CN116097911A - 用于机动车的驱动系的变换器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的驱动系的变换器系统，其布置在多件式的壳体中，变换器系统包括可以通过控制线缆接头与控制线路连接的控制电路板、中间电路电容器、功率半导体、操控单元和电流转换器。根据本发明提出的是，壳体包括电子器件平面、功率平面和联接平面，其中，壳体的内部空间具有多个区，在这些区中存在关于温度和/或EMC屏蔽的不同的条件。

Description

用于机动车的驱动系的变换器系统

技术领域

本发明涉及对于用于机动车的驱动系的变换器系统的改进。

背景技术

变换器系统或逆变器装置布置在电池与电机之间，使得存储在电池中的能量可以通过变换器系统输送给电机。变换器系统可以包括各个子单元、例如电流转换器、功率半导体、中间电路电容器、操控单元(GDU)和控制电路板，它们优选安置在壳体中。

为了可以确保变换器系统的功能安全性，对于各个子单元需要不同的环境条件。尤其地，功率半导体的大量的废热需要冷却结构。用于变换器系统或逆变器单元的相应的冷却技术或冷却结构由现有技术已知。

在JP 2015-130735中描述的功率逆变器单元包括被分成第一壳体区段和第二壳体区段的壳体单元。第一壳体区段容纳集成到一个单元中的第一功率变换器和第一冷却装置。第二壳体区段用作第二冷却装置，并且第二功率变换器布置在第二壳体区段内部。

从DE 10 2017 127 383 A1中已知用于功率逆变器单元的另外的结构。在功率逆变器单元的壳体中布置有两个冷却单元，它们通过冷却介质通道连接。子单元根据其发热情况而布置在冷却单元的冷却表面之一上。

除了冷却之外，在变换器系统中存在以下问题，即从EMC角度来看，如果子单元布置在壳体中或屏蔽不充分实施，则在子单元之间可能存在影响。从现有技术已知了通过屏蔽板或其他的附加措施、如屏蔽的线缆、屏蔽垫和接地连接等实现屏蔽。

发明内容

本发明的任务是，提出一种在壳体中的变换器系统，利用该变换器系统可以实现变换器系统的改进的功能性和运行安全性。

根据本发明，该任务通过根据独立权利要求1的实施方案解决。本发明的其他的有利的实施方式可以在从属权利要求中找到。

提出了一种用于机动车的驱动系的变换器系统，该变换器系统布置在多件式的壳体中，并且包括控制电路板(其可以通过控制线缆接头与控制线路连接)、中间电路电容器、功率半导体、操控单元(GDU)、电流转换器以及用于DC输入端和转换器输出端的联接区域。

根据本发明提出的是，壳体包括相叠地布置的电子器件平面、功率平面和联接平面，其中，壳体的内部空间具有多个区，在这些区中存在关于温度和/或EMC屏蔽的不同的条件。根据本发明，区理解为在其中有针对性地建立特定的环境条件的区域或空间区域。因此，例如，有针对性地为子单元提供特定的温度条件，或者确保从EMC角度实现期望的屏蔽。

在此，壳体还可以优选由分离壁分离成第一空间和第二空间，其中，功率平面和控制平面布置在第一空间中，第一空间又被分成多个区，并且联接平面布置在第二空间中并形成一个区。

空间的分离实施成，使得尤其不可能发生有针对性的空气交换。

在优选的实施方案中，在第一空间中，功率平面和布置在其下方的控制平面通过冷却体分离。但与分离壁不同，冷却体不设计为使得实现平面的完全的空间分离。

优选地，功率平面和控制平面分别具有两个区，其中，每个平面使一个区毗邻冷却体的第一冷却区，并且每个平面使一个区毗邻冷却体的第二冷却区。冷却体区分别具有上侧和下侧，它们各自毗邻一个区。

因此，在功率平面的优选的实施方案中，第一冷却区的区域中的功率半导体和第二冷却区的区域中的中间电路电容器紧固在冷却体上。在此，在本发明的意义中，紧固同时意味着导热连接。

此外优选地，第二冷却区的区域中的控制电路板布置在冷却体的凹槽中。由于凹槽形状以及冷却体的材料即铝和选定的壁厚，实现特别好的EMC屏蔽，从而可以省去另外的屏蔽元件。

电流转换器和操控单元(GDU)与控制电路板的耦联通过连接线缆进行，其中，连接线缆穿过基本上布置在冷却体下方的区。此外，连接线缆尽可能长地延伸经过冷却体，穿过功率平面直到达到联接平面，从而其在主要的长度区段上被屏蔽以防干扰输入(EMC)。

功率半导体与中间电路电容器的耦联通过汇流排实现，其中，汇流排连接包括能够实现功率半导体和中间电路电容器的热去耦或减少从功率半导体到中间电路电容器的热量输入的器件。

这些器件可以是电绝缘的导热元件，热能可以利用该导热元件从汇流排导出到壳体上部。

附图说明

附图详细示出了可能的实施例。其中：

图1以截面图示出了变换器系统，

图2示出了区划分，

图3示出了带有控制电路板的冷却体的简图，

图4示出了驱动系中的变换器系统。

具体实施方式

图1以截面图示出了变换器系统1，从而可以看到所有主要的子单元、例如电流转换器5、操控单元(GDU)31、功率半导体4、中间电路电容器3和控制电路板2。

图2以简图示出了带有各个区23a至23e的壳体的主要的结构，变换器系统1安置在壳体中。

由壳体下部9、壳体上部10、壳体底部11和壳体盖12组成的壳体在壳体内具有三个平面6、7和8以及五个主要的区23a-23e，其中，壳体相对于环境密封。平面6和7、即电子器件平面6和功率平面7在此形成第一空间21a。在平面6和7之间布置有冷却体13，并且设置有用于控制电流线缆17的穿通区域22。

第三平面8、即联接平面8是壳体内的独立的空间21b、即区23a。形成区23a的空间21b通过壳体上部10中的分离壁24相对于空间21a分离。从电流转换器5到控制电路板2的必要的控制电流线缆17以及电流转换器5与功率半导体4之间的汇流排引导穿过分离壁24，其中，密封元件设置在贯通开口处，使得空间21a和21b分离。

各个区23a至23e具有对于变换器系统1的功能至关重要的不同的功能。联接区域8、即区23a是封闭的区域，通过移除壳体盖可以非常容易地接近该区域，从而可以特别简单地执行车辆侧的电力布线的夹紧和松开，以用于安装或维修。此外，可以在壳体盖12打开的情况下进行中间电路中的无电压的验证。

通过分离壁14不仅实现空间分离，而且实现与功率区域7的热分离和EMC兼容分离，使得电流转换器5和相关的DC接触器与功率平面7热去耦，并且确保EMC屏蔽。

空间21a布置在联接平面下方。如从图1和图2可识别的那样，该空间包括功率区域7和电子器件区域6，其中，空间21a被划分为四个区23b至23e。在区23b中，功率半导体4定位在冷却体13上，使得功率半导体4的废热可以有效地被导出。在功率平面7上，除了功率半导体4之外，在区23c中，中间电路电容器3紧固在冷却体13上，冷却体在该区区域中基本上由导入和导出通道26a、26b和连接接片27形成。

功率半导体4和中间电路电容器3通过短的汇流排16在功率方面连接，其中，它们安置在两个不同的热区23b和23c中。热区是指存在限定的与其他的区或区域不同的温度条件的区域。

冷却体13用作用于功率半导体4和中间电路电容器3的承载平面或紧固平面。为了实现不同的热条件，冷却通道引导被选择为，使得冷却通道仅在功率半导体的区域中延伸并且中间电路电容器3紧固在导入和导出通道26a、26b之间的接片27上。冷却体13因此具有两个冷却区29a、29b。

为了进一步热分离功率半导体4和中间电路电容器3，设置了热中断，其防止了从功率半导体4经由汇流排16到中间电路电容3的过多的热量输入。为此，导热的但电绝缘的连接件、即所谓的热电偶或热垫15设置在汇流排16与壳体上部10之间，热电偶或热垫将通过汇流排16传导的热能的至少一部分传输或导出到作为冷却体的壳体上。

在另外的区23d中布置有控制电路板2。对于控制电路板2重要的是，使空间或区23d相对于高的温度并且相对于电磁波、EMC屏蔽。区23d位于中间电路电容器3的下方。冷却体13的接片27在该区域中U形地被冷却体13中的冷却通道包围。因为接片27相对于冷却通道区域相对薄地实施，所以产生凹槽28，控制电路板2定位在该凹槽下方。因此，凹槽形状、冷却体的随之产生的包绕的体积和控制电路板2在凹槽28中的紧固可以有效地用于EMC屏蔽，尤其是因为具有冷却体13的壳体9由铝合金构成。

另外的区23e是壳体内的引导控制电流线缆17穿过的区域。控制电流线缆17将电流转换器5和操控单元(GDU)31与控制电路板2连接，并且沿功率平面7的壳体壁且在电子器件平面中的冷却体13下方铺设。在冷却体13下方，控制电流线缆17与功率半导体区域、即区23b隔离，因此不必实现附加的屏蔽连接，或不必附加地屏蔽地实施操控单元(GDU)31的控制电流线缆17。

图3示出了具有冷却体13和紧固在其上的控制电路板2的壳体下部9的简图。可看到的是在导入和导出通道26a、26b与位于它们之间的接片27之间的凹槽28，在接片上紧固有控制电路板2。

此外，图4示出了驱动系中的变换器系统1。该图示用于一般理解并且清楚地示出了联接平面的分离，如功率平面8联接到高压线缆30而电子器件平面6利用控制线缆接头18联接到数据总线线缆。

附图标记列表

1 变换器系统

2 控制电路板

3 中间电路电容器

4 功率半导体

5 电流转换器

6 电子器件平面

7 功率平面

8 联接平面

9 壳体下部

10 壳体上部

11 壳体底部

12 壳体盖

13 冷却体

14 分离壁

15 热电偶

16 汇流排

17 控制电流线缆

18 控制线缆接头

19 冷却剂接头

20 冷却通道

21a-21b空间

22穿通区域

23a-23e区

24 电机

25 密封元件

26a、26b导入和导出通道

27 接片

28 凹槽

29a，29b冷却区

30 高压线缆

31 操控单元(GDU)

Claims (9)

1.一种用于机动车的驱动系的变换器系统1，所述变换器系统布置在多件式的壳体(9、10、11、12)中，所述变换器系统包括能通过控制线缆接头(18)与控制线路连接的控制电路板(2)、中间电路电容器(3)、功率半导体(4)、操控单元31和电流转换器(5)，其特征在于，所述壳体包括相叠地布置的电子器件平面(6)、功率平面(7)和联接平面(8)，其中，壳体(9、10、11、12)的内部空间具有多个区(23a-23e)，在所述区中存在关于温度和/或EMC屏蔽的不同的条件。

2.根据权利要求1所述的变换器系统1，其特征在于，所述壳体(9、10、11、12)还由分离壁(14)分离成第一空间21a和第二空间(21b)，其中，所述功率平面7和所述控制平面6布置在所述第一空间(21a)中，所述第一空间又被分成多个区(23b-23e)，并且联接平面(8)布置在所述第二空间(21b)中并形成一个区(23a)。

3.根据权利要求2所述的变换器系统1，其特征在于，在所述第一空间(21a)中，所述功率平面(7)和布置在其下方的控制平面(6)通过冷却体(13)分离。

4.根据权利要求3所述的变换器系统1，其特征在于，所述功率平面(7)和所述控制平面(6)分别包括两个区(23b、23c和23d、23e)，其中，区(23b和23e)毗邻冷却体(13)的第一冷却区(29a)，并且区(23b和23d)毗邻冷却体(13)的第二冷却区(29b)。

5.根据权利要求4所述的变换器系统1，其特征在于，在所述功率平面(7)中，所述第一冷却区(29a)的区域中的功率半导体(4)和所述第二冷却区(29b)的区域中的中间电路电容器(3)紧固在所述冷却体(13)上。

6.根据权利要求4所述的变换器系统1，其特征在于，所述第二冷却区(29b)的区域中的控制电路板(2)布置在所述冷却体(13)的凹槽(28)中。

7.根据权利要求3所述的变换器系统1，其特征在于，电流转换器(5)和控制电路板(2)借助连接线缆(17)耦联，其中，所述连接线缆(17)延伸穿过基本上布置在所述冷却体(13)下方的区(23e)。

8.根据权利要求1所述的变换器系统1，其特征在于，所述功率半导体(4)和所述中间电路电容器(3)借助汇流排(16)耦联，其中，所述汇流排连接包括能够实现功率半导体(4)和中间电路电容器(3)的热去耦的器件(15)。

9.根据权利要求8所述的变换器系统1，其特征在于，所述器件(15)是电绝缘的热电偶，热能能够利用所述热电偶从汇流排(16)导出到壳体上部(10)。

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