CN103547120A - 汽车用变换器装置 - Google Patents

Abstract

一种包括至少一个需被冷却的第一组件（20）的汽车用变换器装置（1’），其特征在于：包括用于支撑所述第一组件（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），与需被冷却的所述第一组件（20）热耦合，所述支撑主体（2）包括：若干向内面向所述体积（3）的第一散热片（16），以便被所述流体流过，需被冷却的所述第一组件（20）至少部分地向内面向所述体积（3），以便被所述流体流过,并且在所述第一组件（20）中整体上装配有若干第二散热片（16），所述第二散热片向内面向所述体积（3），以便被所述流体流过。

Description

汽车用变换器装置

本申请是申请号为200910206657.2、申请日为2009年10月26日、发明名称为“汽车用变换器装置”的申请的分案申请。

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需被冷却的第一组件的汽车用变换器装置，其特征在于：包括用于支撑所述第一组件的支撑主体；并且所述支撑主体限定了体积的至少一部分，冷却流体流经所述体积，与需被冷却的所述第一组件热耦合，所述支撑主体包括：若干向内面向所述体积的第一散热片，以便被所述流体流过，需被冷却的所述第一组件至少部分地向内面向所述体积，以便被所述流体流过,并且在所述第一组件中整体上装配有若干第二散热片，所述第二散热片向内面向所述体积，以便被所述流体流过。

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 (11)

1.一种包括至少一个需被冷却的第一组件（20）的汽车用变换器装置（1’），其特征在于：包括用于支撑所述第一组件（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），与需被冷却的所述第一组件（20）热耦合，

所述支撑主体（2）包括：若干向内面向所述体积（3）的第一散热片（16），以便被所述流体流过，

需被冷却的所述第一组件（20）至少部分地向内面向所述体积（3），以便被所述流体流过,并且在所述第一组件（20）中整体上装配有若干第二散热片（16），所述第二散热片向内面向所述体积（3），以便被所述流体流过。

2.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：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），

所述第一壁（4）具有第一表面（4A），所述第二壁（5）具有第二表面（5A），

所述第二表面（5A）具有若干所述第一散热片（16）。

3.根据权利要求2所述的变换器装置，其特征在于：所述第一散热片（16）和/或所述第二散热片（16）由实质上与所述第一壁（4）的所述第一表面（4A）以及所述第二壁（5）的所述第二表面（5A）垂直的支柱限定。

4.根据权利要求2或3所述的变换器装置，其特征在于：所述第二表面（4A）具有若干底座（17），以容纳各自需被冷却的第二组件（20）。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的变换器装置，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第一组件（20）啮合的直达底座（18）。

6.根据权利要求2-5中任意一项所述的变换器装置，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。

7.根据权利要求2-5中任意一项所述的变换器装置，其特征在于：所述第一壁（4）和第二壁（5）彼此是一体的。

8.根据权利要求2-7中任意一项所述的变换器装置，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）。

9.一种汽车推进系统（100），包括：

-至少一个牵引电机（103）；

-根据权利要求1-8中任意一项所述的变换器装置（1’），用于向所述电机（103）提供动力。

10.根据权利要求9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’）提供动力的电压产生器（107）。

11.一种混合动力汽车，其特征在于：包括根据权利要求9或10所述的推进系统（100）。

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