CN209642560U - 一种基于模块化的动力总成子模块组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于模块化的动力总成子模块组件，包括散热器、功率器件、交流板卡、直流板卡和控制板卡；所述散热器的两侧分别安装有功率器件，所述功率器件的两侧依次连接有交流板卡和直流板卡，所述控制板卡安装在其中一个所述直流板卡的外侧，所述功率器件、交流板卡、直流板卡和控制板卡通过结构件固定在散热器的两侧；所述交流板卡对外引出交流第一端口和交流第二端口，所述直流板卡对外引出正极端口、负极端口、第一故障信号端口和第一驱动信号端口；子模块模块化结构设计，在车内安装方式更加灵活，大幅降低了电动汽车动力系统的生产和维护成本，可有效提高车内空间的利用率与续航能力。

Description

一种基于模块化的动力总成子模块组件

技术领域

本实用新型涉及一种基于模块化的动力总成子模块组件，属于新能源技术领域。

背景技术

近年来，随着新能源电动汽车行业的蓬勃发展，车载电子设备呈现小型化、集成化、高功率密度化的趋势。但纯电动汽车动力总成系统行业内的BMS、电机驱动单元、DC/DC单元、PDU单元与OBC充电单元等多为单独设计，并通过结构上的组合安装在整车内，导致动力总成系统能量密度低、控制复杂、安装维护困难、系统可靠性低且成本较高，不适应整车的模块化、集成化、一体化、平台化、轻量化、智能化等的发展趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于模块化的动力总成子模块组件，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

一种基于模块化的动力总成子模块组件，包括散热器、功率器件、交流板卡、直流板卡和控制板卡；

所述散热器的两侧分别安装有功率器件，所述功率器件的两侧依次连接有交流板卡和直流板卡，所述控制板卡安装在其中一个所述直流板卡的外侧，所述功率器件、交流板卡、直流板卡和控制板卡通过结构件固定在散热器的两侧；

所述功率器件包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管皆设有S极管脚、D极管脚和G极管脚；

所述交流板卡对外引出交流第一端口和交流第二端口，所述直流板卡对外引出正极端口、负极端口、第一故障信号端口和第一驱动信号端口；

所述控制板卡对外引出第二故障信号端口、第二驱动信号端口、第一电池信号端口、第二电池信号端口、第一下载端口和第二下载端口。

优选的，所述第一开关管的S极管脚和第三开关管的D极管脚通过电气连接件与交流第一端口连接，所述第二开关管的S极管脚和第四开关管的D极管脚通过电气连接件与交流第二端口连接。

优选的，所述第一开关管、第二开关管的D极管脚通过直流板卡上的管脚穿孔连接，且与正极端口连接，所述第三开关管、第四开关管的S极管脚通过直流板卡上的管脚穿孔相连，且与负极端口连接。

优选的，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的所有G 极管脚通过直流板卡上的管脚穿孔与直流板卡的第一驱动信号端口相连，第一驱动信号端口通过电气连接件与控制板卡对应的第二驱动信号端口连接。

优选的，所述交流第一端口对外连接相邻子模块的交流第二端口，每个桥臂由多个子模块串联组成，桥臂中第一个子模块的交流第一端口和最后一个子模块的交流第二端口作为系统的对外输入或输出端口。

优选的，所述正极端口对外连接电池模组的正极端口上，所述负极端口对外连接电池模组的负极端口上。

优选的，所述控制板卡控制两个子模块的工作，所述第一电池信号端口对外连接电池模组的信号端口上，所述第二电池信号端口对外连接另一电池模组的信号端口上。

优选的，所述功率器件的系统功率通过增加开关管的并联个数提高，所述功率器件的开关管均设有三组。

优选的，所述功率器件和散热器之间设有导热材料。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：子模块采用模块化结构设计，动力总成系统由数量可变的子模块组成，子模块内集成了功率器件、散热器和控制系统，通过改变桥臂内串联子模块的个数或通过改变子模块并联电池的数量调整系统的功率等级及容量，可适用于不同功率等级的新能源电动汽车。子模块模块化结构设计，在车内安装方式更加灵活，大幅降低了电动汽车动力系统的生产和维护成本，可有效提高车内空间的利用率与续航能力。

附图说明

图1为子模块组件结构示意图；

图2为功率器件结构示意图；

图3为交流板卡结构示意图；

图4为直流板卡结构示意图；

图5为控制板卡的结构示意图。

图中：1、散热器；2、功率器件；21、第一开关管；22、第二开关管；23、第三开关管；24、第四开关管；3、导热材料；4、交流板卡；41、交流第一端口；42、交流第二端口；5、直流板卡；51、正极端口；52、负极端口；53、第一故障信号端口；54、第一驱动信号端口；6、结构件；7、控制板卡；71、第二故障信号端口；72、第二驱动信号端口；73、第一电池信号端口；74、第二电池信号端口；75、第一下载端口；76、第二下载端口；8、安装孔；9、功率开关管开孔；10、管脚穿孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1-5所示公开了一种基于模块化的动力总成子模块组件，包括散热器1、功率器件2、交流板卡4、直流板卡5和控制板卡7；

散热器1的两侧分别安装有功率器件2，功率器件2的两侧依次连接有交流板卡4和直流板卡5，控制板卡7安装在其中一个直流板卡5的外侧，功率器件2、交流板卡4、直流板卡5和控制板卡7通过结构件6固定在散热器1的两侧；

功率器件2包括第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23和第四开关管24，第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23和第四开关管24皆设有S极管脚、D极管脚和G极管脚；

交流板卡4对外引出交流第一端口41和交流第二端口42，其中，交流第一端口41和相邻子模块的交流第二端口连接，每个桥臂由多个子模块串联组成，桥臂中第一个子模块的交流第一端口和最后一个子模块的交流第二端口和外部电机、充电口、车载DC/DC连接，直流板卡5对外引出正极端口51、负极端口 52、第一故障信号端口53和第一驱动信号端口54，其中，正极端口51、负极端口52和外部电池模组正极端口、负极端口连接，为子模块提供能量，控制板卡7对外引出第二故障信号端口71、第二驱动信号端口72、第一电池信号端口73、第二电池信号端口74、第一下载端口75和第二下载端口76，其中，第二故障信号端口71、第二驱动信号端口72和直流板卡5的第一故障信号端口53、第一驱动信号端口54连接，控制功率器件2的通断，第一电池信号端口73与第二电池信号端口74和两个电池模组的信号端口连接，控制电池模组的主动均衡和故障隔离，第一下载端口75和第二下载端口76用于子模块控制程序的下载。

具体的如图2和图3所示，第一开关管21的S极管脚和第三开关管23的D 极管脚通过电气连接件与交流第一端口41连接，第二开关管22的S极管脚和第四开关管24的D极管脚通过电气连接件与交流第二端口42连接，四个开关管串联成H桥结构，对外引出交流端口，实现交直流能量的双向逆变功能。

具体的如图2和图4所示，第一开关管21、第二开关管22的D极管脚通过直流板卡5上的管脚穿孔10连接，且与正极端口51连接，第三开关管23、第四开关管24的S极管脚通过直流板卡5上的管脚穿孔10相连，且与负极端口 52连接；四个开关管串联成H桥结构，对外引出直流端口，实现对电池模组的独立控制。

具体的如图2和图4所示，第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23、第四开关管24的所有G极管脚通过直流板卡5上的管脚穿孔10与直流板卡5 的第一驱动信号端口54相连，第一驱动信号端口54通过电气连接件与控制板卡7对应的第二驱动信号端口72连接，控制板卡通过驱动信号端口控制开关器件的通断。

具体的如图2和图4所示，第一开关管21、第二开关管22、第三开关管23、第四开关管24的所有D、S极管脚通过直流板卡5上的管脚穿孔10与直流板卡 5的第一故障信号端口53相连，第一故障信号端口53通过电气连接件与控制板卡7对应的第二故障信号端口71连接。控制板卡通过故障信号端口判断功率器件的好坏，实现故障快速切除功能。

具体的如图4所示，交流第一端口41对外连接相邻子模块的交流第二端口，每个桥臂由多个子模块串联组成，桥臂中第一个子模块的交流第一端口和最后一个子模块的交流第二端口作为系统的对外输入或输出端口。多个子模块交流端口之间通过MMC拓扑结构串联在一起，上下桥臂中点作为变流器交流输出端口连接电机和交流充电口，实现整车内电机驱动、交流快速充电、交流V2V、交流V2G的功能，每相首尾子模块对外引出点作为变流器的直流输出端口连接直流充电口和车载DC/DC，实现交直流侧的功率控制和整车内辅助设备供电、直流快速充电、直流V2V、直流V2G的功能。

具体的如图4所示，正极端口51对外连接电池模组的正极端口上，负极端口52对外连接电池模组的负极端口上，为子模块提供能量。

具体的如图5所示，控制板卡7控制两个子模块的工作，第一电池信号端口73对外连接电池模组的信号端口上，第二电池信号端口74对外连接另一电池模组的信号端口上。两个子模块共用一个控制板卡，节约汽车空间，降低成本，控制板卡控制电池模组的主动均衡和故障隔离，延长电池模组的使用寿命，降低了电池模组的成本。

具体的如图2所示，功率器件2的系统功率通过增加开关管的并联个数提高，功率器件2的开关管均设有三组，子模块通过增加开关管的数量，提高续航能力。

具体的如图1所示，功率器件2和交流板卡4之间设有导热材料3，增加功率器件2的导热效率。

工作原理：子模块采用多个功率器件2并联的H桥结构，通过控制功率器件2的导通顺序及电流方向形成子模块电池正负电压输出、电池进行充电或切除电池模组。

当第一开关管21与第四开关管24导通且电流方向为流入子模块时，子模块输出正电平，且电池处于充电状态；当第二开关管22与第三开关管23导通且电流方向为流入子模块时，子模块输出负电平，且电池处于充电状态；

当第一开关管21与第四开关管24导通且电流方向为流出子模块时，子模块输出正电平，且电池处于放电状态；

当第二开关管22与第三开关管23导通且电流方向为流出子模块时，子模块输出负电平，且电池处于放电状态。

动力总成系统由多个完全相同的子模块安装在一个壳体中，配合车载超快交直流充电控制技术、V2G和V2V双向充电技术、电池主动均衡控制技术、电池故障检测及在线隔离控制技术和多电平高效率电机控制技术，将电池模组的能量转换成电机、辅助电源所需的能量，控制电机转动、辅助设备工作、电池模组主动均衡，同时，在充电过程中，将电网能量转换成电池模组所需的能量，控制电池模组充电功率；本实用新型提出的一种基于模块化的动力总成子模块组件，将功率器件2、散热器1、交流板卡4、直流板卡5和控制板卡7等集成在子模块内，通过模块化设计与协调控制技术实现每个子模块对电池模组的独立管理与控制，控制精度高且对电池的一致性要求低。本实用新型涉及的动力总成子模块组件应用于在纯电动汽车动力总成系统中，动力总成系统由数量可变的子模块组成，实现了对储能电池、电池能量管理、电机控制、电源配电、车载充电等功能的高度集成，大幅降低了电动汽车动力系统的生产和维护成本。子模块采用模块化结构设计，具有一致性，任意子模块数量的系统均采用相同的控制架构，冗余性好且扩展性强，在车体内的安装方式更加灵活，可有效提高车内空间的利用率与续航能力。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，包括散热器（1）、功率器件（2）、交流板卡（4）、直流板卡（5）和控制板卡（7）；

所述散热器（1）的两侧分别安装有功率器件（2），所述功率器件（2）的两侧依次连接有交流板卡（4）和直流板卡（5），所述控制板卡（7）安装在其中一个所述直流板卡（5）的外侧，所述功率器件（2）、交流板卡（4）、直流板卡（5）和控制板卡（7）通过结构件（6）固定在散热器（1）的两侧；

所述功率器件（2）包括第一开关管（21）、第二开关管（22）、第三开关管（23）和第四开关管（24），所述第一开关管（21）、第二开关管（22）、第三开关管（23）和第四开关管（24）皆设有S极管脚、D极管脚和G极管脚；

所述交流板卡（4）对外引出交流第一端口（41）和交流第二端口（42），所述直流板卡（5）对外引出正极端口（51）、负极端口（52）、第一故障信号端口（53）和第一驱动信号端口（54）；

所述控制板卡（7）对外引出第二故障信号端口（71）、第二驱动信号端口（72）、第一电池信号端口（73）、第二电池信号端口（74）、第一下载端口（75）和第二下载端口（76）。

2.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述第一开关管（21）的S极管脚和第三开关管（23）的D极管脚通过电气连接件与交流第一端口（41）连接，所述第二开关管（22）的S极管脚和第四开关管（24）的D极管脚通过电气连接件与交流第二端口（42）连接。

3.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述第一开关管（21）、第二开关管（22）的D极管脚通过直流板卡（5）上的管脚穿孔（10）连接，且与正极端口（51）连接，所述第三开关管（23）、第四开关管（24）的S极管脚通过直流板卡（5）上的管脚穿孔（10）相连，且与负极端口（52）连接。

4.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述第一开关管（21）、第二开关管（22）、第三开关管（23）、第四开关管（24）的所有G极管脚通过直流板卡（5）上的管脚穿孔（10）与直流板卡（5）的第一驱动信号端口（54）相连，第一驱动信号端口（54）通过电气连接件与控制板卡（7）对应的第二驱动信号端口（72）连接。

5.据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述第一开关管（21）、第二开关管（22）、第三开关管（23）、第四开关管（24）的所有D、S极管脚通过直流板卡（5）上的管脚穿孔（10）与直流板卡（5）的第一故障信号端口（53）相连，第一故障信号端口（53）通过电气连接件与控制板卡（7）对应的第二故障信号端口（71）连接。

6.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述交流第一端口（41）对外连接相邻子模块的交流第二端口，每个桥臂由多个子模块串联组成，桥臂中第一个子模块的交流第一端口和最后一个子模块的交流第二端口作为系统的对外输入或输出端口。

7.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述正极端口（51）对外连接电池模组的正极端口上，所述负极端口（52）对外连接电池模组的负极端口上。

8.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述控制板卡（7）控制两个子模块的工作，所述第一电池信号端口（73）对外连接电池模组的信号端口上，所述第二电池信号端口（74）对外连接另一电池模组的信号端口上。

9.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述功率器件（2）的系统功率通过增加开关管的并联个数提高，所述功率器件（2）的开关管均设有三组。

10.根据权利要求1所述的基于模块化的动力总成子模块组件，其特征在于，所述功率器件（2）和散热器（1）之间设有导热材料（3）。