DE102021202198A1

DE102021202198A1 - Inverter mit einer schützenden Trennwand

Info

Publication number: DE102021202198A1
Application number: DE102021202198.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Breuning; Matthias Boesing; Dominik Alexander Ruoff; Marco Salvatore Costa; Christoph Burkhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Inverter, insbesondere für ein Fahrzeug, Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Der Inverter weist wenigstens einen Schaltungsträger mit Leistungshalbleiterschaltern, und einem Gehäuse auf. Das Gehäuse umschließt einen Hohlraum, wobei das Gehäuse wenigstens ein, oder nur ein Trennelement aufweist. Das Trennelement ist in dem Hohlraum angeordnet und ausgebildet, den Hohlraum in zwei Teilräume zu unterteilen, wobei in einem Teilraum der Schaltungsträger mit den Leistungshalbleiterschaltern aufgenommen ist. Erfindungsgemäß weist der Inverter für jede Phase wenigstens zwei mit dem Schaltungsträger verbundene Halbleiterschalter-Halbbrücken auf. Das Trennelement weist für jede Phase wenigstens einen Trennsteg auf, welcher an das Trennelement angeformt ist. Der Trennsteg erstreckt sich von dem Trennelement derart zum Schaltungsträger hinweisend in den Teilraum, dass die Halbleiterschalter-Halbbrücken jeweils in zueinander benachbarten Halbbrückenräumen des Teilraums angeordnet sind, und ein von einem defekten Halbleiterschalter einer Halbleiterschalter-Halbbrücke erzeugtes Verbrennungsgas durch den Trennsteg gehemmt ist, in den sich durch den Trennsteg abgetrennten - insbesondere zwischen dem Schaltungsträger und dem Trennelement erstreckenden - benachbarten Halbbrückenraum auszubreiten.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Inverter, insbesondere für ein Fahrzeug, Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Der Inverter weist wenigstens einen Schaltungsträger mit Leistungshalbleiterschaltern, und einem Gehäuse auf. Das Gehäuse umschließt einen Hohlraum, wobei das Gehäuse wenigstens ein, oder nur ein Trennelement aufweist. Das Trennelement ist in dem Hohlraum angeordnet und ausgebildet, den Hohlraum in zwei Teilräume zu unterteilen, wobei in einem Teilraum der Schaltungsträger mit den Leistungshalbleiterschaltern aufgenommen ist.
Aus der EP 2 884 828 B1 ist ein elektrisches Gerät mit einem Gehäuse bekannt, welches wenigstens einen Hochstromschaltkreis mit wenigstens einem Leistungsbauelement, und wenigstens einem Steuerschaltkreis aufweist, wobei das Gehäuse einen Gehäuseraum für den Hochstromschaltkreis und einen Gehäuseraum für den Steuerschaltkreis aufweist, wobei die Gehäuseräume mittels einer Trennwand voneinander getrennt und zueinander abgedichtet sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist der Inverter der eingangs genannten Art für jede Phase wenigstens zwei mit dem Schaltungsträger verbundene Halbleiterschalter-Halbbrücken auf. Das Trennelement weist für jede Phase wenigstens einen Trennsteg auf, welcher an das Trennelement angeformt ist. Der Trennsteg erstreckt sich von dem Trennelement derart zum Schaltungsträger hinweisend in den Teilraum, dass die Halbleiterschalter-Halbbrücken jeweils in zueinander benachbarten Halbbrückenräumen des Teilraums angeordnet sind, und ein von einem defekten Halbleiterschalter einer Halbleiterschalter-Halbbrücke erzeugtes Verbrennungsgas durch den Trennsteg gehemmt ist, in den sich durch den Trennsteg abgetrennten - insbesondere zwischen dem Schaltungsträger und dem Trennelement erstreckenden - benachbarten Halbbrückenraum auszubreiten.
Vorteilhaft kann mittels des Trennstegs eine Beschädigung der zu dem Halbbrückenraum benachbarten Halbleiterschalter-Halbbrücke verhindert werden.
Bevorzugt ist in dem von dem Trennelement abgetrennten weiteren Teilraum, der sich auf einer von den Trennstegen abweisenden Seite des Trennelements erstreckt, ein Treiber für die Schaltungsträger, insbesondere Kommutierzellen aufgenommen. Vorteilhaft kann der Hohlraum so mittels des Trennelements in einen Teilraum für den Treiber und in einen Teilraum für die Kommutierzellen aufgeteilt sein. Vorteilhaft können so für zueinander verschiedene Betriebsspannungen für den Treiber und die Kommutierzellen getrennte Teilräume gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trennelement zu dem Schaltungsträger parallel angeordnet. Das Trennelement ist in dieser Ausführungsform bevorzugt sich flach erstreckend ausgebildet. Der Trennsteg erstreckt sich in dieser Ausführungsform zu dem Trennelement orthogonal.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trennelement durch eine Trennwand gebildet. Die Trennwand ist bevorzugt gasundurchlässig, insbesondere luftundurchlässig ausgebildet. Die Trennwand ist beispielsweise durch eine Kunststoffwand, oder eine Kunststoffplatte gebildet. Vorteilhaft kann das Trennelement so aufwandsgünstig bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die eine Halbleiterschalter-Halbbrücke bildenden Leistungshalbleiterschalter auf dem Schaltungsträger in einem zusammenhängenden Flächenbereich angeordnet. Vorteilhaft kann so eine Trennung der Halbbrückenräume aufwandsgünstig durch eine kleine Anzahl von Trennstegen gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trennelement für jede Halbbrücke, zuvor auch Halbleiterschalter-Halbbrücke genannt, einen Trennsteg auf. Der Trennsteg ist angeordnet, einen Low-Side-Halbleiterschalter und einen High-Side-Halbleiterschalter der Halbleiterschalter-Halbbrücke voneinander räumlich und rauchgashemmend zu trennen. Vorteilhaft können so die Halbleiterschalter einer Halbleiterschalter-Halbbrücke voneinander geschützt werden, sodass ein vollständiges Abbrennen einer Halbleiterschalter-Halbbrücke, und so ein Kurzschluss des Versorgungspotentials mit einer Versorgungsmasse der Halbbrücke, auch als Shoot-Through bekannt, verhindert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Trennsteg über wenigstens die Hälfte der sich zwischen dem Schaltungsträger und dem Trennelement erstreckenden Teilraumhöhe. Vorteilhaft kann so eine Ausbreitung eines heißen Verbrennungsgases in benachbarte Teilräume wirksam verhindert werden. Es wurde nämlich erkannt, dass ein sich insbesondere von einem defekten Halbleiterschalter ausgehendes, und in Richtung des Trennelements strömendes Verbrennungsgas an dem Trennsteg umgelenkt, und sich unter Wirbelbildung in dem Teilraum ausbreiten kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein sich zwischen dem Trennsteg und dem Schaltungsträger erstreckender Hohlraumteil, oder Spalt, frei von Bonddrähten, bevorzugt bonddrahtkreuzungsfrei gebildet. Der Inverter weist in diesem Ausführungsbeispiel wenigstens einen Bonddraht auf, mit dem der wenigstens eine Halbleiterschalter kontaktiert ist. Vorteilhaft kann der sich zwischen dem Trennsteg und dem Schaltungsträger erstreckende Spalt besonders klein ausgebildet sein. Der Trennsteg kann sich zum Schaltungsträger fast vollständig hin erstrecken, ohne den Schaltungsträger zu berühren.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Spalt eine Höhenerstreckung von weniger als zwei Dickenabmessungen des Schaltungsträgers auf. Vorteilhaft kann der Spalt auch so bei einer Wärmeausdehnung des Schaltungsträgers, oder bei Toleranzen einer Schaltungsträgerdicke zu dem Schaltungsträger berührungsfrei gegenüberstehen. Vorteilhaft können so keine Verspannungen bei thermischen Ausdehnungen des Trennelements, und/oder der Trennwand und dem Schaltungsträger in wechselseitiger Einwirkung entstehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Flächenbereich auf dem Schaltungsträger rechteckig oder quadratisch gebildet. Vorteilhaft kann der Flächenbereich so platzsparend an insbesondere rechteckig oder quadratisch ausgebildete Halbleiterschalter angepasst sein. Vorteilhaft können die Halbleiterschalter den Flächenbereich so in platzsparender Weise nutzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trennelement und/oder die Trennstege jeweils aus einem flammhemmenden Kunststoff gebildet. Der Kunststoff ist beispielsweise ein temperaturbeständiger Thermoplast, oder ein Duroplast. Der Thermoplast ist beispielsweise Polytetrafluorethylen, PMMA (PMMA = Poly-Methyl-Meth-Acrylat), PEEK (PEEK = Poly-Ether-Ether-Keton), oder PPS (PES = Poly-Phenylen-Sulfid) oder Poly-Phenylen-Ether, oder PSU (PSU = Poly-Sulfon).
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Trennelement und/oder der Trennsteg jeweils aus Keramik gebildet. Das Trennelement kann vorteilhaft so besonders temperaturstabil ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Halbbrückenraum eine Öffnung auf, durch die Verbrennungsgas oder Rauchgas aus dem Halbbrückenraum entweichen kann. Vorteilhaft kann sich so in dem Halbbrückenraum kein Überdruck ausbilden. Weiter bevorzugt weist der Teilraum in dem die Leistungshalbleiterschalter angeordnet sind eine Druckausgleichsöffnung auf durch die das Verbrennungsgas entweichen kann. Vorteilhaft kann das Gehäuse so nicht bersten.
Die Halbleiterschalter-Halbbrücke weist bevorzugt wenigstens einen oder nur einen Low-Side-Halbleiterschalter und wenigstens einen oder nur einen High-Side-Halbleiterschalter auf. Der Halbleiterschalter ist bevorzugt ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOS-FET (MOS = Metal-Oxide-Semiconductor), MIS-FET (MIS = Metal-Insulator-Semiconductor) oder ein IGBT (IGBT = Insulated-Gate-Bipolar-Transistor).
Der Inverter, auch Wechselrichter genannt, ist bevorzugt ausgebildet, eine elektrische Maschine zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen und dazu eine Wechselspannung zu erzeugen. Der Inverter weist bevorzugt einen Treiber, insbesondere eine Treiberleiterplatte auf, welcher mit den Schaltungsträgern jeweils mittels einer flexiblen Leiterplatte, insbesondere FCB (FCB = Flexible-Circuit-Board), verbunden ist. Der Treiber ist bevorzugt ausgebildet, Steuersignale zum Ansteuern der Schaltungsträger zum Erzeugen des magnetischen Drehfeldes zu erzeugen und diese über die flexible Leiterplatte zu dem Schaltungsträger zu senden. Die Halbleiterschalter können die Steuersignale von der flexiblen Leiterplatte empfangen, und in Abhängigkeit der Steuersignale einen Wechselstrom, insbesondere zum Bestromen einer elektrischen Maschine des Elektrofahrzeugs erzeugen.
Die flexible Leiterplatte ist bevorzugt derart flexibel oder federnd ausgebildet, dass die Leiterplatte mindestens rechtwinklig oder U-förmig gebogen werden kann, ohne zu brechen. Vorteilhaft kann so aufwandsgünstig eine insbesondere vibrationsfeste bewegliche Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und der Treiberleiterplatte gebildet sein. Die flexible Leiterplatte weist bevorzugt wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere Polyimidschicht, Polyamidschicht, Polyethylenterephthalat-Schicht oder Elastomerschicht, und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Kupferschicht auf. Beispielsweise beträgt ein Dickenverhältnis zwischen der flexiblen Leiterplatte und dem Schaltungsträger 1 zu 5 bis 1 zu 10. Vorteilhaft kann die flexible Leiterplatte so ein Verbindungglied zwischen dem Schaltungsträger und einer Treiberleiterplatte bilden.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug mit einem Inverter der vorbeschriebenen Art. Das Fahrzeug weist wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine auf, welche mit dem Inverter verbunden und ausgebildet ist, das Fahrzeug fortzubewegen. Vorteilhaft kann das Fahrzeug so einen effektiven Brandschutz aufweisen.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Inverter für ein Elektrofahrzeug, bei dem eine Trennwand ausgebildet ist, eine Ausbreitung von Explosionsgas in dem Inverter zu verhindern;
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kommutierzelle des in 1 gezeigten Inverters in einer Aufsicht.

1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für einen Inverter 1. Der Inverter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches einen Hohlraum 9 umschließt. Das Gehäuse 2 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Halbschale 3, und einen Deckel 4. Der Deckel 4 ist ausgebildet, gemeinsam mit der Halbschale 3 den Hohlraum 9 zu umschließen.
Der Inverter 1 weist auch ein Trennelement 12 auf. Das Trennelement 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Trennwand ausgebildet und in dem Gehäuse 2 aufgenommen. Das Trennelement 12 ist in dem Hohlraum 9 angeordnet und ausgebildet, den Hohlraum 9 in zwei Teilräume, nämlich einen Teilraum 10 für eine Treiberleiterplatte 8, und einen Teilraum 11 für die Leistungshalbleiter zu unterteilen.
Der Inverter 1 weist auch für jede Phase einen Schaltungsträger auf, auf dem zwei Halbleiterschalter-Halbbrücken ausgebildet sind. Der Inverter 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel dreiphasig ausgebildet. Der Inverter 1 weist dazu drei jeweils eine Kommutierzelle bildende Schaltungsträger, nämlich einen Schaltungsträger 5, einen Schaltungsträger 6 und einen Schaltungsträger 7 auf. Die Schaltungsträger 5, 6 und 7 bilden jeweils wenigstens eine Halbleiterschalter-Halbbrücke für eine Phase des Inverters aus. Der Inverter 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel für jede Phase zwei Halbleiterschalter-Halbbrücken auf, sodass die Halbleiterschalter-Halbbrücken jeweils redundant für jede Phase ausgebildet sind. Der Schaltungsträger bildet so eine Kommutierzelle bei der die Halbbrücken jeweils redundant, insbesondere doppelt ausgebildet sind. Durch die doppelte Ausbildung kann sowohl eine Leistungsaufteilung des durch die Halbbrücken zu schaltenden Stromes gebildet sein, als auch eine Ausfallsicherheit gebildet sein, so dass eine Halbleiterschalter-Halbbrücke im Falle eines Ausfalls der anderen Halbleiterschalter-Halbbrücke alleine weiterschalten kann.
Der Schaltungsträger 7 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei zusammenhängende Flächenbereiche 23 und 24, auf denen jeweils eine Halbleiterschalter-Halbbrücke angeordnet ist. Auf dem Flächenbereich 23 ist eine Halbleiterschalter-Halbbrücke umfassend einen Low-Side-Halbleiterschalter und einen High-Side-Halbleiterschalter angeordnet, wobei in der in 1 dargestellten Schnittdarstellung der Low-Side-Halbleiterschalter 17 dargestellt ist. Auf dem zu dem Flächenbereich 23 benachbarten Flächenbereich 24 des Schaltungsträgers 7 ist eine Halbleiterschalter-Halbbrücke angeordnet, von der ein Low-Side-Halbleiterschalter 18 dargestellt ist.
An das Trennelement 12 sind in diesem Ausführungsbeispiel Trennstege 13, 14, 15 und 16 angeformt, welche sich in diesem Ausführungsbeispiel rechtwinklig zu einer flachen Erstreckung des Trennelements 12 in Richtung der Schaltungsträger 5, 6 und 7 erstrecken, und voneinander beabstandet an das Trennelement 12 angeformt sind. Der Trennsteg 14 weist in einer Projektion auf einen sich zwischen den Schaltungsträgern 7 und 6 erstreckenden Spalt, sodass die sich zwischen den Schaltungsträgern 6 und 7 und dem Trennelement 12 erstreckenden Hohlräume durch den Trennsteg 14 voneinander weitgehend getrennt sind. Der Trennsteg 15 erstreckt sich derart zwischen den Schaltungsträgern 5 und 6, dass die sich zwischen den Schaltungsträgern 5 und 6 und dem Trennelement 12 erstreckenden Hohlräume durch den Trennsteg 15 - insbesondere weitgehend - voneinander getrennt sind.
Die Trennstege 13, 14, 15 und 16 sind jeweils ausgebildet, die durch die Schaltungsträger 5, 6, und 7 gebildeten Phasenschalter voneinander räumlich zu trennen.
An das Trennelement 12 ist auch ein Trennsteg 44 angeformt, welcher sich derart in Richtung des Schaltungsträgers 7 erstreckt, dass die auf den Flächenbereichen 23 beziehungsweise 24 angeordneten Halbleiterschalter-Halbbrücken voneinander getrennt sind. Der Trennsteg 44 unterteilt so den sich zwischen den Flächenbereichen 23 und 24, und dem Trennelement 12 erstreckenden Hohlraum in zwei zueinander benachbarte Halbbrückenräume 25 beziehungsweise 26. Der Halbbrückenraum 25 erstreckt sich über dem Flächenbereich 23, sodass die Halbleiterschalter-Halbbrücke, umfassend den Low-Side-Halbleiterschalter 17, in dem Halbbrückenraum 25 aufgenommen ist. Der Halbbrückenraum 26 erstreckt sich zwischen dem Schaltungsträger 7 und dem Trennelement 12 derart, dass die Halbleiterschalter-Halbbrücke, umfassend den Low-Side-Halbleiterschalter 18, in dem Halbbrückenraum 26 aufgenommen ist.
Im Falle eines Defektes des Low-Side-Halbleiterschalters 18, bei dem ein Verbrennungsgas 50 erzeugt wird, kann das Verbrennungsgas 50 so nur, oder überwiegend in den Halbbrückenraum 26 gelangen, sodass das Verbrennungsgas 50 durch die Trennstege 44 und 14 daran gehindert werden kann, in die dazu benachbarten Halbbrückenräume 25, beziehungsweise in einen sich über der Halbleiterschalter-Halbbrücke umfassenden Low-Side-Halbleiterschalter 19 und dem Trennelement 12 erstreckenden Halbbrückenraum 27 auszubreiten.
Die auf dem Schaltungsträger 6 angeordneten Halbleiterschalter-Halbbrücken, umfassend eine Halbbrücke mit dem Low-Side-Halbleiterschalter 19 und eine Halbbrücke mit dem Low-Side-Halbleiterschalter 20, sind durch einen Trennsteg 45 voneinander getrennt, sodass durch den Trennsteg 45 jeweils eine Halbleiterschalter-Halbbrücke umschließende Halbbrückenräume 27 beziehungsweise 28 gebildet sind.
Ein Trennsteg 46 trennt den sich zwischen dem Substrat 5 und dem Trennelement 12 erstreckenden Teilraum 11, begrenzt durch die Trennstege 15 und 16, in zwei Halbbrückenräume 29 und 30. Der Halbbrückenraum 29 erstreckt sich über der Halbbrücke, umfassend den Low-Side-Halbleiterschalter 21, und der Halbbrückenraum 30 erstreckt sich über der dazu benachbarten Halbbrücke, umfassend den Low-Side-Halbleiterschalter 22.
Die Trennstege, welche jeweils an das Trennelement 12 angeformt sind, bewirken somit, dass die Halbleiterschalter-Halbbrücken, welche jeweils aus einem Low-Side-Halbleiterschalter und einem High-Side-Halbleiterschalter gebildet sind, räumlich voneinander getrennt sind. Dadurch kann ein von einer Halbleiterschalter-Halbbrücke ausgehendes Verbrennungsgas 50 nicht in die Hohlräume gelangen, welche die dazu benachbarten Halbleiterschalter-Halbbrücken umgeben.
Die Trennstege 44, 45, und 46, welche jeweils ausgebildet sind, die Halbleiterschalter-Halbbrücken eines Phasenschalters oder einer Kommutierzelle voneinander trennend zu schützen, erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel mehr als Dreiviertel entlang der Teilraumhöhe 55 des Teilraums 11, in dem die Leistungshalbleiter angeordnet sind.
Die Schaltungsträger 5, 6 und 7, welche jeweils ein Leistungssubstrat für die Leistungshalbleiterschalter bilden, sind jeweils mittels einer flexiblen Leiterplatte mit der Treiberleiterplatte 8 verbunden. Die Treiberleiterplatte 8 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel für jede Phase einen Treiber, insbesondere einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, oder ein ASIC (ASIC = Application-Specific-Integrated-Circuit), welcher ausgebildet ist, die Halbleiterschalter-Halbbrücke zum Erzeugen einer Wechselspannung anzusteuern. Ein Treiber 34, welcher ausgangsseitig über einen Steckanschluss 33 mit der flexiblen Leiterplatte 32 verbunden ist, ist beispielhaft bezeichnet. Die Steueranschlüsse der Halbleiterschalter-Halbbrücke, insbesondere des Low-Side-Halbleiterschalters 17 und des mit diesem gemeinsam die Halbleiterschalter-Halbrücke bildenden High-Side-Halbleiterschalters - welcher im Folgenden in 2 näher gezeigt ist -, können so mittels des Treibers 34 angesteuert werden. Der Treiber 34 kann dazu wenigstens ein Steuersignal zum Schalten der Halbleiterschalter der Halbleiterschalter-Halbbrücke erzeugen und dieses an einen der Halbleiterschalter der Halbleiterschalter-Halbbrücke senden.
Die flexible Leiterplatte weist beispielsweise wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere Polyimidschicht oder Polyamidschicht auf, und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Kupferschicht auf. Die flexible Leiterplatte ist beispielsweise derart reversibel formbar ausgebildet, dass die flexible Leiterplatte mindestens rechtwinklig, oder U-förmig gebogen werden kann ohne zu brechen. Die elektrisch isolierende Schicht ist dazu beispielsweise verstärkungsfaserlos ausgebildet.
Das Trennelement 12 weist zum Durchführen der flexiblen Leiterplatte 32 einen sich längs erstreckenden Schlitz 35 oder eine Ausnehmung auf, durch die die flexible Leiterplatte 32 hindurchgeführt ist.
An das Trennelement 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel auch ein Vorsprungsbereich 51 angeformt, welcher sich in Richtung des Schaltungsträgers 7 erstreckt, und ausgebildet ist, gegen die flexible Leiterplatte 32 zu stützen. Die flexible Leiterplatte 32 kann so im Bereich des Durchbruchs 35, insbesondere des Schlitzes 35, geführt sein.
Der Inverter 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel auch eine Wärmesenke 52. Die Wärmesenke 52 ist zum Fluidführen ausgebildet und weist dazu Fluidkanäle auf, von denen ein Fluidkanal 53 beispielhaft bezeichnet ist.
2 zeigt den in 1 dargestellten Schaltungsträger 7 in einer Aufsicht. 2 zeigt auch die an das Trennelement 12 angeformten Trennstege 13 und 14, und den Trennsteg 44, welcher sich dem Schaltungsträger 7 entgegenstrecken und den sich zwischen dem Schaltungsträger 7 und dem Trennelement 12 erstreckenden Hohlraum in Teilräume unterteilen.
Auf dem Flächenbereich 23 ist eine Halbleiterschalter-Halbbrücke umfassend den Low-Side-Halbleiterschalter 17 und einen High-Side-Halbleiterschalter 36 angeordnet. Auf dem Flächenbereich 24 ist der Low-Side-Halbleiterschalter 18 und ein High-Side-Halbleiterschalter 37 angeordnet. Der Low-Side-Halbleiterschalter 18 und der High-Side-Halbleiterschalter 37 bilden gemeinsam eine Halbleiterschalter-Halbbrücke. Die Halbleiterschalter-Halbbrücken, welche auf den Flächenbereichen 23 und 24 angeordnet sind, sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ausgebildet, unabhängig voneinander, und/oder elektrisch gemeinsam zu wirken. Die von dem Schaltungsträger 7 angesteuerte Phase kann somit von zwei Halbleiterschalterbrücken gemeinsam angesteuert werden. Auf diese Weise kann eine Redundanz beim Ausfall einer Halbleiterschalter-Halbbrücke gebildet sein.
2 zeigt auch einen Trennsteg 47, welcher sich zwischen dem High-Side-Halbleiterschalter 36 und dem Low-Side-Halbleiterschalter 17 in den Halbbrückenraum 25 hinein erstreckt, und den Halbbrückenraum 25 so in einen sich über dem High-Side-Halbleiterschalter 36 erstreckenden High-Side-Raum und einen sich über dem Low-Side-Halbleiterschalter 17 erstreckenden Low-Side-Raum zu unterteilen. Vorteilhaft kann so ein High-Side-Halbleiterschalter auch beim Ausfall eines Low-Side-Halbleiterschalters noch weiterarbeiten und durch ein Verbrennungsgas, welches beim Zerstörtwerden des anderen Halbleiterschalters erzeugt wird, nicht beschädigt werden.
Ein Trennsteg 48, welcher an das in 1 gezeigte Trennelement 15 angeformt ist, und sich zwischen den Halbleiterschaltern 18 und 37 der in dem Flächenbereich 24 angeordneten Halbleiterschalter-Halbbrücke erstreckt, unterteilt den Halbbrückenraum 26 in einen High-Side-Raum und in einen Low-Side-Raum.
Der Low-Side-Halbleiterschalter 18 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel drei Low-Side-Feldeffekttransistoren 38, 39 und 40. Der Low-Side-Feldeffekttransistor 39 ist in diesem Ausführungsbeispiel defekt, und erzeugt das in 1 bereits dargestellte Verbrennungsgas 50. Das Verbrennungsgas 50 kann so durch die den Low-Side-Raum begrenzenden Trennstege 44, 48 und 14 nicht zu den übrigen Halbleiterschaltern gelangen. Das Verbrennungsgas 40 kann in diesem Ausführungsbeispiel durch eine in dem Halbbrückenraum 26 gebildete Öffnung 49 entweichen. Die Halbbrückenräume 25 und 26 weisen für jeden Halbleiterschalter, insbesondere für den High-Side-Halbleiterschalter und für den Low-Side-Halbleiterschalter, jeweils eine Öffnung auf, sodass ein Verbrennungsgas dort durch die Öffnung entweichen kann, ohne die übrigen Halbleiterschalter zu berühren. Die Halbleiterschalter sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mit einer Gelschicht bedeckt. Eine Gelschicht 57 über dem Halbleiterschalter 18 ist beispielhaft bezeichnet. Die Gelschicht 57 kann bei einer thermischen Havarie des Halbleiterschalters 18 das Verbrennungsgas 50 erzeugen.
Der High-Side-Halbleiterschalter 37 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel drei High-Side-Feldeffekttransistoren 41, 42 und 43, welche jeweils elektrisch zueinander parallel wirken.
Die Feldeffekttransistoren der Halbleiterschalter-Halbbrücken sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mittels Bonddrähten mit dem Schaltungsträger 7 verbunden. Die Bonddrähte verbinden in diesem Ausführungsbeispiel einen Schaltstreckenanschluss eines Feldeffekttransistors einer Halbleiterschalter-Halbbrücke mit einer Leiterbahn des Schaltungsträgers 7. Ein Bonddraht 54 ist beispielhaft bezeichnet. Die Bonddrähte sind jeweils derart geführt, dass ein sich zwischen den Trennstegen 13, 14, 44, 47 und 48, und dem Schaltungsträger 7 - insbesondere in 1 gezeigter - erstreckender Spalt 56 bonddrahtkreuzungsfrei ausgebildet ist, sodass kein Bonddraht unter einem Trennsteg - insbesondere diesen kreuzend - geführt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2884828 B1 [0002]

Claims

Inverter (1) für ein Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, mit wenigstens einem Schaltungsträger (5, 6, 7) mit Leistungshalbleiterschaltern (17, 18, 19, 20, 21, 22, 36, 37) und einem Gehäuse (2), wobei das Gehäuse (2) einen Hohlraum (9) umschließt, wobei das Gehäuse wenigstens ein oder nur ein Trennelement (12) aufweist, welches in dem Hohlraum (9) angeordnet und ausgebildet ist, den Hohlraum (9) in zwei Teilräume (10, 11) zu unterteilen, wobei in einem Teilraum (11) der wenigstens eine Schaltungsträger mit den Leistungshalbleiterschaltern (17, 18, 19, 20, 21, 22, 36, 37) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (1) für jede Phase wenigstens zwei mit dem Schaltungsträger (5, 6, 7) verbundene Halbleiterschalter-Halbbrücken (17, 18, 19, 20, 21, 22, 36, 37) aufweist, und das Trennelement (12) für jede Phase wenigstens einen Trennsteg (13, 14, 15, 16, 44, 45, 46) aufweist, welcher an das Trennelement (12) angeformt ist, und sich von dem Trennelement (12) derart zum Schaltungsträger (5, 6, 7) hinweisend in den Teilraum (11) erstreckt, dass die Halbleiterschalter-Halbbrücken (17, 18, 19, 20, 21, 22, 36, 37) jeweils in zueinander benachbarten Halbbrücken-Räumen (25, 26) des Teilraums (11) angeordnet sind und ein von einem defekten Leistungshalbleiterschalter (17, 18, 19, 20, 21, 22, 36, 37) einer Halbeiterschalter-Halbbrücke erzeugtes Verbrennungsgas (50) durch den Trennsteg (13, 14, 15, 16, 44, 45, 46) gehemmt ist, in den sich durch den Trennsteg (13, 14, 15, 44, 45, 46) abgetrennten, - insbesondere zwischen dem Schaltungsträger (5, 6, 7) und dem Trennelement (12) erstreckenden - benachbarten Halbbrücken-Raum (25, 26) auszubreiten.
Inverter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) durch eine Trennwand gebildet ist.
Inverter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Halbleiterschalter-Halbbrücke bildenden Leistungshalbleiterschalter (13, 14, 15, 44, 45, 46) auf dem Schaltungsträger in einem zusammenhängenden Flächenbereich angeordnet sind.
Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) für jede Halbleiterschalter-Halbbrücke einen Trennsteg (13, 14, 15, 16, 44, 45, 46) aufweist, welcher angeordnet ist, einen Low-Side-Halbleiterschalter (17, 18, 19, 20, 21, 22) und einen High-Side-Halbleiterschalter (36, 37) voneinander räumlich und rauchgashemmend zu trennen.
Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennsteg (13, 14, 15, 16, 44, 45, 46) sich über wenigstens die Hälfte der sich zwischen dem Schaltungsträger und dem Trennelement (12) erstrechenden Teilraumhöhe (55) erstreckt.
Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich zwischen dem Trennsteg (13, 14, 15, 16, 44, 45, 46) und dem Schaltungsträger (5, 6, 7) erstreckender Hohlraumteil oder Spalt (56) frei von Bonddrähten (54) gebildet ist.
Inverter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt eine Höhenerstreckung von weniger als zwei Dickenabmessungen des Schaltungsträgers aufweist.
Inverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenbereich auf dem Schaltungsträger rechteckig oder quadratisch gebildet ist.
Inverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) und die Trennstege (13, 14, 15, 16, 44, 45, 46) jeweils aus einem flammhemmenden Kunststoff gebildet sind.
Inverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbbrückenraum (25, 26) eine Öffnung (49) aufweist, durch die Verbrennungsgas (50) aus dem Halbbrückenraum (25, 26) entweichen kann.