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Die Erfindung betrifft einen Kühldeckel zum Kühlen von Leistungsendstufenmodulen. Ferner betrifft die Erfindung eine Leistungselektronik mit dem Kühldeckel und ein Hybridmodul mit der integrierten Leistungselektronikendstufe.
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Aus dem Stand der Technik sind vorwiegend extern verbaute Leistungselektroniken bekannt. Speziell zur Kühlung sind Kühlvorrichtungen zum Kühlen von Leistungsendstufenmodulen bekannt, bei welchen Kühlmittel durch einen Aluminiumkörper geführt wird.
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Nachteilig am Stand der Technik sind die hohen Fertigungskosten der Kühlvorrichtungen, der benötigte Bauraum, der für die minimale Wandstärke eines in die Kühlvorrichtung eingesetzten Kühldeckels vorzuhalten ist sowie deren Gewicht. Darüber hinaus werden die Endstufen auch suboptimal gekühlt indem das letzte Bauteil durch die serielle Gestaltung die Abwärme von den Vorgängern bekommt. Somit bekommt z.B. das zweite Leistungselektronikmodul die Abwärme des ersten Leistungselektronikmoduls, usw.. Diese Ausführung ist dadurch wenig effizient. Zusätzlich benötigen die Leistungselektronikmodule immer einen erheblichen Bauraum und eine hohe Anzahl an Schnittstellen im eingebauten Zustand. Insbesondere erfolgt dadurch eine Verdoppelung von Hoch-Volt- und Signal-Kontaktierungsschnittstelle zwischen Elektromotor und Leistungselektronik und eine Verdoppelung von Medienanschlüssen.
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Es besteht somit die technische Aufgabe, eine Kühlvorrichtung anzugeben, die die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet und kostengünstig und einfach herstellbar ist. Dabei ist es durch eine Integration wichtig, die Anzahl der Schnittstellen, wie zum Beispiel die Kühlwasseranschlüsse, die Hoch-Voltkontaktierung und die Signalkontaktierung zwischen einer Ansteuerung und einem Elektromotor zu minimieren, so dass die Kosten durch einerseits eine Verringerung der eingesetzten Teile und andererseits einen verkürzten Montageprozess gesenkt werden. Zusätzlich zu der Kostenersparnis, ist es durch die Integration auch möglich, eine optimierte Kombinierung zwischen dem Elektromotor und der Leistungselektronik zu gewährleisten.
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Ausgehend von den Nachteilen soll ein Konzept entwickelt werden, bei dem die Medienführung weniger Bauraum und Gewicht beansprucht. In diesem Zusammenhang sind auch die Abdichtung zur Endstufe, die Kühlwasserführung und Wärmeableitungsreduzierung zu den annähernden Bauteilen optimiert. Vorteilhafterweise wird die Medienführung und Kühlungswirkung bauraum-sparend und Effizienz-optimal integriert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch einen Kühldeckel zum Kühlen von Leistungsendstufenmodulen, aufweisend einen Kühlmediumhaupteinlass und einen Kühlmediumhauptauslass, dadurch gekennzeichnet, dass Zuleitungen und Kühlmediumführungen innerhalb des Kühldeckels angeordnet sind, wobei zwischen dem Kühlmediumhaupteinlass und den Kühlmediumführungen die Zuleitungen zur Verteilung von Kühlmedium im Kühldeckel vorgesehen sind, um die Leistungsendstufenmodule gleichzeitig zu kühlen.
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Durch das Vorsehen von im Kühldeckel integrierten Kühlmediumführungen zum Kühlen der Leistungselektronikmodule ist das Kühlmedium parallel innerhalb des Kühldeckels so verteilbar, dass die einzelnen außerhalb des Kühldeckels vorgesehenen Leistungsendstufenmodule gezielt kühlbar sind.
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Vorzugsweise weist der Kühldeckel an seiner Unterseite einen Kühlbereich auf. Dabei wird der Kühlbereich vom Kühlmedium gekühlt. Bevorzugt ist der Kühlbereich eingerichtet, auf die Leistungsendstufenmodule aufsetzt zu werden, um diese zu kühlen. Besonders bevorzugt ist das Kühlmedium ein Fluid.
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Die Leistungselektronikmodule werden optimal gekühlt, da das letzte Bauteil durch die nicht mehr serielle Gestaltung, die Abwärme von den Vorgängern nicht abbekommt.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Ableitung innerhalb des Kühldeckels angeordnet, die mit dem Kühlmediumhauptauslass verbunden ist. Nachdem das Kühlmedium den Kühldeckel durchströmt hat, gelangt das Kühlmedium über die Ableitung zum Kühlmediumhauptauslass. Bevorzugt zirkuliert das Kühlmedium im Kühldeckel.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht die Anzahl von Leistungselektronikmodulen der Anzahl von Kühlmediumführungen.
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Auf diese Weise sind die Leitungselektronikmodule gleichzeitig mittels des Kühldeckels kühlbar. Bevorzugt sind wenigstens zwei, besonders bevorzugt mindestens drei Leitungselektronikmodule mittels des Kühldeckels kühlbar.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Kühlmediumführungen einen Querschnitt auf, der verschiedene Widerstände einer Fluidführung entsprechend berücksichtigt.
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Auf diese Weise kann eine Verteilung des Kühlmediums über eine entsprechende Anpassung der Querschnitte erfolgen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht der Kühldeckel aus einem Kunststoff. Damit lassen sich die Produktionskosten und das Gewicht verringern.
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Bevorzugt sind die Zuleitungen, die Ableitung und die Kühlmediumführungen für die Leistungselektronikmodule aus Kunststoff.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine Leistungselektronik mit Leistungsendstufenmodulen und einem Kontrollmodul aufweisend
- – ein Leistungselektronikgehäuseunterteil, wobei die Leistungsendstufenmodule und das Kontrollmodul im Leistungselektronikgehäuseunterteil angeordnet sind, und
- – mindestens einen Kühldeckel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, der zumindest teilweise in das Leistungselektronikgehäuseunterteil einsetzbar und auf die Leistungsendstufenmodule aufsetzbar ist.
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Bevorzugt sind zwei Kühldeckel zur Kühlung eines Leistungsendstufenmoduls vorgesehen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Leistungselektronikgehäuseunterteil Anschlüsse für den Kühlmediumhaupteinlass und den Kühlmediumhauptauslass des Kühldeckels auf.
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Bevorzugt sind Abdichtungen zur Verbindung der Anschlüsse am Kühlmediumhaupteinlass und am Kühlmediumhauptauslass vorgesehen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Anschlüsse an eine Bauteilelektronik der Leistungselektronik anschließbar, um das Kühlmedium vom Kühlmediumhaupteinlass durch den Kühldeckel in Richtung zum Kühlmediumhauptauslass zu fördern.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Leistungselektronik ein Leistungselektronikgehäuseoberteil auf.
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Mittels des Leistungselektronikendstufengehäuseoberteils ist die Leistungselektronik von oben her abschließbar.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Leistungselektronik ferner eine Leistungselektronikendstufe mit einem Kontrollmodul, einem Powerpad und einer Stromsensorik auf.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Hybridmodul aufweisend eine integrierten Leistungselektronik.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht. Es zeigen:
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1a eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühldeckels,
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1b eine weitere schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühldeckels aus 1a von unten,
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2 einen Schnitt A-A durch einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Kühlkörpers aus 1b und
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3a den erfindungsgemäßen Kühldeckel aus 1a vor einem Einsetzen in eine Leistungselektronik,
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3b den erfindungsgemäßen Kühldeckel aus 1a nach einem Einsetzen in eine Leistungselektronik,
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3c den erfindungsgemäßen Kühldeckel vor einem Einsetzen in eine Leistungselektronik aus 3a aus einer anderen Perspektive und
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4 ein erfindungsgemäßes Hybridmodul mit der integrierten Leistungselektronik aus der 3b
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1a zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühldeckels.
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Der Kühldeckel 1 ist zum Kühlen von Leistungsendstufenmodulen 2, 3, 4 vorgesehen. Der Kühldeckel 1 weist einen Kühlmediumhaupteinlass 5 und mindestens einen Kühlmediumhauptauslass 6 auf. Über den Kühlmediumhaupteinlass 5 gelangt ein Kühlmedium in den Kühldeckel 1. Im Inneren des Kühldeckels 1 sind diverse Komponenten, wie Zuleitungen, Kühlmediumführungen zum Kühlen der Leistungselektronikmodule und eine Ableitung vorgesehen, die in der 2 dargestellt sind. Über den Kühlmediumhauptauslass 6 verlässt das Kühlmedium dann wieder den Kühldeckel 1.
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Der Kühldeckel 1 besteht aus einem Kunststoff. Die im Kühldeckel 1 angeordneten Komponenten sind vorzugsweise auch aus Kunststoff gefertigt.
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1b zeigt eine weitere schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühldeckels aus 1a von unten.
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An seiner Unterseite weist der Kühldeckel 1 einen Kühlbereich 18 und eine Abdichtungsnut 19 auf. Der Kühlbereich 18 ist eingerichtet, auf die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 aufsetzt zu werden und die Leistungselektronikmodule 2, 3, 4 zu kühlen. Die Abdichtungsnut 19 dient der Abdichtung nach außerhalb des Kühlbereichs 18.
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Mit dem Kühldeckel 1 wird für eine Medienführung weniger Bauraum und Gewicht beansprucht. In diesem Zusammenhang sind auch die Abdichtung zu einer Leistungselektronik, die Kühlwasserführung und Wärmeableitungsreduzierung zu umgebenden Bauteilen optimiert. Vorteilhafterweise ist die Medienführung und Kühlungswirkung bauraum-sparend und Effizienz-optimal integriert.
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2 zeigt einen Schnitt A-A durch einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Kühlkörpers aus 1b.
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Innerhalb des Kühldeckels 1 sind die Zuleitungen 7, 8, 9 und die Kühlmediumführungen 10, 11, 12 zum Kühlen der Leistungselektronikmodule 2, 3, 4, die außerhalb des Kühldeckels vorgesehen sind, angeordnet (vgl. 3a).
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Zwischen dem Kühlmediumhaupteinlass 5 und den Kühlmediumführungen 10, 11, 12 sind die Zuleitungen 7, 8, 9 zur Verteilung von Kühlmedium im Kühldeckel 1 angeordnet.
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Die Anzahl von Leistungselektronikmodulen 2, 3, 4 entspricht der Anzahl von Kühlmediumführungen 10, 11, 12. Es sind drei Leistungselektronikmodule 2, 3, 4 und drei Kühlmediumführungen 10, 11, 12 vorgesehen.
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Die Kühlmediumführungen 10, 11, 12 weisen einen Querschnitt auf, der die unterschiedlichen Fluidwiderstände harmonisiert.
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Beispielsweise weist
- – die Kühlmediumführung 12 eine Querschnittsfläche von A12 = 12,20 mm2,
- – die Kühlmediumführung 11 eine Querschnittsfläche von A11 = 16,78 mm2 und
- – die Kühlmediumführung 10 eine Querschnittsfläche von A10 = 27,45 mm2 auf. Damit ist A12 < A11 < A10.
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Die Kühlmediumführung 12 kühlt das Leistungselektronikmodul 4, die Kühlmediumführung 11 kühlt das Leistungselektronikmodul 3 und die Kühlmediumführung 10 kühlt das Leistungselektronikmodul 2.
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Durch das Vorsehen des Kühldeckels 1 mit den integrierten Kühlmediumführungen 10, 11, 12 kann das Kühlmedium parallel innerhalb des Kühldeckels 1 verteilt werden, um die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 gezielt zu kühlen.
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Das Kühlmedium gelangt über den Kühlmediumhaupteinlass 5 (siehe Fließrichtungen 24) in die Zuleitungen 7, 8, 9 zu den Kühlmediumführungen 10, 11, 12. Nachdem das Kühlmedium den Kühldeckel 1 durchströmt hat, gelangt das Kühlmedium (siehe Fließrichtung 25) in die Ableitung 9 zum Kühlmediumhauptauslass 6.
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Durch das Vorsehen des Kühldeckels 1 mit den drei die Kühlmediumführung 10, 11, 12 zum Kühlen der Leistungselektronikmodule 2, 3, 4 ist das Kühlmedium parallel innerhalb des Kühldeckels 1 so verteilbar, dass die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 gleichzeitig gekühlt werden können.
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3a zeigt den erfindungsgemäßen Kühldeckel aus 1a vor einem Einsetzen in eine Leistungselektronik.
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Die Leistungselektronik 14 weist ein Leistungselektronikgehäuseunterteil 15 auf, wobei die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 im Leistungselektronikgehäuseunterteil 9 angeordnet sind, und mindestens einen Kühldeckel 1, wie unter den 1a, 1b und 2 beschrieben.
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Der Kühldeckel 1 ist zumindest teilweise in das Leistungselektronikgehäuseunterteil 14 einsetzbar und auf die Leistungsendstufenmodule 2, 3, 4 aufsetzbar.
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Das Leistungselektronikgehäuseunterteil 14 weist Anschlüsse 16, 17 für den Kühlmediumhaupteinlass 5 und den Kühlmediumhauptauslass 6 des Kühldeckels 1 auf. Die Anschlüsse 16, 17 sind an eine Bauteilelektronik anschließbar, um das Kühlmedium vom Kühlmediumhaupteinlass 5 durch den Kühldeckel 1 in Richtung zum Kühlmediumhauptauslass 6 zu fördern.
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3b zeigt den erfindungsgemäßen Kühldeckel aus 1a nach einem Einsetzen in eine Leistungselektronik.
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Die Leistungselektronik 14 weist ferner einen Sensorikanschluss 21 und drei Statorstromschienen 20 auf.
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3c den erfindungsgemäßen Kühldeckel vor einem Einsetzen in eine Leistungselektronik aus 3a aus einer anderen Perspektive.
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Im Leistungselektronikgehäuseunterteil 15 sind noch ein Kontrollmodul 26, ein Powerboard 27 und eine Stromsensorik 28 vorgesehen.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmodul mit der integrierten Leistungselektronikaus der 3b.
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Das Hybridmodul 22 weist die Leistungselektronik 14 mit dem Kühldeckel 1 aus 1a, 1b und 2 und ein Leistungselektronikgehäuseoberteil 23 auf.
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Durch eine Integration lässt sich die Anzahl der Schnittstellen, wie zum Beispiel die Kühlwasseranschlüsse, die Hoch-Voltkontaktierung und die Signalkontaktierung zwischen einer Ansteuerung und einem Elektromotor derart minimieren, dass die Kosten durch einerseits eine Verringerung der eingesetzten Teile und andererseits einen verkürzten Montageprozess gesenkt werden können. Zusätzlich zu der Kostenersparnis, ist es durch die Integration auch möglich, eine Kombinierung zwischen dem Elektromotor und der Leistungselektronik zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühldeckel
- 2
- Leistungsendstufenmodul
- 3
- Leistungsendstufenmodul
- 4
- Leistungsendstufenmodul
- 5
- Kühlmediumhaupteinlass
- 6
- Kühlmediumhauptauslass
- 7
- Zuleitung
- 8
- Zuleitung
- 9
- Zuleitung
- 10
- Kühlmediumführung
- 11
- Kühlmediumführung
- 12
- Kühlmediumführung
- 13
- Ableitung
- 14
- Leistungselektronik
- 15
- Leistungselektronikgehäuseunterteil
- 16
- Anschluss
- 17
- Anschluss
- 18
- Kühlbereich
- 19
- Abdichtungsnut
- 20
- Statorstromschienen
- 21
- Sensorikanschluss
- 22
- Hybridmodul
- 23
- Leistungselektronikgehäuseoberteil
- 24
- Fließrichtung
- 25
- Fließrichtung
- 26
- Kontrollmodul
- 27
- Powerpad
- 28
- Stromsensorik
