CN2629338Y - 一种用于电动汽车的电机驱动控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于电动汽车的电机驱动控制器，其特征为：滤波储能电路的一端分别与功率元件和吸收部件的一端相连接，滤波储能电路的另一端分别与功率元件和吸收部件的另一端相连接。本电机驱动器结构是一种符合电动汽车空间限制和功率密度要求，并能很好地满足电动汽车的电磁兼容性要求的优化结构布置。设计中应用了功率变换部件的三合一结构布置技术和三层式叠层功率母线技术，具有功率等级高、体积小、结构紧凑的特点。本实用新型对电机驱动控制系统具有很强的适用性，电机驱动器与外部接口即紧凑可靠，又具有可变性，易于整车布置。可适用于燃料电池轿车、纯电动轿车及混合动力轿车等领域电机驱动控制系统。
Description
技术领域：
本实用新型涉及电动汽车的技术领域，具体地说是一种用于电动汽车的电机驱动控制器。
背景技术：
电机驱动器是电动汽车的关键零部件之一，成本、自主知识产权和高新科技含量等问题是关系到能否实现电机驱动器产业化(和国产化)的主要因素，采用双单元绝缘栅双极晶体管(IGBT)或智能功率模块(IPM)作为功率器件的电机驱动器，无论是国产化能力，还是驱动器成本，均有很大优势。与通用逆变器不同的是，适用于电动汽车用电机驱动器要求具有功率等级高、体积小、结构紧凑的特点。目前，关于电动汽车电机驱动器的电磁兼容性与一体化的结构布置方面，国内外尚无相关专利的报道。
发明内容：
本实用新型的目的在于提供一种用于电动汽车的电机驱动控制器，它具有功率等级高、体积小、结构紧凑的特点。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于电动汽车的电机驱动控制器，它主要包括滤波储能电路、功率元件和吸收部件，其特征在于：滤波储能电路的一端分别与功率元件和吸收部件的一端相连接，滤波储能电路的另一端分别与功率元件和吸收部件的另一端相连接。
本电机驱动器结构是一种符合电动汽车空间限制和功率密度要求，并能很好地满足电动汽车的电磁兼容性要求的优化结构布置。设计中应用了功率变换部件的三合一结构布置技术和三层式叠层功率母线技术，具有功率等级高、体积小、结构紧凑的特点。本实用新型对电机驱动控制系统具有很强的适用性，电机驱动器与外部接口即紧凑可靠，又具有可变性，易于整车布置。可适用于燃料电池轿车、纯电动轿车及混合动力轿车等领域电机驱动控制系统，包括异步电机驱动控制系统和永磁无刷直流电机或永磁同步电机驱动控制系统。
附图说明：
图1为本实用新型一实施例的结构示意图
图2为本实用新型的吸收部件电路图
图3为本实用新型的三层母线示意图
图4为本实用新型一实施例的装配连接示意图
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
本实用新型主要包括滤波储能电路1、功率元件2和吸收部件3，其特征在于：滤波储能电路的一端分别与功率元件和吸收部件的一端相连接，滤波储能电路的另一端分别与功率元件和吸收部件的另一端相连接，本实用新型针对电动汽车用电机驱动器的特点提出符合电磁兼容性要求和适合车辆空间优化布置的电机驱动器设计技术方案，该方案已做出样机，在实际装置中实现，实施中滤波储能电路为四个滤波电容4进行并联，功率元件采用三个功率模块5，本实施例的吸收部件有三个功率桥臂，开关管的两端与二极管的两端并联，每两个开关管和两个二极管组成一个功率桥臂，各功率桥臂均与一吸收电容并联，滤波电容4装在支架6上，支架装在散热板7上，功率元件、吸收部件均与散热板连接形成一个整体，各滤波电容的一端与正母线8连接，各滤波电容的另一端与负母线9连接，正母线还分别与三个功率模块、三个吸收电容的一端连接，负母线还分别与三个功率模块、三个吸收电容的另一端连接，正、负母线设有凸台，在正、负母线之间有一层绝缘板10，形成三层式叠层。本电机驱动控制器具有体积小、重量轻、功率高的特点，驱动器中的功率元件采用国产化材料或国内可购买的功率模块，关于功率模块可视为现有技术，在此不作具体描述，本电机驱动器的核心技术为两部分：
(1)在满足电磁兼容性设计前提下的功率变换部件三合一空间优化布置技术，专为电动汽车车辆布置而设计，既适合驱动器的水冷散热方式，也适合于驱动器的风冷散热方式。通过这项技术，把滤波(储能)电容、功率元件、吸收部件形成一个整体，可以直接安装在散热平板上，做到真正的模块化结构，具有很大的实用性和新颖性。功率优化部件的优化布置，使驱动器易于形成长宽比接近2：1最佳外形，使之在车辆总体安装上十分方便。
(2)三层式叠层功率母线技术，是结合功率部件的优化布置，符合电磁兼容性要求和高功率密度要求的特殊的功率母线技术，该功率母线具有电气安全性、电磁辐射小、传导发热小、集成度高的特点。
以下结合附图，对本电机驱动器结构设计技术进行详细的介绍：
1、电机驱动器功率电路的结构布置
本电机驱动器功率电路的结构化设计技术是电机驱动器的关键技术之一。该结构化设计技术实现了电动汽车电机驱动控制器的两电平主电路拓扑结构，考虑到电动汽车的实际空间要求，主电路采用硬开关形式，吸收回路采用简单的双电容吸收电路形式，如附图2所示。附图2中，V1～V6表示六个开关管，D1～D6六个开关管对应的反并联二极管，每两个开关管和两个二极管组成一个功率桥臂；Cs1～Cs3表示每个功率桥臂对应的吸收电路；Cd表示直流端滤波电容；A、B、C表示三相输出端，直接与无刷直流电机定子三相端连接。电动汽车用电机驱动器功率电路主要由功率模块、输入输出母线、滤波电容、吸收电容等组成。与通用逆变器相比，电机驱动器的输出功率较大，而且在安装空间、重量等方面都受到限制。由于电动汽车运行环境的复杂性，电机驱动器处在大量的干扰之中，因此电机驱动器结构设计中，必须同时对其进行电磁兼容性设计。
(1)功率模块的优化布局
电机驱动器功率电路在空间产生的磁场随输入输出母线中通过的电流增大而增大，同时，功率模块产生的空间交变电磁场强度随其两端电压和电流的突变的剧烈程度而变化。这些干扰信号很容易耦合到功率模块的驱动线上。通过合理的布局，可以使在功率驱动端附近和驱动线一带的空间交变电磁场强度最小，也即干扰信号最小。设计中采取以下措施：①将双单元的功率模块如附图1所示布置于散热器表面；②从滤波电容到功率模块的直流连接件采用镀锡铜板叠层技术。这种功率模块的布置结构不仅可以减小母线寄生电感，而且对于功率模块产生的空间交变电磁场有起到很好的屏蔽作用。
(2)输入输出母线设计
在功率模块回路中，开关过程中引起浪涌电压的能量与
成比例，其中Ls为母线寄生电感，IC为模块工作电流。为了降低浪涌电压的影响，在使用大电流功率模块时需要降低功率电路的电感，因而需要一种特殊的母线结构来适应大电流、低母线电感电路。设计中采用三层式叠层母线作为输入输出母线，有效地降低了功率回路中寄生电感。同时，为了使母线电感达到最小，输入输出母线将功率模块、滤波电容器、吸收电容联为一体，直接安装与散热器表面附图1所示。
(3)滤波电容器设计
由于电动汽车运行工况的复杂性，电机驱动器的输入直流母线电压的谐波很大。为了保证系统运行的可靠性，必须对输入电压进行稳压和滤波。设计采用四个电解电容并联组成滤波电容，用金属支架固定成一个整体，支架固定在散热器上；滤波电容的正负极直接或通过凸台与输入输出母线相连，其结构布局如附图1所示。
(4)吸收电路设计
电机驱动器功率模块在开关过程中产生很高的di/dt，由于母线寄生电感的存在，吸收母线电感能量的过电压吸收电路必不可少。根据功率电路的设计布局，并经过估算和试验，采用双无感电容的吸收电路形式作为这种大电流工作的功率模块吸收回路。这种吸收回路的选择方式大大简化了吸收回路的结构和安装，吸收电容可直接安装在功率模块的正负端，并与输入输出母线、功率模块、滤波电容器联为一体，直接安装与散热器表面。
2、电机驱动器功率电路的三层式叠层功率母线技术
本实用新型的另一关键技术是三层式叠层功率母线技术。三层式叠层功率母线技术是把滤波电容、功率元件、吸收部件形成一个整体，直接通过安装在散热表面。三层式叠层功率母线技术是一种结合功率部件的优化布置，符合电磁兼容性要求和高功率密度要求的特殊的功率母线技术。按这一技术设计的功率母线具有电气安全性高、电磁辐射小、传导发热小、集成度高的特点。三层式叠层功率母线与模块和滤波电容的集成做到真正的模块化结构，具有很大的实用性和新颖性。这种三层式叠层功率母线技术的最大特点是其特有的柔性特征，即可根据驱动控制器的设计容量、不同的应用场合、不同的空间尺寸，采用相同的结构可满足系统设计要求。
三层式叠层功率母线的设计中采用了以下新技术：
(1)三层式叠层功率母线：三层式叠层功率母线包括输入正极板、输出负极板和一块绝缘板。三层板从功率模块正端依次为：正极板、绝缘板、负极板，如附图3所示，其中功率模块的型号为：SKM400GB124D。通过合理地设计中间层绝缘板形状，对正、负极板边沿很好地进行了电气隔离，避免了因高压产生空气击穿的可能性。
(2)凸台导电技术：母线与滤波电容的连接不单单靠连接螺栓连接，在母线的连接处，向与滤波电容连接的方向设置了凸台，大大增加了母线与模块的连接面积，消除了连接处因电流分配不均产生的局部过热的问题。
Claims (6)
1、一种用于电动汽车的电机驱动控制器，它主要包括滤波储能电路、功率元件和吸收部件，其特征在于：滤波储能电路的一端分别与功率元件和吸收部件的一端相连接，滤波储能电路的另一端分别与功率元件和吸收部件的另一端相连接。
2、根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的电机驱动控制器，其特征在于：滤波储能电路为四个滤波电容进行并联，功率元件采用三个功率模块。
3、根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的电机驱动控制器，其特征在于：吸收部件有三个功率桥臂，开关管的两端与二极管的两端并联，每两个开关管和两个二极管组成一个功率桥臂，各功率桥臂均与一吸收电容并联。
4、根据权利要求1-3所述的一种用于电动汽车的电机驱动控制器，其特征在于：滤波电容装在支架上，支架装在散热板上，功率元件、吸收部件均与散热板连接形成一个整体。
5、根据权利要求书1所述的一种用于电动汽车的电机驱动控制器，其特征在于：各滤波电容的一端与正母线连接，各滤波电容的另一端与负母线连接，正母线还分别与三个功率模块、三个吸收电容的一端连接，负母线还分别与三个功率模块、三个吸收电容的另一端连接。
6、根据权利要求书1所述的一种用于电动汽车的电机驱动控制器，其特征在于：正、负母线设有凸台，在正、负母线之间有一层绝缘板，形成三层式叠层。
Priority Applications (1)
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| CN 03230791 CN2629338Y (zh) | 2003-04-29 | 2003-04-29 | 一种用于电动汽车的电机驱动控制器 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102340135A (zh) * | 2010-07-19 | 2012-02-01 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | 电动车驱动器过压保护结构及电动车 |
| CN107529305A (zh) * | 2017-09-25 | 2017-12-29 | 科比传动技术（上海）有限公司 | 电路板装置、驱动控制器和水泵一体机 |
| CN108565117A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-09-21 | 无锡宸瑞新能源科技有限公司 | 一种集成emc方案的电动汽车用薄膜电容器 |
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2003
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