EP2570009A1 - Leistungselektronikanordnung - Google Patents

Leistungselektronikanordnung

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Publication number
EP2570009A1
EP2570009A1 EP11711893A EP11711893A EP2570009A1 EP 2570009 A1 EP2570009 A1 EP 2570009A1 EP 11711893 A EP11711893 A EP 11711893A EP 11711893 A EP11711893 A EP 11711893A EP 2570009 A1 EP2570009 A1 EP 2570009A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling device
base body
power electronics
carrier
electronics assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11711893A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Schramm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP2570009A1 publication Critical patent/EP2570009A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
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    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
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    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a power electronics assembly according to the preamble of patent claim 1.
  • Known power electronics assemblies of the present type which at least one power converter, e.g. an inverter, and e.g. in a (hybrid) motor vehicle for feeding an electric motor and for feeding energy back into an energy store, have a cooling device with a cooling plate and assemblies or circuits, usually implemented on printed circuit boards (boards), e.g. a printed circuit board with a control board, an EMC (EMC) board, a driver circuit (driver) and one or more (power) capacitors, e.g. for temporary storage of e.g. fed back energy.
  • boards printed circuit boards
  • EMC EMC
  • driver circuit driver circuit
  • power capacitors e.g. for temporary storage of e.g. fed back energy.
  • Such power electronic assemblies are constructed such that on one side of the cooling plate (often below) the e.g. arranged for caching (power) capacitors are arranged, while on the other side of the cooling plate (often above), the remaining components are arranged.
  • the capacitors must be electrically connected to the components arranged on the other side of the cooling plate. The electrical connection is made via appropriate arranged in the cooling device and the cooling plate bushings.
  • the bushings are designed correspondingly expensive, with the risk that, in the case of leakage of the bushings, coolant penetrates into the electrical connections and thus into the area of the electronic components. If a leak occurs (especially in the area of the bushings), the entire power electronics assembly (on both sides of the cooling device) must be opened and all feedthroughs require a new seal. This is time consuming and costly.
  • a carrier in the form of a carrier platform for components of a power electronics and a power electronics module with a corresponding carrier platform are further known, in which all components on one side of the support platform, which is made of a fiber composite material, are arranged ,
  • a plurality of (altogether twelve) capacitor windings are arranged in a first module region, which are combined to form a capacitor winding package and form a first functional group of the module.
  • the capacitor winding package is covered by a preferably metallic hood and isolated from it by a gap formed between the capacitor winding package, the carrier platform and the hood e.g. B. is filled with a molecular sieve granule filling.
  • This filling ensures a thermal coupling of the capacitor winding package to the hood and thus to dissipate the heat generated during operation.
  • the filling also serves as moisture and noise protection.
  • Other suitable fillers in particular potting compounds or resins or granules can be used as a filling.
  • sheet metal parts may be connected to the capacitor winding for dissipating heat.
  • the switching devices are located outside the first protected by the hood module area and are located in the
  • This task is accomplished by a power electronic assembly with the
  • a power electronics assembly with a cooling device, one or more (power) capacitors and one or more circuits, wherein at least one capacitor is electrically connected to at least one circuit and wherein at least one circuit is disposed on the cooling device, wherein the power electronics assembly further comprises a Carrier having a carrier base body and at least one connecting element, which is provided for attachment to the cooling device, wherein the carrier body at least one
  • Capacitor accommodated, in particular placed on and supported, and wherein the circuit arranged on the cooling device is arranged on a support body of the body facing side of the cooling device.
  • the capacitor arranged on the support base body is arranged on a side of the support base body facing the cooling device.
  • the carrier base body is formed integrally with the at least one connecting element.
  • the carrier base body has a first receiving area for receiving, in particular for supporting and supporting the at least one capacitor. Furthermore, it is proposed that the carrier base body has a second receiving area for receiving and / or fixing one or more printed circuit boards.
  • the carrier base body, the at least one connecting element and the side of the cooling device facing the carrier base form an electronics compartment in which all electronic components of the power electronics assembly are arranged.
  • the carrier base body and at least one connecting element are made of aluminum.
  • the carrier is connected to the cooling device thermally conductive.
  • the carrier is electrically conductively connected to the cooling device.
  • the cooling device comprises a cooling plate and a cooling device main body, on which a first and a second cooling water connection is arranged.
  • the circuit arranged on the cooling device is arranged on the cooling plate, in particular mounted thereon.
  • Fig. 1 shows a possible embodiment of a power electronics assembly according to the invention in a perspective view.
  • the power electronic assembly 1 shown by way of example in FIG. having at least one power converter, e.g. an inverter and / or e.g. a DC chopper, for example, is intended for use in a motor vehicle, e.g. as power electronics for the conversion of electrical energy to a suitable voltage for the electric drive motor of a hybrid vehicle voltage and frequency.
  • the power electronic assembly 1 is e.g. designed for temporary storage of energy fed back by the drive motor (generator operation of the drive motor).
  • the power electronics assembly 1 comprises a cooling device 2 with a cooling plate 3, which is approximately rectangular in shape and has a raised to a first (upper) side 4 raised edge 5, in which over the full circumference of the edge 5 of time a groove 6 to Receiving a (not shown) housing cover is formed.
  • a cooling device base body 8 is arranged, which is in thermally conductive connection with the cooling plate 3.
  • the cooling device main body 8 has channel-shaped material recesses (not illustrated), which are designed such that they can flow through a cooling medium, in the described embodiment of cooling water, and thus for cooling the cooling device main body 8 and thus in FIG Ensure that the cooling plate 3 is connected.
  • the cooling device main body 8 has a first cooling water connection 9, which serves as a cooling water feed in the described embodiment.
  • the cooling device Main body 8 also has a second cooling water connection 10, which serves as a cooling water return in the described embodiment.
  • the cooling plate 3 is in the described embodiment with suitable fasteners in the form of screws 1 1 attached to the cooling device base body 8.
  • connection devices 1 1 which serve to connect the cooling plate 3 with the vehicle mass. These each have a contact surface and a recess 12 with an internal thread, so that various types of lugs or other Kontak- t istsvoruzeen safely (for example by means of screwing) can be attached thereto.
  • a carrier 13 is arranged according to the invention, which has a support base 14 for receiving and / or supporting electronic components (components) of the power electronics assembly 1, which is approximately plate-shaped.
  • the components arranged on and / or received by the support base 14 are at least one capacitor, in particular one or more power capacitors, e.g. for caching energy.
  • one or more populated printed circuit boards boards, an EMC and a control board (control circuit)
  • a circuit of the power electronics for example a driver stage or a driver circuit 17 (for example an inverter) are arranged on the (main) side 4 of the cooling plate 3 facing the carrier base body 14.
  • the waste heat of the arranged on the carrier body 14 components, in particular of the (power) capacitor is dissipated to the cooling device 2, for which the carrier 13 has web-shaped connecting elements 15, which are provided for attachment to the cooling plate 3.
  • the attachment takes place via suitable fasteners in the form of screws (not shown in FIG. 1), but alternatively, a plug connection would be conceivable.
  • the connecting elements 15 are formed integrally with the carrier base body 14 in the described embodiment. Alternatively, it would also be conceivable to produce the connecting elements 15 as separate elements and to fasten them to the carrier main body 14 by means of a suitable connection option (screwing, welding, gluing or the like).
  • the web-shaped connecting elements 15 extend approximately at right angles away from the carrier main body 14 in the direction of the cooling plate 3.
  • the components arranged on the carrier base body 14 or received therefrom are arranged on corresponding sides of the carrier base body 14 in a corresponding receiving area on a side of the carrier base body 14 facing away from the cooling plate 3.
  • the at least one capacitor is arranged in a first receiving area. This is supported in particular on the support base 14 and brought into abutment with this. As a result, a heat dissipation of the capacitor is ensured on the carrier base body 14 and via the connecting elements 15 to the cooling plate 3. The heat transferred to the cooling plate 3 is then removed via the cooling device 2.
  • the support base body 14, the connecting elements 15 and the side of the cooling device 2 facing the support base form or define an electronics compartment in which further electronic components of the power electronics assembly 1 are arranged.
  • an arrangement of several (power) capacitors on the support base 14, in particular in the first receiving area conceivable.
  • the receiving region could also be arranged on a side of the carrier main body 14 facing the cooling plate.
  • a second receiving area for receiving populated printed circuit boards or circuits is provided on the cooling plate 3 facing side 1 6 of the carrier base body 14, in which in particular a control Circuit (control board) and / or an EMC board are arranged.
  • a control Circuit control board
  • EMC board EMC board
  • fastening devices for locking the circuit boards or for another recording or attachment of the same are conceivable.
  • the carrier 13 is, as already mentioned above, connected to the cooling plate 3 and to the cooling device 2. As a result, the heat dissipation from the carrier 13 to the cooling device 2 is ensured.
  • the materials of which the carrier base body 14 and the connecting elements 15 are made can be adapted to the amount of heat to be dissipated, it being conceivable that the carrier base body 14 and the connecting elements 15 are / are made of the same material or of different materials.
  • the carrier base body 14 and the connecting elements 15 are integrally formed, the carrier base body 14 and the connecting elements 15 are made of aluminum, which has a high thermal conductivity and thus ensures good heat dissipation, even large dissipated amounts of heat.
  • all other suitable materials such as metallic materials, composites or the like. Can be used.
  • the carrier 13 (carrier main body 14 and the connecting elements 15) is made of aluminum, the carrier 13 is also electrically conductively connected to the cooling plate 3 and thus to the cooling device 2. It is thus ensured that the carrier 13 has the same potential as the cooling plate 3 or the cooling device 2. It should be mentioned at this point that the connecting elements 15 are formed or attached to the edge 16 (peripheral edge) of the carrier main body 14 ,
  • all the electronic components of the power electronics assembly 1 are integrated within a single circuit. are arranged and not on opposite sides of a carrier (separated by the cooling device). This results in a short connection length between the individual components, in particular between capacitor (s) and boards, for example, in particular between between the cooling device 2 arranged driver stage (s) and the
  • Control board which also leads to a lower electronic susceptibility or to a lower generation of electronic interference. Furthermore, such a construction ensures a compact size.
  • the connecting elements 15 are used for heat dissipation and ground connection, whereby capacitors can be cooled in spite of spatial separation of the cooling to the extent required by the installation of power electronics, for example within a vehicle frame.
  • Cooling element basic body first cooling water connection second cooling water connection

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Abstract

Leistungselektronikanordnung (1) mit einer Kühlvorrichtung (2), einem oder mehreren Kondensatoren und einem oder mehreren Schaltkreisen, wobei wenigstens ein Kondensator mit wenigstens einem Schaltkreis elektrisch verbunden ist und wobei wenigstens ein Schaltkreis an der Kühlvorrichtung angeordnet ist, wobei die Leistungselektronikanordnung (1) ferner einen Träger (13) mit einem Trägergrundkörper (14) und wenigstens einem Verbindungselement (15), welches zur Befestigung an der Kühlvorrichtung (2) vorgesehen ist, aufweist, wobei am Trägergrundkörper (14) wenigstens ein Kondensator aufgenommen, insbesondere aufgelegt und abgestützt ist, und wobei der an der Kühlvorrichtung (2) angeordnete Schaltkreis an einer dem Trägergrundkörper (14) zugewandten Seite der Kühlvorrichtung (2) angeordnet ist.

Description

Leistunqselektronikanordnunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Bekannte Leistungselektronikanordnungen bzw. Leistungselektroniken der vorliegenden Art gemäß dem Stand der Technik, welche mindestens einen Stromrichter, z.B. einen Wechselrichter, ausbilden, und z.B. in einem (Hybrid-) Kraftfahrzeug zur Speisung eines Elektromotors und zur Rückspeisung von Energie in einen Energiespeicher einsetzbar sind, weisen eine Kühlvorrichtung mit einer Kühlplatte sowie Baugruppen bzw. Schaltkreise, meist implementiert auf Leiterplatten (Boards), z.B. eine Leiterplatte mit einer Steuereinheit (Control- Board), eine EMC-Leiterplatte (EMC-Board), einen Treiber-Schaltkreis (Treiber) sowie einen oder mehrere (Leistungs-)Kondensatoren auf, z.B. zur Zwischen- speicherung von z.B. rückgespeister Energie.
Derartige Leistungselektronikanordnungen sind derart aufgebaut, dass auf einer Seite der Kühlplatte (oftmals unterhalb) die z.B. zur Zwischenspeicherung vorgesehenen (Leistungs-)Kondensatoren angeordnet sind, während auf der anderen Seite der Kühlplatte (oftmals oberhalb) die restlichen Bauteile angeordnet sind. Die Kondensatoren müssen mit den auf der anderen Seite der Kühlplatte angeordneten Bauteilen elektrisch verbunden werden. Die elektrische Verbindung erfolgt über entsprechende in der Kühlvorrichtung und der Kühlplatte angeordnete Durchführungen.
Da die Kühlvorrichtungen in der Regel Flüssigkeiten als Kühlmittel verwenden, sind die Durchführungen entsprechend aufwendig ausgelegt, wobei das Risiko besteht, dass bei einer Undichtheit der Durchführungen Kühlflüssigkeit in die elektrischen Verbindungen und damit in den Bereich der elektronischen Bauteile eindringt. Tritt eine Undichtheit (insbesondere im Bereich der Durchführungen) auf, so muss die gesamte Leistungselektronikanordnung (beiderseits der Kühlvorrichtung) geöffnet werden und sämtliche Durchführungen benötigen eine neue Abdichtung. Dies ist zeit- und kostenintensiv. Aus der DE 10 2004 013 477 A1 sind weiterhin ein Träger in Form einer Trägerplattform für Bauteile einer Leistungselektronik und ein Leistungselektronik-Modul mit einer entsprechenden Trägerplattform bekannt, bei welchem alle Bauteile auf einer Seite der Trägerplattform, welche aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, angeordnet sind. Hier sind in einem ersten Modulbereich mehrere (insgesamt zwölf) Kondensatorwickel (die wärmeabfuhrerfor- dernden Bauteile des Moduls) angeordnet, welche zu einem Kondensator- Wickelpaket zusammengefasst sind, und eine erste Funktionsgruppe des Moduls bilden. Das Kondensator-Wickelpaket ist von einer vorzugsweise metallischen Haube bedeckt und von dieser dadurch isoliert, dass ein zwischen dem Kondensator-Wickelpaket, der Trägerplattform und der Haube gebildeter Zwischenraum z. B. mit einer Molekularsieb-Granulatfüllung gefüllt ist.
Diese Füllung sorgt für eine thermische Ankoppelung des Kondensator- Wickelpakets an die Haube und somit zur Abführung der im Betrieb entstehenden Wärme. Die Füllung dient außerdem als Feuchtigkeits- und Lärmschutz. Auch weitere geeignete Füllstoffe, insbesondere Vergussmassen bzw. Harze oder Granulate können als Füllung verwendet werden. Zusätzlich können zur Abführung von Wärme Blechteile an die Kondensatorwickel angeschlossen sein. Die Schaltvorrichtungen sind jedoch außerhalb des ersten, mittels der Haube geschützten Modulbereichs angeordnet und liegen in der
DE 10 2004 013 477 A1 beschriebenen Ausführungsform offen. Die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator-Wickelpaket, das unter der Haube angeordnet ist und den weiteren elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen erfolgt über eine entsprechende Durchführung. Auch bei diesem Leistungselektronik- Modul liegt ein komplizierter Aufbau mit einer fehleranfälligen Durchführung vor. Bei einem Schadensfall muss die gesamte Granulatfüllung entfernt werden. Dies bedeutet einen hohen Zeitaufwand. Ferner ist die Möglichkeit zur Wärmeabfuhr begrenzt, da die Wärme der Kondensatorwickel ausschließlich durch Luftzirkulation um die Haube abgeführt wird.
Ausgehend vom vorstehend erläuterten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungselektronikanordnung anzugeben, welche eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit sowie eine Reduzierung der möglichen Fehlerquellen aufweist und damit einen möglichst störungsfreien Betrieb gewährleisten kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Leistungselektronikanordnung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Leistungselektronikanordnung mit einer Kühlvorrichtung, einem oder mehreren (Leistungs-) Kondensatoren und einem oder mehreren Schaltkreisen, wobei wenigstens ein Kondensator mit wenigstens einem Schaltkreis elektrisch verbunden ist und wobei wenigstens ein Schaltkreis an der Kühlvorrichtung angeordnet ist, wobei die Leistungselektronikanordnung ferner einen Träger mit einem Trägergrundkörper und wenigstens einem Verbindungselement, welches zur Befestigung an der Kühlvorrichtung vorgesehen ist, aufweist, wobei am Trägergrundkörper wenigstens ein
Kondensator aufgenommen, insbesondere aufgelegt und abgestützt ist, und wobei der an der Kühlvorrichtung angeordnete Schaltkreis an einer dem Trägergrundkörper zugewandten Seite der Kühlvorrichtung angeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der an dem Trägergrundkörper angeordnete Kondensator an einer der Kühlvorrichtung zugewandten Seite des Trägergrundkörpers angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung ist der Trägergrundkörper integral mit dem wenigstens einen Verbindungselement ausgebildet.
Vorgeschlagen wird weiterhin erfindungsgemäß, dass der Trägergrundkörper einen ersten Aufnahmebereich zur Aufnahme, insbesondere zur Auflage und AbStützung des wenigstens einen Kondensators aufweist. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Trägergrundkörper einen zweiten Aufnahmebereich zur Aufnahme und/oder Befestigung einer oder mehrerer Leiterplatten aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bilden der Trägergrundkörper, das wenigstens eine Verbindungselement und die dem Trägergrundkörper zugewandte Seite der Kühlvorrichtung einen Elektronikraum, in dem alle elektronischen Bauteile der Leistungselektronikanordnung angeordnet sind.
Vorgeschlagen wird ebenfalls, dass der Trägergrundkörper und wenigstens ein Verbindungselement aus Aluminium gefertigt sind.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass der Träger mit der Kühlvorrichtung thermisch leitend verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Träger mit der Kühlvorrichtung elektrisch leitend verbunden.
Ebenfalls gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Kühlvorrichtung eine Kühlplatte und einen Kühlvorrichtungs-Grundkörper auf, an dem ein erster und ein zweiter Kühlwasseranschluss angeordnet ist.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass der an der Kühlvorrichtung angeordnete Schaltkreis an der Kühlplatte angeordnet, insbesondere auf dieser befestigt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, anhand der beigefügten Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung in einer perspektivischen Ansicht.
Die in Fig. 1 beispielhaft gezeigte, erfindungsgemäße Leistungselektronikanordnung 1 , welche z.B. mindestens einen Stromrichter aufweist, z.B. einen Wechselrichter und/oder z.B. einen Gleichstromsteller, ist zum Beispiel zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, z.B. als Leistungselektronik für die Wandlung der elektrischen Energie auf eine für den elektrischen Antriebsmotor eines Hybrid-Fahrzeugs geeignete Spannung und Frequenz. Daneben ist die Leistungselektronikanordnung 1 z.B. zur Zwischenspeicherung von seitens des Antriebsmotors rückgespeister Energie ausgebildet (Generatorbetrieb des Antriebsmotors).
Die Leistungselektronikanordnung 1 weist eine Kühlvorrichtung 2 mit einer Kühlplatte 3 auf, welche in etwa rechteckförmig ausgebildet ist und einen zu einer ersten (Ober-) Seite 4 hingewandten hochgezogenen Rand 5 aufweist, in welchem über den vollen Umfang des Randes 5 hinweg eine Nut 6 zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Gehäusedeckels ausgebildet ist. Auf einer zweiten (Unter-) Seite 7 der Kühlplatte 3, ist ein Kühlvorrichtungs-Grund- körper 8 angeordnet, welcher mit der Kühlplatte 3 in thermisch leitfähiger Verbindung steht.
Der Kühlvorrichtungs-Grundkörper 8 weist (nicht dargestellte) kanalförmi- ge Materialaussparungen auf, welche derart ausgelegt sind, dass sie von einem Kühlmedium, in der beschriebenen Ausführungsform von Kühlwasser, durchströmbar sind und somit für eine Kühlung des Kühlvorrichtungs-Grundkörpers 8 und der damit in Verbindung stehenden Kühlplatte 3 sorgen. Der Kühlvorrichtungs-Grundkörper 8 weist hierzu einen ersten Kühlwasseranschluss 9 auf, welcher in der beschriebenen Ausführungsform als Kühlwasservorlauf dient. Zur Abführung des erwärmten Kühlwassers weist der Kühlvorrichtungs- Grundkörper 8 weiterhin einen zweiten Kühlwasseranschluss 10 auf, welcher in der beschriebenen Ausführungsform als Kühlwasserrücklauf dient. Die Kühlplatte 3 ist in der beschriebenen Ausführungsform mit geeigneten Befestigungselementen in Form von Schrauben 1 1 an dem Kühlvorrichtungs-Grundkörper 8 befestigt.
An der Kühlplatte 3 sind GND-Verbindungsvorrichtungen 1 1 vorgesehen, welche zur Verbindung der Kühlplatte 3 mit der Fahrzeugmasse dienen. Diese weisen jeweils eine Anlagefläche und eine Aussparung 12 mit einem Innengewinde auf, so dass verschiedenartige Kabelschuhe oder anderweitige Kontak- tierungsvorrichtungen sicher (beispielsweise mittels Verschraubung) daran befestigt werden können.
Auf der ersten (Ober-) Seite 4 der Kühlplatte 3 ist erfindungsgemäß ein Träger 13 angeordnet, welcher einen zur Aufnahme und/oder zur Abstützung elektronischer Bauteile (Komponenten) der Leistungselektronikanordnung 1 vorgesehenen Trägergrundkörper 14, welcher in etwa plattenförmig ausgebildet ist, aufweist. Die am Trägergrundkörper 14 angeordneten bzw. von diesem aufgenommenen Bauteile sind in der beschriebenen Ausführungsform erfindungsgemäß wenigstens ein Kondensator, insbesondere ein oder mehrere Leistungskondensatoren, z.B. zur Zwischenspeicherung von Energie. Daneben können erfindungsgemäß insbesondere ein oder mehrere bestückte Leiterplatten (Boards; ein EMC- und ein Control-Board (Steuerschaltkreis)) am Trägergrundkörper 14 aufgenommen sein. Weitere Bauteile der Leistungselektronikanordnung 1 , insbesondere ein Schaltkreis der Leistungselektronik, beispielsweise eine Treiberstufe bzw. ein Treiberschaltkreis 17 (z.B. eines Wechselrichters), sind auf der dem Trägergrundkörper 14 zugewandten (Ober-) Seite 4 der Kühlplatte 3 angeordnet.
Die Abwärme der auf dem Trägergrundkörper 14 angeordneten Bauteile, insbesondere des (Leistungs-)Kondensators, wird zu der Kühlvorrichtung 2 hin abgeführt, wofür der Träger 13 stegförmige Verbindungselemente 15 aufweist, welche zur Befestigung an der Kühlplatte 3 vorgesehen sind. Die Befestigung erfolgt über geeignete Befestigungselemente in Form von Schrauben (aus Fig. 1 nicht ersichtlich), wobei alternativ hierzu auch eine Steckverbindung denkbar wäre.
Die Verbindungselemente 15 sind in der beschriebenen Ausführungsform integral mit dem Trägergrundkörper 14 ausgebildet. Alternativ hierzu wäre es auch denkbar, die Verbindungselemente 15 als separate Elemente herzustellen und diese mittels einer geeigneten Verbindungsmöglichkeit (Schrauben, Schweißen, Kleben oder dgl.) am Trägergrundkörper 14 zu befestigen. Die stegförmigen Verbindungselemente 15 erstrecken sich in etwa im rechten Winkel von dem Trägergrundkörper 14 weg in Richtung auf die Kühlplatte 3 zu.
Die am Trägergrundkörper 14 angeordneten bzw. von diesem aufgenommenen Bauteile sind in der beschriebenen Ausführungsform an einer der Kühlplatte 3 abgewandten Seite des Trägergrundkörpers 14 in entsprechenden Aufnahmebereichen angeordnet. In einem ersten Aufnahmebereich ist der mindestens eine Kondensator angeordnet. Dieser ist insbesondere auf dem Trägergrundkörper 14 abgestützt und mit diesem in Anlage gebracht. Dadurch wird eine Wärmeabfuhr des Kondensators auf den Trägergrundkörper 14 sowie über die Verbindungselemente 15 auf die Kühlplatte 3 gewährleistet. Die auf die Kühlplatte 3 übertragene Wärme wird dann über die Kühlvorrichtung 2 abtransportiert. Damit bilden bzw. definieren der Trägergrundkörper 14, die Verbindungselemente 15 und die dem Trägergrundkörper zugewandte Seite der Kühlvorrichtung 2 einen Elektronikraum, in dem weitere elektronische Bauteile der Leistungselektronikanordnung 1 angeordnet sind. Selbstverständlich ist auch eine Anordnung von mehreren (Leistungs-)Kondensatoren am Trägergrundkörper 14, insbesondere in dem ersten Aufnahmebereich denkbar. Der Aufnahmebereich könnte alternativ auch auf einer der Kühlplatte zugewandten Seite des Trägergrundkörpers 14 angeordnet sein.
Weiterhin ist an der der Kühlplatte 3 zugewandten Seite 1 6 des Trägergrundkörpers 14 ein zweiter Aufnahmebereich zur Aufnahme von bestückten Leiterplatten bzw. Schaltkreisen vorgesehen, in dem insbesondere ein Steuer- Schaltkreis (Control-Board) und/oder ein EMC-Board angeordnet sind. Hierzu sind (in den Figuren nicht dargestellt) entsprechende Befestigungsmöglichkeiten in Form von Aussparungen mit Innengewinde vorgesehen, auf welchen die Leiterplatten mittels Schrauben befestigt werden können. Auch Befestigungsvorrichtungen zur Verrastung der Leiterplatten oder zu einer anderweitigen Aufnahme oder Befestigung derselben sind denkbar.
Der Träger 13 ist, wie bereits vorstehend erwähnt, mit der Kühlplatte 3 und mit der Kühlvorrichtung 2 verbunden. Dadurch wird die Wärmeabfuhr vom Träger 13 zu der Kühlvorrichtung 2 hin gewährleistet. Die Materialien, aus denen der Trägergrundkörper 14 und die Verbindungselemente 15 gefertigt sind, kann an die abzuführende Wärmemenge angepasst werden, wobei es denkbar ist, dass der Trägergrundkörper 14 und die Verbindungselemente 15 aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt ist/sind. In der beschriebenen Ausführungsform, in der der Trägergrundkörper 14 und die Verbindungselemente 15 integral ausgebildet sind, sind der Trägergrundkörper 14 und die Verbindungselemente 15 aus Aluminium gefertigt, was eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt und somit eine gute Wärmeabfuhr auch großer abzuführender Wärmemengen gewährleistet. Alternativ hierzu sind selbstverständlich auch alle anderweitig geeigneten Werkstoffe, beispielsweise metallische Werkstoffe, Verbundwerkstoffe oder dgl. einsetzbar.
Da der Träger 13 (Trägergrundkörper 14 und die Verbindungselemente 15) aus Aluminium gefertigt ist, ist der Träger 13 mit der Kühlplatte 3 und somit mit der Kühlvorrichtung 2 auch elektrisch leitend verbunden. Damit ist es gewährleistet, dass der Träger 13 dasselbe Potential aufweist, wie die Kühlplatte 3 bzw. die Kühlvorrichtung 2. Es bleibt an dieser Stelle zu erwähnen, dass die Verbindungselemente 15 am Rand 1 6 (Umfangsrand) des Trägergrundkörpers 14 ausgebildet bzw. angebracht sind.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass gegenüber dem Stand der Technik alle elektronischen Bauteile der Leistungselektronikanordnung 1 , insbesondere alle leistungselektronischen Bauteile, innerhalb eines einzigen Rau- mes bzw. Elektronikbauteileraumes angeordnet sind und nicht auf gegenüberliegenden Seiten eines Trägers (getrennt durch die Kühlvorrichtung). Dadurch ergibt sich eine kurze Verbindungslänge zwischen den einzelnen Bauteilen, insbesondere zwischen Kondensator(en) und Boards, z.B. insbesondere auch zwischen an der Kühlvorrichtung 2 angeordneten Treiberstufe(n) und dem
Control-Board, was auch zu einer geringeren elektronischen Störanfälligkeit bzw. zu einer geringeren Erzeugung von elektronischen Störungen führt. Ferner gewährleistet eine derartige Konstruktion eine kompakte Baugröße. Die Verbindungselemente 15 dienen zur Wärmeabfuhr und zur Masseverbindung, wodurch Kondensatoren trotz räumlicher Trennung von der Kühlung in dem Maße gekühlt werden können, wie es ein Einbau einer Leistungselektronik, beispielsweise innerhalb eines Fahrzeugrahmens, erfordert.
Durch eine derartige Konstruktion ist, wie bereits vorstehend erwähnt, ein kompakter Aufbau gewährleistet. Es werden weniger Schnittstellen benötigt, was zu einer Kosteneinsparung und zu einer Reduzierung der möglichen Fehlerquellen führt Ferner ist keine Durchführung von elektrischen Drähten oder Anschlüssen durch die Kühlvorrichtung nötig, wodurch entsprechende Dichtungen eingespart werden können und die entsprechende Fehleranfälligkeit durch Undichtheiten reduziert wird. Bei Reparaturen kann man sich ferner darauf beschränken, dass nur der Elektronikbauteilraum geöffnet werden muss, während die Kühlung unangetastet bleiben kann.
Bezuqszeichen
Leistungselektronikanordnung
Kühlvorrichtung
Kühlplatte
erste (Ober-) Seite der Kühlplatte
Rand der Kühlplatte 3
Nut
zweite (Unter-) Seite der Kühlplatte
Kühlvorrichtungs-Grundkorper erster Kühlwasseranschluss zweiter Kühlwasseranschluss
GND-Verbindungsvorrichtung
Bohrung
Träger
Trägergrundkörper
Verbindungselement
Rand des Trägergrundkörpers
Treiberschaltkreis

Claims

Patentansprüche
1 . Leistungselektronikanordnung (1 ) mit einer Kühlvorrichtung (2), einem oder mehreren Kondensatoren und einem oder mehreren Schaltkreisen, wobei wenigstens ein Kondensator mit wenigstens einem Schaltkreis elektrisch verbunden ist und wobei wenigstens ein Schaltkreis an der Kühlvorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikanordnung (1 ) ferner einen Träger (13) mit einem Trägergrundkörper (14) und wenigstens einem Verbindungselement (15), welches zur Befestigung an der Kühlvorrichtung (2) vorgesehen ist, aufweist, wobei am Trägergrundkörper (14) wenigstens ein Kondensator aufgenommen, insbesondere aufgelegt und abgestützt ist, und wobei der an der Kühlvorrichtung (2) angeordnete Schaltkreis an einer dem Trägergrundkörper (14) zugewandten Seite der Kühlvorrichtung (2) angeordnet ist .
2. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Trägergrundkörper (14) angeordnete Kondensator an einer der Kühlvorrichtung (2) abgewandten Seite, des Trägergrundkörpers (14) angeordnet ist.
3. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (14) integral mit dem wenigstens einen Verbindungselement (15) ausgebildet ist.
4. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (14) einen ersten Aufnahmebereich zur Aufnahme, insbesondere zur Auflage und Abstützung des wenigstens einen Kondensators aufweist.
5. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (14) einen zweiten Aufnahmebereich zur Aufnahme und/oder Befestigung einer oder mehrerer Leiterplatten aufweist.
6. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (14), das wenigstens eine Verbindungselement (15) und die dem Trägergrundkörper zugewandte Seite der Kühlvorrichtung (2) einen Elektronikraum bilden, in dem alle elektronischen Bauteile der Leistungselektronikanordnung (1 ) angeordnet sind.
7. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergrundkörper (14) und wenigstens ein Verbindungselement (15) aus Aluminium gefertigt sind.
8. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (13) mit der Kühlvorrichtung (2) thermisch leitend verbunden ist.
9. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (13) mit der Kühlvorrichtung (2) elektrisch leitend verbunden ist.
10. Leistungselektronikanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (2) eine Kühlplatte (3) und einen Kühlvorrichtungs-Grundkörper (8) aufweist, an dem ein erster und ein zweiter Kühlwasseranschluss (9, 10) angeordnet ist.
1 1 . Leistungselektronikanordnung (1 ) nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Kühlvorrichtung (2) angeordnete Schaltkreis an der Kühlplatte (3) angeordnet, insbesondere auf dieser befestigt ist.
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