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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Inverteranordnung mit einer Hochstromleiterplatte mit mehreren Stromleitungsschichtlagen, wobei die Stromleitungsschichtlagen in Abschnitte unterteilt sind, die einen Anschluss an eine Batterie oder einen Anschluss zum Leistungsaustausch mit einem Elektromotor aufweisen.
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Inverter, auch Wechselrichter genannt, dienen der Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung. Dabei existieren mit dem Plus- und Minuspol einer Batterie verbundenen Bereiche und Ausgänge zur Ausgabe einer oder mehrerer Phasen mit Wechselspannung. Zum Wechseln werden Leistungsschalter verwendet. Die verwendeten Spannungen wie auch die benutzten Ströme steigen dabei zur Verringerung von Leistungsverlusten an. Insbesondere werden auch Hochstromleiterplatten verwendet, die Ströme von mehr als 100A aushalten.
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Aus der
DE 10 2020 208 215 A1 ist beispielsweise eine Hochstromleiterplatte bekannt, welche mehrere Stromleitungsschichtlagen aufweist, die in Abschnitte unterteilt sind, wobei ausschließlich Abschnitte mit einem Anschluss an die Batterie oder Abschnitte mit einem Anschluss zum Leistungsaustausch mit dem Elektromotor übereinander angeordnet sind. In dieser Ausführung werden immer noch großflächige Busbarverschienungen eingesetzt, um die notwendige Leistung zu den Leistungshalbleitern zu transportieren. In bisherigen Lösungen für Hochstromleiterplatten-basierten Invertersystemen werden für die Leistungshalbleiter Bereiche auf der Leiterplatte vorgesehen, an denen keine Ansteuerbauteile platziert werden und Kleinsignale geroutet werden können, da dies aufgrund des Platzmangels nicht möglich ist.
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Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Inverteranordnung bereitzustellen, welche einen geringeren Platzbedarf aufweist und bei dem eine Nutzung einer größeren Fläche der Leiterplatte als bisher möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Inverteranordnung, aufweisend eine Hochstromleiterplatte, die aus mehreren darin integrierten Stromleitungsschichtlagen gebildet ist, die derart angeordnet und gebildet sind, dass in vertikaler Richtung ein erster Ansteuerbereich mit mindestens zwei Lagen, ein daran anschließender Leistungsbereich mit mindestens zwei Lagen und ein daran anschließender zweiter Ansteuerbereich mit mindestens zwei Lagen gebildet ist, wobei die Lagen des Leistungsbereichs derart gebildet sind, dass sie eine Hochstromführung zwischen DC-Anschlüssen innerhalb der Hochstromleiterplatte bereitstellen, und wobei auf der ersten Oberseite der Hochstromleiterplatte, welche zum zweiten Ansteuerbereich benachbart ist, mehrere Highside-Leistungsschalter und mehrere Lowside-Leistungsschalter angeordnet sind. Außerdem ist mindestens ein elektrisch leitendes Hochstromelement vorgesehen, das vollständig durch die Hochstromleiterplatte geführt und dazu eingerichtet ist, Leistungskontakte der Highside- und/oder Lowside-Leistungsschalter mit zugehörigen, mit dem DC-Anschluss elektrisch verbundene Stromleitungsschichtlagen der Hochstromleiterplatte zu kontaktieren, und wobei zumindest Teile von Treiber- und Ansteuerbauteilen der Leistungsschalter jeweils auf der ersten Oberseite im Bereich zwischen Highside-Leistungsschalter und der Hochstromleiterplatte und/oder Lowside-Leistungsschalter und der Hochstromleiterplatte angeordnet und mittels Leitungsverbindungen elektrisch geroutet sind.
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In einer Ausführung ist innerhalb der Hochstromleiterplatte ein weiteres Hochstromelement vorgesehen und dazu eingerichtet, Leistungskontakte der Highside- und/oder Lowside-Leistungsschalter mit dem AC-Phasenabgriff elektrisch zu kontaktieren.
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In einer Ausführung ist außerhalb der Hochstromleiterplatte zwischen HSS-Bereich und LSS-Bereich ein Hochstromelement angeordnet, das als AC-Phasenabgriff mit Leistungskontakten jedes der Leistungsschalter elektrisch kontaktiert ist.
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In einer Ausführung ist die Hochstromleiterplatte horizontal unterteilt in einen HSS-Bereich, in welchem mehrere Highside-Leistungsschalter angeordnet sind, und in einen zum HSS-Bereich horizontal benachbarten LSS-Bereich, in welchem mehrere Lowside-Leistungsschalter angeordnet sind, und einen außerhalb der HSS- und LSS-Bereiche angeordneten DC-Bereich, welcher einen DC-Anschluss mit DC-Minus-Potential und DC-Plus-Potential bereitstellt und mit zugehörigen Stromleitungsschichtlagen elektrisch kontaktiert ist, wobei ein Hochstromelement im HSS-Bereich angeordnet ist, und ein weiteres Hochstromelement im LSS-Bereich angeordnet ist.
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In einer Ausführung sind zusätzlich Teile der Treiber- und Ansteuerbauteile auf einer der ersten Oberseite gegenüberliegenden zweiten Oberseite der Hochstromleiterplatte im Bereich der Highside- und Lowside-Leistungsschalter angeordnet und elektrisch geroutet.
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In einer Ausführung ist ferner mindestens ein Zwischenkreiskondensator auf der Hochstromleiterplatte benachbart zu den Leistungsschaltern angeordnet und mit den Leistungsschaltern und dem DC-Anschluss elektrisch kontaktiert.
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In einer Ausführung ist im DC-Bereich im ersten Ansteuerbereich auf den Lagen entweder ein DC-Minus-Potential oder ein DC-Plus-Potential des DC-Anschlusses geführt, und im Leistungsbereich werden alternierend DC-Minus- oder DC-Plus-Potentiale vertikal übereinander geführt, und im zweiten Ansteuerbereich ist auf den Lagen das zum ersten Ansteuerbereich entgegengesetzte Potential geführt. Außerdem ist im HSS-Bereich im ersten Ansteuerbereich und im zweiten Ansteuerbereich auf den Lagen ein Phasenpotential des AC-Phasenanschlusses geführt, und im LSS-Bereich ist im ersten Ansteuerbereich und im zweiten Ansteuerbereich auf den Lagen ein DC-Minus- Potential des DC-Anschlusses geführt, und wobei im Leistungsbereich des HSS-Bereichs und des LSS-Bereichs werden in mindestens zwei benachbarten Lagen je ein DC-Minus-Potential und ein DC-Plus-Potential vertikal übereinander geführt. Vorteilhaft wird im Leistungsbereich des HSS-Bereichs und des LSS-Bereichs in mindestens zwei benachbarten Lagen Phasenpotential vertikal übereinander geführt.
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In einer Ausführung sind die Stromleitungsschichtlagen aus Kupfer gebildet, und wobei die Lagen der Ansteuerbereiche dünner als die Lagen des Leistungsbereichs sind.
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In einer Ausführung ist auf den Highside- und Lowside-Leistungsschaltern mindestens ein Kühlelement vorgesehen, und wobei ferner mindestens ein an der Hochstromleiterplatte und dem Kühlelement thermisch angebundenes Kühlmittel vorgesehen ist.
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Ferner wird ein Inverter mit einer beschriebenen Inverteranordnung vorgeschlagen.
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Ferner werden ein elektrischer Antrieb oder ein elektrischer Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinrichtung und dem beschriebenen Inverter bereitgestellt. Außerdem wird ein Kraftfahrzeug, umfassend den elektrischen Antrieb oder den elektrischen Achsantrieb und/oder den beschriebenen Inverter bereitgestellt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Inverteranordnung gemäß dem Stand der Technik, welche auch erfindungsgemäß verwendet wird.
- 2 und 3 zeigen unterschiedliche Ausführungen der Inverteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Schnitt in A-A-Richtung der in 1 gezeigten Inverteranordnung verwendet wird.
- 4 zeigt eine schräge Draufsicht auf eine Inverteranordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt eine Seitenansicht einer in 4 gezeigten Inverteranordnung.
- 6 zeigt eine schräge Ansicht auf eine Inverteranordnung gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 7 zeigt eine Ansicht einer Inverteranordnung mit Kühlanbindung der Hochstromleiterplatte gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Leiterplatten dienen der Aufnahme und elektrischen Verbindung von Bauteilen. Eine Leiterplatte weist elektrisch leitende Elemente und elektrisch isolierende Elemente auf. Als elektrisch leitende Elemente werden insbesondere Lagen aus Kupfer verwendet. Auch ist es bekannt, in einer Leiterplatte mehrere Lagen Kupfer übereinander zu stapeln, wobei die Kupferlagen durch elektrisch isolierende Schichtlagen voneinander getrennt sind. Die Bauteile können auf der Leiterplatte mittels Through Hole Technology (THT) oder Surface Mount Technology (SMT) befestigt werden. Sie werden dann auch als Through Hole Device THD oder Surface Mount Device SMD bezeichnet. Leiterplatten, die für Hochstromanwendungen wie Elektroanriebe im Automobilbereich verwendet werden, werden auch als Hochstromleiterplatten bezeichnet.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Aufbau-Konzept für einen Inverter Power Core vor, der auf dedizierte leistungsführende Busbars auf der Oberseite der Hochstromleiterplatte 100 verzichtet und dadurch die Nutzung der vollständigen Fläche auf der Hochstromleiterplatte 100 zur Verfügung stellt.
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Der erfindungsgemäße Aufbau zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Integration der eigentlich für dedizierte Busbars entwickelten Halbleiterpackages (Highside-Leistungsschalter HSS und Lowside-Leistungsschalter LSS) eine Hochstromführung innerhalb der als Hochstromleiterplatte 100 ausgeführten Leiterplatte ermöglicht wird. Aufgrund der Einsparung des Platzes, der ansonsten für die Busbars benötigt wird, kann die Fläche der Hochstromleiterplatte 100 nunmehr vollständig und beidseitig für die Ansteuerung genutzt werden (siehe 5), so dass ein minimaler Bauraum erreicht werden kann. Der Wegfall der dedizierten Busbars führt hierbei zu einer deutlichen Reduktion der Gesamtbauhöhe gegenüber einer üblichen Anwendung. Damit können sowohl die Pins 40 der Highside-Leistungsschalter HSS als auch der Lowside-Leistungsschalter LSS tiefer in die Hochstromleiterplatte 100 eingeführt werden, als auch Treiber- und Ansteuerbauteile 31 zwischen Highside-Leistungsschalter HSS bzw. Lowside-Leistungsschalter LSS und Hochstromleiterplatte 100 platziert werden, was bisher nicht möglich war.
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Besonders vorteilhaft ist die vorgeschlagene Inverteranordnung, da keine Änderungen an der Anordnung und Bauform der Highside-Leistungsschalter HSS und Lowside-Leistungsschalter LSS und des Zwischenkreises ZK vorgenommen werden muss. Das heißt, dass auch die Kühlung mit dem oder den Kühlelementen 20 wie bisher erfolgen kann. Lediglich der Treiberbereich wird nunmehr unter die Highside-Leistungsschalter HSS und Lowside-Leistungsschalter LSS und/oder die andere Seite der Hochstromleiterplatte 100 verschoben, wie nachfolgend dargelegt.
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In 1 und 4, 6 ist eine schematische Anordnung der bzw. eine schräge Draufsicht auf Highside-Leistungsschalter HSS 1a-3b der Highside HS und Lowside-Leistungsschalter LSS 1a-3a der Lowside LS und eines Zwischenkreises ZK dargestellt, wie im Stand der Technik und auch gemäß der Erfindung verwendet. Neben einem Zwischenkreiskondensator ZK sind die Highside-Leistungsschalter HSS und Lowside-Leistungsschalter LSS in einer B6-Brücke angeordnet. Hierbei sind die Leistungskontakte der Highside-Leistungsschalter HSS mit dem DC-Plus-Potential DC+ des ZK verbunden und die Leistungskontakte der Lowside-Leistungsschalter LSS mit dem DC-Minus-Potential DC-. Die Verbindungen des ZK zu DC+ und DC- sind in 1 nicht dargestellt, sie werden über die Hochstromleiterplatte 100 (und den DC-Anschluss DC) hergestellt, wie in 2 und 3 dargestellt. Weiterhin sind HSS und LSS an den Phasenabgriffen AC miteinander verbunden. An diesen Phasenabgriffen AC werden auch die Anschlüsse des Elektromotors vorgesehen.
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Zur Führung der DC- und AC-Potentiale sind zwei Ausführungen vorgesehen. In 4 und 5 ist eine Ausführung gezeigt, in der sowohl DC-Potentiale DC+ und DCals auch AC-Potentiale in der Hochstromleiterplatte 100 geführt sind. In 6 ist eine Ausführung gezeigt, in der nur die DC-Potentiale DC+ und DC- innerhalb der Hochstromleiterplatte 100 geführt sind, also die AC-Potentiale außerhalb der Hochstromleiterplatte 100 geführt sind
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Es ist auch eine alternative Anordnung der HSS und LSS denkbar, bei der die HSS und LSS abwechselnd in einer Reihe angeordnet werden (in den Figuren nicht gezeigt), so dass lediglich eine Reihe vorgesehen sein müssten.
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Die Verbindungen der leistungsführenden Pfade werden in einer Hochstromleiterplatte 100 realisiert. Eine Schnittdarstellung in A-A-Richtung (siehe 1) der Inverteranordnung ist in 2 und 3 dargestellt, welche sich lediglich in der Anbindung der später beschriebenen Hochstromelemente 10 an die HSS und LSS und den AC-Anschluss bzw. Phasenabgriff unterscheiden.
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Durch den vorgeschlagenen Inverteraufbau wird erreicht, dass die leistungsführenden Pfade nahe übereinandergelegt werden können. Somit können Halbbrückenaufbauten sehr flach im Vergleich zum Stand der Technik, welcher dedizierte Busbars verwendet, hergestellt werden.
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Die Inverteranordnung zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
- Die Hochstromleiterplatte 100 weist in vertikaler Richtung y mehrere Stromleitungsschichtlagen auf. Die Lagen A1, A2 und A3, A4 gehören zu Ansteuerbereichen D1 und D2, welche sich jeweils an den beiden Oberseiten der Hochstromleiterplatte 100 befinden, also einander gegenüberliegen. An der ersten Oberseite (n 2 und 3 unten, in 5 oben) sind die Highside-Leistungsschalter HSS und Lowside-Leistungsschalter LSS, sowie zwischen HSS bzw. LSS und erster Oberseite angeordnete Treiber- und Ansteuerbauteile 31 vorgesehen. An der zweiten, der ersten Oberseite gegenüberliegenden Oberseite sind ebenfalls Treiber- und Ansteuerbauteile 30 vorgesehen. Die Ansteuerbereiche D1, D2 dienen also zur Platzierung und zum Routing von Kleinsignalen und Ansteuerbauteilen.
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Zwischen den Ansteuerbereichen D1 und D2 ist ein Leistungsbereich L vorgesehen, welcher die Lagen L1-Ln aufweist. Der Leistungsbereich L ist also in der Mitte der Hochstromleiterplatte 100 zwischen zwei Ansteuerbereichen D1, D2 vorgesehen. Der Leistungsbereich L erstreckt sich über mindestens zwei Lagen L1-Ln und ist dazu ausgelegt, den bestimmungsgemäßen Leistungsfluss zwischen DC-Anschluss DC (Batterieanschluss) und AC-Anschluss AC (Elektromotor) zu ermöglichen. In den Figuren ist eine Ausführung mit vier Lagen L1-Ln dargestellt. Es können aber auch mehr als vier Lagen vorgesehen sein, wobei die Anzahl stets ein Vielfaches von 2 beträgt.
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Alle Lagen A1-A4; L1-Ln sind aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise als Kupferlagen, gebildet. Die Lagen L1-Ln des Leistungsbereichs L sind dabei deutlich dicker, z.B. 100µm oder mehr, ausgeführt, da sie mehr Strom führen müssen. Insgesamt kann die Hochstromleiterplatte 100 eine Dicke von ca. 1 mm bis 3mm aufweisen.
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Durch die Aufteilung der Ansteuerung in zwei Ansteuerbereiche D1 und D2 kann im Vergleich zum Stand der Technik eine weitere Platzreduktion auf der Hochstromleiterplatte 100 erreicht werden.
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Weiterhin ist die Hochstromleiterplatte 100 horizontal (in x-Richtung) in folgende Abschnitte eingeteilt, die mit Bezugnahme zu 2 von links nach rechts beschrieben werden:
- Ganz links ist ein DC-Bereich 1 vorgesehen, der in y-Richtung wie folgt gebildet ist. Im ersten Ansteuerbereich D1 wird auf beiden Lagen L1, L2 entweder DC-Minus-Potential DC- oder DC-Plus-Potential DC+ geführt. Im Leistungsbereich L werden alternierend DC-Plus-Potential DC+ und DC-Minus-Potentiale DC- übereinander (in y-Richtung) geführt. Im zweiten Ansteuerbereich D2 wird auf beiden Lagen A3, A4 entweder DC-Minus-Potential DC- oder DC-Plus-Potential DC+ geführt, jedoch das entgegengesetzte Potential zum ersten Ansteuerbereich D1.
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An den DC-Bereich 1 anschließend ist ein HSS-Bereich 2 vorgesehen, bei dem im ersten Ansteuerbereich D1 auf beiden Lagen L1, L2 Phasen-Potential P geführt wird.
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Weiterhin sind Treiber- und Ansteuerbauteile 30 zur Ansteuerung des HSS auf der Oberseite der Hochstromleiterplatte 100 platziert und Leitungsverbindungen 301 zur Verbindung dieser Bauteile geroutet. Im Leistungsbereich L werden in den Lagen L3 und L4 DC-Plus-Potentiale DC+ und DC-Minus-Potentiale DC- übereinander geführt. Weiterhin werden in den Lagen L3 und Ln Phasenpotentiale P geführt. Weitere Lagen können applikationsgemäß mit DC-Minus DC-, DC-Plus DC+ oder Phasenpotential P geführt werden, sofern mehr als vier Kupferlagen zum Leistungstransport benötigt werden. Im zweiten Ansteuerbereich D2 wird auf beiden Lagen A3, A4 Phasenpotential P geführt. Weiterhin sind auch hier Treiber- und Ansteuerbauteile 31 zur Ansteuerung des HSS platziert und Leitungsverbindungen 301 zur Verbindung dieser Bauteile geroutet. Die Treiber- und Ansteuerbauteile 31 sind also zwischen HSS und Oberfläche der Hochstromleiterplatte 100 platziert.
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An den HSS-Bereich 2 anschließend ist ein LSS-Bereich 3 vorgesehen, bei dem im ersten und im zweiten Ansteuerbereich D1, D2 auf beiden Lagen A1-A4 DC-Minus-Potential DC- geführt ist. Weiterhin sind Treiber- und Ansteuerbauteile zu Potential geführt. Weiterhin sind Treiber- und Ansteuerbauteile 31 zur Ansteuerung des LSS auf der Oberseite der Hochstromleiterplatte 100 platziert und Leitungsverbindungen 301 zur Verbindung dieser Bauteile geroutet. Der Leistungsbereich L entspricht dem für den HSS-Bereich 2 beschriebenen Leistungsbereich L. Es werden also in den Lagen L3 und L4 DC-Plus-Potentiale DC+ und DC-Minus-Potentiale DC- übereinander geführt. Weiterhin werden in den Lagen L3 und Ln Phasenpotentiale P geführt. Weitere Lagen können applikationsgemäß mit DC-Minus DC-, DC-Plus DC+ oder Phasenpotential P geführt werden, sofern mehr als vier Kupferlagen zum Leistungstransport benötigt werden.
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Unter dem Begriff geroutet ist zu verstehen, dass Leitungsverbindungen zwischen unterschiedlichen Bereichen vorhanden sein können, also innerhalb einer Lage der Ansteuerbereiche D1 und D2, z.B. zwischen Lagen A1 und A2 oder zwischen Lagen A3 und A4. Sie können aber auch mit Durchkontaktierungen zwischen den beiden Ansteuerbereichen D1 und D2 realisiert sein.
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In den in 2 und 3 gezeigten Ausführungen ist zwischen DC-Bereich 1 und HSS-Bereich 2 ein Hochstromelement 10 als vertikales DC-Plus-Element vorgesehen, welches den DC-Plus-Anschluss des HSS mit der Hochstromleiterplatte 100 verbindet. Ebenso ist rechts neben dem LSS-Bereich 3 ein Hochstromelement 10 als vertikales DC-Minus-Element vorgesehen, welches den DC-Minus-Anschluss des LSS mit der Hochstromleiterplatte 100 verbindet. Die Anordnung der Hochstromelemente 10 kann aber auch an anderen Bereichen erfolgen, je nach Ausführung.
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Außerdem ist in 2 und 3 zwischen HSS-Bereich 2 und LSS-Bereich 3 ein Hochstromelement 10 als vertikales AC-Phasen-Element bzw. AC-Phasenabgriff vorgesehen. Allerdings kann dieses Hochstromelement 10 auch, wie in 6 gezeigt, als Busbar ausgeführt sein. Es ist also optional. Wenn es nicht in der Hochstromleiterplatte 100 geführt ist, sind auch die AC-Potentiale nicht innerhalb der Hochstromleiterplatte 100 geführt.
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Die Hochstromelemente 10 sind vorteilhaft in THT-Technologie (Durchgangslochtechnologie) ausgeführt, d.h. jedes Hochstromelement 10 wird vollständig durch die Hochstromleiterplatte 100 geführt und kann damit alle Lagen A1-A4, L1-Ln kontaktieren. Das Design der Hochstromleiterplatte 100 ist dabei entsprechend anzupassen, um unerwünschte Kontaktierungen innerhalb der Lagen A1-A4, L1-Ln oder eine zu geringe Isolation zwischen den Lagen A1-A4, L1-Ln zu vermeiden. Durch dieses Hochstromelement 10 ergibt sich der Vorteil, dass über den Verbindungsprozess eine metallisch gefüllte Verbindung (das Hochstromelement 10) mit allen Kupferlagen A1-A4, L1-Ln der Hochstromleiterplatte 100 bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht eine thermisch und elektrisch niederimpedante Verbindung, sowie einen sehr platzsparenden Aufbau.
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Vorteilhaft ist das Hochstromelement 10 als ein Blechstapel ausgeführt, bei welchem die Bleche an einem mittigen Verbindungsbereich miteinander verbunden sind, und bei welchem an mindestens einem Endbereich jedes Blechs mehrere Pins vorgesehen sind. Die Pins desselben Blechs sind kammartig gebildet. Die Pins unterschiedlicher Bleche weisen einen Abstand zueinander auf, indem die Bleche aufgefächert sind, entweder durch einen Umformpozess oder aufgrund zwischen den Blechen angeordneter Zwischenlagen. Die Bleche weisen entweder direkt an dem Verbindungsbereich oder an einem anderen Endbereich einen Anschlussbereich für eine externe Stromanbindung auf.
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Durch das Hochstromelement 10 ist es möglich, eine optimierte Verteilung des Zwischenkreiskondensators ZK in dem System zu erreichen, d.h. dass der Zwischenkreiskondensator ZK als einzelnes Bauteil vorgesehen sein kann, oder in mehrere Einzel Zwischenkreiskondensatoren ZK aufgeteilt und entsprechend auf der Hochstromleiterplatte 100 angeordnet werden kann. Somit kann eine flexiblere Inverteranordnung bereitgestellt werden, welche flexibel auf Bauraumanforderungen reagieren kann. Außerdem ist ein Einsatz von ein- oder mehrteiligen Kühlkörpern bzw. Kühlelementen 20 für die Wärmeabfuhr der Leistungshalbleiter HSS und LSS möglich, und es ist eine thermische Anbindung der Hochstromleiterplatte 100 an den Kühlkörper bzw. das Kühlelement 20 möglich, wie in 7 z.B. durch aus der Hochstromleiterplatte 100 herausragende und mit dem Kühlelement 20 in Verbindung stehende Kühldome 21.
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In 2 ist die Anbindung der HSS und LSS über Hochstromelemente 10 vorgesehen, bei denen horizontal (x-Richtung) und vertikal (y-Richtung) verlaufende Hochstromelemente 10 mittels geeigneter Verbindungstechnologien miteinander verbunden sind. In 3 ist eine alternative Ausführung gezeigt, in welcher jedes der Hochstromelemente 10 einstückig gebildet ist und in einem Bereich der Leistungskontakte gebogen ist, um mit den HSS, LSS verbunden zu werden. Die Verbindung mit der Hochstromleiterplatte 100 kann dabei hergestellt werden, indem die Leistungskontakte optional durch die Hochstromleiterplatte 100 hindurchragen und mittels eines Selektiv-Lötprozess mit der Hochstromleiterplatte 100 verbunden werden. Alternativ weisen die Leistungskontakte eine Kamm-Struktur auf und können mittels Einpressen, Pin-in-Paste-Verfahren oder Selektiv-Löten mit der Leiterplatte verbunden werden.
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Alternativ zum bevorzugt verwendeten Hochstromelement 10 kann die Verbindung der DC-Anschlüsse DC mit der Hochstromleiterplatte 100 über sehr viele Vias bereitgestellt werden, die aufwändig im Fertigungsprozess der Hochstromleiterplatte 100 eingefügt werden müssen. Diese Vias sind nicht metallisch gefüllt und weisen daher Nachteile hinsichtlich Stromtragfähigkeit, thermischer und elektrischer Impedanzen, sowie dem benötigten Platzbedarf auf.
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Wie bereits eingangs erwähnt, besteht eine Besonderheit des beschriebenen Aufbaus darin, dass im Vergleich zum bekannten Stand der Technik Treiber- und Ansteuerbauteile 30, 31 für beide Leistungsschalter HSS, LSS im ersten Ansteuerbereich D1 gegenüber den Leistungsschaltern HSS, LSS und im zweiten Ansteuerbereich D2 zwischen Hochstromleiterplatte 100 und Leistungsschaltern HSS, LSS platziert werden können. Somit wird der gesamte Inverteraufbau kompakter. Dies wird erreicht, indem die leistungsführenden Busbars durch in der Hochstromleiterplatte 100 geführte Lagen, insbesondere den Lagen L1-Ln des Leistungsbereichs L, ersetzt werden. Somit wird Platz zwischen den HSS bzw. LSS und der Hochstromleiterplatte 100 frei, in den bisher außerhalb davon platzierte Treiber- und Ansteuerbauteile 31 eingebracht und elektrisch kontaktiert werden können. Außerdem können Treiber- und Ansteuerbauteile 30 auch auf der gegenüberliegenden Oberseite der Hochstromleiterplatte 100 angeordnet werden. Durch die Verwendung des beschriebenen Hochstromelements 10 sind außerdem die Leistungskontakte zu DC-, DC+ und optional AC in einfacherer Weise möglich. Insgesamt ist außerdem ein Vorteil, dass die bisherige Topologie der HSS, LSS und ZK unverändert bleiben kann. Das heißt, es wird nur die Hochstromleiterplatte 100 bereitgestellt, die Anordnung bleibt unverändert (außer der Niedervoltanordnung, welche nunmehr unter die HSS, LSS bzw. auf die gegenüberliegende Oberseite der Leiterplatte wandert).
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Anwendung findet die beschriebene Inverteranordnung beispielsweise in Kraftfahrzeugen. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere eine elektrisch angetriebene Achse aufweisen. Das Kraftfahrzeug kann grundsätzlich als rein verbrennungsmotorisches Kraftfahrzeug, als Hybrid-Kraftfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- D1
- erster Ansteuerbereich
- D2
- zweiter Ansteuerbereich
- L
- Leistungsbereich
- 1
- DC-Bereich
- 2
- HSS-Bereich
- 3
- LSS-Bereich
- 100
- Hochstromleiterplatte
- 10
- Hochstromelement
- A1-A4
- Lagen Ansteuerbereiche
- L1-Ln
- Lagen Leistungsbereich
- AC
- AC-Anschluss
- DC
- DC-Anschluss
- DC-, DC+
- DC-Minus-Anschluss/Potential, DC-Plus-Anschluss/Potential
- P
- Phasenpotential
- ZK
- Zwischenkreis(kondensator)
- HSS, LSS
- Highside-Leistungsschalter, Lowside-Leistungsschalter
- 20
- Kühlelement
- 21
- Kühldome zur thermischen Anbindung an 20
- 30, 31
- Treiber- und Ansteuerbauteile
- 301
- Leitungsverbindungen zu 30, 31
- 40
- Pins HSS bzw. LSS
- x, y
- horizontale/vertikale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020208215 A1 [0003]
