DE102010053392A1

DE102010053392A1 - Leistungshalbleitermodul, Kondensatormodul, Schaltungsanordnung sowie elektrisches System eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010053392A1
Application number: DE201010053392
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Bruna Michal; Carsten Busse; Peter-Christoph Daur; Markus Aust
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul ein Kondensatormodul, eine Schaltungsanordnung sowie elektrisches System eines Kraftfahrzeugs, wobei das Leistungshalbleitermodul (13) eine Anzahl von Leistungsanschlüssen (L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7) und eine Anzahl von Steuer- und Hilfsanschlüsse (H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9, H10, H11, H12, H13, H14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, ein Kondensatormodul, eine Schaltungsanordnung sowie ein elektrisches System eines Kraftfahrzeugs.
In Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden einem Antrieb dieser Fahrzeuge dienende Elektromotoren in der Regel mittels einer so genannten Leistungselektronik gesteuert. Die Leistungselektronik oder die leistungselektronischen Elemente wandeln hierbei in einer Hochvolt-Batterie gespeicherte elektrische Energie in Wechselströme und/oder Wechselspannungen zur Ansteuerung des Elektromotors, beispielsweise einer dreiphasigen, permanentmagneterregten Synchronmaschine, um. Hierbei werden die leistungselektronischen Elemente, insbesondere die elektrischen oder elektronischen Schaltelemente, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs, mittels einer Steuereinrichtung und einer Treiberstufe angesteuert. Die Steuereinrichtung, die beispielsweise als Mikrocontroller ausgeführt sein kann, dient hierbei der Erzeugung eines Eingangssignals einer Treiberstufe. Die Treiberstufe wiederum dient der Erzeugung von Eingangssignalen, beispielsweise Gate-Spannungen, der elektrischen oder elektronischen Schaltelemente. Ein elektrisches System von Elektro- oder Hybridfahrzeugen beinhaltet weiterhin ein Bordnetz, an welches z. B. weitere Steuergeräte des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeschlossen sind. Hierbei wird das Bordnetz in der Regel aus einer sogenannten Bordnetzbatterie mit elektrischer Spannung versorgt. Weiter umfasst das elektrische System auch ein Ladegerät, wobei mittels des Ladegeräts die Hochvolt-Batterie aus einem externen Stromnetz geladen werden kann.
Im elektrischen System des Kraftfahrzeuges ist also eine Vielzahl leistungselektronischer Elemente angeordnet, die die einzelnen, vorhergehend erläuterten, Funktionalitäten gewährleisten. Es ist üblich, für jede gewünschte Funktionalität, beispielsweise für die Funktionalität eines dreiphasigen Wechselrichters, spezifische Leistungshalbleitermodule zu verwenden. Diese haben in ihrer konkreten monolithischen Ausführung eine nur sehr begrenzte Leistungsvariabilität. Dies bedeutet, dass es notwendig sein kann, für eine Versorgung eines Elektromotors mit einer notwendigen Leistung jeweils individuell ein geeignetes Leistungshalbleitermodul zu entwickeln. Diese individuellen Leistungshalbleitermodule können hierbei Flächen im Bereich von 10000 mm² aufweisen. Auch für die Gleichspannungswandel-Funktion und die Lade-Funktion werden in der Regel individuelle Leistungshalbleitermodule entwickelt. Die Gleichspannungswandel-Funktion dient hierbei einer Übertragung von elektrischer Energie aus der Traktionsbatterie in die Bordnetzbatterie, wobei eine Gleichspannungswandlung von einer Hochvoltspannung der Traktionsbatterie in eine Niedervoltspannung der Bordnetzbatterie durchgeführt wird. Die Gleichspannungswandel-Funktion kann hierbei mittels eines später erläuterten Gleichspannungswandelzweigs durchgeführt werden. Existierende Leistungshalbleitermodule für die Gleichspannungswandel-Funktion oder die Lade-Funktion weisen eine Grundfläche im Bereich von 1000 mm² auf.
Die individuell ausgeführten Leistungshalbleitermodule weisen in der Regel unterschiedliche Bauhöhen und Verbindungstechniken auf. Dies führt in der Praxis zur Realisierung auf mehreren Leiterplatinen, was die Entwicklungs- und Produktionskosten erhöht sowie eine Zuverlässigkeit der Funktionalität reduziert. Auch eine Befestigung und Kühlung der individuellen Leistungshalbleitermodule erfordert jeweils individuellen Aufwand, was die Konstruktions- und Produktionskosten erhöht.
Die EP 1 467 407 B1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul mit einer Grundplatte oder zur direkten Montage auf einem Kühlkörper. Das Leistungshalbleitermodul weist hierbei nach außen führende Anschlusselemente für Last- und Hilfskontakte auf, wobei zumindest ein Teil der Anschlusselemente der Hilfskontakte im Inneren des Leistungshalbleitermoduls gebildet wird.
Es stellt sich das technische Problem, ein Leistungshalbleitermodul zu schaffen, mittels welchem eine Mehrzahl von Funktionalitäten in einem elektrischen System eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs flexibel und anpassbar realisierbar sind. Weiter stellt sich das technische Problem, ein Kondensatormodul und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche in Kombination mit dem Leistungshalbleitermodul eine hohe Leistungsvariabilität gewährleisten. Weiter stellt sich das technische Problem, ein elektrisches System eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu schaffen, in welchem ein Materialaufwand für Leistungshalbleitermodule reduziert ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 7, 8 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Leistungshalbleitermodul, insbesondere ein Leistungshalbleitermodul für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Erfindungsgemäß weist das Leistungshalbleitermodul eine Anzahl von Leistungsanschlüssen und eine Anzahl von Steuer- und Hilfsanschlüssen auf.
Mittels des vorgeschlagenen Leistungshalbleitermoduls ist es in vorteilhafter Weise möglich, verschiedene geforderte Funktionalitäten in einem elektrischen System in einem Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einem (standardisierten) Leistungshalbleitermodul zu erfüllen. Hierbei ist das Leistungshalbleitermodul mit verschiedenen Schaltungsanordnungen, die auch als Funktionseinheiten bezeichnet werden können, bestückbar. Die Schaltungsanordnungen umfassen hierbei mindestens ein, vorzugsweise jedoch mehrere, elektrische oder elektronische Elemente und sind in vorteilhafter Weise mittels der Leistungsanschlüsse und Steuer- und Hilfsanschlüsse elektrisch kontaktierbar oder beschaltbar.
Hierbei bezeichnen Leistungsanschlüsse elektrische Anschlüsse, mittels derer elektrische Leistung im kW-Bereich übertragbar ist. Mittels der Steuer- und Hilfsanschlüsse ist hierbei nur eine elektrische Leistung übertragbar, die kleiner als die mittels der Leistungsanschlüsse maximal übertragbare Leistung ist und insbesondere mW-Bereich oder Watt-Bereich liegt.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul sieben Leistungsanschlüsse und zwölf oder vierzehn Steuer- und Hilfsanschlüsse auf. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul in vorteilhafter Weise mit einer der nachfolgend beschriebenen Schaltungsanordnungen (Funktionseinheiten) bestückbar, wobei elektrische oder elektronische Elemente dieser Schaltungsanordnungen mittels der Leistungsanschlüsse und Steuer- und Hilfsanschlüsse elektrisch kontaktierbar oder beschaltbar sind.
In einer ersten Variante ist das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul mit einer Schaltungsanordnung eines dreiphasigen Wechselrichters bestückbar. Der dreiphasige Wechselrichter umfasst hierbei drei Halbbrücken, wobei jede Halbbrücke einen so genannten Highside-Schalter und einen so genannten Lowside-Schalter aufweist. Der Highside-Schalter und/oder Lowside-Schalter kann hierbei als MOSFET oder IGBT ausgeführt sein. Weiter können dem Highside-Schalter und/oder dem Lowside-Schalter jeweils eine Diode antiparallel geschaltet sein. In der ersten Variante sind die sieben Leistungsanschlüsse in vier eingangsseitige Leistungsanschlüsse sowie drei ausgangsseitige Leistungsanschlüsse aufgeteilt. Hierbei ist ein erster eingangsseitiger Leistungsanschluss mit einer Hochvolt-Batterie oder einem Zwischenkreiskondensator elektrisch verbunden, wodurch am ersten eingangsseitigen Leistungsanschluss eine Hochvolt-Spannung oder Traktionsspannung anliegt. Ein zweiter eingangsseitiger Leistungsanschluss ist hierbei mit einem Massepotential verbunden. Ein dritter eingangsseitiger Leistungsanschluss kann wiederum mit der Hochvolt-Batterie oder dem Zwischenkreiskondensator verbunden sein, wobei am dritten eingangsseitigen Leistungsanschluss ebenfalls die Hochvolt-Spannung oder Traktionsspannung anliegt. Ein vierter eingangsseitiger Leistungsanschluss kann wiederum mit dem Massepotential verbunden sein. Ein erster ausgangsseitiger Leistungsanschluss ist hierbei mit einer ersten Phase eines dreiphasigen Elektromotors verbunden. Ein zweiter ausgangsseitiger Leistungsanschluss ist hierbei mit einer zweiten Phase des Elektromotors und ein dritter ausgangsseitiger Leistungsanschluss mit einer dritten Phase des Elektromotors verbunden. Sechs der vierzehn Steuer- und Hilfsanschlüsse sind hierbei jeweils mit Ausgängen von Treiberstufen der Highside-Schalter bzw. der Lowside-Schalter verbunden. Drei weitere Steuer- und Hilfsanschlüsse sind jeweils elektrisch mit den vorhergehend erläuterten drei ausgangsseitigen Leistungsanschlüssen verbunden und dienen zur Erfassung von Phasenspannungen des Elektromotors, beispielsweise durch Kontaktierung dieser Steuer- und Hilfsanschlüsse mittels geeigneter Spannungssensoren. Drei weitere Steuer- und Hilfsanschlüsse sind hierbei mit jeweils einem masseseitigen Ausgang der Lowside-Schalter verbunden und dienen der Erfassung der entsprechenden Spannungen der einzelnen Halbbrücken, beispielsweise mittels geeigneter Spannungssensoren, um z. B. Defekte der Halbbrücken detektieren zu können. Die zwei verbleibenden Steuer- und Hilfsanschlüsse sind hierbei jeweils mit Anschlüssen eines temperaturabhängigen Widerstandes verbunden, wobei diese einer Temperaturerfassung einer Temperatur des dreiphasigen Wechselrichters dienen. Auch ist eine Ausführungsform der ersten Variante ohne Temperaturmessung, also ohne den die zwei verbleibenden Steuer- und Hilfsanschluss vorstellbar. Mittels des dreiphasigen Wechselrichters kann hierbei in einem motorischen Betriebsmodus Leistungen von der Hochvolt-Batterie an den Elektromotor sowie in einem generatorischen Betriebsmodus Leistungen von dem Elektromotor an die Hochvolt-Batterie übertragen werden.
In einer zweiten Variante ist das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul mit zwei H-Brücken bestückbar. Eine H-Brücke weist hierbei zwei Halbbrücken auf, wobei jede Halbbrücke einen Highside-Schalter und einen Lowside-Schalter aufweist. Hierbei kann die erste H-Brücke einer Leistungsfaktorkorrektur sowie einer Spannungsgleichrichtung dienen und die zweite H-Brücke einer Spannungswechselrichtung dienen. Hierbei sind beide H-Brücken in einem Ladezweig eines elektrischen Systems des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeordnet. Dies wird später näher erläutert.
Auch ist möglich, dass die erste H-Brücke einer Wechselrichtung in einem Gleichspannungswandelzweig und die zweite H-Brücke einer Spannungsgleichrichtung in dem vorhergehend erwähnten Ladezweig des elektrischen Systems dient. Auch dies wird später näher erläutert.
In der zweiten Variante sind die sieben Leistungsanschlüsse in zwei eingangsseitige sowie fünf ausgangsseitige Leistungsanschlüsse aufgeteilt. Bei der Bestückung des Leistungshalbleitermoduls mit zwei H-Brücken dient ein erster eingangsseitiger Leistungsanschluss einer elektrischen Verbindung der beiden Highside-Schalter der ersten H-Brücke mit einem externen Stromnetz. Ein zweiter eingangsseitiger Leistungsanschluss dient hierbei als Masseanschluss, welcher beispielsweise über so genannte Shunts mit einem masseseitigen Anschluss der beiden Lowside-Schalter der beiden Halbbrücken der ersten H-Brücke und der zweiten H-Brücke elektrisch verbunden ist. Ein dritter eingangsseitiger Leistungsanschluss dient hierbei einer elektrischen Verbindung der beiden Highside-Schalter der zweiten H-Brücke mit einer Hochvolt-Batterie. Ein erster ausgangsseitiger Leistungsanschluss dient hierbei einer elektrischen Verbindung mit einem Mittenpotential einer ersten Halbbrücke der ersten H-Brücke. Das Mittenpotential bezeichnet hierbei das zwischen dem Highside-Schalter und dem Lowside-Schalter anliegende Potential. In analoger Weise dient ein zweiter ausgangsseitiger Leistungsanschluss einer elektrischen Verbindung mit dem Mittenpotential einer zweiten Halbbrücke der ersten H-Brücke. Ebenfalls dient ein dritter ausgangsseitiger Leistungsanschluss einer elektrischen Verbindung mit dem Mittenpotential einer ersten Halbbrücke der zweiten H-Brücke und ein vierter ausgangsseitiger Leistungsanschluss einer elektrischen Verbindung mit einem Mittenpotential einer zweiten Halbbrücke der zweiten H-Brücke. Weiter dienen acht Steuer- und Hilfsanschlüsse einer elektrischen Verbindung mit den Steuereingängen der Highside-Schalter sowie der Lowside-Schalter der ersten und zweiten H-Brücke, wobei mittels der acht Steuer- und Hilfsanschlüsse z. B. Gate-Spannungen der Leistungsschalter einstellbar sind. Ein neunter und ein zehnter Steuer- und Hilfsanschluss dienen einem Abgriff einer über dem vorhergehend erwähnten Shunt abfallenden Spannung, wobei der Shunt zwischen den masseseitigen Anschlüssen der Lowside-Schalter der ersten H-Brücke und dem Massepotential angeordnet sind. In analoger Weise dienen ein elfter und ein zwölfter Steuer- und Hilfsanschluss einem Abgriff einer Spannung, welche über einem Shunt abfällt, der zwischen den masseseitigen Anschlüssen der Lowside-Schalter der zweiten H-Brücke und dem Massepotential angeordnet ist. Ein dreizehnter und ein vierzehnter Steuer- und Hilfsanschluss dient hierbei dem Abgriff eines im Leistungshalbleitermodul angeordneten temperaturabhängigen Widerstands, wobei mittels des dreizehnten und des vierzehnten Steuer- und Hilfsanschlusses eine Temperaturmessung des Leistungshalbleitermoduls mittels einer Erfassung und Auswertung der abgegriffenen Spannung erfolgt. Auch ist eine Ausführungsform der zweiten Variante ohne Temperaturmessung, also ohne den dreizehnten und ein vierzehnten Steuer- und Hilfsanschluss vorstellbar.
Die vorhergehende Belegung der Leistungsanschlüsse und der Steuer- und Hilfsanschlüsse wurde für die Anordnung der ersten und der zweiten H-Brücke in einem Ladezweig des elektrischen Systems des Elektro- oder Hybridfahrzeugs beschrieben, wobei die erste H-Brücke einer Spannungswechselrichtung und einer Leistungsfaktorkorrektur dient und die zweite H-Brücke einer Spannungswechselrichtung dient.
Bei der Anordnung der ersten H-Brücke als Spannungswechselrichter in einem Gleichspannungswandelzweig des elektrischen Systems ist der vorhergehend erwähnte erste eingangsseitige Leistungsanschluss elektrisch mit einer Hochvolt-Batterie verbunden. Der dritte eingangsseitige Leistungsanschluss ist mit einem Spannungsausgang eines Elements zur Spannungstransformation verbunden, welches ebenfalls im Ladezweig angeordnet ist und eine Ausgangsspannung mit einem Spannungspotential der Hochvolt-Batterie erzeugt.
In einer dritten Variante ist das Leistungshalbleitermodul mit zwei elektrischen oder elektronischen Schaltern, insbesondere MOSFETs, bestückbar, die einer Spannungsgleichrichtung dienen. Hierbei ist das derart bestückte Leistungshalbleitermodul vorzugsweise in dem Gleichspannungswandelzweig des elektrischen Systems des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeordnet. Hierbei ist ein erster, ein zweiter und ein dritter ausgangsseitiger Leistungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls mit einer Bordnetzbatterie verbindbar. Diese Leistungsanschlüsse dienen hierbei einer elektrischen Verbindung des als Gleichrichter ausgebildeten Leistungshalbleitermoduls mit der Bordnetzbatterie. Ein erster und ein zweiter eingangsseitiger Leistungsanschluss sind hierbei mit einem ersten Spannungsausgang des Elements zur Spannungstransformation und ein dritter und ein vierter eingangsseitiger Leistungsanschluss mit einem zweiten Spannungsausgang des Elements zur Spannungstransformation im Gleichspannungswandelzweig elektrisch verbindbar. Ein erster Steuer- und Hilfsanschluss dient hierbei einer elektrischen Verbindung mit einem Steuereingang des ersten elektrischen oder elektronischen Schalters und ein zweiter Steuer- und Hilfsanschluss einer elektrischen Verbindung mit einem Steuereingang des zweiten elektrischen oder elektronischen Schalters. Insbesondere können mittels der ersten und zweiten Steuer- und Hilfsanschlusses Gate-Spannungen der MOSFETs eingestellt werden. Ein dritter und ein vierter Steuer- und Hilfsanschluss dienen hierbei einer Erfassung ausgangsseitiger Spannung der beiden elektrischen oder elektronischen Schalter, insbesondere einer Source-Spannung der beiden MOSFETs. Ein fünfter und ein sechster Hilfsanschluss dienen hierbei einer Erfassung einer eingangsseitigen Spannung der elektrischen oder elektronischen Schalter, insbesondere einer Drain-Spannung der beiden MOSFETs. Ein siebter und ein achter Steuer- und Hilfsanschluss dienen hierbei, wie vorhergehend erläutert, einem Spannungsabgriff über einem temperaturabhängigen Widerstand zur Messung einer Temperatur des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. Die verbleibenden Steuer- und Hilfsanschlüsse verbleiben in der beschriebenen Bestückung unbeschaltet.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul modular mit verschiedenen elektrischen oder elektronischen Funktionseinheiten bestückbar ist. Hierbei sind in dem Leistungshalbleitermodul die jeweiligen elektrischen oder elektronischen Elemente der Funktionseinheit, beispielsweise des dreiphasigen Wechselrichters oder der beiden H-Brücken, anordenbar. Auch können in oder auf dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul Chips angeordnet werden, wobei auf den Chips die elektrischen oder elektronischen Elemente der einzelnen Funktionseinheiten befestigt sind. Die einheitliche und standardisierte Ausführung des Leistungshalbleitermoduls für die verschiedenen Arten der Bestückung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine einheitliche Bauform, sowie eine einheitliche Befestigung des Leistungshalbleitermoduls im Fahrzeug. Hierdurch werden Entwicklungs- und Fertigungskosten in vorteilhafter Weise eingespart. Es ergibt sich somit ein geometrisch einheitliches Leistungshalbleitermodul für unterschiedliche Funktionalitäten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Dies ermöglicht, wie vorhergehend erwähnt, einheitliche Verbindungstechnik, einheitliche Befestigung und Kühlung für alle Funktionalitäten der Leistungselektronik und reduziert somit eine Komplexität eines elektrischen Systems im Elektro- oder Hybridfahrzeug.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Leistungshalbleitermodul wannenförmig ausgebildet. Hierbei wird ein Innenvolumen des Leistungshalbleitermoduls durch mindestens zwei Wannenwände und einen Wannenboden begrenzt oder gebildet. Hierbei sind die mindestens zwei Wannenwände an gegenüberliegenden Seiten des Wannenbodens angeordnet. Die Wannenwände bilden hierbei eine seitliche Begrenzung eines Innenvolumens des Leistungshalbleitermoduls. Hierbei ist vorstellbar, dass die Wannenwände den Wannenboden nicht vollständig umschließen, dass also das Innenvolumen zu mindestens einer Seite hin offen ist. Durch die Ausbildung eines Innenvolumens kann bezüglich des Leistungshalbleitermoduls eine fest definierte räumliche Anordnung von Funktionseinheiten erfolgen. So sind z. B. Platinen oder Leiterplatten, auf welchen die Funktionseinheiten bzw. ihre elektrischen oder elektronischen Elemente angeordnet sind, in das Innenvolumen einsetzbar und gegebenenfalls zusätzlich fixierbar. Auch ist vorstellbar, dass Funktionseinheiten von einer offenen Seite des Innenvolumens zwischen die begrenzenden Wannenwände eingeschoben werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Anordnung und Fixierung von Funktionseinheiten bzw. ihrer elektrischen oder elektronischen Elemente vereinfacht werden. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass an einem derart standardisierten Leistungshalbleitermodul in standardisierter oder normierter Weise Elemente zur Kühlung von in dem Leistungshalbleitermodul angeordneten Funktionseinheiten anordenbar sind. Das Leistungshalbleitermodul besteht hierbei vorzugsweise aus Kunststoff.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Wannenboden rechteckförmig ausgebildet. Hierbei weist also das Leistungshalbleitermodul eine rechteckige Form auf. Wie vorhergehend erläutert, sind die mindestens zwei Wannenwände an gegenüberliegenden Seiten des Wannenbodens angeordnet. Hierbei können die verbleibenden Seiten des Innenvolumens ebenfalls durch Wannenwände eingefasst oder offen bleiben. Weiter sind an der ersten Wannenwand drei Leistungsanschlüsse angeordnet. Die Leistungsanschlüsse können hierbei in Form von Zungenkontakten ausgebildet sein, welche aus der ersten Wannenwand in Bezug auf einen von dem Wannenboden und den Wannenwänden gebildeten Modulkörper nach außen herausragen. Die drei an der ersten Wannenwand angeordneten Leistungsanschlüsse sind hierbei entlang des ersten Wannenrandes mit einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet. Zwischen je zwei Leistungsanschlüssen, welche an der ersten Wannenwand angeordnet sind, sind jeweils Steuer- und Hilfsanschlüsse angeordnet. Hierbei sind die zwei Steuer- und Hilfsanschlüsse jeweils mit einem vorbestimmten Abstand entlang der ersten Wannenwand voneinander beabstandet angeordnet. Die vorbestimmten Abstände zwischen den Leistungsanschlüssen und den zwischen den Leistungsanschlüssen der ersten Wannenwand angeordneten Steuer- und Hilfsanschlüsse sind hierbei derart gewählt, dass erforderliche Kriech- und Luftstrecken zwischen den einzelnen Leistungsanschlüssen, zwischen den einzelnen Steuer- und Hilfsanschlüssen, aber auch zwischen den Leistungsanschlüssen und den Steuer- und Hilfsanschlüssen, eingehalten werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls und darin angeordneter Funktionseinheiten an einer Seite des Leistungshalbleitermoduls erfolgen kann, wobei eine gewünschte Spannungsfestigkeit in vorteilhafter Weise eingehalten wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind an einer zweiten Wannenwand vier Leistungsanschlüsse angeordnet, wobei die an der zweiten Wannenwand angeordneten Leistungsanschlüsse entlang des zweiten Wannenrandes mit vorbestimmtem Abstand voneinander beabstandet sind. Die Leistungsanschlüsse können hierbei in Form von Zungenkontakten ausgebildet sein, welche aus der zweiten Wannenwand in Bezug auf den Modulkörper nach außen herausragen. Hierbei sind zwischen je zwei an der zweiten Wannenwand angeordneten Leistungsanschlüssen jeweils vier Steuer- und Hilfsanschlüsse angeordnet, wobei die vier Steuer- und Hilfsanschlüsse jeweils mit einem vorbestimmten Abstand voneinander entlang der zweiten Wannenwand beabstandet angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Leistungshalbleitermodul und darin angeordnete Funktionseinheiten von zwei gegenüberliegenden Seiten kontaktiert werden können, wodurch eine einfache Zugänglichkeit und Beschaltbarkeit erreicht wird. In analoger Weise wird hierbei in vorteilhafter Weise eine Einhaltung von erforderlichen Kriech- und Luftstrecken durch die vorbestimmten Abstände zwischen den Leistungsanschlüssen und den Steuer- und Hilfsanschlüssen entlang der zweiten Wannenwand eingehalten.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Steuer- und Hilfsanschlüsse als L-förmige Pins ausgebildet, wobei ein erster Schenkel eines Pins in einer Ebene angeordnet ist, die parallel oder gleich einer Ebene ist, in welcher eine wanneninnenseitige Oberfläche des Wannenbodens angeordnet ist. Weiter ist ein zweiter Schenkel eines Pins senkrecht zu der wanneninnenseitigen Oberfläche des Wannenbodens angeordnet. Hierbei kann der erste Schenkel des Pins senkrecht zu einer äußeren Oberfläche einer Wannenwand angeordnet sein, Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine kompakte Anordnung von Leistungsanschlüssen sowie Steuer- und Hilfsanschlüssen an Seitenwänden des Leistungshalbleitermoduls. Insbesondere können überall Leistungsanschlüsse des Leistungshalbleitermoduls von zwei gegenüberliegenden Seiten her kontaktiert oder beschaltet werden, wobei die Steuer- und Hilfsanschlüsse im Bezug auf die wanneninnenseitige Oberfläche des Wannenbodens von oben kontaktiert oder beschaltet werden können. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weiter vereinfachte Zugänglichkeit und Beschaltbarkeit des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Länge von ersten Schenkeln von mindestens zwei benachbarten Pins verschieden. Hierbei sind also zweite Schenkel der benachbarten Pins im Bezug auf eine Wannenwand entlang der Wannenwand mit einem vorbestimmten Abstand und in einer Richtung senkrecht zu einer äußeren Oberfläche der Wannenwand mit einem weiteren vorbestimmten Abstand beabstandet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Einhaltung von erforderlichen Kriech- und/oder Luftstrecken, wodurch eine verbesserte Spannungsfestigkeit des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls erreichbar ist.
Vorzugsweise weist der vorhergehend definierte Modulkörper des Leistungshalbleitermoduls eine Fläche von 2500 mm² auf, wobei eine Breite des Modulkörpers 50 mm und eine Länge des Modulkörpers 50 mm betragen kann.
Weiter vorgeschlagen wird ein Kondensatormodul, wobei das Kondensatormodul mindestens vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse und mindestens zwei eingangsseitige Leistungsanschlüsse und ein Element mit vorbestimmter Kapazität umfasst. Hierbei sind mindestens zwei der vier ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse jeweils mit einem Leistungsanschluss eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbindbar. Vorzugsweise umfasst das Kondensatormodul sechs ausgangsseitige Leistungsanschlüsse, wobei vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse jeweils mit einem Leistungsanschluss eines Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbindbar sind. Vorzugsweise ist also das Kondensatormodul mit einem vorbestimmten Abstand von einer zweiten Wannenwand des Leistungshalbleitermoduls anordenbar, wobei sich z. B. zungenförmig ausgebildete Leistungsanschlüsse des Kondensatormoduls mit zungenförmig ausgebildeten Leistungsanschlüssen der zweiten Wannenwand kontaktieren. Hierbei ist das Leistungshalbleitermodul vorzugsweise mit einer als dreiphasigen Wechselrichter ausgebildeten Funktionseinheit bestückt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Kondensatormodul als ein dem dreiphasigen Wechselrichter vorgeschalteter Zwischenkreiskondensator fungieren kann. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein einfacher modularer Aufbau von elektrischen Funktionseinheiten oder elektrischen Elementen zum Betrieb eines Elektromotors in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. An die zwei eingangsseitigen Leistungsanschlüsse des Kondensatormoduls kann hierbei vorzugsweise eine Hochvolt-Batterie anschließbar sein. Hierfür kann das erfindungsgemäße Kondensatormodul Öffnungen in einer Wand des Kondensatormoduls aufweisen, durch welche elektrische Anschlusselemente von der Hochvolt-Batterie in ein Gehäuse des Kondensatormoduls eingebracht und in elektrische Verbindung mit den eingangsseitigen Leistungsanschlüssen des Kondensatormoduls gebracht werden können.
Weiter sind die mindestens zwei verbleibenden ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse des erfindungsgemäßen Kondensatormoduls jeweils mit eingangsseitigen Leistungsanschlüssen eines weiteren Kondensatormoduls elektrisch verbindbar. Hierdurch können in vorteilhafter Weise mehrere erfindungsgemäße Kondensatormodule elektrisch parallel geschaltet werden, wodurch eine gewünschte Zwischenkreiskapazität durch modulares Verschalten herstellbar ist. Vorzugsweise sind hierbei zwei Kondensatormodule über eine Steckverbindung elektrisch verbindbar. Hierzu können die zwei verbleibenden ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse zungenförmig ausgebildet sein, wobei die zwei eingangsseitigen Leistungsanschlüsse eines weiteren Kondensatormoduls derart ausgebildet sind, dass die zwei weiteren ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse in diese eingangsseitigen Leistungsanschlüsse einsteckbar sind. Wie vorhergehend beschrieben kann hierfür das weitere Kondensatormodul Öffnungen in einer Wand des weiteren Kondensatormoduls aufweisen, durch die z. B. zungenförmig ausgebildeten weiteren ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse des Kondensatormoduls in ein Gehäuse des weiteren Kondensatormoduls eingebracht und in elektrische Verbindung mit den eingangsseitigen Leistungsanschlüssen des weiteren Kondensatormoduls gebracht werden können.
Weiter vorgeschlagen wird eine Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung umfasst mindestens ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul und mindestens ein Kondensatormodul. Das Kondensatormodul umfasst mindestens vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse und mindestens zwei eingangsseitige Leistungsanschlüsse und ein Element mit vorbestimmter Kapazität. Mindestens zwei der vier ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse des Kondensatormoduls sind hierbei jeweils mit einem Leistungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbunden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein aus modularen Bauelementen, nämlich einem vorgeschlagenen Leistungshalbleitermodul und einem vorgeschlagenen Kondensatormodul, aufgebaute Schaltungsanordnung, die zum Betrieb eines Elektromotors in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug einsetzbar ist.
Vorzugsweise umfasst das Kondensatormodul sechs ausgangsseitige Leistungsanschlüsse, wobei vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse jeweils mit einem Leistungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbunden sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung ein erstes erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul und mindestens ein weiteres erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul sowie ein erstes erfindungsgemäßes Kondensatormodul und mindestens ein weiteres erfindungsgemäßes Kondensatormodul. Hierbei sind vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse des ersten Kondensatormoduls mit vier Leistungsanschlüssen des ersten Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbunden. Weiter sind vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse des mindestens einen weiteren Kondensatormoduls mit vier Leistungsanschlüssen des mindestens einen weiteren Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbunden. Weiter sind zwei verbleibende ausgangsseitige Leistungsanschlüsse des ersten Kondensatormoduls mit zwei eingangsseitigen Leistungsanschlüssen des mindestens einen weiteren Kondensatormoduls elektrisch verbunden. Mittels der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ergibt sich hierdurch in vorteilhafter Weise eine einfache Anpassung einer Leistungsvariabilität z. B. eines dreiphasigen Wechselrichters. Hierbei kann z. B. ein dreiphasiger Wechselrichter und eine diesem zugeordnete Zwischenkreiskapazität für einen Elektromotor mit vorbestimmter Nennleistung modular mittels der bestückten Leistungshalbleitermodule sowie den Kondensatormodulen aufgebaut werden. Somit kann einfach eine Anpassung an verschiedene Nennleistungen erfolgen. Ist z. B. eine auf dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul anordenbare Funktionseinheit, welche als dreiphasiger Wechselrichter ausgebildet ist, mit einer vorbestimmten Nennleistung von z. B. 20 kW ausgebildet, so kann durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ein zusammengefasster dreiphasiger Wechselrichter mit Leistungen von 20 kW, 40 kW, 60 kW usw. modular ausgebildet werden.
Hierfür können beispielsweise alle ersten Halbbrücken der auf verschiedenen Leistungshalbleitermodulen angeordneten Funktionseinheiten elektrisch parallel geschaltet sein. Ebenso können zweite und dritte Halbbrücken der auf verschiedenen Leistungshalbleitermodulen angeordneten Funktionseinheiten elektrisch parallel geschaltet sein.
Sind aber z. B. drei erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodule gemäß der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung miteinander elektrisch verbunden, so können die drei Halbbrücken des im ersten Leistungshalbleitermodul angeordneten Wechselrichters als zusammengefasste erste Halbbrücke und in analoger Weise alle Halbbrücken des auf einem zweiten Leistungshalbleitermodul angeordneten dreiphasigen Wechselrichters als zweite zusammengefasste Halbbrücke sowie alle auf einem dritten Leistungshalbleitermodul angeordnete Halbbrücken eines dreiphasigen Wechselrichters als zusammengefasste dritte Halbbrücke eines zusammengefassten dreiphasigen Wechselrichters ausgebildet sein. Hierbei können alle Highside-Schalter und Lowside-Schalter des auf den ersten Leistungshalbleitermodul angeordneten dreiphasigen Wechselrichters zeitlich parallel in gleicher Art und Weise geschaltet werden. In analoger Weise können auch alle Highside-Schalter und Lowside-Schalter der auf dem zweiten bzw. dritten Leistungshalbleitermodul angeordneten dreiphasigen Wechselrichter zeitlich parallel in gleicher Weise geschaltet werden. Auch die Zwischenkreiskapazität ist mittels des vorgeschlagenen Kondensatormoduls und der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung entsprechend einer gewünschten Leistung des Elektromotors einstellbar.
Weiter vorgeschlagen wird ein elektrisches System eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Das elektrische System umfasst mindestens einen Ladezweig und einen Gleichspannungswandelzweig. Mittels des Ladezweigs ist elektrische Leistung aus einem externen Stromnetz zu einer Hochvolt-Batterie übertragbar. Mittels des Gleichspannungswandelzweigs ist elektrische Leistung zwischen der Hochvolt-Batterie und einer Bordnetzbatterie übertragbar. Erfindungsgemäß ist ein erstes erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul mit einer ersten und einer zweiten H-Brücke bestückt. Ein zweites erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul ist ebenfalls mit einer ersten und einer zweiten H-Brücke bestückt. Die erste H-Brücke des ersten Leistungshalbleitermoduls ist hierbei im Ladezweig angeordnet, wobei die erste H-Brücke des ersten Leistungshalbleitermoduls eingangsseitig mit dem externen Stromnetz verbindbar und ausgangsseitig mit einem kapazitiven Element verbunden ist. Mittels der ersten H-Brücke des ersten Leistungshalbleitermoduls ist hierbei eine Leistungsfaktorkorrektur einer externen Spannung, beispielsweise zum Laden der Hochvolt-Batterie, und eine Gleichrichtung dieser Spannung durchführbar. Die zweite H-Brücke des ersten Leistungshalbleitermoduls ist ebenfalls im Ladezweig angeordnet. Die zweite H-Brücke des zweiten Leistungshalbleitermoduls ist eingangsseitig mit dem kapazitiven Element und ausgangsseitig mit einer Einrichtung zur Spannungstransformation des Ladezweigs verbunden. Mittels der zweiten H-Brücke des ersten Leistungshalbleitermoduls ist eine Wechselrichtung durchführbar. Weiter ist die erste H-Brücke des zweiten Leistungshalbleitermoduls im Gleichspannungswandelzweig angeordnet, wobei die erste H-Brücke des zweiten Leistungshalbleitermoduls eingangsseitig mit der Hochvolt-Batterie und ausgangsseitig mit einer Einrichtung zur Spannungstransformation des Gleichspannungswandelzweigs verbunden ist. Mittels der ersten H-Brücke des zweiten Leistungshalbleitermoduls ist eine Wechselrichtung durchführbar. Die zweite H-Brücke des zweiten Leistungshalbleitermoduls ist wiederum im Ladezweig angeordnet. Die zweite H-Brücke des zweiten Leistungshalbleitermoduls ist eingangsseitig mit der Einrichtung zur Spannungstransformation des Ladezweigs und ausgangsseitig mit der Hochvolt-Batterie verbunden. Mittels der zweiten H-Brücke des zweiten Leistungshalbleitermoduls ist eine Gleichrichtung durchführbar.
In einer weiteren Ausführungsform kann das elektrische System ein drittes Leistungshalbleitermodul umfassen, wobei das dritte Leistungshalbleitermodul im Gleichspannungswandelzweig angeordnet ist. Das dritte Leistungshalbleitermodul ist hierbei mit einer als Gleichrichter ausgebildeten Funktionseinheit bestückt, beispielsweise mit zwei MOSFETs. Hierbei ist der Gleichrichter eingangsseitig mit einem Spannungsausgang der Einrichtung zur Spannungstransformation des Gleichspannungswandelzweigs verbunden. Ausgangsseitig ist der Gleichrichter mit der Bordnetzbatterie elektrisch verbunden.
Das vorgeschlagene elektrische System ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise eine Bereitstellung von notwendigen Funktionalitäten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, beispielsweise einer Lade-Funktionalität und einer Gleichspannungswandel-Funktionalität. wobei in vorteilhafter Weise die notwendigen Funktionseinheiten integriert und somit platzsparend und standardisiert ausgeführt sind. Das elektrische System ist hierdurch in vorteilhafter Weise kostengünstig und durch Verwendung von einheitlichen Leistungshalbleitermodulen in einfacher Art und Weise aufgebaut.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Elektrofahrzeugs,
2 eine perspektivische Darstellung eines Leistungshalbleitermoduls.
3 eine perspektivische Darstellung eines Kondensatormoduls.
4 ein schematischer Schaltplan eines Kondensatormoduls.
5 eine erste Schaltungsanordnung.
6 eine zweite Schaltungsanordnung.
7 eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul.
8 ein schematischer Schaltplan eines mit einem dreiphasigen Wechselrichter bestückten Leistungshalbleitermoduls.
9 ein schematischer Schaltplan eines mit zwei H-Brücken bestückten Leistungshalbleitermoduls.
10 ein schematischer Schaltplan eines mit zwei MOSFETs bestückten Leistungshalbleitermoduls.
11 ein schematisches Blockschaltbild eines Ladezweiges und
12 ein schematisches Blockschaltbild eines Gleichspannungswandelzweiges.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Systems 1 eines Elektrofahrzeugs 2 dargestellt. Das elektrische System 1 umfasst hierbei eine Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie 3, eine Einheit 4 zum Batteriemanagement, einen Wechselrichter 5, einen Gleichstromwandler 6, ein Bordnetz 7, eine Einheit 8 zur Regelung eines Elektromotors 9 sowie den Elektromotor 9. Weiter ist in 1 eine Schnittstelle 10 zu einem externen Stromnetz dargestellt, wobei die Traktionsbatterie 3 aus dem externen Stromnetz mittels einer Einheit 11 zur Steuerung eines Ladevorgangs geladen werden kann. Hierbei ist dargestellt, dass die Traktionsbatterie 3 mit dem Wechselrichter 5 über elektrische Leitungen 12 elektrisch verbunden ist. Der Wechselrichter 5 dient hierbei der Erzeugung von Wechselströmen und Wechselspannungen aus der von der Traktionsbatterie 3 zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung, die eine Gleichspannung ist. Der Wechselrichter 5 kann hierbei als dreiphasiger Wechselrichter ausgebildet sein. Hierbei werden mittels z. B. in 8 dargestellten elektronischen Schaltern, z. B. IGBTs. Phasenspannungen und Phasenströme des Elektromotors 9 derart geregelt, dass der Elektromotor 9 z. B. ein gewünschtes Drehmoment erzeugt.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul 13 dargestellt. Das Leistungshalbleitermodul 13 umfasst hierbei sieben Leistungsanschlüsse L1, L2, ... L7. Weiter umfasst das Leistungshalbleitermodul 13 vierzehn Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ... H14. Das Leistungshalbleitermodul 13 ist hierbei wannenförmig ausgebildet. Ein Innenvolumen des Leistungshalbleitermoduls 13 wird hierbei durch eine erste Wannenwand 14 und eine zweite Wannenwand 15 sowie einen Wannenboden 16 begrenzt oder gebildet. Hierbei sind an der ersten Wannenwand 14 ein erster Leistungsanschluss L1, ein zweiter Leistungsanschluss L2, ein dritter Leistungsanschluss L3 und ein vierter Leistungsanschluss L4 angeordnet, wobei die an der ersten Wannenwand 14 angeordneten Leistungsanschlüsse L1, L2, L3, L4 entlang der ersten Wannenwand 14 mit einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind. Zwischen je zwei an der Wannenwand 14 angeordneten Leistungsanschlüsse L1, L2, L3, L4 sind jeweils zwei Steuer- und Hilfsanschlüsse H9, H10, ... H14 angeordnet. Auch diese jeweils zwei Steuer- und Hilfsanschlüsse H9, H10, ... H14 sind jeweils mit einem vorbestimmten Abstand entlang der ersten Wannenwand 14 voneinander beabstandet angeordnet. Analog sind an der zweiten Wannenwand 15 ein fünfter Leistungsanschluss L5, ein sechster Leistungsanschluss L6 und ein siebter Leistungsanschluss L7 angeordnet. Hierbei sind die an der zweiten Wannenwand 15 angeordneten Leistungsanschlüsse L5, L6, L7 entlang der zweiten Wannenwand 15 mit vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet. Zwischen je zwei an der zweiten Wannenwand 15 angeordneten Leistungsanschlüssen L5, L6, L7 sind jeweils vier Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ... H8 jeweils mit vorbestimmten Abstand voneinander entlang der zweiten Wannenwand 15 beabstandet angeordnet. Die Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ..., H14 sind hierbei L-förmig ausgebildet. Ein erster Schenkel der Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ..., H14 ist hierbei in einer Ebene angeordnet, die parallel einer Ebene ist, in welcher eine wanneninnenseitige Oberfläche 17 des Wannenbodens 16 angeordnet ist. Ein zweiter Schenkel der Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ..., H14 ist senkrecht zu der wanneninnenseitigen Oberfläche 17 des Wannenbodens 16 angeordnet. Hierbei sind Längen von ersten Schenkeln von mindestens zwei benachbarten Steuer- und Hilfsanschlüssen H1, H2, ..., H14 verschieden. Beispielsweise ist eine Länge eines ersten Schenkels eines ersten Steuer- und Hilfsanschlusses H1 kürzer als eine Länge eines ersten Schenkels eines zweiten Steuer- und Hilfsanschlusses H2, der benachbart zum ersten Steuer- und Hilfsanschluss H1 angeordnet ist. Eine Länge eines ersten Schenkels eines dritten Steuer- und Hilfsanschlusses H3 ist wiederum kürzer als eine Länge des ersten Schenkels des zweiten Steuer- und Hilfsanschlusses H2, insbesondere gleich der Länge des ersten Schenkels des ersten Steuer- und Hilfsanschlusses H1. Hierbei ist dargestellt, dass das Leistungshalbleitermodul rechteckförmig ausgebildet ist. Der rechteckförmige Wannenboden 16 wird hierbei zu einer ersten Seite von der ersten Wannenwand 14 und zu einer zweiten Seite von der zweiten Wannenwand 15 begrenzt, wobei die Seiten einander gegenüberliegen. Zu einer dritten und vierten Seite des Wannenbodens 16 ist ein Innenvolumen des Leistungshalbleitermoduls 13 hingegen offen.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Kondensatormodul 18 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass das Kondensatormodul 18 sechs ausgangsseitige Leistungsanschlüsse L1_C, L2_C, L3_C, L4_C, L5_C, L6_C aufweist. Weiter umfasst das Kondensatormodul 18 zwei eingangsseitige Leistungsanschlüsse L7_C, L8_C und ein Element 19 mit vorbestimmter Kapazität, welche in 4 dargestellt sind.
In 4 ist ein schematischer Schaltplan eines Kondensatormoduls 18 dargestellt. Hierbei sind die in 3 dargestellten sechs ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse L1_C, L2_C, ..., L6_C dargestellt. Ein erster ausgangsseitiger Leistungsanschluss L1_C, ein dritter ausgangsseitiger Leistungsanschluss L3, und ein fünfter ausgangsseitiger Leistungsanschluss L5_C weisen hierbei ein gleiches erstes Spannungspotential auf. Analog weisen ein zweiter, ein vierter und ein sechster ausgangsseitiger Leistungsanschluss L2_C, L4_C, L6_C, ebenfalls ein gleiches, zweites Spannungspotential auf. Ebenfalls in 4 dargestellt sind die eingangsseitigen Leistungsanschlüsse L7_C, L8_C. Hierbei weist ein erster eingangseitiger Leistungsanschluss L7_C das gleiche Spannungspotential auf, wie der erste, der dritte und der fünfte ausgangsseitige Leistungsanschluss L1_C, L2_C, L5_C. Ein zweiter eingangsseitiger Leistungsanschluss L8_C weist hierbei das gleiche Spannungspotential wie der zweite, der vierte und der sechste Leistungsanschluss L2_C, L4_C, L6_C auf. Weiter dargestellt ist das Element 19 mit einer vorbestimmten Kapazität, welches elektrisch zwischen dem ersten Spannungspotential und dem zweiten Spannungspotential geschaltet ist.
In 5 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 20 dargestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst hierbei ein Leistungshalbleitermodul 13 sowie ein Kondensatormodul 18. Hierbei ist dargestellt, dass ein erster ausgangsseitiger Leistungsanschluss L1_C des Kondensatormoduls 18 mit einem vierten Leistungsanschluss L4 des Leistungshalbleitermoduls 13 elektrisch verbunden ist. Analog ist ein zweiter ausgangsseitiger Leistungsanschluss L2_C, des Kondensatormoduls 18 mit einem dritten Leistungsanschluss L3 des Leistungshalbleitermoduls 13 verbunden. Auch sind ein dritter und ein vierter ausgangsseitiger Leistungsanschluss L_3C, L_4C des Kondensatormoduls 18 jeweils mit einem zweiten und einem ersten Leistungsanschluss L2, L1 des Leistungshalbleitermoduls 13 verbunden. Hierbei kann das dargestellte Leistungshalbleitermodul 13 mit einem dreiphasigen Wechselrichter bestückt werden, welcher z. B. in 8 dargestellt ist. Durch die elektrische Verschaltung des Kondensatormoduls 18 mit dem mit einem dreiphasigen Wechselrichter bestückten Leistungshalbleitermodul 13 kann in einfacher Weise dem dreiphasigen Wechselrichter eine Zwischenkreiskapazität in Form eines Elements 19 mit vorbestimmter Kapazität vorgeschaltet werden. Somit kann in einfacher Art und Weise ein elektrisches System zur Leistungsübertragung zwischen einer Traktionsbatterie 3 und einem Elektromotor 9 gebildet werden.
In 6 ist eine weitere Schaltungsanordnung 21 dargestellt. Hierbei ist ein erstes Leistungshalbleitermodul 13-1 mit einem ersten Kondensatormodul 18-1, wie in 5 dargestellt, miteinander elektrisch verbunden. Analog sind ein zweites Leistungshalbleitermodul 13-2 mit einem zweiten Kondensatormodul 18-2 und ein drittes Leistungshalbleitermodul 13-2 mit einem dritten Kondensatormodul 18-3 elektrisch verbunden. Weiter sind in der weiteren Schaltungsanordnung 21 das erste Kondensatormodul 18-1 elektrisch mit dem zweiten Kondensatormodul 18-2 und das zweite Kondensatormodul 18-2 elektrisch mit dem dritten Kondensatormodul 18-3 verbunden. Hierzu wird beispielsweise ein fünfter ausgangsseitiger Leistungsanschluss L5_C des ersten Kondensatormoduls 18-1 in elektrische Verbindung in einen ersten eingangsseitigen Leistungsanschluss L7_C des zweiten Kondensatormoduls 18-2 gebracht, vorzugsweise in dieses eingesteckt. Weiter wird ein sechster ausgangsseitiger Leistungsanschluss L6_C des ersten Kondensatormoduls 18-1 in elektrische Verbindung mit einem zweiten eingangsseitigen Leistungsanschluss L8_C des zweiten Kondensatormoduls 18-2 gebracht. Hierzu können entsprechende Öffnungen in einem Gehäuse des zweiten Kondensatormoduls 18-2 angeordnet sein, durch welche der fünfte und sechste ausgangsseitige Leistungsanschluss L5_C, L6_C des ersten Kondensatormoduls 18-1 in das Gehäuse des zweiten Kondensatormoduls 18-2 eingesteckt werden können.
Hierbei ist dargestellt, dass die Leistungsanschlüsse L1, L2, ... L7 des Leistungshalbleitermoduls 13 und die ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse L1_C, L2_C, ... L6_C des Kondensatormoduls 18 als zungenförmige Kontakte ausgebildet sind. Diese zungenförmigen Kontakte weisen an einer Spitze ein Loch auf. Eine elektrische Verbindung zwischen einem ausgangsseitigen Leistungsanschluss L1_C, L2_C, ... L4_C eines Kondensatormoduls 18 mit einem Leistungsanschluss L1, L2, L3, L4 eines Leistungshalbleitermoduls 13 wird hierbei hergestellt, indem die zungenförmigen Leistungsanschlüsse derart übereinander angeordnet werden, dass die Löcher in den Zungenspitzen miteinander fluchten. Die eingangsseitigen Leistungsanschlüsse L7_C, L8_C eines Kondensatormoduls 18 können hierbei derart ausgebildet sein, dass in diese eingangsseitigen Leistungsanschlüsse L7_C, L8_C die entsprechenden ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse L5_C, L6_C, eines weiteren Kondensatormoduls 18 einsteckbar sind. Hierbei können eingangsseitige Leistungsanschlüsse L7_C, L8_C z. B. als Klemmkontakte ausgeführt sein. Diese ermöglichen zusätzlich zu einer elektrischen Verbindung eine lösbare mechanische Verbindung zwischen den Kondensatormodulen 18.
In 7 ist das in 2 dargestellte Leistungshalbleitermodul 3 in einer Draufsicht dargestellt.
In 8 ist ein schematischer Schaltplan eines dreiphasigen Wechselrichters 22 dargestellt. Der dreiphasige Wechselrichter 22 stellt hierbei eine Funktionseinheit dar, mit welcher ein z. B. in 7 dargestelltes Leistungshalbleitermodul 13 bestückbar ist. Hierbei sind im Schaltplan des dreiphasigen Wechselrichters 22 die Leistungsanschlüsse L1, L2, ... L7 sowie Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ... H14 bezeichnet, die mit den 7 und 2 dargestellten Leistungsanschlüssen L1, L2, ..., L7 sowie den Steuer- und Hilfsanschlüssen H1, H2, ... H14 korrespondieren. Der dreiphasige Wechselrichter 22 umfasst hierbei drei Halbbrücken 23. Jede Halbbrücke 23 umfasst hierbei einen als IGBT ausgebildeten Highside-Schalter 24 und einen als IGBT ausgebildeten Lowside-Schalter 25. Hierbei sind zur vereinfachten Darstellung nur der Highside-Schalter 24 und der Lowside-Schalter 25 einer Halbbrücke 23 mit Bezugszeichen bezeichnet. Weiter ist das Leistungshalbleitermodul 13 mit einem temperaturabhängigen Widerstand 26 bestückt. Hierbei ist ein Spannungsabfall über dem temperaturabhängigen Widerstand 26 über einen dritten und einen vierten Steuer- und Hilfsanschluss H3, H4 abgreifbar. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine Temperatur des mit einem dreiphasigen Wechselrichter 22 bestückten Leistungshalbleitermoduls 13 erfass- und auswertbar.
Für den dargestellten Schaltplan des dreiphasigen Wechselrichters 22 gilt, dass ein zweiter und ein vierter leistungsanschluss L2, L4 mit einer Spannungsquelle verbindbar oder verbunden sind. insbesondere mit einem nicht dargestellten Zwischenkreiskondensator bzw. einer z. B. in 1 dargestellten Traktionsbatterie 3. An dem zweiten und dem vierten Leistungsanschluss L2, L4 liegt hierbei also eine erste Versorgungsspannung (Hochvoltspannung) an. Ein erster und ein dritter Leistungsanschluss L1, L3 sind hierbei mit einem Massepotential. insbesondere der Fahrzeugmasse, verbunden oder verbindbar. Der fünfte, der sechste und der siebte Leistungsanschluss L5, L6, L7 sind hierbei jeweils mit Phasen eines Elektromotors 9 verbunden. Die Steuer- und Hilfsanschlüsse H2, H9, H6, H11, H13, H8 dienen hierbei einer Einstellung von Gate-Spannungen der als IGBT ausgebildeten Highside-Schalter 24 und Lowside-Schalter 25. Die Steuer- und Hilfsanschlüsse H10, H12, H14 dienen hierbei einer Erfassung von Phasenspannungen des Elektromotors 9. Die Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H5, H7, dienen hierbei der Erfassung einer masseseitigen Ausgangsspannung der Lowside-Schalter 25, in diesem Fall einer Emitterspannung oder eines Emitterpotentials der Lowside-Schalter 25. Hierbei ist dargestellt, dass der zweite Leistungsanschluss L2 zwei Halbbrücken 23 mit der ersten Versorgungsspannung versorgt, wobei der erste Leistungsanschluss L1 mit den Emitterseiten der Lowside-Schalter 25 dieser beiden Halbbrücken 23 verbunden ist. Der vierte Leistungsanschluss L4 dient hierbei einer Spannungsversorgung der verbleibenden Halbbrücke 23 mit der ersten Versorgungsspannung und der dritte Leistungsanschluss L3 einer Verbindung des Lowside-Schalters 25 dieser Halbbrücke 23 mit dem Massepotential.
Hierbei stellen der erste, zweite, dritte und vierte Leistungsanschluss L1, L2, L3, L4 eingangsseitige Leistungsanschlüsse und die verbleibenden Leistungsanschlüsse L5, L6, L7 ausgangsseitige Leistungsanschlüsse dar.
In 9 ist hierbei ein schematischer Schaltplan einer H-Brücken-Funktionseinheit 26 dargestellt. Die H-Brücken-Funktionseinheit 26 umfasst eine erste H-Brücke 27 und eine zweite H-Brücke 28. Die erste und zweite H-Brücke 27, 28 umfasst hierbei jeweils zwei Halbbrücken 23. Diese wiederum umfassen jeweils einen als IGBT ausgebildeten Highside-Schalter 24 sowie einen Lowside-Schalter 25. Analog zu 8 sind hierbei ebenfalls die Leistungsanschlüsse L1, L2, ... L7 und die Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ..., H14 bezeichnet, die mit den in 7 und 2 dargestellten Leistungsanschlüssen L1, L2, ... L7 sowie den Steuer- und Hilfsanschlüssen H1, H2, ..., H14 korrespondieren. Weiter dargestellt ist, dass die H-Brücken-Funktionseinheit 26 zwei Shunts 29 aufweist, wobei eine über diesen Shunts 29 abfallende Spannung mittels Hilfsanschlüssen H3, H4 sowie den Hilfsanschlüssen H6, H5 abgegriffen werden kann. Hierdurch kann bei einem bekannten Widerstandswert der Shunts 29 eine Strommessung durchgeführt werden, wodurch eine Überprüfung einer Funktionsfähigkeit der ersten bzw. der zweiten H-Brücke 27, 28 erfolgen kann. Hierbei ist ein fünfter Leistungsanschluss L5 mit einem Spannungspotential zur Spannungsversorgung der ersten H-Brücke 27 verbindbar. Ebenfalls ist ein siebter Leistungsanschluss L7 mit einem Spannungspotential zur Spannungsversorgung der zweiten H-Brücke 28 verbindbar. Ein sechster Leistungsanschluss L6 ist hierbei mit einem Massepotential, insbesondere der Fahrzeugmasse, verbindbar. Hierbei stellen also der fünfte, der sechste und der siebte Leistungsanschluss L5, L6, L7 eingangsseitige Leistungsanschlüsse eines mit einer H-Brücken-Funktionseinheit 26 bestückten Leistungshalbleitermoduls 13 dar. Die verbleibenden Leistungsanschlüsse L1, L2, L3, L4 sind hierbei ausgangsseitige Leistungsanschlüsse.
In 10 ist ein schematischer Schaltplan einer Gleichrichter-Funktionseinheit 43 dargestellt. Analog zu der 8 und 9 sind hierbei Leistungsanschlüsse L1, L2, ..., L7 sowie Steuer- und Hilfsanschlüsse H1, H2, ... H14 bezeichnet, die mit den in 7 und 2 dargestellten Leistungsanschlüssen L1, L2, ..., L7 und Steuer- und Hilfsanschlüssen H1, H2, ..., H14 korrespondieren. Hierbei dienen ein erster Leistungsanschluss L1 und ein diesem parallel geschalteter zweiter Leistungsanschluss L2 einer Verbindung eines ersten MOSFETs 42, insbesondere dessen Drain-Anschluss, mit einem Spannungspotential. Weiter dienen ein dritter Leistungsanschluss L3 und ein diesem parallel geschalteter vierter Leistungsanschluss L4 einer elektrischen Verbindung des zweiten MOSFETs 42, insbesondere dessen Drain-Anschluss, mit einem weiteren Spannungspotential, z. B. einem Massepotential. Die genannten Leistungsanschlüsse L1, L2, L3, L4 dienen hierbei also als eingangsseitige Leistungsanschlüsse eines mit der Gleichrichter-Funktionseinheit 43 bestückten Leistungshalbleitermoduls 13. Die parallel geschalteten verbleibenden Leistungsanschlüsse L5, L6, L7 sind hierbei ausgangsseitige Leistungsanschlüsse und mit der Emitterseite beider MOSFETs 42 elektrisch verbunden.
In 11 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Ladezweiges 30 dargestellt. Der Ladezweig 30 ist hierbei eingangsseitig mit einem externen Stromnetz 31 verbunden. Der Ladezweig 30 umfasst hierbei eine erste H-Brücke 32 des Ladezweiges 30. Weiter umfasst der Ladezweig 30 einen Ladezweigkondensator 33, eine zweite H-Brücke 34 des Ladezweiges 30, einen Transformator 35, eine dritte H-Brücke 36 des Ladezweigs 30 sowie eine Traktionsbatterie 3. Hierbei können die erste und die zweite H-Brücke 32, 34 des Ladezweiges 30 als H-Brücken 27, 28 einer H-Brücken-Funktionseinheit 26 ausgeführt sein, insbesondere kann die erste H-Brücke 32 des Ladezweiges 30 der in 9 dargestellten ersten H-Brücke 27 und die zweite H-Brücke 34 des Ladezweiges 30 der in 9 dargestellten zweiten H-Brücke 28 entsprechen. Somit sind also die erste und zweite H-Brücke 32, 34 des Ladezweiges 30 auf einem Leistungshalbleitermodul 13 anordenbar. Hierbei dient die erste H-Brücke 32 des Ladezweiges 30 einer Leistungsfaktorkorrektur und einer Spannungsgleichrichtung einer Wechselspannung des externen Stromnetzes 31. Hierfür ist die erste H-Brücke 32 beispielsweise mit einem fünften Leistungsanschluss L5 mit dem externen Stromnetz 31 verbunden. Ausgangsseitig, beispielsweise mit den in 9 dargestellten ersten und zweiten Leistungsanschlüssen L1, L2 ist die erste H-Brücke 32 des Ladezweiges 30 mit dem Kondensator 33 verbunden. Hierbei dient die erste H-Brücke 32 des Ladezweiges 30 ebenfalls als Hochsetzsteller, so dass ein Spannungspotential des externen Stromnetzes 31 (Niedrigspannung) auf ein gewünschtes Spannungspotential, insbesondere ein Potential einer Hochvoltspannung, transformiert werden kann. Die Hochvoltspannung ist hierbei eine Betriebsspannung der Traktionsbatterie 3 und beträgt beispielsweise 430 Volt. Der Kondensator 33 ist ausgangsseitig elektrisch mit der zweiten H-Brücke 34 des Ladezweiges 30, beispielsweise mit dem in 9 dargestellten siebten Leistungsanschluss L7 verbunden. Die zweite H-Brücke 34 des Ladezweiges 30 dient hierbei einer Wechselrichtung, wobei die zweite H-Brücke 34 ausgangsseitig, beispielsweise mittels eines dritten und vierten Leistungsanschluss L3, L4 (siehe 9) mit einem Transformator 35 verbunden ist. Der Transformator 35 dient hierbei einer galvanischen Entkopplung des externen Stromnetzes 31 von der Traktionsbatterie 3. Der Transformator 35 transformiert eine eingangsseitige Spannung in eine ausgangsseitige Spannung, die dann an einem Eingang der dritten H-Brücke 36 anliegt. Die dritte H-Brücke 36 dient hierbei einer Gleichrichtung und ist ausgangsseitig, beispielsweise über einen dritten und vierten Leistungsanschluss L3, L4 (siehe 9) mit der Traktionsbatterie 3 elektrisch verbunden. Am sechsten Leistungsanschluss L6 der die erste und zweite H-Brücke 32, 34 umfassenden H-Brücken-Funktionseinheit 26 kann hierbei ein Massepotential anliegen.
In 12 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Gleichspannungswandelzweiges 37 dargestellt. Der Gleichspannungswandelzweig 37 umfasst hierbei eine Traktionsbatterie 3, eine H-Brücke 38 des Gleichspannungswandelzweiges 37, einen Transformator 39 und einen Gleichrichter 40 sowie eine Bordnetzbatterie 41. Hierbei ist die Traktionsbatterie 3 ausgangsseitig mit der H-Brücke 38 des Gleichspannungswandelzweiges 37 verbunden. beispielsweise mit einem fünften Leistungsanschluss L5 der H-Brücke 38 (siehe 9). Die H-Brücke 38 dient hierbei einer Wechselrichtung und ist ausgangsseitig, beispielsweise mittels eines ersten und eines zweiten Leistungsanschluss L1, L2, mit dem Transformator 39 verbunden. Der Transformator 39 dient einer Spannungstransformation von einer Hochvoltspannung in eine Bordnetzspannung (Niedervoltspannung), beispielsweise von 430 Volt auf 12 Volt. Ebenfalls dient der Transformator 39 einer galvanischen Entkopplung eines Traktionsnetzes und des Bordnetzes 7 (siehe 1). Ausgangsseitig ist der Transformator 39 mit dem Gleichrichter 40, dessen schematischer Schaltplan beispielsweise in 10 dargestellt ist, verbunden. So kann der Transformator 39 ausgangsseitig beispielsweise mit einem ersten und zweiten Leistungsanschluss L1, L2 sowie einem dritten und einem vierten Leistungsanschluss L3, L4 (siehe 10) des Gleichrichters 40 verbunden sein. Ausgangsseitig ist der Gleichrichter 40, beispielsweise mittels parallel geschalteter fünfter, sechster und siebter Leistungsanschlüsse, L5, L6, L7 mit der Bordnetzbatterie 41 verbunden.
Wie vorhergehend ausgeführt kann hierbei die erste H-Brücke 32 des Ladezweiges 30 als erste H-Brücke 27 und zweite H-Brücke 34 des Ladezweiges 30 als zweite H-Brücke 28 einer H-Brücken-Funktionseinheit 26 ausgeführt sein. Weiter kann die H-Brücke 38 des Gleichspannungswandelzweiges 37 und die dritte H-Brücke 36 des Ladezweiges 30 als erste bzw. zweite H-Brücke 27, 28 einer weiteren H-Brücken-Funktionseinheit 26 ausgebildet sein. Somit kann ein Leistungshalbleitermodul 13 (siehe 2) mit der ersten und zweiten H-Brücke 32, 34 des Ladezweiges bestückt sein. Weiter kann ein weiteres Leistungshalbleitermodul 13 mit der H-Brücke 38 des Gleichspannungswandelzweiges 37 sowie der dritten H-Brücke 36 des Ladezweiges 30 bestückt sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein kompakter Aufbau eines elektrischen Systems 1 eines Elektrofahrzeugs 2.
Bezugszeichenliste

1: elektrisches System
2: Elektrofahrzeug
3: Traktionsbatterie, Hochvolt-Batterie
4: Einheit zum Batteriemanagement
5: Wechselrichter
6: Gleichstromwandler Bordnetz
8: Einheit zur Regelung
9: Elektromotor
10: Schnittstelle
11: Einheit zur Steuerung
12: Leitungen
13, 13-1, 13-2, 13-3: Leistungshalbleitermodul
14: erste Wannenwand
15: zweite Wannenwand
16: Wannenboden
17: Oberfläche
18, 18-1, 18-2, 18-3: Kondensatormodul
19: Element mit vorbestimmter Kapazität
20: Schaltungsanordnung
21: weitere Schaltungsanordnung
22: dreiphasiger Wechselrichter
23: Halbbrücke
24: Highside-Schalter
25: Lowside-Schalter
26: H-Brücken-Funktionseinheit
27: erste H-Brücke
28: zweite H-Brücke
29: Shunt
30: Ladezweig
31: externes Stromnetz
32: erste H-Brücke des Ladezweiges
33: Kondensator
34: zweite H-Brücke des Ladezweiges
35: Transformator
36: dritte H-Brücke des Ladezweiges
37: Gleichspannungswandelzweig
38: H-Brücke des Gleichspannungswandelzweiges
39: Transformator
40: Gleichrichter
41: Bordnetzbatterie
42: MOSFET
43: Gleichrichter-Funktionseinheit
L1, ... L7: Leistungsanschlüsse des Leistungshalbleitermoduls
L1_C L2_C, L3_C, L4_C, L5_C, L6_C, L7_C, L8_C: Leistungsanschlüsse des Kondensatormoduls
H1, H2, ... H14: Steuer- und Hilfsanschlüsse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1467407 B1 [0005]

Claims

Leistungshalbleitermodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul (13) eine Anzahl von Leistungsanschlüssen (L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7) und eine Anzahl von Steuer- und Hilfsanschlüsse (H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9, H10, H11, H12, H13, H14) aufweist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul (13) wannenförmig ausgebildet ist, wobei ein Innenvolumen des Leistungshalbleitermoduls (13) durch mindestens zwei Wannenwände (14, 15) und einen Wannenboden (16) begrenzt wird, wobei die mindestens zwei Wannenwände (14, 15) an gegenüberliegenden Seiten des Wannenbodens (16) angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wannenboden (16) rechteckförmig ausgebildet, wobei an der ersten Wannenwand (14) vier Leistungsanschlüsse (L1, L2, L3, L4) angeordnet sind, wobei die an der ersten Wannenwand (14) angeordneten Leistungsanschlüsse (L1, L2, L3, L4) entlang der ersten Wannenwand (14) mit vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, wobei zwischen je zwei an der ersten Wannenwand angeordneten Leistungsanschlüssen (L1, L2, L3, L4) jeweils zwei Steuer- und Hilfsanschlüsse (H9, H10, H11, H12, H13, H14) angeordnet sind, wobei diese zwei Steuer- und Hilfsanschlüsse jeweils mit vorbestimmten Abstand entlang der ersten Wannenwand (14) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zweiten Wannenwand (15) drei Leistungsanschlüsse (L5, L6, L7) angeordnet sind, wobei die an der zweiten Wannenwand (15) angeordneten Leistungsanschlüsse (L5, L6, L7) entlang der zweiten Wannenwand (15) mit vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, wobei zwischen je zwei an der zweiten Wannenwand (15) angeordneten Leistungsanschlüssen (L5, L6, L7) jeweils vier Steuer- und Hilfsanschlüsse (H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8) angeordnet sind, wobei diese vier Steuer- und Hilfsanschlüsse jeweils mit vorbestimmten Abstand voneinander entlang der zweiten Wannenwand (15) beabstandet angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Hilfsanschlüsse (H1, H2, H3, H4, H5, H6, H, H8, H9, H10, H11, H12, H13, H14) als L-förmige Pins ausgebildet, wobei ein erster Schenkel der Pins in einer Ebene angeordnet ist, die parallel oder gleich einer Ebene ist, in welcher eine wanneninnenseitige Oberfläche (17) des Wannenbodens (16) angeordnet ist, wobei ein zweiter Schenkel des Pins senkrecht zu der wanneninnenseitige Oberfläche (17 des Wannenbodens (16) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge von ersten Schenkeln von mindestens zwei benachbarten Pins verschieden ist.
Kondensatormodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatormodul (18, 18-1, 18-2, 18-3) mindestens vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse (L1_C, L2_C, L3_C, L4_C, L5_C, L6_C,) und mindestens zwei eingangsseitige Leistungsanschlüsse (L7_C, L8_C) und ein Element (19) mit vorbestimmter Kapazität umfasst, wobei die mindestens zwei der mindestens vier ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse (L1_C, L2_C, L3_C, L4_C) jeweils mit einem Leistungsanschluss (L1, L2, L3, L4) eines Leistungshalbleitermoduls (13) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 elektrisch verbindbar sind, wobei die mindestens zwei verbleibenden ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse (L5_C, L6_C) des Kondensatormoduls (18, 18-1, 18-2, 18-3) mit jeweils einem eingangsseitigen (L7_C, L8_C) Leistungsanschluss eines weiteren Kondensatormoduls (13, 13-1, 13-2, 13-3) elektrisch verbindbar sind.
Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (20) mindestens ein Leistungshalbleitermodul (13) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und mindestens ein Kondensatormodul (18) gemäß Anspruch 7 umfasst, wobei das Kondensatormodul (18) mindestens vier ausgangsseitige Leistungsanschlüsse (L1_C, L2_C, L3_C, L4_C, L5_C, L6_C) und mindestens zwei eingangsseitige Leistungsanschlüsse (L7_C, L8_C) und ein Element (19) mit vorbestimmter Kapazität umfasst, wobei mindestens zwei der vier ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse (L1_C, L2_C, L3_C, L4_C) des Kondensatormoduls (18) mit jeweils einem Leistungsanschluss (L1, L2, L3, L4) des Leistungshalbleitermoduls (13) elektrisch verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ein erstes Leistungshalbleitermodul (13-1) und mindestens ein weiteres Leistungshalbleitermodul (13-2) sowie ein erstes Kondensatormodul (18-1) und mindestens ein weiteres Kondensatormodul (18-2) umfasst, wobei mindestens zwei von vier ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse (L1_C, L2_C, L3_C, L4_C) des ersten Kondensatormoduls (18-1) jeweils mit einem Leistungsanschluss (L1, L2, L3, L4) des ersten Leistungshalbleitermoduls (13-1) elektrisch verbunden sind, wobei mindestens zwei von vier ausgangsseitigen Leistungsanschlüssen (L1_C, L2_C, L3_C, L4_C) des mindestens einen weiteren Kondensatormoduls (18-2) jeweils mit einem Leistungsanschluss (L1, L2, L3, L4) des mindestens einen weiteren Leistungshalbleitermoduls (13) elektrisch verbunden sind, wobei die verbleibenden zwei der vier ausgangsseitigen Leistungsanschlüsse (L5_C, L6_C) des ersten Kondensatormoduls (18-2) jeweils mit einem eingangsseitigen Leistungsanschluss (L7_C, L8_C) des mindestens einen weiteren Kondensatormoduls (18) elektrisch verbunden sind.
Elektrisches System eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei das elektrische System (1) mindestens einen Ladezweig (30) und einen Gleichspannungswandelzweig (37) umfasst, wobei mittels des Ladezweigs (30) elektrische Leistung aus einem externen Stromnetz (31) zu einer Hochvolt-Batterie (3) übertragbar ist, wobei mittels des Gleichspannungswandelzweigs (37) elektrische Leistung zwischen der Hochvolt-Batterie (3) und einer Bordnetzbatterie (41) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Leistungshalbleitermodul (13) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer ersten und einer zweiten H-Brücke (32, 34) bestückt ist, wobei ein zweites Leistungshalbleitermodul (13) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer ersten und einer zweiten H-Brücke (38, 36) bestückt ist, wobei die erste H-Brücke (32) des ersten Leistungshalbleitermoduls (13) im Ladezweig (30) angeordnet ist, wobei die erste H-Brücke (32) des ersten Leistungshalbleitermoduls (30) eingangsseitig mit dem externen Stromnetz (31) verbindbar und ausgangsseitig mit einem kapazitiven Element verbunden ist, wobei mittels der ersten H-Brücke (32) des ersten Leistungshalbleitermoduls (13) eine Leistungsfaktorkorrektur und eine Gleichrichtung durchführbar ist, wobei die zweite H-Brücke (34) des ersten Leistungshalbleitermoduls (13) im Ladezweig (30) angeordnet ist, wobei die zweite H-Brücke (34) des ersten Leistungshalbleitermoduls (13) eingangsseitig mit dem kapazitiven Element und ausgangsseitig mit einer Einrichtung zur Spannungstransformation des Ladezweigs (30) verbunden ist, wobei mittels der zweiten H-Brücke (34) des ersten Leistungshalbleitermoduls (13) eine Wechselrichtung durchführbar ist, wobei die erste H-Brücke (38) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (13) im Gleichspannungswandelzweig (37) angeordnet ist, wobei die erste H-Brücke (38) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (13) eingangsseitig mit der Hochvolt-Batterie (3) und ausgangsseitig mit einer Einrichtung zur Spannungstransformmation des Gleichspannungswandelzweiges (37) verbunden ist, wobei mittels der ersten H-Brücke (38) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (13) eine Wechselrichtung durchführbar ist, wobei die zweite H-Brücke (36) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (13) im Ladezweig (30) angeordnet ist, wobei die zweite H-Brücke (36) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (13) eingangsseitig mit der Einrichtung zur Spannungstransformation des Ladezweigs und ausgangsseitig mit der Hochvolt-Batterie (3) verbunden ist, wobei mittels der zweiten H-Brücke (36) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (13) eine Gleichrichtung durchführbar ist.