DE102021211362A1

DE102021211362A1 - Temperature control body and power electronics

Info

Publication number: DE102021211362A1
Application number: DE102021211362.1A
Authority: DE
Inventors: Fabian Bader; Thomas Eichinger
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Temperierkörper (6) zum Temperieren einer Leistungselektronik (1), insbesondere eines Batteriemanagementsystems, vorzugsweise eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Der Temperierkörper (6) umfasst einen monolithischen Block (7) aus Keramik, einen Temperierkanal (8) zum Führen eines Temperierfluids (9), der im Inneren des Blocks (7) ausgeformt und unmittelbar durch die Keramik des Blocks (7) begrenzt ist, einen Temperierfluideinlass (10), der am Block (7) angeordnet ist und fluidisch mit einem Einlassende (11) des Temperierkanals (8) verbunden ist, und einen Temperierfluidauslass (13), der am Block (7) angeordnet ist und fluidisch mit einem Auslassende (14) des Temperierkanals (8) verbunden ist, wobei der Block (7) eine Kontaktseite (16) aufweist.Eine kompakte Bauform mit effizienter Wärmeübertragung lässt sich erzielen, wenn der Temperierkanal (8) zwischen dem Einlassende (11) und dem Auslassende (14) wenigstens eine Windung (41) zur Strömungsumlenkung aufweist, und wenn an der Kontaktseite (16) mehrere flächige Kontaktzonen (17) zur wärmeübertragenden Kopplung mit Komponenten (2) der Leistungselektronik (1) ausgebildet sind.The invention relates to a temperature control body (6) for temperature control of power electronics (1), in particular a battery management system, preferably a battery electric vehicle. The temperature control body (6) comprises a monolithic block (7) made of ceramic, a temperature control channel (8) for conducting a temperature control fluid (9), which is formed inside the block (7) and is directly delimited by the ceramic of the block (7), a temperature control fluid inlet (10) arranged on the block (7) and fluidly connected to an inlet end (11) of the temperature control channel (8), and a temperature control fluid outlet (13) arranged on the block (7) and fluidly connected to an outlet end (14) of the temperature control channel (8), the block (7) having a contact side (16). A compact design with efficient heat transfer can be achieved if the temperature control channel (8) is located between the inlet end (11) and the outlet end ( 14) has at least one turn (41) for flow deflection, and if a plurality of flat contact zones (17) for heat-transferring coupling with components (2) of the power electronics (1) are formed on the contact side (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperierkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der geeignet ist zum Kühlen und/oder Wärmen einer Leistungselektronik, insbesondere eines Batteriemanagementsystems, vorzugsweise eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem solchen Temperierkörper ausgestattete Leistungselektronik.The present invention relates to a temperature-control body according to the preamble of claim 1, which is suitable for cooling and/or heating power electronics, in particular a battery management system, preferably a battery-electric vehicle. The invention also relates to power electronics equipped with such a temperature-control body.

Eine Leistungselektronik weist eine Vielzahl von Komponenten auf, unter denen sich elektrische und/oder elektronische Bauteile befinden, die im Betrieb der Leistungselektronik Abwärme erzeugen. Für eine wirtschaftlich sinnvolle Standzeit bzw. Lebenserwartung dieser Bauteile und der damit ausgestatteten Leistungselektronik ist es erforderlich, die Bauteile bzw. die Leistungselektronik zu kühlen. Bei Anwendungen mit geringem Bauraumangebot, wie beispielsweise bei Fahrzeuganwendungen, ist eine kompakte und effiziente Kühlung erforderlich. Eine effiziente Kühlung lässt sich mit einem, insbesondere flüssigen, Temperierfluid realisieren, mit dem viel Wärme zugeführt werden kann. Das Temperierfluid dient dann als Kühlfluid. Besonders effizient sind außerdem metallische Temperierkörper, die sich durch einen besonders hohen Wärmeleitkoeffizienten auszeichnen. Bei elektrischen Anwendungen, insbesondere im Falle einer Leistungselektronik, sind metallische Temperierkörper ungeeignet, da die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses besteht. Das Vorsehen einer elektrischen Isolierung zwischen den zu kühlenden Bauteilen und dem Temperierkörper ist mit hohem Aufwand verbunden und führt in der Regel auch zu einer thermischen Isolation, was die Effizienz der Temperierung, also hier der Kühlung erheblich beeinträchtigt.Power electronics has a large number of components, including electrical and/or electronic components that generate waste heat during operation of the power electronics. For an economically sensible service life or life expectancy of these components and the power electronics equipped with them, it is necessary to cool the components or the power electronics. Compact and efficient cooling is required for applications with limited installation space, such as vehicle applications. Efficient cooling can be realized with a temperature control fluid, in particular a liquid, with which a lot of heat can be supplied. The tempering fluid then serves as a cooling fluid. Metallic temperature control bodies, which are characterized by a particularly high thermal conductivity coefficient, are also particularly efficient. In electrical applications, particularly in the case of power electronics, metal temperature control bodies are unsuitable because there is a risk of an electrical short circuit. The provision of electrical insulation between the components to be cooled and the temperature control body involves a great deal of effort and generally also leads to thermal insulation, which significantly impairs the efficiency of the temperature control, ie the cooling in this case.

Bei bestimmten Anwendungen, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen, kann es, z.B. bei niedrigen Umgebungstemperaturen, auch erforderlich sein, die Leistungselektronik auf eine Betriebstemperatur zu erwärmen, um einen günstigen Betrieb der Leistungselektronik zu erzielen. In diesem Fall ist eine Wärmezufuhr erforderlich, die zweckmäßig über den Temperierkörper mit dem Temperierfluid erfolgen kann, das dann als Heizfluid dient. Demensprechend ist der hier betrachtete Temperierkörper zum Temperieren, also zum Kühlen und/oder zum Erwärmen bzw. Heizen einer Leistungselektronik geeignet, so dass damit effizient Wärme abgeführt oder - je nach Anwendungsfall und/oder Betriebszustand - zugeführt werden kann.In certain applications, in particular in vehicle applications, it may also be necessary, e.g. at low ambient temperatures, to heat the power electronics to an operating temperature in order to achieve favorable operation of the power electronics. In this case, a supply of heat is required, which can be done expediently via the tempering body with the tempering fluid, which then serves as the heating fluid. Accordingly, the temperature control body considered here is suitable for temperature control, i.e. for cooling and/or for heating or heating power electronics, so that heat can be efficiently dissipated or—depending on the application and/or operating state—supplied.

Aus der EP 3 037 771 A1 ist eine Kühleinrichtung bekannt, die eine Vielzahl gattungsgemäßer Temperierkörper aufweist, die innerhalb der Kühleinrichtung in Reihe geschaltet sind. Der jeweilige Temperierkörper weist einen monolithischen Block aus Keramik auf, in dem ein Temperierkanal zum Führen eines Temperierfluids ausgebildet ist, wobei der Temperierkanal unmittelbar durch die Keramik des Blocks begrenzt ist. Ein Temperierfluideinlass und ein Temperierfluidauslass sind am Block an einer Blockaußenseite angeordnet und fluidisch mit einem Einlassende bzw. einem Auslassende des Temperierkanals verbunden. Ferner weist der Block an seiner Blockaußenseite eine Kontaktseite auf. Bei der bekannten Kühleinrichtung ist der jeweilige Block quaderförmig ausgestaltet, sodass die Kontaktseite eine durchgehende ebene Fläche repräsentiert, die unmittelbar an dem zu kühlenden Objekt zur Anlage kommt. Bei der bekannten Kühleinrichtung ist der Temperierkanal des jeweiligen Temperierkörpers geradlinig durch den Keramikblock hindurchgeführt, sodass sich der Temperierfluideinlass und der Temperierfluidauslass an voneinander abgewandten Seiten des Blocks befinden und zueinander koaxial angeordnet sind. Die Temperierkanäle aufeinanderfolgender Temperierkörper sind über entsprechende Leitungen oder Rohrstücke fluidisch miteinander verbunden. Die Realisierung einer derartigen Kühleinrichtung ist mit einem vergleichsweise hohen Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Montage, verbunden.From the EP 3 037 771 A1 a cooling device is known which has a multiplicity of generic temperature-control bodies which are connected in series within the cooling device. The respective temperature control body has a monolithic block made of ceramic, in which a temperature control channel for conducting a temperature control fluid is formed, the temperature control channel being delimited directly by the ceramic of the block. A temperature control fluid inlet and a temperature control fluid outlet are arranged on the block on the outside of the block and are fluidically connected to an inlet end and an outlet end of the temperature control channel. Furthermore, the block has a contact side on its block outside. In the known cooling device, the respective block is cuboid, so that the contact side represents a continuous flat surface that comes into direct contact with the object to be cooled. In the known cooling device, the temperature control channel of the respective temperature control body is guided straight through the ceramic block, so that the temperature control fluid inlet and the temperature control fluid outlet are located on opposite sides of the block and are arranged coaxially to one another. The temperature control channels of successive temperature control bodies are fluidically connected to one another via corresponding lines or pipe sections. The realization of such a cooling device is associated with a comparatively high level of effort, in particular with regard to assembly.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Temperierkörper der vorstehend beschriebenen Art bzw. für eine damit ausgestattete Leistungselektronik eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich durch eine effiziente Wärmeübertragung, also Kühlung bzw. Heizung bei vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten auszeichnet, wobei außerdem eine kompakte Bauform angestrebt ist.The present invention deals with the problem of specifying an improved or at least another embodiment for a temperature control body of the type described above or for power electronics equipped with it, which is characterized by efficient heat transfer, i.e. cooling or heating, at comparatively low production costs. in addition, a compact design is sought.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an der Kontaktseite des Blocks mehrere flächige Kontaktzonen zur wärmeübertragenden Kopplung mit Komponenten der Leistungselektronik auszubilden. Durch diese Maßnahme kann die Wärme gezielt dort abgeführt werden, wo sie entsteht, was die Effizienz der Kühlung steigert. Gleichermaßen kann dadurch die Wärme auch gezielt dort zugeführt werden, wo sie benötigt wird. Außerdem schlägt die Erfindung vor, den Temperierkanal so auszugestalten, dass er im Inneren des Blocks, also zwischen Temperierfluideinlass und Temperierfluidauslass wenigstens eine Windung und/oder Leiteinrichtung zur Strömungsumlenkung aufweist. Hierdurch wird eine geradlinige Durchströmung des Blocks verhindert. Insbesondere lässt sich dadurch die Länge des Temperierkanals innerhalb des Blocks vergrößern, wodurch sich die zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Zeit und Oberfläche zwischen Temperierfluid und Block im Temperierkanal erheblich vergrößert. Außerdem reduziert eine Strömungsumlenkung laminare Grenzschichten, was die Wärmeübertragung zwischen Temperierfluid und Keramik verbessert. The invention is based on the general idea of forming a number of flat contact zones on the contact side of the block for heat-transferring coupling with components of the power electronics. This measure allows the heat to be dissipated in a targeted manner where it is generated, which increases the efficiency of the cooling. At the same time, the heat can also be supplied in a targeted manner where it is needed. In addition, the invention proposes designing the temperature control channel in such a way that it has at least one winding and/or guide device for flow deflection inside the block, ie between the temperature control fluid inlet and the temperature control fluid outlet. This prevents a straight flow through the block. In particular, this allows the length of the temperature control channel within the block increase, whereby the time and surface area available for heat transfer between the tempering fluid and the block in the tempering channel increases significantly. In addition, a flow deflection reduces laminar boundary layers, which improves the heat transfer between the tempering fluid and the ceramic.

Insgesamt lässt sich somit die Effizienz der Wärmeübertragung beim hier vorgestellten Temperierkörper signifikant verbessern.Overall, the efficiency of the heat transfer can be significantly improved with the temperature control body presented here.

Durch die Bereitstellung mehrerer Kontaktzonen am Block lassen sich mit dem jeweiligen Temperierkörper gleichzeitig mehrere Komponenten effizient temperieren, also kühlen bzw. erwärmen, wodurch die Temperierung bzw. Kühlung und/oder Erwärmung insgesamt vergleichsweise preiswert realisierbar ist.By providing several contact zones on the block, several components can be efficiently temperature-controlled, ie cooled or heated, with the respective temperature-control body at the same time, as a result of which the temperature control or cooling and/or heating can be implemented comparatively inexpensively overall.

Der Block ist insbesondere als monolithischer Keramikblock ausgestaltet. Er ist dadurch ein einteiliger Körper, der vorzugsweise keine Fügestellen aufweist. Der monolithische Keramikblock mit integriertem Temperierkanal lässt sich vergleichsweise preiswert herstellen. Beispielsweise lässt sich der Block mittels Sintertechnik herstellen. Dabei kann ein Grünkörper mittels 3D-Druck einteilig hergestellt oder aus mehreren, z.B. mittels Pressformung hergestellten, Einzelteilen aufgebaut werden.The block is designed in particular as a monolithic ceramic block. As a result, it is a one-piece body which preferably has no joints. The monolithic ceramic block with an integrated temperature control channel can be produced comparatively inexpensively. For example, the block can be produced using sintering technology. A green body can be produced in one piece using 3D printing or made up of several individual parts, e.g. produced by means of compression molding.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine der Kontaktflächen oder mehrere der Kontaktflächen oder jede der Kontaktflächen eben ausgestaltet ist bzw. sind. Ebene Kontaktflächen ermöglichen quer zur Normalrichtung der Kontaktflächen größere Montagetoleranzen und lassen sich vergleichsweise preiswert realisieren.In a preferred embodiment it can be provided that one of the contact surfaces or several of the contact surfaces or each of the contact surfaces is or are flat. Planar contact surfaces allow greater assembly tolerances transversely to the normal direction of the contact surfaces and can be implemented comparatively inexpensively.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei der Kontaktzonen flächig und eben ausgebildet sind, parallel zueinander verlaufen und bezüglich einer senkrecht zu den Kontaktzonen verlaufenden Höhenrichtung auf verschiedenen Höhen liegen. Diese Maßnahme ermöglicht eine verbesserte Anpassung des Temperierkörpers an die Topografie der Leistungselektronik, was eine effiziente Kühlung auch dann ermöglicht, wenn die zu kühlenden Komponenten von einem Träger der Leistungselektronik unterschiedlich weit abstehen. Ferner kann sich der Block in einer Blockebene erstrecken. Die ebenen Kontaktzonen erstrecken sich dann bevorzugt parallel zur Blockebene.In another advantageous embodiment, it can be provided that at least two of the contact zones are flat and flat, run parallel to one another and are at different heights with respect to a vertical direction running perpendicular to the contact zones. This measure enables improved adaptation of the temperature-control body to the topography of the power electronics, which also enables efficient cooling when the components to be cooled protrude at different distances from a carrier of the power electronics. Furthermore, the block can extend in a block level. The planar contact zones then preferably extend parallel to the plane of the block.

Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass sich der Temperierkanal im Block mäanderförmig erstreckt, sodass er mehrere Windungen bzw. Schlaufen aufweist. Hierdurch lässt sich die Länge des Temperierkanals innerhalb des Blocks erheblich vergrößern. Da sich die im Temperierkanal für die Wärmeübertragung zwischen Temperierfluid und Block zur Verfügung stehende Oberfläche quadratisch zur Länge des Temperierkanals verhält, lässt sich durch den mäanderförmigen Temperierkanal die Wärmeübertragung zwischen Temperierfluid und Block erheblich steigern.Another embodiment proposes that the temperature control channel extends in a meandering manner in the block, so that it has a number of windings or loops. As a result, the length of the temperature control channel within the block can be increased considerably. Since the surface area available in the temperature control channel for the heat transfer between the temperature control fluid and the block is proportional to the square of the length of the temperature control channel, the heat transfer between the temperature control fluid and the block can be significantly increased by the meandering temperature control channel.

Bei einer anderen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass sich der Temperierkanal wenigstens in einer Temperierkanalebene erstreckt, die parallel zu einer Blockebene verläuft, in der sich der Block erstreckt. Die jeweilige Temperierkanalebene verläuft vorzugsweise parallel zu wenigstens einer flächig und eben ausgestalteten Kontaktfläche. Zweckmäßig verlaufen mehrere, insbesondere alle, Kontaktflächen flächig und eben und parallel zur jeweiligen Temperierkanalebene. Durch die parallele Ausrichtung des Temperierkanals zu der jeweiligen Kontaktfläche ergibt sich ein gleichförmiger Abstand zwischen der jeweiligen Kontaktfläche und dem Temperierkanal, was den Wärmestrom homogenisiert. Bei einer preiswerten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich der Temperierkanal in einer einigen gemeinsamen Temperierkanalebene erstreckt. In diesem Fall kann bei unterschiedlichen Kontaktzonen ein unterschiedlicher Abstand zwischen dem Temperierkanal und der jeweiligen Kontaktzone vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der mehrere, parallel zueinander verlaufende Temperierkanalebenen vorgesehen sind, in denen sich jeweils ein Temperierkanalabschnitt des Temperierkanals erstreckt. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass jeder ebenen Kontaktzone ein dazu paralleler Temperierkanalabschnitt zugeordnet ist, derart, dass ein senkrecht zur Kontaktzone gemessener Abstand zwischen der jeweiligen Kontaktzone und dem zugehörigen Temperierkanalabschnitt bei allen Kontaktzonen etwa gleich groß ist. Im vorliegenden Zusammenhang sind Abstände etwa gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß, wenn die Differenz zwischen den Abständen maximal 10% oder maximal 5% beträgt. Die Temperierkanalebene kann dabei insbesondere durch eine Längsmittellinie des Temperierkanals bzw. des jeweiligen Temperierkanalabschnitts definiert werden, die im Zentrum des quer zur Längsmittellinie verlaufenden Querschnitts des Temperierkanals dem Verlauf des Temperierkanals vom Einlassende zum Auslassende folgt. Diese Längsmittellinie liegt in der Temperierkanalebene bzw. definiert die Temperierkanalebene des jeweiligen Temperierkanalabschnitts.In another embodiment, it is proposed that the temperature control channel extends at least in a temperature control channel plane that runs parallel to a block plane in which the block extends. The respective level of the temperature control channel preferably runs parallel to at least one contact surface that is designed to be flat and planar. Several, in particular all, contact surfaces expediently run flat and flat and parallel to the respective level of the temperature control channel. The parallel alignment of the temperature control channel to the respective contact surface results in a uniform distance between the respective contact surface and the temperature control channel, which homogenizes the heat flow. In an inexpensive embodiment, it is provided that the temperature control channel extends in a common temperature control channel plane. In this case, a different distance between the tempering channel and the respective contact zone can be provided for different contact zones. An embodiment is particularly advantageous in which several temperature control channel planes are provided which run parallel to one another and in each of which a temperature control channel section of the temperature control channel extends. Provision can preferably be made for each planar contact zone to be assigned a parallel temperature control channel section such that a distance measured perpendicularly to the contact zone between the respective contact zone and the associated temperature control channel section is approximately the same for all contact zones. In the present context, distances are approximately the same or substantially the same if the difference between the distances is at most 10% or at most 5%. The temperature control channel level can be defined in particular by a longitudinal center line of the temperature control channel or of the respective temperature control channel section, which follows the course of the temperature control channel from the inlet end to the outlet end in the center of the cross section of the temperature control channel running transversely to the longitudinal center line. This longitudinal center line lies in the temperature control channel level or defines the temperature control channel level of the respective temperature control channel section.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Block an seiner Blockaußenseite eine Anschlussseite aufweist, an der sowohl der Temperierfluideinlass als auch der Temperierfluidauslass angeordnet sind. Hierdurch vereinfacht sich die Montage des Temperierkörpers an der Leistungselektronik sowie die Einbindung des Temperierkanals in einen Temperierkreis.In another advantageous embodiment, it is proposed that the block has a connection side on its block outside, on which both the tempering fluid inlet and the tempering fluid outlet are arranged. This simplifies the assembly of the temperature control body on the power electronics and the integration of the temperature control channel in a temperature control circuit.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können der Temperierfluideinlass und der Temperierfluidauslass an der Anschlussseite parallel zueinander und parallel zu einer Temperierkanalebene ausgerichtet sein, in der sich der Temperierkanal erstreckt. Auch diese Maßnahme vereinfacht die Herstellung des Temperierkörpers und vereinfacht die Anbringung von Anschlusselementen am Temperierfluideinlass und am Temperierfluidauslass, mit denen der Temperierkanal an einen Temperierkreis angeschlossen werden kann.According to an advantageous development, the temperature control fluid inlet and the temperature control fluid outlet on the connection side can be aligned parallel to one another and parallel to a temperature control channel plane in which the temperature control channel extends. This measure also simplifies the manufacture of the temperature control body and simplifies the attachment of connecting elements to the temperature control fluid inlet and the temperature control fluid outlet, with which the temperature control channel can be connected to a temperature control circuit.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Temperierkanal einen an den Temperierfluideinlass anschließenden ersten Windungsbereich aufweist, in dem der Temperierkanal mehrere, parallel zueinander verlaufende geradlinige erste Kanalabschnitte und mehrere U-förmige erste Umlenkabschnitte aufweist, wobei die ersten Umlenkabschnitte die ersten Kanalabschnitte zu ersten Windungen miteinander verbinden. Des Weiteren kann der Temperierkanal einen an den Temperierfluidauslass anschließenden zweiten Windungsbereich aufweisen, in dem der Temperierkanal mehrere, parallel zueinander verlaufende geradlinige zweite Kanalabschnitte und mehrere U-förmige zweite Umlenkabschnitte aufweist, wobei die zweiten Umlenkabschnitte die zweiten Kanalabschnitte zu zweiten Windungen miteinander verbinden. Schließlich kann der Temperierkanal mit einem Verbindungsabschnitt ausgestattet sein, der ein vom Temperierfluideinlass entferntes Ende des ersten Windungsbereichs mit einem vom Temperierfluidauslass entfernten Ende des zweiten Windungsbereichs verbindet. Durch die zwei separaten Windungsbereiche wird im Block eine besonders effiziente Wärmeübertragung erreicht, die sich vom Block über die Kontaktzonen auf die zu kühlenden Komponenten überträgt und dementsprechend eine besonders effiziente Wärmeaufnahme ermöglicht. Grundsätzlich können der erste Windungsbereich und der zweite Windungsbereich symmetrisch ausgestaltet sein. Ebenso ist eine asymmetrische Konfiguration denkbar. Insbesondere kann über eine asymmetrische Ausgestaltung der beiden Windungsbereiche die Anpassung an die Verteilung der zu kühlenden Komponenten innerhalb der Leistungselektronik verbessert werden.In another advantageous embodiment, it can be provided that the temperature control duct has a first winding region which is connected to the temperature control fluid inlet and in which the temperature control duct has a plurality of straight first duct sections running parallel to one another and a plurality of U-shaped first deflection sections, the first deflection sections closing the first duct sections connect the first turns together. Furthermore, the temperature control channel can have a second winding area which is connected to the temperature control fluid outlet and in which the temperature control channel has several straight second channel sections running parallel to one another and several U-shaped second deflection sections, the second deflection sections connecting the second channel sections to form second windings. Finally, the temperature control channel can be equipped with a connecting section which connects an end of the first winding area remote from the temperature control fluid inlet to an end of the second winding area remote from the temperature control fluid outlet. Due to the two separate winding areas, a particularly efficient heat transfer is achieved in the block, which is transferred from the block via the contact zones to the components to be cooled and accordingly enables a particularly efficient heat absorption. In principle, the first winding area and the second winding area can be configured symmetrically. An asymmetrical configuration is also conceivable. In particular, the adaptation to the distribution of the components to be cooled within the power electronics can be improved via an asymmetrical design of the two winding areas.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass sich der Temperierkanal in einer Temperierkanalebene erstreckt und dass der Block eine senkrecht zur Temperierkanalebene gemessene Blockhöhe aufweist, die kleiner ist als das Doppelte einer senkrecht zur Temperierkanalebene gemessenen Kanalhöhe. Another advantageous embodiment proposes that the tempering channel extends in a tempering channel plane and that the block has a block height measured perpendicular to the tempering channel plane, which is smaller than twice a channel height measured perpendicular to the tempering channel plane.

Durch diese Maßnahme besitzen die Kontaktzonen einen vergleichsweise kleinen Abstand zum Temperierkanal, was den Wärmestrom durch die Keramik verbessert. Auch weist der Temperierkanal hierbei einen hohen Volumenanteil innerhalb des Blocks auf, was die effiziente Wärmeübertragung zum Kühlen bzw. Wärmen unterstützt.As a result of this measure, the contact zones have a comparatively small distance from the temperature control channel, which improves the flow of heat through the ceramic. The temperature control channel also has a high proportion of volume within the block, which supports efficient heat transfer for cooling or heating.

Eine erfindungsgemäße Leistungselektronik, bei der es sich bevorzugt um eine Leistungselektronik eines Batteriemanagementsystems z.B. eines batterieelektrischen Fahrzeugs handelt, weist mehrere Komponenten auf, die ihrerseits mehrere elektrische und/oder elektronische Bauteile, wie z. B. Leistungstransistoren und Leistungswiderstände, und Stromschienen aufweisen. Die Stromschienen oder Stromführungsschienen repräsentieren vergleichsweise massive elektrische metallische Leiter aus Vollmaterial, die hohe Ströme bei geringen Verlusten transportieren. Da die Stromschienen innerhalb einer Leistungselektronik auch zur elektrischen Verbindung der vorstehend genannten elektrischen bzw. elektronischen Bauteile verwendet werden, nehmen auch die Stromschienen Wärme von den Bauteilen auf bzw. können Wärme auf die Bauteile übertragen. Eine Temperierung der Stromschienen führt somit auch zu einer Temperierung der damit verbundenen Bauteile.Power electronics according to the invention, which are preferably power electronics of a battery management system, e.g. B. have power transistors and power resistors, and busbars. The busbars or current-carrying rails represent comparatively solid electrical metallic conductors made from solid material, which transport high currents with low losses. Since the busbars are also used within power electronics for the electrical connection of the aforementioned electrical or electronic components, the busbars also absorb heat from the components or can transfer heat to the components. Temperature control of the busbars therefore also leads to temperature control of the components connected to them.

Die Leistungselektronik weist außerdem einen Träger auf, an dem die Komponenten angeordnet sind. Des Weiteren ist die hier vorgestellte Leistungselektronik mit einem Temperierkörper der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet, der an dem Träger so angeordnet ist, dass mehrere Komponenten zwischen dem Träger und dem Block des Temperierkörpers angeordnet sind. Außerdem sind mehrere Komponenten wärmeübertragend mit den Kontaktzonen gekoppelt. Hierdurch besitzt die Leistungselektronik die Möglichkeit einer effizienten Temperierung, also Kühlung bzw. Erwärmung der Komponenten.The power electronics also have a carrier on which the components are arranged. Furthermore, the power electronics presented here is equipped with a temperature control body of the type described above, which is arranged on the carrier in such a way that several components are arranged between the carrier and the block of the temperature control body. In addition, several components are coupled to the contact zones in a heat-transferring manner. As a result, the power electronics have the option of efficient temperature control, i.e. cooling or heating of the components.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweilige Komponente unmittelbar an der jeweiligen Kontaktzone anliegen, sodass die Wärme direkt zwischen der Komponente und dem Block übertragen werden kann. Alternativ dazu kann die jeweilige Komponente über ein Wärmeleitmittel, wie z. B. eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad, mit der jeweiligen Kontaktzone wärmeübertragend verbunden sein. Hier erfolgt die Wärmeübertragung quasi mittelbar, nämlich von der Komponente auf das Wärmeleitmittel und vom Wärmeleitmittel auf den Block. Das Wärmeleitmittel kann unvermeidbare Rauigkeiten, also Abweichungen der realen Oberfläche von einer idealen ebenen Oberfläche ausgleichen und insbesondere Luftspalte zwischen Komponente und Block vermeiden.In an advantageous embodiment, the respective component can be in direct contact with the respective contact zone, so that the heat can be transferred directly between the component and the block. Alternatively, the respective component via a thermal conduction such. B. a thermal paste or a thermal pad, be heat-transferring connected to the respective contact zone. Here the heat transfer takes place quasi indirectly, namely from the component to the heat conducting means and from the heat conducting means to the block. The heat-conducting agent can compensate for unavoidable roughness, i.e. deviations of the real surface from an ideal flat surface, and in particular avoid air gaps between the component and the block.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in wenigstens einer solchen Kontaktzone ein plattenförmiger oder folienartiger Wärmeleiter aus Metall, z.B. aus Aluminium oder Kupfer, am Block angeordnet ist. Insbesondere ist denkbar, den Temperierkörper im Bereich der jeweiligen Kontaktzone als Verbundwerkstoff auszugestalten, bei dem der Wärmeleiter fest mit dem Block verbunden ist. Beispielsweise kann der metallische Wärmeleiter mit dem keramischen Block verklebt sein. Ebenso ist denkbar, dass der jeweilige Wärmeleiter bei der Herstellung des keramischen Blocks als Einleger in bzw. an einem Grünling positioniert bzw. angebracht wird, der anschließen gesintert wird.In another advantageous embodiment it can be provided that a plate-like or foil-like heat conductor made of metal, eg made of aluminum or copper, is arranged on the block in at least one such contact zone. In particular, it is conceivable to design the temperature control body in the area of the respective contact zone as a composite material, in which the heat conductor is firmly connected to the block. For example, the metallic heat conductor can be glued to the ceramic block. It is also conceivable that the respective heat conductor is positioned or attached as an insert in or on a green body during the production of the ceramic block, which is then sintered.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass die Leistungselektronik eine Anschlussstelle oder mehrere Anschlussstellen am Träger aufweist, wobei der Temperierkörper so am Träger angeordnet ist, dass zumindest eine solche Anschlussstelle innerhalb einer um den Block umlaufenden Umfangskontur liegt. Der Block weist nun im Bereich der jeweiligen Anschlussstelle eine Aussparung auf, durch die hindurch die Anschlussstelle zugänglich ist. Hierdurch ist der Temperierkörper optimal an die Topografie der Leistungselektronik angepasst. Die Aussparung kann dabei als randseitige Einbuchtung oder Ausnehmung an der Umfangskontur des Blocks ausgebildet sein. Auch ist denkbar, die Aussparung innerhalb der Umfangskontur als Durchgangsöffnung auszubilden.Another advantageous embodiment proposes that the power electronics have a connection point or several connection points on the carrier, with the temperature control body being arranged on the carrier in such a way that at least one such connection point lies within a peripheral contour running around the block. The block now has a recess in the area of the respective connection point, through which the connection point is accessible. As a result, the temperature control body is optimally adapted to the topography of the power electronics. The recess can be designed as an indentation or recess on the edge of the peripheral contour of the block. It is also conceivable to form the cutout within the peripheral contour as a through opening.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann am Temperierfluideinlass ein erstes Anschlusselement zum Anschließen des Temperierkanals an einen Temperierkreis angebracht sein. Beispielsweise kann ein Vorlauf des Temperierkreises über das erste Anschlusselement an den Temperierfluideinlass angeschlossen sein. Ferner kann am Temperierfluidauslass ein zweites Anschlusselement zum Anschließen des Temperierkanals an den Temperierkreis angebracht sein. Beispielsweise kann ein Rücklauf des Temperierkreises über das zweite Anschlusselement an den Temperierfluidauslass angeschlossen sein. Das jeweilige Anschlusselement kann dabei mit dem Temperierfluideinlass bzw. mit dem Temperierfluidauslass verschraubt sein. Beispielsweise kann ein Außengewinde des jeweiligen Anschlusselements in ein am Temperierfluideinlass bzw. Temperierfluidauslass ausgebildetes Innengewinde eingeschraubt werden. Zusätzlich kann eine Dichtung, insbesondere ein O-Ring, vorgesehen sein, um das jeweilige Anschlusselement gegenüber dem Block abzudichten. Ferner kann das jeweilige Anschlusselement geradlinig oder gebogen sein, insbesondere als 90°-Winkelstück ausgestaltet sein.In another advantageous embodiment, a first connection element for connecting the temperature control channel to a temperature control circuit can be attached to the temperature control fluid inlet. For example, a flow of the temperature control circuit can be connected to the temperature control fluid inlet via the first connection element. Furthermore, a second connection element for connecting the temperature control channel to the temperature control circuit can be attached to the temperature control fluid outlet. For example, a return of the temperature control circuit can be connected to the temperature control fluid outlet via the second connection element. The respective connection element can be screwed to the temperature control fluid inlet or to the temperature control fluid outlet. For example, an external thread of the respective connection element can be screwed into an internal thread formed on the tempering fluid inlet or tempering fluid outlet. In addition, a seal, in particular an O-ring, can be provided in order to seal off the respective connection element from the block. Furthermore, the respective connection element can be straight or curved, in particular designed as a 90° angle piece.

Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher der Temperierkörper so am Träger angeordnet ist, dass die beiden Anschlusselemente an derselben Seite des Trägers über einen Rand des Trägers überstehen. Dies vereinfacht die Integration des Temperierkörpers in einen externen Temperierkreis.An embodiment in which the temperature control body is arranged on the carrier in such a way that the two connection elements protrude beyond an edge of the carrier on the same side of the carrier is now particularly advantageous. This simplifies the integration of the temperature control body in an external temperature control circuit.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention. Components of a higher-level unit, such as a device, a device or an arrangement that are mentioned above and are to be mentioned below, which are designated separately, can form separate parts or components of this unit or be integral areas or sections of this unit, even if this shown differently in the drawings.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to identical or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,

1 eine isometrische Ansicht einer Leistungselektronik mit einem Temperierkörper,
2 eine Draufsicht auf die Leistungselektronik mit dem Temperierkörper,
3 einen Querschnitt der Leistungselektronik und des Temperierkörpers entsprechend Schnittlinien III in 2,
4 ein vergrößertes Detail IV aus 3,
5 ein vergrößertes Detail V aus 3,
6 eine Ansicht von unten auf den Temperierkörper,
7 eine Seitenansicht der Leistungselektronik mit Temperierkörper gemäß Blickrichtung VII in 2,
8 eine Schnittansicht der Leistungselektronik mit Temperierkörper entsprechend einer Schnittlinie VIII in 2,
9 ein vergrößertes Detail IX aus 8.

They show, each schematically,

1 an isometric view of power electronics with a temperature control body,
2 a top view of the power electronics with the temperature control body,
3 a cross section of the power electronics and the temperature control body according to section lines III in 2 ,
4 an enlarged detail IV 3 ,
5 an enlarged detail V from 3 ,
6 a view from below of the temperature control body,
7 a side view of the power electronics with temperature control body according to viewing direction VII in 2 ,
8th a sectional view of the power electronics with temperature control body according to a section line VIII in 2 ,
9 an enlarged detail IX 8th .

Entsprechend den 1 bis 5 und 7 bis 9 ist eine Leistungselektronik 1, die insbesondere ein Bestandteil eines Batteriemanagementsystems, vorzugsweise eines batterieelektrischen Fahrzeugs, sein kann, mit mehreren Komponenten 2 ausgestattet. Diese Komponenten 2 beinhalten elektronische und/oder elektrische Bauteile 3 sowie Stromführungsschienen oder Stromschienen 4. Die Bauteile 3 können Leistungstransistoren und Leistungswiderstände sein, die beispielsweise als MOSFET bzw. als SHUNT ausgestaltet sein können. Die Stromschienen 4 sind massive elektrische Leiter aus Metall zur Leitung hoher Ströme. Der hier gezeigte Aufbau der Leistungselektronik 1 hinsichtlich ihrer Komponenten 2 ist rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit.According to the 1 until 5 and 7 until 9 Power electronics 1, which can in particular be part of a battery management system, preferably a battery-electric vehicle, is equipped with a plurality of components 2. These components 2 contain electronic and/or electrical components 3 and current-carrying rails or busbars 4. The components 3 can be power transistors and power resistors, which can be configured as MOSFETs or SHUNTs, for example. The busbars 4 are solid electrical conductors made of metal for conducting high currents. The structure of the power electronics 1 shown here with regard to its components 2 is purely exemplary and without restricting the generality.

Die Leistungselektronik 1 ist außerdem mit einem Träger 5 ausgestattet, bei dem es sich beispielsweise um eine Platine handeln kann. Am Träger 5 sind die Komponenten 2 angeordnet. Die Leistungselektronik 1 ist außerdem mit einem Temperierkörper 6 ausgestattet, der in den 1 bis 9 transparent dargestellt ist. Der Temperierkörper 6 ist ebenfalls am Träger 5 angeordnet, wobei hier nicht gezeigte Befestigungsmittel zum Einsatz kommen können. Die Anordnung des Temperierkörpers 6 am Träger 5 erfolgt dabei so, dass die Komponenten 2 zwischen dem Träger 5 und dem Temperierkörper 6 angeordnet sind.The power electronics 1 is also equipped with a carrier 5, which can be a printed circuit board, for example. The components 2 are arranged on the carrier 5 . The power electronics 1 is also equipped with a temperature control body 6, which is in the 1 until 9 is shown transparently. The tempering body 6 is also arranged on the carrier 5, whereby fastening means (not shown) can be used here. The temperature control body 6 is arranged on the carrier 5 in such a way that the components 2 are arranged between the carrier 5 and the temperature control body 6 .

Gemäß den 1 bis 9 besitzt der Temperierkörper 6 einen monolithischen Block 7 aus Keramik, der hier transparent dargestellt ist. Der Temperierkörper 6 weist außerdem einen Temperierkanal 8 zum Führen eines in den 1, 2, 7 und 8 durch Pfeile angedeuteten Temperierfluids 9 auf. Der Temperierkanal 8 ist im Inneren des Blocks 7 integral ausgeformt, sodass der Temperierkanal 8 unmittelbar durch die Keramik des Blocks 7 begrenzt ist. Somit ist der Temperierkanal 8 kein separates Bauteil, sondern durch einen kanalförmigen Hohlraum im Block 7 gebildet. Im Betrieb des Temperierkörpers 6 kommt das Temperierfluid 9 dementsprechend unmittelbar mit der Keramik des Blocks 7 in Kontakt.According to the 1 until 9 has the tempering body 6 a monolithic block 7 made of ceramic, which is shown transparent here. The temperature control body 6 also has a temperature control channel 8 for guiding one into the 1 , 2 , 7 and 8th Tempering fluid 9 indicated by arrows. The temperature control channel 8 is formed integrally inside the block 7 so that the temperature control channel 8 is directly delimited by the ceramic of the block 7 . Thus, the temperature control channel 8 is not a separate component but is formed by a channel-shaped cavity in the block 7 . Accordingly, during operation of the temperature control body 6 , the temperature control fluid 9 comes into direct contact with the ceramic of the block 7 .

Der Temperierkörper 6 weist am Block 7 an einer Blockaußenseite einen Temperierfluideinlass 10 auf, der mit einem Einlassende 11 des Temperierkanals 8 fluidisch verbunden ist. Am Temperierfluideinlass 10 kann ein erstes Anschlusselement 12 zum Anschließen des Temperierkanals 8 an einen hier nicht gezeigten Temperierkreis angeschlossen sein. Am Block 7 ist außerdem ein Temperierfluidauslass 13 angeordnet, der mit einem Auslassende 14 des Temperierkanals 8 fluidisch verbunden ist. Am Temperierfluidauslass 13 kann ein zweites Anschlusselement 15 angebracht sein, das sich ebenfalls zum Anschließen an den vorstehend genannten Temperierkreis verwenden lässt.On the outside of the block 7 , the temperature control body 6 has a temperature control fluid inlet 10 which is fluidically connected to an inlet end 11 of the temperature control channel 8 . A first connection element 12 for connecting the temperature control channel 8 to a temperature control circuit (not shown here) can be connected to the temperature control fluid inlet 10 . A temperature control fluid outlet 13 is also arranged on the block 7 and is fluidically connected to an outlet end 14 of the temperature control channel 8 . A second connection element 15 can be attached to the temperature control fluid outlet 13, which can also be used to connect to the temperature control circuit mentioned above.

Der Block 7 weist an seiner Blockaußenseite außerdem eine dem Träger 5 zugewandte Kontaktseite 16 auf. An dieser Kontaktseite 16 sind mehrere, in den 3 bis 6 näher bezeichnete Kontaktzonen 17 ausgebildet. Beim hier gezeigten Beispiel sind rein exemplarisch drei derartige Kontaktzonen 17 an der Kontaktseite 16 ausgebildet, die im Folgenden mit 17a, 17b und 17c bezeichnet werden können. Die einzelnen Kontaktzonen 17 können außerdem im Folgenden als erste Kontaktzone 17a, zweite Kontaktzone 17b und dritte Kontaktzone 17c bezeichnet werden. Es ist klar, dass auch mehr oder weniger als drei Kontaktzonen 17 vorgesehen sein können. Jedenfalls dient die jeweilige Kontaktzone 17 zur wärmeübertragenden Kopplung mit wenigstens einer Komponente 2 der Leistungselektronik 1.The block 7 also has a contact side 16 facing the carrier 5 on the outside of the block. At this contact page 16 are several in which 3 until 6 designated contact zones 17 are formed. In the example shown here, purely by way of example, three such contact zones 17 are formed on the contact side 16, which can be referred to below as 17a, 17b and 17c. The individual contact zones 17 can also be referred to below as first contact zone 17a, second contact zone 17b and third contact zone 17c. It is clear that more or fewer than three contact zones 17 can also be provided. In any case, the respective contact zone 17 is used for heat-transferring coupling with at least one component 2 of the power electronics 1.

Die Kontaktzonen 17 sind flächig ausgebildet, sodass sie insbesondere einen flächigen Kontakt mit der zu kühlenden Komponente 2 ermöglichen. Beim hier gezeigten Beispiel sind alle drei Kontaktzonen 17a, 17b, 17c eben konfiguriert. Ferner ist vorgesehen, dass die ebenen Kontaktzonen 17a, 17b, 17c parallel zueinander verlaufen und dabei bezüglich einer zumindest in den 3 bis 5 durch einen Doppelpfeil angedeuteten Höhenrichtung Z, die jeweils senkrecht zu den ebenen Kontaktzonen 17 verläuft, auf verschiedenen Höhen positioniert sind. Der Block 7 ist in der Höhenrichtung Z vom Träger 5 beabstandet. Beim hier gezeigten Beispiel weist die erste Kontaktzone 17a den kleinsten Abstand zum Träger 5 auf, während die dritte Kontaktzone 17c den größten Abstand zum Träger 5 besitzt. Die zweite Kontaktzone 17b besitzt dagegen einen mittleren Abstand gegenüber dem Träger 5. Gemäß 3 und 5 ist die erste Kontaktzone 17a wärmeübertragend mit wenigstens einer der Stromschienen 4 gekoppelt. Ferner kann gemäß den 3 und 4 die dritte Kontaktzone 17c auf einem anderen Höhenniveau mit einer anderen Stromschiene 4 wärmeübertragend gekoppelt sein.The contact zones 17 are flat, so that they allow in particular a flat contact with the component 2 to be cooled. In the example shown here, all three contact zones 17a, 17b, 17c are configured to be flat. Furthermore, it is provided that the planar contact zones 17a, 17b, 17c parallel to each other and with respect to at least in the 3 until 5 are positioned at different heights in the vertical direction Z indicated by a double arrow, which in each case runs perpendicularly to the planar contact zones 17 . The block 7 is spaced apart from the carrier 5 in the vertical direction Z. In the example shown here, the first contact zone 17a has the smallest distance from the carrier 5, while the third contact zone 17c has the greatest distance from the carrier 5. The second contact zone 17b, on the other hand, has an average distance from the carrier 5. According to FIG 3 and 5 the first contact zone 17a is coupled to at least one of the busbars 4 in a heat-transferring manner. Furthermore, according to the 3 and 4 the third contact zone 17c can be coupled in a heat-transferring manner to another busbar 4 at a different level.

Der Temperierkanal 8 weist gemäß den 1, 2 und 6 zwischen dem Einlassende 11 und dem Auslassende 14 wenigstens eine Windung 41 oder Schlaufe 41 zur Strömungsumlenkung auf. Bevorzugt ist eine mäanderförmige Ausgestaltung des Temperierkanals 8, sodass er mehrere Windungen 41 oder Schlaufen 41 aufweist. Ferner ist bevorzugt, dass sich der Temperierkanal in einer Temperierkanalebene 18 erstreckt, die in 3 mit unterbrochener Linie angedeutet ist. Die ebenen Kontaktzonen 17 erstrecken sich zweckmäßig parallel zur Temperierkanalebene 18. Ferner ist hier vorgesehen, dass der Block 7 an seiner Blockaußenseite eine Anschlussseite 19 aufweist, an der sowohl der Temperierfluideinlass 10 als auch der Temperierfluidauslass 13 ausgebildet sind. Ferner sind hier Temperierfluideinlass 10 und Temperierfluidauslass 13 an der Anschlussseite 19 parallel zueinander und parallel zur Temperierkanalebene 18 ausgerichtet.The tempering channel 8 has according to the 1 , 2 and 6 between the inlet end 11 and the outlet end 14 at least one turn 41 or loop 41 for flow deflection. A meandering configuration of the temperature control channel 8 is preferred, so that it has a plurality of windings 41 or loops 41 . Furthermore, it is preferred that the temperature control channel extends in a temperature control channel level 18, which in 3 is indicated with a broken line. The planar contact zones 17 expediently extend parallel to the tempering channel plane 18. It is also provided here that the block 7 has a connection side 19 on its block outside, on which both the tempering fluid inlet 10 and the tempering fluid outlet 13 are formed. Furthermore, the temperature control fluid inlet 10 and the temperature control fluid outlet 13 on the connection side 19 are aligned parallel to one another and parallel to the temperature control channel plane 18 .

Nachfolgend wird anhand 6 die bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel verwendete, bevorzugte Konfiguration für den Temperierkanal 8 näher erläutert. Dementsprechend besitzt der Temperierkanal 8 einen an dem Temperierfluideinlass 10 anschließenden ersten Windungsbereich 20 und einen an den Temperierfluidauslass 13 anschließenden zweiten Windungsbereich 21. Der Temperierkanal 8 weist im ersten Windungsbereich 20 mehrere, parallel zueinander verlaufende geradlinige erste Kanalabschnitte 22 sowie mehrere U-förmige erste Umlenkabschnitte 23 auf, wobei die ersten Umlenkabschnitte 23 die ersten Kanalabschnitte 22 zu ersten Windungen 41' miteinander verbinden. Im zweiten Windungsbereich 21 weist der Temperierkanal 8 mehrere, parallel zueinander verlaufende geradlinige zweite Kanalabschnitte 24 und mehrere U-förmige zweite Umlenkabschnitte 25 auf, wobei die zweiten Umlenkabschnitte 25 die zweiten Kanalabschnitte 24 zu zweiten Windungen 41" miteinander verbinden. Des Weiteren ist der Temperierkanal 8 mit einem Verbindungsabschnitt 26 ausgestattet, der ein vom Temperierfluideinlass 10 entferntes Ende 27 des ersten Windungsbereichs 20 mit einem vom Temperierfluidauslass 13 entfernten Ende 28 des zweiten Windungsbereichs 21 verbindet. Wie sich den 1, 2 und 6 entnehmen lässt, sind die beiden Windungsbereiche 20, 21 asymmetrisch konzipiert und besitzen dementsprechend eine unterschiedliche Anzahl an Windungen 41 und an geradlinigen Kanalabschnitten 22, 24 sowie unterschiedlich lange geradlinige Kanalabschnitte 22, 24.The following is based on 6 the preferred configuration for the temperature control channel 8 used in the exemplary embodiment shown here is explained in more detail. Accordingly, the temperature control channel 8 has a first winding area 20 adjoining the temperature control fluid inlet 10 and a second winding area 21 adjoining the temperature control fluid outlet 13. In the first winding area 20, the temperature control channel 8 has a plurality of straight first channel sections 22 running parallel to one another and a plurality of U-shaped first deflection sections 23 on, the first deflection sections 23 connecting the first channel sections 22 to form first turns 41'. In the second winding area 21, the temperature control channel 8 has a plurality of straight second channel sections 24 running parallel to one another and a number of U-shaped second deflection sections 25, the second deflection sections 25 connecting the second channel sections 24 to form second windings 41". equipped with a connecting section 26 which connects an end 27 of the first winding region 20 remote from the temperature control fluid inlet 10 to an end 28 of the second winding region 21 remote from the temperature control fluid outlet 13. How the 1 , 2 and 6 can be seen, the two winding regions 20, 21 are designed asymmetrically and accordingly have a different number of windings 41 and straight channel sections 22, 24 and straight channel sections 22, 24 of different lengths.

In 3 sind eine parallel zur Höhenrichtung Z gemessene Blockhöhe 29 und eine parallel zur Höhenrichtung Z gemessene Kanalhöhe 30 eingezeichnet. Die Blockhöhe 29 ist dabei im Bereich einer der Kontaktzonen 17, hier im Bereich der ersten Kontaktzone 17a, gemessen. Der Temperierkanal 8 kann grundsätzlich einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Gezeigt ist hier ein kreisförmiger Querschnitt. Ferner kann der Temperierkanal 8 zweckmäßig vom Kanaleinlass 10 bis zum Kanalauslass 13 eine konstante Kanalhöhe 30 und insbesondere einen konstanten Kanalquerschnitt, aufweisen. Vorteilhaft ist eine Bauform, bei der die Blockhöhe 29 kleiner ist als das Doppelte der Kanalhöhe 30. Hierdurch wird erreicht, dass eine in den 4 und 5 angedeutete Wandstärke 31 des Blocks 7 zwischen der jeweiligen Kontaktzone 17 und der jeweiligen zu kühlenden Komponente 2 entlang des Temperierkanals 8 kleiner ist als die Hälfte der Kanalhöhe 30. Die Wandstärke 31 entspricht hier gleichzeitig einem senkrecht zur Temperierkanalebene 18 gemessenen Abstand 43 zwischen dem Temperierkanal 8 und der jeweiligen Kontaktzone 17. Im gezeigten Beispiel ist dieser Abstand bei verschiedenen Kontaktzonen 17 unterschiedlich, da diese in zueinander versetzten Ebenen liegen, während sich der Temperierkanal 8 in einer einzigen Temperierkanalebene 18 erstreckt. Bei einer anderen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass der Temperierkanal 8 für jede Kontaktzone 17 einen Temperierkanalabschnitt aufweist, der in einer eigenen Temperierkanalebene 18 liegt, sodass es möglich ist, den Abstand 43 zwischen der jeweiligen Kontaktzone 17 und dem zugeordneten Temperierkanalabschnitt bei mehreren oder allen Kontaktzonen 17 gleich zu wählen.In 3 a block height 29 measured parallel to the height direction Z and a channel height 30 measured parallel to the height direction Z are plotted. The block height 29 is measured in the area of one of the contact zones 17, here in the area of the first contact zone 17a. In principle, the temperature control channel 8 can have any desired cross section. A circular cross section is shown here. Furthermore, the temperature control channel 8 can expediently have a constant channel height 30 and in particular a constant channel cross section from the channel inlet 10 to the channel outlet 13 . A design in which the block height 29 is less than twice the channel height 30 is advantageous 4 and 5 indicated wall thickness 31 of the block 7 between the respective contact zone 17 and the respective component 2 to be cooled along the temperature control channel 8 is less than half the channel height 30. The wall thickness 31 corresponds here at the same time to a distance 43 measured perpendicularly to the temperature control channel plane 18 between the temperature control channel 8 and of the respective contact zone 17. In the example shown, this distance is different for different contact zones 17, since these lie in planes offset from one another, while the tempering channel 8 extends in a single tempering channel plane 18. In another embodiment, on the other hand, it can be provided that the temperature control channel 8 has a temperature control channel section for each contact zone 17, which lies in its own temperature control channel plane 18, so that it is possible to increase the distance 43 between the respective contact zone 17 and the associated temperature control channel section for several or all of them Contact zones 17 to choose the same.

In den 3 bis 5, 7 und 8 ist ein unmittelbarer Kontakt zwischen der jeweiligen Komponente 2 und der jeweiligen Kontaktzone 17 gezeigt. Es ist klar, dass bei einer anderen Ausführungsform ein hier nicht gezeigtes Wärmeleitmittel, beispielsweise in Form eines Wärmeleitpads oder in Form einer Wärmeleitpaste, zum Einsatz kommt, sodass die jeweilige Komponente 2 über bzw. durch das Wärmeleitmittel hindurch mit der jeweiligen Kontaktzone 17 in Kontakt steht.In the 3 until 5 , 7 and 8th direct contact between the respective component 2 and the respective contact zone 17 is shown. It is clear that, in another embodiment, a thermal conduction agent, not shown here, is used, for example in the form of a thermally conductive pad or in the form of a thermally conductive paste, so that the respective component 2 is in contact with the respective contact zone 17 via or through the thermal conduction agent .

Rein exemplarisch ist in 8 gezeigt, dass bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform in wenigstens einer der Kontaktzone 17 ein plattenförmiger oder folienartiger Wärmeleiter 44 aus Metall, z.B. aus Aluminium oder Kupfer, am Block 7 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann der Temperierkörper 6 im Bereich der jeweiligen Kontaktzone 17 als Verbundwerkstoff ausgestaltet sein, bei dem der Wärmeleiter 44 fest mit dem Block 7 verbunden ist. Im Beispiel der 8 ist der Wärmeleiter 44 im Block 7 versenkt angeordnet, so dass der Wärmeleiter 44 bündig mit der Blockaußenseite abschließt.Purely as an example is in 8th shown that in another advantageous embodiment in at least one of the contact zones 17 a plate-like or foil-like heat conductor 44 made of metal, for example aluminum or copper, can be arranged on the block 7 . For example, the temperature control body 6 can be designed as a composite material in the area of the respective contact zone 17 , in which the heat conductor 44 is firmly connected to the block 7 . In the example of 8th the heat conductor 44 is countersunk in the block 7, so that the heat conductor 44 is flush with the outside of the block.

Die Leistungselektronik 1 kann mehrere Anschlussstellen 32 aufweisen, die in den 1, 2, 7 und 8 besonders deutlich erkennbar sind. Sie repräsentieren Stromanschlussstellen. Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Temperierkörper 6 so dimensioniert und so am Träger 5 angeordnet, dass zumindest eine solche Anschlussstelle 32 vom Block 7 abgedeckt ist. Zwei der hier gezeigten vier Anschlussstellen 32 liegen dabei innerhalb einer um den Block 7 umlaufenden Umfangskontur 33. Die beiden anderen Anschlussstellen 32 liegen dabei am Rand des Blocks 7, so dass der Block 7 daran angrenzt. Der Block 7 weist im Bereich der Anschlussstellen 32 jeweils eine Aussparung 34 auf, durch die hindurch die Anschlussstelle 32 zugänglich ist. Die den innenliegenden Anschlussstellen 32 zugeordneten Aussparungen 34 sind hier jeweils als Durchgangsöffnung 42 konzipiert, die den Block 7 beabstandet zur Umfangskontur 33 in der Höhenrichtung Z vollständig durchdringt. Die den randseitig angeordneten Anschlussstellen 32 zugeordneten Aussparungen 34 sind dadurch gebildet, dass der Block 7 mit randseitigen Einbuchtungen 35 versehen ist, um die Zugänglichkeit zu den Anschlussstellen 32 in diesem Bereich zu ermöglichen. Diese Einbuchtungen 35 können auch als Aussparungen 34 betrachtet werden, da der Block 7 die den Einbuchtungen 35 zugeordneten Anschlussstellen 32 ohne diese Einbuchtungen 35 abdecken würde.The power electronics 1 may have multiple connection points 32, which are in the 1 , 2 , 7 and 8th are particularly evident. They represent power connection points. In the exemplary embodiment shown here, the temperature control body 6 is dimensioned and arranged on the carrier 5 in such a way that at least one such connection point 32 is covered by the block 7 . Two of the four connection points 32 shown here lie within a peripheral contour 33 running around the block 7. The other two connection points 32 lie on the edge of the block 7, so that the block 7 is adjacent to it. In the area of the connection points 32, the block 7 has a recess 34 through which the connection point 32 is accessible. The recesses 34 associated with the internal connection points 32 are each designed here as a through-opening 42 which spaces the block 7 from the circumferential con tur 33 in the height direction Z completely penetrates. The recesses 34 associated with the connection points 32 arranged at the edge are formed in that the block 7 is provided with indentations 35 on the edge, in order to enable accessibility to the connection points 32 in this area. These indentations 35 can also be regarded as recesses 34 since the block 7 would cover the connection points 32 associated with the indentations 35 without these indentations 35 .

Beim hier gezeigten Beispiel ist der Temperierkörper 6 so am Träger 5 angeordnet, dass die beiden Anschlusselemente 12, 15 an derselben Seite des Trägers 5 über einen Rand 36 des Trägers 5 überstehen. Hierdurch lässt sich der Temperierkörper 6 besonders einfach in einen externen Temperierkreis einbinden.In the example shown here, the temperature control body 6 is arranged on the carrier 5 in such a way that the two connection elements 12 , 15 project beyond an edge 36 of the carrier 5 on the same side of the carrier 5 . In this way, the temperature control body 6 can be integrated particularly easily into an external temperature control circuit.

In den 1 bis 5 und 7 bis 9 ist außerdem ein Element 37 erkennbar, das an einer vom Temperierkörper 6 abgewandten Seite des Trägers 5 angebracht ist. Das Element 37 kann dort mit hier nicht erkennbaren weiteren Komponenten 2 der Leistungselektronik 1 wärmeübertragend gekoppelt sein, um deren Wärme auf konventionelle Weise abzuführen. Ferner kann der Träger 5 auf hier nicht gezeigte Weise beispielsweise an einem hier nicht gezeigten Gehäuse des Batteriemanagementsystems befestigt sein.In the 1 until 5 and 7 until 9 an element 37 can also be seen, which is attached to a side of the carrier 5 facing away from the temperature control body 6 . The element 37 can be coupled there with further components 2 of the power electronics 1 (not visible here) in a heat-transferring manner in order to dissipate their heat in a conventional manner. Furthermore, the carrier 5 can be fastened, for example, to a housing (not shown here) of the battery management system in a manner not shown here.

Gemäß den 7 bis 9 können die metallischen Anschlusselemente 12, 15 mit dem Block 7 verschraubt sein. Hierzu kann der Block 7 am Kanaleinlass 10 und am Kanalauslass 13 in die Anschlussseite 19 eingearbeitete Innengewinde 38 aufweisen, von denen eines in 9 exemplarisch bezeichnet ist. Komplementär dazu besitzt das jeweilige Anschlusselement 12, 15 ein passendes Außengewinde 39. Gemäß 9 kann außerdem eine Dichtung 40, z. B. ein O-Ring, vorgesehen sein, um die Verbindung zwischen dem jeweiligen Anschlusselement 12, 15 und dem Block 7 fluidisch dicht auszugestalten.According to the 7 until 9 the metallic connecting elements 12, 15 can be screwed to the block 7. For this purpose, the block 7 can have internal threads 38 worked into the connection side 19 at the duct inlet 10 and at the duct outlet 13, one of which in 9 is designated as an example. Complementary to this, the respective connection element 12, 15 has a suitable external thread 39. According to FIG 9 may also include a seal 40, e.g. B. an O-ring may be provided in order to design the connection between the respective connection element 12, 15 and the block 7 fluidically tight.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3037771 A1 [0004]

Claims

Temperature control body (6) for temperature control of power electronics (1), in particular a battery management system, preferably a battery electric vehicle, - with a monolithic block (7) made of ceramic, - with a temperature control channel (8) for conducting a temperature control fluid (9), which is inside of the block (7) and is directly delimited by the ceramic of the block (7), - with a tempering fluid inlet (10) which is arranged on the block (7) and is fluidically connected to an inlet end (11) of the tempering channel (8). - With a temperature control fluid outlet (13) which is arranged on the block (7) and is fluidically connected to an outlet end (14) of the temperature control channel (8), - the block (7) having a contact side (16), characterized in that - that the temperature control channel (8) has at least one turn (41) between the inlet end (11) and the outlet end (14) for flow deflection, - that on the contact side (16) several flat contact zones (17) for heat-transferring coupling with components (2nd ) of the power electronics (1) are formed.

Temperature control body (6) after claim 1 , characterized in that one or more or each of the contact zones (17) is or are planar.

Temperature control body (6) after claim 1 or 2 , characterized in that at least two contact zones (17) are flat and level, run parallel to one another and are at different heights with respect to a vertical direction (Z) running perpendicular to the contact zones (17).

Tempering body (6) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that - that the tempering channel (8) in the block (7) extends in a meandering manner.

Tempering body (6) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the temperature control channel (8) extends in at least one temperature control channel plane (18) which runs parallel to at least one flat and planar contact zone (17).

Tempering body (6) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that - the temperature control channel (8) extends in a plurality of temperature control channel sections, each in a temperature control channel plane (18) which runs parallel to at least one flat and planar contact zone (17), - that a distance (43) between the respective contact zone (17) and the associated tempering channel section is essentially the same size for at least two contact zones (17).

Tempering body (6) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that - that the block (7) has a connection side (19) on which both the temperature control fluid inlet (10) and the temperature control fluid outlet (13) are arranged, - that the temperature control fluid inlet (10) and the temperature control fluid outlet (13). the connection side (19) are aligned parallel to one another and parallel to a tempering channel plane (18) in which the tempering channel (8) extends.

Tempering body (6) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the temperature control channel (8) has a first winding region (20) adjoining the temperature control fluid inlet (10), in which the temperature control channel (8) has a plurality of straight first channel sections (22) running parallel to one another and a plurality of U-shaped first has deflection sections (23) which connect the first channel sections (22) to form first windings (41'), - that the temperature control channel (8) has a second winding area (21) adjoining the temperature control fluid outlet (13), in which the temperature control channel ( 8) has a plurality of straight second channel sections (24) running parallel to one another and a plurality of U-shaped second deflection sections (25) which connect the second channel sections (24) to form second windings (41''), - that the temperature control channel (8 ) has a connecting section (26) which connects an end (27) of the first winding region (20) remote from the temperature control fluid inlet (10) to an end (28) of the second winding region (21) remote from the temperature control fluid outlet (13).

Tempering body (6) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that - that the temperature control channel (8) extends in a temperature control channel plane (18), - that the block (7) has a block height (29) measured perpendicularly to the temperature control channel plane (18), which is smaller than twice the height perpendicular to the Tempering channel level (18) measured channel height (30).

Tempering body (6) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that - in at least one of the contact zones (17) a plate-like or foil-like heat conductor (44) made of metal is arranged on the block (7).

Power electronics (1), in particular a battery management system of a battery-electric vehicle, - with a plurality of components (2) which have electronic and/or electrical components (3) and busbars (4), - with a carrier (5) on which the components ( 2) are arranged, - with a temperature control body (6) according to one of the preceding claims, which is arranged on the carrier (5) in such a way that several components (2) are arranged between the carrier (5) and the block (7), - wherein several components (2) are coupled to the contact zones (17) in a heat-transferring manner.

Power electronics (1) according to claim 11 , characterized in that the respective component (2) is in direct contact with the respective contact zone (17) or is connected to the respective contact zone (17) in a heat-transferring manner via a heat-conducting means.

Power electronics (1) according to claim 11 or 12 , characterized in that - that the power electronics (1) has a connection point (32) or several connection points (32) on the carrier (5), - that the temperature control body (6) is arranged on the carrier (5) in such a way that the block (7 ) covers at least one such connection point (32), - that the block (7) has a recess (34) in the region of the respective connection point (32), through which the connection point (32) is accessible.

Power electronics (1) according to one of Claims 11 until 13 , characterized in that - a first connection element (12) for connecting the temperature control channel (8) to a temperature control circuit is attached to the temperature control fluid inlet (10), - a second connection element (15) for connecting the temperature control channel (8) to the temperature control fluid outlet (13) is attached to the temperature control circuit, - that the temperature control body (6) is arranged on the support (5) in such a way that the first connection element (12) and the second connection element (15) on the same side over an edge (36) of the support (5) survive.