CN117423681A - 用于大电流电路板的大电流元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于大电流电路板的大电流元件，其中，大电流元件由至少两个连接成板叠的板材形成，板材至少在其一个端部区域处具有多个引脚，并且其中，板叠具有联接区域、引脚区域和连接区域，并且其中，板材在连接区域中彼此连接，并且引脚被布置在引脚区域中并被形成为用于与大电流电路板接触，并且联接区域被设立成充当用于将大电流元件与外部的功率联接部连接起来的联接区域。

Description

用于大电流电路板的大电流元件
技术领域
本发明涉及电动车领域，尤其是涉及用于电动驱动器的电子器件模块的领域。
背景技术
在逆变器应用中，除了专用母线外，还使用大电流电路板，以实现从DC到AC、DC到DC和AC到DC的转换。特别是在缺乏具有必要数量的功率半导体的模块解决方案可供使用的情况下，电路板解决方案可能是有意义的，在该电路板解决方案中将各个半导体组装成功率等级适当的封装体。虽然在电路板中引导所需的电流是可控的问题，但将电路板与形式为DC输入线路和AC输出线路的周围环境联接是一种挑战。目前，用于连接线路/母线和大电流电路板的可能的连接元件是坚固的、经铣制的压接元件或板材元件。这些连接元件在造型方面是非常不灵活的，从而很难或不可能与可供使用的结构空间相匹配。要使这些连接元件匹配DC接口和AC接口所要求的电流承载能力也是不容易的。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种改进的用于大电流电路板的大电流元件及其制造方法。
该任务通过独立权利要求的特征来解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
提出了一种用于大电流电路板的大电流元件，其中，大电流元件由至少两个连接成板叠的板材形成，并且板材至少在其一个端部区域处具有多个引脚，并且其中，板叠具有联接区域、引脚区域和连接区域，并且其中，板材在连接区域中彼此连接，并且引脚被布置在引脚区域中并被形成为用于与大电流电路板接触，并且联接区域被设立成充当用于将大电流元件与外部的功率联接部连接起来的联接区域。
通过所提出的大电流元件可以以简单的方式将大电流电路板的多个层彼此电连接起来，并且在此提供应用所要求的电流承载能力。
在一个实施方案中，连接区域笔直地过渡成联接区域。替选地，连接区域经弯曲地过渡成联接区域，或连接区域的至少一个板材笔直地或以弯曲部过渡成联接区域，并且一个或多个其他板材在弯曲部之前终止。联接区域可以是连接区域的一部分。
由于联接区域被灵活地设计的可能性，使得接触部可以匹配结构空间，并因此可以节省空间。
在一个实施方案中，连接区域被布置在联接区域与引脚区域之间。替选地，联接区域是连接区域的一部分，并且在连接区域的两个端部处分别以引脚弯曲部联接具有引脚的引脚区域。
在一个实施方案中，要么在板叠的板材之间布置有一个或多个中间层、要么引脚在引脚区域中以至少一个引脚弯曲部散开，从而使引脚彼此间存在预给定的间距并相互平行。
在一个实施方案中，板材在连接区域中借助形状锁合或材料锁合的接合方式彼此连接。
在一个实施方案中，大电流元件在连接区域中局部被模制料包围，和/或引脚局部或完全涂覆有导电的材料。
在一个实施方案中，大电流元件的引脚区域被形成为使得引脚区域可以被嵌入到大电流电路板的预给定的孔阵列中。
此外，提出了一种大电流电路板，该大电流电路板具有被形成为孔阵列的至少一个区域，该至少一个区域被设立成用于通过将所描述的大电流元件引入到孔阵列来提供与大电流电路板的至少一个铜层的电接触。
此外，提出了至少一个所描述的大电流元件在大电流电路板中作为蓄电池的和/或电池的DC接口处和/或电动马达的AC接口处的连接部和/或用于接触被布置在大电流电路板上的至少一个功率开关的DC和/或AC联接部的应用。
此外，提出了一种用于驱控配备有电驱动器的车辆的电动驱动器的电子器件模块的逆变器，该逆变器具有至少一个所描述的大电流元件。
此外，还提供了一种用于机动车的电动驱动器，电动驱动器具有至少一个电机、传动装置和电子器件模块，电子器件模块具有所描述的逆变器。此外，还提供了一种具有该电动驱动器和/或该逆变器和/或所描述的大电流元件的机动车。
此外，还提供了一种用于制造和装配大电流元件的方法，其中，在第一步骤中，在单阶段或多阶段的工艺中从板坯中分离出板材并将其改形成预给定的基本形状，并且在第二步骤中，将板材堆叠成板叠，通过接合工艺在连接区域中将板叠接合，并且在可选的第三步骤中，局部或完全涂覆板叠，和/或在可选的第四步骤中，在板叠未接合的区域中以不导电的模制料涂覆板叠，并且在第五步骤中，以如下方式实现装配，其方式是：要么首先经由引脚区域处的引脚将大电流元件与大电流电路板连接，要么在联接区域处将大电流元件与外部的功率联接部连接。
本发明的另外的特征和优点将由以下结合示出根据本发明的细节的所附图示对本发明实施例的描述以及权利要求书中得出。在本发明的变体中，各个特征可以单独或以任意的组合方式实现。
附图说明
下面结合附图对本发明的优选的实施方式进行详细解释。
图1示出根据本发明的实施方案的大电流元件的示意性剖图；
图2～图4示出本发明的大电流元件的不同结构的实施方案；
图5和图6示出根据本发明的大电流元件的不同的安装情况；
图7和图8示出本发明的大电流元件的不同结构的实施方案；
图9示出根据本发明的实施方案的具有用于容纳大电流元件的孔阵列的大电流电路板的示意图；
图10示出根据本发明的实施方案的大电流元件的制造方法的示意性的流程。
在以下的附图描述中，相同的元件或功能设有相同的附图标记。
具体实施方式
本发明的基本构思是提供大电流电路板20与外部的功率联接部的在其形式方面灵活的、对于不同的电流要求能最佳扩展的有利的功率接驳部。该功率接驳部以大电流元件10的形式实现。术语大电流被理解为超过100A的电流。
大电流元件10的基本结构是如下这样的，即，它形成为被分成三个区域的板叠。第一区域是连接区域V，该连接区域由多个(至少两个)彼此连接的板材11～15构成，板材11～15的数量根据应用和所要求的电流承载能力来选择。第二区域是引脚区域P。在此，板材11～15分别具有多个呈梳状布置的用于与大电流电路板20接触的引脚111～151。位于连接区域V的另一侧的第三区域被形成为用于将大电流元件10与(来自电池或电动马达或者通向电池或电动马达的)用于系统电流的输入线路或输出线路连接起来的联接区域K。图1中示出了剖图。
联接区域K也可以与连接区域V不明显分隔，从而将连接区域V中的与外部的功率联接部接触的那个部分称为联接区域K。联接区域K例如在图2、图3和图8中利用位于圆圈中的A来示出。
在所有描述的实施方案中，联接区域K中的电接触部可以经由合适的接触元件或在圆圈中标有A的位置处的合适的接触部来实现。
板材11～15在连接区域V中，即在引脚区域P与联接区域K之间以如下方式彼此连接，使得引脚111～151指向同一方向，以便与大电流电路板20连接。板材11～15在连接区域V中连接成板叠经由形状锁合或材料锁合的接合方式，例如借助电阻熔焊工艺、摩擦熔焊工艺、激光熔焊工艺或钎焊工艺来实现。可以根据应用来匹配连接区域V的长度。
在一个实施方案中，板材11～15可以在引脚111～151所在的引脚区域P之前通过弯折散开(借助引脚弯曲部102)，以便在板材11～15的引脚111～151之间提供预给定的间距，并由此配入到大电流电路板20的相对应的接触部位中。替选地，如图7中所示，在彼此连接的板材11～15之间可以分别设置有一个或多个间隔板材作为中间层103。通过中间层103可以使引脚111～151在不需要诸如弯曲的改形工艺的情况下彼此间有间距地布置，该间距相当于大电流电路板20中的孔距。此外，通过嵌入中间层103，使得用于与诸如母线21的外部的功率联接部接触的连接区域和联接区域K可以更坚固和/或更大面积地实施。
引脚111～151紧固在大电流电路板20中通过形状锁合的压装或钎焊来实现。
图2至图4示出了所描述的大电流元件10的不同的实施方案，该大电流元件由三个板材11～13形成。图2中示出了一种大电流元件10，在其中，所有三个板材11～13在连接区域V与联接区域K之间都是弯曲的，即具有经弯曲的联接区域K，并在同一端点处终止。在图3中，设置有笔直的板叠。因此，在图2和图3中所示的实施方案中，所有三个板材11～13都用作将大电流元件10与用于系统电流的输入线路或输出线路连接起来的连接部。就这方面而言，在这些实施方案中，连接区域V过渡成联接区域K，或者说联接区域K是连接区域V的一部分。
在图4中，三个板材中的仅一个板材，在此是板材11，在连接区域V与联接区域K之间是弯曲的，而其他板材在弯曲部101之前终止。因此，只有板材11被用来将大电流元件10与用于系统电流的输入线路或输出线路连接起来。
在图2至图4中所示的所有实施方案中，在引脚区域P中，每个板材11～13都存在多个引脚111～131。板材11是笔直的，而板材12和13在引脚12、13上方的区域中以至少一个引脚弯曲部102被引导离开第一板材11，从而生成了张开区域。该张开区域被用于使引脚12、13散开，使得它们分别与其他引脚11～13以预给定的间距布置。原则上，引脚区域P中的所有引脚11～15都可以以引脚弯曲部102的方式被引导，即并不一定需要像图1中所示的那样其中一个板材11是笔直的。但是，所有的引脚11～13总是相互平行并在同一端点处终止。
联接区域K用于将大电流元件10与(来自电池或电动马达或者通向电池或电动马达的)用于系统电流的输入线路或输出线路连接起来。从图2到图4可以看出，该联接区域可以根据应用不同地实施。联接部总是面式的并且可以笔直地或经弯曲地从连接区域V引出，其中，角度在此可以自由选择，或者根据应用与要接触的联接部相匹配地选择。在此，可以将所有的、多个或单个的板材11～15作为联接部引出。如果不是所有的板材11～15都从叠组引出到联接区域K中，那么相应地选择对于联接而言最佳的板材11～15。为了接合联接区域K，可以使用钎焊、熔焊或螺接工艺。在螺接工艺的情况下，拧入和拧穿工艺都是能想到的。从不同的方向进行连接是可能的，如图2至图4中通过被圈入的A的标识示意性示出。
在图5和图6中，示出了处于示例性的安装情况下的具有五个板材11～15的大电流元件10，其中，其引脚111～151与大电流电路板20处于连接。在图5中示出了板叠，其具有在引脚111～151的区域内向中间(向板材13)靠拢的张开区域。此外，该板叠仅具有单个的、从中间引出的联接板材(板材13)，该联接板材与母线21接触。在图6中示出了板叠，其在引脚111～151的区域内具有侧向靠拢的张开区域。在此，也设置了单个的在该实施方案中侧向地、即在最靠外的位置处引出的联接板材(板材15)，该联接板材与母线21接触。
在图8中所示的另外的实施方案中，通过板材的以引脚111～151在两侧的接触而得到扁平的设计。在此，联接区域K是连接区域V的一部分，即在连接区域V的两个端部处分别存在设置有引脚111～151的引脚区域P。连接区域V笔直地实施，以便在联接区域(用被圈入的A标识)提供面式的接触。连接区域V在两个端部处都具有引脚弯曲部102，引脚111～151被布置在引脚弯曲部处。在该实施方案中，同样设置了多个板材，在此仅设置了两个板材11和12，它们类型相同地形成并被上下相叠地布置。在此，内板材11相应地比其上方的外板材12要小(类似于俄罗斯套娃)。引脚111～151相互间的间距在此由各自的连接区域V的大小和引脚弯曲部102的半径来确定。
在所有的实施方案中，为了稳定或绝缘，大电流元件10至少在连接区域V中可以被部分模制包封，即以不导电的模制料40包围，如图1中指明。该模制料可以用作绝缘件，例如以便提供防腐保护或电绝缘。
此外，为了改善电接驳，引脚111～151可以局部或完全以导电材料涂覆。例如，由黄铜制成的引脚111～151可以附加镀锡。
图9中示例性地示出了用于所提出的大电流元件10的大电流电路板20的设计。大电流电路板20具有孔阵列22，该孔阵列能够实现与相应的载流平面的接触。大电流元件10与大电流电路板20的连接经由在各个板材11～15上的有规律(呈梳状)地分布的引脚111～151来实现。通过所提出的大电流元件10可以使引脚111～151与孔阵列22相匹配。这意味着，大电流元件10可以与预给定的行和列的数量相匹配，并因此基本上能实现接触部的任何形状，即不仅能实现方形的形状，也能实现矩形的形状。
装配通过机械地将引脚111～151以限定的压配合压入或经由相协调的钎焊工艺来实现，钎焊工艺可以实施为回流钎焊工艺或选择钎焊工艺。替选地，可以借助引脚浸锡膏方法实现连接，以便避免对电路板的附加的热应力。
大电流电路板20上的接口(孔阵列22)的特征在于，在这些位置处具有用于穿通接触的孔的阵列，大电流元件10在装配工艺的进程中被穿引过这些孔，以此使大电流电路板20的铜层与大电流元件10导电连接。在此特别有利的是，由孔阵列22形成的阵列的行和列的数量能自由配置，并且可以与可供连接使用的空间和所需的载流能力相匹配。
在根据本发明的结构中，大电流元件10被使用在以下位置处：
-在DC接口(DC-Link)处，即在大电流电路板20与电池或蓄电池的联接部处。在此，为每个DC电位提供了连接位置。因此使用到至少两个DC大电流元件10。可选地，DC大电流元件10可以分布在大电流电路板20的不同位置处地被使用。例如，可以为每个半桥设置一个DC大电流元件对。
-在AC接口(AC-Link 1～3)处，即在大电流电路板20与电动马达的联接部处。在此，为每个相设置有一个大电流元件10。
-可选地，大电流元件10也可以用在功率开关HSS 1～3(高边)；LSS 1～3(低边)的区域中。在此，功率开关HSS 1～3；LSS 1～3的DC联接部和AC联接部可以分别借助大电流元件10与大电流电路板20连接。
由于这些连接部以通孔技术实施，使得得到的优点是，可以经由连接工艺提供与大电流电路板20的所有铜层的经金属填充的连接部。这就能够实现热和电方面低阻抗的连接以及非常节省空间的结构。替选于所提出的解决方案，不得不经由大量的过孔来提供连接，而这些过孔在大电流电路板20的制造工艺中是耗费地被嵌入的。这些过孔未经金属填充，并因此在载流能力、热和电方面的阻抗以及所需空间方面具有缺点。
此外，提供了制造工艺以及装配工艺，其能够在多阶段的灵活的工艺中实现对根据本发明的大电流元件10的制造和施用。该方法的顺序在图10中示出。
在制造工艺中，首先(步骤S1)在单阶段或多阶段的工艺中，例如通过冲裁或激光熔焊从板材坯料中分离出各个板材11～15，并且例如通过压制将其改形成适当的基本形状。在此，张开角度(引脚弯曲部102)和/或联接弯曲部(弯曲部101)的制造也在此时实现。如有必要，在此也可以在一个工艺步骤中将引脚111～151或引脚尖端单独成形出/规定公差，以便达到必要的配合。
在下一步骤(S2)中，将各个板材11～15堆叠成板叠，然后通过上述之一的接合工艺使该板叠在连接区域V中接合。如果有必要，该板叠可以进入另外的改形工艺中，以成形出联接区域K(S21)，即例如使引脚111～151散开。
在接下来的可选的步骤(S3)中，可以局部或完全涂覆该板叠。该过程可以简化压入到大电流电路板20中，并防止在构件的使用寿命内可能出现的腐蚀。在进行熔焊工艺的情况下，将局部涂覆提供到联接区域K中，以便在那里能够实现简单的接合工艺。
在另外的可选的工艺步骤(S4)中，在没有被接合的区域中，仍然可以通过不导电的物料(模制料40)，例如塑料对该板叠进行涂覆或模制包封。这能够实现防腐，并实现用于周围环境中的构件的可能的绝缘，以及实现用于构件或后续构件的装配的保持点/定位点。当没有实施可选的工艺步骤S3时，也可以实施该工艺步骤(S4)。
在装配(步骤S5)中，原则上有可能的是，先将大电流元件10与大电流电路板20(在引脚区域P处)或外部的功率联接部(在联接区域K处)连接起来，并且然后分别与其他配合件连接。
所描述的大电流元件10可以用在车辆、尤其是乘用车辆和商用车辆以及公共汽车的电驱动器的领域中的逆变器应用中，这是因为该大电流元件也可以被设计成用于这些应用中所需的大电流。
附图标记列表
10 大电流元件
11～15 板材
111～151 引脚
101 E2处的弯曲部
102 E1处的引脚弯曲部
103 中间层
20 大电流电路板
21 母线
22 孔阵列
40 模制料
P 引脚区域
K 联接区域
V 连接区域
圆圈中的A 与接触元件的接触部
AC-Link1～3 AC连接1～3
HSS 1～3 高边开关1～3
LSS 1～3 低边开关1～3

Claims (13)

1.用于大电流电路板(20)的大电流元件(10)，其中，所述大电流元件(10)由至少两个连接成板叠的板材(11～15)形成，所述板材至少在其一个端部区域处具有多个引脚(111～151)，并且其中，所述板叠具有联接区域(K)、引脚区域(P)和连接区域(V)，并且其中，所述板材(11～15)在连接区域(V)中彼此连接，并且所述引脚(111～151)被布置在引脚区域(P)中并被形成为用于与所述大电流电路板(20)接触，并且所述联接区域(K)被设立成充当用于将所述大电流元件(10)与外部的功率联接部(21)连接起来的联接区域(K)。
2.根据权利要求1所述的大电流元件(10)，其中，
-所述连接区域(V)笔直地过渡成所述联接区域(K)，或者
-所述连接区域(V)经弯曲地过渡成所述联接区域(K)，或者
-所述连接区域(V)的至少一个板材(11～15)笔直地或以弯曲部(101)过渡成所述联接区域(K)，并且一个或多个其他板材(11～15)在所述弯曲部(101)之前终止，并且/或者
-所述联接区域(K)是所述连接区域(V)的一部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的大电流元件(10)，其中，所述连接区域(V)被布置在联接区域(K)与引脚区域(P)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的大电流元件(10)，其中，
-要么在所述板叠的板材(11～15)之间布置有一个或多个中间层(103)，
-要么所述引脚(111～151)在引脚区域(P)中以至少一个引脚弯曲部(102)散开，从而使所述引脚彼此间存在预给定的间距并相互平行。
5.根据前述权利要求中任一项所述的大电流元件(10)，其中，所述板材(11～15)在连接区域(V)中借助形状锁合或材料锁合的接合方式彼此连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的大电流元件(10)，其中，
-所述大电流元件(10)在连接区域(V)中局部被模制料(40)包围，和/或
-所述引脚(111～151)局部或完全涂覆有导电的材料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的大电流元件(10)，所述大电流元件的引脚区域(P)被形成为使得所述引脚区域能够被嵌入到大电流电路板(20)的预给定的孔阵列(22)中。
8.大电流电路板(20)，所述大电流电路板具有被形成为孔阵列(22)的至少一个区域，所述至少一个区域被设立成用于通过将根据前述权利要求中任一项所述的大电流元件(10)引入到所述孔阵列(22)来提供与所述大电流电路板(20)的至少一个铜层的电接触。
9.至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的大电流元件(10)在大电流电路板(20)中作为蓄电池的和/或电池的DC接口处和/或电动马达的AC接口处的连接部和/或用于接触被布置在所述大电流电路板(20)上的至少一个功率开关(HSS 1～3；LSS 1～3)的DC和/或AC联接部的应用。
10.用于驱控配备有电驱动器的车辆的电动驱动器的电子器件模块的逆变器，所述逆变器具有至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的大电流元件(10)。
11.用于机动车的电动驱动器，所述电动驱动器具有至少一个电机、传动装置和电子器件模块，所述电子器件模块具有根据权利要求10所述的逆变器。
12.机动车，所述机动车包括根据权利要求11所述的电动驱动器和/或根据权利要求10所述的逆变器和/或根据权利要求1至7中任一项所述的大电流元件(10)。
13.用于制造和装配根据权利要求1至7中任一项所述的大电流元件(10)的方法，其中，
-在第一步骤(S1)中，在单阶段或多阶段的工艺中从板坯中分离出板材(11～15)并将其改形成预给定的基本形状，并且
-在第二步骤(S2)中，将所述板材(11～15)堆叠成板叠，通过接合工艺在连接区域(V)中将所述板叠接合，并且
-在可选的第三步骤(S3)中，局部或完全涂覆所述板叠，和/或在可选的第四步骤(S4)中，在所述板叠未被接合的区域中通过不导电的模制料(40)涂覆所述板叠，并且
-在第五步骤(S5)中，通过如下方式实现装配，即，要么首先经由引脚区域(P)处的引脚(111～151)将所述大电流元件(10)与大电流电路板(20)连接，要么在联接区域(K)处将所述大电流元件(10)与外部的功率联接部(21)连接。
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