CN117616885A - 电压转换系统和用于制造这种电压转换系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电压转换系统(1000)，包括：电压转换器(100)；包括冷却装置的壳体(200)，所述电压转换器(100)定位在所述壳体(200)内部以便与所述冷却装置进行热接触；以及包括第一汇流条(310)和第二汇流条(330)的电连接器(300)，所述电连接器(300)被设计成经由所述第一汇流条(310)和所述第二汇流条(330)将所述电压转换器(100)电连接到至少一个电气网络；所述系统的特征在于，所述第一汇流条(310)经由所述壳体(200)的外部与所述冷却装置进行热接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种机动车辆旨在配备有的电压转换系统。本发明还涉及一种用于制造这种电压转换系统的方法。
背景技术
已知的电压转换系统包括：电压转换器；包括冷却装置的壳体，电压转换器定位在壳体内部以便与冷却装置热接触；以及电连接器。
在此类系统中，电连接器包括第一汇流条和第二汇流条并且被设计成经由第一汇流条和第二汇流条将电压转换器电连接到至少一个电气网络。
然而，在此类电压转换系统中，当电压转换器处理的功率增大时，电连接器中并且更特别地其汇流条中产生的热量可能变得过多。
本发明的目的是至少部分地缓解上述问题。
发明内容
为此，根据本发明的第一方面，提供了一种电压转换系统，该系统包括：
电压转换器，
包括冷却装置的壳体，电压转换器位于壳体内部以与冷却装置热接触，以及包括第一汇流条和第二汇流条的电连接器，该电连接器被设计成经由第一汇流条和第二汇流条将电压转换器电连接到至少一个电气网络。
该系统的进一步特征在于，第一汇流条经由壳体的外部与冷却装置热接触。
在本发明的上下文中，汇流条是低阻抗的导体，例如金属条，例如由铜制成的条。
因为第一汇流条经由壳体的外部与冷却装置进行热接触，所以可以冷却该第一汇流条并且因此避免电连接器的过多发热。
根据本发明的电压转换系统可以进一步包括单独或以任何技术上可能的组合采取的以下可选特征中的一个或多个。
根据第一特征，电连接器紧固至壳体。
根据另一特征，电压转换器是DC到DC电压转换器。
根据另一特征，电压转换器是DC到AC电压转换器。
根据另一特征，电连接器进一步包括第一连接端子和第二连接端子，第一汇流条和第二汇流条能够分别经由第一连接端子和第二连接端子机械地且电气地连接到所述至少一个电气网络。
根据另一特征，第一连接端子是金属螺柱，例如由钢制成。
根据另一特征，第二连接端子是金属螺柱，例如由钢制成。
根据另一特征，第二汇流条经由壳体的外部与冷却装置进行热接触。
根据另一特征，第一汇流条和/或第二汇流条统一地形成，即由相同材料制成并且一体地形成。
根据另一特征，第一汇流条和/或第二汇流条的一部分位于壳体内部。
根据另一特征，电连接器包括由电绝缘材料(例如塑料)制成的包覆成型件，该包覆成型件至少部分地包覆成型第一汇流条和第二汇流条。
根据另一特征，包覆成型件将第一汇流条和第二汇流条保持在一起。
根据另一特征，壳体进一步包括承载托盘，该承载托盘能够相对于壳体的第二体积限定壳体的第一体积，冷却流体旨在流过该第一体积以冷却电压转换器，电压转换器定位在该第二体积中。
根据另一特征，壳体包括冷却流体入口、冷却流体出口，并且第一体积包括将冷却流体入口连接到冷却流体出口的至少一个冷却通道。
根据另一特征，壳体包括底部和围绕底部的外周侧壁，并且冷却通道至少部分地由承载托盘和/或底部和/或外周侧壁和/或由在底部与承载托盘之间延伸的至少一个壁界定。
根据另一特征，外周侧壁包括朝向壳体的外部的第一面，所述外周侧壁在底部与承载托盘之间延伸，承载托盘的一个部分基本上垂直于外周侧壁的第一面延伸，该部分包括布置成接纳电连接器的通孔，承载托盘包括第二面以及与承载托盘的第二面相反的第二面，电压转换器布置在该第二面上，电连接器紧固至承载托盘的第一面。
根据另一特征，外周侧壁、承载托盘以及在底部与承载托盘之间延伸的所述至少一个壁由相同材料制成并且例如通过铸造工艺一体形成。
根据另一特征，第一汇流条例如通过导热链接元件、导热膏或热垫(又名“间隙垫”)经由壳体的外部与冷却装置进行热接触。
根据另一特征，冷却装置包括基部，该基部具有旨在接收由电压转换器发出的待消散的热量的第一面以及位于基部的与第一面相反的第二面上的至少一个翅片，基部的第一面朝向壳体的内部，第一汇流条与基部的第二面进行热接触。
根据另一特征，电连接器进一步包括第一辅助连接端子，第一汇流条和第二汇流条能够分别经由第一辅助连接端子和第二连接端子机械地且电气地连接到所述至少一个电气网络。
根据另一特征，电连接器进一步包括第一辅助连接端子和第二辅助连接端子，第一汇流条和第二汇流条能够分别经由第一辅助连接端子和第二辅助连接端子机械地且电气地连接到所述至少一个电气网络。
根据另一特征，第一辅助连接端子是金属螺柱，例如由钢制成。
根据另一特征，第二辅助连接端子是金属螺柱，例如由钢制成。
根据本发明的第二方面，还提供了一种用于制造根据本发明的第一方面的电压转换系统的过程，该过程包括：
获得电压转换器，
获得包括冷却装置的壳体，
将电压转换器定位在壳体中，使得电压转换器与冷却装置进行热接触，
获得包括第一汇流条和第二汇流条的电连接器，该电连接器被设计成经由第一汇流条和第二汇流条将电压转换器电连接到至少一个电气网络，
使第一汇流条经由壳体的外部与冷却装置热接触。
根据本发明的安装方法可以进一步包括以下可选特征，根据该可选特征，该安装方法进一步包括将电连接器紧固至壳体。
通过仅以非限制性示例方式给出并参考以下附图进行的以下描述将更好地理解
本发明：
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电压转换系统的俯视图。
图2是图1所示的电压转换系统的三维分解图。
图3是图1的电压转换系统的壳体的顶部部分的三维分解图。
图4是图1的电压转换系统的壳体的底部部分的视图。
图5示出了电连接器，其中没有对图1的电压转换系统进行包覆成型。
图6以流程图的形式示出了用于制造图1的电压转换系统的过程的各个步骤。
具体实施方式
图1示出了本发明的一个实施例中的电压转换系统1000的俯视图。
如图2所示，电压转换系统1000包括被设计成将第一电压V1转换为第二电压V2的电压转换器100、包括旨在冷却电压转换器100的冷却装置的壳体200以及电连接器300。
在这里描述的示例中，电连接器300进一步紧固至壳体200。换句话说，电连接器300是在与壳体200组装之前与壳体200分离的部分。
在这里描述的示例中，电压转换器100是DC到DC电压转换器。该电压转换器旨在放置在车辆上，以便在车辆的第一电气网络与第二电气网络之间转换电压。典型地，第一电气网络是传送低于30V(例如约24V或12V)的第一电压V1的低电压网络，并且第二电气网络是传送高于30V(例如48V)的第二电压V2的高电压网络。
在这里描述的示例中，电压转换器100包括电路板110，该电路板包括并联的多个电压斩波器(图2中未示出)。电压斩波器中的每一个都包括电感器和两个用作电子开关的晶体管。
在这里描述的示例中，这两个晶体管是MOSFET(MOSFET代表金属氧化物半导体场效应晶体管)。作为变体，这些晶体管也可以是由氮化镓(GaN)制成的IGBT(IGBT代表绝缘栅双极晶体管)或功率FET(FET代表场效应晶体管)。
已知的是，这种电压转换器100可以根据并联放置的电压斩波器的数量来处理各种操作功率。
参考图3和图4，壳体200包括底部210、围绕底部210的外周侧壁220、承载托盘230和旨在冷却电压转换器100的冷却装置。
外周侧壁220在底部210与所述承载托盘230之间延伸并且包括朝向壳体200的外部的第一面。
底部210采用位于外周侧壁220的支承表面上的盖的形式，并且例如通过摩擦搅拌焊接紧固至外周侧表面220。
作为变体，盖可以被拧到外周侧壁220的支承表面上，密封件被插入在盖与外周侧壁220之间。
承载托盘230限定壳体200的第一体积PV1和壳体200的第二体积PV2，冷却流体(例如水)旨在流过该第一体积以冷却电压转换器100，电压转换器100安装在该第二体积中。
因此，承载托盘230包括朝向第一体积PV1的第一面和朝向第二体积PV2的第二面，第二面与第一面相反。
此外，电压转换器100例如通过螺钉定位在第二面上并紧固到第二面。作为变体，电压转换器100通过铆接或者甚至通过粘接紧固到第二面。
壳体200进一步包括冷却流体入口240和冷却流体出口250，而第一体积由将冷却流体入口240连接到冷却流体出口250的冷却通道构成。
在这里描述的实施例中，冷却通道由承载托盘230的第一面、底部210、外周侧壁220以及在底部210与承载托盘230之间延伸的壁260界定。
以此方式，冷却流体流过冷却通道并且因此在支承电压转换器100的承载托盘230下方允许电压转换器100被冷却。
因此，冷却通道、冷却流体入口、冷却流体出口和承载托盘形成用于冷却电压转换器100的装置。
此外，承载托盘230的一个部分235基本上垂直于外周侧壁220的第一面延伸，该部分235包括通孔236，该通孔布置成接纳电连接器300，以便将该电连接器300紧固到承载托盘230的第一面。
在这里描述的示例中，外周侧壁220、承载托盘230和壁260由相同的材料制成并且例如由金属(比如铝)例如通过铸造工艺一体地形成。换句话说，外周侧壁220、承载托盘230和壁260形成单个金属部分，该单个金属部分例如由铝制成并且通过例如铸造工艺生产。作为变体，外周侧壁220、承载托盘230和壁260可以是在组装之前单独生产的部分。
参考图5，电连接器300包括第一正汇流条310、第二正汇流条320和负汇流条330，负汇流条330旨在连接至电接地。
在这里描述的示例中，第一正汇流条310由金属(例如铜)制成。同样，第二正汇流条320由金属(例如铜)制成。最后，负汇流条330也由金属(例如铜)制成。
在这里描述的示例中，第一正汇流条310、第二正汇流条320和负汇流条330进一步形成单件，即它们由相同的材料制成并且一体地形成。
电连接器300被设计成将电压转换器100经由第一正汇流条310和负汇流条330电连接到第一电气网络，并且经由第二正汇流条320和负汇流条330电连接到第二电气网络。
将理解的是，在所描述的示例中，第一正汇流条310、第二正汇流条320和负汇流条330是设计成承受至少10A/mm2的电流密度的刚性电导体。
因此，当电压转换器100将第一电压V1转换为第二电压V2时，第一正汇流条310和负汇流条330之间具有第一电压V1，并且第二正汇流条320和负汇流条330之间具有第二电压V2。
在这里描述的示例中，第一正连接端子紧固至第一正汇流条310的平坦段，第二正连接端子紧固至第二正汇流条320的平坦段，并且负连接端子紧固至负汇流条330的平坦段。
在这里描述的示例中，第一正连接端子、第二正连接端子和负连接端子分别是螺柱312、322、332。螺柱312、322、332带有螺纹并且由金属(例如钢)制成。
第一正连接端子和负连接端子允许汇流条310、330机械地紧固到供电电缆，以便将这些汇流条310、330电连接到第一电气网络。同样，第二正连接端子和负连接端子允许汇流条320、330机械地紧固到供电电缆，以便将这些汇流条320、330电连接到第二电气网络。
例如，通过以下方式将电缆紧固到这些汇流条之一：将汇流条的带螺纹的螺柱插入电缆的接线片的孔眼中，然后将螺母拧到带螺纹的螺柱上以将接线片压靠在汇流条上，以便电连接汇流条和接线片。
可选地，第一辅助正连接端子紧固到第一正汇流条310的平坦段，并且辅助负连接端子334紧固到负汇流条330的平坦段。
在这里描述的示例中，第一辅助正连接端子和辅助负连接端子分别是螺柱314、334。螺柱314、334由金属(例如钢)制成。
第一辅助正连接端子和辅助负连接端子允许汇流条310、330机械地紧固到供电电缆，以便将这些汇流条310、330电连接到第一电气网络。
使用两个不同的连接端子允许正汇流条通过两个不同的供电电缆机械地和电气地紧固到第一电气网络。
因此，经过这两条电缆中每一条的电流减少，并且因此电缆发热更少。
同样，第二正连接端子和辅助负连接端子允许汇流条320、330机械地紧固到供电电缆，以便将这些汇流条320、330电连接到第二电气网络。
电连接器300进一步包括围绕第一正汇流条310、第二正汇流条320和负汇流条330的磁环340。
第一正汇流条310、第二正汇流条320和负汇流条330至少部分地用绝缘材料350(在图5中未示出但在图2中可见)(例如绝缘塑料)包覆模制。
在这里描述的示例中，在第一正汇流条310、第二正汇流条320和负汇流条330已经被包覆模制之后，将磁环340安装在这三个汇流条310、320、330周围。
在这里描述的示例中，第一正汇流条310的第一端大体上是T形的。第一正连接端子和第一辅助正连接端子各自紧固到该T的横向条的不同端部。同样，在所描述的示例中，负汇流条330的第一端大体上是T形的。负连接端子和辅助负连接端子各自位于该T的横向条的不同端部处。
作为变体，第一正汇流条310的第一端可以大体上是Y形的。然后，第一正连接端子和第一辅助正连接端子将各自紧固到该Y的不同臂的一个端部。同样，负汇流条330的第一端可以大体上是Y形的。然后，负连接端子和辅助负连接端子将各自位于该Y的不同臂的一个端部处。
在这里描述的示例中，电连接器300例如通过螺钉经由承载托盘230的第一面紧固至壳体200的外部。在这里描述的示例中，电连接器300经由位于承载托盘230的部分235中的块270以及经由位于承载托盘230的第一面上的至少一个紧固块271被紧固至该承载托盘的第一面。
为了将电连接器300紧固到壳体200的外部，第一正汇流条310的第二端、第二正汇流条320的第二端和负汇流条330的第二端插入到通孔236中，使得这些端部位于壳体200内部并且更准确地说位于壳体200的第二体积PV2中并且使得这些端部可以物理地连接到电压转换器100。为了确保电连接器300与壳体200之间的密封气密性，当电连接器300紧固到壳体200时，可以在电连接器300与壳体200之间插入围绕通孔236的密封件。
此外，当电连接器300紧固至壳体200时，第一正汇流条310和负汇流条330经由壳体200的外部与壳体200的冷却装置热接触。
凭借经由壳体200的外部与该壳体200的冷却装置的热接触，第一正汇流条310和负汇流条330可以被冷却，这限制了它们的发热、电连接器300的发热、以及连接到该电连接器300的端子的电缆的发热。
在这里描述的示例中，第一正汇流条310经由放置在壳体200的外表面与第一正汇流条310的表面之间的至少一个热垫与壳体200的外部进行热接触。
在所描述的示例中，三个热垫410、420和430(在图1中，仅热垫410和430可见)被放置在壳体200与第一正汇流条310之间。
同样地，负汇流条330经由放置在壳体200的外表面与负汇流条330的表面之间的至少一个热垫与壳体200的外部进行热接触。
作为变体，第一正汇流条310和/或负汇流条330经由放置在它们与壳体200的外表面之间的导热膏而与壳体200的外部进行热接触。
在这里描述的示例中，第一正汇流条310与壳体200的底部210和外周侧壁220进行热接触。以此方式，冷却流体流过冷却通道并因此与底部210和外周侧壁220接触允许第一正汇流条310被冷却。
在这里描述的示例中，负汇流条330与承载托盘230的第一表面进行热接触。以此方式，冷却流体流过冷却通道并因此与承载托盘230触允许负汇流条330被冷却。
可选地，冷却装置可以包括散热器，该散热器包括基部和至少一个翅片(图中未示出)。散热器的基部包括旨在接收由电压转换器100发出的待消散的热量的第一面和与第一面相反的第二面。所述至少一个翅片位于第二面上。换句话说，基部的第一面朝向壳体的内部，而基部的第二面朝向壳体的外部。例如，壳体220的底部210可以形成这样的基部。在这里描述的示例中，第一正汇流条310经由所述至少一个热垫并且经由壳体200的侧壁220与基部的第二面(即与底部210的外侧部分)热接触。
参考图6，现在将描述用于制造电压转换系统1000的过程2000的一个示例。
在步骤E2100中，获得电压转换器100。
在步骤E2200中，获得包括冷却装置的壳体200。
在步骤E2300中，将电压转换器100定位在壳体200中，使得电压转换器100与冷却装置进行热接触。
在步骤E2400中，获得包括第一汇流条310和第二汇流条330的电连接器300，所述电连接器被设计成经由所述第一汇流条和所述第二汇流条将所述电压转换器100电连接到至少一个电气网络，
在步骤E2500中，将电连接器300紧固至壳体200。
在步骤E2600中，使第一汇流条310经由壳体200的外部与冷却装置热接触。
在步骤E2700中，使第二汇流条330经由壳体200的外部与冷却装置热接触。
还应注意，本发明不限于上文所述的实施例。具体地，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，根据刚刚披露给他们的教导，可以对上文所述实施例进行各种修改。
例如，电压转换器可以是DC到AC电压转换器，并且电连接器可以仅能够将电压转换器100电连接到第二电气网络。换句话说，在实施例的该示例中，电连接器将仅包括第二正汇流条和负汇流条，所述第二正汇流条与电转换系统的壳体的外部进行热接触以对其进行冷却。
根据另一示例，电压转换系统100可以不具有冷却通道并且仅包括散热器。在本实施例中，底部210与承载托盘230为同一部分。
此外，权利要求中使用的术语不得被解释为限于上述实施例的元件，而是相反必须被解释为包括任何等效元件，该任何等效元件的规定在本领域技术人员应用她或他的一般知识的能力范围内。
Claims (14)
1.一种电压转换系统(1000)，包括：
a)电压转换器(100)，
b)包括冷却装置的壳体(200)，所述电压转换器(100)位于所述壳体(200)内部以便与所述冷却装置进行热接触，以及
c)包括第一汇流条(310)和第二汇流条(330)的电连接器(300)，所述电连接器(300)被设计成经由所述第一汇流条(310)和所述第二汇流条(330)将所述电压转换器(100)电连接到至少一个电气网络，
所述系统，其特征在于，所述第一汇流条(310)经由所述壳体(200)的外部与所述冷却装置进行热接触。
2.如前一权利要求所述的电压转换系统(1000)，其中，所述电连接器(300)进一步包括第一连接端子(312)和第二连接端子(332)，所述第一汇流条(310)和所述第二汇流条(330)能够分别经由所述第一连接端子(312)和所述第二连接端子(332)机械地且电气地连接到所述至少一个电气网络。
3.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述第二汇流条(330)经由所述壳体(200)的外部与所述冷却装置进行热接触。
4.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述第一汇流条(310)和/或所述第二汇流条(330)统一地形成，即由相同材料制成并且一体地形成。
5.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述第一汇流条(310)和/或所述第二汇流条(330)的一部分位于壳体内部。
6.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述电连接器(300)包括由电绝缘材料、例如塑料制成的包覆成型件(350)，所述包覆成型件(350)至少部分地包覆成型所述第一汇流条和所述第二汇流条(310，330)。
7.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述壳体(200)进一步包括承载托盘(230)，所述承载托盘能够相对于所述壳体(200)的第二体积(PV2)限定所述壳体(200)的第一体积(PV1)，冷却流体旨在流过所述第一体积以冷却所述电压转换器(100)，所述电压转换器(100)定位在所述第二体积中。
8.如前一权利要求所述的电压转换系统(1000)，其中，所述壳体(200)包括冷却流体入口(240)、冷却流体出口(250)，并且所述第一体积(PV1)包括将所述冷却流体入口(240)连接到所述冷却流体出口(250)的至少一个冷却通道。
9.如前一权利要求所述的电压转换系统，其中，所述壳体包括底部(210)和围绕所述底部(210)的外周侧壁(220)，并且其中，所述冷却通道至少部分地由所述承载托盘(230)和/或所述底部(210)和/或所述外周侧壁(220)和/或由在所述底部(210)与所述承载托盘(230)之间延伸的至少一个壁(260)界定。
10.如前一权利要求所述的系统(1000)，其中，所述外周侧壁(220)、所述承载托盘以及在所述底部(210)与所述承载托盘(230)之间延伸的所述壁(240，250)由相同材料制成，并且例如通过铸造工艺一体地形成。
11.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述第一汇流条(310)例如通过导热链接元件、导热膏或热垫(410，430)经由所述壳体(200)的外部与所述冷却装置进行热接触。
12.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述冷却装置包括基部，所述基部具有旨在接收由所述电压转换器发出的待消散的热量的第一面以及位于所述基部的与所述第一面相反的第二面上的至少一个翅片，所述基部的所述第一面朝向所述壳体的内部，所述第一汇流条与所述基部的所述第二面进行热接触。
13.如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)，其中，所述电连接器(300)进一步包括第一辅助连接端子(314)，所述第一汇流条(310)和所述第二汇流条(330)能够分别经由所述第一辅助连接端子(314)和所述第二连接端子(332)机械地且电气地连接到所述至少一个电气网络。
14.一种用于制造如前述权利要求中任一项所述的电压转换系统(1000)的过程(2000)，包括：
a)获得(E2100)电压转换器(100)，
b)获得(E2200)包括冷却装置的壳体(200)，
c)将所述电压转换器定位(E2300)在所述壳体中，使得所述电压转换器与所述冷却装置进行热接触，
d)获得(E2400)包括第一汇流条(310)和第二汇流条(330)的电连接器(300)，所述电连接器(300)被设计成经由所述第一汇流条(310)和所述第二汇流条(330)将所述电压转换器(100)电连接到至少一个电气网络，
e)使(E2600)所述第一汇流条(310)经由所述壳体(200)的外部与所述冷却装置热接触。
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