WO2025002599A1 - Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes fahrzeug - Google Patents

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components
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liquid cooler
voltage box
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PCT/EP2024/053873
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Thomas Schmid
Claudiu-Ioan HUDREA
Cristian CRISTE
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Vitesco Technologies GmbH
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Vitesco Technologies GmbH
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    • 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
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing
    • 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
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • 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

  • High-voltage boxes are installed in electrically powered vehicles, which in particular have a DC-DC converter to provide a low voltage for the 12 V electrical system and an on-board charger that charges the vehicle's high-voltage battery with a mains voltage.
  • These assemblies are arranged in a housing that is typically made of die-cast aluminum.
  • a liquid cooler is often provided for this purpose. This can be arranged centrally within the housing so that both its top and bottom can be used to arrange power components on it.
  • the liquid cooler is made of die-cast aluminum and has very good thermal conductivity.
  • the components of the DC-DC converter are arranged on the bottom of the liquid cooler and the components of the on-board charger on the top.
  • a high-voltage box for an electrically powered vehicle comprising a housing with components of a DC-DC converter and components of an on-board charger arranged therein. Power components of both the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on a first substrate arranged within the housing. Control components of both the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on a second substrate within the housing.
  • components in the high-voltage box are not grouped separately according to their functional assemblies (on-board charger or DC-DC converter), but the components are grouped according to other aspects, in particular according to component type and power loss during operation.
  • the power components of the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on a common power substrate (common power board), while the control components of the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on a common control substrate (common control board).
  • all power components of the DC-DC converter and the on-board charger can be arranged together on the first substrate and all control components of the DC-DC converter and the on-board charger are arranged together on the second substrate.
  • a liquid cooler is arranged in the housing, wherein the first substrate is arranged immediately adjacent to a main surface of the liquid cooler and the second substrate is arranged at a distance from the main surface of the liquid cooler.
  • This embodiment has the advantage that the power substrate, the components of which have an increased cooling requirement, can be arranged directly on the liquid cooler and can thus be cooled particularly effectively.
  • the control components arranged on the second substrate have a lower cooling requirement and therefore do not have to be arranged directly on the liquid cooler.
  • Such an arrangement has the additional advantage that electromechanical components of both the DC-DC converter and the on-board charger arranged on a third substrate can be arranged on the still free main surface of the liquid cooler and can thus also be optimally cooled.
  • electromechanical components of both the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on a third substrate.
  • the electromechanical components are therefore not arranged according to the functional assembly to which they are assigned, but rather depending on their component type and thus also cooling requirements.
  • the components on the third substrate are connected using THT (through hole technology).
  • THT technology is common and proven for electromechanical Components.
  • an overmolded lead frame can be used as the substrate and the components can be connected to the substrate by laser welding.
  • the arrangement of power components, control components and electromechanical components on separate substrates has the further advantage that only one main connection technology is used for each substrate, which considerably simplifies the manufacturing process.
  • a liquid cooler is arranged in the housing, which has a base plate with a first main surface and a second main surface, as well as a cooling channel plate arranged adjacent to the second main surface of the base plate, made of a deep-drawn sheet with a first main surface and a second main surface, wherein the deep-drawn sheet and/or the base plate are shaped such that cooling channels are formed in the deep-drawn sheet between the first main surface of the cooling channel unit and the second main surface of the base plate.
  • the cooling channels can be formed in the deep-drawn sheet and/or the base plate in a deep-drawing process.
  • the second substrate is in thermal contact with the second main surface of the cooling channel plate and is in particular arranged directly on the second main surface.
  • This design has the advantage of providing particularly effective and at the same time space-saving cooling of the power components.
  • the design of the liquid cooler from a deep-drawn sheet instead of a die-cast cooler has the advantage that both weight and installation space can be saved due to the lower material thicknesses.
  • the second substrate is supported on the liquid cooler via bushings and/or bolts.
  • several substrates with arranged components whereby the second substrate is not arranged on the liquid cooler, but is supported on the liquid cooler via bushings and/or bolts.
  • the second substrate thus leaves space on the main surface of the liquid cooler for the arrangement of components with higher cooling requirements.
  • sockets or bolts are positioned in such a way that they extend through the liquid cooler and fix all circuit boards in one position. This means that the number of sockets or bolts required can be kept to a minimum.
  • the base plate has a thickness D of 1.5 mm ⁇ D ⁇ 4 mm and the cooling channel unit has a material thickness d of 0.5 mm ⁇ d ⁇ 2 mm.
  • the thickness D can be approximately 3 mm and the thickness d 1.5 mm.
  • Such dimensions can be easily produced using common deep-drawing processes and provide good heat transfer, and the relatively small thicknesses D, d can result in weight savings.
  • turbulators made of aluminum sheet are arranged in the cooling channels, which ensure a turbulent flow of the coolant through the cooling channels and thus ensure particularly good heat dissipation.
  • the turbulators can be arranged in particular in areas of the cooling channels in which a particularly high heat input occurs due to the power components arranged thereon.
  • the turbulators can in particular be structures made of strips of aluminum sheet that have been deep-drawn into a suitable shape, for example a wave shape. They can be connected to the cooling channel unit and/or the base plate by a brazing process. Embodiments of the invention are described below by way of example with reference to schematic drawings.
  • Figure 1 shows an exploded view of a high-voltage box according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a view of a liquid cooler of the high-voltage box according to Figure 1 from a first side;
  • Figure 3 shows a view of the liquid cooler according to Figure 2 from a second side
  • Figure 4 shows a cross-section through the high-voltage box according to Figure 1 .
  • the high-voltage box 1 has a housing 2 with an upper housing part 3 and a lower housing part 4.
  • Components of a DC-DC converter and an on-board charger are arranged in the housing 2.
  • the components are arranged on several substrates.
  • Components 11 designed as power components of both the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on a first substrate 10.
  • the first substrate 10 is arranged directly adjacent to a liquid cooler 25, since the components 11 have an increased cooling requirement due to their high power loss.
  • the first substrate 10 can in particular be in direct thermal contact with the liquid cooler 25.
  • Control components of both the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on a second substrate 12. These components do not have an increased cooling requirement, so that the second substrate 12 can be arranged at a distance from the liquid cooler 25.
  • the first substrate 10 and the second substrate 12 form a stack, with the first substrate 10 facing the liquid cooler 25.
  • the second substrate 12 is supported by means of bolts 20 or bushings on the liquid cooler 25 and/or the housing 2.
  • the control components arranged on the second substrate 12 are shown in the illustration in Figure 1.
  • the high-voltage box 1 according to Figure 1 also has a third substrate 14, which is arranged on the other side of the liquid cooler 25. Electromechanical components of both the DC-DC converter and the on-board charger, for example transformers, chokes or capacitors, are arranged on the third substrate 14. These components are relatively heavy and are contacted using THT technology.
  • the components on the first substrate 10 and on the second substrate 12 are contacted using SMD technology.
  • Figure 2 shows a view from above of the high-voltage box 1, but the upper housing part 3 has been removed.
  • a first main surface 23 of the liquid cooler 25 which is designed as the top of a base plate 26 made of metal (sheet metal or die-cast).
  • the electromechanical components 15 of the DC-DC converter and the on-board charger are arranged on this first main surface 23. They are contacted via a THT substrate 14.
  • Figure 3 shows a view of the high-voltage box 1 from below, but with the housing base 4 removed.
  • This shows a second main surface 24 of the liquid cooler 25, which in the specific example is formed partly by the exposed base plate 26 and partly by a cooling channel plate 27.
  • the cooling channel plate 27 can in particular be designed as a deep-drawn sheet and connected to the base plate 26 by brazing. Cooling channels (not shown in Figure 3) are formed between the cooling channel plate 27 and the base plate 26.
  • the first substrate 10, on which the components 11 of the DC-DC converter and the on-board charger designed as power components are arranged, is designed as SMD substrate and is in direct contact with the cooling channel plate 27, at least in some areas with particularly high heat loss.
  • the second substrate 12 which is also designed as an SMD substrate, has control components of both the DC-DC converter and the on-board charger and is less extensive than the first substrate 10 in the embodiment shown in Figure 3.
  • Figure 4 shows a sectional view of the high-voltage box 1.
  • the first substrate 10 with the (power) components 11 designed as power semiconductor components the second substrate 12 with (control) components 13 designed as control components
  • the third substrate 14 with the electromechanical components 15 are stacked on top of one another, with the first substrate 10 and the second substrate 12 being arranged below the liquid cooler 25 and the third substrate 14 above the liquid cooler 25.
  • the second substrate 12 and the third substrate 14 are supported on the liquid cooler 25 by means of bolts 20 or bushings.
  • the liquid cooler 25 has the base plate 26 with its first main surface 23 and its second main surface 24 opposite the first main surface 23. Adjacent to the second main surface 24 of the base plate 26 is a cooling channel plate 27 made of a deep-drawn sheet with a first main surface 29 facing the base plate 26 and a second main surface 30. The deep-drawn sheet of the cooling channel plate 27 is shaped such that cooling channels 28 are formed between the first main surface 29 of the cooling channel plate 27 and the second main surface 24 of the base plate 26.
  • Turbulators are provided in the cooling channels 28 to introduce turbulence into the coolant and improve heat transfer.
  • the first substrate 10 is in direct thermal contact with the cooling channel plate 27.
  • the cooling channel plate 27 is connected to the base plate 26 by a brazing process.
  • the brazing can be carried out in particular in a brazing furnace.
  • the turbulators 19 can also be brazed to the cooling channel unit 7 and/or the base plate 26.

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Abstract

Hochvoltbox (1) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, aufweisend ein Gehäuse (2) mit darin angeordneten Komponenten (11, 13, 15) eines Gleichspannungswandlers und Komponenten (11, 13, 15) eines On Board-Laders; wobei auf einem ersten Substrat (10) Leistungskomponenten (11) sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet sind und auf einem zweiten Substrat (12) Steuerkomponenten (13) sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet sind.

Description

Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, aufweisend ein Gehäuse mit darin angeordneten Komponenten eines Gleichspannungswandlers und Komponenten eines On Board-Laders.
In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden Hochvoltboxen verbaut, die insbesondere einen Gleichspannungswandler zur Bereitstellung einer Niederspannung für das 12 V-Bordnetz aufweisen sowie einen On Board-Lader, der die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs mit einer Netzspannung lädt. Diese Baugruppen sind in einem Gehäuse angeordnet, das typischerweise aus Aluminiumdruckguss ausgebildet ist.
Da die Leistungsbauteile im Betrieb hohe Verlustleistungen aufweisen können, besteht der Bedarf an einer wirksamen Kühlung. Dazu ist häufig ein Flüssigkeitskühler vorgesehen. Dieser kann zentral innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, so dass sowohl seine Oberseite als auch seine Unterseite genutzt werden kann, um Leistungsbauteile darauf anzuordnen. Dazu ist der Flüssigkeitskühler aus Aluminiumdruckguss ausgebildet und weist eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit auf. Er wird im Betrieb mit einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durchströmt. Typischerweise sind die Komponenten des Gleichspannungswandlers auf der Unterseite des Flüssigkeitskühlers angeordnet und die Komponenten des On Board-Laders auf der Oberseite.
Es besteht der Bedarf an einer weiteren Einsparung von Bauraum und Gewicht vom Geräten und Baugruppen im Fahrzeug, so auch der Hochvoltbox.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug anzugeben, die besonders kompakt und leicht ist. Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug angegeben, aufweisend ein Gehäuse mit darin angeordneten Komponenten eines Gleichspannungswandlers und Komponenten eines On Board-Laders. Auf einem ersten innerhalb des Gehäuses angeordneten Substrat sind Leistungskomponenten sowohl des Gleichspannungswandlers als auch das On Board-Laders angeordnet. Auf einem zweiten Substrat innerhalb des Gehäuses sind Steuerkomponenten sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet.
Demnach werden Komponenten in der Hochvolt-Box nicht nach ihren funktionellen Baugruppen (On Board-Lader oder Gleichspannungswandler) getrennt gruppiert, sondern die Komponenten werden nach anderen Gesichtspunkten gruppiert, insbesondere nach Bauteiltyp und Verlustleistung im Betrieb. Somit werden die Leistungsbauteile des Gleichspannungswandlers und des On Board-Laders auf einem gemeinsamen Leistungssubstrat (common power board) angeordnet, während die Steuerbauteile des Gleichspannungswandlers und des On Board- Laders auf einem gemeinsamen Steuersubstrat (common control board) angeordnet werden. Insbesondere können alle Leistungskomponenten des Gleichspannungswandlers und des On Board-Laders gemeinsam auf dem ersten Substrat angeordnet und alle Steuerkomponenten des Gleichspannungswandlers und des On Board-Laders sind gemeinsam auf dem zweiten Substrat angeordnet.
Das hat den Vorteil, dass die Anzahl der erforderlichen Substrate reduziert wird. Zudem wird die Anzahl der Leistungs- und Signalanschlüsse reduziert und die Länge von elektrischen Verbindungen zwischen dem Steuersubstrat und dem Leistungssubstrat. Zudem ergibt sich der Vorteil niedrigerer Produktionskosten, da lediglich zwei oder drei Substrate bestückt und verbunden werden müssen. Gemäß einer Ausführungsform sind die Komponenten auf dem ersten Substrat mittels SMD(surface mounted device)-Technologie angebunden. Die Komponenten auf dem zweiten Substrat können insbesondere ebenfalls mittels SMD-Technologie angebunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Gehäuse ein Flüssigkeitskühler angeordnet, wobei das erste Substrat unmittelbar benachbart zu einer Hauptoberfläche des Flüssigkeitskühlers angeordnet ist und das zweite Substrat beabstandet von der Hauptoberfläche des Flüssigkeitskühlers angeordnet ist.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das Leistungssubstrat, dessen Komponenten einen erhöhten Kühlbedarf aufweisen, direkt auf dem Flüssigkeitskühler angeordnet und somit besonders wirksam gekühlt werden kann. Die auf dem zweiten Substrat angeordneten Steuerkomponenten weisen einen geringeren Kühlbedarf auf und müssen damit nicht unmittelbar auf dem Flüssigkeitskühler angeordnet werden.
Eine solche Anordnung hat zusätzlich den Vorteil, dass auf einem dritten Substrat angeordnete elektromechanische Komponenten sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders auf der noch freien Hauptoberfläche des Flüssigkeitskühlers angeordnet werden können und somit ebenfalls optimal gekühlt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform sind demnach auf einem dritten Substrat elektromechanische Komponenten sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet, insbesondere Transformatoren, Drosseln und DC-Link-Kondensatoren. Auch die elektromechanischen Komponenten werden demnach nicht nach der funktionalen Baugruppe, der sie zugeordnet sind, angeordnet, sondern abhängig von ihrem Bauteiltyp und somit auch Kühlbedarf.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Komponenten auf dem dritten Substrat mittels THT(through hole technology, auch Durchsteckmontage)-Technologie angebunden. Die THT-Technologie ist üblich und bewährt für elektromechanische Komponenten. Alternativ kann als Substrat auch ein umspritztes Stanzgitter verwendet werden und die Komponenten mittels Laserschweißen mit dem Substrat verbunden werden.
Die Anordnung von Leistungskomponenten, Steuerkomponenten und elektromechanischen Komponenten auf getrennten Substraten hat weiter den Vorteil, dass für jedes Substrat lediglich eine hauptsächliche Anbindungstechnologie verwendet wird, was den Herstellungsprozess erheblich vereinfacht.
Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Gehäuse ein Flüssigkeitskühler angeordnet, der eine Grundplatte mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche aufweist sowie eine benachbart zur zweiten Hauptoberfläche der Grundplatte angeordnete Kühlkanalplatte aus einem tiefgezogenen Blech mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, wobei das tiefgezogene Blech und/oder die Grundplatte derart geformt sind, dass Kühlkanäle zwischen der ersten Hauptoberfläche der Kühlkanaleinheit und der zweiten Hauptoberfläche der Grundplatte in dem tiefgezogenen Blech ausgebildet sind. Insbesondere können die Kühlkanäle in einem Tiefziehprozess in dem tiefgezogenen Blech und/oder der Grundplatte ausgebildet sein. Das zweite Substrat steht in thermischem Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche der Kühlkanalplatte und ist insbesondere direkt auf der zweiten Hauptoberfläche angeordnet.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine besonders wirksame und gleichzeitig bauraumsparende Kühlung der Leistungskomponenten bereitgestellt wird. Die Ausbildung des Flüssigkeitskühlers aus einem tiefgezogenen Blech anstelle eines Druckgusskühlers hat aufgrund der geringeren Materialstärken den Vorteil, dass sowohl Gewicht als auch Bauraum eingespart werden können.
Gemäß einer Ausführungsform stützt sich das zweite Substrat über Buchsen und/oder Bolzen an dem Flüssigkeitskühler ab. Bei dieser Ausführungsform sind innerhalb des Gehäuses der Hochvolt-Box mehrere Substrate mit darauf angeordneten Komponenten gestapelt, wobei das zweite Substrat nicht auf dem Flüssigkeitskühler angeordnet ist, sondern sich über Buchsen und/oder Bolzen an dem Flüssigkeitskühler abstützt. Damit lässt das zweite Substrat Platz auf der Hauptoberfläche des Flüssigkeitskühlers zur Anordnung von Komponenten mit höherem Kühlbedarf.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn Buchsen oder Bolzen derart positioniert werden, dass sie sich durch den Flüssigkeitskühler erstrecken und alle Leiterplatten an einer Position fixieren. Dadurch kann die Anzahl der notwendigen Buchsen bzw. Bolzen gering gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Grundplatte eine Dicke D auf mit 1 ,5 mm < D < 4 mm und die Kühlkanaleinheit eine Materialstärke d mit 0,5 mm < d < 2 mm. Insbesondere kann die Dicke D etwa 3 mm betragen und die Dicke d 1 ,5 mm.
Derartige Dimensionierungen sind mit gängigen Tiefziehprozessen leicht herstellbar und bilden einen guten Wärmeübergang aus, und durch die verhältnismäßig geringen Dicken D, d kann eine Gewichtseinsparung erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in den Kühlkanälen Turbulatoren aus Aluminiumblech angeordnet sind, die für einen turbulenten Strom der Kühlflüssigkeit durch die Kühlkanäle und somit für eine besonders gute Wärmeabfuhr sorgen. Die Turbulatoren können insbesondere in Bereichen der Kühlkanäle angeordnet sein, in denen aufgrund der darauf angeordneten Leistungskomponenten ein besonders hoher Wärmeeintrag erfolgt.
Bei den Turbulatoren kann es sich insbesondere um Strukturen aus Streifen von Aluminiumblech handeln, die in einem Tiefziehprozess in eine geeignete Form, beispielsweise in eine Wellenform, gebracht wurden. Sie können durch einen Hartlötprozess mit der Kühlkanaleinheit und/oder der Grundplatte verbunden werden. Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Hochvolt-Box gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 zeigt eine Sicht auf einen Flüssigkeitskühler der Hochvolt-Box gemäß Figur 1 von einer ersten Seite aus;
Figur 3 zeigt eine Sicht auf den Flüssigkeitskühler gemäß Figur 2 von einer zweiten Seite aus und
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch die Hochvolt-Box gemäß Figur 1 .
Die Hochvolt-Box 1 gemäß Figur 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Gehäuseoberteil 3 und einem Gehäuseunterteil 4 auf. In dem Gehäuse 2 sind Komponenten eines Gleichspannungswandlers sowie eines On Board-Laders angeordnet. Die Komponenten sind auf mehreren Substraten angeordnet. Auf einem ersten Substrat 10 sind als Leistungskomponenten ausgebildete Komponenten 11 sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board- Laders angeordnet. Das erste Substrat 10 ist unmittelbar benachbart zu einem Flüssigkeitskühler 25 angeordnet, da die Komponenten 11 aufgrund ihrer hohen Verlustleistung einen erhöhten Kühlbedarf haben. Das erste Substrat 10 kann insbesondere in einem direkten thermischen Kontakt mit dem Flüssigkeitskühler 25 stehen.
Auf einem zweiten Substrat 12 sind Steuerkomponenten sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet. Diese Komponenten haben keinen erhöhten Kühlbedarf, sodass das zweite Substrat 12 beabstandet von dem Flüssigkeitskühler 25 angeordnet werden kann. Das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 12 bilden einen Stapel, wobei das erste Substrat 10 dem Flüssigkeitskühler 25 zugewandt ist. Das zweite Substrat 12 stützt sich mittels Bolzen 20 oder Buchsen an dem Flüssigkeitskühler 25 und/oder dem Gehäuse 2 ab. Die auf dem zweiten Substrat 12 angeordneten Steuerkomponenten sind in der Darstellung der Figur 1 gezeigt.
Die Hochvolt-Box 1 gemäß Figur 1 weist auch ein drittes Substrat 14 auf, das auf der anderen Seite des Flüssigkeitskühlers 25 angeordnet ist. Auf dem dritten Substrat 14 sind elektromechanische Komponenten sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet, beispielsweise Transformatoren, Drosseln oder Kondensatoren. Diese Komponenten weisen ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf und werden mittels THT-Technologie kontaktiert.
Die Komponenten auf dem ersten Substrat 10 und auf dem zweiten Substrat 12 sind mittels SMD-Technologie kontaktiert.
Figur 2 zeigt eine Sicht von oben auf die Hochvolt-Box 1 , wobei jedoch das Gehäuseoberteil 3 entfernt wurde. In dieser Darstellung blickt man auf eine erste Hauptoberfläche 23 des Flüssigkeitskühlers 25, die als Oberseite einer Grundplatte 26 aus Metall (Blech oder druckgegossen) ausgebildet ist. Auf dieser ersten Hauptoberfläche 23 sind die elektromechanischen Komponenten 15 des Gleichspannungswandlers und des On Board-Laders angeordnet. Sie werden über ein THT-Substrat 14 kontaktiert.
Figur 3 zeigt eine Sicht auf die Hochvolt-Box 1 von unten, wobei jedoch das Gehäuseunterteil 4 entfernt wurde. Dabei blickt man auf eine zweite Hauptoberfläche 24 des Flüssigkeitskühlers 25, die im konkreten Beispiel teilweise durch die freiliegende Grundplatte 26 und teilweise durch eine Kühlkanalplatte 27 gebildet ist. Die Kühlkanalplatte 27 kann insbesondere als tiefgezogenes Blech ausgebildet und mit der Grundplatte 26 durch Hartlöten verbunden sein. Zwischen der Kühlkanalplatte 27 und der Grundplatte 26 sind in Figur 3 nicht gezeigte Kühlkanäle ausgebildet. Das erste Substrat 10, auf dem die als Leistungskomponenten ausgebildeten Komponenten 11 des Gleichspannungswandlers und des On Board-Laders angeordnet sind, ist als SMD-Substrat ausgebildet und steht zumindest in manchen Bereichen mit besonders hoher Verlustwärme in direktem Kontakt mit der Kühlkanalplatte 27.
Das zweite Substrat 12, das ebenfalls als SMD-Substrat ausgebildet ist, weist Steuerkomponenten sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders auf und ist in der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform weniger ausgedehnt als das erste Substrat 10.
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht der Hochvolt-Box 1 . In der Schnittansicht ist erkennbar, dass das erste Substrat 10 mit den als Leistungshalbleiterbauteile ausgebildeten (Leistungs)Komponenten 11 , das zweite Substrat 12 mit als Steuerbauteile ausgebildeten (Steuer)Komponenten 13, und das dritte Substrat 14 mit den elektromechanischen Komponenten 15 übereinandergestapelt sind, wobei das erste Substrat 10 und das zweite Substrat 12 unterhalb des Flüssigkeitskühlers 25 angeordnet sind und das dritte Substrat 14 oberhalb des Flüssigkeitskühlers 25. Das zweite Substrat 12 und das dritte Substrat 14 werden mittels Bolzen 20 oder Buchsen an dem Flüssigkeitskühler 25 abgestützt.
Der Flüssigkeitskühler 25 weist die Grundplatte 26 mit ihrer ersten Hauptoberfläche 23 und ihrer der ersten Hauptoberfläche 23 gegenüber liegenden zweiten Hauptoberfläche 24 auf. Benachbart zur zweiten Hauptoberfläche 24 der Grundplatte 26 ist eine Kühlkanalplatte 27 aus einem tiefgezogenen Blech mit einer der Grundplatte 26 zugewandten ersten Hauptoberfläche 29 und einer zweiten Hauptoberfläche 30 angeordnet. Das tiefgezogene Blech der Kühlkanalplatte 27 ist derart geformt, dass Kühlkanäle 28 zwischen der ersten Hauptoberfläche 29 der Kühlkanalplatte 27 und der zweiten Hauptoberfläche 24 der Grundplatte 26 ausgebildet sind.
In den Kühlkanälen 28 sind nicht gezeigte Turbulatoren vorgesehen, um Turbulenzen in das Kühlmittel einzubringen und den Wärmeübergang zu verbessern. In den Bereichen der Kühlkanäle 28 steht das erste Substrat 10 in direktem, thermischen Kontakt mit der Kühlkanalplatte 27. Die Kühlkanalplatte 27 ist mit der Grundplatte 26 durch einen Hartlötprozess verbunden. Das Hartlöten kann insbesondere in einem Hartlötofen erfolgen. Dabei können auch die Turbulatoren 19 mit der Kühlkanaleinheit 7 und/oder der Grundplatte 26 verlötet werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Hochvoltbox (1 ) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, aufweisend ein Gehäuse (2) mit darin angeordneten Komponenten (11 , 13, 15) eines Gleichspannungswandlers und Komponenten (11 , 13, 15) eines On Board-Laders; wobei auf einem ersten Substrat (10) Leistungskomponenten (11 ) sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet sind und auf einem zweiten Substrat (12) Steuerkomponenten (13) sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet sind.
2. Hochvoltbox (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Komponenten (11 ) auf dem ersten Substrat (10) mittels SMD- Technologie angebunden sind.
3. Hochvoltbox (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Komponenten (13) auf dem zweiten Substrat (12) mittels SMD- Technologie angebunden sind.
4. Hochvoltbox (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Gehäuse (2) ein Flüssigkeitskühler (25) angeordnet ist, wobei das erste Substrat (10) unmittelbar benachbart zu einer Hauptoberfläche (24) des Flüssigkeitskühlers (25) angeordnet ist und das zweite Substrat (12) beabstandet von der Hauptoberfläche (24) des Flüssigkeitskühlers (25) angeordnet ist.
5. Hochvoltbox (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei auf einem dritten Substrat (14) elektromechanische Komponenten (15) sowohl des Gleichspannungswandlers als auch des On Board-Laders angeordnet sind.
6. Hochvoltbox (1 ) nach Anspruch 5, wobei die elektromechanischen Komponenten (15) auf dem dritten Substrat (14) mittels THT-Technologie oder mittels Laserschweißen angebunden sind.
7. Hochvoltbox (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, wobei im Gehäuse (2) ein Flüssigkeitskühler (25) angeordnet ist, wobei das dritte Substrat (14) unmittelbar benachbart zu einer Hauptoberfläche (23) des Flüssigkeitskühlers (25) angeordnet ist.
8. Hochvoltbox (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Gehäuse (2) ein Flüssigkeitskühler (25) angeordnet ist, aufweisend
- eine Grundplatte (26) mit einer ersten Hauptoberfläche (23) und einer der ersten Hauptoberfläche (23) gegenüber liegenden zweiten Hauptoberfläche (24) sowie
- eine benachbart zur zweiten Hauptoberfläche (24) der Grundplatte (26) angeordnete Kühlkanalplatte (27) aus einem tiefgezogenen Blech mit einer ersten Hauptoberfläche (29) und einer zweiten Hauptoberfläche (30), wobei das tiefgezogene Blech und/oder die Grundplatte (26) derart geformt sind, dass Kühlkanäle (28) zwischen der ersten Hauptoberfläche (29) der Kühlkanalplatte (27) und der zweiten Hauptoberfläche (24) der Grundplatte (26) ausgebildet sind, und wobei das erste Substrat (10) in thermischem Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche der Kühlkanalplatte (27) steht.
9. Hochvoltbox (1 ) nach Anspruch 3, wobei das zweite Substrat (12) sich über Buchsen und/oder Bolzen (20) an dem Flüssigkeitskühler abstützt.
10. Hochvoltbox nach Anspruch 9, wobei Buchsen und/oder Bolzen (20) derart positioniert sind, dass sie sich durch den Flüssigkeitskühler (25) erstrecken und Substrate (10, 12, 14) unterhalb und oberhalb des Flüssigkeitskühlers (25) gemeinsam an einer Position fixieren.
11 . Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Hochvoltbox (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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