CN110786083B - 用于电动或混合动力汽车的电子电力设备以及相关实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于电动或混合动力汽车的电子电力设备(1)，所述电子电力设备包括外部容器(2)；电子电力电路(3)，所述电子电力电路容纳在所述容器(2)的内部并且被配置用于将输入电流/电压转换成预定的输出电流/电压；液体冷却回路(4)，所述液体冷却回路在所述容器(2)的一部分处形成以用于冷却所述电子电力电路(3)；其中所述容器(2)包括所述电子电力电路(3)的以聚合物材料制成的外壳主体(5)，并且包括设置有所述液体冷却回路(4)的至少一部分。

Description

用于电动或混合动力汽车的电子电力设备以及相关实现方法

技术领域

本发明涉及一种用于电动或混合动力汽车的电子电力设备，具体所属类型是用于电压/电流转换的液冷电子电力设备，以及相关实现方法。

背景技术

关于电动或混合动力车辆领域，必须使用诸如OBC(车载充电器)电池充电器或DC-DC转换器的车载电子电力设备来将输入电压/电流转换为输出电压/电流。

此类设备通常包括需要专用冷却系统的电力电子器件，所述冷却系统能够在使用期间将温度保持在可接受的水平。

实际上，众所周知，所有用于能量转换(从交流电压/电流到直流电压/电流或从直流电压/电流到直流电压/电流)的不具有分部效率的电子设备都不可避免地以热的形式耗散能量，该能量与所使用的功率成正比。

为了克服该缺点，还已知可以通过空气冷却(强制或不强制)或通过液体冷却系统来耗散由能量转换产生的热量。

因此，已知类型的能量转换设备的电子器件通常被包封在金属容器的内部，该金属容器优选地完全由铝制成。

更具体地讲，铝容器用于在能量转换期间通过空气耗散来实现有效的热耗散。

还借助于在容器本身的外表面上的预定部分处形成的适当翅片的存在而获得空气冷却。

此外，已知类型的设备通常包括流体冷却回路，该流体冷却回路在容器的一部分处形成并且用于冷却内部电子器件的一部分。

然而，已知类型的设备确实有许多缺点。

实际上，铝容器的实现涉及相当高的制造成本。

具体地讲，铝容器通常使用模铸法制成，并且这涉及使用通常具有有限寿命的特殊模具(约50,000至80,000件)，因此需要通过计划的干预措施来替换这些模具。

因此，使用新模具的需求大大增加了设备的总实现成本。

此外，在模铸之后，必须对容器进行进一步机加工，因此增加了总实现时间和成本。此外，所使用的液体冷却回路是在容器的有限部分处形成的，因此，仅允许有效冷却内部电子器件的一部分。

发明内容

本发明的主要目的是提供用于电动或混合动力汽车的电子电力设备以及相关实现方法，其能够允许更有效地冷却整个内部电子器件。

本发明的另一个目的是提供用于电动或混合动力汽车的电子电力设备，该电子电力设备允许抑制在能量转换期间产生的电磁波的发射。

本发明的另一个目的是提供用于电动或混合动力汽车的电子电力设备，该电子电力设备比常规解决方案更轻。

本发明的另一个目的是提供用于电动或混合动力汽车的电子电力设备，该电子电力设备允许实现总实现成本的显著降低。

本发明的另一个目的是提供用于电动或混合动力汽车的电子电力设备，该电子电力设备比已知解决方案更易于生产。

本发明的另一个目的是提供用于电动或混合动力汽车的电子电力设备，该电子电力设备具有比常规解决方案更有效的电绝缘。

上述目的通过根据权利要求1中所述的特征的组合的本发明的用于电动或混合动力汽车的电子电力设备来实现。

上述目的还通过根据权利要求8中所述的特征的组合的本发明的用于电动或混合动力汽车的电子电力设备的实现方法来实现。

附图说明

通过在附图中对以指示性但非限制性示例的方式示出的用于电动或混合动力汽车的电子电力设备以及相关实现方法的优选但非排他性实施方案的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的电子电力设备的轴测图；

图2是根据本发明的电子电力设备的分解图；

图3至图13示意性地示出了根据本发明的电子电力设备的实现方法；

图14示出了示例性表格，示出与在已知类型的设备上测量的温度相比，由定位在根据本发明的设备的电子电力电路上的各种传感器所测量的温度；

图15示出了示例性曲线图，示出与已知类型的设备的电磁波的发射水平的变化相比，根据本发明的设备的电磁波的发射水平的变化。

具体实施方式

特别参考这些图示，附图标记1总体上指示用于电动或混合动力汽车的电子电力设备。

具体地讲，根据本发明的设备属于液体冷却电子电力设备的类型，可用于将输入电压/电流转换成输出电压/电流。

例如，根据本发明的设备可由用于对电动或混合动力车辆的电池充电的设备或由用于DC-DC转换的设备组成。

参考附图中示出的特定实施方案，设备1由OBC电池充电器(车载充电器)构成。然而，不能排除不同的实施方案，其中根据本发明的设备由不同的电子电力设备组成。设备1包括至少一个外部容器，该外部容器在图1中总体上用附图标记2指示。

设备1还包括至少一个电子电力电路，该电子电力电路在图2中总体上用附图标记3指示，该电子电力电路容纳在容器2的内部并且被配置用于将输入电流/电压转换成预定的输出电流/电压。

在容器2的一部分处形成至少一个液体冷却回路4，以用于冷却电子电力电路3。

有利的是，所述容器包括适于容纳电子电力电路3的外壳主体5，该外壳主体由聚合物材料制成并且包括设置有液体冷却回路4的至少一个内部部分。

具体地讲，与其中整个容器由铝制成的已知类型的解决方案相比，外壳主体5的实现允许显著降低总实现成本。

实际上，以聚合物材料实现外壳主体5允许避免通常用于制造金属容器的复杂且昂贵的模铸方法。

此外，如下所示，使用由聚合物材料制成的外壳主体5提供了附加益处。

容器2还包括至少一个屏蔽金属片6，该屏蔽金属片与由聚合物材料制成的外壳主体5的外表面的至少一部分相关联，用于屏蔽由电子电力电路3产生的电磁波。

这样，尽管在聚合物材料中使用了外壳主体5，但是仍然确保对在设备1的使用期间产生的电磁波的有效屏蔽。

优选地，屏蔽金属片6在外壳主体5的整个外表面上方延伸。

具体地讲，参考图中所示的设备1的特定实施方案，容器2包括三个不同的屏蔽金属片6，其被适当地折叠和成形并固定到外壳主体5的外表面的相应部分。

为了确保有效的热耗散，容器2包括至少一个热耗散金属夹具7，该热耗散金属夹具设置有用于电子电力电路3的至少一个外壳座，并且在液体冷却回路4的至少一个长度处与外壳主体5的至少一个内部部分相关联。

因此，金属夹具7适于容纳电子电力电路3，并且借助于液体冷却回路4，允许在设备1的使用期间有效地冷却电子电力电路3的部件。

具体地讲，参考图中所示的设备1的特定实施方案，容器2包括至少热耗散金属夹具7，该热耗散金属夹具设置有用于电子电力电路3的多个外壳座，并且在外壳主体本身的底部处与外壳主体5的一个内部部分相关联。

具体地讲，液体冷却回路4部分地由外壳主体5本身的合适成形的底部组成。实际上，在外壳主体5的底部上形成的适当的凹陷和凸起限定从进气口4a开始一直到排出口4b冷却流体必须遵循的路径。

因此，参考该优选实施方案，冷却回路4由限定在外壳主体5的内表面和金属夹具7之间的一系列间隙构成。

金属夹具7设置有外壳座，该外壳座适于容纳电子电力电路3的相应部件，并且设置有与冷却剂接触的下表面。这允许在设备1的使用期间有效地冷却电子电力电路3的部件。容器2还包括外壳主体5的金属闭合盖8。优选地，金属盖8由铝制成。

如上所示，根据图中所示的实施方案的特定设备1由OBC电池充电器(车载充电器)组成。

在这样的情况下，设备1的电子电力电路3包括至少以下通常存在于OBC电池充电器中的部件：

-至少一个IMS(绝缘金属衬底)印刷电路9；

-至少一个PFC(功率因数校正)电路10；

-至少一个LLC电路11；

-至少一个AC滤波器12。

作为IMS印刷电路9的替代，电子电力电路3可包括与合适的散热器组合的另一种类型的印刷电路。此外，设备1的内部电子器件包括：

-至少一个命令印刷电路13；

-至少一个供电印刷电路14。

上面列出的电子部件容纳在容器2中，并且以与为已知类型的解决方案提供的方式相同的方式适当地彼此连接。

更具体地讲，参考根据本发明的设备1，IMS印刷电路9固定到金属夹具7，其中相对金属衬底与冷却回路4的冷却流体接触。

因此，这样确保了IMS印刷电路和与其连接的电子电力电路3的部件的有效冷却。

下面描述了根据本发明的设备1的实施方案。

所述方法首先包括实现由聚合物材料制成的外壳主体5(图3)。

例如，外壳主体5可通过聚合物材料的注射模制而制成。

然后，所述方法提供液体冷却回路4在外壳主体5的至少一个内部部分处的实现。

具体地讲，参考图示中示出的特定和优选实施方案，液体冷却回路4部分地由外壳主体5本身的合适成形的底部组成。实际上，在外壳主体5的底部上(在模制期间)形成的适当的凹陷和凸起限定从进气口4a开始一直到排出口4b冷却流体必须遵循的路径。

此外，冷却回路4的实现包括：

-制造热耗散金属夹具7，其设置有用于电子电力电路3的至少一个外壳座；

-将金属夹具7与外壳主体5(图4)的内部部分相关联。

具体地讲，金属夹具7可通过对至少一个金属片进行深拉过程而制成。

一旦金属夹具7已被定位，冷却回路4就由限定在外壳主体5的内部部分和金属夹具7之间的一系列间隙组成。

因此，所述方法涉及将电子电力电路3与其他电子控制或电源部件一起容纳在外壳主体5的内部(图5至图11)。

具体地讲，参考图示中示出的特定实施方案，参照所有部件在OBC电池充电器的外壳主体5的内部的定位和固定，所述方法涉及以下步骤：

-用适当的密封垫圈将IMS印刷电路9定位并固定到金属夹具7(图5)；

-定位至少一个塑料支撑件20(图6)；

-定位并连接PFC电路10(图7)；

-定位并连接LLC电路11(图7)；

-定位并连接AC滤波器12和相对电磁屏蔽件15(图7)；

-将隔离树脂16注射到IMS印刷电路9中(图8)；

-将AC输入连接器17、DC输出连接器18和命令连接器19(图9)定位并固定到外壳主体5；

-定位并连接命令印刷电路13(图10)；

-定位并连接供电电路14(图11)；

有用的是，连接器17、18和19由聚合物材料制成，并且作为另外一种选择，可以在外壳主体本身的模制期间以单个主体件制成并且与外壳主体5成一体。

随后，所述方法包括实现优选地由铝制成的金属盖8，以及将盖8固定到外壳主体5，以便闭合外壳主体本身(图12)。

此外，所述方法包括制造至少一个屏蔽金属片6。具体地讲，该至少一个屏蔽金属片6优选地通过切割和冷成型方法制成。

因此，所述方法包括将屏蔽金属片6固定到外壳主体5的外表面的至少一部分，以便屏蔽由电子电力电路3产生的电磁波。

具体地讲，参考图示中示出的优选实施方案，所述方法涉及实现固定在外壳主体5的整个外表面上的多个屏蔽金属片6(图13)。

在实践中已经确定了所描述的发明如何实现预期的目的。

具体地讲，要强调的是，根据本发明的电子电力设备和相关实现方法使得显著降低总实现成本成为可能。

实际上，由聚合物材料制成的外壳主体的实现和使用允许避免使用昂贵且寿命有限的模具，比如通常用于金属容器的模铸的那些模具，从而大大降低了总实现成本。

此外，以聚合物材料制成的外壳主体比已知类型的解决方案更容易生产，因为模制后的进一步机加工操作被尽可能减至最少。

因此，在实践中，根据本发明的设备和方法使得可以消除与铝模铸有关的所有过程，以及所有产生的限制(铸造后需要重新机加工，模具寿命有限，在高温900°下在对环境造成相当大影响的情况下进行机加工操作)。

对此必须补充以下事实：与已知类型的解决方案相比，使用由聚合物材料制成的外壳主体使得实现更轻的设备成为可能。

存在于根据本发明的设备上的特定液体冷却回路还使得更有效地冷却设备本身的电子电力电路(以及总的来说，更有效地冷却电子器件)成为可能。

在这方面，图14示出示例性表格，指示与在设置有常规铝容器的已知类型的设备上测量的温度相比，由定位在根据本发明的设置有塑料容器的设备的电子电力电路上的各种传感器测量的温度。

具体地讲，考虑到以下测试条件，测量此类温度：

-220V ac输入电压；

-300V dc输出电压；

-6.6kW功率输出；

-25℃环境温度；

-20℃冷却剂温度；

-60分钟充电时间。

以下是图14中的表格上显示的关键用词；

LLC1：IMS电路上MOSFET LLC桥的第一温度传感器；PFC1：IMS电路上MOSFET PFC的第一温度传感器；

Trasf1：变压器绕组上的第一温度传感器；

Res1：谐振绕组上的第一温度传感器；

LLC2：IMS电路上MOSFET LLC桥的第二温度传感器；

PFC2：IMS电路上MOSFET PFC的第二温度传感器；Trasf2：变压器绕组上的第二温度传感器；

Res2：谐振绕组上的第二温度传感器。

此外，与已知类型的解决方案相比，由聚合物材料制成的外壳主体的实现使得可以实现更有效的电绝缘。

最后，由聚合物材料制成的外壳主体和布置在外壳主体本身的外表面上的屏蔽金属片的组合使用使得可以获得对电磁波的有效屏蔽。

就此而言，图15示出示例性曲线图，通过实线指示根据本发明的设置有塑料容器的设备的电磁波的发射水平的变化。此外，通过虚线示出设置有常规铝容器的已知设备的电磁波发射水平的变化。

具体地讲，考虑到以下测试条件，测量此类发射水平：

-220V ac输入电压；

-390V dc输出电压；

-6.6kW功率输出；

-频率范围从30MHz到1000MHz。

从图15中的曲线可以看出，与已知类型的设备的发射水平相比，根据本发明的设备的发射水平是可叠加的，并且对于大多数频率而言甚至更低。

Claims (8)

1.一种用于电动或混合动力汽车的电子电力设备(1)，包括：

至少一个外部容器(2)；

至少一个电子电力电路(3)，所述至少一个电子电力电路容纳在所述外部容器(2)的内部并且被配置用于将输入电流/电压转换成预定的输出电流/电压；

至少一个液体冷却回路(4)，所述至少一个液体冷却回路（4）在所述外部容器(2)的一部分处形成以用于冷却所述电子电力电路(3)；

其特征在于：

所述外部容器(2)包括以聚合物材料制成的外壳主体(5)，所述外壳主体（5）的内部部分的设置有所述液体冷却回路(4)的至少一部分；所述外部容器(2)包括至少一个屏蔽金属片(6)，所述至少一个屏蔽金属片与所述外壳主体(5)的外表面的至少一部分相关联，以用于屏蔽由所述电子电力电路(3)产生的电磁波；

所述至少一个屏蔽金属片(6)在所述外壳主体(5)的整个外表面上方延伸；

所述外部容器(2)包括所述外壳主体(5)的至少一个金属闭合盖(8)；

所述电子电力设备（1）为OBC充电器；

所述外部容器(2)包括至少一个热耗散金属夹具(7)，所述至少一个热耗散金属夹具（7）设置有用于容纳所述电子电力电路(3)的至少一个外壳座，并且与所述外壳主体(5)的至少一个内部部分相关联，所述液体冷却回路（4）由限定在所述外壳主体(5)的所述内部部分和所述热耗散金属夹具(7)之间的至少一个间隙构成；在所述外壳主体（5）的底部上形成的凹陷和凸起限定冷却流体遵循的路径。

2.根据权利要求中1所述的电子电力设备(1)，其特征在于：所述至少一个热耗散金属夹具（7）在所述液体冷却回路(4)的至少一个长度处与所述外壳主体(5)的至少一个内部部分相关联。

3.一种制造用于电动或混合动力汽车的电子电力设备的方法，包括：以聚合物材料制造至少一个外壳主体(5)；

将至少一个电子电力电路(3)容纳在所述外壳主体(5)的内部，所述电子电力电路(3)被配置用于将输入电流/电压转换成预定的输出电流/电压；

其特征在于：

至少包括以下步骤：

在所述外壳主体(5)的至少一个内部部分处形成至少一个液体冷却回路(4)；

所述方法包括制造至少一个屏蔽金属片(6)；

所述方法包括将所述至少一个屏蔽金属片(6)与以聚合物材料制成的所述主体的外表面的至少一部分相关联，以用于屏蔽由所述电子电力电路(3)产生的电磁波；

制造所述液体冷却回路（4）的所述步骤包括：

制造至少一个热耗散金属夹具(7)，所述至少一个热耗散金属夹具（7）设置有用于所述电子电力电路(3)的至少一个外壳座；

将所述热耗散金属夹具(7)与所述外壳主体(5)的至少一个内部部分相关联，所述液体冷却回路（4）由限定在所述外壳主体(5)的所述内部部分和所述热耗散金属夹具(7)之间的至少一个间隙构成；在外壳主体(5)的底部上形成的凹陷和凸起限定冷却流体遵循的路径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：制造所述外壳主体(5)的所述步骤包括聚合物材料的注射模制操作。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：制造所述热耗散金属夹具(7)的所述步骤包括至少一个金属片的深拉过程。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：制造所述至少一个屏蔽金属片(6)的所述步骤包括切割和冷成型方法。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述至少一个屏蔽金属片(6)与所述外壳主体(5)的整个外表面相关联。

8.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括将至少一个金属闭合盖(8)与所述外壳主体(5)相关联。