CN113300180B - 模块化电源 - Google Patents

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Abstract

用于附接三个或更多个DC/DC转换器单元的安装基座，包括：‑三个或更多个安装区域，每个安装区域具有用于附接到所述转换器单元上的互补机械连接器构件的机械连接器构件和用于附接到所述转换器单元上的互补电连接器的电连接器，‑电导体，附接到每个安装区域中的电连接器且附接到安装基座上的主连接器，用于连接到主HV电源的HV连接器；‑以与所述安装区域导热接触的方式延伸的冷却通道，以及‑对于至少两个安装区域，所述安装基座上的开关构件，所述开关构件用于利用第一端子连接到所述转换器单元的输出，并且具有用于连接到辅助电单元的第二端子。根据本发明的安装基座提供了冗余，易于扩展，而不需要12V板网、熔断器和配电箱。

Description

模块化电源
技术领域
本发明涉及一种用于附接到诸如用于电动车辆中的DC/DC转换器单元的安装基座。
本发明还涉及一种安装基座和DC/DC转换器单元的组件以及涉及包括这种组件的电动车辆。
背景技术
电动车辆具有固定尺寸的HV电池(HV battery)/燃料电池元(fuel cell)或超级电容器，其经由DC/DC转换器连接到DC链路，DC链路连接到DC/AC转换器，DC/AC转换器又驱动电动机。DC链路还可对为辅助装置供电的LV电池充电。这些辅助装置例如灯、风扇或仪表板由各种尺寸的(铅/酸)电池供电。
通过具有固定尺寸的DC/DC转换器并针对辅助装置使用变化尺寸的能量存储装置来应对不同车辆的变化功率需求。用铅酸电池实现的解决方案导致重量增加、分配空间增大和关于环境可持续性的问题。
该布局具有这样的缺点：已知的辅助电力***很重，需要大量的空间并且产生关于可持续性的问题。
需要一种灵活的设计，其允许以对机械和热设计最小的影响使电气部件容易地适应车辆布局。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于附接三个或更多个DC/DC转换器单元的安装基座，所述安装基座包括：
-三个或更多个安装区域，每个安装区域具有机械连接器构件和电连接器，所述机械连接器构件用于附接到所述单元上的互补机械连接器构件，所述电连接器用于附接到所述单元上的互补电连接器，
-电导体，所述电导体附接到每个安装区域中的所述电连接器，并且附接到所述安装基座上的主连接器，用于连接到主HV电源的HV连接器，
-冷却通道，其沿着所述安装区域导热接触地延伸，
-对于至少两个安装区域，位于所述安装基座上的开关构件，所述开关构件用于利用第一端子连接到所述转换器单元的输出，并且具有用于连接到辅助电气单元的第二端子。
根据本发明的安装基座提供模块化DC/DC转换器配置，并且能机械地和电力地连接到各种数量的DC/DC转换器单元，所述DC/DC转换器单元可以用标准化的机械和电连接器制造。所述安装基座具有标准化的尺寸和布局，并且可以根据需要由在特定类型的电动车辆中使用的HV电源供电的辅助装置的配置来适配转换器单元的数量和类型。
所述DC/DC转换器可具有不同的输出电压以支持辅助装置的多个电压水平。
所述安装基座可安置不同数量的DC/DC转换器，以便以成本有效的方式支持不同的功率需求。
可群集DC/DC转换器组以实现对于安全临界的载荷而言辅助装置的冗余。本发明提供了增加的安全性，因为当n个DC/DC转换器连接到基座时，一个DC/DC转换器的故障仅使总功率输出减小1/n。
所述车辆的HV电源连接到所述安装基座上的主连接器，用于为LV转换器单元中的每一个供电。这些可具有不同的输出电压的LV转换器单元布置成与所述安装基座中的冷却通道热交换接触。
所述安装基座上的每个DC/DC转换器单元利用其输出连接到开关的第一端子，所述开关布置为利用其第二端子附接到辅助电气单元。所述开关影响到辅助装置的电力的分配，并且可具有熔断器功能。每个模块化DC/DC转换器可独立地贡献安装基座和转换器单元的组件的电力输出。通过所述开关的操作，所述辅助电气单元可以由所述DC/DC转换器单元选择性地供电。
根据本发明的标准化安装基座形成电、热和机械接口，其可容易地扩展，用于通过转换器单元的数量的变化来改变输出功率。通过使用所述安装基座，可以省略12V板网、熔断器和配电箱。
在根据本发明的安装基座的一个实施例中，安装区域设有用于连接到所述基座上的逻辑单元的机械和电连接器。所述逻辑单元可包括用于对DC/DC转换器单元进行功能控制、操作开关的算法。所述逻辑单元还诊断所述DC/DC转换器单元的功能、开关和熔断器功能，并与车辆控制***通信。所述逻辑单元可包含具有高安全完整性的软件功能。
在另一个实施例中，开关构件适于将第一转换器单元的输出连接到第二转换器单元，以在组合转换器单元的输出处提供预定的冗余输出电压。
以这种方式，可以使用并排的多个转换器单元来获得冗余电压输出。
在一个实施例中，所述冷却装置包括中央冷却通道，在所述中央冷却通道的上侧和下侧上具有支撑构件，所述支撑构件与所述冷却通道导热接触，每个支撑构件包括用于承载转换器单元的至少两个安装区域。这使得占据相对小的表面积的紧凑构造。
在另一个实施例中，至少两个安装区域的两个或更多并行排布置在所述安装基座的同一侧上。这实现了减小高度尺寸的构造。
附图说明
借助于非限制性示例，参照附图详细地描述用于附接到电动车辆中使用的DC/DC转换器单元的安装基座的一些实施例。在附图中，
图1示出了已知电动车辆的示意图；
图2示出了根据本发明的安装基座和多个DC/DC转换器单元的组件的示意图；
图3示出了根据本发明的安装基座的一个实施例；
图4示出了根据本发明的安装基座的另一个实施例；
图5示出了具有中央冷却通道的安装基座的横截面侧视图；
图6示出了一安装基座的横截面侧视图，其具有中央冷却通道和在上侧和下侧上的转换器单元，并且
图7示出了具有两个并排的转换器单元的安装基座的俯视平面图。
具体实施方式
图1示出了已知电动车辆1，电动车辆1具有高压电源单元2，高压电源单元2可包括一个或多个燃料电池元3、超级电容器4和/或电池5。电池5可以是具有多个电池元和例如100kWh电量的锂离子电池。电源单元2的高电压输出(例如可以是400V)由DC/DC转换器6、7转换为诸如24V或48V的低电压。低电压经由DC链路9分配到逆变器(inverter)13，逆变器13产生驱动电动机14的AC电压。DC链路9还为辅助装置10和12供电。
诸如照明、气候控制或车窗刮水器的这些装置12由LV铅/酸电池11供电，LV铅/酸电池11由DC链路输出充电。对于以不同电压水平工作的每一类型的辅助装置12，需要单独的电池11。
图2示意性地示出了HV电池15和安装基座16的根据本发明的组件，该安装基座16包括具有例如48V输出电压的多个DC/DC转换器17-20、具有与转换器17-20的电压不同的输出电压的DC/DC转换器21、用于高度自主驾驶(HAD)控制的逻辑单元22、软件配置管理模块24、或逻辑单元25。多个固态开关26-29选择性地将DC/DC转换器17-20的输出连接到诸如电动助力转向(EPAS)单元30或电控制单元(ECU)31、32或33的辅助装置。
模块化DC/DC组件由多个隔离的DC/DC块17-21构建。每个DC/DC块独立地贡献于模块化DC/DC组件的总输出功率。所述DC/DC块可具有不同的输出电压以创建支持辅助侧(secondary side)上的多个电压水平的DC/DC。
可以在安装基座16上设置不同数量的DC/DC块，以便以成本有效的方式支持功率输出的不同需求。独立DC/DC块可以群集以使得能够在辅助侧上对安全临界负载冗余。在n个DC/DC转换器的情况下，一个DC/DC块中的故障使总输出功率仅减小1/n。例如，在DC块17、18中的一个有缺陷的情况下，开关26、27可以将故障的DC块与EPAS断开而连接正常起作用的DC块。
所有的DC/DC转换器单元17-21都具有限定的电、机械和热接口，以能够用由各个供应商制造的块来填充安装基座16。
图3示出了安装基座35的实施例，安装基座35具有标准化尺寸的安装区域36、37，安装区域36、37具有机械连接器38、39和电连接器40、41。机械连接器38、39可包括螺纹孔、销、螺栓、孔等，用于与DC/DC块上的互补机械连接器连接。电连接器40、41连接到基座35上的导体42、43，导体42、43连接到主连接器45。主连接器45能连接到车辆上的HV电池15。
在安装基座35的主体中，冷却通道47以与安装区域36、37导热接触的方式延伸，使得冷却剂可经由入口和出口端口49沿着DC/DC块循环。
在安装区域36、37上的每个DC/DC块的输出被连接到固态开关50、51的第一端子52、53，固态开关50、51的第一端子52、53可以利用第二端子54、55连接到辅助电装置。开关可经由控制线58由电子控制单元57控制。
图4示出了其中安装区域36中的DC/DC块的输出60与安装区域56中的块的输出组合的实施例。经由开关61，组合输出可连接到端子59。通过开关62、64，安装区域37、66中的DC块的输出可以进一步互连。
图5示出了具有金属主体76的安装基座70的横截面侧视图，其中金属主体76具有内部冷却通道71。DC/DC块72、73经由机械连接器74、75可拆卸地固定在主体76的顶部上。
图6示出了具有金属主体79的安装基座78的横截面侧视图，其中金属主体79具有中央冷却通道71并且在顶侧80和底侧81上具有多个DC块。
图7示出了具有金属主体84的安装基座83的平面图，金属主体84包括两个并行的排85、86，每排均包括四个DC块87、88。

Claims (9)

1.一种用于附接三个或更多个DC/DC转换器单元(17-22、72、73、87、88)的安装基座(16、35、70、78、83)，所述安装基座包括：
-三个或更多个安装区域(35-37、56、66)，每个安装区域具有用于附接到所述转换器单元上的互补机械连接器构件的机械连接器构件(38、39、74、75)和用于附接到所述转换器单元上的互补电连接器的电连接器(40、41)，
-电导体(42、43)，所述电导体附接到每个安装区域中的所述电连接器(40、41)，并且附接到所述安装基座上的主连接器(45)，用于连接到主HV电源(15)的HV连接器；
-与所述安装区域导热接触地延伸的冷却通道(47、71)，以及
-对于至少两个安装区域，所述安装基座上的开关构件(50、51)，所述开关构件用于利用第一端子连接到所述转换器单元的输出，并且具有用于连接到辅助电单元的第二端子(59、55)。
2.根据权利要求1所述的安装基座(16、35、70、78、83)，包括安装区域(25)，所述安装区域具有用于连接到所述基座上的逻辑单元的机械和电连接器。
3.根据权利要求1或2所述的安装基座(16、35、70、78、83)，其中，开关构件(62、64)适于将第一转换器单元的输出连接到第二转换器单元的输出。
4.根据权利要求1或2所述的安装基座(16、35、70、78、83)，其中，所述冷却通道包括中央冷却通道(71)，在所述中央冷却通道(71)的上侧和下侧(80、81)上具有支撑构件，所述支撑构件与所述中央冷却通道导热接触，每个所述支撑构件包括用于承载转换器单元的至少两个安装区域。
5.根据权利要求1或2所述的安装基座(16、35、70、78、83)，其中，至少两个安装区域的两个或更多个并行的排(85、86)布置在所述安装基座的同一侧上。
6.一种组件，包括根据前述权利要求中任一项所述的安装基座和连接到所述安装区域的三个或更多个DC/DC转换器单元。
7.根据权利要求6所述的组件，其中至少两个转换器单元具有不同的输出电压。
8.根据权利要求6所述的组件，其中至少两个转换器单元以它们的输出并排的方式布置。
9.一种电动车辆，包括根据权利要求6、7或8中任一项所述的组件。
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