CN208047097U - 功率控制单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型给出了一种功率控制单元，包括壳体、电子控制模块、功率驱动模块、直流转换模块、电容和冷却结构，所述的冷却结构的一面相邻设置有功率驱动模块和电容，所述的电子控制模块设置在功率驱动模块背对冷却结构的一侧，所述的冷却结构的另一面设置有直流转换模块，各模块和冷却结构均固定设置在壳体内部。本实用新型具备集成度高、散热效果好、功率密度大、成本低等优点。

Description

功率控制单元

技术领域

本发明创造涉及新能源汽车电控技术领域，特别但不限定于，是一种用于双电机混合动力车辆的功率控制单元。

背景技术

电池、电机、电控（又被称作“三电”）是电动新能源汽车的核心技术，功率控制单元又是电控技术中的关键技术点之一。

现阶段通常情况下，新能源汽车的车载电源一般是直流电源，输出电压从几十伏特到几百伏特不等，这样的电能显然不能直接应用在车载电力电子设备上，因此，需要功率控制单元进行调节，使最终输入到车载电力电子设备上的电能符合需要的指标和特征。

现有技术中的功率控制单元，其集成度往往比较低，仅能支持对于驱动电机的控制，对于车辆上的其它用电设施往往需要另行安排电子器件进行控制，这样的系统在实际运行和使用中存在占用空间大、装车工序复杂、成本高、整车控制单元负担重等问题。

发明内容

本发明创造的目的，旨在提供一个高集成度功率控制单元，该功率控制单元可包含多个电力电子控制执行功能，本发明创造的要点在于该功率控制单元的内部布置和机械构架，将充分考虑到散热、尺寸、需求、安全性、可靠性、工艺等因素，从而解决现有技术中存在的各执行模块分散、占空大、成本高等问题。

一种功率控制单元，包括电子控制模块、功率驱动模块、直流转换模块、电容和冷却结构，上述各模块和冷却结构均设置在功率控制单元的壳体内部。

电子控制模块包括控制电路板，用于接收、处理、发出控制信号。

进一步的，由于本发明创造的目的之一是控制多电机，因此，所述的功率驱动模块有多个，功率驱动模块上设有对应的驱动电路板，驱动电路板在一定电流的控制下可以对功率驱动模块进行控制。

更进一步的，鉴于本发明创造的目的之一是提供乘用车级的双电机功率控制单元，因此，功率驱动模块有两个，且均采用的是符合汽车级要求的绝缘栅双极型晶体管（以下简称IGBT）模块，驱动电路板焊接在IGBT模块上，两个IGBT模块对应的驱动电路板可以是分开的，也可以在结构上一体。

直流转换模块，用于对输入的高压直流电进行转换，使之成为符合需要电压值的直流电压，进一步的，鉴于本发明创造的目的之一是同时协助多种电压需求的车载电子设备，因此直流转换模块有多个。

更进一步的，就常规模式而言，所述的直流转换模块有两个，分别对应高压/24V和高压/12V。

电容，其作用包括滤波和储能等。

所述的冷却结构包括液冷流道，可以单独设计，也可以和功率控制单元的壳体一体成型。

按照正常工作状态，冷却结构的主冷却面设置在其上表面并和功率驱动模块的散热面相配合，驱动电路板设置在功率驱动模块的上部，电子控制模块设置在驱动电路板的上方，二者之间设有屏蔽板，屏蔽板一般为薄钢板或者其它金属材料，用于消除控制电子干扰。

电容设置在功率驱动模块的一侧，电容底面的较长边和功率驱动模块底面的较长边相对应。

冷却结构将功率控制单元内部一分为二，电子控制模块、功率驱动模块和电容设置在冷却结构的上方，12V/24V直流转换模块设置在下部。

对于混合动力车型，功率控制单元还包括油泵驱动模块，油泵驱动模块用于控制和驱动油泵电机，油泵驱动模块也设置在冷却结构的下方和直流转换模块、12V直流转换模块相邻，考虑到各模块大小以及装配工艺等因素，油泵驱动模块和12V直流转换模块设置在壳体内的一侧，直流转换模块设置在壳体内的另一侧。

为了降低成本、提高工作效率，壳体上的各接口的位置和壳体内各模块的布置相对应，同时兼顾整车机舱要求、结构美观性、产品的安全性和可靠性等因素。

壳体顶部设有两套三相输出端口，每套三相输出端口均包括U、V、W三个三个端口，用于和驱动电机的三相输入端口相接，因为本发明创造中，功率驱动模块设置在壳体内的上部，因此，上述设计可以使三相输出端口和功率驱动模块之间的铜排尽可能短，减少线路损耗、降低成本。

壳体除底面外靠近12V直流转换模块的一面设有高压直流输入端口和高压附件配电接口，在内部设有油泵驱动模块时，该面还设有一套三相输出端口用于和油泵电机的三相输入端口相接，用于控制油泵，上述设计除了考虑到线路损耗的问题外，还考虑到了装车工艺的问题。

壳体的一端上设有低压直流输出端子，用于普通车载电子设备，考虑到装车工艺的问题，该壳体的一端和设有高压附件配电接口的壳体面相接。

有益效果：

本发明创造提供了一种性能良好的功率控制单元，该功率控制单元具有良好的内部和外部布局，具备集成度高、散热效果好、功率密度大、成本低等优点。

附图说明

图1是功率控制单元的内部无冷却结构的布局结构图。

图2是功率控制单元的外部布局结构图。

标号说明

1、电容；2、电子控制模块；3、驱动电路板；4、功率驱动模块；5、油泵驱动模块；6、12V直流转换模块；7、24V直流转换模块；8、壳体；9、三相输出端口；10、高压直流输入端口；11、高压附件配电接口；12、油泵控制端口。

具体实施方式

如图1和图2所示，功率控制单元，内部设有电子控制模块2、功率驱动模块4、24V直流转换模块7、电容1、12V直流转换模块6、油泵驱动模块5和冷却结构，上述各模块和冷却结构均设置在功率控制单元的壳体8内部。

电子控制模块2的主体为控制电路板，包括印刷电路板和设置在该电路板上的电子元器件及电路，是整个功率控制单元的控制核心，其主要功能包括接收来自整车控制器、功率控制单元内其它模块、传感器、监测电路等部件或元件的信号，根据预设计对相关数据进行处理，对整车控制器、功率驱动模块、12V直流转换模块6、24V直流转换模块7等部件或元件进行信号反馈或控制。

考虑到电流损耗等问题，功率驱动模块4有两个，就本实施例而言，采用的是满足汽车级要求的IGBT模块，分别和外部需要控制的两台三相驱动电机相对应，每个功率驱动模块4均和其上所设置的驱动电路板3焊接连接，驱动电路板3可以驱动功率驱动模块4工作，从而对电机输出需要的电流并对电机进行控制，在本实施例中，由于两套功率驱动模块4的驱动电路可以在一块印刷电路板上进行实现，因此，此处使用一块驱动电路板3，这样既可节约空间。

直流转换模块根据车载电子设备的需求，可能包括12V、24V、48V等，在本实施例中，采用的是12V/24V双低压直流输出的方式，因此，包括两个直流转换模块。

12V直流转换模块6，用于对输入的高压直流电进行转换，从而输出12V低压直流电，满足相应车载电子设备需求。

24V直流转换模块7，用于对输入的高压直流电进行转换，从而输出24V低压直流电，满足相应车载电子设备需求。

电容1，其作用包括滤波和储能等。

油泵驱动模块5用于控制和驱动油泵电机，在本实施例中，包括一个IGBT模块及其对应的驱动电路板，由于油泵的控制要求和驱动电机的控制要求不同，因此油泵驱动模块5和功率驱动模块所配备的器件一般也不相同。

所述的冷却结构包括液冷流道，在本实施例中和功率控制单元的壳体8一体成型。

在正常工作状态下，冷却结构的主冷却面设置在其上表面并和功率驱动模块4的散热面相配合，驱动电路板3设置在功率驱动模块4的上部，电子控制模块2设置在驱动电路板3的上方，二者之间设有屏蔽板，屏蔽板一般为薄钢板或者其它金属材料，用于消除控制电子干扰。

电容1设置在功率驱动模块4的一侧，电容1底面的较长边和功率驱动模块4底面的较长边相对应。

冷却结构将功率控制单元内部一分为二，电子控制模块2、功率驱动模块4和电容1设置在冷却结构的上方，24V直流转换模块7、12V直流转换模块6和油泵驱动模块5设置在冷却结构的下方。

为了降低成本、提高工作效率，壳体8上的各接口的位置和壳体8内各模块的布置相对应，同时兼顾整车机舱要求、结构美观性、产品的安全性和可靠性等因素。

壳体8顶部设有两套三相输出端口9，每套三相输出端口9均包括U、V、W三个三个端口，对外用于和驱动电机的三相输入端口相接，对内三相输出端口9和功率驱动模块4的输出相对应。

壳体8除底面外靠近12V直流转换模块6的一面设有高压直流输入端口10、高压附件配电接口11和一套油泵控制端口12，由于设计要求不同，虽然油泵控制端口12也是三相输出，但其和驱动电机对应的三相输出端口9的外形有所不同，为了便于描述，我们将此面成为正面，高压直流输入端口10和高压附件配电接口11均和12V直流转换模块6相对应，油泵控制端口12对外和油泵电机对应，对内和油泵驱动模块5对应。

壳体8正面的一端上设有24V/12V输出端子，对外分别对应24V和12V车载电子设备，对内对应24V直流转换模块7的输出。

实际工作中，电能自车载电源（例如高压电池包）发出，到达高压直流输入端口10，两路经过12V直流转换模块6和24V直流转换模块7处理，转化为可供车载电子设备使用的使用的稳定的低压直流电12V/24V，两路分别经功率驱动模块4处理后转化为三相交流电用于控制驱动电机，一路经油泵驱动模块5处理后转化为三相交流电用于控制油泵电机。

电子控制模块2上设有多个信号连接端口，一部分端口和外部信息系统（例如整车控制器）进行信号交互，一部分端口和功率控制单元内部的传感器或者传感电路相连接，从而实时获取各部件工作状态，还有一部分端口和功率驱动模块4以及油泵驱动模块5相连接，从而对相应模块进行控制。

由于通过IGBT模块的电流往往非常大，因此，驱动电路板3和IGBT模块采用焊接的方式进行连接从而利用接点对IGBT模块进行控制，同时，驱动电路板3又接收电子控制模块2的控制信号并予以反馈。

电路连接上，电容1一般设置在功率驱动模块4和高压直流输入端口10，从而实现储能、滤波等作用。

需要特别说明的是：

1、本发明创造的目的旨在于提供一种优化的布局结构，因此，实施例中所阐述的工作流程只是其中一种可能的工作方式，并不构成对于本实用新型保护范围的限制。

2、本发明创造的目的旨在提供一种用于电动汽车（包括纯电、混合动力等）的优化的控制单元布局结构，但在实际工作中，该布局结构同样可以用于非汽车行业，因此，本发明创造的背景技术描述并非限定本发明创造的使用领域。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明创造设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率控制单元，其特征在于：包括壳体、电子控制模块、功率驱动模块、直流转换模块、电容和冷却结构；所述的冷却结构的一面相邻设置有功率驱动模块和电容，所述的电子控制模块设置在功率驱动模块背对冷却结构的一侧；所述的冷却结构的另一面设置有直流转换模块；上述各模块和冷却结构均固定设置在壳体内部。

2.根据权利要求1所述的功率控制单元，其特征在于：功率控制单元还包括油泵驱动模块，所述的油泵模块和直流转换模块相邻设置在冷却结构背对功率驱动模块的一侧。

3.根据权利要求1或2所述的功率控制单元，其特征在于：所述的直流转换模块有多个。

4.根据权利要求1或2所述的功率控制单元，其特征在于：所述的功率驱动模块有多个，各功率驱动模块上设有对应的驱动电路板。

5.根据权利要求1或2所述的功率控制单元，其特征在于：所述的冷却结构包括液冷流道，所述的液冷流道将壳体内部分为两部分，电子控制模块、功率驱动模块和电容在壳体内的一部，直流转换模块和油泵驱动模块在壳体内的另一部。

6.根据权利要求5所述的功率控制单元，其特征在于：冷却结构的一面设置有主冷却面，主冷却面和功率驱动模块的散热面相配合，驱动电路板设置在功率驱动模块背向散热面的一面。

7.根据权利要求1或2所述的功率控制单元，其特征在于：电子控制模块和功率驱动模块之间设有屏蔽板。

8.根据权利要求3所述的功率控制单元，其特征在于：直流转换模块有两个。

9.根据权利要求4所述的功率控制单元，其特征在于：功率驱动模块为绝缘栅双极型晶体管模块。

10.根据权利要求4所述的功率控制单元，其特征在于：功率驱动模块有两个，两个功率驱动模块对应的驱动电路板在结构上为一体。