DE102018129411A1 - Verfahren und System zu einer Entwärmung bei einer Stromkompensationsschaltung - Google Patents

Verfahren und System zu einer Entwärmung bei einer Stromkompensationsschaltung Download PDF

Info

Publication number
DE102018129411A1
DE102018129411A1 DE102018129411.5A DE102018129411A DE102018129411A1 DE 102018129411 A1 DE102018129411 A1 DE 102018129411A1 DE 102018129411 A DE102018129411 A DE 102018129411A DE 102018129411 A1 DE102018129411 A1 DE 102018129411A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carrier plate
charger
compensation circuit
current
power semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018129411.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Daniel Spesser
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.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche 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 Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102018129411.5A priority Critical patent/DE102018129411A1/de
Priority to CN201911146084.9A priority patent/CN111211607B/zh
Priority to US16/691,700 priority patent/US11172596B2/en
Publication of DE102018129411A1 publication Critical patent/DE102018129411A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309Overheat or overtemperature protection
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04Regulation of charging current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20872Liquid coolant without phase change
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Verfahren zu einer Wärmeabfuhr bei einer Stromkompensationsschaltung (211, 221, 231), bei dem ein die Stromkompensationsschaltung (211, 221, 231) aufweisendes Ladegerät ein Laden einer Hochvoltbatterie ausführt, bei dem das Ladegerät an seiner Eingangsseite mit Wechselstrom aus einem Ladekabel versorgt wird und bei dem durch das Ladegerät an seiner Ausgangsseite Gleichstrom für das Laden der Hochvoltbatterie bereitgestellt wird, wobei das Ladegerät keine galvanische Trennung aufweist und durch den Wechselstrom in mindestens einem in dem Ladegerät an der Eingangsseite verbauten Kondensator, der mit einem Schutzleiter verbunden ist, ein jeweiliger Ableitstrom bewirkt wird, wobei der jeweilige Ableitstrom durch die Stromkompensationsschaltung (211, 221, 231) kompensiert wird, wobei die Stromkompensationsschaltung (211, 221, 231) durch eine Leistungshalbleiterelektronik (211, 221, 231) realisiert wird und wobei die dabei in der Leistungshalbleiterelektronik (211, 221, 231) entstehende Wärme durch eine Anbindung der Leistungshalbleiterelektronik (211, 221, 231) an eine Trägerplatte (212, 222, 232) innerhalb eines Gehäuses des Ladegerätes (100) abgeführt wird. Ferner wird ein das Verfahren ausführendes System beansprucht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zu einer Wärmeabfuhr von bei einer Stromkompensationsschaltung verwendeten Leistungshalbleitern.
  • Die beginnende Serienfertigung von Elektrofahrzeugen führt zu einem Anstieg im Einsatz elektronischer Bauteile, der Stückzahlen immens steigen und Einzelpreise teilweise fallen lassen wird. Gleichzeitig treten neue Anforderungen, wie bspw. Big Data, Connect oder Emobility hinzu. Eine diesbezügliche Neuausrichtung der bislang verbauten elektronischen Komponenten bedingt daher deren veränderte Aufteilung und Anordnung im Elektrofahrzeug.
  • Im Bereich der Hochvoltkomponenten ist derzeit ein einzelnes Housing, eine einzelne Befestigung, eine einzelne Kühlverschlauchung, und eine einzelne Verkabelung im Elektrofahrzeug vorzufinden, was einen hohen Montageaufwand und erhöhtes Fahrzeuggewicht bedeutet. Zudem besitzen heutige OnBoard-Ladegeräte aus Sicherheitsgründen eine galvanische Trennung zwischen dem Wechselstrom-Eingangsleistungsbereich und dem Gleichstrombereich der Hochvoltversorgung. Diese galvanische Trennung erfolgt traditionell über Transformatoren, welche einen hohen Gewichtseintrag mit sich bringen, und zumeist auch viel Platz im Einzelgehäuse des Ladegerätes einnehmen.
  • Bei der Druckschrift DE 10 2012 212 291 A1 wird eine Vorrichtung zum elektrischen Gleichstrom-Schnellladen beschrieben, welche Vorrichtungen für verschiedene Ladestandards vorsieht. Um die galvanische Trennung zu gewährleisten wird ein DC/DC-Resonanzwandler eingesetzt.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Lösungen bekannt, einen Ladevorgang einer Batterie ohne galvanische Trennung auszuführen. So beschreibt die Druckschrift DE 10 2010 062 972 A1 eine galvanisch nicht getrennte Ladebaugruppe, die während des Ladevorgangs über Schütze mit der zu ladenden Batterie verbunden ist. Solange der Ladevorgang anhält ist die Batterie, ebenfalls über Schütze, von einem Elektromotor getrennt.
  • Im Vergleich mit Transformatoren oder Schütze sind Leistungshalbleiter leichte und platzsparende elektronische Bauteile. Innerhalb der Fahrzeugtechnik wird eine generelle Anbindung von leistungselektronischen Bauteilen an Leiterplatte und Trägerplatte in der Druckschrift DE 10 2014 006 841 A1 offenbart. Die Trägerplatte dient hierbei auch als Kühlkörper für den Leistungshalbleiter.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein bzgl. Package, Effizienz, Gewicht, Kosten und Wirkungsgrad optimiertes und damit galvanisch nicht getrenntes Ladegerät zur Verfügung zu stellen, welches bei Anschluss eines Wechselstroms an das Ladegerät für eine Hochvoltbatterie eines Elektrofahrzeuges einen Gleichstrom bereitstellt. Die in der Fahrzeugtechnik gegebenen Bestimmungen, bspw. hinsichtlich Berührungssicherheit, müssen dabei gewährleistet sein, weshalb auf Grund der fehlenden galvanischen Trennung eine Sicherheitsschaltung notwendig ist, deren Bauteile Wärme entwickeln können, die abgeführt werden muss.
  • Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zu einer Wärmeabfuhr bei einer Stromkompensationsschaltung vorgeschlagen, bei dem ein die Stromkompensationsschaltung aufweisendes Ladegerät ein Laden einer Hochvoltbatterie ausführt, bei dem das Ladegerät an seiner Eingangsseite mit Wechselstrom aus einem Ladekabel versorgt wird und bei dem durch das Ladegerät an seiner Ausgangsseite Gleichstrom für das Laden der Hochvoltbatterie bereitgestellt wird, wobei das Ladegerät keine galvanische Trennung aufweist und durch den Wechselstrom in mindestens einem in dem Ladegerät auf der Eingangsseite verbauten Kondensator, der mit einem Schutzleiter verbunden ist, ein jeweiliger Ableitstrom bewirkt wird, wobei der jeweilige Ableitstrom durch die Stromkompensationsschaltung kompensiert wird, wobei die Stromkompensationsschaltung durch eine Leistungshalbleiterelektronik realisiert wird und wobei die dabei in der Leistungshalbleiterelektronik entstehende Wärme durch eine Anbindung der Leistungshalbleiterelektronik an eine Trägerplatte innerhalb eines Gehäuses des Ladegerätes abgeführt wird.
  • Bei dem Ladegerät kann es sich um ein sogenanntes SAC-Ladegerät handeln. SAC steht dabei als Abkürzung für Sine Amplitude Converter und tritt im Stand der Technik als gängiger Name für Netzteile auf, die auf Leiterplatten zu einer Spannungsversorgung eingesetzt werden. Hier bezeichnet das SAC-Ladegerät ein in einem Elektrofahrzeug, das ein Auto sein kann, eingebautes sogenanntes onboard Ladegerät zur Bereitstellung einer Ladespannung bei einem Ladevorgang.
  • Das Ladegerät besitzt vorteilhaft keinen Trenntransformator, um eine galvanische Trennung zu erreichen. Dadurch können sowohl Gewicht wie auch Kosten eingespart werden, da ein üblicherweise eingesetzter Transformator verhältnismäßig schwer und in der Herstellung teuer ist. Weiterhin können auch die für die galvanische Trennung üblicherweise mit dem Trenntransformator einhergehenden elektrischen Bauteile, wie bspw. Leistungsschalter und Dioden, eingespart werden. Vorteilhaft wird durch die in dem Ladegerät die galvanische Trennung ersetzenden elektrischen Bauteile eine Gleichspannungsrückspeisung von der Hochvoltbatterie in das Ladekabel und das damit verbundene Netz vermieden.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens trägt die erfindungsgemäß eingesetzte Stromkompensationsschaltung, auch als I-Comp bezeichnet, zu einer zur Einhaltung der Norm ISO 6469 zu gewährleistenden Berührungssicherheit bei. Die Stromkompensationsschaltung ist Teil einer Sicherheitsschaltung, welche in dem galvanisch nicht getrennten Ladegerät, auch als gng-Ladegerät bezeichnet, eine gleiche Sicherheit gewährleistet wie eine durch Trenntransformatoren bewirkte galvanische Trennung. Ein auf der Eingangsseite des Ladegerätes vorhandener Eingangsfilter, der bspw. ein Netzfilter mit einem sogenannten Y-Kondensator sein kann, weist mindestens einen mit dem Schutzleiter verbundenen Kondensator auf, der bei Anschluss eines Wechselstromes, bspw. mit einer 50/60 Hz Netzspannung, zu einem Ableitstrom führt. Es kann aber auch durch Leitungskapazitäten oder Wicklungen zu Ableitströmen kommen. Bei einer Beschädigung einer Isolationsschicht des Ladegerätes oder des Schutzleiters können solche Ableitströme zu einem den menschlichen Körper gefährdenden Berührstrom führen. Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Stromkompensationsschaltung kompensiert nun den jeweiligen Ableitstrom. Eine dabei in der Stromkompensationsschaltung entstehende Verlustleistung kann zwischen 2 W und 10 W betragen und tritt als Wärme zu Tage, die zwingend aus dem Gehäuse des Ladegerätes abgeführt werden muss, um einen Gehäuseinnenraum nicht weiter zu erhitzen. Zur Wärmeabfuhr muss die sich durch die Verlustleistung erhitzende Leistungshalbleiterelektronik an die Trägerplatte angebunden werden. Über die Trägerplatte wird dann die Wärme abgeführt.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anbindung durch einen Gap-Filler oder ein Gap-Pad zwischen der Leistungshalbleiterelektronik und der Trägerplatte bewirkt. Hierdurch wird der Luftspalt zwischen Leistungshalbleiterelektronik und Trägerplatte ausgefüllt und eine Wärmeabfuhr, die ansonsten auf wenige Kontaktpunkte oder Wärmestrahlung beschränkt ist, mittels Wärmeleitung durch den Gap-Filler oder das Gap-Pad gebildet.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anbindung durch eine auf die Leistungshalbleiterelektronik pressende Klammer, welche an der Trägerplatte befestigt ist, bewirkt. Um eine möglichst umfassende Kontaktbildung zwischen Leistungshalbleiterelektronik und Trägerplatte zu gewährleisten, wird ein Anpressdruck durch die erfindungsgemäße Klammer erzeugt. Dabei kann sich auch ein Gap-Filler oder ein Gap-Pad zwischen der Leistungshalbleiterelektronik und der Trägerplatte befinden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anbindung durch an der Leistungshalbleiterelektronik befestigte Klebefinnen, welche mit der Trägerplatte verklebt werden, bewirkt. Die Klebefinnen ragen bspw. an der Leistungshalbleiterelektronik parallel zur Trägerplatte heraus und sind dann zur Trägerplatte hin gebogen, wobei sie mit ihrem jeweiligen Ende mit der Trägerplatte mittels eines temperaturbeständigen Klebers verklebt sind.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Layout der Stromkompensationsschaltung direkt auf einer Trägerplatte angeordnet. Die Leistungshalbleiterelektronik Stromkompensationsschaltung wird damit nicht als separate integrierte Schaltung, bspw. als sogenannter Chip, gebildet, sondern die einzelnen elektrischen Bauteile der Leistungshalbleiterelektronik sowie Leiterbahnen zwischen ihnen werden direkt auf die Trägerplatte aufgebracht. An einer Unterseite der Trägerplatte wird dann ein wasserführendes Leitungssystem angeordnet. Auch andere Kühlmittel oder ein Anschluss an ein Kühlsystem eines Autos sind denkbar.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Trägerplatte eine IMS-Platine oder eine DBC-Platine gewählt. IMS steht als Abkürzung für Insulated Metal Substrate und besteht aus einer wärmeabführenden Leiterplatte mit einem Metallkern, bspw. aus Aluminium oder Kupfer, der von Leiterbahnen der Leistungshalbleiterschaltung bzw. -elektronik durch eine wärmeleitende, aber stromisolierende Schicht getrennt ist. Die sich durch die Verlustleistung bildende Wärme geht auf den Metallkern über und verteilt sich darin. Von der vergrößerten Fläche der Trägerplatte strahlt die Wärme dann passiv in eine Umgebung ab oder wird aktiv durch ein Kühlungssystem abgeführt. Wahlweise kann als Platinenmaterial auch keramikbasiertes Direct Bonded Copper, mit DBC abgekürzt, verwendet werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Trägerplatte eine Gehäusewand des Ladegerätes gebildet. Vorteilhaft kann somit materialsparend die Wärmeabfuhr direkt an eine Umgebung des SAC-Ladegerätes erfolgen.
  • Ferner wird ein System zu einer Wärmeabfuhr bei einer Stromkompensationsschaltung beansprucht, welches ein die Stromkompensationsschaltung aufweisendes galvanisch nicht getrenntes Ladegerät umfasst, an dessen Eingangsseite Wechselstrom aus einem Ladekabel anliegt bzw. anzulegen ist und das an dessen Ausgangsseite Gleichstrom für das Laden einer Hochvoltbatterie bereitstellt bzw. bereitstellen kann, wobei das Ladegerät auf seiner Eingangsseite mindestens einen mit einem Schutzleiter verbundenen Kondensator aufweist, wobei die Stromkompensationsschaltung dazu konfiguriert ist, einen jeweiligen durch den Wechselstrom in dem mindestens einen Kondensator bewirkten Ableitstrom zu kompensieren und wobei die Stromkompensationsschaltung eine Leistungshalbleiterelektronik umfasst, in welcher es durch die Kompensation des jeweiligen Ableitstroms zu einer Wärmeentwicklung kommt, und bei dem das System eine Trägerplatte aufweist, an welcher die Leistungshalbleiterelektronik angebunden ist und welche dazu ausgelegt ist, die Wärme aufzunehmen.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist das System zwischen Leistungshalbleiterelektronik und Trägerplatte einen Gap-Filler oder ein Gap-Pad auf. Eine Kontaktbildung zwischen Leistungshalbleiterelektronik, Gap-Filler oder Gap-Pad und Trägerplatte kann mechanisch durch eine Klammer oder Feder erhöht sein.
  • In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist das System ein direkt auf einer Trägerplatte angeordnetes Layout der Stromkompensationsschaltung auf und umfasst das System eine mit der Trägerplatte verbundene Wasserkühlung, die dazu ausgelegt ist, von der Stromkompensationsschaltung auf die Trägerplatte übertragene Wärme abzuführen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • 1 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Ladegerätes, welches eine an eine erfindungsgemäße Wärmeabfuhr angebundene Leistungshalbleiterelektronik aufweist.
    • 2 zeigt schematisch verschiedene durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Anbindungen der Leistungshalbleiterelektronik an eine Trägerplatte.
    • 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der ein Layout einer Stromkompensationsschaltung direkt auf einer wassergekühlten Trägerplatte angeordnet wird.
  • In 1 wird schematisch ein Schaltbild eines Ladegerätes 100 gezeigt, welches eine an eine erfindungsgemäße Wärmeabfuhr angebundene Leistungshalbleiterelektronik 111 aufweist. An einem Eingang zu einer Ladebuchse liegt Phase L1 101, Phase L2 102 und Phase L3 103 eines Wechselstroms sowie ein Neutralleiter 104 an. Weiter steht ein Schutzleiter 105 zur Verfügung. Neben der mit I-Comp bezeichneten Leistungshalbleiterelektronik 111 der Stromkompensationsschaltung weist das Ladegerät 100 weitere Module 110 und 120 bspw. hinsichtlich einer Leitungsunterbrechung, einer elektromagnetischen Verträglichkeit oder diverser Steuerungen auf. An einem Ausgang 108 und 109 wird von dem Ladegerät 100 eine Hochvoltspannung zu einem Laden einer Hochvoltbatterie 130 bereitgestellt.
  • In 2 werden schematisch verschiedene durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Anbindungen 210, 220, 230 der die Stromkompensationsschaltung I-Comp bildende Leistungshalbleiterelektronik 211, 221, 231 an eine Trägerplatte 212, 222, 232 gezeigt. Eine Wärmeabfuhr erfolgt dabei passiv durch die Trägerplatte 212, 222, 232, welche auch eine Gehäusewand des Ladegerätes sein kann. Bei der Anbindung 210 wird die Leistungshalbleiterelektronik 211 durch ein Gap-Pad 213 mit der Trägerplatte 212 verbunden. Anstatt des Gap-Pads 213 kann auch ein Gap-Filler verwendet werden. Bei der Anbindung 220 wird die Leistungshalbleiterelektronik 221 zusätzlich durch eine Klammer 224 auf das Gap-Pad 223 und weiter auf die Trägerplatte 222 gedrückt. Die Klammer 224, welche auch eine Metallfeder sein kann, ist durch eine Schraube 225 mit der Trägerplatte 222 verschraubt. Bei der Anbindung 230 wird die Leistungshalbleiterelektronik 231 durch Klebefinnen 234 mit einem temperaturbeständigen Kleber 235 mit der Trägerplatte 232 verklebt. Zwischen der Leistungshalbleiterelektronik 231 und der Trägerplatte 232 befindet sich ein Gap-Pad 233. Gegebenenfalls kann auch die Anbindung 220 mit der Klammer 224 und die Anbindung 230 mit Klebefinnen 234 kombiniert werden.
  • In 3 wird schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei der ein Layout 301 einer Stromkompensationsschaltung direkt auf einer wassergekühlten Trägerplatte 302 angeordnet wird. Das sich auf einer Leiterplatte befindliche Layout 301 ist mit der Trägerplatte 302 durch Schrauben 303 verschraubt. Die Trägerplatte 302, die auch eine Gehäusewand des Ladegerätes sein kann, ist fest mit einem kühlmitteldurchspülten Leitungssystem 310 verbunden. Ein Kühlmittel gelangt bei einem Anschluss 312 in das Leitungssystem 310, durchspült dieses entlang der Pfeile 316, nimmt dabei Wärme, welche als Verlustleistung in dem Layout 301 der Stromkompensationsschaltung erzeugt und an die Trägerplatte 302 weitergegeben wurde, aktiv auf, und verlässt das Leitungssystem 310 durch Anschluss 314. Die Anschlüsse 312 und 314 können mit einem Kühlsystem eines Autos verbunden sein. Bei dem Kühlmittel kann es sich um Wasser oder ein anderes gängiges Kühlmittel handeln.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012212291 A1 [0004]
    • DE 102010062972 A1 [0005]
    • DE 102014006841 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zu einer Wärmeabfuhr bei einer Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301), bei dem ein die Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301) aufweisendes Ladegerät (100) ein Laden einer Hochvoltbatterie (130) ausführt, bei dem das Ladegerät (100) an seiner Eingangsseite (101, 102, 103) mit Wechselstrom aus einem Ladekabel versorgt wird und bei dem durch das Ladegerät an seiner Ausgangsseite (108, 109) Gleichstrom für das Laden der Hochvoltbatterie (130) bereitgestellt wird, wobei das Ladegerät (100) keine galvanische Trennung aufweist und durch den Wechselstrom in mindestens einem in dem Ladegerät (100) an der Eingangsseite (101, 102, 103) verbauten Kondensator, der mit einem Schutzleiter (105) verbunden ist, ein jeweiliger Ableitstrom bewirkt wird, wobei der jeweilige Ableitstrom durch die Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301) kompensiert wird, wobei die Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301) durch eine Leistungshalbleiterelektronik (111, 211, 221, 231, 301) realisiert wird und wobei die dabei in der Leistungshalbleiterelektronik (111, 211, 221, 231, 301) entstehende Wärme durch eine Anbindung der Leistungshalbleiterelektronik (111, 211, 221, 231, 301) an eine Trägerplatte (212, 222, 232, 302) innerhalb eines Gehäuses des Ladegerätes (100) abgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anbindung durch einen Gap-Filler oder ein Gap-Pad (213, 223, 233) zwischen der Leistungshalbleiterelektronik (111, 211, 221, 231) und der Trägerplatte (212, 222, 232, 302) bewirkt wird.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Anbindung durch eine auf die Leistungshalbleiterelektronik (221) pressende Klammer (224), welche an der Trägerplatte (222) befestigt ist, bewirkt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Anbindung durch an der Leistungshalbleiterelektronik (231) befestigte Klebefinnen (234), welche mit der Trägerplatte (233) verklebt werden, bewirkt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Layout (301) der Stromkompensationsschaltung (111) direkt auf einer Trägerplatte (302) angeordnet wird und die Trägerplatte (302) mit einer Wasserkühlung (310) gekühlt wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem als Trägerplatte (212, 222, 232, 302) eine IMS-Platine oder eine DBC-Platine gewählt wird.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem durch die Trägerplatte (212, 222, 232, 302) eine Gehäusewand des Ladegerätes (100) gebildet wird.
  8. System zu einer Wärmeabfuhr bei einer Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301), welches ein die Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301) aufweisendes galvanisch nicht getrenntes Ladegerät (100) umfasst, an dessen Eingangsseite (101, 102, 103) Wechselstrom aus einem Ladekabel anliegt und das an dessen Ausgangsseite (108, 109) Gleichstrom für das Laden einer Hochvoltbatterie (130) bereitstellt, wobei das Ladegerät (100) auf seiner Eingangsseite mindestens einen mit einem Schutzleiter (105) verbundenen Kondensator aufweist, wobei die Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301) dazu konfiguriert ist, einen jeweiligen durch den Wechselstrom in dem mindestens einen Kondensator bewirkten Ableitstrom zu kompensieren und wobei die Stromkompensationsschaltung (111, 211, 221, 231, 301) eine Leistungshalbleiterelektronik (111, 211, 221, 231, 301) umfasst, in welcher es durch die Kompensation des jeweiligen Ableitstroms zu einer Wärmeentwicklung kommt, und bei dem das System schließlich eine Trägerplatte (212, 222, 232, 302) aufweist, an welcher die Leistungshalbleiterelektronik (111, 211, 221, 231, 301) angebunden ist und welche dazu ausgelegt ist, die Wärme aufzunehmen.
  9. System nach Anspruch 8, welches zwischen Leistungshalbleiterelektronik (111, 211, 221, 231) und Trägerplatte (212, 222, 232) einen Gap-Filler oder ein Gap-Pad (213, 223, 233) aufweist.
  10. System nach Anspruch 8, welches ein direkt auf einer Trägerplatte (302) angeordnetes Layout (301) der Stromkompensationsschaltung (111) aufweist und welches eine mit der Trägerplatte (302) verbundene Wasserkühlung (31) umfasst, die dazu ausgelegt ist, von der Stromkompensationsschaltung (111) auf die Trägerplatte (302) übertragene Wärme abzuführen.
DE102018129411.5A 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren und System zu einer Entwärmung bei einer Stromkompensationsschaltung Pending DE102018129411A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018129411.5A DE102018129411A1 (de) 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren und System zu einer Entwärmung bei einer Stromkompensationsschaltung
CN201911146084.9A CN111211607B (zh) 2018-11-22 2019-11-21 用于在电流补偿电路处排热的方法和***
US16/691,700 US11172596B2 (en) 2018-11-22 2019-11-22 Method and system for heat dissipation in a current compensation circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018129411.5A DE102018129411A1 (de) 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren und System zu einer Entwärmung bei einer Stromkompensationsschaltung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018129411A1 true DE102018129411A1 (de) 2020-05-28

Family

ID=70545500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018129411.5A Pending DE102018129411A1 (de) 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren und System zu einer Entwärmung bei einer Stromkompensationsschaltung

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11172596B2 (de)
CN (1) CN111211607B (de)
DE (1) DE102018129411A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060044762A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Vehicular power converter
DE102010034143A1 (de) * 2010-08-12 2012-02-16 Thomas Hofmann Träger für elektronische und elektrische Bauelemente
DE102010062972A1 (de) 2010-12-13 2012-06-14 Robert Bosch Gmbh Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs sowie Elektrofahrzeug
DE102012212291A1 (de) 2012-07-13 2014-02-20 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Aufbau von DC-Schnellladestationen
DE102012223369A1 (de) * 2012-08-30 2014-03-06 Mitsubishi Electric Corp. Schaltnetzteil
US20140197788A1 (en) * 2011-04-14 2014-07-17 Renault S.A.S. Device for charging a battery of a motor vehicle on the basis of a single-phase power supply network, and method of controlling the device
DE102014006841A1 (de) 2014-05-13 2015-11-19 Auto-Kabel Management Gmbh Schaltungsanordnung für Kraftfahrzeuge und Verwendung einer Schaltungsanordnung
US20170012030A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Delta Electronics,Inc. Power module with the integration of control circuit
DE102017109321A1 (de) * 2017-05-02 2018-11-08 Hanon Systems EMV-Filter

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914542A (en) * 1997-04-15 1999-06-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Super capacitor charging
US6388451B1 (en) * 2000-08-16 2002-05-14 Ford Global Technologies, Inc. Leakage current cancellation device
DE10216353A1 (de) * 2002-04-13 2003-10-30 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batterie
CN102111008A (zh) * 2009-12-29 2011-06-29 台达电子工业股份有限公司 电动汽车的高压电池充电***架构
TWI429175B (zh) * 2011-03-04 2014-03-01 Wen Chung Yeh 電源管理器、控制方法與積體電路
US20120229986A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 Muzahid Bin Huda Power conversion system using ferromagnetic enclosure with embedded winding to serve as magnetic component
US8810208B2 (en) * 2011-03-10 2014-08-19 Tesla Motors, Inc. Charging efficiency using selectable isolation
US20120249067A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Lear Corporation Apparatus for correcting a dc bias for leakage current
US8896263B2 (en) * 2011-04-27 2014-11-25 Eetrex, Inc. Critical mode control discontinuous mode boost-buck charger
FR2987515B1 (fr) * 2012-02-29 2015-01-23 Valeo Sys Controle Moteur Sas Dispositif de detection d'un courant de fuite comprenant une composante continue, embarque dans un vehicule, et applications dudit dispositif
US9931951B2 (en) * 2014-06-13 2018-04-03 University Of Maryland Integrated dual-output grid-to-vehicle (G2V) and vehicle-to-grid (V2G) onboard charger for plug-in electric vehicles
US9843206B2 (en) * 2015-09-11 2017-12-12 Renesas Electronics America Inc. Transformer less battery charger system
KR102059610B1 (ko) * 2015-12-18 2019-12-26 주식회사 엘지화학 고전도성 방열 패드를 이용한 인쇄회로기판의 방열 시스템
EP3439137A4 (de) * 2016-03-30 2019-02-06 BYD Company Limited Ladegerät in einem fahrzeug und fahrzeug
US10513185B2 (en) * 2017-12-20 2019-12-24 Ford Global Technologies, Llc Electrified vehicle ground fault monitoring system
US10879813B2 (en) * 2018-09-21 2020-12-29 Delta-Q Technologies Corp. Bridgeless single-stage AC/DC converter
KR102659239B1 (ko) * 2018-12-18 2024-04-18 현대자동차주식회사 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치
KR20200122033A (ko) * 2019-04-17 2020-10-27 현대자동차주식회사 통합형 컨버터 장치
KR20200124362A (ko) * 2019-04-23 2020-11-03 현대자동차주식회사 Y-커패시터를 선택적으로 접지와 연결하는 스위칭 수단의 진단 시스템
US11148545B2 (en) * 2019-05-07 2021-10-19 Ford Global Technologies Llc Vehicle ground fault detection
DE102019126438B4 (de) * 2019-10-01 2021-12-23 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kompensationsvorrichtung für Ableitströme

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060044762A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Vehicular power converter
DE102010034143A1 (de) * 2010-08-12 2012-02-16 Thomas Hofmann Träger für elektronische und elektrische Bauelemente
DE102010062972A1 (de) 2010-12-13 2012-06-14 Robert Bosch Gmbh Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs sowie Elektrofahrzeug
US20140197788A1 (en) * 2011-04-14 2014-07-17 Renault S.A.S. Device for charging a battery of a motor vehicle on the basis of a single-phase power supply network, and method of controlling the device
DE102012212291A1 (de) 2012-07-13 2014-02-20 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Aufbau von DC-Schnellladestationen
DE102012223369A1 (de) * 2012-08-30 2014-03-06 Mitsubishi Electric Corp. Schaltnetzteil
DE102014006841A1 (de) 2014-05-13 2015-11-19 Auto-Kabel Management Gmbh Schaltungsanordnung für Kraftfahrzeuge und Verwendung einer Schaltungsanordnung
US20170012030A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Delta Electronics,Inc. Power module with the integration of control circuit
DE102017109321A1 (de) * 2017-05-02 2018-11-08 Hanon Systems EMV-Filter

Also Published As

Publication number Publication date
CN111211607A (zh) 2020-05-29
CN111211607B (zh) 2023-05-30
US20200170141A1 (en) 2020-05-28
US11172596B2 (en) 2021-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69937847T2 (de) Verteilerkasten für fahrzeuge mit zwei netzwerken mit zwei verschiedenen versorgunsspannungen und fahrzeug mit einem derartigen verteilerkasten
DE102016206945A1 (de) Kombinierte Multilevel-Umrichter- und ACDC Leistungslade-Einheit
DE112006003033T5 (de) System und Verfahren zur allgemeinen Steuerung von Stromrichtern
DE112015001371T5 (de) Umsetzer und elektrische Leistungsumsetzungsvorrichtung
DE102009058270A1 (de) Leistungselektronische Baugruppe und Wechselrichteranordnung
DE202016105142U1 (de) Batterieladegerät für ein spurgebundenes Fahrzeug
DE112013006238T5 (de) Gleichtrom/Gleichstrom-Wandler
DE102012200979A1 (de) Energieversorgung und Stabilisierung des Bordnetzes mit Multischiene
DE102016223991A1 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
DE112013005919B4 (de) Elektrischer Kompressor mit integriertem Wechselrichter
DE102016204460A1 (de) Leistungselektronikmodul und Fahrzeugantriebsystem
DE102019127225A1 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE102018129413A1 (de) Verfahren und System zur Integration einer Ladeperipheriesteuerung in ein galvanisch nicht getrenntes Ladegerät
WO2011141234A1 (de) Leistungselektronikanordnung
DE102018129411A1 (de) Verfahren und System zu einer Entwärmung bei einer Stromkompensationsschaltung
DE102020102220A1 (de) Ladestecker für ein Ladekabel zum Anschließen an ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug und Ladesystem
DE102019127441A1 (de) Stromversorgungsvorrichtung
DE102020126771A1 (de) Leistungselektronikvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Leistungselektronikvorrichtung
DE102017204112A1 (de) Wechselrichteranordnung und Verfahren zum Herstellen einer Wechselrichteranordnung
DE102013207099A1 (de) Modulare Gleichspannungswandleranordnung
DE102021113090A1 (de) Leistungselektronik-Baugruppe und elektrischer Antriebsstrang
DE102020108267A1 (de) Steckverbindervorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Steckverbindervorrichtung
DE102015209352A1 (de) Leistungshalbleitermodul, Stromrichter und Fahrzeug
DE102019133274A1 (de) Antriebsstrang für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs
DE102018212841A1 (de) Elektrisches Bordnetz für ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit zwei elektrischen Verbrauchern und einer Entstöreinrichtung, sowie Kraftfahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication