CN105048826B - 用于车辆的集成电力转换设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的集成电力转换设备。该设备包括被配置成驱动电动机的逆变器和被配置成输出低压的转换器。逆变器和转换器设置在壳体的内底表面上。屏蔽板安装在距壳体的内底表面预定高度处。此外，被配置成操作逆变器和转换器的集成控制板设置在屏蔽板的顶表面上。

Description

用于车辆的集成电力转换设备

技术领域

本发明涉及用于车辆的集成电力转换设备，特别地涉及这样的电力转换设备，其加强壳体刚性，促进性能优化，且改进装配效率。

背景技术

使用电动机作为驱动源的环境友好型车辆，诸如电动车辆或混合动力车辆，通常使用燃料电池高压电池等作为用于驱动电动机的能源。环境友好型车辆使用用于向电动机提供电力的逆变器和被配置成生成用于车辆的12V电力的低直流-直流(DC-DC)转换器(LDC：low direct current to direct current converter)作为电力转换部件。传统上，包括逆变器和LDC的结构封装频繁地应用为用于车辆的集成电力转换设备。

参考图1A和图1B，在包括逆变器和LDC的传统集成电力转换设备中，通过高压DC输入端子4输入的高压DC利用电容器模块2转换成交流(AC)，使电动机5由从逆变器1输出的转换后AC驱动。通过高压DC输入端子4输入的高压DC利用在LDC 6内的多个元件转换成低电压，使得LDC 6输出12V。

然而，在如上所述那样配置的传统集成电力转换设备中，用于操作逆变器和LDC的集成控制板(未示出)与逆变器和LDC一起被安装在壳体内，因此集成控制板的电磁波(例如电磁场)对逆变器和LDC产生影响。因此，传统集成电力转换设备的性能可能劣化。

如图2所示，在传统的集成电力转换设备中，夹持器(clamp)8安装在壳体7的底表面上以固定构成LDC的芯体(cores)(例如变压器、ZVC、白垩线圈(chalk coil)和电感器)。特别地，用于固定夹持器8的紧固结构应当设置到壳体7的底表面，因此增加壳体底表面的面积。

发明内容

本发明提供通过集成被配置成驱动电动机的逆变器和被配置成输出低压的转换器而构成的集成电力转换设备，其中逆变器和转换器可设置在壳体的内底表面上。屏蔽板可安装在距壳体的内底表面预定高度处，被配置成操作逆变器和转换器的集成控制板可设置在屏蔽板的顶表面上。第一空间部分可形成在集成控制板和壳体之间，并且用于在集成控制板和逆变器之间以及在集成控制板和转换器之间的信号连接的信号线可设置在第一空间部分。

屏蔽板可设置在转换器之上，并且用于固定在转换器内设置的芯体的夹持器可安装在屏蔽板的底表面上。逆变器可被配置成包括功率模块和电容器模块，并且电容器模块可设置在屏蔽板之下或设置在壳体和屏蔽板之间形成的第二空间部分中。用于打开和关闭壳体的盖子可设置在壳体的顶端。

如上所述，根据本发明的集成电力转换设备可具有如下的优点。

第一，由于平板状屏蔽板(shield plate)可设置在箱型结构的壳体内部，所以电力转换不仅(逆变器和转换器)和集成控制板(integrated control board)可在结构上分开，这样能够减少或最小化对电力转换部件产生影响的集成控制板电磁波的影响，从而提高性能。

第二，由于平板状屏蔽板可设置在箱型结构壳体的内部，所以能够确保结构刚性。

第三，第一空间部分可形成在壳体和集成控制板之间，并且用于信号连接的信号线可设置在电力转换部件和集成控制板之间，这样能够简化布局并且提高装配效率。

第四，信号线的布局可简化，并且用于固定转换器(LDC)的芯体的夹持器可安装在屏蔽板的底表面上，这样能够减少用于部件安装的壳体的底表面的面积。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特征和优点将从结合附图的以下具体实施方式中被更清楚地理解，附图中：

图1A和图1B是示意性示出根据现有技术的传统集成电力转换设备的示例性视图；

图2是示出根据现有技术在图1A和图1B中示出的传统集成转换设备的问题的示例性视图；

图3示出根据本发明示例性实施例的集成电力转换设备的示例性视图；

图4是示出紧固到根据本发明示例性实施例的集成电力转换设备中屏蔽板的底表面的用于固定芯体的示例性视图。

图5示出根据本发明示例性实施例的集成电力转换设备的示例性视图；以及

图6示出根据本发明示例性实施例的集成电力转换设备的示例性视图。

应了解，附图不一定按比例绘制，其呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的某种程度上简化的表示。如本文揭示的本发明的特定设计特征，包含例如特定尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定的旨在应用和使用环境决定。在图中，附图标记贯穿附图的各图指代本发明的相同或等效部分。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的”(vehicular)或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商务车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆、燃料电池车辆和其它代用燃料车辆(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。本文所使用的混合动力车是具有两种以上动力源的车辆，比如汽油动力和电动力的车辆。

虽然示例性实施例被描述为使用多个单元执行示例性进程，但是应该理解示例性进程也可以由一个或多个模块执行。此外，应该理解术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器配置为存储上述模块，而处理器具体配置为执行上述模块，以便执行下面进一步描述的一个或多个进程。

此外，本发明的控制逻辑也可具体化为计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、CD-ROM(只读光盘)，磁带、软盘、闪盘(flashdrive)、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在连接网络(networkcoupled)的计算机系统中，以便例如通过远程服务器(telematics server)或控制器局域网(CAN：Controller Area Network)以分布形式存储和执行计算机可读介质。

本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数(Integer，整体)、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

如本文所使用的，除非特别声明或从上下文中明显看出，术语“约(about)”应理解为处于本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可理解为在标注值(stated value)的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％，或0.01％内。除非从上下文中另外明确地看出，否则本文所提供的所有数值被术语“大约”修饰(限制)。

在下文中，参考附图将详细描述本发明的各种示例性实施例，其示例在附图中示出并且在下面描述。虽然本发明将结合示例性实施例描述，但是应当理解本描述不旨在限制本发明为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，还覆盖各种替代、修改、等同和其它示例性实施例，其可包括在如由所附权利要求定义的本发明的精神和范围内。

本发明提供一种包括被配置成驱动电动机的逆变器和被配置成输出低压的转换器的配置成封装结构的集成电力转换设备。应当理解，“低压”意味着约12V或更低的电压。集成电力转换设备可具有这样的结构，其可在结构上加强壳体刚性，并促进性能优化，且提高组装效率。一般来说，低压是约60V或更小，但基于在本发明中的车辆性能，低压约是12V或更小，且高压是约240V至413V。

集成电力转换设备可包括被配置成驱动电动机的逆变器和被配置成输出低压的转换器。如图3所示，逆变器10和转换器20可设置在壳体30的内底表面上。壳体30可以具有预定深度的箱形形成，并且冷却水入口31和冷却水出口32可形成在壳体30的一侧。虽然在附图中没有示出，通过冷却水入口31和冷却水出口32循环的冷却水流的流径可形成在壳体30的内底表面中。逆变器10和转换器20可由通过流径循环的冷却水来冷却。

如本领域中已知的，逆变器是被配置成驱动电动机的电力转换部件。逆变器可被配置成包括：电容器模块，其被配置成从高压输入端子接收DC高压输入；和功率模块，其被配置成从电容器模块接收输入以将接收的输出转换成AC电压。应当理解，高压是指超过约240V的电压。此外，如在本领域中已知，转换器(LDC)是用于低压输出的电力转换部件，其被配置成将来自高压输入端子的DC高压输入转换成DC低压。转换器一般将电池的高压转换成用于车辆的低压(例如约12V)。用于屏蔽电磁波的屏蔽板40可安装在距壳体30的内底表面预定高度处。

如图3所示，屏蔽板40可以以具有预定厚度的板状或具有预定深度的沟槽结构(例如保持和安装集成控制板的沟槽结构)形状形成。屏蔽板40可设置在壳体30的约中央高度处。被配置成集成和操作逆变器10和转换器20的集成控制板50可设置在屏蔽板40的顶表面上。特别地，集成控制板50和屏蔽板40可具有比壳体30的截面积更小的尺寸。因此，具有预定距离的第一和第二空间部分33和34可形成在集成控制板50和壳体40之间。

如图3所示，第一空间部分33可分别形成在集成控制板50的前侧和后侧两者以及在壳体30的侧壁面之间，并且第二空间部分34可形成在集成控制板50的左侧与壳体30的侧壁面之间。用于来自外部的输入和/或来自外部的输出的连接端子51可设置在集成控制板50的右侧，尽管用于连接端子51的其它位置也处于本发明的范围内。连接端子51可从壳体30向外突出以允许连接到外部。

被配置成允许集成控制板50和逆变器10之间以及集成控制板50和转换器20之间的有线控制信号传输的多个信号线11和21可设置在第一空间部分33中。连接到信号线11和21的一个或多个连接器52可设置在集成控制板50的前侧和后侧两者。换句话说，逆变器10和转换器20的信号线11和21可设置在第一空间部分33中，并且被配置成连接到集成控制板50的连接器52。集成控制板50可经由信号线11和21向设置在屏蔽板40之下的逆变器10和转换器20发送控制信号。

如图4所示，被配置成固定设置在转换器20中的芯体(例如变压器、ZVC、白垩线圈、电感器等)的夹持器41可被紧固并且设置在屏蔽板40的底表面上。当屏蔽板40设置在壳体30内以设置在转换器20之上时，夹持器41可支承设置在转换器20中的预定位置的芯体。当夹持器41安装在屏蔽板40的底表面上时，不必要提供紧固件以在壳体30的底表面上安装夹持器41。因此，与现有技术相比，用于安装夹持器41的壳体30的底表面面积可减少，以提高输出密度。同时，如图5的另一个示例性实施例中所示，转换器20和逆变器10的功率模块12可设置在屏蔽板40之下，并且逆变器10的电容器模块13可设置在壳体30和屏蔽板40之间形成的第二空间部分34中。

具体而言，电容器模块13可设置在壳体30的内底表面上。特别地，电容器模块13可设置在第二空间部分34的下部处的壳体30的内底表面上。电容器模块13可形成到高达距壳体30的内底表面的屏蔽板40(或稍后描述的盖子的下部)的高度。因此，电容器模块13可定位在第二空间部分34中。如图6所示，逆变器10的电容器模块13可设置在其左侧的功率模块12和在其右侧的转换器20之间的屏蔽板40之下(应当注意，此类结构的其它定位均处于本发明的范围内，并且“左”和“右”仅用于解释起见)。壳体30的形状可在本发明的技术范围内修改，并且可被打开或关闭的盖子35可覆盖壳体30的顶端，并且可设置在壳体30的顶端。

本发明已经参考其示例性实施例进行了详细描述。然而，本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和精神情况下，在这些示例性实施例中可进行改变，其范围在所附权利要求和它们的等同物中限定。

Claims (5)

1.一种集成电力转换设备，其包括：

逆变器，其被配置成驱动电动机；

转换器，其被配置成输出低压；以及

集成控制板；

其中所述逆变器和所述转换器设置在壳体的内底表面上，屏蔽板设置在距所述壳体的内底表面预定高度处；并且

所述集成控制板被配置成操作所述逆变器和所述转换器，并且设置在所述屏蔽板的顶表面上，

所述集成电力转换设备，还包括：

夹持器，其被配置成固定设置在所述转换器内的芯体，并且安装在所述屏蔽板的底表面上，

其中所述屏蔽板设置在所述转换器和所述夹持器之上。

2.根据权利要求1所述的集成电力转换设备，其中第一空间部分分别形成在所述集成控制板的前侧和后侧两者以及在所述壳体的侧壁面之间，并且在所述第一空间部分设置有信号线，所述信号线被配置成使信号能够在所述集成控制板和所述逆变器之间以及在所述集成控制板和所述转换器之间传输。

3.根据权利要求1所述的集成电力转换设备，其中所述逆变器包括功率模块和电容器模块，并且所述电容器模块设置在所述屏蔽板之下。

4.根据权利要求1所述的集成电力转换设备，其中所述逆变器包括功率模块和电容器模块，并且所述电容器模块定位在形成在所述集成控制板的左侧与所述壳体的侧壁面之间的第二空间部分中。

5.根据权利要求1所述的集成电力转换设备，还包括：

盖子，其被配置成打开或关闭，其中所述盖子设置在所述壳体的顶端。