WO2020151966A1

WO2020151966A1 - Elektronikmodul sowie antrieb

Info

Publication number: WO2020151966A1
Application number: PCT/EP2020/050619
Authority: WO
Inventors: Torsten Franke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2021-07-22
Also published as: CN113169625A; CN113169625B; US12021419B2; DE102019101499A1; US20210408874A1

Abstract

Elektronikmodul (1), umfassend ein erstes Tragelement (10) und ein zweites Tragelement (20) sowie eine Vielzahl von Bauelementen (40), welche auf dem ersten Tragelement (10) und dem zweiten Tragelement (20) angeordnet sind, wobei das erste Tragelement (10) und das zweite Tragelement (20) elektrisch leitend verbunden sind, und wobei das zweite Tragelement (20) einen Zwischenraum formt, in welchem das erste Tragelement (10) angeordnet oder positioniert ist.

Description

Elektronikmodul sowie Antrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, insbesondere eine leistungs elektronische Schaltung, sowie einen Antrieb oder ein Antriebsmodul.

Schaltungsträger, insbesondere leistungselektronische Schaltungsträger, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Sie umfassen Platinen bzw. Leiter platten in den verschiedensten Ausführungen. Die EP 2 327 121 B1 zeigt beispiels weise in diesem Zusammenhang eine Aufnahmeeinheit für einen Schaltungsträger mit einem leistungselektronischen Schaltungsträger sowie einer Regelungs- oder Treiberplatine. Derartige Schaltungsträger werden beispielsweise bei elektronischen Steuerungen im Kraftfahrzeugbereich, wie beispielsweise für Hybridantriebe, ver wendet. Dabei zeichnet sich der vorgenannte Schaltungsträger dadurch aus, dass dieser mehrere Platinen umfasst, auf welchen die entsprechenden Bauelemente an geordnet sind. Neben vielen Vorteilen, die diese Anordnung bietet, besteht dabei al lerdings die Herausforderung, die verschiedenen Platinen miteinander elektrisch zu verbinden. In der Regel sind hierzu wieder gesonderte Stecker, Kontakte und der gleichen notwendig. Dies verteuert und verkompliziert den Aufbau.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektronikmodul sowie ei nen Antrieb anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und be kannte Elektronikmodule, insbesondere Schaltungsträger, weiter optimieren.

Diese Aufgabe wird durch ein Elektronikmodul gemäß Anspruch 1 sowie durch ei nen Antrieb gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figu ren.

Erfindungsgemäß umfasst ein Elektronikmodul, insbesondere ein Schaltungsträger, z. B. für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ein erstes Tragelement und ein zweites Tragelement sowie eine Vielzahl von Bauelementen, welche auf dem ersten Tra gelement und dem zweiten Tragelement angeordnet sind, wobei das erste Trage le- ment und das zweite Tragelement elektrisch leitend verbunden sind, und wobei das zweite Tragelement einen Zwischenraum formt, in welchem das erste Tragelement angeordnet oder positioniert ist. Bei den Tragelementen handelt es sich insbeson dere um Träger für elektronische oder elektrische Bauelemente/Bauteile, insbeson dere um Leiterplatten bzw. Platinen. Mit Vorteil ist dabei das zweite Tragelement derart gestaltet bzw. geformt, dass es den Zwischenraum bzw. einen Anordnungs raum bildet oder formt, in welchem, zumindest bereichsweise oder teilweise, das erste Tragelement angeordnet oder positioniert ist. Mit anderen Worten umschließt das zweite Tragelement das erste Tragelement zumindest bereichsweise. Dadurch dass das zweite Tragelement das erste Tragelement umschließt bzw. das zweite Tragelement um das erste Tragelement zumindest bereichsweise oder auch voll ständig herum angeordnet ist, kann ein Elektronikmodul mit einer extrem kompakten Bauweise realisiert werden, welches nur sehr wenig Bauteile benötigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Tragelement zumindest bereichsweise formbar oder zumindest bereichsweise flexibel ausgebildet und der art geformt, dass der Zwischenraum gebildet ist. Insbesondere ist das zweite Tra gelement eine flexible, insbesondere bevorzugt eine teilflexible, Leiterplatte. Dies er möglicht insbesondere, dass die vorgenannte elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten Tragelement und dem zweiten Tragelement beim Formen oder Klappen bzw. Falten des zweiten Tragelements hergestellt wird. Die vorgenannte Flexibilität kann dauerhaft oder zeitlich begrenzt ausgebildet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Tragelement eine U-Form auf. Zweckmäßigerweise weist das zweite Tragelement z. B. zwei flexible Bereiche auf, wodurch das zweite Tragelement in die U-Form gebracht werden kann, insbe sondere durch einen entsprechenden Klapp- oder Faltvorgang entlang der flexiblen Bereiche. Zweckmäßigerweise wird dabei implizit die elektrische Kontaktierung zum ersten Tragelement hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind als Mittel zum Herstellen der elektrischen Kontaktierung Kontaktstifte vorgesehen, wie z. B. Pressfit- Kontaktstifte. Die elektrische Kontaktierung erfolgt mit Vorteil form- und kraftschlüssig.

Alternativ ist das zweite Tragelement als solches bereits derart hergestellt, dass es den Zwischenraum bzw. den Anordnungsraum formt. Das erste Tragelement wird dann beispielsweise entsprechend in den Zwischenraum oder Anordnungsraum ein geschoben. Je nach Lage der elektrischen Kontaktierung, insbesondere der Kon taktstifte, kann auch hierbei implizit eine elektrische Kontaktierung erreicht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das zweite Tragelement zwei parallel zueinander beabstandete Hauptsegmente sowie ein Verbindungssegment, welches die Hauptsegmente verbindet, und wobei zwischen den Hauptsegmenten das erste Tragelement angeordnet oder positioniert ist. Die zwei zueinander beab- standeten Hauptsegmente sowie das Verbindungssegment formen mit Vorteil die vorgenannte U-Form. Das Verbindungssegment steht dabei senkrecht oder im We sentlichen senkrecht zu den Hauptsegmenten und damit auch senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zum ersten Tragelement. Insbesondere ist das Verbin dungssegment stirnseitig zum ersten Tragelement angeordnet.

Zweckmäßigerweise sind die Hauptsegmente und/oder das Verbindungssegment elektrisch mit dem ersten Tragelement verbunden. Mit Vorteil sind das Hauptseg ment und das Verbindungssegment elektrisch mit dem Tragelement verbunden. Zweckmäßigerweise sind sowohl zwischen dem oder den Hauptsegment(en) und dem ersten Tragelement als auch zwischen dem Verbindungssegment und dem ersten Tragelement elektrische Kontaktelemente, wie z. B. Kontaktstifte, angeordnet bzw. vorgesehen. Zweckmäßigerweise wird das zweite Tragelement also vollständig als Schaltungsträger genutzt, insbesondere auch an der Stirnseite, vgl. das Verbin dungssegment. Die vorgenannten Kontaktelemente sind entsprechend sowohl stirn seitig am ersten Tragelement als auch senkrecht dazu angeordnet. Sämtliche Ver bindungen zwischen den Bauelementen, welche auf dem zweiten Tragelement an geordnet sind, sind direkt auf dem zweiten Tragelement angeordnet, sodass keine weiteren Stecker oder dergleichen notwendig sind. Es versteht sich, dass sämtliche Leitungen, Leiterbahnen, Kontakte etc. auch über die vorgenannten flexiblen Berei che hinweg ausgebildet sind.

Mit Vorteil umfasst das zweite Tragelement eine Vielzahl von Segmenten, beispiels weise auch mehr als drei, beispielsweise 4, welche derart zueinander orientiert sind, dass der bzw. ein Zwischenraum/Anordnungsraum für das erste Tragelement gebil det oder geformt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Tragelement eine Kühleinrichtung, wobei zu kühlende Bauelemente bevorzugt auf dem ersten Tra gelement angeordnet sind. Mit Vorteil kann dadurch eine sehr effektive Kühlung, insbesondere derjenigen Bauelemente, erreicht werden, welche tatsächlich eine Kühlung benötigen. Kühlfläche wird so sozusagen nicht„verschenkt“. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Tragelement leis tungselektronische Bauelemente, wobei das zweite Tragelement Logik- und/oder Regelungsbauelemente umfasst. Derartige Logik- und/oder Regelungsbauelemente benötigen keine Kühlung. In der Folge ermöglicht diese Konfiguration nicht nur eine sehr kompakte Bauweise, sondern auch eine effektive Kühlung der relevanten Bau teile.

Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Tragelement steifer als das zweite Tra gelement ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste Trage le- ment eine zusätzliche Versteifung, beispielsweise eine geeignete Platte, wobei die Platte z. B. ober- und unterseitig die Bauelemente, insbesondere die zu kühlenden Bauelemente, umfasst und zweckmäßigerweise eine Kühleinrichtung aufweist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass auch auf dem zweiten Tragelement die Bauelemente ein- und/oder beidseitig angeordnet sein können.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Elektronikmodul eine Tragstruktur, wel che ausgelegt ist, eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Tragelement und dem zweiten Tragelement bereitzustellen. In einer besonders vorteilhaften Aus führung ist die Tragstruktur z. B. fest mit dem ersten Tragelement verbunden.

Grundsätzlich gilt, dass die Trag Struktur fest mit dem ersten Tragelement und/oder dem zweiten Tragelement verbunden sein kann.

Zweckmäßigerweise weist die Tragstruktur Befestigungsmittel auf, welche eine form- und/oder kraftschlüssige, bevorzugt auch lösbare, Anordnung und Befestigung des zweiten und/oder des ersten Tragelements ermöglichen. Mit Vorteil umfasst die Tragstruktur Verrastungen für eine Press-in bzw. Snap-in Montage des jeweils an deren Tragelements, besonders bevorzugt insbesondere des zweiten Tragelements.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Tragstruktur ausgelegt, einen Rahmen für ein elektrisch isolierendes Vergussmaterial, bevorzugt über den zu kühlenden Bauele menten, zu bilden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Tragstruktur aus Kunst stoff.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Tragele ment Mittel zur elektrischen Kontaktierung. Diese sind insbesondere zur elektri- sehen und insbesondere zur form- und kraftschlüssigen Kontaktierung eines ande ren Bauteils vorgesehen. Bevorzugt ist zur Verbindung ein Steck-Druck-Kontakt vor gesehen. Hierbei ist besonders von Vorteil, dass das erste Tragelement steifer aus gebildet ist als das zweite Tragelement. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zur elektrischen Kontaktierung Leiterbahnen, einen positiven und einen negativen elektrischen Anschlusspol, Phasenanschlüsse etc. Auch das zweite Tragelement kann Mittel zur elektrischen Kontaktierung oder Signalübertra gung umfassen.

Mit Vorteil umfasst das erste Tragelement zumindest ein Anschlusselement zum Zu führen und/oder Abführen eines Kühlmittels bzw. einer Kühlflüssigkeit.

Das erfindungsgemäße Elektronikmodul ermöglicht bessere Gestaltungsmöglichkei ten für das Design der Logikschaltung. Verbindungselemente wie Kabelbaum und Stecker zwischen einzelnen Tragelementen bzw. Schaltungsträgern entfallen, da das zweite Tragelement eine Einheit bildet. Die Fertigung des leistungselektroni schen Teils bzw. der leistungselektronischen Schaltung, vgl. das erste Tragelement, wird vereinfacht. Das stirnseitige Segment bzw. das Verbindungssegment des zwei ten Tragelements übernimmt die Verbindungsfunktion zwischen den beiden paralle len (Haupt-)Segmenten. Für die Logikschaltung steht das gesamte zweite Tragele ment zur Verfügung, auch das stirnseitige Verbindungssegment.

Die Erfindung richtet sich auch auf einen Antrieb bzw. ein Antriebsmodul, beispiels weise einen Hybrid- oder Elektroantrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Traktionsmotor sowie zumindest ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul, insbeson dere als Steuermodul für den Traktionsmotor. Insbesondere ist der Traktionsmotor eine elektrische Maschine, beispielsweise eines Hybridfahrzeugs oder eines voll elektrischen Fahrzeugs.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass das Elektronikmodul hinsichtlich der Verwendung nicht auf Antriebe, insbesondere elektrische Antriebe, begrenzt ist, sondern vielsei tig und auch nicht nur im Kraftfahrzeugbereich einsetzbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Traktionsmotor eine elektrische Maschine, wobei das erste Tragelement form- und/oder kraftschlüssig mit einem An schlussfeld oder Phasenanschluss der elektrischen Maschine verbunden ist. Zweck- mäßigerweise ist ein Steck- Druck- Kontakt zur elektrischen Verbindung des An schlussfelds mit dem ersten Tragelement vorgesehen. Gemäß einer Ausführungs form umfasst der Antrieb auch mehrere Elektronikmodule. Insbesondere kann der Traktionsmotor mit mehreren ersten Tragelementen verbunden sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das Elektronikmodul Teil eines integrierten elektrischen An triebs mit einem Stator.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Elektronikmoduls sowie dessen Anordnung an einem Stator mit Bezug auf die beigefügten Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 : eine Ausführungsform eines Elektronikmoduls in einer schematischen

Darstellung;

Fig. 2: einen Stator, umfassend zwei Ausführungsformen von Elektronikmo dulen zur Steuerung.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Elektronikmodul 1 , umfassend ein erstes Tragelement 10 sowie ein zweites Tragelement 20. Das zweite Tragele ment 20 ist um das erste Tragelement 10 herum angeordnet. Hierzu weist das zweite Tragelement 20 zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Hauptsegmente 22 auf, welche über ein Verbindungssegment 24, welches sozusa gen stirnseitig zum ersten Tragelement 10 angeordnet ist, verbunden ist. Das Ver bindungssegment 24 ist über flexible Bereiche 16 mit den jeweiligen Hauptsegmen ten 22 verbunden. Das erste Tragelement 10 ist mittels schematisch dargestellten Kontaktelementen, insbesondere Kontaktstiften 50, mit dem zweiten Tragelement 20 verbunden, wobei diese sowohl senkrecht zum ersten Tragelement 10 stehen also auch parallel (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen). Mit Vorteil wird die ganze Fläche des zweiten Tragele ments 20„genutzt“. Als schwarze Flächen sind Bauelemente 40 schematisch darge stellt, welche sowohl auf dem ersten Tragelement 10 als auch auf dem zweiten Tra gelement 20, vorliegend insbesondere beidseitig, angeordnet sind. Mit Vorteil sind auf dem ersten Tragelement 10 insbesondere (die) zu kühlenden Bauelemente 42 angeordnet. Bevorzugt sind dort also die leistungselektronischen Bauelemente an- geordnet, welche einer Kühlung bedürfen. Das erste Tragelement 10 weist mit Vor teil eine Kühleinrichtung auf, welche vorliegend allerdings nicht dargestellt ist. Ledig lich Anschlüsse für Kühlmittel sind in der Figur 2 schematisch angedeutet. Die Bau elemente 40, welche auf dem zweiten Tragelement 20 angeordnet sind, sind insbe- sondere Logik- und/oder Regelungsbauelemente, welche keine Kühlung benötigen. In der hier gezeigten Ausführungsform weist das zweite Tragelement 20 insbeson dere eine U-Form auf oder formt eine solche. In dem dadurch geformten Zwischen raum oder Anordnungsraum 26 ist das erste Tragelement 10 zweckmäßigerweise angeordnet, wodurch eine sehr kompakte Bauweise erreicht wird, welche die Zahl benötigter Stecker und dergleichen auf ein Minimum reduziert. Mit dem Bezugszei chen 14 ist noch angedeutet, dass Leiterbahnkontakte auf dem ersten Tragelement 10 vorgesehen sein können, welche der elektrischen Kontaktierung des ersten Tra gelements 10 dienen, vgl. diesbezüglich insbesondere auch die Fig. 2. Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht zumindest einen Teil eines Antriebs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator 70. Der Stator 70 umfasst ein Anschlussfeld 72 sowie Phasenanschlüsse 74, wobei diese entsprechend mit zwei Elektronikmodulen 1 verbunden sind, wobei hierzu Steck-Druck-Kontakte 60 vorgesehen sind. Zur Kühlung der Elektronikmodule 1 umfassen diese mit Vorteil Anschlüsse für Kühlmittel 76. Insbesondere das rechte Elektronikmodul 1 ist noch über einen Signalkontakt 64 mit einem Steueranschluss 62 verbunden. Beide Elekt ronikmodule 1 umfassen Schutzelemente 2, welche insbesondere das zweite Tra gelement, vgl. diesbezüglich auch die Fig. 1 , umhüllen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine geeignete Vergussmasse.

Bezugszeichenliste

1 Elektronikmodul

2 Schutzelement

10 erstes Tragelement

12 Zwischenraum

14 Leiterbahnkontakte

16 flexibler Bereich

20 zweites T ragelement

22 Hauptsegment

24 Verbindungssegment

26 Zwischenraum, Anordnungsraum 40 Bauelement(e)

42 zu kühlende Bauelemente

50 Kontaktstift

60 Steck- Druck- Kontakt

62 Steueranschluss

64 Signalkontakt

70 Stator

72 Anschlussfeld

74 Phasenanschlüsse

76 Anschluss Kühlmittel

Claims

Ansprüche

1. Elektronikmodul (1),

umfassend ein erstes Tragelement (10) und ein zweites Tragelement (20) so wie eine Vielzahl von Bauelementen (40), welche auf dem ersten Tragelement (10) und dem zweiten Tragelement (20) angeordnet sind,

wobei das erste Tragelement (10) und das zweite Tragelement (20) elektrisch leitend verbunden sind, und

wobei das zweite Tragelement (20) einen Zwischenraum (26) formt, in wel chem das erste Tragelement (10) angeordnet oder positioniert ist.

2. Elektronikmodul (1) nach Anspruch 1 ,

wobei das zweite Tragelement (20) zumindest bereichsweise formbar oder zu mindest bereichsweise flexibel ausgebildet und derart geformt ist, dass der Zwischenraum (26) gebildet ist.

3. Elektronikmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei das zweite Tragelement (20) eine U-Form aufweist.

4. Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das zweite Tragelement (20) zwei parallel zueinander beabstandete Hauptsegmente (22) sowie ein Verbindungssegment (24) umfasst, welches die Hauptsegmente (22) verbindet, und

wobei zwischen den Hauptsegmenten (22) das erste Tragelement (10) ange ordnet oder positioniert ist.

5. Elektronikmodul (1) nach Anspruch 4,

wobei die Hauptsegmente (22) und/oder das Verbindungssegment (24) elektrisch mit dem ersten Tragelement (10) verbunden sind.

6. Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das erste Tragelement (10) eine Kühleinrichtung umfasst, und wobei zu kühlende Bauelemente (42) auf dem ersten Tragelement (10) ange ordnet sind.

7. Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das erste Tragelement (10) leistungselektronische Bauelemente (42) umfasst, und

wobei das zweite Tragelement (20) Logik- und/oder Regelungs-Bauelemente (40) umfasst.

8. Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das erste Tragelement (10) steifer als das zweite Tragelement (20) aus gebildet ist.

9. Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

umfassend eine Tragstruktur, welche ausgelegt ist, eine mechanische Verbin dung zwischen dem ersten Tragelement (10) und dem zweiten Tragelement (20) bereitzustellen.

10. Elektronikmodul (1) nach Anspruch 9,

wobei die Tragstruktur fest mit dem ersten Tragelement (10) oder dem zwei ten Tragelement (20) verbunden ist.

11. Elektronikmodul (1) nach einem der Ansprüche 9-10,

wobei die Tragstruktur Befestigungsmittel aufweist, welche eine form- und/o der kraftschlüssige Anordnung und Befestigung des zweiten und/oder des ers ten Tragelements (10; 20) ermöglichen.

12. Elektronikmodul (1) nach einem der Ansprüche 9-11 ,

wobei die Tragstruktur ausgelegt ist, einen Rahmen für ein elektrisch isolieren des Vergussmaterial über den, insbesondere zu kühlenden, Bauelementen (40) zu bilden.

13. Elektronikmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das erste Tragelement (10) Mittel zur elektrischen Kontaktierung auf weist.

14. Antrieb, umfassend einen Traktionsmotor sowie zumindest ein Elektronikmo dul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Steuermodul für den Traktionsmotor.

15. Antrieb nach Anspruch 14,

wobei der Traktionsmotor eine elektrische Maschine ist, und

wobei das erste Tragelement (10) form- und kraftschlüssig mit einem An schlussfeld (72) oder Phasenanschluss (74) der elektrischen Maschine ver bunden ist.