CN112994409A - 一种电动汽车用碳化硅电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车用碳化硅电机控制器，包括从上到下依次设置的上箱盖、箱体和下箱盖，箱体中设有控制器组件，控制器组件包括支架板和设置在支架板底部的PCBA板，支架板上设有位置相邻的薄膜电容和散热器组件，散热器组件包括层叠排列的多个散热体，多个散热体的夹层中分别设有功率模块，功率模块为碳化硅功率模块；散热器组件在朝向支架板内的一侧设有挡块，挡块与散热器组件之间设有板簧，挡块上设有与功率模块的输出端连接的三相输出组件。与现有技术相比，本发明碳化硅功率模块散热效果好，保证电机控制器在高开关频率情况下稳定的输出能力，提高了整个电机驱动系统的功率密度，同时减小了系统的体积。

Description

一种电动汽车用碳化硅电机控制器

技术领域

本发明涉及一种电机控制器，尤其是涉及一种电动汽车用碳化硅电机控制器。

背景技术

随着新能源汽车不断深入发展，电动汽车越来越普及到人们的日常生活当中，驱动电机控制器是电动汽车内部一个核心的部件，其安全可靠地工作是整个电动汽车正常工作的关键，传统电机控制器内部核心的功率模块通常选用常规的IGBT进行控制，但是常规的IGBT本身芯片耐温等级比较低，在温度达到一定程度便会报过温故障，严重的情况下还会引起电机控制器的损坏，这种IGBT本身的耐温局限性也严重限制了电机控制器本身功率密度的提高。如果要提高电机控制器功率密度便只能增大电机控制器体积，但是这样很难满足整车内部对空间布置和功率密度的要求，因为限制了电动汽车的功率的提高。而如果能够寻找一种耐温能力更高的IGBT芯片，这样就可以不增加电机控制器体积的情况下提高电机控制器的功率密度，这样在整车布置空间当中会有很大的竞争优势。因此，现在迫切需要设计出一款耐高温、功率密度高、体积小、散热性能好、适合批量装配的碳化硅电机控制器，以满足国内新能源汽车行业的发展需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的现有电机控制器功率模块耐温能力不高、输出功率等级较低的缺陷而提供一种电动汽车用碳化硅电机控制器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电动汽车用碳化硅电机控制器，包括从上到下依次设置的上箱盖、箱体和下箱盖，所述箱体中设有控制器组件，所述控制器组件包括支架板和设置在支架板底部的PCBA板，所述支架板上设有位置相邻的薄膜电容和散热器组件，所述散热器组件包括层叠排列的多个散热体，所述多个散热体的夹层中分别设有功率模块，所述功率模块为碳化硅功率模块，所述功率模块的输入端与薄膜电容的输出端电气连接；所述散热器组件在朝向支架板内的一侧设有挡块，所述挡块与散热器组件之间设有板簧，所述挡块上设有与功率模块的输出端连接的三相输出组件。

优选的，所述三相输出组件包括固定在挡块上的三相支座，还包括固定在所述三相支座上的三相输出极板，所述三相输出极板的一端与所述功率模块的输出端电气连接。

优选的，还包括固定在挡块上的电流传感器，所述三相输出极板上未与功率模块连接的一端穿过所述电流传感器，并与三相插件电气连接。

优选的，所述薄膜电容的一侧设有固定在支架板上的磁环组件，所述薄膜电容的输入端穿过所述磁环组件与母线插件电气连接。

优选的，所述箱体的外侧设有三相插件、接口板和母线插件，所述三相插件与所述三相输出极板上未与功率模块连接的一端连接，所述接口板的一侧与所述PCBA板连接，另一侧与整车通信线束连接。

优选的，所述支架板中设有用于安装散热器组件的方形孔，所述挡块设在所述方形孔朝向支架板内的一侧，所述方形孔在相对挡块的另一侧设有限位块。

优选的，所述板簧为波浪形折弯结构。

优选的，所述薄膜电容的输出端包括多个并排设置在薄膜电容朝向功率模块一侧的输出极板组件，所述功率模块输入端包括输入极片，每个输出极板组件对应连接一个功率模块的输入极片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过选用体积更小、耐温等级更高的碳化硅功率模块，通过层叠式散热器组件将功率模块加紧在中间，碳化硅功率模块可以在两侧同时散热，快速将功率模块产生的热量带走，可以起到很好的散热效果，保证电机控制器在高开关频率情况下稳定的输出能力，这样功率模块本身可以输出更高的开关频率，使得电机控制器输出更高的功率，继而提高了整个电机驱动系统的功率密度，同时减小了系统的体积。

2、控制器组件集成了支架板、薄膜电容、散热器组件、功率模块、PCBA板、磁环组件、挡块、板簧、电流传感器、三相支座、三相输出极板，可以形成一个高度集成的模块化结构，这样既方便装配又适合自动化生产，可以提高整个电机控制器的集成程度。

附图说明

图1为本发明电机控制器的爆炸图；

图2为本发明电机控制器的控制器组件结构示意图；

图3为本发明电机控制器的箱体结构示意图；

图4为本发明电机控制器的支架板结构示意图；

图5为本发明电机控制器的上箱盖结构示意图；

图6为本发明电机控制器的下箱盖示意图；

图7为本发明电机控制器的板簧结构示意图。

其中：1为箱体、2为上箱盖、3为下箱盖、4为控制器组件、5为母线插件、6为三相插件、7为接口板，4-1为支架板、4-2为磁环组件、4-3为挡块、4-4为板簧、4-5为薄膜电容、4-6为散热器组件、4-7为功率模块、4-8为电流传感器、4-9为三相支座、4-10为三相输出极板、4-11为PCBA板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本申请提出一种电动汽车用碳化硅电机控制器，包括从上到下依次设置的上箱盖2、箱体1和下箱盖3。箱体1中设有控制器组件4，控制器组件4固定在箱体1的中间位置。

如图2所示，控制器组件4包括支架板4-1和设置在支架板4-1底部的PCBA板4-11，支架板4-1上设有位置相邻的薄膜电容4-5和散热器组件4-6。散热器组件4-6包括层叠排列的多个散热体，多个散热体的夹层中分别设有功率模块4-7，功率模块4-7为碳化硅功率模块4-7，功率模块4-7的输入端与薄膜电容4-5的输出端电气连接。散热器组件4-6在朝向支架板4-1内的一侧设有挡块4-3，挡块4-3与散热器组件4-6之间设有板簧4-4。PCBA板4-11固定在支架板4-1背面的固定柱上，并与功率模块4-7的信号输出端子电气连接，具体是将功率模块的信号输出端子穿过PCBA上面的导电孔，用锡焊的方式将其焊接在一起。

薄膜电容4-5的输出端包括多个并排设置在薄膜电容4-5朝向功率模块4-7一侧的输出极板组件，功率模块4-7输入端包括输入极片，每个输出极板组件对应连接一个功率模块4-7的输入极片。

电机控制器采用的功率模块4-7为碳化硅功率模块4-7，开关频率非常高，而薄膜电容4-5输出端本身距离碳化硅功率模块4-7输入端比较远，开关频率较高时输入端电感过大会产生比较大的损耗，进而影响功率模块4-7的温升，为了能够更高地控制碳化硅功率模块4-7的温升，将碳化硅功率模块4-7放在散热器组件4-6夹层中间，碳化硅功率模块4-7可以在两侧同时散热，快速将功率模块4-7产生的热量带走，保证电机控制器在高开关频率情况下稳定的输出能力。

挡块4-3上设有与功率模块4-7的输出端连接的三相输出组件。三相输出组件包括固定在挡块4-3上的三相支座4-9，还包括固定在三相支座4-9上的三相输出极板4-10，三相输出极板4-10的一端与功率模块4-7的输出端电气连接，另一端与三相插件6电气连接。挡块4-3上固定有电流传感器4-8，三相输出极板4-10上未与功率模块4-7连接的一端穿过电流传感器4-8，并与三相插件6电气连接。

薄膜电容4-5的一侧设有固定在支架板4-1上的磁环组件4-2，薄膜电容4-5的输入端穿过磁环组件4-2与母线插件5电气连接。

如图3所示，箱体1为上、下开口的壳体，箱体1的外侧设有三相插件6、接口板7和母线插件5。三相插件6与三相输出极板4-10上未与功率模块连接的一端连接；母线插件5与薄膜电容4-5的位置对应；接口板7朝向箱体1的内侧与PCBA板4-11连接，其外侧通过插头与整车的通信线束连接，实现与整车通信。

如图4所示，支架板4-1中设有用于安装散热器组件4-6的方形孔，挡块4-3设在方形孔朝向支架板4-1内的一侧，且两边各有一个腰形柱，方形孔在相对挡块4-3的一侧设有限位块。

如图5所示，板簧4-4为波浪形折弯结构，利用板簧4-4的压紧力压紧散热器组件4-6在挡块4-3和限位块之间，使功率模块4-7夹紧在散热器组件4-6的夹层里。

本实施例中，由于电机控制器上方有高压电的器件，为了保证上箱盖不与高压器件接触造成短路，所以局部做出凸起，如图6所示，上箱盖2上设有多个不同形状的长方形凸起，以此保证箱盖与高电压器件之间的电气安全距离。由于电机控制器的下方设有高度较高的插头，因此下箱盖3上设有与三个插头位置对应的三个向内的圆形凸起用于避让，可以避免插头与下箱盖干涉，如图7所示。

该电机控制器的装配过程如下：

(1)首先完成控制器组件4的安装：将功率模块4-7装在散热器组件4-6的内部夹层里面，然后将装好功率模块4-7的散热器组件4-6装配在支架板4-1上，将挡块4-3装在支架板4-1上，再将板簧4-4装在散热器组件4-6与挡块4-3之间压紧；将薄膜电容4-5固定在支架上，使得薄膜电容4-5的输出端与功率模块4-7的输入端贴紧，并通过激光焊接进行电气连接，然后将磁环组件4-2套在薄膜电容4-5的输入端极板上并固定在支架板4-1上；将三相支座4-9固定在挡块4-3上，接着再将电流传感器4-8固定在挡块4-3上，将三相输出极板4-10的一端与功率模块4-7的输出端贴紧并通过激光焊接固定，将三相输出极板4-10的另一端穿过电流传感器4-8并固定在三相支座4-9上；然后将PCBA板4-11固定在支架板4-1背面的支柱上，并与功率模块4-7的信号输出端子进行电气连接，至此完成控制器组件4的装配；

(2)将整个控制器组件4固定在箱体1内部，再将三相插件6装配在箱体1的侧壁，其端子部分与三相输出极板4-10的输出端电气连接，再将母线插件5固定在箱体1的侧壁上，其端子部分与薄膜电容4-5的输入端极板电气连接，再将接口板7固定在箱体1的侧壁上，接口板7与PCBA板4-11之间通过一根线束进行彼此电气连接；

(3)然后将上箱盖2固定在箱体1顶部，将下箱盖3固定在箱体1底部，至此完成整个碳化硅电机控制器的装配。

Claims (8)

1.一种电动汽车用碳化硅电机控制器，包括从上到下依次设置的上箱盖、箱体和下箱盖，所述箱体中设有控制器组件，其特征在于，所述控制器组件包括支架板和设置在支架板底部的PCBA板，所述支架板上设有位置相邻的薄膜电容和散热器组件，所述散热器组件包括层叠排列的多个散热体，所述多个散热体的夹层中分别设有功率模块，所述功率模块为碳化硅功率模块，所述功率模块的输入端与薄膜电容的输出端电气连接；所述散热器组件在朝向支架板内的一侧设有挡块，所述挡块与散热器组件之间设有板簧，所述挡块上设有与功率模块的输出端连接的三相输出组件。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用碳化硅电机控制器，其特征在于，所述三相输出组件包括固定在挡块上的三相支座，还包括固定在所述三相支座上的三相输出极板，所述三相输出极板的一端与所述功率模块的输出端电气连接。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车用碳化硅电机控制器，其特征在于，还包括固定在挡块上的电流传感器，所述三相输出极板上未与功率模块连接的一端穿过所述电流传感器，并与三相插件电气连接。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车用碳化硅电机控制器，其特征在于，所述薄膜电容的一侧设有固定在支架板上的磁环组件，所述薄膜电容的输入端穿过所述磁环组件与母线插件电气连接。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车用碳化硅电机控制器，其特征在于，所述箱体的外侧设有三相插件、接口板和母线插件，所述三相插件与所述三相输出极板上未与功率模块连接的一端连接，所述接口板的一侧与所述PCBA板连接，另一侧与整车通信线束连接。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车用碳化硅电机控制器，其特征在于，所述支架板中设有用于安装散热器组件的方形孔，所述挡块设在所述方形孔朝向支架板内的一侧，所述方形孔在相对挡块的另一侧设有限位块。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车用碳化硅电机控制器，其特征在于，所述板簧为波浪形折弯结构。

8.根据权利要求1所述的一种电动汽车用碳化硅电机控制器，其特征在于，所述薄膜电容的输出端包括多个并排设置在薄膜电容朝向功率模块一侧的输出极板组件，所述功率模块输入端包括输入极片，每个输出极板组件对应连接一个功率模块的输入极片。

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