CN110299871A - 一种车辆制动器和用于车辆制动器的能量耗散装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆制动器和用于车辆制动器的能量耗散装置，制动器包括直流母线，耗散装置包括：集流室和保护板组成的耗散架、进出口和冷却芯部组件，冷却芯部组件包括：成型板和垂直设于所述成型板且两端与所述成型板开口相通的液冷制动电阻管；液冷制动电阻管包括：外缠绕电阻丝的铜管和套设于所述电阻丝的两端分别与所述直流母线的正负端连接的接线端子。本发明提供的能量耗散装置也可以称为一种冷却装置，能够大幅提升制动电阻散热能力，也就是将制动电阻的热能(吸收电能转化而成)耗散掉，满足车辆各类工况下的不同制动需求；在车辆制动或减速过程中，电机快速停机将产生再生电能，再生电能由储能部件吸收，当储能部件已满或出现故障时，就需要制动电阻将再生电能转化为热能，最终通过该耗散装置导入冷却液体中，从而达到降温的效果。

Description

一种车辆制动器和用于车辆制动器的能量耗散装置
技术领域
本发明涉及能量转化技术领域的一种能量耗散装置，具体涉及一种车辆制动器和用于车辆制动器的能量耗散装置。
背景技术
车辆制动或减速时，牵引电机以发电状态运行，连接逆变器(制动器)的直流母线电压持续升高。当直流电压达到某一电压(制动单元的开启电压)时，制动单元功率开关管开通，电流流过制动电阻。制动电阻吸收再生能量，转化为热能，电机转速下降，变频器直流母线电压降低。当直流母线电压降到某一电压(制动单元的停止电压)时，制动单元功率开关管关断。此时没有制动电流流过电阻，制动电阻散热，降低自身温度。
当直流母线电压重新升高时，制动单元将重复以上过程，平衡母线电压，使系统正常运行。
当车辆出现频繁制动的情况时，再生能量会不断积聚，这部分能量由储能部件吸收，当储能部件已满或出现故障时，就需要通过制动电阻转化为热能被液体带走。制动电阻的散热过程作为最后一个环节，反过来制约着能量转化的全过程，即如果制动电阻无法及时的将吸收的热量转化并带走，其温度迅速升高发生故障，将直接导致直流母线电压持续升高进而烧毁电机。因此制动电阻的能量转化及耗散的过程必须迅速及时地完成，以满足车辆各类工况下不同的制动需求
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种用于车辆制动器的能量耗散装置。
本发明提供的技术方案是：一种用于车辆制动器的能量耗散装置，所述制动器包括直流母线，所述耗散装置包括：由平行设置的集流室和垂直于所述集流室的保护板组成的耗散架、设于所述集流室外侧的进出口、平行设置于所述保护板间且与所述进出口连通的冷却芯部组件，
所述冷却芯部组件包括：成型板和垂直设于所述成型板间且两端与所述成型板上开口连通的液冷制动电阻管；
所述液冷制动电阻管包括：外部缠绕有电阻丝的铜管和套设于所述电阻丝的两端分别与所述直流母线的正负端连接的接线端子；
所述电阻丝内外均设置绝缘层。
优选的，所述集流室为内侧设有开口的矩形或其他形状腔体。
优选的，所述成型板为与所述集流室的开口配合设置的矩形铜板，其中间设有供所述液冷制动电阻管贯通的贯通孔，四周设有固定所述成型板与所述集流室的固定孔。
优选的，所述成型板与所述集流室间设有密封板。
优选的，所述贯通孔与所述液冷制动电阻管的数目相等且至少为1。
优选的，所述成型板的贯通孔和所述液冷制动电阻管的铜管通过焊接密封。
优选的，所述集流室通过固定件分别与所述成型板和所述保护板紧固连接。
优选的，所述固定件为螺栓。
基于同一发明构思，本发明还提供一种车辆制动器，包括直流母线和如上任一所述的能力耗散装置，所述能量耗散装置中液冷电阻管的接线端子分别与所述直流母线的正负端连接。
优选的，所述直流母线包括：直流电源、电容器模块、逆变开关管模块；
所述电容器模块与所述逆变开关管模块并联后与直流电源相连；
相邻的两电容器模块之间设有搭接铜排。
优选的，所述搭接铜排包括：正极搭接铜排和负极搭接铜排；
所述正极搭接铜排与负极搭接铜排为上下层叠的结构，所述正极搭接铜排搭接两相邻电容器模块中的正极铜排，所述负极搭接铜排搭接两相邻电容器模块中的负极铜排；
所述电容器模块包括多个电解电容器，多个所述电解电容器通过铜排连接；
所述连接的铜排包括：相互叠合的正极铜排、负极铜排和中间连接铜排，各连接的铜排间设有隔离的绝缘板，所述正极铜排与负极铜排相邻并且基本完全叠合；
所述正极搭接铜排和负极搭接铜排与所述正极铜排和负极铜排具有相近的宽度；
所述电容器模块的正、负极铜排上分别设置有与直流电源正负极相连接的直流电源接线点。
优选的，所述电容器模块为呈“一”字形排列的数目为三的电容器模块，所述电容器模块与所述逆变开关管模块之间采用连接铜排并联连接；
所述逆变开关管模块包括散热器，所述连接铜排由一紧固件固定在所述的散热器上；
所述电容器模块与所述逆变开关管模块之间的连接铜排上设置与直流电源正负极相连接的直流电源接线点。
优选的，所述的直流电源接线点与直流电源正负极之间为铜排连接。
优选的，所述的直流电源接线点与直流电源正负极之间设置有熔断器。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供的技术方案，采用冷却装置中的液冷制动电阻管，可以大幅提升制动电阻散热能力，满足车辆各类工况下的不同制动需求；在车辆制动或减速过程中，电机快速停机将产生再生电能，再生电能由储能部件吸收，当储能部件已满或出现故障时，就需要制动电阻将再生电能转化为热能，最终通过该耗散装置导入冷却液体中，从而达到降温的效果。
(2)本发明提供的技术方案，采用三相电容器模块之间用层叠结构的搭接铜排就近并联，保证了搭接的面积最大化，减少线路阻抗，使三相电容器模块可共同承担整个输出功率的能量需要，当一相输出能量时，其他两相也作出较大的能量输出贡献，从而提高电容器的利用率。
(3)本发明提供的技术方案，电容器模块中，电容器的正负极铜排为层叠结构，实现导电面积最大范围重叠，减少回路阻抗，增加分布电容，使线路阻抗及杂散电感参数做到最小化，以降低电容器中的纹波电流以及电容器工作时的温升。
(4)本发明提供的技术方案，电容器模块采用独立的结构设计，便于分散安装及维护。
(5)本发明提供的技术方案，与逆变开关管模块相连接的连接铜排上设置紧固件将其固定在逆变开关管模块的散热器上，防止连接铜排上所受的应力传递至逆变开关管模块的功率管上而导致功率管的损坏。
(6)本发明提供的技术方案，直流电源、电容器模块、逆变开关管模块之间采用全铜排连接，方便设备的组装与拆卸维护。
附图说明
图1为本发明的能量耗散装置结构示意图；
图2为本发明的冷却芯部组件结构示意图；
图3为本发明的成型板结构示意图；
图4为本发明的液冷制动电阻管结构示意图；
图5是本发明中三相电容器模块与逆变开关管模块的连接电路图；
图6是本发明中电容器模块中正极铜排与负极铜排叠合的结构示意图；
图7是本发明中电容器模块中正极铜排与负极铜排叠合的结构视图；
图8是本发明中三相电容器模块用搭接铜排就近并联的结构视图；
图9是本发明中三相电容器模块与逆变开关管模块的连接结构视图；
其中，1-铜管；2-电阻丝；3-接线端子；4-贯通孔；5-固定孔；6-成型板；7-液冷制动电阻管；8-直流母线；8-1-直流电源(DC)；8-2、8-4和8-6-电容器模块(CAPA、CAPB、CAPC)；8-3、8-5和8-7-逆变开关管模块(INVA、INVB、INVC)；8-8-熔断器；8-41-电解电容器；8-42-正极铜排；8-43和8-63-负极铜排；8-44-中间连接铜排；8-45-绝缘板；8-51-散热器；8-52-功率管；8-53-连接铜排；8-54-紧固件；8-91-正极搭接铜排；8-92-负极搭接铜排；8-421和8-431-连接端；9-密封板；10-保护板；11-集流室；12-进出口；13-固定件。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1至图4所示，本发明提供的能量耗散装置，所述制动器包括直流母线8，所述耗散装置包括：由平行设置的集流室11和垂直于所述集流室11的保护板10组成的耗散架、设于所述集流室11外侧的进出口12和平行设置于所述保护板10间且与所述进出口12连通的冷却芯部组件，所述冷却芯部组件包括：成型板6和垂直设于所述成型板6且两端与所述成型板6上开口连通的液冷制动电阻管7；所述保护板10起到了保证产品刚度的作用；所述液冷制动电阻管7包括：外缠绕电阻丝2的铜管1和套设于所述电阻丝2的两端分别与所述直流母线的正负端连接的接线端子3，电阻丝内外均设有绝缘层；接线端子一端接直流母线的正端，另一端经开关管接直流母线的负端；内部铜管1为中空结构，冷却液体从铜管内流过，吸收来自电阻丝的热量；所述集流室11为内侧设有开口的矩形或其他形状腔体；所述成型板6为与所述集流室11的开口配合设置的矩形铜板，其中间设有供所述液冷制动电阻管7贯通的贯通孔4，四周设有固定所述成型板6与所述集流室11的固定孔5；所述成型板6与所述集流室11间设有密封板9；所述贯通孔4与所述液冷制动电阻管7的数目相等且至少为1；所述成型板6的贯通孔4和所述液冷制动电阻管7的铜管1通过焊接密封；所述集流室11通过固定件13分别与所述成型板6和所述保护板10紧固连接；所述固定件13为螺栓；冷却液体自进口流入，扩充到整个集流室，随后通过制动电阻管内部，吸收热量后汇集至另一集流室，最后从出口流出。
基于同一发明构思，本实施例还提供一种制动器，包括直流母线和适用于制动器的能力耗散装置；能量耗散装置为上述实施例中的能力耗散装置；
所述直流母线包括：直流电源、电容器模块、逆变开关管模块；车辆制动或减速过程中，电机以发电状态运行，相当于直流电源，电机分为直流电机和交流电机两种，直流电机以发电状态运行相当于直流电源，交流电机以发电状态运行，经整流后也相当于直流电源。所述电容器模块与所述逆变开关管模块并联后与直流电源相连；
相邻的两电容器模块之间设有搭接铜排。
所述搭接铜排包括：正极搭接铜排和负极搭接铜排；
所述正极搭接铜排与负极搭接铜排为上下层叠的结构，所述正极搭接铜排搭接两相邻电容器模块中的正极铜排，所述负极搭接铜排搭接两相邻电容器模块中的负极铜排；
所述电容器模块包括多个电解电容器，多个所述电解电容器通过铜排连接；
所述连接的铜排包括：相互叠合的正极铜排、负极铜排和中间连接铜排，各连接的铜排间设有隔离的绝缘板，所述正极铜排与负极铜排相邻并且基本完全叠合；
所述正极搭接铜排和负极搭接铜排与所述正极铜排和负极铜排具有相近的宽度；
所述电容器模块的正、负极铜排上分别设置有与直流电源正负极相连接的直流电源接线点。
所述电容器模块为呈“一”字形排列的数目为三的电容器模块，所述电容器模块与所述逆变开关管模块之间采用连接铜排并联连接；
所述逆变开关管模块包括散热器，所述连接铜排由一紧固件固定在所述的散热器上；
所述电容器模块与所述逆变开关管模块之间的连接铜排上设置与直流电源正负极相连接的直流电源接线点。
所述的直流电源接线点与直流电源正负极之间为铜排连接。
所述的直流电源接线点与直流电源正负极之间设置有熔断器。
具体讲，如图5所示，大功率三相逆变器的母线连接包括三个电容器模块(CAPA、CAPB、CAPC)8-2、8-4、8-6和三个逆变开关管模块(INVA、INVB、INVC)8-3、8-5、8-7，每个电容器模块与一个逆变开关管模块就近并联，电容器模块与逆变开关管模块并联后与直流电源(DC)8-1相连接。并联后电容器模块、逆变开关管模块与直流电源(DC)8-1之间设有熔断器8-8。
如图6、7和9所示，电容器模块8-4由八个电解电容器8-41通过铜排连接构成，连接的铜排有正极铜排8-42、负极铜排8-43、中间连接铜排8-44，三铜排相互叠合，各铜排间设有隔离的绝缘板8-45，其中正极铜排8-42与负极铜排8-43相邻，其中负极铜排8-43上除为了安装而设置的避让位和避让孔之外，与正极铜排8-42基本完全叠合。正极铜排8-42与负极铜排8-43并在同一侧引出与逆变开关管模块8-5并联的连接端8-421、8-431，通过连接铜排8-53实现电容器模块8-4的正负极与逆变开关管模块5正负极就近并联。连接铜排8-53由一个紧固件8-54固定在逆变开关管模块8-5的散热器8-51上，紧固件为一绝缘支柱，该支柱的两端分别与连接铜排和散热器固定连接。连接铜排8-53通过紧固件固定后，其上所受到的应力通过紧固件传递至散热器上，而非传递至逆变开关管模块8-5的功率管8-52上，可有效防止功率管8-52被连接铜排8-53压坏。其他电容器模块8-2、8-6与电容器模块4具有相同的结构，其他逆变开关管模块与对应电容器模块的连接结构和逆变开关管模块8-5与电容器模块8-4的连接结构相同。
如图8所示，在排列成一排的三个电容器模块8-2、8-4、8-6中，电容器模块8-4与电容器模块8-6相邻，中间由搭接铜排连接，正极搭接铜排8-91将电容器模块8-4与电容器模块8-6的正极铜排搭接，负极搭接铜排8-92将电容器模块8-4与电容器模块8-6的负极铜排8-43、8-63搭接。正、负极搭接铜排8-91、8-92为上下层叠结构，且与电容器模块8-4的正、负极铜排8-42、8-43具有相近的宽度，使电容器模块8-4、8-6之间具有最大的导电面积，减少电容器模块间的阻抗与感抗。相邻的电容器模块8-4和电容器模块8-2之间的连接结构与电容器模块8-4和电容器模块8-6之间的连接结构相同。
在本实施例中，搭接铜排的正、负极搭接铜排还设有直流电源接线点，该接线点到直流电源之间采用铜排连接并设熔断器。在具体实施时，该直流电源接线点还可设置在电容器模块的正、负极铜排上，也可设置在电容器模块与逆变开关管模块之间的连接铜排8-53上。
在本实施例中，三相电容器模块之间用搭接铜排就近并联，使正极和负极构成的电流回路面积最小，减少线路阻抗，使三相电容器模块可共同承担整个输出功率的能量需要，当一相输出能量时，其他两相也作出较大的能量输出贡献，从而提高电容器的利用率。在电容器模块中，电容器的正负极铜排采用层叠结构，增大导电面积，减少回路阻抗，增加分布电容，使线路阻抗及杂散电感参数做到最小化，以降低各相电容器模块之间的纹波电流以及电容器的温度。另外本实施例中，每一相都有独立安装的电容器模块，使制动器中的电容器具有分散安装及维护的优点。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种用于车辆制动器的能量耗散装置，所述制动器包括直流母线，所述耗散装置包括：由平行设置的集流室和垂直于所述集流室的保护板组成的耗散架、设于所述集流室外侧的进出口、平行设置于所述保护板间且与所述进出口连通的冷却芯部组件，其特征在于，
所述冷却芯部组件包括：成型板和垂直设于所述成型板间且两端与所述成型板上开口连通的液冷制动电阻管；
所述液冷制动电阻管包括：外部缠绕有电阻丝的铜管和套设于所述电阻丝的两端分别与所述直流母线的正负端连接的接线端子；
所述电阻丝内外均设置绝缘层。
2.如权利要求1所述的一种用于车辆制动器的能量耗散装置，其特征在于，
所述集流室为内侧设有开口的矩形或其他形状腔体。
3.如权利要求1所述的一种用于车辆制动器的能量耗散装置，其特征在于，
所述成型板为与所述集流室的开口配合设置的矩形铜板，其中间设有供所述液冷制动电阻管贯通的贯通孔，四周设有固定所述成型板与所述集流室的固定孔。
4.如权利要求1所述的一种用于车辆制动器的能量耗散装置，其特征在于，
所述成型板与所述集流室间设有密封板。
5.如权利要求3所述的一种用于车辆制动器的能量耗散装置，其特征在于，所述贯通孔与所述液冷制动电阻管的数目相等且至少为1。
6.如权利要求1所述的一种用于车辆制动器的能量耗散装置，其特征在于，
所述成型板的贯通孔和所述液冷制动电阻管的铜管通过焊接密封。
7.如权利要求1所述的一种用于车辆制动器的能量耗散装置，其特征在于，
所述集流室通过固定件分别与所述成型板和所述保护板紧固连接。
8.如权利要求7所述的一种用于车辆制动器的能量耗散装置，其特征在于，
所述固定件为螺栓。
9.一种车辆制动器，其特征在于，包括直流母线和如权利要求1-8任一所述的能量耗散装置，所述能量耗散装置的接线端子分别与所述直流母线的正负端连接。
10.如权利要求9所述的一种车辆制动器，其特征在于，
所述直流母线包括：直流电源、电容器模块、逆变开关管模块；
所述电容器模块与所述逆变开关管模块并联后与直流电源相连；
相邻的两电容器模块之间设有搭接铜排。
11.如权利要求10所述的一种车辆制动器，其特征在于，
所述搭接铜排包括：正极搭接铜排和负极搭接铜排；
所述正极搭接铜排与负极搭接铜排为上下层叠的结构，所述正极搭接铜排搭接两相邻电容器模块中的正极铜排，所述负极搭接铜排搭接两相邻电容器模块中的负极铜排；
所述电容器模块包括多个电解电容器，多个所述电解电容器通过铜排连接；
所述连接的铜排包括：相互叠合的正极铜排、负极铜排和中间连接铜排，各连接的铜排间设有隔离的绝缘板，所述正极铜排与负极铜排相邻并且基本完全叠合；
所述正极搭接铜排和负极搭接铜排与所述正极铜排和负极铜排具有相近的宽度；
所述电容器模块的正、负极铜排上分别设置有与直流电源正负极相连接的直流电源接线点。
12.如权利要求10所述的一种车辆制动器，其特征在于，
所述电容器模块为呈“一”字形排列的数目为三的电容器模块，所述电容器模块与所述逆变开关管模块之间采用连接铜排并联连接；
所述逆变开关管模块包括散热器，所述连接铜排由一紧固件固定在所述的散热器上；
所述电容器模块与所述逆变开关管模块之间的连接铜排上设置与直流电源正负极相连接的直流电源接线点。
13.如权利要求11或12所述的一种车辆制动器，其特征在于，
所述的直流电源接线点与直流电源正负极之间为铜排连接。
14.如权利要求11或12所述的一种车辆制动器，其特征在于，
所述的直流电源接线点与直流电源正负极之间设置有熔断器。
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