DE102018211124B3 - Arrangement with a housing and arranged therein on a housing bottom power electronics circuit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Gehäuse (1) und einer darin auf einem Gehäuseboden (2) angeordneten Leistungselektronikschaltung (5, 6, 7), wobei zumindest in dem Gehäuseboden (2) ein Hohlraum mit zum Gehäuseäußeren führenden Anschlüssen (9, 10) zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, wobei auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des Gehäusebodens (2) Kühlschlangen (11) ausgebildet sind, die von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden können, und wobei in dem Gehäuse (1) ein durch einen Elektromotor (14) angetriebener Ventilator (12; 13) derart angeordnet ist, dass dessen Luftstrom durch die Kühlschlangen (11) gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung (5, 6,7) entwärmt.

Figure DE102018211124B3_0000
The invention relates to an arrangement having a housing (1) and a power electronics circuit (5, 6, 7) arranged therein on a housing bottom (2), wherein at least in the housing bottom (2) has a cavity with connections (9, 10) leading to the housing exterior. for the supply and removal of a cooling liquid is formed, wherein on the side facing away from the cavity of the housing bottom (2) cooling coils (11) are formed, which can be flowed through by the cooling liquid, and wherein in the housing (1) by an electric motor ( 14) driven fan (12; 13) is arranged such that its air flow through the cooling coils (11) is cooled and then the power electronics circuit (5, 6,7) is cooled.
Figure DE102018211124B3_0000

Description

Aus der DE 10 2007 061 593 A1 ist eine Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leistungselektronikschaltung bekannt, bei der auf diesem Gehäuseboden außerdem ein Kälteverteiler angeordnet ist, an dem Kühlrippen ausgebildet sind, und der zum Gehäuseäußeren führende Anschlüsse zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit aufweist. In dem Gehäuse ist ein Ventilator ausgebildet, der bevorzugt von dem Kühlmittelstrom angetrieben wird und dessen Luftstrom durch die Kühlrippen gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung entwärmt. Einzelne Bauteile der Leistungselektronikschaltung können über Zu- und Abläufe direkt mit dem Kälteverteiler verbunden sein, um so direkt mit dem Kühlmittel gekühlt zu werden. Dies ist jedoch sehr aufwändig.From the DE 10 2007 061 593 A1 an arrangement comprising a housing and a disposed therein on a housing bottom power electronics circuit is known, in which on this case bottom also a cooling manifold is arranged, are formed on the cooling fins, and having leading to the housing outer terminals for supplying and discharging a cooling liquid. In the housing, a fan is formed, which is preferably driven by the coolant flow and whose air flow is cooled by the cooling fins and then the power electronics circuit is cooled. Individual components of the power electronics circuit can be connected via inlets and outlets directly to the cooling manifold so as to be cooled directly with the coolant. However, this is very expensive.

Die EP 1 329 145 B1 offenbart ein Gehäuse mit Flüssigkeitskühlung, das ein Gehäuse mit einem Deckel umfasst, die einen Raum bilden, der zur Aufnahme von elektrischen und/ oder elektronischen Komponenten und Bauteilen dient. In das Gehäuse sind Kühlkanäle eingebracht, die mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind, wobei die im Gehäuse befindlichen Kühlkanäle integraler Bestandteil des Gehäuses sind, wobei die Bauteile thermisch leitend an einer Gehäusewand und /oder am Deckel montiert sind. Der Deckel des Gehäuses ist als Leiterplatte zur elektrischen Kontaktierung der im Gehäuse befindlichen Komponenten und Bauteile ausgebildet.The EP 1 329 145 B1 discloses a liquid cooled housing comprising a housing with a lid forming a space for receiving electrical and / or electronic components and components. In the housing cooling channels are introduced, which are filled with coolant, wherein the cooling channels located in the housing are an integral part of the housing, wherein the components are thermally conductively mounted on a housing wall and / or on the lid. The lid of the housing is designed as a printed circuit board for making electrical contact with the components and components located in the housing.

In der EP 0 112 994 A2 ist eine versiegelte dampfdichte Gehäuseanordnung in Kombination mit einem System zum Isolieren eines elektrischen Geräts von der Umgebungsatmosphäre beschrieben, die ein Gehäuse mit einer entfernbaren Tür umfasst, um Zugang zum Inneren des Gehäuses zu gewähren, wobei eine erste Vielzahl von Wärmetauschrippen von dem Gehäuse in die Atmosphäre hineinragt, und wobei eine zweite Vielzahl von Wärmeaustauschrippen von dem Gehäuse in dessen Inneres vorstehen, um Wärme von dem Inneren an die Umgebungsatmosphäre zu übertragen. Eine Hülsenauskleidung in dem Gehäuse ist benachbart zu den Innenrippen angeordnet, um eine Kammer mit der Auskleidung zu bilden, und hat offene Enden im Abstand von der Tür und dem hinteren Ende des Gehäuses. Auf der Auskleidung ist ein Gebläse angebracht, um Luft in einem geschlossenen Umlaufmuster in engem Kontakt mit den Innenrippen umzuwälzen. Luft wird durch ein Einwegventil in das Gehäuse gepumpt, und ein Druckschalter ist elektrisch mit dem Lüfter und einer Stromquelle gekoppelt, um den Lüfter in Reaktion auf ein Leck im Gehäuse zu deaktivieren.In the EP 0 112 994 A2 For example, a sealed vapor-proof enclosure assembly is described in combination with a system for insulating an electrical device from the ambient atmosphere, which includes a housing with a removable door to provide access to the interior of the housing, wherein a first plurality of heat-exchange fins from the housing into the atmosphere and wherein a second plurality of heat exchange fins protrude from the housing into the interior thereof to transfer heat from the interior to the ambient atmosphere. A sleeve liner in the housing is disposed adjacent to the inner ribs to form a chamber with the liner and has open ends spaced from the door and the rear end of the housing. A blower is mounted on the liner to circulate air in a closed circulation pattern in intimate contact with the inner ribs. Air is pumped through a one-way valve into the housing and a pressure switch is electrically coupled to the fan and a power source to deactivate the fan in response to a leak in the housing.

Die US 2015 / 0 216 090 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung, die eine Vielzahl von Seitenwandrippen, die an einer Außenfläche einer ersten Seitenwand eines Gehäuses ausgebildet sind, und eine Vielzahl von Bodenrippen, die an einer Bodenfläche eines Bodenabschnitts des Gehäuses ausgebildet sind, umfasst. Ein Abdeckelement deckt die Seitenwandrippen und Bodenrippen von einer Außenseite ab, um Seitenwand- und Bodenkühlkanäle zu bilden. Eine Kammer ist vorgesehen, die eine Fluideinleitungskammer in einer Richtung bildet, die einer zweiten Seitenwand zugewandt ist, um mit dem Seitenwandkühlkanal und dem Bodenkühlkanal in Verbindung zu stehen. Eine Kühlmittelzufuhrvorrichtung ist extern an der Kammer angebracht, um der Fluideinführungskammer ein Kühlmittel zuzuführen. Die Seitenwandrippen und die Bodenrippen sind in vorbestimmten Formen ausgebildet, um eine Menge des Kühlmittels in dem Seitenwandkühlkanal und dem Bodenkühlkanal einzustellen.The US 2015/0 216 090 A1 discloses a cooling device including a plurality of side wall fins formed on an outer surface of a first side wall of a housing and a plurality of bottom fins formed on a bottom surface of a bottom portion of the housing. A cover member covers the sidewall ribs and bottom ribs from an outside to form sidewall and bottom cooling channels. A chamber is provided which forms a fluid introduction chamber in a direction facing a second side wall to communicate with the side wall cooling passage and the bottom cooling passage. A coolant supply device is externally attached to the chamber for supplying a coolant to the fluid introduction chamber. The side wall fins and the bottom fins are formed in predetermined shapes to adjust an amount of the coolant in the side wall cooling passage and the bottom cooling passage.

In der US 2012 / 0 253 571 A1 ist ein Wechselrichter zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug beschrieben, der eine Vielzahl von Elementen zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom sowie erste und zweite Wärmesenken zum Absorbieren von Wärme innerhalb des Wechselrichters umfasst, wobei die erste Wärmesenke einen ersten Kühlfluiddurchgang enthält, um Kühlfluid zuzulassen, um Wärme durch den ersten Kühlkörper zu leiten und mit diesem auszutauschen, und wobei der zweite Kühlkörper einen zweiten Kühlfluiddurchgang enthält, damit Kühlfluid durch den zweiten Kühlkörper hindurchtreten und Wärme mit diesem austauschen kann. In the US 2012/0253571 A1 For example, there is described an inverter for use in an electric vehicle that includes a plurality of elements for converting DC to AC, and first and second heat sinks for absorbing heat within the inverter, the first heat sink including a first cooling fluid passage to allow cooling fluid to heat to conduct and exchange with the first heat sink, and wherein the second heat sink includes a second cooling fluid passage, so that cooling fluid can pass through the heat sink and exchange heat with it.

Der erste Kühlkörper ist dabei angeordnet, um Wärme mit mindestens einem Element des Wechselrichters auszutauschen und die zweite Wärmesenke ist angeordnet, um Wärme mit der ersten Wärmesenke auszutauschen.The first heat sink is arranged to exchange heat with at least one element of the inverter and the second heat sink is arranged to exchange heat with the first heat sink.

Die JP H08-186 388 A offenbart die Bereitstellung einer Kühlvorrichtung für ein elektronisches Gerät, die so aufgebaut ist, dass eine Leistungsvorrichtung, die eine in ein Gehäuse integrierte Hauptschaltungskomponente und eine Leiterplatte zur Steuerung ist, effektiv gekühlt werden kann, während ein geschlossenes Gehäuse verwendet wird, das nicht betroffen ist von der umgebenden Atmosphäre.The JP H08-186 388 A discloses the provision of a cooling device for an electronic device constructed such that a power device, which is a main circuit component integrated in a case and a circuit board for control, can be effectively cooled while using a closed case which is not affected by the surrounding atmosphere.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leistungselektronikschaltung anzugeben, die auf einfachere und flexible Weise eine effektive Kühlung der Leistungselektronikschaltung bewirkt.It is therefore the object of the invention to provide an arrangement with a housing and a power electronics circuit arranged therein on a housing bottom, which effects effective cooling of the power electronics circuit in a simpler and more flexible manner.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by an arrangement according to claim 1. Advantageous developments are specified in the subclaims.

Demnach ist bei einer Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leistungselektronikschaltung zumindest in dem Gehäuseboden ein Hohlraum mit zum Gehäuseäußeren führenden Anschlüssen zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit ausgebildet, wobei auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des Gehäusebodens Kühlschlangen ausgebildet sind, und wobei in dem Gehäuse ein durch einen Elektromotor angetriebener Ventilator derart angeordnet ist, dass dessen Luftstrom durch die Kühlschlangen gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung entwärmt. Accordingly, in the case of an arrangement having a housing and a power electronics circuit arranged therein on a housing bottom, a cavity is formed at least in the housing bottom with leads leading to the housing for supplying and discharging a cooling liquid, cooling coils being formed on the side of the housing bottom facing away from the cavity, and wherein in the housing a fan driven by an electric motor is arranged such that its air flow is cooled by the cooling coils and then the power electronics circuit is cooled.

Die Leistungselektronikschaltung ist also auf dem Gehäuseboden angeordnet, der als Kälteverteiler fungiert und damit nicht nur die Kühlschlangen sondern auch die auf ihm angeordneten Bauteile der Leistungselektronikschaltung direkt kühlt. Die Kühlschlangen stehen mit dem Hohlraum in Verbindung und werden von dem Kühlmittel durchflossen, so dass sie besser gekühlt sind als lediglich durch Wärmeübertragung gekühlte Kühlrippen. Zusätzlich sorgt ein Ventilator für eine Luftzirkulation durch die Kühlschlangen und zu der Leistungselektronikschaltung. Der Ventilator wird dabei durch einen Elektromotor angetrieben und ist daher unabhängig von einem Kühlmittelfluss.The power electronics circuit is thus arranged on the housing bottom, which acts as a cooling manifold and thus not only the cooling coils but also the components of the power electronics circuit arranged on it directly cools. The cooling coils are connected to the cavity and are flowed through by the coolant, so that they are better cooled than just heat transfer cooled cooling fins. In addition, a fan provides air circulation through the cooling coils and power electronics circuitry. The fan is driven by an electric motor and is therefore independent of a coolant flow.

In einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Elektromotor in dem Gehäuse angeordnet. Hierdurch ist keine Durchführung der Antriebswelle durch eine Gehäusewand erforderlich.In a first variant of the arrangement according to the invention, the electric motor is arranged in the housing. As a result, no implementation of the drive shaft through a housing wall is required.

In einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Elektromotor außerhalb des Gehäuses angeordnet, wodurch ein Austausch des Elektromotors möglich ist, ohne das Gehäuse öffnen zu müssen.In a second variant of the arrangement according to the invention, the electric motor is arranged outside the housing, whereby an exchange of the electric motor is possible without having to open the housing.

Hierbei kann der Elektromotor in vorteilhafter Weise an einer Gehäusewand angeordnet sein.In this case, the electric motor can advantageously be arranged on a housing wall.

Die Erfindung wird nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen

  • 1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung,
  • 2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung.
The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments with the aid of figures. Show
  • 1 a first variant of an arrangement according to the invention,
  • 2 a second variant of an arrangement according to the invention.

Die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 hat ein Gehäuse 1, das im geöffneten Zustand, also ohne Deckel, gezeigt ist, das einen Gehäuseboden 2 und Gehäusewände 3 hat. Auf einer Leiterplatte 4 sind elektrische und elektronische Bauteile, wie Kondensatoren 5, Leistungshalbleiterschaltelemente 6 und Spulen 7 angeordnet. Diese Leistungselektronikschaltung kann z.B. eine Ladeschaltung zum konduktiven oder induktiven Laden von Energiespeichern z.B. in einem Kraftfahrzeug sein. Die Leiterplatte 4 ist auf dem Gehäuseboden 2 angeordnet.The arrangement according to the embodiment of the 1 has a housing 1 , which is shown in the open state, ie without a lid, which has a housing bottom 2 and housing walls 3 Has. On a circuit board 4 are electrical and electronic components, such as capacitors 5 , Power semiconductor switching elements 6 and coils 7 arranged. This power electronics circuit can be, for example, a charging circuit for the conductive or inductive charging of energy stores, for example in a motor vehicle. The circuit board 4 is on the case back 2 arranged.

In dem Gehäuseboden 2 ist ein Hohlraum ausgebildet, der mit einem zum Gehäuseäußeren führenden Kühlmitteleinlass 9 und einem Kühlmittelauslass 10 verbunden ist. Auf diese Weise wird der Gehäuseboden 2 und damit die auf ihm angeordnete Leistungselektronikschaltung gekühlt bzw. entwärmt.In the case back 2 a cavity is formed which communicates with a coolant inlet leading to the outside of the housing 9 and a coolant outlet 10 connected is. In this way, the case bottom 2 and thus cooled or cooled the power electronics circuit arranged thereon.

Zusätzlich sind über dem Hohlraum Kühlschlangen 11 angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht auf dem Gehäuseboden 2 stehen und in das Gehäuse 1 ragen. Die Kühlschlangen 11 sind dabei mit dem Hohlraum derart verbunden, dass sie von dem in den Hohlraum fließenden Kühlmittel ebenfalls durchflossen werden und auf diese Weise direkt durch das Kühlmittel und indirekt durch Wärmeübertragung aufgrund der mechanischen Verbindung mit einer Hohlraumwandung sehr effektiv gekühlt werden.In addition, cooling coils are above the cavity 11 arranged in the illustrated embodiment, perpendicular to the housing bottom 2 stand and in the housing 1 protrude. The cooling coils 11 are connected to the cavity so that they are also traversed by the coolant flowing in the cavity coolant and are cooled very effectively in this way directly by the coolant and indirectly by heat transfer due to the mechanical connection with a cavity wall.

Der Ventilator 12 ist im Ausführungsbeispiel der 1 mit einem integrierten Elektromotor ausgebildet, so dass der Elektromotor auch innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass keine Kupplung zwischen dem Antrieb des Ventilators 12 und dem Ventilator 12 selbst und auch keine Durchführung in einer Gehäusewand 3 für eine Antriebswelle nötig ist.The ventilator 12 is in the embodiment of 1 formed with an integrated electric motor, so that the electric motor also within the housing 1 is arranged. This has the advantage that no coupling between the drive of the fan 12 and the fan 12 itself and also no implementation in a housing wall 3 is necessary for a drive shaft.

Beim Betrieb des Ventilators 12 mit integriertem Elektromotor wird Luft an den durch das im Hohlraum und den Kühlschlangen 11 strömende Kühlmittel gekühlten Kühlschlangen 11 vorbeigeführt und zu den Bauteilen 5, 6, 7 der Leistungselektronikschaltung geblasen, so dass diese in vorteilhafter Weise gekühlt bzw. entwärmt werden.When operating the fan 12 with integrated electric motor, air gets through to the in the cavity and the cooling coils 11 flowing coolant cooled cooling coils 11 passed and to the components 5 . 6 . 7 the power electronics circuit blown so that they are cooled or cooled in an advantageous manner.

Das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leistungselektronikschaltung ist im Wesentlich gleich ausgeführt wie die Variante der 1, so dass gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals beschrieben werden.That in the 2 illustrated embodiment of an inventive arrangement with a housing and disposed therein on a housing bottom power electronics circuit is designed essentially the same as the variant of 1 , so that like parts are given the same reference numerals and will not be described again.

Im Unterschied zur ersten Variante ist hier jedoch der den Ventilator 13 antreibende Elektromotor 14 außerhalb des Gehäuses 1 an einer Gehäusewand 3 angeordnet und über ein Kupplung 15 und eine Antriebswelle, die durch die Gehäusewand 3 hindurchgeführt ist, mit dem Ventilator 13 verbunden.In contrast to the first variant, however, here is the fan 13 driving electric motor 14 outside the case 1 on a housing wall 3 arranged and via a coupling 15 and a drive shaft passing through the housing wall 3 passed through, with the fan 13 connected.

Diese zweite Variante hat den Vorteil, dass bei einem Austausch des Elektromotors 14 das Gehäuse 1 nicht geöffnet werden muss.This second variant has the advantage that when replacing the electric motor 14 the housing 1 does not have to be opened.

Claims (4)

Anordnung mit einem Gehäuse (1) und einer darin auf einem Gehäuseboden (2) angeordneten Leistungselektronikschaltung (5, 6, 7), wobei zumindest in dem Gehäuseboden (2) ein Hohlraum mit zum Gehäuseäußeren führenden Anschlüssen (9, 10) zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, wobei auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des Gehäusebodens (2) Kühlschlangen (11) ausgebildet sind, die von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden können, wobei in dem Gehäuse (1) ein durch einen Elektromotor (14) angetriebener Ventilator (12; 13) derart angeordnet ist, dass dessen Luftstrom durch die Kühlschlangen (11) gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung (5, 6,7) entwärmt.Arrangement comprising a housing (1) and a power electronics circuit (5, 6, 7) arranged therein on a housing bottom (2), wherein at least in the housing bottom (2) is formed a cavity with leading to the housing outer terminals (9, 10) for supplying and discharging a cooling liquid, wherein on the side facing away from the cavity of the housing bottom (2) cooling coils (11) are formed, which can be flowed through by the cooling liquid, wherein in the housing (1) by an electric motor (14) driven fan (12; 13) is arranged such that its air flow through the cooling coils (11) is cooled and then the power electronics circuit (5, 6,7). Anordnung nach Anspruch 1, bei dem der Elektromotor in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.Arrangement according to Claim 1 in which the electric motor is arranged in the housing (1). Anordnung nach Anspruch 1, bei dem der Elektromotor (14) außerhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist.Arrangement according to Claim 1 in which the electric motor (14) is arranged outside the housing (1). Anordnung nach Anspruch 3, bei dem der Elektromotor (14) an einer Gehäusewand (3) angeordnet ist.Arrangement according to Claim 3 in which the electric motor (14) is arranged on a housing wall (3).
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