DE102021213427B3 - Kompaktes leistungswechselrichtermodul - Google Patents

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Abstract

Ein Wechselrichtermodul (10) umfasst einen prismenartigen Kühlkörper (12) mit rechteckigen Seiten (20), die parallel entlang einer Achse (A) des prismenartigen Kühlkörpers (12) ausgerichtet sind, und mindestens zwei Leiterplatten (14). Jede Leiterplatte (14) ist an einer der rechteckigen Seiten (20) des prismenartigen Kühlkörpers (12) befestigt; wobei jede Leiterplatte (14) mindestens zwei Leistungshalbleiterschalterchips (30) trägt, die zu einer Halbbrücke (46) verbunden sind; und wobei die Halbbrücken (46) parallel geschaltet sind, um einen Wechselrichter (48) zu bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wechselrichtermodul.
  • In Kraftfahrzeuganwendungen mit Elektroantrieben, wie etwa Elektroautos und -Lkw, werden Wechselrichtermodule zur Versorgung des Elektromotors mit Leistung von der Batterie verwendet. Das Wechselrichtermodul erzeugt den Wechselstrom, der zum Antrieb des Elektromotors benötigt wird, aus einem durch die Batterie bereitgestellten Gleichstrom. In der Regel bestehen derartige Wechselrichtermodule aus Halbbrückenmodulen, die an einem Trägerkörper befestigt sind, der auch zum Kühlen der Halbbrückenmodule verwendet werden kann. An dieser Baugruppe können außerdem Gatetreiberplatinen und Gleichstromzwischenkreiskondensatoren befestigt sein, was die Baugruppe relativ platzaufwendig und sperrig macht.
  • DE 20 2012 013 013 U1 offenbart eine Anordnung für einen modularen Wechselrichter, wobei die Anordnung eine Anzahl von Leistungshalbleitern und Kühlelementen umfasst, wobei die Kühlelemente mit den Leistungshalbleitern für die Kühlung derselben verbunden sind, wobei die Leistungshalbleiter und die Kühlelemente um eine zentrale Achse der Anordnung herum derart angeordnet sind, dass sie einen Kanal um die zentrale Achse herum von wenigstens drei Seiten begrenzen.
  • Aus DE 10 2005 031 759 A1 geht eine Stromrichteranordnung mit einer Kühleinrichtung, einer Mehrzahl von Halbleitereinrichtungen, wie Leistungshalbleitermodulen und einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Hableitereinrichtungen, hervor. Die Kühleinrichtung weist mindestens einen um die Längsachse der Kühleinrichtung angeordneten Metallformkörper auf. Auf Kühlflächen der Kühleinrichtung sind die Halbleitereinrichtung angeordnet.
  • In DE 10 2020 200 304 A1 ist ein dreiphasiger Wechselrichter gezeigt. Der Wechselrichter umfasst eine Kühlvorrichtung mit einem Hauptteil und einem Kühlmittelpfad im Inneren des Hauptteils, wobei der Hauptteil ferner mindestens drei Seitenwände umfasst.
  • US 2014/0198449 A1 zeigt einen dreiphasigen Wechselrichter. Dieser weist ein zentral angeordnetes Kühlelement auf, auf diesem sind Leistungshalbleiter angeordnet.
  • In DE 10 2017 213 395 A1 ist ein Dreiphasen-Wechselrichter für einen Motor gezeigt. Das Dreiphasen-Wechselrichtersystem weist erste, zweite und dritte Ausgabeeinheit und erste, zweite und dritte Kondensatoren auf, die dazu ausgestaltet sind, Strom zu den jeweiligen Ausgabeeinheiten zuzuführen. Die Ausgabeeinheiten und die Kondensatoren sind derart angeordnet, dass sie eine Sechseckform bilden.
  • Aus DE 198 46 156 C1 geht ein mehrphasiger Umrichter hervor, der Halbleiter-Leistungsbauelemente und einen Kondensator auf einem Kühlvorrichtungen enthaltenden Träger umfasst.
  • Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Wechselrichtermodul bereitzustellen, das die oben genannten Probleme verringert. Eine Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein kompaktes und effizient gekühltes Wechselrichtermodul bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Wechselrichtermodul. Ein Wechselrichtermodul ist eine Vorrichtung zum mechanischen und elektrischen Verbinden von Leistungshalbleiterschalterchips zu einem Wechselrichter. Bei einem Wechselrichter kann es sich um eine elektrische Vorrichtung handeln, die aus zwei oder mehr Halbbrücken besteht. Hier und im Folgenden bezieht sich der Begriff „Leistungs-“ auf Vorrichtungen und Elemente, die zum Verarbeiten von Spannungen von mehr als 100 V und/oder mehr als 10 A eingerichtet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Wechselrichtermodul einen prismenartigen Kühlkörper mit rechteckigen Seiten, die parallel entlang einer Achse des prismenartigen Kühlkörpers ausgerichtet sind. Ein prismenartiger Körper kann sich auf einen Körper beziehen, der die gleiche Querschnittsform entlang seiner Längserstreckung und/oder der Achse des prismenartigen Kühlkörpers aufweist. Diese Form kann polygonal sein, wie etwa ein Rechteck, ein Quadrat oder ein Dreieck. So weist der prismenartige Kühlkörper rechteckige Seiten und zwei Vorderseiten auf, die die polygonale Form aufweisen.
  • Der Kühlkörper kann hohl sein und/oder eine oder mehrere Hohlräume aufweisen, in denen ein Kühlfluid strömen kann. Das Kühlfluid kann mittels einem, zwei oder mehr Einlässen und/oder Auslässen zugeführt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Wechselrichtermodul ferner mindestens zwei Leiterplatten, wobei jede Leiterplatte an einer der rechteckigen Seiten des prismenartigen Kühlkörpers befestigt ist. Jede Leiterplatte trägt mindestens zwei Leistungshalbleiterschalterchips, die zu einer Halbbrücke verbunden sind. Die Halbbrücken sind parallel geschaltet, um einen Wechselrichter zu bilden.
  • So sind die zwei, drei oder mehr Leiterplatten auf sehr kompakte Weise und/oder drehsymmetrisch um die Achse des prismenartigen Kühlkörpers angeordnet. Die Gesamtgröße und/oder das durch das Wechselrichtermodul eingenommene Volumen können reduziert werden. Aufgrund der symmetrischen Anordnung können die elektromagnetischen Eigenschaften des Wechselrichtermoduls verbessert werden, da die Leitungen zu den Leistungselektroden und Steuerelektroden der Leistungshalbleiterschalterchips gleichartig geformt sein können.
  • Außerdem können sämtliche Leiterplatten durch denselben prismenartigen Kühlkörper gekühlt werden und/oder in einer drehsymmetrischen Anordnung gekühlt werden. Der Wärmewiderstand der Verbindung zwischen dem prismenartigen Kühlkörper und den Leistungshalbleiterschalterchips kann verringert werden.
  • Jede Leiterplatte kann ein Substrat mit mindestens einer Isolationsschicht und mindestens einer Metallisierungsschicht, auf der die Leistungshalbleiterschalterchips gebondet sind, umfassen. Beispielsweise kann es sich bei dem Substrat um eine gedruckte Leiterplatte (PCB) handeln, d. h. sie kann eine oder mehrere Metallisierungsschichten auf und/oder in einer Kunststoffschicht umfassen. Das Substrat kann auch durch ein DBC-Substrat (DBC: Direct Bonded Copper), d. h. zwei Kupferschichten auf einer Keramikschicht, bereitgestellt sein.
  • Das Substrat kann an dem Kühlkörper befestigt sein, beispielsweise kann es an den Kühlkörper gebondet sein. Das Substrat kann im Wesentlichen die gleiche Form wie die rechteckige Seite, an der es befestigt ist, aufweisen.
  • Die mindestens zwei Leistungshalbleiterschalterchips können beispielsweise gegenüber der Seite, an der das Substrat an der rechteckigen Seite befestigt ist, an das Substrat gebondet sein. Hier und im Folgenden kann sich Bonden auf einen Prozess zum elektrischen und mechanischen Verbinden zweier metallischer Elemente beziehen, wie etwa Löten, Schweißen und Sintern. Es können auch Schutzdiodenchips an dem Substrat befestigt und/oder daran gebondet sein. Die Leistungshalbleiterschalterchips und/oder die Schutzdiodenchips weisen ein Kunststoffgehäuse auf, das einen aus einem Halbleitermaterial gefertigten Die umschließt, der die Funktionalität des jeweiligen Chips bereitstellt. Die Leistungshalbleiterschalterchips können Transistoren oder Thyristoren bereitstellen und/oder sein. Beispielsweise können die Halbleiterschalterchips und/oder die Schutzdiodenchips auf einem Halbleiter mit breitem Bandabstand basieren. Der entsprechende Die kann aus einem Material mit breitem Bandabstand gefertigt sein. Ein solcher Halbleiter mit breitem Bandabstand kann aus GaN (Galliumnitrid) oder SiC (Siliziumcarbid) bestehen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Halbleiterschalterchips und/oder die Schutzdiodenchips auf Si als Halbleitermaterial basieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der prismenartige Kühlkörper zwei Vorderseiten, die senkrecht zu der Achse des prismenartigen Kühlkörpers ausgerichtet sind. Die zwei Vorderseiten können parallel zueinander angeordnet sein. Wie bereits erwähnt, können die Vorderseiten eine polygonale Form aufweisen, die gleich einem Querschnitt durch den prismenartigen Kühlkörper senkrecht zu der Achse des prismenartigen Kühlkörpers sein kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Wechselstromelektrode an jeder Leiterplatte befestigt, wobei die Wechselstromelektrode parallel zu der Achse des prismenartigen Kühlkörpers über eine Vorderseite des Kühlkörpers vorragt. Alle Wechselstromelektroden können von derselben Seite und/oder über dieselbe Vorderseite vorragen. Jede Wechselstromelektrode kann an eine Metallisierungsschicht des Substrats einer Leiterplatte gebondet sein, wodurch eine Halbbrücke bereitgestellt wird, und an einer rechteckigen Seite des prismenartigen Kühlkörpers befestigt sein.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Wechselrichtermodul ferner einen Gleichstromzwischenkreiskondensator. Der Gleichstromzwischenkreiskondensator kann mit den Halbbrücken des Wechselrichtermoduls parallel geschaltet sein. Der Gleichstromzwischenkreiskondensator ist erfindungsgemäß an einer Vorderseite des prismenartigen Kühlkörpers befestigt. Dabei kann es sich um die Vorderseite handeln, von der die Wechselstromelektroden vorragen. Die eine oder die mehreren Wechselstromelektroden können über Seiten des Gleichstromzwischenkreiskondensators vorragen.
  • Erfindungsgemäß weist der Gleichstromzwischenkreiskondensator den gleichen Querschnitt wie der prismenartige Kühlkörper auf. Der Querschnitt kann auch polygonal sein. Die Seiten des Gleichstromzwischenkreiskondensators können auf die Seiten des prismenartige Kühlkörpers ausgerichtet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein (weiterer) Gleichstromzwischenkreiskondensator oberhalb einer Leiterplatte an einer rechteckigen Seite des prismenartigen Kühlkörpers montiert. Weitere Gleichstromzwischenkreiskondensatoren können über jeder an rechteckigen Seiten des prismenartigen Kühlkörpers befestigten Leiterplatte montiert sein. Diese Gleichstromzwischenkreiskondensatoren können mit den durch die Leiterplatten bereitgestellten Halbbrücken parallel geschaltet sein. Dieser eine oder diese mehreren Gleichstromzwischenkreiskondensatoren können die gleiche Form wie die rechteckige Seite des prismenartigen Kühlkörpers, an der sie montiert sind, aufweisen.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Wechselrichtermodul ferner eine Gatetreiberplatine für jede Leiterplatte. Die Gatetreiberplatine für die durch eine Leiterplatte bereitgestellte Halbbrücke kann an derselben rechteckigen Seite wie die entsprechende Leiterplatte montiert sein. Die Gatetreiberplatine kann ein Substrat, wie etwa eine gedruckte Leiterplatte, umfassen, das eine elektronische Schaltung zum Steuern eines Gate der Leistungshalbleiterschalterchips der Leiterplatte bereitstellt. Jede Gatetreiberplatine kann eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen und/oder die gleiche Breite wie die entsprechende rechteckige Seite des prismenartigen Kühlkörpers aufweisen.
  • Erfindungsemäß ist die Gatetreiberplatine senkrecht zu der Achse des prismenartigen Kühlkörpers ausgerichtet und ragt von dem prismenartigen Kühlkörper vor. Die Gatetreiberplatine kann parallel zu einer Seite eines Wechselstromzwischenkreiskondensators, der über einer rechteckigen Seite des prismenartigen Kühlkörpers montiert ist, verlaufen.
  • Es ist auch möglich, dass die Gatetreiberplatine parallel über der Leiterplatte, deren Halbbrücke sie steuert, montiert ist. Dies kann der Fall sein, wenn ein Wechselstromzwischenkreiskondensator an einer Vorderseite des prismenartigen Kühlkörpers montiert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jede Gatetreiberplatine an einer Kante einer Vorderseite des prismenartigen Kühlkörpers befestigt. Die Gatetreiberplatinen können auf eine Vorderseite des prismenartigen Kühlkörpers ausgerichtet sein und/oder parallel zu dieser verlaufen. Dabei kann es sich um die Vorderseite gegenüber der Vorderseite, über die die Wechselstromelektroden vorragen, handeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der prismenartige Kühlkörper einen Kühlfluideinlass und/oder einen Kühlfluidauslass zum Befördern eines Kühlfluids durch den Kühlkörper. Der prismenartige Kühlkörper kann einen Hohlraum und/oder Kühlkanäle umfassen, durch die ein Kühlfluid befördert werden kann. Der Hohlraum und/oder die Kühlkanäle können mit dem Einlass und/oder dem Auslass verbunden sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragen der Kühlfluideinlass und der Kühlfluidauslass von einer Vorderseite des prismenartigen Kühlkörpers vor. Diese Vorderseite kann gegenüber der Vorderseite liegen, über die die Wechselstromelektroden vorragen und/oder an der ein Gleichstromzwischenkreiskondensator montiert ist.
  • Der Kühlfluideinlass kann auch von einer ersten Vorderseite vorragen und der Kühlfluidauslass kann von einer zweiten gegenüberliegenden Vorderseite des prismenartigen Kühlkörpers vorragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen der Kühlfluideinlass und der Kühlfluidauslass parallel zu der Achse des prismenartigen Kühlkörpers. Der Einlass und/oder der Auslast können rohrförmige Körper mit einer parallel zu der Achse des prismenartigen Kühlkörpers verlaufenden Achse sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der prismenartige Kühlkörper mindestens drei rechteckige Seiten auf, wobei eine Leiterplatte an jeder der mindestens drei rechteckigen Seiten befestigt ist. Der Wechselrichter kann aus drei oder mehr Leiterplatten bestehen, wenn es sich bei dem Wechselrichter um einen Mehrphasen-Wechselrichter handelt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der prismenartige Kühlkörper einen dreieckigen Querschnitt mit drei rechteckigen Seiten und zwei dreieckigen Vorderseiten auf, wobei eine Leiterplatte an jeder der drei rechteckigen Seiten befestigt ist. Bei dem Wechselrichter kann es sich um einen Dreiphasen-Wechselrichter handeln, der drei Phasen eines Wechselstroms erzeugt. Für jede Phase kann eine Leiterplatte vorhanden sein, die an einer der drei rechteckigen Seiten befestigt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der dreieckige Querschnitt gleichseitig. Dies führt zu einer symmetrischen Anordnung der Leiterplatten, Wechselstromelektroden, Gatesteuerungen und/oder Gleichstromzwischenkreiskondensatoren.
  • Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert. Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detaillierter beschrieben.
    • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wechselrichtermoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt einen Schaltplan eines Systems für ein Elektrofahrzeug mit einem Wechselrichtermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wechselrichtermoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutungen sind in zusammenfassender Form in der nachfolgenden Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind in den Figuren identische Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein Wechselrichtermodul 10, das einen prismenartigen Kühlkörper 12 umfasst. Drei Leiterplatten 14, drei Gatetreiberplatinen 16 und ein Gleichstromzwischenkreiskondensator 18 sind an dem prismenartigen Kühlkörper 12 befestigt.
  • Der prismenartige Kühlkörper 12 weist drei rechteckige Seiten 20 auf, die parallel zu einer mittleren Achse A des prismenartigen Kühlkörpers 12 ausgerichtet sind. Zwei Vorderseiten 22a, 22b, die eine gleichseitige Dreiecksform aufweisen, sind senkrecht zu der mittleren Achse ausgerichtet. Das Wechselrichtermodul 10 von 1 stellt einen Wechselrichter mit drei Wechselstromphasen bereit. In einem Fall von mehr Phasen und/oder mehr Leiterplatten 14 je Phase kann das Wechselrichtermodul 10 jedoch auch mehr als drei rechteckige Seiten 20 aufweisen. Es können auch nur zwei Leiterplatten 14 an dem prismenartigen Kühlkörper 12 befestigt sein. In jedem Fall kann der prismenartige Kühlkörper 12 drehsymmetrisch sein (zumindest der Körper der rechteckigen Seiten 20 und der Vorderseiten 22a, 22b). Die rechteckigen Seiten 20 können alle die gleiche Form aufweisen.
  • Die Leiterplatten 14 sind an den rechteckigen Seiten 20 befestigt und insbesondere daran gebondet. So kann auf Schrauben oder Bolzen zum Befestigen der Leiterplatten 14 verzichtet werden.
  • Jede Leiterplatte 14 umfasst ein Substrat 24, das durch eine gedruckte Leiterplatte oder durch ein DBC-Substrat (DBC: Direct Bonded Copper) bereitgestellt sein kann. Jedes Substrat 24 umfasst Metallisierungsschichten 26 auf einer Isolierungsschicht 28. Leistungshalbleiterschalterchips 30 (und gegebenenfalls Schutzdiodenchips) sind gegenüber der Metallisierungsschicht 26 an die Metallisierungsschicht 26 gebondet, die zum Bonden der Leiterplatte 14 an den prismenförmigen Kühlkörper 12 verwendet wird. Das Substrat 24 und/oder die Leiterplatte können eine rechteckige Form mit im Wesentlichen der gleichen Größe wie die entsprechende rechteckige Seite 20 aufweisen.
  • Eine Wechselstromelektrode 32 ist an jeder Leiterplatte 14, insbesondere an einer Metallisierungsschicht 26, befestigt und/oder daran gebondet. Die Wechselstromelektroden 32 sind parallel zu der Achse A ausgerichtet und/oder können durch gebogene Metallstreifen bereitgestellt sein. Jede Leiterplatte 14 kann auch Gleichstromelektroden 34 umfassen, mit denen weitere Gleichstromzwischenkreiskondensatoren verbunden sein können (siehe unten). Jede Wechselstromelektrode 32 ist im Wesentlichen in der Mitte der jeweiligen rechteckigen Seite 20 angeordnet.
  • Der Gleichstromzwischenkreiskondensator 18 ist an der Vorderseite 22b des prismenartigen Kühlkörpers 12 befestigt und weist bezüglich der Achse A im Wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie der prismenartige Kühlkörper 12 auf. Die Wechselstromelektroden 32 ragen über den Gleichstromzwischenkreiskondensator 18 vor.
  • An der gegenüberliegenden Vorderseite 22a sind die Gatetreiberplatinen 16 an dem prismenartigen Kühlkörper 12 befestigt. Wie gezeigt, können die Gatetreiberplatinen 16 an der jeweiligen Kante zwischen der Vorderseite 22a und der jeweiligen rechteckigen Seite 20 befestigt sein. Die Gatetreiberplatinen können parallel zu der Vorderseite 22a und/oder senkrecht zu der Achse A ausgerichtet sein. Dies kann für das Montieren von Gleichstromzwischenkreiskondensatoren über den Leiterplatten 14 von Vorteil sein (siehe unten).
  • Die Gatetreiberplatinen 16 können jedoch auch über der jeweiligen Leiterplatte 14 montiert sein und/oder parallel zu der jeweiligen rechteckigen Seite 20 und/oder parallel zu der Achse A ausgerichtet sein. Dies kann vorteilhaft sein, falls nur ein Gleichstromzwischenkreiskondensator 18 an der Vorderseite 22b befestigt ist.
  • Bei den Gatetreiberplatinen 16 kann es sich um gedruckte Leiterplatten mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form handeln. Die Breite der gedruckten Leiterplatte kann im Wesentlichen die Länge der Kante zwischen der Vorderseite 22a und der jeweiligen rechteckigen Seite 20 sein.
  • 1 zeigt ferner, dass ein Kühlfluideinlass 36a und ein Kühlfluidauslass 36b an der Vorderseite 22a des prismenartigen Kühlkörpers 12 befestigt sind. Der Kühlfluideinlass 36a und der Kühlfluidauslass 36b sind rohrförmig mit einer parallel zu der Achse A verlaufenden Achse. Der prismenartige Kühlkörper 12 kann hohl sein und/oder Kühlfluidkanäle zum Zuführen des Kühlfluids durch den Kühlfluideinlass 36a umfassen.
  • 2 zeigt einen Schaltplan eines Elektrofahrzeugsystems 38, das das Wechselrichtermodul 10 umfasst. Das Wechselrichtermodul 10 ist zwischen ein Batteriemodul 40 und einen Elektromotor 42 eines Elektrofahrzeugs geschaltet. Das Wechselrichtermodul 10 wandelt einen Gleichstrom von dem Batteriemodul 40 in einen dem Elektromotor 42 zuzuführenden Dreiphasen-Wechselstrom um.
  • 2 zeigt, dass die Leistungshalbleiterschalterchips 30, die mit Schutzdioden 44 parallel geschaltet sein können, einer Leiterplatte 14 in Halbbrücken 46 verbunden sind. Diese Halbbrücken sind parallel geschaltet, um einen Dreiphasen-Wechselrichter 48 zu bilden.
  • 3 zeigt eine alternative Einrichtung des Wechselrichtermoduls 10, wobei Gleichstromzwischenkreiskondensatoren 18' über den rechteckigen Seiten 20 montiert sind. Dies kann mit dem in 1 gezeigten Gleichstromzwischenkreiskondensator 18 kombiniert sein. Die anderen Teile des Wechselrichtermoduls 10 von 3 können wie die im Hinblick auf 1 gezeigten und beschriebenen ausgestaltet sein.
  • Jeder gleich Gleichstromzwischenkreiskondensator 18' weist einen Körper mit einem rechteckigen Querschnitt auf, der im Wesentlichen die gleiche Form wie die entsprechende rechteckige Seite 20 aufweist. Ein Gleichstromzwischenkreiskondensator 18' ist über Gleichstromelektroden 34 an dem Wechselrichtermodul 10 befestigt, die durch die Leiterplatte 14 zwischen dem Gleichstromzwischenkreiskondensator 18' und der rechteckigen Seite 20 bereitgestellt sind.
  • Wie zu sehen ist, ist jede Gatetreiberplatine 16 parallel zu einer Seite eines der Gleichstromzwischenkreiskondensatoren 18' ausgerichtet.
  • Obgleich die Erfindung in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung ausführlich dargestellt und beschrieben worden ist, sind solch eine Darstellung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können durch Fachleute durch die Ausübung der beanspruchten Erfindung, genaue Betrachtung der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassen/umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „ein/eine/einer“ schließt keinen Plural aus. Ein einziger Prozessor oder eine einzige Steuerung oder eine einzige andere Einheit können die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen angeführter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in verschiedenen voneinander abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht zum Vorteil genutzt werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als den Schutzumfang einschränkend ausgelegt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • A
    Achse
    10
    Wechselrichtermodul
    12
    prismenartiger Kühlkörper
    14
    Leiterplatte
    16
    Gatetreiberplatine
    18
    Gleichstromzwischenkreiskondensator
    18'
    Gleichstromzwischenkreiskondensator
    20
    rechteckige Seite
    22
    erste Vorderseite
    22b
    zweite Vorderseite
    24
    Substrat
    26
    Metallisierungsschicht
    28
    Isolierungsschicht
    30
    Leistungshalbleiterschalterchip
    32
    Wechselstromelektrode
    34
    Gleichstromelektrode
    36a
    Kühlfluideinlass
    36b
    Kühlfluidauslass
    38
    Elektrofahrzeugsystem
    40
    Batteriemodul
    42
    Elektromotor
    44
    Schutzdiode
    46
    Halbbrücke
    48
    Wechselrichter

Claims (9)

  1. Wechselrichtermodul (10), das Folgendes umfasst: einen prismenartigen Kühlkörper (12) mit rechteckigen Seiten (20), die parallel entlang einer Achse (A) des prismenartigen Kühlkörpers (12) ausgerichtet sind; mindestens zwei Leiterplatten (14), wobei jede Leiterplatte (14) an einer der rechteckigen Seiten (20) des prismenartigen Kühlkörpers (12) befestigt ist; wobei jede Leiterplatte (14) mindestens zwei Leistungshalbleiterschalterchips (30) trägt, die zu einer Halbbrücke (46) verbunden sind; wobei die Halbbrücken (46) parallel geschaltet sind, um einen Wechselrichter (48) zu bilden; wobei jeder Leiterplatte (14) eine Gatetreiberplatine (16) zugeordnet ist; wobei die Gatetreiberplatine (16) senkrecht zu der Achse (A) des prismenartigen Kühlkörpers (12) ausgerichtet ist und von dem prismenartigen Kühlkörper (12) vorragt dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichtermodul (10) ferner einen Gleichstromzwischenkreiskondensator (18) umfasst, wobei der Gleichstromzwischenkreiskondensator (18) an einer Vorderseite (22b) des prismenartigen Kühlkörpers (12) befestigt ist und den gleichen Querschnitt wie der prismenartige Kühlkörper (12) aufweist.
  2. Wechselrichtermodul (10) nach Anspruch 1, wobei der prismenartige Kühlkörper (12) zwei Vorderseiten (22a, 22b) umfasst, die senkrecht zu der Achse (A) des prismenartigen Kühlkörpers (12) ausgerichtet sind.
  3. Wechselrichtermodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Wechselstromelektrode (32) an jeder Leiterplatte (14) befestigt ist, wobei die Wechselstromelektrode (32) parallel zu der Achse (A) des prismenartigen Kühlkörpers (12) über eine Vorderseite (22b) des prismenartigen Kühlkörpers (12) vorragt.
  4. Wechselrichtermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gleichstromzwischenkreiskondensator (18') über einer Leiterplatte (14) an einer rechteckigen Seite (20) des prismenartigen Kühlkörpers (12) befestigt ist.
  5. Wechselrichtermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, , wobei jede Gatetreiberplatine (16) an einer Kante einer Vorderseite (22a) des prismenartigen Kühlkörpers (12) befestigt ist.
  6. Wechselrichtermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der prismenartige Kühlkörper (12) einen Kühlfluideinlass (36a) und einen Kühlfluidauslass (36b) zum Befördern eines Kühlfluids durch den prismenartigen Kühlkörper (12) umfasst; wobei der Kühlfluideinlass (36a) und der Kühlfluidauslass (36b) von einer Vorderseite (22a) des prismenartigen Kühlkörpers (12) vorragen; wobei der Kühlfluideinlass (36a) und der Kühlfluidauslass (36b) parallel zu der Achse (A) des prismenartigen Kühlkörpers (12) verlaufen.
  7. Wechselrichtermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der prismenartige Kühlkörper (12) mindestens drei rechteckige Seiten (20) aufweist, wobei eine Leiterplatte (14) an jeder der mindestens drei rechteckigen Seiten (20) befestigt ist.
  8. Wechselrichtermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der prismenartige Kühlkörper (12) einen dreieckigen Querschnitt mit drei rechteckigen Seiten (20) und zwei dreieckigen Vorderseiten (22a,22b) aufweist; wobei eine Leiterplatte (14) an jeder der drei rechteckigen Seiten (20) befestigt ist.
  9. Wechselrichtermodul (10) nach Anspruch 8, wobei der dreieckige Querschnitt gleichseitig ist.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19846156C1 (de) 1998-10-07 2000-07-27 Bosch Gmbh Robert Anordnung eines mehrphasigen Umrichters
DE102005031759A1 (de) 2005-07-07 2007-01-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Stromrichteranordnung mit Kühleinrichtung
US20140198449A1 (en) 2013-01-11 2014-07-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cooling-type switching element module
DE202012013013U1 (de) 2012-06-04 2014-11-21 Abb Oy Modulare Wechselrichteranordnung
DE102017213395A1 (de) 2016-12-15 2018-06-21 Hyundai Motor Company Dreiphasen-Wechselrichter für einen Motor
DE102020200304A1 (de) 2020-01-13 2021-07-29 Zf Friedrichshafen Ag Dreiphasiger Wechselrichter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19846156C1 (de) 1998-10-07 2000-07-27 Bosch Gmbh Robert Anordnung eines mehrphasigen Umrichters
DE102005031759A1 (de) 2005-07-07 2007-01-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Stromrichteranordnung mit Kühleinrichtung
DE202012013013U1 (de) 2012-06-04 2014-11-21 Abb Oy Modulare Wechselrichteranordnung
US20140198449A1 (en) 2013-01-11 2014-07-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cooling-type switching element module
DE102017213395A1 (de) 2016-12-15 2018-06-21 Hyundai Motor Company Dreiphasen-Wechselrichter für einen Motor
DE102020200304A1 (de) 2020-01-13 2021-07-29 Zf Friedrichshafen Ag Dreiphasiger Wechselrichter

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