[发明专利]固态多开关器件

说明书

一种固态开关组件，包括基板和固定到基板的电绝缘层。第一、第二、第三和第四功率迹线被固定到电绝缘层。第一半导体器件布置在第一功率迹线上以控制第一功率迹线和第二功率迹线之间的功率流，第二半导体器件布置在第二功率迹线上以控制第二功率迹线和第三功率迹线之间的功率流，并且第三半导体器件布置在第三功率迹线上以控制第三和第四功率迹线之间的功率流。第一信号导体与第一半导体器件通信。第二信号导体与第二半导体器件通信。第三信号导体与第三半导体器件通信。

背景技术

车载电池系统可以采用多个电池组，这些电池组被布置成向电气化动力总成供应高压DC电力。电池组可以并联布置以向电气化动力总成供应电力用于操作，并且在再充电期间串联布置。

现有的栅极驱动器电路是针对逆变器应用而设计的、功耗高、体积大，并且不适合于集成到固态开关中。如果电源具有显著的电感，则固态开关在短路或过载条件下断开期间不能吸收高能量。因此，需要开发用于固态开关的低功耗且紧凑的栅极驱动器和保护电路。此外，需要一种开关器件，该开关器件能够输送用于电气化动力总成操作和充电的电力、尺寸紧凑、重量轻、能够管理温度、具有快速切换速度，并且安静。

发明内容

本文描述的概念涉及电子固态开关组件，包括可以在包括多个电池组的高压电池系统中采用的电子固态开关组件。所公开的开关组件旨在重量轻、切换速度快和操作安静。此外，所公开的开关组件可以实现一个或多个期望的益处，包括持续输送电压降小于1伏的至少400安培的直流电；可扩展；具有快速故障中断能力；在故障情况下具有电流限制；并且具有可重复性和可靠性。

描述了一种电子固态开关组件（多开关器件），其包括基板和固定到基板的电绝缘层。第一功率迹线固定到电绝缘层，其中，第一功率迹线包括正电源端子；第二功率迹线固定到电绝缘层，其中第二功率迹线包括第一功率节点；第三功率迹线固定到电绝缘层，其中第三功率迹线包括第二功率节点；并且第四功率迹线固定到电绝缘层，其中第四功率迹线包括负电源端子。第一组功率半导体器件布置在第一功率迹线上，以经由第一多个电结合部控制第一功率迹线和第二功率迹线之间的功率流，第二组功率半导体器件布置在第二功率迹线上，以经由第二多个电结合部控制第二功率迹线和第三功率迹线之间的功率流，并且第三组功率半导体器件布置在第三功率迹线上，以经由第三多个电结合部来控制第三功率迹线和第四功率迹线之间的功率流。第一信号导体固定到第一和第二功率迹线之间的电绝缘层，其中，第一信号导体与第一组功率半导体器件通信。第二信号导体固定到第二和第三功率迹线之间的电绝缘层，其中，第二信号导体与第二组功率半导体器件通信。第三信号导体固定到第三和第四功率迹线之间的电绝缘层，其中，第三信号导体与第三组功率半导体器件通信。

本公开的另一方面包括：第一、第二、第三和第四功率迹线是在基板上电隔离的导电平面元件。

本公开的另一方面包括：第一、第二、第三和第四功率迹线是在基板上平行布置且电隔离的导电矩形平面元件。

本公开的另一方面包括：第一、第二、第三和第四功率迹线的导电平面元件由选自包括铜、铝及其合金的组的金属材料制成。

本公开的另一方面包括：电绝缘层是导热的。

本公开的另一方面包括热连接到基板的散热器。

本公开的另一个方面包括：每个功率半导体器件被配置成阻断在650伏和1200伏之间的大小的电功率。

本公开的另一方面包括电子固态开关组件，其被配置成当被控制到导电状态时，以小于1伏的电压降持续输送至少400安培的直流电。

本公开的另一方面包括厚度在两毫米和三毫米之间的基板，并且所述多个半导体管芯彼此并联电连接。

本公开的另一方面包括设置在基板和电绝缘层之间的焊料层，其中，电绝缘层包括陶瓷材料，并且其中，基板包括铜、铝、钼、它们的合金或导热金属基质复合材料，诸如AlSiC或铜石墨泡沫。