DE102015109710A1 - Design of a power cell - Google Patents

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Abstract

Leistungszelle (1) für eine Leistungselektronik umfassend ein plattenähnliches Leistungsmodul (2) und eine Halterplatte (3), wobei eine erste Oberfläche (4) des Leistungsmoduls (2) und eine zweite Oberfläche (5) der Halterplatte (3) einen vorgebbaren Abstand (6) zueinander aufweisen, wobei ein plattenähnliches Zwischenelement (7) zumindest teilweise zwischen der ersten (4) und der zweiten Oberfläche (5) angeordnet ist und ein verformbares Spannelement (8) umfasst, wobei mittels Druckbeaufschlagung des Spannelements (8) in einer Richtung orthogonal zu der durch die Halterplatte (3) aufgespannten Ebene (9) Abweichungen des Abstandes (6) der ersten Oberfläche (4) gegenüber der zweiten Oberfläche (5) ausgleichbar sind, wobei das Spannelement (8) in einem zusammengebauten Zustand der Leistungszelle (1) verformt und in dem nicht-zusammengebauten Zustand der Leistungszelle (1) nicht-verformt ist.Power cell (1) for power electronics comprising a plate-like power module (2) and a holder plate (3), wherein a first surface (4) of the power module (2) and a second surface (5) of the holder plate (3) has a predeterminable distance (6 ), wherein a plate-like intermediate element (7) is at least partially disposed between the first (4) and the second surface (5) and comprises a deformable clamping element (8), wherein pressurizing the clamping element (8) in a direction orthogonal to the plane (9) spanned by the holder plate (3) can be compensated for deviations of the distance (6) of the first surface (4) from the second surface (5), wherein the clamping element (8) deforms in an assembled state of the power cell (1) and in the unassembled state of the power cell (1) is not deformed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungszelle für eine Leistungselektronik, wobei die Leistungszelle ein plattenähnliches Leistungsmodul und eine Halterplatte umfasst, wobei eine erste Oberfläche des Leistungsmoduls und eine zweite Oberfläche der Halterplatte einen vorgebbaren Abstand zueinander aufweisen.The invention relates to a power cell for power electronics, wherein the power cell comprises a plate-like power module and a holder plate, wherein a first surface of the power module and a second surface of the holder plate have a predeterminable distance from one another.

Es sind aus dem Stand der Technik Leistungszellen für Leistungselektroniken bekannt, welche aus verschiedenen Bauteilen, wie Leistungsmodul und Halterplatte, aufgebaut sind. Die Halterplatte der Leistungszelle dient im Allgemeinen dazu, dass die Leistungszelle mit einem anderen Bauteil verbindbar ist und somit an diesem Bauteil montierbar ist.Prior art power cells for power electronics are known, which are constructed of various components, such as power module and holder plate. The holder plate of the power cell generally serves to enable the power cell to be connected to another component and thus to be mounted on this component.

Um einen möglichst präzisen Aufbau der Leistungszelle zu erhalten, also einen Aufbau derart, dass die plattenähnlichen Bauteile möglichst parallel zueinander angeordnet sind, werden Ausgleichsscheiben zum Ausgleich von Abweichungen der Parallelität der entsprechenden Bauteile auszugleichen. Die Verwendung solcher Ausgleichsscheiben ist jedoch vor allem zeitintensiv, da nach jeder Verwendung einer Ausgleichsscheibe ein Messvorgang nötig ist, um zu überprüfen, ob sich die Parallelität innerhalb vorgeschriebener Toleranzbereiche bewegt. Darüber hinaus sind mehrere Ausgleichsscheiben verschiedener Dicke nötig, um eben diesen Ausgleich bewerkstelligen zu können, was auch eine Kostenerhöhung bedeutet. In order to obtain the most accurate possible construction of the power cell, ie a structure such that the plate-like components are arranged as parallel as possible to each other, shims are compensated to compensate for deviations of the parallelism of the corresponding components. The use of such shims is, however, above all time-consuming, since after each use of a shim, a measuring operation is necessary in order to check whether the parallelism moves within prescribed tolerance ranges. In addition, several shims of different thicknesses are needed to accomplish just this balance can, which also means an increase in cost.

Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und zeitreduzierende Alternative zu den Ausgleichsscheiben bereitzustellen, so dass die vorstehenden Nachteile überwunden werden können.It is therefore the object of the present invention to provide a simple and time-reducing alternative to the shims, so that the above disadvantages can be overcome.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungszelle, vorzugsweise für eine Leistungselektronik, umfassend ein plattenähnliches Leistungsmodul und eine Halterplatte, wobei eine erste Oberfläche des Leistungsmoduls und eine zweite Oberfläche der Halterplatte einen vorgebbaren Abstand zueinander aufweisen, wobei ein plattenähnliches Zwischenelement zumindest teilweise zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche angeordnet ist und ein verformbares Spannelement umfasst, wobei mittels Druckbeaufschlagung des Spannelements in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zu der durch die Halterplatte aufgespannten Ebene Abweichungen des Abstandes der ersten Oberfläche gegenüber der zweiten Oberfläche ausgleichbar sind, wobei das Spannelement in einem zusammengebauten Zustand der Leistungszelle nicht-verformt ist.This object is achieved by a power cell, preferably for power electronics, comprising a plate-like power module and a holder plate, wherein a first surface of the power module and a second surface of the holder plate have a predetermined distance from each other, wherein a plate-like intermediate element at least partially between the first and the second surface is arranged and comprises a deformable clamping element, wherein by pressurizing the clamping element in a direction substantially orthogonal to the plane spanned by the holder plate level deviations of the distance of the first surface from the second surface are compensated, wherein the clamping element in an assembled state of the power cell not deformed.

Unter der Begrifflichkeit „plattenähnlich“ ist hierbei zu verstehen, dass eine Höhenausdehnung klein gegenüber einer Breitenausdehnung und einer Längsausdehnung des betreffenden Bauelements ist.The term "plate-like" is to be understood here that a height extent is small compared to a width dimension and a longitudinal extent of the relevant component.

Dabei ist die von der Halterplatte aufgespannte Ebene vorzugsweise im Wesentlichen durch die Breitenausdehnung und der Längsausdehnung definiert, die Höhenausdehnung steht also im Wesentlichen senkrecht zu dieser Ebene.In this case, the plane spanned by the holder plate is preferably defined essentially by the width dimension and the longitudinal extent, ie, the height extent is essentially perpendicular to this plane.

Unter einem „Leistungsmodul“ ist das Bauteil der Leistungszelle zu verstehen, das einen Leistungshalbleiter umfasst, wie beispielsweise FET, MOSFET, TRIAC oder IGBT sein, wobei vorzugsweise ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) verwendet wird. Vorteile eines IGBT sind ein gutes Durchlassverhalten, eine hohe Sperrspannung und eine nahezu leistungslose Ansteuerung. Vorzugsweise wird das Leistungsmodul durch eine Steuerplatine gesteuert.A "power module" is to be understood as meaning the component of the power cell comprising a power semiconductor, such as FET, MOSFET, TRIAC or IGBT, preferably using an insulated gate bipolar transistor (IGBT). Advantages of an IGBT are good on-state behavior, high blocking voltage and almost powerless control. Preferably, the power module is controlled by a control board.

Eine „Leistungszelle“ umfasst vorliegend ein Leistungsmodul, eine Halterplatte und ein Zwischenelement, wobei das Zwischenelement zumindest teilweise zwischen der Halterplatte und dem Leistungsmodul angeordnet ist.In this case, a "power cell" comprises a power module, a holder plate and an intermediate element, wherein the intermediate element is arranged at least partially between the holder plate and the power module.

Erfindungsgemäß werden durch die Verformung des Spannelements, die im zusammengebauten Zustand der Leistungszelle mittels einer Druckbeaufschlagung des Spannelements hervorgerufen wird, Abweichungen des Abstandes der ersten Oberfläche gegenüber der zweiten Oberfläche ausgeglichen. Ist die Leistungszelle in einem nicht-zusammengebauten Zustand, so ist das Spannelement in einem nicht-verformten Zustand, da keine Druckbeaufschlagung auf das Spannelement wirkt.According to the invention, deviations of the distance of the first surface from the second surface are compensated by the deformation of the clamping element, which is caused in the assembled state of the power cell by means of a pressurization of the clamping element. If the power cell is in a non-assembled state, then the tension member is in a non-deformed state, since no pressurization acts on the tension member.

Die Druckbeaufschlagung des Spannelements wird dabei durch vorzugsweise durch den Anpressdruck der Halterplatte durch die Verbindung von dem Leistungsmodul, der Halterplatte sowie des Zwischenelements hervorgerufen. The pressurization of the clamping element is caused by preferably by the contact pressure of the holder plate by the connection of the power module, the holder plate and the intermediate element.

Allgemein wird unter dem Begriff „Leistungselektronik“ ein Bauteil verstanden, das mit Steuerung, Umformung und/oder dem Schalten von elektrischer Energie mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen zu tun hat. Die Steuerung bzw. die Umformung bzw. das Schalten geschieht hierbei vorteilhaft in dem Leistungsmodul. Generally, the term "power electronics" means a component that has to do with control, transformation and / or the switching of electrical energy with electrical or electronic components. The control or the transformation or switching takes place here advantageous in the power module.

Bevorzugt ist sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche derart gewählt, dass sie parallel zu der durch die Halterplatte aufgespannten Ebene liegen. Die Ebene ist vorzugsweise gleichbedeutend mit der zweiten Oberfläche der Halterplatte. Es ist auch denkbar, dass die ersten und die zweite Oberfläche beliebig gewählt werden können.Preferably, both the first and the second surface are chosen such that they are parallel to the plane spanned by the holder plate level. The plane is preferably equivalent to the second surface of the holder plate. It is also conceivable that the first and the second surface can be chosen arbitrarily.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement mit einer dritten Oberfläche des plattenähnlichen Zwischenelements verbunden, wobei vorzugsweise in einem zusammengebauten Zustand der Leistungszelle das Spannelement mit der zweiten Oberfläche in Kontakt steht. Vorteilhaft weist die dritte Oberfläche zu der zweiten Oberfläche hin. According to a preferred embodiment, the tensioning element is connected to a third surface of the plate-like intermediate element, wherein preferably in an assembled state of the power cell, the tensioning element is in contact with the second surface. Advantageously, the third surface faces the second surface.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der ersten Oberfläche des Leistungsmoduls und dem Zwischenelement eine Kontaktfläche ausgebildet.According to a preferred embodiment, a contact surface is formed between the first surface of the power module and the intermediate element.

Ist nun also das Spannelement mit einer dritten Oberfläche des Zwischenelements verbunden und mit der zweiten Oberfläche in Kontakt, wobei die die dritte Oberfläche zu der zweiten Oberfläche hinweist und zwischen der ersten Oberfläche und dem Zwischenelement eine Kontaktfläche ausgebildet, so ist ein möglicher Aufbau der Leistungszelle, von links nach rechts gesprochen, das Leistungsmodul, das Zwischenelement, das Spannelement und die Halterplatte. Dies ist insbesondere dadurch vorteilhaft, da das Spannelement von dem Leistungsmodul räumlich durch das Zwischenelement entfernt ist, insbesondere dann, wenn das Spannelement zumindest teilweise und/oder abschnittsweise aus Silikon oder einem anderen wärmeempfindlichen Material besteht, da das Leistungsmodul durch obig beschriebene Strom- und/oder Spannungssteuerung und dergleichen viel Abwärme produziert. If, therefore, the clamping element is connected to a third surface of the intermediate element and in contact with the second surface, which points to the third surface to the second surface and between the first surface and the intermediate element formed a contact surface, so is a possible construction of the power cell, spoken from left to right, the power module, the intermediate element, the clamping element and the holder plate. This is particularly advantageous because the clamping element of the power module is spatially removed by the intermediate element, in particular if the clamping element at least partially and / or partially made of silicone or other heat-sensitive material, since the power module by current and / or described above or voltage control and the like produces a lot of waste heat.

Vorteilhaft ist dabei das Zwischenelement aus einem wärmeabweisenden Material, also einem schlechten Wärmeleiter gefertigt, so dass nur eine geringe Wärmemenge zu dem Spannelement transportiert wird.The intermediate element made of a heat-rejecting material, that is to say a poor heat conductor, is advantageous, so that only a small amount of heat is transported to the clamping element.

Vorteilhaft sind das Leistungsmodul, die Halterplatte sowie das Zwischenelement miteinander verbindbar.Advantageously, the power module, the holder plate and the intermediate element are connected to one another.

Eine Möglichkeit zur Verbindung ist es, dass eine oder mehrere Verbindungsschrauben das Leistungsmodul, die Halterplatte und das Zwischenelement miteinander verbinden. Vorzugsweise umfasst die Halterplatte ein Durchgangsloch, in das die Verbindungsschraube eingebracht wird und in ein zu dem Gewinde der Schraube komplementäres Gewinde hineingeschraubt wird, so dass das Leistungsmodul, die Halterplatte und das Zwischenelement miteinander verbunden sind. Vorteilhaft ist die Verbindungsschraube derart ausgestaltet, dass das Gewinde der Schraube vollständig in ein komplementär dazu ausgebildetes Gewinde vollständig bis Anschlag hineingedreht werden kann. Vorzugsweise ist das Durchgangsloch derart ausgestaltet, dass die Halterplatte den Kopf der Verbindungsschraube vollständig aufnehmen kann, so dass keine Berührung des Schraubenkopfs mit anderen Bauteilen möglich ist.One way to connect is to have one or more connecting screws interconnect the power module, the holder plate and the intermediate element. Preferably, the holder plate includes a through hole into which the connecting screw is inserted and screwed into a thread complementary to the thread of the screw, so that the power module, the holder plate and the intermediate member are connected together. Advantageously, the connecting screw is designed such that the thread of the screw can be completely screwed completely into a complementary thread formed to stop. Preferably, the through hole is configured such that the holder plate can completely accommodate the head of the connecting screw, so that no contact of the screw head with other components is possible.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Halterplatte, das Zwischenelement und das Leistungsmodul mittels mindestens einer mit einem vorgebbaren Drehmoment eingebauten Verbindungsschraube verbindbar. Je nach Drehmoment, das zum Einbau dieser Verbindungsschraube verwendet wurde, kann die Druckbeaufschlagung des Spannelements durch die Halterplatte sowie die Bauhöhe der Leistungszelle eingestellt bzw. verändert werden. According to a particularly preferred embodiment, the holder plate, the intermediate element and the power module by means of at least one built-in with a predetermined torque connecting screw can be connected. Depending on the torque that was used to install this connecting screw, the pressurization of the clamping element by the holder plate and the height of the power cell can be adjusted or changed.

Je höher das Drehmoment gewählt wird, desto stärker wird das Spannelement durch die Halterplatte verformt, da die Bauhöhe insgesamt verringert wird. Mittels der Verbindungsschraube kann die Bauhöhe der Leistungszelle einfach variiert werden, so dass sie lediglich durch Veränderung des Drehmoments an die jeweilige Einbausituation angepasst werden kann. Das Spannelement gleicht dabei unabhängig vom gewählten Drehmoment Abweichung des Abstandes der ersten Oberfläche gegenüber der zweiten Oberfläche aus.The higher the torque is selected, the stronger the clamping element is deformed by the holder plate, since the overall height is reduced. By means of the connecting screw, the overall height of the power cell can be easily varied, so that it can be adapted to the respective installation situation only by changing the torque. The clamping element compensates regardless of the selected torque deviation of the distance of the first surface from the second surface.

Die Verbindungsschraube ist also mittels eines vorgebbaren Drehmoments anziehbar und einbaubar, wodurch die Halterplatte mit dem Zwischenelement und dem Leistungsmodul verbindbar ist. Durch Anziehen der Verbindungsschraube werden die Spannelemente verformt, wobei mittels dieser Verformung die Abweichungen des Abstandes ausgeglichen werden. Die Leistungszelle umfasst daher eine gewisse Vorspannung zwischen den Bauteilen Halterplatte, Zwischenelement und Leistungsmodul.The connecting screw can therefore be tightened and installed by means of a predefinable torque, whereby the holder plate can be connected to the intermediate element and the power module. By tightening the connecting screw, the clamping elements are deformed, by means of this deformation, the deviations of the distance are compensated. The power cell therefore includes a certain bias between the components holder plate, intermediate element and power module.

Denkbar ist es hierbei, dass die Schraube so lange in das komplementäre Gewinde hineingedreht wird, bis der Schraubenkopf vollständig in der Halterplatte versenkt worden ist. Es kann aber auch möglich sein, dass die Gewinde jeweils länger ausgestaltet sind als nötig, so dass ein weiteres Hineinschrauben der Verbindungsschraube möglich ist, wodurch dann die Spannelemente weiter verformt werden. It is conceivable here that the screw is screwed into the complementary thread until the screw head has been completely sunk into the holder plate. But it may also be possible that the threads are each made longer than necessary, so that a further screwing in the connecting screw is possible, whereby then the clamping elements are further deformed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement länglich ausgebildet. Weiter bevorzugt ist das Spannelement im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet. Vorteilhaft ist bei einer quaderförmigen Ausgestaltung des Spannelements eine der rechteckigen Grundflächen parallel zu der durch die Halterplatte aufgespannten Ebene ausgerichtet, so dass ein möglichst großer und planer Kontakt zwischen dem Spannelement und der Halterplatte bei einem zusammengebauten Zustand der Leistungszelle ausbildbar ist.According to a preferred embodiment, the clamping element is elongated. More preferably, the clamping element is designed substantially cuboid. Advantageously, in the case of a parallelepiped configuration of the clamping element, one of the rectangular base surfaces is aligned parallel to the plane spanned by the holder plate, so that the largest possible and flat contact between the clamping element and the holder plate can be formed in an assembled state of the power cell.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Spannelementen auf dem Zwischenelement angeordnet, wodurch die Druckbeaufschlagung durch die Druckbeaufschlagung gleichmäßig und flächig verteilt werden kann und dass durch eine geeignete Verteilung der Spannelemente zusätzlich ein Verkippen der Halterplatte gegenüber dem Leistungsmodul verhindert werden kann.According to a particularly preferred embodiment, a plurality of clamping elements is arranged on the intermediate element, whereby the pressurization by the pressurization are distributed uniformly and flat can and that by a suitable distribution of the clamping elements in addition a tilting of the holder plate relative to the power module can be prevented.

Eine vorteilhafte Anordnung der Spannelemente ist derart, dass die Längskanten der Spannelemente parallel zueinander ausgerichtet sind. Noch vorteilhafter sind die Längskanten in Längserstreckung des Zwischenelementes angeordnet, also insbesondere auch parallel zu dem Zwischenelement angeordnet sind.An advantageous arrangement of the clamping elements is such that the longitudinal edges of the clamping elements are aligned parallel to each other. Even more advantageously, the longitudinal edges are arranged in the longitudinal extent of the intermediate element, that is, in particular, they are also arranged parallel to the intermediate element.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement besonders gut verformbar, wenn das Spannelement zumindest einen in Längserstreckung des Spannelements verlaufenden Entlastungsbereich in Form eines Materialschnitts aufweist. Durch Verformung des Spannelements kann sich das Spannelement hierdurch sowohl nach außen als auch nach innen verformen.According to a preferred embodiment, the clamping element is particularly well deformable when the clamping element has at least one extending in the longitudinal direction of the clamping element relief area in the form of a material section. By deformation of the clamping element, the clamping element can thereby deform both outwardly and inwardly.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.

Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden von der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen: Other objects, advantages and advantages of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereby show:

1 die Leistungszelle in einer Explosionsdarstellung 1 the power cell in an exploded view

2A die Leistungszelle gemäß 1 in einer perspektivischen Vorderansicht 2A the power cell according to 1 in a perspective front view

2B die Leistungszelle gemäß 1 in einer perspektivischen Rückansicht 2 B the power cell according to 1 in a perspective rear view

3 die Leistungszelle gemäß 1 in einem Längsschnitt 3 the power cell according to 1 in a longitudinal section

4 die Leistungszelle gemäß 1 mit einer Leistungselektronik 4 the power cell according to 1 with power electronics

5A die Leistungszelle gemäß 1 an einem Stator befestigt 5A the power cell according to 1 attached to a stator

5B den Aufbau gemäß 5 dargestellt in einem Horizontalschnitt 5B according to the structure 5 shown in a horizontal section

6 die Leistungszelle gemäß 1 verbaut in einer elektrischen Maschine 6 the power cell according to 1 installed in an electric machine

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Leistungszelle 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, wobei die Leistungszelle 1 ein plattenähnliches Leistungsmodul 2, ein plattenähnliches Zwischenelement 7, eine Halterplatte 3 sowie eine Steuerplatine 17, auch Gateboard genannt, umfasst. Wie zu erkennen ist, sind mehrere, parallel zueinander angeordnete Spannelemente 8 auf dem Zwischenelement 7, insbesondere einer dritten Oberfläche 10, die auf die zweite Oberfläche 5 zuweist, angeordnet. Wie weiter zu erkennen ist, umfasst jeweils ein Spannelement 8 einen Entlastungsbereich 13, der als Materialschnitt 14 ausgebildet ist.In the 1 is a power cell according to the invention 1 shown in an exploded view, wherein the power cell 1 a plate-like power module 2 , a plate-like intermediate element 7 , a holder plate 3 and a control board 17 , also called gateboard, includes. As can be seen, are a plurality of mutually parallel clamping elements 8th on the intermediate element 7 , in particular a third surface 10 pointing to the second surface 5 assigns, arranged. As can also be seen, each comprises a tensioning element 8th a relief area 13 that as a material cut 14 is trained.

Es ist dahingehend auch denkbar, dass anstelle von einer Vielzahl von Spannelementen 8 ein einziges Spannelement 8 verwendet wird, das vorzugsweise eine oder mehrere Entlastungsbereiche 13 aufweist. It is also conceivable that instead of a variety of clamping elements 8th a single clamping element 8th is used, preferably one or more relief areas 13 having.

Die Spannelemente 8 werden vorliegenden in einem nicht-eingebauten Zustand der Leistungszelle 1 gezeigt. Werden das Leistungsmodul 2, das Zwischenelement 7 und die Halterplatte 3 miteinander, beispielsweise mittels einer oder mehrerer Verbindungsschrauben 15 miteinander verbunden, werden die Spannelemente 8 durch die Druckbeaufschlagung durch die Halterplatte 3 verformt, da vorzugsweise die Spannelemente 8 mit einem Übermaß in ihrer Höhenerstreckung H versehen sind, das heißt die Spannelemente 8 weisen eine größere Höhenerstreckung in einem nicht-zusammengebauten Zustand 23 der Leistungszelle 1 auf als im zusammengebauten Zustand 22 der Leistungszelle 1 auf. Hierdurch wird durch die Spannelemente 8 erfindungsgemäß eine Abweichung des Abstandes 6 des Leistungsmoduls 2 gegenüber der Halterplatte 4 ausgeglichen werden. The clamping elements 8th will be present in a non-installed state of the power cell 1 shown. Become the power module 2 , the intermediate element 7 and the holder plate 3 with each other, for example by means of one or more connecting screws 15 connected to each other, the clamping elements 8th by the pressurization by the holder plate 3 deformed, since preferably the clamping elements 8th are provided with an excess in their height extension H, that is, the clamping elements 8th have a greater height extent in a non-assembled state 23 the power cell 1 on as in the assembled state 22 the power cell 1 on. This is due to the clamping elements 8th According to the invention, a deviation of the distance 6 of the power module 2 opposite the holder plate 4 be compensated.

Ein Ausgleich der Abweichungen des Abstandes 6 mittels Spannelementen 8 erleichtert und vereinfacht den Zusammenbau einer Leistungszelle 1 enorm. Sind die Abweichungen ausgeglichen, kann auch eine Steuerplatine 17 besonders einfach montiert werden, da die Kontakte 18 des Leistungsmoduls 2 passend für Kontaktaufnahme 31 der Steuerplatine 17 ausgerichtet sind. Insbesondere sind das Leistungsmodul 2, die Halterplatte 3 und die darauf befestigte Steuerplatine 17 parallel zueinander ausgerichtet. Dies wird insbesondere durch den Ausgleich von Abweichungen des Abstandes 6 erreicht.A compensation of the deviations of the distance 6 by means of clamping elements 8th facilitates and simplifies the assembly of a power cell 1 enormously. If the deviations are balanced, can also a control board 17 be particularly easy to assemble, as the contacts 18 of the power module 2 suitable for contact 31 the control board 17 are aligned. In particular, the power module 2 , the holder plate 3 and the control board mounted thereon 17 aligned parallel to each other. This is done in particular by compensating for deviations of the distance 6 reached.

Die Verbindungsschraube 15 ist anziehbar und dadurch einbaubar, wodurch die Halterplatte 3 mit dem Zwischenelement 7 und dem Leistungsmodul 2 verbindbar ist. Durch Anziehen der Verbindungsschraube 15 werden die Spannelemente 8 verformt, wobei mittels dieser Verformung die Abweichungen des Abstandes 6 ausgeglichen werden. Die Leistungszelle 1 umfasst daher eine gewisse Vorspannung zwischen den Bauteilen Halterplatte 3, Zwischenelement 7 und Leistungsmodul 2.The connecting screw 15 is attachable and thus installable, reducing the holder plate 3 with the intermediate element 7 and the power module 2 is connectable. By tightening the connecting screw 15 become the clamping elements 8th deformed, whereby by means of this deformation, the deviations of the distance 6 be compensated. The power cell 1 Therefore, some bias between the components holder plate 3 , Intermediate element 7 and power module 2 ,

Im vorliegenden Fall wird die Schraube 15 bis Anschlag in die Verbindungsschraubenaufnahme 21 hineingedreht, so dass der Schraubenkopf 43 in einer Versenkung 44 der Halterplatte 3 vollständig versenkt ist.In the present case, the screw 15 until stop in the connection screw receptacle 21 screwed in, leaving the screw head 43 in a sinking 44 the holder plate 3 completely sunk.

Die Steuerplatine 17 ist dazu vorgesehen, den Strom bzw. die Spannung im Leistungsmodul 2 zu regeln. Das Leistungsmodul 2 ist hierzu mittels Kontaktbleche 32 und leitenden Kontaktschrauben 20 mit einer Stromversorgung (hier nicht gezeigt) verbunden. Diese Kontaktschrauben 20 dienen darüber hinaus der mechanischen Verbindung zu einem weiteren Bauteil. Ferner umfasst das Leistungsmodul 2 einen Stromausgang 19, der den geregelten Strom an ein anderes Bauteil, etwa den Stator (hier nicht gezeigt) und dessen Wicklungen abgibt.The control board 17 is intended to provide the current or voltage in the power module 2 to regulate. The power module 2 is this by means of contact plates 32 and conductive contact screws 20 connected to a power supply (not shown here). These contact screws 20 beyond that serve the mechanical connection to another component. Furthermore, the power module includes 2 a current output 19 which outputs the regulated current to another component, such as the stator (not shown here) and its windings.

In der 2A ist die in der 1 gezeigte Leistungszelle 1 in einem zusammengebauten Zustand und in einer perspektivischen Vorderansicht gezeigt und in der 2 ist die Leistungszelle 1 in einer perspektivischen Rückansicht dargestellt. In the 2A is the one in the 1 shown power cell 1 shown in an assembled state and in a perspective front view and in the 2 is the power cell 1 shown in a perspective rear view.

Wie zu erkennen ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kontakte 18 derart ausgerichtet sind, dass sie ohne weiteres in die Kontaktaufnahmen 31 der Steuerplatine hindurchpassen. Vorzugsweise sind die Kontakte im Wesentlichen senkrecht zur ersten Oberfläche 4 des Leistungsmoduls 2 ausgerichtet, so dass dann mittels der Spannelemente 8 sowohl die Halterplatte, insbesondere die zweite Oberfläche 5, und demnach auch die darauf montierte Steuerplatine 17 parallel zur ersten Oberfläche 4 ausgerichtet sind.As can be seen, it is particularly advantageous if the contacts 18 are aligned so that they readily in the contact recordings 31 pass through the control board. Preferably, the contacts are substantially perpendicular to the first surface 4 of the power module 2 aligned so that then by means of the clamping elements 8th both the holder plate, in particular the second surface 5 , and therefore also the control board mounted thereon 17 parallel to the first surface 4 are aligned.

Die 2B zeigt dabei die Leistungszelle 1 in einer perspektivischen Rückansicht von unten betrachtet.The 2 B shows the power cell 1 viewed in a perspective rear view from below.

Die 3 zeigt einen Längsschnitt der Leistungszelle 1 in einem zusammengebauten Zustand. Das Spannelement 8 ist mittels Übermaß eingezeichnet und gibt in der 3 nicht die tatsächliche Form an. Wie zu erkennen ist, werden von dem Spannelement 8 lediglich ein erstes Ende 8‘ und ein zweites Ende 8‘‘ gezeigt, der Rest des Spannelements 8 ist nicht zu sehen, da entlang des Materialschnitts 14 geschnitten worden ist. The 3 shows a longitudinal section of the power cell 1 in an assembled state. The tensioning element 8th is marked by oversize and gives in the 3 not the actual form. As can be seen, are of the tensioning element 8th only a first end 8th' and a second end 8th'' shown the rest of the clamping element 8th is not visible, because along the material section 14 has been cut.

Vorteilhaft weist das Leistungsmodul 2 eine Vertiefung 33 und das Zwischenelement 7 eine komplementär zur Vertiefung 33 ausgebildete Erhöhung 34 auf, so dass hierdurch eine noch einfachere Montage und zusätzlich eine bessere mechanische Verbindung des Leistungsmoduls 2 mit dem Zwischenelement 7 möglich ist. Advantageously, the power module 2 a depression 33 and the intermediate element 7 a complement to the recess 33 trained increase 34 on, so that thereby an even easier installation and in addition a better mechanical connection of the power module 2 with the intermediate element 7 is possible.

Wie weiter aus der 3 zu sehen ist, wurden die Halterplatte 3, das Zwischenelement 7 und das Leistungsmodul 2 mittels Verbindungsschrauben 15 miteinander verbunden. Die erste Oberfläche 4 weist hierbei von der zweiten Oberfläche 5 weg, es ist jedoch auch denkbar, dass die Oberfläche 4 auf die Oberfläche 5 hinzeigt. Diese Oberflächen sind als 4‘ und 5‘ gekennzeichnet. Als Bauhöhe 16 der Leistungszelle 1 im zusammengebauten Zustand wird die tatsächliche Höhe der Leistungszelle 1 bezeichnet.How further from the 3 can be seen, were the holder plate 3 , the intermediate element 7 and the power module 2 by means of connecting screws 15 connected with each other. The first surface 4 points here from the second surface 5 However, it is also conceivable that the surface 4 on the surface 5 pointing. These surfaces are called 4 ' and 5 ' characterized. As height 16 the power cell 1 when assembled, the actual height of the power cell 1 designated.

4 zeigt eine mögliche Leistungselektronik 24 mit Leistungszellen 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die Leistungselektronik umfasst mehrere Bauteile, zumindest ein Controlboard 25, auch Steuerboard genannt, das auf einer Trägerplatine 26, auch Supply-Board genannt, angeordnet und/oder integriert ist. Das Controlboard 25 ist dabei vorzugsweise elektrisch und/oder elektronisch mit der Trägerplatine 26 verbunden. Das Controlboard 25 regelt den Stromfluss bzw. den Spannungsabfall der Leistungszelle 1 und steuert die Leistungszelle 1 an. Darüber hinaus ist ein Zwischenkreisboard 28 vorgesehen, das an sich wie eine Schaltung von einem oder mehreren Kondensatoren wirkt. Das Zwischenkreisboard 28 wird also als eine Art Energiepuffer verwendet, um mindestens ein Umschalten der Leistungselektronik 24 und insbesondere eines Leistungshalbleiters 2 in einer Leistungszelle 1 puffern zu können. Dies ist notwendig, da jede elektrische bzw. elektronische Verbindung eine Induktivität darstellt und diese Induktivitäten zu einem Spannungseinbruch während eines Umschaltens führen. Das Zwischenkreisboard 28 dient also zur Kompensation von Induktivitäten und ermöglicht so eine möglichst fehlerfreie Verwendung der gesamten Leistungselektronik 24. 4 shows a possible power electronics 24 with power cells 1 according to a preferred embodiment. The power electronics comprises several components, at least one control board 25 , also called control board, that on a carrier board 26 , also called supply board, arranged and / or integrated. The controlboard 25 is preferably electrically and / or electronically with the carrier board 26 connected. The controlboard 25 regulates the current flow or the voltage drop of the power cell 1 and controls the power cell 1 at. In addition, a DC link board 28 provided, which acts as a circuit of one or more capacitors per se. The intermediate circuit board 28 So it is used as a kind of energy buffer to at least switch the power electronics 24 and in particular a power semiconductor 2 in a power cell 1 to be able to buffer. This is necessary because each electrical or electronic connection represents an inductance and these inductances lead to a voltage dip during a switchover. The intermediate circuit board 28 So it serves to compensate for inductances and thus allows the most error-free use of the entire power electronics 24 ,

Das Zwischenkreisboard 28 ist mit zuallererst mit der Stromversorgung 27 verbunden, die vom Fahrzeug her führt. Vom Zwischenkreisboard 28 wird der Strom dann über die leitenden Schrauben 20 und den Kontaktblechen 32 zum Leistungsmodul 2 geführt, wo er mittels der Controlboard 25, das entsprechende Signale über Verbindungen 29, 30 an die Steuerplatine übermittelt, gesteuert und geregelt wird. Die Steuerplatine umfasst dabei eine LV-Verbindung (Low-Voltage) 29 und eine HV-Verbindung (High-Voltage) 30 zur Trägerplatine 26 und dementsprechend mit dem Controlboard 25. Der geregelte Strom wird dann mittels eines Stromausgangs 19 von dem Leistungsmodul 2 weitergegeben.The intermediate circuit board 28 is first of all with the power supply 27 connected, which leads from the vehicle. From the DC circuit board 28 The current is then passed over the conductive screws 20 and the contact sheets 32 to the power module 2 led, where he by means of the controlboard 25 that signals through connections 29 . 30 is transmitted to the control board, controlled and regulated. The control board includes an LV connection (low-voltage) 29 and a HV connection (high-voltage) 30 to the carrier board 26 and accordingly with the controlboard 25 , The regulated current is then by means of a current output 19 from the power module 2 passed.

Die Spannelemente 8 sind dabei nicht nur zum Ausgleich von Abweichungen des Abstandes 6 der ersten 4 gegenüber der zweiten Oberfläche 5 geeignet, sondern auch noch für einen Ausgleich einer Kontaktfläche 39 einer Aufnahme 36 eines Stators 37 gegenüber der dieser Fläche 39 zugewandten Fläche 39‘ des Leistungsmoduls 2, wie aus den 5A und 5B zu erkennen ist.The clamping elements 8th are not just to compensate for deviations of the distance 6 the first 4 opposite the second surface 5 suitable, but also for a balance of a contact surface 39 a recording 36 a stator 37 opposite to this surface 39 facing surface 39 ' of the power module 2 , like from the 5A and 5B can be seen.

Die Aufnahme 36 ist dabei so gewählt, dass bei einem Einbau der Leistungszelle 1 in die Aufnahme 36 mittels Montageschrauben 35 die Bauhöhe 16 reduziert wird auf eine Einbauhöhe 16‘, wobei die Einbauhöhe 16‘ kleiner als die Bauhöhe 16 ist. Eine Reduzierung der Bauhöhe 16 ist hierbei mit einer stärkeren Verformung der Spannelemente 8 gleichzusetzen, da sonst kein anderes Bauelement der Leistungszelle 1 zu einer Verformung geeignet oder vorgesehen ist.The recording 36 is chosen so that when installing the power cell 1 in the recording 36 by means of mounting screws 35 the height 16 is reduced to a mounting height 16 ' , where the installation height 16 ' smaller than the height 16 is. A reduction in the height 16 is here with a greater deformation of the clamping elements 8th equate, otherwise no other component of the power cell 1 suitable for deformation or provided.

Aufgrund der zusätzlichen Verformung, insbesondere Höhenreduzierung, der Spannelemente 8 werden die Verbindungsschrauben 15 in der Höhenerstreckung gesehen nach oben geschoben, also entlang der Pfeilrichtung der Höhenerstreckung H. Durch diesen Einbau und mittels der Spannelemente 8 kann also auch ein Abstandsausgleich zwischen der Kontaktfläche 39 des Stators 37 und der Kontaktfläche 39‘ des Leistungsmoduls 2 vorgenommen werden. Hierdurch kann also eine möglichst großer Kontaktbereich 39‘‘ zwischen den Kontaktflächen 39, 39‘ erreicht werden.Due to the additional deformation, in particular height reduction, the clamping elements 8th be the connecting screws 15 as seen in the vertical extent pushed upwards, so along the arrow direction of the height extension H. Through this installation and by means of the clamping elements 8th So can also be a distance compensation between the contact surface 39 of the stator 37 and the contact surface 39 ' of the power module 2 be made. In this way, therefore, the largest possible contact area 39 '' between the contact surfaces 39 . 39 ' be achieved.

Wie weiter aus der 5B zu erkennen ist, umfasst das Zwischenelement 7 einen verbreiterten Rand 38 auf, wobei das Zwischenelement 7 mit dem Rand 38 derart als eine Aufnahme für das Leistungsmodul 2 ausgestaltet ist, dass das Leistungsmodul 2 zumindest teilweise mit dem Rand 38 zumindest kraftschlüssig wirkverbunden ist.How further from the 5B can be seen, includes the intermediate element 7 a widened edge 38 on, with the intermediate element 7 with the edge 38 such as a receptacle for the power module 2 is designed that the power module 2 at least partially with the edge 38 at least non-positively operatively connected.

Ein derartig großer Kontaktbereich 39‘‘ ist insbesondere zur Kühlung des Leistungsmoduls 2 wünschenswert, da, je größer der Kontaktbereich 39‘‘ ausgebildet ist, umso mehr Wärme vom Leistungsmodul 2 abtransportiert werden kann. Eine mögliche Kühlgeometrie ist hierzu der 6 zu entnehmen. Such a large contact area 39 '' is especially for cooling the power module 2 desirable because, the larger the contact area 39 '' is formed, the more heat from the power module 2 can be removed. One possible cooling geometry is this 6 refer to.

Die Leistungszelle 1 ist mit einer Aufnahme 36 verbunden, wobei die Aufnahme 36 mit einem Kühlkörper 40 wirkverbunden ist, der Kühlkanäle 41 aufweist. In den Kühlkanälen 41 befindet sich vorzugsweise ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder dergleichen. Der Kühlkörper 40 ist einerseits mit der Leistungszelle 1 wirkverbunden und andererseits ebenso mit dem Stator 37, der Wicklungen 42 aufweist. The power cell 1 is with a recording 36 connected, the recording 36 with a heat sink 40 is actively connected, the cooling channels 41 having. In the cooling channels 41 There is preferably a cooling medium, for example water or the like. The heat sink 40 is on the one hand with the power cell 1 on the other hand also with the stator 37 , the windings 42 having.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. All disclosed in the application documents features are claimed as essential to the invention, provided they are new individually or in combination over the prior art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Leistungszelle power cell
22
Leistungsmodul power module
33
Halterplatte holder plate
44
erste Oberfläche first surface
55
zweite Oberfläche second surface
66
Abstand distance
77
Zwischenelement intermediate element
88th
Spannelement clamping element
8‘8th'
erstes Ende des Spannelements first end of the clamping element
8‘‘8th''
zweites Ende des Spannelements second end of the clamping element
99
Ebene level
1010
dritte Oberfläche third surface
1111
Kontaktfläche contact area
1212
Längskante longitudinal edge
1313
Entlastungsbereich relief region
1414
Materialschnitt material cut
1515
Verbindungsschraube connecting screw
1616
Bauhöhe height
16‘16 '
Einbauhöhe installation height
1717
Steuerplatine control board
1818
elektrischer Kontakt electric contact
1919
Stromausgang current output
2020
leitende Schraube conductive screw
2121
Verbindungsschraubenaufnahme Connection screw receptacle
2222
zusammengebauter Zustand assembled condition
2323
nicht-zusammengebauter Zustand un-assembled state
2424
Leistungselektronik power electronics
2525
Controlboard Control Board
2626
Supply-Board Supply Board
2727
Stromversorgung power supply
2828
Zwischenkreisboard DC Board
2929
Verbindung connection
3030
Verbindung connection
3131
Kontaktaufnahme contact
3232
Kontaktblech contact sheet
3333
Vertiefung deepening
3434
Erhöhung increase
3535
Montageschraube Mounting screw
3636
Aufnahme admission
3737
Stator stator
3838
Rand edge
3939
Kontaktfläche contact area
39‘39 '
Fläche area
4040
Kühlkörper heatsink
4141
Kühlkanal cooling channel
4242
Wicklung winding
4343
Schraubenkopf screw head
4444
Versenkung sinking
HH
Höhenerstreckung height extension
BB
Breitenerstreckung width extension
LL
Längserstreckung longitudinal extension

Claims (10)

Leistungszelle (1) für eine Leistungselektronik umfassend ein plattenähnliches Leistungsmodul (2) und eine Halterplatte (3), wobei eine erste Oberfläche (4) des Leistungsmoduls (2) und eine zweite Oberfläche (5) der Halterplatte (3) einen vorgebbaren Abstand (6) zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein plattenähnliches Zwischenelement (7) zumindest teilweise zwischen der ersten (4) und der zweiten Oberfläche (5) angeordnet ist und ein verformbares Spannelement (8) umfasst, wobei mittels Druckbeaufschlagung des Spannelements (8) in einer Richtung orthogonal zu der durch die Halterplatte (3) aufgespannten Ebene (9) Abweichungen des Abstandes (6) der ersten Oberfläche (4) gegenüber der zweiten Oberfläche (5) ausgleichbar sind, wobei das Spannelement (8) in einem zusammengebauten Zustand der Leistungszelle (1) verformt und in dem nicht-zusammengebauten Zustand der Leistungszelle (1) nicht-verformt ist.Power cell ( 1 ) for a power electronics comprising a plate-like power module ( 2 ) and a holder plate ( 3 ), wherein a first surface ( 4 ) of the power module ( 2 ) and a second surface ( 5 ) of the holder plate ( 3 ) a predefinable distance ( 6 ), characterized in that a plate-like intermediate element ( 7 ) at least partially between the first ( 4 ) and the second surface ( 5 ) is arranged and a deformable clamping element ( 8th ), wherein by means of pressurization of the clamping element ( 8th ) in a direction orthogonal to that through the holder plate (FIG. 3 ) level ( 9 ) Deviations of the distance ( 6 ) of the first surface ( 4 ) opposite the second surface ( 5 ) are compensable, wherein the tensioning element ( 8th ) in an assembled state of the power cell ( 1 ) and in the unassembled state of the power cell ( 1 ) is not deformed. Leistungszelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8) einerseits mit einer dritten Oberfläche (10) des plattenähnlichen Zwischenelements (7) verbunden ist und andererseits mit der zweiten Oberfläche (5) in Kontakt steht, wobei die dritte Oberfläche (10) zu der zweiten Oberfläche (5) hinweist.Power cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the tensioning element ( 8th ) on the one hand with a third surface ( 10 ) of the plate-like intermediate element ( 7 ) and on the other hand with the second surface ( 5 ), the third surface ( 10 ) to the second surface ( 5 ). Leistungszelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Fläche (4) des Leistungsmoduls (2) und dem Zwischenelement (7) eine Kontaktfläche (11) ausgebildet ist. Power cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that between the first surface ( 4 ) of the power module ( 2 ) and the intermediate element ( 7 ) a contact surface ( 11 ) is trained. Leistungszelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8) länglich ausgebildet ist und im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet ist.Power cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the clamping element ( 8th ) is elongated and is configured substantially cuboid. Leistungszelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Spannelementen (8) auf dem Zwischenelement (7) angeordnet ist. Power cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of clamping elements ( 8th ) on the intermediate element ( 7 ) is arranged. Leistungszelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (12) der Spannelemente (8) parallel zueinander ausgerichtet sind.Power cell ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the longitudinal edges ( 12 ) of the clamping elements ( 8th ) are aligned parallel to each other. Leistungszelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8) zumindest einen in Längserstreckung des Spannelements (8) verlaufenden Entlastungsbereich (13) in Form eines Materialschnitts (14) aufweist. Power cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the clamping element ( 8th ) at least one in the longitudinal extent of the clamping element ( 8th ) ( 13 ) in the form of a material section ( 14 ) having. Leistungszelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterplatte (3), das Zwischenelement (7) und das Leistungsmodul (2) mittels mindestens einer mit einem vorgebbaren Drehmoment eingebauten Verbindungsschraube (15) verbindbar sind und mittels der Verbindungsschraube (15) die Druckbeaufschlagung des Spannelements (8) durch die Halterplatte (3) sowie die Bauhöhe (16) der Leistungszelle (1) einstellbar ist.Power cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the holder plate ( 3 ), the intermediate element ( 7 ) and the power module ( 2 ) by means of at least one built-in with a predetermined torque connecting screw ( 15 ) are connectable and by means of the connecting screw ( 15 ) the pressurization of the clamping element ( 8th ) through the holder plate ( 3 ) as well as the height ( 16 ) of the power cell ( 1 ) is adjustable. Leistungszelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (8) zumindest teilweise und/oder abschnittsweise aus Silikon besteht. Power cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the clamping element ( 8th ) consists at least partially and / or in sections of silicone. Leistungselektronik mit mindestens einer Leistungszelle (1), gekennzeichnet durch eine Leistungszelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Power electronics with at least one power cell ( 1 ), characterized by a power cell according to one of claims 1 to 9.
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