集成电源箱的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的功率组件，该功率组件具有：用于与外部的ac电压源连接以便为该车辆提供hv直流电压的ac充电器，用于车辆hv电池储存器的温度调节的hv温度调节装置，用于将hv直流电压转换为该车辆的车载电压的dc/dc转换器，以及用于该车辆内的hv直流电压的分配的hv电压分配器。

本发明还涉及一种具有上述功率组件的车辆。

背景技术：

由于车辆构造中越来越多的电驱动装置，这种车辆的构造出现了变化。如今带有电驱动装置的车辆通常仍然是小批量车型，其生产成本是非常高的。为了电驱动装置的普及也可以在越来越多的大众车型中实现，因此有必要优化迄今为止的结构。需要分析和优化现有的车辆构造。

为了实现电驱动装置，在车辆中提供当前几百伏特范围的高压(hv，highvoltage)作为直流电压。因此带有电驱动装置的车辆一般包括ac充电器、hv温度调节装置、dc/dc转换器和hv电压分配器。这些hv部件共同组成了用于高压的功率组件。附加地，带有电驱动装置的车辆通常具有用于存储电能的hv电池储存器。在hv电池储存器内有多个单独的电池单元互相串联连接，以提供hv直流电压。通过这种电池单元线路的并联布置可以提供更大的电流。在适当时通过dc/dc转换将由hv电池储存器提供的电压提高到hv直流电压。

上述hv部件目前单独地在车辆中提供，也就是说每个hv部件包括自己的壳体、单独地安装在车辆中、单独地用电缆连接并且位于车辆中，并且包括自己的带有单独冷却软管的冷却装置。这造成了高昂的安装费用，并且导致重量大和封包负担高。

通过ac充电器，车辆可以与外部ac电压源连接为其hv电池储存器充电。现有的ac充电器出于安全原因实施成带有隔离变压器，以实现ac电压源和车辆中的hv直流电压之间的电流隔离。电流隔离实现了对电冲击的防护并且避免了车辆到外部ac电压源的dc反馈。这种电流隔离在ac充电器中相对需要很多空间，占据了很大重量并且通常是昂贵的。

就此而言，由de112006003033t5已知用于共同控制变流器的一种系统和一种方法。

此外，由de102015219917a1已知一种用于车辆的功率转换模块。该模块具有壳体和功率转换单元，该功率转换单元安装于壳体底板的内表面上。功率转换单元具有冷凝器模块、功率模块、逆变器和ldc。水冷式冷却单元安装于壳体底板的外表面上并布置在与逆变器的功率模块和ldc相对应的位置，其中壳体底板嵌于其间。水冷式冷却单元安装于壳体底板的外表面上并布置在与冷凝器模块相对应的位置，其中壳体的底板嵌于其间。

此外，由de102014016076a1已知用于机动车辆的dc/dc转换器包括两个高压连接端、带有高压转换器开关的高压dc/ac转换器、被电流隔离的变压器、低压ac/dc转换器、带有中间电路电容的中间电路，和连接于中间电路的转换器模块，该转换模块用于将中间电路的中间电路电压转换成低压直流电压。转换器模块包括两个低压连接端。高压转换器开关的控制装置实施为以预定的和固定的占空比控制高压转换器开关，使得通过高压dc/ac转换器、变压器和低压ac/dc转换器实现的高压直流电压与中间电路电压的转换比是恒定的。

此外，由de102015223655a1已知能量转换装置的ac/dc转换器，该转换器具有过滤器、pfc电路、第一全桥电路、第一变压器和第一整流器电路并且将由外部提供的ac电压转换成dc电压。dc/dc转换器具有过滤器、第二全桥电路、第二变压器和第二整流器电路，并且降低从ac/dc转换器输出的dc电压。位于第一变压器的初级侧的ac/dc转换器的电路部件安装于冷却壳体的上表面上部，该冷却壳体冷却两个转换器。位于第一变压器的次级侧的ac/dc转换器的电路部件和dc/dc转换器的电路部件安装于冷却壳体的下侧。

技术实现要素：

因此基于上述的现有技术水平，本发明的目的在于提供一种功率组件和具有上述类型的功率组件的车辆，其中该功率组件能高效地制造、易于安装、具有小的重量、具有小的构造形式、产生低的电损耗并且附加地提供成本效益。

根据本发明，此目的是通过下述1和10中记载的技术方案实现的，在下述2-9中给出本发明的有利设计方案：

1.一种用于车辆的功率组件(10)，该功率组件具有：

用于与外部的ac电压源(38)连接并为该车辆提供hv直流电压(40)的ac充电器(12)，

用于该车辆的hv电池储存器(52)的温度调节的hv温度调节装置(14)，

用于将hv直流电压(40)转换成该车辆的车载电压的dc/dc转换器(16)，以及

用于该车辆中的hv直流电压(40)分配的hv电压分配器(18)，

其特征在于，

该ac充电器(12)以半导体技术实施为不具有电流隔离，并且

该功率组件(10)具有壳体(22)，该ac充电器(12)、该hv温度调节装置(14)、该dc/dc转换器(16)和该hv电压分配器(18)布置在该壳体中以形成集成电源箱(20)。

2.根据上述1所述的功率组件(10)，其特征在于，

该功率组件(10)具有用于该ac充电器(12)的电保护的安全功能硬件(42)。

3.根据上述1或2之一所述的功率组件(10)，其特征在于，

该功率组件(10)具有用于断开该dc/dc转换器(16)的安全装置。

4.根据上述1-3之一所述的功率组件(10)，其特征在于，

该功率组件(10)具有用于切换该hv电压分配器(18)的切换装置。

5.根据上述1-4之一所述的功率组件(10)，其特征在于，

该功率组件(10)具有带有至少两个模块的模块式构造，尤其是各自带有用于该ac充电器(12)、该hv温度调节装置(14)、该dc/dc转换器(16)和该hv电压分配器(18)的模块。

6.根据上述1-5之一所述的功率组件(10)，其特征在于，

该壳体(22)实施为用于该车辆的稳定化的与碰撞相关的结构，尤其实施为用于至少一对车辆拱顶的稳定支柱。

7.根据上述1-6之一所述的功率组件(10)，其特征在于，

该壳体(22)具有至少一个维修翻板，该维修翻板允许存取该功率组件(10)的可更换部件。

8.根据上述1-7之一所述的功率组件(10)，其特征在于，

该ac充电器(12)、该hv温度调节装置(14)、该dc/dc转换器(16)和该hv电压分配器(18)之间的内部电连接是根据“插片”技术实施的。

9.根据上述1-8之一所述的功率组件(10)，其特征在于，

该功率组件(10)具有内部通信连接件，该内部通信连接件将该ac充电器(12)、该hv温度调节装置(14)、该dc/dc转换器(16)和hv电压分配器(18)相互连接。

10.一种具有根据以上1-9之一所述的功率组件(10)的车辆。

因此，根据本发明提出一种用于车辆的功率组件，该功率组件具有：用于与外部的ac电压源连接并为该车辆提供hv直流电压的ac充电器，用于车辆hv电池储存器的温度调节的hv温度调节装置，用于将hv直流电压转换为该车辆的车载电压的dc/dc转换器，以及用于该车辆内的hv直流电压的分配的hv电压分配器，其中该ac充电器以半导体技术实施为不具有电流隔离，并且该功率组件具有壳体，该ac充电器、该hv温度调节装置、该dc/dc转换器和该hv电压分配器布置在该壳体中以形成集成电源箱。

根据本发明，还提出了一种具有上述功率组件的车辆。

本发明的基本理念是通过hv功能(高压功能)的智能组合提供集成电源箱，其在封装、效率、重量、成本和效益方面具有优势。因此能够首先将各个单独的部件、也就是ac充电器、hv温度调节装置、dc/dc转换器和hv电压分配器之间的传导路径通过共同的布置来减少。这涉及电缆以及例如用于冷却集成电源箱的各个部件的冷却剂管路，由此可以减小电缆长度和冷却管路长度并且节省重量。此外各个部件必须以常规的构造方式相应地单独连接。与部件的单独安装相比，该集成电源箱可以被有效组装。在省去常规变压器的情况下通过ac充电器的附加优化在集成电源箱的设计方案中产生多个不同的自由度。这样的ac充电器额外地具有高效率。

车辆尤其是带有电驱动装置的车辆通过该集成电源箱供应电能。该车辆可以仅仅是电驱动的，或者作为所谓的混合动力车辆具有电驱动装置和另一种驱动的组合，例如常规的内燃机。

该ac充电器用于连接外部的ac电压源并将外部ac电压转换成车辆中提供的hv直流电压。在车辆中已知带有电能生产部件、即增程器，可以原则上通过ac充电器转换来自增程器的电能并引导到hv电池储存器或驱动器中。该ac充电器以半导体技术实施为不具有电流隔离的功率电子元件。这允许提供ac充电器和对应的具有小重量的集成电源箱。此外，变压器的免除允许所要求的构造空间的减少。该ac充电器可以通过充电线缆或感应式地与外部ac电压源连接。

该hv温度调节装置用于车辆的hv电池储存器的温度调节。通常，热传递流体流经该hv电池储存器，该热传递流体可以加热和/或冷却hv电池储存器，例如取决于电池负载、操作模式和/或环境条件。因此该hv温度调节装置可以包括hv加热器，该加热器在低的温度中加热该热传递流体。被加热的流体流经电池电路，以将hv电池储存器带入更高的温度水平中并且实现与其连接的内阻的减少。对应地可以实现更高的可用系统功率。当该hv电池储存器的温度超过极限值时，hv温度调节装置可以冷却hv电池储存器，以保护电池单元。hv温度调节装置这样被设置在集成电源箱中，使得其能够在流体循环中理想地定位。例如，在hv加热器中使用发热石或平面电阻器作为加热元件。该平面电阻器大面积地位于集成电源箱中，使得在电池电路中通过特定的导热材料保证最大的引入热量。该hv温度调节装置实施为带有用于控制目的的半导体切换元件。

该dc/dc转换器执行hv直流电压到车辆的车载电压的转换。该dc/dc转换器将hv直流电压转换为车辆的车载电压，例如由ac充电器或车辆的hv电池储存器提供用于驱动的hv直流电压。该hv直流电压可以为例如800v。该车载电压通常达到12v，但是也可以接受24v或者48v。该dc/dc转换器优选地以半导体技术实施为功率电子元件，例如为升压或降压转换器，或者为增压转换器(boost-wandler)。

该hv电压分配器允许车辆中的hv直流电压分配。原则上，任意的hv耗电器都可以通过hv电压分配器供应hv直流电压。车辆的电驱动装置尤其和该hv电压分配器连接。对此，该hv电压分配器通常包括多个用于接通或切断单独的支路的汇流排和切换装置。为了简化维护和/或修复，该hv电压分配器定位于该集成电源箱的上部区域中，使得该hv电压分配器在车辆发动机舱的装配中容易从上面进行。

该壳体实施为所有部件的共同壳体，也就是说，它包括ac充电器、hv温度调节装置、dc/dc转换器和hv电压分配器。附加地可以通过该壳体提供到冷却装置的共同端口。该壳体优选地由轻质材料制成。这种轻质材料包括例如塑料或轻金属比如铝，其中优选塑料或其他的不导电材料。

通过该功率组件实施作为集成电源箱，可以例如用于电源箱的单独的冷却装置对所有包含其中的部件进行共同的冷却。该冷却装置散发热量，例如在电部件及其连接件的传导和接触电阻上产生的热量，以防止由于过热而弯曲损坏并通过降低温度来减少欧姆电阻。

在本发明的有利设计方案中，该功率组件具有用于ac充电器的电保护的安全功能硬件。优选地，该安全功能硬件是ac充电器的一体式组成部分。该安全功能硬件在故障情况下被激活，以实现对车辆的保护。尤其是该安全功能硬件实施和布置为，在故障情况下执行该ac充电器与外部ac电压源的断开。该安全功能硬件通常包括多个切换元件。这些切换元件可以电磁地实施为例如接触器，或者实施为纯电子地带有功率半导体。优选带有功率半导体的实施方案。

在本发明的有利实施方案中，该功率组件具有用于断开dc/dc转换器的安全装置。优选地，该安全装置是dc/dc转换器的一体式组成部分。该安全装置在故障情况下被激活，以实现对车辆的保护。尤其是该安全装置被实施和布置成用于在故障情况下执行该dc/dc转换器的断开。该安全装置通常包括多个切换元件。这些切换元件可以电磁地实施为例如接触器，或者实施为纯电子地带有功率半导体。优选带有功率半导体的实施方案。

在本发明的有利设计方案中，该功率组件具有用于切换hv电压分配器的切换装置。优选地，该切换装置是hv电压分配器的一体式组成部分。该切换装置通常包括多个切换元件。这些切换元件可以电磁地实施为例如接触器，或者实施为纯电子地带有功率半导体。优选带有功率半导体的实施方案。

在本发明的有利的设计方案中，该功率组件具有带有至少两个模块的模块式构造，尤其是各自带有用于ac充电器、hv温度调节装置、dc/dc转换器和hv电压分配器的模块。通过模块式的构造可以简单方式提供不同配置的集成电源箱，其中根据需要选择单个模块并将它们组合到集成电源箱中。此外模块式的构造简化了在故障或损坏情况下单独模块的更换。在此，这些模块不仅可以根据其电功能进行选择和组合，还可以附加地考虑构造尺寸和机械要求。对应地可以适用不同的车辆平台。在此，模块彼此充分密封的设计是重要的，以确保所包含部件的安全性。

在本发明的有利设计方案中，该壳体实施为用于车辆稳定化的与碰撞相关的结构，尤其是实施为用于至少一对车辆拱顶的稳定支柱。该集成电源箱可以因此在电功能之外形成结构部件，其增强了车辆的稳定性。因此，通过对应实施的壳体可以省却车辆前端中用于整车稳定性的一个或多个拱顶支柱。对应地，该集成电源箱可以例如安装在两个前拱顶之间，其中每个固定器连接件分别从相应的前拱顶拧到集成电源箱上。因此该集成电源箱可以执行一个或多个拱顶支柱的功能。

在本发明的有利设计方案中，该壳体具有至少一个维修翻板，该维修翻板允许存取功率组件的可更换部件。这些可更换部件尤其是保险丝，在故障情况下可以进行简单的更换。这些保险丝尤其是hv保险丝，例如用于ac充电器的保护。优选地，该集成电源箱附加地包括评估电路，该评估电路检测并在适当时报告保险丝正确的安装和/或维修翻板的打开。除此之外，模块的电子部件也可以通过维修翻板进行完全更换。

在本发明的有利设计方案中，ac充电器、hv温度调节装置、dc/dc转换器和hv电压分配器之间的内部电连接是根据“插片”技术(“blade”-technologie)实施的。在插片技术中，电连接包括插片和基座(faston)。在电连接过程中，插片插入到基座中并且借助摩擦和压力与基座接触。插片技术的构思在于可以多次建立并再次断开插片与基座之间的连接。

在本发明的有利设计方案中，该功率组件具有内部通信连接件，该通信连接件将ac充电器、hv温度调节装置、dc/dc转换器和hv电压分配器相互连接。该通信连接件可以例如基于在汽车领域普遍适用的内部通信总线建立，例如can、spi或lin或以太网。优选地，该通信连接件被屏蔽以抵抗电磁辐射，以满足电磁兼容性(emv)的要求。

附图说明

下面参照附图并结合优选实施例对本发明进行示例性说明，其中以下展示的特征无论是单独的还是组合的，都可以构成本发明的一个方面。

附图示出：

图1：示出根据优选的第一实施方式的带有ac充电器、hv温度调节装置、dc/dc转换器和hv电压分配器的功率组件的透视图，它们被布置成在共同的壳体中以形成集成电源箱，

图2：示出图1的ac充电器的示意图，带有输入滤波器、整流器、功率因数校正滤波器、整平元件、dc/dc转换器和输出滤波器，以及

图3：示出图2的ac充电器的功能示意图，带有附加地示出的电流监控装置和同样附加地示出的切断装置。

具体实施方式

图1示出了根据优选的第一实施方式根据本发明的用于车辆的功率组件10。第一实施方式的车辆是一种具有电驱动装置的电动车辆，该驱动装置通过功率组件10被供应电能。

功率组件10包括ac充电器12、hv温度调节装置14、dc/dc转换器16和hv电压分配器18，这些部件布置在共同的壳体22中以形成集成电源箱20。ac充电器12、hv温度调节装置14、dc/dc转换器16和hv电压分配器18之间的内部电连接是根据“插片”技术实施的。

ac充电器12用于连接外部的ac电压源38并将由此供应的ac电压转换成车辆中提供的hv直流电压40。ac充电器12以半导体技术实施为不具有电流隔离的功率电子元件。ac充电器12通过充电线缆连接外部ac电压源38。

第一实施方式的ac充电器12相应地在图2和图3中部分地详细示出。图2的图示在此基于功能构造，如在本身已知的ac充电器12中使用的那样。ac充电器12作为功能部件对应地包括输入滤波器24、具有多个半导体切换元件28的整流器26、功率因数校正滤波器30、平滑元件32、直流转换器34和输出滤波器36，它们依次串联连接。ac充电器12在输入侧连接到ac电压源38并且在输出侧提供hv直流电压40。

ac充电器12附加地包括用于ac充电器12的电保护的安全功能硬件42，其在图3中示出。安全功能硬件42在故障情况下执行ac充电器12与外部ac电压源38的断开。为此安全功能硬件42包括带有多个未单独示出的切换元件的分离装置44，这些分离装置通过致动中断与ac电压源38的连接。这些切换元件以电子方式实施有功率半导体。

安全功能硬件42附件地包括差分电流监控装置46，其监控分为三相的i1、i2、i3的差分电流和外部ac电压源38的中性导体n。此外，安全功能硬件42包括补偿装置48。监控装置50接收在差分电流监控装置46中测量的差分电流，以识别故障。在故障情况下电流监控装置50控制分离装置44，以将ac充电器12与外部ac电压源38分离，或者控制补偿装置48，以执行电流补偿。此外，dc/dc转换器34附加地被监控装置50控制，例如为了在ac充电器12故障时禁用dc/dc转换器34。

如图3所示，根据关于图2的实施方案的描述，ac充电器12包括输入滤波器24，其在此被称为emc滤波器。直流转换器34连同功率因数校正滤波器30被连接在输入滤波器24下游。直流转换器34和功率因数校正滤波器30在这里实施为一体式。在此图示中，输出滤波器36也被连接在下游。

在输出侧，这样提供的hv直流电压40在此示出为带有hv电池储存器52。此外，hv温度调节装置14、dc/dc转换器16和hv电压分配器18连接到hv直流电压40。

hv温度调节装置14用于车辆的hv电池储存器52的温度调节。hv温度调节装置14在此实施为hv加热器14。热传递流体流经hv电池储存器52，以加热hv电池储存器52。其中，hv加热器14加热热传递流体。hv温度调节装置14实施有用于控制的半导体切换元件。

dc/dc转换器16将hv直流电压40转换为车辆的车载电压，例如由ac充电器12或车辆的hv电池储存器52提供的hv直流电压。hv直流电压40在此具有800v，并且车载电压达到12v。在替代性的实施方式中，该车载电压具有24v或48v。dc/dc转换器16以半导体技术实施为功率电子元件。此外，dc/dc转换器16包括用于断开dc/dc转换器16的安全装置。该安全装置被实施和布置成用于在故障情况下执行dc/dc转换器16的断开。该安全装置通常包括多个切换元件。这些切换元件以电子方式实施有功率半导体。

hv电压分配器18在车辆中分配hv直流电压40。通过hv电压分配器18给车辆中的用电器供应hv直流电压40。这尤其跟车辆的电驱动装置相关。hv电压分配器18被定位于壳体22中的上部区域中。hv电压分配器18包括用于接通或切断单独的供应支路的多个汇流排和一个切换装置。该切换装置实施为带有单独的切换元件，这些切换元件以电子方式实施有功率半导体。

功率组件10包括在此未示出的内部通信连接件，该内部通信连接件将ac充电器12、hv温度调节装置14、dc/dc转换器16和hv电压分配器18彼此连接。该内部通信连接件可通过形成在壳体22上的接口与车辆的控制装备连接。

壳体22实施为所有部件12、14、16、18的共同壳体22，ac充电器12、hv温度调节装置14、dc/dc转换器16和hv电压分配器18布置在该壳体中。集成电源箱10的共同端口通过该壳体22连接到冷却装置上。壳体22由塑料制成。壳体22具有维修翻板，该翻板允许对功率组件10的可更换部件的存取。

壳体22实施为用作车辆稳定化的碰撞相关结构。在壳体22的安装状态下，功率组件10被装配在车辆的两个前拱顶之间，作为稳定支柱，也称为拱顶支柱。对此每个固定器连接件分别从相应的前拱顶拧接到集成电源箱20上。

第一实施方式的功率组件10具有模块化构造，其中ac充电器12、hv温度调节装置14、dc/dc转换器16和hv电压分配器18相应地实施为单独的模块并且连接到集成电源箱20上。在此这些单独的模块彼此密封，以整体密封壳体22。