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Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Anschlussmodul zur Realisierung eines elektrischen Gleichspannungs-Anschlusses im Hochvolt-Bereich sowie einen Stromrichter.
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Aus dem Stand der Technik sind diverse Stromrichter bekannt, die Hochvolt-Anschlussmodule aufweisen.
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Diese finden insbesondere Verwendung für eine sichere und normgerechte elektrische und mechanische Verbindung in Hochvoltbordnetzen von Kraftfahrzeugen.
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Die
DE 20 2018 100 223 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.
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Aus der
DE 10 2014 200 069 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 10 2014 200 069 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.
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In der
US 2015 0295366 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hochvolt-Anschlussmodul sowie einen damit ausgestatteten Stromrichter zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacher Weise und mit geringen Bauraumanforderungen einen optimalen Betrieb und eine zuverlässige Strommessung realisieren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Hochvolt-Anschlussmodul weist den Vorteil auf, dass somit in kompakter Weise 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.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Hochvolt-Anschlussmodul zwei stromführende Leitungselemente, wobei der Stromsensor einem der beiden Leitungselemente zugeordnet ist.
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In entsprechender Weise ist der Stromsensor dazu eingerichtet, den aktuell in dem ihm zugeordneten Leitungselement übertragenen Strom zu messen.
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Es ist demzufolge vorgesehen, dass der Stromsensor den Strom am Pluspol oder am Minuspol misst.
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In einer Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass beiden Leitungselementen jeweils ein Stromsensor zugeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Stromsensor in einem von einem Magnetfeld um das elektrische Leitungselement durchdrungenen oder durchdringbaren Raum angeordnet.
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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.
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Der Sensor kann vom elektrischen Leitungselement galvanisch getrennt positioniert sein.
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Dabei ist der Raum zur räumlichen Begrenzung des Magnetfeldes abschnittsweise durch einen Ring aus einem leitfähigen Material abgeschirmt.
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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.
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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.
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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.
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In einer ergänzenden Ausführungsform weist der Ring eine Unterbrechung auf, in der der Stromsensor zumindest abschnittsweise angeordnet ist.
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Das heißt, dass der Stromsensor zumindest abschnittsweise zwischen zwei stirnseitigen Flächen von aufeinander weisenden Endabschnitten des unterbrochenen Rings angeordnet ist.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Stromsensor einen integrierten Schaltkreis.
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Mit diesem integrierten Schaltkreis lassen sich die von der eigentlichen Sensierungseinrichtung, wie zum Beispiel einem Hall-Sensor, generierten Daten bzw. Messsignale zur Weiterverarbeitung umsetzen.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass wenigstens der integrierte Schaltkreis des Stromsensors in der Unterbrechung des Rings angeordnet ist.
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Gemäß einer ergänzenden Ausführungsform umfasst der Stromsensor eine Leiterplatte, welche elektrisch mit dem integrierten Schaltkreis gekoppelt ist.
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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.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die vom integrierten Schaltkreis an die Leiterplatte übertragenen elektrischen Signale analoge Signale mit Spannungen im Niedervolt-Bereich sind.
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Die Leiterplatte weist vorzugsweise eine Signalschnittstelle auf, mit welcher sie an eine Auswertungseinheit anschließbar ist zwecks Auswertung der generierten elektrischen Signale.
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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.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Leiterplatte des Stromsensors nicht in der Unterbrechung des Rings angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest das dem Stromsensor zugeordnete Leitungselement als Steckkontakt ausgebildet.
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In vorteilhafter Ausgestaltung sind beide Leitungselemente des Hochvolt-Anschlussmoduls als Steckkontakte ausgebildet.
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In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest das dem Stromsensor zugeordnete Leitungselement als Schraubkontakt ausgebildet ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Damit wird mindestens eine Schnittstelle/Kontaktierungsschnittstelle eingespart. Außerdem wird dadurch eine Einsparung von Bauraum sowie eine Einsparung von Fertigungskapazitäten erreicht.
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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.
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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.
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Der Stromrichter kann dabei derart ausgeführt sein, dass das Hochvolt-Anschlussmodul eine Kontaktierungseinrichtung an einem Gehäuse des Stromrichters ausbildet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In einer Ausführungsform des Stromrichters ist der Stromsensor an der Innenseite eines Stromrichtergehäuses angeordnet.
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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.
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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
- 1: ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Stromrichters mit einem erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmodul in Seitenansicht,
- 2: eine erste perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls in Explosionsdarstellung,
- 3: eine zweite perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls,
- 4: eine Vorderansicht der zweiten perspektivischen Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls,
- 5: eine dritte perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls und
- 6: eine schematische Darstellung des Stromrichters.
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In 1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Stromrichters 3 in Seitenansicht gezeigt.
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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.
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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.
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Das Hochvolt-Anschlussmodul 1 umfasst zudem zwei Leitungselemente 13, wobei in der Ansicht gemäß 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.
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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.
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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.
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2 zeigt eine erste perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls 1 in Explosionsdarstellung.
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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.
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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.
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Der Stromsensor 2 umfasst einen integrierten Schaltkreis 23 sowie eine Leiterplatte 24, die in 2 zur besseren Verdeutlichung beabstandet zueinander dargestellt sind.
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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.
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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.
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In 3 ist eine zweite perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls 1 gezeigt.
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Die perspektivische Darstellung gemäß 3 entspricht dabei der ersten perspektivischen Darstellung gemäß 2, mit dem Unterschied, dass die Bestandteile des Stromsensors 2 sowie die Ringe 20, 21 in 3 an ihrer korrekten bzw. endgültigen Position angeordnet sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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4 zeigt ergänzend zu 3 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls 1.
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Hieraus ist erkennbar, dass der integrierte Schaltkreis 23 in der Unterbrechung 22 des zweiten Rings 21 angeordnet ist.
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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.
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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.
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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.
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Die Leiterpins 26 des integrierten Schaltkreises 23 realisieren zudem eine elektrische Kontaktierung zwischen dem integrierten Schaltkreis 23 und der Leiterplatte 24.
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In 5 zeigt eine dritte perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Anschlussmoduls 1.
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Die Darstellung gemäß 5 entspricht dabei der zweiten perspektivischen Darstellung gemäß 3, mit dem Unterschied, dass die Bestandteile des Stromsensors 2 sowie die Ringe in 5 von einem Sensorgehäuse 27 umgeben sind.
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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.
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Das Sensorgehäuse 27 ist dabei Bestandteil des hier nicht dargestellten inneren Gehäusebestandteils des Gehäuses 10 des Hochvolt-Anschlussmoduls 1.
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In 6 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stromrichters 3 gezeigt.
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Der Stromrichter 3 umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvolt-Anschlussmodul 1, einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 35, einen Wechselrichter 34 sowie ein Hochvolt-Ausgangsmodul 33.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die vom elektrischen Energiespeicher bereitgestellte Gleichspannung wird im Wechselrichter 34 des Stromrichters 3 in Wechselspannung gewandelt, mit welcher die elektrische Antriebseinheit betreibbar ist.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018100223 U1 [0004]
- DE 102014200069 A1 [0005]
- US 20150295366 A1 [0006]
