WO2021143968A1 - Hochvolt-anschlussmodul mit integriertem stromsensor - Google Patents

Hochvolt-anschlussmodul mit integriertem stromsensor Download PDF

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WO2021143968A1
WO2021143968A1 PCT/DE2020/101056 DE2020101056W WO2021143968A1 WO 2021143968 A1 WO2021143968 A1 WO 2021143968A1 DE 2020101056 W DE2020101056 W DE 2020101056W WO 2021143968 A1 WO2021143968 A1 WO 2021143968A1
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voltage connection
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current
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Linbo Tang
Denis Fris
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage connection module for realizing an electrical DC voltage connection in the high-voltage range and to a power converter.
  • the high-voltage connector for a motor vehicle, in particular an electric vehicle.
  • the high-voltage connector comprises at least one line, which is set up to carry a voltage of at least 400 V, and an electrically insulated housing.
  • the high-voltage plug comprises an electromagnetic damping element which encloses the at least one line at least in sections in order to dampen electromagnetic emissions.
  • the damping element is arranged inside the housing.
  • an electrical connector arrangement which is provided with several busbars for conducting current, a sensor for the purpose of current measurement in the busbar being arranged around a busbar.
  • a converter arrangement with several of these electrical connector arrangements is known, which is provided with a direct current intermediate circuit capacitor and a power module.
  • the power module has the function of converting direct current into alternating current. It is provided that a sensor measures in the current transmission path between a direct current input connector and the current module, and that one sensor measures per phase in the current transmission path between an alternating current output connector and the current module.
  • US 20150295366 A1 describes a connector, in particular a connector of a power converter, for attachment to a power supply unit for the purpose of connection to a complementary plug of a cable harness.
  • the connector is used to implement an electrical alternating current connection.
  • the connector comprises a connection terminal which is connected to an output terminal in a housing of the power supply unit, a connector housing which is fixed to the housing of the power supply unit, a current sensor for detecting a magnetic field generated by an electric current flowing through the Connection terminal flows, and a signal line for transmitting an output signal of the current sensor.
  • the current sensor is mounted on a substrate which is held by the housing of the power supply unit in such a way that the current sensor is enclosed by the housing of the power supply unit in the vicinity of the connection terminal.
  • current sensors are usually located in converters on an electrical conductor after a connector or plug of a DC voltage connection and upstream of a connector or plug of an AC voltage connection.
  • a corresponding installation space for a respective current sensor must be provided at the corresponding point in the converter, and the associated electrical conductor must be set up so that a current sensor can be arranged on it or in relation to it.
  • the present invention is based on the object of making available a high-voltage connection module and a power converter equipped with it, which are structurally simple and with low Installation space requirements to realize optimal operation and reliable current measurement.
  • the invention relates to a high-voltage connection module for implementing an electrical DC voltage connection in the high-voltage range. Integrated in the high-voltage connection module, this includes a current sensor for measuring the current transmitted by the high-voltage connection module.
  • the high-voltage connection module is used to implement a DC voltage input connection in the high-voltage range in a converter. Accordingly, the module is set up to make the electrical contact or the electrical connection in a system for DC voltages of over 60 V to 1.5 kV.
  • the high-voltage connection module has the advantage that a measurement of the current transmitted with it is possible in a compact manner at the same time as a unit for high-voltage contacting. This eliminates the need for a separate arrangement of an ammeter and thus saves installation space and production capacities.
  • the high-voltage connection module comprises two current-carrying line elements, the current sensor being assigned to one of the two line elements.
  • the current sensor is set up to measure the current currently being transmitted in the line element assigned to it.
  • the current sensor measures the current at the positive pole or the negative pole.
  • a current sensor is assigned to each of the two line elements.
  • the current sensor is arranged in a space which is penetrated or penetrable by a magnetic field around the electrical conduction element.
  • the senor in this embodiment can be designed as a Hall sensor which, using the Hall effect, measures the magnetic field around the conduction element and generates data therefrom with regard to the transmitted current.
  • the current sensor can also be based on a magnetoresistive effect.
  • the sensor can be positioned galvanically separated from the electrical conduction element.
  • the space for the spatial delimitation of the magnetic field is shielded in sections by a ring made of a conductive material.
  • Such a conductive ring is also referred to as a toroidal core.
  • a ferrous material can be used as the material for this ring.
  • the material of the ring is a ferromagnetic material.
  • the ring is arranged radially around it at a distance at which the magnetic field can propagate around the line element.
  • the ring can be round or square. In particular, such a ring is assigned to each of the two electrical conductors and surrounds the respective electrical conductor coaxially.
  • the ring can be held mechanically on the line element with a holder.
  • such a mechanical holder is made from the same material as a housing of the high-voltage connection module. The mechanical holder can also provide electrical insulation between the ring and the line element.
  • the ring has an interruption in which the current sensor is arranged at least in sections.
  • the current sensor is arranged at least in sections between two end faces of end sections of the interrupted ring pointing towards one another.
  • the ring homogenizes and concentrates the magnetic field of the electrical conduction element, which is shielded by it, so that the current sensor positioned at least in sections in the interruption can carry out a particularly reliable measurement of the current in the relevant electrical conduction element.
  • this comprises a first ring and a second ring, with one ring being assigned to one of the two line elements. Only one of the rings has an interruption in which the current sensor is arranged at least in sections.
  • the other ring shields the magnetic field of the other guide element to which the current sensor is not assigned, so that this magnetic field cannot influence the current measurement.
  • the two rings are preferably arranged in a common plane, to which the longitudinal axes of the electrical line elements run essentially perpendicularly.
  • both rings have an interruption
  • the high-voltage connection module having two current sensors and one of the current sensors being arranged at least in sections in one of the interruptions so that the current can be measured in both line elements.
  • the current sensor comprises an integrated circuit.
  • the data or measurement signals generated by the actual sensing device such as a Hall sensor, can be converted for further processing.
  • At least the integrated circuit of the current sensor is arranged in the interruption of the ring.
  • the current sensor comprises a printed circuit board which is electrically coupled to the integrated circuit.
  • electrical signals obtained from the integrated circuit can be processed, in particular smoothed, filtered and / or amplified in order to be able to feed them to an evaluation essentially without interference.
  • the electrical signals transmitted from the integrated circuit to the printed circuit board are analog signals with voltages in the low-voltage range.
  • the circuit board preferably has a signal interface with which it can be connected to an evaluation unit for the purpose of evaluating the generated electrical signals.
  • the circuit board can comprise a digitization unit which converts the analog signals of the integrated circuit or the circuit board into digital signals, the digitized signals, which are less susceptible to interference, ensuring reliable transmission of the measured information to the evaluation unit.
  • the circuit board of the current sensor is not arranged in the interruption of the ring.
  • At least the line element assigned to the current sensor is designed as a plug contact.
  • both line elements of the high-voltage connection module are designed as plug contacts.
  • at least the line element assigned to the current sensor is designed as a screw contact.
  • the high-voltage connection module according to the invention is advantageously designed if it has a housing which surrounds the line elements of the high-voltage connection module at least in some areas or in sections.
  • the line elements can be embedded in or from the housing.
  • the section of the line element designed for plug-in contact protrudes from the housing.
  • the current sensor is also enclosed or embedded at least in sections by the housing.
  • the current sensor can be encapsulated in sections by the material forming the housing.
  • the current sensor with all of its components is entirely encapsulated by the material forming the housing or enclosed or embedded by the housing without its function being significantly impaired.
  • the housing of the high-voltage connection module can have a shaped element, a so-called interlock, which is set up to implement a mechanical positive connection with a complementarily configured connection element of the converter when the high-voltage connection module is integrated into a converter.
  • interlock which is set up to implement a mechanical positive connection with a complementarily configured connection element of the converter when the high-voltage connection module is integrated into a converter.
  • the high-voltage connection module according to the invention has the advantage that, due to the integration of the current sensor in the high-voltage connection module, a separate arrangement of a current sensor can be dispensed with.
  • a power converter which comprises a high-voltage connection module according to the invention and, electrically connected to it, an inverter as well as a high-voltage output module for providing electrical alternating voltage in the high-voltage range.
  • the inverter converts between the DC voltage applied to the high-voltage connection module and the AC voltage applied to the high-voltage output module. It is preferably a three-phase alternating voltage.
  • the converter can be designed in such a way that the high-voltage connection module forms a contacting device on a housing of the converter.
  • the high-voltage connection module connects the converter to an electrical energy store, such as a battery, and that the high-voltage output module connects the converter to an electrical drive unit, such as an electric rotary machine.
  • the DC voltage provided by the electrical energy store can thus be converted in the converter into AC voltage with which the electrical drive unit can be operated.
  • the converter can furthermore have a DC link capacitor, which is arranged in the electrical transmission path between the high-voltage connection module and the inverter, for the purpose of electrically coupling the high-voltage connection module and the inverter on a common DC voltage level.
  • the inverter is connected to the high-voltage output module via three current-carrying phase lines, a further current sensor preferably being arranged on a respective one of these phase lines.
  • the converter can only have a further current sensor on two of the three current-carrying phase lines.
  • a current measurement can be implemented in the converter on the high-voltage connection module in the DC voltage range, and between the inverter and the high-voltage output module in the AC voltage range.
  • a current sensor assigned to a phase can be designed according to the invention. This means that it can be provided that the high-voltage output module is basically designed to be identical to the high-voltage connection module according to the invention.
  • the current sensor in the high-voltage output module has an integrated circuit, particularly preferably an integrated circuit and a printed circuit board, for each of the three current-carrying phase lines.
  • the current sensor in the high-voltage output module preferably also has a ring made of a conductive or ferromagnetic material for each of the three current-carrying phase lines for the purpose of shielding and concentrating the magnetic fields of the three current-carrying phase lines.
  • the current sensor is arranged on the inside of a converter housing.
  • the senor is arranged in an interior that is formed by the converter housing. If encompassed by the converter, the inverter and / or the DC link capacitor are also arranged in the same interior. In addition, the high-voltage output module can also be arranged in this interior space in certain areas.
  • Fig. 1 a detail of a converter 3 according to the invention is shown in side view.
  • a housing 32 of the converter 3 is shown in some areas, as well as a high-voltage connection module 1 according to the invention of the converter 3 with a current sensor integrated in the module, but not shown here.
  • the high-voltage connection module 1 also comprises a housing 10, which has an inner housing component 11 and an outer housing component 12. With the inner housing component 11, the high-voltage connection module 1 is arranged in an interior 37 defined by the housing 32 of the converter 3, the outer housing component 12 being arranged outside the housing 32 of the converter 3.
  • the high-voltage connection module 1 also comprises two line elements 13, the second line element being covered by the first line element 13 in the view according to FIG.
  • the line elements 13 are embedded in some areas of the housing 10 of the high-voltage connection module 1 and extend in some areas out of the inner housing component 11 into the interior 37 of the housing 32 of the converter 3 High-voltage connection module 1 to a further component of the converter 3.
  • an interlock 15 is formed on the inner housing component 11, which extends as a protruding shaped element, essentially parallel to the direction of longitudinal extension of the line elements 13, into the interior 37 of the housing 32 of the converter 3.
  • the interlock 15 is used for the form-fitting, mechanical connection to a complementary shaped element, not shown here. It can thus be ensured that when contacting the high-voltage connection module 1, a defined electrical plug-in element is used to implement the electrical connection.
  • a cable harness 40 which is shown in sections here, is connected to the high-voltage connection module 1 on the outer housing component 12.
  • the cable harness 40 is used for the electrical connection to an electrical storage unit (not shown here), so that the high-voltage connection module 1 functions as a DC voltage input connection 30 of the converter 3.
  • FIG. 2 shows a first perspective illustration of the high-voltage connection module 1 according to the invention in an exploded view.
  • the inner housing component of the housing 10 of the high-voltage connection module 1 is not shown here, so that the current sensor 2 of the high-voltage connection module 1 located therein can be seen.
  • a first ring 20 and a second ring 21 can be seen.
  • the second ring 21 has an interruption 22, whereas the first ring 20 is a closed ring.
  • the two rings 20, 21 are made of a conductive, in particular iron-containing material or a ferromagnetic material and each serve to shield and concentrate a magnetic field around the respective line element 13, 14.
  • the current sensor 2 comprises an integrated circuit 23 and a printed circuit board 24, which are shown spaced apart from one another in FIG. 2 for better clarity.
  • the integrated circuit 23 serves as the actual sensing device with which data or measurement signals can be generated and converted for further processing. For the purpose of transmitting these data or measurement signals, the integrated circuit 23 forms a plurality of conductor pins 26.
  • the circuit board 24 serves for the electrical coupling with the integrated circuit 23 for the purpose of further processing, in particular amplification, smoothing and / or amplification, of the electrical signals received from the integrated circuit 23.
  • the circuit board 24 can be referred to as primary evaluation electronics and also has a signal interface 25 with which it can be connected to an evaluation unit, also called secondary evaluation electronics, (not shown here) for the purpose of evaluating the generated electrical signals.
  • the signal interface 25 is implemented by a plurality of conductor pins 26.
  • FIG. 3 shows a second perspective illustration of the high-voltage connection module 1 according to the invention.
  • the perspective illustration according to FIG. 3 corresponds to the first perspective illustration according to FIG. 2, with the difference that the components of the current sensor 2 and the rings 20, 21 in FIG. 3 are arranged in their correct or final position.
  • first ring 20 is arranged around the first line element 13 and that the second ring 21 is arranged around the second line element 14.
  • the first ring 20 serves to shield the magnetic field of the first line element 13 and the second ring 21 to shield the magnetic field of the second line element 14 and the concentration of the magnetic field of the second line element 14 in the interruption 22 for the purpose of measuring the second line element 14.
  • the first ring 20 and the second ring 21 are arranged in a common plane, to which the longitudinal axes of the electrical line elements 13, 14 run essentially perpendicularly.
  • the printed circuit board 24 is arranged adjacent to the two rings 20, 21 in such a way that the plane of the printed circuit board 24 runs essentially perpendicular to the common plane of the rings 20, 21.
  • the integrated circuit 23 is arranged on the side of the printed circuit board 24 facing the rings 20, 21, so that it is located in the interruption 22 of the second ring 21.
  • FIG. 4 shows a front view of the high-voltage connection module 1 according to the invention.
  • the integrated circuit 23 is arranged in the interruption 22 of the second ring 21.
  • the integrated circuit 23 of the current sensor 2 is arranged between two end faces of end sections of the interrupted second ring 21 facing one another.
  • the second ring 21 homogenizes and concentrates the magnetic field of the second electrical conduction element 14 in the area of the interruption, so that the integrated circuit 23 positioned in the interruption 22 can carry out a particularly reliable measurement of the current in the second electrical conduction element 14.
  • the magnetic field of the first electrical conduction element 13 Due to the shielding of the magnetic field of the first electrical conduction element 13 by the first ring 20, the magnetic field of the first electrical conduction element 13 has no influence on the current measurement of the second electrical conduction element 14.
  • the conductor pins 26 of the integrated circuit 23 also establish electrical contact between the integrated circuit 23 and the circuit board 24.
  • 5 shows a third perspective illustration of the high-voltage connection module 1 according to the invention.
  • FIG. 5 corresponds to the second perspective illustration according to FIG. 3, with the difference that the components of the current sensor 2 and the rings in FIG. 5 are surrounded by a sensor housing 27.
  • the sensor housing 27 comprises an interface opening 28 in which the conductor pins 26 of the signal interface 25 are arranged so that electrical contact can be made with the circuit board 24.
  • the sensor housing 27 is part of the inner housing component, not shown here, of the housing 10 of the high-voltage connection module 1.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a converter 3 according to the invention.
  • the converter 3 comprises a high-voltage connection module 1 according to the invention, a direct current intermediate circuit capacitor 35, an inverter 34 and a high-voltage output module 33.
  • the DC link capacitor 35 and the inverter 34 are located in the interior 37 formed by the housing 32 of the converter 3.
  • the high-voltage connection module 1 as well as the high-voltage output module 33 are located in sections in the interior 37 formed by the housing 32 of the converter 3.
  • the inverter 34 is arranged in the electrical transmission path between the high-voltage connection module 1 and the high-voltage output module 33. It is accordingly provided that the inverter 24 is connected to the high-voltage connection module 1 converts applied DC voltage into AC voltage applied to the high-voltage output module 33.
  • the DC link capacitor 35 is arranged in the electrical transmission path between the high-voltage connection module 1 and the inverter 34.
  • the high-voltage connection module 1 is electrically coupled to the DC link capacitor 35 by means of its first line element 13 and its second line element 14, and the DC link capacitor 35 is in turn electrically coupled to the inverter 34 via two DC lines.
  • an electrical coupling of the high-voltage connection module 1 and the inverter 34 is implemented on a common DC voltage level.
  • the inverter 34 is connected to the high-voltage output module 1 via three current-carrying phase lines 36, a further current sensor 38 being arranged on a respective one of these phase lines 36.
  • the high-voltage connection module 1 of the converter 3 can be used for the electrical connection to an electrical energy storage device, such as a battery, and the high-voltage output module 33 of the converter 3 can be used for the electrical connection to an electrical Serve drive unit, for example an electric rotary machine.
  • the high-voltage connection module 1 thus functions as a DC voltage input connection 30 in the high-voltage range of the converter 3, the high-voltage output module 33 functioning as an AC voltage output connection 31 in the high-voltage range of the converter 3.
  • the direct voltage provided by the electrical energy store is converted in the inverter 34 of the converter 3 into alternating voltage with which the electrical drive unit can be operated.
  • a current measurement in the converter 3 takes place at the high-voltage connection module 1 with direct voltage and between the inverter 34 and the high-voltage output module 33 with alternating voltage.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Anschlussmodul zur Realisierung eines elektrischen Gleichspannungs-Anschlusses im Hochvolt-Bereich sowie einen Stromrichter. Das Hochvolt-Anschlussmodul (1) umfasst im Modul (1) integriert einen Stromsensor (2) zur Messung des vom Hochvolt-Anschlussmodul (1) übertragenen Stroms. Mit dem erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmodul sowie dem Stromrichter lassen sich in konstruktiv einfacher Weise und mit geringen Bauraumanforderungen ein optimaler Betrieb und eine zuverlässige Strommessung realisieren.

Description

HOCHVOLT-ANSCHLUSSMODUL MIT INTEGRIERTEM STROMSENSOR
Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Anschlussmodul zur Realisierung eines elektrischen Gleichspannungs-Anschlusses im Hochvolt-Bereich sowie einen Stromrichter.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Stromrichter bekannt, die Hochvolt- Anschlussmodule aufweisen.
Diese finden insbesondere Verwendung für eine sichere und normgerechte elektrische und mechanische Verbindung in Hochvoltbordnetzen von Kraftfahrzeugen.
Die DE 202018 100223 U1 offenbart einen Hochvoltsteckverbinder für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug. Der Hochvoltsteckverbinder umfasst zumindest eine Leitung, welche eingerichtet ist, eine Spannung von zumindest 400 V zu führen, und ein elektrisch isoliertes Gehäuse. Außerdem umfasst der Hochvoltstecker ein elektromagnetisches Dämpfungselement, das die zumindest eine Leitung zumindest abschnittsweise umschließt, um elektromagnetische Emissionen zu dämpfen. Das Dämpfungselement ist dabei innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Aus der DE 102014200069 A1 ist eine elektrische Verbinderanordnung bekannt, die mit mehreren Stromsammelschienen zum Leiten von Strom versehen ist, wobei um eine Stromsammelschiene herum ein Sensor zum Zweck der Strommessung in der Stromsammelschiene angeordnet ist. Außerdem ist aus der DE 102014200069 A1 eine Stromrichteranordnung mit mehreren dieser elektrischen Verbinderanordnungen bekannt, welche mit einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und einem Strommodul versehen ist. Das Strommodul hat die Funktion, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Dabei ist vorgesehen, dass ein Sensor im Strom- Übertragungspfad zwischen einem Gleichstrom-Eingangsverbinder und dem Strommodul misst, und dass ein Sensor pro Phase im Strom-Übertragungspfad zwischen einem Wechselstrom-Ausgangsverbinder und dem Strommodul misst. In der US 20150295366 A1 wird ein Verbinder, insbesondere ein Verbinder eines Stromrichters, zum Anbringen an einer Stromversorgungseinheit zwecks Verbindung mit einem komplementär ausgeführten Stecker eines Kabelbaums beschrieben. Dabei dient der Verbinder zur Realisierung eines elektrischen Wechselstrom-Anschlusses. Der Verbinder umfasst einen Verbindungsanschluss, der mit einem Ausgangsanschluss in einem Gehäuse der Stromversorgungseinheit verbunden ist, ein Verbinder-Gehäuse, welches an dem Gehäuse der Stromversorgungseinheit befestigt ist, einen Stromsensor zum Erfassen eines Magnetfelds, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, der durch den Verbindungsanschluss fließt, und eine Signalleitung zum Übertragen eines Ausgangssignals des Stromsensors.
Der Stromsensor ist dabei auf einem Substrat montiert, das von dem Gehäuse der Stromversorgungseinheit derart gehalten wird, dass der Stromsensor von dem Gehäuse der Stromversorgungseinheit in der Nähe des Verbindungsanschlusses eingeschlossen ist.
Im Stand der Technik befinden sich Stromsensoren in Stromrichtern in der Regel an einem elektrischen Leiter nach einem Verbinder bzw. Stecker eines Gleichspannungs- Anschlusses und vor einem Verbinder bzw. Stecker eines Wechselspannungs- Anschlusses.
An der entsprechenden Stelle im Stromrichter muss ein entsprechender Bauraum für einen jeweiligen Stromsensor vorgesehen sein und der dazugehörige elektrische Leiter muss dazu eingerichtet sein, dass ein Stromsensor an ihm bzw. in Bezug zu ihm anordbar ist.
Insbesondere, wenn die Anordnung eines Stromsensors zeitlich nach der Konzeptionierung der wesentlichen Komponenten des Stromrichters und seiner Verbinder bzw. Stecker erfolgt, kann eine nachträgliche Integration des Stromsensors mit erheblichem konstruktiven sowie technologischen Aufwand verbunden sein.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hochvolt-Anschlussmodul sowie einen damit ausgestatteten Stromrichter zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacherWeise und mit geringen Bauraumanforderungen einen optimalen Betrieb und eine zuverlässige Strommessung realisieren.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Hochvolt-Anschlussmodul nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Hochvolt-Anschlussmoduls sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
Ergänzend wird ein Stromrichter, welcher das Hochvolt-Anschlussmodul aufweist, gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Stromrichters ist im Unteranspruch 10 angegeben.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Anschlussmodul zur Realisierung eines elektrischen Gleichspannungs-Anschlusses im Hochvolt-Bereich. Im Hochvolt- Anschlussmodul integriert umfasst dieses einen Stromsensor zur Messung des vom Hochvolt-Anschlussmodul übertragenen Stroms.
Insbesondere dient das erfindungsgemäße Hochvolt-Anschlussmodul der Realisierung einer Gleichspannungs-Eingangsverbindung im Hochvoltbereich in einem Stromrichter. Entsprechend ist das Modul dafür eingerichtet, die elektrische Kontaktierung beziehungsweise den elektrischen Anschluss in einem System für Gleichspannungen von über 60 V bis 1 ,5 kV zu realisieren.
Das Hochvolt-Anschlussmodul weist den Vorteil auf, dass somit in kompakterWeise gleichzeitig mit einer Einheit zur Hochvolt-Kontaktierung eine Messung des damit übertragenen Stroms möglich ist. Dies erübrigt eine gesonderte Anordnung eines Strommessers und bewirkt somit die Einsparung von Bauraum sowie von Fertigungskapazitäten. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Hochvolt-Anschlussmodul zwei stromführende Leitungselemente, wobei der Stromsensor einem der beiden Leitungselemente zugeordnet ist.
In entsprechender Weise ist der Stromsensor dazu eingerichtet, den aktuell in dem ihm zugeordneten Leitungselement übertragenen Strom zu messen.
Es ist demzufolge vorgesehen, dass der Stromsensor den Strom am Pluspol oder am Minuspol misst.
In einer Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass beiden Leitungselementen jeweils ein Stromsensor zugeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Stromsensor in einem von einem Magnetfeld um das elektrische Leitungselement durchdrungenen oder durchdringbaren Raum angeordnet.
Insbesondere kann der Sensor in dieser Ausgestaltung als ein Hall-Sensor ausgestaltet sein, der unter Nutzung des Hall-Effekts das um das Leitungselement bestehende Magnetfeld misst und daraus Daten generiert hinsichtlich des übertragenen Stroms. Der Stromsensor kann außerdem in einer Ausgestaltung auf einem magnetoresistiven Effekt basieren.
Der Sensor kann vom elektrischen Leitungselement galvanisch getrennt positioniert sein.
Dabei ist der Raum zur räumlichen Begrenzung des Magnetfeldes abschnittsweise durch einen Ring aus einem leitfähigen Material abgeschirmt.
Ein derartiger leitfähiger Ring wird auch als Ringkern bezeichnet. Als Material für diesen Ring bietet sich ein eisenhaltiges Material an. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Material des Rings um ein ferromagnetisches Material handelt. Der Ring ist hinsichtlich der Längsachse des betreffenden Leitungselements radial um dieses herum mit einem Abstand angeordnet, in dem sich das Magnetfeld um das Leitungselement ausbreiten kann.
Der Ring kann rund oder eckig ausgeführt sein. Insbesondere ist beiden elektrischen Leitern jeweils ein derartiger Ring zugeordnet, der den jeweiligen elektrischen Leiter koaxial umgibt. Der Ring kann am Leitungselement mit einer Halterung mechanisch gehalten sein. Insbesondere ist eine derartige mechanische Halterung aus dem gleichen Material ausgestaltet wie ein Gehäuse des Hochvolt-Anschlussmoduls. Die mechanische Halterung kann außerdem eine elektrische Isolierung des Rings zum Leitungselement realisieren.
In einer ergänzenden Ausführungsform weist der Ring eine Unterbrechung auf, in der der Stromsensor zumindest abschnittsweise angeordnet ist.
Das heißt, dass der Stromsensor zumindest abschnittsweise zwischen zwei stirnseitigen Flächen von aufeinander weisenden Endabschnitten des unterbrochenen Rings angeordnet ist.
Der Ring realisiert im Bereich der Unterbrechung eine Homogenisierung und Konzentration des von ihm abgeschirmten Magnetfelds des elektrischen Leitungselements, so dass der zumindest abschnittsweise in der Unterbrechung positionierte Stromsensor eine besonders zuverlässige Messung des Stroms im betreffenden elektrischen Leitungselement ausführen kann.
In einer Ausführungsform des Hochvolt-Anschlussmoduls umfasst dieses einen ersten Ring und einen zweiten Ring, wobei jeweils ein Ring einem der beiden Leitungselemente zugeordnet ist. Lediglich einer der Ringe weist eine Unterbrechung auf, in der der Stromsensor zumindest abschnittsweise angeordnet ist. Der andere Ring schirmt dabei das Magnetfeld des anderen Leitelements ab, welchem der Stromsensor nicht zugeordnet ist, damit dieses Magnetfeld keinen Einfluss auf die Strommessung nehmen kann. Die beiden Ringe sind dazu vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, zu welcher die Längsachsen der elektrischen Leitungselemente im Wesentlichen senkrecht verlaufen.
Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass beide Ringe eine Unterbrechung aufweisen, wobei das Hochvolt-Anschlussmodul dabei zwei Stromsensoren aufweist und jeweils einer der Stromsensoren zumindest abschnittsweise in einer der Unterbrechungen angeordnet ist, so dass der Strom in beiden Leitungselementen messbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Stromsensor einen integrierten Schaltkreis.
Mit diesem integrierten Schaltkreis lassen sich die von der eigentlichen Sensierungseinrichtung, wie zum Beispiel einem Hall-Sensor, generierten Daten bzw. Messsignale zur Weiterverarbeitung umsetzen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass wenigstens der integrierte Schaltkreis des Stromsensors in der Unterbrechung des Rings angeordnet ist.
Gemäß einer ergänzenden Ausführungsform umfasst der Stromsensor eine Leiterplatte, welche elektrisch mit dem integrierten Schaltkreis gekoppelt ist.
Mit der Leiterplatte lassen sich von dem integrierten Schaltkreis erhaltene elektrische Signale verarbeiten, insbesondere glätten, filtern und/oder verstärken, um sie im Wesentlichen ohne Störungen einer Auswertung zuführen zu können.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die vom integrierten Schaltkreis an die Leiterplatte übertragenen elektrischen Signale analoge Signale mit Spannungen im Niedervolt-Bereich sind.
Die Leiterplatte weist vorzugsweise eine Signalschnittstelle auf, mit welcher sie an eine Auswertungseinheit anschließbar ist zwecks Auswertung der generierten elektrischen Signale.
Die Leiterplatte kann eine Digitalisierungseinheit umfassen, welche die analogen Signale des integrierten Schaltkreises bzw. der Leiterplatte in digitale Signale umwandelt, wobei die weniger störungsanfälligen, digitalisierten Signale eine zuverlässige Übermittlung der gemessenen Informationen an die Auswertungseinheit gewährleisten.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Leiterplatte des Stromsensors nicht in der Unterbrechung des Rings angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest das dem Stromsensor zugeordnete Leitungselement als Steckkontakt ausgebildet.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind beide Leitungselemente des Hochvolt- Anschlussmoduls als Steckkontakte ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest das dem Stromsensor zugeordnete Leitungselement als Schraubkontakt ausgebildet ist.
Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Hochvolt-Anschlussmodul dann vorteilhaft ausgebildet, wenn es ein Gehäuse aufweist, welches die Leitungselemente des Hochvolt-Anschlussmoduls zumindest bereichsweise oder abschnittsweise umgibt. Insbesondere können die Leitungselemente in dem bzw. vom Gehäuse eingebettet sein. In einer Ausführungsform des jeweiligen Leitungselements, in dem dieses als Steckkontakt ausgebildet ist, steht der zur Steck-Kontaktierung ausgebildete Abschnitt des Leitungselements aus dem Gehäuse hervor.
Es ist in einer günstigen Ausgestaltungsform vorgesehen, dass auch der Stromsensor zumindest abschnittsweise vom Gehäuse eingeschlossen bzw. eingebettet ist. Insbesondere kann der Stromsensor abschnittsweise vom das Gehäuse ausbildenden Material umspritzt sein. In einer Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass der Stromsensor mit all seinen Bestandteilen gesamtheitlich vom das Gehäuse ausbildenden Material umspritzt bzw. vom Gehäuse eingeschlossen bzw. eingebettet ist, ohne dass dabei seine Funktion maßgeblich beeinträchtigt ist.
Das Gehäuse des Hochvolt-Anschlussmoduls kann ein Formelement, einen sogenannten Interlock, aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, bei Integration des Hochvolt-Anschlussmoduls in einen Stromrichter eine mechanische formschlüssige Verbindung mit einem komplementär ausgestalteten Verbindungselement des Stromrichters zu realisieren. Derart kann eine elektrische Kontaktierung am Hochvolt- Anschlussmodul mechanisch gesichert werden. Außerdem wird damit verhindert, dass ein falscher Steckkontakt mit den Leitungselementen zusammengeführt wird.
Das erfindungsgemäße Hochvolt-Anschlussmodul weist den Vorteil auf, dass aufgrund der Integration des Stromsensors in das Hochvolt-Anschlussmodul auf eine gesonderte Anordnung eines Stromsensors verzichtet werden kann.
Damit wird mindestens eine Schnittstelle/Kontaktierungsschnittstelle eingespart. Außerdem wird dadurch eine Einsparung von Bauraum sowie eine Einsparung von Fertigungskapazitäten erreicht. Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Stromrichter zur Verfügung gestellt, der ein erfindungsgemäßes Hochvolt-Anschlussmodul und damit elektrisch verbunden einen Wechselrichter sowie ein Hochvolt-Ausgangsmodul zur Bereitstellung von elektrischer Wechselspannung im Hochvolt-Bereich umfasst.
Entsprechend ist vorgesehen, dass der Wechselrichter zwischen der am Hochvolt- Anschlussmodul anliegenden Gleichspannung und der am Hochvolt-Ausgangsmodul anliegenden Wechselspannung umwandelt. Vorzugsweise handelt es sich um eine dreiphasige Wechselspannung.
Der Stromrichter kann dabei derart ausgeführt sein, dass das Hochvolt- Anschlussmodul eine Kontaktierungseinrichtung an einem Gehäuse des Stromrichters ausbildet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Hochvolt-Anschlussmodul den Stromrichter mit einem elektrischen Energiespeicher, wie z.B. einer Batterie, verbindet, und dass das Hochvolt-Ausgangsmodul den Stromrichter mit einer elektrischen Antriebseinheit, z.B. einer elektrischen Rotationsmaschine, verbindet. Damit ist die vom elektrischen Energiespeicher bereitgestellte Gleichspannung im Stromrichter in Wechselspannung wandelbar, mit welcher die elektrische Antriebseinheit betreibbar ist.
Der Stromrichter kann des Weiteren einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator aufweisen, welcher im elektrischen Übertragungspfad zwischen dem Hochvolt- Anschlussmodul und dem Wechselrichter angeordnet ist, zwecks elektrischer Kopplung des Hochvolt-Anschlussmoduls und des Wechselrichters auf einer gemeinsamen Gleichspannungsebene.
Der Wechselrichter ist mit dem Hochvolt-Ausgangsmodul über drei stromführende Phasen-Leitungen verbunden, wobei vorzugsweise an einer jeweiligen dieser Phasen- Leitungen ein weiterer Stromsensor angeordnet ist. In alternativer Ausgestaltung kann der Stromrichter nur an zwei der drei stromführenden Phasen-Leitungen einen weiteren Stromsensor aufweisen. Entsprechend kann eine Strommessung im Stromrichter am Hochvolt-Anschlussmodul im Gleichspannungs-Bereich, und zwischen dem Wechselrichter und dem Hochvolt-Ausgangsmodul im Wechselspannungs-Bereich realisiert sein. Ein einer Phase zugeordneter Stromsensor kann dabei erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Das bedeutet, dass vorgesehen sein kann, das Hochvolt-Ausgangsmodul grundsätzlich identisch zum erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmodul auszugestalten. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Stromsensor im Hochvolt-Ausgangsmodul für jede der drei stromführenden Phasen-Leitungen einen integrierten Schaltkreis, besonders bevorzugt einen integrierten Schaltkreis und eine Leiterplatte, aufweist. Vorzugsweise weist der Stromsensor im Hochvolt- Ausgangsmodul weiterhin für jede der drei stromführenden Phasen-Leitungen einen Ring aus einem leitfähigen bzw. ferromagnetischen Material zwecks Abschirmung und Konzentration der Magnetfelder der drei stromführenden Phasen-Leitungen auf.
In einer Ausführungsform des Stromrichters ist der Stromsensor an der Innenseite eines Stromrichtergehäuses angeordnet.
Das bedeutet, dass der Sensor in einem Innenraum angeordnet ist, der vom Stromrichtergehäuse ausgebildet ist. Wenn vom Stromrichter umfasst, sind im selben Innenraum auch der Wechselrichter und/ oder der Gleichstrom- Zwischenkreiskondensator angeordnet. Zudem kann bereichsweise auch das Hochvolt-Ausgangsmodul in diesem Innenraum angeordnet sein.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
Fig. 1: ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Stromrichters mit einem erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmodul in Seitenansicht,
Fig. 2: eine erste perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt- Anschlussmoduls in Explosionsdarstellung, Fig. 3: eine zweite perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt- Anschlussmoduls,
Fig. 4: eine Vorderansicht der zweiten perspektivischen Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls,
Fig. 5: eine dritte perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt- Anschlussmoduls und
Fig. 6: eine schematische Darstellung des Stromrichters.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Stromrichters 3 in Seitenansicht gezeigt.
Im Ausschnitt ist bereichsweise ein Gehäuse 32 des Stromrichters 3 dargestellt sowie ein erfindungsgemäßes Hochvolt-Anschlussmodul 1 des Stromrichters 3 mit einem im Modul integrierten, hier aber nicht dargestellten Stromsensor.
Das Hochvolt-Anschlussmodul 1 umfasst außerdem ein Gehäuse 10, welches einen inneren Gehäusebestandteil 11 und einen äußeren Gehäusebestandteil 12 aufweist. Mit dem inneren Gehäusebestanteil 11 ist das Hochvolt-Anschlussmodul 1 in einem vom Gehäuse 32 des Stromrichters 3 definierten Innenraum 37 angeordnet, wobei der äußere Gehäusebestandteil 12 außerhalb des Gehäuses 32 des Stromrichters 3 angeordnet ist.
Das Hochvolt-Anschlussmodul 1 umfasst zudem zwei Leitungselemente 13, wobei in der Ansicht gemäß Figur 1 das zweite Leitungselement vom ersten Leitungselement 13 verdeckt ist. Die Leitungselemente 13 sind bereichsweise vom Gehäuse 10 des Hochvolt-Anschlussmoduls 1 eingebettet und erstrecken sich aus dem inneren Gehäusebestandteil 11 heraus bereichsweise in den Innenraum 37 des Gehäuses 32 des Stromrichters 3. Dabei dienen die Leitungselemente 13 z.B. als Steckkontakte oder Schraubkontakte zwecks der elektrischen Verbindung des Hochvolt- Anschlussmoduls 1 an einen weiteren Bestandteil des Stromrichters 3. Am inneren Gehäusebestandteil 11 ist des Weiteren ein Interlock 15 ausgebildet, welcher sich als ein hervorstehendes Formelement, im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung der Leitungselemente 13, in den Innenraum 37 des Gehäuses 32 des Stromrichters 3 erstreckt. Der Interlock 15 dient dabei bei Integration des Hochvolt-Anschlussmoduls 1 in den Stromrichter 3 der formschlüssigen, mechanischen Verbindung mit einem komplementär ausgestalteten, hier nicht dargestellten Formelement. Damit kann sichergestellt werden, dass bei der Kontaktierung des Hochvolt-Anschlussmoduls 1 ein definiertes elektrisches Steckelement zur Realisierung der elektrischen Verbindung genutzt wird.
Am äußeren Gehäusebestandteil 12 ist ein Kabelbaum 40, welcher hier abschnittsweise dargestellt ist, mit dem Hochvolt-Anschlussmodul 1 verbunden. Der Kabelbaum 40 dient dabei der elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Speichereinheit (hier nicht dargestellt), so dass das Hochvolt-Anschlussmodul 1 als Gleichspannungs-Eingangsverbindung 30 des Stromrichters 3 fungiert.
Figur 2 zeigt eine erste perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt- Anschlussmoduls 1 in Explosionsdarstellung.
Der innere Gehäusebestandteil des Gehäuses 10 des Hochvolt-Anschlussmoduls 1 ist hier nicht dargestellt, so dass der sich darin befindliche Stromsensor 2 des Hochvolt- Anschlussmoduls 1 ersichtlich ist. Außerdem sind ein erster Ring 20 und ein zweiter Ring 21 zu erkennen.
Der zweite Ring 21 weist dabei eine Unterbrechung 22 auf, wohingegen der erste Ring 20 ein geschlossener Ring ist. Die beiden Ringe 20, 21 sind aus einem leitfähigen, insbesondere eisenhaltigen Material bzw. einem ferromagnetischen Material ausgestaltet und dienen jeweils zur Abschirmung und Konzentration eines um das jeweilige Leitungselement 13, 14 bestehenden Magnetfelds. Der Stromsensor 2 umfasst einen integrierten Schaltkreis 23 sowie eine Leiterplatte 24, die in Figur 2 zur besseren Verdeutlichung beabstandet zueinander dargestellt sind.
Der integrierte Schaltkreis 23 dient als eigentliche Sensierungseinrichtung, mit welcher sich Daten bzw. Messsignale generieren und zur Weiterverarbeitung umsetzen lassen. Zwecks Übertragung dieser Daten bzw. Messsignale bildet der integrierte Schaltkreis 23 mehrere Leiterpins 26 aus.
Die Leiterplatte 24 dient der elektrischen Kopplung mit dem integrierten Schaltkreis 23 zwecks Weiterverarbeitung, insbesondere Verstärkung, Glättung und/oder Verstärkung, der von dem integrierten Schaltkreis 23 erhaltenen elektrischen Signale. Die Leiterplatte 24 kann als primäre Auswerteelektronik bezeichnet werden und weist zudem eine Signalschnittstelle 25 auf, mit welcher sie an eine Auswertungseinheit, auch sekundäre Auswerteelektronik genannt, (hier nicht dargestellt) anschließbar ist zwecks Auswertung der generierten elektrischen Signale. Die Signalschnittstelle 25 ist dabei durch mehrere Leiterpins 26 realisiert.
In Fig. 3 ist eine zweite perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt- Anschlussmoduls 1 gezeigt.
Die perspektivische Darstellung gemäß Figur 3 entspricht dabei der ersten perspektivischen Darstellung gemäß Figur 2, mit dem Unterschied, dass die Bestandteile des Stromsensors 2 sowie die Ringe 20, 21 in Figur 3 an ihrer korrekten bzw. endgültigen Position angeordnet sind.
Es ist ersichtlich, dass der erste Ring 20 um das erste Leitungselement 13 herum angeordnet ist, und dass der zweite Ring 21 um das zweite Leitungselement 14 herum angeordnet ist. Entsprechend dient der erste Ring 20 der Abschirmung des Magnetfelds des ersten Leitungselements 13 und der zweite Ring 21 der Abschirmung des Magnetfelds des zweiten Leitungselements 14 sowie der Konzentration des Magnetfelds des zweiten Leitungselements 14 in der Unterbrechung 22 zum Zweck der Messung des zweiten Leitungselements 14. Zudem sind der erste Ring 20 und der zweite Ring 21 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, zu welcher die Längsachsen der elektrischen Leitungselemente 13, 14 im Wesentlichen senkrecht verlaufen.
Des Weiteren ist ersichtlich, dass die Leiterplatte 24 derart benachbart zu den beiden Ringen 20, 21 angeordnet ist, dass die Ebene der Leiterplatte 24 zu der gemeinsamen Ebene der Ringe 20, 21 im Wesentlichen senkrecht verläuft.
Der integrierte Schaltkreis 23 ist auf der den Ringen 20, 21 zugewandten Seite der Leiterplatte 24 angeordnet, sodass er sich in der Unterbrechung 22 des zweiten Rings 21 befindet.
Fig. 4 zeigt ergänzend zu Figur 3 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls 1.
Hieraus ist erkennbar, dass der integrierte Schaltkreis 23 in der Unterbrechung 22 des zweiten Rings 21 angeordnet ist.
Das heißt, dass der integrierte Schaltkreis 23 des Stromsensors 2 zwischen zwei stirnseitigen Flächen von aufeinander weisenden Endabschnitten des unterbrochenen zweiten Rings 21 angeordnet ist.
Der zweite Ring 21 realisiert im Bereich der Unterbrechung eine Homogenisierung und Konzentration des Magnetfelds des zweiten elektrischen Leitungselements 14, so dass der in der Unterbrechung 22 positioniere integrierte Schaltkreis 23 eine besonders zuverlässige Messung des Stroms im zweiten elektrischen Leitungselements 14 ausführen kann.
Durch die Abschirmung des Magnetfelds des ersten elektrischen Leitungselements 13 durch den ersten Ring 20 nimmt das Magnetfeld des ersten elektrischen Leitungselements 13 keinen Einfluss auf die Strommessung des zweiten elektrischen Leitungselements 14.
Die Leiterpins 26 des integrierten Schaltkreises 23 realisieren zudem eine elektrische Kontaktierung zwischen dem integrierten Schaltkreis 23 und der Leiterplatte 24. In Fig. 5 zeigt eine dritte perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls 1.
Die Darstellung gemäß Figur 5 entspricht dabei der zweiten perspektivischen Darstellung gemäß Figur 3, mit dem Unterschied, dass die Bestandteile des Stromsensors 2 sowie die Ringe in Figur 5 von einem Sensorgehäuse 27 umgeben sind.
Das Sensorgehäuse 27 umfasst eine Schnittstellenöffnung 28, in welcher die Leiterpins 26 der Signalschnittstelle 25 angeordnet sind, so dass eine elektrische Kontaktierung der Leiterplatte 24 realisierbar ist.
Das Sensorgehäuse 27 ist dabei Bestandteil des hier nicht dargestellten inneren Gehäusebestandteils des Gehäuses 10 des Hochvolt-Anschlussmoduls 1.
In Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stromrichters 3 gezeigt.
Der Stromrichter 3 umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvolt-Anschlussmodul 1 , einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 35, einen Wechselrichter 34 sowie ein Hochvolt-Ausgangsmodul 33.
Der Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 35 und der Wechselrichter 34 befinden sich im vom Gehäuse 32 des Stromrichters 3 ausgebildeten Innenraum 37. Das Hochvolt-Anschlussmodul 1 wie auch das Hochvolt-Ausgangsmodul 33 befinden sich abschnittsweise im vom Gehäuse 32 des Stromrichters 3 ausgebildeten Innenraum 37.
Der Wechselrichter 34 ist im elektrischen Übertragungspfad zwischen dem Hochvolt- Anschlussmodul 1 und dem Hochvolt-Ausgangsmodul 33 angeordnet. Entsprechend ist vorgesehen, dass der Wechselrichter 24 am Hochvolt-Anschlussmodul 1 anliegende Gleichspannung in am Hochvolt-Ausgangsmodul 33 anliegende Wechselspannung umwandelt.
Der Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 35 ist im elektrischen Übertragungspfad zwischen dem Hochvolt-Anschlussmodul 1 und dem Wechselrichter 34 angeordnet. Das Hochvolt-Anschlussmodul 1 ist dabei mittels seines ersten Leitungselements 13 und seines zweiten Leitungselements 14 elektrisch mit dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 35 gekoppelt und der Gleichstrom- Zwischenkreiskondensator 35 ist wiederum elektrisch über zwei Gleichstrom- Leitungen mit dem Wechselrichter 34 gekoppelt. Mittels des Gleichstrom- Zwischenkreiskondensators 35 ist eine elektrische Kopplung des Hochvolt- Anschlussmoduls 1 und des Wechselrichters 34 auf einer gemeinsamen Gleichspannungsebene realisiert.
Der Wechselrichter 34 ist mit dem Hochvolt-Ausgangsmodul 1 über drei stromführende Phasen-Leitungen 36 verbunden, wobei an einer jeweiligen dieser Phasen-Leitungen 36 ein weiterer Stromsensor 38 angeordnet ist.
Bei Integration des Stromrichters 3 in ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs kann das Hochvolt-Anschlussmodul 1 des Stromrichters 3 der elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Energiespeicher, wie z.B. einer Batterie, dienen, und das Hochvolt-Ausgangsmodul 33 des Stromrichters 3 kann der elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Antriebseinheit, z.B. einer elektrischen Rotationsmaschine dienen.
Das Hochvolt-Anschlussmodul 1 fungiert damit als eine Gleichspannungs- Eingangsverbindung 30 im Hochvoltbereich des Stromrichters 3, wobei das Hochvolt- Ausgangsmodul 33 als eine Wechselspannungs-Ausgangsverbindung 31 im Hochvoltbereich des Stromrichters 3 fungiert.
Die vom elektrischen Energiespeicher bereitgestellte Gleichspannung wird im Wechselrichter 34 des Stromrichters 3 in Wechselspannung gewandelt, mit welcher die elektrische Antriebseinheit betreibbar ist. Eine Strommessung im Stromrichter 3 findet dabei am Hochvolt-Anschlussmodul 1 bei Gleichspannung und zwischen dem Wechselrichter 34 und dem Hochvolt- Ausgangsmodul 33 bei Wechselspannung statt.
Mit dem erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmodul sowie dem Stromrichter lassen sich in konstruktiv einfacherWeise und mit geringen Bauraumanforderungen ein optimaler Betrieb und eine zuverlässige Strommessung realisieren.
Bezuqszeichenliste
1 Hochvolt-Anschlussmodul
2 Stromsensor
3 Stromrichter
10 Gehäuse des Hochvolt-Anschlussmoduls
11 innerer Gehäusebestandteil
12 äußerer Gehäusebestandteil
13 erstes Leitungselement
14 zweites Leitungselement
15 Interlock
20 erster Ring
21 zweiter Ring
22 Unterbrechung
23 integrierter Schaltkreis
24 Leiterplatte
25 Signalschnittstelle
26 Leiterpin
27 Sensorgehäuse
28 Schnittstellenöffnung
30 Gleichspannungs-Eingangsverbindung
31 Wechselspannungs-Ausgangsverbindung
32 Gehäuse des Stromrichters
33 Hochvolt-Ausgangsmodul
34 Wechselrichter
35 Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator
36 stromführende Phasen-Leitung
37 Innenraum des Gehäuses des Stromrichters
38 weiterer Stromsensor
40 Kabelbaum

Claims

Patentansprüche
1. Hochvolt-Anschlussmodul (1 ) zur Realisierung eines elektrischen Gleichspannungs-Anschlusses im Hochvolt-Bereich, umfassend im Modul (1) integriert einen Stromsensor (2) zur Messung des vom Hochvolt-Anschlussmodul (1) übertragenen Stroms.
2. Hochvolt-Anschlussmodul (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvolt-Anschlussmodul (1) zwei stromführende Leitungselemente (13, 14) umfasst, wobei der Stromsensor (2) einem der beiden Leitungselemente (13, 14) zugeordnet ist.
3. Hochvolt-Anschlussmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (2) in einem von einem Magnetfeld um das elektrische Leitungselement (13, 14) durchdrungenen oder durchdringbaren Raum angeordnet ist.
4. Hochvolt-Anschlussmodul (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zur räumlichen Begrenzung des Magnetfeldes abschnittsweise durch einen Ring (20, 21) aus einem leitfähigen Material abgeschirmt ist.
5. Hochvolt-Anschlussmodul (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (20, 21) eine Unterbrechung (22) aufweist, in der der Stromsensor (2) zumindest abschnittsweise angeordnet ist.
6. Hochvolt-Anschlussmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (2) einen integrierten Schaltkreis (23) umfasst.
7. Hochvolt-Anschlussmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (2) eine Leiterplatte (24) umfasst, welche elektrisch mit dem integrierten Schaltkreis (23) gekoppelt ist.
8. Hochvolt-Anschlussmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das dem Stromsensor (2) zugeordnete Leitungselement (13, 14) als Steckkontakt ausgebildet ist.
9. Stromrichter (3), umfassend ein Hochvolt-Anschlussmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, sowie damit elektrisch verbunden einen Wechselrichter (34) sowie ein Hochvolt-Ausgangsmodul (33) zur Bereitstellung von elektrischer Wechselspannung im Hochvolt-Bereich.
10. Stromrichter (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, wobei der Stromsensor (2) an der Innenseite eines Stromrichtergehäuses (32) angeordnet ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021209142A1 (de) 2021-08-19 2023-02-23 Zf Friedrichshafen Ag Montagemodul zum Anschluss von mindestens einem Phasenausgang einer Invertervorrichtung sowie Inverteranordnung mit der Invertervorrichtung sowie dem Montagemodul
DE102022207175A1 (de) 2022-07-13 2024-01-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Verbindungselement, elektrische Rotationsmaschine sowie Kraftfahrzeug

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200069A1 (de) 2013-01-17 2014-07-17 Lear Corporation Stromsammelschiene, elektrische Verbinderanordnung und Stromrichter
US20140357126A1 (en) * 2012-01-05 2014-12-04 Japan Aviation Electronics Industry, Limited Connector and connector assembly
US20150295366A1 (en) 2014-04-10 2015-10-15 Hitachi Metals, Ltd. Connector
DE102015202770A1 (de) * 2015-02-16 2016-08-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung zur integrierten Strommessung innerhalb einer Hochvolt-Kontaktierung eines Hybridmoduls und Hybridmodul mit der Vorrichtung
DE202018100223U1 (de) 2017-01-30 2018-01-24 Lisa Dräxlmaier GmbH Hochvoltsteckverbinder
DE102017200050A1 (de) * 2017-01-04 2018-07-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Anschlussmodul für einen elektrischen Energiespeicher sowie Energieversorgungssystem
DE102018206240A1 (de) * 2017-05-29 2018-11-29 Yazaki Corporation Verbindervorrichtung
DE102018109547A1 (de) * 2018-04-20 2019-10-24 Phoenix Contact E-Mobility Gmbh Ladeverbinder

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140357126A1 (en) * 2012-01-05 2014-12-04 Japan Aviation Electronics Industry, Limited Connector and connector assembly
DE102014200069A1 (de) 2013-01-17 2014-07-17 Lear Corporation Stromsammelschiene, elektrische Verbinderanordnung und Stromrichter
US20150295366A1 (en) 2014-04-10 2015-10-15 Hitachi Metals, Ltd. Connector
DE102015202770A1 (de) * 2015-02-16 2016-08-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung zur integrierten Strommessung innerhalb einer Hochvolt-Kontaktierung eines Hybridmoduls und Hybridmodul mit der Vorrichtung
DE102017200050A1 (de) * 2017-01-04 2018-07-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Anschlussmodul für einen elektrischen Energiespeicher sowie Energieversorgungssystem
DE202018100223U1 (de) 2017-01-30 2018-01-24 Lisa Dräxlmaier GmbH Hochvoltsteckverbinder
DE102018206240A1 (de) * 2017-05-29 2018-11-29 Yazaki Corporation Verbindervorrichtung
DE102018109547A1 (de) * 2018-04-20 2019-10-24 Phoenix Contact E-Mobility Gmbh Ladeverbinder

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