DE102022115429A1

DE102022115429A1 - Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente

Info

Publication number: DE102022115429A1
Application number: DE102022115429.7A
Authority: DE
Inventors: Justus Speichermann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-12-21

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) mit einem fluiddichten Komponentengehäuse (30), das mit einer elektrisch nicht-leitenden Kühlflüssigkeit (32) gefüllt ist,wobei das Komponentengehäuse (30) einen Durchführungsabschnitt (31) zur Durchführung einer Signalleitung (44) aufweist,wobei der Durchführungsabschnitt (31) von einer Gehäuse-Metallwand (54) undeinem elektrisch nicht-leitenden Keramik-Wandkörper (52) gebildet wird, undwobei die Signalleitung (44) in den Keramik-Wandkörper (52) eingebettet und auf diese Weise hindurchgeführt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente mit einem Komponentengehäuse, durch das in einem Durchführungsabschnitt eine Signalleitung von der Außenseite zur Innenseite hindurchgeführt ist.
Eine immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente kann beispielsweise eine Kfz-Traktionsbatterie oder ein Kfz-Traktionsmotor sein. Unter einer Immersionskühlung wird vorliegend eine unmittelbare Flüssigkeitskühlung eines elektrischen Bauteils mit einer elektrisch nicht-leitenden Kühlflüssigkeit verstanden, beispielsweise die Kühlung eines Motorstators, eines Motorotors oder von Batteriezellen. Durch die Immersionskühlung können auch kurzfristig große Wärmemengen sehr schnell abgeführt werden.
Typische immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponenten weisen ein Komponentengehäuse aus einem elektrisch leitenden Metall auf, beispielsweise aus Aluminium. Für die Durchführung einer Signalleitung zur Übermittlung eines Messwertes eines gehäuseinneren Sensors, beispielsweise eines Kühlflüssigkeits-Temperatursensors, durch das Komponentengehäuse hindurch muss das Komponentengehäuse entsprechende Steckerkomponenten aufweisen, die aufwendig in der Herstellung und Einbindung sind, und die verhältnismäßig viel Bauraum benötigen.
Aus DE 10 2009 003 958 B4 , DE 10 2014 007 562 B4 , DE 10 2018 107 561 A1 und DE 10 2020 206 664 A1 sind verschiedene Anordnungen und Verfahren zur Einbettung eines elektrischen Leiters in einen elektrisch nicht-leitenden Körper bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente mit einer kompakten fluiddichten Durchführung einer Signalleitung durch das Komponentengehäuse zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente weist ein fluiddichtes Komponentengehäuse auf, das mit einer elektrisch nicht-leitenden Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Vorzugsweise ist die Kühlflüssigkeit ein Kühlöl. In dem Komponentengehäuse ist vorzugsweise ein Motorstator oder ein Motorrotor, oder sind Batteriezellen angeordnet.
Das Komponentengehäuse weist einen Durchführungsabschnitt zur Durchführung einer oder mehrerer Signalleitungen auf. Der Durchführungsabschnitt wird von einer Gehäuse-Metallwand und einem elektrisch nicht-leitenden Keramik-Wandkörper gebildet. Der Keramik-Wandkörper füllt eine Öffnung in der Gehäuse-Metallwand vollständig und fluiddicht aus, so dass die fluidische Trennung der Innenseite des Komponentengehäuses und seiner Außenseite in diesem Bereich ausschließlich durch den Keramik-Wandkörper erfolgt.
Die Signalleitung ist in den Keramik-Wandkörper eingebettet, so dass die Signalleitung auf diese Weise in diesem Bereich durch das Komponentengehäuse hindurchgeführt ist.
Vorzugsweise verläuft die eingebettete Signalleitung in dem Keramik-Wandkörper nicht orthogonal zur Wandebene des Keramik-Wandkörpers, sondern nichtorthogonal. Auf diese Weise wird die Länge der in den Keramik-Wandkörper eingebetteten Signalleitung erhöht, so dass sich hierdurch auch der Dichtspalt im Zwischenraum zwischen der Außenseite der Signalleitung und des Keramik-Wandkörpers entsprechend verlängert, so dass hierdurch die fluidische Dichtigkeit und die Druckbeständigkeit in diesem Bereich erhöht ist.
Besonders bevorzugt verläuft die eingebettete Signalleitung in dem Keramik-Wandkörper mäanderartig, wodurch die Länge der in den Keramik-Wandkörper eingebetteten Signalleitung entsprechend verlängert ist. Besonders bevorzugt ist die Grundrichtung des Mäanderabschnitts der Signalleitung parallel zu der Wandebene des Keramik-Wandkörpers verlaufend. Hierdurch wird eine besonders lange eingebettete Signalleitung realisiert.
Vorzugsweise ist in dem Komponentengehäuse ein Sensor vorgesehen, der über die eingebettete Signalleitung elektrisch mit einer Steuerung außerhalb des Komponentengehäuses verbunden ist. Besonders bevorzugt ist der Sensor ein Temperatursensor, der beispielsweise die Temperatur der Kühlflüssigkeit ermittelt.
Vorzugsweise besteht die Gehäuse-Metallwand aus einem elektrisch leitenden Metall, besonders bevorzugt aus einem rostfreien Edelstahl.
Vorzugsweise ist der Keramik-Wandkörper additiv hergestellt, so dass auf diese Weise die Signalleitung besonders einfach in den Keramik-Wandkörper eingebettet werden kann. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass auch die eingebettete Signalleitung additiv hergestellt ist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch eine immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente mit einem fluiddichten Komponentengehäuse und einem Durchführungsabschnitt zur Durchführung einer Signalleitung durch das Komponentengehäuse hindurch.
In der Figur ist schematisch eine Kfz-Hochvolt-Komponente 10 dargestellt, die vorliegend Teil eines elektrischen Hochvolt-Traktionsmotors ist. Die Kfz-Hochvolt-Komponente 10 weist ein fluiddichtes Komponentengehäuse 30 auf, in dem vorliegend beispielhaft ein drei Spulenstränge 22 aufweisender Motorstator 20 des Traktionsmotors angeordnet und durch eine elektrisch nicht-leitende Kühlflüssigkeit 32 dauerhaft immersionsgekühlt ist. Die Kühlflüssigkeit 32 ist vorliegend ein Kühlöl. Die Motorstator-Spulenstränge 22 werden durch eine gehäuseexterne Motorelektronik 24 elektrisch angesteuert.
Das Komponentengehäuse 30 mit der Kühlflüssigkeit 32 ist Teil eines Kühlkreises, der ferner von einer gehäuseexternen Kühlflüssigkeits-Pumpe 34 und einem gehäuseexternen Kühler 36 gebildet wird.
Das Komponentengehäuse 30 ist im Wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Gehäusekörper gebildet, beispielsweise aus einem Gehäusekörper aus Aluminium-Druckguss oder -Strangguss. Das Komponentengehäuse 30 weist einen Durchführungsabschnitt 31 zur Durchführung einer Signalleitung 44 auf, die einen gehäuseinternen Sensor 42 elektrisch und leitungsgebunden verbindet mit einer gehäuseexternen Steuerung 40. Der gehäuseinterne Sensor 42 ist vorliegend ein Temperatursensor, der die Temperatur der Kühlflüssigkeit 32 ermittelt.
Die Steuerung 40 steuert den gesamten Kühlkreis, und ist hierzu über Signalverbindungen ferner verbunden mit dem Kühler 36, der Kühlflüssigkeits-Pumpe 34 und gegebenenfalls auch mit der Motorelektronik 24. Die Steuerung 40 steuert den gesamten Kühlkreis in Abhängigkeit von der durch den Sensor 42 ermittelten Kühlflüssigkeits-Temperatur.
In dem Durchführungsabschnitt 31 ist in einer Gehäuseöffnung einer elektrisch leitenden Gehäuse-Metallwand 54 ein elektrisch nicht-leitender Keramik-Wandkörper 52 fluiddicht eingelassen, der in diesem Bereich alleine und vollständig die betreffende Gehäusewand bildet. Die Gehäuse-Metallwand 54 besteht vorliegend aus einem Edelstahl. Die Gehäuse-Metallwand 54 des Durchführungsabschnitts 31 kann in das übrige Aluminium-Komponentengehäuse 30 beispielsweise durch Rührreibschweißen fluiddicht integriert sein.
In den Keramik-Wandkörper 52 ist die Signalleitung 44 eingebettet, wobei die eingebettete Signalleitung 44 in diesem Bereich mäanderartig verläuft. Die Grundrichtung des von der Signalleitung 44 gebildeten Mäanders liegt in der Wandebene des Keramik-Wandkörpers 52, so dass die eingebettete Signalleitung 44 eine Leitungslänge aufweist, die mindestens das dreifache der Wandstärke d des Keramik-Wandkörpers 52 beträgt.
Die vollständige Signalverbindung zwischen dem gehäuseinternen Sensor 42 und der gehäuseexternen Steuerung 40 wird durch einen gehäuseinternen Signalleitungs-Abschnitt 44", der eingebetteten Signalleitung 44 und einen gehäuseexternen Signalleitungs-Abschnitt 44' gebildet.
Der Keramik-Wandkörper 52 ist vorliegend durch ein additives Herstellungsverfahren hergestellt, durch das die Signalleitung 44 in diesem Bereich schichtweise in einen schichtweise aufgebauten Keramikkörper 50 eingebettet worden ist. Auch die eingebettete Signalleitung 44 selbst kann durch ein additives Herstellungsverfahren gebildet sein. Die Wandstärke d des Keramik-Wandkörpers 52 ist identisch zu der Wandstärke d der an den Keramik-Wandkörper 52 angrenzenden Gehäuse-Metallwand 54.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009003958 B4 [0004]
DE 102014007562 B4 [0004]
DE 102018107561 A1 [0004]
DE 102020206664 A1 [0004]

Claims

Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) mit einem fluiddichten Komponentengehäuse (30), das mit einer elektrisch nicht-leitenden Kühlflüssigkeit (32) gefüllt ist, wobei das Komponentengehäuse (30) einen Durchführungsabschnitt (31) zur Durchführung einer Signalleitung (44) aufweist, wobei der Durchführungsabschnitt (31) von einem elektrisch nicht-leitenden Keramik-Wandkörper (52) in einer Gehäuse-Metallwand (54) gebildet ist, und wobei die Signalleitung (44) in den Keramik-Wandkörper (52) eingebettet und auf diese Weise hindurchgeführt ist.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach Anspruch 1, wobei die eingebettete Signalleitung (44) in dem Keramik-Wandkörper (52) nicht orthogonal zur Wandebene verläuft.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach Anspruch 2, wobei die eingebettete Signalleitung (44) in dem Keramik-Wandkörper (52) mäanderartig verläuft.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem Komponentengehäuse (30) ein Sensor (42) vorgesehen ist, der über die eingebettete Signalleitung (44) elektrisch mit einer Steuerung (40) außerhalb des Komponentengehäuses (30) verbunden ist.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach Anspruch 4, wobei der Sensor (42) ein Temperatursensor ist.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Gehäuse-Metallwand (54) elektrisch leitend ist, und besonders bevorzugt aus Edelstahl besteht.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Keramik-Wandkörper (52) additiv hergestellt ist.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die eingebettete Signalleitung (44) additiv hergestellt ist.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Kühlflüssigkeit (32) ein Kühlöl ist.
Immersionsgekühlte Kfz-Hochvolt-Komponente (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem Komponentengehäuse (30) ein Motorstator (20), ein Motorrotor oder Batteriezellen angeordnet sind.