CN110474535B - 电力转换系统和组装方法 - Google Patents

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Abstract

电力转换系统至少包括滤波电容器、DC‑DC转换器、平滑电容器、外壳以及制冷剂流动通道。制冷剂流动通道配置在外壳与流动通道盖部之间。制冷剂流动通道包括至少部分地面向DC‑DC转换器的转换器面向部。当沿第一方向观察时，滤波器电容器与DC‑DC转换器从制冷剂流动通道的与转换器面向部相反一侧开始至少部分地重叠。当沿第一方向观察时，平滑电容器不与DC‑DC转换器重叠，并且当沿第二方向观察时，平滑电容器与DC‑DC转换器部分地重叠。至少两个紧固部段将流动通道盖部紧固到外壳，并且当沿第一方向观察时不与平滑电容器重叠。

Description

电力转换系统和组装方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种电力转换系统和电力转换系统组装方法。
背景技术
电力转换系统通常包括逆变器和所谓的DC-DC转换器(即，直流到直流转换器)，并且例如日本专利申请公开第2016-100913号(JP-2016-100913-A)中所讨论的那样，有时也包括滤波电容器和平滑电容器。滤波电容器连接到直流电源，以吸收来自直流电源的输出的波动。平滑电容器对由升压器升压的DC电压进行平滑。制冷剂流动通道也被包括在电力转换系统的外壳中，以面向DC-DC转换器，从而防止或减少DC-DC转换器中的温度升高。
然而，近年来，随着电力转换系统产生越来越高的输出以满足其需求，平滑电容器有时必须增大尺寸，并且因此，期望电力转换系统通过有效利用外壳中的空间而变得紧凑。
例如，当滤波电容器和DC-DC转换器共同连接到直流电源时，需要通过考虑滤波电容器与DC-DC转换器之间的位置关系来调节多个部件之间的位置关系。而且，考虑配置制冷剂流动通道的位置。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种有效小型化的新型电力转换系统。
发明内容
因此，本公开的一个方面设置有一种新型电力转换系统，包括：各自连接到直流电源(例如，作为永久电源的电池BAT)的滤波电容器和DC-DC转换器；连接到电力转换电路的平滑电容器；以及容纳滤波电容器、DC-DC转换器和平滑电容器的外壳。电力转换系统还包括制冷剂流动通道以冷却DC-DC转换器。制冷剂流动通道配置在外壳与固定到外壳的流动通道盖部之间。制冷剂流动通道包括至少部分地面向DC-DC转换器的转换器面向部。滤波电容器配置在DC-DC转换器的与转换器面向部相反的一侧上，并且当沿Z方向观察时，滤波电容器的至少一部分与DC-DC转换器重叠，其中转换器面向部面向DC-DC转换器。平滑电容器布置成当沿Z方向观察时不与DC-DC转换器重叠，并且当沿垂直于Z方向的X方向观察时与DC-DC转换器部分地重叠。此外，多个紧固部段12定位成在沿Z方向观察时不与平滑电容器重叠的情况下将流动通道盖部紧固到外壳。因此，由于当在电力转换系统中沿Z方向观察时，滤波电容器与DC-DC转换器至少部分地重叠，因此DC-DC转换器和滤波电容器可以彼此紧密地配置，并且共同连接到直接电源BAT。其结果是，可以缩短连接直流电源、DC-DC转换器以及滤波电容器的连接线(下文中，有时称为输入线)，并且节省用于输入线的配线的空间并降低输入线的电感。
此外，由于平滑电容器4定位成当沿Z方向观察时不与DC-DC转换器3重叠，并且当沿X方向观察时与DC-DC转换器3至少部分地重叠，因此，平滑电容器4可以有效地利用当沿X方向观察时与DC-DC转换器3重叠的空间。因此，可以在X方向上抑制或减小由于平滑电容器的尺寸增大而导致的电力转换系统的尺寸增大。而且，由于当沿Z方向观察时，将流动通道盖部紧固到外壳的紧固部段不与平滑电容器重叠，因此优选地可以在Z方向上确保用于平滑电容器的空间而不使外壳的尺寸增大。因此，电力转换系统可以容易地在Z方向上减小尺寸。因此，如上所述，根据本公开的一个方面，电力转换系统整体上可以容易地减小尺寸。
附图说明
在结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将更容易获得对本公开的更完整的理解以及本公开的许多伴随的优点，其中：
图1是根据本公开第一实施例的沿着规定的水平线剖切的示出了示例性电力转换系统的剖视图；
图2是示出根据本公开第一实施例的电力转换系统的仰视图；
图3是示出根据本公开第一实施例的不包括制冷剂流动通道的电力转换系统的底部的剖视图；
图4是根据本公开第一实施例的沿图1所示的线IV-IV剖切的剖视图；
图5也是根据本公开第一实施例的沿图1所示的线V-V剖切的剖视图；
图6是根据本公开第一实施例的沿图1中所示的线VI-VI剖切的剖视图；
图7是根据本公开第一实施例的沿图1所示的线VII-VII剖切的剖视图；
图8是示出根据本公开第一实施例的电力转换系统的示例性电路的电路图；
图9是根据本公开第二实施例的沿着规定的水平线剖切的示出了示例性电力转换系统的剖视图；
图10是根据本公开第二实施例的沿着规定的水平线剖切的示出了示例性电力转换系统的剖视图；
图11是根据本公开第三实施例的沿着规定的水平线剖切的示出了示例性电力转换系统的剖视图；
图12是示出根据本公开第三实施例的电力转换系统的仰视图；
图13是根据本公开第三实施例的沿着图11所示的线VIII-VIII剖切的剖视图。
具体实施方式
现在参考附图，其中，相似的附图标记在其若干的图中表示相同或对应的部分，并且特别是图1至图8中，描述了本公开第一实施例的示例性电力转换系统。如图1和图2所示，本公开的该实施例的电力转换系统包括滤波电容器2、DC-DC转换器3、平滑电容器4、外壳5以及制冷剂流动通道6。
如图8所示，滤波电容器2和DC-DC转换器3连接到直流电源BAT。平滑电容器4连接到电力转换电路(即，逆变器102)。如图1至图7所示，外壳5容纳滤波电容器2、DC-DC转换器3以及平滑电容器4。制冷剂流动通道6设置成用以冷却DC-DC转换器3。
如图2至图7所示，制冷剂流动通道6布置在外壳5与固定到外壳5的流动通道盖部11之间。如图1、图2、图5、图7所示，制冷剂流动通道6至少包括转换器面向部61，该转换器面向部61至少部分地面向DC-DC转换器3。
转换器面向部61和DC-DC转换器3彼此相对的方向被预设为Z方向。如图1至图4以及图7所示，滤波电容器2的至少一部分配置在DC-DC转换器3的与转换器面向部61相反的一侧，并且当沿Z方向观察时与DC-DC转换器3重叠。尽管未示出，但除了包括例如容纳变压器等的主体之外，DC-DC转换器3还包括输入滤波器部段和输出滤波器部段等。此外，当沿Z方向观察时，仅这些装置(即，输入滤波器部段或输出滤波器部段)可以与滤波电容器2部分地重叠。此外，制冷剂流动通道6优选地配置成当沿Z方向观察时与DC-DC转换器3的主体重叠。
如图3所示，平滑电容器4配置成当沿Z方向观察时不与DC-DC转换器3重叠，且如图6所示，平滑电容器4配置成当沿垂直于Z方向的X方向观察时与DC-DC转换器3部分重叠。
如图1和图2所示，将流动通道盖部11紧固到外壳5的紧固部段12定位成当沿Z方向观察时不与平滑电容器4重叠。而且，在本公开的该实施例中，当沿Z方向观察时，多个紧固部段12中的至少一个定位在制冷剂流动通道6与平滑电容器4之间。也就是说，在图1和图2所示的一个以上的紧固部段12中，当沿Z方向观察时，紧固部段12a定位在制冷剂流动通道6与平滑电容器4之间。
如图8所示，本公开的该实施例的电力转换系统1配置在直流电源BAT与由三相交流电驱动的旋转电机MG之间并连接到这些装置。电力转换系统1被构造成从直流电力转换为交流电力，反之亦然。电力转换系统1包括：升压单元101，以将直流电源BAT 101的电压升压；以及逆变器102，以将由升压单元101所升压的高压直流电力转换为交流电力。电力转换系统1还包括如上所述的并且被构造成能够转换直流电力的电压的DC-DC转换器3。
电力转换系统1例如安装在电动汽车和混合动力汽车上，并且能够通过使用由逆变器102所转换的交流电力来驱动旋转电机MG。电力转换系统1通过使用DC-DC转换器3还能够降低直流电源BAT的电压，并且将降压操作的结果供给到交流发电机(未示出)中使用的电池。
平滑电容器4配置在升压器101与逆变器102之间，并且连接到升压器101和逆变器102。平滑电容器4对供给到逆变器102的直流电力的电压进行平滑。升压单元101包括电抗器7和多个开关元件103。尽管未示出，但是逆变器102还包括多个开关元件并且构成电力转换电路。
如图1至图3所示，电抗器7与滤波电容器2、DC-DC转换器3以及平滑电容器4一起容纳在外壳5中。如图6所示，电抗器7配置成当沿X方向观察时与DC-DC转换器3部分重叠。同时，如图4所示，电抗器7定位成当沿Y方向观察时与平滑电容器4部分重叠。在此，Y方向垂直于X方向和Z方向。此外，当沿Z方向观察时，一个以上的紧固部段12的一部分(即紧固部段12a)定位在电抗器7和平滑电容器4之间。
在本公开的该实施例中，外壳5包括大致长方体形状。具体地，如图1至图3所示，当沿Z方向观察时，外壳5在X方向上比在Y方向上更长。另外，如图所示，当沿X方向观察时，滤波电容器2和DC-DC转换器3定位在外壳5的一侧(即，右侧)。在下文中，当沿X方向观察时，放置滤波电容器2和DC-DC转换器3的外壳5的一侧有时被称为前侧。相反，当沿X方向观察时，将上述一侧的相反侧称为后侧。此外，当沿Z方向观察时，制冷剂流动通道6与DC-DC转换器3相对配置的一侧有时被称为下侧。相反，当沿Z方向观察时，将上述一侧的相反侧称为上侧。然而，电力转换系统1的方向和内部装置的布置并不限于这些前侧和后侧以及上侧和下侧。
此外，如图3和图4所示，输入端子台13配置在外壳5中。输入端子台13设置成用以将从直流电源BAT延伸的输入端子(未示出)与滤波电容器2及DC-DC转换器3电连接。具体地，输入端子台13被构造成在输入端子台13上将直流电源BAT侧的输入端子与分别连接到滤波电容器2及DC-DC转换器的输入线分别连接。
输入端子台13安装在外壳5中靠近外壳5的前边缘(即，前壁51)处。此外，如图3所示，输入端子台13定位成当沿Z方向观察时与DC-DC转换器3的前边缘部分重叠。
此外，如图1所示，平滑电容器4配置成当沿Z方向观察时与制冷剂流动通道6隔开。也就是说，当沿Z方向观察时，平滑电容器4不与制冷剂流动通道6重叠。此外，如图4和图6所示，平滑电容器4的下表面与外壳5的底壁52分离。此外，如图5和图6所示，DC-DC转换器3和电抗器7都接触外壳5的底壁52的上表面。
此外，如图1和图2所示，制冷剂流动通道6在沿Z方向观察时比电抗器7更靠近DC-DC转换器3的各个位置处包括制冷剂引入端口621和制冷剂排出端口622。具体地，制冷剂引入端口621和制冷剂排出端口622位于外壳5的前边缘附近。当沿Z方向观察时，制冷剂流动通道6呈大致U形的形状。也就是说，从制冷剂引入端口621引入的制冷剂首先沿着制冷剂流动通道6向后到外壳5的后侧。然后，制冷剂在外壳5的后边缘附近返回并朝向其前侧。制冷剂最终从位于外壳5的前侧的制冷剂排出端口622排出。然而，通过切换制冷剂引入端口621和制冷剂排出端口622，也可以沿着制冷剂流动通道6在与上述方向相反的方向上供给制冷剂。
制冷剂流动通道6经由外壳5的底壁52面向DC-DC转换器3和电抗器7。因此，由于制冷剂如上所述地流过制冷剂流动通道6，因此DC-DC转换器3和电抗器7都被冷却。
此外，制冷剂流动通道6配置成当沿Z方向观察时与滤波电容器2部分地重叠。即，在本公开的该实施例中，当沿Z方向观察时，制冷剂引入端口621附近的制冷剂流动通道6与滤波电容器2部分地重叠。然而，制冷剂流动通道6也可以构造成当沿Z方向观察时不与滤波电容器2部分地重叠。
此外，如图5至图7所示，制冷剂流动通道6定位在外壳5的底壁52与固定到底壁52的下表面的流动通道盖部11之间。尽管附图示出了构成制冷剂流动通道6的成对凹部设置在流动通道盖部11中的示例，但是可以在底壁52的下表面中形成一个或多个沟槽。流动通道盖部11在多个紧固部段12处紧固到底壁52。在本公开的该实施例中，每个紧固部段12均由螺栓121构成。每个螺栓121均配置成其末端向上。
流动通道盖部11的多个紧固部段12定位在制冷剂流动通道6的周边上。具体地，如图4至图7所示，外壳5包括多个凸台521，其中多个阴螺纹分别配置成拧入到多个螺栓121，并且由此构成紧固部段12。每个凸台521均相应地从底壁52向上突出到外壳5中。具体地，当沿Z方向观察时，紧固部段12配置在各个凸台521的位置处。
此外，尽管多个紧固部段12中的一些定位成当沿Z方向观察时与DC-DC转换器3重叠，但是凸台部段521被布置成不与DC-DC转换器3的部件发生干涉。也就是说，如图3和适用的附图所示，由于DC-DC转换器3包括两个或更多个部件，并且所有下表面都没有(即，一些下表面)实际接触底壁52，因此紧固部段12(即凸台521)放置在各个部件之间形成的空间中。
在此，尽管上述逆变器102等也容纳在外壳5中，但是不再重复其说明。此外，外壳5可以由具有优良的导热性的、诸如铝等的金属制成。此外，外壳5可以通过组合多个构件来构造。
现在，在下文中描述本公开的一个实施例的示例性优点。在上述电力转换系统1中，由于当沿Z方向观察时，滤波电容器2与DC-DC转换器3至少部分地重叠，因此滤波电容器2和DC-DC转换器3可以紧密地布置，并且共同连接到直流电源BAT。因此，可以缩短将直流电源BAT、DC-DC转换器3和滤波电容器2彼此连接的连接线(即输入线)。其结果是，可以减小输入配线(即输入线)的电感，并且节省输入配线的空间。
此外，平滑电容器4定位成当沿Z方向观察时不与DC-DC转换器3重叠，并且当沿X方向观察时与DC-DC转换器3至少部分地重叠。因此，当沿X方向观察时与DC-DC转换器3重叠的空间可以有效地用于将平滑电容器4配置在该空间中。其结果是，可以抑制或减小由于平滑电容器的尺寸增大的趋势导致的电力转换系统1的尺寸增大。
此外，由于所有紧固部段12都定位成当沿Z方向观察时不与平滑电容器4重叠，因此可以在Z方向上为平滑电容器4确保宽的安装空间而不增大外壳5的尺寸。其结果是，电力转换系统1可以容易地减小尺寸。
此外，由于当沿Z方向观察时，平滑电容器4不与制冷剂流动通道6重叠，因此紧固部段12可以容易地放置成当在Z方向上观察时不与平滑电容器4重叠。其结果是，可以更容易地抑制或减小由于平滑电容器4的尺寸增大的趋势所导致的外壳5的尺寸增大。
此外，由于电抗器7布置成当沿X方向观察时与DC-DC转换器3部分地重叠并且当沿Y方向观察时与平滑电容器4部分地重叠，因此可以有效地利用外壳5的内部空间。因此，电力转换系统1可以容易地再次减小尺寸。
此外，由于当沿Z方向观察时制冷剂流动通道6的制冷剂引入端口621位于比电抗器7更靠近DC-DC转换器3的位置，因此可以有效地冷却DC-DC转换器3。也就是说，例如，当容易产生相对大量的热量等时，可以有效地冷却DC-DC转换器3。
因此，如前所述，根据本公开的第一实施例，可以提供一种尺寸有效减小的电力转换系统。
现在，参考图9描述本公开的第二实施例。如图9所示，被包括在本公开的该实施例的电力转换系统1中的制冷剂流动通道6在沿Z方向观察时位于比DC-DC转换器3更靠近电抗器7的位置处包括制冷剂引入端口621。具体地，在本公开的该实施例中，制冷剂引入端口621配置在沿X方向观察时外壳5的后边缘附近。制冷剂排出端口622也配置在沿X方向观察时外壳5的后边缘附近。
此外，在制冷剂流动通道6中，当沿X方向观察时DC-DC转换器3及电抗器7相对于制冷剂引入端口621及制冷剂排出端口622之间的位置关系被设计为与本公开第一实施例中的位置关系相反。然而，制冷剂流动通道6配置成当沿Z方向观察时不与滤波电容器4重叠。
本公开的该实施例的电力转换系统1的其余构造与本公开的第一实施例的构造相同。在此，除非另外特别描述，否则与本公开第一实施例中使用的相同的附图标记表示本公开的第二实施例和随后的实施例中的相同的部件或类似的装置。
因此，在本公开的该实施例中，可以容易地有效冷却电抗器7。另外，如果DC-DC转换器3的部件优选地与制冷剂流动通道6相关联地放置，则有时也可以充分冷却DC-DC转换器3。也就是说，由于DC-DC转换器3包括诸如变压器、半导体器件、扼流线圈、电容器之类的相对较广范围的部件，因此这些部件的布局有改进的空间。当在DC-DC转换器3中可获得这种放置并且包括相对较少的部件的电抗器7定位成面向制冷剂流动通道6的上游时，DC-DC转换器3可以容易地被整体冷却。此外，相同的优点可以与在本公开的第一实施例中一样地在本公开的第二实施例中获得。
此外，如图10所示，制冷剂流动通道6可以配置成当沿Z方向观察时与滤波电容器2部分地重叠，以作为本公开的上述第二实施例的变形例。
现在，参考图11至图13描述本公开的第三实施例。如图11至图13所示，本公开的该实施例采用包括电容器模块14的电力转换系统1，上述电容器模块14通过将滤波电容器2与平滑电容器4形成一体构造而成。具体地，电容器模块14例如包括位于其中容纳平滑电容器4和滤波电容器2的树脂外壳。滤波电容器2和平滑电容器4可以利用树脂与一部分母线一起密封在塑料外壳140中。
如图11至图13所示，电容器模块14放置在电力转换系统1的外壳5中。此外，滤波电容器2和平滑电容器4中的每一个与诸如DC-DC转换器3、电抗器7、制冷剂流动通道6之类的其它部件中的每一个之间的位置关系等同于本公开第一实施例中的位置关系。
其结果是，如图13所示，当沿Y方向观察时，电容器模块14的放置平滑电容器4的部段从电容器模块14的放置滤波电容器2的另一部段向下突出。本公开的该变形例的其余构造与本公开第一实施例中的剩余构造大致相同。
因此，根据本公开的该实施例和变形例，可以容易地组装电力转换系统1。另外，获得与本公开的第一实施例大致相同的优点。
在上述教示的启发下，可以对本公开进行多种另外的变形和改变。因此，应该理解的是，在所附权利要求书的范围内，本公开可以以不同于本文具体描述的方式执行。例如，电力转换系统不限于上述各种实施例，并且可以适当地变化。类似地，平滑电容器组装方法不限于上述各种实施例，并且可以适当地变化。

Claims (7)

1.一种电力转换系统，包括：
滤波电容器，所述滤波电容器连接到直流电源，以吸收所述直流电源的输出中的波动，所述直流电源用作电池；
DC-DC转换器，所述DC-DC转换器连接到所述直流电源，以对从所述直流电源输出的电压施加DC-DC转换；
平滑电容器，所述平滑电容器对从所述直流电源供给的直流电力的电压进行平滑；
外壳，所述外壳容纳至少所述滤波电容器、所述DC-DC转换器和所述平滑电容器；
制冷剂流动通道，所述制冷剂流动通道对至少所述DC-DC转换器进行冷却；
流动通道盖部，所述流动通道盖部覆盖所述制冷剂流动通道；以及
至少两个紧固部段，所述至少两个紧固部段将所述流动通道盖部拧到所述外壳，
其中，所述制冷剂流动通道配置在所述外壳与紧固到所述外壳的所述流动通道盖部之间，所述制冷剂流动通道包括至少部分地面向所述DC-DC转换器的转换器面向部，
其中，当沿第一方向观察时，所述滤波电容器在所述DC-DC转换器的与所述转换器面向部相反的一侧上与所述DC-DC转换器至少部分地重叠，其中，所述制冷剂流动通道的转换器面向部面向所述DC-DC转换器，
其中，所述平滑电容器放置成当沿所述第一方向观察时不与所述DC-DC转换器重叠，当沿垂直于所述第一方向的第二方向观察时，所述平滑电容器与所述DC-DC转换器部分地重叠，
其中，所述至少两个紧固部段定位成当沿所述第一方向观察时不与所述平滑电容器重叠。
2.根据权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于，还包括用作逆变器的电力转换电路，以将所述直流电力转换为交流电力以驱动电动发电机，
其中，所述电力转换电路连接到所述平滑电容器。
3.根据权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于，所述平滑电容器配置成当沿所述第一方向观察时不与所述制冷剂流动通道重叠。
4.根据权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于，还包括连接在所述直流电源与所述平滑电容器之间的电抗器，以使从所述直流电源输出的电压升压，
其中，当沿所述第二方向观察时，所述电抗器与所述DC-DC转换器至少部分地重叠，并且当沿垂直于所述第一方向以及所述第二方向的第三方向观察时，所述电抗器与所述平滑电容器至少部分地重叠。
5.根据权利要求4所述的电力转换系统，其特征在于，所述制冷剂流动通道包括被设置成当沿所述第一方向观察时比所述电抗器更靠近所述DC-DC转换器的制冷剂引入端口。
6.根据权利要求4所述的电力转换系统，其特征在于，所述制冷剂流动通道包括被设置成当沿所述第一方向观察时相对于靠近所述DC-DC转换器更靠近所述电抗器的制冷剂引入端口。
7.一种组装电力转换系统的方法，包括以下步骤：
将滤波电容器连接到用作电池的直流电源，以吸收来自所述直流电源的输出的波动；
将DC-DC转换器连接到所述直流电源，以对从所述直流电源输出的电压施加DC-DC转换；
将平滑电容器连接到驱动电动发电机的电力转换电路，以对供给到所述电力转换电路的直流电力的电压进行平滑；
将电抗器连接到位于所述电抗器一侧的所述DC-DC转换器以及位于所述电抗器另一侧的所述平滑电容器，以使从所述直流电源输出的电压升压；
将至少所述滤波电容器、所述DC-DC转换器、所述平滑电容器和所述电抗器容纳在外壳中；
将制冷剂流动通道附接到所述外壳，以对至少所述DC-DC转换器进行冷却；
利用流动通道盖部覆盖所述制冷剂流动通道；
将所述流动通道盖部在至少两个紧固部段处拧到所述外壳，并且将所述制冷剂流动通道保持在所述流动通道盖部与所述外壳之间；
将所述制冷剂流动通道放置成在至少所述制冷剂流动通道的转换器面向部(61)处面向所述DC-DC转换器；
将所述滤波电容器定位在所述DC-DC转换器的与所述转换器面向部相反的一侧上，以沿第一方向观察时与所述DC-DC转换器至少部分地重叠，其中，所述转换器面向部面向所述DC-DC转换器；
将所述平滑电容器定位成当沿垂直于所述第一方向的第二方向观察时与所述DC-DC转换器重叠；
将所述电抗器定位成当沿所述第二方向观察时与所述DC-DC转换器至少部分地重叠，并且当沿垂直于所述第一方向以及所述第二方向的第三方向观察时与所述平滑电容器至少部分地重叠；以及
将所述至少两个紧固部段定位成当沿所述第一方向观察时不与所述平滑电容器重叠。
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