WO2024089145A1 - Cooler for cooling a power electronics module, and power electronics device comprising a cooler - Google Patents

Cooler for cooling a power electronics module, and power electronics device comprising a cooler Download PDF

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WO2024089145A1
WO2024089145A1 PCT/EP2023/079873 EP2023079873W WO2024089145A1 WO 2024089145 A1 WO2024089145 A1 WO 2024089145A1 EP 2023079873 W EP2023079873 W EP 2023079873W WO 2024089145 A1 WO2024089145 A1 WO 2024089145A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooler
cooling channel
insert part
power electronics
projections
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/079873
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Sauermann
Johannes Fetzer
Carmelo Leone
Juan Martinez
Daniel ZIEGER
Original Assignee
Vitesco Technologies Germany Gmbh
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 Vitesco Technologies Germany Gmbh filed Critical Vitesco Technologies Germany Gmbh
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the present invention relates to a cooler for cooling a power electronics module, for example a (power) inverter or a (power) DCDC converter, and to a power electronics device, such as a (power) converter, in particular a (power) inverter or a (power) DCDC converter, especially for an electrically powered vehicle, with such a cooler.
  • a power electronics module for example a (power) inverter or a (power) DCDC converter
  • a power electronics device such as a (power) converter, in particular a (power) inverter or a (power) DCDC converter, especially for an electrically powered vehicle, with such a cooler.
  • Coolers for cooling power electronics modules e.g. a (power) inverter or a (power) DCDC converter
  • a (power) inverter or a (power) DCDC converter are well known and serve to dissipate waste heat from the modules during operation of the power electronics modules and thus protect the modules from overheating.
  • the object of the present application is therefore to provide a possibility with which the cooling performance or the cooling efficiency of a cooler can be increased.
  • a cooler for cooling a power electronics module, for example a (power) inverter or a (power) DCDC converter.
  • the cooler has a first cooler part and a second cooler part, which together circumferentially enclose a cooling channel for the passage of a coolant or a cooling liquid, such as cooling water, (except for inlet and outlet openings for letting the coolant in/out of the cooling channel).
  • the first cooler part has a bottom side facing the cooling channel, around which the coolant flows, and a top side facing away from the bottom side for thermal contacting of the power electronics module.
  • the first cooler part has projections, such as in the form of pin fins, which protrude into the cooling channel in order to increase the surface area of the underside.
  • the projections can be evenly distributed over the entire surface of the underside. Alternatively, the projections can be distributed unevenly or only in sections on the underside, depending on the layout of the (power) electrical components of the power electronics module on the top side of the first cooler part or depending on the possible heat distribution of the waste heat from these components in the first cooler part.
  • the cooler further comprises a cooler insert part which is inserted in the cooling channel and has an upper side facing the underside of the first cooler part.
  • the cooler insert part has recesses in the upper side into which the projections of the first cooler part at least partially protrude.
  • the first and second cooler parts essentially form the outer shell of the cooling channel and seal the cooling channel fluid-tight.
  • the first cooler part with the projections on the underside serves as a transfer medium for transferring waste heat from the power electronics module to the coolant flowing through the cooling channel and thus around the projections.
  • the cooler insert part is formed as a separate component (initially or before insertion into the cooling channel) that is physically separate from the first and second cooler parts and was inserted into the cooling channel and thus between the two cooler parts in a suitable, specially provided manufacturing step, and in particular in a suitable, specially provided joining step by means of a suitable joining connection, such as a material, form and/or force-fitting connection, with at least one of the two cooler parts. mechanically or physically, and especially thermally.
  • the cooler insert part can be made of a comparatively inexpensive material that does not necessarily have to have good thermal conductivity, as is the case with the material of the first cooler part.
  • the two cooler parts and/or the cooler insert part can be manufactured inexpensively with the corresponding structures mentioned above, for example in an extrusion process.
  • they can be shaped or dimensioned as desired according to technical requirements.
  • the cooler insert part can be shaped or dimensioned from an inexpensive, easily moldable material in such a way that the pressure loss and/or the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel can be easily adjusted, which can also increase the cooling efficiency of the cooler.
  • the projections and the recesses can be adapted to each other in shape depending on requirements. Their cross-section can be adjusted so that the projections in the recessed areas are not washed under or the cooling structure of the cooler formed by the projections is not flowing under, which could lead to a deterioration in the cooling efficiency.
  • the pressure loss and/or the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel can be adjusted by changing the shape and dimensions of the cooler insert part.
  • the shape and dimensions of the outer circumference of the two cooler parts and thus of the cooler can thus be kept unchanged, which in turn is advantageous for mass production of the two cooler parts and thus cost-effective production of the cooler.
  • This provides a way to increase the cooling performance and cooling efficiency of a cooler.
  • the cooler can be used to cool power electronic modules, but also to cool other technical devices where a specific adjustments to the flow rate and pressure loss of the coolant must be made without changing the radiator design or the external design of the radiator.
  • the cooler insert part can be removed from the cooling channel without causing any damage or can be replaced in the cooling channel.
  • the cooler insert part is attached to the first and/or second cooler part via a non-destructively separable joint, such as a non-destructively separable material, form-fitting and/or force-fitting connection.
  • the first cooler part consists of a metal or a metal alloy or aluminum or an aluminum alloy.
  • the cooler insert part consists, for example, of a (low-cost) plastic or a comparable low-cost material.
  • the first cooler part and/or the cooler insert part are manufactured using a pressing process.
  • the second cooler part can be made of a metal or a metal alloy or aluminum or an aluminum alloy like the first cooler part, or also of a plastic like the cooler insert part.
  • the recesses on the radiator insert part do not penetrate the radiator insert part.
  • the recesses are formed as blind holes.
  • the top of the cooler insert part is uneven, even without taking into account the local unevenness caused by the respective depressions, so that the surface area of the channel cross-section of the cooling channel varies in its extension direction or flow direction (main flow direction) of the coolant and/or also transversely to the extension direction or transversely to the flow direction.
  • the cooling channel has a channel cross-section that is inhomogeneous or changes in the flow direction of the coolant or transversely to the flow direction.
  • the top of the cooler insert part has, for example, at least one elevation that protrudes in the direction of the underside of the first cooler part and thus narrows the cooling channel.
  • the top of the cooler insert part has at least one surface section that includes at least one previously described depression for (at least partially) receiving a corresponding projection on the first cooler part and protrudes away from the rest of the top in the direction of the underside of the first cooler part and thus narrows the cooling channel in the area of this surface section.
  • the underside of the first cooler part have at least one (further) elevation which projects towards the top of the cooler insert part and thus narrows the cooling channel in the area of the elevation.
  • the flow of the coolant can be influenced and controlled in terms of pressure loss, flow velocity and direction in the cooling channel.
  • the cooler insert part has a wall that runs at least partially around the cooler insert part in the shape of a collar, which seals the cooling channel or the gaps in the cooling channel between the first cooler part and the cooler insert part in a fluid-tight manner.
  • the first cooler part can have a wall that runs at least partially around the first cooler part in the shape of a collar, which seals the cooling channel or the gaps in the cooling channel between the first cooler part and the cooler insert part in a fluid-tight manner.
  • the cooler insert part has at least one recess penetrating the cooler insert part, which forms an inlet or outlet for the coolant into or out of the cooling channel or into or out of intermediate spaces in the cooling channel between the first cooler part and the cooler insert part.
  • the first projections are pin- or rib-shaped, e.g. in the form of a pin-fin structure.
  • the first cooler part has second projections on the underside, which extend at least to the top of the cooler insert part and are designed to interrupt or direct or redirect the flow of the coolant.
  • the cooler insert part can have further second projections on the top, which extend at least to the underside of the first cooler part and are designed to interrupt or direct or redirect the flow of the coolant.
  • the second projections can be used to divide the cooling channel into sections that are aligned one behind the other in the flow direction of the cooling medium and together form a U-shaped or meandering course of the cooling channel.
  • the second projections can therefore be used to additionally influence and control the flow of the coolant in terms of pressure loss, flow speed and direction in the cooling channel.
  • the second projections are formed in the shape of ribs or walls.
  • At least one second projection is formed integrally with at least one first projection.
  • At least one second projection is arranged between two adjacent first projections and is formed integrally with these two adjacent first projections.
  • the second projection forms a wall of the cooling channel with the two first projections for interrupting or (re)directing the flow of the coolant.
  • a power electronics device such as a (power) converter, in particular a (power) inverter or a (power) DCDC converter, especially for an electrically powered vehicle, is provided.
  • the power electronics device has at least one power electronics module and at least one cooler as described above.
  • the power electronics module is arranged on the top of the first cooler part of the cooler and is thermally contacted with the first cooler part.
  • the power electronics module can be electrically insulated from the first cooler part via an electrical insulation layer that is arranged between the power electronics module and the first cooler part. If the first cooler part is electrically connected to the electrical ground of the power electronics device or forms the electrical ground itself, the power module can be electrically connected directly to the first cooler part via its ground connection, which is formed, for example, on an underside of the power module facing the first cooler part.
  • Figures 2A, 2B, 2C, 2D and 2E each show a schematic bird's eye view of a cooler insert part of a cooler according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a power electronics device LV with a cooler KL according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the power electronics device LV is formed as a power inverter of an electrically powered vehicle and has a power electronics module LM (shown schematically in the figure with a rectangle), which forms a switchable bridge circuit of the power inverter, and a cooler KL for cooling the power electronics module LM.
  • a power electronics module LM shown schematically in the figure with a rectangle
  • the cooler KL has a first cooler part KT1 and a second cooler part KT2 made of aluminum or an aluminum alloy, which together circumferentially enclose and seal fluid-tight a cooling channel KK for the passage of a coolant, such as cooling water.
  • a coolant such as cooling water.
  • the first cooler part KT1 has a bottom side US1 facing the cooling channel KK, over which the coolant flows or around, and a top side OS1 facing away from the bottom side US1, on which the power electronics module LM is arranged and is in thermal contact with the first cooler part KT1.
  • the first cooler part KT1 On the underside US1, the first cooler part KT1 has first projections VS1 for enlarging the surface of the underside US1 and thus for enlarging the contact area of the first cooler part KT1 with the coolant, which are pin-shaped and protrude into the cooling channel KK.
  • the shape and size of the cross-section of the first projections VS1 can be selected almost arbitrarily depending on the cooling performance requirements.
  • the projections can have a circular, elliptical or caterpillar-shaped cross-sectional area
  • the shape and/or the size of the cross section of the first projections VS1 can vary depending on their position in the cooling channel KK.
  • the second cooler part KT2 has an inlet opening EL and an outlet opening at the edge for passing the coolant into the cooling channel KK or out of the cooling channel KK.
  • the cooler KL further comprises a cooler insert part KE made of a plastic, which is inserted into the cooling channel KK as an insert part that is separate from the two cooler parts KT1, KT2 and can be removed from the cooling channel KK without causing any damage, and is mechanically connected to the first and/or the second cooler part KT1, KT2 via a form-fitting, material-fitting or force-fitting joint connection that can be separated without causing any damage, such as a snap connection.
  • a cooler insert part KE made of a plastic, which is inserted into the cooling channel KK as an insert part that is separate from the two cooler parts KT1, KT2 and can be removed from the cooling channel KK without causing any damage, and is mechanically connected to the first and/or the second cooler part KT1, KT2 via a form-fitting, material-fitting or force-fitting joint connection that can be separated without causing any damage, such as a snap connection.
  • the cooler insert part KE has an upper side OS2 which faces the lower side US1 of the first cooler part KT1 and has recesses VT in the form of blind holes into which the aforementioned first projections VS1 at least partially protrude.
  • the shape and/or the size of the cross section of the respective depressions VT can be adapted to the shape or size of the respective corresponding first projections VS1.
  • the depressions VT are adapted in shape, size, especially depth, to the respective corresponding first projections VS1 in such a way that no cavities form between the respective first projections VS1 on the one hand and the respective corresponding depressions VT on the other hand, which could allow the coolant to flow under the corresponding first projections VS1.
  • the first cooler part KT1 has second projections VS2 on the underside US1, which are formed in the form of ribs or walls and extend to the top side OS2 of the cooler insert part KE.
  • the cooler insert part KE can have rib- or wall-shaped projections that extend to the underside US1 of the first cooler part KT1.
  • These second projections form channel partition walls of the cooling channel KK, whereby the cooling channel is divided into several channel sections that lie one behind the other in the flow direction SR of the coolant and together form, for example, a U-shaped course of the cooling channel with a forward and a return flow or a meandering course of the cooling channel.
  • These second projections VS2 serve to direct or redirect the flow of the coolant according to the cooling requirement and thus increase the cooling efficiency.
  • top side OS2 of the cooler insert part KE is uneven and thus has elevations EH in places (see Figures 2B, 2C, 2D and 2E) that protrude towards the bottom side US1 of the first cooler part KT1 and thus narrow the cooling channel KK in the area of the elevations EH.
  • elevations EH serve to narrow the cooling channel KK in places according to the cooling requirement, whereby the pressure loss and the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel can be adjusted in corresponding sections of the cooling channel KK.
  • the cooler insert part KE has a recess AS which forms an inlet EL or an outlet of the cooling channel KK for the inlet or outlet of the coolant into or from the cooling channel KK.
  • Figures 2A, 2B, 2C, 2D and 2E each show, in a schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 2A shows a schematic bird's eye view of a cooler insert part KE of a cooler KL according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the cooler insert part KE is manufactured as a separate component from a plastic, for example by injection molding.
  • the cooler insert part KE has a base section BA, the top of which forms the previously described top side OS2 of the cooler insert part KE.
  • the cooler insert part KE has recesses VT in the form of blind holes, which are arranged distributed largely over the entire surface.
  • the cooler insert part KE also has a wall WD or a wall-shaped side section which runs almost completely around the base section BA and thus the cooler insert part KE in a collar-like manner.
  • the wall WD and the base section BA enclose a cavity HR which forms the cooling channel KK of the cooler KL described above.
  • the cooler insert part KE has a recess AS in one corner area, whereby a corner piece is missing in the base section BA and the transformation WD is interrupted in this area.
  • This recess AS forms an inlet EL or an outlet of the cooling channel KK for the inlet or outlet of the coolant into or from the cavity HR or cooling channel KK.
  • Figure 2B shows, in a further schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the cooler insert part KE shown in Figure 2B differs from the cooler insert part of Figure 2A only in that the recesses VT on the upper side of the base section BA are not distributed over the entire surface of the upper side, but are only formed in a limited area directly next to the recess AS.
  • Figure 2C shows, in a further schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the cooler insert part KE shown in Figure 2C differs from the cooler insert part of Figure 2A only in that its wall WD is only formed on two opposite sides of the base section BA and thus encloses the cavity or the cooling channel only on two sides.
  • Figure 2D shows, in a further schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the cooler insert part KE shown in Figure 2D differs from the cooler insert part in Figure 2A only in that its base section BA has elevations EH that protrude from the rest of the top side of the base section BA in the direction of the cavity HR and thus into the cooling channel. These elevations EH serve to narrow the cooling channel at appropriate points and thus adjust the pressure loss or the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel.
  • Figure 2E shows a further schematic bird's eye view of a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the cooler insert part KE shown in Figure 2E differs from the cooler insert part from Figure 2C only in the additional elevations EH which the cooler insert part shown in Figure 2D has.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a cooler (KL) for coupling a power electronics module (LM), having: - a first cooler part (KT1) and a second cooler part (KT2) which together circumferentially enclose a cooling channel (KK) for conducting a coolant, wherein - the first cooler part (KT1) has a lower face (US1) facing the cooling channel (KK) and an upper face (OS1) facing away from the lower face for thermally contacting the power electronics module (LM), and - the first cooler part (KT1) has first protrusions (VS1) on the lower face (US1) in order to increase the surface of the lower face (US1), said protrusions protruding into the cooling channel (KK); and - a cooler insert part (KE) which is inserted into the cooling channel (KK) and has an upper face (OS2) facing the lower face (US1) of the first cooler part (KT1), said upper face having depressions (VT) into which the first protrusions (VS1) at least partly protrude. The invention additionally relates to a power electronics device (LV) comprising the aforementioned cooler (KL).

Description

Beschreibung Description
Kühler zur Kühlung eines Leistungselektronikmoduls, Leistungselektronikvorrichtung mit einem Kühler Cooler for cooling a power electronics module, power electronics device with a cooler
Technisches Gebiet: Technical area:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler zur Kühlung eines Leistungselektronikmoduls, bspw. eines (Leistungs-)lnverters oder eines (Leistungs-)DCDC-Wandlers, sowie eine Leistungselektronikvorrichtung, wie z. B. einen (Leistungs-)Stromrichter, insb. einen (Leistungs-)lnverter oder einen (Leistungs-)DCDC-Wandler, speziell für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, mit einem genannten Kühler. The present invention relates to a cooler for cooling a power electronics module, for example a (power) inverter or a (power) DCDC converter, and to a power electronics device, such as a (power) converter, in particular a (power) inverter or a (power) DCDC converter, especially for an electrically powered vehicle, with such a cooler.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung: State of the art and object of the invention:
Kühler zur Kühlung von Leistungselektronikmodulen, bspw. eines (Leistungs-)lnverters oder eines (Leistungs-)DCDC-Wandlers, sind bekannt und dienen dazu, beim Betrieb der Leistungselektronikmodule Abwärme von den Modulen abzuführen und somit die Module vor Überhitzung zu schützen. Coolers for cooling power electronics modules, e.g. a (power) inverter or a (power) DCDC converter, are well known and serve to dissipate waste heat from the modules during operation of the power electronics modules and thus protect the modules from overheating.
Bei einer Anwendung der Leistungselektronikmodule in (Leistungs-)lnvertern oder (Leistungs-)DCDC-Wandlern von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit stetig steigender Leistungsanforderungen an den Modulen steigt auch die Anforderung an Kühlerleistung und Kühlereffizienz kontinuierlich. When power electronics modules are used in (power) inverters or (power) DCDC converters of electrically powered vehicles with constantly increasing performance requirements on the modules, the requirement for cooling performance and cooling efficiency also increases continuously.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der die Kühlerleistung bzw. die Kühlereffizienz bei einem Kühler gesteigert werden können. The object of the present application is therefore to provide a possibility with which the cooling performance or the cooling efficiency of a cooler can be increased.
Beschreibung der Erfindung: Description of the invention:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the subclaims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kühler zur Kühlung eines Leistungselektronikmoduls, bspw. eines (Leistungs-)lnverters oder eines (Leistungs-)DCDC-Wandlers, bereitgestellt. Der Kühler weist ein erstes Kühlerteil und ein zweites Kühlerteil auf, die zusammen einen Kühlkanal zum Durchleiten eines Kühlmittels bzw. einer Kühlflüssigkeit, wie z. B. des Kühlwassers, (außer Ein- und Auslassöffnungen zum Ein-/Auslassen des Kühlmittels in den bzw. aus dem Kühlkanal) umfänglich umschließen. According to a first aspect of the invention, a cooler is provided for cooling a power electronics module, for example a (power) inverter or a (power) DCDC converter. The cooler has a first cooler part and a second cooler part, which together circumferentially enclose a cooling channel for the passage of a coolant or a cooling liquid, such as cooling water, (except for inlet and outlet openings for letting the coolant in/out of the cooling channel).
Das erste Kühlerteil weist eine dem Kühlkanal zugewandte Unterseite, die vom Kühlmittel umströmt wird, und eine der Unterseite abgewandte Oberseite zur thermischen Kontaktierung des Leistungselektronikmoduls auf. The first cooler part has a bottom side facing the cooling channel, around which the coolant flows, and a top side facing away from the bottom side for thermal contacting of the power electronics module.
An der Unterseite weist das erste Kühlerteil zur Vergrößerung der Oberfläche der Unterseite Vorsprünge, wie z. B. in Form von Pin-Fins, auf, die in den Kühlkanal hineinragen. Dabei können die Vorsprünge über gesamte Fläche der Unterseite gleichmäßig verteilt gebildet sein. Alternativ können die Vorsprünge abhängig vom Bestückungslayout (leistungs-)elektrischer Komponenten des Leistungselektronikmoduls auf der Oberseite des ersten Kühlerteils bzw. abhängig von möglicher Wärmeverteilung der Abwärme dieser Komponenten in dem ersten Kühlerteil auf der Unterseite ungleichmäßig oder nur abschnittsweise verteilt gebildet sein. On the underside, the first cooler part has projections, such as in the form of pin fins, which protrude into the cooling channel in order to increase the surface area of the underside. The projections can be evenly distributed over the entire surface of the underside. Alternatively, the projections can be distributed unevenly or only in sections on the underside, depending on the layout of the (power) electrical components of the power electronics module on the top side of the first cooler part or depending on the possible heat distribution of the waste heat from these components in the first cooler part.
Der Kühler weist ferner ein Kühlereinsatzteil auf, das in dem Kühlkanal eingesetzt ist und eine der Unterseite des ersten Kühlerteils zugewandte Oberseite aufweist. Das Kühlereinsatzteil weist in der Oberseite Vertiefungen auf, in die die Vorsprünge des ersten Kühlerteils zumindest teilweise hineinragen. The cooler further comprises a cooler insert part which is inserted in the cooling channel and has an upper side facing the underside of the first cooler part. The cooler insert part has recesses in the upper side into which the projections of the first cooler part at least partially protrude.
Das erste und das zweite Kühlerteil bilden quasi die äußere Hülle des Kühlkanals und dichten den Kühlkanal fluiddicht. Das erste Kühlerteil mit den Vorsprüngen an der Unterseite dient als Übertragungsmedium zur Übertragung von Abwärme von dem Leistungselektronikmodul an das durch den Kühlkanal und somit um die Vorsprünge strömende Kühlmittel. The first and second cooler parts essentially form the outer shell of the cooling channel and seal the cooling channel fluid-tight. The first cooler part with the projections on the underside serves as a transfer medium for transferring waste heat from the power electronics module to the coolant flowing through the cooling channel and thus around the projections.
Das Kühlereinsatzteil ist als ein (anfangs bzw. vor dem Einsetzen in den Kühlkanal) von dem ersten und dem zweiten Kühlerteil körperlich getrenntes, separates Bauteil gebildet und wurde in einem geeigneten, extra dafür vorgesehenen Fertigungsschritt in den Kühlkanal und somit zwischen den beiden Kühlerteilen eingesetzt, und insb. in einem geeigneten, extra dafür vorgesehenen Fügeschritt mittels einer geeigneten Fügeverbindung, wie z. B. einer Stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung, mit mindestens einem der beiden Kühlerteile mechanisch bzw. körperlich, und insb. auch thermisch, verbunden. Während das erste Kühlerteil, ggfs. auch das zweite Kühlerteil aus einem thermisch gut leitenden Material bestehen, um die Abwärme von dem von dem Leistungselektronikmodul effizient an das Kühlmittel zu übertragen, kann das Kühlereinsatzteil aus einem vergleichsweise kostengünstigen Material hergestellt werden, das nicht unbedingt eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen muss, wie es bei dem Material des ersten Kühlerteils der Fall sein muss. The cooler insert part is formed as a separate component (initially or before insertion into the cooling channel) that is physically separate from the first and second cooler parts and was inserted into the cooling channel and thus between the two cooler parts in a suitable, specially provided manufacturing step, and in particular in a suitable, specially provided joining step by means of a suitable joining connection, such as a material, form and/or force-fitting connection, with at least one of the two cooler parts. mechanically or physically, and especially thermally. While the first cooler part, and possibly also the second cooler part, are made of a material with good thermal conductivity in order to efficiently transfer the waste heat from the power electronics module to the coolant, the cooler insert part can be made of a comparatively inexpensive material that does not necessarily have to have good thermal conductivity, as is the case with the material of the first cooler part.
Dabei können die beiden Kühlerteile und/oder das Kühlereinsatzteil mit entsprechenden oben genannten Strukturen bspw. in einem Fließpressverfahren kostengünstig hergestellt werden. Zudem können diese entsprechend technischer Anforderung beliebig geformt bzw. dimensioniert werden. Insb. kann das Kühlereinsatzteil aus einem kostengünstigen, einfach formbaren Material derart geformt bzw. dimensioniert werden, dass eine Anpassung des Druckverlustes und/oder der Strömungsgeschwindigkeit bei dem durch den Kühlkanal fließenden Kühlmittel in einfacher Weise gestaltet werden kann, wodurch auch die Kühlungseffizienz des Kühlers gesteigert werden kann. The two cooler parts and/or the cooler insert part can be manufactured inexpensively with the corresponding structures mentioned above, for example in an extrusion process. In addition, they can be shaped or dimensioned as desired according to technical requirements. In particular, the cooler insert part can be shaped or dimensioned from an inexpensive, easily moldable material in such a way that the pressure loss and/or the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel can be easily adjusted, which can also increase the cooling efficiency of the cooler.
Die Vorsprünge und die Vertiefungen können je nach Anforderungen zueinander formangepasst werden. So können diese in ihren Querschnitt angepasst werden, sodass ein Unterspülen der Vorsprünge in Bereichen der Vertiefungen bzw. ein Unterströmen der durch die Vorsprünge gebildete Kühlstruktur des Kühlers unterbunden werden kann, was zu einer Verschlechterung der Kühleffizient führen könnte. The projections and the recesses can be adapted to each other in shape depending on requirements. Their cross-section can be adjusted so that the projections in the recessed areas are not washed under or the cooling structure of the cooler formed by the projections is not flowing under, which could lead to a deterioration in the cooling efficiency.
Durch die Einführung des Kühlereinsatzteils lassen sich der Druckverlust und/oder die Strömungsgeschwindigkeit bei dem durch den Kühlkanal fließenden Kühlmittel durch die Änderung der Form und der Dimension des Kühlereinsatzteils anpassen. Die Form und die Dimension des Außenumfangs der beiden Kühlerteils und somit des Kühlers können somit unverändert beibehalten werden, was wiederum vorteilhaft für eine Massenproduktion der beiden Kühlerteile und somit eine kostengünstige Herstellung des Kühlers ist. By introducing the cooler insert part, the pressure loss and/or the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel can be adjusted by changing the shape and dimensions of the cooler insert part. The shape and dimensions of the outer circumference of the two cooler parts and thus of the cooler can thus be kept unchanged, which in turn is advantageous for mass production of the two cooler parts and thus cost-effective production of the cooler.
Damit ist eine Möglichkeit zur Steigerung der Kühlerleistung und der Kühlereffizienz bei einem Kühler bereitgestellt. This provides a way to increase the cooling performance and cooling efficiency of a cooler.
Der Kühler kann zur Kühlung von Leistungselektronikmodulen, aber auch zur Kühlung von sonstigen technischen Vorrichtungen eingesetzt werden, bei dem eine spezifische Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckverlustes bei dem Kühlmittel vorgenommen werden müssen, ohne dabei das Kühlerdesign bzw. das Außendesign des Kühlers zu ändern. The cooler can be used to cool power electronic modules, but also to cool other technical devices where a specific adjustments to the flow rate and pressure loss of the coolant must be made without changing the radiator design or the external design of the radiator.
Bspw. ist das Kühlereinsatzteil zerstörungsfrei aus dem Kühlkanal herausnehmbar bzw. ersetzbar in dem Kühlkanal eingesetzt. Dabei ist das Kühlereinsatzteil über eine zerstörungsfrei trennbare Fügeverbindung, wie z. B. eine zerstörungsfrei trennbare Stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, an dem ersten und/oder dem zweiten Kühlerteil befestigt. For example, the cooler insert part can be removed from the cooling channel without causing any damage or can be replaced in the cooling channel. The cooler insert part is attached to the first and/or second cooler part via a non-destructively separable joint, such as a non-destructively separable material, form-fitting and/or force-fitting connection.
Bspw. besteht das erste Kühlerteil aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das Kühlereinsatzteil besteht bspw. aus einem (kostengünstigen) Kunststoff oder einem vergleichbaren kostengünstigen Material. Bspw. sind das erste Kühlerteil und/oder das Kühlereinsatzteil in einem Pressverfahren hergestellt. Das zweite Kühlerteil kann wie das erste Kühlerteil einem Metall oder einer Metalllegierung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, oder auch wie das Kühlereinsatzteil aus einem Kunststoff hergestellt werden. For example, the first cooler part consists of a metal or a metal alloy or aluminum or an aluminum alloy. The cooler insert part consists, for example, of a (low-cost) plastic or a comparable low-cost material. For example, the first cooler part and/or the cooler insert part are manufactured using a pressing process. The second cooler part can be made of a metal or a metal alloy or aluminum or an aluminum alloy like the first cooler part, or also of a plastic like the cooler insert part.
Bspw. dringen die Vertiefungen am Kühlereinsatzteil das Kühlereinsatzteil nicht hindurch. Insb. sind die Vertiefungen als Sacklöcher gebildet. For example, the recesses on the radiator insert part do not penetrate the radiator insert part. In particular, the recesses are formed as blind holes.
Bspw. ist die Oberseite des Kühlereinsatzteils uneben ausgeführt, auch ohne Berücksichtigung der lokalen Unebenheiten durch die jeweiligen Vertiefungen, sodass sich die Flächengröße des Kanalquerschnitts des Kühlkanals in dessen Erstreckungsrichtung bzw. Strömungsrichtung (Hauptflussrichtung) des Kühlmittels und/oder auch quer zur Erstreckungsrichtung bzw. quer zur Strömungsrichtung variiert. Dadurch weist der Kühlkanal einen sich in der Strömungsrichtung des Kühlmittels bzw. quer zur Strömungsrichtung inhomogenen bzw. sich verändernden Kanalquerschnitt auf. Entsprechend weist die Oberseite des Kühlereinsatzteils bspw. zumindest eine Erhebung auf, die in Richtung zur Unterseite des ersten Kühlerteils ragt und somit den Kühlkanal verengt. Mit anderen Worten: die Oberseite des Kühlereinsatzteils weist mindestens einen Flächenabschnitt auf, der mindestens eine zuvor beschriebene Vertiefung zur (zumindest teilweisen) Aufnahme eines korrespondierenden Vorsprungs an dem ersten Kühlerteils umfasst und vom Rest der Oberseite weg in Richtung zur Unterseite des ersten Kühlerteils ragt und somit den Kühlkanal im Bereich dieses Flächenabschnitts verengt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Unterseite des ersten Kühlerteils zumindest eine (weitere) Erhebung aufweisen, die in Richtung zur Oberseite des Kühlereinsatzteils ragt und somit den Kühlkanal im Bereich der Erhöhung verengt. For example, the top of the cooler insert part is uneven, even without taking into account the local unevenness caused by the respective depressions, so that the surface area of the channel cross-section of the cooling channel varies in its extension direction or flow direction (main flow direction) of the coolant and/or also transversely to the extension direction or transversely to the flow direction. As a result, the cooling channel has a channel cross-section that is inhomogeneous or changes in the flow direction of the coolant or transversely to the flow direction. Accordingly, the top of the cooler insert part has, for example, at least one elevation that protrudes in the direction of the underside of the first cooler part and thus narrows the cooling channel. In other words: the top of the cooler insert part has at least one surface section that includes at least one previously described depression for (at least partially) receiving a corresponding projection on the first cooler part and protrudes away from the rest of the top in the direction of the underside of the first cooler part and thus narrows the cooling channel in the area of this surface section. Alternatively or additionally, the underside of the first cooler part have at least one (further) elevation which projects towards the top of the cooler insert part and thus narrows the cooling channel in the area of the elevation.
Mit den Erhöhungen kann die Strömung des Kühlmittels in Bezug auf Druckverlust, Strömungsgeschwindigkeit und -richtung im Kühlkanal beeinflusst und gesteuert werden. With the increases, the flow of the coolant can be influenced and controlled in terms of pressure loss, flow velocity and direction in the cooling channel.
Bspw. weist das Kühlereinsatzteil eine das Kühlereinsatzteil zumindest teilweise kragenförmig um laufende Wandung auf, die den Kühlkanal bzw. Zwischenräume des Kühlkanals zwischen dem ersten Kühlerteil und dem Kühlereinsatzteil fluiddicht abdichtet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das erste Kühlerteil eine das erste Kühlerteil zumindest teilweise kragenförmig um laufende Wandung aufweisen, die den Kühlkanal bzw. Zwischenräume des Kühlkanals zwischen dem ersten Kühlerteil und dem Kühlereinsatzteil fluiddicht abdichtet. For example, the cooler insert part has a wall that runs at least partially around the cooler insert part in the shape of a collar, which seals the cooling channel or the gaps in the cooling channel between the first cooler part and the cooler insert part in a fluid-tight manner. Alternatively or additionally, the first cooler part can have a wall that runs at least partially around the first cooler part in the shape of a collar, which seals the cooling channel or the gaps in the cooling channel between the first cooler part and the cooler insert part in a fluid-tight manner.
Bspw. weist das Kühlereinsatzteil zumindest eine das Kühlereinsatzteil hindurchdringende Aussparung auf, die als Einlass oder Auslass für das Kühlmittel in den oder aus dem Kühlkanal bzw. in oder aus Zwischenräumen des Kühlkanals zwischen dem ersten Kühlerteil und dem Kühlereinsatzteil bildet. For example, the cooler insert part has at least one recess penetrating the cooler insert part, which forms an inlet or outlet for the coolant into or out of the cooling channel or into or out of intermediate spaces in the cooling channel between the first cooler part and the cooler insert part.
Bspw. sind die ersten Vorsprünge stift- oder rippenförmig, bspw. in Form einer Pin-Fin-Struktur, gebildet. For example, the first projections are pin- or rib-shaped, e.g. in the form of a pin-fin structure.
Bspw. weist das erste Kühlerteil an der Unterseite zweite Vorsprünge auf, die sich mindestens bis zu der Oberseite des Kühlereinsatzteils erstrecken und einrichtet sind, die Strömung des Kühlmittels zu unterbrechen oder zu lenken bzw. umzulenken. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Kühlereinsatzteil an der Oberseite weitere zweite Vorsprünge aufweisen, die sich mindestens bis zu der Unterseite des ersten Kühlerteils erstrecken und einrichtet sind, die Strömung des Kühlmittels zu unterbrechen oder zu lenken bzw. umzulenken. For example, the first cooler part has second projections on the underside, which extend at least to the top of the cooler insert part and are designed to interrupt or direct or redirect the flow of the coolant. Alternatively or additionally, the cooler insert part can have further second projections on the top, which extend at least to the underside of the first cooler part and are designed to interrupt or direct or redirect the flow of the coolant.
Durch die zweiten Vorsprünge kann der Kühlkanal in Sektionen unterteilt werden, die in der Strömungsrichtung des Kühlmedium hintereinander fluchtend liegen und gemeinsam einen U-förmigen oder einen mäanderförmigen Verlauf des Kühlkanals bilden. Mit den zweiten Vorsprüngen kann somit die Strömung des Kühlmittels in Bezug auf Druckverlust, Strömungsgeschwindigkeit und -richtung im Kühlkanal zusätzlich beeinflusst und gesteuert werden. Bspw. sind die zweiten Vorsprünge rippen- oder wandförmig gebildet. The second projections can be used to divide the cooling channel into sections that are aligned one behind the other in the flow direction of the cooling medium and together form a U-shaped or meandering course of the cooling channel. The second projections can therefore be used to additionally influence and control the flow of the coolant in terms of pressure loss, flow speed and direction in the cooling channel. For example, the second projections are formed in the shape of ribs or walls.
Bspw. ist mindestens ein zweiter Vorsprung mit mindestens einem ersten Vorsprung einstückig gebildet. For example, at least one second projection is formed integrally with at least one first projection.
Bspw. ist mindestens ein zweiter Vorsprung zwischen zwei benachbarten ersten Vorsprüngen angeordnet und mit diesen zwei benachbarten ersten Vorsprüngen einstückig gebildet. In diesem Fall bildet der zweite Vorsprung mit den beiden ersten Vorsprüngen eine Wand des Kühlkanals zum Unterbrechen bzw. zum (Um-)Lenken der Strömung des Kühlmittels. For example, at least one second projection is arranged between two adjacent first projections and is formed integrally with these two adjacent first projections. In this case, the second projection forms a wall of the cooling channel with the two first projections for interrupting or (re)directing the flow of the coolant.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Leistungselektronikvorrichtung, wie z. B. ein (Leistungs-)Stromrichter, insb. ein (Leistungs-)lnverter oder ein (Leistungs-)DCDC-Wandler, speziell für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, bereitgestellt. According to a second aspect of the invention, a power electronics device, such as a (power) converter, in particular a (power) inverter or a (power) DCDC converter, especially for an electrically powered vehicle, is provided.
Die Leistungselektronikvorrichtung weist mindestens ein Leistungselektronikmodul und mindestens einen zuvor beschriebenen Kühler auf. Dabei ist das Leistungselektronikmodul auf der Oberseite des ersten Kühlerteils des Kühlers angeordnet und mit dem ersten Kühlerteil thermisch kontaktiert. Je nach Ausführung kann das Leistungselektronikmodul über eine elektrische Isolationsschicht von dem ersten Kühlerteil elektrisch isoliert sein, die zwischen dem Leistungselektronikmodul und dem ersten Kühlerteil angeordnet ist. Sollte der erste Kühlerteil mit elektrischer Masse der Leistungselektronikvorrichtung elektrisch verbunden sein oder selbst die elektrische Masse bilden, kann das Leistungsmodul über dessen Massenanschluss, der bspw. auf einer dem ersten Kühlerteil zugewandten Unterseite des Leistungsmoduls gebildet ist, direkt mit dem ersten Kühlerteil elektrisch verbunden sein. The power electronics device has at least one power electronics module and at least one cooler as described above. The power electronics module is arranged on the top of the first cooler part of the cooler and is thermally contacted with the first cooler part. Depending on the design, the power electronics module can be electrically insulated from the first cooler part via an electrical insulation layer that is arranged between the power electronics module and the first cooler part. If the first cooler part is electrically connected to the electrical ground of the power electronics device or forms the electrical ground itself, the power module can be electrically connected directly to the first cooler part via its ground connection, which is formed, for example, on an underside of the power module facing the first cooler part.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen: Short description of the drawings:
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: In the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Figur 1 in einer ersten schematischenFigure 1 in a first schematic
Querschnittdarstellung einen Abschnitt einerCross-sectional view of a section of a
Leistungselektronikvorrichtung mit einem Kühler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und Power electronics device with a cooler according to an exemplary embodiment of the invention; and
Figur 2A, 2B, 2C, 2D und 2E jeweils in einer schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Kühlereinsatzteil eines Kühlers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figures 2A, 2B, 2C, 2D and 2E each show a schematic bird's eye view of a cooler insert part of a cooler according to an exemplary embodiment of the invention.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen: Detailed description of the drawings:
Figur 1 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Leistungselektronikvorrichtung LV mit einem Kühler KL gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a power electronics device LV with a cooler KL according to an exemplary embodiment of the invention.
Die Leistungselektronikvorrichtung LV ist in dieser Ausführungsform als ein Leistungsinverter eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gebildet und weist ein Leistungselektronikmodul LM (in der Figur schematisch mit einem Rechteck dargestellt), das eine schaltbare Brückenschaltung des Leistungsinverters bildet, und einen Kühler KL zur Kühlung des Leistungselektronikmoduls LM auf. In this embodiment, the power electronics device LV is formed as a power inverter of an electrically powered vehicle and has a power electronics module LM (shown schematically in the figure with a rectangle), which forms a switchable bridge circuit of the power inverter, and a cooler KL for cooling the power electronics module LM.
Der Kühler KL weist ein erstes Kühlerteil KT1 und ein zweites Kühlerteil KT2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf, die zusammen einen Kühlkanal KK zum Durchleiten eines Kühlmittels, wie z. B. Kühlwassers, umfänglich umschließen und fluiddicht abdichten. The cooler KL has a first cooler part KT1 and a second cooler part KT2 made of aluminum or an aluminum alloy, which together circumferentially enclose and seal fluid-tight a cooling channel KK for the passage of a coolant, such as cooling water.
Das erste Kühlerteil KT1 weist eine dem Kühlkanal KK zugewandte Unterseite US1 , die vom Kühlmittel beströmt bzw. umströmt wird, und eine der Unterseite US1 abgewandte Oberseite OS1 auf, auf der das Leistungselektronikmodul LM angeordnet ist und mit dem ersten Kühlerteil KT1 thermisch kontaktiert ist. The first cooler part KT1 has a bottom side US1 facing the cooling channel KK, over which the coolant flows or around, and a top side OS1 facing away from the bottom side US1, on which the power electronics module LM is arranged and is in thermal contact with the first cooler part KT1.
An der Unterseite US1 weist das erste Kühlerteil KT1 erste Vorsprünge VS1 zur Vergrößerung der Oberfläche der Unterseite US1 und somit zur Vergrößerung der Kontaktfläche des ersten Kühlerteils KT1 mit dem Kühlmittel auf, die stiftförmig geformt sind und in den Kühlkanal KK hineinragen. On the underside US1, the first cooler part KT1 has first projections VS1 for enlarging the surface of the underside US1 and thus for enlarging the contact area of the first cooler part KT1 with the coolant, which are pin-shaped and protrude into the cooling channel KK.
Die Form und die Größe des Querschnitts der ersten Vorsprünge VS1 können je nach Anforderung an der Kühlleistung nahezu beliebig gewählt werden. So können die Vorsprünge bspw. eine kreis-, ellipsen-, raupenförmige Querschnittsfläche aufweisen. Darüber hinaus können die Form und/oder die Größe des Querschnitts der ersten Vorsprünge VS1 je nach deren Position in dem Kühlkanal KK variieren. The shape and size of the cross-section of the first projections VS1 can be selected almost arbitrarily depending on the cooling performance requirements. For example, the projections can have a circular, elliptical or caterpillar-shaped cross-sectional area In addition, the shape and/or the size of the cross section of the first projections VS1 can vary depending on their position in the cooling channel KK.
Der zweite Kühlerteil KT2 weist am Rande eine Einlassöffnung EL und eine Auslassöffnung zum Durchleiten des Kühlmittels in den Kühlkanal KK bzw. aus dem Kühlkanal KK auf. The second cooler part KT2 has an inlet opening EL and an outlet opening at the edge for passing the coolant into the cooling channel KK or out of the cooling channel KK.
Der Kühler KL weist ferner ein Kühlereinsatzteil KE aus einem Kunststoff auf, das als ein von den beiden Kühlerteilen KT1 , KT2 separates, zerstörungsfrei aus dem Kühlkanal KK herausnehmbares Einsatzteil in dem Kühlkanal KK eingesetzt ist und über eine zerstörungsfrei trennbare form-, Stoff- oder kraftschlüssige Fügeverbindung, wie z. B. über eine Schnappverbindung, mit dem ersten und/oder dem zweiten Kühlerteil KT1 , KT2 mechanisch verbunden. The cooler KL further comprises a cooler insert part KE made of a plastic, which is inserted into the cooling channel KK as an insert part that is separate from the two cooler parts KT1, KT2 and can be removed from the cooling channel KK without causing any damage, and is mechanically connected to the first and/or the second cooler part KT1, KT2 via a form-fitting, material-fitting or force-fitting joint connection that can be separated without causing any damage, such as a snap connection.
Das Kühlereinsatzteil KE weist eine Oberseite OS2 auf, die der Unterseite US1 des ersten Kühlerteils KT1 zugewandt ist und Vertiefungen VT in Form von Sacklöchern aufweist, in die die zuvor genannten, ersten Vorsprünge VS1 zumindest teilweise hineinragen. The cooler insert part KE has an upper side OS2 which faces the lower side US1 of the first cooler part KT1 and has recesses VT in the form of blind holes into which the aforementioned first projections VS1 at least partially protrude.
Dabei können die Form und/oder die Größe des Querschnitts der jeweiligen Vertiefungen VT der Form bzw. der Größe der jeweiligen korrespondierenden ersten Vorsprünge VS1 angepasst sein. Insb. sind die Vertiefungen VT in der Form, der Größe, speziell der Tiefe, den jeweiligen korrespondierenden ersten Vorsprüngen VS1 derart angepasst, dass sich keine Hohlräume zwischen den jeweiligen ersten Vorsprüngen VS1 einerseits und den jeweiligen korrespondierenden Vertiefungen VT andererseits bilden, die eine Unterströmung der entsprechenden ersten Vorsprünge VS1 durch das Kühlmittel ermöglichen könnten. The shape and/or the size of the cross section of the respective depressions VT can be adapted to the shape or size of the respective corresponding first projections VS1. In particular, the depressions VT are adapted in shape, size, especially depth, to the respective corresponding first projections VS1 in such a way that no cavities form between the respective first projections VS1 on the one hand and the respective corresponding depressions VT on the other hand, which could allow the coolant to flow under the corresponding first projections VS1.
Das erste Kühlerteil KT1 weist an der Unterseite US1 zweite Vorsprünge VS2 auf, die rippen- oder wandförmig gebildet sind und sich bis zu der Oberseite OS2 des Kühlereinsatzteils KE erstrecken. Alternativ oder analog dazu kann das Kühlereinsatzteil KE rippen- oder wandförmige Vorsprünge aufweisen, die sich bis zu der Unterseite US1 des ersten Kühlerteils KT1 erstrecken. Diese zweiten Vorsprünge bilden Kanalzwischenwände des Kühlkanals KK, wodurch der Kühlkanal in mehrere Kanalabschnitte unterteilt wird, die in der Strömungsrichtung SR des Kühlmittels hintereinander liegen und zusammen bspw. einen U-förmigen Verlauf des Kühlkanals mit einem Hin- und einen Rücklauf oder einen mäanderförmigen Verlauf des Kühlkanals bilden. Diese zweiten Vorsprünge VS2 dienen dazu, die Strömung des Kühlmittels entsprechend der Kühlungsanforderung zu lenken bzw. umzulenken, und erhöhen somit die Kühleffizienz. The first cooler part KT1 has second projections VS2 on the underside US1, which are formed in the form of ribs or walls and extend to the top side OS2 of the cooler insert part KE. Alternatively or analogously, the cooler insert part KE can have rib- or wall-shaped projections that extend to the underside US1 of the first cooler part KT1. These second projections form channel partition walls of the cooling channel KK, whereby the cooling channel is divided into several channel sections that lie one behind the other in the flow direction SR of the coolant and together form, for example, a U-shaped course of the cooling channel with a forward and a return flow or a meandering course of the cooling channel. These second projections VS2 serve to direct or redirect the flow of the coolant according to the cooling requirement and thus increase the cooling efficiency.
Darüber hinaus ist die Oberseite OS2 des Kühlereinsatzteils KE uneben ausgeführt und weist somit stellenweise Erhebungen EH auf (siehe Figuren 2B, 2C, 2D und 2E), die in Richtung zur Unterseite US1 des ersten Kühlerteils KT1 ragen und somit den Kühlkanal KK im Bereich der Erhöhungen EH verengt. Diese Erhöhungen EH dienen zur stellenweisen Verengung des Kühlkanals KK entsprechend der Kühlungsanforderung, wodurch der Druckverlust und die Strömungsgeschwindigkeit bei dem durch den Kühlkanal fließenden Kühlmittel in entsprechenden Abschnitten des Kühlkanals KK angepasst werden können. In addition, the top side OS2 of the cooler insert part KE is uneven and thus has elevations EH in places (see Figures 2B, 2C, 2D and 2E) that protrude towards the bottom side US1 of the first cooler part KT1 and thus narrow the cooling channel KK in the area of the elevations EH. These elevations EH serve to narrow the cooling channel KK in places according to the cooling requirement, whereby the pressure loss and the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel can be adjusted in corresponding sections of the cooling channel KK.
An einem Endbereich weist das Kühlereinsatzteil KE eine Aussparung AS auf, die einen Einlass EL oder einen Auslass des Kühlkanals KK zum Ein- bzw. Auslassen des Kühlmittels in den bzw. aus dem Kühlkanal KK bildet. At one end region, the cooler insert part KE has a recess AS which forms an inlet EL or an outlet of the cooling channel KK for the inlet or outlet of the coolant into or from the cooling channel KK.
Figuren 2A, 2B, 2C, 2D und 2E zeigen jeweils in einer schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Kühlereinsatzteil KE eines Kühlers KL gemäß jeweils einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figures 2A, 2B, 2C, 2D and 2E each show, in a schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to an exemplary embodiment of the invention.
Figur 2A zeigt in einer schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Kühlereinsatzteil KE eines Kühlers KL gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figure 2A shows a schematic bird's eye view of a cooler insert part KE of a cooler KL according to an exemplary embodiment of the invention.
Das Kühlereinsatzteil KE ist als ein separates Bauteil aus einem Kunststoff bspw. durch Spritzgießen hergestellt. Das Kühlereinsatzteil KE weist einen Bodenabschnitt BA auf, dessen Oberseite die zuvor beschriebene Oberseite OS2 des Kühlereinsatzteils KE bildet. An der Oberseite des Bodenabschnitts BA weist das Kühlereinsatzteil KE Vertiefungen VT in Form von Sacklöchern auf, die weitgehend über die gesamte Oberfläche verteilt angeordnet sind. The cooler insert part KE is manufactured as a separate component from a plastic, for example by injection molding. The cooler insert part KE has a base section BA, the top of which forms the previously described top side OS2 of the cooler insert part KE. On the top side of the base section BA, the cooler insert part KE has recesses VT in the form of blind holes, which are arranged distributed largely over the entire surface.
Das Kühlereinsatzteil KE weist ferner eine Wandung WD bzw. einen wandförmig gebildeten Seitenabschnitt auf, die bzw. der den Bodenabschnitt BA und somit das Kühlereinsatzteil KE nahezu vollständig kragenförmig um läuft. Die Wandung WD umschließt mit dem Bodenabschnitt BA einen Hohlraum HR, der den Kühlkanal KK des oben beschriebenen Kühlers KL bildet. An einem Eckbereich weist das Kühlereinsatzteil KE eine Aussparung AS auf, wodurch bei dem Bodenabschnitt BA ein Eckstück fehlt und die Wandlung WD in diesem Bereich unterbrochen ist. Diese Aussparung AS bildet einen Einlass EL oder einen Auslass des Kühlkanals KK zum Ein- bzw. Auslassen des Kühlmittels in den bzw. aus dem Hohlraum HR bzw. Kühlkanal KK. The cooler insert part KE also has a wall WD or a wall-shaped side section which runs almost completely around the base section BA and thus the cooler insert part KE in a collar-like manner. The wall WD and the base section BA enclose a cavity HR which forms the cooling channel KK of the cooler KL described above. The cooler insert part KE has a recess AS in one corner area, whereby a corner piece is missing in the base section BA and the transformation WD is interrupted in this area. This recess AS forms an inlet EL or an outlet of the cooling channel KK for the inlet or outlet of the coolant into or from the cavity HR or cooling channel KK.
Figur 2B zeigt in einer weiteren schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Kühlereinsatzteil KE eines Kühlers KL gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figure 2B shows, in a further schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention.
Das in Figur 2B dargestellte Kühlereinsatzteil KE unterscheidet sich von dem Kühlereinsatzteil aus Figur 2A lediglich dadurch, dass die Vertiefungen VT auf der Oberseite des Bodenabschnitts BA nicht über die gesamte Fläche der Oberseite verteilt angeordnet sind, sondern lediglich auf einem begrenzten Bereich direkt neben der Aussparung AS gebildet sind. The cooler insert part KE shown in Figure 2B differs from the cooler insert part of Figure 2A only in that the recesses VT on the upper side of the base section BA are not distributed over the entire surface of the upper side, but are only formed in a limited area directly next to the recess AS.
Figur 2C zeigt in einer weiteren schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Kühlereinsatzteil KE eines Kühlers KL gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figure 2C shows, in a further schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention.
Das in Figur 2C dargestellte Kühlereinsatzteil KE unterscheidet sich von dem Kühlereinsatzteil aus Figur 2A lediglich dadurch, dass dessen Wandung WD nur an zwei gegenüberliegenden Seiten des Bodenabschnitts BA gebildet sind und somit den Hohlraum bzw. den Kühlkanal nur an zwei Seiten umschließt. The cooler insert part KE shown in Figure 2C differs from the cooler insert part of Figure 2A only in that its wall WD is only formed on two opposite sides of the base section BA and thus encloses the cavity or the cooling channel only on two sides.
Figur 2D zeigt in einer weiteren schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Kühlereinsatzteil KE eines Kühlers KL gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figure 2D shows, in a further schematic bird's eye view, a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention.
Das in Figur 2D dargestellte Kühlereinsatzteil KE unterscheidet sich von dem Kühlereinsatzteil aus Figur 2A lediglich dadurch, dass dessen Bodenabschnitt BA Erhebungen EH aufweist, die vom Rest der Oberseite des Bodenabschnitts BA weg in Richtung zum Hohlraum HR und somit in den Kühlkanal hineinragen. Diese Erhebungen EH dienen dazu, den Kühlkanal an entsprechenden Stellen zu verengen und somit den Druckverlust bzw. die Strömungsgeschwindigkeit bei dem durch den Kühlkanal fließenden Kühlmittel anzupassen. Figur 2E zeigt in einer weiteren schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Kühlereinsatzteil KE eines Kühlers KL gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das in Figur 2E dargestellte Kühlereinsatzteil KE unterscheidet sich von dem Kühlereinsatzteil aus Figur 2C lediglich durch die zusätzlichen Erhebungen EH, welche das in Figur 2D dargestellte Kühlereinsatzteil aufweist. The cooler insert part KE shown in Figure 2D differs from the cooler insert part in Figure 2A only in that its base section BA has elevations EH that protrude from the rest of the top side of the base section BA in the direction of the cavity HR and thus into the cooling channel. These elevations EH serve to narrow the cooling channel at appropriate points and thus adjust the pressure loss or the flow rate of the coolant flowing through the cooling channel. Figure 2E shows a further schematic bird's eye view of a cooler insert part KE of a cooler KL according to a further exemplary embodiment of the invention. The cooler insert part KE shown in Figure 2E differs from the cooler insert part from Figure 2C only in the additional elevations EH which the cooler insert part shown in Figure 2D has.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Kühler (KL) zur Kühlung eines Leistungselektronikmoduls (LM), aufweisend: 1 . Cooler (KL) for cooling a power electronics module (LM), comprising:
- ein erstes Kühlerteil (KT1 ) und ein zweites Kühlerteil (KT2), die zusammen einen Kühlkanal (KK) zum Durchleiten eines Kühlmittels umfänglich umschließen; - a first cooler part (KT1) and a second cooler part (KT2), which together circumferentially enclose a cooling channel (KK) for the passage of a coolant;
- wobei das erste Kühlerteil (KT1 ) eine dem Kühlkanal (KK) zugewandte Unterseite (US1 ) und eine der Unterseite (US1 ) abgewandte Oberseite (OS1 ) zur thermischen Kontaktierung des Leistungselektronikmoduls (LM) aufweist; - wherein the first cooler part (KT1) has a bottom side (US1) facing the cooling channel (KK) and a top side (OS1) facing away from the bottom side (US1) for thermal contacting of the power electronics module (LM);
- wobei das erste Kühlerteil (KT1 ) an der Unterseite (US1 ) erste Vorsprünge (VS1 ) zur Vergrößerung der Oberfläche der Unterseite (US1 ) aufweist, die in den Kühlkanal (KK) hineinragen; - wherein the first cooler part (KT1 ) has on the underside (US1 ) first projections (VS1 ) for enlarging the surface of the underside (US1 ) which protrude into the cooling channel (KK);
- ein Kühlereinsatzteil (KE), das in dem Kühlkanal (KK) eingesetzt ist und eine der Unterseite (US1 ) des ersten Kühlerteils (KT1 ) zugewandte Oberseite (OS2) aufweist, die Vertiefungen (VT) aufweist, in die die ersten Vorsprünge (VS1 ) zumindest teilweise hineinragen. - a cooler insert part (KE) which is inserted in the cooling channel (KK) and has an upper side (OS2) facing the underside (US1) of the first cooler part (KT1), which has recesses (VT) into which the first projections (VS1) at least partially protrude.
2. Kühler (KL) nach Anspruch 1 , wobei das Kühlereinsatzteil (KE) zerstörungsfrei aus dem Kühlkanal (KK) herausnehmbar in dem Kühlkanal (KK) eingesetzt ist. 2. Cooler (KL) according to claim 1, wherein the cooler insert part (KE) is inserted into the cooling channel (KK) so as to be removable from the cooling channel (KK) without causing any damage.
3. Kühler (KL) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kühlerteil (KT1 ) aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, und das Kühlereinsatzteil (KE) aus einem Kunststoff besteht. 3. Cooler (KL) according to claim 1 or 2, wherein the first cooler part (KT1) consists of a metal or a metal alloy or aluminum or an aluminum alloy, and the cooler insert part (KE) consists of a plastic.
4. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (VT) am Kühlereinsatzteil (KE) das Kühlereinsatzteil (KE) nicht hindurchdringen. 4. Cooler (KL) according to one of the preceding claims, wherein the recesses (VT) on the cooler insert part (KE) do not penetrate the cooler insert part (KE).
5. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberseite (OS2) des Kühlereinsatzteils (KE) und/oder die Unterseite (US1 ) des ersten Kühlerteils (KT1 ) uneben ausgeführt sind. 5. Cooler (KL) according to one of the preceding claims, wherein the upper side (OS2) of the cooler insert part (KE) and/or the lower side (US1) of the first cooler part (KT1) are uneven.
6. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei - die Oberseite (OS2) des Kühlereinsatzteils (KE) zumindest eine Erhebung (EH) aufweist, die in Richtung zur Unterseite (US1 ) des ersten Kühlerteils (KT1 ) ragt und somit den Kühlkanal (KK) im Bereich der Erhöhung (EH) verengt, und/oder 6. Cooler (KL) according to one of the preceding claims, wherein - the upper side (OS2) of the cooler insert part (KE) has at least one elevation (EH) which projects towards the underside (US1) of the first cooler part (KT1) and thus narrows the cooling channel (KK) in the region of the elevation (EH), and/or
- die Unterseite (US1 ) des ersten Kühlerteils (KT 1 ) zumindest eine weitere Erhebung aufweist, die in Richtung zur Oberseite (OS2) des Kühlereinsatzteils (KE) ragt und somit den Kühlkanal (KK) im Bereich der Erhöhung (EH) verengt. - the underside (US1) of the first cooler part (KT 1) has at least one further elevation which projects in the direction of the upper side (OS2) of the cooler insert part (KE) and thus narrows the cooling channel (KK) in the region of the elevation (EH).
7. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei7. Cooler (KL) according to one of the preceding claims, wherein
- das Kühlereinsatzteil (KE) eine das Kühlereinsatzteil (KE) zumindest teilweise kragenförmig umlaufende Wandung (WD) zum Abdichten des Kühlkanals (KK) in einem Zwischenraum zwischen dem ersten Kühlerteil (KT1 ) und dem Kühlereinsatzteil (KE) aufweist, und/oder - the cooler insert part (KE) has a wall (WD) which at least partially surrounds the cooler insert part (KE) in the form of a collar for sealing the cooling channel (KK) in an intermediate space between the first cooler part (KT1) and the cooler insert part (KE), and/or
- das erste Kühlerteil (KT 1 ) eine das erste Kühlerteil (KT 1 ) zumindest teilweise kragenförmig umlaufende Wandung zum Abdichten des Kühlkanals (KK) in dem Zwischenraum zwischen dem ersten Kühlerteil (KT1 ) und dem Kühlereinsatzteil (KE) aufweist. - the first cooler part (KT 1 ) has a wall which at least partially surrounds the first cooler part (KT 1 ) in the form of a collar for sealing the cooling channel (KK) in the intermediate space between the first cooler part (KT1 ) and the cooler insert part (KE).
8. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kühlereinsatzteil (KE) zumindest eine das Kühlereinsatzteil (KE) hindurchdringende Aussparung (AS) aufweist, die als Einlass oder Auslass zum Ein- oder Auslassen des Kühlmittels in die bzw. aus dem Kühlkanal (KK) zwischen dem ersten Kühlerteil (KT1 ) und dem Kühlereinsatzteil (KE) bildet. 8. Cooler (KL) according to one of the preceding claims, wherein the cooler insert part (KE) has at least one recess (AS) penetrating the cooler insert part (KE), which forms an inlet or outlet for the coolant to enter or exit the cooling channel (KK) between the first cooler part (KT1) and the cooler insert part (KE).
9. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten Vorsprünge (VS1 ) stiftförmig gebildet sind. 9. Cooler (KL) according to one of the preceding claims, wherein the first projections (VS1) are pin-shaped.
10. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Kühlerteil (KT1 ) an der Unterseite (US1 ) mindestens einen zweiten Vorsprung (VS2) aufweist, der sich bis zu der Oberseite (OS2) des Kühlereinsatzteils (KE) erstreckt und einrichtet ist, die Strömung des Kühlmittels zu unterbrechen oder zu lenken oder umzulenken. 10. Cooler (KL) according to one of the preceding claims, wherein the first cooler part (KT1) has at least one second projection (VS2) on the underside (US1), which extends to the upper side (OS2) of the cooler insert part (KE) and is designed to interrupt or direct or redirect the flow of the coolant.
11 . Kühler (KL) nach Anspruch 10, wobei der zweite Vorsprung (VS2) rippen- oder wandförmig gebildet ist. 11. Cooler (KL) according to claim 10, wherein the second projection (VS2) is formed in the shape of a rib or wall.
12. Kühler (KL) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei der zweite Vorsprung (VS2) mit mindestens einem ersten Vorsprung (VS1 ) einstückig gebildet ist. 12. Cooler (KL) according to claim 10 or 11, wherein the second projection (VS2) is formed integrally with at least one first projection (VS1).
13. Kühler (KL) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der zweite Vorsprung (VS2) zwischen zwei benachbarten ersten Vorsprüngen (VS1 ) angeordnet ist und mit diesen zwei benachbarten ersten Vorsprüngen (VS1 ) einstückig gebildet ist. 13. Cooler (KL) according to one of claims 10 to 12, wherein the second projection (VS2) is arranged between two adjacent first projections (VS1) and is formed integrally with these two adjacent first projections (VS1).
14. Leistungselektronikvomchtung (LV), aufweisend: - ein Leistungselektronikmodul (LM); 14. Power electronics device (LV), comprising: - a power electronics module (LM);
- einen Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche;- a cooler (KL) according to one of the preceding claims;
- wobei das Leistungselektronikmodul (LM) auf der Oberseite (OS1 ) des ersten Kühlerteils (KT1 ) des Kühlers (KL) angeordnet ist und mit dem ersten Kühlerteil (KT1 ) thermisch kontaktiert ist. - wherein the power electronics module (LM) is arranged on the top side (OS1) of the first cooler part (KT1) of the cooler (KL) and is in thermal contact with the first cooler part (KT1).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110100585A1 (en) * 2009-11-04 2011-05-05 Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft Cooling apparatus
JP2012069892A (en) * 2010-09-27 2012-04-05 Denso Corp Semiconductor cooler
US20160129792A1 (en) * 2013-11-28 2016-05-12 Fuji Electric Co., Ltd. Method for manufacturing cooler for semiconductor-module, cooler for semiconductor-module, semiconductor-module and electrically-driven vehicle
US20210037678A1 (en) * 2019-07-30 2021-02-04 BRUSA Electronik AG Cooler and cooler body
DE102019219777A1 (en) * 2019-12-17 2021-06-17 Vitesco Technologies Germany Gmbh Cooler, power electrical device with a cooler

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110100585A1 (en) * 2009-11-04 2011-05-05 Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft Cooling apparatus
JP2012069892A (en) * 2010-09-27 2012-04-05 Denso Corp Semiconductor cooler
US20160129792A1 (en) * 2013-11-28 2016-05-12 Fuji Electric Co., Ltd. Method for manufacturing cooler for semiconductor-module, cooler for semiconductor-module, semiconductor-module and electrically-driven vehicle
US20210037678A1 (en) * 2019-07-30 2021-02-04 BRUSA Electronik AG Cooler and cooler body
DE102019219777A1 (en) * 2019-12-17 2021-06-17 Vitesco Technologies Germany Gmbh Cooler, power electrical device with a cooler

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