CN107295742B - 电路板和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电路板，具有埋入电路板(1)中的大电流导体道路(5)，其中，所述大电流导体道路(5)被布置在电路板(1)的高压区段(3)中，设有与高压区段(3)间隔开的低压区段(4)，该低压区段包括将低压区段(4)与高压区段(3)相互屏蔽的两个屏蔽层(12)和埋入在屏蔽层(12)之间的信号处理装置(11)。

Description

电路板和机动车
技术领域
本发明涉及一种电路板，具有埋入电路板中的大电流导体道路/大电流印制导线。
背景技术
这类电路板是已经公知的，其也被称作是高压电路板(HV-PCB)。其与传统的、设计用于低压使用方案的电路板的区别之处在于，埋入电路板中的大电流导体道路被设置用于传导有效电流强度通常大于100安培的大电流。
但如果需要精确监控该电流强度，则需要额外的测量装置和连接在其下游的信号处理装置，其中，信号处理装置由于电磁兼容性原因通常被布置在单独的低压电路板上。这需要非常大的结构空间，而尤其是在具有用于驱动装置的高压车载电网的机动车中，仅有小范围的结构空间可供使用。
发明内容
因此本发明的目的是，针对高压使用方案提供一种相比之下改进的、尤其是节省结构空间的电路板。
为实现该目的，根据本发明在开头所述类型的电路板中规定，所述大电流导体道路被布置在电路板的高压区段中，设有与高压区段间隔开的低压区段，该低压区段包括将低压区段与高压区段相互屏蔽的两个屏蔽层和埋入在屏蔽层之间的信号处理装置。
本发明基于的考虑是，向一件式的电路板中既集成具有大电流导体道路的高压区段、又集成额外的低压区段，该低压区段屏蔽式地接纳电磁高敏的信号处理装置。因此在根据本发明的电路板的使用方案中可以放弃单独的、彼此间隔开布置的低压电路板。尤其是在汽车领域中可以用根据本发明的电路板替换迄今使用的结构空间密集型的汇流排布置结构、即所谓的汇流条(Busbars)。有利的是，因此在确保电磁兼容性的同时实现了大电流导体道路和信号处理装置的特别节省结构空间的布置。电路板此外能够灵活适配于项目特有的和/或用途特定的布置结构，以及可以成本低地批量制造。
低压区段和高压区段在此尤其表示在电路板的长度和宽度上无交叠和/或不连续的区段。电路板本身还具有例如由环氧化物制成的电绝缘的载体。
所述合适的、由导电良好的材料、尤其是铜制成的大电流导体道路的特征例如在于，其被设计用于传导有效电流强度为至少100A、优选至少150A的电流。该大电流导体道路能够例如具有至少1mm2、优选至少2mm2的横截面积，和/或至少2mm、优选至少4mm的宽度，和/或至少0.2mm、优选至少0.5mm的厚度。电路板还可以具有至少一个附加的被埋入的大电流导体道路，其中，大电流导体道路能够被埋入到高压区段的不同层中。
低压区段的特征尤其在于，沿电路板的竖直方向设有第一屏蔽层、载体和第二屏蔽层，其中，在载体的缺口内布置有信号处理装置。屏蔽层因此在信号处理装置上方和下方并且从载体的邻接于信号处理装置的区域出发分别沿电路板的纵向和横向延伸。屏蔽层可以尤其覆盖载体的表面区段。但也可以想到，屏蔽层被完全或部分埋入载体中。屏蔽层优选由导电良好的材料、尤其是铜制成，从而达到良好的电磁屏蔽。有利的是，屏蔽层能够与参考电位电容耦合或电流耦合。当然，电路板可以具有至少局部遮盖载体表面和/或屏蔽层的绝缘的漆层。
有利的是，所述信号处理装置被与大电流导体道路电流隔断地/直流隔断地间隔开。换句话说，在大电流导体道路与信号处理装置之间沿电路板的纵向和横向的最小间距这样选择，使得确保充分的电流退耦(galvanische Entkopplung)。在信号处理装置与大电流导体道路之间的间距可以例如至少为4mm，由此典型地实现在直至400V的电位差时的电流隔断。
在根据本发明的电路板中此外优选的是，设有至少局部地埋入所述低压区段内的、与信号处理装置触点接通的测量导体道路/测量印制导线，该测量导体道路能够或已经与用于测量沿大电流导体道路的电流强度的至少一个测量器的、为信号处理装置提供测量信号的输出端导电连接。测量导体道路可以沿其中也埋入信号处理装置的相同层延伸，并且可以被设计用于传导具有在1μV至10mV数量级中的电平的测量信号。因此测量导体道路必须具有非常小的导体横截面积。至少一个或所有测量导体道路在此也可以在低压区段对面、即尤其是还在电路板的被屏蔽层所屏蔽的区域外沿大电流导体道路的方向延伸。
此外有利的是，所述大电流导体道路是中断的，其中，在大电流导体道路上设有用于连接由测量器所造成的中断部的第一连接端，在测量导体道路上设有用于测量器的输出端的第二连接端。在第一连接端上因而还可以将测量器闭合在大电流导体道路中，该测量器获取沿大电流导体道路的电流强度。第二连接端可以被设计为从测量导体道路通至载体表面的金属化通孔(Vias)。测量器本身在第一连接端上可以例如通过焊接固定在电路板上。替代或补充地可以规定，测量器被埋入高压区段中，测量器的输出端与测量导体道路连接。
在具有测量电路的电路板中，所述测量器优选是分路电阻/并联电阻或霍尔传感器。尤其是分路电阻非常适合埋入载体中。
有利的是，信号处理装置在根据本发明的电路板中被设计为集成电路，尤其是设计为专用集成电路(ASIC)。该集成电路尤其实现对测量器所提供的测量信号的分析处理功能并且能够以本身已由现有技术公知的方式埋入电路板中。
在本发明的一种有利的改进方案中额外可以提出，所述高压区段具有另外的、将大电流导体道路至少局部地与电路板的周围环境相互屏蔽的屏蔽层。尤其是大电流导体道路以类似于信号处理装置的方式布置在高压区段的屏蔽层之间，从而抑制向外的电磁波辐射。这样改进了整个电路板相对于其周围环境的电磁兼容性，从而在合适地布置屏蔽层时能够放弃额外的用于接纳和屏蔽传统电路板或之前提到的汇流排的导电的壳体。
在根据本发明的电路板中，最后还特别优选的是，所述电路板至少在高压区段中具有弯曲部。电路板具有至少为10°、优选至少为30°、特别优选至少为45°的弯曲部。传统的用于低压使用方案的、具有这种弯曲部的电路板(所谓的3D-PCB)原则上已经公知，所以能够对根据本发明的电路板使用相应的制造工艺。通过弯曲部可以使得电路板适配于其安装环境，从而正是在紧凑的装入情况时能够节省额外的结构空间。
此外，本发明涉及一种机动车，其具有：根据本发明的电路板；与电路板的大电流导体道路导电连接的高压部件；和控制装置，该控制装置与信号处理装置的输出端连接。
所述高压部件优选是高压电池或高压电池模块。电路板例如可以安装在电池接线盒中。高压电池或高压电池模块尤其用于为机动车的驱动装置供电。
根据本发明的电路板的全部实施方案都可以类似地转用于根据本发明的机动车，从而能够随之实现之前所述优点。
附图说明
本发明的其它细节和优点由下面所述实施例以及借助附图得出。附图为示意图并且示出：
图1根据本发明的电路板的透视图；
图2沿线II-II穿过图1中所示电路板的剖面图；
图3另一根据本发明的电路板的透视图，在该电路板中，大电流区段具有额外的屏蔽层；
图4另一根据本发明的电路板的透视图，该电路板具有弯曲部；和
图5根据本发明的机动车的原理图。
具体实施方式
图1示出电路板1的不按照比例尺的透视图，该电路板具有由电绝缘材料制成的载体2，其中，电路板1具有高压区段3以及不与该高压区段相交的低压区段4。
在高压区段3范围内分布有大电流导体道路5，该大电流导体道路由铜制成并且用于传导直至400A的有效电流强度。大电流导体道路5在此是纯示意性示出的并且能够尤其具有多个分路和外部连接方案。根据另一实施例，也可以在电路板1的不同层中设有多个大电流导体道路5。
大电流导体道路5在三个侧面上埋入载体板中并且因此在载体2的表面上的一个侧面上裸露。此外，大电流导体道路5在区域6中中断，在此设有第一连接端7，在其上焊接着测量器8——在此为分路电阻。根据另一实施例，测量器8被设计为霍尔传感器。该测量器8具有用于获取测量信号的未示出的输出端，该输出端与第二连接端9连接，这些第二连接端的形式为与相应测量导体道路10连接的金属化通孔。
测量导体道路10从所述第二连接端9向低压区段4延伸，在该低压区段中在载体2内埋入有设计为专用集成电路(ASIC)的信号处理装置11，该信号处理装置与测量导体道路10触点接通。信号处理装置11实现了用于测量信号的分析处理功能，该测量信号代表沿大电流导体道路5的电流强度并且具有在1μV至10mV数量级中的非常小的电平。为了减小沿大电流导体道路5的明显更高的电流的电磁辐射，低压区段4在信号处理装置11的上方和下方在载体2的表面上配备有相应的由铜制造的屏蔽层12。此外，信号处理装置11被与大电流导体道路5电流隔断地间隔开，其中，例如在电位差为400V时，间距保持为4cm。
此外，信号处理装置11与两个输出端导体道路/输出端印制导线13触点接通，这些输出端导体道路通至同样被设计为金属化通孔的第三连接端14，在其上能够从外部获取信号处理装置11的分析处理后的信号。
图2示出了电路板1沿线II-II的剖面图。可以看出，信号处理装置11在两侧被屏蔽层12屏蔽以不受导体道路/印制导线3的辐射并且与测量导体道路10和连接端导体道路/连接端印制导线13一起分布在电路板1的同一层中。
图3和4示出电路板1的相应一个另外的实施例，其中，相同的或作用相同的部件具有相同的、在图1和图2中所使用的附图标记。
图3示出另一电路板1的不按照比例尺的透视图，该电路板与图1和图2中所示电路板1的区别在于，大电流导体道路5在横截面上完全埋入载体2中并且因此在四个侧面上都被该载体所包围。此外，测量器8同样完全埋入载体2中，在此，该测量器的第一输出端9在(同)一层中与测量导体道路10直接触点接通。除了低压区段4之外，高压区段3也具有分别在大电流导体道路5的上方和下方在载体2的表面上布置的另外的屏蔽层15。由此，也将电路板1的周围环境与大电流导体道路5相互屏蔽，从而能够放弃电路板1在安装状态下在导电的壳体中的布置方案。
图4示出另一电路板1的不按照比例尺且不同角度的透视图，其与之前所述实施例的不同之处在于，该电路板在高压区段3中具有弯曲部，该弯曲部既包括载体2、也包括大电流导体道路5。通过弯曲部16，电路板1能够在紧凑的装入情况下被围绕其它对象引导。图4中仅示意性示出了低压区段4和测量器8，在此可以根据图1和图2所示在表面侧埋入大电流导体道路5以及布置在表面上的测量器8，也可以类似于图3完全埋入大电流导体道路5和测量器8。
图5示出具有驱动装置18的机动车17的实施例的原理图，该驱动装置由设计为高压电池的高压部件19供电。高压部件19与根据上述实施例之一所述的电路板1的大电流导体道路5导电连接。此外，机动车17具有电池控制器形式的控制装置20，该控制装置通过电路板1的第三连接端14与电路板的信号处理装置11连接。
根据机动车17的另一种实施例，电路板1连接多个设计为高压电池模块的高压部件19。根据其它实施例，高压部件19是变流器或充电器。

Claims (11)

1.一种电路板，具有埋入电路板(1)中的大电流导体道路(5)，
其特征在于，
所述大电流导体道路(5)被布置在电路板(1)的高压区段(3)中，设有与高压区段(3)间隔开的低压区段(4)，该低压区段包括将低压区段(4)与高压区段(3)屏蔽开来的两个屏蔽层(12)和埋入在屏蔽层(12)之间的信号处理装置(11)。
2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述信号处理装置(11)被与大电流导体道路(5)电流隔断地间隔开。
3.根据权利要求1或2所述的电路板，其特征在于，设有至少局部地埋入所述低压区段(4)内的、与信号处理装置(11)触点接通的测量导体道路(10)，该测量导体道路能够或已经与用于测量沿大电流导体道路(5)的电流强度的至少一个测量器(8)的、为信号处理装置(11)提供测量信号的输出端导电连接。
4.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述大电流导体道路(5)是中断的，其中，在大电流导体道路(5)上设有用于连接由测量器所造成的中断部的第一连接端(7)，在测量导体道路上设有用于测量器(8)的输出端的第二连接端，和/或测量器(8)被埋入高压区段(3)中，测量器(8)的输出端与测量导体道路(10)连接。
5.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述测量器(8)是分路电阻或霍尔传感器。
6.根据权利要求4所述的电路板，其特征在于，所述测量器(8)是分路电阻或霍尔传感器。
7.根据权利要求中1或2所述的电路板，其特征在于，所述信号处理装置(11)被设计为集成电路。
8.根据权利要求中1或2所述的电路板，其特征在于，所述高压区段(3)具有另外的、将大电流导体道路至少局部地与电路板(1)的周围环境屏蔽开来的屏蔽层(15)。
9.根据权利要求1或2所述的电路板，其特征在于，所述电路板(1)至少在高压区段(3)中具有弯曲部。
10.一种机动车，该机动车具有：根据上述权利要求中任一项所述的电路板(1)；与电路板(1)的大电流导体道路(5)导电连接的高压部件(19)；和控制装置(20)，该控制装置与信号处理装置(11)的输出端连接。
11.根据权利要求10所述的机动车，其特征在于，所述高压部件(19)是高压电池或高压电池模块。
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