindung.
In Fig. 6a ist eine weitere Ausgestaltung der Verschaltungseinheit 5 dargestellt. Die Verschaltungseinheit 5 umfasst drei einzelne Verschaltungseinheiten 5a, die voneinander mechanisch und elektrisch getrennt sind. Daraus ergibt sich eine symmetri- sehe Stromaufteilung zwischen den drei Verschaltungseinheiten 5a, so dass sich die Gesamtkapazität sich aus gleichen Teilkapazitäten zusammensetzt. Das hat den Vorteil, dass der nicht dargestellte Leistungskondensator 1 je nach gewünschter Kapazität betrieben werden kann. Jedes Verschaltungseinheit 5a weist vorzugsweise Busbars 9 auf, über die die äußeren Anschlusselemente 8 mit der nicht gezeigten Kondensatoreinheit 2 elektrisch und mechanisch kontaktierbar sind. In Fig. 7 ist ein schematisches Schaltbild des Leistungskondensators dargestellt. Die Kondensatoreinheit 2 ist vorzugsweise aus zwei parallel geschalteten Kondensatorelementen 3 und 4, beispielsweise mit einer Kapazität von je 1000 μF, aufgebaut. Durch die Parallelschaltung des ersten Kondensatorelementes 3 und des zweiten Kondensatorelementes 4 ergibt sich gegenüber einer Serienschaltung ein reduzierter Kondensatorserienwiderstand. Um eine minimale Eigeninduktivität des Leistungskondensators zu erreichen, ist die innere Verschaltung der Kondensatorelemente 3 und 4 mittels der Busbars 9 ausgeführt.
In Fig. 7a ist ein schematisches Schaltbild der weiteren Ausgestaltung des Leistungskondensators gemäß Fig. 6a dargestellt. Der Leistungskondensator kann nun so betrachtet werden, als ob es sich um drei einzelne Leistungskondensatoren handelt. Mit den drei Verschaltungseinheiten 5a und den Busbars 9 wird die Kondensatoreinheit verschaltet.
Bezugszeichenliste
1 Leistungskondensator
2 Kondensatoreinheit
3 Erstes Kondensatorelement
4 Zweites Kondensatorelement
5 Verschaltungseinheit
5a einzelne Verschaltungseinheit
6 Erstes Verschaltungselement
7 Zweites Verschaltungselement
8 Äußeres Anschlusselement
9 Busbar
10 Zweites Anschlusselement
11 Anschlussfahne
12 Gehäuse
13 Gehäuseanschlüsse
14 Erste Kunststoff schale
15 Zweite Kunststoffschale
16 Isolierung
17 Kunststoffeinlage
18 Spring Päd

Claims

Patentansprüche
1. Leistungskondensator (1) für den Einbau in einem Kraftfahrzeug aufweisend eine Kondensatoreinheit (2) mit mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Kondensatorelement (3, 4), wobei jedes Kondensatorelement (3, 4) mindestens zwei aufgewickelte und mit Metallschichten versehene Kunststofffolien aufweist, die auf einander entgegengesetzten Längsseiten mit metallfreien Randstreifen versehen sind, eine Verschaltungseinheit (5) und ein Gehäuse (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorelemente (3, 4) mittels der Verschaltungseinheit (5) parallel geschaltet sind.
2. Leistungskondensator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinheit (5) ein erstes und ein zweites Verschaltungselement (6, 7) aufweist, wobei die Verschaltungselemente (6, 7) unterschiedliche Potentiale aufweisen.
3. Leistungskondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verschaltungselement (6, 7) zumindest ein äußeres Anschlusselement (8) aufweist.
4. Leistungskondensator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Anschlusselemente (8) derart angeordnet sind, dass sie mit geringem Abstand aneinander anliegen und gegeneinander über eine Isolierung (16) elektrisch isoliert sind.
5. Leistungskondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jedes Verschaltungselement (6, 7) ein Busbar (9) aufweist, über das die äußeren Anschlusselemente (8) mit der Kondensatoreinheit (2) elektrisch und mechanisch kontaktierbar sind.
6. Leistungskondensator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Busbars (9) übereinander angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind.
7. Leistungskondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jedes Busbar (9) zumindest ein zweites Anschlusselement (10) zur elektrischen und mechanischen Anbindung der Busbars (9) an die Kondensatoreinheit (2) aufweist.
8. Leistungskondensator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Anschlusselemente (10) verformbare, aus den Busbars (9) ausgestanzte, Anschlusselemente (11) mit thermischem Toleranz- und Längenausgleich sind.
9. Leistungskondensator (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Anschlusselemte (11) die Kondensatorelemente (3, 4) verbinden, wobei die elektrische Verbindung größer als der Dehnungskoeffizient der Kondensatorelemente (3, 4) ist.
10. Leistungskondensator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) aus Aluminium hergestellt ist und mechanische Gehäuse^ anschlüsse (13) zur mechanischen Anbindung des Leistungskondendsators (1) an eine Leistungselektronikeinheit aufweist.
11. Leistungskondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) und die Kondensatoreinheit (2) mittels einer ersten Kunststoffschale (14), deren geometrische Abmessungen den Abmessungen der Kondensatoreinheit (2) im wesentlichen entsprechen, gegeneinander elektrisch isoliert sind.
12. Leistungskondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungskondensator (1) eine zweite Kunststoffschale (15) aufweist, die zumindest einseitig die Verschaltungseinheit (5) sowie die äusseren Anschlusselemente (8) zumindest teilweise umschließt.
13. Leistungskondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschalen (14, 15) durchschlagsicher und aus Polycarbonat hergestellt sind.
14. Leistungskondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kunststoffschale (14) und Kondensatoreinheit (2) mindestens ein mechanisches Energiespeicherelement angeordnet ist.
15. Leistungskondensator (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Energiespeicherelement als Spring Päd ausgebildet ist.
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