CN207830099U - 一种空气压缩机控制器及空气压缩机、燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气压缩机控制器及空气压缩机、燃料电池系统，所述空气压缩机控制器包括外壳、散热底板以及若干接线柱，其所述外壳内安装有驱动板和控制板，驱动板安装在散热底板上，控制板安装在驱动板上且驱动板和控制板通过接插件电连接，驱动板安装有DC/DC变换模块和电机驱动模块，控制板上安装有微处理器控制DC/DC变换模块和电机驱动模块，接线柱与DC/DC变换模块及电机驱动模块电连接。空气压缩机控制器内集成了DC/DC变换器和电机控制器，两者间的连接直接通过电路板过电，减小了空气压缩机控制器的体积，降低了成本，减小了DC/DC变换器与电机控制器间的电磁干扰，提高了空气压缩机的效率和可靠性。

Description

一种空气压缩机控制器及空气压缩机、燃料电池系统

技术领域：

本实用新型涉及一种空气压缩机控制器及空气压缩机、燃料电池系统，尤其涉及一种集成有DC/DC转换器的电动空气压缩机控制器。

背景技术：

燃料电池系统包括燃料电池和电动空气压缩机，所述电动空气压缩机用于将作空气向燃料电池供给，利用储存在燃料电池气瓶中的氢气与由电动空气压缩机供给的空气中氧气之间发生电化学反应来产生电能，为用电设备提供动力来源。

电动空气压缩机启动时，需要外接低压12/24V电源作为电机启动能量，同时还需要外接DC－DC变换器，DC－DC变换器将低压电源变换为电机控制器所需高电压。通常在电动空气压缩机内，DC－DC变换器与电机控制器为独立部件，它们之间使用数个接插件和电缆进行连接，但电缆较难布置，且易产生电磁干扰和震动影响；也有将DC－DC变换器与电机控制器两个部件放入同一个箱体内集成，两个部件之间通过内部线束来进行连接，但箱体占用体积大，安装布局困难，给装配带来不便，内部线束给电动空气压缩机的整机可靠性带来不利影响。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种空气压缩机控制器及空气压缩机、燃料电池系统，能解决空气压缩机中DC－DC变换器与电机控制器占用体积大、装配不便的问题。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。

本实用新型的第一个目的是提供一种空气压缩机控制器，包括外壳、安装在外壳底部的散热底板、以及安装在外壳上的若干接线柱，其特征在于：所述外壳内安装有驱动板和控制板，所述驱动板安装在所述散热底板上，所述控制板安装在所述驱动板上方且所述驱动板和所述控制板通过接插件电连接，所述驱动板上安装有DC/DC变换模块和电机驱动模块，所述控制板上安装有微处理器控制所述DC/DC变换模块和电机驱动模块，所述接线柱与所述DC/DC变换模块及所述电机驱动模块电连接。

上述所述外壳顶部设有若干接线孔，所述接线柱的端部从所述接线孔伸出所述外壳外，所述控制板上与所述接线柱对应的设有通孔，所述接线柱穿过所述通孔与所述驱动板联接。

上述所述DC/DC变换模块为隔离型升压变换器。

上述所述DC/DC变换模块包括输入滤波电路、DC/DC功率器件、变压器和输出整流滤波电路；所述电机驱动模块包括电机功率器件、高压母线支撑电容和电流传感器。

上述所述输出整流滤波电路包括由整流桥、输出滤波电感和输出滤波电容，所述整流桥由二极管组成。

上述所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件安装在所述驱动板的底部，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件与所述驱动板之间由压板隔开，所述压板设有供所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件的管脚穿过的过孔，所述压板上向上凸出有若干凸柱，所述凸柱支承所述驱动板，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件的散热面贴在所述散热底板上。

上述所述散热底板上设有若干凹槽，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件设置在所述凹槽内，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件与所述散热底板之间还设置有绝缘导热片。

上述所述DC/DC功率器件及所述电机功率器件为开关MOSFET功率管或IGBT 功率管。

上述所述接线柱设有七个，分别为低压正极柱、低压负极柱、高压正极柱、高压负极柱和UVW三相输出柱，所述DC/DC变换模块的输入端与所述所述低压正极柱、所述低压负极柱连接，所述电机控制器的输出端与所述UVW三相输出柱连接，所述DC/DC变换模块的输出端与所述电机控制器的直流输入端并联后与所述高压正极柱、高压负极柱连接。

上述所述接线柱与所述驱动板通过焊接或螺栓联接。

上述所述UVW三相输出柱位于驱动板的中部，所述高压正极柱、所述高压母线支撑电容、以及DC/DC输出滤波电路位于所述UVW三相输出柱一侧，所述低压正极柱、所述低压负极柱、以及所述高压负极柱位于所述三相输出柱的另一侧，所述电机功率器件包括上桥功率元件和下桥功率元件，所述上桥功率元件和下桥功率元件对称设置在所述UVW三相输出柱两侧。

上述所述DC/DC功率器件由电源管理电路控制，所述电源管理电路和所述电机功率器件分别由所述微处理器控制。

本实用新型的第二个目的是提供一种空气压缩机，包括电机、空气压缩机组件及空气压缩机控制器，其特征在于：所述空气压缩机控制器为上述所述的空气压缩机控制器。

本实用新型的第三个目的是提供一种燃料电池系统，包括燃料电池和电动空气压缩机，其特征在于：所述空气压缩机为上述所述的空气压缩机。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

1)所述空气压缩机控制器，所述控制板安装在所述驱动板上方且所述驱动板和所述控制板通过接插件电连接，所述驱动板上安装有DC/DC变换模块和电机驱动模块，所述控制板上安装有微处理器控制所述DC/DC变换模块和电机驱动模块，所述接线柱与所述DC/DC变换模块及所述电机驱动模块电连接，在空气压缩机控制器内集成了DC/DC变换器和电机控制器，两者间的连接无需使用线束，直接通过电路板过电，减小了空气压缩机控制器的体积，降低了制造成本，减小了DC/DC变换器与电机控制器之间的电磁干扰；

2)所述外壳顶部设有若干接线孔，所述接线柱的端部从所述接线孔伸出所述外壳外，所述控制板上与所述接线柱对应的设有通孔，所述接线柱穿过所述通孔与所述驱动板联接，所述DC/DC变换模块为隔离型升压变换器，所述DC/DC 变换模块包括输入滤波电路、DC/DC功率器件、变压器和输出整流滤波电路；所述电机驱动模块包括电机功率器件、高压母线支撑电容和电流传感器，所述输出整流滤波电路包括由整流桥、输出滤波电感和输出滤波电容，所述整流桥由二极管组成，电路结构简单，布局合理，节约空间。

3)所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件安装在所述驱动板的底部，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件与所述驱动板之间由压板隔开，所述压板设有供所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件的管脚穿过的过孔，所述压板上向上凸出有若干凸柱，所述凸柱支承所述驱动板，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件的散热面贴在所述散热底板上，所述接线柱与所述驱动板通过焊接或螺栓联接，结构简单，安装简便，节约空间。

4)上述所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件安装在所述驱动板的底部，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件与所述驱动板之间由压板隔开，所述压板设有供所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件的管脚穿过的过孔，所述压板上向上凸出有若干凸柱，所述凸柱支承所述驱动板，所述二极管、所述DC/DC功率器件以及所述电机功率器件的散热面贴在所述散热底板上

5)所述电动空气压缩机，将电机控制器与DC－DC变换器深度集成为一体，大幅减少现有技术中接插件及管线的使用量，降低电动空气压缩机的体积和装配复杂程度，减少DC/DC变换器与电机控制器之间外露管线对电动空气压缩机系统的影响，提高系统效率和可靠性，为燃料电池系统的正常工作提供保障；

6)所述燃料电池系统，通过对电动空气压缩机的改进，降低了燃料电池系统制造及装配复杂度，使其特别适用于燃料电池汽车等领域，可减少整车零部件数量，简化车辆装配程序。

附图说明：

图1是本实用新型实施例一提供的空气压缩机控制器的分解图；

图2是本实用新型实施例一提供的空气压缩机控制器中控制板、驱动板和散热底板组合安装后的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的空气压缩机控制器中驱动板的结构示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的空气压缩机控制器中驱动板的俯视图；

图5是本实用新型实施例一提供的空气压缩机控制器中二极管、DC/DC功率器件及电机功率器件装入散热底板后的结构示意图；

图6是本实用新型实施例一提供的空气压缩机控制器中压板放在二极管、 DC/DC功率器件及电机功率器件上的结构示意图；

图7是本实用新型实施例一提供的空气压缩机控制器的电气原理图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1至图7所示，本实施例提供的是一种空气压缩机控制器，包括外壳1、安装在外壳1底部的散热底板4、以及安装在外壳1上的若干接线柱6，其特征在于：所述外壳1内安装有驱动板3和控制板2，所述驱动板3安装在所述散热底板4上，所述控制板2安装在所述驱动板3上方且所述驱动板3和所述控制板2通过接插件7电连接，所述驱动板3上安装有DC/DC变换模块31和电机驱动模块32，所述控制板2上安装有微处理器控制所述DC/DC变换模块31和电机驱动模块32，所述接线柱6与所述DC/DC变换模块31及所述电机驱动模块32 电连接。所述接插件7包括位于控制板2上的插座71和位于所述驱动板3上的插头72。

本实施例所述空气压缩机控制器，在空气压缩机控制器内集成了DC/DC变换器和电机控制器，两者间的连接无需使用线束，直接通过电路板过电，减小了空气压缩机控制器的体积，降低了制造成本，减小了DC/DC变换器与电机控制器之间的电磁干扰。

上述所述外壳1顶部设有若干接线孔11，所述接线柱6的端部从所述接线孔11伸出所述外壳1外，所述控制板2上与所述接线柱6对应的设有通孔23，所述接线柱6穿过所述通孔23与所述驱动板3联接。使空气压缩机控制器的内部布局更合理。

上述所述DC/DC变换模块31为隔离型升压变换器。

上述所述DC/DC变换模块31包括输入滤波电路、DC/DC功率器件312、变压器313和输出整流滤波电路；所述电机驱动模块32包括电机功率器件323、高压母线支撑电容321和电流传感器322。所述输入滤波电路包括输入共模滤波电感311。

上述所述输出整流滤波电路包括由整流桥、输出滤波电感315和输出滤波电容316，所述整流桥由二极管314组成。为节省空间，所述输出滤波电容316 也可与所述高压母线支撑电容321公用。

上述所述二极管312、所述DC/DC功率器件314以及所述电机功率器件323 安装在所述驱动板3的底部，所述二极管312、所述DC/DC功率器件314以及所述电机功率器件323与所述驱动板3之间由压板5隔开，所述压板5设有供所述二极管312、所述DC/DC功率器件314以及所述电机功率器件323的管脚穿过的过孔51，所述压板5上向上凸出有若干凸柱52，所述凸柱52支承所述驱动板3，所述二极管312、所述DC/DC功率器件314以及所述电机功率器件323的散热面贴在所述散热底板4上。

上述所述散热底板4上设有若干凹槽41，所述二极管312、所述DC/DC功率器件314以及所述电机功率器件323设置在所述凹槽41内，所述二极管312、所述DC/DC功率器件314以及所述电机功率器件323与所述散热底板4之间还设置有绝缘导热片。保证了散热效果。

上述所述DC/DC功率器件314及所述电机功率器件323为开关MOSFET功率管或IGBT功率管。

上述所述接线柱6设有七个，分别为低压正极柱61、低压负极柱62、高压正极柱66、高压负极柱64和UVW三相输出柱63、65、67，所述DC/DC变换模块31的输入端与所述所述低压正极柱61、所述低压负极柱62连接，所述电机控制器32的输出端与所述UVW三相输出柱63、65、67连接，所述DC/DC变换模块31的输出端与所述电机控制器32的直流输入端并联后与所述高压正极柱 66、高压负极柱64连接。

上述所述接线柱6与所述驱动板3通过焊接或螺栓联接。

上述所述UVW三相输出柱63、65、67位于驱动板3的中部，所述高压正极柱66、所述高压母线支撑电容321、以及DC/DC输出滤波电路位于所述UVW三相输出柱63、65、67一侧，所述低压正极柱61、所述低压负极柱62、以及所述高压负极柱64位于所述三相输出柱63、65、67的另一侧，所述电机功率器件323包括上桥功率元件323a和下桥功率元件323b，所述上桥功率元件323a 和下桥功率元件323b对称设置在所述UVW三相输出柱63、65、67两侧。

上述所述DC/DC功率器件312由电源管理电路控制，所述电源管理电路和所述电机功率器件323分别由所述微处理器控制。所述DC/DC变换模块31内还设有电流传感器用于电流检测，所述电流传感器与所述电源管理电路及微处理器连接。所述微处理器包括驱动&控制芯片，驱动&控制芯片还连接有电流检测电路、温度检测电路和门极驱动电路。

所述控制板2上还设有用于与外部通信用的信号端子22。

整个空气压缩机控制器内分为了低压电路和高压电路两个电路循环。低压电路循环为：低压正极－输入滤波电路－变压器初级－DC/DC功率器件－低压负极。高压电路循环为：变压器次级－输出整流滤波电路－高压正极－高压母线支撑电容－上桥功率元件－电流传感器－UVW三相绕组－下桥功率元件－高压负极。

实施例二：

本实施例提供的是一种空气压缩机，包括电机、空气压缩机组件及空气压缩机控制器，所述空气压缩机控制器为实施例一所述的空气压缩机控制器。

所述燃料电池系统通过对电动空气压缩机的改进，降低了燃料电池系统制造及装配复杂度，使其特别适用于燃料电池汽车等领域，可减少整车零部件数量，简化车辆装配程序。

实施例三：

本实用例提供的是一种燃料电池系统，包括燃料电池和电动空气压缩机，所述空气压缩机为实施例二所述的空气压缩机。

本实施例所述燃料电池系统通过对电动空气压缩机的改进，降低了燃料电池系统制造及装配复杂度，使其特别适用于燃料电池汽车等领域，可减少整车零部件数量，简化车辆装配程序。

以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种空气压缩机控制器，包括外壳(1)、安装在外壳(1)底部的散热底板(4)、以及安装在外壳(1)上的若干接线柱(6)，其特征在于：所述外壳(1)内安装有驱动板(3)和控制板(2)，所述驱动板(3)安装在所述散热底板(4)上，所述控制板(2)安装在所述驱动板(3)上方且所述驱动板(3)和所述控制板(2)通过接插件(7)电连接，所述驱动板(3)上安装有DC/DC变换模块(31)和电机驱动模块(32)，所述控制板(2)上安装有微处理器控制所述DC/DC变换模块(31)和电机驱动模块(32)，所述接线柱(6)与所述DC/DC变换模块(31)及所述电机驱动模块(32)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述外壳(1)顶部设有若干接线孔(11)，所述接线柱(6)的端部从所述接线孔(11)伸出所述外壳(1)外，所述控制板(2)上与所述接线柱(6)对应的设有通孔(23)，所述接线柱(6)穿过所述通孔(23)与所述驱动板(3)联接。

3.根据权利要求2所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述DC/DC变换模块(31)为隔离型升压变换器。

4.根据权利要求3所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述DC/DC变换模块(31)包括输入滤波电路、DC/DC功率器件(312)、变压器(313)和输出整流滤波电路；所述电机驱动模块(32)包括电机功率器件(323)、高压母线支撑电容(321)和电流传感器(322)。

5.根据权利要求4所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述输出整流滤波电路包括由整流桥、输出滤波电感(315)和输出滤波电容(316)，所述整流桥由二极管(314)组成。

6.根据权利要求5所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述二极管(314)、所述DC/DC功率器件(312)以及所述电机功率器件(323)安装在所述驱动板(3)的底部，所述二极管(314)、所述DC/DC功率器件(312)以及所述电机功率器件(323)与所述驱动板(3)之间由压板(5)隔开，所述压板(5)设有供所述二极管(314)、所述DC/DC功率器件(312)以及所述电机功率器件(323)的管脚穿过的过孔(51)，所述压板(5)上向上凸出有若干凸柱(52)，所述凸柱(52)支承所述驱动板(3)，所述二极管(314)、所述DC/DC功率器件(312)以及所述电机功率器件(323)的散热面贴在所述散热底板(4)上。

7.根据权利要求6所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述散热底板(4)上设有若干凹槽(41)，所述二极管(314)、所述DC/DC功率器件(312)以及所述电机功率器件(323)设置在所述凹槽(41)内，所述二极管(314)、所述DC/DC功率器件(312)以及所述电机功率器件(323)与所述散热底板(4)之间还设置有绝缘导热片。

8.根据权利要求4所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述DC/DC功率器件(312)及所述电机功率器件(323)为开关MOSFET功率管或IGBT功率管。

9.根据权利要求4至8中任意一项所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述接线柱(6)设有七个，分别为低压正极柱(61)、低压负极柱(62)、高压正极柱(66)、高压负极柱(64)和UVW三相输出柱(63、65、67)，所述DC/DC变换模块(31)的输入端与所述低压正极柱(61)、所述低压负极柱(62)连接，所述电机驱动模块(32)的输出端与所述UVW三相输出柱(63、65、67)连接，所述DC/DC变换模块(31)的输出端与所述电机驱动模块(32)的直流输入端并联后与所述高压正极柱(66)、高压负极柱(64)连接。

10.根据权利要求9所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述接线柱(6)与所述驱动板(3)通过焊接或螺栓联接。

11.根据权利要求10所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述UVW三相输出柱(63、65、67)位于驱动板(3)的中部，所述高压正极柱(66)、所述高压母线支撑电容(321)、以及DC/DC输出滤波电路位于所述UVW三相输出柱(63、65、67)一侧，所述低压正极柱(61)、所述低压负极柱(62)、以及所述高压负极柱(64)位于所述UVW三相输出柱(63、65、67)的另一侧，所述电机功率器件(323)包括上桥功率元件(323a)和下桥功率元件(323b)，所述上桥功率元件(323a)和下桥功率元件(323b)对称设置在所述UVW三相输出柱(63、65、67)两侧。

12.根据权利要求11所述的一种空气压缩机控制器，其特征在于：所述DC/DC功率器件(312)由电源管理电路控制，所述电源管理电路和所述电机功率器件(323)分别由所述微处理器控制。

13.一种空气压缩机，包括电机、空气压缩机组件及空气压缩机控制器，其特征在于：所述空气压缩机控制器为权利要求1至12中任意一项所述的空气压缩机控制器。

14.一种燃料电池系统，包括燃料电池和电动空气压缩机，其特征在于：所述空气压缩机为权利要求13所述的空气压缩机。