用於電動車輛逆變器的功率單元、逆變器和包括所述單元的電動車輛的製作方法

2023-07-23 19:39:51

用於電動車輛逆變器的功率單元、逆變器和包括所述單元的電動車輛的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種功率單元，其具有殼體（1），在殼體中容納有至少一個電子功率模塊（2），優選地為多個功率模塊（2），其定位在殼體（1）的平面上，所述或每個電子功率模塊（2）包括至少一個功率電子部件（16），且通過至少一個連接元件（5）連接至至少一個電子控制板（6）。功率單元特徵在於，其包括支撐所述至少一個電子控制板的至少一個構件（7，8），所述的電子控制板在板（6）的至少一個表面上面對功率模塊（2），所述的支撐構件基本平行於所述殼體的所述平面的梁（7，8）。
【專利說明】用於電動車輛逆變器的功率單元、逆變器和包括所述單元的電動車輛
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率單元，特別地用於逆變器，尤其是安裝在電動車輛的高電壓電池的端子處，其包括至少一個功率電子模塊，優選地為多個功率模塊，連接至至少一個電子控制板。
【背景技術】
[0002]意圖形成這樣的功率單元的一部分的功率模塊，特別地是「絕緣模製引線框」或ML模塊已經從現有技術和從本申請公司名下的法國專利0116153已知。電子控制板典型地是印刷電路板或PCB。電連接功率模塊和電子控制板使得可執行功率單元的功能。典型地，模塊和板容納在功率單元的殼體中。
[0003]典型地，功率模塊和電子控制板之間的電連接器通過本身已知的波動釺焊過程釺焊至板。但是，這是一種難以實施的過程。問題是，由功率模塊和電子控制板構成的組件必須被翻轉以與被稱為波的釺焊源相接觸。此外，由於焊劑到表面不良地附著，因而難以達到釺焊質量。現在，不良質量的釺焊降低電連接的壽命，這特別是在電動車輛開發背景下尤其致命。
[0004]諸如回流釺焊或超聲釺焊的其他釺焊方法也是已知的。在這些方法中，必須在釺焊過程期間保持電子板。
[0005]為此目的，功率單元可包括垂直柱，其從殼體的底部升起以支撐板。但是，板缺乏柱之間的剛性，且這具有減損板和功率電子模塊之間的電連接的良好質量釺焊的影響，尤其是在超聲波釺焊的情況下。
[0006]因此尋求允許電子控制板被牢固保持在位的功率單元。

【發明內容】

[0007]本發明提出一種功率單兀，其具有殼體，在殼體中容納有至少一個功率電子模塊，優選地為多個功率模塊，所述的或每個功率電子模塊包括至少一個功率電子部件，且通過至少一個連接元件連接至至少一個電子控制板，其特徵在於，所述的功率單元包括支撐所述至少一個電子控制板的至少一個構件，該電子控制板在板的至少一個跨度上面向功率模塊。例如，支撐構件是梁或平面。
[0008]至此，功率單元有一些不可靠。發明人已經意識到這是由功率模塊和電子控制板之間的不良電連接導致的，特別是由於將電連接元件釺焊至板的難度導致。支撐電子板的構件越過板的至少一個跨度支撐板。在本專利申請的背景下，一個跨度是指板的一個維度，諸如板的寬度、長度或對角線。由此，由於板沿其至少一個維度被支撐，板通過支撐構件牢固地保持在位。可將壓力施加到板，以將連接元件連接至電子控制板，而不導致可減損電連接質量的變形部。具體地，在釺焊期間，或當電連接元件被迫接合時，支撐構件允許板被牢固地保持。支撐構件保持面向功率模塊的板，尤其是在功率模塊之上的板。[0009]功率模塊包括接收高功率電信號的一個或多個功率電子部件。在本申請的背景下，功率電子部件是指部件本身或子部件的集合。電子部件能夠以例如在40至IOOkW之間的功率傳遞電信號。電子控制板包括接收低功率信號的部件。具體地，電子控制板控制功率模塊的電子器件。
[0010]優選地，連接元件超聲釺焊至控制板，並且由於該類型的釺焊可以高速執行而非
常有利。
[0011]根據本發明的一個優選實施例，連接該至少一個功率模塊和該至少一個電子控制板的連接元件由至少一個提供電連接的電連結線構成。
[0012]根據本發明的一個優選實施例，連接元件是電連接至功率模塊和至電子控制板的銷。例如，板的電連接部分地通過將銷用力插入到板中的開口中而執行。
[0013]根據本發明的一個優選實施例，功率模塊定位在殼體的平面上。支撐構件至少在平面中延伸，特別是在基本平行於上述殼體的平面中延伸。具體地，支撐構件是基本平行於殼體的所述平面的支撐梁。殼體的平面特別地是殼體的底部。
[0014]根據本發明的一個優選實施例，支撐構件緊固至功率單元的殼體。
[0015]具體地，支撐構件由殼體的一個或多個側向壁支撐。
[0016]根據本發明的一個優選實施例，電子控制板通過至少一個緊固件緊固至支撐構件，緊固件優選地為緊固螺釘。緊固件可以是允許電子控制板和支撐構件機械地固定至彼此的任何元件。
[0017]優選地,功率單元包括面向功率模塊的至少一個緊固件。具體地,功率單元包括面向功率模塊的兩個緊固件。在一個具體的例子中，連接元件在所述兩個緊固件之間連接板。
[0018]例如，兩個緊固螺釘被提供為面向每個模塊，並且用於釺焊一個模塊的電連結線的區域通過板的位於與所述模塊相關聯的兩個螺釘之間的梁之上的區域限定。
[0019]提供面向每個模塊的至少一個緊固件，並且特別是面向每個模塊的兩個緊固件，以此方式有利於連接元件電連接在其上的板的表面的優異剛性，連接元件電連接在該表面上。具體地，這在電連接元件超聲釺焊至電子控制板時保持了電子控制板的剛性。
[0020]根據本發明的一個優選實施例，支撐構件包括在支撐構件中延伸的剛性的第一材料。第一材料保持電子板牢固地保持。剛性的第一材料特別地是金屬。
[0021]在該實施例的可替代的形式中，電絕緣的第二材料覆蓋所述剛性第一材料的至少一部分。具體地，絕緣的第二材料至少位於第一材料和電控制板之間。具體地，絕緣的第二材料包覆第一材料。第二材料改善了電子控制板相對於支撐構件的電絕緣。具體地，電絕緣的第二材料是塑料。
[0022]具體地，第二材料包覆模製到支撐構件的第一材料上。
[0023]根據本發明的一個優選實施例，緊固件進入形成在支撐構件的第一材料中的孔，孔填充有電絕緣的第二材料。
[0024]根據本發明的一個優選實施例，當支撐構件受到I至2kg、特別是1.5kg的橫向負載或甚至基本正交方向上的應力，並且受到50至100kHz、特別是80kHz頻率的超聲波時，支撐構件的偏轉小於0.1_。由此，電連接元件可通過超聲釺焊連接至電子控制板。
[0025]本發明還涉及逆變器，特別用於電動車輛，包括根據本發明的功率單元。
[0026]本發明還涉及電動車輛，電動車輛包括根據本發明的功率單元，而功率單元連接至電動車輛的高電壓電池，使得電池可由電源出口再充電。
[0027]本發明還涉及一種功率單元，其具有殼體，在殼體中容納有至少一個功率電子模塊，優選地為多個功率模塊，其定位在殼體的平面上，所述或每個功率電子模塊包括至少一個功率電子部件，且通過至少一個連接元件連接至至少一個電子控制板，其特徵在於，所述的功率單元包括支撐所述至少一個電子控制板的至少一個構件，所述的電子控制板在板的至少一個跨度上面向功率模塊，支撐構件為基本上平行於所述殼體的所述平面的梁。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]本發明的一些實施例現通過參考附圖以示例方式而被描述，在附圖中:
[0029]圖1是根據本發明一個實施例的功率單元的自上方觀察的分解透視圖，電子控制板在沒有緊固到支撐構件的狀態中描繪出；
[0030]圖2是圖1的AA截面視圖；電子板緊固至支撐構件並且連接至功率模塊；
[0031]圖3是根據本發明一個實施例的功率單元的截面圖，其中，功率模塊沒有描繪出；
[0032]圖4是根據本發明的一個實施例的功率單元的一部分的另一截面圖；
[0033]圖5是包括具有根據本發明的一個實施例的功率單元的逆變器的電動車輛的方塊圖；以及
[0034]圖6是根據本發明的一個實施例的功率單元的模塊的透視圖。
【具體實施方式】
[0035]圖1至4描繪了根據本發明的包括基本上平行六面體形狀的殼體I的功率單元的例子。
[0036]殼體I容納一個或多個功率模塊2。在圖1所示的例子中，殼體I容納布置成三個模塊構成的兩排的六個功率電子模塊2。電子控制板6面向模塊2延伸。
[0037]電子控制板6面向模塊2延伸，並通過電連接元件(諸如電連結線5)連接至模塊(圖2)。電子控制板例如是布置在功率模塊2上方的PCB或印刷電路板。
[0038]電子控制板6由兩個在殼體I的任一側延伸的支撐梁7、8支撐。梁7、8具有形狀為正方形的橫截面，並且橫截面還可具有其他形狀。支撐構件(在該情況下為支撐梁7、8)通過諸如螺釘9的緊固件緊固至殼體I的鑄件。
[0039]支撐梁7、8包括在支撐梁7、8中延伸的剛性第一材料18。剛性第一材料例如是金屬，諸如鋼或鋁。例如，支撐梁7由第一材料18構成，如圖2所示。支撐梁8可進一步地包括電絕緣的第二材料19。絕緣的第二材料19覆蓋第一材料18的至少一部分，由此改善電子控制板6相對於支撐梁8的電絕緣。例如，第二材料19是包覆模製到第一材料18上的塑料。
[0040]電子控制板6可通過一系列緊固螺釘11緊固至每個梁。優選地，每個緊固螺釘11進入形成在支撐梁7、8中的相應的孔13。特別地，如圖2所示，每個螺釘11可進入形成在第一材料18中的孔13。孔13可還填充有電絕緣的第二材料19，如圖3所示。以此方式，改善了電子控制板6的電絕緣。
[0041]優選地，存在兩個緊固螺釘11，在它們之間在每個模塊2上方界定支撐梁7、8的區域和板6的相應區域(如圖2和4所示)。提供用於將卡6和每個模塊2電連接在一起的連接元件5連接至板6的該區域。連接元件例如是超聲地釺焊至板6的電連結線5，如在圖2和4中所示。
[0042]具體地，在每個模塊2上方的兩個相應螺釘11可以相距在梁7、8所延伸的方向上大體對應於每個模塊2的尺寸的距離。例如，緊固螺釘11被模塊2的寬度間隔開。由此通過基本上布置為相距對應於每個模塊2的寬度方向尺寸的距離的這兩個緊固螺釘11，給予了板6的相應區域在兩個螺釘11之間的一定程度的剛度，其具體地適於允許線5被超聲釺焊，而同時允許在板的該區域中的多個電連接部。由此，多個電連結線5通過超聲釺焊以可靠的方式緊固至電子控制板6，具體地在與給定模塊2相關聯的兩個螺釘11之間界定的區域中。
[0043]圖6描繪了模塊2的一個例子。該模塊2可特別是IML模塊，如本 申請人:公司名下的法國專利0116153所述。
[0044]例如，模塊2包括鑄件3，在鑄件3中容納有例如由銅製成的導電帶12，在導電帶上安裝有功率電子部件16 (圖4)。
[0045]部件16可安裝到導電帶12上，特別銅焊或釺焊至其上。部件16可例如是諸如二極體的雙極部件，諸如MOS或IGBT類型電晶體的三極部件，或諸如ASIC或類似類型的集成電路的更複雜的部件。
[0046]優選地，模塊2包括允許模塊2的部件16電連接至控制信號的連接器4，特別地連接至電子控制板6。
[0047]例如，連接器是連接柱4，連接柱4從鑄件3的上部面突出且包括例如用於連接至電子控制板6的連接點14。
[0048]優選地，導電帶12在模塊2的任一側突出，用於連接至功率網絡和/或連接至其他模塊。導電帶12通過絕緣的介電材料15彼此分開。
[0049]例如，鑄件3內的內部空間被填充有膠，諸如矽樹脂，以保護功率部件16。可以設想其他類似材料代替膠，例如環氧類型的樹脂。
[0050]如在圖5中描繪的，功率電子單元21可與兩個濾波單元60、70形成逆變器20的一部分，逆變器20意圖定位在電動車輛的高電壓電池50和用於為電池50再充電的電源功率出口 80之間。
[0051]具體地，功率單元21可具有30cm的長度和25cm的寬度，且每個模塊2具有IOcm的長度和覽度。
【權利要求】
1.一種功率單兀,其具有殼體(I),在所述殼體中容納有至少一個功率電子模塊(2),優選地為多個功率模塊(2)，其定位在所述殼體(I)的平面上，所述或每個功率電子模塊(2)包括至少一個功率電子部件(16)，且通過至少一個連接元件(5)連接至至少一個電子控制板(6)，其特徵在於，所述的功率單元包括支撐所述至少一個電子控制板的至少一個構件(7，8)，所述的電子控制板在所述板(6)的至少一個跨度上面向所述功率模塊(2)，所述支撐構件是基本上平行於所述殼體的所述平面的梁(7，8)。
2.如權利要求1所述的功率單元，其特徵在於，所述連接元件(5)超聲地釺焊至所述控制板(6)。
3.如權利要求1或2所述的功率單元，其特徵在於，連接所述至少一個功率模塊(2)和所述至少一個電子控制板(6)的所述連接元件(5)由至少一個電連結線構成。
4.如前述權利要求中的任一項所述的功率單元，其特徵在於，所述的支撐構件(7，8)緊固至所述功率單元的殼體(I)。
5.如權利要求4所述的功率單元，其特徵在於，所述構件(7，8)由所述殼體(I)的一個或多個側向壁支撐。
6.如前述權利要求中的任一項所述的功率單元，其特徵在於，所述的電子控制板(6)通過至少一個緊固件(11)緊固至所述支撐構件(7，8)，所述緊固件優選地為緊固螺釘。
7.如權利要求6所述的功率單元，其特徵在於，所述的功率單元包括面向所述功率模塊(2)的兩個緊固件(11)。
8.如權利要求7所述的功率單元，其特徵在於，所述的連接元件(5)在所述兩個緊固件(11)之間連接所述板(6)。
9.如前述權利要求中的任一項所述的功率單元，其特徵在於，所述支撐構件(7，8)包括在所述支撐構件中延伸剛性第一材料(8 )。
10.如權利要求9所述的功率單元，其特徵在於，電絕緣的第二材料(19)覆蓋所述剛性第一材料(18)的至少一部分。
11.如權利要求10所述的功率單元，其特徵在於，所述第二材料(19)包覆模製到所述第一材料(18)上。
12.如權利要求10或11所述的功率單元，其特徵在於，所述緊固件(11)進入形成在所述支撐構件(8)的第一材料(18)中的孔(13)，所述孔(13)填充有所述電絕緣的第二材料(19)。
13.如前述權利要求中的任一項所述的功率單元，其特徵在於，當所述支撐構件受到I至2kg的橫向負載且受到50至IOOkHz的超聲波時,所述支撐構件(7,8)的撓曲小於0.1mm。
14.一種逆變器(20)，特別地用於電動車輛，包括如前述權利要求中的任一項所述的功率單元。
15.—種電動車輛,包括如權利要求1至13的一項所述的功率單元(21),所述的功率單元連接至電動車輛的高電壓電池(50 )，使得電池可由電源出口( 80 )再充電。
【文檔編號】H05K7/02GK103875317SQ201280050673
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年7月25日 優先權日:2011年8月19日
【發明者】G.特拉梅特, R.德尼奧特, B.莫利爾, F.赫勞爾特 申請人:法雷奧電機控制系統公司