CN105083160B - 用于车辆的混合动力控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的混合动力控制设备，包括：设置在外壳中的逆变器模块；设置在外壳中的低DC‑DC转换器(LDC)模块；以及可附接地/可拆卸地组装在外壳中的组件安装部。在混合动力控制设备中，逆变器模块包括：多个功率模块；与每个功率模块的两个表面接触以便进行热传导的冷却器，该冷却器组装到组件安装部；以及电容器模块，其以电容器模块堆叠在冷却器的一侧上的形式组装以便进行热传导。由于此结构，冷却效率能够得到改进，并且逆变器模块、转换器模块和控制器封装在一个封闭式空间中，由此减小混合动力控制设备的尺寸。

Description

用于车辆的混合动力控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的混合动力控制设备，更确切地说，涉及一种混合动力控制设备，其中逆变器模块(inverter module)、低DC-DC转换器(LDC)模块和控制器封装在一个封闭式空间中，由此提高冷却效率和组合件性能。
背景技术
使用电动机作为驱动源的绿色车辆，例如混合动力车辆或电动车辆，一般使用高压电池等作为用于驱动电动机的能量源。绿色车辆使用用于向电动机提供电力的逆变器和用于生成车辆的12V电力的低DC-DC转换器(LDC)，作为电力转换组件。
逆变器将电动机与高压电池之间的高压电池DC电力转化成三相AC电力，并且向电动机提供转换的三相AC电力。LDC(或转换器)将高压电池的DC电力转化成用于车辆的12V电力并且将转换的12V电力供给到车辆电子组件。
近年来，逆变器、转换器和用于控制它们(逆变器和转换器)的控制器已经整体地配置在一个包装中，所述包装被称作混合动力控制单元(HPCU)。用于绿色车辆的HPCU需要冷却效率的改进和通过包括结构的改进的紧凑性、简化以及高效率。
图1(相关技术)是示意性地示出根据相关技术的用于绿色车辆的动力控制设备的视图。
如图1所示，相关技术动力控制设备包括安装在第一外壳1中的转换器2，以及安装在第二外壳3中的逆变器4和控制器5。第一外壳1和第二外壳3彼此邻近配置。
逆变器4配置有多个功率模块，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)，并且栅板和电容器模块经配置以控制功率模块。
相关技术动力控制设备至少具有以下缺点。
首先，用于逆变器的外壳被配置成与用于转换器的外壳分开，因此难以减小相关技术动力控制设备的尺寸。
第二，栅板和控制器(控制板)设置有插入其间的电容器模块，因此通过布线连接。因此，需要用于布线的空间。
第三，虽然在图1中未示出，但是功率模块采用其中仅功率模块的一个表面得到冷却的冷却结构，因此功率模块的冷却效率低。
第四，由于不存在电容器模块的冷却结构，因此在减少电容器模块的尺寸和冷却电容器模块方面存在限制。
第五，包含转换器、逆变器、控制器等的安装组件是逐个安装在封闭式的第一和第二外壳中的，因此难以确保组合件性能。
发明内容
本发明提供用于车辆的混合动力控制设备，其中应用效率冷却结构，由此改进冷却效率，并且逆变器、转换器和控制器以简单结构封装在一个封闭式空间中，由此减小混合动力控制设备的尺寸。
一方面，本发明提供用于车辆的混合动力控制设备，其包括：逆变器模块，其设置在外壳中的上侧和下侧中的一侧；低DC-DC转换器(LDC)模块，其设置在外壳中的上侧和下侧中的另一侧；以及可附接地/可拆卸地组装在外壳中的组件安装部，其中所述逆变器模块包含：多个功率模块；接触每个功率模块的两个表面以便进行热传导的冷却器，所述冷却器组装在组件安装部的上侧和下侧中的一侧；以及电容器模块，其以其中电容器模块堆叠在冷却器的一侧上以便进行热传导的形式组装在组件安装部的上侧和下侧中的所述一侧。
在一个示例性实施例中，LDC模块可以组装在组件安装部的上侧和下侧中的另一侧，以设置在逆变器模块的相对侧处，并且通过组件安装部的介导与冷却器的另一侧接触以便进行热传导。
在另一示例性实施例中，可以在每个功率模块与冷却器之间、电容器模块与冷却器之间、以及组件安装部与冷却器之间涂布热传导热油脂。
在又一示例性实施例中，多个功率模块可以在左侧和右侧分成两组以设置在两条线路中。高压连接部可以设置在各功率模块的左侧和右侧中的一侧，并且低压连接部可以设置在各功率模块的左侧和右侧中的另一侧。设置在左侧和右侧中的所述一侧的功率模块和设置在左侧和右侧中的所述另一侧的功率模块基于高压连接部和低压连接部设置为彼此相反的方向。
在另一示例性实施例中，逆变器模块可经配置以包括分别设置在组件安装部的左侧和右侧上的栅板。设置在LDC模块下方的控制器可以组装到组件安装部上。栅板和控制器可以配置有板形的电路板，每个栅板和控制器具有分别设置在其一侧的连接器，并且彼此设置成直角以通过连接器进行连接。
在又另一示例性实施例中，冷却器板可以堆叠在冷却器的一侧上，并且缓冲弹簧可以组装到用于连接冷却器板与组件安装部的紧固部件上，在冷却器板与组件安装部之间组装有插入其间的冷却器。
在下文中讨论本发明的其它方面和示例性实施例。
根据本发明的混合动力控制设备，通过使用一个冷却器的高效冷却结构改进了冷却效率，并且同时逆变器、转换器和控制器以简单结构封装在一个封闭式空间中，由此减小混合动力控制设备的尺寸。
在下文中讨论本发明的上述和其它特征。
附图说明
现在将参考在附图中举例说明的本发明的某些示例性实施例详细地描述本发明的上述和其它特征，所述附图在下文中仅用于举例说明，因此不限制本发明，并且其中：
图1(相关技术)是示意性地示出根据相关技术的用于绿色车辆的动力控制设备的视图；
图2图示外部透视图和内部配置图，其示出根据本发明的实施例的用于车辆的混合动力控制设备；
图3是示出根据本发明的实施例的除外壳外的混合动力控制设备的配置图；
图4是示意性地示出根据本发明的实施例在混合动力控制设备中使用一个冷却器的热传导结构的视图；
图5是示出根据本发明的实施例在混合动力控制设备中的冷却器和功率模块的布置结构的视图；
图6是沿图5的线A-A截取的截面图；
图7是示出根据本发明的实施例在混合动力控制设备中的控制器与栅板之间的连接结构的视图；
图8是示出根据本发明的实施例在混合动力控制设备中使用缓冲弹簧的撞击吸收结构的视图；以及
图9是示出根据本发明的实施例的混合动力控制设备的电路图。
应理解，附图并不一定按比例绘制，其仅仅呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的某些简化图示。如本文中所公开的本发明的特定设计特征，包括例如，特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由特定的既定应用和使用环境确定。
在附图中，各图中参考数字始终指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
在下文中将详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中说明并在下文中描述。虽然将结合例示性实施例来描述本发明，但将理解本说明并非意图将本发明限制于那些例示性实施例。相反，本发明意图不仅涵盖示例性实施例，而且还涵盖各种替代方案、修改、等同方式和其它实施例，其均可包含在由所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围内。
本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且并非意图限制本发明。如本文中所使用，单数形式“一”、“一个”及“所述”意图还包含复数形式，除非上下文有清楚地相反表示。应进一步理解，术语“包括”和/或“含有”在用于本说明书中时，指明存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件，和/或组件，但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、组件、和/或其群组。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
此外，本发明的控制逻辑也可体现为计算机可读介质上的非暂时计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器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、压缩光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读介质同样可分布在联网的计算机系统中，以便计算机可读介质以分布的方式存储和执行，例如，通过远程服务器或控制器局域网(CAN)。
本发明提供用于绿色车辆的混合动力控制设备，所述设备被配置为将以下组件封装在一个封闭式空间中：逆变器模块和低DC-DC转换器(LDC)模块，其用于控制供应到车辆的电动机和电子元件的电力；以及用于控制逆变器模块和LDC模块的控制器。相应地，采用高效冷却结构，使得有可能改进冷却效率并且促进封装结构的简化且减小尺寸。另外，外壳中的组件安装部被配置为可分离的，并且各种组件(逆变器模块、LDC模块、控制器等)通过模块化的组件安装部组装，并且模块化的组合件紧固在外壳中，由此改进组合件性能。
如图2和图3所示，根据本发明的实施例的混合动力控制设备通常配置为包括：具有可封闭的内部空间的外壳10；安装在外壳10中的组件安装部20；安装到组件安装部20的逆变器模块30和LDC模块40；以及控制器50。
外壳10包括：中间外壳11，其形成为具有打开的顶端和底端的箱体形状；以及分别结合到中间外壳11的顶端和底端的上端盖12和下端盖13。
外壳10配备有：输入连接部15，其用于从高压电池(未图示)供应的高压DC输入；输出连接部14，其用于在接收从高压电池供应的高压DC输入的逆变器模块30中生成的高压输出(三相AC)；以及低压输出连接部(未图示)，其用于通过转化高压DC输入而生成的低压输出。
在此状态中，输入连接部15允许外壳10外部的高压电池和外壳10内部的逆变器模块30彼此电连接，并且输出连接部14允许外壳10内部的逆变器模块30和外壳10外部的电动机(未图示)彼此电连接。低压输出连接部(未图示)允许外壳10内部的LDC模块40和外壳10外部的辅助电池(未图示)彼此电连接。
如本文中所提供，输入连接部15、输出连接部14和低压输出连接部可以形成为连接器或终端。
外壳10的内部通常可以基于组件安装部20分成一个放置逆变器模块30的空间和一个放置LDC模块40的空间。
组件安装部20包括以近似板形形成的面板部21和在面板部21的边缘处设置的多个支撑件22。基于组件安装部20(具体来说，面板部21)，逆变器模块30安装在外壳10中的上侧处，并且LDC模块40安装在外壳10中的下侧处。
逆变器模块30配置有多个功率模块31，所述功率模块31可以包括切换元件、电容器模块32、栅板33、冷却器34等。LDC模块40配置有功率板、电感器、变压器、二极管等。
组件安装部20可附接地/可拆卸地连接到放置在外壳10中的外壳10的中间外壳11中。在组件安装部20紧固到中间外壳11上之前，逆变器模块30和LDC模块40优选首先安装在外壳10外部的开放空间中以模块化，随后连接到中间外壳11中。
通过整体地组装逆变器模块30和LDC模块40的组合件模块化，使用组件安装部20(被称作逆变器和LDC模块)，逆变器和LDC模块组装在开放空间中并且随后组装在中间外壳11中。上端盖12和下端盖13组装在中间外壳11中，由此改进组装便利性和组合件质量。
为了改进冷却效率并且促进尺寸的减小，如图4所示，逆变器模块30使用冷却器34，所述冷却器与每个功率模块31的两个表面接触并且同时与电容器模块32的一侧接触。此外，冷却器34通过组件安装部20的介导与LDC模块40的一侧接触。
图5说明安装在外壳10中的功率模块31的布置和功率模块31与冷却器34的接触状态。如图5所示，构成逆变器模块30的多个功率模块31在左侧和右侧处被分成两组以设置在两条线路中，并且冷却器34形成为冷却每个功率模块31的两个表面。
作为参考，在使用两个驱动电动机的绿色车辆的情况下，三个功率模块连接到一个驱动电动机，因此总共六个功率模块设置在混合动力控制单元(HPCU)中。
如图5和图6所示，冷却器34是具有用于冷却水的移动和循环的冷却流动路径的管道结构。冷却器34可以配置有：流动路径入口35，其用于冷却水的流入；流动路径出口36，其用于冷却水的排放；第一冷却部37，其能够接触布置在左侧和右侧中之一的一条线路中的多个功率模块31的顶表面和底表面；第二冷却部38，其能够接触布置在左侧和右侧中的另一侧的一条线路中的多个功率模块31的顶表面和底表面；以及分隔件39，其用于分隔流过流动路径入口35的冷却水。
流动路径入口35和流动路径出口36整体地连接在分隔件39的一侧，并且第一冷却部37和第二冷却部38整体地连接在分隔件39的另一侧(相对侧)。因此，在冷却器34中流过流动路径入口35的冷却水在第一冷却部37和第二冷却部38中分开流动，在第一冷却部37和第二冷却部38中分开循环，并且随后穿过流动路径出口36排放到冷却器34外部。
为了防止在第一冷却部37和第二冷却部38中流动的冷却水与从第一冷却部37和第二冷却部38排放的冷却水之间的混合，分隔件39具有形成在其中的阻挡膜39a以阻断冷却水的竖直移动。
具体来说，分隔件39通过内部阻挡膜39a将冷却流动路径分隔成双层结构。相应地，在流动路径入口35中流动的冷却水在第一冷却部37和第二冷却部38中流动穿过下层冷却流动路径39c并且随后穿过上层冷却流动路径39b排放到流动路径出口36。
第一冷却部37和第二冷却部38分别具有弯曲中心部分并且各自连接到分隔件39以与上层冷却流动路径39b和下层冷却流动路径39c连通。第一冷却部37和第二冷却部38中的每一个通过该形式围绕布置在一条线路中的多个功率模块31，并且同时与每个功率模块31的两个表面接触。
电容器模块32以如下形式安装：其中电容器模块32堆叠在功率模块31的顶端，以接触冷却器34的顶部表面，具体来说是第一冷却部37(或第二冷却部38，根据布置结构)。LDC模块40安装到组件安装部20的底侧，因此LDC模块40的组件中的产热组件(例如，电感器、FET、变压器、二极管等)经布置以对应于冷却器34的冷却水路径。
如图4所示，在每个功率模块31与冷却器34(具体来说，第一冷却部37和第二冷却部38)之间、电容器模块32与冷却器34(具体来说，电容器模块32与第一冷却部37)之间、以及组件安装部20与冷却器34(具体来说，第一冷却部37和第二冷却部38)之间涂布导热热油脂，由此增大接触面积。
通过上述封装结构，冷却器34与每个功率模块31的顶表面和底表面接触，以便进行热传导，并且同时与电容器模块32的一侧(底端表面)和LDC模块40的一侧(顶端表面)接触以便进行热传导。因此，功率模块31、电容器模块32和LDC模块40都由一个冷却器34冷却，因此有可能提高冷却效率并且促进外壳10中的组件尺寸的减小，因此减少材料成本同时保持稳定性。
具体来说，电容器模块32安装为堆叠在冷却器34的顶表面上，因此电容器模块32的冷却通过将在电容器模块32中生成的热传导到冷却器34中的冷却水而执行。相应地，有可能减小电容器的容量和尺寸并且节省材料成本。
LDC模块40经配置使得构成LDC模块40的组件中的产热组件位于冷却器34下方，因此通过冷却器34的冷却水进行热传导，由此实现LDC模块40的冷却。
如图5所示，每个功率模块31具有设置在其左侧和右侧中的一侧的高压连接部31a，并且具有设置在其左侧和右侧中的另一侧的低压连接部31b。设置在左侧和右侧中的一侧(具体来说，第一冷却部37的侧面)的功率模块以及设置在左侧和右侧中的另一侧(具体来说，第二冷却部38的侧面)的功率模块的高压连接部31a和低压连接部31b设置成彼此相反，由此改进电磁性能。
在此状态中，基于冷却器34，每个功率模块31的高压连接部31a位于内部(即，第一冷却部37与第二冷却部38之间)，并且低压连接部31b位于外部(即，第一冷却部37或第二冷却部38的外部)。
高压连接部31a配置有电连接到电容器模块32的DC输入部31aa和电连接到外壳10外部的电动机的AC输出部31ab。低压连接部31b配置为能够电气连接到用于控制功率模块31的栅板33。
参考图3和图7，用于控制功率模块的操作的栅板33分别设置在组件安装部20的两侧。用于控制逆变器模块30和LDC模块40的控制器50设置在组件安装部20下方(具体来说，安装在组件安装部20以下的LCD模块40下方)。
在此状态下，栅板33和控制器50配置有板形的电路板。当栅板33和控制器50经组装以固定到设置在组件安装部20的左侧和右侧两侧上的支撑件22时，栅板33和控制器50彼此成直角放置。
由于栅板33和控制器50彼此成直角设置，所以可采用连接器到连接器(connectorto connector)的连接而非现有的布线连接作为栅板33与控制器50之间的接口。
换句话说，连接器可用作用于栅板33与控制器50之间的信号连接的工具，并且栅板33和控制器50通过将设置在栅板33上的第一连接器33a与设置在控制器50上的第二连接器51连接而彼此连接，因此有可能消除用于接口的现有布线并且改进栅板33与控制器50之间的接口结构。相应地，有可能促进尺寸的减小和材料成本的节省。
此外，控制器50整体地执行逆变器模块的控制器和LDC模块的控制器的功能，并且相应地，有可能促进尺寸的减小和材料成本的节省。
同时，冷却器34组装在组件安装部20与冷却器板60之间以紧密地附接到每个功率模块31的两个表面。为了提高冷却效率，需要最大限度地增加并且维持冷却器34与功率模块31之间的接触面积。为此目的，需要在功率模块31的上侧和下侧这两侧以较强的力按压冷却器34。
具体来说，冷却器34与功率模块31之间的接触面积通过冷却器34被按压在上侧和下侧这两侧的力而最大限度地保持，由此保持最佳冷却状态。
然而，在车辆的环境中，撞击或振动偶尔传递到车辆，所述撞击或振动充当降低组件的耐久性的因素。
按压冷却器34的顶表面和底表面的组件安装部20、电容器模块32、冷却器板60等连续地接收来自外部的通过外部振动或撞击的负载(能量)。然而，如果不存在分离装置，那么这些组件的耐久性性能可能减弱并且因此出故障。组件的耐久性性能的减弱意味着组件的刚度的减弱。由于组件的刚度的减弱，冷却器被按压的力减弱，并且因此冷却性能降低。
相应地，为了提高组件对抗外部撞击或振动的耐久性，在紧固部件61上装配缓冲弹簧62用于连接在组件安装部20与冷却器板60之间。
具体来说，如图8所示，通过将缓冲弹簧62插入冷却器板60与紧固部件61之间，或者将缓冲弹簧62插入组件安装部20与紧固部件61之间，即使未在此图中示出，缓冲弹簧62可用作用于吸收由外部振动或撞击生成的负载的构件。
具体来说，缓冲弹簧62通过紧固部件61的紧固力将冷却器34弹性地支撑在组件安装部20与冷却器板60之间以吸收从外部施加的撞击能量。因此，缓冲弹簧62执行阻断降低组件安装部20、电容器模块32、冷却器板60等的耐久性性能的撞击能量的功能，所述组件安装部20、电容器模块32、冷却器板60等按压冷却器34。
此外，施加到冷却器34的力(用于保持冷却器34与包括功率模块31、组件安装部20、冷却器板60等的组件之间的接触的力)由缓冲弹簧62连续地按压的力不断地保持。因此，有可能根据经过的时间减少冷却性能的变化，由此在较长的时间周期内保持恒定和连续的冷却性能。
另外，仅增加缓冲弹簧62而无需使用任何复杂的结构，由此以相对较低的价格获得最大性能。
为了不阻断冷却器34的热传导，冷却器板60和组件安装部20优选地由导热材料制成。
由于冷却器板60放置在冷却器34与电容器模块32之间，所以用于增大电容器模块32与冷却器34之间的接触面积的热油脂可以涂布于电容器模块32与冷却器板60之间或涂布于冷却器板60与冷却器34之间。或者，热油脂可以同时涂布于电容器模块32与冷却器板60之间以及冷却器板60与冷却器34之间。
如上文所述，在本发明中，功率模块31的冷却效率使用能够执行两个表面冷却的冷却器34改进，并且同时地，功率模块31、LDC模块40和电容器模块32都使用同一个冷却器34进行冷却，因此有可能简化HPCU封装结构并且促进电容器模块32的尺寸减小。此外，控制器50与栅板33之间的连接得到简化，由此实现HPCU的尺寸减小的封装结构。
另外，在本发明中，封装结构通过将包括电容器模块32和栅板33的逆变器模块30、LDC模块40和控制器50均安装在一个封闭式空间(即，外壳)中而优化。在此状态下，逆变器模块30、LDC模块40和控制器50使用可附接到外壳10/可从外壳10拆卸的组件安装部20整体地组装并且模块化，并且随后安装在外壳10中，因此有可能改进组合件性能并且防止组合件的相关质量问题或使其最小化。
作为参考，如上文所述在一个封闭式空间(外壳)中配置的混合动力控制设备可以由图9示出的电路表示。
已经参考本发明的示例性实施例详细地描述了本发明。然而，所属领域的技术人员将了解在不脱离本发明的原理和精神的前提下可以在这些实施例中作出改变，本发明的范围在所附权利要求和它们的等同方式中界定。

Claims (6)

1.一种用于车辆的混合动力控制设备，其包括：
逆变器模块，其设置在外壳中的上侧和下侧中的一侧；
低DC-DC转换器模块，其设置在所述外壳中的上侧和下侧中的另一侧；以及
组件安装部，其可附接地/可拆卸地组装在所述外壳中，
其中所述逆变器模块包括：
多个功率模块；
冷却器，其与每个功率模块的两个表面接触以便进行热传导，所述冷却器组装在所述组件安装部的上侧和下侧中的一侧；以及
电容器模块，其以所述电容器模块堆叠在所述冷却器的一侧上以便进行热传导的形式组装在所述组件安装部的上侧和下侧中的所述一侧。
2.根据权利要求1所述的混合动力控制设备，其中所述低DC-DC转换器模块组装在所述组件安装部的上侧和下侧中的另一侧，以设置在所述逆变器模块的相对侧处，并且通过所述组件安装部的介导与所述冷却器的另一侧接触以便进行热传导。
3.根据权利要求1所述的混合动力控制设备，其中在每个功率模块与所述冷却器之间、所述电容器模块与所述冷却器之间、以及所述组件安装部与所述冷却器之间涂布热传导热油脂。
4.根据权利要求1所述的混合动力控制设备，其中所述多个功率模块在左侧和右侧分成两组以设置在两条线路中，
其中高压连接部设置在各功率模块的左侧和右侧中的一侧，并且低压连接部设置在各功率模块的左侧和右侧中的另一侧，并且
其中设置在左侧和右侧中的一侧的功率模块和设置在左侧和右侧中的另一侧的功率模块基于所述高压连接部和所述低压连接部设置为彼此相反的方向。
5.根据权利要求1所述的混合动力控制设备，其中所述逆变器模块经配置以包括分别设置在所述组件安装部的左侧和右侧处的栅板，
其中设置在所述低DC-DC转换器模块下方的控制器组装到所述组件安装部，并且
其中所述栅板和所述控制器配置有板形的电路板，每个栅板和控制器具有分别设置在其一侧处的连接器，并且彼此设置成直角以通过所述连接器进行连接。
6.根据权利要求1所述的混合动力控制设备，其中冷却器板堆叠在所述冷却器的一侧上，并且缓冲弹簧组装到用于连接所述冷却器板与所述组件安装部的紧固部件上，在所述冷却器板与所述组件安装部之间组装有插入其间的所述冷却器。
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