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Die Erfindung betrifft eine Hochstromkomponentenverbindungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, die eine erste Hochstromkomponente und mindestens eine zweite Hochstromkomponente, die in einem gemeinsamen Strompfad angeordnet sind, aufweist, wobei die erste Hochstromkomponente und die mindestens eine zweite Hochstromkomponente mittels eines Verbindungselements elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Zur Erfindung gehören auch eine Batterieanschlussbox, ein Hochvoltbordnetz und ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Verbinden zweier Hochstromkomponenten.
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Hochstromkomponenten, insbesondere solche innerhalb einer Batterieanschlussbox, die auch als Battery-Junction-Box (BJB) bezeichnet wird, werden üblicherweise durch Schrauben oder Stecken miteinander verbunden. Solche üblicherweise in einer Batterieanschlussbox vorhandene Hochstromkomponenten sind zum Beispiel Schütze, Sicherungen, Busbars beziehungsweise Stromschienen, Stecker, und so weiter. Gerade in einer solchen Batterieanschlussbox müssen also vielzählige elektrische Komponenten auf möglichst geringem Bauraum untergebracht werden und miteinander verschaltet werden. Gerade in einer solchen Situation sind jedoch gerade Steck- und Schraubverbindungen besonders ungünstig, da sie keine flexible Anbindung der Hochstromkomponenten untereinander erlauben. Weitere Nachteile solcher Steck- und Schraubverbindungen sind zudem das aufwändige und fehleranfällige Kontaktieren im Falle von Schraubprozessen, keine oder kaum Ausgleichsmöglichkeiten der Toleranzlage einzelner Komponenten zueinander bei Steck- oder Schraubverbindungen, die Schwierigkeit der Hochvoltisolationskoordination und des erforderlichen Einhaltens der Reinheitsklassen bei Standard-Schraub- und/oder Steckverbindungen sowie auch die Gefahr der Reibkorrosion bei Steckverbindungen, was zu einem erhöhten Widerstand führt, sowie bei Schraubverbindungen die Gefahr des Lösens. Auch das Einhalten des korrekten Schraubwinkels- und Anschraubmoments stellen schwierig zu überwachende Prozessparameter, unter anderem aufgrund Grate, Kanten oder ähnlichem, dar. Zudem sind Steck- und Schraubverbindungen bezüglich Stromstärken nicht oder nur sehr schwer skalierbar.
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Die
DE 11 2016 000 424 T5 , die
DE 10 2013 213 527 A1 und die
DE 10 2017 119 949 A1 offenbaren als Bonddraht ausgeführte Verbindungen. Da Bonddrähte nur einen sehr geringen Durchmesser aufweisen können, zum Beispiel zwischen 200 Mikrometern und 600 Mikrometern, sind Bonddrähte jedoch nicht hochstromtragfähig und kommen daher nur in Bereichen zum Einsatz, in denen nur geringe Ströme fließen, wie zum Beispiel in elektronischen Schaltungen oder als Zellverbinder, die Zellkontaktierungen von Batteriezellen miteinander verbinden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hochstromkomponentenverbindungsanordnung, eine Batterieanschlussbox, ein Hochvoltbordnetz, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Verbinden zweier Hochstromkomponenten bereitzustellen, welche eine Verbindung von zwei Hochstromkomponenten mit mehr Flexibilität ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochstromkomponentenverbindungsanordnung, eine Batterieanschlussbox, ein Hochvoltbordnetz, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit dem Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Hochstromkomponentenverbindungsanordnung für ein Kraftfahrzeug weist eine erste Hochstromstromkomponente und mindestens eine zweite Hochstromkomponente auf, die in einem gemeinsamen Strompfad angeordnet sind, wobei die erste Hochstromkomponente und die mindestens eine zweite Hochstromkomponente mittels eines Verbindungselements elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei ist das Verbindungselement als Bonddraht-Verbindung mit mindestens einem Bonddraht ausgebildet.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die Tatsache, dass ein einzelner Bonddraht nicht hochstromtragfähig ist, nicht notwendigerweise bedeutet, dass Bonddraht-Verbindungen für Hochstromanwendungen von vornherein ungeeignet sind, im Gegenteil, durch Bonddraht-Verbindungen für Hochstromanwendungen lassen sich besonders große Vorteile erzielen. Dies ist dadurch bedingt, dass es auf einfache Weise möglich ist, Bonddraht-Verbindungen für sehr hohe Ströme auszulegen, indem zum Beispiel einfach mehrere einzelne Bonddrähte nebeneinander angeordnet werden. Damit muss ein einzelner Bonddraht der Bonddraht-Verbindung vorteilhafterweise lediglich den Bruchteil des Gesamtstroms tragen. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, eine Bonddraht-Verbindung durch Variation der Anzahl der verwendeten Bonddrähte für jede beliebige Stromstärke auszulegen und damit auch, zwei Hochstromkomponenten mittels einer solchen Bonddraht-Verbindung zu verbinden. Durch die Verbindung von zwei Hochstromkomponenten mittels einer Bonddraht-Verbindung können nun vielzählige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Steck- und Schraubverbindungen erzielt werden. Ein besonders großer Vorteil besteht zum einen darin, dass eine Toleranzlage einzelner Hochstromkomponenten zueinander einfach ausgeglichen werden können, da die Bonddraht-Verbindungen eine besonders flexible Anbindung dieser Hochstromkomponenten im elastischen Bereich des Bonddrahts ermöglichen. Insbesondere sind Bonddrähte einer Bonddraht-Verbindung zwischen den beiden Kontaktierungspunkten an den Enden des betreffenden Bonddrahts gebogen. Diese Biegung bzw. Bogen, auch Loop genannt, erlaubt innerhalb bestimmter Grenzen eine Verschiebung der beiden durch diesen Bonddraht verbundenen Hochstromkomponenten voneinander weg oder aufeinander zu. Dieser Toleranzausgleich ist besonders dann relevant, wenn vielzählige Komponenten auf sehr engem Bauraum sehr kompakt zueinander angeordnet werden müssen, wie dies beispielsweise in einer Batterieanschlussbox der Fall ist. Daher lassen sich durch die Erfindung besonders große Vorteile erzielen, wenn eine solche Hochstromkomponentenverbindungsanordnung innerhalb einer Batterieanschlussbox verwendet wird, wie dies nachfolgend näher beschrieben wird. Zudem sind vorteilhafterweise auch die Verbindungsstärken beliebig auf die benötigte Stromstärke skalierbar, nämlich zum Beispiel durch die Bonddrahtdicke, durch das gewählte Drahtmaterial, sowie durch die Anzahl parallel verwendeter Bonddrähte der Bonddraht-Verbindung. Auch bezüglich der Hochvoltisolationskoordination lässt sich durch eine solche Bonddraht-Verbindung eine sehr hohe Reinheitsklasse darstellen, und daraus resultierend sind geometrisch kleine Abstände realisierbar, unter anderem auch durch Einbetten der Bonddraht-Verbindungen in Silikongel oder ähnlichen flexiblen Vergussmassen. Zudem kann durch eine solche Bonddraht-Verbindung eine besonders hohe Sicherheit der Verbindung gegen Lösen gegenüber Schraub- oder Steckverbindungen bereitgestellt werden.
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Im Allgemeinen soll unter einer Hochstromkomponente eine Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Komponente des Hochvoltbordnetzes des Kraftfahrzeugs, verstanden werden, die im Betrieb Strom führt und die zudem für sehr hohe Ströme, insbesondere im dreistelligen Amperebereich, ausgelegt ist. Bei einer solchen Hochstromkomonente kann es sich um einen Verbraucher handeln, vorzugsweise aber um eine von einen Verbraucher verschiedenen Komponente, wie beispielsweise um stromführende Schaltkreisbauteile, wie Schütze, Stromschienen, Sicherungen, usw..
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Entsprechend ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn auch die Bonddraht-Verbindung zur Führung von Strom im dreistelligen Amperebereich ausgelegt ist. Je nachdem, zwischen welchen Hochstromkomponenten eine solche Bonddraht-Verbindung verwendet werden soll, kann die Bonddraht-Verbindung für Peakströme bis 400 Ampere ausgelegt sein und in einer weiteren Variante zum Beispiel auch für Peakströme bis 1200 Ampere ausgelegt sein. Weiterhin kann die Bonddraht-Verbindung zudem auch zum Tragen von 400 Ampere Dauerstrom ausgelegt sein. Wie bereits erwähnt, lässt sich durch Dicke und/oder Anzahl der verwendeten Bonddrähte die Bonddraht-Verbindung für die gewünschte Stromanwendung auf besonders einfache Weise auslegen.
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Daher stellt es eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Bonddraht-Verbindung mehrere Bonddrähte umfasst, wobei ein erstes Ende der jeweiligen Bonddrähte an einer gleichen ersten Kontaktstelle der ersten Hochstromkomponente angeordnet ist und ein zweites Ende der jeweiligen Bonddrähte an einer gleichen Kontaktstelle der Hochstromkomponente angeordnet ist. Damit liegen also die ersten Enden der jeweiligen Bonddrähte auf gleichem Potential, sowie auch die zweiten Enden der jeweiligen Bonddrähte. Vorzugsweise sind die mehreren Bonddrähte, die einer gemeinsamen Bonddraht-Verbindung zugeordnet sind, gleichartig ausgestaltet, das heißt sie sind aus dem gleichen Material gebildet und weisen vorzugsweise auch die gleiche Länge und/oder Dicke auf. Damit werden die Bonddrähte vorteilhafterweise gleichmäßig beansprucht. Durch die Verwendung mehrerer Bonddrähte kann die Bonddraht-Verbindung, wie ebenfalls bereits beschrieben, im Prinzip für beliebig hohe Ströme ausgelegt werden. Je nach Dicke der verwendeten Bonddrähte und deren Material können zur Bereitstellung der Hochstromverbindung mehr oder weniger Bonddrähte verwendet werden. Vorzugsweise umfasst eine Bonddraht-Verbindung zum Verbinden zweier Hochstromkomponenten eine Anzahl an Bonddrähten im zweistelligen Bereich, das heißt also vorzugsweise zwischen 10 und 100 Bonddrähten, vorzugsweise jedoch im niedrigen zweistelligen Bereich, wie zum Beispiel 20 Bonddrähte. Ein für die Ausbildung der Bonddrähte besonders geeignetes Material stellt aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit Kupfer dar. Es kommen aber auch andere Materialien zur Bereitstellung der Bonddrähte in Frage, wie zum Beispiel Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Edelmetalle, wie zum Beispiel Gold, oder ähnliches.
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Ein weiterer großer Vorteil von Bonddraht-Verbindungen im Gegensatz zu Schraub- und Steckverbindungen besteht zudem darin, dass die Kontaktierung der Bonddrähte mit den jeweiligen Kontaktbereichen der Hochstromkomponenten automatisiert, zum Beispiel durch Roboter, erfolgen kann. Dies vereinfacht die Herstellung solcher Hochstromkomponentenverbindungsanordnungen enorm und es können sehr viel Zeit und Kosten eingespart werden. Durch die Möglichkeit der Anwendung automatisierter Prozesse zur Kontaktierung der Hochstromkomponenten mittels Bonddraht-Verbindungen gestalten sich auch solche Bonddraht-Verbindungen besonders einfach, die sehr viele parallele Bonddrähte verwenden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellen die erste und die mindestens eine zweite Hochstromkomponente mindestens eine der folgenden Komponenten dar: einen Stromsensor, eine Stromschiene, auch Busbar genannt, eine Sicherung, eine Hochstromleiterplatte, einen Schütz, eine Anschlusseinrichtung eines Hochvoltverbraucher und/oder eine Anschlusseinrichtung einer Hochvoltbatterie. Dies stellen typische in Hochvoltbordnetzen verwendete Hochstromkomponenten dar. Insbesondere sind dies Hochstromkomponenten, die häufig auch in der eingangs beschriebenen Batterieanschlussbox zu finden sind. Gerade hier zeigen sich die besonders großen Vorteile der Erfindung besonders deutlich, da in einer solchen Batterieanschlussbox vielzählige Hochstromkomponenten auf engem miteinander kontaktiert werden müssen. Diese Kontaktierung kann nun mittels der beschriebenen Bonddraht-Verbindungen erfolgen. Beispielsweise kann also eine Sicherung über eine solche Bonddraht-Verbindung mit einer Stromschiene verbunden sein und diese Stromschiene weiterhin über eine weitere Bonddraht-Verbindung mit einem Schütz, und so weiter. Dabei kann auch eine Hochstromkomponente über zwei oder mehrere Bonddraht-Verbindungen mit zwei oder mehreren anderen Hochstromkomponenten verbunden sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterieanschlussbox, auch Battery-Junction-Box genannt, zum Anschließen von durch eine Hochvoltbatterie bereitgestellte Hochvoltpotentiale an mindestens einen Hochvoltverbraucher und/oder an einen Ladepfad zu einer Ladeanschlusseinrichtung zum Anschließen an eine kraftfahrzeugexterne Energiequelle, wobei die Batterieanschlussbox ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse angeordnete erfindungsgemäße Hochstromkomponentenverbindungsanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen aufweist.
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Die für die erfindungsgemäße Hochstromkomponentenverbindungsanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterieanschlussbox.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochstromkomponentenverbindungsanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen und/oder mit einer erfindungsgemäßen Batterieanschlussbox. Auch hier gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochstromkomponentenverbindungsanordnung beschriebenen Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Hochvoltbordnetz eine Hochvoltbatterie aufweist und zumindest einen durch die Hochvoltbatterie mit Energie versorgbaren Hochvoltverbraucher und/oder eine Ladeanschlusseinrichtung zum Anschließen einer kraftfahrzeugexternen Energiequelle zum Laden der Hochvoltbatterie, wobei die Bonddraht-Verbindung in einem Strompfad von einem Hochvoltanschluss der Hochvoltbatterie zu einem Verbraucheranschluss des mindestens einen Hochvoltverbrauchers und/oder in einem Strompfad von dem Hochvoltanschluss der Hochvoltbatterie zur Ladeanschlusseinrichtung angeordnet ist. Mit anderen Worten lässt sich die erfindungsgemäße Hochstromkomponentenverbindungsanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen auf besonders flexible Weise überall im Hochvoltbordnetz verwenden, insbesondere kann eine beschriebene Bonddraht-Verbindung oder auch mehrere solcher Bonddraht-Verbindungen an beliebiger Stelle zwischen Hochvoltbatterie und den entsprechenden Hochvoltverbrauchern beziehungsweise auch zwischen der Hochvoltbatterie und einer Ladeanschlusseinrichtung, wie zum Beispiel einer Ladebuchse, verwendet werden. Damit sind vorteilhafterweise den Einsatzmöglichkeiten keine Grenzen gesetzt. Die beschriebenen großen Vorteile einer solchen Bonddraht-Verbindung insbesondere hinsichtlich ihrer großen Flexibilität können damit vorteilhafterweise an beliebiger Stelle im Hochvoltbordnetz genutzt werden.
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Der mindestens eine Hochvoltverbraucher kann dabei zum Beispiel einen Klimakompressor darstellen und/oder einen DC/DC-Wandler zur Versorgung eines Niedervoltbordnetzes aus dem Hochvoltbordnetz, welcher also beispielsweise die Hochvoltspannung auf eine Niedervoltspannung zur Versorgung von Niedervoltverbrauchern wandelt, und/oder eine Leistungselektronik, insbesondere einen Pulswechselrichter, zur Versorgung eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs. Die beschriebene Bonddraht-Verbindung, die zwei Hochstromkomponenten miteinander verbindet, kann auch innerhalb solcher Hochvoltverbraucher zum Einsatz kommen.
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Darüber hinaus gehört zur Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetz oder eines seiner Ausgestaltungen. Das Kraftfahrzeug ist dabei vorzugsweise als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Verbinden zweier Hochstromkomponenten für ein Kraftfahrzeug, wobei eine erste Hochstromkomponente und mindestens eine zweite Hochstromkomponente bereitgestellt werden, die mittels eines Verbindungselements elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Dabei werden die erste und die mindestens eine zweite Hochstromkomponente mittels Drahtbonden über mindestens einen Bonddraht miteinander verbunden.
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Die für die erfindungsgemäße Hochstromkomponentenverbindungsanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten auch in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochstromkomponentenverbindungsanordnung und ihren Ausführungsformen, sowie auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterieanschlussbox, dem erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetz und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug beschriebenen gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere korrespondierende Verfahrensschritte.
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Die Kontaktierung des einen oder der mehreren Bonddrähte mit den entsprechenden Kontaktstellen der zu verbindenden Hochstromkomponenten kann dabei durch Drahtbondverfahren erfolgen, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Um also eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Bonddraht und der korrespondierenden Kontaktstelle einer der Hochstromkomponenten herzustellen, können Verfahren wie Thermokompressionsbonden (TC-Bonden), Thermosonic-Ball-Wedge-Bonden (TS-Bonden) und/oder Ultraschall-Wedge-Wedge-Bonden (US-Bonden) verwendet werden. Eine besonders einfache Kontaktierungsmöglichkeit der Bonddrähte mit den entsprechenden Kontaktstellen stellt ein Anlöten der Bonddrähte dar. Da bei den vorliegend bevorzugten Anwendungen die Bonddraht-Verbindungen nicht in der Nähe von Halbleiterbauelementen zum Einsatz kommen, besteht vorteilhafterweise auch beim Löten nicht die Gefahr einer Überhitzung solcher Halbleiterbauteile. Auch Ultraschallwellen können bekanntermaßen zum Herstellen der Kontaktierungen eingesetzt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es nun, wenn das Drahtbonden gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vollkommen automatisiert durchgeführt wird, zum Beispiel durch einen Prozessroboter. Hierdurch lassen sich die Verbindungen besonders schnell, effizient und kostengünstig herstellen.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Hochstromkomponentenverbindungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Hochstromkomponentenverbindungsanordnung, bei welcher die Bonddraht-Verbindung mehrere parallel verlaufende Bonddrähte aufweist;
- 3 eine schematische Explosionsdarstellung einer Batterieanschlussbox gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Hochstromkomponentenverbindungsanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hochstromkomponentenverbindungsanordnung 10 weist in diesem Beispiel eine erste Hochstromkomponente 12 und eine zweite Hochstromkomponente 14 auf, sowie eine Bonddraht-Verbindung 16 mit einem Bonddraht 18, welcher die beiden Hochstromkomponenten 12, 14 elektrisch leitend miteinander verbindet. Zu diesem Zweck ist ein erstes Ende 18a des Bonddrahts 18 mit einer ersten Kontaktstelle 12a der ersten Hochstromkomponente 12 elektrisch leitend kontaktiert und ein zweites Ende 18b des Bonddrahts 18 ist mit einer zweiten Kontaktstelle 14a der zweiten Hochstromkomponente 14 elektrisch leitend kontaktiert. Zur Kontaktierung können dabei aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren verwendet werden.
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Ein solcher Bonddraht zeichnet sich weiterhin durch charakteristische Parameter aus, die seine bogenförmige Formgebung beschreiben. Dies sind zum einen die sogenannte Loophöhe L, das heißt also die Höhe des Bogenmaximums, die Position des Bondloop P, welche dem Abstand des ersten Endes 18a des Bonddrahts 18 von dessen Bogenmaximum entspricht, und der Bondfußabstand A, der dem Abstand zwischen den beiden Enden 18a, 18b des Bonddrahts 18 entspricht, insbesondere dem Abstand der im Bereich der Enden 18a, 18b angeordneten Kontaktpunkte, über welche der Kontakt zu den Kontaktstellen 12a, 14a der Hochstromkomponenten 12, 14 hergestellt ist.
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Die Ausführung der Verbindung zweier Hochstromkomponenten 12, 14 als Bonddraht-Verbindung 16 hat vielzählige Vorteile gegenüber Schraub- und Steckverbindungen. Neben der deutlich höheren Robustheit und der deutlich einfacheren Anordnungsmöglichkeiten, die durch automatisierte Prozesse realisiert werden können, ermöglicht ein solcher Bonddraht 18 deutlich flexiblerer Verbindungen zwischen den Hochstromkomponenten 12, 14. Dadurch können Toleranzlagen der einzelnen Hochstromkomponenten 12, 14 zueinander deutlich einfacher ausgeglichen werden. Ein weiterer besonders großer Vorteil liegt in der Skalierbarkeit der Verbindungsstärke, was nun anhand von 2 näher erläutert wird.
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2 zeigt dabei eine schematische und perspektivische Darstellung einer Hochstromkomponentenverbindungsanordnung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel weist die Bonddraht-Verbindung 16, die wiederum zwei Hochstromkomponenten 12, 14 miteinander verbindet, mehrere Bonddrähte 18 auf, insbesondere in diesem Beispiel sechs Bonddrähte 18, die insbesondere parallel zueinander verlaufen. Die ersten Enden 18a der jeweiligen Bonddrähte 18 sind also mit der gleichen Kontaktstelle 12a der ersten Hochstromkomponente 12 verbunden und liegen damit auf dem gleichen Potential, und auch die zweiten Enden 18b der jeweiligen Bonddrähte 18 sind mit der gleichen zweiten Kontaktstelle 14a der zweiten Hochstromkomponente 14 verbunden, und liegen damit ebenfalls alle auf dem gleichen Potential. Ein von der ersten Hochstromkomponente 12 über die Bonddraht-Verbindung 16 zur zweiten Hochstromkomponente 14 fließender Strom teilt sich entsprechend auf die mehreren Bonddrähte 18 auf, sodass ein jeweiliger der Bonddrähte 18 nur einen Bruchteil, in diesem Beispiel ein Sechstel, der Gesamtstromstärke tragen muss. Durch Verwendung mehrerer oder weniger Bonddrähte 18 kann damit die Stromtragfähigkeit dieser Bonddraht-Verbindung 16 beliebig skaliert werden, insbesondere auf besonders einfache Art und Weise. Ein weiterer Skalierungsparameter kann zum Beispiel auch die Dicke bzw. Durchmesser eines jeweiligen Bonddrahts 18 darstellen, wobei der Durchmesser eines Bonddrahts 18 vorzugsweise kleiner ist als ein Millimeter.
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Grundsätzlich kann die beschriebene Bonddraht-Verbindung 16 jede beliebigen zwei Hochstromkomponenten 12, 14 eines Kraftfahrzeugs miteinander verbinden. Besondere Vorteile zeigen sich jedoch gerade in der Verwendung einer solchen Bonddraht-Verbindung 16 von zwei Hochstromkomponenten innerhalb einer Batterieanschlussbox, da gerade hier vielzählige verschiedene Hochstromkomponenten auf engstem Raum innerhalb eines Gehäuses angeordnet und miteinander verschaltet werden müssen.
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Eine solche Batterieanschlussbox 20 ist in einer schematischen Explosionsdarstellung in 3 dargestellt. Diese umfasst ein Gehäuse, welches sich in diesem Beispiel in einen Gehäuseboden 22 und einen entsprechenden auf den Gehäuseboden 22 aufsetzbaren Deckel 24 gliedert. Der Gehäuseboden 22 umfasst weiterhin Anschlussbuchsen 26 zum Anschließen der Leistungselektronik des Hochvoltbordnetzes, sowie auch einen unterseitig am Gehäuseboden 22 angeordneten, in dieser Darstellung jedoch nicht zu sehenden Anschluss 28 zum Anschließen der Hochvoltkontakte einer Hochvoltbatterie.
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Weiterhin umfasst die Batterieanschlussbox 20 diverse Hochstromkomponenten, wie beispielsweise Schütze 30, Sicherungen 32, Busbars beziehungsweise Stromschienen 34, shuntbasierte Stromsensoren 36, Stecker 38, und so weiter. Bei dem dargestellten Stecker 38 handelt es sich exemplarisch um den Stecker zum Anschließen einer oder mehrerer Hochvoltnebenverbraucher, wie beispielsweise einen DC/DC-Wandler zum Versorgen eines Niedervoltbordnetzes oder einen Klimakompressor. All diese Hochstromkomponenten 30, 32, 34, 36, 38 können nun ebenfalls vorteilhafterweise über entsprechende Bonddraht-Verbindungen 16, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in diesem Beispiel nicht dargestellt sind, miteinander verbunden und kontaktiert werden. Verschiedene Anordnungsmöglichkeiten solcher Bonddraht-Verbindungen 16, insbesondere innerhalb der Batterieanschlussbox 20, sind exemplarisch in 4 dargestellt.
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4 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines Hochvoltbordnetzes 40 eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Hochvoltbordnetz 40 weist eine Hochvoltbatterie 42 auf. Die Hochvoltbatterie 42 ist in diesem Beispiel in zwei Batterieeinheiten 42a und 42b gegliedert, die zum Beispiel jeweils eine Spannung von 400 Volt bereitstellen können, sodass die Hochvoltbatterie 42 eine Gesamtspannung von 800 Volt bereitstellt. Die dargestellte Verschaltung ermöglicht es, die Hochvoltbatterie 42 einerseits mit 400 Volt Gleichstrom zu laden, wozu dann die beiden Batterieeinheiten 42a, 42b bezüglich des Ladeanschlusses 44 zueinander parallel geschaltet werden, sowie andererseits auch die Hochvoltbatterie 42 mit 800 Volt Gleichstrom zu laden, wozu dann die beiden Batterieeinheiten 42a, 42b bezüglich des Ladeanschlusses 44 zueinander in Serie geschaltet werden. Dies ist jedoch vorliegend nicht von Bedeutung.
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Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 40 eine Leistungselektronik 46 zur Versorgung eines Elektromotors 48 auf. Zudem umfasst das Hochvoltbordnetz 40 auch die zu 3 beschriebene Batterieanschlussbox 20 im gestrichelt dargestellten Bereich. Diese kann also wiederum die Anschlüsse 28 für die Hochvoltbatterie 42 umfassen, zwei Hauptschütze 30 zum Koppeln der Hochvoltbatterie 42 mit dem restlichen Hochvoltbordnetz 40 und zum Entkoppeln von diesem, die Anschlüsse 26 für die Leistungselektronik 46, weitere Anschlüsse 38, zum Beispiel für Hochvoltnebenverbraucher, die hier nicht explizit dargestellt sind, weitere Anschlüsse 44 zum Anschließen an eine Ladebuchse des Kraftfahrzeugs, über welche bei Kopplung mit einer kraftfahrzeugexternen Energiequelle die Hochvoltbatterie 42 geladen werden kann, sowie weitere Schalter 50, die unter Umständen ebenfalls als Schütze ausgestaltet sein können. Weiterhin können die elektrischen Verbindungen beziehungsweise hier dargestellten Leitungen zwischen den Hochstromkomponenten durch Stromschienen und/oder Hochstromleiterplatten bereitgestellt sein. Zwischen diesen beschriebenen Hochstromkomponenten und den jeweiligen Anschlüssen 28, 26, 38, 44 können nun vorteilhafterweise Bonddraht-Verbindungen 16 vorgesehen sein. Beispielsweise können also solche Bonddraht-Verbindungen 16 zwischen den Anschlüssen eines Schützes 30 und einer Stromschiene oder zweier Stromschienen angeordnet sein, die den Schütz 30 einerseits mit einem Anschluss 26 zum Anschließen der Leistungselektronik 46 koppeln, sowie andererseits mit einem Anschluss 28 zum Anschließen der Hochvoltbatterie 42. Dies gilt analog auch für die anderen Schaltelemente 50, die ebenso über Bonddraht-Verbindungen 16 mit entsprechenden Stromschienen oder direkt mit anderen Hochstromkomponenten oder Anschlüssen elektrisch leitend verbunden werden können. Darüber hinaus umfasst die Batterieanschlussbox 20 wie beschrieben auch Sicherungen 32 (vergleiche 3), die in 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nun nicht explizit dargestellt sind. Auch diese können in die Schaltung mittels der beschriebenen Bonddraht-Verbindungen 16 integriert werden. Vielzählige Verbindungsstellen innerhalb einer solchen Batterieanschlussbox 20 können dadurch nun vorteilhafterweise durch die besonders flexiblen und vorteilhaften Bonddraht-Verbindungen 16 realisiert werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine besonders vorteilhafte Verbindungsmöglichkeit der elektrischen leitenden Verbindung zwischen Hochstromkomponenten durch einen oder mehrere Bonddrähte bereitgestellt werden kann. Dadurch lassen sich die Kosten in der Produktion senken, ein deutlich höheres Maß an Flexibilität und Skalierbarkeit erreichen, sowie auch die Robustheit der Verbindungsstellen deutlich erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112016000424 T5 [0003]
- DE 102013213527 A1 [0003]
- DE 102017119949 A1 [0003]
