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EP3794915A1 - Power converter device for a vehicle, and vehicle - Google Patents

Power converter device for a vehicle, and vehicle

Info

Publication number
EP3794915A1
EP3794915A1 EP19725048.3A EP19725048A EP3794915A1 EP 3794915 A1 EP3794915 A1 EP 3794915A1 EP 19725048 A EP19725048 A EP 19725048A EP 3794915 A1 EP3794915 A1 EP 3794915A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
busbar
converter device
heat
cooling structure
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19725048.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Hoyler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo Siemens eAutomotive 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 Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP3794915A1 publication Critical patent/EP3794915A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • 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
    • H05K7/14—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

Definitions

  • the present invention relates to a power converter device for a vehicle, comprising a cooling structure through which a cooling medium can flow and an intermediate circuit capacitor having a busbar arrangement.
  • the invention relates to a vehicle.
  • Such a power converter device for a vehicle is known from US 2012/0250384 A1, which discloses an inverter device having a plurality of switching devices, a capacitor that smoothes DC power, and a base plate. On a component placing surface of the base plate, the plurality of switching components are placed, with heat dissipating fins provided on the side of the base plate opposite to the component placing surface.
  • the capacitor has a capacitor component and capacitor busbars that are cast in a housing region of the capacitor.
  • the condenser is cooled by wind.
  • Cooling of a DC link capacitor by airstream is not possible, however, if the converter device is encapsulated by environmental influences in the vehicle.
  • the heat dissipation behavior of such a capacitor is in need of improvement, since poor heat removal at high power requirements can lead to overheating and thus thermal failure of the DC link capacitor.
  • the invention is therefore based on the object, an improved cooling an intermediate circuit capacitor in a power converter device for a vehicle to indicate.
  • a power converter device of the type mentioned wherein the busbar assembly at least is partially connected via a heat conduction thermally conductive to the cooling structure for heat dissipation from the DC link capacitor.
  • the invention is based on the finding that conventional DC link capacitors have only a poor thermal connection to the cooling medium, with added additional thermal insulation by the potting compound, in particular in potted DC link capacitors.
  • the invention proposes to thermally connect the busbar arrangement of the intermediate circuit capacitor to the cooling structure via the heat conduction means in order to ensure the typically good thermal conductivity of the busbar arrangement for dissipating heat which arises due to the flow of current through the busbar arrangement and Heat from the interior of the DC link capacitor to use.
  • the heat is therefore guided from the point at which it arises via the heat conducting means to the cooling structure, instead of cooling the intermediate circuit capacitor only from the outside, as in conventional converter devices.
  • the heat conducting means is a thermal paste, by means of which the busbar arrangement is connected directly to the cooling structure.
  • the busbar arrangement is connected directly to the cooling structure.
  • the heat-conducting means comprises a heat-conducting plate, via which the busbar arrangement can be connected to the cooling structure.
  • the heat conducting plate is preferably formed of metal.
  • the heat-conducting medium can comprise a heat-conducting paste, which is arranged between the busbar arrangement and the heat-conducting plate and / or between the heat-conducting plate and the cooling structure.
  • the busbar assembly comprises an insulating means, via which the busbar assembly is electrically isolated from the heat conducting.
  • the insulating means is preferably formed from an insulating film.
  • the busbar arrangement may have at least one busbar element with a first busbar section extending in a spatial direction, on which the heat conducting means is arranged, and a second busbar section extending in another spatial direction.
  • the first busbar section can thus run parallel to a cooling structure-side surface to which the busbar arrangement is thermally connected.
  • the second busbar section preferably extends perpendicularly to the first busbar section and in particular is contacted with other components of the electrical power converter device.
  • a, in particular curved, connecting section can be provided between the first busbar section and the second busbar section.
  • the second busbar section and / or the connecting section do not touch the cooling structure and / or the heat conduction structure.
  • the cooling structure may have a through opening into or through which the second busbar section extends.
  • the DC link capacitor can be a housing and a capacitor structure that at least partially accommodated in the housing and electrically contacted with the busbar arrangement.
  • the capacitor structure is formed, for example, from one or more windings, in particular film windings.
  • the heat-conducting means and a portion of the busbar arrangement connected to the heat-conducting means can be arranged outside the housing.
  • the capacitor structure can protrude out of the opening.
  • the cooling structure then expediently has a recess into which the busbar arrangement and the capacitor structure protrude.
  • the capacitor structure may be potted.
  • the busbar assembly and the capacitor structure and a not directly connected to the busbar assembly portion of the heat conduction in the housing may be potted.
  • the first busbar section is completely potted.
  • the heat conduction can be substantially flush with an edge surface of the housing.
  • the housing is attached to the cooling structure. This is done, for example, by means of a flange connection.
  • the power converter device according to the invention can have a power unit which is arranged on a side of the cooling structure opposite the housing.
  • the cooling structure forms a converter housing which houses the power unit.
  • at least one cooling channel for a cooling fluid is formed as a cooling medium in the cooling structure.
  • the cooling fluid in particular a cooling fluid, thus advantageously allows a particularly high heat dissipation.
  • the at least one cooling channel may be part of a closed cooling circuit.
  • the invention relates to a vehicle, in particular electric vehicle or hybrid vehicle, comprising an electric machine for driving the vehicle and a power converter device according to the invention for supplying the electric machine.
  • FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the inventive converter device
  • FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the power converter device according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic diagram of an embodiment of the vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a power converter device 1, comprising a cooling structure 2 through which a cooling medium flows, and an intermediate circuit capacitor 3 with a busbar arrangement 4, which conducts thermal conduction in sections via a heat conducting means 5 the cooling structure 2 for heat dissipation from the DC link capacitor 3 is connected.
  • the heat-conducting means 5 is a heat-conducting paste 6, by means of which the busbar arrangement 4 is bonded directly to the cooling structure.
  • the busbar arrangement 4 has an insulation means 7 in the form of an insulating film, via which the busbar arrangement 4 is electrically insulated from heat conducting means 5.
  • the busbar arrangement 4 has two busbar elements 8, 9 which each have a first busbar section 10 extending in a spatial direction x, a second busbar section 11 extending in a spatial direction z and a connecting section 12 connecting the busbar sections 10, 11 having a rounded shape.
  • the heat conducting means 5 and is arranged flat on the first busbar section 10. Both extend in an xy plane.
  • the heat conducting medium rests directly on the insulating means 7. In this case, the second busbar section 11 neither touches the cooling structure 2 nor the heat-conducting means 5 and is guided through a passage opening 13 of the cooling structure 2.
  • the intermediate circuit capacitor 3 has a housing 14 and two capacitor structures 15, 16 in the form of foil windings.
  • the busbar elements 8, 9 contact the same pole of a respective capacitor structure 15,
  • busbar elements 8, 17 on the one hand and the busbar elements 9, 18 on the other hand are insulated from each other and fastened to each other by means of a screw 19.
  • the capacitor structures 15, 16 protrude out of the housing 14 or its opening, so that the busbar arrangement 4, the Heat conducting 6 and the insulating means 7 are arranged outside the housing 14 are net.
  • a frame 20 is further arranged, which also protrudes from the opening.
  • a recess 21 is provided in the cooling structure 2, into which the capacitor structures 15, 16 and the frame 20 extend.
  • the volume delimited by the housing 14 and the frame 20 is potted with a potting compound 22, which is also perpendicular to the planar surface Connection to the heat conducting 6 (here in an xz plane) lying sections in the first busbar section 10 engages.
  • the power converter device 1 further has a power switching element arrangements 23, 24 comprising a power unit 25, which is arranged on a side of the cooling structure 2 opposite the housing 14.
  • the cooling structure 2 also forms part of a converter housing and is penetrated by a plurality of cooling channels, not shown, through which a cooling fluid flows as cooling medium.
  • the cooling channels are part of a closed cooling circuit for cooling both the power unit 25 and the intermediate circuit capacitor.
  • Fig. 2 is a sectional view of a second embodiment of a power conversion device 1, wherein only an area around the intermediate circuit capacitor 3 is shown and further parts of the power conversion device 1 are formed as in the first embodiment.
  • the second embodiment differs from the first exemplary embodiment initially in that the heat conducting means 5 additionally comprises a heat conducting plate 26 made of metal, wherein a layer of the thermal paste 6 between the busbar assembly 4 and the heat conducting plate 26 and a layer of thermal paste 6 between the heat conducting 26 and the cooling structure 2 are arranged. Furthermore, the first busbar section 10, the connecting section 12, the insulating means 7 and the heat-conducting plate 26 are located within the housing 14. An edge surface 27 of the opening of the housing 14 terminates flush with the heat-conducting plate 26. On the frame 22 and the Recess 21 is omitted. The volume bounded by the housing 14 is potted with the potting compound 22, which also encloses sections in the heat-conducting plate 26 lying perpendicular to the planar connection to the first busbar section 10 (here in the xz-plane).
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of a vehicle 28, including an electric machine 29 configured to drive the vehicle 28, and a power conversion device 1 according to any of the previously described embodiments.
  • the power converter device 1 is configured to supply the electric machine 29 electrically, wherein by means of the power converter device 1, a DC voltage provided by a floconvoltage battery 30 can be converted into a multi-phase AC voltage.
  • the vehicle 28 is accordingly an electric vehicle or a flybridge vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Power converter device (1) for a vehicle (28), comprising a cooling structure (2) through which a cooling medium can flow and an intermediate circuit capacitor (3) with a busbar arrangement (4), wherein the busbar arrangement (4) is thermally conductively connected to the cooling structure (2) for the purpose of dissipating heat from the intermediate circuit capacitor (3) at least in sections by means of a heat-conducting means (5).

Description

Stromrichtereinrichtung für ein Fahrzeug und Fahrzeug  Power conversion device for a vehicle and vehicle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrichtereinrichtung für ein Fahrzeug, umfassend eine durch ein Kühlmedium durchströmbare Kühlstruktur und einen Zwischenkreiskondensator mit einer Stromschienenanordnung. Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrzeug. The present invention relates to a power converter device for a vehicle, comprising a cooling structure through which a cooling medium can flow and an intermediate circuit capacitor having a busbar arrangement. In addition, the invention relates to a vehicle.
Eine solche Stromrichtereinrichtung für ein Fahrzeug ist aus der Druckschrift US 2012/0250384 A1 bekannt, die eine Wechselrichtervorrichtung mit einer Mehr- zahl von Schaltbauteilen, einem Kondensator, der DC-Leistung glättet, und einer Basisplatte offenbart. Auf einer Bauteilplatzierungsfläche der Basisplatte ist die Mehrzahl von Schaltbauteilen platziert, wobei Wärmeableitlamellen auf der Seite der Basisplatte bereitgestellt sind, die der Bauteilplatzierungsfläche gegenüber- liegt. Der Kondensator weist ein Kondensatorbauteil und Kondensator-Sammel- schienen auf, die in einem Gehäusebereich des Kondensators vergossen sind.Such a power converter device for a vehicle is known from US 2012/0250384 A1, which discloses an inverter device having a plurality of switching devices, a capacitor that smoothes DC power, and a base plate. On a component placing surface of the base plate, the plurality of switching components are placed, with heat dissipating fins provided on the side of the base plate opposite to the component placing surface. The capacitor has a capacitor component and capacitor busbars that are cast in a housing region of the capacitor.
Der Kondensator wird durch Fahrtwind gekühlt. The condenser is cooled by wind.
Eine Kühlung eines Zwischenkreiskondensators durch Fahrtwind ist jedoch nicht möglich, wenn die Stromrichtereinrichtung von Umgebungseinflüssen gekapselt im Fahrzeug angeordnet ist. Außerdem ist das Wärmeabfuhrverhalten eines solchen Kondensators verbesserungswürdig, da eine schlechte Wärmeabfuhr bei hohen Leistungsanforderungen zur Überhitzung und somit zum thermischen Versagen des Zwischenkreiskondensators führen kann. Cooling of a DC link capacitor by airstream is not possible, however, if the converter device is encapsulated by environmental influences in the vehicle. In addition, the heat dissipation behavior of such a capacitor is in need of improvement, since poor heat removal at high power requirements can lead to overheating and thus thermal failure of the DC link capacitor.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlung eines Zwischenkreiskondensators in einer Stromrichtereinrichtung für ein Fahrzeug an- zugeben. The invention is therefore based on the object, an improved cooling an intermediate circuit capacitor in a power converter device for a vehicle to indicate.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Stromrichtereinrichtung der eingangs genannten Art, wobei die Stromschienenanordnung zumindest abschnittsweise über ein Wärmeleitmittel thermisch leitfähig an die Kühlstruktur zur Wärmeabfuhr aus dem Zwischenkreiskondensator angebunden ist. This object is achieved by a power converter device of the type mentioned, wherein the busbar assembly at least is partially connected via a heat conduction thermally conductive to the cooling structure for heat dissipation from the DC link capacitor.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass herkömmliche Zwischenkreiskon- densatoren nur eine schlechte thermische Anbindung an das Kühlmedium aufwei- sen, wobei insbesondere bei vergossenen Zwischenkreiskondensatoren eine zu- sätzliche thermische Isolierung durch die Vergussmasse hinzukommt. Die Erfin- dung schlägt dazu vor, die Stromschienenanordnung des Zwischenkreiskondensa- tors thermisch über das Wärmeleitmittel an die Kühlstruktur anzubinden, um die typischerweise gute thermische Leitfähigkeit der Stromschienenanordnung für eine Abfuhr von Wärme, die durch den Stromfluss durch die Stromschienenanord- nung entsteht, und von Wärme aus dem Inneren des Zwischenkreiskondensators zu nutzen. The invention is based on the finding that conventional DC link capacitors have only a poor thermal connection to the cooling medium, with added additional thermal insulation by the potting compound, in particular in potted DC link capacitors. The invention proposes to thermally connect the busbar arrangement of the intermediate circuit capacitor to the cooling structure via the heat conduction means in order to ensure the typically good thermal conductivity of the busbar arrangement for dissipating heat which arises due to the flow of current through the busbar arrangement and Heat from the interior of the DC link capacitor to use.
Vorteilhafterweise wird die Wärme mithin von der Stelle, an der sie entsteht, über das Wärmeleitmittel an die Kühlstruktur geführt, anstatt den Zwischenkreiskonden- sator wie bei herkömmlichen Stromrichtereinrichtungen nur von außen zu kühlen. Dies verbessert das Wärmeabfuhrverhalten des Zwischenkreiskondensators er- heblich und eröffnet dessen Verwendung in Hochleistungs- und Hochtemperatur- anwendungen bzw. verlängert seine Lebensdauer in solchen Anwendungen. Advantageously, the heat is therefore guided from the point at which it arises via the heat conducting means to the cooling structure, instead of cooling the intermediate circuit capacitor only from the outside, as in conventional converter devices. This considerably improves the heat removal behavior of the DC link capacitor and opens up its use in high-performance and high-temperature applications or extends its service life in such applications.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung ist das Wärmeleitmittel eine Wärmeleitpaste, mittels wel- cher die Stromschienenanordnung unmittelbar an die Kühlstruktur angebunden ist. Auf diese Weise lässt sich ein besonders kurzer Wärmeübertragungspfad zwi- schen der Stromschienenanordnung und der Kühlstruktur realisieren, da lediglich die als Gap Filler dienende Wärmeleitpaste als Wärmeleitmittel zum Einsatz kommt. According to a first preferred embodiment of the power converter device according to the invention, the heat conducting means is a thermal paste, by means of which the busbar arrangement is connected directly to the cooling structure. In this way, a particularly short heat transfer path between the busbar arrangement and the cooling structure can be realized, since only the heat-conducting paste serving as gap filler is used as heat-conducting means.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeleitmittel eine Wärmeleitplatte, über die die Stromschienenanordnung an die Kühlstruktur angebunden sein kann. Durch die Wärmeleitplatte können vorteilhafterweise konstruktionsbedingte Abstände zwischen der Stromschienenanordnung und der Kühlstruktur überbrückt werden. Die Wärmeleitplatte ist bevorzugt aus Metall ge- bildet. Selbstverständlich kann das Wärmeleitmittel auch in diesem Fall eine Wär- meleitpaste umfassen, welche zwischen der Stromschienenanordnung und der Wärmeleitplatte und/oder zwischen der Wärmeleitplatte und der Kühlstruktur an- geordnet ist. According to a second preferred embodiment, the heat-conducting means comprises a heat-conducting plate, via which the busbar arrangement can be connected to the cooling structure. By the heat conduction can advantageously construction-related distances between the busbar assembly and the cooling structure are bridged. The heat conducting plate is preferably formed of metal. Of course, in this case too, the heat-conducting medium can comprise a heat-conducting paste, which is arranged between the busbar arrangement and the heat-conducting plate and / or between the heat-conducting plate and the cooling structure.
Bei der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung kann ferner mit Vorteil vorge- sehen sein, dass die Stromschienenanordnung ein Isolationsmittel aufweist, über welches die Stromschienenanordnung elektrisch vom Wärmeleitmittel isoliert ist. So kann eine hinreichende elektrische Isolierung, wie sie auch bei herkömmlichen vergossenen Stromschienenanordnungen gegeben ist, ermöglicht werden. Das Isolationsmittel ist bevorzugt aus einer Isolationsfolie gebildet. In the power converter device according to the invention may also be advantageously provided that the busbar assembly comprises an insulating means, via which the busbar assembly is electrically isolated from the heat conducting. Thus, a sufficient electrical insulation, as is also the case with conventional molded busbar arrangements, can be made possible. The insulating means is preferably formed from an insulating film.
Die Stromschienenanordnung kann wenigstens ein Stromschienenelement mit ei- nem sich in eine Raumrichtung erstreckenden ersten Stromschienenabschnitt, an dem das Wärmeleitmittel angeordnet ist, und einen sich in einer anderen Raum- richtung erstreckenden zweiten Stromschienenabschnitt aufweisen. Der erste Stromschienenabschnitt kann somit parallel zu einer kühlstrukturseitigen Oberflä- che, an welche die Stromschienenanordnung thermisch angebunden ist, verlau- fen. Der zweite Stromschienenabschnitt erstreckt sich bevorzugt senkrecht zum ersten Stromschienenabschnitt und ist insbesondere elektrischen mit anderen Komponenten der Stromrichtereinrichtung kontaktiert. Zwischen dem ersten Stromschienenabschnitt und dem zweiten Stromschienenabschnitt kann ein, ins- besondere gebogener, Verbindungabschnitt vorgesehen sein. Typischerweise be- rühren der zweite Stromschienenabschnitt und/oder der Verbindungsabschnitt nicht die Kühlstruktur und/oder die Wärmeleitstruktur. Darüber hinaus kann die Kühlstruktur eine Durchgangsöffnung aufweisen, in oder durch die sich der zweite Stromschienenabschnitt erstreckt. The busbar arrangement may have at least one busbar element with a first busbar section extending in a spatial direction, on which the heat conducting means is arranged, and a second busbar section extending in another spatial direction. The first busbar section can thus run parallel to a cooling structure-side surface to which the busbar arrangement is thermally connected. The second busbar section preferably extends perpendicularly to the first busbar section and in particular is contacted with other components of the electrical power converter device. Between the first busbar section and the second busbar section, a, in particular curved, connecting section can be provided. Typically, the second busbar section and / or the connecting section do not touch the cooling structure and / or the heat conduction structure. In addition, the cooling structure may have a through opening into or through which the second busbar section extends.
Bei der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung kann der Zwischenkreiskon- densator ein Gehäuse und eine Kondensatorstruktur, die zumindest abschnittsweise in dem Gehäuse aufgenommen und mit der Stromschienenanord- nung elektrisch kontaktiert ist, aufweisen. Die Kondensatorstruktur ist beispiels- weise aus einem oder mehreren Wickeln, insbesondere Folienwickeln, gebildet. In the power converter device according to the invention, the DC link capacitor can be a housing and a capacitor structure that at least partially accommodated in the housing and electrically contacted with the busbar arrangement. The capacitor structure is formed, for example, from one or more windings, in particular film windings.
Insbesondere bei der ersten bevorzugten Ausführungsform können das Wärme- leitmittel und ein an das Wärmeleitmittel angebundener Abschnitt der Stromschie- nenanordnung außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Dabei kann die Kon- densatorstruktur aus der Öffnung herausragen. Die Kühlstruktur weist dann zweckmäßigerweise eine Ausnehmung auf, in welche die Stromschienenanord- nung und die Kondensatorstruktur hineinragen. In diesem Fall kann die Kondensa- torstruktur vergossen sein. Die mechanisch vorteilhaften Eigenschaften vergosse- ner Zwischenkreiskondensatoren, wie eine gute elektrische Isolierung und hohe Beständigkeit gegenüber klimatischen Bedingungen, beispielsweise einer hohen Luftfeuchtigkeit, können so auch mit der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrich- tung erzielt werden. In particular, in the first preferred embodiment, the heat-conducting means and a portion of the busbar arrangement connected to the heat-conducting means can be arranged outside the housing. In this case, the capacitor structure can protrude out of the opening. The cooling structure then expediently has a recess into which the busbar arrangement and the capacitor structure protrude. In this case, the capacitor structure may be potted. The mechanically advantageous properties of vergkreis- ner DC link capacitors, such as a good electrical insulation and high resistance to climatic conditions, such as a high humidity, can also be achieved with the power converter device according to the invention.
Insbesondere im Hinblick auf die zweite bevorzugte Ausführungsform können die Stromschienenanordnung und die Kondensatorstruktur und ein nicht unmittelbar an die Stromschienenanordnung angebundener Abschnitt des Wärmeleitmittels im Gehäuse vergossen sein. Bevorzugt ist der erste Stromschienenabschnitt vollstän- dig vergossen. Dabei kann das Wärmeleitmittel im Wesentlichen bündig mit einer Randfläche des Gehäuses abschließen. In particular, with regard to the second preferred embodiment, the busbar assembly and the capacitor structure and a not directly connected to the busbar assembly portion of the heat conduction in the housing may be potted. Preferably, the first busbar section is completely potted. In this case, the heat conduction can be substantially flush with an edge surface of the housing.
Bevorzugt ist das Gehäuse an der Kühlstruktur befestigt. Dies erfolgt beispiels- weise mittels einer Flanschverbindung. Preferably, the housing is attached to the cooling structure. This is done, for example, by means of a flange connection.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Stromrichtereinrichtung eine Leistungsein- heit aufweisen, die auf einer dem Gehäuse gegenüberliegenden Seite der Kühl struktur angeordnet ist. Die Kühlstruktur bildet insbesondere ein Stromrichterge- häuse aus, welches die Leistungseinheit einhaust. Daneben kann bei der erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung vorgesehen sein, dass in der Kühlstruktur wenigstens ein Kühlkanal für ein Kühlfluid als Kühl- medium ausgebildet ist. Das Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, erlaubt so mit Vorteil eine besonders hohe Wärmeabfuhr. Der wenigstens eine Kühlkanal kann Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufs sein. In addition, the power converter device according to the invention can have a power unit which is arranged on a side of the cooling structure opposite the housing. In particular, the cooling structure forms a converter housing which houses the power unit. In addition, it can be provided in the power converter device according to the invention that at least one cooling channel for a cooling fluid is formed as a cooling medium in the cooling structure. The cooling fluid, in particular a cooling fluid, thus advantageously allows a particularly high heat dissipation. The at least one cooling channel may be part of a closed cooling circuit.
Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine zum Antreiben des Fahr- zeugs und eine erfindungsgemäße Stromrichtereinrichtung zum Versorgen der elektrischen Maschine. In addition, the invention relates to a vehicle, in particular electric vehicle or hybrid vehicle, comprising an electric machine for driving the vehicle and a power converter device according to the invention for supplying the electric machine.
Alle Ausführungen zur erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Fahrzeug übertragen, sodass die vorgenannten Vorteile auch mit diesem erzielt werden können. All versions of the power converter device according to the invention can be analogously transferred to the vehicle according to the invention, so that the aforementioned advantages can also be achieved with this.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Zeichnungen. Diese sind schematische Darstel- lungen und zeigen: Further advantages and details of the present invention will become apparent from the drawings described below. These are schematic representations and show:
Fig. 1 eine geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Stromrichtereinrichtung; 1 is a sectional view of a first embodiment of the inventive converter device;
Fig. 2 eine geschnittene Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Stromrichtereinrichtung; und FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the power converter device according to the invention; FIG. and
Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeugs. Fig. 3 is a schematic diagram of an embodiment of the vehicle according to the invention.
Fig. 1 ist eine geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Stromrichtereinrichtung 1 , umfassend eine durch ein Kühlmedium durchströmbare Kühlstruktur 2 und einen Zwischenkreiskondensator 3 mit einer Stromschienenan- ordnung 4, die abschnittsweise über ein Wärmeleitmittel 5 thermisch leitfähig an die Kühlstruktur 2 zur Wärmeabfuhr aus dem Zwischenkreiskondensator 3 ange- bunden ist. 1 is a sectional view of a first embodiment of a power converter device 1, comprising a cooling structure 2 through which a cooling medium flows, and an intermediate circuit capacitor 3 with a busbar arrangement 4, which conducts thermal conduction in sections via a heat conducting means 5 the cooling structure 2 for heat dissipation from the DC link capacitor 3 is connected.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Wärmeleitmittel 5 eine Wärmeleitpaste 6, mittels welcher die Stromschienenanordnung 4 unmittelbar an die Kühlstruktur an- gebunden ist. Daneben weist die Stromschienenanordnung 4 ein Isolationsmittel 7 in Form einer Isolationsfolie auf, über welches die Stromschienenanordnung 4 elektrisch von Wärmeleitmittel 5 isoliert ist. In the first exemplary embodiment, the heat-conducting means 5 is a heat-conducting paste 6, by means of which the busbar arrangement 4 is bonded directly to the cooling structure. In addition, the busbar arrangement 4 has an insulation means 7 in the form of an insulating film, via which the busbar arrangement 4 is electrically insulated from heat conducting means 5.
Die Stromschienenanordnung 4 weist zwei Stromschienenelemente 8, 9, die je weils einen sich in eine Raumrichtung x erstreckenden ersten Stromschienenab- schnitt 10, einen sich in eine Raumrichtung z erstreckenden zweiten Stromschie- nenabschnitt 11 und einen die Stromschienenabschnitte 10, 11 verbindenden Ver- bindungsabschnitt 12 mit abgerundeter Form aufweisen. Das Wärmeleitmittel 5 und ist flächig am ersten Stromschienenabschnitt 10 angeordnet. Beide erstrecken sich mithin in einer xy-Ebene. Das Wärmeleitmittel liegt unmittelbar auf dem Isola- tionsmittel 7 auf. Der zweite Stromschienenabschnitt 11 berührt dabei weder die Kühlstruktur 2 noch das Wärmeleitmittel 5 und ist durch eine Durchgangsöffnung 13 der Kühlstruktur 2 geführt. The busbar arrangement 4 has two busbar elements 8, 9 which each have a first busbar section 10 extending in a spatial direction x, a second busbar section 11 extending in a spatial direction z and a connecting section 12 connecting the busbar sections 10, 11 having a rounded shape. The heat conducting means 5 and is arranged flat on the first busbar section 10. Both extend in an xy plane. The heat conducting medium rests directly on the insulating means 7. In this case, the second busbar section 11 neither touches the cooling structure 2 nor the heat-conducting means 5 and is guided through a passage opening 13 of the cooling structure 2.
Der Zwischenkreiskondensator 3 weist ein Gehäuse 14 und zwei Kondensa- torstrukturen 15, 16 in Form von Folienwickeln auf. Die Stromschienenelemente 8, 9 kontaktieren dabei gleichnamige Pole einer jeweiligen Kondensatorstruktur 15,The intermediate circuit capacitor 3 has a housing 14 and two capacitor structures 15, 16 in the form of foil windings. The busbar elements 8, 9 contact the same pole of a respective capacitor structure 15,
16 elektrisch. Daneben sind die anderen Pole der Kondensatorstrukturen 15, 16 mittels weiterer Stromschienenelemente 17, 18 kontaktiert und zwischen den Stromschienenelementen 8, 9 durch die Durchgangsöffnung 13 geführt. Die Stromschienenelemente 8, 17 einerseits und die Stromschienenelemente 9, 18 andererseits sind gegeneinander isoliert und mittels einer Schraubverbindung 19 aneinander befestigt. 16 electric. In addition, the other poles of the capacitor structures 15, 16 are contacted by means of further busbar elements 17, 18 and guided between the busbar elements 8, 9 through the passage opening 13. The busbar elements 8, 17 on the one hand and the busbar elements 9, 18 on the other hand are insulated from each other and fastened to each other by means of a screw 19.
Ersichtlich ragen die Kondensatorstrukturen 15, 16 aus dem Gehäuse 14 bzw. dessen Öffnung heraus, sodass die Stromschienenanordnung 4, das Wärmeleitmittel 6 und das Isolationsmittel 7 außerhalb des Gehäuses 14 angeord- net sind. Im Gehäuse 14 ist ferner ein Rahmen 20 angeordnet, welcher ebenfalls aus der Öffnung herausragt. In der Kühlstruktur 2 ist eine Ausnehmung 21 vorge- sehen, in welche die Kondensatorstrukturen 15, 16 und der Rahmen 20 hineinra- gen. Das durch das Gehäuse 14 und den Rahmen 20 begrenzte Volumen ist mit einer Vergussmasse 22 vergossen, welche auch senkrecht zur flächigen Anbin- dung an das Wärmeleitmittel 6 (hier in einer xz-Ebene) liegende Abschnitte in des ersten Stromschienenabschnitts 10 einfasst. Obviously, the capacitor structures 15, 16 protrude out of the housing 14 or its opening, so that the busbar arrangement 4, the Heat conducting 6 and the insulating means 7 are arranged outside the housing 14 are net. In the housing 14, a frame 20 is further arranged, which also protrudes from the opening. A recess 21 is provided in the cooling structure 2, into which the capacitor structures 15, 16 and the frame 20 extend. The volume delimited by the housing 14 and the frame 20 is potted with a potting compound 22, which is also perpendicular to the planar surface Connection to the heat conducting 6 (here in an xz plane) lying sections in the first busbar section 10 engages.
Die Stromrichtereinrichtung 1 weist ferner eine Leistungsschaltelementanordnun- gen 23, 24 umfassende Leistungseinheit 25 auf, die auf einer dem Gehäuse 14 gegenüberliegenden Seite der Kühlstruktur 2 angeordnet ist. Die Kühlstruktur 2 bil- det insofern auch einen Teil eines Stromrichtergehäuses und ist durch mehrere nicht gezeigte Kühlkanäle durchsetzt, welche von einer Kühlflüssigkeit als Kühlme- dium durchströmt werden. Die Kühlkanäle sind Teil eines geschlossenen Kühl kreislaufs zur Kühlung sowohl der Leistungseinheit 25 als auch des Zwischen- kreiskondensators 3. The power converter device 1 further has a power switching element arrangements 23, 24 comprising a power unit 25, which is arranged on a side of the cooling structure 2 opposite the housing 14. Insofar, the cooling structure 2 also forms part of a converter housing and is penetrated by a plurality of cooling channels, not shown, through which a cooling fluid flows as cooling medium. The cooling channels are part of a closed cooling circuit for cooling both the power unit 25 and the intermediate circuit capacitor. 3
Fig. 2 ist eine geschnittene Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Stromrichtereinrichtung 1 , wobei lediglich ein Bereich um den Zwischen kreiskon- densator 3 dargestellt ist und weitere Teile der Stromrichtereinrichtung 1 wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind. Fig. 2 is a sectional view of a second embodiment of a power conversion device 1, wherein only an area around the intermediate circuit capacitor 3 is shown and further parts of the power conversion device 1 are formed as in the first embodiment.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbei- spiel zunächst dadurch, dass das Wärmeleitmittel 5 zusätzlich eine Wärmeleit- platte 26 aus Metall aufweist, wobei eine Schicht der Wärmeleitpaste 6 zwischen der Stromschienenanordnung 4 und der Wärmeleitplatte 26 und eine Schicht der Wärmeleitpaste 6 zwischen der Wärmeleitplatte 26 und der Kühlstruktur 2 ange- ordnet sind. Des Weiteren befinden sich der erste Stromschienenabschnitt 10, der Verbindungsabschnitt 12, das Isolationsmittel 7 und die Wärmeleitplatte 26 inner- halb des Gehäuses 14. Eine Randfläche 27 der Öffnung des Gehäuses 14 schließt dabei bündig mit der Wärmeleitplatte 26 ab. Auf den Rahmen 22 und die Ausnehmung 21 wird verzichtet. Das durch das Gehäuse 14 begrenzte Volumen ist mit der Vergussmasse 22 vergossen, welche auch senkrecht zur flächigen An- bindung an den ersten Stromschienenabschnitt 10 (hier in der xz-Ebene) liegende Abschnitte in der Wärmeleitplatte 26 einfasst. The second embodiment differs from the first exemplary embodiment initially in that the heat conducting means 5 additionally comprises a heat conducting plate 26 made of metal, wherein a layer of the thermal paste 6 between the busbar assembly 4 and the heat conducting plate 26 and a layer of thermal paste 6 between the heat conducting 26 and the cooling structure 2 are arranged. Furthermore, the first busbar section 10, the connecting section 12, the insulating means 7 and the heat-conducting plate 26 are located within the housing 14. An edge surface 27 of the opening of the housing 14 terminates flush with the heat-conducting plate 26. On the frame 22 and the Recess 21 is omitted. The volume bounded by the housing 14 is potted with the potting compound 22, which also encloses sections in the heat-conducting plate 26 lying perpendicular to the planar connection to the first busbar section 10 (here in the xz-plane).
Im Übrigen lassen sich die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel auf das zweite Ausführungsbeispiel übertragen. Incidentally, the comments on the first embodiment can be transferred to the second embodiment.
Fig. 3 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 28, um- fassend eine elektrische Maschine 29, die zum Antreiben des Fahrzeugs 28 ein- gerichtet ist, und eine Stromrichtereinrichtung 1 nach einem der zuvor beschriebe- nen Ausführungsbeispiele. Die Stromrichtereinrichtung 1 ist dazu eingerichtet, die elektrische Maschine 29 elektrisch zu versorgen, wobei mittels der Strom richter- einrichtung 1 eine von einer Flochvoltbatterie 30 bereitgestellte Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung wandelbar ist. Das Fahrzeug 28 ist dement- sprechend ein Elektrofahrzeug oder ein Flybridfahrzeug. 3 is a schematic diagram of an embodiment of a vehicle 28, including an electric machine 29 configured to drive the vehicle 28, and a power conversion device 1 according to any of the previously described embodiments. The power converter device 1 is configured to supply the electric machine 29 electrically, wherein by means of the power converter device 1, a DC voltage provided by a floconvoltage battery 30 can be converted into a multi-phase AC voltage. The vehicle 28 is accordingly an electric vehicle or a flybridge vehicle.

Claims

Patentansprüche claims
1. Stromrichtereinrichtung (1 ) für ein Fahrzeug (28), umfassend eine durch ein Kühlmedium durchströmbare Kühlstruktur (2) und einen Zwischenkreiskondensa- tor (3) mit einer Stromschienenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienenanordnung (4) zumindest abschnittsweise über ein Wärmeleitmittel (5) thermisch leitfähig an die Kühlstruktur (2) zur Wärmeabfuhr aus dem Zwi- schenkreiskondensator (3) angebunden ist. 1. converter device (1) for a vehicle (28), comprising a through a cooling medium flow through the cooling structure (2) and a Zwischenkreiskondensa- tor (3) with a busbar assembly, characterized in that the busbar assembly (4) at least partially via a heat conducting ( 5) is thermally conductively connected to the cooling structure (2) for heat removal from the intermediate circuit capacitor (3).
2. Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Wärmeleitmittel (5) eine Wärmeleitpaste (6) ist, mittels welcher die Stromschienenanordnung (4) un- mittelbar an die Kühlstruktur (2) angebunden ist. Second converter device according to claim 1, wherein the heat conducting means (5) is a thermal paste (6), by means of which the busbar arrangement (4) directly to the cooling structure (2) is connected.
3. Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Wärmeleitmittel (5) eine Wärmeleitplatte (26) umfasst, über die die Stromschienenanordnung (4) an die Kühlstruktur (2) angebunden ist. Third power converter device according to claim 1, wherein the heat conducting means (5) comprises a heat conducting plate (26) via which the busbar assembly (4) is connected to the cooling structure (2).
4. Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Wärmeleitmittel (5) eine Wärmeleitpaste (6) umfasst, welche zwischen der Stromschienenanordnung (4) und der Wärmeleitplatte (26) und/oder zwischen der Wärmeleitplatte (26) und der Kühlstruktur (2) angeordnet ist. 4. The power conversion device according to claim 2, wherein the heat-conducting means (5) comprises a thermal paste (6) which is arranged between the busbar arrangement (4) and the heat-conducting plate (26) and / or between the heat-conducting plate (26) and the cooling structure (2) ,
5. Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromschienenanordnung (4) ein Isolationsmittel (7) aufweist, über welches die Stromschienenanordnung (4) elektrisch vom Wärmeleitmittel (5) isoliert ist. 5. Converter device according to one of the preceding claims, wherein the busbar assembly (4) comprises an insulating means (7) via which the busbar assembly (4) is electrically isolated from the heat conducting means (5).
6. Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromschienenanordnung (4) wenigstens ein Stromschienenelement (8, 9) mit einem sich in eine Raumrichtung erstreckenden ersten Stromschienenabschnitt (10), an dem das Wärmeleitmittel (5) angeordnet ist, und einen sich in einer ande- ren Raumrichtung erstreckenden zweiten Stromschienenabschnitt (11 ) aufweist. 6. power converter device according to one of the preceding claims, wherein the busbar assembly (4) at least one busbar element (8, 9) with a extending in a spatial direction first busbar section (10) on which the heat conducting means (5) is arranged, and in Having a second spatial direction extending second busbar section (11).
7. Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Kühlstruktur (2) eine Durchgangsöffnung (13) aufweist, in oder durch die sich der zweite Stromschie- nenabschnitt (11 ) erstreckt. 7. The power converter device according to claim 6, wherein the cooling structure (2) has a passage opening (13) into or through which the second busbar section (11) extends.
8. Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zwischenkreiskondensator (3) ein Gehäuse (14) und wenigstens eine Konden- satorstruktur (15, 16), die zumindest abschnittsweise in dem Gehäuse aufgenom- men (14) und mit der Stromschienenanordnung (4) elektrisch kontaktiert ist, auf- weist. 8. Converter device according to one of the preceding claims, wherein the DC link capacitor (3) a housing (14) and at least one capacitor structure (15, 16) at least partially accommodated in the housing (14) and with the busbar arrangement (4 ) is electrically contacted.
9. Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Wärmeleitmittel (5) und ein an das Wärmeleitmittel (5) angebundener Abschnitt der Stromschienenan- ordnung (4) außerhalb des Gehäuses (14) angeordnet sind. 9. converter device according to claim 8, wherein the heat conducting means (5) and a to the heat conducting means (5) connected portion of the busbar arrangement (4) outside the housing (14) are arranged.
10. Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kondensa- torstruktur (15, 16) im Gehäuse vergossen ist. 10. Converter device according to claim 8 or 9, wherein the capacitor gate structure (15, 16) is encapsulated in the housing.
11. Stromrichtereinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Stromschienenanord- nung (4) und die Kondensatorstruktur (15, 16) und ein nicht unmittelbar an die Stromschienenanordnung (4) angebundener Abschnitt des Wärmeleitmittels (5) im Gehäuse (14) vergossen sind. 11. The power converter device according to claim 8, wherein the busbar arrangement (4) and the capacitor structure (15, 16) and a section not directly connected to the busbar arrangement (4) of the heat conducting means (5) are encapsulated in the housing (14).
12. Stromrichtereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei das Ge- häuse (14) an der Kühlstruktur (2) befestigt ist. 12. Converter device according to one of claims 8 to 11, wherein the housing (14) is attached to the cooling structure (2).
13. Stromrichtereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, welche eine Leistungseinheit (25) aufweist, die auf einer dem Gehäuse (14) gegenüberliegen- den Seite der Kühlstruktur (2) angeordnet ist. 13. Converter device according to one of claims 8 to 12, which has a power unit (25) which is arranged on a housing (14) opposite the side of the cooling structure (2).
14. Stromrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Kühlstruktur (2) wenigstens ein Kühlkanal für ein Kühlfluid als Kühlmedium ausgebildet ist. 14. converter device according to one of the preceding claims, wherein in the cooling structure (2) at least one cooling channel for a cooling fluid is designed as a cooling medium.
15. Fahrzeug (28), umfassend eine elektrische Maschine (29) zum Antreiben des Fahrzeugs (28) und eine Stromrichtereinrichtung (1 ) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche zum Versorgen der elektrischen Maschine (29). 15. A vehicle (28) comprising an electric machine (29) for driving the vehicle (28) and a power converter device (1) according to one of the preceding claims for supplying the electric machine (29).
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