CN105578843B - 模块化电气装置及包括这种电气装置的电气系统 - Google Patents

Abstract

电气装置(114)包括：主模块(116)，该主模块按前‑后(Av‑Ar)方向具有被称为主后表面(120)的、用于被紧贴并固定于冷板(102)的被称为凸出支座(120)的支座的后表面；辅助模块(118)，该辅助模块具有被称为辅助后表面(122)的、用于被紧贴并固定于冷板(102)的被称为凹进支座(122)的另一支座的后表面。凸出支座(120)在凹进支座(122)的前方延伸，这两个支座(120、122)通过台阶(108)相连，且所述辅助后表面(122)在主后表面(120)的后方延伸。

Description

模块化电气装置及包括这种电气装置的电气系统

技术领域

本发明涉及电气系统、尤其是用于被插设在电池和机动车辆电动机之间的电气系统的领域。

背景技术

已知使用具有被称为模块的、每个都用于在相互之间电气连接的同时实施预设功能的部分的电气装置。

一般需要将电气装置的每个模块固定在冷板上以排走由该模块散发的热量。

冷板通常设置有冷却系统，该冷却系统用于使冷却液在冷板的用于容置散发热量最多的模块的部分下方循环。

为了容置冷却系统，冷板需要有大的厚度，这使其更重且占据空间。

本发明的目的在于至少部分地改善前述问题。

发明内容

为此，本发明提出一种电气装置，其包括：

-主模块，该主模块按前-后方向具有被称为主后表面的、用于被紧贴并固定于冷板的被称为凸出支座的支座的后表面，

-辅助模块，该辅助模块具有被称为辅助后表面的、用于被紧贴并固定于冷板的被称为凹进支座的另一支座的后表面，

凸出支座在凹进支座的前方延伸，这两个支座通过一个台阶相连，

其中所述辅助后表面在主后表面的后面延伸。

借助于本发明，能够使用具有两个通过台阶相互连接的支座的冷板。由此，可将冷却系统布置在凸出支座下方，同时在凹进支座下方保留较小的冷却板厚度。

可选地，辅助后表面在主后表面后方介于5mm和20mm之间的距离延伸。同样可选地，所述电气装置包括至少一个将辅助模块附接到主模块上以阻止辅助模块脱离主模块的附接件，附接件允许辅助模块相对主模块沿前-后方向在接近和远离主模块的位置之间移动，在辅助模块的整个移动行程上，辅助后表面都在主后表面的后方延伸。

可选地，移动行程至少为0.5mm。

还可选地，移动行程至多为10mm。

还可选地，所述主模块包括箱体，其中设置有空气输入开口，且电气装置还包括用于将主模块和辅助模块固定在其各自的支座上的螺钉，所述螺钉具有比所述空气输入开口大的头部。

还可选地，所述主模块用于基于由电池提供的电力来向电机的各相提供被称为驱动电力的电力，且所述辅助模块用于基于由电池提供的电力来向电机的转子提供被称为磁励电力的电力。

还提出一种电气系统，其包括：

-根据本发明所述的电气装置，

-冷板，此冷板具有凹进支座和在凹进支座前方延伸的凸出支座，此两个支座通过一个台阶相互连接，

其中所述主模块的主后表面被紧贴并固定于凸出支座，且其中所述辅助模块的辅助后表面被紧贴并固定于凹进支座。

可选地，所述台阶在前-后方向上具有介于5mm和20mm之间的高度。

还可选地，所述电气系统包括用于使冷却液在凸出支座下方循环的冷却系统。

附图说明

现在将参照如下附图，仅示例性地描述本发明的一个实施例。

图1为符合本发明的电气系统的简化视图。

图2为图1所示电气系统的电气装置的功能性视图。

图3、4和5为图2所示电气装置的三维视图。

图6为图2所示装置的三维分解视图。

附图标记

电气系统 100

冷板 102

凹进支座 104

凸出支座 106

台阶 108

冷却系统 110

冷却液 112

电气装置 114

主模块 116

辅助模块 118

主后表面 120

辅助后表面 122

电动机 202

电池 204

驱动控制部分 206

驱动操纵部分 208

驱动电转换器 210

磁励操纵部分 212

磁励电转换器 214

主箱体 302

主箱体的主体 304

主箱体的盖体 306

辅助箱体 308

附接件 310

插槽 312

舌片 314

自由端 316

辅助固定件 318

外部连接器 402

主输入端子 404

前开口 406

辅助输入端子 408

输入电互连件 410

磁励输出电缆 412

主固定件 414

磁励输出端子 502

驱动输出端子 504

井 505

空气输入开口 506

电功率模块 602

基板 604

箱体 606

电磁屏蔽件 608

电磁绝缘片 610

第一电路板 612

第二电路板 614

第三电路板 616

第四电路板 618

柔性连接件 620

具体实施方式

将参照图1到图6来描述一种尤其用于将机动车辆电池连接到该机动车辆的电动机的电气系统。以下用总参考标号100来指示电气系统。另外，将参照包括三个方向的任意标准正交坐标系来描述电气系统100的元件，所述三个方向为：低-高B-H，右-左D-G和前-后Av-Ar。

参照图1，电气系统100首先包括大致在由低-高B-H方向和右-左D-G方向定义的平面中延伸的冷板102。冷板102具有凹进支座104和在凹进支座104前方延伸的凸出支座106。这两个支座104、106通过在前-后Av-A方向上具有介于5mm和20mm之间的高度的台阶108相连接。

电气系统100还包括用于使由两个箭头112表示的冷却液在凸出支座106下方循环的冷却系统110。相反地，在凹进支座104下方未设置有任何冷却液循环。

如此，借助于台阶108和支座104、106，冷板102的厚度在凹进支座104下方比在凸出支座106下方更小。这允许节省凹进支座104对面的空间，以及节省用于制造冷板102的材料，同时为冷却系统110留出足够的冷板厚度。

电气系统100还包括被固定在冷板102上的电气装置114。

更确切地，电气装置114包括主模块116和附接在主模块116上的辅助模块118。辅助模块118自主模块116的较高部分向主模块116的后方伸出。主模块116在辅助模块118下方具有被称为主后表面120的紧贴并固定在凸出支座106的后表面。辅助模块118同样具有被称为辅助后表面122的紧贴并固定在凹进支座104的后表面。

辅助模块118用于能够至少沿前-后Av-Ar方向在接近和远离主模块116的位置之间移动。辅助模块118的移动行程，即辅助模块118沿前-后Av-Ar方向能够相对主模块116移动的距离，优选为介于0.5mm和10mm之间。

而且，当辅助模块118处于接近和远离主模块116的位置的中途的中间位置上时，辅助后表面122以例如介于5mm和20mm之间的距离在主后表面120的后方延伸。

优选地，辅助后表面122在辅助模块118的整个移动行程上都在主后表面120的后方延伸。

如此，辅助后表面122在主后表面120后方延伸的事实允许将电气装置114固定在如冷板102的、具有连接两个支座的台阶的冷板上。

现在将参照图2来功能性地描述主模块116和辅助模块118。

主模块116用于基于机动车辆电池204提供的电力向该机动车辆的电动机202的各相(未示出)提供称为驱动电力的电力。被如此供电的各相用于驱动电动机202的转子(未示出)转动。

如此，主模块116包括被称为驱动控制部分206的、用于基于从例如机动车辆计算器(未示出)接收的信息来提供控制信号的第一部分。控制信号例如表示机动车辆所期望的电机扭矩。

主模块116还包括被称为驱动操纵部分208的、用于基于从驱动控制部分206接收的控制信号来提供操纵信号的第二部分。驱动操纵部分208在英文中通常被称为“driver”。

主模块116还包括被称为驱动电转换器210的、用于将电池204提供的电力转换成驱动电力的第一电转换器。在所描述的实施例中，驱动电转换器210为用于将由电池204提供的直流电压转换成用于电动机202的各相的三相交流电流的逆变器。为此，驱动电转换器210包括由从驱动操纵部分208接收的操纵信号操纵的受控开关(未示出)，如IGBT。例如，驱动电转换器210具有六个受控开关。

辅助模块118用于基于由电池204提供的电力为电动机202的转子提供称为励磁电力的电力。励磁电力用于激励转子以使其极化，以使得转子能够被电动机202的各相驱动。

由此，辅助模块118首先包括被称为励磁操纵部分212的、用于根据例如从机动车辆计算器接收的信息来提供操纵信号。

辅助模块118还包括被称为励磁电转换器214的、用于将由电池204提供的电力转换成用于电动机202转子的电力的电转换器。在所描述的实施例中，励磁电转换器214用于将由电池204提供的通常大约为400V的直流电压转换成值通常可达16A的用于转子的直流电流。为此，励磁电转换器214具有由从励磁控制部分212接收的操纵信号操纵的受控开关(未示出)，如IGBT。励磁电转换器214例如具有两个受控开关。

参照图3，主模块116包括主箱体302，主箱体302包括限定围绕前-后Av-Ar方向的侧壁的主体304和用于覆盖主体304以向前方闭合主箱体302的盖体306。

辅助模块118包括限定围绕前-后Av-Ar方向的侧壁的辅助箱体308。

另外，电气装置114包括附接件310，其将辅助模块118附接到主模块116上以阻止辅助模块118脱离主模块116。附接件310允许前述的辅助模块118相对主模块116在接近和远离主模块116的位置之间的移动。

在所描述的实施例中，附接件310用于将辅助模块118夹在主模块116上。更确切地，各个附接件310都包括由辅助箱体308限定的插槽312和由主箱体302承载且被插在插槽312中的舌片314。舌片314用于在插槽312中滑动，以允许所述移动。舌片314另外具有超出插槽312的自由端316。自由端316比插槽312宽，以阻止舌片314退出插槽312，及由此阻止辅助模块118脱离主模块116。另外，自由端316被斜切以允许舌片314插在插槽312中。

另外，辅助模块118包括被称为辅助固定件318的、用于将辅助模块118固定在冷板102的凹进支座104上的固定件。在所描述的实施例中，辅助固定件318每个都包括在前-后Av-Ar方向上延伸的螺杆通道。

参照图4，电气装置114的主模块116在前部包括延伸穿过盖体306的外部连接器402，信息传送线缆用于连接到这些外部连接器，以向主模块116的驱动控制部分206和辅助模块的励磁操纵部分212提供信息。

电气装置114的主模块116还在主箱体302中包括用于通过电缆而被连接到电池204的主输入端子404。

通过被设置在盖体306中的前开口406可达到主输入端子404。前开口406另外用于允许热气离开到主箱体302之外。

为了被连接到电池204，辅助模块118还包括辅助输入端子408。

电气装置114还包括被称为输入电气互连件410的、在允许辅助模块118相对主模块116的移动的同时将主输入端子404连接到辅助输入端子408的柔性电气互连件。在所描述的实施例中，输入电气互连件410包括每个都将一个主输入端子404连接到一个辅助输入端子408的柔性舌片。

电气装置114还包括被称为磁励输出电缆412的、至少部分地在主箱体302的外部延伸且用于自辅助模块118向位于主模块116底部的磁励输出端子(在图4中不可见)传送磁励电力的电缆。将在下面更详细地描述这些磁励输出端子。

主模块116还包括被称为主固定件414的、用于将主模块116固定在冷板102的凸出支座106上的固定件。在所描述的实施例中，主固定件414每个都包括在前-后Av-Ar方向上延伸的螺杆通道。

参照图5，主模块116在底部包括被称为磁励输出端子502的第一输出端子，其上连接有电缆412，使得磁励输出端子502为电动机202的转子供应磁励电力。

主模块116还包括被称为驱动输出端子504的、用于为电动机202的各相供应驱动电力的第二输出端子。

另外，主箱体302的主体304的内壁限定了将前开口406连接到主输入端子404的井505，主输入端子404被布置在井505的底部。空气通道开口(未示出)被设置在井505中。

另外，空气输入开口506被设置在主箱体302的主体304的底部，并特别地被设置为低于前开口406。由此，新鲜空气能够经由空气输入开口506进入、捕获主模块116中的热量并在主模块116中上升，以穿过被设置在井505处的开口进入井505中并经由前开口406离开主箱体302。

参照图6，主模块116的驱动电转换器210包括电功率模块602。电功率模块602包括基板604，该基板前部被其中具有受控开关的箱体606覆盖。基板604用于紧贴冷板102的凸出支座106并由此限定主模块116的主后表面120。基板604构成电功率模块602的接地件，以及允许由电功率模块602生成的热量向冷板102的方向散发的热传导器。

主模块116还包括在前部覆盖电功率模块602的电磁屏蔽件608。

主模块116还包括在前部覆盖电磁屏蔽件608的电磁绝缘片610。

主模块116的驱动操纵部分208还包括在电磁绝缘片610前方延伸的第一电路板612。

借助于绝缘片610，第一电路板612与电功率模块602之间的电磁干扰被减小。

主模块116的驱动控制部分206还包括在第一电路板612前方延伸的第二电路板614。

元件602，608，610，612和614被布置于主箱体302中且固定于其上，例如通过螺钉。

另外，辅助模块118的磁励电转换器214包括用于被紧贴冷板102的凹进支座104的第三电路板616。如此，第三电路板616限定了辅助模块118的辅助后表面122。

辅助模块118的磁励操纵部分212包括在第三电路板616的前方延伸的第四电路板618。

第三和第四电路板616，618被布置于辅助箱体308中且固定于其上，例如通过螺钉。

电气装置114还包括柔性连接件620。尽管辅助模块118相对于主模块116移动，该柔性连接件620仍将第二电路板614连接到第四电路板618上。。柔性连接件620包括例如平面天线。

现在将描述电气系统100的组装和运作。

首先，电气装置114被提供，其上为安装有主模块116和辅助模块118，且辅助模块118通过附接件310附接在主模块上。

电子装置114然后被布置为抵着冷板102，且主模块116紧贴着凸出支座106。

由于在制造电气装置114时的固有间隙，辅助模块118的辅助后表面122可能会相对冷板102的凹进支座104错开。然而，借助于附接件310所准许的移动，辅助模块118相对主模块116移动，以使辅助后表面122贴紧凹进支座104。

固定螺钉然后被插在主固定件414和辅助固定件318中且被螺固在冷板102中，以固定电气装置114。优选地，固定螺钉具有直径大于空气输入开口506的头部，以避免螺钉头部由于疏忽通过这些开口进入主箱体302中。

当电气装置114运行时，电功率模块602散发很多热量，这些热量借助于存在于凸出支座106下方的冷却系统110而被排走。

冷却系统110还顺带冷却凹进支座104，使得由辅助模块118生成的、少于主模块116所生成热量的热量能够通过冷板102的凹进支座104被排走。

而且，新鲜空气通过空气输入开口506进入主箱体302并通过前开口406于更高处以热气的状态再离开。

正如阅读以上说明后所显而易见的，根据本发明的电气装置具有多个优点。首先，其能够被固定在具有台阶的冷板上。另一优点在于能够补偿电气装置的制造间隙，以能够使主模块和辅助模块紧贴冷板。

本发明不限于前面描述的实施方式，而是相反地由接下来的权利要求限定。事实上，对于本领域技术人员的明显之处在于可对其作出改动。

另外，权利要求中所使用的术语不应被理解为限于前述实施方式的元件，而是相反地应理解为涵盖本领域技术人员基于其一般认识所能推导出的所有等同元件。

Claims (7)

1.一种电气系统(100)，其包括：

电气装置(114)，包括：主模块(116)，其按前-后(Av-Ar)方向具有被称为主后表面(120)的后表面；辅助模块(118)，其具有被称为辅助后表面(122)的后表面；其中，所述辅助后表面(122)在所述主后表面(120)的后方延伸，

冷板(102)，此冷板具有凹进支座(104)和在所述凹进支座(104)前方延伸的凸出支座(106)，所述凹进支座(104)和所述凸出支座(106)通过台阶(108)相连接，

其中所述主模块(116)的主后表面(120)被紧贴并固定于凸出支座(106)且其中所述辅助模块(118)的辅助后表面(122)被紧贴并固定于凹进支座(104)，

所述电气装置包括至少一个将所述辅助模块(118)附接到所述主模块(116)上的以阻止所述辅助模块(118)脱离所述主模块(116)的附接件(310)，所述附接件(310)允许所述辅助模块(118)相对所述主模块(116)沿所述前-后(Av-Ar) 方向在接近和远离所述主模块(116)的位置之间移动，在所述辅助模块(118)的整个移动行程上，所述辅助后表面(122)都在所述主后表面(120)的后方延伸。

2.根据权利要求1所述的电气系统(100)，其中所述辅助后表面(122)在主后表面(120)的后方介于5mm和20mm之间的距离延伸。

3.根据权利要求1所述的电气系统(100)，其中所述移动行程至少为0.5mm。

4.根据权利要求1所述的电气系统(100)，其中所述移动行程至多为10mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电气系统(100)，其中所述主模块(116)包括箱体(602)，在该箱体中设置有空气输入开口(506)，该箱体还包括用于将所述主模块(116)和所述辅助模块(118)固定在其各自的支座上的螺钉，这些螺钉具有比所述空气输入开口(506)大的头部。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的电气系统(100)，其中所述台阶(108)在所述前-后(Av-Ar)方向上具有介于5mm和20mm之间的高度。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的电气系统(100)，其包括用于使冷却液在所述凸出支座(106)下方循环的冷却系统(110)。

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