CN112005120B - 包含两个电机和一个内燃机的混合动力总成系统 - Google Patents

包含两个电机和一个内燃机的混合动力总成系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于电驱动单元的电力电子单元(1)，所述电力电子单元具有导电载体元件(2)和布置在所述载体元件(2)上的功率半导体模块(3)，其中所述功率半导体模块(3)设计成将直流电转换为三相交流电，其中集成有用于确定所述交流电的电流传感器(4)，使得所述电流传感器与所述载体元件(2)和所述功率半导体模块(3)一起形成主模块(5)。本发明进一步涉及一种具有这种电力电子单元(1)的用于机动车辆的驱动系。

Description

包含两个电机和一个内燃机的混合动力总成系统
技术领域
本发明涉及一种用于电驱动装置(例如，机动车辆的全电驱动系或部分电驱动系)的电力电子单元，该电力电子单元具有导电的载体元件和布置在该载体元件上的功率半导体模块，其中功率半导体模块设计成将直流电转换为三相交流电。本发明还涉及一种驱动系，该驱动系具有电动机和电气地连接至该电动机的电力电子单元。
背景技术
通用类型的现有技术是例如从KR 20150141404A中已知的，通过其公开了基本的电力电子器件。
因此，电力电子器件是已知的，其将来自电池的直流电(DC)转换为用于电动机的三相交流电(AC)。例如，功率半导体模块用于转换。
然而，在现有技术已知的实施例中，已经发现不利的是，已知的电力电子单元通常是以相对复杂的方式构造的。具体地，如果还要测量电流，则通常将电流传感器作为单独的部件单元连接在功率半导体模块的后面。因此，需要的安装空间相对较大并且制造工作量相对较高。
发明内容
因此，本发明的目的是消除现有技术中已知的缺点，并且具体地是提供一种电力电子单元，该电力电子单元一方面允许进行可靠的电流测量，另一方面以尽可能紧凑的方式设计。
根据本发明，这通过集成用于确定交流电(在其量值上)的电流传感器来实现，其方式为使得该电流传感器与载体元件和功率半导体模块仪器一起形成(共同的)主模块。
因此，功率半导体模块继而与电流传感器以模块化方式组装在一起。这使得功率半导体模块和电流传感器的组合能够具有特别紧凑的设计。一方面，该结构尽可能紧凑，另一方面，该结构可能尽可能简单地制造。
另外的有利实施例通过从属权利要求来要求保护并且在下面更详细地解释。
因此，如果电流传感器电气地连接至功率半导体模块的功率半导体，则也是有利的。这使构造更加紧凑。
如果电流传感器直接机械地连接至载体元件，则可进一步简化结构。
就这一点而言，如果电流传感器直接应用于载体元件，则也是有用的。这使得电流传感器在芯片级集成。这进一步减少了制造工作量。
作为将电流传感器直接附接至载体元件的替代方案，如果电流传感器间接机械地连接至功率半导体模块和/或载体元件，则也是有利的。这进一步简化了制造工作。
就这一点而言，如果电流传感器附接至导电轨并且导电轨进一步电气地和/或机械地连接至载体元件和/或功率半导体模块的功率半导体，则也是有用的。
如果电流传感器布置在载体元件的大致矩形的外部轮廓的外侧或内侧或者与该外部轮廓部分地重叠，则在设计紧凑与制造容易之间实现适当的折衷。
此外，功率半导体模块优选地由模块壳体包围，以便显著延长电力电子单元的效率和使用寿命。
就这一点而言，如果电流传感器也布置/集成至模块壳体中，则也是有用的。由此实现了特别紧凑的构造。另选地，将电流传感器布置在与模块壳体分开形成(优选地在模块壳体的外侧)的传感器壳体中也是有利的。这简化了组装。
功率半导体模块优选地实现为IGBT模块，即，具有绝缘栅电极的模块化双极晶体管。这使得构造特别有效。
如果载体元件实现为引线框架，则制造工作量再次显著减少。
本发明还涉及一种用于机动车辆的驱动系(优选地，纯电动/电驱动系，更优选地，混合动力驱动系)，该驱动系具有根据上述实施例中的至少一个实施例的电气地连接至电动机的电力电子单元。电力电子单元还优选地电气地连接至电池。因此，电力电子单元原则上设计用于机动车辆的应用领域，但在另外的实施例中，该电力电子单元通常也可设计用于其中可使用设计为对应AC转换器的电力电子单元的其他应用。
换句话讲，根据本发明，电流传感器因此集成至电力模块(电力电子单元)中。电流传感器通过连接技术附接/集成至功率半导体模块中，或者通过集成布置在芯片级上。
现在在下文将参考附图结合各种示例性实施例来解释本发明。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据第一示例性实施例的处于不同组装状态的根据本发明的电力电子单元的平面图，其中在图1的最上方的局部图示中，仅一个功率半导体模块应用于载体元件，此外在图1的中间的局部图示中，电流传感器经由导电轨连接至功率半导体模块，并且在图1的下方的局部图示中，模块壳体另外包围功率半导体模块，
图2示出了图1中使用的电流传感器和导电轨的组件的平面图，
图3示出了由在图1中使用的载体元件、功率半导体模块和模块壳体组成的组件的平面图，
图4示出了根据第二示例性实施例的处于不同组装状态的根据本发明的电力电子单元的平面图，其中在图4的上方的局部图示中，仅电流传感器经由导电轨连接至载体元件，此外在图4的中间的局部图示中，功率半导体模块附接至载体元件，并且在图4的下方的局部图示中也存在模块壳体，并且
图5示出了根据第三示例性实施例的处于各种组装状态的根据本发明的电力电子单元的平面图，其中在图5的上方的局部图示中，在载体元件上仅存在电力电子模块，在图5的中间的局部图示中，电流传感器仍直接应用于载体元件，并且在图4的下方的局部图示中，模块壳体既围绕功率半导体模块又围绕电流传感器附接。
具体实施方式
附图在本质上仅是示意性的并且仅用于理解本发明。相同元件具有相同参考符号。各种示例性实施例的不同特征也可彼此自由组合。
在图1中根据第一示例性实施例示出了根据本发明的电力电子单元1。在图1中以不同的组装状态示出了电力电子单元1，其中下方的局部图示示出了基本上完整的电力电子单元1。在操作期间以典型的方式使用电力电子单元1(设计为交流转换器)以将输入侧上由电池预先确定的直流电转换为输出侧上使用的交流电，以驱动机动车辆驱动系的电动机。
电力电子单元1具有导电的载体元件2，该载体元件在该实施例中以引线框架的形式实现。载体元件2还容纳功率半导体模块3。功率半导体模块3通常具有多个功率半导体6，该多个功率半导体嵌入在衬底11(在此为陶瓷衬底)上。功率半导体模块3机械地紧固至载体元件2，并且与其功率半导体6一起经由各种导电带(在此出于清楚起见未示出)电气地连接至电流输入端和电流输出端。功率半导体模块3实现为IGBT模块。在图1的上方的局部图示中可以清楚地看到载体元件2与功率半导体模块3的预组装。
根据本发明，电力电子单元1具有电流传感器4，如图1的中间的局部图示中所示。电流传感器4直接集成至电力电子单元1中。具体地，电流传感器4与载体元件2和功率半导体模块3形成共同的主模块5/电子模块。因此，电流传感器4、载体元件2和功率半导体模块3集成至模块化系统中。
在该实施例中，电流传感器4间接机械地附接至载体元件2和功率半导体模块3。为此，如在图2中可以清楚地看到，电流传感器4紧固至导电轨7。为此，电流传感器4的具有芯片12的区域直接电气地和机械地附接/紧固至导电轨7。传感器壳体10从外侧围绕电流传感器4，使得电流传感器4通过传感器壳体10相对周围环境封闭。也如图1的中间的局部图示中所指示，导电轨7直接电气地连接至功率半导体模块3，即功率半导体6。为此，通常使用普通类型的连接，诸如焊接、钎焊或其他类似类型的连接。导电轨7也优选地紧固至载体元件2。
在图1的下方的局部图示中所示的电力电子单元1的组装完成状态中，功率半导体模块3另外由模块壳体9包围。该模块壳体9布置成与传感器壳体10间隔开，即传感器壳体10布置在模块壳体9的外侧。模块壳体9完全容纳功率半导体模块3的功率半导体6。具体地，导电轨7与功率半导体6/功率半导体模块3之间的(机械和电气)连接点13也由模块壳体9包围。图3中示出了模块壳体9以及功率半导体模块3和载体元件2，而无电流传感器4。
关于载体元件2的形状，在图1中还可以看出，当从上方观察时，即在一个平面中观察时，该载体元件是基本上矩形的。因此，载体元件2具有矩形的外部轮廓8。在该实施例中，电流传感器4布置成相对于该外部轮廓8部分地重叠。具体地，导电轨7从外部轮廓8的外侧到内侧在外部轮廓8上方突出到功率半导体模块3。
根据利用图1的局部图示所说明的组装过程，在第一步骤中，首先将功率半导体模块3紧固至载体元件2(图1的上方的局部图示)。在另一个步骤中，将导电轨7连同电流传感器4一起紧固至载体元件2，并且电气地和机械地连接至功率半导体模块3(图1的中间的局部图示)。根据图1的下方的局部图示，最后在另一个步骤中附接有模块壳体9。
结合图4和图5，示出了根据本发明的电力电子单元1的另外的示例性实施例，为此出于简洁的目的，在下文仅描述与第一示例性实施例的不同之处。图4和图5的电力电子单元1在功能和构造方面，原则上对应于第一示例性实施例的电力电子单元1。
结合图4示出了第二示例性实施例。在此，选择导电轨7的长度并将电流传感器4布置在导电轨7上，其方式为使得电流传感器4及其传感器壳体10相对于功率半导体模块3布置在外部轮廓8的外侧。
根据利用图4的局部图示所说明的组装过程，在将功率半导体模块3附接至载体元件2之前，已经将导电轨7连同电流传感器4一起紧固至载体元件2(图4的上方的局部图示)。在导电轨7机械地和电气地附接至载体元件2之后，如图1中所示，功率半导体模块3紧固至载体元件2并且连接至导电轨7(图4的中间的局部图示)。在图4的下方的局部图示中，根据第一示例性实施例，再次附接有模块壳体9。
就这一点而言，应当指出的是，在另一个实施例中，导电轨7和载体元件2直接构成单个部件，该单个部件尤其适于功率半导体模块3。因此，去除了将导电轨7机械地附接至载体元件2的过程步骤。
最后，图5示出了第三示例性实施例，其示出了，电流传感器4原则上直接附接至载体元件2。在该实施例中，电流传感器4及其芯片12直接应用于载体元件2。因此，电流传感器4直接机械地和电气地连接至载体元件2，并且间接电气地连接至功率半导体模块3的功率半导体6。在该实施例中，由于电流传感器4连同功率半导体模块3一起集成至模块壳体9中，因此省去了传感器壳体10。因此，电流传感器4和功率半导体模块3共同的模块壳体9包围(图5的下方的局部图示)。电流传感器4布置在外部轮廓8的内侧。
根据利用图5的局部图示所说明的组装过程，在第一步骤中，首先将功率半导体模块3紧固至载体元件2(图5的上方的局部图示)。在另一个步骤中，将电流传感器4直接紧固至载体元件2，并且电气地连接至功率半导体模块3(图5的中间的局部图示)。根据图5的下方的局部图示，最后在另一个步骤中附接有模块壳体9。
换句话讲，根据本发明，将电流传感器4借助于连接技术或与功率半导体模块3在芯片级的集成而应用于单元5。原则上，可以实现以下三种变型形式I、II、II。
变型形式I(图1)：功率半导体模块(功率半导体单元1)内侧的引线框(载体元件2)与电流传感器4的导电轨7之间的连接。将功率半导体(功率半导体模块3)(包括引线框架2)作为一个整体来制造。使电流传感器4(包括导电轨7)通向功率半导体3，并将该电流传感器例如借助于焊接工艺或钎焊工艺直接电气地和机械地连接至功率半导体3。最后，在功率半导体3和引线框架2的区域周围应用壳体(模块壳体9)，以便保护功率半导体6。
变型形式II(图4)：包括导电轨7和引线框架2的电流传感器4。将电流传感器4利用延伸的导电轨7安装在引线框架2上。将功率半导体3例如借助于钎焊工艺、焊接或类似的连接技术连接至引线框架2。然后在功率半导体3和引线框架2的区域周围应用壳体9，以便保护功率半导体6。
变型形式III(图5)：功率半导体模块(功率半导体单元1)中的集成的电流传感器4。将功率半导体6(包括引线框架2)作为一个整体来制造。将电流传感器4在无壳体(传感器壳体10)的情况下应用于引线框架2的导电轨7。在功率半导体3、引线框架2的区域和电流传感器4周围应用壳体9。
附图标记说明
1 电力电子单元
2 载体元件
3 功率半导体模块
4 电流传感器
5 主模块
6 功率半导体
7 导电轨
8 外部轮廓
9 模块壳体
10 传感器壳体
11 衬底
12 芯片
13 连接点。

Claims (10)

1.一种用于电驱动单元的电力电子单元 (1)，所述电力电子单元具有导电载体元件(2) 和布置在所述载体元件 (2) 上的功率半导体模块 (3)，其中所述功率半导体模块(3) 设计成将直流电转换为三相交流电，其特征在于，集成有用于确定所述交流电的电流传感器 (4)，使得所述电流传感器与所述载体元件 (2) 和所述功率半导体模块 (3) 一起形成主模块 (5)，其中，所述载体元件（2）以引线框架的形式实现。
2.根据权利要求 1 所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述电流传感器 (4) 和/或容纳所述电流传感器 (4) 的导电轨 (7) 电气地连接至所述功率半导体模块 (3) 的功率半导体 (6)。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述电流传感器(4) 直接机械地连接至所述载体元件 (2)。
4.根据权利要求 3所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述电流传感器 (4) 直接应用于所述载体元件 (2)。
5.根据权利要求 1 或 2 所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述电流传感器(4) 间接机械地连接至所述功率半导体模块 (3) 和/或所述载体元件 (2)。
6.根据权利要求 5 所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述电流传感器 (4) 附接至导电轨 (7) 并且所述导电轨 (7) 进一步电气地和机械地连接至所述载体元件 (2)和/或所述功率半导体模块 (3) 的功率半导体 (6)。
7.根据权利要求 1所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述电流传感器 (4) 布置在所述载体元件 (2) 的大致矩形的外部轮廓 (8) 的外侧或内侧或者与所述外部轮廓(8) 部分地重叠。
8.根据权利要求 1所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述功率半导体模块 (3)由模块壳体 (9) 封闭。
9.根据权利要求 8 所述的电力电子单元 (1)，其特征在于，所述电流传感器 (4) 布置在所述模块壳体 (9) 中或在与所述模块壳体 (9) 分开形成的传感器壳体 (10) 中。
10.一种用于机动车辆的驱动系，所述驱动系具有根据权利要求 1 至 9 中任一项所述的电力电子单元 (1)，所述电力电子单元电气地连接至电动机。
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