CN101722831B - 汽车用变换器装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有至少一个用于冷却的组件的汽车用变换器装置(1,1’)。变换器装置具有用于支撑组件(20)的支撑主体(2),并且支撑主体限定了体积(3)的至少一部分,冷却流体流经该部分体积,与用于冷却的组件热耦合。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用变换器装置,尤其用于电动、混合动力或燃料电池的汽车。本发明还涉及包括这种变换器装置的推进系统,以及配备了这种变换器装置的汽车。
混合动力汽车是由两个或多个驱动系统来提供动力的汽车。最普通的是,本术语指代混合电动汽车(HEVs),其具有传统驱动系统的特征,例如与一个或多个电动发动机相结合的内燃机。
背景技术
研究者尤其感兴趣的是所谓的“插入式”混合电动汽车(PHEVs),即除了传统的(例如内燃烧)引擎和电动发动机,还具有充电电池特征的汽车,电池通过插入电力源充电。
PHEVs通常还包括电动驱动系统,其依次包括:功率变换器装置;用于从高压牵引电池向服务电池充电的低压电池充电器;以及可连接到动力干线上,用于向牵引电池充电的高压电池充电器。
PHEVs通常采用连接器,从电池(可以用燃料电池替代)向内燃机以及汽车上的其它设备和电动系统提供电力。
这样的汽车的变换器装置将电池或替代源的直流电转换为交流电,向所述的汽车的使用设备提供动力。
然而,变换器装置的电动组件产生大量的热,该热量必须去除,以保证正确工作和防止过热,这意味着变换器装置必须配备适当的冷却工具。
对于变换器装置,尤其对于混合动力汽车,业内感到一种设计需求,即有效地消散在使用中产生的热,例如,比采用冷却线圈的传统解决方案更有效。
对于变换器装置还有一种需求,即简洁而且重量轻,在能效、消耗,进而在环境影响方面提高汽车性能。
最后,对于变换器装置还有一种需求,即通过简单的组装达到更便宜的制造的可能。
发明内容
本发明的目标在于提供一种汽车用变换器装置,其设计满足上述简单、低成本方式的要求中的至少一项。
根据本发明,提供了一种包括至少一个用于冷却的组件的汽车用变换器装置;其特征在于包括用于支撑所述组件的支撑主体;还在于所述支撑主体限定了体积的至少一部分,冷却流体流经该部分体积,与用于冷却的组件热耦合。
附图说明
通过参考附图的例子,本发明优选的、非限定的实施例将被描述。在附图中:
图1是示出了包括与本发明一致的,汽车用变换器装置第一优选实施例的驱动的工作示意图;
图2是示出了图1变换器装置的立体图;
图3和图4是从不同角度示出了图1和图2变换器装置的立体图;
图5是示出了图2-4变换器装置的分解立体图;
图6、7、8、9是分别从不同的角度,并且为清楚起见,分别去除了某些部分地示出了图2-5变换器装置的立体图;
图10是示出了根据本发明变换器装置的第二优选实施例的立体图。
具体实施方式
图1示出了用于混合动力汽车(未示出)的推进系统100,推进系统实质上包括:
-内燃机101(例如低功率汽油引擎);
-传动装置102,例如双干式离合传动装置(DDCT);
-电机103,其作为发动机或发电机工作,并且可以被驱动以启动内燃机101;以及
-电动驱动器104。
电动驱动器104依次包括:变换器装置1;用于从高压牵引电池107向服务电池106充电的低压电池充电器105;以及用于向牵引电池107充电的高压电池充电器108,高压电池充电器可以连接到动力干线109上,并且实质上包括输入端的有功功率因子修正的交流/直流变换器110,以及输出端的直流/直流变换器111。
图1的推进系统100执行至少下面的功能;
-通过电机103作为电动发动机工作而启动/关闭内燃机101;
-汽车以电动模式启动和滑动;
-节省档位变换;
-反馈制动;
-电动扭矩助推。
在示出的例子中,传动装置102功能式地连接到电机103上。
变换器装置1控制流向系统的发动机产生器的电功率,由此,当汽车由电机103自身或其与内燃机101共同驱动时,提供必要的电功率。变换器装置1还控制电机103在反馈制动期间,以发电机模式工作,以向高压电池107提供电功率。
变换器装置1包括若干电动/电子组件20,包括高压直流母线上的IGBT模块和功率电容器。在使用中,组件20(图2-9)产生大量的热,这是必须去除的,以避免过热并且保证最好的工作条件。
变换器装置1有利地包括用于支撑组件20的支撑主体2,支撑主体限定了体积3的至少一部分(图6),用于冷却的冷却流体流经该部分体积,与组件20热耦合。
支撑主体2包括实质上是平行且相互面对的第一和第二壁4和5,并且将体积3垂直地限定于其中。
支撑主体2的第一和第二壁4和5优选地,可释放地(例如通过将螺钉插入有螺纹的底座),并且沿各自的边缘p密闭地(例如插入封条)连接。
壁4具有实质上彼此平行的第一表面4A和第二表面4B,参考图6,表面4A位于上方。
相似地,壁5具有实质上彼此平行的第一表面5A和第二表面5B,参考图6,表面5A位于上方。表面4B和表面5A相互面对,冷却流体从中流过。
支撑主体2在壁4和5上具有紧固孔21,用于组装组件20(图6和7)。
壁4的表面4A有利地具有若干平滑的底座17,以容纳各自用于冷却的组件20。
在示出的例子中,底座17邻近孔21。
由此,组件20和支撑主体2热耦合,并且与此相连地,和流经体积3的冷却流体热耦合。
底座17限定了壁4(也即支撑主体2的第一壁4)的薄的部分。
在使用中,冷却流体流经体积3的至少一个表面,例如上面表面5A(图6和8),优选地包括若干个向内面向体积3的散热片16,由此,冷却流体也流过散热片。
散热片16增加了单位体积内的热交换表面,并且促进了冷却流体的乱流,有利地提高了热交换的效率。
在示出的实施例中,散热片16由实质上垂直于表面5A和4B,且具有实质上与壁4和5之间距离相等的长度的支柱限定。
如图8所示,几组散热片16可以方便地在焊接点彼此焊接,在壁4和5之间延伸,这几组散热片限定了导向装置15,用于在使用中沿优选路径引导冷却流体。
可替换地,变换器装置1可以包括由体积3内,例如放入第一和第二壁4和5之间的,一个或多个分隔物限定的导向装置15。
冷却流体中被阻止流经导向装置15的部分,可以因此被沿着非笔直的路径引导通过体积3。
支撑主体2还包括实质上垂直于第一和第二壁4和5的横向壁6、7、8、9,这些横向壁两两平行,横向限定了冷却流体流经的体积3。
更具体地,体积3在壁4和5,以及壁6、7、8、9的限定于壁4和5之间的部分延伸。
壁6和7与壁8和9相对,并且实质上分别平行于壁8和9。
壁7比壁9高。
更具体地,壁6和8在壁7和9之间延伸,并且其从壁7到壁9逐渐变矮。
在壁6、7、8上形成,以放入电缆或连接器,用于电连接变换器装置1的组件20,如图1的混合驱动示意图所示。
支撑主体2的壁6、7、8还横向限定体积10的至少一部分,为用于容纳冷却的组件20。
变换器装置1还包括上半外壳和下半外壳11和12(图2),位于壁4和5的面对体积3的相对侧。
在示出的例子中,半外壳11、表面4A,以及壁6、7、8在壁4面对体积3的相对侧的部分,限定了体积10,用于容纳组件20。
半外壳11和12可拆卸地固定在壁6、7、8、9上,并且给予支撑主体2整体上呈平行六面体的形状。
在示出的实施例中,支撑主体的横向壁的几何形状有利地设计为允许容易接近壁4和5,以组装组件20。更具体地,在示出的实施例中,横向壁9横向限定在其中流经冷却流体的体积3,而不是限定容纳组件20的体积10。所以,当半外壳11和12没有固定在支撑主体2上时,很容易接近体积10而组装组件20。
支撑主体2还包括液压连接到泵(未示出)上的入口13,以向体积3提供冷却流体;以及出口14,用于排出流经体积3的冷却流体。
在使用中,在汽车的推进系统100工作期间,由固定在支撑主体的静载底座(dead seat)17和/或孔21中的变换器装置1的组件20产生的热,通过向体积3提供适量的冷却流体(例如水)而被去除,可以根据产生的热量调节流体量。更具体地,冷却流体经过入口13被抽到体积3中,流经体积3,并且从位于相对侧的出口14排出。
由于冷却流体流经体积3,所以也流过体积3的壁,并且尤其流过具有散热片16的表面5A,以及表面4B,这样就从体积3中去除了由固定在支撑主体2的壁4和5上的组件20向体积3产生的热。
流经体积3的冷却流体,可以有利地由上面描述的导向装置15使其更加曲折,在使用中,导向装置15在体积3中沿着入口13和出口14之间优选的、非笔直的,例如Z字形的路径引导冷却流体。
这降低了冷却流体在体积中分布不平均,并且在某些区域淤塞的可能性,这种可能会降低了热交换的效率。
除了可以更快,更容易的将组件20组装到支撑主体2上,静载底座17还限定了壁4(即支撑主体2的第一壁4)的更薄的部分,这降低了壁4的热阻率,从而提高了组件20和支撑主体2的热耦合,并且间接地,通过流经体积3的冷却流体冷却组件20。
图10中的数字2’表示根据本发明进一步的实施例中的变换器装置1’的支撑主体。
变换器装置1’与变换器装置1类似,只有在考虑二者的不同时才被在下面描述,并且任何变换器装置1、1’的对应或等价部分,如果可能的话,使用同样的指代数字表示。
支撑主体2’的壁5’具有在其中固定组件20的直达底座(throughseat)18,所以组件20向内面对体积3,并且在使用中具有一个直接由冷却流体流经的表面。
在这个第二实施例中,组件20密闭地容纳在直达底座18中,例如通过在组件20的外围和直达底座18的边缘之间插入封条。
每个组件20具有表面22,在使用中,冷却流体流经该表面,该表面还具有散热片16,与支撑主体2的表面5A上的散热片相同,以增加冷却流体和组件20之间直接的热交换表面。
变换器装置1’的工作,只有当与变换器装置1不同时,才在下面描述。
被抽到体积3中的冷却流体,直接流过容纳在直达底座18中的组件20的表面,因此通过去除第一实施例中的,在组件20和冷却流体之间插入壁4或5而包含的导热交换组件,提高了热交换效率。在暴露于冷却流体中的组件20的表面22上提供散热片16,通过增加热交换表面,进一步提高热交换效率。
根据本发明的变换器装置1、1’的优点,通过上面的描述而清晰。
与采用线圈来冷却组件20的解决方案相比,根据本发明的变换器装置1、1’,通过显著提高单位体积内的热交换表面,从而提供了更高的热交换效率。
此外,当冷却流体流经根据本发明的变换器装置的体积3,由于更大的流经部分,并且同时冷却流体需要流过的距离较短,所以冷却流体比冷却线圈经历更小的负载损失。更小的负载损失意味着更少的能量消耗在循环冷却流体上,并且减少了汽车的整体能量损失。
换句话说,根据本发明的变换器装置1、1’具有内置的,实质上由支撑主体2限定的热消散器,用于冷却的组件20固定在支撑主体上,并且支撑主体与组件本身和冷却流体热耦合。
所以,变换器装置1、1’非常简洁而且重量轻,并且有助于提高汽车在能效、消耗以及环境影响方面的性能。
与流过的表面的热交换,通过导向装置15变得更高效,这减低了淤塞的可能性。
因为容纳组件20的体积10被半外壳11、壁4和壁6、7、8的一部分限制,变换器1、1’是非常容易组装的。
然而很显然,在不背离所附权利要求的范围的情况下,可以对此处描述和阐释的变换器装置1、1’做出变化。
特别地,变换器装置1、1’可以应用到全电动,有可能是电网供电的汽车上。
例如,壁4和5可以与支撑主体2形成整体。
在另一变化中,一个组件20可以限定所有的或多数的壁5。
Claims (12)
1.一种包括至少一个需被冷却的组件(20)的汽车用变换器装置(1、1’),其特征在于:包括用于支撑所述组件(20)的支撑主体(2);并且所述支撑主体(2)限定了体积(3)的至少一部分,冷却流体流经所述体积(3),与所述需被冷却的组件(20)热耦合,
所述支撑主体(2)包括:
彼此相对的,并且限定了所述体积(3)的至少一部分的第一壁(4)和第二壁(5),
若干向内面向所述体积(3)的散热片(16),以便被所述流体流过,所述散热片(16)由所述第一壁和第二壁(4、5)中的至少一个承载,
所述支撑主体(2)包括用于引导所述流体在所述体积(3)内,在所述散热片(16)上流动的导向装置(15),
所述散热片(16)形成至少两个彼此焊接的组;并且所述导向装置(15)包括处于两个所述散热片(16)组之间的焊接点。
2.根据权利要求1所述的变换器装置,其特征在于:所述导向装置(15)包括插在所述第一壁(4)和所述第二壁(5)之间的至少一个分隔物。
3.根据权利要求1所述的变换器装置,其特征在于:所述第一壁(4)和第二壁(5)中的至少一个包括密闭地与需被冷却的所述组件(20)啮合的直达底座(18)。
4.根据权利要求1所述的变换器装置,其特征在于:所述需被冷却的组件(20)至少部分地向内面向所述体积(3),以便被所述流体流过。
5.根据权利要求4所述的变换器装置,其特征在于:所述组件(20)整体上装配有若干散热片(16),所述散热片向内面向所述体积(3),以便被所述流体流过。
6.根据权利要求1所述的变换器装置,其特征在于:所述第一壁(4)和第二壁(5)中的至少一个,在面对所述体积(3)的相对侧,包括至少一个静载底座(17),所述静载底座至少部分地被所述需被冷却的组件啮合。
7.根据权利要求1所述的变换器装置,其特征在于:所述第一壁(4)和第二壁(5)可释放地,并且密闭地沿各自的外围,彼此连接在一起。
8.根据权利要求1所述的变换器装置,其特征在于:所述第一壁(4)和第二壁(5)彼此是一体的。
9.根据权利要求1所述的变换器装置,其特征在于:所述支撑主体(2)包括若干横跨所述第一壁和第二壁(4、5)的横向壁(6、7、8、9);并且变换器装置包括可释放地连接到所述横向壁(6、7、8、9)上的至少一个半外壳(11、12),同时,所述至少一个半外壳(11、12)与所述第一壁和第二壁(4、5)中的一个(4),以及所述横向壁(6、7、8、9)一起,限定了容纳所述组件(20)的体积(10)。
10.一种汽车推进系统(100),包括:
-至少一个牵引电机(103);
-根据权利要求1所述的变换器装置(1、1’),用于向所述电机(103)提供动力。
11.根据权利要求10所述的推进系统(100),其特征在于:包括可通过连接到电力干线(109)上充电,并且向所述变换器装置(1、1’)提供动力的电压产生器(107)。
12.一种混合动力汽车,其特征在于:包括根据权利要求10所述的推进系统(100)。
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