DE10214448A1 - Trennschalter - Google Patents

Trennschalter

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Abstract

Trennschalter, insbesondere Batterietrennschalter (1), DOLLAR A - mit einem oder mehreren parallel geschalteten Leistungshalbleiter-Bauelementen (2), DOLLAR A - mit einem Trägerelement (3) aus einem elektrisch leitfähigem Material,auf welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) befestigt und mit welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) über erste Lastanschlüsse (4) elektrisch verbunden sind, und DOLLAR A - mit einem Anschlusselement (5), welches mit dem Trägerelement (3) isoliert verbunden ist und mit welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente (3) über zweite Lastanschlüsse (6) elektrisch verbunden sind, DOLLAR A wobei DOLLAR A das Anschlusselement (5) zumindest eine Ausnehmung (7) aufweist und DOLLAR A dass die Leistungshalblleiter-Bauelemente (2) in die Ausnehmung (7) hineinragen, so dass das Anschlusselement (5) die Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) umrahmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trennschalter, insbesondere einen Batterietrennschalter mit einem oder mehreren parallel geschalteten Leistungshalbleiter-Bauelementen, mit einem Trägerelement, auf welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente befestigt und mit welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente über erste Lastanschlüsse elektrisch verbunden sind, und mit einem Anschlusselement, welches mit dem Trägerelement isoliert verbunden ist und mit welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente über zweite Lastanschlüsse elektrisch verbunden sind.
  • Ein derartiger Trennschalter ist aus der Druckschrift DE 199 59 985 A1 bekannt. Die Druckschrift offenbart einen Trennschalter, insbesondere zum Schalten kurzzeitiger hoher Ströme im Kraftfahrzeug, dessen Einbau an beliebiger Stelle in einem Lastkreis möglich ist. Bei diesem Trennschalter wird die in dem oder den Leistungshalbleiter-Bauelementen entstehende Verlustwärme über das thermisch leitfähige Trägerelement an das am Trägerelement thermisch leitfähig befestigte Lastkabel geführt. Der elektronische Trennschalter kann somit in beliebiger Stelle im Lastkabel integriert werden. Eine Parallelschaltung mehrerer Leistungshalbleiter-Bauelemente erlaubt das Bewältigen hoher Schaltströme.
  • An dem Trägerelement des Trennschalters sind gehäuste Leistungshalbleiter-Bauelemente thermisch leitfähig angekoppelt. Um einen guten Wärmeübergang zwischen den Leistungshalbleiter- Bauelementen und dem Trägerelement zu gewährleisten, ist die Verbindung großflächig ausgeführt. So ist das Trägerelement massiv und aus einem Vierkant-Halbzeug hergestellt. Die massive Ausführung des Trägerelements bringt eine Wärmeaufnahmekapazität. Die elektrische Leitfähigkeit des Trägerelements erlaubt es, dieses Trägerelement zugleich als Anschluss zur Verbindung eines Leiters mit jeweils einem Lastanschluss der Leistungshalbleiter-Bauelemente zu verwenden. Das Anschlusselement wird bei einem Trennschalter gemäß der Druckschrift DE 199 59 985 A1 durch eine leitfähige Anschlussplatte, die an einer Seitenfläche des Trägerelements angebracht ist gebildet. Die Anschlussplatte ist weiter mit Lastanschlüssen der gehäusten Leistungshalbleiter-Bauelemente elektrisch verbunden.
  • Ein Nachteil des in der Druckschrift DE 199 59 985 A1 offenbarten Trennschalter ist, dass das Trägerelement aus einem Vierkant- Halbzeug hergestellt ist und die Leistungshalbleiter-Bauelemente auf einer der Seiten des Vierkant-Halbzeugs angebracht sind, während das Anschlusselement an einer zweiten Seite des Vierkant-Halbzeugs befestigt ist. Dadurch und insbesondere durch die voluminöse Ausführung des Trägerelementes erhält der Trennschalter insgesamt ebenfalls eine voluminöse Bauform. Dieses ist nachteilig für den Einbau aber auch für den Transport, da ein dem Bauvolumen des Trennschalters entsprechender Platz in einem Kraftfahrzeug oder aber eine entsprechend große Verpackung vorgehalten werden muss.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trennschalter vorzuschlagen, welcher ein geringeres Bauvolumen hat.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Anschlusselement zumindest eine Ausnehmung aufweist und dass die Leistungshalbleiter-Bauelemente in die Ausnehmung hineinragen, so dass das Anschlusselement die Leistungshalbleiter-Bauelemente umrahmt.
  • Durch die Anordnung der Leistungshalbleiter-Bauelemente innerhalb der Ausnehmung des Anschlusselementes, ist es möglich, die Leistungshalbleiter-Bauelemente und das Anschlusselement auf der gleichen Seite des Trägerelements einzuordnen. Vorteilhaft hat dabei das Anschlusselement eine Höhe, die so bemessen ist, dass der Rand der Ausnehmung die in der Ausnehmung angebrachten Leistungshalbleiter-Bauelemente geringfügig überragt. Somit ist es möglich, die Leistungshalbleiter-Bauelemente wirksam gegen mechanische Einwirkungen zu schützen. Ferner ist es dadurch möglich, die Leistungshalbleiter-Bauelemente innerhalb der Ausnehmung mittels einer Vergussmasse einzugießen. Bei einer geeigneten Ausführung kann die Ausnehmung U-förmig sein. In der Regel wird die Ausnehmung jedoch einen geschlossenen Rahmen haben. Ferner können in dem Anschlusselement mehrere Ausnehmungen vorgesehen sein, wobei jede dieser Ausnehmungen eine oder mehrere Leistungshalbleiter-Bauelemente einschließt. Die inneren Seitenflächen des Anschlusselementes, welche die Ausnehmung begrenzen, können ein umlaufendes Blech einfassen, welches an den Seitenflächen befestigt ist und welches in seiner Höhe das Anschlusselement überragt. So kann gewährleistet werden, dass selbst bei Anschlusselementen mit geringerer Höhe, welches deshalb die Leistungshalbleiter-Bauelemente nicht überragt, ein Vergießen der Leistungshalbleiter-Bauelemente möglich ist.
  • Vorzugsweise weist das Anschlusselement eine Unterseite auf, welche eine Kontur hat, welche der Kontur einer Oberseite des Trägerelements entspricht, wobei das Anschlusselement mit seiner Unterseite an der Oberseite des Trägerelements elektrisch isoliert und thermisch leitend möglichst großflächig aufliegt. So kann gewährleistet werden, dass ein optimaler Wärmetransport zwischen dem Trägerelement und dem Anschlusselement und umgekehrt erfolgen kann.
  • Gemäß der Erfindung kann der Trennschalter einen Schaltungsträger aufweisen, auf welchem vorzugsweise eine Schaltung vorgesehen ist, mit welcher die Leistungshalbleiter-Bauelemente angesteuert werden. Der Schaltungsträger kann dazu an dem Trägerelement angebracht sein. Vorzugsweise ist der Schaltungsträger in der Ausnehmung des Anschlusselements auf dem Trägerelement angebracht und der Schaltungsträger ragt so mit darauf angebrachten Bauelementen in die Ausnehmung hinein.
  • Um einen möglichst guten Transport der Verlustwärme von den Leistungshalbleiter-Bauelementen zur Umgebung zu gewährleisten, können die Leistungshalbleiter-Bauelemente ohne eigene Einhausung vorgesehen sein.
  • Der Trennschalter kann gemäß der Erfindung einen Kühlkörper aufweisen.
  • Ferner kann der Trennschalter Eingänge für Sensorsignale haben. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Sensorsignal handeln, welches die Temperatur der Batterie und/oder Größe des durch den Trennschalter fließenden Stromes entspricht. Die Sensorsignale werden vorzugsweise zu der auf dem Schaltungsträger vorgesehenen Schaltung zum Ansteuern der Leistungshalbleiter-Bauelemente geleitet. Bei dieser Schaltung kann es sich gemäß der Erfindung um eine integrierte Schaltung handeln.
  • Erfindungsgemäß kann das Trägerelement eine Drain-Stromschiene und das Anschlusselement eines Source-Stromschiene für die Leistungshalbleiter-Bauelemente bilden. Gemäß der Erfindung kann die Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Leistungshalbleiter-Bauelement über Dickdraht-Bondverbindungen geschaffen werden. Die Schaltung zum Ansteuern der Leistungshalbleiter-Bauelementen, welche auf dem Schaltungsträger angeordnet ist, ist vorteilhaft über Dünndraht-Bondverbindungen mit den anzusteuernden Leistungshalbleiter-Bauelementen verbunden. Die Verbindung zwischen der Drain der Leistungshalbleiter- Bauelemente und der Drain-Stromschiene erfolgt vorteilhaft mittels eines hochschmelzenden Lotes. Die Schaltung des Schaltungsträgers zum Ansteuern der Leistungshalbleiter-Bauelemente dient zum einen dem Ansteuern der Gates der Leistungshalbleiter-Bauelemente und zum anderen kann sie eine Schaltung zur integrierten Temperatur- und Stromüberwachung aufweisen. Der Verguss der Leistungshalbleiter-Bauelemente und des Schaltungsträgers innerhalb der Ausnehmung kann mit einem Silikongel wie Sil Gel 612 A/B erfolgen. Die Verbindung mit dem Trägerelement, dem Anschlusselement und/oder dem Schaltungsträger kann mittels einer thermisch leitenden, elektrisch isolierenden und dauerhaft temperaturbeständigen Verklebung erfolgen. Zusätzlich können das Anschlusselement und das Trägerelement mittels isolierender Schraubverbindungen aneinander befestigt sein.
  • Der Trennschalter weist drain-seitig zumindest einen Anschluss an eine Stromquelle und source-seitig zumindest einen geschalteten Anschluss zu Verbrauchern auf.
  • Der Kühlkörper kann gemäß der Erfindung ein Aluminiumstrangpressteil sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigt
  • Fig. 1 ein Trägerelement mit Leistungshalbleiter-Bauelementen und Schaltungsträgern,
  • Fig. 2 ein Anschlusselement und
  • Fig. 3 das Trägerelement gem. Fig. 1 mit Leistungshalbleiter- Bauelementen, Schaltungsträger und dem Anschlusselement gem. Fig. 2 im Zusammenbau im Schnitt.
  • Das Trägerelement gemäß Fig. 1 ist in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet. An einer der schmalen Seiten des Trägerelementes ist ein Ansatz angeformt, welcher einen Bolzen 12 trägt. Dieser Bolzen 12 dient zum Anschluss des Trennschalters an den positiven Pol einer Batterie über eine geeignete Leitung. Der KFZ-Technik wird ein derartiger Anschluss zum Pluspol mit der Ziffer 30 bezeichnet. Auf der Oberseite des Trägerelementes 3 ist eine Klebefolie 14 vorgesehen. Diese Klebefolie weist eine Ausnehmung auf. Innerhalb dieser Ausnehmung sind unmittelbar auf das aus Kupfer bestehenden Trägerelements 3 Leistungshalbleiter-Bauelemente 2 aufgelötet. Die Leistungshalbleiter-Bauelemente 2 sind dabei ohne eigenes Gehäuse also nackt. Die Leistungshalbleiter-Bauelemente 2 sind dabei entlang zweier gegenüberliegenden Ränder der Ausnehmung angeordnet. Dadurch ergibt sich zwischen dem Leistungshalbleiter-Bauelementen 2 ein Bereich, in welchem ein Schaltungsträger 8 auf dem Trägerelement 3 befestigt ist. Auf dem Schaltungsträger 8 ist eine nicht dargestellte Schaltung zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter- Bauelemente 2 vorgesehen. Ferner ist schematisch ein Anschlussbuchse 9 dargestellt, über welchen Steuersignale oder Sensorsignale an die Schaltung gegeben werden können. Ebenso können auf dem Schaltungsträger steckbare oder schaltbare Interrupts vorgesehen sein.
  • Der Schaltungsträger kann ferner einen abgewinkelten Stecker 10 aufweisen, über welchen geschaltete Stromausgänge zum Beispiel für Lichtfunktionen mit Batteriestrom versorgt werden können. Die Schaltung dieser Stromausgänge erfolgt über einen Nebentrennschalter, welcher unabhängig durch die von den Leistungshalbleiter-Bauelementen 2 gebildeten Haupttrennschalter geschaltet werden kann.
  • Die Leistungshalbleiter-Bauelemente sind mit ihren Drain unmittelbar auf das Trägerelement 3 aufgelötet. Das Trägerelement 3 bildet so die Drain-Stromschiene für die Leistungshalbleiter-Bauelemente 2. Über Dünndraht-Bondverbindungen sind Leistungshalbleiter- Bauelemente 2 mit dem Schaltungsträger 8 verbunden, wobei die Dünndraht-Bondverbindungen auf Seiten der Leistungshalbleiter- Bauelemente 2 an dem Gate der Leistungshalbleiter-Bauelemente 2 angeschlossen sind. Dadurch ist es also möglich, über das Gate die Funktion der Leistungshalbleiter-Bauelement 2 mittels der Schaltung des Schaltungsträgers anzusteuern.
  • Das in Fig. 2 dargestellte Anschlusselement 2 ist im wesentlichen ebenso plattenförmig ausgebildet, wie das Trägerelement 1. Im Unterschied zum Trägerelement 1 weist das Anschlusselement 5 nicht den Ansatz für den Anschluss 12 auf. Dagegen sind Anschlussbolzen 13 an den Anschlusselement 5 vorgesehen, welche die aus der KFZ- Technik bekannten geschalteten positiven Anschlüssen 30 a/b bilden. Das Trägerelement 5 weist ferner eine Ausnehmung auf, welcher der Ausnehmung in der Klebefolie 14 entspricht. Das Trägerelement 5, welches vorzugsweise aus Kupfer gefertigt ist, ist über Dickdraht- Bondverbindungen mit Anschlüssen 6 der Leistungshalbleiter- Bauelemente 2 verbunden, wie aus Fig. 3 entnehmbar. Zwischen dem Anschluss 12 und den Anschlüssen 13 wird also über die Drain- Stromschiene (Trägerelement 3), die Leistungshalbleiter-Bauelemente 2, die Dickdraht-Bondverbindungen von den Leistungshalbleiter- Bauelementen 2 zu der Source-Stromschiene (Anschlusselement 5) ein Stromkreis geschlossen, welcher über die Leistungshalbleiter- Bauelemente 2 in Abhängigkeit der an dem Gate-Anschluss der Leistungshalbleiter-Bauelemente 2 anliegenden Spannung geschaltet werden kann.
  • Durch die geschickte Anordnung der Leistungshalbleiter-Bauelemente 2 und auch des Schaltungsträgers 8 innerhalb einer Ausnehmung des Anschlusselements 5, d. h. innerhalb der Ausnehmung des Source- Stromschiene wird ein Trennschalter geschaffen, welcher eine kompakte Bauform hat.

Claims (11)

1. Trennschalter, insbesondere Batterietrennschalter (1)
mit einem oder mehreren parallel geschalteten Leistungshalbleiter-Bauelementen (2)
mit einem Trägerelement (3), aus einem elektrisch leitfähigem Material und auf welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) befestigt und mit welchem die Leistungshalbleiter- Bauelemente (2) über erste Lastanschlüsse (4) elektrisch verbunden sind, und
mit einem Anschlusselement (5), welches mit dem Trägerelement (3) isoliert verbunden ist und mit welchem die Leistungshalbleiter-Bauelemente (3) über zweite Lastanschlüsse (6) elektrisch verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anschlusselement (5) zumindest eine Ausnehmung (7) aufweist und
dass die Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) in die Ausnehmung (7) hineinragen und so dass das Anschlusselement (5) die Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) umrahmt.
2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (5) eine Unterseite aufweist, welche eine Kontur hat, welche der Kontur einer Oberseite des Trägerelements (3) entspricht, wobei das Anschlusselement (5) mit seiner Unterseite an der Oberseite des Trägerelementes (3) elektrisch isoliert und thermisch leitend aufliegt.
3. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (1) einen Schaltungsträger (8) aufweist.
4. Trennschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (8) an dem Trägerelement (3) angebracht ist.
5. Trennschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schaltungsträger (8) eine Schaltung zum Ansteuern der Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) angebracht ist.
6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (8) in der Ausnehmung (7) des Anschlusselement (5), auf dem Trägerelement (3) angebracht ist und der Schaltungsträger (8) mit darauf angebrachten Bauelementen (9) so in die Ausnehmung (7) hineinragt.
7. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) mit einem Gießharz vergossen ist.
8. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleiter-Bauelemente (2) keine eigene Einhausung aufweisen.
9. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (1) einen Kühlkörper (11) aufweist.
10. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter Eingänge für Sensorsignale aufweist.
11. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (3) eine Drain- Stromschiene und das Anschlusselement (5) eine Source- Stromschiene ist.
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