DE102022207360B3 - Hochstromelement für Hochstromleiterplatten, Hochstromleiterplatte, Verwendung mindestens eines Hochstromelements, Inverter, Elektroantrieb, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung und Montage eines Hochstromelements - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Hochstromelement für Hochstromleiterplatten, wobei das Hochstromelement gebildet ist aus mindestens zwei zu einem Blechstapel verbundenen Blechen, die mindestens an einem Endbereich davon mehrere Pins aufweisen, und wobei der Blechstapel einen Anschlussbereich, einen Pinbereich und einen Verbindungsbereich aufweist, und wobei die Bleche im Verbindungsbereich miteinander verbunden sind, und die Pins im Pinbereich angeordnet und zur Kontaktierung mit der Hochstromleiterplatte gebildet sind, und der Anschlussbereich dazu eingerichtet ist, als ein Anschlussbereich zur Verbindung des Hochstromelements mit äußeren Leistungsanschlüssen zu dienen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb.
  • In Inverteranwendungen werden neben dedizierten Busbars auch Hochstromleiterplatten verwendet, um die Wandlung von DC nach AC, DC nach DC und AC nach DC zu ermöglichen. Speziell im Falle einer fehlenden Verfügbarkeit von Modullösungen mit der nötigen Anzahl an Leistungshalbleitern kann eine Leiterplattenlösung sinnvoll sein, auf der die einzelnen Halbleiter in Packages zur passenden Leistungsklasse zusammengefügt werden. Während die Führung der benötigten Ströme in der Leiterplatte ein beherrschbares Problem darstellt, ist der Anschluss der Leiterplatte an die Umgebung in Form der DC-Zuleitungen und AC-Ableitungen eine Herausforderung. Mögliche Verbindungselemente für die Verbindung der Leitungen/Busbars an der Hochstromleiterplatte sind aktuell massive, gefräste Einpresselemente oder Blechelemente. Diese Verbindungselemente sind in der Formgebung sehr unflexibel, so dass eine Anpassung an verfügbaren Bauraum sehr schwierig oder nicht möglich ist. Auch ist es nicht einfach, sie hinsichtlich geforderter Stromtragfähigkeiten für DC- und AC-Schnittstellen anzupassen.
  • Weitere Hochstromelemente sind unter anderen in der DE 10 2014 221 089 A1 , der US 2006 / 0 189 222 A1 und der DE 10 2020 128 367 A1 beschrieben.
  • Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Hochstromelement für Hochstromleiterplatten sowie ein Verfahren zur Herstellung davon bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Vorgeschlagen wird ein Hochstromelement für Hochstromleiterplatten, wobei das Hochstromelement gebildet ist aus mindestens zwei zu einem Blechstapel verbundenen Blechen, die mindestens an einem Endbereich davon mehrere Pins aufweisen, und wobei der Blechstapel einen Anschlussbereich, einen Pinbereich und einen Verbindungsbereich aufweist, und wobei die Bleche im Verbindungsbereich miteinander verbunden sind, und die Pins im Pinbereich angeordnet und zur Kontaktierung mit der Hochstromleiterplatte gebildet sind, und der Anschlussbereich dazu eingerichtet ist, als ein Anschlussbereich zur Verbindung des Hochstromelements mit äußeren Leistungsanschlüssen zu dienen.
  • Durch das vorgeschlagene Hochstromelement können mehrere Lagen einer Hochstromleiterplatte in einfacher Weise miteinander elektrisch verbunden werden und dabei die durch die Anwendung geforderte elektrische Stromtragfähigkeit bereitstellen.
  • Zudem geht der Verbindungsbereich gebogen in den Anschlussbereich über, oder mindestens ein Blech des Verbindungsbereich geht in einem Bogen in den Anschlussbereich über und das oder die anderen Bleche enden vor dem Bogen und / oder der Anschlussbereich ist Teil des Verbindungsbereichs.
  • In einer Ausführung gemäß dem Stand der Technik geht der Verbindungsbereich gerade in den Anschlussbereich über oder ein Blech des Verbindungsbereichs geht gerade in den Anschlussbereich über.
  • Durch die Möglichkeit, den Anschlussbereich flexibel zu gestalten, kann die Kontaktierung an den Bauraum angepasst und damit Platz gespart werden.
  • In einer Ausführung ist der Verbindungsbereich zwischen Anschlussbereich und Pinbereich angeordnet. Gemäß einer erfindungsgemäßen Alternative ist der Anschlussbereich Teil des Verbindungsbereichs und an beiden Enden des Verbindungsbereichs schließt jeweils ein Pinbereich mit Pins in einem Pinbogen an.
  • In einer Ausführung sind entweder zwischen den Blechen des Blechstapels eine oder mehrere Zwischenlagen angeordnet, oder die Pins sind im Pinbereich in mindestens einem Pinbogen derart aufgefächert, dass sie sich in einem vorgegebenen Abstand und parallel zueinander befinden.
  • In einer Ausführung sind die Bleche im Verbindungsbereich mittels form- oder materialschlüssigem Fügen miteinander verbunden.
  • In einer Ausführung ist das Hochstromelement im Verbindungsbereich partiell mit einer Moldmasse umgeben, und/oder die Pins sind partiell oder vollständig mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet.
  • In einer Ausführung ist ein Pinbereich des Hochstromelements derart gebildet, dass er in ein vorgegebenes Lochraster einer Hochstromleiterplatte eingefügt werden kann.
  • Ferner wird eine Hochstromleiterplatte vorgeschlagen, aufweisend zumindest einen als Lochraster gebildeten Bereich, der dazu eingerichtet ist, eine elektrische Kontaktierung von mindestens einer Kupferlage der Hochstromleiterplatte durch Einbringen des beschriebenen Hochstromelements in das Lochraster bereitzustellen.
  • Ferner wird die Verwendung mindestens eines beschriebenen Hochstromelements in einer Hochstromleiterplatte als Verbindung an einer DC-Schnittstelle eines Akkumulators und/oder einer Batterie und/oder an einer AC-Schnittstelle eines Elektromotors und/oder zur Kontaktierung von DC- und/oder AC-Anschlüssen mindestens eines auf der Hochstromleiterplatte angeordneten Leistungsschalters vorgeschlagen.
  • Ferner wird ein Inverter eines Elektronikmoduls zur Ansteuerung des Elektroantriebs eines mit einem elektrischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend mindestens ein beschriebenes Hochstromelement.
  • Ferner wird ein Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinrichtung und einem Elektronikmodul mit einem beschriebenen Inverter bereitgestellt. Außerdem wird ein Kraftfahrzeug mit dem Elektroantrieb, und/oder dem Inverter und/oder dem beschriebenen Hochstromelement bereitgestellt.
  • Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung und Montage des Hochstromelements bereitgestellt, wobei in einem ersten Schritt Bleche in einem ein- oder mehrstufigen Prozess aus einer Blechplatine herausgetrennt und in eine vorgegeben Basisform umgeformt werden, und in einem zweiten Schritt die Bleche zu einem Blechstapel gestapelt werden, der durch einen Fügeprozess in dem Verbindungsbereich gefügt wird, und in einem optionalen dritten Schritt der Blechstapel partiell oder vollständig beschichtet wird und/oder in einem optionalen vierten Schritt der Blechstapel in den Bereichen, in denen er nicht gefügt wird, durch eine elektrisch nicht leitende Moldmasse beschichtet wird, und in einem fünften Schritt die Montage entweder erfolgt, indem das Hochstromelement zuerst über die Pins am Pinbereich mit der Hochstromleiterplatte oder äußeren Leistungsanschlüssen am Anschlussbereich verbunden wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine schematische Schnitt-Darstellung eines Hochstromelements gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 2-4 zeigen unterschiedliche konstruktive Ausführungen des Hochstromelements der vorliegenden Erfindung.
    • 5 und 6 zeigen unterschiedliche Einbausituationen von Hochstromelementen gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 7 und 8 zeigen unterschiedliche konstruktive Ausführungen des Hochstromelements der vorliegenden Erfindung.
    • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochstromleiterplatte mit einem Lochraster zur Aufnahme von Hochstromelementen gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 10 zeigt einen schematischen Ablauf des Herstellungsverfahrens eines Hochstromelements gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Das Grundkonzept der Erfindung ist es, eine in ihrer Form flexible, für verschiedene Stromanforderungen optimal skalierbare, günstige Leistungsanbindung einer Hochstromleiterplatte 20 an äußere Leistungsanschlüsse bereitzustellen. Diese Leistungsanbindung wird in Form eines Hochstromelements 10 realisiert. Unter dem Begriff Hochstrom sind Ströme über 100A zu verstehen.
  • Der grundsätzliche Aufbau des Hochstromelements 10 ist derart, dass es als ein in drei Bereiche aufgeteilter Blechstapel gebildet ist. Ein erster Bereich ist ein Verbindungsbereich V aus mehreren (mindestens zwei) miteinander verbundenen Blechen 11-15. Die Anzahl der Bleche 11-15 wird je nach Anwendung und geforderter Stromtragfähigkeit gewählt. Der zweite Bereich ist ein Pinbereich P. Hier weisen die Bleche 11-15 jeweils mehrere kammartig angeordnete Pins 111-151 zur Kontaktierung mit einer Hochstromleiterplatte 20 auf. Der dritte Bereich, der sich auf der anderen Seite des Verbindungsbereichs V befindet, ist als ein Anschlussbereich K zur Verbindung des Hochstromelements 10 mit Zu- oder Ableitungen für den Systemstrom (von bzw. zu Batterie bzw. Elektromotor) gebildet. Eine Schnittdarstellung ist in 1 gezeigt.
  • Der Anschlussbereich K kann auch vom Verbindungsbereich V nicht sichtbar getrennt sein, so dass derjenige Teil des Verbindungsbereichs V, an dem die Kontaktierung mit äußeren Leistungsanschlüssen erfolgt, als Anschlussbereich K bezeichnet wird. Der Anschlussbereich K ist z.B. in 2, 3 und 8 mit dem im Kreis befindlichen A gezeigt.
  • Die elektrische Kontaktierung im Anschlussbereich K kann in allen beschriebenen Ausführungen über ein geeignetes Kontaktelement bzw. eine geeignete Kontaktierung an den mit dem A im Kreis markierten Stellen erfolgen.
  • Die Bleche 11-15 sind in dem Verbindungsbereich V, also zwischen dem Pinbereich P und dem Anschlussbereich K, derart miteinander verbunden, dass die Pins 111-151 in dieselbe Richtung weisen, um mit der Hochstromleiterplatte 20 verbunden zu werden. Die Verbindung der Bleche 11-15 zu einem Blechstapel im Verbindungsbereich V erfolgt über ein form- oder stoff- bzw. materialschlüssiges Fügen, z.B. mittels einem Widerstands-, Reib-, Laserschweißprozess oder einem Lötprozess. Die Länge des Verbindungsbereichs V kann entsprechend der Anwendung angepasst werden.
  • Die Bleche 11-15 können in einer Ausführung vor dem Pinbereich P, an dem sich die Pins 111-151 befinden, durch Aufbiegen aufgefächert sein (mittels Pinbogen 102), um einen vorgegebenen Abstand zwischen den Pins 111-151 der Bleche 11-15 bereitzustellen und dadurch in die korrespondierenden Kontaktstellen der Hochstromleiterplatte 20 zu passen. Alternativ können, wie in 7 gezeigt, zwischen den miteinander verbundenen Blechen 11-15 jeweils ein oder mehrere Abstandsbleche als Zwischenlagen 103 vorgesehen sein. Durch die Zwischenlagen 103 können die Pins 111-151 ohne einen Umformprozess wie Biegen in einem Abstand voneinander angeordnet werden, der dem Lochabstand in der Hochstromleiterplatte 20 entspricht. Durch das Einfügen der Zwischenlagen 103 kann außerdem der Verbindungs- und Anschlussbereich K zur Kontaktierung mit äußeren Leistungsanschlüssen wie Busbars 21 massiver und/oder großflächiger ausgeführt werden.
  • Die Befestigung der Pins 111-151 in der Hochstromleiterplatte 20 erfolgt durch formschlüssiges Verpressen oder Löten.
  • In 2 bis 4 sind unterschiedliche Ausführungen eines beschriebenen Hochstromelements 10 dargestellt, welches aus drei Blechen 11-13 gebildet ist. In 2 ist ein Hochstromelement 10 gezeigt, bei dem alle drei Bleche 11-13 zwischen Verbindungsbereich V und Anschlussbereich K gebogen sind, also einen gebogenen Anschlussbereich K aufweisen, und an demselben Endpunkt enden. In 3 ist ein gerades Blechpaket vorgesehen. In den in 2 und 3 gezeigten Ausführungen werden also alle drei Bleche 11-13 als Verbindung des Hochstromelements 10 mit Zu- oder Ableitungen für einen Systemstrom verwendet. Insofern geht in diesen Ausführungen der Verbindungsbereich V in den Anschlussbereich K über bzw. Anschlussbereich K ist Teil des Verbindungsbereichs V.
  • In 4 ist lediglich eines der drei Bleche, hier Blech 11, zwischen Verbindungsbereich V und Anschlussbereich K gebogen, während die anderen vor dem Bogen 101 enden. Somit wird nur Blech 11 zur Verbindung des Hochstromelements 10 mit Zu- oder Ableitungen für einen Systemstrom verwendet.
  • In allen in 2 bis 4 gezeigten Ausführungen sind im Pinbereich P mehrere Pins 111-131 pro Blech 11-13 vorhanden. Das Blech 11 ist gerade, während die Bleche 12 und 13 in einem Bereich oberhalb der Pins 12, 13 in mindestens einem Pinbogen 102 von dem ersten Blech 11 wegführen, so dass ein Spreizbereich entsteht. Dieser Spreizbereich dient dazu, um die Pins 12, 13 aufzufächern, also in einem vorgegebenen Abstand zu den jeweils anderen Pins 11-13 anzuordnen. Grundsätzlich können alle Pins 11-15 im Pinbereich P in einem Pinbogen 102 geführt sein, d.h. es muss nicht unbedingt eines der Bleche 11 gerade sein, wie in den Figuren dargestellt. Aber alle Pins 11-13 sind stets parallel zueinander und enden an demselben Endpunkt.
  • Der Anschlussbereich K dient der Verbindung des Hochstromelementes 10 mit den Zu- oder Ableitungen für den Systemstrom (also von der Batterie bzw. zum Elektromotor). Wie in 2 bis 4 zu sehen ist, kann dieser je nach Anwendung unterschiedlich ausgeführt werden. Der Anschluss ist stets flächig und kann gerade oder gebogen aus dem Verbindungsbereich V geführt sein, wobei der Winkel hierbei frei gewählt werden kann bzw. je nach Anwendung passend zum zu kontaktierenden Anschluss gewählt wird. Dabei können alle, mehrere oder ein einzelnes Blech 11-15 als Anschluss herausgeführt werden. Sofern nicht alle Bleche 11-15 aus dem Paket in den Anschlussbereich K herausgeführt werden, kann jeweils das für den Anschluss optimale Blech 11-15 gewählt werden. Zum Fügen des Anschlussbereiches K können Löt-, Schweiß- oder Schraubprozesse eingesetzt werden. Im Falle von Schraubprozessen sind sowohl ein- als auch Durchschraubprozesse denkbar. Die Verbindung ist aus verschiedenen Richtungen möglich, wie in 2 bis 4 durch die Markierung des eingekreisten A schematisch dargestellt ist.
  • In 5 und 6 sind Hochstromelemente 10 mit fünf Blechen 11-15 in beispielhaften Einbausituationen gezeigt, wobei ihre Pins 111-151 in Verbindung mit einer Hochstromleiterplatte 20 stehen. In 5 ist der Blechstapel mit mittig (zum Blech 13) zusammenlaufendem Spreizbereich im Bereich der Pins 111-151 dargestellt. Außerdem weist er lediglich ein einzelnes, mittig herausgeführtes Anschlussblech (Blech 13) auf, das mit einer Busbar 21 in Kontakt ist. In 6 ist ein Blechstapel mit einem seitlich zusammenlaufenden Spreizbereich im Bereich der Pins 111-151 dargestellt. Auch hier ist ein einzelnes, in dieser Ausführung seitlich, d.h. an einer äußersten Stelle, herausgeführtes Anschlussblech (Blech 15) vorgesehen, welches mit einer Busbar 21 kontaktiert ist.
  • In einer weiteren, in 8 gezeigten Ausführung, wurde eine flache Version durch eine beidseitige Kontaktierung des Blechs mit Pins 111-151 herbeigeführt. Hierbei ist der Anschlussbereich K Teil des Verbindungsbereichs V, d.h. dass an beiden Enden des Verbindungsbereichs V jeweils ein Pinbereich P vorhanden ist, an dem Pins 111 - 151 vorgesehen sind. Der Verbindungsbereich V ist gerade ausgeführt, um eine flächige Kontaktierung im Anschlussbereich (mit eingekreistem A gekennzeichnet) bereitzustellen. Der Verbindungsbereich V weist an beiden Enden einen Pinbogen 102 auf, an dem die Pins 111-151 angeordnet sind. In dieser Ausführung sind ebenfalls mehrere Bleche, hier lediglich zwei Bleche 11 und 12, vorgesehen, die gleichartig gebildet sind und übereinander angeordnet werden. Dabei ist jeweils das innere Blech 11 kleiner als das darauf folgende äußere Blech 12 (ähnlich wie bei einer russischen Puppe). Der Abstand der Pins 111-151 zueinander wird dabei durch die Größe des jeweiligen Verbindungsbereichs V und den Radius des Pinbogens 102 bestimmt.
  • In allen Ausführungen kann das Hochstromelement 10 mindestens im Verbindungsbereich V zur Stabilisierung oder Isolation partiell ummoldet werden, also mit einer elektrisch nicht leitenden Moldmasse 40 umgeben werden, wie in 1 angedeutet. Diese kann als Isolation dienen, um z.B. einen Korrosionsschutz oder eine elektrische Isolation bereitzustellen.
  • Außerdem können die Pins 111-151 zur verbesserten elektrischen Anbindung partiell oder vollständig mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sein. Beispielweise können Pins 111-151 aus Messing zusätzlich verzinnt werden.
  • In 9 ist ein Design einer Hochstromleiterplatte 20 für die vorgeschlagenen Hochstromelemente 10 beispielhaft dargestellt. Die Hochstromleiterplatte 20 weist ein Lochraster 22 auf, welches eine Kontaktierung zu den entsprechenden stromführenden Ebenen ermöglicht. Die Verbindung des Hochstromelements 10 mit der Hochstromleiterplatte 20 erfolgt über regelmäßig (kammartig) verteilte Pins 111-151 auf den einzelnen Blechen 11-15. Durch das vorgeschlagene Hochstromelement 10 können die Pins 111-151 auf das Lochraster 22 angepasst werden. Das heißt, dass das Hochstromelement 10 auf eine vorgegebene Anzahl an Reihen und Spalten angepasst werden kann und damit im Wesentlichen jegliche Form der Kontaktierung möglich ist, also nicht nur quadratische, sondern auch rechteckige Formen.
  • Die Montage erfolgt durch ein mechanisches Einpressen der Pins 111-151 in eine definierte Presspassung oder über einen abgestimmten Lötprozess, der entweder als Reflow- oder Selektivlötprozess ausgeführt werden kann. Alternativ kann die Verbindung mittels eines Pin-in-Paste-Verfahrens erfolgen, um zusätzlichen thermischen Stress auf die Leiterplatte zu vermeiden.
  • Die Schnittstellen (Lochraster 22) auf der Hochstromleiterplatte 20 zeichnen sich dadurch aus, dass sich an diesen Stellen eine Matrix an durchkontaktierten Löchern erstreckt, durch die im Laufe eines Montageprozesses die Hochstromelemente 10 durchgeführt werden, damit Kupferlagen der Hochstromleiterplatte 20 elektrisch leitend mit den Hochstromelementen 10 verbunden werden. Besonders vorteilhaft ist hier, dass die Anzahl der Reihen und Spalten der durch das Lochraster 22 gebildeten Matrix frei konfigurierbar ist und an den zur Verfügung stehenden Raum für die Verbindung und an die benötige Stromtragfähigkeit angepasst werden kann.
  • Im erfindungsgemäßen Aufbau kommen Hochstromelemente 10 an folgenden Stellen zum Einsatz:
    • - An der DC-Schnittstelle (DC-Link), d.h. am Anschluss der Hochstromleiterplatte 20 an die Batterie oder den Akkumulator. Hierbei wird für jedes DC-Potential eine Verbindungsstelle bereitgestellt. Somit kommen mindestens zwei DC-Hochstromelemente 10 zum Einsatz. Optional können DC-Hochstromelemente 10 verteilt an verschiedenen Stellen der Hochstromleiterplatte 20 zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann für jede Halbbrücke ein DC-Hochstromelement-Paar vorgesehen werden.
    • - An den AC-Schnittstellen (AC-Link 1- 3), d.h. am Anschluss der Hochstromleiterplatte 20 an den Elektromotor. Hier wird für jede Phase ein Hochstromelement 10 vorgesehen.
    • - Optional können Hochstromelemente 10 auch noch im Bereich der Leistungsschalter HSS 1-3 (Highside); LSS 1-3 (Lowside) eingesetzt werden. Hier können jeweils die DC-Anschlüsse und der AC-Anschluss der Leistungsschalter HSS 1-3; LSS 1-3 mittels eines Hochstromelements 10 mit der Hochstromleiterplatte 20 verbunden werden.
  • Dadurch, dass diese Verbindungen in Durchgangsloch-Technologie ausgeführt sind, ergibt sich der Vorteil, dass über den Verbindungsprozess eine metallisch gefüllte Verbindung mit allen Kupferlagen der Hochstromleiterplatte 20 bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht eine thermisch und elektrisch niederimpedante Verbindung, sowie einen sehr platzsparenden Aufbau. Alternativ zu der vorgeschlagenen Lösung müsste die Verbindung über sehr viele Vias bereitgestellt werden, die aufwändig im Fertigungsprozess der Hochstromleiterplatte 20 eingefügt würden. Diese Vias sind nicht metallisch gefüllt und weisen daher Nachteile hinsichtlich Stromtragfähigkeit, thermischer und elektrischer Impedanzen, sowie dem benötigten Platzbedarf auf.
  • Ferner werden ein Herstellungsprozess sowie ein Montageprozess bereitgestellt, die in einem mehrstufigen, flexiblen Prozess die Herstellung und Applikation von erfindungsgemäßen Hochstromelementen 10 ermöglicht. Der Ablauf des Verfahrens ist in 10 dargestellt.
  • Bei dem Herstellungsprozess werden zunächst (Schritt S1) die einzelnen Bleche 11 - 15 in einem ein- oder mehrstufigen Prozess aus einer Blechplatine herausgetrennt, z.B. durch Stanzen oder Laserschweißen, und in die passende Basisform umgeformt, z.B. durch Pressen. Hierbei erfolgt auch die Herstellung der Spreizwinkel (Pinbogen 102) und/oder die Anschlussbiegung (Bogen 101). Sofern es notwendig ist, können hierbei auch noch in einem Prozessschritt die Pins 111-151 bzw. Pinspitzen gesondert ausgeformt/toleriert werden, um die notwendigen Passungen zu erreichen.
  • Im nächsten Schritt (S2) werden die einzelnen Bleche 11-15 zu einem Blechstapel gestapelt, welcher dann durch einen der oben beschriebenen Fügeprozesse in dem Verbindungsbereich V gefügt wird. Sofern es notwendig ist, kann der Blechstapel in einen weiteren Umformprozess gehen, welcher den Anschlussbereich K ausformt (S21), also z.B. die Pins 111-151 auffächert.
  • Im folgenden, optionalen Schritt (S3) kann der Blechstapel partiell oder vollständig beschichtet werden. Dieser Vorgang kann das Einpressen in die Hochstromleiterplatte 20 vereinfachen und mögliche Korrosion über die Lebensdauer am Bauteil verhindern. Eine partielle Beschichtung bietet sich bei einem Schweißprozess in Anschlussbereich K an, um dort einen einfachen Fügeprozess zu ermöglichen.
  • In einem weiteren optionalen Prozessschritt (S4) kann der Blechstapel noch in den Bereichen, in denen er nicht gefügt wird, durch eine elektrisch nicht leitende Masse (Moldmasse 40), z.B. Kunststoff, beschichtet bzw. ummoldet werden. Dies ermöglicht einen Korrosionsschutz, ebenso wie eine mögliche Isolation für Bauteile in der Umgebung, sowie Halte-/Positionierpunkte für die Montage des Bauteils oder anschließender Bauteile. Dieser Prozessschritt (S4) kann auch ausgeführt werden, wenn der optionale Prozessschritt S3 nicht ausgeführt wurde.
  • In der Montage (Schritt S5) ist es grundsätzlich möglich, das Hochstromelement 10 zuerst mit der Hochstromleiterplatte 20 (am Pinbereich P) oder äußeren Leistungsanschlüssen (am Anschlussbereich K) zu verbinden und dann dem jeweils anderen Partner.
  • Das beschriebene Hochstromelement 10 kann in Inverteranwendungen im Bereich der Elektroantriebe von Fahrzeugen, insbesondere PKW und NKW, sowie Bussen, verwendet werden, da es auch für in diesen Anwendungen benötigte große Ströme ausgelegt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hochstromelement
    11-15
    Bleche
    111-151
    Pins
    101
    Bogen an E2
    102
    Pinbogen an E1
    103
    Zwischenlagen
    20
    Hochstromleiterplatte
    21
    Busbar
    22
    Lochraster
    40
    Moldmasse
    P
    Pinbereich
    K
    Anschlussbereich
    V
    Verbindungsbereich
    A im Kreis
    Kontaktierung mit einem Kontaktierungselement
    AC-Link 1-3
    AC-Verbindung 1-2
    HSS 1-3
    Highside-Schalter 1-3
    LSS 1-3
    Lowside-Schalter 1-3

Claims (12)

  1. Hochstromelement (10) für Hochstromleiterplatten (20), wobei das Hochstromelement (10) gebildet ist aus mindestens zwei zu einem Blechstapel verbundenen Blechen (11-15), die mindestens an einem Endbereich davon mehrere Pins (111-151) aufweisen, und wobei der Blechstapel einen Anschlussbereich (K), einen Pinbereich (P) und einen Verbindungsbereich (V) aufweist, und wobei die Bleche (11-15) im Verbindungsbereich (V) miteinander verbunden sind, und die Pins (111-151) im Pinbereich (P) angeordnet und zur Kontaktierung mit der Hochstromleiterplatte (20) gebildet sind, und der Anschlussbereich (K) dazu eingerichtet ist, als ein Anschlussbereich (K) zur Verbindung des Hochstromelements (10) mit äußeren Leistungsanschlüssen (21) zu dienen, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verbindungsbereich (V) gebogen in den Anschlussbereich (K) übergeht, oder - mindestens ein Blech (11-15) des Verbindungsbereichs (V) in einem Bogen (101) in den Anschlussbereich (K) übergeht und das oder die anderen Bleche (11-15) vor dem Bogen (101) enden, und/oder - der Anschlussbereich (K) Teil des Verbindungsbereichs (V) ist.
  2. Hochstromelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsbereich (V) zwischen Anschlussbereich (K) und Pinbereich (P) angeordnet ist.
  3. Hochstromelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - entweder zwischen den Blechen (11-15) des Blechstapels eine oder mehrere Zwischenlagen (103) angeordnet sind, - oder die Pins (111-151) im Pinbereich (P) in mindestens einem Pinbogen (102) derart aufgefächert sind, dass sie sich in einem vorgegebenen Abstand und parallel zueinander befinden.
  4. Hochstromelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bleche (11-15) im Verbindungsbereich (V) mittels form- oder materialschlüssigem Fügen miteinander verbunden sind.
  5. Hochstromelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Hochstromelement (10) im Verbindungsbereich (V) partiell mit einer Moldmasse (40) umgeben ist, und/oder - die Pins (111-151) partiell oder vollständig mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sind.
  6. Hochstromelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Pinbereich (P) derart gebildet ist, dass er in ein vorgegebenes Lochraster (22) einer Hochstromleiterplatte (20) eingefügt werden kann.
  7. Hochstromleiterplatte (20), aufweisend zumindest einen als Lochraster (22) gebildeten Bereich, der dazu eingerichtet ist, eine elektrische Kontaktierung von mindestens einer Kupferlage der Hochstromleiterplatte (20) durch Einbringen eines Hochstromelements (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in das Lochraster (22) bereitzustellen.
  8. Verwendung mindestens eines Hochstromelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer Hochstromleiterplatte (20) als Verbindung an einer DC-Schnittstelle eines Akkumulators und/oder einer Batterie und/oder an einer AC-Schnittstelle eines Elektromotors und/oder zur Kontaktierung von DC- und/oder AC-Anschlüssen mindestens eines auf der Hochstromleiterplatte (20) angeordneten Leistungsschalters (HSS 1-3; LSS 1-3).
  9. Inverter eines Elektronikmoduls zur Ansteuerung des Elektroantriebs eines mit einem elektrischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs, aufweisend mindestens ein Hochstromelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  10. Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinrichtung und einem Elektronikmodul mit einem Inverter nach Anspruch 9.
  11. Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektroantrieb nach Anspruch 10 und/oder einen Inverter nach Anspruch 9 und/oder ein Hochstromelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  12. Verfahren zur Herstellung und Montage eines Hochstromelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei - in einem ersten Schritt (S1) Bleche (11-15) in einem ein- oder mehrstufigen Prozess aus einer Blechplatine herausgetrennt und in eine vorgegeben Basisform umgeformt werden, und - in einem zweiten Schritt (S2) die Bleche (11-15) zu einem Blechstapel gestapelt werden, der durch einen Fügeprozess in dem Verbindungsbereich (V) gefügt wird, und - in einem optionalen dritten Schritt (S3) der Blechstapel partiell oder vollständig beschichtet wird und/oder in einem optionalen vierten Schritt (S4) der Blechstapel in den Bereichen, in denen er nicht gefügt wird, durch eine elektrisch nicht leitende Moldmasse (40) beschichtet wird, und - in einem fünften Schritt (S5) die Montage entweder erfolgt, indem das Hochstromelement (10) zuerst über die Pins (111-151) am Pinbereich (P) mit der Hochstromleiterplatte (20) oder äußeren Leistungsanschlüssen (21) am Anschlussbereich (K) verbunden wird.
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