CN105846750A - 一种电动汽车电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车电机控制器包括设置在主箱体内的直流母线电容、IGBT模块、金属支架、驱动板、电流传感器、AC母排、DC母排总成和Y电容；还包括上箱体，所述的上箱体内部设置有接线座总成、屏蔽板、控制板、负极转接母排、正极转接母排、空调接插件、微动开关、空调保险和直流高压互锁接插件；所述的上箱体外部固定有直流接插件、交流接插件、空调接插件、低压接插件、控制板盖和接线盒盖。本发明提供的电机控制器工作时IGBT和直流母线电容立式摆放，可以灵活地适应整车布置，同时具有结构紧凑、功率密度高、散热效果好、电磁兼容性好、操作安全性高等优点。

Description

一种电动汽车电机控制器

技术领域

本发明涉及电机控制器领域，具体涉及一种电动汽车电机控制器。

背景技术

电机控制器是实现电池的直流电供电与电机的交流电用电变换、实现电机的驱动运行的关键部件，属于电动汽车的核心功率部件，它必须能够持续可靠的运行。

现有技术中的电机控制器主要表现为体积大、集成度差、散热不佳和电磁兼容性差等。同时因为多数电动汽车开发选择与传统汽车同平台开发，混和动力汽车在设计方面需要在传统汽车基础上增加电驱动系统，导致传统机舱布置空间紧张，电机控制器布置边界及布线方式等限制较多，对电机控制器的结构设计提出了更高的要求。

专利CN103730989A提供了一种水冷、高功率密度的电机控制器，其IGBT和直流母线电容并排安装于主箱体上；驱动板固定于控制板上方并通过金属屏蔽板与控制板隔开；AC母排通过驱动板上的板载电流传感器与交流接插件相连；DC母排总成为层叠结构分别与直流母线电容伸出端及交流母排相连，电机控制器结构布置比较紧凑。由于其所有部件全部安装于主箱体，顶部使用一盒盖密封，而内部器件如两相连接器、三相连接器布置高度较直流母线电容高出很多，造成内部空间浪费；没有集成空调接插件及空调保险，需要额外的结构实现空调压缩机供电；没有考虑高压互锁开关设计，不能保证使用者人身安全等。

专利CN202009361U中提供了一种集成了预充电回路的紧凑型电机控制器，其IGBT布置于主箱体水道上；IGBT上方设计冲压钢板固定四个电解电容；DC母排总成分别与四个电解电容的八个连接点进行螺栓连接并将主箱体空间分为左右两侧；预充电回路和控制板及控制板的屏蔽板布置于DC母排总成的另一侧；DC母排总成输入和AC母排输出分别通过固定于主箱体上的两个接线盒实现；控制器顶部通过冲压成型的箱盖密封。该控制器集成了预充电回路，内部结构比较紧凑，同时具有较好的装配工艺性。但其电容布置于IGBT上方，耐振动性较差，同时电容类型为电解电容，其性能已落后于当前流行的薄膜电容；DC母排总成输入和AC母排输出分别通过额外的接线盒实现，造成控制器容积增加；该控制器同样没有考虑空调压缩机供电及高压互锁开关进行安全防护等功能；另外由于该控制器外形尺寸较大，一般仅适用于纯电动客车或混合动力客车。

因此，亟需一种适合电动汽车特别是电动轿车的电机控制器，解决现有技术中的电机控制器集成度不高和缺少高压互锁开关等潜在风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车电机控制器，其可以更好地实现在整车空间内布置，同时具有结构紧凑、功率密度高、散热效果好、电磁兼容性好、操作安全性高等特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种电动汽车电机控制器包括设置在主箱体内的直流母线电容、IGBT模块、驱动板、电流传感器、AC母排、DC母排总成和Y电容；还包括上箱体，所述的上箱体内部设置有接线座总成、屏蔽板、控制板、负极转接母排、正极转接母排、空调接插件、微动开关、空调保险和直流高压互锁接插件；所述的上箱体外部固定有直流接插件、交流接插件、空调接插件、低压接插件、控制板盖和接线盒盖；

所述的直流母线电容布置于主箱体底板上一侧；IGBT模块固定在直流母线电容另一侧的主箱体底板上；驱动板固定连接在IGBT模块上方，电流传感器设置在相对于直流母线电容的IGBT模块的一侧，所述的驱动板与电流传感器相连；AC母排一端固定于所述的IGBT模块的交流输出侧，AC母排另一端穿过所述的电流传感器的检测孔与交流接插件相连；DC母排总成绕过IGBT模块两侧并与直流母线电容相连；Y电容布置于DC母排总成与其相邻的主箱体侧壁之间与DC母排总成相连；所述的屏蔽板布置在驱动板上方的上箱体内侧；所述的控制板固定在屏蔽板上，并分别于驱动板、低压接插件和高压互锁线束连接；所述的接线座总成固定于上箱体内和屏蔽板相对应的一侧；接线座总成上的卡槽内布置有负极转接母排、正极转接母排和直流高压互锁接插件，接线座总成上有高压线束的出线孔；所述的空调接插件31的高压互锁线束、微动开关25线束以及与直流接插件对配的直流高压互锁接插件的低压回路串联；所述的负极转接母排、正极转接母排分别与空调接插件的高压线束及空调保险相连；所述的接线座总成、空调接插件及直流接插件的高压互锁开关线束串联于控制板上；所述的上箱体和主箱体固定密封连接。

进一步的，所述的主箱体内外两侧设置有连通的用于冷却上述IGBT模块的水道；所述的主箱体开设有用于安装直通水管的圆孔；所述的主箱体上IGBT模块另外两侧分别布置有放电电阻和水温传感器；所述的放电电阻的线束与所述的DC母排总成相连；所述的水温传感器的线束固定于主箱体的水道的进水口或出水口，所述的水温传感器的低压线束与所述的驱动板连接。

进一步的，所述的主箱体底板上在直流母线电容的另一侧还固定有金属支架，所述的IGBT模块设置在金属支架的内部，金属支架和上设置有上表面和驱动板相连接的散热胶垫，散热胶垫一端与延伸至主箱体的水道。

进一步的，所述的直流母线电容为薄膜电容，其通过螺栓固定于上述主箱体凸台上，薄膜电容下部有与主箱体凹槽配合的凸筋，薄膜电容与主箱体连接处设有减振胶垫。

进一步的，所述的DC母排总成包括正极母排和负极母排；正极母排和负极母排之间有绝缘支架，绝缘支架上设置有卡扣结构和凸筋结构，绝缘支架通过定位销与所述的主箱体定位和通过螺栓固定于主箱体上，绝缘支架的卡扣结构用以实现所述的水温传感器线束和所述的Y电容线束的卡接；绝缘支架的凸筋结构用于实现DC母排总成正、负极电气隔离，绝缘支架局部露出所述的DC母排总成表面以便于所述的DC母排总成散热。

进一步的，所述的接线座总成在所述的AC母排与所述的交流接插件连接螺栓下方设计挡板，防止装配过程中螺栓掉落。

进一步的，所述的透气塞安装于上箱体的凹槽内，上箱体上开设有控制板盖及接线盒盖安装孔。

进一步的，所述的控制板盖上有用于所述的控制板散热的凸台。

进一步的，所述的接线盒盖一侧设计凸台实现工作时触发微动开关。

进一步的，所述的电流传感器为三联形式电流传感器。

本发明的有益效果如下：

1.本发明提供的电机控制器将IGBT模块、驱动板、金属支架、直流母线电容、电流传感器、水温传感器、放电电阻、DC母排总成、AC母排按照特定的位置关系集成于主箱体，将接线座总成、屏蔽板、控制板、空调接插件及空调保险、低压接插件、交流接插件、直流接插件等集成于上箱体，实现了有限空间内的相互补充，使电机控制器体积大幅度压缩，减小了体积浪费。

2.本发明提供的电机控制器的接线座总成、空调接插件及直流接插件的高压互锁开关线束串联于控制板上实现高压互锁控制，使电机控制器的结构更加紧凑、功率密度高、电磁兼容性更高和操作更加安全等，满足了电动汽车特别是电动轿车对于控制器布置及高可靠性的要求。

3.本发明提供的电机控制器的金属支架的应用实现驱动板局部温度降低10℃左右，使散热效果更好；减震胶垫的应用电机控制器振动时对电容及连接螺栓的保护，提高了直流母线电容使用的可靠性；正极母排和负极母排通过一体化注塑的绝缘支架实现电气绝缘，实现母排绝缘的可靠性和安装的便捷性，减小由于装配失误导致的电气性能降低等风险。

附图说明

图1是本发明实施例的剖视示意图；

图2是本发明实施例的爆炸示意图；

图3是本发明实施例的主箱体组件正面示意图；

图4是本发明实施例的上箱体组件正面示意图；

图5是本发明实施例的上箱体组件背面示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

参见图1-图5，该实施例公开了一种电动汽车电机控制器，包括主箱体1和上箱体2，所述的电动汽车电机控制器的各功能性构件分别以特定的位置关系，安装在所述的主箱体1和上箱体2的内部或者外部，进而实现通过所述的主箱体1和上箱体2讲电机控制器的各功能性构件紧凑的集成为一体，进一步实现了各功能性构件的电连接更简洁、高效，提高了电机控制器的可靠性和功率密度。

具体而言，所述的主箱体1优选设置为矩形结构，以便于适合整车边界的布置，为了便于与上箱体2连接，该实施例中所优选的，所述的主箱体1一侧边缘凸起，其内部用于安装电机控制器的各功能性构件，另一侧水道部分凸起，用于实现入水口在整车的规定位置。

所述的主箱体1内设置有直流母线电容7、金属支架5、IGBT模块3、驱动板4、电流传感器12、AC母排10、DC母排总成9、Y电容8、散热胶垫6、放电电阻11、水温传感器13和线束固定支架14。

所述的主箱体1内部，直流母线电容7布置于主箱体1底板上一侧；IGBT模块3固定在直流母线电容7另一侧的主箱体1底板上；IGBT模块3和主箱体1之间通过O型圈15实现水道密封。驱动板4固定连接在IGBT模块3上方，电流传感器12设置在相对于直流母线电容的IGBT模块3的一侧，所述的驱动板4与电流传感器12相连；AC母排10一端固定于所述的IGBT模块3的交流输出侧，AC母排10另一端穿过所述的电流传感器12的检测孔与交流接插件30相连；DC母排总成绕过IGBT模块两侧并与直流母线电容7相连；该布置形式实现了由电池而来的直流电经过DC母排总成9依次流经直流母线电容7、IGBT模块3的交流侧，经过IGBT模块3实现直流电至交流电的逆变，通过IGBT模块3的交流侧与AC母排10相连进而向电机输出三相交流电。

所述的AC母排10穿过电流传感器12的检测孔实现交流电电流的实时监测，便于对电机进行控制。所述的电流传感器12优选使用三联形式电流传感器，以便实现结构更加紧凑，还可使用驱动板4板载电流传感器或安装于主箱体1的三个独立电流传感器。

所述的Y电容8布置于DC母排总成9与其相邻的主箱体1侧壁之间与DC母排总成9相连；用于消除外界输入的差模干扰。

所述的主箱体1外部，水道密封盖板16和所述的密封圈17实现另一侧水道的密封。所述的主箱体1内外两侧设置有连通的用于冷却上述IGBT模块3的水道；所述的主箱体1开设有用于安装直通水管的圆孔；所述的主箱体上IGBT模块3另外两侧分别布置有放电电阻11和水温传感器13；所述的放电电阻11的线束与所述的DC母排总成9相连；所述的水温传感器的线束固定于主箱体1的水道的进水口或出水口，水温传感器13也可根据控制需求只布置于水道进水口或水道出水口。所述的水温传感器13的低压线束与所述的驱动板4连接。

所述的主箱体1底板上在直流母线电容7的另一侧还固定有金属支架5，所述的IGBT模块3设置在金属支架5的内部，金属支架5和上设置有散热胶垫6，散热胶垫6上表面和驱动板4相连接，散热胶垫6一端与延伸至主箱体1的水道，实现驱动板4发热元件的散热。所述的驱动板4的长宽与IGBT模块3保持一致，不占用额外空间，满足紧凑性设计要求。金属支架5的应用可实现驱动板局部温度降低10℃左右。所述的驱动板4同时通过螺栓和焊盘的方式连接在所述的IGBT模块3上，该连接方式提高了驱动板4的抗振性能和连接可靠性，尤其适用于电机控制器竖直安装的形式。所述的驱动板4布置一个12针接插件与所述的电流传感器12和所述的水温传感器13的低压线束连接，所述的驱动板布置一个50针接插件通过排线28与所述的控制板21连接，该线束设计实现了将传感器信号通过较近的驱动板4传送至控制板21，缩短了线束长度，提高了线束连接可靠性和电机控制器紧凑性。排线28的应用减小了线束的体积和重量，同时便于电机控制器装配。

所述的直流母线电容7为薄膜电容，通过四个螺栓固定于上述主箱体1凸台上，直流母线电容7下部有与主箱体凹槽配合的凸筋，直流母线电容7与主箱体1连接处设有减振胶垫6。凸筋实现了直流母线电容7装配时导向及分担一部分连接螺栓所受剪切应力；减振胶垫18压缩后厚度为1mm，实现电机控制器振动时对直流母线电容7及连接螺栓的保护，提高了直流母线电容7使用的可靠性。

所述的DC母排总成9包括正极母排和负极母排，正极母排和负极母排为层叠形式，可消除母排间的杂散电感，正极母排和负极母排之间设置有一体化注塑的绝缘支架，实现电气绝缘，该一体化注塑结构可以实现母排绝缘的可靠性和安装的便捷性，减小由于装配失误导致的电气性能降低等风险。绝缘支架通过定位销与所述的主箱体定位，并通过螺栓固定于所述的主箱体。绝缘支架的卡扣结构用以实现所述的水温传感器线束和所述的Y电容8线束的卡接；绝缘支架的凸筋结构实现所述的DC母排总成9正、负极电气隔离，绝缘支架局部露出所述的DC母排总成9表面以便于所述的DC母排总成9散热。正极母排和负极母排的绝缘还可以通过安装于独立的绝缘支架内或分别对正极母排和负极母排进行绝缘塑封等设计实现。所述的DC母排总成的延伸部分安装压铆螺母，所述的放电电阻线束通过螺栓及压铆螺母与所述的DC母排总成相连，实现控制器主动放电或被动放电。所述的Y电容8线束通过螺栓及压铆螺母与所述的DC母排总成9相连。

所述的AC母排10包括U相母排、V相母排和W相母排。AC母排10一端固定于IGBT模块3交流输出侧，另一端穿过所述的电流传感器12与交流接插件30相连，进而实现交流电至电机输出及电流大小监测以便于实现电机控制器对电机的控制。该AC母排10通过与母排固定支架44卡接进行定位，实现了AC母排10与IGBT模块3装配时只有一个安装孔防止AC母排转动，同时提高了装配的便捷性。

所述的上箱体2内部设置有接线座总成19、屏蔽板20、控制板21、负极转接母排22、正极转接母排23、空调接插件31、微动开关25、空调保险24和直流高压互锁接插件27。

所述的屏蔽板20布置在驱动板4上方的上箱体2内侧，为钣金折弯成型，厚度为1.2mm，其上有六个压接螺柱，所述的控制板21通过螺栓固定于所述的屏蔽板20的压接螺柱上。控制板21上布置一个50针接插件通过排线28与所述的驱动板4连接，控制板21上布置一个40针接插件通过低压转接线束42与所述的低压接插件32连接，控制板21上布置一个2针接插件与高压互锁线束26连接，实现对高压器件的电磁屏蔽。

所述的接线座总成19固定于上箱体2内和屏蔽板相对应的一侧；接线座总成19上的矩形卡槽内布置有负极转接母排22、正极转接母排23和直流高压互锁接插件27，接线座总成19上开设有长圆孔实现空调接插件31的高压线束出线；接线座总成19上开设有安装孔固定微动开关25，同时设计卡扣结构进行高压互锁线束26的固定。所述的空调接插件31的高压互锁线束、微动开关25线束以及与直流接插件29对配的直流高压互锁接插件27的低压回路串联；并将信号经过控制板21传至整车控制器，实现电机控制器直流接插件29和空调接插件31没有安装牢固或开盖检修时电机控制器高压断电，保护高压互锁接插件27的低压回路串联，操作者人身安全。所述的负极转接母排22、正极转接母排23分别与空调接插件31的高压线束及空调保险24相连，实现对空调压缩机的直流供电及过流保护；所述的接线座总成19、空调接插件34及直流接插件29的高压互锁开关线束串联于控制板21上。接线座总成19进行局部加高设计，以防止装配过程中螺栓掉落至电机控制器内部。

所述的上箱体2外部固定有直流接插件29、交流接插件30、空调接插件31、低压接插件32、控制板盖33及所述的接线盒盖34。上箱体2设计有凹槽用于安装两个所述的透气塞35，所述的透气塞35作用是实现电机控制器内部与外部气压平衡，保证电机控制器内部温度变化时正常工作。

所述的接线盒盖34通过密封圈39实现与上箱体2之间密封，该接线盒盖34一侧设计凸台实现工作时触发微动开关25，另一侧设计凸台用于粘贴高压安全标识36。所述的控制板盖33通过密封圈38实现与上箱体2之间密封，该控制板盖33一侧设计凸台用于所述的控制板21散热，控制板盖33的凸台和控制板21使用的散热介质为不完全固化的散热胶43，该散热胶43能够补偿控制板盖33和控制板21之间较大的累积公差，同时保证控制板盖33拆卸时粘结力不会损坏控制板21。所述的控制板盖33另一侧设计凸台用于粘贴高压安全标识36和产品标签37。

所述的主箱体1和上箱体2通过两个定位销40实现定位，并通过之间的密封圈41实现箱体之间密封。本发明的电机控制器工作时IGBT和直流母线电容立式摆放，可以灵活地适应整车布置。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，并非限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车电机控制器，其特征在于：包括设置在主箱体(1)内的直流母线电容(7)、IGBT模块(3)、驱动板(4)、电流传感器(12)、AC母排(10)、DC母排总成(9)和Y电容(8)；还包括上箱体(2)，所述的上箱体(2)内部设置有接线座总成(19)、屏蔽板(20)、控制板(21)、负极转接母排(22)、正极转接母排(23)、空调接插件(31)、微动开关(25)、空调保险(24)和直流高压互锁接插件(27)；所述的上箱体(2)外部固定有直流接插件(29)、交流接插件(30)、空调接插件(31)、低压接插件(32)、控制板盖(33)和接线盒盖(34)；

所述的直流母线电容(7)固定于主箱体(1)底板上一侧；IGBT模块(3)固定在直流母线电容(7)另一侧的主箱体(1)底板上；驱动板(4)固定连接在IGBT模块(3)上方，电流传感器(12)设置在相对于直流母线电容(7)的IGBT模块(3)的一侧，所述的驱动板(4)与电流传感器(12)相连；AC母排(10)一端固定于所述的IGBT模块(3)的交流输出侧，AC母排(10)另一端穿过所述的电流传感器(12)的检测孔与交流接插件(30)相连；DC母排总成(9)绕过IGBT模块(3)两侧并与直流母线电容(7)相连；Y电容(8)布置于DC母排总成(9)与其相邻的主箱体(1)侧壁之间与DC母排总成(9)相连；

所述的屏蔽板(20)布置在驱动板(4)上方的上箱体(2)内侧；所述的控制板(21)固定在屏蔽板(20)上，并分别于驱动板(4)、低压接插件(32)和高压互锁线束连接；所述的接线座总成(19)固定于上箱体(2)内和屏蔽板(20)相对应的一侧；接线座总成(19)上的卡槽内布置有负极转接母排(22)、正极转接母(23)排和直流高压互锁接插件(27)，接线座总成(19)上有高压线束的出线孔；所述的空调接插件(31)的高压互锁线束、微动开关(25)线束以及与直流接插件(29)对配的直流高压互锁接插件(27)的低压回路串联；所述的负极转接母排(22)、正极转接母排(23)分别与空调接插件(31)的高压线束及空调保险(24)相连；所述的接线座总成(19)、空调接插件(31)及直流接插件(29)的高压互锁开关线束串联于控制板(21)上；所述的上箱体(2)和主箱体(1)固定密封连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的主箱体(1)内外两侧设置有连通的用于冷却上述IGBT模块(3)的水道；所述的主箱体(1)开设有用于安装直通水管的圆孔；所述的主箱体上IGBT模块(3)另外两侧分别布置有放电电阻(11)和水温传感器(13)；所述的放电电阻(11)的线束与所述的DC母排总成(9)相连；所述的水温传感器的线束固定于主箱体(1)的水道的进水口或出水口，所述的水温传感器(13)的低压线束与所述的驱动板(4)连接。

3.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的主箱体(1)底板上在直流母线电容(7)的另一侧还固定有金属支架(5)，所述的IGBT模块(3)设置在金属支架(5)的内部，金属支架(5)和上设置有上表面和驱动板(4)相连接的散热胶垫(6)，散热胶垫(6)一端与延伸至主箱体(1)的水道。

4.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的直流母线电容(7)为薄膜电容，通过螺栓固定于上述主箱体(1)的凸台上，直流母线电容(7)下部有与主箱体(1)的凹槽配合的凸筋，直流母线电容(7)与主箱体(1)连接处设有减振胶垫(18)。

5.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的DC母排总成(9)包括正极母排和负极母排；正极母排和负极母排之间有固定于主箱体(1)上的绝缘支架，绝缘支架上有卡扣和凸筋。

6.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述的接线座总成(19)在所述的AC母排(10)与所述的交流接插件(30)连接的螺栓下方设置有挡板。

7.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的上箱体(2)有凹槽用于安装两个所述的透气塞(35)，凹槽内开设有控制板盖(33)和接线盒盖(34)的安装孔。

8.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的接线盒盖(34)上有用于触动微动开关(25)的凸台。

9.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的控制板盖(33)上有用于所述的控制板(21)散热的凸台。

10.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述的电流传感器(12)为三联形式电流传感器。