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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb.
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Die Verwendung von Elektronikmodulen, etwa Leistungselektronikmodulen, bei Kraftfahrzeugen hat in den vergangenen Jahrzehnten stark zugenommen. Dies ist einerseits auf die Notwendigkeit, die Kraftstoffeinsparung und die Fahrzeugleistung zu verbessern, und andererseits auf die Fortschritte in der Halbleitertechnologie zurückzuführen. Ein prominentes Beispiel für solche Elektronikmodule stellen DC/AC-Wechselrichter (Inverter) dar, die dazu dienen, elektrische Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren mit einem mehrphasigen Wechselstrom zu bestromen. Dabei wird ein aus einem mittels einer DC-Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugter Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt. Zu diesem Zweck umfassen die Elektronikmodule eine Vielzahl von Elektronikbauteilen, mit denen Brückenschaltungen (etwa Halbbrücken) realisiert werden, beispielsweise Halbleiterleistungsschalter, die auch als Leistungshalbleiter bezeichnet werden.
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Die Verknüpfung von mikroelektronischen und nichtelektronischen Mikrokompnenten zum vollständigen System erfordert bei den Elektronikmodulen, insbesondere Wechselrichtern, in der Regel den Einsatz der sogenannten Aufbau- und Verbindungstechnik. Es handelt sich hierbei um ein aufwändiges Verfahren, welches hohe Kosten für die Herstellung von Wechselrichtern verursacht. Um den Herstellungsaufwand zu reduzieren und zugleich eine hinreichend hohe Leistungsdichte zu erreichen, werden bei etablierten Halbleitermaterialien (z. B. Silizium) daher Rahmenmodule eingesetzt.
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Derartige Rahmenmodule sind jedoch nicht beim Einsatz von neuartigen Halbleitern mit breitem Bandabstand (Wide-Bandgap) wie Siliziumcarbid (SiC) oder Gallium-Nitrid (GaN) gleichermaßen verfügbar wie bei den etablierten Halbleitern. Dies führt zu einer verstärkten Abhängigkeit von einer kleinen Anzahl von Lieferanten derartiger Rahmenmodule, sodass unter Umständen mit Lieferknappheit oder erhöhten Preisen gerechnet werden muss. Gerade für Serienproduktion mit großer Stückzahl sind Rahmenmodule aus diesen Gründen nachteilig, zumal große Rahmenmodule den zusätzlichen Nachteil der schlechten Skalierbarkeit des Ausgangsstroms aufweisen.
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Zur Umgehung der oben erwähnten Probleme wurde ein Verfahren entwickelt, das auf dem Fachgebiet als Discrete Powerswitch Packaging bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird der Strom ausgehend vom Batterieanschluss des Wechselrichters an einen Zwischenkreis-Kondensator geleitet.
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In bisher bekannten Anordnungen sind Leistungshalbleiter, also Halbleiterleistungsschalter in Form von High-Side bzw. Low-Side Schalter HS bzw. LS, die zusammen eine Halbbrücke bilden, beidseitig kontaktiert und ausgehend von dem Zwischenkreis-Kondensator hintereinander angeordnet. Das heißt, sie sind nicht nebeneinander angeordnet, sondern liegen sich mit ihren elektrischen Kontaktanschlüssen, an denen der AC-Strom abgenommen wird, gegenüber, so dass z.B. der HS näher am Zwischenkreis ist als der des LS.
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Bei dieser Anordnung gibt es mehrere Nachteile. Einer davon ist, dass die elektrische Kommutierung im DC-Bereich aufgrund der unterschiedlichen Länge der Strompfade des HS und des LS nicht symmetrisch ist. Diese unsymmetrische Anordnung führt zu einer weiträumigen Kommutierungszelle, die mit erhöhten Streuinduktivitäten behaftet ist und bei der sich das Schaltverhalten der Leistungshalbleiter verschlechtert. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Inverter bei einer Vergrößerung der Anzahl paralleler Module jeweils um die Anzahl der parallelen Module (Mal der elektrischen Phasen) in einer Dimension, der Länge x, wächst. Außerdem erfordert dieser serielle Aufbau der Leistungsschalter ein kompliziertes Konzept zum Einkoppeln des DC-Stroms aus der Energiequelle und zum Auskoppeln des AC-Stroms an die E-Maschine (etwa den Elektromotor). Beispielsweise kann ein mehrdimensionales Busbarkonzept nötig sein, woraus eine erhöhte Anforderung an die Busbar-Querschnitte resultiert, um die benötigten Ströme zu tragen. Das heißt auch, dass die AC-Verschienung für die Phasen an den Enden des Inverters sehr lang werden, und dass die DC-Verschienung nicht niederinduktiv geführt werden kann. Außerdem müssen alle Module in Reihe nacheinander gekühlt werden, womit das letzte Modul eine deutlich höhere Kühlwassertemperatur an seinem Eingang aufweist. Somit kann es nicht so stark belastet werden, da die Temperaturdifferenz zwischen dem Halbleiter und dem Kühlwasser geringer ist. Dies kann zu einer künstlichen Einschränkung der Gesamtleistung des Inverters führen.
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In einer alternativen, von der Anmelderin vorgeschlagenen Anordnung sind die beidseitig kontaktierten Leistungshalbleiter HS bzw. LS benachbart zueinander um den Zwischenkreis angeordnet. Ihre eingangsseitigen elektrischen Kontaktanschlüsse weisen zum Zwischenkreis. Somit wird eine kürzere Kommutierungszelle und eine niederinduktive DC-Verschienung erreicht. Nachteilig ist hierbei, dass eine im Wesentlichen quadratische Form entsteht, die nicht in einfacher Weise in einen üblicherweise vorgesehenen länglichen Bauraum integrierbar ist.
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Bei den oben aufgeführten Invertern werden ebene Anordnungen der Halbleiter verwendet, was zu einem großen Flächenbedarf der Halbleiter in den diskreten Gehäusen führt.
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In einer alternativen, ebenfalls von der Anmelderin vorgeschlagenen Anordnung ist ein diskreter Inverteraufbau vorgesehen, der unter anderem den Flächenbedarf verbessert. Bei diesem ist eine Sandwichanordnung vorgesehen, in welcher der Kühlkörper auf dem Zwischenkreiskondensator angeordnet ist. Die Leistungshalbleiter HS bzw. LS wiederum sind auf dem Kühlkörper auf der entgegengesetzten Seite des Zwischenkreiskondensators und parallel nebeneinander angeordnet. Außerdem weisen ihre DC-Anschlüsse in dieselbe Richtung. Ihre AC-Anschlüsse, an denen der erzeugte Wechselstrom abgenommen wird, weisen ebenfalls in dieselbe Richtung, liegen aber den DC-Anschlüssen gegenüber. Der Inverter ist also in Form einer Matrix aufgebaut, in der die Phasen in Richtung einer ersten Achse angeordnet sind, und in der eine Erhöhung der Leistung, also eine Erhöhung der Anzahl der beidseitig kontaktierten Halbleiterschalter HS bzw. LS in eine dazu um 90 Grad gedrehte Richtung erfolgt. Auch hier wird noch eine relativ große Fläche benötigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Inverteraufbau bereitzustellen, bei dem ein noch kleinerer Flächenbedarf vorhanden ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Inverteraufbau eines Elektronikmoduls und die Verwendung eines solchen Elektronikmoduls mit dem Inverteraufbau in einem Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird ein Inverteraufbau eines Elektronikmoduls für einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs. Der Inverter weist mindestens eine entlang einer ersten Achse angeordnete Stromphase, auch lediglich als Phase bezeichnet, und je Stromphase einen entlang der ersten Achse angeordneten eingangsseitigen Stromanschluss zum Einkoppeln eines mittels einer Energiequelle erzeugten DC-Eingangsstroms auf. Die Stromphase(n) sind zum Auskoppeln eines basierend auf dem DC-Eingangsstrom erzeugten AC-Ausgangsstroms vorgesehen, der von einer halbleiterbasierten Brückenschaltung erzeugt wird. Außerdem ist mindestens ein auf einer Unterseite der Stromphase angeordneter Kühlkörper vorgesehen. Dieser erstreckt sich ebenfalls entlang der ersten Achse.
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Ferner weist die halbleiterbasierte Brückenschaltung je Stromphase mindestens ein Halbleitermodul auf, das jeweils mindestens eine Halbbrücke aufweist, die aus jeweils einem einseitig elektrisch kontaktierbaren Highside-Schalter HS und einem benachbart zu dem Highside-Schalter HS angeordneten und einseitig elektrisch kontaktierbaren Lowside-Schalter LS gebildet ist. Mindestens eine aus einseitig elektrisch kontaktierbaren Highside-Schalter HS und einseitig elektrisch kontaktierbaren Lowside-Schalter LS gebildete Halbbrücke ist auf mindestens einer Seite des Kühlkörpers und zwischen Kühlkörper und eingangsseitigem Stromanschluss derart angeordnet, dass ihre elektrischen Kontakte zu einer der Unterseite der Stromphase gegenüberliegenden Oberseite weisen.
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In einer Ausführung sind zwei oder drei oder ein Vielfaches von zwei oder drei Stromphasen mit je einem Halbleitermodul vorgesehen. Die Stromphasen und damit die Halbleitermodule sind parallel zueinander angeordnet.
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Durch Anordnen der Halbleiterschalter HS/LS senkrecht zur Ebene, in der sie bisher angeordnet werden, kann Fläche und damit Bauraum in dieser Ebene aufgrund der geringeren Querschnittsfläche eingespart werden. Durch die mehrteilige Ausführung des Kühlkörpers kann eine Kühlung je Phase erfolgen und die Halbleiterschalter können auf beiden Seiten des Kühlkörpers angeordnet werden. Durch die parallele Kühlung der einzelnen Phasen wird außerdem der thermische Nachteil einer seriellen Kühlung mehrerer Phasen reduziert. Durch den diskreten Aufbau jedes Halbleitermoduls inklusive zugehörigem Kühlkörper können Module bereitgestellt werden, von denen eines oder mehrere parallel zueinander auf dem Zwischenkreis montiert werden können. Das heißt, es ist eine modulare Bauweise möglich.
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Da die DC-Stromversorgung mittels parallel zur Seite des Kühlkörpers entlang der ersten Achse (x) verlaufender und parallel zueinander angeordneter DC-/DC+-Schienen erfolgt, kann ein niederinduktiv Zwischenkreis bis zu den Halbleiterschaltern geführt werden. Das heißt, es kann eine kurze kommutierende Zelle erreicht werden.
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Da die HS/LS zwischen den DC-/DC+-Schienen und einer Seite des Kühlkörpers jeweils parallel dazu angeordnet sind, können beide Seiten des Kühlkörpers mit HS/LS bestückt werden, so dass ein kompaktes Design resultiert.
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In einer Ausführung sind die Highside-Schalter und die Lowside-Schalter näher am Kühlkörper als am eingangsseitigen Stromanschluss angeordnet. Vorteilhaft berühren die Highside-Schalter und die Lowside-Schalter den Kühlkörper und/oder sind daran befestigt. In einer Ausführung weist der Kühlkörper eine interne Struktur auf, die dazu gebildet ist, eine Wärmeeinkopplung für die Highside-Schalter und die Lowside-Schalter bereitzustellen. Vorteilhaft ist die interne Struktur eine PinFin-Struktur. Je näher die zu kühlenden Bauteile, in diesem Fall die Highside-Schalter und die Lowside-Schalter, am Kühlkörper angeordnet werden, desto besser ist der Kühleffekt. Je besser die Wärmeeinkopplung in den Kühlkörper erfolgt, was durch eine interne Struktur begünstigt wird, desto besser können die zu kühlenden Bauteile, in diesem Fall die Highside-Schalter und die Lowside-Schalter gekühlt werden. Somit kann die Lebensdauer der Bauteile erhöht werden.
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In einer Ausführung ist eine zusätzliche Kühlstruktur, auch als Cooling Collector bezeichnet, an Endbereichen der Stromphasen vorgesehen, mit welcher der Kühlkörper abdichtend, also über eine Abdichtung, überführt wird. Somit können die einzelnen Stränge der Stromphasen zusammengeführt werden. Vorteilhaft ist die zusätzliche Kühlstruktur derart gebildet ist, dass sie eine serielle oder parallele Kühlung der Stränge der Stromphasen ermöglicht. Je nach Ausführung können alle Phasen zusammen oder separat gekühlt werden.
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In einer Ausführung sind unterschiedliche Typen an Leistungshalbleitern mit breitem Bandabstand je HS und je LS eines Halbleitermoduls vorgesehen. Somit können unterschiedliche Anforderungen an die Halbleiterschalter, z.B. ein schnelleres Schalten lediglich eines der Halbleiterschalter, besser realisiert werden.
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In einer Ausführung weist der Inverteraufbau einen zur Brückenschaltung parallelgeschalteten Zwischenkreis mit mindestens einem Kondensator auf.
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Ferner wird die Verwendung eines Elektronikmoduls mit dem Inverteraufbau zur Ansteuerung des Elektroantriebs eines mit einem elektrischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs vorgeschlagen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Inverteraufbau mit drei Phasen AC1-AC3 und drei Halbleitermodulen gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf eines der Halbleitermodule des in 1 dargestellten Inverteraufbaus.
- 3 zeigt eine Schnittansicht des in 2 dargestellten Halbleitermoduls.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wie bereits eingangs erwähnt, ist der Platzbedarf in der x-y-Ebene bei bisher verwendeten, beidseitig elektrisch kontaktierbaren Halbleiterschaltern, also Highside-Schaltern HS und Lowside-Schaltern LS, für manche Anwendungen zu groß. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß ein Inverteraufbau vorgeschlagen, bei dem einseitig elektrisch kontaktierbare HS und LS, z.B. TO-247-4, verwendet werden können. Da diese HS und LS in z-Ebene, d.h. senkrecht zur x-y-Ebene, also der Ebene, in welcher die HS und LS bisher ihre Ausdehnung hatten, liegt, wird in dieser Ebene Platz gespart, da die Querschnittsfläche geringer ist als in den bisherigen Anordnungen.
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Nachteilig an allen bekannten Anordnungen ist außerdem, dass alle Module in Reihe nacheinander gekühlt werden, womit das letzte Module eine deutlich höhere Kühlwassertemperatur an seinem Eingang hat und somit nicht so stark belastet werden kann, da die Temperaturdifferenz zwischen den Halbleiterschaltern und dem Kühlwasser geringer ist. Dies kann zu einer künstlichen Einschränkung der Gesamtleistung des Inverters führen.
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Durch den vorgeschlagenen, nachfolgend im Detail beschriebenen Inverteraufbau werden die folgenden Vorteile erreicht:
- - Niederinduktiv geführter Zwischenkreis bis zu den Halbleitern (aufgrund der parallelen DC+ und DC- Schienen),
- - Kurze kommutierende Zelle durch nebeneinanderliegende Highside (HS) und Lowside (LS) Schalter,
- - Kompaktes Design durch beidseitige Bestückung des Kühlsystems je Kühlstrang, d.h. je Phase.
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Jeder High-Side-Schalter HS und/oder der Low-Side-Schalter LS umfasst einen oder mehrere Leistungshalbleiterbauteile, im Zusammenhang mit dieser Anmeldung auch kurz als Halbleiter bezeichnet, wie IGBT oder MOSFET. Je ein HS und ein LS bilden eine Halbbrücke der Brückenschaltung. Die Brückenschaltung ist auf einer Leiterplatte 12 aufbringbar, sodass die Leistungsschalter mittels auf der Bestückungsseite der Leiterplatte 12 vorhandener elektrischer Kontakte mit einem Steuergerät wie einem Electronic Control Unit (ECU) des Fahrzeugs elektrisch und/oder signaltechnisch verbindbar sind. Das Steuergerät ist daher in der Lage, die Leistungsschalter HS bzw. LS zwecks Betreiben des Elektroantriebs, insbesondere zwecks Bestromen der E-Maschine, eines mit einem entsprechenden Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs anzusteuern. Die Leiterplatte kann eine Platine (z. B. PCB) oder eine flexible Leiterplatte aufweisen.
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In 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Ansichten eines Inverteraufbaus. 1 zeigt einen Inverteraufbau mit drei Phasen AC1-AC3, während 2 und 3 jeweils eine Phase AC2 in Vergrößerung zeigen, um das Prinzip der Erfindung zu verdeutlichen.
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Grundsätzlich können aber auch lediglich eine Phase AC1; AC2; AC3 mit einem Halbleitermodul oder zwei oder mehr Phasen (mit der entsprechenden Anzahl an Halbleitermodulen) vorgesehen sein, z.B. ein Vielfaches von zwei oder drei, z.B. sechs, neun, zwölf etc. Je mehr Phasen AC1-AC3 und je mehr Leistung, also je mehr Leistungshalbleiter pro Phase AC1-AC3, vorgesehen sind, desto besser zeigen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Inverteraufbaus.
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Der in 1 schematisch dargestellte Inverteraufbau zeigt ein Halbleitermodul je elektrischer Phase AC1-AC3. Je Halbleitermodul ist ferner ein Kühlkörper 13 vorgesehen, auf dessen Oberseite O die zugehörige elektrische Phase AC1-AC3 angeordnet ist. Auf seiner Unterseite U ist in der Regel ein (nicht gezeigter) Zwischenkreis mit mindestens einem Kondensator vorgesehen. 2 und 3 zeigen eine detailliertere Darstellung lediglich einer Phase AC2 zur Verdeutlichung des Aufbaus.
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Jedes Halbleitermodul weist mindestens eine Halbbrücke auf, die aus jeweils einem einseitig elektrisch kontaktierbaren HS und einem benachbart dazu angeordneten und geschalteten, sowie einseitig elektrisch kontaktierbaren LS gebildet ist. Die HS und LS sind an einer Seite S des Kühlkörpers 13 abwechselnd, wie in 2 gezeigt, angeordnet, wobei ihre elektrischen Kontakte in z-Richtung, also zur Oberseite O des Kühlkörpers 13, weisen. Somit kann der AC-Kontakt mit der Stromphase AC1 - AC3 kontaktiert werden. Die HS und LS können auf jeder der beiden Seiten S des Kühlkörpers 13 angeordnet werden. Je nach Anzahl der Halbbrücken aus HS und LS, welche in x-Richtung angeordnet sind, kann somit lediglich eine Seite S bestückt sein, oder es sind beide Seiten S bestückt.
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Die DC-Stromversorgung erfolgt über parallel und in einem Abstand zur Seite S des Kühlkörpers 13 angeordnete DC-/DC+-Schienen. Die HS und LS sind zwischen Kühlkörper 13 und DC-/DC+-Schienen angeordnet und an den entsprechenden elektrischen Kontakten (Drain und Source der Halbleiter) damit verbunden. Hierfür werden die zur Oberseite O weisenden Kontaktbeine vorteilhaft in einem Winkel von 90 Grad zur DC-/DC+-Schiene hin gebogen.
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Wie aus 3 ersichtlich wird, sind somit DC-Stromversorgung mit den DC-/DC+-Schienen, HS und LS sowie Kühlkörper 13 (mit der Fläche seiner Seite S) parallel zueinander angeordnet.
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Ferner können Steuer- und Überwachungsanschlüsse, Kelvin-Source (wenn vorhanden) und das Gate der HS bzw. LS in einfacher Weise mit einer oberhalb der Stromphasen AC1-AC3 vorgesehenen Treiberplatine bzw. Leiterplatte 12 kontaktiert werden, ohne gebogen zu werden, wie in 3 angedeutet.
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Je nach Leistungsbedarf können in dieser Anordnung mehr oder weniger Halbleitermodule ohne eine nachteilige Auswirkung auf die elektrische Anbindung der Halbleitermodule parallelgeschaltet werden (also in y-Richtung verlängert werden).
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Der Inverteraufbau ermöglicht durch den diskreten Ansatz und die optimierten Kommutierungszellen den Einsatz von unterschiedlichen Halbleitertypen innerhalb eines Inverters. Die gewählten Halbleitertypen sind vorteilhaft solche, die eine aktive Schaltung erlauben und die eine breite Bandlücke bzw. einen breiten Bandabstand (Engl.: wide bandgap) aufweisen, wie z.B. Si-IGBT, SiC-Mosfet, SiC-Kaskode, GaN. Das heißt, es können nicht nur verschiedene Leistungshalbleiter im Inverteraufbau eingesetzt werden, sondern auch unterschiedliche Typen an Halbleitern gleichzeitig innerhalb des Inverteraufbaus, d.h. innerhalb jedes Halbleitermoduls.
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Der Kühlkörper 13 dient zur Abfuhr der von den Leistungshalbleitern, also den HS bzw. LS, des Inverters erzeugten Wärme. Vorteilhaft ist ein Kühlkörper 13 pro Halbleitermodul vorgesehen, so dass jede Phase AC1-AC3 einen eigenen Kühlkörper 13 und damit einen eigenen Kühlstrang aufweist. Somit kann die Kühlung auf die verwendeten Bauteile des jeweiligen Halbleitermoduls abgestimmt werden, d.h. es wird ein dedizierter Kühlbereich vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die HS/LS möglichst nahe am Kühlkörper 13 angeordnet sind oder diesen sogar berühren. Sie können auch am Kühlkörper 13 befestigt sein. Durch die diskrete Bauweise kann eine modulare Bauweise realisiert werden, in welcher das Halbleitermodul zusammen mit dem zugehörigen Kühlkörper 13 als zusammengehöriges Modul bereitgestellt werden kann, von denen mehrere parallel, d.h. eines pro Stromphase AC1-AC3, in einfacher Weise nebeneinander vorgesehen werden können, wie in 1 gezeigt. Die Kühlstränge des Kühlkörpers 131, von denen je elektrischer Phase AC1-AC3 einer vorhanden ist, können entweder separat ausgeführt oder im Bereich außerhalb der DC-Schienen zusammengeführt werden.
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Vorteilhaft weist jeder Kühlkörper 13 eine interne Struktur auf, die dazu gebildet ist, eine Wärmeeinkopplung für die Highside-Schalter HS und die Lowside-Schalter LS bereitzustellen. Eine solche Struktur ist beispielsweise eine PinFin-Struktur.
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Die Kühlstränge des Kühlkörpers 13, von denen je elektrischer Stromphase AC1-AC3 vorteilhaft einer vorhanden ist, werden im Bereich außerhalb der DC-/DC+-Schienen in eine zusätzliche Kühlstruktur 132 abdichtend zusammengeführt. Hierfür ist eine Abdichtung 131 am Ende der DC-/DC+-Schienen je Stromphase AC1-AC3 vorgesehen. Die zusätzliche Kühlstruktur 132 kann eine serielle oder eine (wie in 1 gezeigte) parallele Kühlung der Stromphasen AC1-AC3 bereitstellen. Der Kühlmittelanschluss an die zusätzliche Kühlstruktur 132, auch Cooling Collector genannt, erfolgt am Gehäuse 11 und kann, wie in 1 gezeigt, seitlich vorgesehen sein. Er kann aber auch von der Unterseite U her erfolgen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass sich zwei Stromphasen AC1-AC3 einen Kühlkörper teilen, so dass dann zwar lediglich jeweils eine Seite S davon zum Anbringen der HS und LS zur Verfügung steht, aber Platz in y-Richtung eingespart werden kann.
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Der thermische Nachteil einer seriellen Kühlung wird durch ein Bereitstellen einer parallelen Kühlung der einzelnen Phasen AC1-AC3, also einer separaten Kühlung pro Phase AC1-AC3, reduziert. Außerdem kann durch Vorsehen eines Kühlkörpers 13 pro Phase AC1-AC3 auf unterschiedliche Kühlbedarfe der auf dem Halbleitermodul der jeweiligen Phase AC1-AC3 vorgesehenen Leistungshalbleiter, d.h. High-Side-Schalter HS und Low-Side-Schalter LS, eingegangen werden.
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Obwohl eine konstante DC-Spannung wünschenswert ist, kann die DC-Spannung jedoch aufgrund parasitärer Einflüsse mit Spannungsrippeln behaftet sein. Um diesen entgegenzuwirken umfasst das Elektronikmodul vorteilhaft einen Zwischenkreis (nicht gezeigt), der einen Zwischenkreiskondensator aufweist. Dieser ist unterhalb des Kühlkörpers 13 angeordnet. Der Zwischenkreiskondensator kann monolithisch ausgeführt werden. Alternativ kann er in verschiedenen Diskretisierungsschritten hin bis zu einzelnen Gehäusen je Wickel ausgeführt sein. Auch kann für jede Phase AC1-AC3 ein Kondensatorgehäuse vorgesehen sein, um eine einfachere Teilmontage des Inverters ebenso wie eine flexiblere Anordnung der Phasen AC1-AC3 zu ermöglichen.
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Die Verbindung zwischen der Brückenschaltung und der Leiterplatte und/oder die Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Kühler erfolgt vorzugsweise in Form einer Kleb-, Schraub-, Schweiß-, Steck- und/oder Klemmverbindung.
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Ein Elektronikmodul im Rahmen dieser Erfindung dient zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs. Das Elektronikmodul umfasst einen DC/AC-Wechselrichter (Engl.: Inverter) mit dem beschriebenen Inverteraufbau oder einen Teil hiervon. Das Elektronikmodul kann außerdem einen AC/DC-Gleichrichter (Engl.: Rectifier), einen DC/DC-Wandler (Engl.: DC/DC Converter), Transformator (Engl.: Transformer) und/oder einen anderen elektrischen Wandler oder ein Teil eines solchen Wandlers umfassen oder ein Teil hiervon sein. Insbesondere dient das Elektronikmodul zum Bestromen einer E-Maschine, beispielsweise eines Elektromotors und/oder eines Generators. Ein DC/AC-Wechselrichter dient vorzugsweise dazu, aus einem mittels einer DC-Spannung einer Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugten Gleichstrom einen mehrphasigen Wechselstrom zu erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Gehäuse
- 12
- Treiberplatine
- 13
- Kühlkörper
- 131
- Abdichtung
- 132
- zusätzliche Kühlstruktur
- AC1-AC3
- Stromphasen / ausgangsseitiger Stromanschluss
- DC+/DC-
- DC-Strom-Schienen
- HS
- High-Side-Schalter
- LS
- Low-Side-Schalter
- U
- Unterseite von 13
- O
- Oberseite von 13
- S
- Seite von 13