CN110855124A - 包括汇流条装置和功率转换器壳体的系统及其制造方法,用于车辆的功率转换器和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种系统,包括汇流条装置和功率转换器壳体,其中汇流条装置包括由至少两个汇流条制成的堆叠和电绝缘绝缘体,所述电绝缘绝缘体将汇流条包围在汇流条装置的两个绝缘区域中,其中每个汇流条包括在电流方向上延伸的两个相对的基表面和连接基表面并在电流方向上延伸的侧表面,其中汇流条装置包括形成在绝缘区域之间的温度控制区域,其中绝缘体具有暴露各个汇流条的其中一个侧表面和至少一个基表面的一部分的开口,其中汇流条通过传热装置热连接至温度控制区域中的功率转换器壳体。

Description

包括汇流条装置和功率转换器壳体的系统及其制造方法,用 于车辆的功率转换器和车辆
技术领域
本发明涉及一种包括汇流条装置和功率转换器壳体的系统,其中汇流条装置包括由至少两个汇流条构成的堆叠和电绝缘绝缘体,所述电绝缘绝缘体在汇流条装置的两个绝缘区域中包围汇流条,其中每个汇流条包括在电流方向上延伸的两个相对的基表面和连接基表面并在电流方向上延伸的侧表面。
此外,本发明涉及用于制造这种系统的方法以及用于车辆的功率转换器和车辆。
背景技术
用于功率转换器的汇流条装置用于传输高电流并且通常包括电绝缘绝缘体,其通过嵌件成型汇流条形成,所述汇流条布置形成堆叠。汇流条装置通常连接到功率转换器壳体。在操作期间,汇流条由流过它们的电流加热。然而,由于绝缘体的高传热阻力,这种汇流条装置的散热差强人意。结果,因此需要汇流条的高线截面(line cr oss-section);然而,由于在电动车领域中关于节省安装空间和减轻重量设计的要求,这是不太可取的。
已经提出使用粉末涂覆的汇流条,其直接连接到功率转换器壳体的易于导热的金属部分。然而,这种粉末涂覆的汇流条制造昂贵,并且制造过程不允许形成连接元件,例如可以在注射成型工艺中形成的绝缘体上提供的,例如以便在汇流条装置上布置附加部件。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种用于从汇流条装置散热的改进选择。
为了实现该目的,根据本发明,在开头所述类型的系统中提供了汇流条装置包括形成在绝缘区域之间的温度控制区域,其中绝缘体具有暴露各个汇流条的其中一个侧表面和至少其中一个底表面的一部分的开口,其中汇流条通过传热装置在温度控制区域中热连接至功率转换器壳体。
本发明基于在汇流条装置的绝缘体中形成开口的考虑,使得汇流条在温度控制区域中不被绝缘体完全覆盖。然后,汇流条的这些暴露的或未覆盖的部分可以通过有利地为电绝缘的传热装置连接到功率转换器壳体。因此避免了通过具有相对高的传热阻力的绝缘体的热传递,取而代之的是利用了传热装置的相当低的传热阻力。
以这种方式,有利地可以使用根据本发明的系统中的汇流条装置,其具有比传统汇流条装置更小的线截面,同时提供相同的载流容量,并且因此可以以更节省重量和节约成本效益的方式生产。同时,根据本发明的系统的汇流条装置也比传统的汇流条装置更节省安装空间。有利地,除了容易获得的传热装置之外,不需要额外的部件来实现根据本发明的系统中的改进的冷却能力。
汇流条通常包括由铜制成的芯,其可另外涂覆有金属层。功率转换器壳体优选地由铝制成,至少在与传热装置连接的区域中由铝制成。功率转换器壳体可以是压铸壳体。功率转换器壳体优选地具有主动式冷却,且特别是液体冷却,以便有效地从汇流条散热。堆叠还可包括三个或更多个汇流条。汇流条通常以这样的方式布置,即使得其底面彼此叠置。基表面通常具有比侧表面更大的表面积。在温度控制区域中,绝缘体通常覆盖其他侧表面,即不与传热装置接触的侧表面,以及两个基表面的一部分。在温度控制区域中,基表面也可以被绝缘体完全覆盖,只要另一个基表面部分暴露即可。
在根据本发明的系统中特别有利的是,在温度控制区域中,绝缘体在每对相邻汇流条之间具有突出部,该突出部沿着基表面延伸超过暴露的侧表面。换句话说,突出部比各个汇流条进一步突出到传热装置中。突出部允许增大汇流条之间的爬电距离,从而增加系统的电气安全性。
特别有利地,在根据本发明的系统中还可以提供的是,绝缘体包括在绝缘区域中的间隔件,该间隔件放置在功率转换器壳体上并且在温度控制区域中将汇流条与功率转换器壳体隔开。因此,间隔件增加了汇流条和功率转换器壳体之间的距离,从而在汇流条和功率转换器壳体之间形成填充有传热装置的更大空间。这有利地增大了汇流条和功率转换器壳体之间的击穿电压。
作为替代或补充,为了增大功率转换器壳体和汇流条之间的距离,可以提供的是功率转换器壳体具有容纳传热装置的凹部。
有利地,传热装置为间隙填充物。其特征在于低传热阻力和易加工性。汇流条可以浸没在温度控制区域中的间隙填充物中,使得间隙填充物产生热连接以及相对于功率转换器壳体电绝缘。这尤其能够实现系统的特别简单的自动化制造。
通常,优选的是,系统包括多个温度控制区域,每个温度控制区域由绝缘区域隔开。汇流条装置可以包括另一个温度控制区域,该温度控制区域通过另一个绝缘区域与第一绝缘区域隔开,其中汇流条在另一个绝缘区域中以成角度的方式延伸,特别是成90°。汇流条装置的这种成角度的部分可以用于适应功率转换器壳体的壳体拐角的形状。
此外,在根据本发明的系统中可以提供另外的温度控制区域,该温度控制区域通过另外的绝缘与第一绝缘区域隔开,其中堆叠包括在另外的温度控制区域中的另一个汇流条,其在第一温度控制区域中被绝缘体包围和/或没有通过传热装置热连接至功率转换器壳体。在如上所述的堆叠在一些部分中包括不同数量的汇流条的区域,为尤其是各个汇流条与例如功率半导体接触的那些区域。通过绝缘体的适当设计,也可以在这些区域中实现有效的散热。
此外,本发明涉及一种用于制造包括汇流条装置和功率转换器壳体的系统的方法,包括以下步骤:
-提供功率转换器壳体;
-将传热装置应用于功率转换器壳体;
-提供汇流条装置,其包括由至少两个汇流条构成的堆叠和电绝缘绝缘体,所述电绝缘绝缘体将汇流条封闭在汇流条装置的两个绝缘区域中,其中每个汇流条包括在电流方向延伸的两个相对的基表面和连接基表面并在电流方向上延伸的侧面,其中汇流条装置包括形成在绝缘区域之间的温度控制区域,其中绝缘体具有暴露各个汇流条的其中一个侧表面和至少其中一个基表面的一部分的开口;以及
-将在温度控制区域中暴露的汇流条引入到传热装置中。
传热装置优选地为液体传热装置,其中术语“液体”也包括粘性传热装置,特别是悬浮液。汇流条装置优选在应用传热装置之前或之后连接到功率转换器壳体。为此目的,可以使用形成在绝缘体上的附接装置,特别是具有通孔的突片。
特别优选地,应用传热装置和/或将汇流条引入传热装置和/或将汇流条装置连接至功率转换器壳体的步骤是自动执行的,例如通过机器人。此外,提供汇流条的步骤可包括用塑化的塑料材料,特别是热塑性材料嵌件成型汇流条,使得绝缘体形成为具有绝缘区域和温度控制区域。
此外,本发明涉及一种用于车辆的功率转换器,包括根据本发明的系统或者可以通过根据本发明的方法获得和容纳在功率转换器壳体中的动力单元。功率转换器优选地设计为逆变器。
此外,本发明涉及一种车辆,包括:电机,其配置为驱动车辆;以及根据本发明的功率转换器,其配置为为电机提供交流电流。
根据本发明的系统的所有实施例可以类似于根据本发明的功率转换器应用于根据本发明的车辆以及根据本发明的方法,从而利用这些也可以实现上述优点。特别地,根据本发明的系统的所有上述实施例可以在根据本发明的方法的范围内使用。
附图说明
从以下描述的示例性实施例并基于附图,本发明的其它优点和细节将变得显而易见。这些是示意图。在图中:
图1示出了根据本发明的车辆的示例性实施例的示意图,其包括根据本发明的功率转换器的示例性实施例;
图2示出了根据本发明的系统的示例性实施例的汇流条装置的侧视图;
图3示出了图2中所示的汇流条装置的俯视图;
图4示出了图2中所示的汇流条装置沿图3中的线IV-IV的剖视图;
图5示出了系统沿图3中的线V-V的局部剖视图;
图6示出了根据本发明的系统的另一示例性实施例的汇流条装置的俯视图;以及
图7示出了图6中所示的汇流条装置的局部透视图。
具体实施方式
图1示出了车辆1的示例性实施例的示意图,车辆1包括电机2和功率转换器3的示例性实施例,电机2配置为驱动车辆1,功率转换器3配置为为电机2提供交流电。
功率转换器3配置作为逆变器并用于将由高压电池4提供的直流电转换为三相或多相交流电。功率转换器3包括系统5,该系统包括功率转换器壳体6和汇流条装置7,汇流条装置7包括多个汇流条7a、7b、7c。此外,功率转换器壳体6中容纳了包括多个功率半导体元件的功率单元8a。功率转换器壳体6包括用于液体冷却的连接件,其中车辆1的冷却单元8b连接到功率转换器壳体6上,冷却单元8b另外还配置用于冷却电机2。
系统5对应于下文描述的示例性实施例中的一个:
图2至图4示出了根据系统5的第一示例性实施例的汇流条装置7(参见图5),图2示出了侧视图,图3示出了俯视图,图4示出了沿图3中的线IV-IV的剖视图。
汇流条装置7包括汇流条7a-7c,在图2中仅能看见汇流条7a。从图3中能明显看出汇流条7a-7c形成堆叠,其中汇流条7a-7c的各个基表面14a、14b(参见图4)彼此相对并且彼此平行。
此外,汇流条装置8包括电绝缘绝缘体9,其通过用热塑性材料对汇流条7a-7c进行嵌件成型而形成。绝缘体形成第一绝缘区域10a、第二绝缘区域10b、第三绝缘区域10c和第四绝缘区域10d,第四绝缘区域10d仅能从图3中看到。
在相应的一对相邻的绝缘区域10a-10d之间,绝缘体9形成温度控制区域11a、11b和第三温度控制区域11c,第三温度控制区域11c仅能从图3中看到。为此,绝缘体9在每个温度控制区域11a-11c中具有开口12,其暴露出各个汇流条7a-7c的侧表面13a(参见图4)和基表面14a、14b的一部分(参见图4)。与侧表面13a相对的侧表面13b和基表面14a、14b的其余部分被绝缘体9包围在温度控制区域11a-11c中。
在第三绝缘区域10c中,汇流条7a-7c成90°角延伸。此外,第三汇流条7c在第一温度控制区域10a中终止,并且在其自由端形成突片状连接部15,用于与功率单元8a接触。同样地,第二汇流条7b和第一汇流条7a相继在第二绝缘区域10b中终止。具体来说,从图2中可以明显看出,所述堆叠在第二绝缘区域10b中具有垂直偏移。
如从图4的截面图可以得到的,绝缘体在温度控制区域11a中具有突起16,并且在温度控制区域11b、11c的每个中具有两个突起16,它们位于相应的一对相邻的汇流条7a-7c之间。突起16沿着基表面14a、14b延伸超过暴露的侧表面13a并且分别抵靠在汇流条7a-7c中的一个上。
从图3中能明显看出突起16具有中心偏移,这是由突起16抵靠的汇流条7a-7c的改变引起的。该偏移有助于在注射成型期间形成突起16,其中在汇流条7a、7b之间自由竖立的突起16仅可以以非常复杂的方式实现。
此外,第一绝缘区域10a、第二绝缘区域10b和第四绝缘区域10d均包括间隔件17。间隔件17在绝缘体9具有开口12的一侧上形成。
此外,绝缘体9包括多个附接装置18,其是具有通孔的突出突片形式,以便例如通过螺钉将汇流条装置7附接到功率转换器壳体6。
图5示出了沿图3中的线V-V的系统5的局部剖视图,其示出了汇流条装置7处于其被容纳在功率转换器壳体6中的位置的细节。在各个温度控制区域中,在该图中是第一温度控制区域11a,系统5包括以液体形式处理的间隙填充物形式的传热装置19。汇流条7a、7b、7c的暴露部分突出进入到在温度控制区域11a-11c中的传热装置19中并且因此与功率转换器壳体6形成热连接。
突出超过第一侧表面13a的突起16实现了汇流条7a-7c之间延伸的爬电距离。间隔件17确保汇流条7a-7c和功率转换器壳体6之间具有增大的距离,而这增大了介电强度。为了进一步增大该距离,功率转换器壳体6中另外形成一凹部20。
图6示出了根据系统5的另一示例性实施例的汇流条装置7的俯视图。与图2至5中所示的汇流条装置7相比,相同或相似作用的部件用相同的标号表示。
在根据图6的示例性实施例中,三个汇流条7a-7c以直线形式延伸通过两个温度控制区域11a、11b以及插入的绝缘区域10a的全部区域,特别是为形成连接部15,汇流条没有在温度控制区域11a、11b中分叉出去。此外,在该示例性实施例中,在功率转换器壳体中没有设置凹部。传热装置布置在功率转换器壳体的平坦表面上,间隔件17也放置在该平坦表面上。
图7示出了汇流条装置7的温度控制区域11a、11b的局部透视图,其中能特别清楚的看到在外部基表面14a、14b上的开口12由绝缘体9上的切口形成。该切口开始沿电流方向从绝缘区域10b或10a以弧形形式延伸,然后平行于电流方向延伸,并在各个温度控制区域11a、11b的末端处以弧形形式在相对的绝缘区域10a或10c中终止。这也应用到了图2和3中所示的温度控制区域11a中;但是该图中示出的温度控制区域11b以直角形式过渡到绝缘区域10c中。此外,在图7中可以很清楚看到所述偏移,其中在图中其不是布置在中心的。
即使在前述示例性实施例中描述的系统5每个都包括用于功率单元8a的交流侧接触的三个汇流条7a-7c,通常包括两个汇流条的相应系统也可以设计用于功率单元8a的直流侧接触。

Claims (10)

1.一种系统(5),包括汇流条装置(7)和功率转换器壳体(6),该汇流条装置包括由至少两个汇流条(7a-7c)构成的堆叠和电绝缘绝缘体(9),所述电绝缘绝缘体(9)在汇流条装置(7)的两个绝缘区域(10a-10d)中包围汇流条(7a-7c),每个汇流条(7a-7c)包括在电流方向上延伸的两个相对的基表面(14a、14b)和连接基表面(14a、14b)并在电流方向上延伸的侧表面(13a、13b),
其特征在于:
汇流条装置(7)包括形成在绝缘区域(10a-10d)之间的温度控制区域(11a-11c),其中绝缘体(9)具有开口(12),该开口暴露各个汇流条(7a-7c)的其中一个侧表面(13a)和至少其中一个基表面(14a、14b)的一部分,其中汇流条(7a-7c)在温度控制区域(11a-11c)中通过传热装置(19)热连接至功率转换器壳体(6)。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述绝缘体(9)包括位于所述温度控制区域(11a-11c)中每对相邻汇流条(7a-7c)之间的突起(16),所述突起沿所述基表面(14a、14b)延伸超出暴露的侧表面(13a)。
3.根据权利要求1或2所述的系统,其中所述绝缘体(9)包括位于所述绝缘区域(10a-10d)中的间隔件(17),所述间隔件位于所述功率转换器壳体(6)上并且使所述汇流条(7a-7c)与所述温度控制区域(11a-11c)中的功率转换器壳体(6)间隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,所述功率转换器壳体(6)具有容纳所述传热装置(19)的凹部(20)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,所述传热装置(19)为间隙填充物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,所述汇流条装置(7)包括另一温度控制区域(11c),所述另一温度控制区域(11c)通过另一绝缘区域(10c)与所述第一绝缘区域(10a)隔开,所述汇流条(7a-7c)在另一绝缘区域(10c)中以成角度的方式延伸,特别是成90°延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,提供另一温度控制区域(11b、11c),其通过另外的绝缘区域(10b、10c、10d)与所述第一绝缘区域(10a)隔开,所述堆叠包括在另外的温度控制区域(11b、11c)中的另一个汇流条(7c),所述另一个汇流条(7c)在第一温度控制区域(11a)中由绝缘体(9)包围和/或没有通过传热装置(19)热连接至功率转换器壳体(6)。
8.一种用于制造系统(5)的方法,所述系统包括汇流条装置(7)和功率转换器壳体(6),所述方法包括以下步骤:
-提供功率转换器壳体(6);
-将热传递装置(19)应用于功率转换器壳体(6);
-提供汇流条装置(7),其包括由至少两个汇流条(7a-7c)构成的堆叠和电绝缘绝缘体(9),所述电绝缘绝缘体将汇流条(7a-7c)包围在汇流条装置(7)的两个绝缘区域(10a-10d)中,其中每个汇流条(7a-7c)包括在电流方向上延伸的两个相对的基表面(14a、14b)和连接基表面(14a、14b)并在电流的方向上延伸的侧表面(13a、13b),其中汇流条装置(7)包括形成在绝缘区域(10a-10d)之间的温度控制区域(11a-11c),其中绝缘体具有暴露各个汇流条(7a-7c)的其中一个侧表面(13a)和至少一个基表面(14a、14b)的一部分的开口(12);以及
-将在温度控制区域(11a-11c)中暴露的汇流条(7a-7c)引入传热装置(19)中。
9.一种用于车辆(1)的功率转换器(3),包括根据权利要求1至7中任一项所述的系统(5)或者能够通过根据权利要求8所述的方法获得的系统(5)以及容纳在所述功率转换器壳体(6)中的功率单元(8a)。
10.一种车辆(1),包括电机(2),其配置为驱动所述车辆(1);以及根据权利要求9所述的功率转换器(3),其配置为为所述电机(2)提供交流电。
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