DE102016219213B4 - Power electronics with directly and actively cooled condenser unit by means of heat pipes - Google Patents

Abstract

Leistungselektronik mit einer Kondensatoreinheit (1), wobei die Kondensatoreinheit (1) aufweist:
ein stromleitend ausgebildetes Tragelement (2, 3),
einen Kondensatorwickel (4), der mit einer Elektrode mit dem Tragelement (2, 3) elektrisch verbunden ist, und
eine eine im Betrieb entstehende Abwärmemenge des Kondensatorwickels (4) hin zu einer Wärmesenke (5) ableitende Kühleinrichtung (6), die ein einen Teil der Abwärmemenge aufnehmendes Wärmerohr (7a, 7b) aufweist, das thermisch mit der Wärmesenke (5) gekoppelt ist und relativ zu dem Tragelement (2, 3) elektrisch isoliert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wärmerohr (7a, 7b) schwingungsgedämpft an dem Tragelement (2, 3) aufgenommen ist.

Power electronics with a capacitor unit (1), wherein the capacitor unit (1) comprises:
a current-carrying carrying element (2, 3),
a capacitor winding (4) which is electrically connected to an electrode with the support member (2, 3), and
a heat-dissipating amount of the capacitor coil (4) resulting in operation toward a heat sink (5) discharging cooling means (6) having a heat pipe (7a, 7b) receiving part of the waste heat quantity thermally coupled to the heat sink (5); is electrically insulated relative to the support element (2, 3),
characterized in that
the heat pipe (7a, 7b) is received vibration-damped on the support element (2, 3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronik, vorzugsweise für ein Hybridmodul / eine Hybridmehrfachkupplung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder anderen Nutzfahrzeuges, mit einer Kondensatoreinheit, wobei die Kondensatoreinheit ein strom leitend / stromführend ausgebildetes Tragelement, zumindest einen Kondensatorwickel, der mit einer Elektrode mit dem Tragelement elektrisch verbunden ist, sowie eine eine im Betrieb entstehende Abwärmemenge des zumindest einen Kondensatorwickels hin zu einer Wärmesenke ableitende Kühleinrichtung aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a power electronics, preferably for a hybrid module / a hybrid multiple clutch of a drive train of a motor vehicle, such as a car, truck, bus or other commercial vehicle, with a condenser unit, the condenser unit is a current conducting / energized trained support element, at least one capacitor winding, with an electrode having the support element is electrically connected, and a resulting in operation waste heat quantity of the at least one capacitor winding toward a heat sink dissipative cooling device, according to the preamble of claim 1.

Aus dem Kraftfahrzeugbereich sind gattungsgemäße Leistungselektroniken bereits bekannt. In diesem Zusammenhang offenbart etwa die DE 10 2014 215 892 A1 einen Kühldeckel zum gezielten Kühlen von Leistungsendstufenmodulen, eine Leistungselektronik mit dem Kühldeckel und ein Hybridmodul mit einer integrierten Leistungselektronik.From the automotive sector generic power electronics are already known. In this context, about the DE 10 2014 215 892 A1 a cooling cover for targeted cooling of power output modules, power electronics with the cooling cover and a hybrid module with integrated power electronics.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE10 2015 225 645 A1 ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Leistungselektronik mittels eines Kühlmediums offenbart, wobei die Kühlvorrichtung ein Kühlgehäuse, einen Einlass für ein Kühlmedium und einen Auslass für ein Kühlmedium aufweist, wobei das Kühlgehäuse einen ersten Fluidkanal mit einem ersten Teilbereich, einem zweiten Teilbereich und einem dritten Teilbereich aufweist, und wobei die drei Teilbereiche des Kühlgehäuses in Fließrichtung hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind, und der erste Teilbereich eine Querschnittsfläche aufweist, die im Verlauf vom Einlass zum Auslass hin abnimmt.From the not pre-published DE10 2015 225 645 A1 a cooling device for cooling power electronics by means of a cooling medium is disclosed, wherein the cooling device comprises a cooling housing, an inlet for a cooling medium and an outlet for a cooling medium, wherein the cooling housing has a first fluid channel having a first portion, a second portion and a third portion , and wherein the three portions of the cooling housing are arranged one behind the other in the flow direction and connected to each other, and the first portion has a cross-sectional area, which decreases in the course from the inlet to the outlet.

Somit sind aus dem Stand der Technik bereits Leistungselektroniken bekannt, bei denen die Kühlung des Kondensators in der Regel durch die Anbindung des Vergusses oder des Gehäuses an eine Stelle mit niedriger Temperatur (z.B. das Gehäuse ohne eine Kühlplatte) erfolgt. Die Wärmeableitung findet daher zum großen Teil über den Verguss oder das Gehäuse statt. Bei diesen klassischen Kühlanbindungen des Kondensators ist jedoch die Kühlleistung nur so gut wie die Wärmeleitfähigkeit des Vergusses bzw. des Gehäuses, sodass die Kühlung in Systemen mit hoher Leistungsdichte an ihre Grenzen kommen kann. Die eingesetzten Kondensatoren müssen dann entsprechend größer dimensioniert werden, um eine thermische Überbelastung zu verhindern.Thus, power electronics are already known in the prior art in which the cooling of the capacitor is typically accomplished by attaching the potting or housing to a low temperature location (e.g., the housing without a cooling plate). The heat dissipation therefore takes place largely on the potting or the housing. In these classic cooling connections of the capacitor, however, the cooling capacity is only as good as the heat conductivity of the encapsulation or the housing, so that the cooling in systems with high power density can reach its limits. The capacitors used must then be dimensioned correspondingly larger in order to prevent thermal overloading.

Aus der DE 10 2011 077 924 A1 ist eine Leistungselektronik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.From the DE 10 2011 077 924 A1 is a power electronics according to the preamble of claim 1 is known.

Bezüglich weiteren Standes der Technik wird auf die nicht vorveröffentlichte DE 10 2015 218 888 A1 und die EP 1 028 439 A1 verwiesen.With respect to other prior art is not pre-published DE 10 2015 218 888 A1 and the EP 1 028 439 A1 directed.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine Leistungselektronik zur Verfügung zu stellen, die in ihrem Bauraum weiter reduziert werden soll oder zumindest eine höhere Leistungsdichte ermöglichen soll.It is therefore the object of the present invention to remedy these known from the prior art disadvantages and in particular to provide power electronics available that will be further reduced in their space or at least to enable a higher power density.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved with the measures specified in claim 1.

Die Kühleinrichtung weist zumindest ein einen Teil der Abwärmemenge aufnehmendes Wärmerohr auf, das thermisch mit der Wärmesenke gekoppelt ist.The cooling device has at least one heat pipe which absorbs part of the waste heat quantity and which is thermally coupled to the heat sink.

Dadurch findet die Kühlung der Kondensatorwickel unmittelbar / direkt neben den Stellen / Hot Spots , an denen im Betrieb eine hohe Abwärme entsteht, statt. Bei gleichem Bauraum können somit größere Ströme geführt werden.As a result, the cooling of the capacitor winding takes place directly / directly next to the points / hot spots at which a high waste heat is generated during operation. With the same space thus larger currents can be performed.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Ist das zumindest eine Wärmerohr als Heatpipe ausgebildet, ist das Wärmerohr besonders effektiv wirkend. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Wärmerohr / die Heatpipe mit Wasser als Fluid gefüllt ist, wobei das Fluid auf übliche Weise zwischen einem Dampfzustand und einem kondensierten / verflüssigten Zustand in Abhängigkeit der Wärmezufuhr von außen / von dem Kondensatorwickel wechselt. Die Heatpipe weist vorzugsweise einen kreisrunden oder einen ovalen / flachen Querschnitt auf.If the at least one heat pipe is designed as a heat pipe, the heat pipe is particularly effective. It is particularly useful when the heat pipe / the heat pipe is filled with water as a fluid, wherein the fluid changes in the usual way between a vapor state and a condensed / liquefied state depending on the heat input from the outside / from the capacitor winding. The heat pipe preferably has a circular or an oval / flat cross-section.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der zumindest eine Kondensatorwickel so ausgeführt / ausgestaltet ist, dass die Kondensatoreinheit einen Flachwickelkondensator, weiter bevorzugt einen Rundwickelkondensator, ausbildet. Dadurch lässt sich der Bauraum der Leistungselektronik besonders effektiv ausnutzen.In this context, it is particularly advantageous if the at least one capacitor winding is designed / configured such that the capacitor unit forms a flat winding capacitor, more preferably a circular winding capacitor. As a result, the space of the power electronics can be used particularly effectively.

Wenn das zumindest eine Wärmerohr teilweise oder vollständig in einem den zumindest einen Kondensatorwickel umfassenden / einschließenden Zwischenraum zwischen zwei, jeweils mit einer Elektrode des zumindest einen Kondensatorwickels elektrisch verbundenen sowie stromleitend ausgebildeten, Tragelementen angeordnet ist, sind die Kondensatorwickel deutlich von der Wärmesenke getrennt, wodurch ein besonders geschickter Aufbau erreicht wird.If the at least one heat pipe is arranged partially or completely in a gap enclosing / enclosing at least one capacitor winding between two support elements electrically connected to an electrode of the at least one capacitor winding and electrically conductive, the capacitor windings are clearly separated from the heat sink, whereby a particularly skilful construction is achieved.

In diesem Zusammenhang ist es zudem von Vorteil, wenn das zumindest eine Wärmerohr mit einem durch das Tragelement hindurchragenden Endbereich unmittelbar / direkt die Wärmesenke ausbildet. Das Wärmerohr wird dann an einer Stelle effektiv gekühlt. In this context, it is also advantageous if the at least one heat pipe directly / directly forms the heat sink with an end region projecting through the support element. The heat pipe is then effectively cooled at one point.

Erstreckt sich das zumindest eine Wärmerohr benachbart zu und entlang einer Außenumfangsseite außerhalb des zumindest einen Kondensatorwickels, wird eine sich außerhalb des Kondensatorwickels anstauende Wärme unmittelbar abgeführt.If the at least one heat pipe extends adjacent to and along an outer peripheral side outside the at least one capacitor winding, heat accumulating outside the capacitor winding is dissipated directly.

Wenn sich das zumindest eine Wärmerohr in eine zentrale Öffnung des zumindest einen Kondensatorwickels hineinerstreckt bzw., wenn das zumindest eine Wärmerohr in die zentrale Öffnung hineingesteckt ist, wird der Kondensatorwickel direkt von innen gekühlt.If the at least one heat pipe extends into a central opening of the at least one capacitor winding or, if the at least one heat pipe is inserted into the central opening, the capacitor winding is cooled directly from the inside.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn mehrere Wärmerohre vorhanden sind, wobei dann zumindest ein (zweites) Wärmerohr außerhalb des zumindest einen Kondensatorwickels angeordnet ist und sich zumindest ein (erstes) Wärmerohr in die zentrale Öffnung des gleichen Kondensatorwickels hineinerstreckt. Dann wird die Kühlwirkung der Kühleinrichtung weiter verbessert.However, it is particularly advantageous if a plurality of heat pipes are present, in which case at least one (second) heat pipe is arranged outside the at least one capacitor winding and at least one (first) heat pipe extends into the central opening of the same capacitor winding. Then, the cooling effect of the cooling device is further improved.

In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn mehrere Kondensatorwickel jeweils mit einer Elektrode mit dem Tragelement elektrisch verbunden sind, wobei die Kondensatorwickel vorzugsweise entlang einer Längsrichtung / -erstreckung des Tragelementen verteilt angeordnet sind und wobei vorzugsweise ein (zweites) Wärmerohr zwischen zwei benachbart angeordneten Kondensatorwickeln angeordnet ist und/oder sich ein (erstes) Wärmerohr in zumindest eine zentrale Öffnung eines Kondensatorwickels hineinerstreckt. Dadurch wird die Leistungsdichte der Leistungselektronik weiter erhöht, gleichzeitig jedoch auch die Kühlleistung der Kühleinrichtung optimiert.In this context, it is also advantageous if a plurality of capacitor windings are each electrically connected to an electrode with the support member, wherein the capacitor windings are preferably distributed along a longitudinal direction / extension of the support elements and preferably wherein a (second) heat pipe between two adjacent arranged capacitor windings is arranged and / or hineinerstreckt a (first) heat pipe in at least one central opening of a capacitor winding. As a result, the power density of the power electronics is further increased, but at the same time optimizes the cooling capacity of the cooling device.

Das zumindest eine Wärmerohr ist relativ zu dem Tragelement elektrisch isoliert und an dem Tragelement schwingungsgedämpft aufgenommen, so dass eine besonders langlebige Einsatzdauer der Leistungselektronik realisiert wird.The at least one heat pipe is electrically insulated relative to the support element and received vibration-damped on the support element, so that a particularly long service life of the power electronics is realized.

Bildet das Tragelement bzw. die beiden Tragelemente jeweils unmittelbar eine Sammelschiene / Busschiene (bus bar) aus, wird der Aufbau der Leistungselektronik besonders einfach gehalten.Forms the support element or the two support elements each directly a busbar / busbar (bus bar), the structure of the power electronics is kept very simple.

Ist die Wärmesenke an einem Gehäusebereich thermisch angebunden und/oder so angeordnet, dass sie in einen Kühlmittelleitkanal hinein ragt, wird die Kühlleistung der Kühleinrichtung weiter verbessert.If the heat sink is thermally connected to a housing region and / or arranged so that it projects into a coolant guide channel, the cooling capacity of the cooling device is further improved.

Desweiteren betrifft die Erfindung ein Hybridmodul, d.h. eine Hybridmehrfachkupplung / Hybridmehrfachkupplungsanordnung für einen (hybriden) Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem Elektromotor und einer elektrisch mit dem Elektromotor verbundenen Leistungselektronik nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dadurch ist auch ein Hybridmodul besonders leistungsfähig ausgeführt.Furthermore, the invention relates to a hybrid module, i. a hybrid multiple clutch / hybrid hybrid clutch assembly for a (hybrid) powertrain of a motor vehicle, having an electric motor and a power electronics electrically connected to the electric motor according to at least one of the embodiments described above. As a result, a hybrid module is designed particularly powerful.

In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine direkt aktive Kühlung von Kondensatorwickeln, unter der Verwendung von Heatpipes, umgesetzt. Dabei wird die Aufgabe gelöst, eine verlässliche Kühlung der Kondensatorwickel, wie sie in der Leistungselektronik integriert sind, zur Verfügung zu stellen, während gleichzeitig ein möglichst kleiner Bauraum umgesetzt ist. Die Kühlung der in der Leistungselektronik integrierten Kondensatorwickel wird durch eine direkte Abführung der Hitze aus den Hot Spots innerhalb der Kondensatorwickel hin zu einer Wärmesenke unter Verwendung der Heatpipes umgesetzt. Die Abführung der Wärme innerhalb der Heat Pipes ist bspw. unter dem Gebrauch von Fluid, wie Wasser, umgesetzt.In other words, according to the invention, directly active cooling of capacitor windings, using heat pipes, is implemented. The object is achieved, a reliable cooling of the capacitor winding, as they are integrated in the power electronics, to provide, while at the same time the smallest possible space is implemented. The cooling of the capacitor windings integrated in the power electronics is implemented by direct dissipation of the heat from the hot spots within the capacitor windings to a heat sink using the heat pipes. The dissipation of heat within the heat pipes is, for example, under the use of fluid, such as water reacted.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben sind.The invention will now be explained in more detail with reference to figures, in which context also different embodiments are described.

Es zeigen:

• 1 eine isometrische Darstellung einer Kondensatoreinheit zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Leistungselektronik, wobei der prinzipielle Aufbau der Kondensatoreinheit zu erkennen ist und mehrere Wärmerohre als Teil einer Kühleinrichtung Wärmesenken ausbilden,
• 2 eine perspektivische Darstellung einer Kondensatoreinheit nach 1 mit Kühlung, die in einer erfindungsgemäßen Leistungselektronik nach einem ersten Ausführungsbeispiel verwendbar ist, wobei neben der Kondensatoreinheit ein mit den Wärmesenken zusammenwirkender Kühlkreislauf vorhanden ist, und
• 3 eine Querschnittsdarstellung einer Kondensatoreinheit nach 1, die in einer erfindungsgemäßen Leistungselektronik nach einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendbar ist, wobei deren Wärmesenken gegenüber 2 mit einem Gehäusebereich thermisch gekoppelt sind.

Show it:

• 1 an isometric view of a capacitor unit for use in a power electronics according to the invention, wherein the basic structure of the capacitor unit can be seen and form a plurality of heat pipes as part of a cooling device heat sinks,
• 2 a perspective view of a capacitor unit after 1 with cooling, which can be used in a power electronics according to the invention according to a first embodiment, wherein in addition to the condenser unit cooperating with the heat sinks cooling circuit is present, and
• 3 a cross-sectional view of a capacitor unit according to 1 , which is usable in a power electronics according to the invention according to a second embodiment, wherein the heat sinks opposite 2 are thermally coupled to a housing portion.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are merely schematic in nature and are for the sole purpose of understanding the invention. The same elements are provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Leistungselektronik in einem teilweisen Aufbau erkennbar. Die Leistungselektronik weist insbesondere die in 1 dargestellte Kondensatoreinheit 1 auf. Die Kondensatoreinheit 1 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel, wie nachfolgend in Verbindung mit 2 gezeigt, als eine Kondensatoreinheit 1 samt einem einen Kühlmittelleitkanal 15 ausbildenden Kühlaggregat 17, d.h. als Kondensator mit Kühlung 16, ausgeführt. Die Leistungselektronik ist prinzipiell für die Verwendung in einem Hybridmodul eines hybriden Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges vorbereitet. Der weitere Aufbau der Leistungselektronik / des Hybridmoduls ist der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt. Die Leistungselektronik dient im Betrieb insbesondere zum Ansteuern / Versorgen eines Elektromotors des Hybridmoduls mit elektrischer Energie. In 1 a power electronics according to the invention can be seen in a partial structure. The power electronics has in particular the in 1 shown capacitor unit 1 on. The condenser unit 1 is in a first embodiment, as in connection with 2 shown as a capacitor unit 1 including a coolant conduit 15 forming cooling unit 17 ie as a condenser with cooling 16 , executed. The power electronics are prepared in principle for use in a hybrid module of a hybrid drive train of a motor vehicle. The further structure of the power electronics / the hybrid module is not shown for clarity sake. The power electronics are used in operation in particular for driving / supplying an electric motor of the hybrid module with electrical energy.

Die Leistungselektronik bzw. die Kondensatoreinheit 1 weist zwei Tragelemente 2 und 3 auf, die jeweils unmittelbar als Sammelschiene 13a bzw. 13b / Stromschiene / Stromsammelschiene ausgestaltet sind. Die beiden Tragelemente 2 und 3 sind als längliche Bauteile ausgeführt, die jeweils einen länglichen plattenförmigen Aufnahmebereich 18 ausbilden. Die Tragelemente 2 und 3 sind so relativ zueinander angeordnet, dass ihre Aufnahmebereiche 18 im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Aufnahmebereiche 18 der beiden Tragelemente 2 und 3 sind voneinander beabstandet, sodass sie einen Zwischenraum 8 ausbilden. Dieser Zwischenraum 8 dient als Aufnahmeraum für mehrere Kondensatorwickel 4, die auch als einzelne Kondensatoren ausbildbar sind. Zwischen den Tragelementen 2 und 3 / in dem Zwischenraum 8 sind daher mehrere, in diesem Ausführungsbeispiel zumindest fünf Kondensatorwickel 4, wovon einer in 1 in seiner Längsrichtung geschnitten dargestellt ist, angeordnet. Die Kondensatorwickel 4 sind untereinander gleich / als Gleichbauteile ausgebildet. Jeder Kondensatorwickel 4 dient zur Ausbildung der Kondensatoreinheit 1 als ein Wickelkondensator, nämlich ein Flachwickelkondensator, alternativ jedoch auch ein Rundwickelkondensator. Die Kondensatorwickel 4 sind entlang der Tragelemente 2 und 3 / der Aufnahmebereiche 18 nebeneinander aufgereiht. Mit einem Eingang bzw. Ausgang / einer ersten Elektrode ist jeder Kondensatorwickel 4 mit dem ersten Tragelement 2 elektrisch leitend verbunden. Mit einem Ausgang bzw. Eingang / einer zweiten Elektrode ist jeder Kondensatorwickel 4 mit dem zweiten Tragelement 3 elektrisch leitend verbunden.The power electronics or the capacitor unit 1 has two support elements 2 and 3 on, each directly as a busbar 13a or. 13b / Busbar / power bus are designed. The two support elements 2 and 3 are designed as elongated components, each having an elongated plate-shaped receiving area 18 form. The supporting elements 2 and 3 are arranged relative to each other so that their receiving areas 18 are aligned substantially parallel to each other. The reception areas 18 the two support elements 2 and 3 are spaced apart so they have a gap 8th form. This gap 8th serves as a receiving space for several capacitor windings 4 , which can also be formed as individual capacitors. Between the supporting elements 2 and 3 / in the gap 8th are therefore several, at least five capacitor windings in this embodiment 4 , one of which is in 1 is shown cut in its longitudinal direction, arranged. The capacitor winding 4 are equal to each other / formed as equal components. Each capacitor winding 4 serves to form the capacitor unit 1 as a wound capacitor, namely a flat winding capacitor, but alternatively also a round winding capacitor. The capacitor winding 4 are along the support elements 2 and 3 / the recording areas 18 lined up next to each other. With an input or output / a first electrode is each capacitor winding 4 with the first support element 2 electrically connected. With an output / input / a second electrode is each capacitor winding 4 with the second support element 3 electrically connected.

Zur Kühlung der Kondensatorwickel 4 ist eine Kühleinrichtung 6 vorgesehen. Die Kühleinrichtung 6 weist mehrere Wärmerohre 7 auf. Jedes Wärmerohr 7 ist als Heatpipe ausgestaltet. Die Kühleinrichtung 6 ist prinzipiell so ausgeführt, dass sie eine im Betrieb durch die Kondensatorwickel 4 erzeugte Abwärme hin zu einer Wärmesenke 5 ableitet. Die Wärmesenke 5 ist wiederum außerhalb des Zwischenraums 8, hier an einer dem Zwischenraum 8 abgewandten Seite des Aufnahmebereichs 18 des ersten Tragelementes 2 angeordnet. Die Wärmesenke 5 bildet unmittelbar einen Anschluss zur Kühlung aus. An einem Ende 9 ragt das jeweilige Wärmerohr 7 aus dem Zwischenraum 8, unter Durchdringung des Aufnahmebereichs 18 des ersten Tragelementes 2 hinaus und bildet an seinem Endbereich 10 unmittelbar die Wärmesenke 5 aus. Die Wärmesenke 5 ist ein integraler / stoffeinteiliger Bestandteil einer Außenwandung einer Kühlkammer 19 des jeweiligen Wärmerohres 7. Je Wärmerohr 7 ist daher eine mit dem Wärmerohr thermisch gekoppelte Wärmesenke 5 ausgestaltet.For cooling the capacitor winding 4 is a cooling device 6 intended. The cooling device 6 has several heat pipes 7 on. Every heat pipe 7 is designed as a heat pipe. The cooling device 6 is basically designed so that it is in operation by the capacitor winding 4 generated waste heat towards a heat sink 5 derives. The heat sink 5 is again outside the gap 8th , here at a gap 8th facing away from the receiving area 18 of the first support element 2 arranged. The heat sink 5 Immediately forms a connection for cooling. At one end 9 protrudes the respective heat pipe 7 from the gap 8th , under penetration of the receiving area 18 of the first support element 2 out and forms at its end area 10 immediately the heat sink 5 out. The heat sink 5 is an integral part of an outer wall of a cooling chamber 19 of the respective heat pipe 7 , The heat pipe 7 is therefore a heat sink thermally coupled to the heat pipe 5 designed.

Jedes der Wärmerohre 7 bildet die hohle Kühlkammer 19 aus, die (zumindest teilweise / vollständig) in dem Zwischenraum 8 angeordnet ist. Die Wärmesenke 5 ist thermisch mit der Kühlkammer 19 verbunden und leitet die Wärme im Betrieb weiter zur Umgebung des Zwischenraums 8 hin ab. Die Wärmesenke 5 ist durch flach gedrückte Enden 9 der Wärmerohre 7 ausgebildet.Each of the heat pipes 7 forms the hollow cooling chamber 19 out, which (at least partially / completely) in the interspace 8th is arranged. The heat sink 5 is thermal with the cooling chamber 19 connected and conducts the heat in operation to the environment of the gap 8th down. The heat sink 5 is by flattened ends 9 the heat pipes 7 educated.

Wie weiterhin in 1 erkennbar, sind hierbei prinzipiell unterschiedliche Wärmerohre 7a und 7b ausgeführt. Jedes der mehreren ersten Wärmerohre 7a ragt in jeweils einen Kondensatorwickel 4 hinein. Hierfür bildet der Kondensatorwickel 4 eine zentrale Öffnung 12, in Form eines Durchgangsloches, aus, in die das jeweilige erste Wärmerohr 7a (mit seiner Kühlkammer 19) hineingeschoben ist. Jedes erste Wärmerohre 7a erstreckt sich quer zu den Aufnahmebereichen 18 der Tragelemente 2, 3.As continues in 1 recognizable, are in principle different heat pipes 7a and 7b executed. Each of the first several heat pipes 7a protrudes in each case a capacitor winding 4 into it. For this purpose forms the capacitor winding 4 a central opening 12 , in the form of a through hole, into which the respective first heat pipe 7a (with its cooling chamber 19 ) is pushed in. Every first heat pipe 7a extends transversely to the receiving areas 18 the support elements 2 . 3 ,

Jedes zweite Wärmerohr 7b ist mit seiner Kühlkammer 19 außerhalb des jeweiligen Kondensatorwickels 4, zwischen zwei benachbarten Kondensatorwickeln 4, angeordnet. Das jeweilige zweite Wärmerohr 7b ist in einem Spalt 20 zwischen zwei benachbarten Kondensatorwickeln 4 eingeschoben. Jedes zweite Wärmerohr 7b erstreckt sich quer zu den Aufnahmebereichen 18 der Tragelemente 2, 3 und entlang einer Außenumfangsseite 11 des jeweiligen Kondensatorwickels 4.Every second heat pipe 7b is with its cooling chamber 19 outside the respective capacitor winding 4 , between two adjacent capacitor windings 4 arranged. The respective second heat pipe 7b is in a gap 20 between two adjacent capacitor windings 4 inserted. Every second heat pipe 7b extends transversely to the receiving areas 18 the support elements 2 . 3 and along an outer peripheral side 11 of the respective capacitor winding 4 ,

Die ersten und zweiten Wärmerohre 7a und 7b sind in axialer Richtung der Tragelemente 2, 3 abwechselnd abgeordnet, sodass jeder Kondensatorwickel 4 mit einem ersten Wärmerohr 7a versehen und zwischen je zwei benachbarten Kondensatorwickeln 4 ein zweites Wärmerohr 7b angeordnet ist.The first and second heat pipes 7a and 7b are in the axial direction of the support elements 2 . 3 alternately seconded so that each capacitor winding 4 with a first heat pipe 7a provided and between each two adjacent capacitor windings 4 a second heat pipe 7b is arranged.

Wie bereits in Verbindung mit 1 erwähnt, ist in einem bevorzugten ersten Ausführungsbeispiel der Leistungselektronik nicht nur die Kondensatoreinheit 1, sondern auch das Kühlaggregat 17 vorhanden, das in Verbindung mit 2 besonders gut erkennbar ist und dadurch einen Kondensator mit Kühlung 16 ausbildet. Das Kühlaggregat 17 weist einen Gehäusebereich eines Kondensatorgehäuses 21 / Bechers der Kondensatoreinheit 1 mit auf. Die Kondensatoreinheit 1 ist im montierten Zustand derart mit dem Kühlaggregat 17 verbunden, dass sich ein Kühlmittelleitkanal 15 außerhalb des Zwischenraums 8 entlang erstreckt. Die Kondensatorwickel 4 / der Zwischenraum 8 sind / ist gegenüber diesem Kühlmittelleitkanal 15 abgedichtet. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Vergusses 27.As already in connection with 1 mentioned, in a preferred first embodiment of the power electronics is not only the capacitor unit 1 , but also the refrigeration unit 17 available in conjunction with 2 is particularly well recognizable and thereby a condenser with cooling 16 formed. The refrigeration unit 17 has a housing portion of a capacitor housing 21 / Cup of the capacitor unit 1 with on. The condenser unit 1 is in the assembled state so with the cooling unit 17 connected, that is a Kühlmittelelleitkanal 15 outside the gap 8th extends along. The capacitor winding 4 / The gap 8th are / is opposite this Kühlmittelelleitkanal 15 sealed. This is preferably done by means of a potting 27 ,

Zudem sind die jeweiligen Wärmerohre 7; 7a, 7b in Durchgangslöchern 22 in dem Aufnahmebereich 18 des ersten Tragelementes 2 aufgenommen. Die Wärmerohre 7; 7a, 7b sind in diesem Zusammenhang an gleicher Stelle elektrisch gegenüber dem Aufnahmebereich 18 / dem ersten Tragelement 2 isoliert. Hierfür dient ein Einsatz 23 in dem jeweiligen Durchgangsloch 22. Der Einsatz 23 ist auch so ausgeführt, dass die Wärmerohre 7; 7a, 7b jeweils schwingungsgedämpft an dem ersten Tragelement 2 aufgenommen sind.In addition, the respective heat pipes 7 ; 7a . 7b in through holes 22 in the recording area 18 of the first support element 2 added. The heat pipes 7 ; 7a . 7b are in this context at the same place electrically opposite the receiving area 18 / the first support element 2 isolated. This is a use 23 in the respective through hole 22 , The use 23 is also designed so that the heat pipes 7 ; 7a . 7b each vibration-damped on the first support element 2 are included.

Der Kühlmittelleitkanal 15 ist so dimensioniert, dass er die Wärmesenken 5 der einzelnen Wärmerohre 7; 7a, 7b vollständig aufnimmt. Ein Querschnitt des Kühlmittelleitkanals 15 ist daher auf die Erstreckung der Wärmesenken 5 abgestimmt und gewährleistet, dass die Wärmesenken 5 im Betrieb vollständig von einem Kühlfluid umströmt sind. Wie in 2 erkennbar, erstreckt sich der Kühlmittelleitkanal 15 soweit über die gesamte Länge des Aufnahmebereichs 18 des ersten Tragelementes 2 hinweg, dass alle Wärmesenken 5 der Wärmerohre 7; 7a, 7b in dem Kühlmittelleitkanal 15 aufgenommen sind. Ein Zulauf 24 ist auf einer ersten axialen Seite des Aufnahmebereichs 18 angeordnet, wohingegen ein Ablauf 25 des Kühlmittelleitkanals 15 auf einer dieser ersten Seite abgewandten axialen zweiten Seite angeordnet ist. Der Kühlmittelleitkanal 15 ist dann auf übliche Weise im Betrieb Teil eines Kühlmittelkreislaufes bzw. mit einem Kühlmittelkreislauf verbunden.The coolant conduit 15 is dimensioned so that it heats the heat 5 the individual heat pipes 7 ; 7a . 7b completely absorbs. A cross section of the coolant conduit 15 is therefore on the extension of the heat sinks 5 matched and ensured that the heat sinks 5 are completely surrounded by a cooling fluid during operation. As in 2 recognizable, extending the Kühlmittelleitkanal 15 so far over the entire length of the receiving area 18 of the first support element 2 away, that all heat sinks 5 the heat pipes 7 ; 7a . 7b in the Kühlmittelelleitkanal 15 are included. An inflow 24 is on a first axial side of the receiving area 18 arranged, whereas a drain 25 of the coolant conduit 15 is arranged on one of these first side facing away from the axial second side. The coolant conduit 15 is then connected in the usual way during operation part of a coolant circuit or with a coolant circuit.

In Verbindung mit 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungselektronik veranschaulicht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass das zweite Ausführungsbeispiel in Aufbau und Funktion dem ersten Ausführungsbeispiel weitestgehend gleicht. Insbesondere sind die Kondensatoreinheiten 1 in Form eines Kondensators gleich aufgebaut. Es wird daher nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen.Combined with 3 a second embodiment of the power electronics according to the invention is illustrated. In this context, it should be noted that the second embodiment is similar in construction and function of the first embodiment as far as possible. In particular, the capacitor units 1 constructed in the form of a capacitor the same. Therefore, only the differences between the exemplary embodiments will be discussed below.

In 3 ist erkennbar, dass nun nicht mehr das zusätzliche Kühlaggregat 17 in der Leistungselektronik integriert ist, sondern die Wärmesenken 5 nun mit einem Gehäusebereich 14 der Leistungselektronik thermisch verbunden sind. Die flachgedrückten Enden 9 in Form der Wärmesenken 5 liegen flächig an einer den Gehäusebereich 14 ausbildenden Außenwandung 26 eines Gehäuses, das zur Umgebung hin frei durch ein Kühlmedium, wie Luft, umströmt ist, angebracht. Die Kondensatoreinheit 1 ist schließlich im fertig montierten Zustand der Leistungselektronik zusätzlich in einem Verguss 27 eingebettet, der sie zusätzlich vor äußeren Einflüssen schützt.In 3 is recognizable that now no longer the additional cooling unit 17 is integrated in the power electronics, but the heat sinks 5 now with a housing area 14 the power electronics are thermally connected. The flattened ends 9 in the form of heat sinks 5 lie flat on one of the housing area 14 forming outer wall 26 a housing which is freely circulated to the environment by a cooling medium, such as air, attached. The condenser unit 1 is finally in the assembled state of power electronics in addition in a potting 27 embedded, which also protects them from external influences.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass auch prinzipiell eine Kombination der beiden Ausführungsbeispiele in einem weiteren Ausführungsbeispiel möglich ist. Hierbei kann dann der Kühlmittelleitkanal 15 unmittelbar durch die Außenwandung 26 mit umschlossen sein. Die Wärmerohre 7a und 7b sind dann über die Wärmesenke 5 sowohl an der der Außenwandung 26 thermisch angebunden sowie in einem Fluidstrom des Kühlmittelleitkanals 15 angebracht.For the sake of completeness, it should be pointed out that a combination of the two exemplary embodiments is also possible in principle in a further exemplary embodiment. In this case, then the Kühlmittelelleitkanal 15 directly through the outer wall 26 to be enclosed. The heat pipes 7a and 7b are then over the heat sink 5 both on the outer wall 26 thermally connected and in a fluid flow of Kühlmittelleitkanals 15 appropriate.

In anderen Worten ausgedrückt, sind somit erfindungsgemäß ein oder mehrere Heatpipes (Wärmerohre 7; 7a, 7b) umgesetzt, um die Wärme direkt aus dem Entstehungsort zu entziehen. Hierdurch entsteht eine Kühlfunktion im Inneren des jeweiligen Kondensators 1. Dadurch wird die Leistungsdichte des Kondensators 1 erhöht. Die Heatpipes 7 sind einerseits an den Hot Spots des Flachwickelkondensators 1 thermisch niederimpedant und am anderen Ende an eine Wärmesenke 5 angebunden. Die Wärmesenke 5 wird entweder durch das Gehäuse 21 gewährleistet oder direkt durch die aktive Kühlung der Leistungshalbleiter. Die Anbindung im Kondensator 1 kann an unterschiedlichen Stellen erfolgen. Die Heatpipes 7 müssen geometrisch so in den Kondensator 1 eingebracht werden, dass die elektrische Isolation gewährleistet ist. Es ist daher ein elektrisch isolierendes Element (Einsatz 23) vorzusehen, wobei dieses Element 23 gleichzeitig als Vibrationsschutz / Schwingungsdämpfer dient, um zu vermeiden, dass im Betrieb der elektrische Kontakt hergestellt wird oder aber auch die geforderten Mindestabstände unterschritten werden. Die Lösung besteht somit aus einer oder mehreren Heatpipes 7 bzw. einem oder mehreren Kühlungsflusszylindern (Kühlkammer 19), welche in einem Wickelkondensator 1 (Flachwickel oder Rundwickel) an der Stelle eingebracht werden, wo die Wärme entsteht, speziell im Zentrum der Kondensatorwickel 4 oder zwischen den Kondensatorwickeln 4. Diese Wärme wird dadurch dem Wickel entzogen und zu einer kälteren Stelle befördert. Die Konstruktion ist somit durch die Punkte Flachwickel bzw. Rundwickel, Isolation / Vibrationsschutz sowie Anbindung an eine Kühlstelle (maximale Temperatur dieser Wärmesenke 5 ist abhängig von den eingesetzten Heatpipes) gekennzeichnet.In other words, according to the invention are thus one or more heat pipes (heat pipes 7 ; 7a . 7b) implemented to extract the heat directly from the place of origin. This creates a cooling function inside the respective capacitor 1 , This will increase the power density of the capacitor 1 elevated. The heatpipes 7 are on the one hand at the hot spots of the flat winding capacitor 1 thermally low-impedance and at the other end to a heat sink 5 tethered. The heat sink 5 is either through the case 21 guaranteed or directly by the active cooling of the power semiconductors. The connection in the condenser 1 can be done in different places. The heatpipes 7 must geometrically so in the condenser 1 be introduced that the electrical insulation is ensured. It is therefore an electrically insulating element (insert 23 ), this element 23 at the same time serves as a vibration protection / vibration damper, to avoid that during operation of the electrical contact is made or even the required minimum distances are exceeded. The solution thus consists of one or more heatpipes 7 or one or more cooling flow cylinders (cooling chamber 19 ), which in a wound capacitor 1 (Flat wound or round winding) are introduced at the point where the heat is generated, especially in the center of the capacitor winding 4 or between the capacitor windings 4 , This heat is thereby removed from the roll and transported to a colder place. The construction is thus by the points flat wrap or round wrap, insulation / vibration protection and connection to a cooling point (maximum temperature of this heat sink 5 depends on the heatpipes used).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Kondensatoreinheitcondenser unit

22

erstes Tragelementfirst support element

33

zweites Tragelementsecond support element

44

Kondensatorwickelcapacitor winding

55

Wärmesenkeheat sink

66

Kühleinrichtungcooling device

77

Wärmerohrheat pipe

7a7a

erstes Wärmerohrfirst heat pipe

7b7b

zweites Wärmerohrsecond heat pipe

88th

Zwischenraumgap

99

EndeThe End

1010

Endbereichend

1111

AußenumfangsseiteOuter peripheral side

1212

Öffnungopening

13a13a

erste Sammelschienefirst busbar

13b13b

zweite Sammelschienesecond busbar

1414

Gehäusebereichhousing area

1515

KühlmittelleitkanalKühlmittelleitkanal

1616

Kondensator mit KühlungCondenser with cooling

1717

Kühlaggregatcooling unit

1818

Aufnahmebereichreception area

1919

Kühlkammercooling chamber

2020

Spaltgap

2121

Kondensatorgehäusecapacitor case

2222

DurchgangslochThrough Hole

2323

Dichtungpoetry

2424

ZulaufIntake

2525

Ablaufprocedure

2626

Außenwandungouter wall

2727

Vergussgrouting

Claims (9)

Leistungselektronik mit einer Kondensatoreinheit (1), wobei die Kondensatoreinheit (1) aufweist: ein stromleitend ausgebildetes Tragelement (2, 3), einen Kondensatorwickel (4), der mit einer Elektrode mit dem Tragelement (2, 3) elektrisch verbunden ist, und eine eine im Betrieb entstehende Abwärmemenge des Kondensatorwickels (4) hin zu einer Wärmesenke (5) ableitende Kühleinrichtung (6), die ein einen Teil der Abwärmemenge aufnehmendes Wärmerohr (7a, 7b) aufweist, das thermisch mit der Wärmesenke (5) gekoppelt ist und relativ zu dem Tragelement (2, 3) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (7a, 7b) schwingungsgedämpft an dem Tragelement (2, 3) aufgenommen ist.Power electronics with a capacitor unit (1), wherein the capacitor unit (1) comprises a current-carrying carrying element (2, 3), a capacitor winding (4) which is electrically connected to an electrode with the support member (2, 3), and a a waste heat quantity of the condenser coil (4) produced during operation, towards a heat sink (5) dissipating cooling means (6) comprising a heat pipe (7a, 7b) receiving a portion of the waste heat quantity thermally coupled to the heat sink (5) and relatively to the support element (2, 3) is electrically isolated, characterized in that the heat pipe (7a, 7b) is vibration-damped on the support element (2, 3) is added. Leistungselektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (7a, 7b) als Heatpipe ausgebildet ist.Power electronics after Claim 1 , characterized in that the heat pipe (7a, 7b) is designed as a heat pipe. Leistungselektronik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (7a, 7b) teilweise oder vollständig in einem den Kondensatorwickel (4) umfassenden Zwischenraum (8) zwischen zwei, jeweils mit einer Elektrode des Kondensatorwickels (4) elektrisch verbundenen sowie strom leitend ausgebildeten Tragelementen (2, 3) angeordnet ist.Power electronics after Claim 1 or 2 , characterized in that the heat pipe (7a, 7b) partially or completely in a the capacitor winding (4) comprising gap (8) between two, in each case with an electrode of the capacitor winding (4) electrically connected and electrically conductive support elements (2, 3 ) is arranged. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Wärmerohr (7a, 7b) mit einem durch das Tragelement (2, 3) hindurchragenden Endbereich (10) unmittelbar die Wärmesenke (5) ausbildet.Power electronics according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the one heat pipe (7a, 7b) with a through the support element (2, 3) projecting end portion (10) directly forms the heat sink (5). Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wärmerohr (7a) benachbart zu und entlang einer Außenumfangsseite (11) des Kondensatorwickels (4) erstreckt.Power electronics according to one of the Claims 1 to 4 characterized in that the heat pipe (7a) extends adjacent to and along an outer peripheral side (11) of the capacitor coil (4). Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wärmerohr (7b) in eine zentrale Öffnung (12) des Kondensatorwickels (4) hineinerstreckt.Power electronics according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the heat pipe (7b) extends into a central opening (12) of the capacitor winding (4). Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kondensatorwickel (4) jeweils mit einer Elektrode mit dem Tragelement (2, 3) elektrisch verbunden sind, und ein Wärmerohr (7a) zwischen zwei benachbart angeordneten Kondensatorwickeln (4) angeordnet ist und/oder sich ein Wärmerohr (7b) in eine zentrale Öffnung (12) eines Kondensatorwickels (4) hineinerstreckt.Power electronics according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that a plurality of capacitor windings (4) each having an electrode to the support member (2, 3) are electrically connected, and a heat pipe (7a) between two adjacently arranged capacitor windings (4) is arranged and / or a heat pipe (7b ) extends into a central opening (12) of a capacitor winding (4). Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (5) an einen Gehäusebereich (14) thermisch angebunden und/oder in einen Kühlmittelleitkanal (15) hineinragend angeordnet ist.Power electronics according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the heat sink (5) to a housing portion (14) thermally connected and / or arranged in a Kühlmittelelleitkanal (15) projecting. Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer mit einem Elektromotor elektrisch verbundenen Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Hybrid module for a drive train of a motor vehicle, with a power electronics connected to an electric motor according to one of Claims 1 to 8th ,

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