CN110014815A - 一种模块化动力总成一体化底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化动力总成一体化底盘，包括电池模组、BMS、功率模块、总控制器、共模电抗器，所述电池模组和BMS集成于一体安装于结构件A中，所述功率模块和总控制器安装于结构件B中，所述共模电抗器、结构件A、结构件B安装于结构件C内。所述电池模组通过电气连接件与功率模块相连，所述功率模块之间通过电气连接件连接，所述功率模块内设有第一散热组件，所述总控制器通过电气连接件控制功率模块的导通和关断，所述结构件C内部设有第二散热组件。将电池、BMS、电机驱动器、OBC和BDU集成于一体，大幅降低了电动汽车动力***设计的复杂度、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

一种模块化动力总成一体化底盘
技术领域
本发明涉及一种模块化动力总成一体化底盘，属于新能源动力总成技术领域。
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***行业内的电池、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***能量密度低、控制复杂、安装维护困难、***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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化动力总成一体化底盘，以解决现有技术中动力总成***能量密度低、控制复杂、安装维护困难、***可靠性低且成本较高的缺陷。
一种模块化动力总成一体化底盘，包括电池模组、BMS、功率模块、总控制器、共模电抗器，所述电池模组和BMS集成于一体安装在结构件A中，所述功率模块和总控制器安装于结构件B中，所述共模电抗器、结构件A、结构件B安装于结构件C内，所述电池模组通过电气连接件与功率模块连接，所述功率模块之间通过电气连接件连接，所述功率模块内设有第一散热组件，所述总控制器通过电气连接件控制功率模块的导通和关断，所述结构件C内部设有第二散热组件。
优选的，所述电池模组对外引出第一正极端口、第一负极端口和第一电池信号端口，所述电池模组由若干单体电池首尾“U”型串联，所述单体电池之间通过电气连接件连接，所述BMS集成于电气连接件中。
优选的，所述功率模块对外引出第二正极端口、第二负极端口、第二电池信号端口、第一控制信号端口和交流端口，所述第二正极端口、第二负极端口和第二电池信号端口分别与所述电池模组对外引出第一正极端口、第一负极端口和第一电池信号端口对应连接。
优选的，所述交流端口为交流第一端口和交流第二端口，所述交流第二端口与相邻子模块的交流第一端口相连，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***交流电气端口连接共模电抗器两端，所述共模电抗器的中间端口连接至电机和交流充电口，上桥臂中首模块的交流第一端口和下桥臂尾模块的交流第二端口作为***直流母线端口连接DC/DC和直流充电口。
优选的，所述总控制器对外引出采样端口和第二控制信号端口，所述第二控制信号端口通过电气连接件与多个功率模块的第一信号端口连接。
优选的，所述共模电抗器对外引出电抗器交流一端口、电抗器交流二端口和中间端口，共模电抗器采用两个单体电抗器共用一个铁芯。
优选的，所述电气连接件为PCB板、铜排、导线、光纤。
优选的，所述结构件C中预设有安装高配盒、DC/DC模块、断路器、熔丝的安装空间。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：动力总成一体化底盘***采用模块化多电平变流器拓扑，变流器输出电平数与自身功率模块数成正比，具有多电平输出、低谐波含量、低开关频率、低损耗的运行特性，在电机控制时，相比传统两电平电机控制器，可明显提高***效率与控制精度，降低噪音，增加电机使用寿命。每个功率模块对每个电池模组进行独立管理与控制，增加了电池模组间的能量管理以及交/直流侧的充/放电功能，具有良好的扩展性，降低了***设计的复杂度，大幅降低了电动汽车动力***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为本发明的动力总成一体化结构示意图；
图2为本发明的功率模块结构示意图；
图3为本发明的动力总成控制***结构示意图；
图4为本发明的电池模组结构示意图；
图5为本发明的总控制器结构示意图；
图6为本发明的共模电抗器示意图；
图7为本发明的散热组件局部放大示意图；
图8为本发明的功率模块A相局部放大图。
图中：1、电池模组；11、第一正极端口；12、第一负极端口；13、第一电池信号端口；14、单体电池；15、BMS；16、电气连接件；2、功率模块；21、第二正极端口；22、第二负极端口；23、第二电池信号端；24、交流端口；241、交流第一端口；242、交流第二端口；25、第一控制信号端口；26、***交流电气端口；261、上交流电气端口；262、下交流电气端口；27、直流母线端口，271、直流母线正极端口；272、直流母线负极端口；3、总控制器；31、采样端口；32、第二控制信号端口；4、共模电抗器；41、电抗器交流一端口；42、电抗器交流二端口；43、中间端口；5、第一散热组件；6、结构件A；7、结构件B；8、结构件C；10、第二散热组件。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-8所示公开了一种模块化动力总成一体化底盘，如图1所示一种模块化动力总成一体化底盘，包括电池模组1、BMS15、功率模块2、总控制器3、共模电抗器4，所述电池模组1和BMS15集成于一体安装在结构件A6中，所述功率模块2和总控制器3安装于结构件B7中，所述共模电抗器4、结构件A6、结构件B7安装于结构件C8内，所述电池模组1通过电气连接件与功率模块2连接，所述功率模块2之间通过电气连接件16连接，所述功率模块2内设有第一散热组件5，所述总控制器3通过电气连接件16控制功率模块2的导通和关断，所述结构件C8内部设有第二散热组件10，所述第一散热组件5两面均安装有功率模块2，所述第二散热组件10集成于结构件C8中，插片紧贴单体电池14的两侧。
具体的如图4所示，所述电池模组1对外引出第一正极端口11、第一负极端口12和第一电池信号端口13，所述电池模组1由若干单体电池14首尾“U”型串联，所述单体电池14之间通过电气连接件16连接，所述BMS15集成于电气连接件16中，BMS监测电池模组1的工作状态，节约了BMS的安装空间，且电池模组1的形状和容量可通过单体电池14的数量任意改变。
具体的如图2和图3所示，所述功率模块2对外引出第二正极端口21、第二负极端口22、第二电池信号端口23、第一控制信号端25口和交流端口24，所述第二正极端口21、第二负极端口22和第二电池信号端口23分别与所述电池模组对外引出第一正极端口11、第一负极端口12和第一电池信号端口13对应连接，功率模块2控制电池模组1的充放电过程，主动均衡、故障隔离，当电池模组1间的电池出现不均衡时，在保持***对外输出功率不变的情况下，调节功率模块2对应电池模组1对外输出的功率，从而实现电池的主动能量均衡，同时，电池模组1为功率模块2提供能量。
具体的，所述交流端口24为交流第一端口241和交流第二端口242，所述交流第二端口242与相邻子模块的交流第一端口241相连，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241和最后一个子模块的交流第二端口242作为***交流电气端口26连接电抗器4的两端，所述共模电抗器4的中间端口43连接至电机和交流充电口，上桥臂中首模块的交流第一端口241和下桥臂尾模块的交流第二端口242作为***直流母线端口27连接DC/DC和直流充电口，***交流电气端口26实现整车内电机驱动、交流快速充电、交流V2V、交流V2G的功能，直流母线端口27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。同时，通过改变桥臂内串联功率模块2的个数或通过改变电池模组内串联单体电池的数量调整***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，有效提高车内空间的利用率与续航能力。
如图3所示，图中共有24个功率模块2与一个总控制器3，每8个功率模块2构成一相，每相由上下桥臂组成，上、下桥臂分别由4个功率模块2组成。功率模块2之间具体连接方式为：功率模块2A1的交流第二端口242连接相邻功率模块2A2的交流第一端口241，功率模块2A2的交流第二端口242连接功率模块2A3的交流第一端口241，功率模块2A3的交流第二端口242连接功率模块2A4的交流第一端口241，功率模块2A5的交流第二端口242连接功率模块2A6的交流第一端口241，功率模块2A6的交流第二端口242连接功率模块2A7的交流第一端口241，功率模块2A7的交流第二端口242连接功率模块2A8的交流第一端口241。
功率模块2A1的交流第一端口241作为***直流母线正极端口271，功率模块2A8的交流第二端口242作为***直流母线负极端口272，直流母线端口27连接DC/DC和直流充电口；功率模块2A4的交流第二端口242作为***A相上交流电气端口261，功率模块2A5的交流第一端口241作为***A相下交流电气端口262，A相上交流电气端口261和下交流电气端口262分别连接电抗器交流一端口41、电抗器交流二端口42，共模电抗器4的中间端口43连接至电机和交流充电口。***直流母线端口27和***交流电气端口26对外进行功率交换。
B相与C相同理A相，且A、B、C相直流母线正极端口271并联在一起，直流母线负极端口272并联在一起。
具体的如图5所示，所述总控制器3对外引出采样端口31和第二控制信号端口32，所述第二控制信号端口32通过电气连接件16与多个功率模块2的第一控制信号端口25连接，控制功率模块2的导通和关断，从而控制电机转动、电池主动均衡、故障隔离、快速充电、辅助电源供电等。
具体的如图6所示，所述共模电抗器4对外引出电抗器交流一端口41、电抗器交流二端口42和中间端口43，共模电抗器4采用两个单体电抗器共用一个铁芯，大大降低了电抗器体积和成本。
具体的，所述电气连接件可为PCB板、铜排、导线、光纤，电气连接件采用PCB板、铜排、导线、光纤简化了车内的线束，增强了模块间的通讯速率，降低了***设计的复杂度。
具体的，所述结构件C8中预设有安装高配盒、DC/DC模块、断路器、熔丝的安装空间，将OBC、PDU、DC/DC、BDU、电机驱动器、BMS、电池等部分与底盘的集成于一体，大幅降低了电动汽车动力***设计的复杂度、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。
工作原理：电池模组1通过若干单体电池串联后接入功率模块2的第一正极端口21和第一负极端口22，功率模块2作为动力底盘的核心部件，动力总成一体化***采用多电平变流器拓扑结构，对外引出三相***交流电气端口26和直流母线端口27，通过开关和保护装置（如接触器、熔断器等）与外部负载或电源相连，总控制器3通过控制功率模块2内的电力电子开关器件的通断控制电能的输出状态，实现动力总成一体化底盘的电池能量转化成负载所需的能量（向外提供能量）或外部输入电能转化成电池模组1所需的能量（对内储能）。一体化动力底盘内的BMS15对电池模组1及电池模组1内串联单体电池14的管理，实现了电池模组1间的主动均衡和故障切除功能，同时对电池模组1内串联单体电池14进行监控和被动均衡功能，确保电池的安全可靠运行。本发明专利采用的多电平变流器拓扑结构，具有多端口输出功能，电机驱动变流器、直流充电口、交流充电口和辅助电源端口共用同一物理电路的不同端口，具备电压电流调节能力，实现了超大功率充电和不同电动汽车之间V2V“对充”功能，降低了电动汽车的成本与体积，可有效提高车内空间的利用率与续航能力，实现OBC、PDU、DC/DC、BDU、电机驱动器、BMS功能的集成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，包括电池模组（1）、BMS（15）、功率模块（2）、总控制器（3）、共模电抗器（4），所述电池模组（1）和BMS（15）集成于一体安装在结构件A（6）中，所述功率模块（2）和总控制器（3）安装于结构件B（7）中，所述共模电抗器（4）、结构件A（6）、结构件B（7）安装于结构件C（8）内，所述电池模组（1）通过电气连接件（16）与功率模块（2）连接，所述功率模块（2）之间通过电气连接件（16）连接，所述功率模块（2）内设有第一散热组件（5），所述总控制器（3）通过电气连接件（16）控制功率模块（2）的导通和关断，所述结构件C（8）内部设有第二散热组件（10）。
2.根据权利要求1所述的模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，所述电池模组（1）对外引出第一正极端口（11）、第一负极端口（12）和第一电池信号端口（13），所述电池模组（1）由若干单体电池（14）首尾“U”型串联，所述单体电池（14）之间通过电气连接件（16）连接，所述BMS（15）集成于电气连接件（16）中。
3.根据权利要求1所述的模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，所述功率模块（2）对外引出第二正极端口（21）、第二负极端口（22）、第二电池信号端口（23）、第一控制信号端口（25）和交流端口（24），所述第二正极端口（21）、第二负极端口（22）和第二电池信号端口（23）分别与所述电池模组（1）对外引出第一正极端口（11）、第一负极端口（12）和第一电池信号端口（13）对应连接。
4.根据权利要求3所述的模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，所述交流端口（24）为交流第一端口（241）和交流第二端口（242），所述交流第二端口（242）与相邻子模块的交流第一端口（241）相连，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（241）和最后一个子模块的交流第二端口（242）作为***交流电气端口（26）连接共模电抗器（4）两端，所述共模电抗器（4）的中间端口（43）连接至电机和交流充电口，上桥臂中首模块的交流第一端口（241）和下桥臂尾模块的交流第二端口（242）作为***直流母线端口（27）连接DC/DC和直流充电口。
5.根据权利要求1所述的模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，所述总控制器（3）对外引出采样端口（31）和第二控制信号端口（32），所述第二控制信号端口（32）通过电气连接件（16）与多个功率模块（2）的第一控制信号端口（25）连接。
6.根据权利要求1所述的模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，所述共模电抗器（4）对外引出电抗器交流一端口（41）、电抗器交流二端口（42）和中间端口（43），共模电抗器（4）采用两个单体电抗器共用一个铁芯。
7.根据权利要求1所述的模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，所述电气连接件（16）为PCB板、铜排、导线、光纤。
8.根据权利要求1所述的模块化动力总成一体化底盘，其特征在于，所述结构件C（8）中预设有安装高配盒、DC/DC模块、断路器、熔丝的安装空间。
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