车用功率转换模块的制作方法

本发明涉及一种环境友好车辆用的功率转换模块，其中功率转换单元与外壳、散热片、冷却单元以及散热器风机相结合。

背景技术：

一般地，电动车或者混合动力车装备有各种操作车辆的电力电子控制设备，例如：存储用于驱动发动机的电能(例如，高压直流电)的电池；将从电池输出的高压直流电(DC)转换成高压交流电(AC)的逆变器；以及将高压DC电流转换成低压DC电流，并且利用低压DC电流对低压电池充电的低压DC-DC转换器(LDC)。

具体地，逆变器使用功率模块将输入至逆变器的电容模块的高压DC转换成高压AC，并将该高压AC传输至发动机。LDC将高压DC转换成用于对低压电池充电的低压DC。因此，对于电动车和混合动力车而言，逆变器和LDC都是必不可少的元件，并且通常安装在车辆的发动机室内。然而，这些设备的安装降低了车辆的空间组织效率并且导致增加车辆的制造成本。

具体地，根据现有技术的结构了解了由逆变器和LDC共享的电容模块。在此结构中，逆变器的功率模块和LDC并联地连接到电容模块。因此，过度负荷施加于电容模块上，导致电容模块将产生大量的热。这在电路的操作或者寿命上最终具有负面影响。

上文所述旨在仅用于帮助理解本发明的背景，并且其不意味着本发明落入了本领域技术人员已知的现有技术的范围内。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种安装在车内的车用的功率转换组件，其将高压DC转换成高压AC或低压DC，并且减少通过设备产生的热，因此提高设备的效率和耐久性。

具体地，本发明提供一种安装在车内的车用的功率转换组件，其 可包括：外壳；功率转换单元，其安装在外壳底板的内表面上，该功率转换单元包括电容模块、逆变器的功率模块以及低压DC-DC转换器(LDC)；水冷式冷却单元，其安装在外壳底板的外表面上，并且布置在逆变器的功率模块和LDC的对应位置上，外壳的底板插入在该逆变器的功率模块和LDC两者与该水冷式冷却单元之间；安装在外壳底板外表面上的空气冷却式散热片，并且其布置于电容模块的对应位置上，外壳的底板插入在该空气冷却式散热片与该电容模块之间；以及散热器风机，其设置成与车辆的散热器相邻，并且配置成产生同时冷却散热器和空气冷却式散热片的冷却空气风。

该功率转换模块还可包括：高压输入连接器，其设置成与外壳的内壁表面相邻，并且与功率转换单元的电容模块相连以施加高电压。逆变器的功率模块、LDC以及电容模块可被布置在组成功率转换单元的同一平面上。因此，逆变器的功率模块与LDC可在车辆的后退-前进方向上彼此相邻。电容模块可相邻于逆变器的功率模块和LDC的相应侧。电容模块也可在电容模块面对逆变器的功率模块的位置上经由第一导线与逆变器的功率模块电连接，并且电容模块可在电容模块面向LDC的位置上经由第二导线与LDC电连接。

逆变器的功率模块在车辆的横向(widthwise)方向可具有比LDC更窄的宽度，并且逆变器的功率模块和LDC可与电容模块相邻。外壳可包含(例如，包围)逆变器的功率模块、LDC以及电容模块，以与逆变器的功率模块、LDC以及电容模块的边缘紧密接触(例如，邻接)。因此，外壳的凹陷部可形成于逆变器的功率模块与LDC相连的位置上。功率转换模块可包括高压输出连接器，其设置于外壳的凹陷部中，并且与逆变器的功率模块相连，外壳位于高压输出连接器与逆变器的功率模块之间，并且高压输出连接器可配置成输出交流电压。

空气冷却式散热片可具有平行于由散热器风机产生的冷却空气风的方向的空气通道。更进一步的，空气冷却式散热片和电容模块可在车辆的后退-前进方向上布置成面向散热器风机。在功率转换模块中，水冷式冷却单元的冷却水通道可与散热器相连以使用散热器消散逆变器的功率模块和LDC的热，并且使用空气冷却式散热片消散电容模块的热。

如上所述构建的车辆的功率转换模块具有如下优点：

首先，由于电容模块使用了空气冷却技术来提高散热效率，因此车用设备的效率和耐久性将被提高。

其次，由于高压DC输入端可置于外壳中，并且用于驱动电动机的AC输出端可置于外壳的凹陷部，因此其能够防止当高压连接器与安装于发动机室内的部件相碰撞时出现的介质击穿。

第三，由于电容模块和LDC之间的距离将减少，因此电磁兼容性将提高，生产成本将降低。

附图说明

从以下结合附图进行的详细说明中，本发明的以上和其他目的、特征和优点将更加显而易见，其中：

图1是示出根据本发明的一例示例性实施例的功率转换单元和外壳的布置的视图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的功率转换单元和冷却单元的布置的视图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的从车辆前方观察的功率转换单元的布置的视图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的空气通道和散热片的结构的方向的视图。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的示例性实施例。

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、公交车、卡车、各式商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其他代用燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所述，混合动力车指的是具有两种或者多种动力源的车辆，例如，同时具有汽油动力和电动力的车辆。

虽然所述示例性实施例使用大量用以执行示例流程的单元进行描述，但是应当理解的是，示例流程也能够通过一个或多个模块执行。此外，应当理解的是，术语“控制器”/“控制单元”指的是包含存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置用以存储模块并且处理器特别地被配置用以执行所述模块，以执行一个或多个下文描述的处理。

此外，本发明的控制逻辑可实施为包含能由处理器，控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。例如：计算机可读介质可以包括但不仅限于，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，光盘(CD)-只读存储器(ROM)，磁带，软盘，闪存盘，智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在连接网络的计算机系统当中，使得计算机可读介质例如，利用远程信息处理服务器或者控制器局域网络(CAN)，分布式地存储和执行。

本文所使用的术语仅是为了说明特定实施例的目的，而非意在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚指明，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何或全部组合。

图1到图3是示出根据本发明的示例性实施例的车用的功率转换模块100的视图。如图1到图3所示，功率转换模块100可包括外壳110、电容模块132、包括逆变器的功率模块134和低压DC-DC转换器(LDC)136的功率转换单元130、水冷式冷却单元190，空气冷却式散热片180，以及散热器风机200。

电容模块132可安装在外壳内并且可附着于外壳110的底面上。水冷式冷却单元190可安装在外壳110的外底表面上，并且可布置在逆变器的功率模块134和LDC136的对应位置上，其中在逆变器的功率模块134和LDC136两者与水冷式冷却单元190之间插入有外壳110的底板。空气冷却式散热片180可安装在外壳110的外底表面上，并 且可布置在电容模块132的对应位置上，其中在空气冷却式散热片180与电容模块132之间插入有外壳110的底板。散热器风机200可以与车辆的散热器相邻，并且可配置成产生同时冷却散热器和空气冷却式散热片190的冷却空气流A(本文中，指代冷却空气风)。

具体地，空气冷却式散热片180可被布置，从而使空气流经的空气通道182设置成与通过散热器风机200产生的冷却空气风A平行。空气冷却式散热片180以及电容模块132都可设置成在车辆的纵向(lengthwise)方向(例如，后退-前进方向)延伸，并且面对散热器风机200。空气通道182可通过由置于车辆前部的散热器风机200产生的冷却空气风A产生。换句话说，空气通道182可形成为在图3中的A方向上进行延伸。

此外，如图3所示，当车辆行驶而产生的车辆风B的方向与通过散热器风机200产生的冷却空气风A的方向可以相同。因此，车辆风B也可以在图3中的B方向上进行流动。更进一步地，设置于外壳的底板上的空气冷却式散热片180可采取各种形式。当通过散热器风机200产生的冷却空气风A和由于车辆风B产生的空气通道182是相同的方向时，因为下述将讨论的原因，由面对空气冷却式散热片180的电容模块132产生的热量将显著减少。

通过散热器风机200产生的并且流经空气通道182的冷却空气风A，和车辆风B具有基本直线(例如，线性)的流动特性。因此，当风触碰(例如，碰撞或者接触)在与风的方向不同的方向上延伸的障碍物时，风的强度将减小。换句话说，当由散热器风机200产生的冷却空气风A以及车辆风B无阻力的流经空气冷却式散热片180时，通过电容模块132产生的热将被显著的减少。

因此，当空气冷却式散热片180设置在与冷却空气风A和车辆风B相同的方向上时，通过电容模块132产生的热将有效地减少。空气冷却式散热片180的详细布置将在图4中示出。此外，水冷式冷却单元190的冷却通道可与安装在车内的已有的散热器连接，因此能够减少由逆变器的功率模块134和LDC136产生的热。

具体地，如图3所示，在水冷式冷却单元190操作中，由于逆变器的功率模块134和LDC136的运行而加热的水冷式冷却单元190中 的水通过水泵192进行循环，并当热水在循环时，热水可通过由散热器风机200产生的冷却空气风A或车辆风B进行冷却。换句话说，当水进行循环时，通过逆变器的功率模块134和LDC136产生的热将减少。因此，根据本发明的功率转换模块100，通过组成功率转换单元130的电容模块132、逆变器的功率模块134以及LDC136产生的热可使用散热器、散热器风机200以及现有车辆安装有的水泵192减少。

此外，通过电容模块132、逆变器的功率模块134以及LDC136产生的热的减少将导致由组成各种设备的电路的电容器、电感、二极管等产生的热的减少。当通过电路产生的热减少时，电路将更加稳定的运行。电连接的电子元件易于发生热损伤。因此，当热量增加时，电子元件的耐久性和性能将会劣化。根据本发明的示例性实施例，能够通过使用空气冷却式散热片180和水冷式冷却单元190减少由组成功率转换单元130的电容模块132、逆变器的功率模块134以及LDC136产生的热，并且因此，电容模块132、逆变器的功率模块134以及LDC136的耐久性、性能、效率都将提高。

在本发明的示例性实施例中，通过在外壳11的底板上布置空气冷却式散热片180，尤其布置在电容模块132的对应位置上，电容模块132的热的减少可达到最大化。该布置可由于电容模块132与逆变器的功率模块134和LDC136两者进行并联连接的电路连接而设计。由于并联连接，电容模块132配置成相较于功率模块134或LDC136接收更大的负载量。因此，电容模块132可配置成相较于功率模块134或LDC136产生大量的热。

此外，使用空气冷却式散热片180的冷却方法与使用布置在功率模块134和LDC136的对应位置的水冷式冷却单元190的冷却方法不同，不需要水泵192的运行。换句话说，通过仅使用由散热器风机200产生的冷却空气风A能够减少由电容模块132产生的热。此外，当车辆行驶时(例如，当车辆被驱动时)，如上所述，由于车辆的移动产生的车辆风B在图3的B方向上形成空气通道。因此，能够无需运行水泵192或者散热器风机200，并且仅通过使用空气冷却式散热片180来减少由电容模块132产生的热。

换句话说，当通过仅使用车辆风B减少由电容模块132的电路的 运行产生的热时，由电容模块132产生的热可无需额外的冷却设备，例如水泵192以及散热器风机200进行减少。因此，车辆的整体功率效率将提高，因此，将提高燃料效率。

此外，如图1所示，功率转换模块还可包括与功率转换单元130相结合的高压输入连接器150以及高压输出连接器160。高压输入连接器150可设置成与外壳110的内壁表面相邻。高压输入连接器150可与功率转换单元130的电容模块132相连，并且因此可配置成施加高电压至电容模块132。高压输出连接器160可设置在外壳的凹陷部112中，并且可与逆变器的功率模块134相连，其中外壳位于高压输出连接器160与逆变器的功率模块134之间，因此输出交流电压至功率模块134。凹陷部112可形成于逆变器的功率模块134和LDC136彼此接触(例如，连接)的位置。

换句话说，如图1所示，高压输入连接器150可设置在外壳110内，并且高压输出连接器160可设置在外壳的凹陷部(例如，洼地)。因此，连接器将不暴露在外并且可通过外壳110保护。因此，在车辆的前部或者后部的碰撞过程中，可防止当高压连接器与安装在发动机室内的内部部件碰撞时出现的高压介质击穿，并且可满足高压安全法规。

此外，根据本发明的示例性实施例，如图1所示，逆变器的功率模块134、LDC136以及电容模块132可设置在组成功率转换单元130的同一平面上。逆变器的功率模块134和LDC136可在车辆的后退-前进方向上(例如，沿着车辆的纵向方向，即，沿着车辆的纵长方向)设置成彼此相邻，并且电容模块132可设置成与逆变器的功率模块134和LDC136的侧面相邻。电容模块132可在电容模块132面对逆变器的功率模块134的位置上经由第一导线电连接至功率模块134，并且在电容模块132面对LDC136的位置上经由第二导线电连接至LDC136。

逆变器的功率模块134在车辆的横向方向比LDC136更窄。逆变器的功率模块134和LDC136可设置成与电容模块132相邻(例如，可邻接或者接近)。当外壳110与逆变器的功率模块134、LDC136以及电容模块132的边缘相邻(例如，当邻接时)时，外壳110可包围(例如，覆盖或含有)逆变器的功率模块134、LDC136以及电容模块 132。

根据传统技术，电容模块、逆变器的功率模块以及LDC设置于外壳内，并且设置成在已有车辆的横向方向上平行。然而，根据本发明的示例性实施例，电容模块132可设置成与LDC136接触的同时也与逆变器的功率模块134接触。因此，电容模块132和LDC136之间的距离将减小以因此稳定功率电路。因此，LDC136的电磁兼容性将提高。由于在现有功率转换模块中已使用的导线或者母线将被消除，生产成本将减少。此外，由于外壳的尺寸可由于电容模块132、逆变器的功率模块134以及LDC136的空间组织有效的布置而减小，车辆的发动机室的空间将得以更有效地组织。

尽管本发明的示例性实施例用于阐述目标已被描述，本领域技术人员应当理解的是，在未背离由所附权利要求公开的本发明的技术思想和范围的情况下，能够做出各种修改、增加以及删减。