EP3578021A1 - Gehäuse zum einhausen einer leistungselektronik für ein fahrzeug und leistungselektroniksystem - Google Patents

Gehäuse zum einhausen einer leistungselektronik für ein fahrzeug und leistungselektroniksystem

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EP3578021A1
EP3578021A1 EP18700132.6A EP18700132A EP3578021A1 EP 3578021 A1 EP3578021 A1 EP 3578021A1 EP 18700132 A EP18700132 A EP 18700132A EP 3578021 A1 EP3578021 A1 EP 3578021A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
power electronics
heat sink
trough
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18700132.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ajoy Palit
Thomas Erdmann
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3578021A1 publication Critical patent/EP3578021A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20854—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of the independent claims.
  • a charger for the energy storage of an electric vehicle is a power electronics system and has a power electronics that produces waste heat due to electrical losses.
  • the waste heat accumulates within a housing of the charger and can lead under unfavorable circumstances to temperatures of the charger, which are higher than a normal operating temperature of the power electronics.
  • the present invention provides an improved housing for powering a vehicle power electronics and an improved power electronics system according to the main claims.
  • Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
  • a heat sink has a warm side and a cold side. Heat flows from the warm side to the cold side.
  • the warm side may be located in a housing and receive heat there, which then flows to the cold side, where the heat is released to the environment.
  • the motherboardf flow can be further enhanced if between the warm side and the cold side, a heat pump is arranged.
  • a heat pump in particular a Peltier element is suitable because it manages without moving components.
  • a housing for Elnhausen a power electronics for a vehicle having the following features: a trough of a plastic material; a heat sink made of a heat-conductive metal material, wherein the heat sink has an inner part arranged on an inner side of the tub and an outer part arranged on an outer side of the pan; and at least one Peltier element arranged between the inner part and the outer part.
  • a converter circuit for generating a charging current for a battery can be understood.
  • the inner part and the outer part of the heat sink may be connected to one another in a heat-conducting manner.
  • the heat sink may be made of an aluminum alloy, for example.
  • a contact surface of the heat sink to the tub can image a contour of the tub.
  • a shape of the heat sink may be adapted to the contour of the tub. This allows the housing to be made compact.
  • the heat sink may be disposed on an edge of the tub.
  • the heat sink may be slipped over an edge of the tub. Due to the arrangement on the edge of the heat sink can be easily mounted.
  • the heat sink may be formed annularly around the edge circumferentially. Through a circulating heat sink, a large heat transfer surface can be achieved.
  • the heat sink may be attached to the tub using heat-conducting mounting clips.
  • the fastening clips can be inserted into a wall of the tub.
  • the fastening clips may have a thread for screwing the heat sink.
  • the tub can be hermetically sealed using a glass plate.
  • the glass plate may be referred to as the lid of the housing.
  • On the glass plate controls and display elements can be arranged.
  • the Peltier element can be arranged on the inside of the tub. Due to the internal arrangement, the Peltier element can be supplied with power by the power electronics. In addition, the inner part is so very cold.
  • the heat sink may have ribs to increase the surface area. Due to a large surface, a good heat transfer can be achieved.
  • a power electronics system for a vehicle is presented with a housing according to the approach presented here, in which a power electronics within the housing is hermetically sealed, wherein the Peltier element is connected to the power electronics and is electrically interconnected, that during operation of the inner part is cold and the outer part gets warm.
  • the power electronics can be designed as charging electronics for an electric drive of a vehicle.
  • the power electronics system can be designed as a charger for an electric vehicle and / or a hybrid vehicle.
  • the airtight, dustproof and moisture-proof housing allows the charger to be used in harsh environmental conditions.
  • FIG. 1 is a sectional view of a housing for elnhausen a power electronics according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a perspective view of a charger for a vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an illustration of a mounting solution for a heat sink according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic representation of a vehicle with a power electronics system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a housing 100 for the purpose of housing a power electronics 102 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the housing 100 has a trough 104 made of a plastic material.
  • the power electronics 102 can be arranged on a bottom 106 of the trough 104.
  • the power electronics 102 is shown disposed on the floor 106.
  • the heat sink 1 10 is executed here around an edge of the wall 108 circumferentially.
  • the heat sink 10 has an inner part 1 12 arranged on an inner side of the trough 104 and an outer part 14 arranged on an outer side of the trough 104.
  • the inner part 1 12 and the Au WOteil 1 14 connected by a thermal bridge 1 16 thermally conductive.
  • the thermal bridge 1 16 extends over the edge of the wall 108.
  • Peltier elements 1 18 are arranged between the inner part 12 and the outer part 14.
  • the Peltier elements 1 18 transport when applying an electrical voltage heat from one side of the Peltier element 1 18 to the other side of the Peltier element 1 18.
  • the Peltier elements 1 18 are connected to a control unit 120, which is part of the power electronics 102. By the control unit 120, the Peltier elements 1 18 are driven so that they transport heat from the inner part 1 12 to the outer part 1 14.
  • the heat sink 1 10 ribs 122 which increase the surface of the heat sink 1 10 in order to achieve improved heat transfer.
  • an efficient mechanism for heat dissipation or cooling of a power electronics module 102 is presented, which is mounted in a sealed, airtight and thermally non-conductive (plastic) housing 100.
  • This technique can be applied to any power electronics 102 housed in a sealed plastic housing 100.
  • a cost effective, simple, innovative solution to such a heat dissipation problem is presented herein.
  • the housing 100 in the closed state has a seal against air, dust and moisture. Without the heat sink 1 10, the heat dissipation from within the housing 100 to the outside because of the extremely poor thermal conductivity of the plastic wall 108 and also the glass plate, not shown here at the top very slowly.
  • the glass plate in contact with the hot air inside can reach more than 60 degrees Celsius at the top cover of the housing.
  • the current sensor and other low-voltage electronic components have a short life and a rapid performance deterioration when under high thermal stress.
  • Heat removal may be accomplished using a heat-liquid filled heat pipe and circulating the liquid using a small electromechanical pump within the heat pipe.
  • a small rotatable fan heat circulation within the limited air supply that fills the sealed plastic housing can be forced.
  • Heat pipes together with a small electromechanical pump are not a cost effective solution and, in addition, due to moving or rotatable parts, a motor can have a reduced life and require frequent maintenance and also generate additional audible noise.
  • the use of a small fan with rotatable blades is a somewhat more cost-effective solution that uniformly circulates the air inside the enclosure and avoids the creation of hotspots on the exterior of the glass panel / enclosure, Because of rotatable parts, the fan has a maximum life of 15,000 to 20,000 hours and may require maintenance, or otherwise, performance will degrade over time.
  • an oval or annular, long heat sink 1 10 of aluminum is mounted on the given housing 100.
  • the heat sink 1 10 is disposed on the upper part of the housing 100 both inside and outside of the approximately vertical plastic side walls 108. By the heat sink 1 10, the generated heat is brought out of the housing 100 out.
  • the long oval aluminum heat sink 100 is mounted by a simple technique which leaves the plastic housing 100 tight to air, dust moisture.
  • at least two Peltier elements 1 18 are mounted on the inner wall of the housing 100 for the rapid transfer of generated heat from the housing 100 out.
  • the Peltier elements 1 18 may be, for example, square or rectangular. Here, the cold or colder side of each Peltier element 1 18 thermally coupled to the inner oval aluminum heat sink 1 12 and the heat absorbing element 1 12.
  • each Peltier element 1 18 is thermally coupled to the outer annular or oval heat sink 1 14.
  • the Peltier element 1 18 makes the inner ring 1 12 colder and causes a pumping of heat inside to the external environment through the outer annular / oval heat sink 1 14. So that the temperature of the outer heat sink 1 14 is not too far from ambient temperature, direct thermal contacts 16 are located at the far points. Since a Peltier element 1 18 represents a heat pump without rotating parts and therefore does not require maintenance, thus a noiseless cooling with extended life compared to a fan can be realized and a cheaper unit price can be achieved. This also supports forced convection of air within the housing 100 and therefore provides a uniform temperature. door rise of the housing 100 to prevent formation of hot spots similar to a rotatable fan.
  • FIG. 2 is a perspective view of a vehicle charger 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the charger 200 may be referred to as a power electronics system.
  • the charger 200 has a housing 100, which essentially corresponds to the housing in FIG. 1.
  • the housing 100 is sealed airtight and moisture-proof by a glass plate 202 here.
  • the glass plate 202 has strongly rounded corners.
  • the housing 100 is thus substantially oval.
  • the heat sink 1 10 surrounds the glass plate 202 annularly circumferentially. Here only the outer part 1 14 is visible.
  • the interior of the housing 100 is not visible due to the closure by the glass plate 202.
  • controls 204 for operating the charger 200 and a display element 206 are integrated.
  • This technique can be applied to any power electronics system 200 enclosed in a sealed and air and moisture proof plastic housing 100.
  • the shape of the housing 100 may be oval, cylindrical, cubic and even cuboid. Accordingly, the shapes of heat absorbers and heat sinks 1 10 can be changed or adapted.
  • FIG. 3 is an illustration of a heat sink mounting solution according to an embodiment of the present invention.
  • the fastening solution is illustrated by a partial sectional view of a housing 100, as shown for example in Figures 1 and 2.
  • the heat sink is fastened by fastening clips 300, which penetrate the wall 108 of the housing 100.
  • the mounting clips have at one end a flange 302, with which they rest against the wall 108.
  • the fastening clips 300 have an internal thread 304 into which a screw is screwed when fastening the heat sink.
  • FIG. 3 shows a mounting clip 300 having internal threads 304 for attaching the heat sink to the sidewalls 108.
  • FIG. 4 shows a vehicle with a power electronics system 200 according to one exemplary embodiment.
  • the power electronics system 200 has power electronics which, as described with reference to the preceding figures, is enclosed in a housing.
  • the power electronics system 200 according to this embodiment includes a charging electronics, which is used to supply an electric drive 402 of the vehicle with electrical energy.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature
  • this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (100) zum Einhausen einer Leistungselektronik (102) für ein Fahrzeug, wobei das Gehäuse (100) eine Wanne (104) aus einem Kunststoffmaterial und einen Kühlkörper (110) aus einem wärmeleitenden Metallmaterial aufweist, wobei der Kühlkörper (110) einen auf einer Innenseite der Wanne (104) angeordneten Innenteil (112) und einen auf einer Außenseite der Wanne (104) angeordneten Außenteil (114) aufweist und zwischen dem Innenteil (112) und dem Außenteil (114) zumindest ein Peltierelement (118) angeordnet ist.

Description

Gehäuse zum Elnhausen einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug und
Leistungselektroniksystem
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Ein Ladegerät für den Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs ist ein Leistungselektroniksystem und weist eine Leistungselektronik auf, die aufgrund von elektrischen Verlusten Abwärme produziert. Die Abwärme staut sich dabei innerhalb eines Gehäuses des Ladegeräts und kann unter ungünstigen Umständen zu Temperaturen des Ladegeräts führen, die höher sind, als eine bestimmungsgemäße Betriebstemperatur der Leistungselektronik.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Gehäuse zum Elnhausen einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug und ein verbessertes Leistungselektroniksystem gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein Kühlkörper weist eine warme Seite und eine kalte Seite auf. Wärme fließt von der warmen Seite zu der kalten Seite. Die warme Seite kann in einem Gehäuse angeordnet sein und dort Wärme aufnehmen, die dann zu der kalten Seite abfließt, wo die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Der Wärmef luss kann noch verstärkt werden, wenn zwischen der warmen Seite und der kalten Seite eine Wärmepumpe angeordnet ist. Als Wärmepumpe ist insbesondere ein Peltierelement geeignet, da es ohne bewegliche Komponenten auskommt.
Es wird ein Gehäuse zum Elnhausen einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Gehäuse die folgenden Merkmale aufweist: eine Wanne aus einem Kunststoff material; einen Kühlkörper aus einem wärmeleitenden Metallmaterial, wobei der Kühlkörper einen auf einer Innenseite der Wanne angeordneten Innenteil und einen auf einer Außenseite der Wanne angeordneten Außenteil aufweist; und zumindest ein zwischen dem Innenteil und dem Außenteil angeordnetes Peltierele- ment.
Unter einer Leistungselektronik kann beispielsweise eine Wandlerschaltung zum Erzeugen eines Ladestroms für einen Akkumulator verstanden werden. Der Innenteil und der Außenteil des Kühlkörpers können wärmeleitend miteinander verbunden sein. Der Kühlkörper kann beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung sein.
Eine Kontaktfläche des Kühlkörpers zu der Wanne kann eine Kontur der Wanne abbilden. Eine Form des Kühlkörpers kann an die Kontur der Wanne angepasst sein. Dadurch kann das Gehäuse kompakt gestaltet sein.
Der Kühlkörper kann an einem Rand der Wanne angeordnet sein. Der Kühlkörper kann über einen Rand der Wanne gestülpt sein. Durch die Anordnung am Rand kann der Kühlkörper einfach montiert werden.
Der Kühlkörper kann ringförmig um den Rand umlaufend ausgebildet sein. Durch einen umlaufenden Kühlkörper kann eine große Wärmeübergangsfläche erreicht werden.
Der Kühlkörper kann unter Verwendung von wärmeleitenden Befestigungsclips an der Wanne befestigt sein. Die Befestigungsclips können in eine Wand der Wanne eingesetzt sein. Die Befestigungsclips können ein Gewinde zum Verschrauben des Kühlkörpers aufweisen.
Die Wanne kann unter Verwendung einer Glasplatte luftdicht verschlossen sein. Die Glasplatte kann als Deckel des Gehäuses bezeichnet werden. An der Glasplatte können Bedienelemente und Anzeigeelemente angeordnet sein. Das Peltierelement kann an der Innenseite der Wanne angeordnet sein. Durch die innenliegende Anordnung kann das Peltierelement durch die Leistungselektronik mit Energie versorgt werden. Zusätzlich wird der Innenteil so besonders kalt.
Der Kühlkörper kann Rippen zum Vergrößern der Oberfläche aufweisen. Durch eine große Oberfläche kann ein guter Wärmeübergang erreicht werden.
Weiterhin wird ein Leistungselektroniksystem für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, bei dem eine Leistungselektronik innerhalb des Gehäuses luftdicht eingehaust ist, wobei das Peltierelement mit der Leistungselektronik verbunden ist und so elektrisch verschalten ist, dass im Betrieb der Innenteil kalt wird und der Außenteil warm wird.
Die Leistungselektronik kann als Ladeelektronik für einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Das Leistungselektroniksystem kann als Ladegerät für ein Elektrofahrzeug und/oder ein Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Durch die luftdichte, staubdichte und feuchtigkeitsdichte Einhausung kann das Ladegerät in rauen Umweltbedingungen verwendet werden.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Gehäuses zum Elnhausen einer Leistungselektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines Ladegeräts für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Darstellung einer Befestigungslösung für einen Kühlkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Leistungselektroniksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Gehäuses 100 zum Elnhausen einer Leistungselektronik 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 100 weist eine Wanne 104 aus einem Kunststoff material auf. Die Leistungselektronik 102 ist auf einem Boden 106 der Wanne 104 anordenbar. Hier ist die Leistungselektronik 102 auf dem Boden 106 angeordnet dargestellt. An einer Wand 108 der Wanne 104 ist ein Kühlkörper 1 10 des Gehäuses 100 angeordnet. Der Kühlkörper 1 10 ist hier um eine Kante der Wand 108 umlaufend ausgeführt. Dabei weist der Kühlkörper 1 10 einen auf einer Innenseite der Wanne 104 angeordneten Innenteil 1 12 und einen auf einer Außenseite der Wanne 104 angeordneten Außenteil 1 14 auf. Hier sind der Innenteil 1 12 und der Au ßenteil 1 14 durch eine Wärmebrücke 1 16 wärmeleitend miteinander verbunden. Die Wärmebrücke 1 16 verläuft über die Kante der Wand 108. Zwischen dem Innenteil 1 12 und dem Außenteil 1 14 sind Peltierele- mente 1 18 angeordnet. Die Peltierelemente 1 18 transportieren beim Anlegen einer elektrischen Spannung Wärme von einer Seite des Peltierelements 1 18 auf die andere Seite des Peltierelements 1 18. Die Peltierelemente 1 18 sind mit einem Steuergerät 120 verbunden, das Teil der Leistungselektronik 102 ist. Durch das Steuergerät 120 werden die Peltierelemente 1 18 so angesteuert, dass sie Wärme vom Innenteil 1 12 zum Außenteil 1 14 transportieren.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Kühlkörper 1 10 Rippen 122 auf, die die Oberfläche des Kühlkörpers 1 10 vergrößern, um einen verbesserten Wärmeübergang zu erreichen.
Mit anderen Worten wird ein effizienter Mechanismus zur Wärmeableitung beziehungsweise Kühlung eines Leistungselektronikmoduls 102 vorgestellt, welches in einem abgedichteten, luftdichten und thermisch nichtleitfähigen (Kunststoff-) Gehäuse 100 montiert ist. Diese Technik kann auf jegliche Leistungselektronik 102 angewandt werden, die in einem abgedichteten Kunststoffgehäuse 100 eingehaust ist. Um die Wärme abzuführen, die durch die Elektronikmodule 102 mit hoher Wattzahl beziehungsweise elektrischer Leistung innerhalb eines abgedichteten Kunststoffgehäuses 100 erzeugt wird, wird hier eine kostenwirksame, einfache, innovative Lösung für ein derartiges Wärmeableitungsproblem vorgestellt.
Das Gehäuse 100 weist im geschlossenen Zustand eine Abdichtung gegenüber Luft, Staub und Feuchtigkeit auf. Ohne den Kühlkörper 1 10 wäre die Wärmeableitung von innerhalb des Gehäuses 100 nach außerhalb wegen der extrem schlechten Wärmeleitfähigkeit der Kunststoff wand 108 und auch der hier nicht dargestellten Glasplatte an der Oberseite sehr langsam.
Ohne aktive Wärmeabfuhr kann es zu einer Ansammlung von Wärme innerhalb des Gehäuses und zu einer sehr hohen Innentemperatur kommen. Folglich kann die Glasplatte, die mit der heißen Luft im Inneren in Kontakt steht, an der oberen Abdeckung des Gehäuses mehr als 60 Grad Celsius erreichen. Bei einer hohen Temperatur im Inneren des Gehäuses ergeben sich für den Stromsensor und andere elektronische Niederspannungsbauteile eine kurze Lebensdauer und eine schnelle Leistungsverschlechterung, wenn sie unter hoher thermischer Belastung stehen.
Die Wärmeabfuhr kann unter Verwendung eines mit geeigneter Flüssigkeit gefüllten Wärmerohrs und durch ein Umwälzen der Flüssigkeit unter Verwendung einer kleinen elektromechanischen Pumpe innerhalb des Wärmerohrs erfolgen. Alternativ kann unter Verwendung eines kleinen drehbaren Lüfters beziehungsweise Ventilators eine Wärmezirkulation innerhalb des begrenzten Luftvorrats, der das abgedichtete Kunststoffgehäuse füllt, erzwungen werden.
Wärmerohre zusammen mit einer kleinen elektromechanischen Pumpe stellen keine kostenwirksame Lösung dar und zudem kann ein Motor aufgrund beweglicher beziehungsweise drehbarer Teile eine verringerte Lebensdauer aufweisen und häufige Wartung erfordern und auch zusätzliches hörbares Rauschen erzeugen. Die Verwendung eines kleinen Lüfters mit drehbaren Blättern ist eine etwas kostenwirksamere Lösung, welche die Luft einheitlich innerhalb des Gehäuses umwälzt und die Erzeugung von Hotspots außen an der Glasplatte/dem Gehäuse vermeidet, aber auf- grund drehbarer Teile weist der Lüfter eine Lebensdauer von maximal 15.000 bis 20.000 Stunden auf und er kann der Wartung bedürfen oder andernfalls wird sich die Leistungsfähigkeit über die Zeit verschlechtern.
Bei dem hier vorgeschlagenen Ansatz sind keine drehbaren beziehungsweise bewegten Teile enthalten, aber es ist dennoch eine Luftzirkulation innerhalb des abgedichteten Gehäuses 100 zur Vermeidung einer Erzeugung von Hotspots möglich und die Wärme wird zusätzlich sehr schnell aus dem Gehäuse 100 übertragen.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz ist eine ovale oder ringförmige, lange Wärmesenke 1 10 aus Aluminium an dem gegebenen Gehäuse 100 montiert. Die Wärmesenke 1 10 ist an dem oberen Teil des Gehäuses 100 sowohl im Inneren als auch außen an den näherungsweise vertikalen Kunststoff seitenwänden 108 angeordnet. Durch die Wärmesenke 1 10 wird die erzeugte Wärme aus dem Gehäuse 100 heraus gebracht. Die lange ovale Aluminiumwärmesenke 100 ist durch eine einfache Technik montiert, welche das Kunststoffgehäuse 100 gegenüber Luft, Staub Feuchtigkeit dicht lässt. Ferner sind zur schnellen Übertragung erzeugter Wärme aus dem Gehäuse 100 heraus zumindest zwei Peltierelemente 1 18 an der Innenwand des Gehäuses 100 montiert. Die Peltierelemente 1 18 können beispielsweise quadratisch oder rechteckig sein. Dabei ist die die kalte beziehungsweise kältere Seite jedes Peltierelements 1 18 thermisch mit der inneren ovalen Aluminiumwärmesenke 1 12 beziehungsweise dem Wärmeabsorptionselement 1 12 gekoppelt. Die heiße Seite jedes Peltierelements 1 18 ist thermisch mit der äußeren ringförmigen beziehungsweise ovalen Wärmesenke 1 14 gekoppelt. Wenn das Peltierelement 1 18 in Betrieb ist, macht es den inneren Ring 1 12 kälter und bewirkt ein Pumpen der Wärme im Inneren zur äußeren Umgebung durch die äußere ringförmige/ovale Wärmesenke 1 14. Damit die Temperatur der äußeren Wärmesenke 1 14 sich nicht zu weit von der Umgebungstemperatur entfernt, sind direkte thermische Kontakte 1 16 an den weit entfernten Punkten angeordnet. Da ein Peltierelement 1 18 eine Wärmepumpe ohne drehbare Teile repräsentiert und daher nicht der Wartung bedarf, kann somit eine geräuschlose Kühlung mit verlängerter Lebensdauer verglichen mit einem Lüfter realisiert werden und ein günstiger Stückpreis erreicht werden. Dies unterstützt auch eine erzwungene Konvektion von Luft innerhalb des Gehäuses 100 und gibt daher einen einheitlichen Tempera- turanstieg des Gehäuses 100 zur Vermeidung einer Bildung von Hotspots ähnlich wie bei einem drehbaren Lüfter.
Fig. 2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Ladegeräts 200 für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ladegerät 200 kann als Leistungselektroniksystem bezeichnet werden. Das Ladegerät 200 weist ein Gehäuse 100 auf, das im Wesentlichen dem Gehäuse in Fig. 1 entspricht. Zusätzlich dazu ist das Gehäuse 100 hier durch eine Glasplatte 202 luftdicht und feuchtigkeitsdicht verschlossen. Die Glasplatte 202 weist stark gerundete Ecken auf. Das Gehäuse 100 ist also im Wesentlichen oval. Der Kühlkörper 1 10 umrandet die Glasplatte 202 ringförmig umlaufend. Hier ist lediglich das Außenteil 1 14 sichtbar. Der Innenraum des Gehäuses 100 ist aufgrund des Verschlusses durch die Glasplatte 202 nicht sichtbar.
In der Glasplatte 202 sind Bedienelemente 204 zum Bedienen des Ladegeräts 200 und ein Anzeigeelement 206 integriert.
Diese Technik kann auf jegliche Leistungselektroniksysteme 200 angewandt werden, die in einem abgedichteten und luft- und feuchtigkeitsdichten Kunststoff gehäuse 100 eingeschlossen sind. Die Form der Gehäuse 100 kann oval, zylindrisch, kubisch und sogar quaderförmig sein. Entsprechend können die Formen von Wärmeabsorber und Wärmesenken 1 10 verändert beziehungsweise angepasst werden.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung einer Befestigungslösung für einen Kühlkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Befestigungslösung ist anhand einer Teilschnittdarstellung eines Gehäuses 100 dargestellt, wie es beispielsweise in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Dabei ist der Kühlkörper über Befestigungsclips 300 befestigt, die die Wand 108 des Gehäuses 100 durchdringen. Die Befestigungsclips weisen an einem Ende einen Flansch 302 auf, mit dem sie an der Wand 108 anliegen. Weiterhin weisen die Befestigungsclips 300 ein Innengewinde 304 auf, in welches beim Befestigen des Kühlkörpers eine Schraube eingeschraubt wird. Mit anderen Worten zeigt Fig. 3 einen Befestigungsclip 300 mit Innengewinden 304 zum Befestigen der Wärmesenke an den Seitenwänden 108.
Figur 4 zeigt ein Fahrzeug mit einem Leistungselektroniksystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Leistungselektroniksystem 200 weist eine Leistungselektronik auf, die wie anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben, in einem Gehäuse eingeschlossen ist. Das Leistungselektroniksystem 200 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Ladeelektronik, die verwendet wird um einen Elektroantrieb 402 des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezuaszeichen
100 Gehäuse
102 Leistungselektronik
104 Wanne
106 Boden
108 Seitenwand
1 10 Kühlkörper
1 12 Innenteil
1 14 Außenteil
1 16 Wärmebrücke
1 18 Peltierelement
120 Steuergerät
122 Rippen
200 Ladegerät, Leistungselektroniksystem
202 Glasplatte
204 Bedienelemente
206 Anzeigeelement
300 Befestigungsclip
302 Flansch
304 Innengewinde
400 Fahrzeug
402 Elektroantrieb

Claims

Patentansprüche
1 . Gehäuse (100) zum Elnhausen einer Leistungselektronik (102) für ein Fahrzeug (400), wobei das Gehäuse (100) die folgenden Merkmale aufweist: eine Wanne (104) aus einem Kunststoff material; einen Kühlkörper (1 10) aus einem wärmeleitenden Metallmaterial, wobei der Kühlkörper (1 10) einen auf einer Innenseite der Wanne (104) angeordneten Innenteil (1 12) und einen auf einer Außenseite der Wanne (104) angeordneten Außenteil (1 14) aufweist; und zumindest ein zwischen dem Innenteil (1 12) und dem Außenteil (1 14) angeordnetes Peltierelement (1 18).
2. Gehäuse (100) gemäß Anspruch 1 , bei dem eine Kontaktfläche des Kühlkörpers (1 10) zu der Wanne (104) eine Kontur der Wanne (104) abbildet.
3. Gehäuse (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (1 10) an einem Rand der Wanne (104) angeordnet ist.
4. Gehäuse (100) gemäß Anspruch 3, bei dem der Kühlkörper (1 10) ringförmig um den Rand umlaufend ausgebildet ist.
5. Gehäuse (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (1 10) unter Verwendung von wärmeleitenden Befestigungsclips (300) an der Wanne (104) befestigt ist.
6. Gehäuse (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wanne (104) unter Verwendung einer Glasplatte (202) luftdicht verschlossen ist.
7. Gehäuse (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Peltierelement (1 18) an der Innenseite der Wanne (104) angeordnet ist.
8. Gehäuse (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (1 10) Rippen (122) zum Vergrößern der Oberfläche aufweist.
9. Leistungselektroniksystem (200) für ein Fahrzeug (400), wobei das Leistungselektroniksystem (200) ein Gehäuse (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Leistungselektronik (102) aufweist, die innerhalb des Gehäuses (100) luftdicht eingehaust ist, wobei das Peltierelement (1 18) mit der Leistungselektronik (102) verbunden ist und so elektrisch verschalten ist, dass im Betrieb der Innenteil (1 12) kalt wird und der Außenteil (1 14) warm wird.
10. Leistungselektroniksystem (200) gemäß Anspruch 9, bei dem die Leistungselektronik (102) als Ladeelektronik für einen Elektroantrieb (402) des Fahrzeugs (400) ausgebildet ist.
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