具有功率電子器件的車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車輛，其包括用于在直流電路與多相交流電機(jī)之間轉(zhuǎn)換能量的功率電子單元，所述功率電子單元包括功率模塊、驅(qū)動(dòng)電路板和控制電路板，并且所述功率電子單元具有兩個(gè)直流匯流條，所述直流電路能連接到這些直流匯流條上，所述功率電子單元還具有相電流匯流條，所述多相交流電機(jī)能連接到這些相電流匯流條上，其中，所述相電流匯流條的數(shù)量與多相交流電機(jī)的相數(shù)相對(duì)應(yīng)，構(gòu)造方式是：功率模塊、驅(qū)動(dòng)電路板和控制電路板的布置相當(dāng)于一夾層結(jié)構(gòu)，所述相電流匯流條與所述功率模塊連接，所述控制電路板對(duì)于每個(gè)相電流匯流條設(shè)有一穿引部，相應(yīng)的相電流匯流條能夠穿過所述穿引部。
【專利說明】具有功率電子器件的車輛
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車輛，其包括用于在直流電路與多相交流電機(jī)之間轉(zhuǎn)換能量的功率電子單元，所述功率電子單元包括功率模塊、驅(qū)動(dòng)電路板和控制電路板，并且所述功率電子單元具有兩個(gè)直流匯流條，所述直流電路能連接到這些直流匯流條上，所述功率電子單元還具有相電流匯流條，所述多相交流電機(jī)能連接到這些相電流匯流條上，其中，所述相電流匯流條的數(shù)量與所述多相交流電機(jī)的相數(shù)相對(duì)應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代化的機(jī)動(dòng)車如混合動(dòng)力車或電動(dòng)車中使用的功率電子部件與固定不動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合(諸如在工業(yè)及設(shè)備技術(shù)中)相比，有著更加苛刻的要求。這一點(diǎn)例如涉及到幾何構(gòu)造和結(jié)構(gòu)空間、以及熱穩(wěn)定性或者用于短時(shí)運(yùn)行的設(shè)計(jì)。
[0003]在具有電氣化傳動(dòng)系的車輛中，作為功率電子部件，特別是需要電氣變流器或者整流器，它們?cè)谔幱诟邏悍秶鷥?nèi)的直流電壓車載電網(wǎng)與多相電機(jī)之間轉(zhuǎn)換能量。在一電氣變流器中使用組合成功率模塊的電子半導(dǎo)體高功率開關(guān)，大多為IGBTs (insulated-gatebipolar transistors,絕緣柵門雙極晶體管),其類似于一個(gè)裝備好的印刷電路板。另外，一個(gè)變流器大多具有一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路板，通過該驅(qū)動(dòng)電路板實(shí)現(xiàn)對(duì)柵門的電壓控制。此外，變流器具有一個(gè)控制電路板，該控制電路板具有一中央處理器(CPU )?？刂齐娐钒宓墓ぷ麟妷和ǔＬ幵诘蛪悍秶鷥?nèi)，驅(qū)動(dòng)電路板和功率模塊則被設(shè)計(jì)為用于高電壓。
[0004]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，功率模塊與用于交變電流的流動(dòng)的匯流條相連接。通常，匯流條都配備有電流傳感器。大多情況下，電流傳感器的模擬測(cè)量信號(hào)被傳送到控制電路板的CPU。如由科學(xué)出版物D0I10.1109/ISPSD.2008.4538886所獲知的那樣，也可選擇按照一種花費(fèi)較高的設(shè)計(jì)使測(cè)量信號(hào)在測(cè)量位置得到處理。
[0005]由文獻(xiàn)US2004/0066643已知一種用于匯流條和金屬屏蔽板(Schirmplatte)的設(shè)置結(jié)構(gòu)，用以將電子器件與由IGBTs開關(guān)操作產(chǎn)生的電磁干擾場(chǎng)的相互影響降低到最小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是，介紹一種帶有經(jīng)過改良的功率電子單元的車輛。
[0007]這個(gè)目的通過如權(quán)利要求1所述的包括功率電子單元的車輛得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益的實(shí)施方式和發(fā)展設(shè)計(jì)得自各從屬權(quán)利要求。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，功率模塊、驅(qū)動(dòng)電路板和控制電路板的布置相當(dāng)于一夾層結(jié)構(gòu)，其中，各相電流匯流條與功率模塊連接。此外，控制電路板對(duì)于每個(gè)相電流匯流條設(shè)有一穿引部，相應(yīng)的相電流匯流條穿過所述穿引部。
[0009]由此實(shí)現(xiàn)了將各相電流匯流條以相對(duì)于控制電路板盡可能小的空間距離進(jìn)行設(shè)置的效果。
[0010]按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，控制電路板在每個(gè)穿引部上具有一電流傳感器，其中，每個(gè)電流傳感器測(cè)量相應(yīng)的相電流匯流條中的電流。[0011]這一點(diǎn)提供了一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)，即，在相電流匯流條內(nèi)測(cè)定電機(jī)的各相應(yīng)相電流的電流傳感器可以通過相電流匯流條的這種設(shè)置被集成整合于控制電路板上。
[0012]按照本發(fā)明的另一個(gè)變型方案，控制電路板具有一個(gè)中央處理器和通往電流傳感器中的每一個(gè)的模擬數(shù)據(jù)連接。每個(gè)電流傳感器經(jīng)由配屬給相應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)連接傳輸電流測(cè)量信號(hào)。
[0013]優(yōu)選所述數(shù)據(jù)連接構(gòu)造成電纜連接，經(jīng)由該電纜連接，模擬的測(cè)量信號(hào)分別從各個(gè)相應(yīng)的電流傳感器被傳輸給中央處理器。在這種情況下特別有益的是:由于小的空間距離之故，而實(shí)現(xiàn)了電流傳感器與中央處理器之間電纜連接的最小化長(zhǎng)度。因此，電流測(cè)量信號(hào)相對(duì)于電磁干擾的敏感度很小。
[0014]如果該車輛構(gòu)造成電動(dòng)車或混合動(dòng)力車的話，則產(chǎn)生特別的優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)車和混合動(dòng)力車具有可達(dá)380V以上的高壓范圍內(nèi)的電氣化傳動(dòng)系。該傳動(dòng)系要基于大量的運(yùn)行狀態(tài)和影響參量盡可能精密地加以控制。對(duì)電機(jī)相電流的幾乎無(wú)干擾的測(cè)量為此做出了貢獻(xiàn)。
[0015]本發(fā)明是基于下述考慮:對(duì)于電動(dòng)車和混合動(dòng)力車，在功率電子器件系統(tǒng)中為測(cè)量電機(jī)的相電流而采用了電流傳感器。這些電流傳感器對(duì)于電機(jī)的調(diào)節(jié)控制具有重要意義。因此就一定要避免對(duì)電流傳感器的電流測(cè)量信號(hào)的干擾或相移。通過對(duì)功率電子器件系統(tǒng)的各電路板的一種合適的、拓?fù)鋵W(xué)的設(shè)置方式，可以決定性地提高信號(hào)質(zhì)量。這一點(diǎn)可以通過下述方式得以實(shí)現(xiàn):將相電流傳感器安置在控制電路板上，以使得電流傳感器與CPU的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間的條狀導(dǎo)體(印制導(dǎo)線)長(zhǎng)度最小化。為此，用于各個(gè)相的匯流條被引導(dǎo)穿過控制電路板。由此產(chǎn)生了節(jié)省材料花費(fèi)和減輕重量的潛在可能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下文將參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例加以闡述。由此可得出本發(fā)明的其他的細(xì)節(jié)、優(yōu)選的實(shí)施方式和發(fā)展設(shè)計(jì)。圖解詳細(xì)示出:
[0017]圖1為功率電子單元；
[0018]圖2為功率電子單元的分解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示意性地示出的是一個(gè)用于機(jī)動(dòng)車的功率電子單元。在圖2中示出了該功率電子單兀的分解圖，其中，圖2內(nèi)的附圖標(biāo)記與圖1內(nèi)的附圖標(biāo)記相對(duì)應(yīng)。該功率電子單兀作為示例構(gòu)造成用于三相電機(jī)的功率電子變流器。
[0020]在一個(gè)被稱為功率模塊(I)的電路板上具有由高功率半導(dǎo)體開關(guān)(IGBTs，insulated-gate bipolar transistors)和半導(dǎo)體二極管構(gòu)成的三個(gè)半橋(2，、2’ ’、2’ ’ ’)。每個(gè)半橋分別與一個(gè)相電流匯流條(3’、3’ ’、3’ ’ ’)連接。各相電流匯流條可以利用匯流條加長(zhǎng)部(10’、10’ ’、10’ ’ ’)延長(zhǎng)，以便建立與電機(jī)的傳導(dǎo)連接。IGBTs的柵門經(jīng)由一個(gè)位于驅(qū)動(dòng)電路板(4)上的驅(qū)動(dòng)電路被控制。
[0021]另外，該功率電子單元還具有一個(gè)帶有中央處理器(CPU, central processingunit，6 )的控制電路板(5 )。該控制電路板具有一些槽口，相電流匯流條可以被引導(dǎo)穿過這些槽口。在所述槽口處，電路板可以配有在該印刷電路板與穿引通過的相電流匯流條之間的定距件。
[0022]此外，控制電路板在所述槽口處具有電流傳感器(7’、7’’、7’’’)，這些電流傳感器例如可以構(gòu)造成霍爾傳感器。為了能夠按照霍爾原理進(jìn)行電流測(cè)量，霍爾傳感器同樣具有穿引部(8’、8’’、8’’’)，相電流匯流條被引導(dǎo)穿過這些穿引部。霍爾傳感器為模擬傳感器并且分別測(cè)定模擬的測(cè)量信號(hào)。這些測(cè)量信號(hào)分別經(jīng)由條狀導(dǎo)體(印制導(dǎo)線)或者電纜連接的線路(9’、9’ ’、9’ ’ ’)傳輸給中央處理器。
[0023]用于相電流匯流條的電流傳感器的空間上的接近對(duì)電流測(cè)量信號(hào)的質(zhì)量可產(chǎn)生特別有益的影響，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩叹嚯x。此外，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路僅僅位于控制電路板的區(qū)域內(nèi)。
[0024]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在模擬的電流傳感器與控制電路板的CPU之間的空間距離較大，與該現(xiàn)有技術(shù)相比，對(duì)用于傳輸模擬測(cè)量信號(hào)的線路產(chǎn)生了更好的屏蔽。電磁干擾影響(該電磁干擾影響由IGBTs的高電流的開關(guān)操作所引起并且導(dǎo)致一種不希望有的和幾乎無(wú)法校驗(yàn)的測(cè)量信號(hào)延時(shí)或者相移)得以降低。因而可以在變流器的成本投入小和結(jié)構(gòu)空間需求低的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)相電流、亦即電機(jī)的精密調(diào)節(jié)控制。這一點(diǎn)將本實(shí)施例與下述現(xiàn)有技術(shù)區(qū)分開來(lái)，按照該現(xiàn)有技術(shù)，由電流傳感器測(cè)得的信號(hào)在電流測(cè)量位置被處理。在此，對(duì)于每個(gè)電流傳感器需要附加的印刷電路板，它們分別具備一種本身由CPU提供的功能性。
[0025]此外，本實(shí)施例相對(duì)下述現(xiàn)有技術(shù)也存在著區(qū)別，按照該現(xiàn)有技術(shù)，由電流傳感器測(cè)得的信號(hào)優(yōu)選借助于阻容過濾器進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)干擾補(bǔ)償。這種過濾器在圖1和2介紹的實(shí)施例中可以省去或者以比現(xiàn)有技術(shù)小得多的復(fù)雜性加以應(yīng)用。
[0026]由按照?qǐng)D1和2所示的設(shè)置方式產(chǎn)生的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是變流器的緊湊結(jié)構(gòu)。所有的線路可以保持很短，因而對(duì)于整個(gè)設(shè)置組合保持電磁兼容性。這一點(diǎn)不只是涉及到用于電流傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路，而且還涉及在驅(qū)動(dòng)電路板與功率模塊之間的IGBTs的控制線路。因此，IGBT-控制信號(hào)可以幾乎無(wú)干擾地并且本身導(dǎo)線電感少地得以應(yīng)用。這樣有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBTs的迅速而精密的控制，并且附加地產(chǎn)生了對(duì)相電流的更加精確的可調(diào)節(jié)性。于是車輛駕駛者便能通過電機(jī)的短促響應(yīng)特性而獲得特別是無(wú)沖撞的和輕快靈活的駕駛體驗(yàn)。緊湊的構(gòu)造形式也節(jié)省了材料消耗和結(jié)構(gòu)空間。
[0027]按照另一種實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)電路板的結(jié)構(gòu)組件也可以集成整合于控制電路板的一個(gè)部分上，從而可以省去位于功率模塊與控制電路板之間的驅(qū)動(dòng)電路板。
【權(quán)利要求】
1.車輛，其包括用于在直流電路與多相交流電機(jī)之間轉(zhuǎn)換能量的功率電子單元，所述功率電子單元包括功率模塊、驅(qū)動(dòng)電路板和控制電路板，并且所述功率電子單元具有兩個(gè)直流匯流條，所述直流電路能連接到這些直流匯流條上，所述功率電子單元還具有相電流匯流條，所述多相交流電機(jī)能連接到這些相電流匯流條上，其中，所述相電流匯流條的數(shù)量與所述多相交流電機(jī)的相數(shù)相對(duì)應(yīng)，其特征在于: -所述功率模塊、所述驅(qū)動(dòng)電路板和所述控制電路板彼此按夾層結(jié)構(gòu)設(shè)置， -所述相電流匯流條能夠與所述功率模塊電連接， -所述控制電路板對(duì)于每個(gè)相電流匯流條設(shè)有一穿引部，相應(yīng)的相電流匯流條能夠穿過所述穿引部。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛，其特征在于: -所述控制電路板在每個(gè)穿引部上具有電流傳感器， -每個(gè)電流傳感器測(cè)量相應(yīng)的相電流匯流條中的電流。
3.如權(quán)利要求2所述的車輛，其特征在于: -所述控制電路板具有中央處理器， -所述控制電路板在所述中央處理器與所述電流傳感器之間分別具有模擬的數(shù)據(jù)連接， -通過所述電流傳感器，經(jīng)由相應(yīng)的數(shù)據(jù)連接，能夠?qū)㈦娏鳒y(cè)量信號(hào)傳輸至所述中央處理器。
4.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的車輛，其特征在于: -該車輛構(gòu)造成電動(dòng)車或混合動(dòng)力車。
【文檔編號(hào)】H05K1/14GK103717441SQ201280039357
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月12日
【發(fā)明者】J·洛佩茲德阿羅亞貝 申請(qǐng)人:寶馬股份公司