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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Inverter, insbesondere einen in einer EV-Anwendung verwendeten Inverter.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Wie in 1 gezeigt, wird ein Inverter mit parallelen SiC-Bauelementen offenbart. Der Inverter enthält ein Kühlsystem 100 mit einer Plattenform, und Leistungsmodule 200 (wie etwa ein SiC-Bauelement) sind durch Clips parallel auf der Oberfläche des Kühlsystems 100 fixiert. Über den Leistungsmodulen ist ein PCB mit Kondensatoren 300 vorgesehen. In 1 ist eine Dreiphasenanwendung gezeigt, und 401, 402, 403 stellen die Phase U, die Phase V bzw. die Phase W dar. Das Kühlmittel fließt durch einen Einlass 1 in das Kühlsystem und fließt durch einen Auslass 2 aus dem Kühlsystem. Unter Bezugnahme auf 2 und 3 werden zwei herkömmliche schlangenförmige Kühlrohre verwendet, der Einlass 1 und der Auslass 2 sind auf der gleichen Seite des Kühlsystems vorgesehen, und die Leistungsmodule sind entlang diesen schlangenförmigen Kühlrohren vorgesehen (in 2 und 3 ist der Kühlmittelfluss als die Pfeile gezeigt), weshalb die durch Leistungsmodule erzeugte Wärme durch den Fluss 3 des Kühlmittels abgeleitet wird. Die Temperatur nahe dem Auslass ist jedoch definitiv höher als die Temperatur nahe dem Einlass, was ein Temperaturungleichgewicht verursacht. Die Temperaturverteilung wird ungleichförmiger, wenn die Anzahl der parallel angeordneten Leistungsmodule steigt. Da ein größerer Strom durch das EV (Elektrofahrzeug) erforderlich ist, werden mehr SiC-Bauelemente verwendet, und falls sie immer noch parallel angeordnet sind, würde ein Ungleichgewichtsstrom aufgrund des Temperaturungleichgewichts verursacht werden und einige der SiC-Bauelemente würden sogar zerstört werden.
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Außerdem wird bei EV-Anwendungen eine leichtere und kompaktere Struktur erwartet, ein größeres und schwereres Kühlsystem mit mehr parallelen Leistungsmodulen ist definitiv für ein EV nicht gut.
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KURZE DARSTELLUNG
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Um das Gleichgewicht der Temperatur zu verbessern und die Struktur des Inverters zu vereinfachen, wird ein symmetrischer Inverter mit einer kompakteren Struktur vorgelegt.
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Ein Inverter umfasst: mindestens zwei überlappende Kühlsysteme, wobei jedes Kühlsystem zwei gegenüberliegende Kühloberflächen aufweist, wobei mindestens ein Kondensator auf der einen Kühloberfläche eines Kühlsystems vorgesehen ist, wobei Leistungsmodule auf den Restkühloberflächen jedes Kühlsystems vorgesehen sind, wobei PCBs die Leistungsmodule und den Kondensator elektrisch verbinden, wobei die Leistungsmodule auf den Gebieten der Kühloberfläche vorgesehen sind, wobei die Gebiete Kühldurchgängen für Kühlmittel innerhalb des Kühlsystems entsprechen.
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Das in dem Inverter verwendete Kühlsystem umfasst: ein erstes Teil mit einem Boden und einer Wand, wobei ein Hohlraum durch eine innere Oberfläche des Bodens und eine innere Oberfläche der Wand definiert wird, wobei innerhalb des Hohlraums ein erster ringförmiger Kanal und ein zweiter ringförmiger Kanal außerhalb des ersten ringförmigen Kanals vorgesehen sind. Der erste Teil umfasst weiterhin eine erste Öffnung, die mit dem ersten ringförmigen Kanal kommuniziert, und eine zweite Öffnung, die mit dem zweiten ringförmigen Kanal kommuniziert, wobei das niedrigste Ende der ersten Öffnung unter dem niedrigsten Ende der zweiten Öffnung liegt, zwischen dem ersten ringförmigen Kanal und dem zweiten ringförmigen Kanal mehrere umfangsmäßig beabstandete Vorsprünge vorgesehen sind und radiale Durchgänge (nämlich die Kühldurchgänge) durch jeweils zwei benachbarte Vorsprünge definiert werden, wobei in jedem radialen Durchgang mehrere erste Vorsprünge vorgesehen sind. Das Kühlsystem umfasst weiterhin einen zweiten Teil mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die erste Oberfläche mehrere vorstehende Abschnitte aufweist, wobei auf jedem vorstehenden Abschnitt mehrere zweite Vorsprünge vorgesehen sind, wobei, wenn der erste Teil und der zweite Teil montiert werden durch Ausrichten der ersten Oberfläche zu dem Hohlraum, die vorstehenden Abschnitte auf die radialen Durchgänge ausgerichtet sind, wobei ein Kühlpfad von Kühlmittel durch den ersten ringförmigen Kanal, den zweiten ringförmigen Kanal und die radialen Durchgänge definiert wird, wobei die Leistungsmodule auf einem ersten Gebiet auf einer äußeren Oberfläche des Bodens entsprechend den radialen Durchgängen vorgesehen sind und/oder die Leistungsmodule auf einem zweiten Gebiet auf der zweiten Oberfläche entsprechend den vorstehenden Abschnitten vorgesehen sind, wobei die Kühloberfläche die äußere Oberfläche des Bodens des ersten Teils oder die zweite Oberfläche des zweiten Teils ist.
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Bei diesem Design fließt Kühlmittel radial fast zur gleichen Zeit, die entsprechend dem Kühlpfad angeordneten Leistungsmodule könnten fast zur gleichen Zeit herabgekühlt werden, weshalb ein Temperaturungleichgewicht vermieden wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Perspektivansicht eines traditionellen Inverters.
- 2 veranschaulicht einen traditionellen Kühlmittelfluss.
- 3 veranschaulicht einen weiteren traditionellen Kühlmittelfluss.
- 4 veranschaulicht eine Perspektivansicht des in einer Ausführungsform der Erfindung offenbarten Inverters.
- 5 veranschaulicht eine Perspektivansicht des Inverters der Erfindung unter einem anderen Winkel.
- 6 veranschaulicht eine Perspektivansicht des ersten Teils des durch eine Ausführungsform der Erfindung offenbarten Kühlsystems.
- 7 veranschaulicht die erste Öffnung und die zweite Öffnung des ersten Teils.
- 8 veranschaulicht eine Perspektivansicht des zweiten Teils des durch eine Ausführungsform der Erfindung offenbarten Kühlsystems.
- 9 veranschaulicht die Anordnung der Leistungsmodule.
- 10 veranschaulicht den Kühlmittelfluss einer Ausführungsform der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Bei einer Ausführungsform enthält der Inverter unter Bezugnahme auf 4 und 5 zwei überlappende Kühlsysteme 100 und einen PCB 400 dazwischen, auf dem oberen Kühlsystem sind Leistungsmodule 200 auf beiden Kühloberflächen vorgesehen (die detaillierte Struktur des Kühlsystems wird später dargestellt), und auf dem unteren Kühlsystem sind Leistungsmodule nur auf einer Kühloberfläche gegenüber dem oberen Kühlsystem vorgesehen, und ein Kondensator 300 ist auf der anderen Kühloberfläche vorgesehen. Neben dem dazwischenliegenden PCB zwischen dem oberen und unteren Kühlsystem sind auch ein oberer PCB auf dem oberen Kühlsystem und ein unterer PCB unter dem Boden des unteren Kühlsystems vorgesehen, um eine elektrische Verbindung zwischen allen Leistungsmodulen und dem Kondensator 300 zu erzielen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dreiphasige Leistung (Phase U, Phase V und Phase W) von oben nach unten durch die Leistungsmodule gebildet. Auf den PCBs sind ein AC-Ausgang 801 und ein DC-Eingang 901 vorgesehen, um außerhalb Motor und Batterie zu verbinden. Ein Fachmann könnte unterschiedliche Anzahlen von Kondensatoren verwenden, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen.
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Bei einer nicht gezeigten bevorzugten Ausführungsform enthält der Inverter drei überlappende Kühlsysteme, wobei Leistungsmodule auf einer Kühloberfläche jedes Kühlsystems vorgesehen sind, und mindestens ein Kondensator ist auf der anderen Kühloberfläche eines beliebigen der Kühlsysteme vorgesehen.
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Nunmehr wird auf 6-10 Bezug genommen. Das Kühlsystem wird ausführlich vorgestellt. Das Kühlsystem enthält einen ersten Teil und einen zweiten Teil. Unter Bezugnahme auf 6 umfasst der erste Teil einen Boden und eine Wand, und ein Hohlraum wird durch eine innere Oberfläche des Bodens und eine innere Oberfläche der Wand definiert. Innerhalb des Hohlraums sind ein erster ringförmiger Kanal 10 und ein zweiter ringförmiger Kanal 20 außerhalb des ersten ringförmigen Kanals 10 vorgesehen. Außerdem umfasst der erste Teil weiterhin eine erste Öffnung 1, die den ersten ringförmigen Kanal 10 kommuniziert, und eine zweite Öffnung 2, die den zweiten ringförmigen Kanal 20 kommuniziert, wobei das niedrigste Ende der ersten Öffnung unter dem niedrigsten Ende der zweiten Öffnung liegt (siehe 7), so dass Kühlmittel mit Hilfe eines nicht gezeigten Pumpensystems in möglichst viele Bereiche des ersten Teils fließen könnte. Zwischen dem ersten ringförmigen Kanal 10 und dem zweiten ringförmigen Kanal 20 gibt es mehrere umfangsmäßig beabstandete Vorsprünge 3, und radiale Durchgänge 30 werden durch jeweils zwei benachbarte Vorsprünge 3 definiert. In jedem radialen Durchgang 30 sind mehrere erste Vorsprünge 301 vorgesehen, und in dieser Ausführungsform sind diese ersten Vorsprünge 301 beabstandete zylinderförmige Metalle. Bei anderen Ausführungsformen können auch andere Formen, wie etwa pyramidenförmiges Metall, verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist der Querschnitt des ersten Teils ein Sektor, die erste Öffnung ist auf einem Durchmesser des Sektors vorgesehen, die zweite Öffnung ist auf dem anderen Durchmesser des Sektors vorgesehen. Der erste ringförmige Kanal und der zweite ringförmige Kanal sind koaxial.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 8 umfasst der zweite Teil des Kühlsystems eine erste Oberfläche 41 und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche 41, die erste Oberfläche enthält mehrere vorstehende Abschnitte 5, auf jedem vorstehenden Abschnitt 5 vorgesehen mit mehreren zweiten Vorsprüngen 51, und diese zweiten Vorsprünge sind Metallzylinder.
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Wenn der ersten Teil und der zweite Teil montiert werden (die erste Oberfläche 41 ist den radialen Durchgängen 30 zugewandt), sind die vorstehenden Abschnitte 5 auf die radialen Durchgänge 30 ausgerichtet, ein Kühlpfad von Kühlmittel wird durch den ersten ringförmigen Kanal 10, den zweiten ringförmigen Kanal 20 und die radialen Durchgänge 30 definiert.
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In dieser Ausführungsform wird ein erstes Gebiet auf einer äußeren Oberfläche des Bodens des ersten Teils entsprechend den radialen Durchgängen 30 definiert, um Leistungsmodule anzuordnen. Dabei wird ein zweites Gebiet auf der zweiten Oberfläche entsprechend den vorstehenden Abschnitten 5 definiert, um Leistungsmodule anzuordnen. Wie in 9 gezeigt, werden Leistungsmodule 6 radial entsprechend den radialen Durchgängen 30 und den vorstehenden Abschnitten 5 angeordnet. In einer derartigen Konfiguration können Leistungsmodule auf beiden Seiten des Kühlsystems bereitgestellt werden, und sie können in kurzer Zeit heruntergekühlt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Boden des ersten ringförmigen Kanals niedriger als das unterste Ende der ersten Vorsprünge, und wenn der erste Teil und der zweite Teil montiert werden, indem die erste Oberfläche zu dem Hohlraum ausgerichtet wird, ist das unterste Ende der zweiten Vorsprünge niedriger als das unterste Ende des Auslasses. Bei einer derartigen Ausbildung wird die Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittel und dem Kühlsystem stark vergrößert, und das Kühlsystem kann in kurzer Zeit auf beiden Seiten heruntergekühlt werden.
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Das Kühlmittel (wie etwa Kühlwasser) fließt durch die erste Öffnung 1 in den ersten ringförmigen Kanal 10 und wird dann radial verteilt, wie in 10 gezeigt (Wasserfluss als Pfeile gezeigt). Somit könnten alle Leistungsmodule fast zur gleichen Zeit heruntergekühlt werden, während Kühlwasser durch die radialen Durchgänge 30 fließt. Weiterhin kann eine bessere Kühlleistung erzielt werden, da der Kontaktbereich zwischen dem Wasser und dem Kühlsystem aufgrund der ersten Vorsprünge 301 und der zweiten Vorsprünge 51 stark vergrößert ist.
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Eine Reihe von alternativen Strukturelementen und Verarbeitungsschritten ist für die bevorzugte Ausführungsform vorgeschlagen worden. Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, veranschaulicht die Beschreibung die Erfindung und ist nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen. Verschiedene Modifikationen und Anwendungen können sich dem Fachmann ergeben, ohne von dem wahren Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen.
