WO2019158391A1

WO2019158391A1 - Kühlkörper für leistungselektronikanordnung

Info

Publication number: WO2019158391A1
Application number: PCT/EP2019/052709
Authority: WO
Inventors: Marco DENK; Johannes Hager; Michael Sperber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2020-08-19
Also published as: DE102018202479A1

Abstract

Ein Kühlkörper (10) für eine Leistungselektronikanordnung (34) umfasst wenigstens zwei nebeneinanderliegende Kühlflächen (16) zum Befestigen von wenigstens einem Halbleitermodul (36); wenigstens zwei Hohlräume (26) zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit, wobei jede der Kühlflächen (16) durch einen der Hohlräume (26) kühlbar ist; und eine längliche Durchgangsöffnung (22) durch den Kühlkörper (10) zwischen den beiden Kühlflächen (16) und zwischen den beiden Hohlräumen (26) zur Aufnahme einer Treiber-Leiterplatte (24).

Description

Kühlkörper für Leistungselektronikanordnung

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für eine Leistungselektronikanordnung sowie die Leistungselektronikanordnung.

Spannungszwischenkreiswechselrichter, die auch Inverter genannt werden, umfassen in der Regel mehrere Halbbrücken, die an einer DC-Seite mit einem Zwischenkreiskondensator parallel geschaltet werden. Auf einer AC-Seite können die Halbbrücken mit einer elektrischen Maschine verbunden werden, für die von dem Inverter ein mehrphasiger Wechselstrom bereitgestellt werden kann.

Zum Aufbau einer derartigen leistungselektronischen Schaltung können Halbleiter- module, die jeweils eine solche Halbbrücke bereitstellen, nebeneinander auf einem gemeinsamen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper angeordnet und elektrisch auf der DC-Seite durch beispielsweise einen monolithisch ausgeführten Zwischenkreiskondensator verbunden werden. Es ist auch möglich, anstelle mehrerer Halbleitermodule mit jeweils einer Halbbrücke ein einziges Leistungsmodul zu verwenden, in das mehrere Halbbrücken integriert sind.

Die US 2017 263 533 A1 zeigt beispielsweise ein Halbleitermodul mit einem flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper.

Zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern in den Halbleitermodulen werden Treiber-Schaltungen verwendet, die auf einer oder mehreren Leiterplatten angeordnet sind und die beispielsweise auf den Halbleitermodulen befestigt sein können. Bei der Verwendung von Wide-Bandgap-Halbleitern, wie etwa Siliziumcarbid (SiC) oder Gallium-Nitrid (GaN), sind hohe Schaltfrequenzen wünschenswert, da auf diese Weise Wärmeverluste minimiert werden können.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen mechanischen Aufbau für eine flüssigkeitsgekühlte Leistungselektronikanordnung bereitzustellen, der ein symmetrisches und/oder schnelles Schalten der Leistungshalbleiterschalter unterstützt. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Kühlkörper für eine Leistungselektronikanordnung. Die Leistungselektronikanordnung kann eine Baugruppe aus mechanisch miteinander verbundenen Komponenten sein, die einen Inverter mit Zwischenkreis bereitstellt. Beispielsweise kann die Leistungselektronikanordnung als Inverter eines Elektrofahrzeuges verwendet werden. Es ist zu verstehen, dass die Begriffe Leistungselektronik bzw. Leistungshalbleiter elektrische Komponenten betreffen können, die dazu ausgeführt sind, Stromstärken von mehr als 10 A und/oder Spannungen von mehr als 100 V zu verarbeiten.

Der Kühlkörper kann ein Bauelement sein, das dazu ausgeführt ist, die Leistungshalbleiter der Leistungselektronikanordnung zu kühlen, d.h. mit anderen Worten Wärme, die von den Leistungshalbleitern generiert wird, aus der Leistungselektronikanordnung abzuführen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kühlkörper wenigstens zwei nebeneinanderliegende Kühlflächen zum Befestigen von wenigstens einem Halbleitermodul, wenigstens zwei Hohlräume zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit, wobei jede der Kühlflächen durch einen der Hohlräume kühlbar ist, und eine längliche Durchgangsöffnung durch den Kühlkörper zwischen den beiden Kühlflächen und zwischen den beiden Hohlräumen zur Aufnahme einer Treiberleiterplatte.

Der Kühlkörper kann einen im Wesentlichen plattenförmigen Aufbau aufweisen, bei dem auf einer oder beiden Seiten Kühlflächen angeordnet sein können. Die Kühlflächen auf einer Seite des Kühlkörpers können in einer Ebene angeordnet sein. Neben den Kühlflächen kann der Kühlkörper Öffnungen aufweisen, mit denen ein oder mehrere Halbleitermodule an den Kühlkörper montiert werden können. Dies kann beispielsweise mit Schrauben geschehen. Unterhalb jeweils einer Kühlfläche kann ein Hohlraum angeordnet sein, der in Draufsicht auf den Kühlkörper im Wesentlichen die gleiche flächige Erstreckung aufweisen kann wie die Kühlfläche. Durch den Hohlraum kann eine Kühlflüssigkeit geleitet werden, mit der das oder die Halbleitermodule auf der Kühlfläche dann gekühlt werden können. Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise destilliertes Wasser sein.

Zwischen zwei Hohlräumen weist der Kühlkörper eine Durchgangsöffnung auf, durch die eine Treiberleiterplatte, d.h. eine Leiterplatte, die eine Treiberschaltung trägt, aufgenommen werden kann. Im Gegensatz zu den Hohlräumen erstreckt sich die Durchgangsöffnung durch den gesamten Kühlkörper hindurch. Die Treiberleiterplatte kann Leistungshalbleiterschalter von Halbleitermodulen ansteuern, die neben der Durchgangsöffnung angeordnet sind. Die Treiberleiterplatte kann über die beiden Seiten des Kühlkörpers hinausragen. Die Treiberleiterplatte kann im Wesentlichen orthogonal zu einer Erstreckungsfläche der Kühlflächen ausgerichtet sein.

Insbesondere kann die Treiberleiterplatte beide Halbleitermodule neben der Durchgangsöffnung gleichzeitig mit Steuersignalen versorgen. Es ist keine gesonderte Treiberleiterplatte für jedes der Halbleitermodule notwendig. Auf diese Weise kann Bauraum gespart werden.

Ein Halbleitermodul kann einen oder mehrere Leistungshalbleiterschalter umfassen und kann somit als Leistungshalbleitermodul aufgefasst werden. Die Leistungshalbleiterschalter, wie etwa Transistoren oder Thyristoren, können mit den Steuersignalen angesteuert, d.h. in einen leitenden und sperrenden Zustand versetzt werden.

Die Steuersignale können über symmetrische angeordnete Leiter in der Treiberleiterplatte bzw. über im Wesentlichen gleich lange Leiter von der Treiberschaltung zu den Leistungshalbleitern transportiert werden. Somit kann die Schaltgeschwindigkeit für die Leistungshalbleiter erhöht werden, was insbesondere bei Wide-Bandgap- Leistungshalbleitern von Vorteil sein kann.

Die Durchgangsöffnung ist länglich, d.h. in eine Richtung länger (beispielsweise um den Faktor 5) als in eine dazu orthogonale Richtung. Die Kühlflächen auf einer Seite des Kühlkörpers können in einer Längsrichtung des Kühlkörpers aufeinander abfol- gend angeordnet sein. Die Durchgangsöffnung kann sich orthogonal zu dieser Längsrichtung durch den Kühlkörper erstrecken. Die Richtung, in die die Durchgangsöffnung ihre maximale Länge aufweist, kann sich orthogonal zu der Längsrichtung des Kühlkörpers in der Ebene des Kühlkörpers erstrecken.

Der Kühlkörper kann aus Keramik gefertigt sein. Es ist möglich, den Kühlkörper einstückig mithilfe von 3D-Druck herzustellen. Alternativ kann der Kühlkörper aus zwei Hälften zusammengesetzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kühlkörper je Hohlraum zwei gegenüberliegende Kühlflächen für Halbleitermodule, zwischen denen der Hohlraum aufgenommen ist. Mit einem Hohlraum können Kühlflächen beidseitig des Kühlkörpers gekühlt werden. Die Durchgangsöffnung für die Treiberleiterplatte ermöglicht somit eine symmetrische Ansteuerung von beidseitig angeordneten Halbleitermodulen über die Treiberschaltung. Es ist möglich, dass eine gemeinsame Treiberschaltung, wie etwa eine Treiberendstufe und/oder Treiber- Spannungsversorgung, zur Ansteuerung beider Halbleitermodule verwendet wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in jedem Hohlraum eine Stützstruktur vorhanden. Diese Stützstruktur kann einerseits die mechanische Stabilität des Kühlkörpers verbessern und kann andererseits die effektive Fläche zum Wärmeaustausch zwischen Kühlflüssigkeit und Wandung des Hohlraums erhöhen. Die Stützstruktur kann dadurch definiert werden, dass sie in Draufsicht auf einen Querschnitt durch den Kühlkörper in einer Ebene parallel zu den Kühlflächen Elemente aufweist, die vollständig von dem Hohlraum umschlossen sind. Die Fläche und/oder ein maximaler Durchmesser der Elemente (bezüglich dieses Querschnitts) kann auch kleiner sein als die Fläche und/oder der maximale Durchmesser von benachbarten Elementen des Hohlraums.

Die Stützstruktur kann Verbindungselemente aufweisen, die eine Oberseite und eine Unterseite des Hohlraums verbinden. Die Stützstruktur kann einstückig mit dem Kühlkörper gefertigt sein, was beispielsweise mit 3D-Druck möglich ist. Beispielsweise kann die Stützstruktur aus einer Mehrzahl von Stiften gebildet sein. Diese Stifte können einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und/oder in einem Raster über den Hohlraum verteilt sein.

Zusammenfassend kann die Stützstruktur eine Oberseite und eine Unterseite des Kühlkörpers miteinander (beispielsweise stoffschlüssig) verbinden. Dies kann mit durchgängigen Domen bzw. Stiften zwischen Oberseite und Unterseite erfolgen. Vorteile können neben der beidseitigen Flächennutzung verbesserte thermische und mechanische Eigenschaften des Kühlkörpers sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kühlkörper weiter zwei Zuführkanäle für Kühlflüssigkeit, die in einer Längsrichtung des Kühlkörpers verlaufen und zwischen denen die Hohlräume und die Durchgangsöffnungen angeordnet sind. Die Zuführkanäle können in der gleichen Ebene verlaufen, in der die Hohlräume angeordnet sind. Jeder der Hohlräume kann gesondert mit den beiden Zuführkanälen (zum Flüssigkeitsaustausch) verbunden sein. Die Hohlräume können lediglich über die Zuführkanäle miteinander verbunden sein.

Jeder der Zuführkanäle kann mit einem Kühlmittel-Anschluss verbunden sein. Diese Anschlüsse können an gegenüberliegenden Stirnseiten des Kühlkörpers, d.h. Enden des Kühlkörpers in Längsrichtung, angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kühlkörper drei Hohlräume für Kühlflüssigkeit, die entlang einer Längsrichtung des Kühlkörpers aneinandergereiht sind, und zwei längliche Durchgangsöffnungen, die zwischen je zwei der Hohlräume angeordnet sind. Auf einem derartigen Kühlkörper können drei Phasen eines Inverters angeordnet werden. Jede der Phasen kann von einem oder mehreren Halbleitermodulen gebildet werden, die auf einer oder beiden Seiten eines Hohlraums angeordnet sind. In den beiden Durchgangsöffnungen können zwei Treiber- Leiterplatten angeordnet werden, die für die den Durchgangsöffnungen benachbarten Halbleitermodulen die Steuersignale erzeugen können. Auf diese Weise kann eine Baugruppe für einen kompakten und symmetrisch ansteuerbaren Inverter bereitgestellt werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung, die den Kühlkörper, so wie oben stehend und unten stehend beschrieben, umfasst. Beispielsweise kann die Leistungselektronikanordnung ein flüssigkeitsgekühlter Inverter sein. Ein Inverter ist dabei eine Schaltung, die einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandeln kann und umgekehrt. Die Leistungselektronikanordnung kann beispielsweise einen Gleichstrom aus einer Batterie eines Elektrofahrzeugs in einen Wechselstrom für den Antriebsmotor umwandeln.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Leistungselektronikanordnung je Kühlfläche wenigstens ein Halbleitermodul, das auf die Kühlfläche montiert ist, und einen Kondensator, der auf das Halbleitermodul montiert ist, wobei das Halbleitermodul Leistungshalbleiter umfasst, die zu einer Halbbrücke geschaltet sind, mit der der Kondensator parallel geschaltet ist. Das oder die Halbleitermodule, die von einem Hohlraum gekühlt werden, können eine Phase eines Umrichters bilden. Der Kondensator kann einen Gleichspannungs-Zwischenkreis für diese Phase bilden. Die Halbleitermodule können beispielsweise mit Schrauben mit dem Kühlkörper verbunden sein. Es sind aber auch andere Verbindungsformen, wie Nieten oder Kleben, möglich.

Jedes der Halbleitermodule kann ein Gehäuse aufweisen, in dem eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterschaltern aufgenommen sein kann und/oder zu einer Halbbrücke verbunden sein kann. Das Gehäuse kann eine Kühlseite aufweisen, die auf die zugehörige Kühlfläche montiert ist, und das Gehäuse kann eine Anschlussseite aufweisen, mit der das Halbleitermodul mit anderen Komponenten der Leistungselektronikanordnung, wie etwa den Treiber-Leiterplatten, elektrisch verbunden werden kann. Beispielsweise kann das Gehäuse der Halbleitermodule im Wesentlichen quaderförmig sein und/oder aus Kunststoff, wie etwa Polymer oder Keramik, gefertigt sein. In dem Gehäuse kann ein Substrat, wie etwa DBC (direct bonded copper, direkt aufgebrauchtes Kupfer), aufgenommen sein, mit dem die Leistungshalbleiterschalter miteinander und/oder mit der Anschlussseite elektrisch verbunden sind. Eine Halbbrücke kann zwei in Reihe geschaltete Schalter umfassen. Jeder dieser Schalter kann aus einem oder mehreren parallel geschalteten Leistungshalbleiterschaltern, wie etwa Transistoren oder Thyristoren, aufgebaut sein. Die Leistungshalbleiterschalter können auf einem Substrat wie Si (Silizium) oder einem Wide-Band Gap-Substrat, wie etwa Gang oder SiC, basieren.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Leistungselektronikanordnung weiter wenigstens eine Treiberleiterplatte, die in der wenigstens einen Durchgangsöffnung im Kühlkörper angeordnet ist und die eine Treiberschaltung zum Ansteuern der Leistungshalbleiter umfasst. Die Treiberleiterplatte kann orthogonal zu einer oder mehreren Ebene angeordnet sein, in der die Halbleitermodule angeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Halbleitermodule auf gegenüberliegenden Kühlflächen angeordnet. Die Treiberschaltung kann dazu ausgeführt sein, die Leistungshalbleiter der Halbleitermodule auf gegenüberliegenden Kühlflächen anzusteuern. Auf diese Weise kann sich eine symmetrische Signalführung von der Treiberschaltung zu den Halbleitermodulen ergeben.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind je Kühlfläche mehrere Halbleitermodule auf die Kühlfläche montiert. Diese Halbleitermodule können parallel geschaltet sein, um beispielsweise die maximal schaltbare Stromstärke zu erhöhen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Leistungselektronikanordnung je Kühlfläche jeweils eine Verteiler-Leiterplatte, die zwischen die Halbleitermodule und den Kondensator montiert ist, und die dazu ausgeführt ist, die Halbleitermodule untereinander und mit dem Kondensator parallel zu schalten. Die Verteiler- Leiterplatte kann parallel zu einer Ebene verlaufen, die durch die Kühlflächen definiert wird. Die Treiber-Leiterplatte kann orthogonal zur Verteiler-Leiterplatte angeordnet sein.

In der Verteiler-Leiterplatte können Leiter vorhanden sein, die dazu ausgeführt sein können, Halbleitermodule parallel zu schalten und mit dem wenigstens einen Kon- densator zu einem Zwischenkreis zu verbinden. Beispielsweise kann die Leiterplatte mehrere elektrisch leitende Schichten aufweisen, die jeweils die positiven bzw. negativen Gleichspannungs-Anschlüsse der Halbleitermodule bzw. deren Halbbrücken und des oder der Kondensatoren miteinander verbinden. Auch die Wechselspan- nungs-Anschlüsse der Halbleitermodule bzw. deren Halbbrücken können über die Leiterplatte miteinander verbunden sein.

Die Verteiler-Leiterplatte kann, genauso wie die Treiber-Leiterplatte, als mit metallischen Flächen beschichtete Kunststoff platte ausgebildet sein und/oder kann ein PCB (eine gedruckte Leiterplatte) sein. Die metallischen Schichten der Leiterplatte können die Leiter sein, mit denen die Halbleitermodule und der Kondensator verbunden sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verteiler-Leiterplatte mit Abstandsbolzen an den Kühlkörper montiert. Auf diese Weise kann die Verteiler- Leiterplatte direkt mit dem Kühlkörper mechanisch verbunden werden. Neben der indirekten mechanischen Verbindung der Verteiler-Leiterplatte über die Halbleitermodule mit dem Kühlkörper kann diese, beispielsweise an ihren Rändern und/oder Ecken, direkt mit dem Kühlkörper verbunden sein. Beispielsweise können die Abstandsbolzen von dem Kühlkörper bereitgestellt sein und/oder einstückig mit diesem gefertigt sein.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Kühlkörper aus der Fig. 1 zusammen mit Treiber-Leiterplatten.

Fig. 3 zeigt einen perspektivischen Längsschnitt des Kühlkörpers aus der Fig. 1 .

Fig. 4 zeigt einen Teilquerschnitt durch den Kühlkörper aus der Fig. 1 . Fig. 5 zeigt eine Leistungselektronikanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Kühlkörper 10, der einen im Wesentlichen plattenförmigen bzw. quaderförmigen Grundkörper 12 aufweist. In der Fig. 1 ist der Kühlkörper mit einer ersten Seite und in der Fig. 2 von einer gegenüberliegenden Seite gezeigt. Die Fig. 3 zeigt den Kühlkörper 10 im Längsschnitt.

An Stirnseiten weist der Kühlkörper Anschlüsse 14 für Kühlflüssigkeit auf, die von dem Grundkörper 12 abstehen, und deren Öffnungen in die gleiche Richtung orthogonal zu einer Erstreckungsebene des Kühlkörpers bzw. des Grundkörpers 12 weisen.

Auf dem Kühlkörper 10 befinden sich an jeder Seite drei im Wesentlichen rechteckige Kühlflächen 16. Die Kühlflächen 16 auf der Seite, die in der Fig. 1 nicht zu sehen ist, sind in der Fig. 2 zu erkennen. Die zwei gegenüberliegenden Kühlflächen 16 dienen zum Kühlen einer Phase eines Inverters, wie er weiter unten in Fig. 5 beschrieben wird. Bei einer anderen Anzahl von Phasen, wie etwa eine oder zwei Phasen, können eine andere Anzahl von Kühlflächen 16 auf dem Kühlkörper 10 vorgesehen sein. Jede der Kühlflächen 16 ist eben.

Jede der Kühlflächen 16 ist zum Befestigen von drei Halbleitermodulen (siehe Fig. 5) ausgeführt. Dazu sind neben jeder Kühlfläche 16 Öffnungen 18 in dem Kühlkörper 10 vorgesehen, die zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, wie etwa einer Schraube, dienen. Die Öffnungen 18 aller Kühlflächen 16 einer Seite des Kühlkörpers 10 sind in Reihen angeordnet, die alle in einer Längsrichtung L des Kühlkörpers 10 bzw. dessen Grundkörpers 12 verlaufen. Es kann sein, dass die Öffnungen 18 vollständig durch den Kühlkörper 10 hindurchreichen. Es ist möglich, dass pro Kühlfläche 16 eine andere Anzahl von Halbleitermodulen befestigbar ist. An Längsseiten 19 des Kühlkörpers 10 bzw. des Grundkörpers 12 befinden sich auf jeder Seite zwei Reihen von Abstandsbolzen 20, die zum Befestigen einer Verteilerleiterplatte (siehe Fig. 4) dienen. Je Kühlfläche 16 sind vier Abstandsbolzen 20 vorgesehen, die an Ecken der jeweiligen Kühlfläche 16 vorgesehen sind.

Zwischen den Kühlflächen 16 befinden sich längliche Durchgangsöffnungen 22, die einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt (bezüglich einer Ebene, in der sich der Grundkörper erstreckt) aufweisen. Die Richtung, in der die Durchgangsöffnungen 22 den größten Durchmesser aufweisen, verläuft quer zu der Längsrichtung L des Kühlkörpers 10. Die Kühlflächen 16 und die Durchgangsöffnungen 22 sind aufeinander abwechselnd entlang der Längsrichtung L angeordnet.

Die Durchgangsöffnungen 22 dienen zur Aufnahme von Treiber-Leiterplatten 24, die in der Fig. 2 gezeigt sind. Die Treiber-Leiterplatten 24 stehen orthogonal zur Längsrichtung L des Kühlkörpers 10. Wie gezeigt, können die Treiber-Leiterplatten 24 über die Durchgangsöffnung 22 an beiden Seiten des Kühlkörpers 10 hinausstehen.

Es ist zu verstehen, dass auch ein Kühlkörper 10 möglich ist, der lediglich auf einer Seite Kühlflächen 16 aufweist. In diesem Fall kann eine Treiber-Leiterplatte 24, die auf lediglich der Seite mit den Kühlflächen 16 über den Kühlkörper 10 hinausstehen kann, Halbleitermodule auf benachbarten Kühlflächen ansteuern.

Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, befinden sich zwischen gegenüberliegenden Kühlflächen 16 Hohlräume 26 im Kühlkörper 10 bzw. dessen Grundkörper 12. Diese Hohlräume 26 weisen im Querschnitt im Wesentlichen die gleiche Erstreckungsfläche auf wie die Kühlflächen 16. Die Hohlräume 26 sind mit den Anschlüssen 14 zum Flüssigkeitsaustausch verbunden, so dass Kühlflüssigkeit in sie eingeleitet werden kann. Dazu weist der Kühlkörper 10 in Längsrichtung L verlaufende Zuführkanäle 28 auf, die mit jeweils einem Anschluss 14 verbunden sind. Die Hohlräume 26 sind zwischen den Zuführkanälen 28 angeordnet und/oder sind gesondert mit den Zuführkanälen 28 verbunden. In jedem Hohlraum 26 ist eine Stützstruktur 30 vorgesehen, die eine Mehrzahl von Verbindungselementen 32 aufweist. Wie gezeigt, können die Verbindungselemente 32 Pins oder Dome sein, die in einem symmetrischen Muster im Hohlraum 26 verteilt sind. Beispielsweise können die Verbindungselemente 32 in einer Richtung quer zur Längsrichtung L versetzt zueinander angeordnet sein.

Ein Querschnitt durch einen Hohlraum 26 und dessen Stützstruktur 30 ist in der Fig. 4 gezeigt. Die Verbindungselemente 32 können die beiden Seiten des Kühlkörpers 10, auf denen die Kühlflächen 16 vorgesehen sind, miteinander verbinden und/oder können einstückig mit dem Kühlkörper 10 gefertigt sein. Die Verbindungselemente 32 erhöhen die mechanische Belastbarkeit des Kühlkörpers 10 im Bereich der Hohlräume 26 und vergrößern die Innenfläche der Hohlräume 26, was die thermischen Eigenschaften des Kühlkörpers 10 verbessern kann.

Die Fig. 5 zeigt eine Leistungselektronikanordnung 34, die den Kühlkörper 10, auf beiden Seiten des Kühlkörpers 10 montierte Halbleitermodule 36, auf die Halbleiter- module 36 montierte Verteiler-Leiterplatten 38 und darauf montierte Kondensatoren 40 umfasst. Es ist zu verstehen, dass auch eine Leistungselektronikanordnung 34 möglich ist, bei der auf lediglich einer Seite des Kühlkörpers 10 Halbleitermodule 36, eine Verteiler-Leiterplatte 38 und ein oder mehrere Kondensatoren 40 montiert sind.

Die Halbleitermodule 36 können ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse aus Kunststoff aufweisen. Die Halbleitermodule 36 auf einer Seite des Kühlkörpers 10 können in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlich parallel zum Kühlkörper 10 und/oder den Verteiler-Leiterplatten 38 verlaufen kann. In dem Gehäuse der Halbleitermodule können mehrere Leistungshalbleiterschalter aufgenommen sein, die beispielsweise eine Halbbrücke bilden können. Die Halbbrücken der Halbleitermodule 36 auf einer Kühlfläche 16 können über die zugehörige Verteiler- Leiterplatte 38 parallel geschaltet sein.

Die Halbleitermodule 36 je Hohlraum 26 bzw. je zwei gegenüberliegenden Kühlflächen 16 des Kühlkörpers können jeweils eine Phase eines Inverters bilden. Die in der Fig.5 gezeigte Leistungselektronikanordnung 34 kann somit einen dreiphasigen Inverter bereitstellen.

Die Halbleitermodule 36 bzw. deren Leistungshalbleiterschalter auf gegenüberliegenden Kühlflächen 16 können von der Treiber-Leiterplatte 24 (in der Fig. 5 verdeckt) angesteuert werden. Gleiches gilt für benachbarte Halbleitermodule 36, die neben der Durchgangsöffnung 22, in der die Treiber-Leiterplatte 24 angeordnet ist, angeordnet sind. Damit können mit einer Treiber-Leiterplatte 24 die Halbleitermodule 36 auf vier Kühlflächen 16 angesteuert werden.

Beispielsweise können mit einer ersten Treiber-Leiterplatte 24 die Halbleitermodule 36 auf den vier benachbarten Kühlflächen 16 angesteuert werden und mit einer zweiten Leiterplatte die Halbleitermodule 36 auf den verbleibenden zwei Kühlflächen 16 angesteuert werden.

Pro Verteiler-Leiterplatte 38 sind zwei Kondensatoren 40 vorgesehen, die ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse aufweisen. Die Kondensatoren 40 auf einer Seite des Kühlkörpers 10 können in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen parallel zum Kühlkörper 10 und/oder den Verteiler-Leiterplatten 38 verlaufen kann.

Über die Verteiler-Leiterplatte 38 sind die Kondensatoren 40 parallel geschaltet und mit den Halbleitermodulen 36 elektrisch verbunden. Auf diese Weise wird aus den Kondensatoren 40 ein Gleichspannungszwischenkreis gebildet, aus dessen Gleichspannung die Halbleitermodule 36 bei entsprechender Ansteuerung eine Wechselspannung erzeugen können (und umgekehrt).

In der Fig. 5 sind weiter Brückenelemente 42 gezeigt, die die Verteiler- Leiterplatten 38 auf gegenüberliegenden Kühlflächen 16 miteinander elektrisch verbinden. Mit einem Brückenelement 42 können die Wechselstrom-Anschlüsse der zugehörigen Verteiler-Leiterplatten 38 miteinander elektrisch verbunden werden und jeweils einen Phasen-Anschluss für den durch die Leistungselektronikanordnung 34 bereitgestellten Inverter bilden. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine“ oder„ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Bezugszeichen

10 Kühlkörper

12 Grundkörper

14 Anschluss

16 Kühlfläche

18 Befestigungsöffnung

19 Längsseite

L Längsrichtung

20 Abstandsbolzen

22 Durchgangsöffnung

24 Treiber-Leiterplatte

26 Hohlraum

28 Zuführkanal

30 Stützstruktur

32 Verbindungselement

34 Leistungselektronikanordnung

36 Halbleitermodul

38 Verteiler-Leiterplatte

40 Kondensator

42 Brückenelement

Claims

Patentansprüche

1. Kühlkörper (10) für eine Leistungselektronikanordnung (34), der Kühlkörper (10) umfassend:

wenigstens zwei nebeneinanderliegende Kühlflächen (16) zum Befestigen von wenigstens einem Halbleitermodul (36);

wenigstens zwei Hohlräume (26) zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit, wobei jede der Kühlflächen (16) durch einen der Hohlräume (26) kühlbar ist;

eine längliche Durchgangsöffnung (22) durch den Kühlkörper (10) zwischen den beiden Kühlflächen (16) und zwischen den beiden Hohlräumen (26) zur Aufnahme einer Treiber-Leiterplatte (24).

2. Kühlkörper (10) nach Anspruch 1 ,

wobei der Kühlkörper (10) je Hohlraum (26) zwei gegenüberliegende Kühlflächen (16) für Halbleitermodule (36) umfasst, zwischen denen der Hohlraum (26) aufgenommen ist.

3. Kühlkörper (10) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei in jedem Hohlraum (26) eine Stützstruktur (30) vorhanden ist, die Verbindungselemente (32) aufweist, die gegenüberliegende Seiten des Hohlraums (26) verbinden.

4. Kühlkörper (10) nach Anspruch 3,

wobei die Stützstruktur (30) aus einer Mehrzahl von Stiften als Verbindungselemente (32) gebildet ist.

5. Kühlkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: zwei Zuführkanäle (28) für Kühlflüssigkeit, die in einer Längsrichtung (L) des

Kühlkörpers (10) verlaufen und zwischen denen die Hohlräume (26) und die Durchgangsöffnungen (22) angeordnet sind;

wobei jeder Hohlraum (26) gesondert mit den beiden Zuführkanälen (28) verbunden ist.

6. Kühlkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: drei Hohlräume (26) für Kühlflüssigkeit, die entlang einer Längsrichtung (L) des Kühlkörpers (10) aneinandergereiht sind;

zwei längliche Durchgangsöffnungen (22), die zwischen je zwei der Hohlräume angeordnet sind.

7. Leistungselektronikanordnung (34), umfassend:

einen Kühlkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche;

je Kühlfläche (16) wenigstens ein Halbleitermodul (36), das auf die Kühlfläche (16) montiert ist, und einen Kondensator (40), der auf das Halbleitermodul (36) montiert ist, wobei das Halbleitermodul (36) Leistungshalbleiter umfasst, die zu einer Halbbrücke geschaltet sind, mit der der Kondensator (40) parallel geschaltet ist; wenigstens eine Treiber-Leiterplatte (24), die in der wenigstens einen Durchgangsöffnung im Kühlkörper (10) angeordnet ist und die eine Treiberschaltung zum Ansteuern der Leistungshalbleiter umfasst.

8. Leistungselektronikanordnung (34) nach Anspruch 7,

wobei Halbleitermodule (36) auf gegenüberliegenden Kühlflächen (16) angeordnet sind; und die Treiberschaltung dazu ausgeführt ist, die Leistungshalbleiter der Halbleitermodule (36) auf gegenüberliegenden Kühlflächen (16) anzusteuern.

9. Leistungselektronikanordnung (34) nach Anspruch 7 oder 8,

wobei je Kühlfläche (16) mehrere Halbleitermodule (36) auf die Kühlfläche (16) montiert sind.

10. Leistungselektronikanordnung (34) nach Anspruch 9, weiter umfassend:

je Kühlfläche (16) jeweils eine Verteiler-Leiterplatte (38), die zwischen die Halbleitermodule (36) und den Kondensator (40) montiert ist, und die dazu ausgeführt ist, die Halbleitermodule (36) untereinander und mit dem Kondensator (40) parallel zu schalten.