CN110505787B - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电力转换装置。该电力转换装置设置有壳体(60)，所述壳体(60)包括：第一构件(61)，其具有第一区域(73)和设置在所述第一区域的一侧的第二区域(74)，在所述第一区域(73)中限定有第一通道(78、79)，冷却介质在该第一通道中流动；以及第二构件(88)，其设置成当从与所述第二区域正交的方向看时以与所述第二区域成间隔开的关系与所述第二区域至少部分重叠，并且在内部限定连接到所述第一通道的第二通道(91)。电抗器(31)设置在所述第一区域中，并且开关器件(33)设置在所述第二构件的背离所述第一构件的表面上，而电容器(35)设置在所述第二构件和所述第一构件的所述第二区域之间。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置。
背景技术
在包括电抗器、电力模块和电容器的已知电力转换装置中，在壳体底板的特定区域中形成有冷却水通道，并且电抗器和电力模块处于底板的与冷却水通道对应的部分上，而电容器布置在底板的其他部分上。参见JP2017-135901A。底板的其中没有冷却水通道的部分具有相对低的上表面，使得限定在此部分上方的空间的竖直尺寸可被最大化。
然而，根据JP2017-135901A中公开的电力转换装置，电容器的位置太远离冷却水通道，以致于不能被充分冷却。另外，因为电抗器、电力模块和电容器没有任何重叠地处于单个平面上，所以必要的占地空间（封装尺寸）的面积过大。
发明内容
鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种被配置为被有利地冷却并且尺寸紧凑的电力转换装置。
本发明是通过提供一种电力转换装置来实现此目的的，该电力转换装置包括电抗器（31）、连接到所述电抗器的开关器件（33）、电容器（35）以及壳体（60），在该壳体中接纳所述电抗器、所述开关器件和所述电容器，其中，所述壳体包括：第一构件（61），该第一构件具有第一区域（73）和设置在所述第一区域的一侧的第二区域（74），在所述第一区域中限定有第一通道（78、79），冷却介质在第一通道中流动；以及第二构件（88），该第二构件设置成当从与所述第二区域正交的方向看时以与所述第二区域成间隔开的关系与所述第二区域至少部分重叠，并且在内部限定连接到所述第一通道的第二通道（91），并且其中，所述电抗器设置在所述第一区域中，并且所述开关器件和所述电容器中的一者设置在所述第二构件的背离所述第一构件的表面上，所述开关器件和所述电容器中的另一者设置在所述第二构件和所述第一构件的所述第二区域之间。
由于电力模块和电容器在支撑构件插置其间的情况下彼此重叠，因此可使壳体的第一构件所需的占地面积（封装尺寸）最小化。另外，由于电抗器可在与第一构件正交的方向上扩大，因此可增强电力转换器的空间效率，同时确保针对通向电抗器的磁通量的足够的横截面面积。另外，由于电抗器设置在具有第一通道的第一区域中，并且电力模块和电容器设置在具有第二通道的第二构件中，因此可高效地冷却所有电抗器、电力模块和电容器。
优选地，所述开关器件设置在所述第二构件的背离所述第一构件的所述表面上，并且所述电容器设置在所述第二构件和所述第一构件的所述第二区域之间。
因此，通过流过第二通道的冷却介质，可有利地冷却开关器件和电容器，并且由于开关器件与电容器的相互重叠的定位，可优化壳体的空间效率。
优选地，所述第二区域的内表面相对于所述第一区域的内表面向外偏移。
由于第二区域没有供冷却介质流过的通道，因此第二区域可具有比第一区域小的厚度。因此，因为不需要第一构件的第二区域比第一构件的第一区域更向外伸出，与第一区域向内的可用空间相比，第二区域向内的可用空间可变宽。
优选地，从所述第一通道延伸的第一连接孔（85）和第二连接孔（86）在所述第一区域的所述内表面处敞口，并且从所述第二通道延伸的第三连接孔（92）和第四连接孔（93）在所述第二构件的在所述第一构件一侧的表面处敞口，所述第一连接孔与所述第三连接孔连通，并且所述第二连接孔与所述第四连接孔连通。
根据这种布置，形成在第二构件中的第二通道可按有利的方式连接到形成在第一构件的第一区域中的第一通道。
优选地，所述第一通道包括上游第一通道（78）和下游第一通道（79），所述上游第一通道与所述第一连接孔和设置在所述壳体的外表面处的冷却介质入口（81）连通，所述下游第一通道与所述第二连接孔连通和设置在所述壳体的外表面处的冷却介质出口（82）。
因此，形成沿着由冷却介质入口、上游第一通道、第二通道、下游第一通道和冷却介质出口提供的路径延伸的连续通道，使得冷却介质可按平稳的方式循环。
优选地，所述电容器与所述第二区域的内表面接触。
因此，除了第二构件之外，热可从电容器传递到第一构件的第二区域，使得可按高效方式冷却电容器。
优选地，所述开关器件的背离所述第二构件的一侧设置有用于驱动所述开关器件的栅极驱动器（52）。
因此，电容器、支撑构件、电力模块和栅极驱动器可一个叠在另一个上，使得可优化壳体的空间效率。
优选地，所述栅极驱动器的背离所述开关器件的一侧隔着绝缘材料设置有用于控制所述栅极驱动器的控制单元。
因此，电容器、支撑构件、电力模块和栅极驱动器可一个叠在另一个上，使得可优化壳体的空间效率。
优选地，所述第一区域的外表面设置有：凹槽（75、76），该凹槽向内凹进；和盖（77），该盖封闭所述凹槽的敞口端以与所述凹槽配合限定所述第一通道。
由此，可容易地形成第一通道。
优选地，所述电抗器的在与所述第二区域正交的方向上测得的厚度大于所述开关器件或所述电容器的厚度。
由此，可增强电力转换装置的空间效率，同时确保针对通向电抗器的磁通量的足够的横截面面积。
优选地，所述第一构件的所述第一区域包括沿着主平面延伸的第一底板，并且所述第一构件的所述第二区域包括第二底板，所述第二底板与所述第一底板基本上平行地延伸并且相对于所述第一底板在向外方向上偏离。
由此，可以将一些部件布置成彼此重叠，并且在所选择的两个部件之间插置设置有第二通道的第二构件。
优选地，所述壳体还包括外板构件（77），所述外板构件以间隔开的关系与所述第一底板的外表面相对，以便与所述第一底板联合限定所述第一通道，所述外板构件的外表面与所述第二底板的外表面基本上齐平。
由此，第一通道可按使得壳体的底表面完全平坦这样的方式形成。外板构件的外表面可设置有肋，以便增强第一通道中的冷却介质的冷却。
优选地，所述第二构件包括内板构件（88），所述内板构件以间隔开的关系与所述第二底板基本上平行地延伸，以与所述第二底板联合限定腔室。
由此，诸如电容器这样的部件之一可被接纳在该腔室中，使得第二通道可有效地用于冷却设置在内板构件任一侧的两个部件。
优选地，所述第一构件还包括从所述第一构件的周缘直立地延伸的侧壁，并且所述壳体还包括盖构件，所述盖构件抵接所述侧壁的自由端，以与所述第一构件联合限定腔室。
因此，可凭借盖构件、第一构件、外板构件完全封闭壳体，盖构件、第一构件、外板构件可联合限定诸如矩形外轮廓这样的简单外轮廓。
因此，本发明提供了一种被配置为被有利地冷却并且尺寸紧凑的电力转换装置。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的电动车辆的框图；
图2是电动车辆的电路图；
图3是FC侧转换器的平面图，在图示中省略了上壳体、转换器ECU和支撑构件；
图4是FC侧转换器的竖直剖视图；
图5是FC侧转换器的必要部分的放大竖直剖视图；
图6是示出FC侧转换器的中间通道的示图；
图7是FC侧转换器的平面图，在图示中省略了上壳体和转换器ECU；
图8是从+ Y侧观察的FC侧转换器的侧视图；
图9是示出FC侧转换器的各种元件的布局的示图；
图10是支撑构件和线束的平面图；
图11是支撑构件的立体图；以及
图12是支撑构件和转换器ECU的立体图。
具体实施方式
下面描述根据本发明的实施方式的电动车辆。
如图1中所示，电动车辆1包括燃料电池2（FC）、FC侧转换器3（电力转换装置）、电池4、电池侧转换器5、PDU 6（动力驱动单元）和电动机发电机7。FC侧转换器3和电池侧转换器5各自包括DC/DC转换器，并且PDU 6由逆变器组成。由ECU 8（图2）控制FC侧转换器3、电池侧转换器5和PDU 6。
燃料电池2通过使用氢和氧作为原料进行化学反应来产生电能。燃料电池2所产生的电力经由FC侧转换器3和PDU 6供应到电动机发电机7，并且经由FC侧转换器3和电池侧转换器5供应到电池4。电池4的电力经由电池侧转换器5和PDU 6供应到电动机发电机7。
电动机发电机7是用于推进电动车辆1的动力源，并且从电力供应装置和电池4中的至少一个接收电力供应，以驱动电动车辆1的驱动轮。当电动车辆1减速时，电动机发电机7作为发电机操作，以便向驱动轮施加制动力，并且产生再生电力。再生电力经由PDU 6和电池侧转换器5供应到电池4。
下面参照图2来描述FC侧转换器3的电路。如图2中所示，FC侧转换器3是包括多个相互并联连接的电压转换器15的多相转换器。更具体地，FC侧转换器3包括初级侧正极线16、次级侧正极线17、负极线18以及连接在初级侧正极线16和次级侧正极线17之间的第一电压转换器15A至第四电压转换器15D。第一电压转换器15A的每个元件由后缀A指示，第二电压转换器15B的每个元件由后缀B指示，第三电压转换器15C的每个元件由后缀C指示，并且第四电压转换器15D的每个元件由后缀D指示。当第一电压转换器15A至第四电压转换器15D的各种元件被总体提及时，省略后缀。
初级侧正极线16的末端设置有初级侧正极端子21，并且负极线18的末端设置有初级侧负极端子22。初级侧正极端子21和初级侧负极端子22联合形成初级侧连接部23，并且分别连接到燃料电池2的正极和负极。次级侧正极线17的末端设置有次级侧正极端子25。负极线18的另一末端设置有次级侧负极端子26。次级侧正极端子25和次级侧负极端子26联合形成次级侧连接部27，次级侧连接部27连接到PDU 6和电池侧转换器5。
第一电压转换器15A至第四电压转换器15D各自设置有：电抗器31和二极管32，它们依次从初级侧正极线16起在初级侧正极线16和次级侧正极线17之间延伸的电力线中串联连接；以及开关器件33，其连接在电抗器31和二极管32之间的节点和负极线18之间。因此，形成升压斩波电路。次级侧电容器35（滤波电容器）连接在负极线18和次级侧正极线17之间。
包括在第一电压转换器15A至第四电压转换器15D中的所有二极管32和开关器件33被集成为单个电力模块37（开关单元）。电力模块37包括：电路板，其支撑二极管32和开关器件33；以及成型树脂，其覆盖二极管32和开关器件33，以限定电力模块37的外部形状。电力模块37包括：第一正极端子41，其用作第一电压转换器15A的初级侧正极端子；第二正极端子42，其用作与第二电压转换器15B对应的初级侧正极端子；第三正极端子43，其用作与第三电压转换器15C对应的初级侧正极端子；第四正极端子44，其用作与第四电压转换器15D对应的初级侧正极端子；第五正极端子45，其用作次级侧正极端子；以及负极端子46，其连接到负极线18。电力模块37还具有驱动信号端子47，驱动信号端子47被配置为接收每个开关器件33的驱动信号。驱动信号端子47包括与相应开关器件33对应的多个端子件。
负极线18设置有第一电流传感器48，并且用于不同相的电压转换器15的电力线各自设置有用于检测对应相的电流的第二电流传感器49。第一电流传感器48和第二电流传感器49各自包括霍尔传感器，霍尔传感器与待检测电路没有电接触。
FC侧转换器3具有转换器ECU 51（控制单元），转换器ECU 51响应于来自ECU 8的信号而控制每个开关器件33的开/关。转换器ECU 51将控制信号经由栅极驱动器52转发到每个开关器件33。更具体地，栅极驱动器52将与从转换器ECU 51输出的控制信号对应的驱动信号转发到每个开关器件33，以相应地驱动每个开关器件33。
每个电压转换器15通过根据来自转换器ECU 51的信号打开/关闭开关器件33来升高电压，并且将升高后的电压供应到次级侧。转换器ECU 51根据来自ECU 8的信号和来自第一电流传感器48和第二电流传感器49的信号，确定待驱动的电力转换器的数量以及每个开关器件33的开/关相位和占空比。
接下来，下面参照图3至图12描述FC侧转换器3的结构。如图3和图4中所示，FC侧转换器3的外壳由壳体60形成。壳体60具有：盒形的第一壳体63，其包括底部61（第一构件，安装部）和侧壁62，底部61由平板组成，侧壁62以直角从底部61的周缘直立地延伸；以及板状的第二壳体64，其附接到侧壁62的自由端，以与第一壳体63配合地限定接纳空间。在下面关于FC侧转换器3的描述中，相对于壳体60限定各种方向。与底部61正交的方向是Z方向（安装在车辆上时的竖直方向），相对于底部61朝向第二壳体64的方向是+Z，并且背离+Z的方向是-Z。与Z方向正交的第一方向被定义为X方向（安装在车辆上时的横向方向），并且与Z方向和X方向二者都正交的第二方向被定义为Y方向（安装在车辆上时的前后方向）。根据沿着X方向定义方向的方式，X方向可以是+X或-X。同样地，根据沿着Y方向定义方向的方式，Y方向可以是+Y或-Y。壳体可由诸如铝这样的金属材料制成。
底部61被形成为大体矩形形状，该大体矩形形状沿着包括X方向和Y方向的平面延伸并且在X方向上的宽度大于在Y方向上的宽度。侧壁62包括在X方向上延伸的第一侧壁66和第二侧壁67以及在Y方向上延伸的第三侧壁68和第四侧壁69。第一侧壁66相对于第二侧壁67设置在+Y侧，并且第三侧壁68相对于第四侧壁69设置在-X侧。第一侧壁66、第二侧壁67、第三侧壁68和第四侧壁69彼此连接以形成框架，并且围绕底部61的周缘设置。第四侧壁69设置在相对于底部61的+X侧的侧边缘向内偏移的位置处。底部61的在+X侧突出超过第四侧壁69的部分将被称为延伸部71。
底部61可被分成位于+X侧的第一区域73和位于-X侧的第二区域74。延伸部71被包括在第一区域73中。如图4中所示，第二区域74的内表面以台阶的方式在向外方向（-Z侧）上偏离第一区域73的内表面。如图4和图6中所示，底部61的第一区域73的外表面形成有向内凹进的第一凹槽75和第二凹槽76。第一凹槽75和第二凹槽76在X方向上延伸，并且第二凹槽76设置在第一凹槽75的+Y侧。第一凹槽75和第二凹槽76沿着第四侧壁69的-Z侧延伸，并且这些凹槽的+X侧的端部部分设置在延伸部71中。第一凹槽75和第二凹槽76在Y方向上具有一定的宽度。
外板构件77经由垫圈固定到底部61的第一区域73的外表面，以便封闭第一凹槽75和第二凹槽76的敞口端。外板构件77与第一凹槽75配合限定上游第一通道78，并且与第二凹槽76配合限定下游第一通道79。上游第一通道78和下游第一通道79彼此分开。外板构件77在外表面（面对-Z侧）上设置有多个肋，以便增强通过第一通道的冷却介质的冷却。另外，在该实施方式中，底部61的第二区域74是平面的，并且外板构件77的外表面与第二区域74的外表面基本上齐平，使得壳体60可设置有诸如长方体外轮廓这样的简单轮廓。底部61的延伸部71设置有入口孔81（冷却介质入口）和出口孔82（冷却介质出口），入口孔81从第一凹槽75穿过到达延伸部71的面对+Z方向的表面，出口孔82从第二凹槽76穿过到达底部61的面向内的表面。
如图5中所示，平面紧固表面84形成在第一区域73的内表面的-X侧。在第一区域73中，第一连通孔85从第一凹槽75穿过紧固表面84，并且第二连通孔86从第二凹槽76穿过紧固表面84。第二连通孔86设置在第一连通孔85的+Y侧。
如图3和图4中所示，支撑板88（第二构件；内板构件）被紧固到第一区域73的紧固表面84，支撑板88被形成为具有面对底部61的第一表面88A（面对-Z侧的表面）和背离底部61的第二表面88B（面对+Z侧的表面）的板构件。支撑板88在第一表面88A的+X侧的端部部分处紧固到紧固表面84。支撑板88被设置成其+X侧的端部部分与第一区域73重叠，并且在其余部分与第二区域74重叠。支撑板88以间隔开的平行关系与第二区域74的内表面相对。支撑板88的-X侧的端部部分被从第二区域74的内表面朝向+Z侧伸出的突起89支撑。支撑板88的-X侧的端部部分可被紧固到突起89。
支撑板88在内部形成有第二通道91。如图4至图6中所示，第二通道91设置有第三连通孔92和第四连通孔93，第三连通孔92在支撑板88的第一表面88A的+X侧的端部部分处敞口以与第一连通孔85连通，并且第四连通孔93在第一表面88A的+X侧的端部部分处敞口以与第二连通孔86连通。第四连通孔93设置在第三连通孔92的+Y侧。第二通道91从第三连通孔92延伸到支撑板88的-X侧的端部部分，并且弯曲回+Y侧和+X侧，之后延伸到支撑板88的+X侧的端部部分，从而连接到第四连通孔93。
如图5中所示，一对环形密封槽95形成在第一区域73的紧固表面84中，以分别包围第一连通孔85和第二连通孔86。每个密封槽95设置有垫圈98，垫圈98用于密封第一连通孔85和第三连通孔92之间的连接部或用于密封第二连通孔86和第四连通孔93之间的连接部。每个垫圈98都由柔性橡胶形成，并且被形成为环形形状，沿着对应的密封槽95延伸。
上游第一通道78、第二通道91和下游第一通道79形成供冷却介质流过的介质通道107。冷却介质可以是例如水。入口孔81和出口孔82经由软管等连接到冷却介质的循环回路，使得入口孔81接收来自循环回路的冷却介质的供应并且出口孔82将冷却介质排放到循环回路。由此，如图6中所示，冷却介质依次流过入口孔81、上游第一通道78、第一连通孔85、第三连通孔92、第二通道91、第四连通孔93、第二连通孔86、下游第一通道79和出口孔82。如图4中所示，第二通道91在+Z侧偏离上游第一通道78和下游第一通道79。
如图3中所示，在第一区域73中，第一电抗器31A至第四电抗器31D被布置成使得电抗器31A至31D在Y方向上并排布置，使其轴线在X方向上延伸。第一电抗器31A至第四电抗器31D按升序从+Y侧向-Y侧布置。第一电抗器31A和第二电抗器31B具有公共环形芯，并且第三电抗器31C和第四电抗器31D具有公共环形芯。
如图4中所示，电抗器31A至31D中的每个与底部61的第一区域73的内表面接触。第一区域73的内表面形成有接纳凹槽111，电抗器31A至31D被紧密地接纳在接纳凹槽111中，使得电抗器31A至31D中的每个和底部61的第一区域73的内表面之间的接触区域被最大化，并且从电抗器31A至31D到底部61的第一区域73的热传递被最大化。
次级侧电容器35（滤波电容器）设置在支撑板88的第一表面88A上。次级侧电容器35形成为平板形状，并且与支撑板88的第一表面88A接触。另外，次级侧电容器35在其背离支撑板88的表面处与底部61的第二区域74的内表面接触。换句话说，次级侧电容器35设置在支撑板88的第一表面88A和第二区域74的内表面之间限定的空间中，并且与支撑板88和第二区域74二者都接触。次级侧电容器35优选地与支撑板88和第二区域74表面接触。
电力模块37被形成为扁平长方体形状，并且被布置在并紧固到支撑板88的第二表面88B。电力模块37优选地与支撑板88的第二表面88B表面接触。在电力模块37中，第一开关器件33A至第四开关器件33D在X方向上并排布置。具体地，第一开关器件33A、第二开关器件33B、第三开关器件33C和第四开关器件33D从+X侧向-X侧依次设置。因此，电力模块37被形成为在X方向上的宽度大于在Y方向上的宽度。电力模块37设置在电抗器31的-X侧。优选地，电力模块37的+Y侧的侧边缘位于第一电抗器31A的+Y侧的侧边缘的-Y侧，并且电力模块37的-Y侧的侧边缘位于第一电抗器31A的-Y侧的侧边缘的+Y侧。换句话说，电力模块37被布置成当在X方向上观察时与电抗器31重叠。
电力模块37的-Y侧的边缘从+X侧起依次设置有第一正极端子41、第二正极端子42、第三正极端子43和第四正极端子44。电力模块37的+Y侧的边缘从+X侧向-X侧依次设置有负极端子46和第五正极端子45。
在电力模块37的面对+X方向并由成型树脂限定的表面上布置有栅极驱动器52，栅极驱动器52包括由印刷电路板形成的扁平电子组件和用作栅极驱动电路的电子器件。栅极驱动器52被紧固到电力模块37。彼此连接的电力模块37和栅极驱动器52联合形成IPM（智能电力模块）。多个柱112从电力模块37的+Z侧的表面的周缘向+Z侧伸出，从而不会妨碍栅极驱动器52。每个柱112在+Z方向上延伸超过栅极驱动器52。
用于支撑转换器ECU 51的支撑构件115设置在栅极驱动器52的+Z侧。支撑构件115由绝缘树脂材料形成。支撑构件115形成为板状，具有面对+Z侧的第一表面116和面对-Z侧的第二表面117（面对底部61的表面）。支撑构件115被紧固到柱112的顶端，使得由于这些柱112，在支撑构件115的第二表面117和栅极驱动器52之间限定间隙。
转换器ECU 51是由印刷电路板和安装在其上的器件形成的平板形电子控制单元（ECU）。转换器ECU 51被紧固到支撑构件115的上表面，使得其外表面面对+Z方向。
次级侧电容器35、支撑板88、电力模块37、栅极驱动器52、支撑构件115和转换器ECU 51在底部61的第二区域74的+Z侧部分中在Z方向上一个叠另一个地叠堆。
如图3和图8中所示，初级侧连接部23设置在第一侧壁66的外表面的+X侧，并且次级侧连接部27设置在-X侧。初级侧连接部23和次级侧连接部27中的每个被形成为朝向+Y侧敞口的柱形形状。初级侧连接部23设置在电抗器31的+Y侧，并且次级侧连接部27设置在电力模块37的+Y侧。
初级侧正极端子21和初级侧负极端子22设置在初级侧连接部23内。初级侧正极端子21设置在初级侧负极端子22的+X侧。次级侧正极端子25和次级侧负极端子26设置在次级侧连接部27内。次级侧负极端子26设置在次级侧正极端子25的+X侧。换句话说，初级侧正极端子21、初级侧负极端子22、次级侧负极端子26和次级侧正极端子25从+X侧向-X侧依次布置在第一侧壁66上。初级侧正极端子21、初级侧负极端子22、次级侧负极端子26和次级侧正极端子25各自被形成为销形。在另一个实施方式中，初级侧正极端子21、初级侧负极端子22、次级侧负极端子26和次级侧正极端子25各自被形成为管形，以便接纳销状配对端子。
如图3和图9中所示，相对于X方向，第一电抗器31A至第四电抗器31D各自具有+X侧的初级侧端部和-X侧的次级侧端部。初级侧正极端子21经由第一正极汇流条121连接到第一电抗器31A至第四电抗器31D的初级侧端部，第一正极汇流条121以对应方式分支。初级侧正极线16由第一正极汇流条121形成。第一正极汇流条121在-Y方向上从初级侧正极线16延伸，并且分支，从而在其分支端部处连接到第一电抗器31A至第四电抗器31D的初级侧端部。第一正极汇流条121可被设置成当从Z方向观察时与第一电抗器31A至第四电抗器31D重叠。
第一电抗器31A的次级侧端部经由第二正极汇流条122连接到电力模块37的第一正极端子41。第二电抗器31B的次级侧端部经由第三正极汇流条123连接到电力模块37的第二正极端子42。第三电抗器31C的次级侧端部经由第四正极汇流条124连接到电力模块37的第三正极端子43。第四电抗器31D的次级侧端部经由第五正极汇流条125连接到电力模块37的第四正极端子44。第二正极汇流条122至第五正极汇流条125通过绝缘材料128彼此分开。第二正极汇流条122至第五正极汇流条125在-Y方向上从电抗器31A至31D的次级侧端部延伸，然后在-X方向上延伸，以连接到对应的正极端子41至44。
电力模块37的第五正极端子45经由第六正极汇流条126连接到次级侧正极端子25，第六正极汇流条126在+Y方向上从第五正极端子45延伸，以连接到次级侧正极端子25。
初级侧负极端子22经由分支的负极汇流条127连接到次级侧负极端子26和电力模块37的负极端子46。负极线18由负极汇流条127形成。负极汇流条127从初级侧负极端子22向-X侧和-Y侧延伸，以连接到负极端子46，并且从其纵向中间点分支，在+Y方向上从其延伸，以连接到次级侧负极端子26。
第一电流传感器48设置在负极汇流条127上。第二电流传感器49设置在第二正极汇流条122至第五正极汇流条125上。第二电流传感器49设置在电力模块37后方。如图7中所示，第一电抗器温度传感器131设置在第一电抗器31A和第二电抗器31B之间，以检测第一电抗器31A和第二电抗器31B的温度。第二电抗器温度传感器132设置在第三电抗器31C和第四电抗器31D之间，以检测第三电抗器31C和第四电抗器31D的温度。另外，电容器温度传感器133设置在次级侧电容器35上，以检测次级侧电容器35的温度。第三侧壁68设置有用于外部连接的连接器134。
如图7和图10中所示，通过将第一电流传感器48的信号线48L、第二电流传感器49的信号线49L、第一电抗器温度传感器131的信号线131L、第二电抗器温度传感器132的信号线132L、电容器温度传感器133的信号线133L、外部连接的连接器134的信号线134L、从第一正极汇流条121延伸的信号线121L、从第六正极汇流条126延伸的信号线126L以及从负极汇流条127延伸的信号线127L中的一些系在一起来形成线束137。线束137分支成多个末端端部，这些末端端部连接到设置在转换器ECU 51的边缘部上的连接器138。信号线121L、126L和127L将汇流条121、126和127的电压信号转发到转换器ECU 51，并且转换器ECU 51获取FC侧转换器3的初级侧和次级侧的电压。
如图11中所示，多个加强肋141从支撑构件115的第一表面116和第二表面117伸出。用于接纳线束137的接纳槽142形成在支撑构件115的上表面上的相邻加强肋141之间。接纳槽142朝向+Z侧敞口，并且在沿着支撑构件115的表面的方向上延伸。接纳槽142在X方向上延伸，并且设置有第一端143和第二端144，第一端143触及并贯穿支撑构件115的-X侧的侧边缘并且朝向-X侧敞口，第二端144触及并贯穿支撑构件115的+X侧的侧边缘并且朝向+X侧敞口。接纳槽142还设置有分支部145，分支部145从其相对于X方向的中心点朝向+Y侧分支。形成分支部145的+Y侧的端部的第三端146触及支撑构件115的前边缘并朝向+Y侧敞口。
接纳槽142在其纵向方向上的中间部分处具有至少一个弯曲部148。特别地，接纳槽142是弯曲的，而不是线性的。在本实施方式中，接纳槽142的相对于X方向的中间部分相对于其第一端143和第二端144向+Y侧偏移。因在接纳槽142中存在弯曲，可改善支撑构件115的抗弯刚度。如果接纳槽142被形成为线性延伸，则由于没有加强肋141而形成的弱化部将线性延伸，使得在接纳槽142用作此弯曲变形的谷或脊的情况下，支撑构件115将趋于弯曲变形。通过这样在接纳槽142中设置弯曲部148，防止了弱化部直线地排列，并且可改善支撑构件115的抗弯刚度。
如图12中所示，线束137从第一端143穿过接纳槽142延伸到第二端144，并且从接纳槽142的第二端144进一步延伸到+Z侧，以连接到设置在转换器ECU 51的边缘处的连接器138。
如图7中所示，接纳槽142设置有槽盖151，槽盖151覆盖线束137的至少部分。槽盖151借助锁定爪或螺钉联接到支撑构件115。槽盖151将线束137保持在接纳槽142中，并且防止线束137从接纳槽142中移出。
由于这种布置，当线束137沿着支撑构件115和转换器ECU 51之间限定的空间延伸时，线束137沿着支撑构件115设置。
当被安装到车辆时，FC侧转换器3可按任何取向设置。例如，FC侧转换器3可被设置成使得底部61水平或竖直地延伸。
下面，讨论根据本实施方式的FC侧转换器3的效果。在FC侧转换器3中，电力模块37和次级侧电容器35经由支撑板88在Z方向上叠堆。由于由经过FC侧转换器3的电流在每个电抗器31内产生AC磁通，因此电抗器31需要具有适宜的横截面面积的磁路，使得电抗器31没有因磁通量而磁性饱和。在这种情况下，即使存在诸如需要高电容并且每个电抗器31可用的占地面积（封装尺寸）小这样的严格限制，也可通过使电抗器的厚度大于电力模块37或次级侧电容器35来确保针对磁通量的足够的横截面面积。因此，通过将电力模块37和次级侧电容器35一个叠在另一个上并且将电抗器31与其分开布置，可增强FC侧转换器3的空间效率。
对于每个电抗器31的给定磁特性，可通过增大电抗器31的厚度来限制电抗器31的占地面积，以便确保针对磁通量的足够的横截面面积。由此，可优化FC侧转换器3的空间效率。例如，进一步地，通过使电抗器31A至31D在Z方向上的厚度大于电力模块37、支撑板88和次级侧电容器35在Z方向上的组合厚度来限制电抗器31的占地面积。
另外，由于次级侧电容器35、电力模块37、栅极驱动器52和转换器ECU 51在Z方向上叠堆在第二区域74中，因此壳体60的底部61的占地面积可进一步减小。另外，通过使电抗器31和上游第一通道78（下游第一通道79）的组合厚度与次级侧电容器35、支撑板88、电力模块37、支撑构件115和转换器ECU 51的组合厚度基本上相同来使第二壳体64的外轮廓平坦。特别地，可使由第一壳体63和第二壳体64形成的壳体的外部形状为大体矩形。
另外，由于第二通道91形成在远离底部61的第二区域74的支撑板88中，并且电力模块37和次级侧电容器35设置在支撑板88的相应两个表面上，因此电力模块37和次级侧电容器35全都被有利地冷却，而占地面积没有增大。
由于底部61的第二区域74没有供冷却介质流过的通道，因此可使第二区域74比第一区域73薄，使得可加宽形成在第二区域74的内侧（+Z侧）的接纳空间，而没有致使壳体60的底部61向外（-Z侧）突出。
由于线束137被布线在转换器ECU 51和支撑构件115之间，因此可部分地省略固定线束137所需的夹具。另外，由于通过使用在转换器ECU 51和支撑构件115之间形成的空间进行信号线的布线，因此其中的每个器件都可按高密度集成，使得可使FC侧转换器3高度紧凑。
由于支撑构件115由绝缘材料形成，因此转换器ECU 51和栅极驱动器52可被分层布置，同时彼此绝缘。由此，转换器ECU 51和栅极驱动器52可被高密度集成，使得可使FC侧转换器3高度紧凑。
接纳槽142形成在支撑构件115的上表面上的加强肋141之间，并且线束137被布线在接纳槽142中。因此，线束137被掩埋在支撑构件115中，使得支撑构件115的总厚度可被最小化。另外，由于线束137可通过被接纳在接纳槽142中而保持就位，因此可部分地省略固定线束137所需的夹具。
此外，由于接纳槽142的每个端部触及支撑构件115的对应边缘，因此线束137可从支撑构件115的边缘进入接纳槽142，使得转换器ECU 51可设置得更靠近支撑构件115。
根据在基本上包括升压型多相转换器的FC侧转换器3中的第一电抗器31A至第四电抗器31D、第一开关器件33A至第四开关器件33D、初级侧连接部23和初级侧连接部27的以上布置，供最大电流流过的第一正极汇流条121和负极汇流条127的长度可被最小化，使得损失可被最小化。在FC侧转换器3中，最大电流流入初级侧正极线16的如下区域中，该区域的范围为从初级侧正极端子21到初级侧正极线16的分支到彼此并联连接的第一电抗器31A至第四电抗器31D的部分。在负极线18中，最大电流流入如下区域中，该区域的范围为从初级侧负极端子22到负极线18的分支到第一开关器件33A至第四开关器件33D的部分。在负极线18的次级侧和次级侧正极线17中，电压增加，所以电流减小。因此，通过缩短第一正极汇流条121和负极汇流条127的长度，可最高效地降低损失。
由于次级侧连接部27设置在电力模块37的+Y侧，因此电力模块37的负极端子46和次级侧负极端子26之间的距离可被最小化。由此，负极汇流条127可缩短，并且损失可被最小化。
在第一侧壁66中，由于初级侧正极端子21、初级侧负极端子22、次级侧负极端子26和次级侧正极端子25从+X侧起依次布置，因此负极端子22和次级侧负极端子26之间的距离可被最小化，使得可进一步减小负极汇流条127的长度。应该注意，该布置对于本发明而言不是必要的，并且在其他实施方式中，可改变初级侧正极端子21、初级侧负极端子22、次级侧负极端子26和次级侧正极端子25的顺序。
由于第一电抗器31A至第四电抗器31D具有+X侧的初级侧和-X侧的次级侧，因此通过减小将第一电抗器31A至第四电抗器31D分别连接到电力模块37的第一正极端子41至第四正极端子44的第二正极汇流条122至第五正极汇流条125的长度，损失可被最小化。
尽管已经依据特定实施方式描述了本发明，但是本发明不受限于此实施方式，而是可在不脱离本发明的精神的情况下以各种方式进行修改。例如，电抗器31的数量可改变。此外，可适当地改变线束137中包含的信号线。初级侧滤波电容器可连接在初级侧正极线16和负极线18之间。
在以上实施方式中，第一电抗器31A至第四电抗器31D具有+X侧的初级侧端部和-X侧的次级侧端部。在替代实施方式中，第一电抗器31A至第四电抗器31D具有-X侧的初级侧端部和+X侧的次级侧端部。当次级侧端部设置在第一电抗器31A至第四电抗器31D的+X侧时，与当次级侧端部设置在第一电抗器31A至第四电抗器31D的-X侧时的情况相比，第二正极汇流条122至第五正极汇流条125的长度更长。然而，由于流过第二正极汇流条122至第五正极汇流条125的电流小于流过第一正极汇流条121的电流，因此损失的增加最小化。

Claims (13)

1.一种电力转换装置，该电力转换装置包括电抗器、连接到所述电抗器的开关器件、电容器以及壳体，在该壳体中接纳所述电抗器、所述开关器件和所述电容器，
其中，所述壳体包括盒形的第一壳体和板状的第二壳体，所述第二壳体与所述第一壳体配合地限定接纳空间，
所述第一壳体具有底部，该底部具有第一区域和设置在所述第一区域的一侧的第二区域，在所述第一区域中限定有第一通道，冷却介质在该第一通道中流动；以及
支撑板，该支撑板在所述接纳空间中被紧固到所述第一区域并设置成当从与所述第二区域正交的方向看时以与所述第二区域成间隔开的关系与所述第二区域至少部分重叠，并且在内部限定连接到所述第一通道的第二通道，
其中，所述电抗器在所述接纳空间中设置在所述第一区域中，并且所述开关器件和所述电容器中的一者设置在所述支撑板的背离所述底部的表面上，所述开关器件和所述电容器中的另一者设置在所述支撑板和所述底部的所述第二区域之间，并且
其中，从所述第一通道延伸的第一连接孔和第二连接孔在所述第一区域的内表面处敞口，并且从所述第二通道延伸的第三连接孔和第四连接孔在所述支撑板的在所述底部一侧的表面处敞口，所述第一连接孔与所述第三连接孔连通，并且所述第二连接孔与所述第四连接孔连通。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述开关器件设置在所述支撑板的背离所述底部的所述表面上，并且所述电容器设置在所述支撑板和所述底部的所述第二区域之间。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，所述第二区域的内表面相对于所述第一区域的内表面向外偏移。
4.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述第一通道包括上游第一通道和下游第一通道，所述上游第一通道与所述第一连接孔和设置在所述壳体的外表面处的冷却介质入口连通，所述下游第一通道与所述第二连接孔和设置在所述壳体的外表面处的冷却介质出口连通。
5.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，所述电容器与所述第二区域的内表面接触。
6.根据权利要求2或5所述的电力转换装置，其中，所述开关器件的背离所述支撑板的一侧设置有用于驱动所述开关器件的栅极驱动器。
7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，所述栅极驱动器的背离所述开关器件的一侧隔着绝缘材料设置有用于控制所述栅极驱动器的控制单元。
8.根据权利要求1、2、4、5和7中任一项所述的电力转换装置，其中，所述第一区域的外表面设置有：凹槽，该凹槽向内凹进；和盖，该盖封闭所述凹槽的敞口端以与所述凹槽配合限定所述第一通道。
9.根据权利要求1、2、4、5和7中任一项所述的电力转换装置，其中，所述电抗器的在与所述第二区域正交的方向上测得的厚度大于所述开关器件或所述电容器的厚度。
10.根据权利要求1、2、4、5和7中任一项所述的电力转换装置，其中，所述底部的所述第一区域包括沿着主平面延伸的第一底板，并且所述底部的所述第二区域包括第二底板，所述第二底板与所述第一底板基本上平行地延伸并且相对于所述第一底板在向外方向上偏离。
11.根据权利要求10所述的电力转换装置，其中，所述壳体还包括外板构件，所述外板构件以间隔开的关系与所述第一底板的外表面相对，以便与所述第一底板联合限定所述第一通道，所述外板构件的外表面与所述第二底板的外表面基本上齐平。
12.根据权利要求11所述的电力转换装置，其中，所述支撑板包括内板构件，所述内板构件以间隔开的关系与所述第二底板基本上平行地延伸，以与所述第二底板联合限定腔室。
13.根据权利要求12所述的电力转换装置，其中，所述底部还包括从所述底部的周缘直立地延伸的侧壁，并且所述壳体还包括盖构件，所述盖构件抵接所述侧壁的自由端，以与所述底部联合限定腔室。
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