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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter.
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Die
DE 10 2006 005 545 A1 zeigt eine Kühlanordnung für einen integrierten Elektromotor-Wechselrichter mit einem dielektrischen Kühlmittelfluid.
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Die
EP 2 555 606 A1 zeigt eine Kühlungsanordnung mit einer Gehäusewandung für ein Stromrichtermodul, welche Kühlungsanordnung mit einem dielektrischen Fluid ausgefüllt ist, und bei dem die Gehäusewandung von Wasser durchflossene Kühlkanäle aufweist.
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Die
DE 10 2007 050 417 B4 zeigt ein Leistungsmodul mit einem in sich geschlossenen Kühlungssystem, welches ein zirkulierendes dielektrisches Fluid und ein weiteres Kühlmittel aufweist.
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Die
DE 10 2018 216 397 A1 zeigt eine Leistungselektronik für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, welche einen Leistungshalbleiter und ein Wärmerohr zum Abführen einer im Betrieb der Leistungselektronik erzeugten Verlustwärme aufweist, wobei das Wärmerohr ein mit einem elektrisch nichtleitenden Arbeitsfluid befülltes Gehäuse aufweist, in welchem der Leistungshalbleiter angeordnet ist, und wobei am Gehäuse eine Kühlvorrichtung angeordnet ist.
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Die
CN 101 282 075 B zeigt einen Wechselrichter, welcher mittels einer Kühlvorrichtung nach dem Wärmerohrprinzip gekühlt wird.
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Die
DE 10 2012 111 489 A1 zeigt eine Kühlvorrichtung für eine Leistungselektronik, welche Kühlvorrichtung ein Gehäuse mit einem von einem Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher und einem mit einem Kühlfluid gefüllten Kühlraum aufweist, in welchem Kühlraum die Leistungselektronik angeordnet ist.
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Die
DE 10 2021 106 008 B3 zeigt ein Leistungselektronikmodul für einen Stromrichter, welcher einen Kühlkörper zum Kühlen eines leistungselektronischen Bauelements hat, wobei ein dielektrisches Fluid an diesem Bauelement verdampft.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Eine Vorrichtung weist ein erstes Gehäuse und einen Pulswechselrichter auf, welcher Pulswechselrichter im ersten Gehäuse angeordnet ist und erste Hochvoltkomponenten aufweist, welches erste Gehäuse einen ersten Kühlmittelraum und einen zweiten Kühlmittelraum aufweist, welcher zweite Kühlmittelraum fluidtechnisch vom ersten Kühlmittelraum getrennt ist, welcher erste Kühlmittelraum ein erstes Kühlmittel aufweist, welches erste Kühlmittel ein dielektrisches Kühlmittel ist, welche ersten Hochvoltkomponenten im ersten Kühlmittelraum angeordnet sind, welches erste Gehäuse einen ersten Kühlmittelanschluss und einen zweiten Kühlmittelanschluss aufweist, welcher erste Kühlmittelanschluss über den zweiten Kühlmittelraum in Fluidverbindung mit dem zweiten Kühlmittelanschluss steht, um einen Fluidfluss eines zweiten Kühlmittels vom ersten Kühlmittelanschluss über den zweiten Kühlmittelraum zum zweiten Kühlmittelanschluss zu ermöglichen.
Das dielektrische Kühlmittel ermöglicht eine vorteilhafte Kühlung der Hochvoltkomponenten, und über den zweiten Kühlmittelraum ist ein Anschluss an ein ggf. vorhandenes weiteres Kühlsystem möglich. Dies ermöglicht eine effektive Kühlung des Pulswechselrichters. Zudem muss das erste Kühlmittel nicht in weiteren zu kühlenden Vorrichtungen bzw. im gesamten System genutzt werden, sondern es kann lokal genutzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten Hochvoltkomponenten mindestens eine Hochvoltkomponente aus einer ersten Gruppe bestehend aus:
- - Leistungsmodul,
- - Halbleiterschalter,
- - Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung,
- - Steuervorrichtung,
- - erste elektrische Leitung,
- - Zwischenkreiskondensator,
- - Stromsensor, und
- - Filteranordnung.
Dies sind Hochvoltkomponenten, die entweder Wärme erzeugen oder aber wärmeempfindlich sind und daher von der Kühlung profitieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten Hochvoltkomponenten mindestens eine Hochvoltkomponente aus der ersten Gruppe, welche eine Beschichtung aufweist, welche Beschichtung dazu ausgebildet ist, einen Schutz der Hochvoltkomponente vor dem ersten Kühlmittel zu bewirken. Obwohl dielektrische Kühlmittel keine oder eine geringe Kurzschlussgefahr haben, kann es für einige Hochvoltkomponenten vorteilhaft sein, einen zusätzlichen Schutz zu haben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im zweiten Kühlmittelraum ein zweites Kühlmittel vorgesehen. Ein zweites Kühlmittel ermöglicht eine vorteilhafte Kühlung des ersten Kühlmittels bzw. der Hochvoltkomponenten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Kühlmittel ein dielektrisches Kühlmittel oder ein nicht dielektrisches Kühlmittel auf. Dielektrische Kühlmittel können in bestimmten Anwendungsfällen als zweites Kühlmittel vorteilhaft sein, um elektrische Komponenten vor einem Kurzschluss zu schützen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine erste Trennwand auf, welche erste Trennwand zwischen dem ersten Kühlmittelraum und dem zweiten Kühlmittelraum vorgesehen ist, um einerseits eine fluidtechnische Trennung des ersten Kühlmittelraums vom zweiten Kühlmittelraum zu ermöglichen und andererseits eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kühlmittelraum und dem zweiten Kühlmittelraum zu ermöglichen Dies ermöglicht eine gute Wärmeübertragung. Die erste Trennwand kann beispielsweise als durchgehende Trennwand ausgebildet sein, oder sie kann auch zumindest abschnittsweise durch eine der ersten Hochvoltkomponenten ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trennwand
- - auf der dem ersten Kühlmittelraum zugewandten Seite,
- - auf der dem zweiten Kühlmittelraum zugewandten Seite, oder
- - auf der dem ersten Kühlmittelraum zugewandten Seite und auf der dem zweiten Kühlmittelraum zugewandten Seite
eine erste strukturierte Oberfläche auf, um die Gesamtoberfläche gegenüber einer glatten Oberfläche zu erhöhen. Die Wärmeübertragung kann durch eine solche strukturierte Oberfläche stark verbessert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Kühlmittelraum innerhalb des ersten Gehäuses geschlossen. Dies ermöglicht eine Lösung, bei der der zweite Kühlmittelraum an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist und der erste Kühlmittelraum lokal vorgesehen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Propeller auf, welcher Propeller im ersten Kühlmittelraum angeordnet ist, um eine Strömung des ersten Kühlmittels zu bewirken. Die Kühlleistung kann hierdurch erhöht werden, und das Gehäuse kann kompakt ausgestaltet werden. Durch den mindestens einen Propeller kann die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Strömungsrichtung des ersten Kühlmittels beeinflusst werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind am ersten Gehäuse ein Gleichstromanschluss und ein Wechselstromanschluss vorgesehen, welche jeweils am ersten Gehäuse fluiddicht abgedichtet sind. Die Gefahr eines ungewünschten Austretens eines Kühlmittels aus dem Gehäuse kann hierdurch verringert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein zweites Gehäuse auf, welches zweite Gehäuse im ersten Kühlmittelraum vorgesehen ist, in welchem zweiten Gehäuse mindestens eine der ersten Hochvoltkomponenten angeordnet ist, und welches zweite Gehäuse zumindest abschnittsweise eine zweite strukturierte Oberfläche aufweist, um eine gute Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Gehäuse und dem ersten Kühlmittel zu bewirken. Bei Hochvoltkomponenten mit starker Wärmeerzeugung kann hierdurch die Wärmeübertragung verbessert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Kühlmittelraum mindestens eine Kühlmittelleitung, welche Kühlmittelleitung sich durch den zweiten Kühlmittelraum derart erstreckt, dass die Kühlmittelleitung zumindest abschnittsweise vollständig vom zweiten Kühlmittelraum umgeben ist. Die Wärmeübertragung kann durch eine solche Kühlmittelleitung deutlich erhöht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Trockenraum und eine Trennanordnung auf, welche Trennanordnung dazu eingerichtet ist, den Trockenraum fluidtechnisch vom ersten Kühlmittelraum zu trennen, wobei der Pulswechselrichter zweite elektrische Leitungen aufweist, welche zweiten elektrischen Leitungen sich vom ersten Kühlmittelraum über die Trennanordnung zum Trockenraum erstrecken, und wobei der Durchtritt der zweiten elektrischen Leitungen durch die Trennanordnung fluidtechnisch derart abgedichtet ist, dass das erste Kühlmittel nicht in den Trockenraum eintritt. Ein solcher Trockenraum vereinfacht die Anordnung empfindlicher Komponenten oder anderer Komponenten, die wenig Wärme erzeugen. Die konkrete Unterteilung in den ersten Kühlmittelraum und den Trockenraum kann der Fachmann in Abhängigkeit von der Größe der einzelnen Bauteile und deren Verlustleistung bzw. Wärmeenergie-Erzeugung wählen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Hochvoltkomponenten erste elektrische Leitungen auf, welche zumindest abschnittsweise offen durch den ersten Kühlmittelraum verlaufen, um eine gute Kühlung der ersten elektrischen Leitungen durch das erste Kühlmittel zu ermöglichen. Die offen verlaufenden elektrischen Leitungen können durch das Kühlmittel gut gekühlt werden, und hierdurch wird ein Wärmetransport zwischen den Hochvoltkomponenten verringert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Hochvoltkomponenten zumindest teilweise in Kontakt mit der ersten Trennwand und/oder bilden diese zumindest abschnittsweise aus. Dies ermöglicht einen vergleichsweise direkten Wärmeübergang zwischen dem zweiten Kühlmittelraum und der ersten Hochvoltkom ponente.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Hochvoltkomponenten zumindest teilweise beabstandet von der ersten Trennwand. Dies ermöglicht einen Wärmetransport durch das erste Kühlmittel im Bereich zwischen der ersten Hochvoltkomponente und der ersten Trennwand, der beispielsweise bei rauen Oberflächen der ersten Hochvoltkomponenten oder geringer mechanischer Fläche vorteilhaft ist.
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Ein Fahrzeug weist ein Kühlsystem und eine solche Vorrichtung auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden bei dem Fahrzeug das Kühlsystem und der zweite Kühlmittelraum einen Kühlmittelkreislauf. Die Kühlleistung kann hierdurch stark erhöht werden.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend 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 vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:
- 1 in schematischem Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter,
- 2 in schematischem Längsschnitt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter,
- 3 in schematischem Längsschnitt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter,
- 4 in schematischem Längsschnitt eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter,
- 5 in schematischem Längsschnitt eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter, und
- 6 in schematischem Längsschnitt eine sechste Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Pulswechselrichter.
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Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10 in schematischer Darstellung. Das Fahrzeug 10 hat ein Kühlsystem 12 und eine Vorrichtung 20.
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Das Kühlsystem 12 weist beispielsweise eine Kühlmittelpumpe, einen Wärmetauscher, Kühlmittelleitungen und ein Kühlmittel 46 auf.
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Die Vorrichtung 20 hat ein Gehäuse 21 und einen Pulswechselrichter 30. Der Pulswechselrichter 30 ist im Gehäuse 21 angeordnet, und er weist Hochvoltkomponenten 31, 32, 35, 36, 37, 38 auf.
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Das Gehäuse 21 weist einen ersten Kühlmittelraum 41 und einen zweiten Kühlmittelraum 42 auf. Der zweite Kühlmittelraum 42 ist fluidtechnisch vom ersten Kühlmittelraum 41 getrennt.
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Der erste Kühlmittelraum 41 weist ein Kühlmittel 45 auf, welches ein dielektrisches Kühlmittel ist. Beispiele hierfür sind Kühlmittel auf der Basis von Monoethylenglykol oder auf der Basis eines Gemischs von Methylnonafluor-n-butylether mit Methylnonafluor-iso-butylether, welches als Kühlmittel mit der Bezeichnung R-7100 angeboten wird, oder auf der Basis von Hydrofluorether, welches als Kühlmittel mit der Bezeichnung HFE-7100 angeboten wird.
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Der zweite Kühlmittelraum 42 weist bevorzugt ein Kühlmittel 46 auf, welches ein dielektrisches Kühlmittel oder ein nicht dielektrisches Kühlmittel ist. Ein nicht dielektrisches Kühlmittel kann beispielsweise Wasser und ein Frostschutzmittel aufweisen, oder Glykol.
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Die Hochvoltkomponenten 31, 32 sind im ersten Kühlmittelraum 41 angeordnet.
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Das Gehäuse 21 hat einen Kühlmittelanschluss 51 und einen Kühlmittelanschluss 52. Der Kühlmittelanschluss 51 steht über den zweiten Kühlmittelraum 42 in Fluidverbindung mit dem zweiten Kühlmittelanschluss 52. Dies ermöglicht einen Fluidfluss des Kühlmittels 46 vom Kühlmittelanschluss 51 über den zweiten Kühlmittelraum 42 zum Kühlmittelanschluss 52.
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Im Ausführungsbeispiel bilden das Kühlsystem 12 und der zweite Kühlmittelraum 42 einen Kühlmittelkreislauf 14 aus.
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Die Vorrichtung 20 hat eine Trennwand 22, welche zwischen dem ersten Kühlmittelraum 41 und dem zweiten Kühlmittelraum 42 vorgesehen ist. Dies ermöglicht einerseits eine fluidtechnische Trennung des ersten Kühlmittelraums 41 vom zweiten Kühlmittelraum 42, und andererseits wird eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kühlmittelraum 41 und dem zweiten Kühlmittelraum 42 ermöglicht.
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Die Hochvoltkomponenten im ersten Kühlmittelraum 41 umfassen bevorzugt den Zwischenkreiskondensator 31 bzw. eine Zwischenkreiskondensatoranordnung 31, das Leistungsmodul 32, elektrische Leitungen 35, 37 (Gleichstromseite), 36 (Wechselstromseite) und allgemein Halbleiterschalter bzw. Transistoren, von denen beispielhaft ein Halbleiterschalter 38 dargestellt ist.
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Die Wechselstromseite des Pulswechselrichters wird bevorzugt mehrphasig ausgeführt, insbesondere dreiphasig oder fünfphasig.
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Eine Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 und eine Steuervorrichtung 82 sind im Ausführungsbeispiel außerhalb des ersten Kühlmittelraums 41 angeordnet, sie können aber auch im ersten Kühlmittelraum 41 vorgesehen sein. Die Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 und die Steuervorrichtung 82 weisen im Ausführungsbeispiel eine schematisch angedeutete gemeinsame Leiterplatte auf.
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Die Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 generiert die Ansteuersignale für die Halbleiterschalter im Leistungsmodul 32. Bei MOSFET-Halbleiterschaltern wird die Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 auch als Gate-Treiber-Vorrichtung bezeichnet.
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Der erste Kühlmittelraum 41 ist im Ausführungsbeispiel innerhalb des Gehäuses 21 geschlossen. Er hat also keine offenen Fluidanschlüsse. Dies ist vorteilhaft möglich, da über das Kühlmittel 46 im zweiten Kühlmittelraum 42 Wärme effizient abgeführt werden kann.
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Am Gehäuse 21 sind ein Gleichstromanschluss 25 und ein Wechselstromanschluss 26 vorgesehen, und diese sind bevorzugt am Gehäuse 21 fluiddicht abgedichtet, so dass das Kühlmittel 45 nicht aus dem Gehäuse 21 ausläuft.
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Das Gehäuse 21 weist einen Trockenraum 43 und eine Trennanordnung 27 auf, welche Trennanordnung 27 dazu eingerichtet ist, den Trockenraum 43 fluidtechnisch vom ersten Kühlmittelraum 41 zu trennen.
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Der Pulswechselrichter 30 weist elektrische Leitungen 84 auf, welche sich vom ersten Kühlmittelraum 41 über die Trennanordnung 27 zum Trockenraum 43 erstrecken. Der Durchtritt der zweiten elektrischen Leitungen 84 durch die Trennanordnung 27 ist fluidtechnisch abgedichtet, um einen Eintritt des ersten Kühlmittels 45 in den Trockenraum 43 zu verhindern.
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Im Ausführungsbeispiel verlaufen die elektrischen Leitungen 84 zwischen der Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 und dem Leistungsmodul 32, und sie ermöglichen eine Ansteuerung von Halbleiterschaltern 38 im Leistungsmodul 32 durch die Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81.
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Im ersten Kühlmittelraum 41 ist ein Gehäuse 33 vorgesehen, und im Gehäuse 33 ist das Leistungsmodul 32 vorgesehen. Das Gehäuse 33 ermöglicht zum einen eine Abdichtung der elektrischen Komponenten des Leistungsmoduls 32 gegenüber dem ersten Kühlmittelraum 41, sofern dies erforderlich ist, und zum anderen kann durch das Gehäuse 33 die Oberfläche des Leistungsmoduls 32 zum ersten Kühlmittelraum 41 hin vergrößert werden.
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Die Halbleiterschalter 38 sind bevorzugt Siliciumcarbid-Halbleiterschalter, da diese vergleichsweise wenig Verlustwärme erzeugen.
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Die elektrischen Leitungen 35, 36, 37 verlaufen bevorzugt zumindest abschnittsweise offen durch den ersten Kühlmittelraum 41, um eine gute Kühlung der ersten elektrischen Leitungen 35, 36, 37 durch das Kühlmittel 45 zu ermöglichen. Bevorzugt sind die elektrischen Leitungen 35, 36, 37 somit nicht durch eine Verkleidung von dem Kühlmittel 45 beabstandet, sondern sie verlaufen direkt durch den Kühlmittelraum 41. Üblicherweise ist an den elektrischen Leitungen 35, 36, 37 eine Isolierschicht vorgesehen, bspw. eine Lackschicht. Hierbei handelt es sich jedoch um sehr dünne Schichten, die üblicherweise kleiner als 2 mm sind, weiter bevorzugt kleiner als 1 mm und besonders bevorzugt kleiner als 0,5 mm. Aus diesem Grund wird die Wärmeübertragung von den elektrischen Leitungen 35, 36, 37 auf das Kühlmittel 45 durch eine solche Beschichtung nicht maßgeblich verringert. Eine gemeinsame Verkleidung mehrerer elektrischer Leitungen 35, 36, 37, die bspw. über 1 cm dick ist, würde dagegen die Kühlwirkung stark vermindern.
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Die gute Kühlung der elektrischen Leitungen 35, 36, 37, die beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen, verhindert oder verringert eine Wärmeübertragung zwischen den Hochvoltkomponenten 31 und 32, die auch als Fremdwärmeübertragung bezeichnet wird.
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Bevorzugt sind als zusätzliche Hochvoltkomponenten - nicht dargestellte - Stromsensoren vorgesehen, welche den Strom in mindestens einer der elektrischen Leitungen 35, 36, 37 misst. Hierzu sind die Stromsensoren bevorzugt an mindestens einer der Leitungen 35, 36, 37 vorgesehen.
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Zudem können als zusätzliche Hochvoltkomponenten - nicht dargestellte - Filteranordnungen vorgesehen sein, welche beispielsweise X-Kondensatoren, Y-Kondensatoren und/oder Drosseln aufweisen. Derartige Filteranordnungen können auf der Gleichstromseite und/oder der Wechselstromseite des Pulswechselrichters 30 vorgesehen sein.
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Die Hochvoltkomponenten 31, 32 (über das Gehäuse 33) sind in Kontakt mit der Trennwand 22. Dies ermöglicht einen vergleichsweise direkten Wärmeübergang zwischen dem zweiten Kühlmittelraum 42 und der jeweiligen Hochvoltkomponente 31, 33.
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Im Gesamtkonzept ermöglicht das dielektrische Kühlmittel 45 eine gute und vergleichsweise direkte Kühlung der Hochvoltkomponenten 31, 32, 35, 36, 37 im ersten Kühlmittelraum 41, und ein elektrischer Kurzschluss wird verhindert. Das Vorsehen des zweiten Kühlmittelraums 42 mit dem Kühlmittel 46 führt zu einer effektiven Abfuhr der Wärme, und das Kühlmittel 46 kann über die Trennwand 22 das Kühlmittel 45 oder direkt die Hochvoltkomponenten 31, 32 etc. kühlen.
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Bevorzugt sind alle Hochvoltkomponenten des Pulswechselrichters 30 im ersten Kühlmittelraum 41 vorgesehen, und sie können damit gut gekühlt werden. Sofern der Trockenraum 43 vorgesehen ist, sind in diesem bevorzugt ausschließlich Niedervoltkomponenten vorgesehen, wie bspw. die Steuervorrichtung 82.
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Bei der aus der Fahrzeugtechnik stammenden Bezeichnung Hochvolt handelt es sich um Systeme, die mit Wechselspannungen über 30 V bis zu 1,0 kV oder mit Gleichspannungen über 60 V bis zu 1,5 kV betrieben werden. Bei der Bezeichnung Niedervolt (kurz NV) handelt es sich um Systeme, die mit Wechselspannungen bis einschließlich 30 V oder Gleichspannungen bis einschließlich 60 V betrieben werden.
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Die Vorrichtung 20 ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Strömung des Kühlmittels 46 durch den zweiten Fluidraum 42 derart zu bewirken, dass das Kühlmittel 46 zuerst auf der Gleichstromseite des Pulswechselrichters 30 strömt und danach erst auf der Wechselstromseite des Pulswechselrichters 30. Dies ist einerseits kühltechnisch für den Pulswechselrichter 30 vorteilhaft. Das noch kühle Kühlmittel 46 kann am Anfang den Zwischenkreiskondensator 31 kühlen, und dies ist besonders vorteilhaft für die Lebensdauer des Pulswechselrichters 30. Andererseits kann das Kühlmittel 46 an der Wechselstromseite des Pulswechselrichters 30 an eine Elektromaschine weitergeleitet werden und diese kühlen. Dies ermöglicht einen kompakten Gesamtaufbau.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20. Bei dieser ist der Trockenraum 43 anders ausgestaltet als bei der Ausführungsform von 1. Die Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 ist im ersten Kühlmittelraum 41 vorgesehen, und dies ermöglicht eine Anordnung der Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 in räumlicher Nähe zum Leistungsmodul 32. Hierdurch kann ein niederinduktiver Aufbau mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften erzielt werden.
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Bevorzugt haben die Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 und/oder andere Hochvoltkomponenten 31, 32, 35, 36, 37 eine Beschichtung 83, welche dazu ausgebildet ist, einen Schutz vor dem Kühlmittel 45 zu bewirken. Geeignet ist bspw. eine dünne Kunststoffschicht oder ein Lack.
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Die Beschichtung 83 kann vollflächig oder aber auch abschnittsweise vorgesehen sein.
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Die Steuervorrichtung 82 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel sowohl in den Trockenraum 43 als auch in den ersten Kühlmittelraum 41. Dies erleichtert die Kontaktierung, wobei die Abdichtfunktion der Trennanordnung 27 im Bereich der Steuervorrichtung 82 verwirklicht werden muss, beispielsweise durch eine Gummidichtung. Bei einer Ausbildung der Steuervorrichtung 82 mit einer Leiterplatte kann dies als Gesamtkonzept mit Ausbildung einer Dichtung an der Leiterplatte erfolgen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20. Die Vorrichtung 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel keinen Trockenraum auf, und alle elektrischen Komponenten des Pulswechselrichters 30 sind bevorzugt im ersten Kühlmittelraum 41 angeordnet. Dies erleichtert die Montage, und alle elektrischen Komponenten 31, 32, 35, 36, 37, 81, 82, 84 können in der Nähe voneinander angeordnet werden.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20, welche vom Grundkonzept der Ausführungsform von 1 entspricht. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung auf das Kühlmittel 45 und/oder das Kühlmittel 46 sind an unterschiedlichen Stellen der Vorrichtung 20 strukturierte Oberflächen 71, 74, 75, 76 vorgesehen. Hierdurch werden die Gesamtoberfläche gegenüber einer glatten Oberfläche und damit auch die Wärmeübertragung erhöht. Die Trennwand 22 hat auf der dem zweiten Kühlmittelraum 42 zugewandten Seite 24 die strukturierte Oberfläche 71, und die elektrischen Hochvoltkomponenten 31, 32 haben auf der dem ersten Kühlmittelraum 41 zugewandten Seite zumindest teilweise die strukturierten Oberflächen 74, 76. Dies ermöglicht eine gute Wärmeübertragung auf das Kühlmittel 45 und/oder das Kühlmittel 46. Bei den strukturierten Oberflächen 71, 74, 75, 76 kann es sich bspw. um Vorsprünge handeln, bspw. in Form von Pins oder Lamellen. Bevorzugt handelt es sich um laminare Strukturen, und sie können bspw. über einen 3D-Druck hergestellt werden.
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Im Ausführungsbeispiel bilden die Hochvoltkomponenten 31, 32 die Trennwand 22 abschnittsweise aus, indem die Vorsprünge durch die Hochvoltkomponenten 31, 32 ausgebildet werden und bis in den zweiten Kühlmittelraum 42 hinein ragen.
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Im zweiten Kühlmittelraum 42 ist eine Strömungsführung 86 vorgesehen, die im Bereich benachbart zu mindestens einer der Hochvoltkomponenten 32, 36, 37 eine Verringerung des Querschnitts und damit eine Erhöhung der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels 46 bewirkt, die zu einer Erhöhung der Kühlleistung in diesem Bereich führt.
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5 zeigt weitere Ausführungsformen der Vorrichtung 20. Im Gegensatz zur Ausführungsform von 4 hat die Trennwand 22 auf der dem ersten Kühlmittelraum 41 zugewandten Seite 23 eine strukturierte Oberfläche 72. Die Hochvoltkomponenten 31, 32 sind zumindest abschnittsweise beabstandet von der Trennwand 22, und sie weisen auf den der Trennwand 22 zugewandten Seiten zumindest teilweise zumindest abschnittsweise strukturierte Oberflächen 73 auf. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Übertragung von Wärme von den Hochvoltkomponenten 31, 32 auf das Kühlmittel 45. Zudem kann das Kühlmittel 45 großflächig in Kontakt mit der Trennwand 22 stehen, und dies ermöglicht eine gute Wärmeübertragung vom Kühlmittel 45 auf die Trennwand 22 und damit auf das Kühlmittel 46.
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Die Halbleiterschalter-Ansteuerungsvorrichtung 81 und die Steuervorrichtung 82 sind wie im Ausführungsbeispiel von 4 im Trockenraum 43 vorgesehen und über elektrische Leitungen 84 mit dem Leistungsmodul 32 verbunden.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht vom Grundsatz her dem Ausführungsbeispiel von 5.
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Im ersten Kühlmittelraum 41 sind bevorzugt Propeller 91 vorgesehen, um eine Strömung des Kühlmittels 45 zu bewirken. Durch die Strömung bzw. Zirkulation des Kühlmittels 45 kann eine größere Kühlleistung erzielt werden, und dies führt zu einer besseren Kühlung des Kühlmittels 45 und damit auch der Hochvoltkomponenten 31, 32, 35, 36, 37 etc.
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Der erste Kühlmittelraum 41 umfasst bevorzugt eine oder mehrere Kühlmittelleitungen 44, welche sich durch den zweiten Kühlmittelraum 42 derart erstrecken, dass die Kühlmittelleitungen 44 zumindest abschnittsweise vollständig vom zweiten Kühlmittelraum 42 umgeben sind. Dies ermöglicht einen guten Wärmeaustausch zwischen dem ersten Kühlmittel 45 und dem zweiten Kühlmittel 46.
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Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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Die Ausführungsbeispiele zeigen teilweise mehrere technische Lösungen. Diese sind alle auch in Alleinstellung vorteilhaft, und der Fachmann kann sich jeweils die für seine Anforderung geeignete Lösung auswählen und mit anderen Lösungen kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006005545 A1 [0002]
- EP 2555606 A1 [0003]
- DE 102007050417 B4 [0004]
- DE 102018216397 A1 [0005]
- CN 101282075 B [0006]
- DE 102012111489 A1 [0007]
- DE 102021106008 B3 [0008]
