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CN109671563A - 用于电动车辆的逆变器的电容器和相关联方法 - Google Patents

用于电动车辆的逆变器的电容器和相关联方法 Download PDF

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CN109671563A CN201811179134.9A CN201811179134A CN109671563A CN 109671563 A CN109671563 A CN 109671563A CN 201811179134 A CN201811179134 A CN 201811179134A CN 109671563 A CN109671563 A CN 109671563A
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Abstract

根据本公开的示例性方面的电动车辆尤其包括通过逆变器电耦接到电池组的电机。此外，所述逆变器包括具有内部冷却通道的电容器。还公开了一种方法。

Description

用于电动车辆的逆变器的电容器和相关联方法
技术领域
本公开涉及用于电动车辆的逆变器的电容器。
背景技术
减少汽车燃料消耗和排放的愿望是众所周知的。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。目前正在为此目的开发电动车辆。通常，电动车辆与传统的机动车辆不同，因为它们由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相反，传统的机动车辆完全依靠内燃发动机来驱动车辆。
高压电池组通常为电动车辆的电机和其他电力负载供电。电机通常通过逆变器耦接到电池组。已知逆变器包括使电压变化平滑的电容器。
发明内容
根据本公开的示例性方面的电动车辆尤其包括通过逆变器电耦接到电池组的电机。此外，逆变器包括具有内部冷却通道的电容器。
在前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，内部冷却通道位于电容器的外部的内部。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，电容器包括位于内部冷却通道内部的电容器块。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，电容器包括入口和出口，并且内部冷却通道被配置为将流体从入口引导至出口。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，内部冷却通道具有宽度尺寸和高度尺寸。高度尺寸大于宽度。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，电动车辆包括流体连接到入口的冷却流体源。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，电容器的外部包括前面、后面、第一侧和第二侧、顶部和底部。此外，入口和出口形成在前面中。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，前面和后面相对于第一侧和第二侧具有增大的尺寸。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，内部冷却通道与电容器的周长同心。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，内部冷却通道包括多个段，并且每个段平行于前面、后面、第一侧和第二侧中的相邻一个。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，多个段中的每个与电容器的外部间隔开的量基本上等于内部冷却通道的厚度。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，量关于基本上整个电容器是恒定的。
在任何前述电动车辆的进一步的非限制性实施例中，电容器包括多条母线。
根据本公开的示例性方面的用于电动车辆的逆变器的电容器尤其包括内部冷却通道。
在前述电容器的进一步的非限制性实施例中，电容器块位于内部冷却通道的内部，并且内部冷却通道位于电容器的外部的内部。
在任何前述电容器的进一步的非限制性实施例中，电容器包括入口和出口。内部冷却通道被配置为将流体从入口引导到出口。
在任何前述电容器的进一步的非限制性实施例中，电容器的外部包括前面、后面、第一侧和第二侧、顶部和底部。此外，内部冷却通道包括多个段，并且每个段平行于前面、后面、第一侧和第二侧中的相邻一个。
根据本公开的示例性方面的方法尤其包括通过引导流体通过用于电动车辆的逆变器的电容器的内部冷却通道来冷却电容器。
在前述方法的进一步的非限制性实施例中，冷却步骤包括引导流体通过内部冷却通道的多个段。此外，多个段中的每个在基本上平行于电容器的外部的邻接表面的方向上延伸。
在任何前述方法的进一步的非限制性实施例中，多个段中的每个与电容器的外部的邻接表面间隔开的量基本上等于内部冷却通道的厚度。
附图说明
图1示意性地说明了电动车辆的动力传动系统。
图2是电容器的透视图。
图3是图2的电容器沿线3-3截取的横截面图。
图4是图3的电容器沿线4-4截取的横截面图。
具体实施方式
本公开涉及用于电动车辆的逆变器的电容器。在一个示例中，电动车辆包括通过逆变器电耦接到电池组的电机，并且逆变器包括具有内部冷却通道的电容器。为电容器提供内部冷却通道允许增加冷却，这增加了电容器的输出功率，并且反过来增加了逆变器的功率密度。
图1示意性地说明了电动车辆12的动力传动系统10。尽管描述为纯电动车辆(BEV)，但是应当理解的是，本文描述的概念不限于BEV并且可以扩展到其他电动车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)。因此，尽管在该非限制性实施例中未示出，但是电动车辆12可以配备有内燃发动机，该内燃发动机可以单独使用或与其他能源组合使用以推进电动车辆12。
在非限制性实施例中，电动车辆12是仅通过电力(诸如通过电机14)推进的纯电动车辆，而无需内燃发动机的任何辅助。电机14可操作为电动马达、发电机、或二者。电机14接收电力并提供转动输出功率。电机14可以被连接到变速箱16，用于以预定的齿轮比调节电机14的输出扭矩和速度。变速箱16通过输出轴20连接到一组驱动轮18。高压总线22通过逆变器26将电机14电连接到电池组24。电机14、变速箱16和逆变器26可以统称为变速器28。已知逆变器26包括一个或多个电容器，诸如相对于图2和图3描述的电容器。应当理解，本公开不限于用于逆变器26的电容器，并且延伸到在车辆12中的其他地方使用的电容器。
电池组24是示例性电动车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池组，其包括能够输出电力以操作电动车辆12的电机14和/或其他电力负载的多个电池组件25(即，电池阵列或电池单元组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于为电动车辆12供电。电池组24的能量存储装置(例如，电池单元)可以被周期性地充电。为此，能量存储装置可以被选择性地耦接到充电站，充电站又连接到外部电源，用于接收电力和向能量存储装置分配电力。
图1中示出的动力传动系统10是高度示意性的，并且不旨在限制本公开。在这方面，应该理解的是，动力传动系统10的某些方面在附图中被放大仅用于说明的目的。在本公开的范围内，动力传动系统10可选地或另外地采用各种附加部件。
图2是根据本公开的示例电容器30的透视图。在一个示例中，电容器30可以是逆变器26的一部分，并且用于使电压的变化平滑。在使用期间，电容器30产生大量热。电容器30可以处理的纹波电流量受到电容器30的最大允许工作温度的限制。在本公开中，电容器30包括内部冷却通道32(图3)，其引导电容器30内的流体F以热调节电容器。具体地，流体F冷却电容器30，这允许增加纹波电流处理，并且反过来增加逆变器26的功率密度。
电容器30具有外部34，外部34具有大致矩形的棱柱形状。在该示例中，外部34包括前面36、后面38、第一侧40、第二侧42、顶部44和底部46。电容器30具有长度L1、宽度W1和高度H1并且外部34的表面基本上以直角定向。长度L1基本上大于宽度W1和高度H1，在该示例中，应该理解，本公开不限于任何特定的外部尺寸。此外，在该示例中，电容器30包括从顶部44突出的母线47。母线47被配置为将电容器30电耦接到逆变器26的各种其他部件。
入口48和出口50穿过外部34形成，并且被配置为将流体F引导到内部冷却通道32和从内部冷却通道32引导流体F。入口48和出口50可以穿过外部34的公共表面形成。在该示例中，入口48和出口50形成在前面36中。应该理解的是，入口48和出口50可以穿过外部34的其他表面形成。参考出口50，入口48和出口50的形状基本上为矩形，每个都具有宽度W2和高度H2。在一个示例中，高度为H2大于宽度W2，但是应该理解，本公开延伸到其他尺寸。
入口48被流体连接到流体源52。作为示例，流体源52可以是用于将冷却流体引导到逆变器26的其他部件的相同流体源，诸如电源板或电源模块。可选地，流体源52可以是专用于电容器30的单独的流体源。流体源52可以向入口48提供任何类型的已知流体F。在流过内部冷却通道32之后，流体F从电容器30吸收热量，并返回到流体回路54。流体回路54可以是由逆变器26的其他流体冷却部件使用的相同的流体回路。
图3是沿图2中的线3-3截取的电容器30的横截面图。图3说明了位于内部冷却通道32内部的电容器块56(以虚线示出)。在本公开中，术语电容器块是指已知与电容器相关联的各种部件，诸如电容器单元、引线框架等。在一个示例中，电容器块是现成的电容器。在一个示例中，电容器30是薄膜电容器，并且电容器块56包括已知对应于薄膜电容器的部件。
通常，电容器的内部冷却通道32和外部34通过对电容器块56包覆成型(overmolding)形成。包覆成型是使用模制工艺在已经存在的零件或部分(例如，电容器块56)上添加材料的过程。结果是一个集成的部件，其包括一个或多个原件和通过包覆成型工艺添加的附加材料。虽然本文考虑了包覆成型，但是本公开延伸到其他制造技术。
结合图2和图3，现在将描述内部冷却通道32的细节。在该示例中，内部冷却通道32被外部34完全包围。特别地，内部冷却通道32通过电容器块56的包覆成型包围。此外，内部冷却通道32位于电容器30的外部34的内部。以这种方式，流过内部冷却通道32的流体F相对靠近电容器块56流动，并且因此从电容器块56吸收相对大量的热。
在该示例中，内部冷却通道32相对较高且较薄。特别地，内部冷却通道32具有基本上等于高度H2的高度H3(图4)、和小于高度H3的宽度W3。此外，在一个示例中，内部冷却通道32与外部34的邻接表面间隔开一定量，由基本上等于宽度W3的距离D1表示。距离D1关于基本上整个内部冷却通道32保持恒定。内部冷却通道32的尺寸和布置允许流体F的充分流动(例如，以有效地调节电容器)，而不提供过大的电容器。
在该示例中，内部冷却通道32由多个互连的段构成。所述段被布置以致内部冷却通道32关于中心线C对称，中心线C在垂直于长度L1的方向上平分电容器30。此外，所述段基本上平行于外部34的邻接表面，以致内部冷却通道32和外部34的周长是同心的。
从入口48附近开始，内部冷却通道32包括从入口48延伸到与电容器30的第一侧40相邻的点的第一段58。第一段58基本上平行于前面36延伸。在第一段58的下游，内部冷却通道32包括垂直于第一段58布置并且平行于第一侧40延伸的第二段60。第三段62邻接第二段60并且垂直于第二段60。第三段62在平行于后面38的方向上延伸，并且被配置为将流体F基本上从电容器30的第一侧40引导至第二侧42。邻近第二侧42，内部冷却通道32包括第四段64，第四段64垂直于第三段62，并且平行于第二侧42延伸。最后，内部冷却通道32包括第五段66，其垂直于第四段64，并且被配置为将流体F从第四段64引导至出口50。如图所示，每个段58、60、62、64、66平行于前面36、后面38、第一侧40和第二侧42中的相邻一个。虽然示出了多个段，但是应该理解，本公开延伸到内部冷却通道32的其他布置。
在使用中，流体F被引导通过内部冷却通道32。流体F从入口48流过段58、60、62、64、66中的每一个，并从出口50排出。通常如上所述，流体F从电容器块56吸收热量，这对电容器30进行热调节，允许在不超过最大允许工作温度的情况下增加纹波电流处理。
应当理解，诸如“前”、“后”、“顶部”、“侧面”、“内部”等术语是相对于电容器的正常姿态并且仅用于解释的目的，且因此不应被视为限制。此外，诸如“通常”、“约”和“基本上”的术语不旨在是无边界术语，并且应该被解释为与本领域技术人员将解释这些术语的方式一致。
尽管不同的示例具有以说明示出的特定部件，但是本公开的实施例不局限于那些特定组合。可以将来自一个示例的一些部件或特征与来自另一个示例的特征或部件结合使用。
本领域普通技术人员将理解，上述实施例是示例性而非限制性的。也就是说，本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此，应研习随附权利要求来确定其真实范围和内容。
根据本发明，提供了一种电动车辆，其具有通过逆变器电耦接到电池组的电机，逆变器包括具有内部冷却通道的电容器。
根据实施例，内部冷却通道位于电容器外部的内部。
根据实施例，电容器包括位于内部冷却通道内部的电容器块。
根据实施例，电容器包括入口和出口，内部冷却通道被配置为将流体从入口引导到出口。
根据实施例，内部冷却通道具有宽度尺寸和高度尺寸，高度尺寸大于宽度。
根据实施例，上述发明的特征还在于冷却流体源流体连接到入口。
根据实施例，电容器的外部包括前面、后面、第一侧和第二侧、顶部和底部，并且其中入口和出口形成在前面中。
根据实施例，前面和后面相对于第一侧和第二侧具有增大的尺寸。
根据实施例，内部冷却通道与电容器的周长同心。
根据实施例，内部冷却通道包括多个段，并且其中每个段平行于前面、后面、第一侧和第二侧中的相邻一个。
根据实施例，多个段中的每个与电容器的外部间隔开的量基本上等于内部冷却通道的厚度。
根据实施例，量关于基本上整个电容器是恒定的。
根据实施例，电容器包括多条母线。
根据本发明，提供一种用于电动车辆的逆变器的电容器，其具有内部冷却通道。
根据实施例，上述发明的特征还在于电容器块位于内部冷却通道内部，并且其中内部冷却通道位于电容器外部的内部。
根据实施例，上述发明的特征还在于入口和出口，内部冷却通道被配置为将流体从入口引导到出口。
根据实施例，电容器的外部包括前面、后面、第一侧和第二侧、顶部和底部，内部冷却通道包括多个段，并且每个段平行于前面、后面、第一侧和第二侧中的相邻一个。
根据本发明，提供了一种方法，其具有：通过引导流体通过用于电动车辆的逆变器的电容器的内部冷却通道来冷却电容器。
根据实施例，上述发明的特征还在于，冷却步骤包括引导流体通过内部冷却通道的多个段，多个段中的每个在基本上平行于电容器的外部的邻接表面的方向上延伸。
根据实施例，多个段中的每个与电容器的外部的邻接表面间隔开的量基本上等于内部冷却通道的厚度。

Claims (15)

1.一种电动车辆，其包括：
通过逆变器电耦接到电池组的电机，所述逆变器包括具有内部冷却通道的电容器。
2.根据权利要求1所述的电动车辆，其中所述内部冷却通道位于所述电容器的外部的内部。
3.根据任一前述权利要求所述的电动车辆，其中所述电容器包括位于所述内部冷却通道内部的电容器块。
4.根据任一前述权利要求所述的电动车辆，其中所述电容器包括入口和出口，所述内部冷却通道被配置为将流体从所述入口引导到所述出口。
5.根据任一前述权利要求所述的电动车辆，其中所述内部冷却通道具有宽度尺寸和高度尺寸，所述高度尺寸大于所述宽度尺寸。
6.根据权利要求4所述的电动车辆，其还包括与所述入口流体连接的冷却流体源。
7.根据权利要求4所述的电动车辆，其中所述电容器的所述外部包括前面、后面、第一侧和第二侧、顶部和底部，并且其中所述入口和所述出口形成在所述前面中。
8.根据权利要求7所述的电动车辆，其中所述前面和所述后面相对于所述第一侧和所述第二侧具有增大的尺寸。
9.根据任一前述权利要求所述的电动车辆，其中所述内部冷却通道与所述电容器的周长同心。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的电动车辆，其中所述内部冷却通道包括多个段，并且其中每个段平行于所述前面、所述后面、所述第一侧和所述第二侧中的相邻一个。
11.根据权利要求10所述的电动车辆，其中所述多个段中的每个与所述电容器的所述外部间隔开的量基本上等于所述内部冷却通道的厚度。
12.根据权利要求11所述的电动车辆，其中所述量关于基本上所述电容器的整体是恒定的。
13.一种方法，其包括：
通过引导流体通过用于电动车辆的逆变器的电容器的内部冷却通道来冷却所述电容器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述冷却步骤包括引导流体通过所述内部冷却通道的多个段，所述多个段中的每个在基本上平行于所述电容器的所述外部的邻接表面的方向上延伸。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个段中的每个与所述电容器的所述外部的所述邻接表面间隔开的量基本上等于所述内部冷却通道的厚度。
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