CN113272167B - 电力转换器装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力转换器装置(1)，包括：具有电力输入端(3)和电力输出端(4)的电力电子器件单元(2)；具有流体入口(6)和流体出口(7)的至少一个流体室(5)，其中，流体室(5)与电力电子器件单元(6)热耦合，使得由电力电子器件单元(6)产生的废热被用于加热流过流体室(5)的流体，其中，电力转换器装置(1)具有第一运行模式和第二运行模式，其中，与第一运行模式相比，在第二运行模式下由电力电子器件单元(2)产生的废热的量增加。

Description

电力转换器装置
技术领域
本发明涉及电力转换器装置以及在车辆中使用该电力转换器装置的方法。
背景技术
现代车辆的运行需要设置预定量热能的电加热装置。热能可以用于为车辆中的乘客提供舒适的空气温度、加热高压电池单元或者在寒冷条件下为挡风玻璃除霜。在具有传统内燃机的车辆的情况下，通常在冷启动阶段期间使用这种电加热装置，在该冷启动阶段中，内燃机产生的废热不足以产生所需的热量。在混合动力车辆或全电动车辆中，即使在启动阶段之后，所需的热量也由电加热装置产生。
这种仅用于加热的电加热装置被设计为单独的模块，其需要车辆中的额外安装空间并且增加了车辆的重量。这种单独的模块可包括由电力电子器件驱动的PTC加热器元件。PTC表示正温度系数或导热系数。PTC元件是一种当电流流过它时产生热量的半导体，其中，PTC元件的电阻取决于温度。因此，PTC元件或PTC加热器是自调节加热元件。这种PTC元件也能够称为热敏电阻。PTC加热器产生的热量被用于提高HVAC系统中冷却剂的温度。
在US2010/0315780 A1中描述了利用冷却流体对车辆的电力电子器件单元进行冷却。当冷却流体流出电力电子器件单元时，通过在散热器中散热来使冷却流体冷却，之后冷却流体循环回到电力电子器件单元中以对该电力电子器件进行冷却。
发明内容
本发明基于指定一种电加热装置的任务，该电加热装置与现有技术中已知的电加热装置相比，在车辆中需要更少的额外安装空间。
根据本发明，该问题通过从属权利要求的主题来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于的一般概念，即车辆中的至少电力转换器被用于加热车辆的一部分。
该创新的电力转换器装置包括被电连接到电力输入端和电力输出端的至少一个电力电子器件单元。电力输入端和电力输出端可以电连接到电源。
该电力转换器装置具有至少一个流体室，所述至少一个流体室流体地连接到流体入口和流体出口。所述流体入口和流体出口可以流体地连接到流体回路，所述流体回路可以包括用于在流体回路中输送流体的流体输送单元。
流体室与电力电子器件单元热耦合，使得由电力电子器件单元产生的废热用于加热流过流体室的流体。当流体流出流体室时，该流体被用于加热车辆的一部分。电力电子器件单元或电力转换器装置可以包括由板分隔开的第一壳体和第二壳体。第一壳体和板可以形成第一空间区域，而第二壳体和板形成具有第二空间区域的流体室。该板可以是导热板，该导热板对于流体回路中的给定流体压力尽可能地薄。电力电子器件单元可以布置在第一空间区域中。第一空间区域的容积可以为2升至3升，优选地为2.6升。第二空间区域的容积可以高达1升，优选地为0.4升。
该电力转换器装置具有第一运行模式和第二运行模式，其中，与第一运行模式相比，在第二运行模式下由电力电子器件单元产生的废热的量增加。在第一运行模式下，由于电力电子器件单元的主要任务是控制和转换电力，所以由电力电子器件单元产生的废热是副产品。在第二运行模式下，增加了电力电子器件单元的运行，使得所产生的废热的量增加。第二运行可以包括增加电力电子器件单元的部件的开关频率。
电力转换器装置和/或车辆中可以包括控制单元，该控制单元可以被形成和/或编程为对电力转换器装置的运行模式进行切换。在车辆的冷启动阶段期间，电力转换器装置可以在第二运行模式下运行预定时间段。可以预期，功率转换器装置在第一运行模式下运行第一预定时间段，随后运行第二预定时间段，在所述第二预定时间段中，功率转换器装置在第二运行模式下运行。所述第一预定时间段和第二预定时间段可以被周期性地重复。
可以预期，电力转换器装置的温度由控制单元连续地测量和/或监测。可以包括ASIL(汽车安全完整性等级)相关对策以避免电力转换器装置中的过多的热量。
由于电力转换器装置用作功率转换器和电加热装置，所以不需要单独的电加热装置。由此，节省了车辆中的安装空间，并且减轻了车辆的重量。通过共享现有的电子部件，能够节省车辆的生产成本。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，电力转换器装置包括电连接至电力输入端和电力输出端的至少一个加热单元。流体室与加热单元热耦合，其中，加热单元用于加热流过流体室的流体。在电力电子器件单元不提供所需量的热能的情况下，加热单元提供能够传递到流体的附加量的热能。当电力电子器件单元在第一运行模式和/或第二运行模式下运行时，加热单元可以与电力电子器件单元同时运行。
加热单元可以由功率转换器装置和/或车辆的控制单元控制。可以预期，加热单元具有第一运行模式和第二运行模式，其中，与第一运行模式相比，在第二运行模式下由加热单元产生的热量增加。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，电力电子器件单元形成DC至DC转换器单元或AC至AC转换器单元或AC至DC转换器单元或AC至DC转换器单元。电力电子器件单元可以形成车载充电器或牵引逆变器。
可以形成DC至DC转换器单元的电力电子器件单元可以将400V的高电压转换为12V的低电压，其中提供3kW至4kW、优选3.6kW的加热功率。另外，加热单元可以提供2kW至4kW、优选2.5kW至3kW的加热功率。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，加热单元包括PTC元件和/或厚膜电阻器和/或感应模块。PTC元件可以用作将电能转换为热能的加热电阻器。PTC元件是具有正温度系数(PTC＝正温度系数)的温度相关电阻器，从而提供PTC热敏电阻元件的电阻与温度之间的非线性相关。如果超过极限温度，则PTC热敏电阻元件的电阻随着温度的增加而非线性地增加。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，电力电子器件单元的开关频率在第二运行模式下增加，以便增加热能的量。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，电力转换器装置包括第一壳体和第二壳体，其中，所述第一壳体和第二壳体由流体不可渗透的板分隔开，其中，所述第一壳体和板形成第一空间区域，电力电子器件单元和加热单元布置在该第一空间区域中，其中，所述板和第二壳体形成具有第二空间区域的流体室。所述第一空间区域的容积可以大于第二空间区域的容积。所述第一空间区域的容积可以为2升至3升、优选为2.6升。所述第二空间区域的容积可以高达1升，优选地为0.4升。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，电力电子器件单元形成车载充电器或牵引逆变器，和/或电力电子器件单元形成DC至DC转换器，所述DC至DC转换器将400V的高电压转换成12V的低电压，其中，提供3kW至4kW、优选3.6kW的加热功率，和/或加热单元提供2kW至4kW、优选2.5kW至3kW的加热功率。
本发明还涉及一种加热车辆的一部分的方法。设置至少一个电力转换器装置和在流体回路中循环的流体，其中，该流体由电力转换器装置的废热加热。流体回路可以包括用于在流体回路中输送流体的流体输送单元。电力转换器装置和/或车辆中可以包括控制单元，该控制单元可以被形成和/或编程为控制和/或执行该方法。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，电力转换器装置形成根据本发明的具有第一运行模式和第二运行模式的电力转换器装置。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，电力转换器装置在加热模式下运行预定时间段，在该预定时间段期间废热的量增加。在加热模式下，电力转换器装置可以以更高的开关频率运行，以便产生更多的热能。如果电力转换器装置包括第一运行模式和第二运行模式，则所述第二运行模式对应于加热模式。
在车辆的冷启动阶段期间，电力转换器装置可以在加热模式下运行预定时间段。可以预期，功率转换器装置在正常模式下运行第一预定时间段，随后运行第二预定时间段，在第二预定时间段中，功率转换器装置在加热模式下运行。所述第一预定时间段和第二预定时间段可以被周期性地重复。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，流体是冷却剂或制冷剂。流体可以流过车辆的一部分的冷却回路。这可以用于将热能传递到车辆的该部分。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，车辆的一部分是车辆的空间区域和/或电池单元和/或车辆内部。所述电池单元可以包括锂离子电池，该锂离子电池必须在预定的温度范围内运行，以便确保电池单元的最佳运行。在给定低温条件下，电力转换器装置只要需要达到所需温度范围，就能够用于加热电池单元。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，车辆是电动车辆。这种电动车辆可以是混合动力车辆或全电动车辆或燃料电池电动车辆。由于这种车辆不具有内燃机，因此必须由车辆的电子部件提供所需量的热能。由于本发明以创造性的方式使用车辆的电子部件，所以节省了车辆中的安装空间并且减轻了车辆的重量。此外，能够降低车辆的制造成本。
在根据本发明的解决方案的另一有利实施例中，功率转换器装置在正常模式下运行第一预定时间段，随后运行第二预定时间段，在所述第二预定时间段中，功率转换器装置在加热模式下运行，其中，所述第一预定时间段和第二预定时间段被周期性地重复。
从从属权利要求、附图和参照附图的相关附图描述中显现出本发明的其他重要特征和优点。
不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要说明的特征不仅能够以分别说明的组合使用，而且能够以不同的组合或单独使用。
附图说明
本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并且在以下说明书中更详细地说明，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
在附图中，分别示意性地示出。
图1是根据本发明的电力转换器装置，
图2是根据本发明的具有电力转换器装置的车辆。
具体实施方式
图1所示的电力转换器装置1包括第一壳体12和第二壳体13。所述第一壳体12和第二壳体13由基本上对流体不可渗透的板14分隔开。
所述第一壳体12设置电力输入端3和电力输出端4。所述第二壳体13设置流体入口6和流体出口7。
所述第一壳体12和板14形成第一空间区域，电力电子器件单元2和加热单元8布置在该第一空间区域中。电力电子器件单元2通过未示出的电导线与电力输入端3和电力输出端4电连接。加热单元8通过未示出的电导线电连接至电力输入端3和电力输出端4。电子器件单元2和加热单元8可以热耦合到板。在电力电子器件单元2的运行期间和/或在加热单元8的运行期间产生的热能通过板14传递到第二空间区域。第一空间区域占据的容积可以小于第二空间区域占据的容积。
所述板14和第二壳体13形成具有第二空间区域的流体室5。所述流体室5包括流体入口6和流体出口7。流体可以通过流体入口6进入流体室5，并通过流体出口7离开流体室5。当流体流过流体室5时，流体吸收通过板14从第一空间区域传递到第二空间区域的热能。
如图2所示，电力输入端3通过电导线与电源15电连接。电源15可以是车辆10的电池单元或充电站。电力输出端4通过电导线与车辆的装置16电连接。由于装置16不能被电源15的电力直接驱动，所以电力电子器件单元2转换和/或控制用于驱动电气装置16的电力。装置16可以是将电能转换成机械能的电机。
流体室5流体地连接至具有车辆10的一部分9的流体回路11。该部分9可以是电池单元或HVAC单元。流体回路11包括流体管线和未示出的至少一个流体泵。流体泵可以用于泵送流体回路11中的流体。
电力转换器装置1可以在加热模式下运行预定时间段。在该预定时间段期间，电力电子器件单元2可以在提供更大量的热能的模式下运行。此外，加热单元8可以被接通以提供附加量的热能。可以预期，功率转换器装置1在正常模式下运行第一预定时间段，随后运行第二预定时间段，在所述第二预定时间段中，功率转换器装置1在加热模式下运行。所述第一预定时间段和第二预定时间段可以被周期性地重复。
车辆10可包括几个电力转换器装置1，以便增加所提供的热能的量。这对于例如公共汽车中的空气调节能够是有利的。

Claims (12)

1.一种电力转换器装置(1)，其包括：
-至少一个电力电子器件单元(2)，其被电连接到电力输入端(3)和电力输出端(4)，
-至少一个流体室(5)，其流体地连接到流体入口(6)和流体出口(7)，
-其中，所述流体室(5)与电力电子器件单元(2)热耦合，使得由所述电力电子器件单元(2)产生的废热用于加热流过流体室(5)的流体，
-其中，所述电力转换器装置(1)具有第一运行模式和第二运行模式，
-其中，与所述第一运行模式相比，在所述第二运行模式下由电力电子器件单元(2)产生的废热的量增加,
-至少一个加热单元(8)，其被电连接至电力输入端(3)和电力输出端(4)，
-所述流体室(5)与加热单元(8)热耦合，
-其中，所述加热单元(8)用于加热流过流体室(5)的流体,
-其中，电力转换器装置(1)包括第一壳体(12)和第二壳体(13)，
-其中，所述第一壳体(12)和第二壳体(13)由流体不可渗透的板(14)分隔开，
-其中，所述第一壳体(12)和板(14)形成第一空间区域，所述电力电子器件单元(2)和加热单元(8)布置在所述第一空间区域中，
-其中，所述板(14)和第二壳体(13)形成具有第二空间区域的流体室(5),
-其中，所述电力电子器件单元(2)形成DC至DC转换器，所述DC至DC转换器将400V的高电压转换为12V的低电压，其中，提供3kW至4kW的加热功率。
2.根据权利要求1所述的电力转换器装置(1)，
其中，所述加热单元(8)包括PTC元件和/或厚膜电阻器和/或感应模块。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换器装置(1)，
其中，所述电力电子器件单元(2)的开关频率在第二运行模式下增加。
4.根据权利要求1或2所述的电力转换器装置(1)，
-其中，所述电力电子器件单元(2)形成车载充电器，和/或
-其中，加热单元(8)提供2kW至4kW的加热功率。
5.根据权利要求1所述的电力转换器装置(1)，
其中，所提供的加热功率为3.6kW。
6.根据权利要求4所述的电力转换器装置(1)，
其中，所述加热单元(8)提供2.5kW至3kW的加热功率。
7.一种对车辆(10)的一部分(9)进行加热的方法，所述方法包括：
-设置至少一个电力转换器装置(1)，
-设置在流体回路(11)中循环的流体，
-其中，所述流体由所述电力转换器装置(1)的废热加热,
-其中，所述电力转换器装置(1)形成根据权利要求1至6之一所述的电力转换器装置。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中，所述电力转换器装置(1)在加热模式下运行预定时间段，在所述预定时间段期间，废热的量增加。
9.根据权利要求7或8所述的方法，
其中，所述流体是冷却剂或制冷剂。
10.根据权利要求7或8所述的方法，
其中，所述车辆(10)的所述部分(9)是所述车辆的空间区域和/或电池单元和/或车辆内部。
11.根据权利要求7或8所述的方法，
其中，所述车辆(10)是电动车辆。
12.根据权利要求8所述的方法，
-其中，所述电力转换器装置(1)在正常模式下运行第一预定时间段，随后运行第二预定时间段，在所述第二预定时间段中，所述电力转换器装置(1)在加热模式下运行，
-其中，所述第一预定时间段和第二预定时间段被周期性地重复。
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