CN103973132A - 用于电动车辆的电力转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电动车辆的电力转换系统。一种用于电动车辆（100）的电力转换系统（5）包括可操作以平滑化电池（2）的电流的电容器（21）；可操作以将电容器（21）放电的第一放电电阻器（22）和第二放电电阻器（16）；附接到该电容器（21）的壳体（25）的第一基板（20），以及其中安装控制第二放电电阻器（16）的电路的第二基板（30）。第二放电电阻器（16）快速地放电电容器（21），同时每单位时间每单位电流产生比第一放电电阻器大的热量。电容器（21）的壳体（25）位于第二放电电阻器（16）和第二基板（30）之间。将第二基板（30）与第二放电电阻器（16）电连接的导电路径（23）经由第一基板（20）。

Description

用于电动车辆的电力转换系统

技术领域

本发明涉及用于电动车辆的电力转换系统。电力转换系统是将电池的DC电力转换成AC电力，并且将该AC电力供应到电动机的装置。在本说明书中使用的术语“电动车辆”包括具有电动机和发动机两者的混合动力车辆以及燃料电池汽车。

背景技术

电动车辆配备有将电池的DC电力转换成具有适用于电动机驱动的频率的AC电力的电力转换系统。电力转换系统不仅可以包括用于将DC电力转换成AC电力的逆变器电路，而且可以包括将电池的输出电压降压或升压的转换器电路。

电力转换系统通常包括用于平滑化从电池递送的电流的一个或多个电容器。电容器与逆变器电路的输入端，或与电压转换器电路的输入端或输出端并联连接。由于电池的输出电流大，将大容量电容器用作平滑化电容器。由于电容器连接到从电池到电动机的电流路径，当驱动电动机时，在电容器中存储相当量的电力。因此，优选的是提供放电电路，用于在诸如车辆碰撞的紧急情况下，快速地将电容器放电。在日本专利申请公开No.2012-139014（JP2012-139014A）和日本专利申请公开No.2012-152014（JP2012-152014A）中示例了电力转换系统的例子，该电力转换系统包括用于平滑化电池的DC电力的电容器，以及用于将电容器放电的放电电阻器。在下述描述中，“电容器”是指用于平滑化电池的输出电流的大容量电容器，除非另有说明。

因为由用于快速地将电容器放电的放电电阻器所产生的热量大，因此用于电阻器的热管理很重要。在JP2012-139014A和JP2012-152014A中，提出了使电容器和放电电阻器位于制冷剂通道的两侧，以便冷却放电电阻器。

发明内容

由于取决于该情况，放电电阻器需要连接到电容器，因此需要提供用于将放电电阻器连接到电容器或使放电电阻器与电容器断开的控制电路。在基板（控制基板）中安装控制电路的情况下，优选的是使控制基板尽可能远地与作为发热源的放电电阻器分开。另一方面，如果放电电阻器和控制基板之间的距离增加，则需要增加使放电电阻器与控制基板电连接的电缆的长度，由此要求足够用于安设电缆的空间和创造性的电缆布线。本发明提供确保在用于将电容器放电的放电电阻器和控制放电电阻器的控制基板之间的足够距离，并且在确保空间节省的同时，还使放电电阻器与控制基板电连接的技术。

用于平滑化电流的电容器可以与具有相对大电阻值并且在长时间段内逐渐地释放在电容器中存储的电荷（即将电容器放电）的电阻器相连接。为将该电阻器与上述用于快速地将电容器放电的电阻器区分开来，在长时间段内使电容器放电的电阻器将被称为“第一放电电阻器”，并且用于快速放电的电阻器将被称为“第二放电电阻器”。第一放电电阻器安装在基板上，并且位于电容器附近。在本发明的一个例子中，安装第一放电电阻器的基板被用作使第二放电电阻器（用于快速地将电容器放电的电阻器）与控制基板（安装用于第二放电电阻器的控制电路的基板）电连接的中继器。通过该配置，第二放电电阻器可以位于远离控制基板，并且第二放电电阻器和控制基板可以在小空间中彼此电连接。

如果以另一种观点比较第一放电电阻器和第二放电电阻器，第一放电电阻器具有比第二放电电阻器更大的电阻值。换句话说，每单位时间（由于发热）由第二放电电阻器消耗的电量大于由第一放电电阻器消耗的电量。同时，每单位电流每单位时间由第二放电电阻器产生的热量大于由第一放电电阻器产生的热量。

根据本发明的一个方面，提供一种用于电动车辆的电力转换系统，该电力转换系统可操作以将电池的DC电力转换成AC电力，并且将该AC电力供应到电动机。电力转换系统包括：电容器，其可操作以平滑化电池的电流；第一放电电阻器，其可操作以将该电容器放电；第一基板，其附接到该电容器的壳体；第二放电电阻器，其可操作以将该电容器放电，每单位时间每单位电流，由第二放电电阻器产生的热量大于由第一放电电阻器产生的热量；以及第二基板，在其中安装控制第二放电电阻器的电路。在电力转换系统中，电容器的壳体位于第二放电电阻器和第二基板之间，并且将第二基板与第二放电电阻器电连接的导电路径经由第一基板。第一放电电阻器可以是例如，用于当车辆的点火开关关断时，逐步地将电容器放电的装置。第二放电电阻器可以是在例如车辆碰撞的情况下，快速地放电电容器的装置。第二放电电阻器将在电容器中存储的电能转换成热能，并且释放热能。因此，每单位时间每单位电流，由第二放电电阻器产生的热量大于由第一放电电阻器产生的热量。换句话说，第一放电电阻器具有比第二放电电阻器大的电阻值，如上所述。

第一放电电阻器可以安装在第一基板中。在上述的电力转换系统的一个例子中，从第二放电电阻器延伸的电阻器侧电缆（或金属端子），以及从第二基板延伸的基板侧电缆（或金属端子）均连接到第一基板，并且在第一基板中，使电阻器侧电缆和基板侧电缆彼此电连接。

通过上述布置，第二放电电阻器和控制第二放电电阻器的第二基板在电容器的壳体置于其间的情况下定位，由此确保在第二放电电阻器和第二基板之间的足够距离，并且这些部件经由附接到壳体的第一基板彼此电连接。即，用于快速地将电容器放电的第二放电电阻器和控制第二放电电阻器的基板能在小空间中彼此电连接，同时确保这些部件之间的足够距离。

在上述的电力转换系统中，电容器的壳体可以是大致长方体，包括第一面、与第一面平行的第二面，以及与第一面和第二面相交的第三面。第二基板和第二放电电阻器可以定位为分别与电容器的壳体的第一面和第二面相对，第一基板可以附接到电容器的壳体的第三面。换句话说，在上述的电力转换系统中，电容器的壳体可以是大致长方体，包括第一面、与第一面平行的第二面，以及与第一面和第二面相交的第三面。第二基板可以设置为与第一面或第二面中的一个相对，并且第二放电电阻器可以设置为与第一面或第二面中的另一个相对。由此，第一基板、第二基板和第二放电电阻器被定位为以便与以大致长方体形式的电容器壳体的三个侧面相对，使得电容器和与其放电有关的装置组能围绕电容器聚集成紧凑的组件，并且提高电容器和与其放电有关的装置的空间效率。

在上述的电力转换系统中，第一放电电阻器和第二放电电阻器可以与电容器并联连接，并且安装在第二基板中的控制电路可以可操作以使第二放电电阻器与电容器连接或使第二放电电阻器与电容器断开。

附图说明

在下文中，将参考附图，描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业重要性，其中，相同的数字表示相同的元件，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的电力转换系统的电路图；

图2是示出电容器和放电电阻器的布局的透视图；以及

图3是示出电容器和放电电阻器的布局的侧视图。

具体实施方式

将参考附图，描述根据本发明的一个实施例的电力转换系统。首先，将描述包括该实施例的电力转换系统的电动车辆100的电气系统。图1是电动车辆100的电路图。电动车辆100具有作为电源的主电池2，并且通过从主电池2供给的电力驱动电动机7，以便使车辆行驶。在图1中，仅示出了描述本实施例所需的那些部件，并且未示出与本实施例无关的其他部件。

主电池2经由系统主继电器3与电力转换系统5相连。系统主继电器3是使主电池2连接到车辆的电气系统或使主电池2与电气系统断开的开关。由控制器8切换系统主继电器3。通常，当接通车辆的主开关（通常称为“点火开关”）时，控制器8闭合系统主继电器3，以便使主电池2连接到车辆的电气系统。另一方面，当车辆的主开关关断时，系统8将系统主继电器3开路，以便使主电池2与车辆的电气系统断开。在一些情况下，除来自车辆的主开关的信号外，控制器8根据来自另一装置或控制器的命令，将系统主继电器3开路或闭合。典型的例子是控制器8接收指示车辆碰撞的信号的情形。指示车辆碰撞的信号的一个例子是基于包括在气囊系统中的加速度传感器9的测量值的信号。该信号指示检测到超出指定阈值的加速度。

主电池2的输出电压是例如300V。电力转换系统5包括使主电池2的电压升高到适合于驱动电动机的电压（例如600V）的电压转换器电路4，以及将具有升高的电压的DC电力转换成AC电力的逆变器电路6。逆变器电路6的输出对应于供应到电动机7的电力。电压转换器电路4和逆变器电路6两者均具有作为主要部件的开关器件，诸如IGBT，并且控制器8产生和供应用于驱动开关器件的驱动信号（PWM信号）。

电压转换器电路4升高主电池2的输出电压，并且将得到的电力供应到逆变器电路6。电压转换器电路4主要由电抗器13、两个开关器件14（诸如IGBT）和两个续流二极管15组成，如图1所示。逆变器电路6具有6组电路，每组由反向并联连接的开关器件17（诸如IGBT）和续流二极管18组成。当控制器8按需要将PWM信号供应到开关器件17的每一对时，由开关器件17接收的DC电力被转换成由此生成的AC电力。通过AC电力驱动电动机7。电压转换器电路4和逆变器电路6的构造是非常公知的，因此，将不详细地描述。

电力转换系统5包括两个电容器12、21，用于平滑化主电池2的输出电流。电容器12与电压转换器电路4的输入端并联连接，并且电容器21与电压转换器电路4的输出端并联连接。电容器12用来平滑化由电压转换器电路4接收的电流（即，电压转换器电路4的输入电流），并且可以被称为“滤波电容器”。电容器21用来平滑化电压转换器电路4的输出电流，并且可以称为“平滑化电容器”。电容器12、21是为抑制（平滑化）从主电池2供应的电流的脉动目的而提供的大容量电容器。在图1中，符号“P”表示用于驱动电动机7的电流流过的电力线中的高电位侧电力线，并且符号“N”表示低电位侧电力线。由于大电流流过这些电力线，因此，由以称为“母线”的金属板的形式的构件物理地形成电力线。

第一放电电阻器22和第二放电电阻器16与电容器21并联连接。提供具有相对大的电阻值的第一放电电阻器22，用于在关断车辆的点火开关后，逐步地将在电容器21中存储的电荷放电。第一放电电阻器22总是连接到电容器21。

第二放电电阻器16经由开关晶体管31与电容器21并联连接。每单位时间和单位电流，由第二放电电阻器16产生的热量大于由第一放电电阻器22产生的热量。如果第二放电电阻器16连接到电容器21，则能快速地将电容器21放电。在电容器21完全充电的情况下，例如，第二放电电阻器16能在数秒内将电容器21完全地放电。

在车辆碰撞的情况下，第二放电电阻器16经由开关晶体管31连接到电容器21。更具体地说，如果控制器8从加速度传感器9接收到指示碰撞的信号，则控制器8将信号发送到控制电路32，并且控制电路32使开关晶体管31从关断切换成接通。

当第二放电电阻器16连接到电容器21时，电容器12也通过二极管15连接到第二放电电阻器16，因此，在将电容器21放电的同时，也将电容器12放电。

电力转换系统5包括在图1中由虚线指示的第一基板20，以及在图1中由虚线指示的第二基板30。开关晶体管31和控制开关晶体管31的控制电路32安装在第二基板30中。换句话说，开关晶体管31和控制电路32对应于控制第二放电电阻器16的电路。因此，控制第二放电电阻器16的电路安装在第二基板30中。

第一放电电阻器22，以及使第二放电电阻器16与第二基板30电连接的导电路径23（将简称为“导电路径”）安装在第一基板20中。导电路径23是具有比一般线缆更小的电阻的细长金属板。接着，将描述第一基板20、第二基板30、第二放电电阻器16和电容器21的物理布局。

图2是示出电容器21、放电电阻器等等的布局的透视图，并且图3是其侧视图。在图2和图3中，用虚线绘制的第一放电电阻器22和导电路径23安装在代表第一基板20的长方体中。图2和图3所示的装置容纳在电力转换系统5的壳体中。构成电压转换器电路4的部件、构成逆变器电路6的部件、构成控制器8的电路等等也容纳在电力转换系统5的壳体中，但在这些图中未示出。也未示出电力转换系统5本身的壳体。

电容器21容纳在以通常长方体形式的壳体25中。将第二基板30定位为以便与壳体25的上面25a相对，并且将第二放电电阻器16定位为以便与壳体25的下面25b相对。换句话说，将第二基板30和第二放电电阻器16定位为以便分别与电容器21的壳体25的两个平行面相对。

第一基板20附接到壳体25的侧面25c。即，第一基板20附接到垂直于第二基板30和第二放电电阻器16分别相对的两个面（上面25a和下面25b）的面（侧面25c）。

两个连接销34从第一基板20向上延伸，并连接到第二基板30。同时，两条电缆35从第一基板20向下延伸。电缆中的一条35a连接到第二放电电阻器16。连接销中的一个34a和上述一条电缆35a在第一基板20内，通过导电路径23电连接。即，将第二基板30与第二放电电阻器16电连接的导电路径23经由第一基板20。换句话说，在如上所述的布局中，其中安装第一放电电阻器22的基板（第一基板23）用作用于将第二放电电阻器16与第二基板30电连接的电缆的中继器。

另一连接销34b在第一基板20内与第一放电电阻器22的一端连接。另一电缆35b将第一放电电阻器22的另一端与正母线41相连接。正母线41提供高电位侧电力线P的一部分，如图1所示。从第二放电电阻器16延伸的电缆36也连接到正母线41。

将描述上述布局的优点。第二放电电阻器16在快速地将电容器21放电时释放大量热。即，由第二放电电阻器16产生的热量大。另一方面，大量电子部件安装在安装有用于第二放电电阻器16的控制电路的第二基板30中，并且如果第二基板30定位得靠近第二放电电阻器16，则第二基板30可能受由第二放电电阻器16产生的热影响。在上述布局中，电容器21放在第二放电电阻器16和第二基板30之间，因此，能减小第二放电电阻器16的热对第二基板30的影响。同时，第二放电电阻器16和第二基板30经由第一基板20彼此电连接，这导致空间节省，即减少布线所需的空间。

将第一基板20、第二基板30和第二放电电阻器16定位为以便与电容器21（电容器壳体25）的三个面相对。该布局提高第一基板20、第二基板30、第二放电电阻器16和电容器21的空间效率。

尽管详细地描述了本发明的一个实施例，但该实施例仅是示例性的，并且不意图限制本发明的范围。由附加权利要求书限定的本发明的范围包括通过对所示的实施例进行各种改进或改变获得的范围。本说明书或附图中所述的技术元素在被单独或以各种组合采用时，示出了技术实用性，并且不限制于在提交本申请时，在权利要求中所述的组合。

Claims (5)

1.一种用于电动车辆（100）的电力转换系统（5），所述电力转换系统（5）可操作以将电池（2）的DC电力转换成AC电力，并且将所述AC电力供应到电动机（7），其特征在于，包括：

电容器（21），所述电容器（21）可操作以平滑化所述电池（2）的电流；

第一放电电阻器（22），所述第一放电电阻器（22）可操作以将所述电容器（21）放电；

第一基板（20），所述第一基板（20）附接到所述电容器（21）的壳体（25）；

第二放电电阻器（16），所述第二放电电阻器（16）可操作以将所述电容器放电，由所述第二放电电阻器（16）产生的每单位时间每单位电流的热量大于由所述第一放电电阻器（22）产生的每单位时间每单位电流的热量；以及

第二基板（30），在所述第二基板（30）中安装控制所述第二放电电阻器（16）的电路，其中

所述电容器（21）的所述壳体（25）被定位在所述第二放电电阻器和所述第二基板之间，并且将所述第二基板（30）与所述第二放电电阻器（16）电连接的导电路径（23）经由所述第一基板（20）。

2.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中，所述第一放电电阻器（22）安装在所述第一基板（20）中。

3.根据权利要求1或2所述的电力转换系统，其中，所述电容器（21）的所述壳体（25）是大致长方体，包括第一面（25a）、与所述第一面平行的第二面（25b），以及与所述第一面（25a）和所述第二面（25b）相交的第三面（25c），并且所述第二基板（30）和所述第二放电电阻器（16）被定位为以便分别与所述电容器（21）的所述壳体（25）的所述第一面（25a）和所述第二面（25b）相对，所述第一基板（20）附接到所述电容器（21）的所述壳体（25）的所述第三面（25c）。

4.根据权利要求1或2所述的电力转换系统，其中，所述电容器（21）的所述壳体（25）是大致长方体，包括第一面（25a）、与所述第一面（25a）平行的第二面（25b），以及与所述第一面（25a）和所述第二面（25b）相交的第三面（25c），所述第二基板（30）被设置为以便与所述第一面（25a）或第二面（25b）中的一个相对，并且所述第二放电电阻器（16）被设置为以便与所述第一面（25a）或第二面（25b）中的另一个相对。

5.根据权利要求1至3的任何一项所述的电力转换系统，其中，所述第一放电电阻器（22）和所述第二放电电阻器（16）是与所述电容器（21）并联连接，并且安装在所述第二基板（30）中的所述控制电路可操作以使所述第二放电电阻器（16）与所述电容器（21）连接或使所述第二放电电阻器（16）与所述电容器（21）断开。