一种用于电动汽车的高功率密度电机控制器

技术领域

本发明涉及一种电机控制器，尤其是涉及一种用于电动汽车的高功率密度电机控制器。

背景技术

随着电动汽车技术不断深入发展，电动汽车越来越普及到人们的日常生活当中，其中电机控制器是电动汽车内部一个核心的部件，其安全可靠地工作是整个电动汽车正常工作的关键。传统电机控制器内部核心的功率模块通常选用常规的IGBT进行控制，但是常规的IGBT散热通常都是通过增加散热器或散热板进行散热，这种散热器和散热板会增加散热过程的热阻，导致IGBT散热效果变差，这种散热方式的局限性也严重限制了电机控制器本身功率密度的提高。因此，如果要提高电机控制器功率密度，便只能增大电机控制器体积，但是这样很难满足整车内部对整车内部空间布置和功率密度的要求，也限制了电动汽车的功率的提高。因此，现在迫切需要设计出一款散热性能好、功率密度高、体积小、重量轻、适合批量装配的高功率密度电机控制器，以满足国内新能源汽车行业的发展需求。

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用于电动汽车的高功率密度电机控制器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于电动汽车的高功率密度电机控制器，包括设有一开口的箱体，所述箱体的开口设有箱盖，所述箱体中设有功率模块、薄膜电容、磁环组件、电流传感器组件、散热装置和驱动控制板；所述功率模块的表面设有散热翅片，所述箱体内的底部设有水槽，所述水槽的顶部设有密封盖板，所述水槽中设有冷却液，所述功率模块设置在所述水槽的冷却液中，且其端子从所述密封盖板上伸出。

优选的，所述箱体上设有第一进水口和第一出水口，所述水槽中的底部设有分别与第一进水口、第一出水口连通的第二进水口和第二出水口，所述第二进水口和第二出水口分别设置在水槽中的两端，且第二出水口的高度高于第二进水口的高度。

优选的，所述水槽包括相互连通的并排的多个水槽腔体，每个所述水槽腔体中分别设有功率模块。

优选的，所述箱体的外侧壁设有三相输出插件、母线输入插件和接口板。

优选的，所述电流传感器组件包括支座和设置在支座上的电流传感器、三相输出极板、三相转接输出极板；所述三相转接输出极板的输入端与所述功率模块的输出端电气连接，所述三相转接输出极板的输出端穿过所述电流传感器与三相输出极板的输入端共同固定在支座上并实现电气连接；所述三相输出极板的输出端与所述三相输出插件电气连接。

优选的，所述支座上设有支柱和插槽，所述插槽呈L形的弯折形状，所述三相输出极板插入所述插槽中，且其输入端和输出端分别朝向垂直的两个方向。

优选的，所述薄膜电容的输入端穿过所述磁环组件中间的孔后与所述母线输入插件电气连接，所述薄膜电容的输出端与所述功率模块的输入端电气连接。

优选的，所述薄膜电容的输入端包括正输入极板和负输入极板，其输出端包括正输出极板和负输出极板，所述正输入极板和负输入极板之间、正输出极板和负输出极板之间均采用绝缘的叠层布置方式。

优选的，所述正输出极板和负输出极板水平伸出且长度不同，所述正输出极板和负输出极板的末端分别设有垂直设置的连接部。

优选的，所述电流传感器组件和薄膜电容分别设置在沿功率模块端子排列方向的水槽两侧，所述驱动控制板设置在所述功率模块的上方，且与功率模块的信号端子电气连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、选用体积更小、可以直接与冷却液进行热交换的功率模块，通过在电机控制器箱体上面开设水槽，将功率模块两面贴紧散热翅片，然后塞入水槽里面，散热翅片可以确保水槽里面的水流均匀，这样功率模块在水槽中就可以实现与冷却液直接进行均匀热交换，冷却液可以快速地将功率模块产生的热量带走，可以起到很好的散热效果，确保电机控制器在峰值工况下稳定的输出能力，这样功率模块本身可以提高电流使用能力，使得电机控制器输出更高的峰值功率，进而提高了整个电机控制器的功率密度，减小了电机控制器的体积和重量。

2、整个电机控制器散热直接选用水槽，避免了使用专门的散热器和散热板对功率模块进行散热，这样节省了装配空间，还减少了整个装置的体积，提高了整个控制器的集成度，而且节省了电机控制器的成本。

3、整个电机控制器可采用模块化装配，可以线下完成散热装置和电流传感器组件的装配，成为各个块结构，最后将电流传感器组件、薄膜电容、驱动控制板、箱盖、三相输出插件、母线输入插件、磁环组件、接口板进行装配，形成一个高度集成的模块化结构，这样既方便装配又适合自动化生产，可以提高整个电机控制器的集成程度。

附图说明

图1为本发明电机控制器的爆炸图；

图2为本发明电机控制器的散热装置的爆炸图；

图3为本发明电机控制器的箱体结构示意图；

图4为本发明电机控制器的密封盖板结构示意图；

图5为本发明电机控制器的电流传感器组件结构示意图；

图6为本发明电机控制器的支座结构示意图；

图7为本发明电机控制器的薄膜电容结构示意图；

图8为本发明电机控制器的冷却液流动示意图。

图中标注：1、散热装置，2、薄膜电容，3、驱动控制板，4、箱盖，5、电流传感器组件，6、三相输出插件，7、母线输入插件，8、磁环组件，9、接口板，1-1、箱体，1-2、进水管，1-3、功率模块，1-4、散热翅片，1-5、出水管，1-6、密封盖板，2-1、正输入极板，2-2、负输入极板，2-3、正输出极板，2-4、负输出极板，2-5、壳体，5-1、三相转接输出极板，5-2、电流传感器，5-3、三相输出极板，5-4、支座，1-1-1、第一进水口，1-1-2、第二进水口，1-1-3、水槽，1-1-4、第二出水口，1-1-5、第一出水口。

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。

实施例

对于电机控制器功率模块无法与冷却液直接进行热交换、功率密度较低的缺陷，如果能够开发一种可以直接插入到冷却液里面进行冷却的IGBT，就可以不用设计散热器或散热板来对IGBT进行散热，IGBT在冷却液里面就可以直接与冷却液继续进行热交换，这样可以在不增加电机控制器体积的情况下大幅度提高电机控制器的功率密度，这样在整车布置空间当中会有很大的竞争优势。

如图1所示，本申请提出一种用于电动汽车的高功率密度电机控制器，包括设有一开口的箱体1-1，箱体1-1的开口设有箱盖4，箱体1-1中设有功率模块1-3、薄膜电容2、磁环组件8、电流传感器组件5、散热装置1和驱动控制板3。薄膜电容2、磁环组件8和电流传感器组件5固定在箱体1-1的底面。箱盖4固定在箱体1-1上方，实现整个电机控制器的密封。

如图2所示，箱体1-1内的底部设有水槽1-1-3，水槽1-1-3的顶部设有密封盖板1-6，水槽1-1-3中设有冷却液，功率模块1-3的表面的正反两面分别贴紧散热翅片1-4后塞入水槽1-1-3里面，且其端子从密封盖板1-6上伸出。水槽1-1-3包括相互连通的并排的多个水槽腔体，每个水槽腔体中分别设有功率模块1-3。

如图3所示，箱体1-1上设有第一进水口1-1-1和第一出水口1-1-5，水槽1-1-3中的底部设有分别与第一进水口1-1-1、第一出水口1-1-5连通的第二进水口1-1-2和第二出水口1-1-4。第二进水口1-1-2和第二出水口1-1-4分别设置在水槽1-1-3中的两端，且第二进水口1-1-2位于水槽1-1-3的最底面，第二出水口1-1-4位于水槽1-1-3的最高面，两者之间有一个高度差。箱体1-1的外侧分别设有与第一进水口1-1-1、第一出水口1-1-5分别连通的进水管1-2和出水管1-5，分别通过冷压固定在箱体1-1上。

水槽1-1-3开口的表面设有相互连通的密封槽。如图4所示，密封盖板1-6上有三个并排的长方形孔，用于功率模块1-3的端子伸出，三个长方形孔的周围各有一圈密封槽。密封槽中均设有密封圈。

箱体1-1的外侧壁设有三相输出插件6、母线输入插件7和接口板9。

如图5所示，电流传感器组件5包括支座5-4和设置在支座5-4上的电流传感器5-2、三相输出极板5-3、三相转接输出极板5-1，支座5-4固定在箱体1-1的底面。三相转接输出极板5-1的输入端与功率模块1-3的输出端通过激光焊接实现电气连接，三相转接输出极板5-1的输出端穿过电流传感器5-2与三相输出极板5-3的输入端通过螺栓共同固定在支座5-4上并实现电气连接。三相输出极板5-3的输出端与三相输出插件6的端子电气连接。如图6所示，支座5-4上设有支柱和插槽，本实施例中，插槽呈L形的弯折形状且设有三个，三相输出极板5-3分别插入三个插槽中实现电气间隙隔离，且三相输出极板5-3的输入端和输出端分别朝向垂直的两个方向。

如图7所示，薄膜电容2包括壳体2-5，壳体2-5上设有输入端和输出端。薄膜电容2的输入端包括正输入极板2-1和负输入极板2-2，薄膜电容2的输入端穿过磁环组件8中间的孔后与母线输入插件7电气连接。薄膜电容2的输出端包括正输出极板2-3和负输出极板2-4，薄膜电容2的输出端与功率模块1-3的输入端电气连接。正输入极板2-1和负输入极板2-2之间、正输出极板2-3和负输出极板2-4之间均采用绝缘的叠层布置方式，可以降低电感，有助于功率模块1-3散热。正输出极板2-3和负输出极板2-4从壳体2-5水平伸出且长度不同，正输出极板2-3和负输出极板2-4的末端分别设有垂直设置的长方形连接部，分别与功率模块1-3的正输入端和负输入端通过激光焊接电气连接。

本实施例中，电流传感器组件5和薄膜电容2分别设置在沿功率模块1-3端子排列方向的水槽1-1-3两侧。驱动控制板3设置在功率模块1-3的上方，驱动控制板3的一边固定在支座5-4上的支柱上，另一边固定在薄膜电容2的固定孔上，并且与功率模块1-3的信号端子通过锡焊实现电气连接。

该电机控制器的装配过程如下：

(1)首先完成散热装置1的安装：将进水管1-2和出水管1-5分别通过冷压固定在箱体1-1上的第二进水口1-1-2和第二出水口1-1-4上，再将功率模块1-3正反两面贴好散热翅片1-4，然后将贴好散热翅片1-4的功率模块1-3塞入箱体1-1底面的水槽1-1-3里面，再在水槽1-1-3上面的密封槽里装上密封圈，在密封盖板1-6上的密封槽里也装上密封圈，最后将装好密封圈的密封盖板1-6固定在水槽1-1-3上方，至此完成散热装置1的安装。

(2)接着进行电流传感器组件5的装配：首先将电流传感器5-2装配在支座5-4上，然后将三相输出极板5-3放置在支座5-4的L形插槽中，再将三相转接输出极板5-1穿过电流传感器5-2与三相输出极板5-3一起固定在支座5-4上，至此完成电流传感器组件5的装配。

(3)将磁环组件8套在薄膜电容2的输入端上，然后再和电流传感器组件5分别装配在箱体1-1的底面上，然后将薄膜电容2的输出端与功率模块1-3的输入端激光焊接，再将电流传感器组件5的三相转接输出极板5-1的输入端分别与功率模块1-3的输出端激光焊接；再将三相输出插件6、母线输入插件7、接口板9固定在箱体1-1的侧壁上，将三相输出插件6的端子与电流传感器组件5的三相输出极板5-3的输出端连接固定，将母线输入插件7的端子与薄膜电容2的输入端连接固定；然后再将驱动控制板3分别固定在支座5-4和薄膜电容2的上方，并将驱动控制板3与功率模块1-3的信号端子通过锡焊焊接在一起。

(4)最后将箱盖4固定在箱体1-1的上方，至此完成整个高功率密度电机控制器的装配。

如图8所示，控制器在工作过程中，冷却液在水道里面流动的整体轨迹是：首先，冷却液从进水管1-2进入控制器箱体1-1的第二进水口1-1-2，然后从第一进水口1-1-1进入水槽1-1-3内部，因为水槽1-1-3的底部连通第一进水口1-1-1，上部连接第一出水口1-1-5，第一进水口1-1-1和第一出水口1-1-5之间存在高度落差，这个高度落差可以确保水槽1-1-3的蓄水功效，当水槽1-1-3内部蓄水水位达到上端第一出水口1-1-5的位置，冷却液就会从第一出水口1-1-5流出进入到第二出水口1-1-4，并最终从出水管1-5流出，完成整个控制器内部的散热循环，确保整个功率模块1-3的均匀正常散热。