本实用新型涉及新能源汽车驱动技术领域，具体涉及一种车用电力变换装置。
背景技术：
新能源汽车(包括混合动力汽车和纯电动汽车)因不同的设计考虑对其功率变换装置的要求不一致。针对采用低电池电压，高电机电压的新能源汽车，在电机驱动器前级的直流部分需设置升压变换器，将较低的电池电压升压至足够驱动电机的高压直流电。针对采用双驱动电机或双绕组电机的新能源汽车通常需要两个电机控制器，以驱动不同电机或绕组。针对安装有大功率电机的新能源汽车，通常采用驱动器并联的方式以增加其输出功率。对于上述需要两个变换器/驱动器的应用，采用单独的变换装置或单面集成布置的方式不利于减小体积和提升功率密度。
技术领域
为了满足新能源汽车电机控制器和电压变换器高功率密度、低制造成本的要求，本实用新型提供了一种车用电力变换装置。
本实用新型的技术方案是：
所述电力变换装置包含两套功率变换单元，所述两套功率变换单元分别布置在液冷散热器两侧，共用一个液冷散热器；所述每套功率变换单元配置为将直流电流转换为交流电流的直流-交流功率单元、将直流电进行升压或降压变换的直流-直流功率单元和将交流电流转换为直流电流的交流-直流功率单元中的任意一种。
每套所述功率变换单元均包含电容元件、功率半导体元件和驱动电路板，功率半导体元件安装在液冷散热器侧面，驱动电路板连接功率半导体元件，功率半导体元件连接电容元件。
所述的功率半导体元件采用Si材料或SiC材料的IGBT管和MOSFET管。
两套所述功率变换单元的组合配置为一台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元和一台将直流电进行升压或降压变换的直流-直流变换单元的串联组合，或配置为两台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元的并联组合或者端接组合。
所述液冷散热器中设有用于冷却功率半导体元件的水道，水道中间设置可拆卸薄板，可拆卸薄板置于两个功率变换单元的两个功率半导体元件散热结构之间，将冷却液水道分成上、下两部分，上、下两部分相通，其中一个部分作为水流入口，另一个部分作为水流出口。
所述液冷散热器两侧分别安装有密封外壳，两个密封外壳的内部分别作为电力变换装置的两个腔室，使得所述两套功率变换单元分别布置于两个腔室中。
所述电力变换装置包括电气功率接口，电气功率接口连接两套功率变换单元，所述电气功率接口为至少一组直流端子和至少一组交流端子。
当两套功率变换单元的组合配置为一套直流-直流变换单元和一套直流-交流变换单元的组合时，电气功率接口配置为一组直流端子和一组交流端子；当两套功率变换单元的组合配置为两套直流-交流变换单元的组合时，电气功率接口配置为一组直流端子和一组交流端子，或者一组直流端子和两组交流端子。
所述功率变换单元连接若干功率母排，功率母排用于连接或断开两套功率变换单元的直流端或交流端与电气功率接口的直流端子或交流端子之间。功率母排分为直流母排和交流母排，直流母排用于连接或断开功率变换单元的直流端与直流端子，交流母排用于连接或断开功率变换单元的交流端与交流端子。直流端子和交流端子用于外部连接电池和电机绕组。
作为一种实施方式，当两套功率变换单元的组合配置为一套直流-交流变换单元和一套直流-直流变换单元的组合时，一对直流母排连接直流端子和直流-直流变换单元的输入端之间，另一对直流母排连接直流-直流变换单元的输出端和直流-交流变换单元的直流端之间，一组交流母排连接直流-交流变换单元的交流端和交流端子之间。
作为另一种实施方式，当两套功率变换单元的组合配置为两套直流-交流变换单元的组合时，一对直流母排连接直流端子和两个直流-交流变换单元的直流端之间，一组或两组交流母排分别连接两组直流-交流变换单元的交流端和交流端子之间。
所述液冷散热器上设置有穿通结构，位于不同腔室的功率母排穿设过穿通结构后互相连接。
所述两套功率变换单元共用一个电容元件或者各自使用一个电容元件：
共用一个电容元件的情况：两套功率变换单元公共的直流端共同连接到同一个电容元件；并且所述液冷散热器上布置有穿通结构，穿通结构用于安装和放置共用的电容元件；
各自使用一个电容元件的情况：两套功率变换单元的直流端分别连接到各自的一个电容元件，两个电容元件分别布置在液冷散热器，两个电容元件之间液冷散热器中设置水道，以辅助电容散热。
作为一种实施方式，所述电力变换装置包括两套以上的控制电路板，两套以上的控制电路板分别向两组功率变换单元发送控制信号和接收处理反馈信号。
作为另一种实施方式，所述电力变换装置包括一套控制电路板，一套控制电路板与两套功率变换单元的驱动电路板连接，向两套功率变换单元发送控制信号和接收处理反馈信号，两个腔室均设有用于控制电路板安装的安装位置，控制电路板布置在任一腔室内，控制电路板根据需要布置于两个腔室的任意一个安装位置。
具体实施中，控制电路板连接其中一套功率变换单元的驱动电路板，该套功率变换单元的驱动电路板再经连接线连接另一套功率变换单元的驱动电路板。控制电路板发出的门极开关信号通过一组连接线发送至一个驱动电路板或，驱动电路板或再通过另一组连接线将门极开关信号发送至另一块驱动电路板或，两块驱动电路板门极信号保持同步。
针对采用双电机或双绕组电机的新能源汽车，电力变换装置中的两个功率变换组合配置为两个将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元。
针对采用低电池电压、高电机电压的新能源汽车，电力变换装置的两个功率变换单元配置为一个将直流电进行升压或降压变换的直流-直流变换单元和一个将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元。其中直流-直流变换单元用于将较低的电池电压进行升压变换成电机驱动器所需的高压直流电，直流-交流变换单元用于将高压直流电变换成为驱动电机所需的交流电。同时电能可以反向流动，通过电机为电池进行充电。
与最接近的现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型技术方案中，所述功率变换单元可根据需要灵活配置，针对低电池电压、高电机电压的新能源汽车，功率变换单元可配置为直流-直流变换器和直流-交流变换器组合的结果，节省了单独直流-直流变换器的空间，减少成本。
本实用新型技术方案中，所述液冷散热器水道中布置有特殊的可拆卸薄板，以帮助形成冷却液回流通道，使水道加工简单，节省加工成本。
本实用新型技术方案中，所述液冷散热器在放置电容的位置可选择布置穿通结构，以方便两套功率变换单元共用同一直流电容，减小元件数量和元件成本；
本实用新型技术方案中，所述功率变换单元若不共用直流电容，可在所述液冷散热器的电容安装位置布置水道，以增强电容散热，降低电容失效率。
本实用新型技术方案中，仅采用一套控制电路板，且连接至驱动电路板的排线采用菊花链的方式依次连接至第一套驱动电路板和第二套驱动电路板，以节省元件数量和安装工序。
附图说明
图1为所述电力变换装置的布置示意图；
图2为所述电力变换装置采用独立电容方案的布置示意图；
图3为所述电力变换装置采用共用电容方案的布置示意图；
图4为所述电力变换装置配置为直流-直流和直流-交流变换单元的组合的接线图；
图5为所述电力变换装置配置为两个直流-交流变换单元的组合的第一种接线图；
图6为所述电力变换装置配置为两个直流-交流变换单元的组合的第二种接线图；
图7为所述电力变换装置控制电路板至两块驱动电路板的线路配置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的电力变换装置主要由液冷散热器2、两套功率变换单元3,4、控制电路板7和密封外壳51,52组成，液冷散热器2两侧分别安装有密封外壳51,52，两个密封外壳51,52的内部分别作为电力变换装置的两个腔室61,62。两套功率变换单元3,4分别布置在液冷散热器2两侧，共用一个液冷散热器2，布置于由两个密封外壳51,52和液冷散热器组成的腔室61,62中。
第一套功率变换单元3布置于由密封外壳51和液冷散热器2组成的腔室61中，第一套功率变换单元3包含功率半导体元件31、驱动电路板32和电容元件33，功率半导体元件31连接电容元件33，功率半导体元件31安装在液冷散热器2侧面，驱动电路板32连接功率半导体元件31。
第二套功率变换单元4布置于由密封外壳52和液冷散热器2组成的腔室62中，第二套功率变换单元4同样包含功率半导体元件41、驱动电路板42和电容元件43，功率半导体元件41连接电容元件43，两个功率半导体元件41安装在液冷散热器2侧面，驱动电路板42连接功率半导体元件41。
针对采用双电机或双绕组电机的新能源汽车，电力变换装置1中的功率变换组合配置为两个将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元。
形成的功率变换组合的接线方式如图2所示，第一套功率变换单元3为直流-直流变换单元，第二套功率变换单元4为直流-交流变换单元，使得两套功率变换单元的组合配置为一台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元和一台将直流电进行升压或降压变换的直流-直流变换单元的串联组合。即如图4所示，直流端子81经一直流母排91连接到直流-直流变换单元(功率半导体元件31)的输入端，直流-直流变换单元输出端经另一直流母排92连接到直流-交流变换单元(功率半导体元件41)的输入端，直流-交流变换单元的输出端经交流母排93连接到交流端子82。直流端子81和交流端子82均采用高压大电流连接器。
两套功率变换单元3,4各自使用一个电容元件，两套功率变换单元3,4的功率半导体元件的直流端分别连接到各自的一个电容元件33,34，电容元件33,34均连接到直流-直流变换单元和直流-交流变换单元之间的直流母排92上。
如图2所示，两套功率变换单元3,4的母线电容元件33,43布置于功率半导体元件的直流输入侧附近，以减小功率回路杂散电感。同时，母线电容元件33,34紧贴液冷散热器侧表面，以增强散热效果。此外，液冷散热器2在电容元件33,34安装位置处布置有水道，进一步减小散热热阻，降低电容工作温度，增加其寿命。
两套功率变换单元3,4的功率半导体元件31,41分别安装在液冷散热器的上下表面，液冷散热器2在其对应位置设置有对应的冷却水道，用于冷却功率半导体元件。为简化水道加工工艺和节省加工成本，液冷散热器水道设计为直接贯穿结构。水道中间设置可拆卸薄板21，将贯穿水道一分为二，使冷却水依次流过液冷散热器的上下表面，增加同流量冷却水的换热量，以增加冷却效率。本实用新型通过采用可拆卸薄板21实现以上功能，可拆卸薄板安装于冷却水道中间，将直接贯穿的水道分为两部分22,23，冷却液流过22后从相反方向流经23，分别对位于腔室61和腔室62的功率变换单元进行冷却。
实施例2
针对采用大功率电机的新能源汽车，电力变换装置1中的功率变换组合配置为两个将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元。
本实施例和实施例1的区别在于：功率变换组合的接线方式如图5所示，第一套功率变换单元3为直流-交流变换单元，第二套功率变换单元4为者直流-交流变换单元，使得两套功率变换单元的组合配置为两台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元的端接组合。即如图5所示，直流端子81经一直流母排92连接到两个直流-交流变换单元(功率半导体元件31和功率半导体元件41)的输入端，两个直流-交流变换单元输出端经各自交流母排93连接到各自的交流端子82。电容元件33,34均连接到直流母排92上。
实施例3
针对采用大功率电机的新能源汽车，电力变换装置1中的功率变换组合配置为两个将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元。
本实施例和实施例1的区别在于：功率变换组合的接线方式如图6所示，第一套功率变换单元3为直流-交流变换单元，第二套功率变换单元4为者直流-交流变换单元，使得两套功率变换单元的组合配置为两台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元的并联组合。即如图6所示，直流端子81经一直流母排92连接到两个直流-交流变换单元(功率半导体元件31和功率半导体元件41)的输入端，两个直流-交流变换单元输出端经同一个交流母排93连接到同一个交流端子82。电容元件33,34均连接到直流母排92上。
实施例4
如图1和图3所示，本实施例的电力变换装置主要由液冷散热器2、两套功率变换单元3,4、控制电路板7和密封外壳51,52组成，液冷散热器2两侧分别安装有密封外壳51,52，两个密封外壳51,52的内部分别作为电力变换装置的两个腔室61,62。两套功率变换单元3,4分别布置在液冷散热器2两侧，共用一个液冷散热器2，布置于由两个密封外壳51,52和液冷散热器组成的腔室61,62中。
第一套功率变换单元3布置于由密封外壳51和液冷散热器2组成的腔室61中，第一套功率变换单元3包含功率半导体元件31、驱动电路板32和电容元件33，功率半导体元件31连接电容元件33，功率半导体元件31安装在液冷散热器2侧面，驱动电路板32连接功率半导体元件31。
第二套功率变换单元4布置于由密封外壳52和液冷散热器2组成的腔室62中，第二套功率变换单元4同样包含功率半导体元件41、驱动电路板42和电容元件43，功率半导体元件41连接电容元件43，两个功率半导体元件41安装在液冷散热器2侧面，驱动电路板42连接功率半导体元件41。
第一套功率变换单元3为直流-直流变换单元，第二套功率变换单元4为者直流-交流变换单元，使得两套功率变换单元的组合配置为一台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元和一台将直流电进行升压或降压变换的直流-直流变换单元的串联组合。即如图4所示，直流端子81经一直流母排91连接到直流-直流变换单元(功率半导体元件31)的输入端，直流-直流变换单元输出端经另一直流母排92连接到直流-交流变换单元(功率半导体元件41)的输入端，直流-交流变换单元的输出端经交流母排93连接到交流端子82。直流端子81和交流端子82均采用高压大电流连接器。
两套功率变换单元3,4共用一个电容元件，对于共直流母线92的功率变换单元配置，采用共用母线电容的方式进一步减少元件数量和成本。布置方式如图3所示，液冷散热器在母线电容位置布置贯穿结构34，以放置公用电容34。电容元件34连接到直流-直流变换单元和直流-交流变换单元之间的直流母排92上。
如图2所示，两套功率变换单元3,4的母线电容元件33,43布置于功率半导体元件的直流输入侧附近，以减小功率回路杂散电感。同时，母线电容元件33,34紧贴液冷散热器侧表面，以增强散热效果。此外，液冷散热器2在电容元件33,34安装位置处布置有水道，进一步减小散热热阻，降低电容工作温度，增加其寿命。
两套功率变换单元3,4的功率半导体元件31,41分别安装在液冷散热器的上下表面，液冷散热器2在其对应位置设置有对应的冷却水道，用于冷却功率半导体元件。为简化水道加工工艺和节省加工成本，液冷散热器水道设计为直接贯穿结构。水道中间设置可拆卸薄板21，将贯穿水道一分为二，使冷却水依次流过液冷散热器的上下表面，增加同流量冷却水的换热量，以增加冷却效率。本实用新型通过采用可拆卸薄板21实现以上功能，可拆卸薄板安装于冷却水道中间，将直接贯穿的水道分为两部分22,23，冷却液流过22后从相反方向流经23，分别对位于腔室61和腔室62的功率变换单元进行冷却。
实施例5
针对采用大功率电机的新能源汽车，电力变换装置1中的功率变换组合配置为两个将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元。
本实施例和实施例4的区别在于：功率变换组合的接线方式如图5所示，第一套功率变换单元3为直流-交流变换单元，第二套功率变换单元4为者直流-交流变换单元，使得两套功率变换单元的组合配置为两台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元的端接组合。即如图5所示，直流端子81经一直流母排92连接到两个直流-交流变换单元(功率半导体元件31和功率半导体元件41)的输入端，两个直流-交流变换单元输出端经各自交流母排93连接到各自的交流端子82。共同的电容元件33均连接到直流母排92上。
实施例6
针对采用大功率电机的新能源汽车，电力变换装置1中的功率变换组合配置为两个将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元。
本实施例和实施例4的区别在于：功率变换组合的接线方式如图6所示，第一套功率变换单元3为直流-交流变换单元，第二套功率变换单元4为者直流-交流变换单元，使得两套功率变换单元的组合配置为两台将直流电流转换为交流电流的直流-交流变换单元的并联组合。即如图6所示，直流端子81经一直流母排92连接到两个直流-交流变换单元(功率半导体元件31和功率半导体元件41)的输入端，两个直流-交流变换单元输出端经同一个交流母排93连接到同一个交流端子82。共同的电容元件33均连接到直流母排92上。
对于上述任何一个实施例，电力变换装置1均仅配置一块控制电路板7，用于对两套功率变换单元3,4的控制，控制电路板放置于任意一个腔室61或62内。为简化装配，控制信号采用菊花链方式连接至两块驱动电路板32,42，连接方式如图7所示。控制电路板7发出的门极开关信号通过一组连接线73发送至一个驱动电路板32或42，该驱动电路板32或42再通过另一组连接线74将门极开关信号发送至另一块驱动电路板42或32。
通过上述实施例可见，本实用新型的两个功率变换单元公用一个液冷散热器，且功率变换单元可根据需要灵活配置，可实现通用元器件共享，功率密度高，制造成本低，具有其突出显著的技术效果。