用于电动车辆或混合动力车辆中的电压转换器的制作方法

本发明涉及一种特定地用于电动车辆或混合动力车辆中的电压转换器，且更特定地涉及一种包括至少一组支撑柱的电压转换器，所述电压转换器特定地形成电池充电器。

更确切地说，本发明的目的是提供一种有利地易于调节的电压转换器，特别是为了取决于预期用途而输送不同功率电平。

背景技术：

在目前现有的电动车辆或混合动力车辆中，推进系统包括将电源电压输送到电动机以用于车辆的推进的高电压供电电池。为了对所述电池进行充电，推进系统包括形成称作“车载充电器”(on-boardcharger，obc)的电池充电器的电压转换器，所述电池充电器配置成连接到交流(alternatingcurrent，ac)电力网络，例如地区电网或国家电网。

这种车载充电器将从ac电力网络接收到的一种或若干种交流电转化成允许对电池进行充电的直流电。为此目的，车载充电器包括多个内部组件，例如一个或若干个变压器、一个或若干个电感器、一些二极管、一些晶体管等。这些内部组件安装在pcb上，所述pcb放置在配备有ac输入连接器和dc输出连接器的壳体中且可进一步车载安装在车辆上。由于一些内部组件在充电器处于运行中时可产生大量的热(特别是至少一个变压器)，因此充电器可更包括散热器模块，所述散热器模块布置在所述至少一个变压器下方以对所述至少一个变压器进行冷却。

车载充电器可以是用于分别连接到单相电力源或三相ac电力源的单相充电器或三相充电器。因此，在将内部组件安装在pcb上之前需要设计充电器，即，需要根据车载充电器(即，单相或三相)的功率和类型来选择内部组件的数目和类型。因此，这种充电器的设计可以是复杂的且成本高昂，这是由于其只能与具体的预定类型的ac电力网络一起工作。此外，可能无法适当地排出由内部组件产生的热，这可能会损坏车载充电器。

因此，需要易于设计且还可提供对由内部组件产生的热的高效排出的电压转换器解决方案，特别是电池充电器解决方案。

技术实现要素：

本发明涉及一种特定地用于电动车辆或混合动力车辆中的电压转换器，所述电压转换器包括壳体；至少第一转换单元和第二转换单元，安装在所述壳体中且配置成用于将交变相电流转换成直流电；和至少一组支撑柱，安装在所述第一转换单元上以支撑所述第二转换单元。

这组支撑柱允许有利地堆叠多个转换单元，从而提供易于设计和组装的可调式充电器。

在实施例中，至少第一转换单元和第二转换单元中的每一个包括电路板，至少一组支撑柱安装在第一转换单元的电路板上以支撑第二转换单元的电路板。

在实施例中，多个容纳孔形成于第一转换单元的电路板中，至少一组支撑柱中的每个支撑柱包括第一端，所述第一端包括插入第一转换单元的电路板中所形成的对应容纳孔中的齿轮(或链轮)。

在实施例中，至少一组支撑柱中的每个支撑柱包括与第一端相对的第二端，所述第二端包括平坦部分。

有利地，第二端的平坦部分界定中心容纳孔。

在实施例中，中心容纳孔配置成用于容纳用于支撑另一转换单元的另一支撑柱的齿轮或用于固定第二转换单元或第三转换单元的电路的螺钉。

有利地，至少一组支撑柱包括用于高效地支撑第二转换单元的多个支撑柱，优选地为至少四个，甚至更优选地为至少八个。

根据实施例，至少一组支撑柱中的支撑柱由金属材料(例如镀镍黄铜)制成。

根据实施例，至少第一转换单元和第二转换单元中的每一个包括容纳模块，所述容纳模块包括沿着纵向平面延伸的底壁和正交于所述纵向平面从所述底壁延伸的侧壁，所述底壁和所述侧壁限定称作“容纳空间”的至少一个内部空间，所述至少一个容纳空间配置成用于容纳用于将交流电的电能转换成直流电的电能的至少一个磁性元件。

在实施例中，容纳模块安装在至少第一转换单元或第二转换单元的电路板上。

在实施例中，容纳模块包括正交于纵向平面延伸的至少一个连接部分，至少第一转换单元和第二转换单元通过其相应连接部分连接。至少一个连接部分允许有利地将第二转换单元安装在第一转换单元上(一个转换单元位于另一个转换单元上方)，特别是为了构建可调式充电器。

在实施例中，至少一个连接部分是管的部分。因此，将两个容纳模块连接在一起是容易且快速的。

有利地，管是冷却系统的一部分且配置成允许冷却流体流动通过容纳模块。

在实施例中，冷却通道形成在侧壁内部以允许冷却流体从容纳模块的一个连接部分流动到另一连接部分。这种冷却通道允许排出由安装在容纳模块的内部空间中的至少一个磁性元件产生的热。

在实施例中，底壁位于容纳模块的底部表面上，至少一个连接部分从容纳模块的所述底部表面延伸，从而允许将所述容纳模块与位于所述容纳模块下方的另一容纳模块连接在一起。

在实施例中，至少一个连接部分从容纳模块的与底部表面相对的顶部表面延伸，从而允许将容纳模块与位于所述容纳模块上方的另一容纳模块连接在一起。

在实施例中，容纳模块包括从侧壁延伸的至少一个延伸部分、从所述延伸部分延伸的至少一个连接部分，从而允许将容纳模块与另一容纳模块连接在一起，同时提供对容纳模块的内部空间的访问。

有利地，容纳模块包括从至少一个延伸部分的相对表面延伸的至少一个第一连接部分和至少一个第二连接部分，从而允许将容纳模块同时与位于所述容纳模块上方的另一容纳模块和位于所述容纳模块下方的另一容纳模块连接在一起。

有利地，容纳模块是单件式元件，即，至少一个连接部分、底壁和侧壁(例如通过模制塑料材料)来源于相同材料。因此，这种单件式元件易于构建且具有抵抗性。

根据实施例，容纳模块包括安装在至少一个容纳空间中以将交流电的电能转换成直流电的电能的至少一个磁性元件。

有利地，转换单元是电连接的。

在实施例中，电压转换器形成特定地用于从外部电力网络对车载于车辆上的电池进行充电的电池充电器。

在第一变型中，转换单元以单相配置连接。这有利地允许电池充电器在若干个转换单元可并联连接时是可调节的，从而使充电器的设计极为容易。因此，电池充电器的功率可由布置在壳体中的所连接的转换单元的数目限定。举例来说，如果转换单元的功率是3.5kw，那么三个转换单元的并联连接提供10.5kw的充电器。

在第二变型中，转换单元以三相配置连接。举例来说，电池充电器可包括通过其相应连接部分连接的三个转换单元，每个转换单元在不同相电流下工作。

本发明还涉及一种包括如先前所描述的车载电压转换器的电动车辆或混合动力车辆。

附图和以下描述中阐述一个或多个实施例的细节。其它特征将从描述和图式且从权利要求书显而易见。

附图说明

在附图中：

图1示出根据本发明的电池充电器的实施例的正视透视图。

图2示出图1的电池充电器的仰视透视图。

图3示出图1的电池充电器的壳体的俯视图。

图4示出图3的壳体的俯视透视图。

图5示出根据本发明的转换单元的实施例的俯视透视图。

图6示出图5的转换单元的仰视透视图。

图7示出图6的转换单元的容纳模块的仰视透视图。

图8示出图7的容纳模块的俯视透视图。

图9示出图7的容纳模块的后视图。

图10示出图7的容纳模块的纵向水平截面俯视图。

图11示出图7的容纳模块的透视横向截面视图。

图12示出图7的容纳模块的透视纵向竖直截面视图。

图13示出图7的容纳模块的另一透视纵向竖直截面视图。

图14示出图7的容纳模块的俯视透视图，磁性组合件安装到所述容纳模块中。

图15示出图14的磁性组合件的俯视透视图。

图16示出图15的磁性组合件的仰视透视图。

图17示出支撑柱的透视图。

图18a示出图5的更包括连接管的转换单元的俯视透视图。

图18b示出图18a的转换单元的仰视透视图。

图19示出图1的包括第一转换单元的电池充电器1的局部左前透视图，壳体是透明的。

图20示出图19的更包括第一组支撑柱的电池充电器1的局部左前透视图。

图21示出图20的更包括第二转换单元的电池充电器1的局部左前透视图。

图22示出图21的更包括第二组支撑柱的电池充电器1的局部左前透视图。

图23示出图22的更包括第三转换单元的电池充电器1的局部左前透视图

图24示出图23的更包括固定螺钉、ac连接器和dc连接器的转换单元的电池充电器1的局部左前透视图。

图25示出图24的更包括封盖的电池充电器1的局部左前透视图。

图26示出根据本发明的方法的实施例。

具体实施方式

现在将参看图1到图26描述根据本发明的电压转换器的实施例。在此实例中，电压转换器是配置成用于车载安装在电动车辆或混合动力车辆上的电池充电器。然而，本发明可应用于任何类型的电力设备，特别是应用于任何类型的电压转换器，特别是应用于允许例如使用ac供电源对dc电池进行充电的任何类型的电池充电器。

在下文所描述的优选实施例中，电池充电器配置成用于从ac供电源(例如家用电网或公用电网)对电池进行充电。换句话说，电池充电器配置成用于从ac供电源接收至少一种ac电流，将所述至少一种ac电流转换成dc电流，供应所述dc电流以对电池进行充电。接收到的至少一种ac电流可以是单相ac电流或若干种多相ac电流(例如三相移位ac电流)。

在图1到图25上所示出的示例性实施例中，电池充电器1包括三个转换单元10。在另一实施例中，在不限制本发明的范围的情况下，电池充电器1可包括大于三个或小于三个转换单元10。

图1到图4示出根据本发明的电池充电器1的实施例。在本描述中，电池充电器1的任何元件的表面参看图1和图2限定如下：顶部t表面、底部b表面、前端f表面、后端k表面、左侧l表面和右侧r表面。因此，在下文中将使用那些定义对电池充电器1的元件的位置进行任何参考(顶部、底部、前端、后端、左侧或右侧)。

电池充电器1包括壳体2，所述壳体例如由金属或塑料材料制成。壳体2包括以单件式元件形式呈现的底壁2a和矩形侧壁2b，和使用螺钉2d固定在侧壁2b上闭合所述壳体2的封盖2c。电池充电器1还包括ac连接器3和dc连接器4。ac连接器3允许接收由供电源(未绘示)输送的至少一种ac电流。dc连接器4允许将由电池充电器1产生的dc电流输送到电池(未绘示)。举例来说，这种电池可以是高电压电池，即，大于60伏。在此非限制性实例中，电池充电器1更包括如将在下文中描述的信号连接器5。

参看图3和图4，壳体2的底壁2a和矩形侧壁2b限定配置成用于容纳转换单元10(例如如图18a到图25上所绘示)的内部空间。在此实例中，底壁2a包括用于支撑转换单元10的电路板11的多个支柱2a1(在图3的所示实例中为九个)和两个定位柱2a2。

每个定位柱2a2呈从底壁2a竖直地延伸的细长元件的形状且包括用以啮合在电路板11中所形成的孔中以将所述电路板11定位在支柱2a1上的突出端。

每个支柱2a1呈从底壁2a竖直地延伸的细长元件的形状且包括用以容纳支撑柱20-1(如将在下文中描述)的齿轮的中空端。支柱2a1和定位柱2a2可形成于壳体2的底壁2a中或可以是插入件。

如图3上所示出，两个孔2a3形成于底壁2a中以允许两个连接管6(如图2上所绘示)通过，如在下文中解释的，所述连接管配置成用于连接到允许冷却流体(例如水)流通以对电池充电器1进行冷却的冷却模块(未绘示)。

如图4上所示出，孔2b1形成于侧壁2b的前端f表面上以容纳转换单元10的信号连接器5(如图1上所绘示)。

在图5和图6上所示出的实例中，每个转换单元10包括电路板11、一些电容器元件12、容纳模块13、安装在所述容纳模块13上的磁性组合件14、输入滤波器15和输出滤波器16。

在此实例中，电路板11是印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)，所述印刷电路板配置成用于电连接电容器元件12、容纳模块13、磁性组合件14、输入滤波器15、输出滤波器16和(如果存在)信号连接器5。

信号连接器5是任选的且配置成用于在电路板11与外部设备(未绘示)(例如测试或控制设备)之间交换信号。

电容器元件12配置成用于使内部dc链路中间电压稳定。

容纳模块13配置成用于容纳磁性组合件14。为此目的，如图7上所示出，容纳模块13包括沿着纵向平面β延伸的底壁13a和正交于所述纵向平面β从所述底壁13a延伸的侧壁13b。

参看图7和图8，容纳模块13包括从侧壁13b的后端k表面延伸的第一延伸部分13c-1和第二延伸部分13-c2。每个延伸部分13c-1、延伸部分13c-2包括正交于纵向平面β从所述延伸部分13c-1、延伸部分13c-2的顶部t表面延伸的第一连接部分13c1。每个延伸部分13c-1、延伸部分13c-2包括正交于纵向平面β从所述延伸部分13c-1、延伸部分13c-2的底部b表面延伸的第二连接部分13c2，所述底部b表面与所述顶部t表面相对。

每个第一连接部分13c1配置成适配到相同容纳模块13的第二连接部分13c2中，所述第一连接部分13c1和所述第二连接部分13c2是互补部分且流体连接。

在此较佳实施例中，如图10和图13上所绘示，相同延伸部分13c-1、延伸部分13c-2的第一连接部分13c1和第二连接部分13c2有利地通过贯通开口13c4流体连接以允许冷却流体(例如水)在整个所述延伸部分13c-1、延伸部分13c-2中通过。在此实例中，第一连接部分13c1和第二连接部分13c2是管的部分。

为达到液密(即，防漏)连接，参看图8，第一连接部分13c1呈中空轴的形状，而参看图9，第二连接部分13c2在其自由端处包括倒角(chamfer)(即，斜角(bevel))13c21并且，在所述倒角13c21下方，凹槽13c22与所述倒角13c21形成凸肩(shoulder)13c23。

可进一步将垫圈接头插入凹槽13c22中以密封与另一容纳模块13的对应延伸部分13c-1、延伸部分13c-2的第一连接部分13c1的连接。

倒角13c21的形状和由凹槽13c22形成的灵活性允许将第二连接部分13c2容易地插入另一容纳模块13的第一连接部分13c1中，而凸肩13c23允许将所述第二连接部分13c2保留于所述第一连接部分13c1中。

如图8上所示出，容纳模块13还包括平行于第一连接部分13c1从延伸部分13c-1、延伸部分13c-2突出的第一固定部分13c3和从侧壁13b延伸的第二固定部分13d。孔形成于所述第一固定部分13c3和第二固定部分13d的突出端上，以将容纳模块13固定在电路板11的底部b表面上(如图5和图6上所示出)。

参看图5和图6，容纳模块13还包括安装在侧壁13b的外侧上的一些电子组件13f，例如晶体管或二极管。这些电子组件由接线板13g保持在侧壁13b上。

在此实例中，底壁13a和侧壁13b限定被称作“容纳空间”13e1、“容纳空间”13e2的两个内部空间。第一容纳空间13e1和第二容纳空间13e2由分隔壁13e3间隔开以容纳如在下文中描述的磁性组合件14的不同电组件。

如图10到图13上所示出，冷却通道13b1形成在将第一延伸部分13c-1的贯通开口13c4连接到第二延伸部分13c-2的贯通开口13c4的侧壁13b内部。冷却通道13b1配置成容纳冷却流体，所述冷却流体允许吸收由容纳空间13e1、容纳空间13e2中的磁性组合件14产生的热并且吸收由位于侧壁13b的外部部分上的电子组件13f产生的热。换句话说，冷却通道13b1限定允许冷却流体在第一延伸部分13c-1与第二延伸部分13c-2之间的流动f1的冷却回路。我们应注意，在不脱离本发明的范围的情况下还可以使如图10和图13上所绘示的流动f1的方向反向。

如图15和图16上所示出，磁性组合件14包括支撑壁14a和安装在所述支撑壁14a上的两个磁性元件14b、磁性元件14c。

在此实例中，磁性组合件14包括电感器元件14b和变压器14c。电感器元件14b配置成用于校正变压器14c的功率因数。变压器14c配置成用于将通过ac连接器3从电源接收到的至少一种ac电流的电能转换成通过dc连接器4例如向车辆的电池输送的dc电流的电能。

输入滤波器15配置成用于对经由ac连接器3从电源接收到的ac电流信号中的噪音进行滤波。输出滤波器16配置成用于对例如经由dc连接器4向车辆的电池输送的dc电流信号中的噪音进行滤波。

可根据电池充电器1的配置来调整转换单元10-1、转换单元10-2、转换单元10-3之间的电连接。举例来说，对于单相电池充电器1，每个转换单元10-1、转换单元10-2、转换单元10-3的电路板11的输入端电连接在一起。对于三相电池充电器1，每个转换单元10-1、转换单元10-2、转换单元10-3的电路板11的输入端分别连接到相位不同相位(例如相位a、相位b和相位c)。

如图24上所示出，电池充电器1更包括安装在第一转换单元10-1上以支撑第二转换单元10-2的第一组支撑柱20-1和安装在第二转换单元10-2上以支撑第三转换单元10-3的第二组支撑柱20-2。在此非限制性实例中，第一组支撑柱20-1还包括九个支撑柱20-1，且第二组支撑柱20-2还包括九个支撑柱20-2。

参看图17，支撑柱20包括在第一端20b与第二端20c之间沿着轴线x延伸的圆筒形细长主体20a。在此实例中，主体20a的横向截面是六边形，但可使用任何相关形状，例如圆形截面。第一端20b包括沿着x轴线延伸的齿轮(或链轮)20b1，且第二端20c包括正交于x轴延伸的平坦部分20c1。中心容纳孔20c2形成在平坦部分20c1的中心中。所述中心容纳孔20c2配置成用于容纳另一相同支撑柱20的齿轮20b1，或容纳具有与所述齿轮20b1的直径大体上相同的直径的螺钉。至少一组支撑柱中的支撑柱可由塑料材料制成，或优选地由金属材料(例如镀镍黄铜)制成。

多个容纳孔形成在第一转换单元10-1和第二转换单元10-2的电路板11中。如图24上所示出，将第一组支撑柱20-1中的每个支撑柱20-1的齿轮20b1插入第一转换单元10-1的电路板11中所形成的对应容纳孔和对应支柱2a1的中空端中。类似地，将第二组支撑柱20-2中的每个支撑柱20-2的齿轮20b1插入第二转换单元10-2的电路板11中所形成的对应容纳孔中，进入第一组支撑柱20-1中的对应支撑柱20-1的第二端20c的中心容纳孔20c2中。

在此实例中，相同数目的容纳孔20c2形成于第三转换单元10-3的电路板11中以容纳用于将第三转换单元10-3的电路板11固定在第二组支撑柱20-2中的支撑柱20-2上的螺钉25(即，螺钉25插入第二组支撑柱20-2中的支撑柱20-2的第二端20c的中心容纳孔20c2中)。

现在将参看图18a到图26描述用于组装电池充电器1的方法的示例性实施例。

如图18a上所示出，在第一步骤s1中，两个连接管6安装在第一转换单元10-1的第二连接部分13c2上，使得第一转换单元10-1可进一步连接到冷却回路中的冷却模块。

如图19上所示出，在步骤s2中，接着在壳体2中将图18b上所示出的第一转换单元10-1放置在支柱2a1和定位柱2a2(为清楚起见，图19到图25上未绘示)上。

在步骤s3中，如图20上所示出，第一组支撑柱20-1固定在第一转换单元10-1的电路板11上以支撑第二转换单元10-2。每个支撑柱20-1包括底端，所述底端具有插入电路板11中所形成的对应孔和支柱2a1的对应中空端中的齿轮。

如图21上所示出，在步骤s4中，第二转换单元10-2安装在第一组柱20-1和第一转换单元10-1上。为此目的，第二转换单元10-2的第二连接部分13c2插入第一转换单元10-1的第一连接部分13c1中，以便连接其两个容纳模块13。

更确切地说，第二转换单元10-2的电路板11放置在第一组支撑柱20-1上，且第二转换单元10-2电连接到第一转换单元10-1。

在步骤s5中，如图22上所示出，第二组支撑柱20-2固定在第二转换单元10-2的电路板11上以便支撑第三转换单元10-3。

在此实例中，第二组支撑柱20-2中的支撑柱20-2与第一组支撑柱20-1中的支撑柱20-1相同。在这种情况下，每个支撑柱20-1的底端的齿轮通过电路板11中的对应孔插入于位于所述对应孔下方的支撑柱20-1的顶端的对应孔中。

如图23上所示出，在步骤s6中，第三转换单元10-3布置在第二组柱20-2上且电连接到第二转换单元10-2。信号连接器5安装在壳体2的对应孔2b1上以允许从第一转换单元10-1、第二转换单元10-2和第三转换单元10-3的电路板11收集信号。

例如使用调整盖来阻断第三转换单元10-3的第一连接部分13c1，以闭合从第一转换单元10-1、第二转换单元10-2和第三转换单元10-3中的每一个的连接部分6、延伸部分13c-1、延伸部分13-c2和冷却通道13b1延伸的冷却回路。

可替代地，第三转换单元10-3的第一连接部分13c1可形成为与延伸部分13c-1、延伸部分13c-2相同的材料，使得第三转换单元10-3准备好充当冷却回路的闭合元件。

在步骤s7中，一些螺钉25用于将第三转换单元10-3的电路板11通过所述电路板11的对应孔固定到第二组支撑柱20-2，且ac连接器3和dc连接器4安装在壳体2的侧壁2b上且电连接到第一转换单元10-1、第二转换单元10-2和第三转换单元10-3。

有利地，本发明允许电连接呈单相配置(即，电池充电器是配置成用于连接到单相ac供电源的单相电池充电器)或呈三相配置(即，电池充电器是配置成用于连接到三相ac供电源的三相电池充电器)的第一转换单元10-1、第二转换单元10-2和第三转换单元10-3。

在后者配置中，第一转换单元10-1、第二转换单元10-2和第三转换单元10-3中的每一个将不同ac电流转换成相同dc电流。

在步骤s8中，如图25上所示出，使用螺钉2d将封盖2c螺纹连接在侧壁2b上，且电池充电器1准备好车载安装在车辆上。

因此，根据本发明的容纳模块13允许高效地排出由安装在容纳空间13e1、容纳空间13e2内部的磁性组件14b、磁性组件14c产生的热和由安装在侧壁13b的外部部分上的电子组件13f产生的热，从而避免损坏电池充电器1。

虽然实施例已经参考其许多说明性实施例来描述，但应理解，可由所属领域的技术人员设计将落入本公开的原理的精神和范围内的许多其它修改和实施例。

更特定地说，可能对本公开、附图以及所附权利要求书的范围内的主题组合布置的构成部分和/或布置做出各种变化和修改。除组成部分和/或布置的变化和修改之外，对于所属领域的技术人员来说替代性使用也将是显而易见的。特定来说，虽然已结合车载电池充电器的实例描述本发明，但本发明还适用于配置成从车载于车辆上的高电压电池对低压电池进行充电的dc/dc转换器。