機(jī)動(dòng)車應(yīng)用中電力電子構(gòu)件塊設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展和模塊化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車應(yīng)用中電力電子構(gòu)件塊設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展和模塊化方法。一種電力電子構(gòu)件塊，其包括：外殼；安裝于外殼內(nèi)的電源模塊；安裝于外殼內(nèi)且耦合到電源模塊的控制器；耦合到電源模塊且安裝于外殼內(nèi)的電容組件；安裝于外殼內(nèi)的交流匯流條；和將電容組件耦合到電源模塊且安裝于外殼內(nèi)的直流匯流條。
【專利說明】機(jī)動(dòng)車應(yīng)用中電力電子構(gòu)件塊設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展和模塊化方法
在先申請
[0001]本申請要求享有2012年12月14日提交的美國專利申請?zhí)?1/737，652的臨時(shí)申請的全部權(quán)益。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]近幾年，技術(shù)的進(jìn)步促使機(jī)動(dòng)車設(shè)計(jì)發(fā)生了本質(zhì)的變化。變化之一包括機(jī)動(dòng)車，尤其是可替代燃料汽車，例如混合動(dòng)力、電力和燃料電池車輛的電力系統(tǒng)的復(fù)雜性。典型地，這種可替代燃料車輛使用一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)馬達(dá)，有可能和另一種致動(dòng)裝置結(jié)合，以驅(qū)動(dòng)車輪。此外，這些機(jī)動(dòng)車也可包括其他馬達(dá)，以及其他高壓部件，以操作機(jī)動(dòng)車中的其他各種系統(tǒng),例如空調(diào)。
【背景技術(shù)】
[0003]由于可替代燃料汽車一般只包括直流(DC)電源的這一事實(shí)，設(shè)置了直流-交流(DC/AC)逆變器(或功率逆變器)以將直流電功率轉(zhuǎn)化為交流電功率，這通常是馬達(dá)所需要的。這些車輛，尤其是燃料電池車輛也常常使用兩種獨(dú)立的電壓源，例如蓄電池和燃料電池，以向驅(qū)動(dòng)車輪的電動(dòng)馬達(dá)供能。因此，通常情況下也設(shè)置功率逆變器以對來自這兩種電壓源的功率進(jìn)行管理和傳遞。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提供了下列技術(shù)方案。
1、一種電力電子構(gòu)件塊，包括:
夕卜殼;
安裝于所述外殼內(nèi)的電源模塊；
安裝于所述外殼內(nèi)且耦合到所述電源模塊的控制器；
耦合到所述電源模塊且安裝于所述外殼內(nèi)的電容組件；
安裝于所述外殼內(nèi)的交流匯流條；以及
將所述電容組件耦合到所述電源模塊且安裝于所述外殼內(nèi)的直流匯流條。
2、根據(jù)技術(shù)方案I所述的電力電子構(gòu)件塊，進(jìn)一步包括安裝到所述電源模塊下側(cè)的散熱器。
3、根據(jù)技術(shù)方案2所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述散熱器安裝在所述外殼上。
4、根據(jù)技術(shù)方案3所述的電力電子構(gòu)件塊，其中散熱器具有第一側(cè)和第二側(cè)，第一側(cè)具有大體平坦的表面且第二側(cè)具有銷，其中所述外殼限定了開口，所述散熱器的第一側(cè)覆蓋所述開口并接觸所述電源模塊，所述銷延伸遠(yuǎn)離所述外殼。
5、根據(jù)技術(shù)方案4所述的電力電子構(gòu)件塊，進(jìn)一步包括在所述散熱器和所述電源模塊之間的完全燒結(jié)的相互連接。
6、根據(jù)技術(shù)方案I所述的電力電子構(gòu)件塊，進(jìn)一步包括配置為監(jiān)測來自所述電源模塊的電流并產(chǎn)生用于所述控制器的控制信號(hào)的電流傳感器。
7、根據(jù)技術(shù)方案6所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述電流傳感器容納在所述外殼內(nèi)。
8、根據(jù)技術(shù)方案I所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述外殼具有基部和大體垂直于所述基部延伸的壁，其中所述電源模塊和所述電容組件布置在所述外殼的基部上。
9、根據(jù)技術(shù)方案8所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述壁形成圍繞所述電源模塊的第一部段和圍繞所述電容組件的第二部段。
10、根據(jù)技術(shù)方案9所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述直流匯流條位于所述電容組件之上以覆蓋第二部段并且位于所述電源模塊之上以至少部分地覆蓋第一部段。
11、根據(jù)技術(shù)方案10所述的電力電子構(gòu)件塊，其中第二部段包括第一組緊固孔，其中直流匯流條經(jīng)由延伸穿過所述直流匯流條進(jìn)入所述第一組緊固孔的第一組緊固件固定到所述外殼。
12、根據(jù)技術(shù)方案11所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述交流匯流條位于第一部段之上以覆蓋所述電源模塊和至少一部分的所述直流匯流條。
13、根據(jù)技術(shù)方案12所述的電力電子構(gòu)件塊，其中第一部段包括第二組緊固孔，其中所述交流匯流條經(jīng)由延伸穿過所述交流匯流條進(jìn)入第二組緊固孔的第二組緊固件固定到所述外殼。
14、根據(jù)技術(shù)方案13所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述外殼進(jìn)一步限定第三部段，其中所述電力電子構(gòu)件塊進(jìn)一步包括布置在第三部段中的霍爾效應(yīng)傳感器，其中所述交流匯流條覆蓋第三部段和所述霍爾效應(yīng)傳感器。
15、根據(jù)技術(shù)方案14所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述控制器位于少部分的所述交流匯流條、直流匯流條和電源模塊之上。
16、根據(jù)技術(shù)方案15所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述外殼包括第三組緊固孔，其中所述控制器經(jīng)由延伸穿過所述控制器進(jìn)入第三組緊固孔的第三組緊固件固定到所述外殼。
17、一種形成電力電子構(gòu)件塊的方法，包括如下步驟:
通過壓配合，將電源模塊定位在外殼的第一部段內(nèi)；
通過壓配合，將電容組件定位在所述外殼的第二部段內(nèi)；
通過壓配合在第一部段和第二部段上將直流匯流條安裝到所述外殼上并將所述直流匯流條耦合到所述電源模塊和所述電容組件；
通過壓配合在第二部段上將交流匯流條安裝到所述外殼上并將所述交流匯流條耦合到所述電源模塊；和
將控制器安裝到所述電源模塊、所述直流匯流條和所述交流匯流條的至少部分之上。
18、根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:
通過壓配合，將電流傳感器定位在所述外殼的第三部段內(nèi)；和
其中安裝交流匯流條的步驟包括將所述交流匯流條安裝到第三部段和所述電流傳感器之上。
19、根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟:
通過緊固件將所述直流匯流條、所述交流匯流條和所述控制器連接到所述外殼。
20、一種電力電子構(gòu)件塊,包括:
具有形成第一部段、第二部段和第三部段的壁的外殼； 安裝在所述外殼的第一部段內(nèi)的電源模塊；
耦合到所述電源模塊并安裝在所述外殼的第二部段內(nèi)的電容組件；
將所述電容組件耦合到所述電源模塊并且安裝在所述外殼上以至少部分地覆蓋第一和第二部段的直流匯流條；
耦合到所述電源模塊并且安裝在所述外殼的第三部段內(nèi)的電流傳感器；
耦合到所述電源模塊并且安裝在所述外殼上以至少部分地覆蓋第一和第三部段的交流匯流條；
安裝在所述外殼上以至少部分地覆蓋所述交流匯流條、所述直流匯流條和所述電源模塊的控制器；以及
安裝在所述外殼上以接觸所述電源模塊的散熱器。
[0004]在多項(xiàng)應(yīng)用中期望提供具有改進(jìn)性能的功率逆變器和其他電子部件，以及改進(jìn)可擴(kuò)展性和模塊性的設(shè)計(jì)和配置。此外，結(jié)合接下來的詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求，以及所附的附圖和前述的【技術(shù)領(lǐng)域】和【背景技術(shù)】，本發(fā)明的其他期望的特征和特點(diǎn)將更加明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]下文中，將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，其中相同的標(biāo)號(hào)代表相同的部件，其中:
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電力電子構(gòu)件塊的等比例視圖；
[0007]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1的電力電子構(gòu)件塊的等比例局部分解視圖；
[0008]圖3是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1的電力電子構(gòu)件塊的等比例視圖；
[0009]圖4-10是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的各部件已裝配的圖1的電力電子構(gòu)件塊的視圖；和
[0010]圖11是具有根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的電力電子構(gòu)件塊的車輛。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下列描述在本質(zhì)上為示范性的，并不意在限制本發(fā)明的應(yīng)用及其使用。此外，也沒有任何意圖使本發(fā)明受到任何在前述【技術(shù)領(lǐng)域】、【背景技術(shù)】和
【發(fā)明內(nèi)容】
以及下述的詳細(xì)描述中表述的或暗指的理論限制。
[0012]下面的描述涉及“連接”或“耦合”在一起的元件或特征。在此處，“連接”指一個(gè)元件/特征機(jī)械地連接到(或直接通信)另一個(gè)元件/特征，未必是直接地。同樣，“耦合”可指一個(gè)元件/特征直接地或間接地連接到(或直接或間接地通信)到另一個(gè)元件/特征，未必是機(jī)械地。但是，需要理解的是，盡管在下文的描述中，兩個(gè)元件在一個(gè)實(shí)施例中是“連接的”，但是在另一個(gè)實(shí)施例中類似的元件可能是“耦合的”，反之亦然。因此，盡管此處的示意圖中描述的元件的示范性布置，在實(shí)際的應(yīng)用中可以有附加的居間元件、裝置、部件，或組件。
[0013]此外，此處描述的各種部件和特征可使用特定的數(shù)字描述符(例如第一，第二，第三等)以及位置和/角度描述符(例如水平的和垂直的)而被提及。但是，這些描述符僅用于關(guān)于附圖的描述目的，不應(yīng)被認(rèn)為構(gòu)成限制，因此在其他實(shí)施例中各個(gè)部件可以被重新布置。同樣需要理解的是，圖1-11僅為描述性的，未按比例繪制。[0014]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電力電子構(gòu)件塊(或組件)100的等比例視圖，圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的電力電子構(gòu)件塊100的局部分解等比例視圖，其中一些部件被顯示細(xì)節(jié)。將對圖1和圖2 —起進(jìn)行描述。圖1和圖2所示的三維坐標(biāo)(x-y-z)僅為說明性的和便于描述。下文中將更詳細(xì)地進(jìn)行描述，一個(gè)或多個(gè)電力電子構(gòu)件塊100可被裝入逆變器系統(tǒng)，例如用于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用的逆變器系統(tǒng)。
[0015]如圖所示，電力電子構(gòu)件塊100包括電源模塊110、交流匯流條120、直流匯流條130、電容組件140、控制器150、外殼160，和電流傳感器170。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，部件被整合成單獨(dú)的包，從而獨(dú)立地或者與附加的電力構(gòu)件塊一起被裝入電力系統(tǒng)中。
[0016]如圖所示，電源模塊110被裝入外殼160。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電源模塊110例如可以是由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)形成的逆變器，該開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一輸入耦合到電壓電源且輸出耦合到馬達(dá)。所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)可包括成對的具有反向平衡二極管的串聯(lián)開關(guān)，并且可以為單獨(dú)的半導(dǎo)體裝置的形式，例如形成于半導(dǎo)體(例如，硅)襯底(例如，硬模)上的集成電路內(nèi)的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電源模塊110的襯底可以是陶瓷的，例如基于應(yīng)用選擇的直接接合鋁(DBA)襯底、直接接合銅(DBC)襯底，和/或活性金屬釬焊(AMB)襯底，因此提供了靈活的解決方案。電源模塊110可包括硅或?qū)拵в材！ｋ娫茨K110可以任何適宜的方式安裝到外殼160，包括例如壓配合技術(shù)。如圖所示，電源模塊110可容納在外殼160的部段162內(nèi)。例如，所述部段162可由形狀適于容納電源模塊110的內(nèi)壁形成。
[0017]電塊110可耦合到散熱器114以排出電源模塊110產(chǎn)生的熱量。因此，散熱器114可安裝到電源模塊110的下側(cè)以提供遠(yuǎn)離電子元件的散熱通道。散熱器114可包括多個(gè)銷針或翅片以便于熱量排出。散熱器114可安裝到外殼160內(nèi)，因此銷針或翅片露出以進(jìn)行散熱，如圖3所示，其為電源模塊110下側(cè)的等比例視圖。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，外殼160可包括用于容納散熱器114的開口，通過螺釘或其他緊固件安裝到外殼160上。集成的散熱器可由任何適宜的材料，例如鋁、銅，和/或鋁銅鍍層制成。
[0018]如上所述，交流匯流條120被整合到電力電子構(gòu)件塊100內(nèi)并與其他各種電子元件耦合到一起。如下述更詳細(xì)的描述，交流匯流條120將交流電流輸出電源模塊110并最終通過電流傳感器170到達(dá)馬達(dá)連接器121，如圖3所示。交流匯流條120可為電力電子構(gòu)件塊100提供直接的馬達(dá)連接。類似地，直流匯流條130被整合到電力電子構(gòu)件塊100內(nèi)并與其他各種電子元件耦合到一起，包括電容組件140和電源模塊110。直流匯流條130可包括一個(gè)或多個(gè)終端132。
[0019]匯流條120、130可由具有期望的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的適宜材料形成，例如銅、鋁、其合金或其他類似材料。如圖所示，匯流條120、130相對較扁或較平以便在被整合到電力電子構(gòu)件塊100中時(shí)在部件之間提供電連接。
[0020]電容組件140被整合到電力電子構(gòu)件塊100內(nèi)，如圖所示。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電容組件140位于外殼160的部段164內(nèi)。例如，部段164可由形狀適于容納電容組件140的外殼的內(nèi)壁形成。通常，電容組件140可包括一組或多組相互有一定間距的導(dǎo)電板，他們卷繞成線圈(例如，作為線軸)以形成一個(gè)或多個(gè)電容，如通常所理解的。如下所述，通過增加線軸的寬度(例如在X方向)或降低膜厚度可以提高電容組件140的電容量。電容組件140可以是大容量電容。[0021]控制器150被整合入電力電子構(gòu)件塊100，如圖所示?？刂破?50可由襯底159和安裝于其上的各種電子部件157形成。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，控制器150通過螺釘或其他延伸通過襯底159的緊固件被安裝到外殼160。控制器150可以是具有優(yōu)化ASIC的集成門極驅(qū)動(dòng)，出于增強(qiáng)的處理能力的考慮?？刂破?50可通過壓配合技術(shù)耦合到電源模塊110。操作過程中，控制器150可提供輸入到電源模塊110以操作電源模塊110的開關(guān)產(chǎn)生期望的電壓波形用來操作馬達(dá)或負(fù)載。
[0022]電力電子構(gòu)件塊100可進(jìn)一步包括布置在外殼160內(nèi)的霍爾效應(yīng)電流傳感器170。該布置在電力電子構(gòu)件塊100內(nèi)提供集成電流傳感器。電流傳感器170可被壓配合到外殼160中。如圖所示，電流傳感器170可安裝到外殼160的部段166內(nèi)。例如，部段166可由形狀適于容納電流傳感器170的內(nèi)壁形成。
[0023]操作過程中，當(dāng)電流從電源模塊110流向馬達(dá)時(shí)，電流可通過由電流傳感器170監(jiān)控的導(dǎo)體。電流傳感器170可產(chǎn)生傳遞給控制器150的控制信號(hào)以適宜地調(diào)節(jié)提供給馬達(dá)的功率。
[0024]外殼160通常將上述的各部件固定在一集成組件中，例如作為壓配合構(gòu)造的各部件的載體。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，外殼160可以是塑料的。用于該應(yīng)用的傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)是由例如具有最小的或者沒有集成的單獨(dú)部件形成。在所描述的示例性實(shí)施例中，電源模塊110、電容組件140、電流傳感器170中的每一個(gè)被固定到外殼中的由外殼160的內(nèi)壁形成的獨(dú)立部段或區(qū)域(例如，部段162、164、166)中。其余的部件(例如匯流條120)被固定到外殼，且實(shí)際上作為遮蓋物以進(jìn)一步保護(hù)電源模塊110、電容組件140，和電流傳感器170。如上所述，匯流條120和散熱器114，以及其他部件可以通過螺釘或其他緊固件固定到外殼160以提供集成的單元。如所示，外殼160可具有形式為螺紋孔或螺桿的集成的附連點(diǎn)，用于接收螺釘或緊固件，例如用于交流匯流條120的螺釘122，用于控制器150的螺釘154，和用于直流匯流條130的螺釘134。
[0025]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，由于交流匯流條120的尺寸適于覆蓋外殼110的部段166，交流匯流條120有效地形成了外殼的一部分。如所示，交流匯流條120的寬度和長度(例如，在X和y方向)在通過螺釘122或其他緊固件固定到外殼160時(shí)覆蓋外殼部段166。在此位置，交流匯流條120通過銷153同樣耦合到電源模塊110并且相對于直流匯流條130通過螺釘126或緊固孔內(nèi)的其他緊固件被固定，所述緊固孔鄰近或形成外殼部段166用于接收螺釘126的部段。
[0026]類似地，由于直流匯流條130的尺寸適于覆蓋外殼110的部段164，直流匯流條130可形成所述外殼的一部分。如所示，直流匯流條130的寬度和長度(例如，在X和y方向)在通過緊固孔內(nèi)的螺釘124或其他緊固件固定到外殼160上時(shí)覆蓋外殼部段164，所述緊固孔鄰近或形成外殼部分164用于接收螺釘124的部分。在此位置，直流匯流條130通過銷142耦合到電容組件140。
[0027]還如所示，控制器150位于交流匯流條120、直流匯流條130和電源模塊110上方。實(shí)際上，控制器150和匯流條120、130的布置用于覆蓋外殼部段162?？刂破?50通過銷152耦合到電源模塊110并通過銷154耦合到外殼。
[0028]電力電子構(gòu)件塊100除了上述匯流條120、130可具有任何適宜的內(nèi)部連接。例如，可在散熱器114與電源模塊110的襯底和/或電源模塊110的襯底與硬模之間提供相互連接，諸如完全燒結(jié)的相互連接。這些燒結(jié)的相互連接可由被壓制成期望形成且然后在高溫下燒結(jié)以提供所述互連的粉末狀金屬來提供。電源模塊110的硬模和陶瓷襯底之間可提供帶式接合連接，該連接可通過壓配合框架很方便地實(shí)現(xiàn)。散熱器114和電源模塊110的陶瓷襯底和/或硬模之間可提供有銀燒結(jié)結(jié)點(diǎn)。
[0029]作為這種配置的結(jié)果，電力電子構(gòu)件塊100在電流和電壓兩方面都是可擴(kuò)展的和模塊化的。電力電子構(gòu)件塊100是模塊化的，原因在于一個(gè)或多個(gè)電力電子構(gòu)件塊100可基于應(yīng)用根據(jù)需要或期望結(jié)合到一起。例如，三個(gè)上述的電力電子構(gòu)件塊100可結(jié)合到一起形成三相逆變器，而六個(gè)上述的電力電子構(gòu)件塊100可結(jié)合到一起形成雙三相逆變器。此夕卜，在一個(gè)不例性實(shí)施例中，可設(shè)計(jì)不同的電子部件和外殼，使得通過在一個(gè)方向上改變電力電子構(gòu)件塊100的尺寸來調(diào)節(jié)(例如，增大或減少)電流和電容。例如，如圖1和圖2所示，通過在X方向增大電源模塊110的寬度可使電流增大。類似地，通過在X方向增大電容組件140的寬度可使電容或電壓增大。因此，通過在單一方向上擴(kuò)大電力電子構(gòu)件塊100同時(shí)保持其他兩個(gè)尺寸不變，可以增大任一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過將厚度從大約3.0 μ m調(diào)整到大約2.3 μ m，可將電流從約230A調(diào)整到約450A，電壓可從約400V調(diào)整到約700V，電容可從約75 μ F調(diào)整到155 μ F。這種配置可提高功率容積比。電力電子構(gòu)件塊100的電源模塊110可基于具體應(yīng)用被配置為寬帶隙裝置(例如，碳化硅，氮化鎵)，或硅。電力電子構(gòu)件塊100可具有半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的集成門極驅(qū)動(dòng)(例如，控制器150)、電容組件140、和電流傳感器170。如上所述，電力電子構(gòu)件塊100具有半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的集成的交流匯流條120和超低直流匯流條130。電源模塊110可通過壓配合技術(shù)連接到控制器150、交流匯流條120和直流匯流條130。
[0030]圖4-10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的各部件已裝配的圖1的電力電子構(gòu)件塊100的視圖。特別地，圖4描繪了包括互連到襯底113的硬模111的電源模塊110的等比例視圖。
[0031]圖5描繪了耦合到散熱器114的電源模塊110的等比例視圖。如上所述，散熱器114具有多個(gè)附連點(diǎn)以將散熱器114安裝到外殼160和控制器150。
[0032]圖6描繪了完成的組件上將電源模塊110耦合到控制器150使得在它們之間可產(chǎn)生信號(hào)的銷152。圖6還進(jìn)一步示出了銷153和155。銷153將電源模塊110耦合到交流匯流條120，銷155將電源模塊110耦合到直流匯流條130。在一些實(shí)施例中，硬模111、襯底113、散熱器114、和銷152、153、155可被集體地被稱為電源模塊110。
[0033]圖7示出了安裝到外殼160內(nèi)的電源模塊110和電容組件140。如上所述，電源模塊110安裝到部段162內(nèi)，而電容組件140安裝到部段164內(nèi)。
[0034]圖8示出了安裝在電力電子構(gòu)件塊100內(nèi)的直流匯流條130。如上所述，直流匯流條130通過銷155耦合到電源模塊110，特別地如圖8所示，待耦合到交流匯流條120的銷153被置于直流匯流條中的一個(gè)孔內(nèi)，與交流信號(hào)隔離。
[0035]圖9示出了在直流匯流條130的一部分上安裝于電力電子構(gòu)件塊100內(nèi)且耦合到銷153的交流匯流條120。圖9同樣示出了將交流匯流條120固定到外殼160上的附連點(diǎn)。
[0036]圖10示出了在直流匯流條130和交流匯流條120的部分上安裝于電力電子構(gòu)件塊100內(nèi)的控制器150。如上所述，控制器150通過銷152耦合到電源模塊110。圖1示出了完整的電力電子構(gòu)件塊100，包括將下述電力電子構(gòu)件固定在一起的螺釘和其他緊固件。[0037]電力電子構(gòu)件塊100可用于高功率和高溫應(yīng)用。在生產(chǎn)過程中，相同的生產(chǎn)線和裝配工藝可應(yīng)用于上述的電力電子構(gòu)件塊100的所有變型。
[0038]如上所述，一個(gè)或多個(gè)電力電子構(gòu)件塊100可形成功率逆變器模塊和功率變換器模塊，用在混合動(dòng)力、插入式混合動(dòng)力、燃料電池、電動(dòng)，增程式電動(dòng)車輛和其他類型的車輛，以及可擴(kuò)展和模塊化設(shè)計(jì)的非機(jī)動(dòng)車應(yīng)用。這種設(shè)計(jì)方法使得眾多種類的電源模塊和電子部件具有一致的機(jī)械、熱和電性能特性。例如，電力電子構(gòu)件塊100可具有對于所有模塊和所有汽車的相同故障模式，更少數(shù)量的部件驗(yàn)證，和在關(guān)鍵部件級(jí)的更多內(nèi)容驗(yàn)證。利用這樣的設(shè)計(jì)特性，電力電子構(gòu)件塊100可在多個(gè)平臺(tái)和應(yīng)用中提供成本降低且靈活性提聞的相對簡易的解決方案。
[0039]如上所述，一個(gè)或多個(gè)電力電子構(gòu)件塊100可結(jié)合形成功率變換器組件，例如應(yīng)用于汽車應(yīng)用的那些。圖11是上述的電力電子構(gòu)件塊100的一個(gè)示例性應(yīng)用。
[0040]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車(或“汽車”)310。汽車300包括底盤312、車身314、四個(gè)車輪316，和電子控制系統(tǒng)318。車身314布置在底盤312上且基本上封裝汽車310的其他部件。車身314和底盤312可共同地形成車架。車輪316各自在車身314的相應(yīng)角部附近旋轉(zhuǎn)地耦合到底盤312。
[0041]如上所述，汽車310可以是眾多汽車類型中的一種，例如轎車、貨車、卡車，或運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)，可以是兩輪驅(qū)動(dòng)(2WD)(例如，后輪驅(qū)動(dòng)或前輪驅(qū)動(dòng))、四輪驅(qū)動(dòng)(4WD)，或全輪驅(qū)動(dòng)的(AWD)。汽車310同樣可以包含多個(gè)不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)中的任一種或組合，例如，汽油或柴油燃料的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)、“靈活燃料汽車”(FFV)發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，使用汽油和酒精的混合物)、氣體化合物(例如，氫和/或天然氣)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒/電動(dòng)馬達(dá)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)。
[0042]在圖11所示的示例性實(shí)施例中，汽車310為混合動(dòng)力汽車，且進(jìn)一步包括致動(dòng)器組件320、電池(或高壓直流(DC)電源)322、功率轉(zhuǎn)換器組件(例如，逆變器組件)324，和散熱器326。致動(dòng)器組件320包括燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)328和電動(dòng)馬達(dá)發(fā)電機(jī)(或馬達(dá))330。如本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員應(yīng)理解的，電動(dòng)馬達(dá)330在其中包括變速器，盡管未示出，其仍包括定子組件(包括導(dǎo)電線圈)、轉(zhuǎn)子組件(包括磁鐵芯)，和冷卻流體(例如，制冷劑)。通常應(yīng)該理解的是，電動(dòng)馬達(dá)330內(nèi)的定子組件和/或轉(zhuǎn)子組件可包括多個(gè)電磁磁極(例如，十六個(gè)磁極)。
[0043]仍參考圖11，在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)328和電動(dòng)馬達(dá)330集成使得兩者通過一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)軸332機(jī)械地耦合到至少一些車輪316。散熱器326在其外部連接到框架，盡管未詳細(xì)地示出，在其中包括多個(gè)包含冷卻流體(例如，制冷劑)，如水，和/或乙二醇(例如，防凍劑)的冷卻通道，并且連接到發(fā)動(dòng)機(jī)328和功率轉(zhuǎn)換器組件324，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述功率轉(zhuǎn)換器組件324可以是直流-交流(DC/AC)變換器(例如，直流-交流逆變器)，作為備用例子，也可以是直流-直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器。如上所述，功率轉(zhuǎn)換器組件324可由上述的一個(gè)或多個(gè)電力電子構(gòu)件塊100組成。
[0044]在操作過程中，通過利用燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)328和電動(dòng)馬達(dá)330以交替的方式和/或利用燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)328和電動(dòng)馬達(dá)330同時(shí)地向車輪316提供動(dòng)力使得汽車310操作。為了向電動(dòng)馬達(dá)330供能，電池322 (在燃料電池汽車的情況下，則為燃料電池)向功率變換器組件324提供直流電，功率變換器組件324在功率被傳送到電動(dòng)馬達(dá)330之前將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。[0045]雖然在之前的詳細(xì)描述中已經(jīng)示出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，需要理解的是還存在多種變型。同樣需要理解的是，所述的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例僅為示例，不意在以任何方式限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用或配置。此外，之前的詳細(xì)描述為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了實(shí)施本發(fā)明示例性實(shí)施例的便利說明。需要理解的是，在不背離本發(fā)明所附的權(quán)利要求的范圍和其法律等同物形式的范圍內(nèi)，可對其功能和元件布置進(jìn)行各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種電力電子構(gòu)件塊，包括: 外殼; 安裝于所述外殼內(nèi)的電源模塊； 安裝于所述外殼內(nèi)且耦合到所述電源模塊的控制器； 耦合到所述電源模塊且安裝于所述外殼內(nèi)的電容組件； 安裝于所述外殼內(nèi)的交流匯流條；以及 將所述電容組件耦合到所述電源模塊且安裝于所述外殼內(nèi)的直流匯流條。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子構(gòu)件塊，進(jìn)一步包括安裝到所述電源模塊下側(cè)的散熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述散熱器安裝在所述外殼上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力電子構(gòu)件塊，其中散熱器具有第一側(cè)和第二側(cè)，第一側(cè)具有大體平坦的表面且第二側(cè)具有銷，其中所述外殼限定了開口，所述散熱器的第一側(cè)覆蓋所述開口并接觸所述電源模塊，所述銷延伸遠(yuǎn)離所述外殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力電子構(gòu)件塊，進(jìn)一步包括在所述散熱器和所述電源模塊之間的完全燒結(jié)的相互連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子構(gòu)件塊，進(jìn)一步包括配置為監(jiān)測來自所述電源模塊的電流并產(chǎn)生用于所述控制器的控制信號(hào)的電流傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述電流傳感器容納在所述外殼內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子構(gòu)件塊，其中所述外殼具有基部和大體垂直于所述基部延伸的壁，其中所述電源模塊和所述電容組件布置在所述外殼的基部上。
9.一種形成電力電子構(gòu)件塊的方法，包括如下步驟: 通過壓配合，將電源模塊定位在外殼的第一部段內(nèi)； 通過壓配合，將電容組件定位在所述外殼的第二部段內(nèi)； 通過壓配合在第一部段和第二部段上將直流匯流條安裝到所述外殼上并將所述直流匯流條耦合到所述電源模塊和所述電容組件； 通過壓配合在第二部段上將交流匯流條安裝到所述外殼上并將所述交流匯流條耦合到所述電源模塊；和 將控制器安裝到所述電源模塊、所述直流匯流條和所述交流匯流條的至少部分之上。
10.一種電力電子構(gòu)件塊，包括: 具有形成第一部段、第二部段和第三部段的壁的外殼； 安裝在所述外殼的第一部段內(nèi)的電源模塊； 耦合到所述電源模塊并安裝在所述外殼的第二部段內(nèi)的電容組件； 將所述電容組件耦合到所述電源模塊并且安裝在所述外殼上以至少部分地覆蓋第一和第二部段的直流匯流條； 耦合到所述電源模塊并且安裝在所述外殼的第三部段內(nèi)的電流傳感器； 耦合到所述電源模塊并且安裝在所述外殼上以至少部分地覆蓋第一和第三部段的交流匯流條； 安裝在所述外殼上以至少部分地覆蓋所述交流匯流條、所述直流匯流條和所述電源模塊的控制器；以及安裝在所述外殼上以接 觸所述電源模塊的散熱器。
【文檔編號(hào)】H02M7/00GK103904912SQ201310757419
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】M·D·科里奇, V·格羅蘇, D·唐, G·S·史密斯, K·特里安托斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司