CN112992530A - 功率电子系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种功率电子系统，其具有壳体、冷却装置、功率半导体模块和电容器装置，其中电容器连接装置的冷却部段与冷却装置的冷却表面导热接触。

Description

功率电子系统
技术领域
本发明涉及一种功率电子系统，其具有壳体、冷却装置、功率半导体模块、电容器装置以及将电容器装置电连接到功率半导体模块的至少一个电容器连接装置。
背景技术
DE 10 2015 113 873 B3公开了作为现有技术的一种功率电子模块，该功率电子模块被设计为具有壳体和布置在其中的电容器装置，其中壳体具有布置在内部的冷却表面，该冷却表面被设计为借助于冷却装置进行冷却，所述冷却装置集成在壳体中或者布置在外部，并且其中电容器装置具有电容器以及电容器母线，该电容器具有用于第一和第二极性的接触装置。该电容器母线具有第一扁平金属成形体和第二扁平金属成形体，其中第一扁平金属成形体导电地电连接至第一极性的第一接触装置，并且第二扁平金属成形体导电地电连接至第二极性的第二接触装置。此外，第一金属成形体的第一部段具有第一子部段和第二子部段，所述第一子部段平行于冷却表面并与冷却表面间隔开地布置，所述第二子部段与冷却表面热接触，其中两个子部段通过中间部段连接到彼此。
发明内容
本发明的目的是改善功率电子系统的相关部件的冷却。
根据本发明，该目的通过具有壳体、冷却装置、功率半导体模块和电容器装置的功率电子系统来实现，其中电容器连接装置的冷却部段与冷却装置的冷却表面导热接触。
有利的是，冷却装置是壳体的一体部分或布置在壳体中。术语“壳体的一体部分”应理解为是指壳体本身对功率电子系统的部件的冷却具有显著的贡献。该术语不涉及用于布置在壳体内部的冷却装置的连接元件。
特别优选的是，冷却表面布置在基座上或布置在凹部中。
有利的是，冷却部段设计成扇形的，或设计成手指形的，或设计成这些的混合形式。
优选地，每个电容器连接装置被设计为两个扁平金属成形体，每个扁平金属成形体具有一个接触装置，并且每个扁平金属成形体均在电容器装置和接触装置之间具有连接部段。在这种情况下，电容器连接装置之一的连接部段可以堆叠布置并且彼此平行地延伸，并且可以在连接部段之间布置绝缘材料，优选地布置绝缘箔片。
另外，有利的是，连接部段的轮廓具有倾斜部分，优选地具有多个倾斜部分。
特别有利的是，冷却部段被设计为冷却延伸部，例如被设计为鼻状的冷却延伸部，其是连接部段的一体部分并且对电容器连接装置的载流能力没有贡献。在这种情况下，冷却部段不直接位于电流流动方向上。这可以通过第一构造来实现，其中冷却延伸部从连接部段侧向地突出。可替代地，这可以通过第二构造来实现，其中在倾斜部分的区域中，冷却延伸部被设计为连接部段的无倾斜部分。
特别有利的是，冷却部段布置在连接部段的U形折叠部段的区域中。在这种情况下，特别有利的是，电容器连接装置之一的连接部段以堆叠布置，并且与冷却表面相邻布置的连接部段通过U形部段冷却，而另一个连接部段通过冷却延伸部冷却。
冷却装置可以被设计为具有入口和出口装置的液体冷却装置，或者被设计为空气冷却装置。
当然，只要不固有地或明确地排除这种情况，则在根据本发明的系统中，以单数提及的特征、特别是功率转换器模块也可以为复数的。
不言而喻的是，本发明的各种实施例可以单独地或以任何组合地实现，以实现改进。特别地，在不脱离本发明范围的情况下，以上特征和以下提到的那些特征不仅可以指定的组合来应用，而且可以其他组合或单独地应用。
附图说明
本发明的进一步的解释说明、有利的细节和特征从以下在图1a至图5中示意性示出的本发明的示例性实施例的描述或从其相关部分中得出。
图1a-图1c示出电容器连接装置的第一设计的两个视图。
图2a-图2c示出电容器连接装置的第二设计的两个视图。
图3示出根据本发明的功率电子系统的电容器装置。
图4和图5示出根据本发明的功率电子系统的各种三维视图。
具体实施方式
图1a-图1c示出电容器连接装置80的第一设计的两个视图以及替代实施例。示出电容器连接装置80的一部分，即具有倾斜部分806的金属成形体800的一部段。由箭头指示在连接部段804内的电流方向，该电流方向远离电容器装置或朝向电容器装置。冷却部段808形成在金属成形体800的一部段中，该部段形成为垂直于电流流动方向突出的冷却部段808，即形成为冷却延伸部。
显然，该冷却部段808对电容器连接装置80的载流能力没有贡献，因为它仅局部地增加了金属成形体800的横截面积，并且此外没有布置在电流流动的方向上。
还示出了冷却装置3的冷却表面300。冷却部段808完全搁置在该冷却表面300上，或如此处所示，搁置在该冷却表面300的至少主要部分上。主要部分认为是，当从冷却部段突出导致的表面的至少80％搁置在所分配的冷却表面上。
在部分图1a和图1b中，连接部段804的金属成形体800的冷却部段808基本为长方体形，而在部分图1c中，冷却部段808采取以扇形方式散开的指形式。
图2a-图2c示出电容器连接装置80的第二设计的两个视图以及替代实施例。同样，示出电容器连接装置80的一部分，即具有倾斜部分806的连接部段804的金属成形体800的部段。由箭头指示电流方向，该电流方向远离电容器装置或朝向电容器装置。冷却部段808形成在金属成形体800的一部段中，其在倾斜部分806的区域中形成为鼻形冷却延伸部，作为连接部段804的不倾斜部分。在此，冷却部段808进一步延伸第一部段的表面，而有助于载流能力的金属成形体800的第二部段在不同的方向(在此是垂直于第一部段的方向)上延伸过倾斜部分。
显然，该冷却部段808没有在电容器连接装置80的载流能力上作出贡献，因为它没有在电流的方向上布置。
在部分图2a和图2b中，冷却部段808的形状基本上是长方体和平面形状，而在部分图2c中，冷却部段808具有Z形的倾斜部段。该设计的冷却部段808以平面方式直接搁置在冷却装置3的所分配的冷却表面300上。在每种情况下，术语“直接搁置”是指在冷却表面300和冷却部段808之间仅布置一个绝缘材料主体380，特别是陶瓷或塑料箔片。因此，冷却部段808以导热的方式直接连接至冷却装置3。
图3示出根据本发明的功率电子系统的电容器装置5。该电容器装置5包括电容器壳体50和两个电容器连接装置80，82。第一电容器连接装置80提供到功率半导体模块的连接(参见图4和图5)，并且具有两个扁平的金属成形体800，810，两个扁平的金属成形体800，810被分配以第一极性和第二极性。在这些金属成形体800，810之间布置有用于使金属成形体从彼此电绝缘的绝缘箔片840。
每个金属成形体800，810具有三个接触装置802，812，在这种情况下是压力接触装置，每个接触装置旨在与功率半导体模块的三相中的每相的DC连接元件连接。
两个金属成形体800，810在从电容器装置5到接触装置802，812的整个路线中还具有多个倾斜部分806，816，多个倾斜部分806，816用于定位接触装置802，812，使得它们适合功率半导体模块。
第一电容器连接装置80的第一和第二金属成形体800，810形成堆叠，其中第二金属成形体810的部段均平行于冷却装置的冷却表面300延伸，参见图4和图5，并且布置在第一金属成形体800的相应部段与冷却表面300之间。
第一电容器连接装置80的第一金属成形体800具有两个附加的冷却部段808，两个附加的冷却部段808基本上以与根据图2a和图2b的那些冷却部段相同的方式设计。这些扁平的冷却区段808因此形成冷却延伸部，所述冷却延伸部对电流并且因此对第一金属成形体800的载流能力没有贡献。在倾斜部分806之一的区域中，冷却部段808形成为第一金属成形体800的不倾斜区域，参考图2a-图2c。因此，其是金属成形体800的一体部分，因为它们与金属成形体形成为一件。
第一电容器连接装置80的第二金属成形体810具有三个冷却部段818，三个冷却部段818在电流的方向上布置，并且因此有助于该第二金属成形体810的载流能力。在金属成形体810的U形折叠部段的区域中形成这些冷却部段818，作为该U形折叠部段的支脚部段。
因此，在直接与冷却表面300相邻的其路线的一部段中布置的电容器连接装置5的第二金属成形体810或连接部段814具有有助于金属成形体810的载流能力的冷却部段808，而在间接与冷却表面300相邻的其路线的所分配的平行部段中布置的电容器连接装置80的第一金属成形体800或连接部段804具有冷却延伸部形式的冷却部段808，其对金属成形体800的载流能力没有贡献。
第二电容器连接装置82用于将电容器装置连接至功率电子系统的外部连接元件(参见图4和图5)并因此提供其DC电流供应，并且具有两个扁平金属成形体820，830，它们被依次分配给第一和第二极性。
第二电容器连接装置82的两个金属成形体820，830均具有直接设置在电容器装置5上的冷却部段828，838，其均布置在连接部段824，834的U形折叠部段中。相应U形折叠部段的支脚部段与冷却装置3的所分配的冷却表面302直接导热接触，参考图4和图5。
图4和图5示出根据本发明的功率电子系统1的两个不同的三维视图。该横截面视图示出功率电子系统1的壳体2，在这种情况下，在没有一般性限制的情况下，其同时形成具有多个冷却腔32的冷却装置3(在此是液体冷却装置)。功率半导体模块4和电容器装置5布置在壳体2中。壳体2具有附加部件，诸如DC负载元件60，62和AC负载连接元件64等。
冷却装置3具有多个冷却表面300，302。功率半导体模块4布置在这些冷却表面之一上，并且以导热方式连接到冷却装置3。功率半导体模块4特别构造为从输入的DC电流产生三相的输出DC电流，其尤其用于驱动电动车辆中的马达。
如关于图3所描述的那样，电容器装置5包括电容器壳体50和两个电容器连接装置80，82。这些电容器连接装置80，82在图3下详细描述。
图4明确地示出第二电容器连接装置82的金属成形体820的连接部段824的冷却部段828的连接。该冷却部段828位于冷却装置的凹部中，以与冷却装置的凹部直接导热接触。在这种情况下，冷却部段828布置在连接部段824的U形折叠部段的区域中。
图5明确地示出冷却部段808的连接、或冷却流的连接、第一电容器连接装置80的第一金属成形体800的第一连接部段804的连接。该冷却延伸部位于冷却装置3的凹部320中，与冷却装置3的凹部320直接导热接触。

Claims (14)

1.功率电子系统(1)，其具有壳体(2)、冷却装置(3)、功率半导体模块(4)和电容器装置(5)，
其特征在于，电容器连接装置(80，82)的冷却部段(808，818，828，838)与冷却装置(3)的冷却表面(300，302)导热接触。
2.根据权利要求1所述的功率电子系统，其特征在于：
冷却装置(3)是壳体(2)的一体部分或布置在壳体(2)中。
3.根据权利要求1或2所述的功率电子系统，其特征在于：
冷却表面(302)布置在基座上或布置在凹部(320)中。
4.根据权利要求1或2所述的功率电子系统，其特征在于：
冷却段(808)设计成扇形或指形，或设计成它们的混合形式。
5.根据权利要求1或2所述的功率电子系统，其特征在于：
每个电容器连接装置(80，82)设计成两个扁平金属成形体(800，810，820，830)，每个扁平金属成形体(800，810，820，830)具有一个接触装置(802，812，822，832)，并且每个扁平金属成形体(800，810，820，830)均在电容器装置(5)和接触装置(802，812，822，832)之间具有连接部段(804，814，824，834)。
6.根据权利要求5所述的功率电子系统，其特征在于：
电容器连接装置(80)之一的连接部段(804，814)以堆叠布置并且彼此平行地延伸，并且其中在连接部段之间布置有绝缘材料。
7.根据权利要求5所述的功率电子系统，其特征在于：
连接部段(804，814，824，834)的轮廓具有倾斜部分(806，816，826，836)。
8.根据权利要求5所述的功率电子系统，其特征在于：
冷却部段(808，818)设计为冷却延伸部，其是连接部段(804，814)的一体部分，并且对电容器连接装置(80)的载流能力没有贡献。
9.根据权利要求8所述的功率电子系统，其特征在于：
在第一构造中，冷却延伸部从连接部段(804)侧向地突出。
10.根据权利要求8所述的功率电子系统，其特征在于：
在第二构造中，在倾斜部分(816，826，836)的区域中，冷却延伸部设计为连接部段(814，824，834)的不倾斜部分。
11.根据权利要求7所述的功率电子系统，其特征在于：
冷却部段(818，828，838)布置在连接部段(814，824，834)的U形折叠部段的区域中。
12.根据权利要求1或2所述的功率电子系统，其特征在于：
冷却装置(3)设计为具有入口和出口装置的液体冷却装置，或者设计为空气冷却装置。
13.根据权利要求6所述的功率电子系统，其特征在于：
绝缘材料是绝缘箔片(840)。
14.根据权利要求7所述的功率电子系统，其特征在于：
连接部段(804，814，824，834)的轮廓具有多个倾斜部分。
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