CN106067724A - 车辆电源模块组件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及车辆电源模块组件。公开了一种车辆功率级组件，所述车辆功率级组件可包括：功率级壳体、由所述壳体支撑的功率级和一对堆叠的DC引线框架。所述一对堆叠的DC引线框架具有相反的极性并且彼此间隔。DC引线框架中的每个可从功率级延伸，并且具有远端和近端。所述引线框架之间的间隔可使得与流过引线框架中的每个的电流关联的寄生电感至少彼此部分抵消。所述引线框架中的每个可限定彼此背对的第一侧表面和第二侧表面。第一侧表面可以是共面的，并且第二侧表面可以是共面的。间隔开的所述一对DC引线框架之间的距离可以是基于预先选择的电流的量和DC引线框架的材料的。

Description

车辆电源模块组件
技术领域
本公开涉及用于机动车辆的电源模块组件。
背景技术
诸如电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、轻度混合动力电动车辆(MHEV)或全混合动力电动车辆(FHEV)的电动车辆包括能量存储装置(诸如，高电压(HV)电池)。电力逆变器可电连接在电池和任何电机之间，以将来自电池的直流转换为用于电机的交流。电力逆变器还可将来自电机的交流转换为用于电池的直流。
发明内容
一种车辆功率级组件包括：功率级壳体、由所述壳体支撑的功率级以及一对堆叠的DC引线框架。所述一对堆叠的DC引线框架具有相反的极性且彼此间隔。DC引线框架中的每个从功率级延伸，并具有远端和近端。所述引线框架之间的间隔使得与流过所述引线框架中的每个的电流关联的寄生电感至少彼此部分抵消。所述引线框架中的每个可进一步限定被构造为电连接至电容器模块的连接器接头。所述引线框架可被布置为使得所述连接器接头以彼此相反的方向延伸，并且所述连接器接头的外表面是基本共面的。所述引线框架可间隔落入0.25微米至1.0微米范围内的距离。所述引线框架中的每个可限定彼此背对的第一侧表面和第二侧表面。第一侧表面可以是共面的，并且第二侧表面可以是共面的。所述引线框架可被定向为彼此平行。间隔开的所述一对DC引线框架之间的距离可以是基于预先选择的电流的量和DC引线框架的材料的。
一种车辆电源模块组件包括框架和功率级。框架限定功率级空腔和通向所述空腔的第一槽。功率级设置在所述空腔内，并且具有延伸穿过第一槽的一对DC引线框架。第一槽被限定为使得所述引线框架中的一个的远端和近端相对于所述引线框架中的另一个的对应的远端和近端相等地间隔开。框架可进一步限定通向所述空腔的第二槽，并且功率级还可具有延伸穿过第二槽的AC引线框架。框架可进一步限定通向所述空腔的信号引脚槽。功率级还可具有延伸穿过信号引脚槽的至少一组信号引脚。所述槽可相对于彼此进行布置，使得DC引线框架和信号引脚均从功率级的不同侧延伸。DC引线框架可间隔一定距离，使得与流过DC引线框架中的每个的电流关联的寄生电感至少彼此部分抵消。DC引线框架可间隔落入0.1微米至20.0微米的范围内的距离。所述车辆电源模块组件还可包括具有一对DC引线框架的电容器模块，DC引线框架容纳连接器并与框架一起被布置，使得连接器彼此间隔开等于DC引线框架之间的间隔的距离。
一种车辆电源模块组件包括框架和功率级。框架限定空腔以及彼此间隔的第一DC槽和第二DC槽。功率级设置在所述空腔内，并且具有一对极性相反的DC引线框架。DC引线框架中的一个延伸穿过第一DC槽和第二DC槽中的一个，DC引线框架中的另一个延伸穿过第一DC槽和第二DC槽中的另一个。功率级以及第一DC槽和第二DC槽彼此被布置为使得DC引线框架中的一个的近端和远端与DC引线框架中的另一个的近端和远端等间隔。DC引线框架中的每个还可具有从DC引线框架的所述一个的远端延伸的接头，所述接头彼此隔开，并且由接头中的每个限定的外表面可以是共面的。DC引线框架可间隔开，以减小与DC引线框架关联的杂散电感。框架可进一步限定AC槽，AC槽与功率级一起布置，使得AC槽位于框架的不包括DC槽的一侧上。框架可进一步限定一对信号引脚槽，信号引脚槽与功率级一起布置，使得信号引脚槽位于框架的不包括DC槽或AC槽的一侧上。
附图说明
图1是示例性混合动力车辆的示意图。
图2是可变电压转换器和电力逆变器的示意图。
图3是以虚线示出电容器模块的电源模块组件的一部分的示例的透视图。
图4是图3的电源模块组件的一部分的透视图。
图5A是图4的电源模块的框架的透视图。
图5B是图5A的框架的侧视图。
图5C是图4的电源模块的框架的仰视图。
图5D是图5A的框架的另一侧视图。
图6是图4的电源模块的功率级的透视图。
图7是图6的功率级的仰视图。
图8是图6的功率级的侧视图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取多种替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式利用本公开的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图说明和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中说明的特征组合，以产生未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
在图1中描述了PHEV的示例，PHEV的示例在此统称为车辆16。车辆16可包括变速器12，并且是在内燃发动机20的协助下由电机18推进的电动车辆的示例。车辆16可连接到外部电网。电机18可以是在图1中被描绘为马达18的AC电动马达。电机18接收电力并提供用于车辆推进的扭矩。电机18还可用作发电机，以用于通过再生制动将机械能转换为电能。
变速器12可以是动力分流式构造。变速器12可包括第一电机18和第二电机24。第二电机24可以是在图1中被描绘为发电机24的AC电动马达。与第一电机18类似，第二电机24可接收电力并提供输出扭矩。第二电机24还可操作为发电机，以用于将机械能转换为电能并优化通过变速器12的动力流。在其它实施例中，变速器可不具有动力分流式构造。
变速器12可包括行星齿轮单元(未示出)，并且可操作为无级变速器且不具有任何固定传动比或阶梯传动比。变速器12还可包括单向离合器(O.W.C)和发电机制动器33。O.W.C可结合到发动机20的输出轴，以控制输出轴的旋转方向。O.W.C可防止变速器12反向驱动发动机20。发电机制动器33可结合到第二电机24的输出轴。发电机制动器33可被激活为“制动”或阻止第二电机24的输出轴和恒星齿轮(未示出)的旋转。可选地，O.W.C和发电机制动器33可由实现发动机20和第二电机24的控制策略来代替。变速器12可连接到驱动轴46。驱动轴46可通过差速器50结合到一对驱动轮48。变速器的输出齿轮(未示出)可有助于在变速器12和驱动轮48之间传递扭矩。变速器12还可与用于冷却变速器液体的热交换器49或自动变速器液体冷却器(未示出)连通。
车辆16包括能量存储装置，诸如，用于存储电能的牵引电池52。如下面进一步描述的，电池52可以是能够输出电力以操作第一电机18和第二电机24的高电压电池。当第一电机18和第二电机24操作为发电机时，电池52还可从第一电机18和第二电机24接收电力。电池52可以是由多个电池模块(未示出)组成的电池组，其中，每个电池模块包括多个电池单元(未示出)。车辆16的其它实施例考虑能量存储装置的可选类型，诸如，可补充或取代电池52的电容器和燃料电池(未示出)。
高电压总线可将电池52电连接至第一电机18和第二电机24。例如，车辆16可包括用于控制电池52的电池能量控制模块(BECM)54。BECM 54可接收指示特定车辆状况和电池状况(诸如，电池温度、电压和电流)的输入。BECM 54可计算并估计电池52的参数，诸如，电池荷电状态(BSOC)和电池功率容量(Pcap)。BECM 54可向车辆的其它系统和控制器提供指示BSOC和Pcap的输出。
车辆16可包括DC-DC转换器或可变电压转换器(VVC)10以及逆变器56。VVC 10和逆变器56可电连接在电池52与第一电机18以及第二电机24之间。VVC 10可“提升”或增大由电池52提供的电力的电势。VVC 10还可“降低”或减小由电池52提供的电力的电势。逆变器56可将由电池52经由VVC 10供应的DC电力转换为用于操作电机18和24中的每个的AC电力。逆变器56还可对由电机18和24中的每个提供的AC电力进行整流，以用于对电池52进行充电。在其它示例中，变速器12可与多个逆变器(诸如，与电机18和24中的每个关联的一个逆变器)一起操作。VVC 10包括电感器组件14(参照图2进一步被描述)。
变速器12被示出为与用于控制电机18和24、VVC 10以及逆变器56的变速器控制模块(TCM)58进行通信。TCM 58可被配置为监测电机18和24中的每个的状况(诸如，位置、转速和功率消耗)。TCM 58还可监测VVC10和逆变器56内的多个位置处的电参数(例如，电压和电流)。TCM 58提供与该信息对应的输出信号，以供车辆的其它系统使用。
车辆16可包括车辆系统控制器(VSC)60，VSC 60与用于协调车辆16的操作的车辆的其它系统和控制器进行通信。尽管示出为单个控制器，但是应该考虑到的是，VSC 60可包括根据总体车辆控制逻辑或软件控制多个车辆系统和部件的多个控制器。
车辆控制器(诸如，VSC 60和TCM 58)可包括彼此协作以执行车辆操作的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，闪存、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及软件代码的多种配置。控制器还可包括预定数据或“查找表”，所述预定数据或“查找表”可从存储器被存取并且可以是基于计算和测试数据的。该预定数据可由控制器使用，以便于控制车辆操作。VSC 60可通过使用总线协议(诸如，CAN和LIN)的一个或更多个有线或无线连接与车辆的其它系统和控制器(例如，BECM 54和TCM 58)进行通信。VSC 60可接收表示变速器12的当前位置(例如，驻车挡，倒车挡，空挡或行驶挡)的输入(PRND)。VSC 60还可接收表示加速踏板位置的输入(APP)。VSC 60可向TCM 58提供表示期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动器命令的输出，并且可向BECM 54提供接触器控制。
车辆16可包括用于控制发动机20的发动机控制模块(ECM)64。VSC60向ECM 64提供输出(诸如，期望的发动机扭矩)，所述输出可以是基于输入信号(包括APP)的数量的，并且可与针对车辆推进的驾驶员的请求对应。
电池52可经由充电端口66周期性地从外部电源或电网接收AC电能。车辆16还可包括从充电端口66接收AC电能的车载充电器68。充电器68可具有AC/DC转换能力，以将接收到的AC电能转换为适合于在再充电操作期间对电池52进行充电的DC电能。尽管在PHEV的情境下被示出和描述，但是应该考虑的是，逆变器56可与其它类型的电动车辆(诸如，FHEV或BEV)一起被实现。
参照图2，图2示出了VVC 10和逆变器56的电路图的示例。VVC 10可包括用于提升输入电压(V_bat)以提供输出电压(V_dc)的第一开关单元70和第二开关单元72。第一开关单元70被示出为具有以极性转换(在此称作反并联)的方式并联连接到第一二极管76的第一晶体管74。第二开关单元72被示出为具有反并联连接到第二二极管80的第二晶体管78。晶体管74和78中的每个都可以是一种可控制开关(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或场效应晶体管(FET))。另外，晶体管74和78中的每个都可由TCM 58单独控制。电感器组件14被描绘为串联连接在电池52与开关单元70和72之间的输入电感器。当供应电流时，电感器组件14可产生磁通。当流经电感器组件14的电流变化时，产生随时间变化的磁场并感应出电压。VVC 10的其它实施例可包括可选的电路配置(例如，多于两个的开关)。
逆变器56可包括堆叠在组件中的多个半桥82。半桥82中的每个可被封装为功率级(power stage)。在示出的示例中，逆变器56包括六个半桥(尽管图2仅标注了一个完整的半桥82)，三个半桥用于马达18，三个半桥用于发电机24。半桥82中的每个可包括连接至来自电池52的正极DC节点的正极DC引线84以及连接至来自电池52的负极DC节点的负极DC引线86。半桥82中的每个还可包括第一开关单元88和第二开关单元90。第一开关单元88包括并联连接至第一二极管94的第一晶体管92。第二开关单元90包括并联连接至第二二极管98的第二晶体管96。第一晶体管92和第二晶体管96可以是IGBT或FET。半桥82中的每个的第一开关单元88和第二开关单元90将电池52的DC电力转换为在AC引线100处的单相AC输出。AC引线100中的每个电连接至马达18或发电机24。在该示例中，AC引线100中的三个电连接至马达18，另外三个AC引线100电连接至发电机24。
在电源模块的操作期间，杂散电感可在确定半导体器件在开关事件期间的电压尖峰方面起作用。低杂散电感的电源模块设计可被期望为促进低电压尖峰和低开关损耗。
图3示出了与电动车辆一起使用的电源模块组件(在此统称为电源模块组件200)的一部分的示例。电源模块组件200可包括堆叠成阵列的多个电源模块。图4示出了所述多个电源模块中的电源模块(在此统称为电源模块202)的示例。电源模块组件200中的每个电源模块202可包括通过框架206保持的功率级204。功率级204可邻近于一个或更多个导热板(诸如，导热板208)，并且可包括DC端子205。一对端板207可保持位于它们之间的电源模块202。导热板208可与所述多个电源模块中的邻近的功率级204热连通。框架206可使导热板208定向于接近功率级204的位置，以提供用于冷却剂的流动路径，从而有助于管理功率级204的热状况。端板207中的一个可包括入口210和出口212，以帮助向导热板208传输冷却剂和从导热板208移除冷却剂。应该考虑到的是，针对入口210和出口212的位置，其它构造也是可用的。
每个框架206可限定功率级空腔214，以容纳功率级204中的一个。每个框架206可限定多个孔或槽，所述孔或槽的大小可容纳功率级204的部件。图5A至图5D示出了所述孔或槽的位置的示例。例如，每个框架206可限定一对DC槽220、AC槽222、第一信号引脚槽224以及第二信号引脚槽226。所述槽可位于框架206的不同侧。AC槽222的大小可容纳AC引线框架。第一信号引脚槽224和第二信号引脚槽226的大小均可容纳一个或更多个信号引脚。DC槽220可彼此间隔且大小可容纳DC端子205的DC引线框架。
例如并且现在另外参照图6至图8，每个DC端子205可包括一对DC引线框架，称为第一DC引线框架230和第二DC引线框架232。第一DC引线框架230和第二DC引线框架232可具有相反极性，并且可被电连接以接收电容器模块234的连接器(未示出)(电容器模块234在图3中被部分透明地示出，以提供电源模块组件200的部件的视图)。每个功率级204可包括AC引线框架240、第一组信号引脚242和第二组信号引脚244。AC引线框架240可电连接至电机(诸如，如上所述的电机)。第一组信号引脚242和第二组信号引脚244可电连接至栅极驱动板245(在图3中示出)。
第一DC引线框架230和第二DC引线框架232可从功率级204延伸，并且按照堆叠的构造而间隔。例如，第一DC引线框架230可延伸穿过框架206的DC槽220中的一个，并且第二DC引线框架232可延穿通过DC槽220中的另一个。还考虑到的是，框架206可限定单个槽或开口以容纳第一DC引线框架230和第二DC引线框架232两者，而不是限定两个单独的槽。第一DC引线框架230和第二DC引线框架232可彼此平行地从功率级204延伸，并且使得第一DC引线框架230的近端246与第二DC引线框架232的近端248间隔开一定距离，所述距离与第一DC引线框架230的远端250和第二DC引线框架232的远端252之间的间隔相等。
例如，第一DC引线框架230和第二DC引线框架232可间隔开距离260。距离260可以是基于功率级204的部件的特性/材料的，并且还可以是基于将流过功率级204的部件的电流的预先选择的量的，以最小化杂散电感。例如，第一DC引线框架230和第二DC引线框架232可彼此间隔0.1微米至20.0微米范围内的距离。
第一DC引线框架230和第二DC引线框架232之间的间隔可帮助减小当电流流过引线框架时可能产生的杂散电感。例如，电路中的电流或电流尖峰的变化可感应出对附近的引线框架或导体产生负面影响的电压或电场。相比于其它DC引线框架构造(诸如，与第一组信号引脚242和第二组信号引脚244之间的如图6所示的关系类似的并排构造)，将第一DC引线框架230和第二DC引线框架232彼此间隔开距离260可减小杂散电感。DC槽220也可间隔开对应于距离260，以帮助促进DC引线框架之间的平行关系，DC引线框架之间的平行关系可帮助促进从DC引线框架消除互电感以允许开关事件期间的低电压尖峰。
第一DC引线框架230可包括从远端250延伸的第一接头270。第二DC引线框架232可包括从远端252的延伸的第二接头272。第一接头270和第二接头272可构造为电连接至电容器模块(诸如，电容模块234)，并且可以以彼此相反的方向延伸。第一接头270限定外表面271。第二接头272限定外表面273。外表面271和外表面273可限定彼此共面或彼此基本共面的平面。第一DC引线框架230可包括彼此背对的侧表面275，彼此背对的侧表面275限定彼此平行的平面。第二DC引线框架232可包括彼此背对的侧表面277，彼此背对的侧表面277限定彼此平行的平面。位于DC引线框架的同一侧的侧表面257和277是共面的，位于DC引线框架的另一侧的侧表面257和277也是共面的。
尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (6)

1.一种车辆功率级组件，包括：
功率级壳体；
功率级，由所述壳体支撑；
一对堆叠的DC引线框架，具有相反的极性且彼此间隔，所述引线框架中的每个从功率级延伸，并且所述引线框架中的每个具有远端和近端，
其中，所述引线框架之间的间隔使得与流过所述引线框架中的每个的电流关联的寄生电感至少彼此部分抵消。
2.如权利要求1所述的车辆功率级组件，其中，所述引线框架中的每个进一步限定连接器接头，所述连接器接头被构造为电连接至电容器模块，并且其中，所述引线框架被布置为使得所述连接器接头以彼此相反的方向延伸，并且所述连接器接头的外表面是基本共面的。
3.如权利要求1所述的车辆功率级组件，其中，所述引线框架间隔落入0.25微米至1.0微米的范围内的距离。
4.如权利要求1所述的车辆功率级组件，其中，所述引线框架中的每个限定彼此背对的第一侧表面和第二侧表面，并且其中，第一侧表面是共面的，并且第二侧表面是共面的。
5.如权利要求1所述的车辆功率级组件，其中，所述引线框架被定向为彼此平行。
6.如权利要求1所述的车辆功率级组件，其中，间隔开的所述一对DC引线框架之间的距离是基于预先选择的电流的量和DC引线框架的材料的。
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