用于电动车辆逆变器的功率单元、逆变器和包括所述单元的电动车辆的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种功率单元，其具有壳体（1），在壳体中容纳有至少一个电子功率模块（2），优选地为多个功率模块（2），其定位在壳体（1）的平面上，所述或每个电子功率模块（2）包括至少一个功率电子部件（16），且通过至少一个连接元件（5）连接至至少一个电子控制板（6）。功率单元特征在于，其包括支撑所述至少一个电子控制板的至少一个构件（7，8），所述的电子控制板在板（6）的至少一个表面上面对功率模块（2），所述的支撑构件基本平行于所述壳体的所述平面的梁（7，8）。
【专利说明】用于电动车辆逆变器的功率单元、逆变器和包括所述单元的电动车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率单元，特别地用于逆变器，尤其是安装在电动车辆的高电压电池的端子处，其包括至少一个功率电子模块，优选地为多个功率模块，连接至至少一个电子控制板。
【背景技术】
[0002]意图形成这样的功率单元的一部分的功率模块，特别地是“绝缘模制引线框”或ML模块已经从现有技术和从本申请公司名下的法国专利0116153已知。电子控制板典型地是印刷电路板或PCB。电连接功率模块和电子控制板使得可执行功率单元的功能。典型地，模块和板容纳在功率单元的壳体中。
[0003]典型地，功率模块和电子控制板之间的电连接器通过本身已知的波动钎焊过程钎焊至板。但是，这是一种难以实施的过程。问题是，由功率模块和电子控制板构成的组件必须被翻转以与被称为波的钎焊源相接触。此外，由于焊剂到表面不良地附着，因而难以达到钎焊质量。现在，不良质量的钎焊降低电连接的寿命，这特别是在电动车辆开发背景下尤其致命。
[0004]诸如回流钎焊或超声钎焊的其他钎焊方法也是已知的。在这些方法中，必须在钎焊过程期间保持电子板。
[0005]为此目的，功率单元可包括垂直柱，其从壳体的底部升起以支撑板。但是，板缺乏柱之间的刚性，且这具有减损板和功率电子模块之间的电连接的良好质量钎焊的影响，尤其是在超声波钎焊的情况下。
[0006]因此寻求允许电子控制板被牢固保持在位的功率单元。
【发明内容】
[0007]本发明提出一种功率单兀，其具有壳体，在壳体中容纳有至少一个功率电子模块，优选地为多个功率模块，所述的或每个功率电子模块包括至少一个功率电子部件，且通过至少一个连接元件连接至至少一个电子控制板，其特征在于，所述的功率单元包括支撑所述至少一个电子控制板的至少一个构件，该电子控制板在板的至少一个跨度上面向功率模块。例如，支撑构件是梁或平面。
[0008]至此，功率单元有一些不可靠。发明人已经意识到这是由功率模块和电子控制板之间的不良电连接导致的，特别是由于将电连接元件钎焊至板的难度导致。支撑电子板的构件越过板的至少一个跨度支撑板。在本专利申请的背景下，一个跨度是指板的一个维度，诸如板的宽度、长度或对角线。由此，由于板沿其至少一个维度被支撑，板通过支撑构件牢固地保持在位。可将压力施加到板，以将连接元件连接至电子控制板，而不导致可减损电连接质量的变形部。具体地，在钎焊期间，或当电连接元件被迫接合时，支撑构件允许板被牢固地保持。支撑构件保持面向功率模块的板，尤其是在功率模块之上的板。[0009]功率模块包括接收高功率电信号的一个或多个功率电子部件。在本申请的背景下，功率电子部件是指部件本身或子部件的集合。电子部件能够以例如在40至IOOkW之间的功率传递电信号。电子控制板包括接收低功率信号的部件。具体地，电子控制板控制功率模块的电子器件。
[0010]优选地，连接元件超声钎焊至控制板，并且由于该类型的钎焊可以高速执行而非
常有利。
[0011]根据本发明的一个优选实施例，连接该至少一个功率模块和该至少一个电子控制板的连接元件由至少一个提供电连接的电连结线构成。
[0012]根据本发明的一个优选实施例，连接元件是电连接至功率模块和至电子控制板的销。例如，板的电连接部分地通过将销用力插入到板中的开口中而执行。
[0013]根据本发明的一个优选实施例，功率模块定位在壳体的平面上。支撑构件至少在平面中延伸，特别是在基本平行于上述壳体的平面中延伸。具体地，支撑构件是基本平行于壳体的所述平面的支撑梁。壳体的平面特别地是壳体的底部。
[0014]根据本发明的一个优选实施例，支撑构件紧固至功率单元的壳体。
[0015]具体地，支撑构件由壳体的一个或多个侧向壁支撑。
[0016]根据本发明的一个优选实施例，电子控制板通过至少一个紧固件紧固至支撑构件，紧固件优选地为紧固螺钉。紧固件可以是允许电子控制板和支撑构件机械地固定至彼此的任何元件。
[0017]优选地,功率单元包括面向功率模块的至少一个紧固件。具体地,功率单元包括面向功率模块的两个紧固件。在一个具体的例子中，连接元件在所述两个紧固件之间连接板。
[0018]例如，两个紧固螺钉被提供为面向每个模块，并且用于钎焊一个模块的电连结线的区域通过板的位于与所述模块相关联的两个螺钉之间的梁之上的区域限定。
[0019]提供面向每个模块的至少一个紧固件，并且特别是面向每个模块的两个紧固件，以此方式有利于连接元件电连接在其上的板的表面的优异刚性，连接元件电连接在该表面上。具体地，这在电连接元件超声钎焊至电子控制板时保持了电子控制板的刚性。
[0020]根据本发明的一个优选实施例，支撑构件包括在支撑构件中延伸的刚性的第一材料。第一材料保持电子板牢固地保持。刚性的第一材料特别地是金属。
[0021]在该实施例的可替代的形式中，电绝缘的第二材料覆盖所述刚性第一材料的至少一部分。具体地，绝缘的第二材料至少位于第一材料和电控制板之间。具体地，绝缘的第二材料包覆第一材料。第二材料改善了电子控制板相对于支撑构件的电绝缘。具体地，电绝缘的第二材料是塑料。
[0022]具体地，第二材料包覆模制到支撑构件的第一材料上。
[0023]根据本发明的一个优选实施例，紧固件进入形成在支撑构件的第一材料中的孔，孔填充有电绝缘的第二材料。
[0024]根据本发明的一个优选实施例，当支撑构件受到I至2kg、特别是1.5kg的横向负载或甚至基本正交方向上的应力，并且受到50至100kHz、特别是80kHz频率的超声波时，支撑构件的偏转小于0.1_。由此，电连接元件可通过超声钎焊连接至电子控制板。
[0025]本发明还涉及逆变器，特别用于电动车辆，包括根据本发明的功率单元。
[0026]本发明还涉及电动车辆，电动车辆包括根据本发明的功率单元，而功率单元连接至电动车辆的高电压电池，使得电池可由电源出口再充电。
[0027]本发明还涉及一种功率单元，其具有壳体，在壳体中容纳有至少一个功率电子模块，优选地为多个功率模块，其定位在壳体的平面上，所述或每个功率电子模块包括至少一个功率电子部件，且通过至少一个连接元件连接至至少一个电子控制板，其特征在于，所述的功率单元包括支撑所述至少一个电子控制板的至少一个构件，所述的电子控制板在板的至少一个跨度上面向功率模块，支撑构件为基本上平行于所述壳体的所述平面的梁。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]本发明的一些实施例现通过参考附图以示例方式而被描述，在附图中:
[0029]图1是根据本发明一个实施例的功率单元的自上方观察的分解透视图，电子控制板在没有紧固到支撑构件的状态中描绘出；
[0030]图2是图1的AA截面视图；电子板紧固至支撑构件并且连接至功率模块；
[0031]图3是根据本发明一个实施例的功率单元的截面图，其中，功率模块没有描绘出；
[0032]图4是根据本发明的一个实施例的功率单元的一部分的另一截面图；
[0033]图5是包括具有根据本发明的一个实施例的功率单元的逆变器的电动车辆的方块图；以及
[0034]图6是根据本发明的一个实施例的功率单元的模块的透视图。
【具体实施方式】
[0035]图1至4描绘了根据本发明的包括基本上平行六面体形状的壳体I的功率单元的例子。
[0036]壳体I容纳一个或多个功率模块2。在图1所示的例子中，壳体I容纳布置成三个模块构成的两排的六个功率电子模块2。电子控制板6面向模块2延伸。
[0037]电子控制板6面向模块2延伸，并通过电连接元件(诸如电连结线5)连接至模块(图2)。电子控制板例如是布置在功率模块2上方的PCB或印刷电路板。
[0038]电子控制板6由两个在壳体I的任一侧延伸的支撑梁7、8支撑。梁7、8具有形状为正方形的横截面，并且横截面还可具有其他形状。支撑构件(在该情况下为支撑梁7、8)通过诸如螺钉9的紧固件紧固至壳体I的铸件。
[0039]支撑梁7、8包括在支撑梁7、8中延伸的刚性第一材料18。刚性第一材料例如是金属，诸如钢或铝。例如，支撑梁7由第一材料18构成，如图2所示。支撑梁8可进一步地包括电绝缘的第二材料19。绝缘的第二材料19覆盖第一材料18的至少一部分，由此改善电子控制板6相对于支撑梁8的电绝缘。例如，第二材料19是包覆模制到第一材料18上的塑料。
[0040]电子控制板6可通过一系列紧固螺钉11紧固至每个梁。优选地，每个紧固螺钉11进入形成在支撑梁7、8中的相应的孔13。特别地，如图2所示，每个螺钉11可进入形成在第一材料18中的孔13。孔13可还填充有电绝缘的第二材料19，如图3所示。以此方式，改善了电子控制板6的电绝缘。
[0041]优选地，存在两个紧固螺钉11，在它们之间在每个模块2上方界定支撑梁7、8的区域和板6的相应区域(如图2和4所示)。提供用于将卡6和每个模块2电连接在一起的连接元件5连接至板6的该区域。连接元件例如是超声地钎焊至板6的电连结线5，如在图2和4中所示。
[0042]具体地，在每个模块2上方的两个相应螺钉11可以相距在梁7、8所延伸的方向上大体对应于每个模块2的尺寸的距离。例如，紧固螺钉11被模块2的宽度间隔开。由此通过基本上布置为相距对应于每个模块2的宽度方向尺寸的距离的这两个紧固螺钉11，给予了板6的相应区域在两个螺钉11之间的一定程度的刚度，其具体地适于允许线5被超声钎焊，而同时允许在板的该区域中的多个电连接部。由此，多个电连结线5通过超声钎焊以可靠的方式紧固至电子控制板6，具体地在与给定模块2相关联的两个螺钉11之间界定的区域中。
[0043]图6描绘了模块2的一个例子。该模块2可特别是IML模块，如本 申请人:公司名下的法国专利0116153所述。
[0044]例如，模块2包括铸件3，在铸件3中容纳有例如由铜制成的导电带12，在导电带上安装有功率电子部件16 (图4)。
[0045]部件16可安装到导电带12上，特别铜焊或钎焊至其上。部件16可例如是诸如二极管的双极部件，诸如MOS或IGBT类型晶体管的三极部件，或诸如ASIC或类似类型的集成电路的更复杂的部件。
[0046]优选地，模块2包括允许模块2的部件16电连接至控制信号的连接器4，特别地连接至电子控制板6。
[0047]例如，连接器是连接柱4，连接柱4从铸件3的上部面突出且包括例如用于连接至电子控制板6的连接点14。
[0048]优选地，导电带12在模块2的任一侧突出，用于连接至功率网络和/或连接至其他模块。导电带12通过绝缘的介电材料15彼此分开。
[0049]例如，铸件3内的内部空间被填充有胶，诸如硅树脂，以保护功率部件16。可以设想其他类似材料代替胶，例如环氧类型的树脂。
[0050]如在图5中描绘的，功率电子单元21可与两个滤波单元60、70形成逆变器20的一部分，逆变器20意图定位在电动车辆的高电压电池50和用于为电池50再充电的电源功率出口 80之间。
[0051]具体地，功率单元21可具有30cm的长度和25cm的宽度，且每个模块2具有IOcm的长度和览度。
【权利要求】
1.一种功率单兀,其具有壳体(I),在所述壳体中容纳有至少一个功率电子模块(2),优选地为多个功率模块(2)，其定位在所述壳体(I)的平面上，所述或每个功率电子模块(2)包括至少一个功率电子部件(16)，且通过至少一个连接元件(5)连接至至少一个电子控制板(6)，其特征在于，所述的功率单元包括支撑所述至少一个电子控制板的至少一个构件(7，8)，所述的电子控制板在所述板(6)的至少一个跨度上面向所述功率模块(2)，所述支撑构件是基本上平行于所述壳体的所述平面的梁(7，8)。
2.如权利要求1所述的功率单元，其特征在于，所述连接元件(5)超声地钎焊至所述控制板(6)。
3.如权利要求1或2所述的功率单元，其特征在于，连接所述至少一个功率模块(2)和所述至少一个电子控制板(6)的所述连接元件(5)由至少一个电连结线构成。
4.如前述权利要求中的任一项所述的功率单元，其特征在于，所述的支撑构件(7，8)紧固至所述功率单元的壳体(I)。
5.如权利要求4所述的功率单元，其特征在于，所述构件(7，8)由所述壳体(I)的一个或多个侧向壁支撑。
6.如前述权利要求中的任一项所述的功率单元，其特征在于，所述的电子控制板(6)通过至少一个紧固件(11)紧固至所述支撑构件(7，8)，所述紧固件优选地为紧固螺钉。
7.如权利要求6所述的功率单元，其特征在于，所述的功率单元包括面向所述功率模块(2)的两个紧固件(11)。
8.如权利要求7所述的功率单元，其特征在于，所述的连接元件(5)在所述两个紧固件(11)之间连接所述板(6)。
9.如前述权利要求中的任一项所述的功率单元，其特征在于，所述支撑构件(7，8)包括在所述支撑构件中延伸刚性第一材料(8 )。
10.如权利要求9所述的功率单元，其特征在于，电绝缘的第二材料(19)覆盖所述刚性第一材料(18)的至少一部分。
11.如权利要求10所述的功率单元，其特征在于，所述第二材料(19)包覆模制到所述第一材料(18)上。
12.如权利要求10或11所述的功率单元，其特征在于，所述紧固件(11)进入形成在所述支撑构件(8)的第一材料(18)中的孔(13)，所述孔(13)填充有所述电绝缘的第二材料(19)。
13.如前述权利要求中的任一项所述的功率单元，其特征在于，当所述支撑构件受到I至2kg的横向负载且受到50至IOOkHz的超声波时,所述支撑构件(7,8)的挠曲小于0.1mm。
14.一种逆变器(20)，特别地用于电动车辆，包括如前述权利要求中的任一项所述的功率单元。
15.—种电动车辆,包括如权利要求1至13的一项所述的功率单元(21),所述的功率单元连接至电动车辆的高电压电池(50 )，使得电池可由电源出口( 80 )再充电。
【文档编号】H05K7/02GK103875317SQ201280050673
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2011年8月19日
【发明者】G.特拉梅特, R.德尼奥特, B.莫利尔, F.赫劳尔特 申请人:法雷奥电机控制系统公司