[發(fā)明專利]一種高功率密度水冷雙向充電機(jī)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011518896.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112706631B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃超;尚前博;胡明慶;李竹可;朱云鵬;李曉莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車永濟(jì)電機(jī)有限公司
• 主分類號(hào): B60L53/20
• 分類號(hào): B60L53/20;B60L53/22;B60L53/24;H02M1/00;H02M1/44;H05K7/20
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;侯小幸

本發(fā)明公開(kāi)了一種高功率密度水冷雙向充電機(jī)裝置，涉及動(dòng)力調(diào)車機(jī)車的電力控制領(lǐng)域。該裝置主體為柜體和蓋板，柜體通過(guò)不銹鋼板A劃分為非屏蔽區(qū)Ⅰ和屏蔽區(qū)Ⅱ，不銹鋼板A上還設(shè)置有兩個(gè)EMI濾波器；非屏蔽區(qū)Ⅰ通過(guò)不銹鋼板B劃分為充電回路區(qū)域和控制區(qū)域，充電回路區(qū)域內(nèi)設(shè)置有預(yù)充電回路單元，控制區(qū)域內(nèi)設(shè)置有控制單元；充電回路區(qū)域的左側(cè)柜體板上設(shè)有直流電輸入口X1與X2、直流電輸出口X3與X4以及控制接口，直流電輸出口X3與X4連接蓄電池；控制區(qū)域左側(cè)柜體板上設(shè)置有以太網(wǎng)接口；屏蔽區(qū)Ⅱ內(nèi)設(shè)置有集成水冷電抗器單元、集成電容單元、功率模塊單元、冷卻回路單元。本發(fā)明器件集成度高，減小系統(tǒng)體積及重量，滿足輕量化設(shè)計(jì)要求，節(jié)省了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及動(dòng)力調(diào)車機(jī)車的電力控制領(lǐng)域，具體為一種高功率密度水冷雙向充電機(jī)裝置。

背景技術(shù)

重型混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車以動(dòng)力蓄電池作為主動(dòng)力源，柴油機(jī)輔助充電，是未來(lái)混合動(dòng)力、電-電調(diào)車、救援車以及隧道工程車的重要平臺(tái)。充電機(jī)作為為動(dòng)力蓄電池提供電源的電能變換裝置，是混動(dòng)機(jī)車中十分重要的部件，一般安裝于蓄電池上方，通過(guò)快插電纜連接，用于實(shí)現(xiàn)向動(dòng)力蓄電池充電和由動(dòng)力蓄電池向整車放電的功能。但是現(xiàn)有技術(shù)中，存在著如下缺陷：①現(xiàn)有水冷充電機(jī)的冷卻設(shè)計(jì)僅對(duì)功率器件IGBT采用水冷卻方案，其他發(fā)熱部件采用內(nèi)部循環(huán)風(fēng)自然散熱，由于僅對(duì)功率器件IGBT采用水冷卻的方案，其他發(fā)熱部件只依靠?jī)?nèi)部循環(huán)風(fēng)散熱，其冷卻效果差，在柜體密封、功率密度較大的條件下，內(nèi)部循環(huán)風(fēng)并不能將主要發(fā)熱器件的熱量散發(fā)，長(zhǎng)期工作條件下，其他主要散熱部件，如電抗器等部件的熱量會(huì)在密閉的箱體空間內(nèi)聚集，從而使箱體內(nèi)部溫度較高。充電機(jī)裝置在長(zhǎng)期的高溫狀態(tài)下工作，會(huì)影響柜內(nèi)器件的壽命，降低產(chǎn)品的安全性和可靠性；②輸入濾波電抗器和輸出濾波電抗器分開(kāi)設(shè)計(jì)：由于充電機(jī)箱體內(nèi)空間狹小，如采用輸入濾波電抗器和輸出濾波電抗器分開(kāi)設(shè)計(jì)，為保證足夠的電氣間隙，兩組電抗器占用空間較大，空間利用率較低，從而也無(wú)法滿足較大功率密度的設(shè)計(jì)要求；電抗器結(jié)構(gòu)形式通常采用風(fēng)冷電抗器，其實(shí)施中存在：一、在狹小的箱體空間內(nèi)設(shè)置冷卻風(fēng)通道，風(fēng)阻較大的同時(shí)，設(shè)置冷卻風(fēng)機(jī)需占用較大的空間，成本高，維護(hù)難度大；二、無(wú)法對(duì)箱體實(shí)施密封，灰塵容易進(jìn)入箱體，灰塵清掃難度大，存在一定安全隱患；③充電機(jī)電路拓?fù)湓O(shè)計(jì)通常需要設(shè)置支撐電容和濾波電容，兩種電容分別設(shè)置和安裝：充電機(jī)裝置的支撐電容和濾波電容，采用分別設(shè)置和安裝方式時(shí)，體積較大，接線和安裝均占用較大空間，難以適用于緊湊安裝環(huán)境需求；如需減小體積，通常采用壓縮電容設(shè)計(jì)余量或降低技術(shù)參數(shù)要求的方式來(lái)減小電容體積；而電容內(nèi)部采用的金屬化薄膜由于其膜厚不是無(wú)極的，而是不同數(shù)量的，要降低體積勢(shì)必會(huì)改變其膜厚，但由于單位膜厚承受的電壓是有限的，因此膜厚降低勢(shì)必會(huì)降低電容的耐受電壓，從而使電容性能無(wú)法達(dá)到系統(tǒng)要求；在設(shè)計(jì)電容時(shí)為保證其安全性和可靠性，通常會(huì)設(shè)計(jì)一定安全余量，通過(guò)降低參數(shù)余量減小體積則會(huì)使電容安全性和可靠性降低，進(jìn)而會(huì)縮短電容使用壽命，降低其運(yùn)用可靠性；④現(xiàn)有充電機(jī)主電路部件之間通常采用銅排連接：采用銅排連接雜散電感大，電路可靠性差；模塊、電容、輸入輸出電抗器、EMI濾波器多器件間采用銅排連接，銅排設(shè)計(jì)復(fù)雜，集成度低，安裝拆卸維護(hù)性差、電氣間隙難以保證，可靠性較低。

所以為了同時(shí)解決上述這些充電機(jī)裝置的缺陷，需要對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中充電機(jī)裝置所存在的上述多種問(wèn)題，提供了一種高功率密度水冷雙向充電機(jī)裝置。

本發(fā)明是在現(xiàn)有的充電機(jī)裝置的電路原理基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的重新整合，使其成為框架一體化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的充電機(jī)裝置主電路拓?fù)洳捎萌娖诫p向BUCK/BOOST結(jié)構(gòu)，當(dāng)由變流器提供電源時(shí)，充電機(jī)能量自直流母線側(cè)向蓄電池側(cè)流動(dòng)，此時(shí)工作為BUCK電路；當(dāng)由蓄電池提供電源時(shí)，充電機(jī)能量自蓄電池側(cè)向直流母線側(cè)流動(dòng)，此時(shí)工作為BOOST電路。主電路原理如圖1所示，充電工況下將中間直流母線輸入的DC1600V-DC1800V通過(guò)充電機(jī)輸出為DC1023V-DC1310V供蓄電池充電；放電工況下充電機(jī)將蓄電池的DC1023V-DC1310V電壓轉(zhuǎn)換為DC1600V-DC1800V變送到機(jī)車直流母線上供車輛使用，單臺(tái)充電機(jī)裝置的充電功率225kW，放電功率315kW。