DE102018216397A1 - Power electronics for an electrically drivable vehicle, electrically drivable vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronik (1) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend mindestens einen Leistungshalbleiter (2) zum Schalten elektrischer Ströme und ein Wärmerohr (3) zum Abführen einer im Betrieb der Leistungselektronik (1) durch den Leistungshalbleiter (2) erzeugten Verlustwärme. Das Wärmerohr (3) weist dabei ein mit einem Arbeitsfluid (4) befülltes Gehäuse (5) auf, in dem der Leistungshalbleiter (2) angeordnet ist, so dass dieser zumindest bereichsweise unmittelbar von dem Arbeitsfluid (4) umgeben ist, wobei der Leistungshalbleiter (2) in einem ersten Endabschnitt (5.1) des Gehäuses (5) angeordnet ist, dem ein zweiter Endabschnitt (5.2) gegenüberliegt, der in wärmeübertragender Weise mit einer Kühleinrichtung (6) verbunden ist.Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer derartigen Leistungselektronik (1).The invention relates to power electronics (1) for an electrically drivable vehicle, comprising at least one power semiconductor (2) for switching electrical currents and a heat pipe (3) for dissipating heat loss generated during operation of the power electronics (1) by the power semiconductor (2). The heat pipe (3) has a housing (5) filled with a working fluid (4), in which the power semiconductor (2) is arranged so that it is at least partially directly surrounded by the working fluid (4), the power semiconductor ( 2) is arranged in a first end section (5.1) of the housing (5), which is opposite a second end section (5.2) which is connected in a heat-transferring manner to a cooling device (6). The invention further relates to an electrically drivable vehicle with such a device Power electronics (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronik für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug sowie ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer entsprechenden Leistungselektronik. Die Leistungselektronik umfasst dabei mindestens einen Leistungshalbleiter zum Schalten elektrischer Ströme.The present invention relates to power electronics for an electrically drivable vehicle and an electrically drivable vehicle with corresponding power electronics. The power electronics include at least one power semiconductor for switching electrical currents.

Stand der TechnikState of the art

Der elektrische Antrieb von Fahrzeugen erfordert das Schalten elektrischer Ströme. Hierbei kommen Leistungshalbleiter zum Einsatz. Durch hohe Schaltfrequenzen und ohmsche Verluste entsteht Abwärme, die abgeführt werden muss. Dies kann in der Weise erfolgen, dass der Leistungshalbleiter auf einen wassergekühlten, metallischen Träger montiert wird. Um eine optimale Kühlung zu erreichen, muss die Abwärme von einer vergleichsweise kleinen Fläche (Leistungshalbleiter) auf eine möglichst große Fläche (wassergekühlter, metallischer Träger) verteilt werden. Innerhalb des Kühlkörpers entsteht dabei ein abfallender Temperaturgradient, wobei die höchste Temperatur am Leistungshalbleiter zu finden ist und mit zunehmender Entfernung zum Leistungshalbleiter abfällt. Kann die Abwärme bei einem Lastwechsel oder bei einem Kurzschluss nicht schnell genug abgeführt werden, besteht die Gefahr, dass der Leistungshalbleiter Schaden nimmt. Dies kann dadurch verhindert werden, dass der Kühlkörper ausreichend groß gewählt wird, was sich jedoch negativ auf den Bauraumbedarf auswirkt. Alternativ kann ein Kühlkörper mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit gewählt werden, der jedoch in der Regel besonders hochpreisig ist. Ist zudem zwischen dem Leistungshalbleiter und dem Kühlkörper eine elektrische Isolierung angeordnet, wird der Wirkungsgrad der Kühlung weiter verschlechtert, da die elektrische Isolierung aufgrund einer verringerten Wärmeleitfähigkeit die Wärmeabfuhr behindert.The electric drive of vehicles requires the switching of electrical currents. Power semiconductors are used here. High switching frequencies and ohmic losses generate waste heat that has to be dissipated. This can be done by mounting the power semiconductor on a water-cooled, metallic support. In order to achieve optimal cooling, the waste heat must be distributed from a comparatively small area (power semiconductor) to as large an area as possible (water-cooled, metallic support). A falling temperature gradient occurs within the heat sink, the highest temperature being found at the power semiconductor and decreasing with increasing distance from the power semiconductor. If the waste heat cannot be dissipated quickly enough due to a load change or a short circuit, there is a risk that the power semiconductor will be damaged. This can be prevented by choosing a sufficiently large heat sink, which however has a negative effect on the installation space requirement. Alternatively, a heat sink with increased thermal conductivity can be selected, which, however, is usually particularly expensive. If, in addition, electrical insulation is arranged between the power semiconductor and the heat sink, the efficiency of the cooling is further deteriorated, since the electrical insulation hinders heat dissipation due to a reduced thermal conductivity.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Effizienz der Wärmeabfuhr bei einer Leistungselektronik für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug zu steigern. Die Effizienzsteigerung soll den Einsatz kleinerer und damit günstigerer Leistungshalbleiter und/oder höhere Schaltfrequenzen ermöglichen.Starting from the prior art mentioned above, the present invention is based on the object of increasing the efficiency of heat dissipation in power electronics for an electrically drivable vehicle. The increase in efficiency should enable the use of smaller and therefore cheaper power semiconductors and / or higher switching frequencies.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Leistungselektronik mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer entsprechenden Leistungselektronik vorgeschlagen.To achieve the object, the power electronics are specified with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims. Furthermore, an electrically drivable vehicle with corresponding power electronics is proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorgeschlagene erfindungsgemäße Leistungselektronik umfasst mindestens einen Leistungshalbleiter zum Schalten elektrischer Ströme und ein Wärmerohr zum Abführen einer im Betrieb der Leistungselektronik durch den Leistungshalbleiter erzeugten Verlustwärme. Das Wärmerohr weist ein mit einem Arbeitsfluid befülltes Gehäuse auf, in dem der Leistungshalbleiter angeordnet ist, so dass dieser zumindest bereichsweise unmittelbar von dem Arbeitsfluid umgeben ist. Der Leistungshalbleiter ist dabei in einem ersten Endabschnitt des Gehäuses angeordnet, dem ein zweiter Endabschnitt gegenüberliegt, der in wärmeübertragender Weise mit einer Kühleinrichtung verbunden ist.The proposed power electronics according to the invention comprises at least one power semiconductor for switching electrical currents and a heat pipe for dissipating a heat loss generated by the power semiconductor during operation of the power electronics. The heat pipe has a housing filled with a working fluid, in which the power semiconductor is arranged, so that it is at least partially directly surrounded by the working fluid. The power semiconductor is arranged in a first end section of the housing, which is opposite a second end section, which is connected to a cooling device in a heat-transferring manner.

Dadurch, dass der Leistungshalbleiter im Gehäuse des Wärmerohrs angeordnet und zumindest bereichsweise unmittelbar von dem Arbeitsfluid umgeben, vorzugsweise umströmt, ist, kann die entstehende Verlustwärme unmittelbarer und zudem über eine deutlich größere Fläche abgeführt werden. Auf diese Weise wird eine Beschleunigung der Wärmeabfuhr erreicht, welche die Gefahr verringert, dass der Leistungshalbleiter bei einem Lastwechsel oder einem Kurzschluss Schaden nimmt. Zudem kann ein kleinerer und damit günstigerer Leistungshalbleiter eingesetzt werden und/oder die Schaltfrequenz kann erhöht werden.As a result of the fact that the power semiconductor is arranged in the housing of the heat pipe and is at least partially surrounded, preferably flowed around, directly by the working fluid, the resulting heat loss can be dissipated more directly and also over a significantly larger area. In this way, the heat dissipation is accelerated, which reduces the risk that the power semiconductor is damaged in the event of a load change or a short circuit. In addition, a smaller and therefore cheaper power semiconductor can be used and / or the switching frequency can be increased.

Bei einer Erwärmung des Leistungshalbleiters beginnt das an sich flüssige Arbeitsfluid im Gehäuse des Wärmerohrs zu verdampfen. Dabei entzieht es dem Leistungshalbleiter Wärme. Das Verdampfen von Arbeitsfluid geht zugleich mit einer lokalen Druckerhöhung einher, so dass innerhalb des Gehäuses ein Druckgefälle entsteht. Das verdampfte bzw. gasförmige Arbeitsfluid wandert entlang des Druckgefälles in Richtung des kühleren Endes des Wärmerohrs, das heißt in Richtung der Kühleinrichtung. Dort kondensiert das gasförmige Arbeitsfluid und gibt die zuvor aufgenommene latente Wärme an die Kühleinrichtung ab. Das wieder verflüssigte Arbeitsfluid kehrt dann - getrieben durch Schwerkraft oder Kapillarkräfte - an die Stelle zurück, an der die Erwärmung stattgefunden hat.When the power semiconductor heats up, the liquid working fluid in the housing of the heat pipe begins to evaporate. It removes heat from the power semiconductor. The evaporation of working fluid goes hand in hand with a local pressure increase, so that a pressure drop arises within the housing. The vaporized or gaseous working fluid travels along the pressure gradient in the direction of the cooler end of the heat pipe, that is to say in the direction of the cooling device. There the gaseous working fluid condenses and releases the previously absorbed latent heat to the cooling device. The re-liquefied working fluid then - driven by gravity or capillary forces - returns to the point at which the heating took place.

Die Übertragung der Verlustwärme des Leistungshalbleiters an die Kühleinrichtung erfolgt dabei mit der Geschwindigkeit, mit der sich die Druckwelle im Arbeitsfluid ausbreitet, das heißt, dass sie Schallgeschwindigkeit entspricht. Dabei besteht keine Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit eines Materials, beispielsweise des Materials eines Körpers, das den Leistungshalbleiter von dem Arbeitsfluid trennt, da der Leistungshalbleiter unmittelbar von dem Arbeitsfluid umgegeben ist. Die Wärmeabfuhr kann auf diese Weise um ein Vielfaches beschleunigt werden.The heat loss of the power semiconductor is transferred to the cooling device at the speed at which the pressure wave propagates in the working fluid, that is to say that it corresponds to the speed of sound. There is no dependence on the thermal conductivity of a material, for example the material of a body, which separates the power semiconductor from the working fluid, since the power semiconductor is directly surrounded by the working fluid. The heat dissipation can be accelerated many times over in this way.

Dadurch, dass Druckunterschiede im Wärmerohr in Schallgeschwindigkeit ausgeglichen werden, sind Temperaturunterschiede erzielbar, die weniger als 1 Kelvin betragen. Das heißt, dass ferner keine Abhängigkeit von einem vorhandenen Temperaturgefälle besteht. Because pressure differences in the heat pipe are equalized at the speed of sound, temperature differences can be achieved which are less than 1 Kelvin. This means that there is also no dependence on an existing temperature gradient.

Zur Optimierung der Wärmeübertragung ist vorzugsweise der Leistungshalbleiter zumindest abschnittsweise, weiterhin vorzugsweise vollständig im Gehäuse des Wärmerohrs aufgenommen. Auf diese Weise kann die in Kontakt mit dem Arbeitsfluid gelangende Fläche vergrößert werden.In order to optimize the heat transfer, the power semiconductor is preferably accommodated at least in sections, furthermore preferably completely in the housing of the heat pipe. In this way, the area in contact with the working fluid can be increased.

Besonders bevorzugt ist der Leistungshalbleiter allseitig unmittelbar von dem Arbeitsfluid umgeben bzw. wird allseitig von dem Arbeitsfluid umströmt. Auf diese Weise kann die in Kontakt mit dem Arbeitsfluid gelangende Fläche weiter maximiert werden.The power semiconductor is particularly preferably directly surrounded on all sides by the working fluid or is flowed around on all sides by the working fluid. In this way, the area in contact with the working fluid can be further maximized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Leistungshalbleiter zumindest einseitig in einem vorgegebenen Abstand zum Gehäuse angeordnet. Der Abstand gewährleistet, dass Arbeitsfluid zwischen das Gehäuse und dem Leistungshalbleiter gelangt. Der Abstand kann dabei durch mindestens einen Abstandshalter vorgegeben sein, der hierzu bevorzugt zwischen dem Gehäuse und dem Leistungshalbleiter angeordnet wird. Auf diese Weise wird zugleich eine mechanische Stabilisierung des Leistungshalbleiters innerhalb des Wärmerohrs erreicht. Dies erweist sich insbesondere dann als Vorteil, wenn der Leistungshalbleiter keinen unmittelbaren Kontakt zum Gehäuse hat bzw. allseitig von Arbeitsfluid umströmt wird. Der mindestens eine Abstandshalter ist dabei bevorzugt aus Kunststoff gefertigt, so dass eine elektrische Isolierung zwischen dem Leistungshalbleiter und dem Gehäuse bewirkt wird.According to a preferred embodiment of the invention, the power semiconductor is arranged at least on one side at a predetermined distance from the housing. The distance ensures that working fluid gets between the housing and the power semiconductor. The distance can be predetermined by at least one spacer, which is preferably arranged for this purpose between the housing and the power semiconductor. In this way, mechanical stabilization of the power semiconductor within the heat pipe is achieved at the same time. This proves to be an advantage in particular if the power semiconductor has no direct contact with the housing or the working fluid flows around on all sides. The at least one spacer is preferably made of plastic, so that electrical insulation between the power semiconductor and the housing is brought about.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Arbeitsfluid des Wärmerohrs elektrisch nicht leitend ist. In diesem Fall kann auf eine elektrische Isolierung des Leistungshalbleiters, welche den Wärmeübergang vom Leistungshalbleiter auf das Arbeitsfluid erschweren würde, verzichtet werden.It is also proposed that the working fluid of the heat pipe is not electrically conductive. In this case, electrical insulation of the power semiconductor, which would make the heat transfer from the power semiconductor to the working fluid difficult, can be dispensed with.

Alternativ oder ergänzend kann der Leistungshalbleiter von einer elektrisch isolierenden Schicht, vorzugsweise einer elektrisch isolierenden Lackschicht umgeben sein. Diese kann vergleichsweise dünnschichtig ausgebildet werden, so dass hierdurch der Wärmeübergang weniger stark beeinflusst wird.Alternatively or additionally, the power semiconductor can be surrounded by an electrically insulating layer, preferably an electrically insulating lacquer layer. This can be made comparatively thin-layered, so that the heat transfer is less influenced thereby.

Die Kühleinrichtung wird vorzugsweise von einem Kühlmedium durchströmt, so dass mit der Strömung des Kühlmediums die vom Arbeitsfluid des Wärmerohrs auf die Kühleinrichtung übertragene Wärme sicher abgeführt wird. Vorteilhafterweise ist das Kühlmedium der Kühleinrichtung von dem Arbeitsfluid des Wärmerohrs durch lediglich eine Wand getrennt, so dass der Widerstand bei der Wärmeübertragung so gering wie möglich ist.A cooling medium preferably flows through the cooling device, so that the heat transferred from the working fluid of the heat pipe to the cooling device is reliably dissipated with the flow of the cooling medium. The cooling medium of the cooling device is advantageously separated from the working fluid of the heat pipe by only one wall, so that the resistance during heat transfer is as low as possible.

Zur Optimierung der Wärmeübertragung vom Arbeitsfluid des Wärmerohrs auf das Kühlmedium der Kühleinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Wand, welche das Kühlmedium von dem Arbeitsfluid trennt, profiliert ist. Die Profilierung vergrößert die Fläche, über welche die Wärme übertragen wird. Somit kann die Effizienz der Wärmeabführung weiter erhöht werden, und zwar diesmal auf der Seite der Wärmesenke, die durch die Kühleinrichtung ausgebildet wird. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die das Kühlmedium vom Arbeitsfluid trennende Wand Kühlrippen ausbildet. Auf diese Weise kann eine Maximierung der wärmeübertragenden Fläche erreicht werden.To optimize the heat transfer from the working fluid of the heat pipe to the cooling medium of the cooling device, it is proposed that the wall which separates the cooling medium from the working fluid is profiled. The profile increases the area over which the heat is transferred. Thus, the heat dissipation efficiency can be further increased, this time on the side of the heat sink that is formed by the cooling device. Alternatively or additionally, it is proposed that the wall separating the cooling medium from the working fluid forms cooling fins. In this way, the heat transfer surface can be maximized.

Da der Leistungshalbleiter der vorgeschlagenen Leistungselektronik im Gehäuse des Wärmerohrs angeordnet ist, müssen die elektrischen Anschlüsse des Leistungshalbleiters in das Gehäuse geführt werden. Das Gehäuse weist hierzu bevorzugt mindestens eine Gehäusedurchführung auf. Des Weiteren bevorzugt sind die elektrischen Anschlüsse zumindest im Bereich der Gehäusedurchführung elektrisch isoliert. Sofern ein elektrisch leitendes Arbeitsfluid verwendet wird, sind die in Kontakt mit dem Arbeitsfluid gelangenden Abschnitte der elektrischen Anschlüsse ebenfalls elektrisch isoliert, beispielsweise über eine elektrisch isolierende Lackschicht analog dem Leistungshalbleiter. Die elektrische Isolierung kann dann in einem Arbeitsschritt ausgeführt werden.Since the power semiconductor of the proposed power electronics is arranged in the housing of the heat pipe, the electrical connections of the power semiconductor must be routed into the housing. For this purpose, the housing preferably has at least one housing bushing. Furthermore, the electrical connections are preferably electrically insulated, at least in the area of the housing bushing. If an electrically conductive working fluid is used, the sections of the electrical connections that come into contact with the working fluid are likewise electrically insulated, for example via an electrically insulating lacquer layer analogous to the power semiconductor. The electrical insulation can then be carried out in one step.

Damit das Arbeitsfluid im Gehäuse des Wärmerohrs verbleibt, ist dieses nicht nur geschlossen, sondern zudem druckdicht ausgeführt. Das heißt, dass - sofern vorhanden - die mindestens eine Gehäusedurchführung für die elektrischen Anschlüsse und der Anschluss an die Kühleinrichtung druckdicht ausgeführt sind. Der Druck im Gehäuse ist somit im Wesentlichen konstant, so dass Bedingungen geschaffen werden, wie sie beim klassischen Wärmerohr (engl.: „heatpipe“) vorliegen.So that the working fluid remains in the housing of the heat pipe, it is not only closed, but is also pressure-tight. This means that - if available - the at least one housing bushing for the electrical connections and the connection to the cooling device are designed to be pressure-tight. The pressure in the housing is therefore essentially constant, so that conditions are created that exist in the classic heat pipe.

Das darüber hinaus vorgeschlagene elektrisch antreibbare Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es eine erfindungsgemäße Leistungselektronik umfasst. Diese kann beispielsweise dem Antrieb des Fahrzeugs dienen. In diesem Fall werden mit Hilfe des mindestens einen Leistungshalbleiters der Leistungselektronik hohe elektrische Ströme geschaltet, so dass hier die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage treten. Diese bestehen darin, dass die beim Schalten der elektrischen Ströme entstehende Verlustwärme besonders schnell und damit effizient abgeführt werden kann, was den Einsatz kleinerer Leistungshalbleiter und/oder eine Erhöhung der Schaltfrequenz ermöglicht. Ferner kann Bauraum eingespart werden, da die Kühleinrichtung dank der Anbindung über das Wärmerohr deutlich kleiner dimensioniert werden kann.The electrically drivable vehicle also proposed is characterized in that it comprises power electronics according to the invention. This can be used, for example, to drive the vehicle. In this case, high electrical currents are switched with the aid of the at least one power semiconductor of the power electronics, so that the advantages of the invention become particularly apparent here. These consist in that the heat loss generated when switching the electrical currents can be dissipated particularly quickly and thus efficiently, which enables the use of smaller power semiconductors and / or an increase in the switching frequency. Installation space can also be saved since the cooling device can be dimensioned significantly smaller thanks to the connection via the heat pipe.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Leistungselektronik und
  • 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Leistungselektronik der 1, jedoch um 90° gedreht.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic longitudinal section through a power electronics according to the invention and
  • 2nd a schematic longitudinal section through the power electronics of 1 , but rotated by 90 °.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Den 1 und 2 ist beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungselektronik 1 für eine elektrisch antreibbares Fahrzeug zu entnehmen. Die Leistungselektronik 1 kann beispielsweise zum Antreiben des Fahrzeugs eingesetzt werden.The 1 and 2nd is an example of a preferred embodiment of a power electronics according to the invention 1 for an electrically drivable vehicle. The power electronics 1 can be used, for example, to drive the vehicle.

Die dargestellte Leistungselektronik 1 umfasst einen Leistungshalbleiter 2 mit elektrischen Anschlüssen 10. Da der Leistungshalbleiter 2 in einem Gehäuse 5 eines Wärmerohrs 3 aufgenommen ist, sind die elektrischen Anschlüsse 10 jeweils im Bereich einer Gehäusedurchführung 11 in das Gehäuse 5 geführt. Da das Gehäuse 5 mit einem flüssigen elektrisch nicht leitenden Arbeitsfluid 4 befüllt ist, sind die Gehäusedurchführungen 11 fluiddicht bzw. druckdicht ausgeführt. Im Bereich der Gehäusedurchführungen 11 sind die elektrischen Anschlüsse 10 zudem elektrisch isoliert. Die innerhalb des Gehäuses 5 zu liegen kommenden Abschnitte der elektrischen Anschlüsse 10 sowie der Leistungshalbleiter 2 selbst sind nicht zusätzlich elektrisch isoliert. Aufgrund der Verwendung eines elektrisch nicht leitenden Arbeitsfluids ist dies nicht erforderlich.The power electronics shown 1 includes a power semiconductor 2nd with electrical connections 10th . Because the power semiconductor 2nd in one housing 5 of a heat pipe 3rd the electrical connections are included 10th each in the area of a housing bushing 11 in the housing 5 guided. Because the housing 5 with a liquid, electrically non-conductive working fluid 4th the housing bushings are filled 11 fluid-tight or pressure-tight. In the area of housing bushings 11 are the electrical connections 10th also electrically insulated. The inside of the case 5 coming sections of the electrical connections 10th as well as the power semiconductor 2nd themselves are not additionally electrically insulated. This is not necessary due to the use of an electrically non-conductive working fluid.

Der Leistungshalbleiter 2 ist im Bereich eines ersten Endabschnitts 5.1 des Gehäuses 5 angeordnet. Dem gegenüber liegt ein zweiter Endbereich 5.2, über den das Wärmerohr 3 mit einer Kühleinrichtung 6 wärmeübertragend verbunden ist. Die Kühleinrichtung 6 wird von einem Kühlmedium 7 durchströmt, das von dem Arbeitsfluid 4 des Wärmerohrs 3 lediglich durch eine Wand 8 getrennt ist. Da die Wand 8 profiliert ist bzw. mehrere in das Gehäuse 5 des Wärmerohrs 3 hineinragende Kühlrippen 9 ausbildet, wird die wärmeübertragende Fläche der Wand 8 derart vergrößert, dass vom Arbeitsfluid 4 aufgenommene Wärme in effizienter Weise an das Kühlmedium 7 abgegeben wird.The power semiconductor 2nd is in the area of a first end section 5.1 of the housing 5 arranged. In contrast, there is a second end area 5.2 over which the heat pipe 3rd with a cooling device 6 is connected to transfer heat. The cooling device 6 is from a cooling medium 7 flows through that of the working fluid 4th of the heat pipe 3rd just through a wall 8th is separated. Because the wall 8th is profiled or several in the housing 5 of the heat pipe 3rd protruding cooling fins 9 forms, the heat transfer surface of the wall 8th so enlarged that the working fluid 4th absorbed heat efficiently to the cooling medium 7 is delivered.

Bei der vom Arbeitsfluid 4 des Wärmerohrs 3 aufgenommenen Wärme handelt es sich um die Verlustwärme des Leistungshalbleiters 2, die im Betrieb der Leistungselektronik 1 entsteht. Die Verlustwärme des Leistungshalbleiters 2 führt zu einem Verdampfen des flüssiges Arbeitsfluids 4 im Bereich des Leistungshalbleiters 2 (Bereich unterhalb der gestrichelten Linie). Dabei entsteht ein Druckgefälle entlang dessen sich das verdampfte Arbeitsfluid 4 in Richtung der Kühleinrichtung 6 bewegt, und zwar in der gleichen Geschwindigkeit, die der Schall zur Ausbreitung im Arbeitsfluid benötigt. Im Bereich der Kühleinrichtung 6 (Bereich oberhalb der gestrichelten Linie) kondensiert das Arbeitsfluid wieder und gibt dabei die zuvor aufgenommene latente Wärme an die Kühleinrichtung 6 bzw. an das die Kühleinrichtung 6 durchströmende Kühlmedium 7 ab.With the working fluid 4th of the heat pipe 3rd absorbed heat is the heat loss of the power semiconductor 2nd that are in the operation of power electronics 1 arises. The heat loss of the power semiconductor 2nd leads to evaporation of the liquid working fluid 4th in the field of power semiconductors 2nd (Area below the dashed line). This creates a pressure drop along which the evaporated working fluid 4th towards the cooling device 6 moves, and at the same speed that the sound needs to propagate in the working fluid. In the area of the cooling device 6 (Area above the dashed line) the working fluid condenses again and gives the previously absorbed latent heat to the cooling device 6 or to which the cooling device 6 coolant flowing through 7 from.

Mit Hilfe der dargestellten Leistungselektronik 1 kann eine deutliche Beschleunigung der erforderlichen Wärmeabfuhr realisiert werden, so dass kleinere Leistungshalbleiter einsetzbar sind und/oder höhere Schaltfrequenzen möglich sind. Zugleich kann der Bauraumbedarf der Leistungselektronik 1 gesenkt werden.With the help of the power electronics shown 1 The required heat dissipation can be significantly accelerated, so that smaller power semiconductors can be used and / or higher switching frequencies are possible. At the same time, the space required for power electronics 1 be lowered.

Claims (9)

Leistungselektronik (1) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend mindestens einen Leistungshalbleiter (2) zum Schalten elektrischer Ströme und ein Wärmerohr (3) zum Abführen einer im Betrieb der Leistungselektronik (1) durch den Leistungshalbleiter (2) erzeugten Verlustwärme, wobei das Wärmerohr (3) ein mit einem Arbeitsfluid (4) befülltes Gehäuse (5) aufweist, in dem der Leistungshalbleiter (2) angeordnet ist, so dass dieser zumindest bereichsweise unmittelbar von dem Arbeitsfluid (4) umgeben ist, wobei der Leistungshalbleiter (2) in einem ersten Endabschnitt (5.1) des Gehäuses (5) angeordnet ist, dem ein zweiter Endabschnitt (5.2) gegenüberliegt, der in wärmeübertragender Weise mit einer Kühleinrichtung (6) verbunden ist.Power electronics (1) for an electrically drivable vehicle, comprising at least one power semiconductor (2) for switching electrical currents and a heat pipe (3) for dissipating a heat loss generated by the power semiconductor (2) during operation of the power electronics (1), the heat pipe ( 3) has a housing (5) filled with a working fluid (4), in which the power semiconductor (2) is arranged, so that it is at least partially directly surrounded by the working fluid (4), the power semiconductor (2) being in a first End section (5.1) of the housing (5) is arranged, which is opposite a second end section (5.2) which is connected in a heat-transferring manner with a cooling device (6). Leistungselektronik (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiter (2) allseitig unmittelbar von dem Arbeitsfluid (4) umgeben ist.Power electronics (1) according to Claim 1 , characterized in that the power semiconductor (2) is directly surrounded on all sides by the working fluid (4). Leistungselektronik (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiter (2) zumindest einseitig in einem vorgegebenen Abstand zum Gehäuse (5) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Abstand durch mindestens einen Abstandshalter vorgegeben ist, der weiterhin vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist.Power electronics (1) according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the power semiconductor (2) is arranged at least on one side at a predetermined distance from the housing (5), the distance preferably being predetermined by at least one spacer, which is further preferably made of plastic. Leistungselektronik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid (4) des Wärmerohrs (3) elektrisch nicht leitend ist und/oder der Leistungshalbleiter (2) von einer elektrisch isolierenden Schicht, vorzugsweise einer elektrisch isolierenden Lackschicht, umgeben ist.Power electronics (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the working fluid (4) of the heat pipe (3) is electrically non-conductive and / or the power semiconductor (2) from an electrically insulating layer, preferably an electrically insulating lacquer layer. Leistungselektronik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (6) von einem Kühlmedium (7) durchströmt wird, das vorzugsweise von dem Arbeitsfluid (4) des Wärmerohrs (3) durch lediglich eine Wand (8) getrennt ist.Power electronics (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (6) is flowed through by a cooling medium (7), which is preferably separated from the working fluid (4) of the heat pipe (3) by only one wall (8) . Leistungselektronik (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (8) profiliert ist und/oder Kühlrippen (9) ausbildet.Power electronics (1) according to Claim 5 , characterized in that the wall (8) is profiled and / or forms cooling fins (9). Leistungselektronik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiter (2) elektrische Anschlüsse (10) aufweist, die zumindest im Bereich einer Gehäusedurchführung (11) elektrisch isoliert sind.Power electronics (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power semiconductor (2) has electrical connections (10) which are electrically insulated at least in the region of a housing bushing (11). Leistungselektronik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) des Wärmerohrs (3) druckdicht ausgeführt ist.Power electronics (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (5) of the heat pipe (3) is pressure-tight. Elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Leistungselektronik (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorzugsweise die Leistungselektronik (1) dem Antrieb des Fahrzeugs dient.Electrically drivable vehicle with power electronics (1) according to one of the preceding claims, wherein the power electronics (1) preferably serve to drive the vehicle.
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