CN109649172A - 一种电动汽车功率集成控制器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车功率集成控制器装置，所述装置采用双层一体式结构，所述双层一体式结构包括位于上层腔体的高压配电层和位于下层腔体的集成控制器层，所述高压配电层设置有高压配电组件和电机控制器，所述集成控制器层集成有DC/DC变换器和车载充电机，所述高压配电层与所述集成控制器层通过高压插件相连接；所述装置包括壳体，所述壳体的上方设置有上层箱盖，所述上层箱盖的上方设置有保险维修盖板，所述壳体的下方设置有底部箱盖。本发明高度集成，兼容多种功率输出、体积小、重量轻、可靠性好、安全性高，且涉及的各项功能可自由组合。本发明采用双层一体式铸铝结构设计以及集成模块化设计，整体结构紧凑，防护等级高，维护方便。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体是指一种电动汽车功率集成控制器装置。
背景技术
纯电动汽车是新能源车辆领域的一个重要分支，目前，普通电动汽车的配电箱、DC/DC变换器、油泵辅助电机控制器和气泵辅助电机控制器呈分散式布置，这种集成度很低的结构布局带来的技术缺陷是：不仅增加了总体结构的复杂性，且不便于日常维护保养。显然现有的这种将所述配电箱、DC/DC变换器、油泵辅助电机控制器进行分散式布置的技术方案已经不能满足用户和市场对新能源车辆的整车性能所提出的越来越高的使用要求，亟待改进。
发明内容
为了解决上述现有普通电动汽车的配电箱存在的技术缺陷，本发明提供一种适用性好、功能集成度高、可靠性强、安全性高的电动汽车功率集成控制器装置。
具体地，本发明具有如下构成：
本发明实施例提供一种电动汽车功率集成控制器装置，所述装置采用双层一体式结构，所述双层一体式结构包括位于上层腔体的高压配电层和位于下层腔体的集成控制器层，所述高压配电层设置有高压配电组件和电机控制器，所述集成控制器层集成有DC/DC变换器和车载充电机，所述高压配电层与所述集成控制器层通过高压插件相连接。
可选地，所述装置包括壳体，所述壳体的上方设置有上层箱盖，所述上层箱盖的上方设置有保险维修盖板，所述壳体的下方设置有底部箱盖；
所述双层一体式结构为铸铝件结构，或所述双层一体式结构为铝合金结构。
可选地，所述高压配电组件包括接触器、熔断器、铜环和磁环，所述电机控制器包括IGBT、电容、驱动板和控制板。
可选地，所述装置包括壳体，所述壳体的前端外侧面上设置有三相输出插件，所述壳体的后侧设置有动力线束插件和35针低压输出插件；
所述高压配电层的接口包括三相输出接口、低压接口和高压接口，所述高压接口包括一路电池正负接口和一路快充正负接口，所述三相输出接口与所述三相输出插件相对应，所述低压接口与所述35针低压输出插件相对应，所述高压接口与所述动力线束插件相对应。
可选地，所述集成控制器层的前端外侧面板上设置有辅助高压输出插件；
所述高压配电层的接口还包括辅助高压接口，所述辅助高压接口包括一路空调接口和一路加热接口，所述辅助高压接口与所述辅助高压输出插件相对应。
可选地，所述上层腔体和下层腔体之间设置有水冷式基板，所述水冷式基板的内部空腔设置有冷却水路。
可选地，所述冷却水路采用U字型管道；
所述U字型管道与水冷式基板之间采用摩擦焊相连接。
可选地，所述冷却水路上安装有所述电机控制器的IGBT，所述IGBT与冷却水路之间涂有导热硅脂。
可选地，所述装置包括壳体，所述U字型管道的两端部接口设置在所述壳体的侧面板上，所述U字型管道的两端部接口处装有两个水嘴。
可选地，所述集成控制器层的接口包括车载充电机高压接口和车载充电机低压接口；
所述集成控制器层的接口包括DC/DC变换器正极接口；
所述车载充电机高压接口和车载充电机低压接口与充电枪相匹配。
采用了该发明中的电动汽车功率集成控制器装置，具有如下有益效果：
（1）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，接口丰富、适用范围广、可靠性强、安全性高、体积小、重量轻，且兼容多种功率模块，多种低压平台，使用于多种车型。
（2）本发明的电动汽车功率集成控制器装置采用双层一体式铸铝/铝合金/钣金件结构设计以及集成模块化设计，整体结构紧凑，防护等级高，维护方便。
（3）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，其高压配电层采用铜排连接，既大幅节约了有限资源，也大幅降低了生产成本。
（4）由于本发明的集成式结构方案大幅减少了整车外部线束的布置，因而有效提高了整车空间的利用率；集成控制器上下两层中间设置有水冷结构，有效减少了所述集成控制器的整体体积。
（5）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，其中IGBT采用成熟产品，产品稳定性好，成本低。
（6）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，能够满足大部分电动汽车对整车配电的要求，整体结构布置合理，上、下层的高压插件之间采用导线连接，方便安装和维护。
（7）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，高压配电层与二合一集成控制器层采用高压插件连接，操作方便，实现了上下两层之间的快速装卸。
（8）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，采用车载充电机、电机控制器和DC/DC变换器的三个控制器共用一套水冷却系统的技术方案，解决了现有分散式布置三个控制器时冷却水路以及管路接口数量多的技术问题。水冷却管道与水冷基板之间采用摩擦焊连接，水冷基板与控制器壳体采用一体式结构，不仅简化了装配工艺，还增加了工作可靠性。
（9）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，采用防错式电气接口，最大限度地减少了电气接线时的出错率。
（10）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，在大幅减少整车零部件数量、简化整车生产工艺、减少内部线束数量的同时，也有效提高了整车空间的利用率。
（11）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，还具有结构简单合理、生产成本低、工作寿命长以及配置灵活的有益效果。
附图说明
图1为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的立体结构示意图；
图2为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的主视图；
图3为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的仰视图；
图4为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的左视图；
图5为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的俯视图；
图6为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的右视图；
图7为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的后视图；
图8为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的整体结构爆炸示意图；
图9为本发明一实施例的电动汽车功率集成控制器装置的U字形水路管道图；
图10为本发明的电动汽车功率集成控制器装置的工作原理示意图。
附图标记：
1 控制器壳体；2 上层腔体；3 下层腔体；4 电机控制器；5 高压配电组件；
6 DC/DC变换器；7 车载充电机；8 低压插件；9 上层箱盖；10 保险维修盖板；
11 三相输出插件；12 车载充电机低压插件；13 车载充电机高压插件；
14 下层箱盖；15 水嘴；16 高压插件，17 辅助高压插件；18 水冷基板；
19 冷却水路；20 U字形管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了克服电动汽车功率控制器在现有技术中所存在的问题，本发明实施例提出一种电动汽车功率集成控制器装置。
实施例1：
本发明的电动汽车功率集成控制器装置，包括高压配电组件5、电机控制器4、DC/DC变换器6和车载充电机7。该集成控制器采用双层一体式结构，双层一体式结构包括用于安装高压配电组件5的高压配电层2和用于集成安装所述DC/DC变换器6、车载充电机7的二合一集成控制器层3，高压配电层2与二合一集成控制器层3之间通过高压插件相连接。该集成控制器采用上下两层空腔，中间为水冷基板18，水冷基板18内部空腔设有冷却水路19。该集成控制器的控制器壳体后侧装有一路电池接口、一路快充接口、低压输出接口、一路加热接口、一路空调接口，高压配电层包括三相输出接口、二合一控制器层包括车载充电机高压输入接口、车载充电机低压输入接口，、DC/DC变换器接口、。该集成控制器的双层一体式结构采用钣金件加工制造，还可以采用铸铝件或铝合金件加工制造。
所述电机控制器，是根据整车控制器（VMS）控制指令，进行前进、后退、空档下的电动、发电等模式控制，配合电动汽车的整车系统实现主回路的开关、驱动/制动(巡航和换挡)、驻车、故障报警和处理等功能，
所述DC/DC变换器即DC/DC，是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器；所述车载充电机为DC/AC，是把直流电能转变成交流电，也称为逆变器。
所述车载充电机即OBC,是指集成在控制器内部的通过连接交流充电枪对车载高压电池组实现慢速充电的装置。
所述高压配电组件也称为电动汽车高压配电盒，是所有纯电动汽车、插电式混合动力汽车的高压电大电流分配单元PDU。通常采用集中配电方案，以确保结构设计紧凑、接线布局方便和检修方便快捷。根据不同客户的系统架构需求，高压配电盒还要集成部分电池管理系统智能控制管理单元，从而更进一步简化整车系统架构配电的复杂度。本发明采用散热及耐振动优良的钣金或铝合金壳体，具有较高的安全及密封防水等级，在工作寿命、功耗、体积及重量方面具有较大的技术优势。
实施例2：
本实施例可以单独形成完整的技术方案，也可以与实施例1相结合形成完整的技术方案，还可以与本发明的其他任一实施例进行排列组合形成完整的技术方案。
一种电动汽车功率集成控制器装置，所述高压配电层包括控制器壳体1，控制器壳体1上部设有第一开口，所述第一开口上装有上层箱盖9。配电元器件5包括接触器、保险、铜排、磁环。控制器壳体1的前端外侧面板上装有高压输入插件16和车载充电机高压插件13及低压插件12。
实施例3：
本实施例可以单独形成完整的技术方案，也可以与实施例1至2中任一项相结合形成完整的技术方案，还可以与本发明的其他任一实施例进行排列组合形成完整的技术方案。
一种电动汽车功率集成控制器装置，所述二合一集成控制器层包括下层腔体2，下层腔体2上部开有第二开口，所述第二开口上装有底部箱盖12，下层腔体2的内部空腔装有DC/DC变换器6和车载充电机，下层腔体2的前端外侧面板上装有辅助高压输出插件16，下层腔体2包括水冷基板，所述水冷基板采用U字型水路腔体14，U字型水冷式水路腔体14内部设有水路，U字型水冷式水路的两端部接口设置在二合一壳体10的前端外侧面板上，所述两端部接口处装有两个水嘴13，U字型水冷式水路14与控制器壳体1之间采用摩擦焊相连接。
所述摩擦焊是实现焊接的固态焊接方法。在压力作用下，具体是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。摩擦焊通常由如下四个步骤构成：（1）机械能转化为热能；（2）材料塑性变形；（3）热塑性下的锻压力；（4）分子间扩散再结晶。摩擦焊相较传统熔焊最大的不同点在于整个焊接过程中，待焊金属获得能量升高达到的温度并没有达到其熔点，即金属是在热塑性状态下实现的类锻态固相连接。相对传统熔焊，摩擦焊具有焊接接头质量高——能达到焊缝强度与基体材料等强度，焊接效率高、质量稳定、一致性好，可实现异种材料焊接等。摩擦焊接以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，深受制造业的重视，特别是不断开发出摩擦焊接的新技术，如超塑性摩擦焊接、线性摩擦焊接、搅拌摩擦焊接等，使其在航空、航天、核能、海洋开发等高技术领域及电力、机械制造、石油钻探、汽车制造等产业部门得到了愈来愈广泛的应用。摩擦焊的技术原理是：焊前，待焊的一对工件中，一件夹持于旋转夹具，称为旋转工件，另一件夹持于移动夹具，称为移动工件。焊接时，旋转工件在电机驱动下开始高速旋转，移动工件在轴向力作用下逐步向旋转工件靠拢，两侧工件接触并压紧后，摩擦界面上一些微凸体首先发生粘接与剪切，并产生摩擦热。随着实际接触面积增大，摩擦扭矩迅速升高，摩擦界面处温度也随之上升，摩擦界面逐渐被一层高温粘塑性金属所覆盖。此时，两侧工件的相对运动实际上已发生在这层粘塑性金属内部，产热机制已由初期的摩擦产热转变为粘塑性金属层内的塑性变形产热。在热激活作用下，这层粘塑性金属发生动态再结晶，使变形抗力降低，故摩擦扭矩升高到一定程度(前峰值扭矩)后逐渐降低。随着摩擦热量向两侧工件的传导，焊接面两侧温度亦逐渐升高，在轴向压力作用下，焊合区金属发生径向塑性流动，从而形成飞边，轴向缩短量逐渐增大。随摩擦时间延长，摩擦界面温度与摩擦扭矩基本恒定，温度分布区逐渐变宽，飞边逐渐增大，此阶段称之为准稳定摩擦阶段。在此阶段，摩擦压力与转速保持恒定。当摩擦焊接区的温度分布、变形达到一定程度后，开始刹车制动并使轴向力迅速升高到所设定的顶锻压力此时轴向缩短量急骤增大，并随着界面温度降低，摩擦压力增大，摩擦扭矩出现第二个峰值，即后峰值扭矩。在顶锻过程中及顶锻后保压过程中，焊合区金属通过相互扩散与再结晶，使两侧金属牢固焊接在一起，从而完成整个焊接过程。在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过熔点，故摩擦焊是固态焊接。
实施例4：
本实施例可以单独形成完整的技术方案，也可以与实施例1至3中任一项相结合形成完整的技术方案，还可以与本发明的其他任一实施例进行排列组合形成完整的技术方案。
一种电动汽车功率集成控制器装置，所述车载充电机接口与同步电机相匹配，
实施例5：
本实施例可以单独形成完整的技术方案，也可以与实施例1至4中任一项相结合形成完整的技术方案，还可以与本发明的其他任一实施例进行排列组合形成完整的技术方案。
一种电动汽车功率集成控制器装置，所述双层一体式结构采用钣金件加工制造。
实施例6：
本实施例可以单独形成完整的技术方案，也可以与实施例1至5中任一项相结合形成完整的技术方案，还可以与本发明的其他任一实施例进行排列组合形成完整的技术方案。
一种电动汽车功率集成控制器装置，所述双层一体式结构采用铝合金件加工制造。
与现有技术相比，采用了该发明中的电动汽车功率集成控制器装置，具有如下有益效果：
（1）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，接口丰富、适用范围广、可靠性强、安全性高、体积小、重量轻，且兼容多种功率模块，多种低压平台，使用于多种车型。
（2）本发明的电动汽车功率集成控制器装置采用双层一体式铸铝/铝合金/钣金件结构设计以及集成模块化设计，整体结构紧凑，防护等级高，维护方便。
（3）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，其高压配电层采用铜排连接，既大幅节约了有限资源，也大幅降低了生产成本。
（4）由于本发明的集成式结构方案大幅减少了整车外部线束的布置，因而有效提高了整车空间的利用率；集成控制器上下两层中间设置有水冷结构，有效减少了所述集成控制器的整体体积。
（5）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，其中IGBT采用成熟产品，产品稳定性好，成本低。
（6）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，能够满足大部分电动汽车对整车配电的要求，整体结构布置合理，上、下层的高压插件之间采用导线连接，方便安装和维护。
（7）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，高压配电层与二合一集成控制器层采用高压插件连接，操作方便，实现了上下两层之间的快速装卸。
（8）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，采用车载充电机、电机控制器和DC/DC变换器的三个控制器共用一套水冷却系统的技术方案，解决了现有分散式布置三个控制器时冷却水路以及管路接口数量多的技术问题。水冷却管道与水冷基板之间采用摩擦焊连接，水冷基板与控制器壳体采用一体式结构，不仅简化了装配工艺，还增加了工作可靠性。
（9）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，采用防错式电气接口，最大限度地减少了电气接线时的出错率。
（10）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，在大幅减少整车零部件数量、简化整车生产工艺、减少内部线束数量的同时，也有效提高了整车空间的利用率。
（11）本发明的电动汽车功率集成控制器装置，还具有结构简单合理、生产成本低、工作寿命长以及配置灵活的有益效果。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述装置采用双层一体式结构，所述双层一体式结构包括位于上层腔体（2）的高压配电层和位于下层腔体（3）的集成控制器层，所述高压配电层设置有高压配电组件（5）和电机控制器（4），所述集成控制器层集成有DC/DC变换器（6）和车载充电机（7），所述高压配电层与所述集成控制器层通过高压插件（16）相连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述装置包括壳体（1），所述壳体（1）的上方设置有上层箱盖（9），所述上层箱盖（9）的上方设置有保险维修盖板（10），所述壳体（1）的下方设置有底部箱盖（14）；
所述双层一体式结构为铸铝件结构，或所述双层一体式结构为铝合金结构。
3.根据权利要求1所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述高压配电组件（5）包括接触器、熔断器、铜环和磁环，所述电机控制器（4）包括IGBT、电容、驱动板和控制板。
4.根据权利要求1所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述装置包括壳体（1），所述壳体（1）的前端外侧面上设置有三相输出插件（11），所述壳体（1）的后侧设置有动力线束插件（16）和35针低压输出插件（8）；
所述高压配电层的接口包括三相输出接口、低压接口和高压接口，所述高压接口包括一路电池正负接口和一路快充正负接口，所述三相输出接口与所述三相输出插件（11）相对应，所述低压接口与所述35针低压输出插件（8）相对应，所述高压接口与所述动力线束插件（16）相对应。
5.根据权利要求1所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述集成控制器层的前端外侧面板上设置有辅助高压输出插件（17）；
所述高压配电层的接口还包括辅助高压接口，所述辅助高压接口包括一路空调接口和一路加热接口，所述辅助高压接口与所述辅助高压输出插件（17）相对应。
6.根据权利要求1所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述上层腔体（2）和下层腔体（3）之间设置有水冷式基板（18），所述水冷式基板（18）的内部空腔设置有冷却水路（19）。
7.根据权利要求6所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述冷却水路（19）采用U字型管道（20）；
所述U字型管道（20）与水冷式基板（18）之间采用摩擦焊相连接。
8.根据权利要求7所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述冷却水路（19）上安装有所述电机控制器（4）的IGBT，所述IGBT与冷却水路（19）之间涂有导热硅脂。
9.根据权利要求7所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述装置包括壳体（1），所述U字型管道（20）的两端部接口设置在所述壳体（1）的侧面板上，所述U字型管道（20）的两端部接口处装有两个水嘴（15）。
10.根据权利要求1所述的电动汽车功率集成控制器装置，其特征在于，所述集成控制器层的接口包括车载充电机高压接口（13）和车载充电机低压接口（12）；
所述集成控制器层的接口包括DC/DC变换器正极接口（21）；
所述车载充电机高压接口（13）和车载充电机低压接口（12）与充电枪相匹配。
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