CN102931859B - 车用逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用逆变器。示例性地，该车用逆变器包括：具有功率半导体器件的电源模块；与电源模块结合并使冷却剂在其中流动的冷却模块；以及通过安装单元安装在冷却模块上并用于吸收电源模块的纹波电流的电容模块。

Description

车用逆变器
对于相关申请的交叉引用
本申请要求2011年8月10日于韩国知识产权局提出的韩国专利申请第10-2011-0079529号的优先权和利益，其全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力车或燃料电池车的逆变器系统。更具体地，本发明涉及一种加强电源模块和电容模块的组装结构的车用逆变器。
背景技术
近年来，人们开始对绿色能源感兴趣，并且，混合动力车、电动车和燃料电池车作为取代传统内燃机车的未来车辆而受到关注。这种混合动力车和电动/燃料电池车采用引擎和大功率电机作为动力源。
该混合动力车和电动/燃料电池车采用逆变器系统，从而通过使用内部产生的电能来为蓄电池或燃料电池充电，或者使用该蓄电池或燃料电池产生的高压直流(DC)电。该逆变器系统将蓄电池或燃料电池产生的高压直流电转换为包括U、V和W相的三相交流(AC)电。
逆变器系统包括电源模块，其含有例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)等的功率半导体器件；和电容模块，其吸收电源模块的功率半导体器件切换操作所产生的纹波电流。
该电容模块通过母线与用作逆变器输入端的高压直流电输入端以及电源模块进行电连接。
根据传统工艺，电源模块和电容模块独立地设置在一个箱体内。由于电容模块相对比较重，很难保证通常由塑料制成的电源模块具有支撑电容模块的结构刚度。
由于电源模块和电容模块独立地安装在一个箱体内，因此箱体上具有额外的安装孔以布置将电源模块与电容模块电连接的母线。也就是说，将电源模块和电容模块电连接的母线穿过箱体上的安装孔来安装。
根据传统工艺，因为用于在箱体上安装母线的安装孔是必需的，用于封闭该安装孔的盖、螺栓和密封剂也是必需的。因此，组装程序和组件可能增多，从而生产成本和产品重量可能增加。
另外，根据传统工艺，由于电源模块和电容模块分别安装在箱体中，组装效率可能会降低。
根据传统工艺，因为用于封闭箱体上安装孔的盖和用于密封该盖的密封剂是必需的，泄漏的风险可能增加且产品质量可能会降低。
以上在背景部分公开的信息仅为加强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成该国本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种车用逆变器，其具有的优点为增强结构刚度、集成电源模块和电容模块、以及去除箱体上用于将电源模块和电容模块电连接的安装孔和用于封闭安装孔的盖。
根据本发明的一个或多个示例性实施方式的车用逆变器包括：电源模块，其具有功率半导体器件；冷却模块，其与电源模块结合并使冷却剂在其中流动；和电容模块，其通过安装单元安装在冷却模块上，用于吸收电源模块的纹波电流。
在一个或多个示例性实施方式中，预结合电源模块、冷却模块和电容模块以形成模块集(module assembly)，该模块集安装在箱体内。
在一个或多个示例性实施方式中，电源模块和冷却模块通过螺栓结合。
在一个或多个示例性实施方式中，安装单元包括：至少一个安装凸耳(mountingboss)，其一体形成于冷却模块的边缘部分；至少一个支腿(leg)，其一体形成于电容模块上且对应于凸耳；和紧固件，用来卡止凸耳与支腿。
在一个或多个示例性实施方式中，冷却模块还包括使冷却剂流入的进口和使冷却剂流出的出口，箱体上设置一对凹穴，进口和出口可安装到该凹穴中。
在一个或多个示例性实施方式中，箱体具有开口的上下端。
在一个或多个示例性实施方式中，模块集通过箱体开口的下端面结合到箱体的下侧内表面。
在一个或多个示例性实施方式中，冷却模块包括至少一个一体形成于边缘部分的第一结合突起并与箱体结合，箱体包括一体形成于下侧内表面并通过螺栓与第一结合突起结合的第二结合突起。
在一个或多个示例性实施方式中，电容模块以与冷却模块结合的状态通过母线与电源模块电连接。
根据本发明的一个或多个示例性实施方式的车用逆变器包括：模块集，通过在电源模块和冷却模块结合后将电容模块结合至冷却模块而形成；和箱体，用于容纳模块集并结合至冷却模块。
在一个或多个示例性实施方式中，模块集以电源模块、冷却模块和电容模块相互结合的状态安装于箱体内。
附图说明
附图说明本发明的示例性实施方式但并不限制本发明的任何方面。
图1是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的透视图。
图2是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的部分分解透视图。
图3是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的俯视图。
图4是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的侧视图。
图5是根据本发明示例性实施方式的应用于车用逆变器的模块集的分解透视图。
图6是根据本发明示例性实施方式的应用于车用逆变器的模块集的俯视图。
图7是根据本发明示例性实施方式的应用于车用逆变器的模块集的侧视图。
<符号说明>
10：模块集；
20：箱体；
21：凹穴；
25：第二结合突起；
30：电源模块；
50：冷却模块；
51：冷却板；
53：螺栓；
55：进口；
57：出口；
59：第一结合突起；
59a：螺栓孔；
70：电容模块；
71：壳体；
75：固定块；
80：母线；
90：安装单元；
91：安装凸耳；
92：卡止空间；
93：支腿；
94：卡止孔；和
95：紧固件。
具体实施方式
在下文中，本发明将参考附图进行更加全面的说明，其中列出了本发明的示例性实施方式。正如本领域技术人员所意识到的，所述的实施方式可以以各种不同方式进行改变而不脱离本发明的精神或范围。
对于诠释本发明为非必需的组件的说明将被省略，且相同的组成元件用相同的参考数字表示。
另外，为了更好的理解和描述的简易，附图中所示组件的尺寸和厚度可能与这些组件的真实尺寸和真实厚度有差别。
此外，应该理解的是，在本文中用到的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语一般包括机动车辆，例如载客汽车，包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车和各种商用车辆；包括各种船和艇在内的水运工具；飞行器等；还包含混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车和其他替代燃料车(例如，从非石油资源得来的燃料)。本文中提到的混合动力车是具有两种或更多种动力来源的车，例如同时为汽油动力和电动力的车。
图1是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的透视图；图2是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的部分分解透视图；图3是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的俯视图；以及图4是根据本发明示例性实施方式的车用逆变器的侧视图。
参考图1～4，根据本发明示例性实施方式的车用逆变器100可以应用于采用引擎和大功率电机作为动力源的混合动力车或电动/燃料电池车。
在本说明书中例证，逆变器100用于通过接收电池电力来驱动大功率电机的传统混合动力车和电动车。
逆变器100为电力转换系统，其将电池产生的高压直流电转换为包括U、V和W相的三相直流电以控制大功率电机。
根据本发明一个示例性实施方式的车用逆变器100被用来减少组件的数量、组装程序、成本和重量，以通过尽量减少密封部件来降低泄漏风险，并提高组装效率和质量。
出于这些目的，根据本发明示例性实施方式的车用逆变器100包括通过将模块一体结合而形成的模块集10，和容纳该模块集10的箱体20。
在本发明的一个示例性实施方式中，模块集10是逆变器100的主要构件，并包括电源模块30、冷却模块50、和电容模块70。
将参照图1～7更详细地说明将电源模块30、冷却模块50、和电容模块70结构结合到模块集10。
电源模块30是功率半导体器件(例如，IGBT)，由塑料制成，并电连接至电容模块70。
冷却模块50通过使用例如冷却剂的致冷剂来冷却电源模块30和电容模块70，并与电源模块30一体结合。
由于电容模块70与电源模块30装配在一起，冷却模块50可由易散热的铝或其他材料制成并通过循环制冷剂来冷却电源模块30和电容模块70。
冷却模块50包括大体上为矩形的冷却板51。用于制冷剂流动的液压管路(未在图中示出)形成在冷却板51中。
在本文中，冷却板51通过螺栓53结合至电源模块30。
冷却板51设置有进口55和出口57。进口55连接到液压管路并使冷却剂流入液压管路，出口57将制冷剂从液压管路排出。进口55和出口57从冷却板51的边缘部分突出。
此外，多个第一结合突起59以一定距离在冷却板51的另一边缘部分形成。第一结合突起结合至箱体20的内表面。
与螺栓53接合的第一螺栓孔59a形成在第一结合突起59上。通过将螺栓53插入第一结合突起59的第一螺栓孔59a中而将冷却板51与箱体20的内表面结合。
电容模块70用于吸收电源模块30的功率半导体器件产生的波纹电流。也就是说，电容模块70吸收波纹电流并抑制直流输入电压的突变，从而稳定电流/电压。
电容模块70包括多个安装于铝质壳体71内的单元模块(未在图中示出)。电容模块70用于正常运行逆变器并增加高压电池的耐久性。
电容模块70的壳体71通过安装单元90结合至冷却模块50的冷却板51。
由于电容模块70的壳体71通过安装单元90结合至冷却模块50，电容模块70通过安装单元90与电源模块30的上表面隔开一定距离，并结合至冷却模块50。
即，冷却模块50的冷却板51通过安装单元90结合至电容模块70，进而支撑重量相对重的电容模块70。
在本发明的一个示例性实施方式中，安装单元90包括多个突出于冷却板51边缘部分一定高度的安装凸耳91；和多个对应于安装凸耳91的从电容模块70的壳体71上一体突出的支腿93。
安装凸耳91大体上用于支撑重量重的电容模块70。因此，该凸耳91具有支撑电容模块70的结构刚度，并垂直地形成于冷却板51的边缘部分。卡止空间92在安装凸耳91上以垂直方向形成。
此外，支腿93从壳体71的下边缘向外突出，并且在支腿93上形成与安装凸耳91的卡止空间92相对应的卡止孔94。
在本文中，安装单元90还包括用于卡止冷却板51的安装凸耳91与电容模块70的支腿93的紧固件95。螺栓可以用作紧固件95。螺栓穿过支腿93上的卡止孔94并安装入安装凸耳91的卡止空间92中。
同时，电源模块30和电容模块70通过母线80而相互电连接。
这样的母线80将电源模块30切换操作产生的波纹电流供应至电容模块70，并通过(+)和(-)汇流条(bus plate)将电源模块30与电容模块70电连接。
母线80电连接至电源模块30，还通过螺栓53电连接至电容模块70。
出于该目的，通过螺栓53固定母线80的(+)和(-)汇流条的固定块75从电容模块70的壳体71突出。
如图1～4所示，根据本发明一个示例性实施方式的箱体20用于接收和容纳模块集10，其中电源模块30、冷却模块50、和电容模块70一体组合到模块集上。
箱体20呈矩形并具有容纳模块集10的接收空间，且结合至模块集10的冷却模块50。
箱体20具有开口的上端和下端，模块集10可通过箱体20开口的下端面结合至箱体20的下侧内表面。
也就是说，冷却模块50的冷却板51可结合至箱体20的下侧内表面。
可通过螺栓53结合至冷却板51上第一结合突起59的第二结合突起25形成于箱体20下侧内表面的每个边缘部分。第二螺栓孔25a形成在第二结合突起25上，并且螺栓53安装入第二螺栓孔25a。
因此，在第一结合突起59的第一螺栓孔59a和第二结合突起25的第二螺栓孔25a对齐的状态下，将螺栓53插入并安装入第一螺栓孔59a和第二螺栓孔25a。所以，冷却模块50的冷却板51与箱体20的下侧内表面接合。
此外，在箱体20上形成一对凹穴21。冷却板51的进口55和出口57安装到这一对凹穴21中。
接下来将参考附图详细说明根据本发明示例性实施方式的逆变器100的组装程序。
根据本发明的一个示例性实施方式，电源模块30通过螺栓53结合至冷却板51。电源模块30可由塑料制成且结合至冷却板51的上表面。
之后，将电容模块70的壳体71安装在冷却模块50的冷却板51上。此时，在将壳体71的支腿93放置在冷却板51的安装凸耳91上后，支腿93的卡止孔94与安装凸角91的卡止空间92对齐。
如果在这种状态下将例如螺栓的紧固件95结合至支腿93的卡止孔94，则该紧固件95结合至安装凸耳91的卡止空间92中，且电容模块70的壳体71安装在冷却板51上。
在这种情况下，电容模块70的壳体71被设置成，通过安装凸耳91与电源模块30相距一定距离，并且可结合至冷却板51。
由于电容模块70通过安装凸耳91结合至冷却板51，模块集10可以保证用来支撑重量重的电容模块70的结构刚度。
之后，连接至电源模块30的母线80通过螺栓53固定在电容模块70的紧固块75上。从而，电源模块30和电容模块70通过母线80相互电连接。
电源模块30、冷却模块50、和电容模块70一体组合，从而通过将冷却模块50安装在电源模块30和电容模块70耦合之处以形成模块集10。
之后，通过箱体20开口的下端面将模块集10设置于箱体20中，冷却模块50的进口55和出口57结合至箱体20的凹穴21中。
在冷却板51上第一结合突起59的第一螺栓孔59a与箱体20上第二结合突起25的第二螺栓孔25a对齐的状态下，通过将螺栓53插入第一螺栓孔59a和第二螺栓孔25a将冷却板51组装于箱体20的下侧内表面。
如果模块集10组装到箱体20，上盖(未在图中示出)结合到箱体20的上端部分，下盖(未在图中示出)结合至箱体20的下端部分。从而，根据本发明的一个示例性实施方式的逆变器100组装完成。
如上所述，根据本发明的一个示例性实施方式的车用逆变器100通过下述方法组装：将电源模块30结合至冷却模块50，通过安装单元90将电容模块70结合至冷却模块50，和将通过一体组装电源模块30、冷却模块50和电容模块70而形成的模块集10安装在箱体20内。
与传统工艺中将用于安装母线的安装孔形成于箱体上不同(该母线用于将电源模块与电容模块电连接)，根据本发明的示例性实施方式不需要用于将母线80安装到箱体20上的安装孔，以及用于封闭该安装孔的盖、螺栓和密封剂。
因此，装配程序、组件、制造成本、和自身重量可以减少。
根据本发明的一个示例性实施方式，由于电源模块30和电容模块70分别组装到冷却模块50，且模块集10安装在箱体20内，可以改进装配效率。
根据本发明的一个示例性实施方式，由于用于封闭箱体上安装孔的盖以及用于密封该盖的密封剂不是必需的，泄漏的风险可以降低且质量可以改善。
尽管已经结合当前被认为是实践示例性的实施方式来说明本发明，应该理解的是，本发明并不受限于所公开的实施方式，相反，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种更改和等同设置。

Claims (11)

1.一种车用逆变器，其包括：
电源模块，其具有功率半导体器件；
冷却模块，其与所述电源模块结合，并被设置成使冷却剂在其中流动；和
电容模块，其通过安装单元安装在所述冷却模块上，由所述冷却模块支撑，并被设置成吸收所述电源模块的纹波电流，
其中，所述安装单元包括至少一个安装凸耳，所述凸耳一体形成于所述冷却模块的边缘部分，并且所述电容模块被设置成通过所述安装凸耳与所述电源模块隔开。
2.如权利要求1所述的逆变器，其中，
预结合所述电源模块、所述冷却模块、和所述电容模块以形成模块集，
所述模块集被安装在箱体内。
3.如权利要求2所述的逆变器，其中，
所述冷却模块还包括被设置成使所述冷却剂流入的进口，和被设置成使所述冷却剂流出的出口，
所述箱体设置有一对凹穴，所述进口和出口被安装到所述凹穴中。
4.如权利要求2所述的逆变器，其中，
所述箱体具有开口的上端和下端。
5.如权利要求4所述的逆变器，其中，
所述模块集通过所述箱体开口的下端面结合至所述箱体的下侧内表面。
6.如权利要求5所述的逆变器，其中，
所述冷却模块包括至少一个一体形成于其边缘部分的第一结合突起，并被结合至所述箱体，
所述箱体包括一体形成于其下侧内表面并通过螺栓被结合至所述第一结合突起的第二结合突起。
7.如权利要求1所述的逆变器，其中，
所述电源模块和所述冷却模块通过螺栓结合。
8.如权利要求1所述的逆变器，其中，所述安装单元还包括：
至少一个支腿，其一体形成于所述电容模块且对应于所述安装凸耳；和
紧固件，其使各个所述安装凸耳卡止到各个支腿上。
9.如权利要求1所述的逆变器，其中，
所述电容模块在与所述冷却模块结合时，通过母线电连接至所述电源模块。
10.一种车用逆变器，其包括：
模块集，其通过在将电源模块和冷却模块结合之后将电容模块与所述冷却模块结合而形成；并且所述电源模块由所述冷却模块支撑，和
箱体，其被设置成容纳所述模块集，所述箱体被结合至所述冷却模块，
其中，电容模块通过安装单元安装在所述冷却模块上，所述安装单元包括至少一个安装凸耳，所述凸耳一体形成于所述冷却模块的边缘部分，并且所述电容模块被设置成通过所述安装凸耳与所述电源模块隔开。
11.如权利要求10所述的逆变器，其中，
当所述电源模块、所述冷却模块、和所述电容模块相互结合时，所述模块集被安装在所述箱体。
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