功率模块、带功率模块的逆变器及带逆变器的电驱动器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的电动桥驱动器(22)的功率模块(10)，功率模块包括：布置在基板上的多个半导体开关元件(107，108a

【技术实现步骤摘要】
功率模块、带功率模块的逆变器及带逆变器的电驱动器


[0001]本专利技术涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的电驱动器的逆变器的功率模块、一种对应的逆变器以及一种对应的电驱动器。

技术介绍

[0002]在现有技术中已知纯电动车辆以及混合动力车辆。纯电动车辆仅由作为驱动组件的一个或多个电动机器驱动。在混合动力车辆中，使用一个或多个电动机器来辅助燃烧发动机。为了给这样的电动车辆或混合动力车辆的电动机器供应电能，电动车辆和混合动力车辆包括电能储存器、尤其可再充电的电池(例如锂离子蓄电池或基于氢的燃料电池)。这些电池在此被设计为直流电压源，然而电动机器一般需要具有多个(典型地三个)电流相的交流电压。这在电动机器中产生旋转的电磁场，该电磁场通过感应而使电动机器的转子旋转。
[0003]因此，在电动车辆或混合动力车辆的电池和电动机器之间通常连接有具有所谓的逆变器的功率电子器件。这种逆变器通常包括半导体开关元件，这些半导体开关元件典型地由晶体管构成。在此有利的是，提供不同集成度的半导体开关元件，即作为集成度低但可扩展性高的分立的单独的开关器，或者作为集成度高但可扩展性低的功率模块，以及作为在集成度和可扩展性方面介于单独的开关器与半桥之间的半桥。
[0004]在电动机器的某些结构形式中，为了电动机器的有针对性的转速传动比而设置有换挡变速器、例如两级的换挡变速器。这种换挡变速器尤其在大功率的电动车辆和混合动力车辆中使用，以便在电动机器的转速相对降低的情况下实现较高的速度并且因此提供更省电的、更有效的力传递。为了操控换挡变速器而需要附加的功率电子器件，借助该功率电子装置来操纵一个或多个换挡元件。
[0005]在从现有技术已知的配备有换挡变速器的电动机器中存在如下缺点，即，用于操控电动机器的功率电子器件和用于操纵换挡变速器的功率电子器件需要高耗费的制造过程。此外，在已知的电动机器中，由于大量的电子构件而仅能有条件地实现紧凑的结构方式。附加地，没有充分确保对用于在相应的功率电子器件中使用的半导体开关元件的结构空间的密封。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种在上述缺点方面经改进的用于电动车辆或混合动力车辆的电驱动器的逆变器。
[0007]根据本专利技术，该目的通过具有本专利技术的特征的功率模块、逆变器和电驱动器来实现。本专利技术的有利的设计方案和改进方案自优选实施例中得出。
[0008]本专利技术在一个方面中涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的电驱动器的功率模块。
[0009]功率模块包括：相应地布置在基板上的多个半导体开关元件、以及用于操控半导
体开关元件的操控装置。
[0010]基板例如可以被设计为DBC(Direct Bonded Copper，直接敷铜)基板、AMB(Active Metal Brazing，活性金属钎焊)基板或IM(Insulated Metal，绝缘金属)基板。在基板上布置有半导体开关元件(尤其晶体管和二极管)。替代性地，可以设置有在其上分布有半导体开关元件的多个基板。基板优选地被设计为矩形的，尤其被设计为扁平的、盘状的矩形，该矩形具有各两个相反的侧边缘。替代性地，基板可以被设计为方形。
[0011]半导体开关元件形成一个半桥、优选形成至少三个半桥，该至少三个半桥分别被指配给多相输出电流的电流相。每个半桥包括高侧和低侧。高侧包括一个或多个彼此并联连接的半导体开关元件，在半桥运行期间对该一个或多个半导体开关元件施加相对较高的电位。低侧包括一个或多个彼此并联连接的半导体开关元件，在半桥运行期间对该一个或多个半导体开关元件施加相对较低的电位。高侧和低侧彼此串联连接。
[0012]优选地提出：所述半导体开关元件被设计为具有绝缘栅电极的双极晶体管，并且/或者被设计为碳化硅
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金属
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氧化物
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半导体
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场效应晶体管。具有绝缘栅电极的双极晶体管在此通常也被已知为所谓的IGBT。碳化硅
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金属
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氧化物
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半导体场效应晶体管通常也被已知为所谓的SiC
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MOSFET。这些类型的半导体开关元件即使在电流较高的情况下也相对较好地适用于低损耗且快速地切换。
[0013]特别优选地提出的是：每个具有绝缘栅电极的双极晶体管都指配有续流二极管。续流二极管尤其在切换晶体管时保护其相应所指配的、具有绝缘栅电极的双极晶体管免受电感性过电压的影响。
[0014]为了切换半导体开关元件使用操控装置，该操控装置具有与半导体开关元件电连接的信号端子。根据半导体开关元件的设计方案，于是可以通过给半导体开关元件通电或施加电压来以传导电流或阻断电流的方式切换该半导体开关元件。优选地，以这种方式根据脉冲宽度调制(英文：Pulse
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Width
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Modulation，PWM)来切换半导体开关元件，以便能够实现相电流的正弦形的时间曲线。
[0015]根据本专利技术，所述半导体开关元件包括用于给所述电驱动器通电的第一半导体开关元件，并且所述半导体开关元件附加地包括用于与所述电动桥驱动器连接的变速器的第二半导体开关元件。优选地，所述第二半导体开关元件被设计成用于给藉以可操纵所述变速器的、并且/或者藉以可操作泵来在变速器冷却介质或变速器润滑介质穿其而过流通的流体管路中产生压力的电动机器通电。这能够实现如下功率模块，即，在该功率模块中不仅布置有这样的半导体开关元件，这些半导体开关元件借助有针对性的切换过程将输入侧的直流电流转换成输出侧的多相交流电流，其中将相电流引入到电动车辆或混合动力车辆的电动桥驱动器的绕组中。更确切地说，在同一功率模块中还布置有如下的半导体开关元件，这些半导体开关元件同样将直流电流转换成交流电流，其中将交流电流的相电流引入到用于与电动桥驱动器连接的变速器的至少一个电动马达的绕组中。通过这种方式，针对电动车辆或混合动力车辆的电动桥驱动器以及与桥驱动器连接的变速器(尤其换挡变速器)需要唯一的功率模块。这能够实现用于电动桥驱动器以及变速器的组合的或共用的功率电子器件，该功率电子器件在制造简单性和节省结构空间方面是有利的。
[0016]根据一个实施方式，所述操控装置具有共用的电路板，在所述电路板上布置有所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件。通过这种方式，只需要唯一的电路板
来安置第一半导体开关元件和第二半导体开关元件。由此简化了功率模块的制造。
[0017]优选地，所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件被布置成朝向共用的所述电路板的同一侧。因此在一侧对电路板进行装配，这简化了制造。替代性地，第一半导体开关元件被施加在冷却体上、进一步优选地位于电路板下方(被施加在该电路板的背离壳体的盖板部分的一侧上)，其中第二半导体开关元件被施加在该电路板的朝向壳体的盖板部分的一侧上。
[0018]进一步优选的是，用于操控所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件的共用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电动车辆或混合动力车辆的电动桥驱动器(22)的功率模块(10)，所述功率模块包括：布置在基板上的多个半导体开关元件(107，108a
‑
c，109)，所述多个半导体开关元件相应地被安装在基板上；以及操控装置，所述操控装置为了操控所述半导体开关元件(107，108a
‑
c，109)而连结至所述半导体开关元件，其中所述半导体开关元件包括用于给所述电动桥驱动器(22)通电的第一半导体开关元件(108a
‑
c)，其中所述半导体开关元件附加地包括用于与所述电动桥驱动器(22)连接的变速器(20)的第二半导体开关元件(107，109)。2.根据权利要求1所述的功率模块(10)，其中所述操控装置具有共用的电路板(104)，在所述电路板上布置有所述第一半导体开关元件(108a
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c)和所述第二半导体开关元件(107，109)。3.根据权利要求2所述的功率模块(10)，其中所述第一半导体开关元件(108a
‑
c)和所述第二半导体开关元件(107，109)被布置成朝向共用的所述电路板(104)的同一侧。4.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中用于操控所述第一半导体开关元件(108a
‑
c)和所述第二半导体开关元件(107，109)的共用的处理单元(106)被布置在共用的电路板(104)上。5.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，所述功率模块还包括：用于电接触所述第一半导体开关元件(108a
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c)的第一功率端子(114)和用于电接触所述第二半导体开关元件(107，109)的第二功率端子，其中所述第一功率端子(114)被设计成用于施加有第一输入电流，其中所述第二功率端子被设计成用于施加有低于所述第一输入电流的第二输入电流，其中所述第一功率端子(114)与所述第二功率端子电流隔离。6.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中所述第二半导体开关元件(107，109)被设计成用于给藉以可操纵所述变速器(20)的、并且/或者藉以可操作泵来在变速器冷却介质或变速器润滑介质穿其而过流通的流体管路中产生压力的电动机器通电。7.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中在所述电路板(104)上设置有信号端子(17)以操控所述变速器的阀并且/或者以检测所述变速器的换...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：采埃孚股份公司，
类型：发明
国别省市：