CN108112217B - 用于车辆的逆变器结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的逆变器结构。逆变器包括：电容器，用于接收从电池供应的直流电；功率模块组件，包括多个功率模块和多个冷却器；以及输出汇流条，连接至多个功率模块以将三相交流电输出至发动机。特别地，在功率模块内部，多个功率模块的功率模块连接至电容器，以将直流电转换为三相交流电，并且多个冷却器中的冷却器与功率模块彼此上下交替堆叠，使得每一个冷却器在其上表面和下表面处与相邻的功率模块接触以实现热传递。

Description

用于车辆的逆变器结构

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的逆变器结构。

背景技术

本节中的说明仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

使用电动机作为驱动源的环保型车辆(例如，混合动力车辆或电动车辆)通常使用例如高压电池作为能量源以用于驱动电动机，还使用功率转换部件，即用于向电动机提供电压的逆变器和用于实现12V的车辆电压的低DC-DC转换器(LDC)。

这里，逆变器设置在电动机与高压电池之间，以将高压电池的DC电压转换为三相AC电压并将其提供给电动机。

传统电动车辆的主要目的是短距离驾驶和城市驾驶，因此通常它们的功能相对较低，输出功率约为100千瓦。也就是说，这样的电动车辆的动力源通常是用于前轮的单个电动机，这是因为电动车辆不需要高输出，因此也提供用于向电动机供应电流的逆变器以对应于相对较小的范围的输出。

然而，近来已经开发了例如运动型和SUV型电动车辆的各种电动车辆，因此电动车辆所需的输出规格多样化。由于电动机的尺寸和重量的限制，不可能仅使用单个电动机来满足增加的输出规格数量，因此，正在开发提供用于前轮和后轮的多个电动机的电动车辆模型。因此，向电动机供应电流的逆变器的规格多样化。例如，当在前轮上设置200kW电动机，并且在后轮上设置300kW电动机时，同一逆变器难以同时处理两个电动机。

同时，具有平面结构的逆变器配置为使得功率模块、电容器和LDC设置在壳体的底面上，并且控制板设置在其上端。为了抑制或防止由于过热导致的性能劣化或元件损坏，在产生大量的热量的功率模块和LDC下面形成冷却水流经的冷却路径。

一般的逆变器使用单个功率模块转换电流，并且需要使用高输出功率模块或具有增加数量的功率模块以具有增加的输出。由于构成功率模块的开关元件的特性，难以实现预定值的高输出，因此大多数逆变器采用并联连接多个功率模块以便处理高输出规格。然而，由于当功率模块数量增加时壳体和冷却路径需要改变，所以可能不能保持现有的逆变器概念，并且需要开发新的逆变器。

因此，可能增加开发满足相应输出规格的逆变器所需的费用和时间，并且需要能够改变逆变器的输出的通用结构。

本节披露的内容仅仅是为了加深对本发明的一般背景的理解，不应被视为承认或任何形式的暗示该内容形成本领域技术人员已知的相关技术。

发明内容

本发明提供了一种用于车辆的逆变器结构，其可处理各种电动机输出，同时具有一致的形状，这是因为即使当要应用的功率模块的数量改变时，也不需要改变冷却路径的形状。

在本发明的一个方面中，提供一种用于车辆的逆变器结构，包括：电容器，配置为接收从电池供应的直流电(DC)；功率模块组件，在该功率模块组件中，多个功率模块中的功率模块连接至电容器以将直流电转换为三相交流电(AC)，并且多个冷却器中的冷却器与多个功率模块中的功率模块彼此上下交替堆叠，使得多个冷却器中的每一个冷却器在其上表面和下表面处接触多个功率模块中的相邻功率模块，以用于在它们之间传递热量；以及输出汇流条(bus-bar)，连接至配置为将三相交流电输出至电动机的多个功率模块。

功率模块组件可配置为使得多个功率模块中的功率模块被划分为三列并彼此上下堆叠，并且多个冷却器中的冷却器以一列彼此上下堆叠，以便在水平方向上与多个功率模块中的功率模块接触。

电容器可包括三对P和N端子，并且每一对P和N端子都可通过汇流条连接至多个功率模块中的功率模块，该功率模块在多个功率模块的三列中的一列中彼此上下堆叠。

输出汇流条可在单相基础上通过AC汇流条和电流传感器连接至多个功率模块中的至少一个功率模块，功率模块在多个功率模块的三列中的一列中彼此上下堆叠。

AC汇流条可将多个功率模块中的两个功率模块连接至电流传感器的一端，并且电流传感器可包括连接到输出汇流条的剩余端。

多个功率模块可在其一侧上设置有多个引脚，其连接至栅极板，并且多个引脚中的引脚可由支架固定。

功率模块组件还可包括：上面板，配置为与堆叠的冷却器中的最上部冷却器的上表面接触；下表面板，配置为与堆叠的冷却器中的最下部冷却器的下表面接触；以及固定件，配置为将上面板和下面板彼此固定。

下面板可设置有板簧，配置为在与多个功率模块的三列中的每一列对应的位置处向上施加作用力。

功率模块组件可设置在壳体的一侧中，电容器可设置在壳体的相反侧的下部区域中，并且输出汇流条可具有设置在壳体的相反侧的上部区域中的一端和从壳体向外突出的剩余端。

此外，根据本文提供的描述，其它应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点。

为了可很好地理解本发明，现在将参考附图来描述以示例的方式给出的本发明的各个实施方式，其中：

图1是示出逆变器的外观的透视图；

图2是逆变器的顶部截面视图；

图3是示出车辆用逆变器结构的侧部截面视图；

图4是示出车辆用逆变器结构的透视图；

图5是示出功率模块数量减少的逆变器结构的透视图；

图6是示出功率模块组件的连接关系的截面图；

图7是示出逆变器内部结构的顶部平面视图；以及

图8是示出激光焊接期间的功率模块组件内部的透视图。

这里描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

以下描述在本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在整个附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

图1是示出本发明的一种实施方式中的逆变器的外观的透视图。如图1所示，逆变器配置为将从高压电池(未示出)接收的直流电(DC)传输至设置在壳体1内部的电容器，以经由连接至电容器的功率模块将直流电转换为三相交流电，并且经由输出汇流条50将交流电传输至电动机。

图2是本发明的一种实施方式中的逆变器的顶部截面视图。参考图2，壳体1设置有入口和出口，其形成在壳体1的侧表面的下部中。通过入口和出口，电容器10下面的区域被冷却，并且冷却水供应至冷却器，以进行功率模块的冷却。

图3是示出本发明的一种实施方式中的车辆用逆变器结构的侧部截面视图，图4是示出本发明的一种实施方式中的车辆用逆变器结构的透视图。参考图3和图4，车辆用逆变器结构可包括：电容器10，用于接收从电池供应的直流电；功率模块组件40，其中多个功率模块20中的功率模块连接至电容器10以将直流电转换为三相交流电，并且其中多个冷却器30中的冷却器与多个功率模块20中的功率模块彼此上下交替堆叠，使得每一个冷却器都在其上表面和下表面处与功率模块20接触以实现在其间进行热传递；以及输出汇流条50，连接至功率模块20以将三相交流电输出至电动机。

也就是说，因为功率模块20和冷却器30彼此上下交替堆叠，所以即使当多个功率模块20彼此平行布置时，功率模块组件40也可实现有效的冷却，并且可减小逆变器的体积。

这里，逆变器结构具有如下特征：功率模块组件40设置在壳体1的一侧上，电容器10设置在壳体1的相反侧的下部区域中，输出汇流条50具有设置在壳体1的相反侧的上部区域中的一端和从壳体1向外突出的另一端。通过这种结构，逆变器可具有紧凑的内部配置，因此可减小逆变器的体积。

在本技术中，功率模块组件40可配置为使得功率模块20以三列的方式彼此上下堆叠，并且冷却器30以一列彼此上下堆叠以在水平方向上与功率模块20接触(上下接触)。

也就是说，功率模块20设置为三列，并且每一列中的功率模块20分别将从电容器10供应的直流电转换为包括U、V和W相的交流电，从而输出三相交流电。

另外，因为冷却器30以一列彼此上下堆叠，而不同于堆叠为三列的功率模块20，所以冷却器30可以最少数量的元件实现功率模块20的冷却。为此，功率模块20可在水平方向上并排布置。

为了帮助理解，例如，如图3和图4所示，功率模块组件40可包括总共十八个功率模块20，其布置为六行和三列，并且七个冷却器70可设置为与功率模块20的上表面和下表面接触。

同时，图5是示出本发明的一种实施方式中的功率模块数量减少的逆变器结构的透视图。假设与功率模块20布置为六行和三列的情况对应的电动机输出为大约300kW，如图5所示，在将功率模块20布置为四行和三列的情况下，逆变器可配置为对应于大约200kW的电动机输出。此时，为了维持功率模块组件40的表面压力，在存在现有的功率模块20的位置处安装绝缘材料模型60。

因此，可以能够通过改变功率模块的数量而不改变冷却器的配置的方式来对应于各种电动机输出的方式提供本发明的逆变器。因此，在部件的共同使用和价格方面，可提高逆变器的适销性。

更具体地，在本发明中，电容器10可包括三对P和N端子11和13，并且每一对P和N端子11和13可通过DC汇流条21和23连接至功率模块，该功率模块在功率模块20的三列中的一列中彼此上下堆叠。

图6是示出本发明的一种实施方式中的功率模块组件的连接关系的截面视图。参考图4和图6，当功率模块20设置为六行和三列时，DC汇流条21和23分别在其一端安装至形成在电容器10上的一对P端子11和N端子13，另一端分为六部分，从而连接至设置在一列中的各个功率模块20。此时，连接至P端子11的DC汇流条21连接至功率模块的正(+)端子，连接至N端子13的DC汇流条23连接至功率模块的负(-)端子，以便向功率模块提供直流电。

另外，在本发明的实施方式中，输出汇流条50可以单相基础上通过AC汇流条25和电流传感器27连接至功率模块20，该功率模块在功率模块20的三列中的一列中彼此上下堆叠。

这里，电流传感器27测量从功率模块20输出的三相交流电的值。提供控制板(未示出)，以基于测量的三相交流电来实现功率模块20的性能的可变控制。

这里，AC汇流条25可将两个功率模块20连接至电流传感器27的一端，并且电流传感器27的另一端可连接至输出汇流条50。

图7是示出本发明的一种实施方式中的逆变器内部结构的顶部平面视图。参考图4、图6和图7，当功率模块20设置为六行和三列时，因为每一个AC汇流条25连接至两个功率模块20，并且六个功率模块20设置为一列，所以每一列中的功率模块连接至彼此并联连接的三个AC汇流条25和三个电流传感器27。因此，整个功率模块组件40连接至总共九个AC汇流条25和九个电流传感器27，并且来自三个电流传感器27的交流电输出形成输出汇流条50的一相。以这种方式，输出汇流条50可输出包括U、V和W相的三相交流电。

如图5所示，当功率模块20设置为四行和三列以实现所需的电动机输出时，一列中的功率模块20可连接至彼此并联连接的两个AC汇流条25和两个电流传感器27。此时，虽然逆变器的构成元件的数量减少，但是逆变器的内部配置没有变化。以这种方式，可容易地实现可处理各种电动机输出的逆变器。

在上述配置中，DC汇流条21和23以及AC汇流条25通过激光焊接固定至功率模块20。如图8所示，可通过在夹具70插入到功率模块20之间后，通过将激光应用于焊接界面来进行焊接，使得DC汇流条21和23以及AC汇流条25被功率模块20推挤。图8是示出本发明的一种实施方式中的激光焊接期间的功率模块组件的内部的透视图。

这里，因为夹具70是水平伸长的，所以当激光焊接功率模块20、DC汇流条21和23以及AC汇流条25时，可同时焊接三列中的功率模块20，这可有利地简化制造工艺。

同时，参考图3和图4，连接至栅极板80的多个引脚29可形成在功率模块20的一侧上，并且引脚29可由支架90固定。也就是说，当使用支架90固定引脚29的位置时，可容易实现将引脚29组装至栅极板80。

另外，功率模块组件40还可包括：上面板41，与堆叠的冷却器30中最上部的冷却器的上表面接触；下面板43，与堆叠的冷却器30中最下部的冷却器的下表面接触；以及固定件，用于将上面板41和下面板43相对于彼此固定。

也就是说，当多个功率模块20和多个冷却器30彼此上下堆叠在上面板41与下面板43之间时，能够抑制或防止功率模块20和冷却器30偏离其位置。

另外，下面板43可设置有板簧，该板簧在与功率模块20的三列对应的位置处向上施加作用力。也就是说，板簧用于施加表面压力，使得功率模块20和冷却器30彼此紧密接触。

从上面的描述可以看出，根据上述用于车辆的逆变器结构，即使当功率模块的数量改变时，逆变器也能够提供各种电动机输出，同时保持其一致的结构形状，这使得能够通过部件的共用来降低成本。

另外，由于将功率模块和冷却器彼此交替堆叠，所以可减小逆变器的体积。

虽然上面已经参考附图描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，本发明可以各种其它实施方式实现，而不改变其技术构思或特征。

Claims (8)

1.一种用于车辆的逆变器结构，包括：

电容器，配置为接收从电池供应的直流电；

功率模块组件，在所述功率模块组件中，多个功率模块中的功率模块连接至所述电容器以将所述直流电转换为三相交流电，并且多个冷却器中的冷却器与多个功率模块中的功率模块彼此上下交替堆叠，使得所述多个冷却器中的每一个冷却器在其上表面和下表面处与所述多个功率模块的相邻功率模块接触，以用于在功率模块与冷却器之间进行热传递；以及

输出汇流条，连接至所述多个功率模块并配置为将所述三相交流电输出至电动机，

其中，所述功率模块组件配置为使得所述多个功率模块中的功率模块被划分为三列并且所述功率模块在所述功率模块的上述三列中的一列中彼此上下堆叠，并且所述多个冷却器中的冷却器以一列彼此上下堆叠以在水平方向上与所述多个功率模块中的功率模块接触，

其中，在所述逆变器结构中，在不改变所述冷却器的配置的条件下，所述功率模块组件的数量是可改变的以对应于各种电机动输出。

2.根据权利要求1所述的逆变器结构，其中，所述电容器包括三对P和N端子，以及

其中，每一对P和N端子通过直流电汇流条连接至所述多个功率模块中的功率模块，所述功率模块在所述多个功率模块的三列中的一列中彼此上下堆叠。

3.根据权利要求1所述的逆变器结构，其中，所述输出汇流条在单相基础上通过交流电汇流条和电流传感器连接至所述多个功率模块中的至少一个功率模块，所述功率模块在所述多个功率模块的三列中的一列中彼此上下堆叠。

4.根据权利要求3所述的逆变器结构，其中，所述交流电汇流条配置为将所述多个功率模块中的两个功率模块连接至所述电流传感器的一端，以及

其中，所述电流传感器的剩余端连接至所述输出汇流条。

5.根据权利要求1所述的逆变器结构，其中，所述多个功率模块在其一侧上设置有多个引脚，所述多个引脚连接至栅极板，以及

其中，通过支架固定所述多个引脚中的引脚。

6.根据权利要求1所述的逆变器结构，其中，所述功率模块组件还包括：

上面板，配置为与堆叠的冷却器中的最上部冷却器的上表面接触；

下面板，配置为与堆叠的冷却器中的最下部冷却器的下表面接触；以及

固定件，配置为将所述上面板和所述下面板彼此固定。

7.根据权利要求6所述的逆变器结构，其中，所述下面板设置有板簧，所述板簧配置为在与所述多个功率模块的三列中的每一列对应的位置处向上施加作用力。

8.根据权利要求1所述的逆变器结构，其中，所述功率模块组件设置在壳体的一侧中，

其中，所述电容器设置在所述壳体的另一侧的下部区域中，以及

其中，所述输出汇流条的一端设置在所述壳体的另一侧的上部区域中，剩余端从所述壳体向外突出。

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