DE102020124711A1

DE102020124711A1 - Leistungsmodulbaugruppe mit kühlanordnung

Info

Publication number: DE102020124711A1
Application number: DE102020124711.7A
Authority: DE
Inventors: Man Prakash Gupta; Michael W. Degner; Edward Chan-Jiun JIH; Alfredo R. Munoz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-03-25
Also published as: US10874037B1; CN112542434A

Abstract

Die Offenbarung stellt eine Leistungsbaugruppe mit Kühlanordnung bereit. Eine Leistungsmodulbaugruppe beinhaltet eine Vielzahl von Leistungsmodulen, wobei jedes eine Leistungsstufe beinhaltet, die ein Substrat und eine transistorbasierte Schaltanordnung aufweist, die auf dem Substrat getragen ist. Die Leistungsmodule sind in einem Stapel angeordnet, der mit den Leistungsstufen verschachtelte Kühlmittelkammern definiert und ein Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern definiert, die auf gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind und sich entlang einer Länge des Stapels erstrecken. Für jedes Leistungsmodul definiert das Substrat ein Netzwerk aus Kühlkanälen, die die Zufuhrverteiler mit einer entsprechenden der Kammern verbinden. Das Netzwerk beinhaltet erste Kanäle, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von dem Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern aufzunehmen, zweite Kanäle, die im Wesentlichen parallel zu den ersten Kanälen sind und jeweils in die entsprechende der Kammern münden, und dritte Kanäle, die die ersten und zweiten Kanäle wiederholt kreuzen, um die ersten und zweiten Kanäle in Fluidverbindung zu verbinden.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft Leistungsmodulbaugruppen für einen elektrischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs und insbesondere das Wärmemanagement der Leistungsmodulbaugruppen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie etwa Batterieelektrofahrzeuge (battery-electric vehicle - BEV), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicle - PHEV) und Voll-Hybridelektrofahrzeuge (fully hybrid-electric vehicle - FHEV), enthalten eine Traktionsbatteriebaugruppe, die als Energiequelle für eine oder mehrere elektrische Maschinen fungiert. Die Traktionsbatterie beinhaltet Komponenten und Systeme, um das Verwalten von Fahrzeugleistungsfähigkeit und -betrieb zu unterstützen. Ein Leistungswechselrichter ist elektrisch zwischen der Batterie und den elektrischen Maschinen verbunden, um Gleichstrom, der von der Batterie kommt, in Wechselstrom, der mit den elektrischen Maschinen kompatibel ist, umzuwandeln. Der Leistungswechselrichter kann auch als Gleichrichter fungieren, um Wechselstrom von den elektrischen Maschinen in Gleichstrom, der mit der Batterie kompatibel ist, umzuwandeln.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine Leistungsmodulbaugruppe eine Vielzahl von Leistungsmodulen, wobei jedes eine Leistungsstufe beinhaltet, die ein Substrat und eine transistorbasierte Schaltanordnung aufweist, die auf dem Substrat getragen ist. Die Leistungsmodule sind in einem Stapel angeordnet, der mit den Leistungsstufen verschachtelte Kühlmittelkammern definiert und ein Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern definiert, die auf gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind und sich entlang einer Länge des Stapels erstrecken. Für jedes Leistungsmodul definiert das Substrat ein Netzwerk aus Kühlkanälen, die die Zufuhrverteiler mit einer entsprechenden der Kammern verbinden. Das Netzwerk beinhaltet erste Kanäle, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von dem Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern aufzunehmen, zweite Kanäle, die im Wesentlichen parallel zu den ersten Kanälen sind und jeweils in die entsprechende der Kammern münden, und dritte Kanäle, die die ersten und zweiten Kanäle wiederholt kreuzen, um die ersten und zweiten Kanäle in Fluidverbindung zu verbinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine Leistungsmodulbaugruppe eine Vielzahl von Leistungsmodulen, wobei jedes eine Leistungsstufe und einen Rahmen beinhaltet, der eine Tasche benachbart zu der Leistungsstufe und Schlitze, die auf gegenüberliegenden Seiten der Leistungsstufe angeordnet sind, definiert. Die Leistungsmodule sind in einem Array gestapelt, sodass zueinander benachbarte Taschen Kühlmittelkammern bilden, die mit den Leistungsstufen verschachtelt sind, und zueinander benachbarte Schlitze Kühlmittelsammelleitungen bilden. Jede der Leitungsstufen weist mindestens ein Substrat auf, das erste Kanäle, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von einem zugeordneten Paar von Kühlmittelsammelleitungen aufzunehmen, zweite Kanäle, die im Wesentlichen parallel zu den ersten Kanälen sind und jeweils in eine entsprechende der Kühlmittelkammern münden, um dieser Kühlmittel bereitzustellen, und dritte Kanäle, die die ersten und zweiten Kanäle wiederholt kreuzen, um die ersten und zweiten Kanäle in Fluidverbindung zu verbinden, beinhaltet.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weist eine Leistungsmodulbaugruppe eine Vielzahl von Leistungsmodulen auf, die in einem Stapel angeordnet ist. Jedes Leistungsmodul beinhaltet einen Rahmen und eine Leistungsstufe, die in dem Rahmen getragen wird. Die Leistungsstufe weist eine Vielzahl von Schaltern auf, die auf einem Substrat getragen und dazu konfiguriert ist, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Das Substrat beinhaltet eine Außenplatte mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Kanten. Die Außenplatte definiert erste Mikrokanäle, die in einer Rückseite der Außenplatte ausgespart und ausgerichtet sind, um sich zwischen den gegenüberliegenden Kanten zu erstrecken, und definiert zweite Mikrokanäle vollständig durch eine Dicke der Außenplatte, die ausgerichtet sind, um sich zwischen den gegenüberliegenden Kanten zu erstrecken, und zwischen den ersten Mikrokanälen positioniert sind, sodass sich die ersten und zweiten Mikrokanäle entlang der Außenplatte abwechseln. Eine innere Platte weist eine Vorderseite auf, die an der Rückseite der Außenplatte angeordnet ist, und definiert dritte Mikrokanäle, die in der Vorderseite ausgespart und ausgerichtet sind, um die ersten und zweiten Mikrokanäle wiederholt zu kreuzen, sodass die dritten Mikrokanäle die ersten und zweiten Mikrokanäle in Fluidverbindung verbinden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung eines Wandlers für variable Spannung und eines Leistungswechselrichters.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungsmodulbaugruppe.
4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Leistungsmodulbaugruppe.
5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Leistungsstufe der Leistungsmodulbaugruppe.
6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Teilansicht der Leistungsstufe.
7A ist eine weitere auseinandergezogene perspektivische Teilansicht der Leistungsstufe.
7B ist eine Detailansicht eines Substrats der Leistungsstufe.
8 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kühlmittelkreislaufs der Leistungsmodulbaugruppe, die die Leistungsstufen und eine räumliche Darstellung des Kühlmittelkreislaufs zeigt. In 8 ist der gezeigte Kühlmittelkreislauf (gepunktet gezeigt) keine tatsächliche strukturelle Komponente, die innerhalb der Baugruppe angeordnet ist. Vielmehr definieren die verschiedenen strukturellen Merkmale der Baugruppe Grenzen des gezeigten Kühlmittelkreislaufs, bei dem es sich um einen Hohlraum handelt.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungsmoduls der Leistungsmodulbaugruppe.
10 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Leistungsmodulbaugruppe. In 10 ist der gezeigte Kühlmittelkreislauf (gepunktet gezeigt) keine tatsächliche strukturelle Komponente, die innerhalb der Baugruppe angeordnet ist. Vielmehr definieren die verschiedenen strukturellen Merkmale der Baugruppe Grenzen des gezeigten Kühlmittelkreislaufs, bei dem es sich um einen Hohlraum handelt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Ein Beispiel für ein PHEV ist in 1 abgebildet und wird in dieser Schrift im Allgemeinen als Fahrzeug 16 bezeichnet. Das Fahrzeug 16 beinhaltet ein Getriebe 12 und wird durch mindestens eine elektrische Maschine 18 mit Unterstützung von einer Brennkraftmaschine 20 angetrieben. Bei der elektrischen Maschine 18 kann es sich um einen Wechselstrommotor (Wechselstrom - alternating current (AC)) handeln, der in 1 als „Elektromotor“ 18 abgebildet ist. Die elektrische Maschine 18 nimmt elektrische Leistung auf und stellt ein Drehmoment für den Fahrzeugantrieb bereit. Die elektrische Maschine 18 dient auch als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung durch regeneratives Bremsen.
Das Getriebe 12 kann eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung aufweisen. Das Getriebe 12 beinhaltet die erste elektrische Maschine 18 und eine zweite elektrische Maschine 24. Bei der zweiten elektrischen Maschine 24 kann es sich um einen AC-Motor handeln, der als „Generator“ 24 in 1 abgebildet ist. Wie die erste elektrische Maschine 18 nimmt die zweite elektrische Maschine 24 elektrische Leistung auf und stellt ein Ausgangsdrehmoment bereit. Die zweite elektrische Maschine 24 dient ebenfalls als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung und zum Optimieren des Leistungsflusses durch das Getriebe 12. In anderen Ausführungsformen weist das Getriebe keine Konfiguration mit Leistungsverzweigung auf.
Das Getriebe 12 kann eine Planetenradeinheit 26 beinhalten, die ein Sonnenrad 28, einen Planetenträger 30 und ein Hohlrad 32 beinhaltet. Das Sonnenrad 28 ist mit einer Ausgangswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 gekoppelt, um Generatordrehmoment zu empfangen. Der Planetenträger 30 ist mit einer Ausgangswelle des Motors 20 verbunden, um Motordrehmoment zu empfangen. Die Planetenradeinheit 26 kombiniert das Generatordrehmoment und das Motordrehmoment und stellt ein kombiniertes Ausgangsdrehmoment um das Hohlrad 32 bereit. Die Planetenradeinheit 26 dient als ein stufenloses Getriebe, ohne feste oder „schrittweise“ Verhältnisse.
Das Getriebe 12 kann zudem eine Einwegkupplung (one way clutch - O.W.C.) und eine Generatorbremse 33 beinhalten. Die O.W.C. ist an die Ausgangswelle des Motors 20 gekoppelt, um zu ermöglichen, dass die Ausgangswelle nur in einer Richtung dreht. Die O.W.C. verhindert, dass das Getriebe 12 den Motor 20 rückwärts antreibt. Die Generatorbremse 33 ist an die Ausgangswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 gekoppelt. Die Generatorbremse 33 kann aktiviert werden, um zu „bremsen“ oder eine Drehung der Ausgangswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 und des Sonnenrads 28 zu verhindern. Alternativ dazu können die O.W.C. und die Generatorbremse 33 weggelassen und durch Steuerstrategien für den Motor 20 und die zweite elektrische Maschine 24 ersetzt sein.
Das Getriebe 12 kann ferner eine Vorgelegewelle mit Zwischenzahnrädern, einschließlich eines ersten Zahnrads 34, eines zweiten Zahnrads 36 und eines dritten Zahnrads 38, beinhalten. Ein Planetenausgangszahnrad 40 ist mit dem Hohlrad 32 verbunden. Das Planetenausgangszahnrad 40 kämmt mit dem ersten Zahnrad 34, um Drehmoment zwischen der Planetenradeinheit 26 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Ausgangszahnrad 42 ist mit einer Ausgangswelle der ersten elektrischen Maschine 18 verbunden. Das Ausgangszahnrad 42 kämmt mit dem zweiten Zahnrad 36, um Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine 18 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Getriebeausgangszahnrad 44 ist mit einer Antriebswelle 46 verbunden. Die Antriebswelle 46 ist durch ein Differenzial 50 an ein Paar von angetriebenen Rädern 48 gekoppelt. Das Getriebeausgangszahnrad 44 kämmt mit dem dritten Zahnrad 38, um Drehmoment zwischen dem Getriebe 12 und den angetriebenen Rädern 48 zu übertragen.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet eine Energiespeichervorrichtung, wie etwa eine Traktionsbatterie 52 zum Speichern von elektrischer Energie. Bei der Batterie 52 kann es sich um eine Hochspannungsbatterie handeln, die in der Lage ist, elektrische Leistung auszugeben, um die erste elektrische Maschine 18 und die zweite elektrische Maschine 24 zu betreiben. Die Batterie 52 nimmt auch elektrische Leistung von der ersten elektrischen Maschine 18 und der zweiten elektrischen Maschine 24 auf, wenn diese als Generatoren betrieben werden. Die Batterie 52 ist ein Batteriepack, das aus mehreren Batteriemodulen (nicht gezeigt) besteht, wobei jedes Batteriemodul eine Vielzahl von Batteriezellen (nicht gezeigt) enthält. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 16 ziehen andere Arten von Energiespeichervorrichtungen in Betracht, wie etwa Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht gezeigt), welche die Batterie 52 ergänzen oder ersetzen. Ein Hochspannungsbus verbindet die Batterie 52 elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine 18 und der zweiten elektrischen Maschine 24.
Das Fahrzeug beinhaltet ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) 54 zum Steuern der Batterie 52. Das BECM 54 empfängt eine Eingabe, die Fahrzeugbedingungen und Batteriebedingungen angibt, wie etwa Batterietemperatur, - Spannung und -strom. Das BECM 54 berechnet und schätzt Batterieparameter, wie etwa einen Batterieladezustand und die Batterieleistungsfähigkeit. Das BECM 54 stellt eine Ausgabe (BSOC, P_cap) bereit, die anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen einen Batterieladezustand (battery state of charge - BSOC) und eine Batterieleistungsfähigkeit (P_cap) angibt.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet einen DC/DC-Wandler oder Wandler für variable Spannung (variable-voltage converter - VVC) 10 und einen Wechselrichter 56. Der VVC 10 und der Wechselrichter 56 sind elektrisch zwischen der Traktionsbatterie 52 und der ersten elektrischen Maschine 18 und zwischen der Batterie 52 und der zweiten elektrischen Maschine 24 verbunden. Der VVC 10 „verstärkt“ oder erhöht das Spannungspotenzial der elektrischen Leistung, die durch die Batterie 52 bereitgestellt wird. Der VVC 10 „drosselt“ oder verringert auch das Spannungspotenzial der elektrischen Leistung, die der Batterie 52 bereitgestellt wird, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Wechselrichter 56 kehrt Gleichstrom, der durch die Hauptbatterie 52 (durch den VVC 10) zugeführt wird, in Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschinen 18, 24 um. Der Wechselrichter 56 richtet ebenfalls Wechselstrom, der durch die elektrischen Maschinen 18, 24 bereitgestellt wird, in Gleichstrom zum Aufladen der Traktionsbatterie 52 gleich. Andere Ausführungsformen des Getriebes 12 beinhalten mehrere Wechselrichter (nicht gezeigt), wie etwa einen Wechselrichter, der jeder elektrischen Maschine 18, 24 zugeordnet ist. Der VVC 10 beinhaltet eine Induktorbaugruppe 14.
Das Getriebe 12 beinhaltet ein Getriebesteuermodul (transmission control module - TCM) 58 zum Steuern der elektrischen Maschinen 18, 24, des VVC 10 und des Wechselrichters 56. Das TCM 58 ist dazu konfiguriert, unter anderem Position, Drehzahl und Leistungsverbrauch der elektrischen Maschinen 18, 24 zu überwachen. Das TCM 58 überwacht zudem elektrische Parameter (z. B. Spannung und Strom) an verschiedenen Stellen innerhalb des VVC 10 und des Wechselrichters 56. Das TCM 58 stellt anderen Fahrzeugsystemen Ausgangssignale, die diesen Informationen entsprechen, bereit.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 60, die mit anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen in Kommunikation steht, um deren Funktion zu koordinieren. Auch wenn die VSC 60 als einzelne Steuerung gezeigt ist, kann sie mehrere Steuerungen beinhalten, die verwendet werden können, um mehrere Fahrzeugsysteme gemäß einer Gesamtfahrzeugsteuerlogik oder -software zu steuern.
Die Fahrzeugsteuerungen, einschließlich VSC 60 und TCM 58, beinhalten im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zusammenzuwirken, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Die Steuerungen beinhalten zudem vorbestimmte Daten oder „Lookup-Tabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten basieren und in dem Speicher gespeichert sind. Die VSC 60 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen (z. B. mit dem BECM 54 und dem TCM 58) über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen, die übliche Bus-Protokolle (z. B. CAN und LIN) verwenden. Die VSC 60 empfängt eine Eingabe (PRND), die eine aktuelle Position des Getriebes 12 darstellt (z. B. Parken, Rückwärtsgang, Leerlauf oder Fahren). Die VSC 60 empfängt zudem eine Eingabe (APP), die eine Gaspedalposition darstellt. Die VSC 60 stellt eine Ausgabe bereit, die ein gewünschtes Raddrehmoment, eine gewünschte Motordrehzahl und einen Generatorbremsbefehl an das TCM 58 sowie eine Schützsteuerung an das BECM 54 darstellt.
Das Fahrzeug 16 beinhaltet ein Motorsteuermodul (engine control module - ECM) 64 zum Steuern des Motors 20. Die VSC 60 stellt eine Ausgabe (gewünschtes Motordrehmoment) an das ECM 64 bereit, die auf einer Anzahl von Eingabesignalen basiert, darunter APP, und einer Fahreranforderung nach Fahrzeugantrieb entspricht.
Wenn das Fahrzeug 16 ein PHEV ist, kann die Batterie 52 periodisch AC-Energie von einer externen Leistungsversorgung oder einem Leistungsnetz über einen Ladeanschluss 66 empfangen. Das Fahrzeug 16 beinhaltet zudem ein bordeigenes Ladegerät 68, das AC-Energie von dem Ladeanschluss 66 empfängt. Das Ladegerät 68 ist ein AC/DC-Wandler, der die empfangene AC-Energie in DC-Energie, die zum Laden der Batterie 52 geeignet ist, umwandelt. Das Ladegerät 68 wiederum liefert die DC-Energie während des Aufladens zur Batterie 52. Obwohl er hier in dem Kontext eines PHEV 16 veranschaulicht und beschrieben wird, versteht es sich, dass der Wechselrichter 56 in anderen Typen elektrifizierter Fahrzeuge implementiert werden kann, wie etwa ein HEV, ein BEV oder ein Brennstoffzellenelektrofahrzeug. Ferner ist die gezeigte PHEV-Architektur lediglich eine beispielhafte Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein elektrisches Schaltbild des VVC 10 und des Wechselrichters 56 gezeigt. Der VVC 10 kann eine oder mehrere Leistungsstufen beinhalten, die eine transistorbasierte Schaltanordnung, wie etwa eine Halbbrücke, aufweisen. Jede Leistungsstufe beinhaltet eine erste Schalteinheit 70 und eine zweite Schalteinheit 72 zum Verstärken der Eingangsspannung (V_bat), um eine Ausgangsspannung (V_dc) bereitzustellen. Die erste Schalteinheit 70 kann einen ersten Transistor 74 beinhalten, der in Parallelschaltung mit einer ersten Diode 76 verbunden ist, wobei jedoch ihre Polaritäten vertauscht sind (antiparallele Schaltung). Die zweite Schalteinheit 72 kann einen zweiten Transistor 78 beinhalten, der antiparallel mit einer zweiten Diode 80 verbunden ist. Jeder Transistor 74, 78 kann ein beliebiger Typ eines steuerbaren Schalters (z. B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistor - IBGT) oder Feldeffekttransistors (FET)) sein. Zusätzlich kann jeder Transistor 74, 78 einzeln durch das TCM 58 gesteuert werden. Die Induktorbaugruppe 14 ist als ein Eingangsinduktor abgebildet, der in Reihe zwischen der Traktionsbatterie 52 und den Schalteinheiten 70, 72 verbunden ist. Der Induktor 14 generiert einen magnetischen Fluss, wenn ein Strom zugeführt wird. Wenn der Strom, der durch den Induktor 14 fließt, wechselt, wird ein zeitlich variierendes Magnetfeld geschaffen, und eine Spannung wird induziert. Andere Ausführungsformen des VVC 10 beinhalten alternative Schaltungskonfigurationen.
Der Wechselrichter 56 kann eine Vielzahl von Leistungsstufen beinhalten, die eine transistorbasierte Schaltanordnung, wie etwa eine oder mehrere Halbbrücken, die in einer Baugruppe gestapelt sind, aufweisen. Jede der Halbbrücken kann eine positive DC-Leitung 84, die an einen positiven DC-Knoten von der Batterie gekoppelt ist, und eine negative DC-Leitung 86, die an einen negativen DC-Knoten von der Batterie gekoppelt ist, beinhalten. Jede der Halbbrücken 82 kann auch eine erste Schalteinheit 88 und eine zweite Schalteinheit 90 beinhalten. Die erste Schalteinheit 88 kann einen ersten Transistor 92 beinhalten, der antiparallel mit einer ersten Diode 94 verbunden ist. Die zweite Schalteinheit 90 kann einen zweiten Transistor 96 beinhalten, der antiparallel mit einer zweiten Diode 98 verbunden ist. Der erste und der zweite Transistor 92, 96 können IGBTs oder FETs sein. Die erste und die zweite Schalteinheit 88, 90 jeder der Halbbrücken 82 wandelt Gleichstrom der Batterie in einen einphasigen Wechselstromausgang an der AC-Leitung 100 um. Jede der AC-Leitungen 100 ist elektrisch mit dem Motor 18 oder mit dem Generator 24 verbunden.
In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der VVC 10 zwei Leistungsstufen und beinhaltet der Wechselrichter 9 Leistungsstufen (drei für den Generator 24 und sechs für den Motor 18). In anderen Ausführungsformen beinhaltet der VVC 10 eine Leistungsstufe und beinhaltet der Wechselrichter sechs Leistungsstufen (drei für den Generator 24 und drei für den Motor 18). Die VVC-Leistungsstufen und die Wechselrichter-Leistungsstufen können identische Komponenten sein und allgemein als Leistungsstufen bezeichnet werden. Sowohl die VVC-Leistungsstufen als auch die Wechselrichter-Leistungsstufen können in einem gemeinsamen Stapel angeordnet sein.
Die 3 bis 9 und die zugehörige Erörterung beschreiben beispielhafte Leistungsmodulbaugruppen und ihre einzelnen Komponenten. Die Leistungsmodulbaugruppen können für einen Leistungswechselrichter, wie etwa den oben beschriebenen Leistungswechselrichter 56, oder für eine andere Art von Leistungselektronik vorhanden sein.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 kann eine Leistungsmodulbaugruppe 150 als ein Stapel (Array) 151 von Leistungsmodulen (Elementarzellen) 152 ausgebildet sein. Die veranschaulichte Ausführungsform zeigt einen Stapel von drei Leistungsmodulen 152, dies ist jedoch nur ein Beispiel und es können mehr oder weniger Module 152 in dem Stapel 151 beinhaltet sein. Jedes Leistungsmodul 152 beinhaltet eine Leistungsstufe 154 und einen Rahmen 157. Die Leistungsstufe und der Rahmen können separate Komponenten sein oder können durch einen Formungsprozess einstückig ausgebildet sein. Die Leistungsmodulbaugruppe 150 beinhaltet zudem eine vordere Abdeckung 156 und eine hintere Abdeckplatte 158. Die vordere Abdeckung 156 beinhaltet einen Kühlmitteleinlassanschluss 155 und einen Kühlmittelauslassanschluss 159. Der Einlass- und Auslassanschluss 155 und 159 stehen in Fluidverbindung mit Kanälen, die innerhalb des Stapels definiert sind. Die Kanäle können Mikrokanäle sein. Im hierin verwendeten Sinne ist ein „Mikrokanal“ ein Kanal mit einem hydraulischen Durchmesser unter 1 Millimeter (mm). Während des Betriebs wird das Kühlmittel über die Leistungsmodule 152 zirkuliert, um die Schaltanordnungen zu kühlen. Dies wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 5 kann jede Leistungsstufe 154 ein erstes Substrat 160 und ein zweites Substrat 162 beinhalten, die eine Vielzahl von Schalteinheiten 164 zwischen sich einschließen. Das erste Substrat 160 beinhaltet eine Außenplatte 166, eine innere Platte 168, eine dielektrische Schicht (Isolator) 170 und eine Innenplatte 172. Die Außenplatte 166 definiert eine äußere lange Seite 173 der Leistungsstufe 154, die Innenplatte 172 definiert eine innere lange Seite des Substrats 160 und die dünnen Kanten der Platten und die dielektrische Schicht definieren gemeinsam einen Abschnitt der kurzen Seiten 174 des Substrats 160. In anderen Ausführungsformen können die Platten 166 und 168 eine einzelne Platte sein.
Das erste Substrat 160 kann ein Substrat mit direkt gebondetem Kupfer (directbonded copper - DBC) sein. Die Platten und die dielektrische Schicht können zum Beispiel durch einen Hochtemperaturoxidationsprozess aneinander gebondet werden. Die Platten 166, 168, 172 können Metall sein, wie etwa Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold. In einer Ausführungsform kann die Innenplatte 172 strukturiertes Kupfer sein. Der Begriff „strukturiert“ bezieht sich auf eine Platte, die geätzt wurde, um eine elektrische Schaltung zu definieren. Die dielektrische Schicht 170 kann aus Keramik bestehen. Beispielhafte Keramiken beinhalten Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid. In einigen Ausführungsformen können die Keramiken dotiert sein.
Das zweite Substrat 162 beinhaltet zudem eine Außenplatte 180, eine innere Platte 182, eine dielektrische Schicht 184 und eine Innenplatte 186. Die Materialien der Platten und der dielektrischen Schicht können ähnlich den vorstehend in Bezug auf das erste Substrat 160 beschriebenen sein. Das zweite Substrat 162 kann ein DBC sein.
In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Leistungsstufe 154 vier Schalteinheiten 164. Jede der Schalteinheiten 164 kann einen Transistor 192 und eine Diode 194 beinhalten, andere Konfigurationen werden jedoch in Betracht gezogen. Der Transistor 192 kann unter anderem IGBTs oder FETs sein. Jede der Schalteinheiten 164 ist elektrisch mit einer oder beiden von der Innenplatte 172 und/oder der Innenplatte 186 verbunden. Die Leistungsstufe 154 kann eine Vielzahl von Abstandsstücken (nicht gezeigt) beinhalten, die die Schalteinheiten 164 elektrisch mit einer der Innenplatten verbinden und als Abstandsmerkmale fungieren. Eine Spritzgussmasse kann die Innenkomponenten der Leistungsstufe 154 einkapseln.
Die Leistungsstufe 154 beinhaltet zudem eine Vielzahl von Klemmen 196 und Signalstiften 198. Zum Beispiel kann die Leistungsstufe 154 eine positive DC-Klemme 200, eine negative DC-Klemme 202 und eine AC-Klemme 204 beinhalten. Die DC-Klemmen 200, 202 sind elektrisch mit einer Kondensatorbank des Wechselrichters 56 und einer Traktionsbatterie verbunden. Die AC-Klemme 204 ist elektrisch mit einer zugeordneten elektrischen Maschine verbunden. Die Signalstifte 198 sind elektrisch mit einer Gate-Treiberplatine des Wechselrichters 56 verbunden. Die Klemmen und Stifte können durch eine strukturierte Innenplatte gebildet sein oder können separate Komponenten sein, die an den Schalteinheiten 164 befestigt sind.
Eines oder mehrere der Substrate 160 und 162 kann/können ein Netzwerk aus Kanälen oder Mikrokanälen beinhalten, die dazu konfiguriert sind, Kühlmittel zu zirkulieren, um die Leistungsstufe 154 thermisch zu regulieren. In der veranschaulichten Ausführungsform weisen beide der Substrate 160 und 162 Mikrokanäle auf. Die Mikrokanäle können in der Außenplatte und der inneren Platte des Substrats definiert sein.
Unter Bezugnahme auf die 6, 7A und 7B definiert die Außenplatte 166 in dem ersten Substrat 160 erste Mikrokanäle 210 und zweite Mikrokanäle 212. Die Mikrokanäle 210 und 212 sind so ausgerichtet, dass sie sich zwischen gegenüberliegenden Seiten 214 und 216 erstrecken. Alle der Mikrokanäle 210 können parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sein und alle Mikrokanäle 212 können parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sein. Die Mikrokanäle 210 und 212 können auch parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sein. Im hierin verwendeten Sinne bedeutet „im Wesentlichen parallel“ innerhalb von plus oder minus 3 Grad parallel. Die Mikrokanäle 210 erstrecken sich möglicherweise axial nicht vollständig zwischen den gegenüberliegenden Seiten 214, 216, um einen Rand 218 an der Vorderseite 220 der Außenplatte 166 zu bilden, wohingegen sich die Mikrokanäle 212 vollständig zwischen den gegenüberliegenden Seiten 214, 216 erstrecken können. Die Mikrokanäle 210 können Schlitze sein, die sich vollständig durch die Dicke der Außenplatte 166 erstrecken, sodass Fluid von der Rückseite 222 zu der Vorderseite 220 strömen kann. Die Mikrokanäle 212 können in der Rückseite 222 ausgespart sein und erstrecken sich nicht vollständig durch die Dicke der Außenplatte 166. Die Mikrokanäle 212 sind zwischen den Mikrokanälen 210 platziert, sodass sich die Kanäle 210 und 212 in der Längsrichtung (L) der Platte abwechseln.
Die innere Platte 168 definiert dritte Mikrokanäle 224, die so ausgerichtet sind, dass sie sich mit den ersten und zweiten Mikrokanälen 210, 212 wiederholt kreuzen. In einigen Ausführungsformen können die dritten Mikrokanäle 224 orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zu den Mikrokanälen 210, 212 sein. Zum Beispiel können sich die Mikrokanäle 224 zwischen einer Oberseite 226 und einer Unterseite (nicht gezeigt) der inneren Platte 168 erstrecken. Alle der dritten Mikrokanäle 224 können parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander sein. Die dritten Mikrokanäle 224 sind in einer Vorderseite 230 der inneren Platte 168 ausgespart. Die dritten Mikrokanäle 224 können nur über einer Grundfläche der Schaltanordnung 164 angeordnet sein. Dies erzeugt einen Rand 232 entlang der Seiten und der Oberseite und Unterseite der inneren Platte 168. Die Außenplatte 166 kann kleiner, z. B. schmaler als die innere Platte 168 sein, sodass ein Abschnitt des Rands 232 (insbesondere der Seitenränder) freigelegt ist.
Das zweite Substrat 162 kann die gleiche Mikrokanalanordnung wie das erste Substrat 160 aufweisen. Kurz gesagt kann das zweite Substrat 162 erste Mikrokanäle 234, die gleich oder ähnlich den Mikrokanälen 210 sind, zweite Mikrokanäle 236, die gleich oder ähnlich den Mikrokanälen 212 sind, und dritte Mikrokanäle (nicht sichtbar), die gleich oder ähnlich den Mikrokanälen 224 sind, beinhalten. Die veranschaulichte Ausführungsform ist lediglich eine beispielhafte Ausführungsform und ist nicht einschränkend.
Unter Bezugnahme auf die 7B, 8 und 9 beinhaltet jedes Leistungsmodul 152 gegenüberliegende lange Seiten 238 und 239. Der Rahmen 157 definiert Öffnungen 240 und 242 in den unteren Seiten 244, 246, die sich zwischen den gegenüberliegenden langen Seiten 238, 239 erstrecken (d. h. die Öffnungen 240, 242 erstrecken sich durch die Dicke des Rahmens 157). Der Rahmen 157 definiert zudem Schlitze 252, 254, die sich entlang der Seiten 256, 258 erstrecken. Die Schlitze können nur auf einer der langen Seiten oder auf beiden langen Seiten ausgebildet sein. Das heißt, jedes Leistungsmodul 152 kann zwei Schlitze oder vier Schlitze beinhalten (veranschaulichte Ausführungsform). Die Schlitze 252, 254 sind derart in dem Rahmen 157 ausgespart, dass die Ränder 232 des Substrats freiliegen, um Kühlmittel aufzunehmen. Die Rahmen 157 beinhalten Abstandsmerkmale 270, die Taschen 272 bilden, die in einer oder mehreren der langen Seiten 238 und 239 ausgespart sind. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jedes Leistungsmodul 152 eine Tasche 272 auf jeder langen Seite. Die Taschen 272 befinden sich über der Leistungsstufe 154. Die vorderen/hinteren Grenzen der Taschen 272 werden durch die Außenplatten des Substrats 160 oder 162 gebildet. Das heißt, für jedes Leistungsmodul 152 bildet die Außenplatte 166 eine Grenze einer der Taschen 272 und bildet die Außenplatte 180 die Grenze der anderen der Taschen 272. Die Taschen 272 sind durchgehend mit den Öffnungen 274, die in der Oberseite 276 der Rahmen 157 definiert sind.
Wie vorstehend erörtert, ist eine Vielzahl der Leistungsmodule 152 zusammengestapelt, um die Leistungsmodulbaugruppe 150 zu bilden. Im gestapelten Zustand wirken die Öffnungen 240, 242, die Schlitze 252, 254, die Taschen 272 und die Öffnungen 274 benachbarter Leistungsmodule zusammen (kommen zusammen), um Abschnitte eines Kühlmittelkreislaufs zu definieren. Die Taschen 272 wirken zusammen, um Kühlmittelkammern 273 zu bilden, die mit den Leistungsstufen 154 entlang der Länge der Leistungsmodulbaugruppe 150 verschachtelt sind. Die Kühlmittelkammern 273 münden in einen Rückführverteiler 278, der durch die Öffnungen 274 definiert ist. Der Kühlmittelrückführverteiler 278 steht in Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 159.
Die Schlitze 252, 254 benachbarter Leistungsmodule 152 wirken zusammen, um eine Vielzahl von Kühlmittelzufuhrsammelleitungen 260, 262 zu bilden, die ebenfalls mit den Leistungsstufen 154 verschachtelt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform weist jedes Leistungsmodul 152 vier zugeordnete Kühlmittelzufuhrsammelleitungen auf, wobei zwei der Zufuhrsammelleitungen dem ersten Substrat 160 Kühlmittel zuführen und die anderen zwei Zufuhrsammelleitungen dem zweiten Substrat 162 Kühlmittel zuführen. Die Zufuhrsammelleitungen drücken Kühlmittel von beiden Seiten in die Leistungsstufe 154. Kühlmittelzufuhrverteiler 248 und 250 sind durch die Öffnungen 240, 242 gebildet und erstrecken sich entlang der Länge des Stapels 151. Die Kühlmittelzufuhrverteiler 248, 250 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Stapels 151 angeordnet, wobei die Leistungsstufen 154 im Allgemeinen dazwischen angeordnet sind. Jede der Kühlmittelzufuhrsammelleitungen 260, 262 mündet in einen der Verteiler 248, 250. Das heißt, die linke Bank der Kühlmittelsammelleitungen wird durch den linken Kühlmittelzufuhrverteiler 250 gespeist und die rechte Bank der Kühlmittelsammelleitungen wird durch den rechten Kühlmittelzufuhrverteiler 248 gespeist. Die Kühlmittelzufuhrverteiler 248, 250 stehen in Fluidverbindung mit dem Einlassanschluss 155.
Während des Betriebs wird Kühlmittel (wie etwa Ethylenglykol) von den Zufuhrverteilern 248, 250 zu den Zufuhrsammelleitungen 260, 262 und in die Mikrokanäle 212 zirkuliert. Jeder der Mikrokanäle 212 kann über entsprechende Kühlmittelzufuhrsammelleitungen 260, 262 in Fluidverbindung mit beiden der Zufuhrverteiler 248, 250 stehen. Zum Beispiel kann jeder der Mikrokanäle 212 eine Kantenöffnung (Eintrittsloch) 264 beinhalten, die in eine der Sammelleitungen 260, 262 mündet. Die Kantenöffnungen 264 können geneigte Seiten 266 beinhalten, um den Strom von Kühlmittel von den Zufuhrsammelleitungen in die Mikrokanäle 212 zu erleichtern. In der veranschaulichten Ausführungsform befinden sich die Zufuhrverteiler und -sammelleitungen auf beiden Seiten des Stapels 151 und Kühlmittel wird in beide Enden der Mikrokanäle 212 gedrückt. Das Kühlmittel in den Mikrokanälen 212 strömt in einer Querrichtung (C) der Leistungsstufe 154, um das Kühlmittel über die lange(n) Seite(n) 238, 239 des Leistungsmoduls 152 zu verteilen, und strömt von den Mikrokanälen 212 nach innen in die Mikrokanäle 224 der inneren Platte 168. Die Mikrokanäle 224, die orthogonal sein können, zirkulieren das Kühlmittel in der Längsrichtung (L), um das Fluid zu den Mikrokanälen 210 zu befördern. Das Kühlmittel strömt dann nach außen durch die offenen Mikrokanäle 210, wodurch das Fluid durch die Außenplatte und in die Kühlmittelkammer 273 gelangen kann. Kühlmittel, das aus den Mikrokanälen 212 austritt, sammelt sich in den Kammern 273 und strömt nach oben in den Rückführverteiler 278. Von dort aus zirkuliert das Kühlmittel über den Auslassanschluss 159 aus dem System.
Die zweiten Substrate 162 stehen, wenn sie mit Mikrokanälen versehen sind, ebenfalls in Fluidverbindung mit entsprechenden Kühlmittelsammelleitungen 260, 262 und können Kühlmittel auf die gleiche oder ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben zirkulieren lassen.
Unter Bezugnahme auf 10 ist eine planare Anordnung von Leistungsstufen gezeigt. In der Leistungsmodulbaugruppe 300 sind die Leistungsstufen 154 durchgängig angeordnet, um koplanar zu sein. Der Aufbau der Mikrokanäle und der Leistungsstufen kann die gleiche wie vorstehend sein. Die Leistungsmodulbaugruppe 300 beinhaltet einen Zufuhranschluss 302 und einen Rückführanschluss 304. Zufuhrsammelleitungen 306 speisen die Mikrokanäle ähnlich wie vorstehend. Kühlmittel strömt durch die Mikrokanäle und sammelt sich in der/den Kühlmittelkammer(n) 308, die sich auf einer oder beiden Seiten befinden kann/können. Anders als vorstehend ist die Kühlmittelkammer 308 mit mehreren Leistungsstufen durchgehend. Die Kühlmittelkammer(n) 308 steht/stehen in Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 304, um das Kühlmittel zurückzuführen.
Die vorstehend beschriebenen Leistungsmodulbaugruppen weisen jeweils einen dreidimensionalen Strömungspfad durch die in das Substrat eingebetteten Mikrokanäle auf, die einen vergrößerten Oberflächenbereich und eine stark turbulente Strömung bereitstellen, um die Baugruppe 150 effizienter zu kühlen. Der Strömungspfad weist zudem einen geringeren Druckabfall auf, der weniger Pumpleistung erfordert. Diese Verbesserungen wirken zusammen, um unter anderem die Temperaturdifferenz des Systems zu reduzieren und die Gesamtkühlleistung zu verbessern.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein könnten, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt sind, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder einer oder mehrerer Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um gewünschte Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die ersten Mikrokanäle vollständig zwischen den gegenüberliegenden Kanten und erstrecken sich die zweiten Mikrokanäle teilweise zwischen den gegenüberliegenden Kanten.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat ein direkt gebondetes Kupfersubstrat, bei dem die Außenplatte und die innere Platte aus Kupfer gebildet sind.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Substrat ferner Folgendes: eine Innenplatte, die an den Schaltern angeordnet ist, und einen Isolator, der zwischen der Innenplatte und der inneren Platte angeordnet ist.

Claims

Leistungsmodulbaugruppe, umfassend: eine Vielzahl von Leistungsmodulen, wobei jedes eine Leistungsstufe mit einem Substrat und einer auf dem Substrat getragenen transistorbarierten Schaltanordnung beinhaltet, wobei die Leistungsmodule in einem Stapel angeordnet sind, der Kühlmittelkammern definiert, die mit den Leistungsstufen verschachtelt sind, und ein Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern definiert, die an gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind und sich entlang einer Länge des Stapels erstrecken, wobei das Substrat für jedes Leistungsmodul ein Netzwerk aus Kühlkanälen definiert, die die Zufuhrverteiler mit einer entsprechenden der Kammern verbinden, wobei das Netzwerk erste Kanäle, die dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von dem Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern aufzunehmen, zweite Kanäle, die im Wesentlichen parallel zu den ersten Kanälen sind und jeweils in die entsprechende der Kammern münden, und dritte Kanäle, die die ersten und zweiten Kanäle wiederholt kreuzen, um die ersten und zweiten Kanäle in Fluidverbindung zu verbinden, beinhaltet.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die dritten Kanäle orthogonal zu den ersten und zweiten Kanälen sind.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Substrat für jedes der Leistungsmodule eine Außenplatte beinhaltet, die eine Grenze der entsprechenden der Kammern bildet und die ersten und zweiten Kanäle definiert, und eine innere Platte beinhaltet, die an der Außenplatte angeordnet ist und die dritten Kanäle definiert.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die Außenplatte eine Vorderseite, die die Grenze bildet, und eine Rückseite beinhaltet, die an einer Vorderseite der inneren Platte angeordnet ist, wobei die ersten Kanäle in der Rückseite ausgespart sind, die zweiten Kanäle sich von der Vorderseite zur Rückseite erstrecken, um vollständig durch eine Dicke der Außenplatte zu verlaufen, und die dritten Kanäle in der Vorderseite der inneren Platte ausgespart sind.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die Außenplatte und die innere Platte aus einer Kupferlegierung gebildet sind.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Substrat für jede Leistungsmodulbaugruppe gegenüberliegende Kanten beinhaltet und die ersten Kanäle sich vollständig zwischen den gegenüberliegenden Kanten erstrecken und die zweiten Kanäle sich teilweise zwischen den gegenüberliegenden Kanten erstrecken.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Stapel einen Kühlmittelrückführverteiler definiert, der die Kammern in Fluidverbindung verbindet.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 1, wobei jedes der Leistungsmodule ferner einen Rahmen beinhaltet, der gegenüberliegende Seiten aufweist, die jeweils mindestens eine Kühlmittelzufuhrsammelleitung definieren, die sich von einem zugehörigen der Kühlmittelzufuhrverteiler erstreckt, und wobei jeder der ersten Kanäle für jedes Leistungsmodul ein erstes Eintrittsloch, das in eine der Sammelleitungen mündet, und ein zweites Eintrittsloch, das in eine andere der Sammelleitungen mündet, definiert.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 1, wobei jede der Leistungsstufen ferner ein zweites Substrat beinhaltet, das an der Schaltanordnung befestigt ist, sodass das Substrat und das zweite Substrat die Schaltanordnung zwischen sich einschließen.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 9, wobei das zweite Substrat ein zweites Netzwerk aus Kanälen definiert, die die Zufuhrverteiler mit einer entsprechenden der Kammern verbinden, wobei das zweite Netzwerk vierte Kanäle, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von dem Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern aufzunehmen, fünfte Kanäle, die im Wesentlichen parallel zu den vierten Kanälen sind und jeweils in die entsprechende der Kammern münden, und sechste Kanäle, die die vierten und fünften Kanäle wiederholt kreuzen, um die vierten und fünften Kanäle in Fluidverbindung zu verbinden, beinhaltet.
Leistungsmodulbaugruppe, umfassend: eine Vielzahl von Leistungsmodulen, wobei jede eine Leistungsstufe und einen Rahmen beinhaltet, der eine Tasche benachbart zu der Leistungsstufe und Schlitze definiert, die auf gegenüberliegenden Seiten der Leistungsstufe angeordnet sind, wobei die Leistungsmodule in einem Array gestapelt sind, sodass zueinander benachbarte Taschen Kühlmittelkammern bilden, die mit den Leistungsstufen verschachtelt sind, und zueinander benachbarte Schlitze Kühlmittelsammelleitungen bilden, wobei jede der Leistungsstufen mindestens ein Substrat aufweist, das Folgendes beinhaltet: erste Kanäle, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kühlmittel von einem zugeordneten Paar von Kühlmittelsammelleitungen aufzunehmen, zweite Kanäle, die im Wesentlichen parallel zu den ersten Kanälen sind und jeweils in eine entsprechende der Kühlmittelkammern münden, um dieser Kühlmittel bereitzustellen, und dritte Kanäle, die die ersten und zweiten Kanäle wiederholt kreuzen, um die ersten und zweiten Kanäle in Fluidverbindung zu verbinden.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 11, wobei das Array einen Kühlmitteleinlassanschluss in Fluidverbindung mit jeder der Sammelleitungen definiert.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 12, wobei das Array ein Paar von Kühlmittelzufuhrverteilern definiert, wobei jede der Sammelleitungen ein erstes Ende beinhaltet, das in einen der Kühlmittelzufuhrverteiler mündet.
Leistungsmodulbaugruppe nach Anspruch 12, wobei die dritten Kanäle orthogonal zu den ersten und zweiten Kanälen sind.
Leistungsmodulbaugruppe mit einer Vielzahl von Leistungsmodulen, die in einem Stapel angeordnet ist, wobei jedes Leistungsmodul Folgendes umfasst: einen Rahmen; und eine Leistungsstufe, die in dem Rahmen getragen ist, wobei die Leistungsstufe eine Vielzahl von Schaltern aufweist, die auf einem Substrat getragen und dazu konfiguriert ist, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, wobei das Substrat Folgendes beinhaltet: eine Außenplatte mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Kanten, wobei die Außenplatte erste Mikrokanäle definiert, die in einer Rückseite der Außenplatte ausgespart und ausgerichtet sind, um sich zwischen den gegenüberliegenden Kanten zu erstrecken, und zweite Mikrokanäle vollständig durch eine Dicke der Außenplatte definiert, die ausgerichtet sind, um sich zwischen den gegenüberliegenden Kanten zu erstrecken, und zwischen den ersten Mikrokanälen positioniert sind, sodass sich die ersten und zweiten Mikrokanäle entlang der Außenplatte abwechseln, und eine innere Platte mit einer Vorderseite, die an der Rückseite der Außenplatte angeordnet ist und dritte Mikrokanäle definiert, die in der Vorderseite ausgespart und ausgerichtet sind, um die ersten und zweiten Mikrokanäle wiederholt zu kreuzen, sodass die dritten Mikrokanäle die ersten und zweiten Mikrokanäle in Fluidverbindung verbinden, wobei die dritten Mikrokanäle orthogonal zu den ersten und zweiten Mikrokanälen sind.