DE102020210296A1

DE102020210296A1 - Schaltvorrichtung, elektrischer Energiespeicher und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102020210296A1
Application number: DE102020210296.1A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hauser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Schaltvorrichtung (1), insbesondere für einen elektrischen Energiespeicher, elektrischer Energiespeicher und Vorrichtung, aufweisend eine erste Stromschiene (2), eine zweite Stromschiene (12), erste Halbleiterschalter (3), zweite Halbleiterschalter (13) und Bondverbinder (7) zum paarweisen Verbinden der ersten Halbleiterschalter (3) mit den zweiten Halbleiterschaltern (13),wobei die Schaltvorrichtung (1) zumindest einen Kühlkörper (5, 15) aufweist, der auf der ersten Stromschiene (2) und/oder auf der zweiten Stromschiene (12) angeordnet ist und/oder die Bondverbinder (7) berührt.

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung, einen elektrischen Energiespeicher und eine Vorrichtung.
Stand der Technik
Die EP 3 509 131 A1 offenbart ein schaltbares Batteriemodul.
Die US 2016/0156278 A1 offenbart eine Stromschienenhalterung.
Die DE 10 2009 029 476 A1 zeigt eine elektronische Vorrichtung zum Schalten von Strömen und ein Herstellungsverfahren für dieselbe.
Die DE 199 00 603 A1 offenbart ein elektronisches Halbleitermodul.
Die DE 101 59 851 A1 zeigt eine Halbleiterbauelementanordnung mit verminderter Oszillationsneigung.
Offenbarung der Erfindung
Der Kern der Erfindung bei der Schaltvorrichtung, insbesondere für einen elektrischen Energiespeicher, aufweisend eine erste Stromschiene, eine zweite Stromschiene, erste Halbleiterschalter, zweite Halbleiterschalter und Bondverbinder zum paarweisen Verbinden der ersten Halbleiterschalter mit den zweiten Halbleiterschaltern, besteht darin, dass die Schaltvorrichtung zumindest einen Kühlkörper aufweist, der auf der ersten Stromschiene und/oder auf der zweiten Stromschiene angeordnet ist und/oder die Bondverbinder berührt.
Hintergrund der Erfindung ist, dass die Leistung der Schaltvorrichtung verbessert werden kann durch eine direkte Kühlung der Stromschienen beziehungsweise der Bondverbinder. Dabei kann durch die Temperatursenkung der Halbleiterschalter die Stromfestigkeit der Halbleiterschalter verbessert werden, das heißt die Schaltvorrichtung kann höhere Ströme schalten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die ersten Halbleiterschalter nebeneinander auf der ersten Stromschiene angeordnet und die zweiten Halbleiterschalter sind nebeneinander auf der zweiten Stromschiene angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Halbleiterschalter entlang einer Länge der Stromschiene nebeneinander anordenbar sind und somit seitlich kontaktierbar sind.
Vorteilhafterweise sind die ersten Halbleiterschalter und die zweiten Halbleiterschalter als MOSFET-Schalter ausgeführt.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Schaltvorrichtung eine Vergussmasse aufweist, wobei die Vergussmasse die erste Stromschiene, die zweite Stromschiene, die ersten Halbleiterschalter, die zweiten Halbleiterschalter und die Bondverbinder zumindest teilweise umgibt. Mittels der Vergussmasse können die Bauteile der Schaltvorrichtung zumindest teilweise eingekapselt werden und somit vor Verschmutzungen und Beschädigungen geschützt werden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die erste Stromschiene eine erste Ausnehmung aufweist und/oder die zweite Stromschiene eine zweite Ausnehmung aufweist, wobei die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung von der Vergussmasse beabstandet ist. Mittels der jeweiligen Ausnehmung kann die jeweilige Stromschiene in einfacher Art und Weise mit einer weiteren Stromschiene verbunden werden. Die jeweiligen Ausnehmungen fungieren also als Anschlussmittel für die Schaltvorrichtung.
Vorteilhafterweise ist ein, insbesondere weiterer, Kühlkörper mittels der ersten Ausnehmung mit der ersten Stromschiene verbunden, insbesondere schraubverbunden, und/oder ein, insbesondere weiterer, Kühlkörper ist mittels der zweiten Ausnehmung mit der zweiten Stromschiene verbunden, insbesondere schraubverbunden. Dabei kann die Ausnehmung zum einen als elektrisches Anschlussmittel für die Schaltvorrichtung und zum anderen als Verbindungspunkt für den Kühlkörper fungieren. Temperaturspitzen an dem elektrischen Anschluss können so abgefangen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste und/oder zweite Stromschiene jeweils einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, wobei auf dem ersten Abschnitt die jeweiligen ersten beziehungsweise zweiten Halbleiterschalter angeordnet sind und auf dem zweiten Abschnitt der Kühlkörper angeordnet ist. Dabei ist der erste Abschnitt langestreckt ausgeführt und der zweite Abschnitt ist breiter als der erste Abschnitt. Dadurch ist die Wärmeableitung über den Kühlkörper verbesserbar.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Kühlkörper elektrisch leitfähig mit der ersten und/oder zweiten Stromschiene verbunden ist, insbesondere schraubverbunden und/oder schweißverbunden und/oder lötverbunden. Somit ist die Wärmeleitfähigkeit verbessert.
Alternativ ist der der Kühlkörper elektrisch isolierend mit der ersten und/oder zweiten Stromschiene verbunden, insbesondere mittels eines elektrisch isolierenden Klebemittels klebverbunden. Dadurch können Kurzschlüsse durch den Kühlkörper verhindert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Kühlkörper zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene angeordnet, wobei die Bondverbinder zwischen Kühlrippen des Kühlkörpers angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Bondverbinder den Kühlkörper berühren und so eine direkte Entwärmung der Bondverbinder möglich ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper auf den Bondverbindern angeordnet und mit den Bondverbindern verbunden, insbesondere lötverbunden oder klebverbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Bondverbinder von dem Kühlkörper verdeckt werden, dadurch kann weniger Vergussmasse verwendet werden. Gleichzeitig berühren die Bondverbinder den Kühlkörper, wodurch eine direkte Entwärmung der Bondverbinder möglich ist.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der zumindest eine Kühlkörper teilweise in der Vergussmasse angeordnet ist, wobei die Kühlrippen aus der Vergussmasse auskragen. Somit ist der Kühlkörper fest mit der Schaltvorrichtung verbunden und gleichzeitig mittels der Kühlrippen entwärmbar.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Vergussmasse einen ersten Vergussmasseabschnitt und einen zweiten Vergussmasseabschnitt aufweist, wobei die Stromschienen teilweise innerhalb des ersten Vergussmasseabschnitts und beabstandet von dem zweiten Vergussmasseabschnitt angeordnet sind und die Bondverbinder zumindest teilweise innerhalb des zweiten Vergussmasseabschnitts angeordnet sind. Dabei wird der zweite Vergussmasseabschnitt zeitlich nach dem ersten Vergussmasseabschnitt angespritzt, so dass nachdem der erste Vergussmasseabschnitt angespritzt wurde, der Kühlkörper mit dem ersten Vergussmasseabschnitt und/oder den Bondverbindern verbunden werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Kühlkörper U-förmig und/oder zur Vergussmasse hin geöffnet ausgeführt. Dabei kragt eine Kühlfläche des Kühlkörpers, insbesondere ein Bodenabschnitt des Kühlkörpers, aus der Vergussmasse aus.
Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeicher aufweisend eine Schaltvorrichtung wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Schaltvorrichtung bezogenen Ansprüche, besteht darin, dass die Schaltvorrichtung als elektrische Trennvorrichtung ausgeführt ist.
Hintergrund der Erfindung ist, dass die Schaltvorrichtung hohe Gleichspannungsströme des elektrischen Energiespeichers trennen kann. Dadurch kann die Sicherheit des elektrischen Energiespeichers verbessert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektrische Energiespeicher ein Gehäuse auf, in dem die Schaltvorrichtung teilweise angeordnet ist, wobei der zumindest eine Kühlkörper aus dem Gehäuse auskragt. Dadurch ist die Schaltvorrichtung konvektiv oder mittels einer Kühlvorrichtung, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers angeordnet ist, kühlbar.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der elektrische Energiespeicher eine Kühlvorrichtung aufweist, die wärmeleitend mit dem zumindest einen Kühlkörper verbunden ist. Somit kann die Kühlvorrichtung gleichzeitig den elektrischen Energiespeicher und die Schaltvorrichtung kühlen.
Vorteilhafterweise ist die Kühlvorrichtung ein Lüfter und/oder ein elektrisch isolierter Kühlkanal und/oder ein Ölbad.
Der Kern der Erfindung bei Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, besteht darin, dass die Vorrichtung einen elektrischen Energiespeicher wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche aufweist.
Hintergrund der Erfindung ist, dass die Leistung der Vorrichtung verbessert werden kann. In einem Fehlerfall des elektrischen Energiespeichers kann dieser auch bei hohen Strömen sicher elektrisch von der Vorrichtung getrennt werden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 in transparenter Draufsicht,
2 eine Schnittdarstellung entlang einer Längsseite des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1,
3 eine Schnittdarstellung entlang einer Längsseite eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 101,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 201 in transparenter Draufsicht,
5 eine semitransparente Seitenansicht des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 201 und
6 eine semitransparente Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 301.

Das in 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung weist eine erste Stromschiene 2, eine zweite Stromschiene 12, erste Halbleiterschalter 3, zweite Halbleiterschalter 13, Bondverbinder 7, einen ersten Kühlkörper 5, einen zweiten Kühlkörper 15 und eine Vergussmasse 4 auf.
Auf der ersten Stromschiene 2 sind die ersten Halbleiterschalter 3, insbesondere MOSFET-Schalter, und der erste Kühlkörper 5 angeordnet. Die erste Stromschiene 2 weist einen langestreckten ersten Abschnitt 9, einen verbreiterten zweiten Abschnitt 6 und eine erste Ausnehmung 10 zur Verbindung der ersten Stromschiene 2 beispielsweise mit einer weiteren Stromschiene auf. Auf dem ersten Abschnitt 9 der ersten Stromschiene 2 sind die ersten Halbleiterschalter 3 entlang der Länge des ersten Abschnitts 9 nebeneinander angeordnet. Auf dem zweiten Abschnitt 6 der ersten Stromschiene 2 ist der erste Kühlkörper 5 angeordnet. Dabei ist die erste Ausnehmung 10 an einem Endbereich des ersten Abschnitts 9 angeordnet, wobei die ersten Halbleiterschalter 3 zwischen der ersten Ausnehmung 10 und dem zweiten Abschnitt 6 angeordnet sind.
Auf der zweiten Stromschiene 12 sind die zweiten Halbleiterschalter 13, insbesondere MOSFET-Schalter, und der zweite Kühlkörper 15 angeordnet. Die zweite Stromschiene 12 weist einen langestreckten ersten Abschnitt 19, einen verbreiterten zweiten Abschnitt 16 und eine zweite Ausnehmung 20 zur Verbindung der zweiten Stromschiene 12 beispielsweise mit einer externen Stromschiene auf. Auf dem ersten Abschnitt 19 der zweiten Stromschiene 12 sind die zweiten Halbleiterschalter 13 entlang der Länge des ersten Abschnitts 19 nebeneinander angeordnet. Auf dem zweiten Abschnitt 16 der zweiten Stromschiene 12 ist der zweite Kühlkörper 15 angeordnet. Dabei ist die zweite Ausnehmung 20 an einem Endbereich des ersten Abschnitts 19 angeordnet, wobei die zweiten Halbleiterschalter 13 zwischen der zweiten Ausnehmung 20 und dem zweiten Abschnitt 16 angeordnet sind.
Die erste Stromschiene 2 und die zweite Stromschiene 12 sind parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordnet. Dabei erstrecken sich die ersten Abschnitte (9, 19) entlang ihrer Länge parallel zueinander.
Die ersten und zweiten Halbleiterschalter (3, 13) sind derart auf der jeweiligen Stromschiene (2, 12) angeordnet, dass jeweils ein erster Halbleiterschalter 3 und ein zweiter Halbleiterschalter 13 einander gegenüberliegen. Jeweils ein erster Halbleiterschalter 3 und ein zweiter Halbleiterschalter 13 sind mittels Bondverbindern 7, insbesondere Bonddrähten, verbunden. Dazu ist jeweils ein erstes Ende eines jeweiligen Bondverbinders 7 mit einem Anschluss eines ersten Halbleiterschalters 3 verbunden und ein zweites Ende des jeweiligen Bondverbinders 7 ist mit einem Anschluss eines dem ersten Halbleiterschalter 3 gegenüberliegenden zweiten Halbleiterschalters 13 verbunden.
Die Schaltvorrichtung 1 ist teilweise mittels der Vergussmasse 4 vergossen. Dabei sind die ersten und zweiten Halbleiterschalter (3, 13) und die Bondverbinder 7 vollständig innerhalb der Vergussmasse 4 angeordnet. Die erste und zweite Stromschiene (2, 12), insbesondere ein jeweiliger erster Abschnitt (9, 19), sind jeweils teilweise innerhalb der Vergussmasse 4 angeordnet. Dabei erstreckt sich ein Endbereich des jeweiligen ersten Abschnitts (9, 19) aus der Vergussmasse 4 heraus, so dass die erste und/oder die zweite Ausnehmung (10, 20) beabstandet von der Vergussmasse 4 sind.
In den Figuren nicht dargestellte Kontaktflächen für die Halbleiterschalter sind teilweise in der Vergussmasse angeordnet und von extern kontaktierbar. Die Kontaktflächen sind mit einem jeweiligen Halbleiterschalter elektrisch leitend verbunden.
Die Stromschienen (2, 12) sind jeweils als Kupferstromschienen ausgeführt.
Die Kühlkörper (5, 15) weisen jeweils Kühlrippen 8 auf, die sich von der jeweiligen Stromschiene (2, 12) ausgehend erstrecken.
Vorzugsweise sind die Kühlkörper aus Kupfer ausgeführt.
Der jeweilige Kühlkörper (5, 15) ist elektrisch leitend mit der jeweiligen Stromschiene (2, 12) verbunden, insbesondere geschraubt oder geschweißt. Alternativ ist der jeweilige Kühlkörper (5, 15) elektrisch isolierend auf der jeweiligen Stromschiene (2, 12) angeordnet, insbesondere mittels eines elektrisch isolierenden Wärmeleitklebers.
Der erste Kühlkörper 5 ist elektrisch isoliert vom zweiten Kühlkörper 15 angeordnet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die in den Figuren nicht dargestellt ist, sind die Kühlkörper elektrisch isolierend ausgeführt, insbesondere wobei die Kühlkörper miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sind.
Die Kühlkörper (5, 15) werden konvektiv gekühlt oder luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt, beispielsweise mittels eines Lüfters oder mittels eines flüssigkeitsgekühlten Wärmerohrs oder mittels eines Ölbads.
Das in 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 101 weist zusätzlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel einen weiteren Kühlkörper 25 auf. Der weitere Kühlkörper 25 ist mittels der ersten Ausnehmung 10 mit der ersten Stromschiene 2 verbunden. Dazu weist der weitere Kühlkörper 25 eine dritte Ausnehmung auf, durch die ein Verbindungsmittel 21, insbesondere ein Schraubmittel, hindurchgeführt ist. Das Verbindungsmittel 21 ist weiterhin durch die erste Ausnehmung 10 hindurchgeführt und verbindet so den weiteren Kühlkörper 25 mit der ersten Stromschiene 2.
Der weitere Kühlkörper 25 ist dabei beabstandet von der Vergussmasse 4 angeordnet und mit dem ersten Abschnitt 9 der ersten Stromschiene 2 verbunden.
Die Schaltvorrichtung 101 kann mittels des Verbindungsmittels 21 mit einer weiteren Stromschiene 22 verbunden werden, die ebenfalls eine Ausnehmung aufweist. Dazu wird das Verbindungsmittel 21 durch die dritte Ausnehmung im weiteren Kühlkörper 25, durch die erste Ausnehmung 10 in der ersten Stromschiene 2 und durch die Ausnehmung in der weiteren Stromschiene 22 geführt, so dass der weitere Kühlkörper 25, die erste Stromschiene 2 und die weitere Stromschiene 22 wärmeleitend und stromleitend miteinander verbunden sind.
Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltvorrichtung 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen vierten Kühlkörper aufweisen, der in gleicher Art und Weise an der zweiten Stromschiene 12 angeordnet ist wie der weitere Kühlkörper 25 an der ersten Stromschiene 2.
Das in 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 201 weist ebenfalls eine erste Stromschiene 202, eine zweite Stromschiene 212, erste Halbleiterschalter 3, zweite Halbleiterschalter 13, Bondverbinder 7, zumindest einen Kühlkörper 205 und eine Vergussmasse 204 auf.
Auf der ersten Stromschiene 202 sind die ersten Halbleiterschalter 3, insbesondere MOSFET-Schalter, angeordnet. Die ersten Halbleiterschalter 3 sind nebeneinander entlang der Länge der ersten Stromschiene 202 angeordnet. Die erste Stromschiene 202 weist eine erste Ausnehmung 210 zur Verbindung der ersten Stromschiene 202 beispielsweise mit einer weiteren Stromschiene auf, die an einem Endbereich der ersten Stromschiene 202 angeordnet ist.
Auf der zweiten Stromschiene 212 sind die zweiten Halbleiterschalter 13, insbesondere MOSFET-Schalter, angeordnet. Die zweiten Halbleiterschalter 13 sind nebeneinander entlang der Länge der zweiten Stromschiene 212 angeordnet. Die zweite Stromschiene 212 weist eine zweite Ausnehmung 220 zur Verbindung der zweiten Stromschiene 212 beispielsweise mit einer externen Stromschiene auf, die an einem Endbereich der zweiten Stromschiene 212 angeordnet ist.
Die erste Stromschiene 202 und die zweite Stromschiene 212 sind parallel zueinander und beabstandet voneinander angeordnet. Dabei erstrecken sich die Stromschienen (202, 212) entlang ihrer Länge parallel zueinander.
Die ersten und zweiten Halbleiterschalter (3, 13) sind derart auf der jeweiligen Stromschiene (2, 12) angeordnet, dass jeweils ein erster Halbleiterschalter 3 und ein zweiter Halbleiterschalter 13 einander gegenüberliegen. Jeweils ein erster Halbleiterschalter 3 und ein zweiter Halbleiterschalter 13 sind mittels Bondverbindern 7, insbesondere Bonddrähten, verbunden. Dazu ist jeweils ein erstes Ende eines jeweiligen Bondverbinders 7 mit einem Anschluss eines ersten Halbleiterschalters 3 verbunden und ein zweites Ende des jeweiligen Bondverbinders 7 ist mit einem Anschluss eines dem ersten Halbleiterschalter 3 gegenüberliegenden zweiten Halbleiterschalters 13 verbunden.
Ein erster Halbleiterschalter 3 und ein zweiter Halbleiterschalter 13, die mittels Bondverbindern 7 miteinander verbunden sind bilden ein Halbleiterschalterpaar.
Wie in 4 dargestellt sind mehrere Kühlkörper 205 zwischen der ersten Stromschiene 202 und der zweiten Stromschiene 212 angeordnet. Dabei ist jeweils ein Kühlkörper 205 zwischen einem ersten Halbleiterschalter 3 und einem zweiten Halbleiterschalter 13 angeordnet. Dabei werden die Bondverbinder 7 von dem jeweiligen ersten Halbleiterschalter 3 über den jeweiligen Kühlkörper 205 zu dem jeweiligen zweiten Halbleiterschalter 13 geführt. Dabei berühren die Bondverbinder 7 den Kühlkörper 205. Der Kühlkörper 205 weist zwei Kühlrippen 208 auf, wobei die Bondverbinder 7 zwischen den Kühlrippen 208 geführt werden. Vorzugsweise sind die Kühlkörper 205 aus Kupfer ausgeführt.
Alternativ ist ein einziger Kühlkörper zwischen der ersten Stromschiene 202 und der zweiten Stromschiene 212 angeordnet. Dabei werden die Bondverbinder 7 von dem jeweiligen ersten Halbleiterschalter 3 über den Kühlkörper zu dem jeweiligen zweiten Halbleiterschalter 13 geführt. Vorzugsweise berühren die Bondverbinder 7 den Kühlkörper. Der Kühlkörper erstreckt sich dabei zwischen den Stromschienen (202, 212) und weist Kühlrippen auf, die sich von der ersten Stromschiene 202 zu der zweiten Stromschiene 212 erstrecken. Dabei sind die Bondverbinder 7 zwischen den Kühlrippen angeordnet.
Vorzugsweise ist der einzige Kühlkörper aus elektrisch isolierendem Material ausgeführt. Alternativ weist der Kühlkörper elektrisch leitfähige Abschnitte und elektrisch isolierende Abschnitte auf, wobei die elektrisch isolierenden Abschnitte zwischen den elektrisch leitfähigen Abschnitten angeordnet sind und die Bondverbinder 7 der Halbleiterschalterpaare elektrisch voneinander isolieren.
Die Schaltvorrichtung 1 ist teilweise mittels der Vergussmasse 204 vergossen. Die Vergussmasse 204 weist einen ersten Vergussmasseabschnitt 204a und einen zweiten Vergussmasseabschnitt 204b auf.
Der erste Vergussmasseabschnitt 204a umgibt die Stromschienen (202, 212) und die Halbleiterschalter (3, 13) teilweise, wobei Kontaktflächen der Halbleiterschalter (3, 13) aus dem ersten Vergussmasseabschnitt 204a auskragen. Die oder der Kühlkörper 25 ist mit dem ersten Vergussmasseabschnitt 204a verbunden, insbesondere mittels eines Hakens, der bei der Herstellung der Schaltvorrichtung 201 in die noch weiche Vergussmasse des ersten Vergussmasseabschnitts 204a eingedrückt wird.
Der zweite Vergussmasseabschnitt 204b ist auf dem ersten Vergussmasseabschnitt 204a angeordnet. Dabei wird der zweite Vergussmasseabschnitt 204b auf dem ersten Vergussmasseabschnitt 204a angespritzt, nachdem die Bondverbinder 7 zwischen den jeweiligen ersten und zweiten Halbleiterschaltern (3, 13), insbesondere zwischen Kontaktflächen des jeweiligen ersten Halbleiterschalters 3 und Kontaktflächen des jeweiligen zweiten Halbleiterschalters 13, angebracht wurden. Der zweite Vergussmasseabschnitt 204b bedeckt die Halbleiterschalter (3, 13) und die Bondverbinder 7 vollständig und die oder den Kühlkörper 25 teilweise. Die Kühlrippen 208 kragen aus dem zweiten Vergussmasseabschnitt 204b aus.
Die Vergussmasse 204 umgibt also die ersten und zweiten Halbleiterschalter (3, 13) und die Bondverbinder 7 vollständig. Die Kühlkörper 205 sind teilweise innerhalb der Vergussmasse 204 angeordnet, wobei die Kühlrippen 208 aus der Vergussmasse 204 auskragen. Die erste und zweite Stromschiene (202, 212) sind ebenfalls nur teilweise innerhalb der Vergussmasse 204 angeordnet, Endbereiche, in denen die jeweilige erste oder zweite Ausnehmung (210, 220) angeordnet ist, kragen seitlich aus der Vergussmasse 204 aus.
Der oder die Kühlkörper 205 werden konvektiv oder luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt, beispielsweise mittels eines Lüfters oder mittels eines Wärmerohrs.
Die Stromschienen (202, 212) sind jeweils als Kupferstromschienen ausgeführt.
Das in 6 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 301 unterscheidet sind von der Schaltvorrichtung 201 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Bondverbinder 7 nicht zwischen den Kühlrippen 208 angeordnet sind, sondern das der Kühlkörper oder der jeweilige Kühlkörper 305 auf den Bondverbindern 7 angeordnet ist, insbesondere wobei der jeweilige Kühlkörper 305 mit den Bondverbindern 7 verlötet oder verklebt ist.
Die Vergussmasse 304 weist wiederum einen ersten Vergussmasseabschnitt 304a und einen zweiten Vergussmasseabschnitt 304b auf.
Der erste Vergussmasseabschnitt 304a umgibt die Stromschienen (202, 212) teilweise und die Halbleiterschalter (3, 13) vollständig. Die Bondverbinder 7 kragen teilweise aus dem ersten Vergussmasseabschnitt 304a aus. Die Bondverbinder 7 werden also mit den jeweiligen Halbleiterschaltern (3, 13) verbunden, bevor der erste Vergussmasseabschnitt 304a angespritzt wird. Danach werden die oder der Kühlkörper 305 mit den jeweiligen Bondverbindern 7 verbunden, insbesondere verlötet oder verklebt.
Der zweite Vergussmasseabschnitt 304b ist auf dem ersten Vergussmasseabschnitt 304a angeordnet. Dabei wird der zweite Vergussmasseabschnitt 304b auf dem ersten Vergussmasseabschnitt 304a angespritzt, nachdem der oder die Kühlkörper 305 mit den Bondverbindern 7 verbunden wurde. Der zweite Vergussmasseabschnitt 304b bedeckt die Bondverbinder 7 vollständig und die oder den Kühlkörper 305 teilweise. Die Kühlrippen des jeweiligen Kühlkörpers 305 kragen aus dem zweiten Vergussmasseabschnitt 304b aus.
Die Vergussmasse 304 umgibt also die ersten und zweiten Halbleiterschalter (3, 13) und die Bondverbinder 7 vollständig. Die oder der Kühlkörper 305 ist teilweise innerhalb der Vergussmasse 304 angeordnet, wobei die Kühlrippen aus der Vergussmasse 304 auskragen. Die erste und zweite Stromschiene (202, 212) sind ebenfalls nur teilweise innerhalb der Vergussmasse 304 angeordnet, Endbereiche, in denen die jeweilige erste oder zweite Ausnehmung (210, 220) angeordnet ist, kragen seitlich aus der Vergussmasse 304 aus.
Der oder die Kühlkörper 305 werden konvektiv oder luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt, beispielsweise mittels eines Lüfters oder mittels eines Wärmerohrs.
Die Stromschienen (202, 212) sind jeweils als Kupferstromschienen ausgeführt.
Gemäß einer weiteren in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform kann die Schaltvorrichtung 301 auch lediglich den ersten Vergussmasseabschnitt 304a aufweisen. Dabei umgibt der erste Vergussmasseabschnitt 304a die Stromschienen (202, 212) teilweise und die Halbleiterschalter (3, 13) vollständig. Die Bondverbinder 7 sind teilweise in dem ersten Vergussmasseabschnitt 304a und teilweise zwischen dem ersten Vergussmasseabschnitt 304a und dem jeweiligen Kühlkörper 305, insbesondere innerhalb eines Lotmittels oder innerhalb eines Klebemittels, angeordnet. Die Bondverbinder 7 sind also jeweils vollständig von den jeweiligen Halbleiterschaltern (3, 13), dem ersten Vergussmasseabschnitt 304a, dem jeweiligen Kühlkörper 305 und gegebenenfalls des Lotmittels oder des Klebemittels umgeben.
Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.
Unter einem Fahrzeug wird hierbei ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug verstanden, insbesondere ein Landfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Zweirad. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen rein elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybridfahrzeug, das einen elektrischen Antrieb und einen Verbrennungsmotor aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3509131 A1 [0002]
US 2016/0156278 A1 [0003]
DE 102009029476 A1 [0004]
DE 19900603 A1 [0005]
DE 10159851 A1 [0006]

Claims

Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301), insbesondere für einen elektrischen Energiespeicher, aufweisend eine erste Stromschiene (2, 202), eine zweite Stromschiene (12, 212), erste Halbleiterschalter (3), zweite Halbleiterschalter (13) und Bondverbinder (7) zum paarweisen Verbinden der ersten Halbleiterschalter (3) mit den zweiten Halbleiterschaltern (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) zumindest einen Kühlkörper (5, 15, 25, 205, 305) aufweist, der auf der ersten Stromschiene (2) und/oder auf der zweiten Stromschiene (12) angeordnet ist und/oder die Bondverbinder (7) berührt.
Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Halbleiterschalter (3) nebeneinander auf der ersten Stromschiene (2, 202) angeordnet sind und die zweiten Halbleiterschalter (13) nebeneinander auf der zweiten Stromschiene (12, 212) angeordnet sind.
Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Halbleiterschalter (3) und die zweiten Halbleiterschalter (13) als MOSFET-Schalter ausgeführt sind.
Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) eine Vergussmasse (4, 204, 304) aufweist, wobei die Vergussmasse (4, 204, 304) die erste Stromschiene (2, 102, 202), die zweite Stromschiene (12, 112, 212), die ersten Halbleiterschalter (3), die zweiten Halbleiterschalter (13) und die Bondverbinder (7) zumindest teilweise umgibt.
Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschiene (2, 202) eine erste Ausnehmung (10, 210) aufweist und/oder die zweite Stromschiene (12, 212) eine zweite Ausnehmung (20, 220) aufweist, wobei die erste Ausnehmung (10) und/oder die zweite Ausnehmung (20) von der Vergussmasse (4, 204, 304) beabstandet ist.
Schaltvorrichtung (101) Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere weiterer, Kühlkörper (25) mittels der ersten Ausnehmung (10) mit der ersten Stromschiene (2) verbunden ist, insbesondere schraubverbunden, und/oder dass ein, insbesondere weiterer, Kühlkörper (25) mittels der zweiten Ausnehmung (20) mit der zweiten Stromschiene (12) verbunden ist, insbesondere schraubverbunden.
Schaltvorrichtung (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Stromschiene (2, 12) jeweils einen ersten Abschnitt (9) und einen zweiten Abschnitt (6) aufweist, wobei auf dem ersten Abschnitt (9) die jeweiligen ersten beziehungsweise zweiten Halbleiterschalter (3, 13) angeordnet sind und auf dem zweiten Abschnitt (6) der Kühlkörper (5, 15) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 15) elektrisch leitfähig mit der ersten und/oder zweiten Stromschiene (2, 12) verbunden ist, insbesondere schraubverbunden und/oder schweißverbunden und/oder lötverbunden, und/oder dass der Kühlkörper (5, 15) elektrisch isolierend mit der ersten und/oder zweiten Stromschiene (2, 12) verbunden ist, insbesondere mittels eines elektrisch isolierenden Klebemittels klebverbunden.
Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlkörper (205, 305) zwischen der ersten Stromschiene (202) und der zweiten Stromschiene (212) angeordnet ist, wobei die Bondverbinder (7) zwischen Kühlrippen (208) des Kühlkörpers (205) angeordnet sind, oder wobei der Kühlkörper (305) auf den Bondverbindern (7) angeordnet ist und mit den Bondverbindern (7) verbunden ist, insbesondere lötverbunden oder klebverbunden.
Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlkörper (205, 305) teilweise in der Vergussmasse (204, 304) angeordnet ist, wobei die Kühlrippen (208) aus der Vergussmasse (204, 304) auskragen.
Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (204, 304) einen ersten Vergussmasseabschnitt (204a, 304a) und einen zweiten Vergussmasseabschnitt (204b, 304b) aufweist, wobei die Stromschienen (202, 212) teilweise innerhalb des ersten Vergussmasseabschnitts (204a, 304a) und beabstandet von dem zweiten Vergussmasseabschnitt (204b, 304b) angeordnet sind und die Bondverbinder (7) zumindest teilweise innerhalb des zweiten Vergussmasseabschnitts (204b, 304b) angeordnet sind.
Elektrischer Energiespeicher aufweisend eine Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) als elektrische Trennvorrichtung ausgeführt ist.
Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher ein Gehäuse aufweist, in dem die Schaltvorrichtung (1, 101, 201, 301) teilweise angeordnet ist, wobei der zumindest eine Kühlkörper (5, 15, 205, 305) aus dem Gehäuse auskragt.
Elektrischer Energiespeicher nach einem Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher eine Kühlvorrichtung aufweist, die wärmeleitend mit dem zumindest einen Kühlkörper (5, 15, 205) verbunden ist.
Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen elektrischen Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14 aufweist.