CN113840504A - 一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，包括减速器、驱动电机和控制器，减速器与驱动电机的一侧端固定相连，控制器固定于驱动电机的上方，控制器包括箱体组件，箱体组件中设有薄膜电容、三相滤波与检测电路组件、两相滤波与电路保护组件、碳化硅功率模块组件、PCBA集成电路板；碳化硅功率模块组件包括碳化硅功率模块和双面冷却散热器。与现有技术相比，本发明整体结构紧凑，功率模块散热效果优异，有效的提高系统的功率密度，减小控制器体积；对薄膜电容结构进行扁平化设计，同时增加薄膜电容散热水道，有效的解决了薄膜电容因在高频下由等效集成电感和等效集成电阻所带来的发热问题，提高控制器的稳定性。

Description

一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置
技术领域
本发明涉及电动汽车控制系统领域，尤其是涉及一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置。
背景技术
随着新能源汽车越来越普及，人们对汽车内部空间和重量提出了更高的要求，传统的新能源汽车厂家都是将驱动电机、控制器和减速器分开排布或者将驱动电机和控制器二合一，并未很高的提升新能源汽车的空间利用率。当前的趋势是将减速器、驱动电机和控制器集成为三合一驱动电机控制系统装置。但是由于电机控制器使用的是开关频率更快、耐压性能更优、功率更高的碳化硅功率模块，在高频工况下，功率模块和薄膜电容的发热问题会更加突出，如何有效的对碳化硅功率模块和薄膜电容散热也成为一个亟待解决的问题。
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缺陷而提供一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，包括减速器、驱动电机和控制器，所述减速器与驱动电机的一侧端固定相连，所述控制器固定于驱动电机的上方，所述控制器包括箱体组件，所述箱体组件中设有薄膜电容、三相滤波与检测电路组件、两相滤波与电路保护组件、碳化硅功率模块组件、PCBA集成电路板；所述碳化硅功率模块组件包括碳化硅功率模块和双面冷却散热器。
优选的，所述薄膜电容呈扁平化结构固定于所述箱体组件的底板上，所述箱体组件底板的背部设有薄膜电容散热水道。
优选的，所述薄膜电容内部采用一体化母排集成技术，其输入端子穿过两相磁环与高压母线接插件相连，其输出端子与所述碳化硅功率模块组件对应极性的铜端子连接。
优选的，所述箱体组件的侧壁上设有与PCBA集成电路板连接的信号接插件、高压母线接插件、高压分线接插件。
优选的，所述三相滤波与检测电路组件包括三相支座和设置在三相支座上的三相滤波磁环、电流传感器、三相极板、三相转接极板；所述三相转接极板的一端与碳化硅功率模块组件连接，另一端穿过所述三相滤波磁环与三相极板连接，所述三相极板的一端穿过电流传感器、三相滤波磁环与三相转接极板连接，另一端与驱动电机三相连接。
优选的，所述双面冷却散热器包括平行设置的多个散热片，所述散热片与箱体组件的水道相连，所述碳化硅功率模块嵌入在双面冷却散热器的散热片之间，所述碳化硅功率模块上端的铜端子与所述薄膜电容铜端子、所述三相转接极板连接，所述碳化硅功率模块下端的针脚与所述PCBA集成电路板连接。
优选的，所述两相滤波与电路保护组件包括两相支座和设置在两相支座上的保险丝、两相磁环、两相转接极板、开盖保护线束；所述保险丝固定于所述两相支座的上侧并与高压分线接插件、两相转接极板连接；所述开盖保护线束与所述PCBA集成电路板电气相连。
优选的，所述控制器还包括模块夹紧装置组件，所述模块夹紧装置组件设置在碳化硅功率模块组件与箱体组件的侧壁之间，包括挡板、楔形滑块和板簧，所述板簧设置在挡板上，所述楔形滑块设置在板簧上；所述楔形滑块与箱体组件中的光滑斜面相贴，在水平方向上向板簧与挡板施力夹紧碳化硅功率模块组件。
优选的，所述PCBA集成电路板集成有驱动板、控制板、电源板，所述PCBA集成电路板固定在箱体组件的底板下侧。
优选的，所述箱体组件包括箱体和设置在箱体上的进水管、出水管、薄膜电容水道盖板，所述进水管与整车水泵连接，所述的出水管与驱动电机连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过优化控制器内部结构布置，同时使用低损耗和高集成化的碳化硅功率模块、散热性能优异的双面冷却器，使得三合一产品结构紧凑、功率密度高。
2、薄膜电容结构呈扁平化设计，薄膜电容引出端子端有效的减少了ESL(等效集成电感)和ESR(等效集成电阻)，同时在箱体底部增加薄膜电容的散热水道，可将在高频工况下薄膜电容产生的热量快速带走，保证薄膜电容安全有效运行。
3、将驱动板、电源板和控制板集成为PCBA集成电路板，同时反向固定在箱体组件底板的下侧，便于后期拆卸维修。
4、将开盖保护线束集成在磁环支座上，去除了常规的开盖保护线束固定支架，节省成本和空间。
5、除了在母线端设置两相滤波磁环外，同时也增加了三相滤波磁环，可有效提高系统的EMC。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的爆炸示意图；
图3为碳化硅功率模块组件的结构示意图；
图4为模块夹紧装置组件的结构示意图；
图5为三相滤波与检测电路组件的结构示意图；
图6为两相滤波与电路保护组件的结构示意图；
图7为箱体组件的顶部结构示意图；
图8为箱体组件的底部结构示意图。
附图标记：1、减速器，2、电机，3、控制器，3-1、上箱盖，3-2、薄膜电容，3-3、模块夹紧装置组件，3-3-1、挡板，3-3-2、楔形滑块，3-3-3、板簧，3-4、三相滤波与检测电路组件，3-4-1、三相滤波磁环，3-4-2、三相支座，3-4-3、电流传感器，3-4-4、U相极板，3-4-5、V相极板，3-4-6、W相极板，3-4-7、U相转接极板，3-4-8、V相转接极板，3-4-9、W相转接极板，3-5、两相滤波与电路保护组件，3-5-1、保险丝，3-5-2、两相支座，3-5-3、两相磁环，3-5-4、两相转接极板，3-5-5、开盖保护线束，3-6、碳化硅功率模块及散热器组件，3-6-1、双面冷却散热器，3-6-2、碳化硅功率模块，3-7、信号接插件，3-8、高压母线接插件，3-9、高压分线接插件，3-10、箱体组件，3-10-1、进水管，3-10-2、箱体，3-10-3、出水管，3-10-4、薄膜电容水道盖板，3-11、PCBA集成电路板，3-12、下箱盖。
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。
如图1所示，本申请提出一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，包括减速器1、驱动电机2和控制器3。减速器1与驱动电机2的一侧端固定相连，并且减速器1齿轮与驱动电机2的传动轴动力连接。控制器3固定于驱动电机2的上方，且位于减速器1之上。
如图2所示，控制器3包括箱体组件3-10，箱体组件3-10固定于驱动电机2的上方，并通过O型密封圈与驱动电机2后端盖相连。箱体组件3-10中的底板上设有薄膜电容3-2、三相滤波与检测电路组件3-4、两相滤波与电路保护组件3-5、碳化硅功率模块组件3-6、PCBA集成电路板3-11、模块夹紧装置组件3-3，箱体组件3-10的侧壁上设有与PCBA集成电路板3-11连接的信号接插件3-7、高压母线接插件3-8、高压分线接插件3-9，箱体组件3-10的上、下侧分别设有上箱盖3-1、下箱盖3-12。PCBA集成电路板3-11固定在箱体组件3-10的底板下侧。
薄膜电容3-2呈扁平化结构固定于箱体组件3-10的底板上，箱体组件3-10底板的背部设有薄膜电容散热水道，水道内部为pin-fin翅片，在高频工况下可有效对薄膜电容3-2进行散热，确保薄膜电容3-2安全稳定工作。薄膜电容3-2内部采用一体化母排集成技术，其输入端子穿过两相磁环3-5-3与高压母线接插件3-8相连，其输出端子与碳化硅功率模块组件3-6对应极性的铜端子激光焊连接。
如图3所示，碳化硅功率模块组件3-6包括碳化硅功率模块3-6-2和双面冷却散热器3-6-1。双面冷却散热器3-6-1包括平行设置的多个散热片，散热片与箱体组件3-10的水道相连。本实施例中，双面冷却散热器3-6-1由盖板与内部fin片一体化钎焊组成，其固定于箱体3-10-2底板上，通过O型密封圈与箱体3-10-2水道相连。碳化硅功率模块3-6-2前后两面涂抹导热硅脂，并嵌入在双面冷却散热器3-6-1的散热片之间。碳化硅功率模块3-6-2上端的铜端子通过激光焊接与薄膜电容3-2铜端子、三相转接极板连接，碳化硅功率模块3-6-2下端的针脚穿过PCBA集成电路板3-11导电孔与PCBA集成电路板3-11连接。
模块夹紧装置组件3-3设置在碳化硅功率模块组件3-6与箱体组件3-10的侧壁之间，包括挡板3-3-1、楔形滑块3-3-2和板簧3-3-3。如图4所示，板簧3-3-3设置在挡板3-3-1上，楔形滑块3-3-2设有2个，分别设置在板簧3-3-3的两端。楔形滑块3-3-2与箱体组件3-10中的光滑斜面相贴，在水平方向上向板簧3-3-3与挡板3-3-1施力夹紧碳化硅功率模块组件3-6。
如图5所示，三相滤波与检测电路组件3-4包括三相支座3-4-2和设置在三相支座3-4-2上的三相滤波磁环3-4-1、电流传感器3-4-3、三相极板、三相转接极板。三相极板包括U相极板3-4-4、V相极板3-4-5、W相极板3-4-6，三相转接极板包括U相转接极板3-4-7、V相转接极板3-4-8、W相转接极板3-4-9。三相滤波磁环3-4-1通过环氧树脂灌封于三相支座3-4-2内。电流传感器3-4-3固定于三相支座3-4-2上用于检测三相电流，本实施例采用三联体的电流传感器3-4-3，具有高精度和快速响应时间，同时增加了系统电路功能安全。三相转接极板的一端与碳化硅功率模块组件3-6连接，另一端穿过三相滤波磁环3-4-1与三相极板连接。三相极板的一端穿过电流传感器3-4-3、三相滤波磁环3-4-1与三相转接极板连接，另一端与驱动电机2三相连接。
如图6所示，两相滤波与电路保护组件3-5包括两相支座3-5-2和设置在两相支座3-5-2上的保险丝3-5-1、两相磁环3-5-3、两相转接极板3-5-4、开盖保护线束3-5-5。两相磁环3-5-3通过环氧树脂灌封于两相支座3-5-2内。保险丝3-5-1固定于两相支座3-5-2的上侧并与高压分线接插件3-9、两相转接极板3-5-4连接，用于保证整车高压取电安全。开盖保护线束3-5-5固定于两相支座3-5-2上，并与PCBA集成电路板3-11电气相连。
PCBA集成电路板3-11把驱动板、控制板、电源板集成为一体板，极大的节省了内部空间，提高控制器3功率密度。
如图7、8所示，箱体组件3-10包括箱体3-10-2和设置在箱体3-10-2上的进水管3-10-1、出水管3-10-3、薄膜电容水道盖板3-10-4。进水管3-10-1与整车水泵连接，出水管3-10-3通过橡胶软管与驱动电机2连接。薄膜电容水道盖板3-10-4通过搅拌摩擦焊与箱体3-10-2相连。上箱盖3-1、下箱盖3-12均进行曲面设计，一方面可通过增加箱盖的刚度来提高其抗振性，另一方面起到增加控制器3美观的作用。薄膜电容水道盖板3-10-4采用搅拌摩擦焊与箱体3-10-2相连，消除水道漏水的风险，节省密封圈的成本。
本装置装配过程如下：
1、将碳化硅功率模块组件3-6固定在箱体3-10-2底板上，再将模块夹紧装置组件3-3固定在箱体3-10-2上夹紧双面冷却散热器3-6-1；将薄膜电容3-2输入端的铜排穿过两相滤波与电路保护组件3-5后再一起固定在箱体3-10-2底板上，并将薄膜电容3-2输出端的铜排与碳化硅功率模块3-6-2铜端子夹紧对齐；将三相滤波与检测电路组件3-4固定在箱体3-10-2底板上，并将U相转接极板3-4-7、V相转接极板3-4-8、W相转接极板3-4-9的一端与碳化硅功率模块3-6-2铜端子夹紧对齐；
2、将薄膜电容3-2输出端的铜排与碳化硅功率模块3-6-2铜端子及三相转接极板激光焊接，形成电气连接；将PCBA集成电路板3-11固定在箱体3-10-2底板下侧，并将碳化硅功率模块3-6-2针脚与PCBA集成电路板3-11导电孔钎焊连接；将低压接插件3-7、高压接插件3-8、母线接插件3-9固定在箱体3-10-2侧壁上，并通过线束与PCBA集成电路板3-11电气连接；将上箱盖3-1固定在箱体3-10-2顶部，下箱盖3-12固定在箱体3-10-2的底部，至此，控制器3的装配完成；
3、将整个控制器3固定在减速器1和驱动电机2上方，并将控制器3的三相铜排与驱动电机2三相铜排相连，将控制器3出水管3-10-3与驱动电机2进水管通过橡胶软管相连，形成水道回路，至此，减速器1、驱动电机2和控制器3的三合一驱动电机控制系统装置装配完成。

Claims (10)

1.一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，包括减速器(1)、驱动电机(2)和控制器(3)，所述减速器(1)与驱动电机(2)的一侧端固定相连，所述控制器(3)固定于驱动电机(2)的上方，其特征在于，所述控制器(3)包括箱体组件(3-10)，所述箱体组件(3-10)中设有薄膜电容(3-2)、三相滤波与检测电路组件(3-4)、两相滤波与电路保护组件(3-5)、碳化硅功率模块组件(3-6)、PCBA集成电路板(3-11)；所述碳化硅功率模块组件(3-6)包括碳化硅功率模块(3-6-2)和双面冷却散热器(3-6-1)。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述薄膜电容(3-2)呈扁平化结构固定于所述箱体组件(3-10)的底板上，所述箱体组件(3-10)底板的背部设有薄膜电容散热水道。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述薄膜电容(3-2)内部采用一体化母排集成技术，其输入端子穿过两相磁环(3-5-3)与高压母线接插件(3-8)相连，其输出端子与所述碳化硅功率模块组件(3-6)对应极性的铜端子连接。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述箱体组件(3-10)的侧壁上设有与PCBA集成电路板(3-11)连接的信号接插件(3-7)、高压母线接插件(3-8)、高压分线接插件(3-9)。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述三相滤波与检测电路组件(3-4)包括三相支座(3-4-2)和设置在三相支座(3-4-2)上的三相滤波磁环(3-4-1)、电流传感器(3-4-3)、三相极板、三相转接极板；所述三相转接极板的一端与碳化硅功率模块组件(3-6)连接，另一端穿过所述三相滤波磁环(3-4-1)与三相极板连接，所述三相极板的一端穿过电流传感器(3-4-3)、三相滤波磁环(3-4-1)与三相转接极板连接，另一端与驱动电机(2)三相连接。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述双面冷却散热器(3-6-1)包括平行设置的多个散热片，所述散热片与箱体组件(3-10)的水道相连，所述碳化硅功率模块(3-6-2)嵌入在双面冷却散热器(3-6-1)的散热片之间，所述碳化硅功率模块(3-6-2)上端的铜端子与所述薄膜电容(3-2)铜端子、所述三相转接极板连接，所述碳化硅功率模块(3-6-2)下端的针脚与所述PCBA集成电路板(3-11)连接。
7.根据权利要求4所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述两相滤波与电路保护组件(3-5)包括两相支座(3-5-2)和设置在两相支座(3-5-2)上的保险丝(3-5-1)、两相磁环(3-5-3)、两相转接极板(3-5-4)、开盖保护线束(3-5-5)；所述保险丝(3-5-1)固定于所述两相支座(3-5-2)的上侧并与高压分线接插件(3-9)、两相转接极板(3-5-4)连接；所述开盖保护线束(3-5-5)与所述PCBA集成电路板(3-11)电气相连。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述控制器(3)还包括模块夹紧装置组件(3-3)，所述模块夹紧装置组件(3-3)设置在碳化硅功率模块组件(3-6)与箱体组件(3-10)的侧壁之间，包括挡板(3-3-1)、楔形滑块(3-3-2)和板簧(3-3-3)，所述板簧(3-3-3)设置在挡板(3-3-1)上，所述楔形滑块(3-3-2)设置在板簧(3-3-3)上；所述楔形滑块(3-3-2)与箱体组件(3-10)中的光滑斜面相贴，在水平方向上向板簧(3-3-3)与挡板(3-3-1)施力夹紧碳化硅功率模块组件(3-6)。
9.根据权利要求1所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述PCBA集成电路板(3-11)集成有驱动板、控制板、电源板，所述PCBA集成电路板(3-11)固定在箱体组件(3-10)的底板下侧。
10.根据权利要求1所述的一种电动汽车用三合一驱动电机控制系统装置，其特征在于，所述箱体组件(3-10)包括箱体(3-10-2)和设置在箱体(3-10-2)上的进水管(3-10-1)、出水管(3-10-3)、薄膜电容水道盖板(3-10-4)，所述进水管(3-10-1)与整车水泵连接，所述出水管(3-10-3)与驱动电机(2)连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114475189A (zh) * 2022-02-24 2022-05-13 联合汽车电子有限公司 一种电驱动桥
CN117156749A (zh) * 2023-09-11 2023-12-01 小米汽车科技有限公司 电机控制器、电驱总成及车辆

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