CN209963431U - 一种用于电动汽车逆变器的直流母排 - Google Patents

Abstract

一种用于电动汽车逆变器的直流母排，由多层复合而成，其包括绝缘层，以及分别复合在绝缘层两侧的正极导电层和负极导电层，该直流母排上开设有三对分别与正、负极导电层电连接的功率模块正、负极连接孔，以及至少一对分别与正、负极导电层电连接的电容正、负极连接孔，每对功率模块正、负极连接孔用于与一个SiC MOSFET功率模块的正、负电极对应连接，每对电容正、负极连接孔用于与直流母线电容的一对正、负电极对应连接，该直流母排应用于汽车SiC逆变器中，不仅使得直流母排表面电流的分布更均匀，无局部电流密度过高的情况，也没有大面积死铜区域存在，而且直流母排寄生电感小，满足汽车SiC逆变器高电压、大电流的技术要求。

Description

一种用于电动汽车逆变器的直流母排

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种用于电动汽车逆变器的直流母排。

背景技术

随着全球经济和技术的蓬勃发展，能源消耗逐年增加。目前，全球的二氧化碳(CO₂)排放中有25%来源于汽车。有报告指出，截至2030年，全球CO₂排放量将曾至423亿吨。在我国，汽车排放带来的污染已经成为城市大气污染中的主要因素，我国的CO₂排放目前已居全球第2，节能减排已成为汽车业发展的重大课题。因此，发展新能源汽车是实现节能减排及我国汽车产业跨越式和可持续发展的必然战略措施。

目前，新能源汽车行业已然成为我国发展战略的重要一环。电动汽车逆变器功率模块之间的电流、电压传输方式有多种，传统的导体以电缆、软连线和铜排为主。随着电力机车牵引功率的不断提高，高电压、大电流的变流技术已经成为新的研究方向。

传统的裸铜排，由于电流传输时裸铜排之间需要留有一定电压等级的电气间隙，占用空间较大，而且变流器中存在各种各样的导体，导致线路中存在杂散电感。在高开关频率下，杂散电感会增加开关器件的电压应力，降低设备工作稳定性。

电动汽车逆变器中，其换流回路的SiC MOSFET功率模块内寄生电感和支流支撑电容等效寄生电感在元件出厂时就固定无法改变，唯一可以通过设计来降低寄生电感的环节就是直流母线环节。直流母线的作用是实现直流母线电容和功率器件之间的电气连接。如采用电缆绞线，虽然特点是价格便宜，使用方便，但电缆自感和互感都很大，适用于中小功率场合；采用铜条或铜板直接连接，特点是易于设计、制作简单，能承受较大功率，缺点是自感互感依然很大，适用于大功率且性能要求不高的场合。

因此，亟需一种应用范围广，且寄生电感较低的直流母线。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种用于电动汽车逆变器的直流母排。

本实用新型提供的一种用于电动汽车逆变器的直流母排，由多层复合而成，包括绝缘层，以及分别复合在所述绝缘层两侧的正极导电层和负极导电层；

该直流母排上开设有三对分别与所述正、负极导电层电连接的功率模块正、负极连接孔，以及至少一对分别与所述正、负极导电层电连接的电容正、负极连接孔，每对所述功率模块正、负极连接孔用于与一个SiC MOSFET功率模块的正、负电极对应连接，每对所述电容正、负极连接孔用于与直流母线电容的一对正、负电极对应连接；

所述功率模块正、负极连接孔的排列方向，以及所述电容正、负极连接孔的排列方向均与所述直流母排上的电流方向平行；

所述直流母排位于一侧边设有分别与所述正、负极导电层电连接的电源正、负极连接部，且设有电源正、负极连接部的侧边与所述直流母排上的电流方向垂直，所述电源正、负极连接部用于与直流电源的正、负极连接

作为本实用新型的进一步优选技术方案，每对所述功率模块正、负极连接孔为一列，三对所述功率模块正、负极连接孔呈两行三列分布在直流母排上。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，呈两行三列的所述功率模块正、负极连接孔均匀布设于所述直流母排的一侧区域上，所述电容正、负极连接孔均匀布设于所述直流母排的另一侧区域上。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述功率模块正、负极连接孔和所述电容正、负极连接孔均为上下贯穿直流母排的通孔。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述功率模块正极连接孔和所述电容正极连接孔包括位于正极导电层上的正极连接孔位，以及位于负极导电层和绝缘层上与所述正极连接孔位上下对应的正极避让孔位，且所述正极避让孔位的孔径大于所述正极连接孔位的孔径；所述功率模块负极连接孔和所述电容负极连接孔包括位于负极导电层上的负极连接孔位，以及位于正极导电层和绝缘层上与所述负连接孔上下对应的负极避让孔位，且所述负极避让孔位的孔径大于所述负极连接孔位的孔径。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述电源正、负极连接部分别由正、负极导电层向外延展并弯折构成L型而形成，所述电源正、负极连接部上具有用于与直流电源对应的正、负极连接的电源连接孔。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述正、负极导电层均为铜板，所述直流母排的整体外型呈平板板状。

本实用新型的用于电动汽车逆变器的直流母排，通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：

1）、直流母排表面电流的分布更均匀，无局部电流密度过高的情况，也没有大面积死铜区域存在；

2）、直流母排寄生电感小；

3）、结构简单，便于加工。

附图说明

图1为一个实施例中用于电动汽车逆变器的直流母排在逆变器内所处空间位置示意图。

图2为用于电动汽车逆变器的直流母排的立体结构简图。

图3为用于电动汽车逆变器的直流母排提供的一个实施例结构示意图。

图4为用于电动汽车逆变器的直流母排提供的另一个实施例结构示意图。

图5（a）为电容电极排列方向电流方向垂直时直流母排正、负极导电层上电流相互重叠的效果简图。

图5（b）为电容电极排列方向电流方向平行时直流母排正、负极导电层上电流相互重叠的效果简图。

图6（a）为直流母排正极导电层表面电流分布云图。

图6（b）为直流母排负极导电层表面电流分布云图。

图中：1、绝缘层，2、正极导电层，21、功率模块正极连接孔，22、电容正极连接孔，23、电源正极连接部，3、负极导电层，31、功率模块负极连接孔，32、电容负极连接孔，33、电源负极连接部，100、直流母排，200、SiC MOSFET功率模块，300、直流母线电容。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1至图3所示，一种用于电动汽车逆变器的直流母排，由多层复合而成复合叠层母排，整体外型呈平板板状，其包括绝缘层1，以及分别复合在绝缘层1两侧的正极导电层2和负极导电层3，正、负极导电层2、3均为铜板。

该直流母排100上开设有三对分别与正、负极导电层2、3电连接的功率模块正、负极连接孔21、31，以及至少一对分别与正、负极导电层2、3电连接的电容正、负极连接孔22、32，每对功率模块正、负极连接孔21、31用于与一个SiC MOSFET功率模块200的正、负电极对应连接，每对电容正、负极连接孔22、32用于与直流母线电容300的一对正、负电极对应连接。

功率模块正、负极连接孔21、31的排列方向，以及电容正、负极连接孔22、32的排列方向均于直流母排100上电流方向平行。

直流母排100位于一侧边处设有分别与正、负极导电层2、3电连接的电源正、负极连接部23、33，且设有电源正、负极连接部23、33的侧边与直流母排100上的电流方向垂直，电源正、负极连接部23、33用于与直流电源的正、负极连接。

具体的，参阅图4，本实用新型的直流母排100在汽车SiC逆变器中作为SiC MOSFET功率模块200、直流母线电容300及直流电源之间的电气连接，须将三个SiC MOSFET功率模块200的正、负端子（图4中 SiC MOSFET功率模块200上“+”、“-”标志处）与直流母线电容300的正、负端子（图4中直流母线电容300上“+”、“-”标志处）对应连接起来。虚线框即为预留的直流母排100所处的空间位置，通过此空间位置设计合适的直流母排100尺寸参数，通过在该虚线框位置安装直流母排100，将三个SiC MOSFET功率模块200、一个直流母线电容300以及直流电容上各个端子进行电气连接，从而可使得直流母排100上寄生电感尽可能低。

具体实施中，每对功率模块正、负极连接孔21、31为一列，三对功率模块正、负极连接孔21、31呈两行三列分布在直流母排100上，且呈两行三列的功率模块正、负极连接孔21、31均匀布设于直流母排100的一侧区域上，电容正、负极连接孔22、32均匀布设于直流母排100的另一侧区域上。

当采用只有一对正、负电极的直流母线电容300，直流母排100上对应设有一对电容正、负极连接孔22、32，其排列方式如图3所示；当采用具有三对正、负电极的直流母线电容300，直流母排100上对应设有三对电容正、负极连接孔22、32，并与所有率模块正、负极连接孔呈四行三列分布，其排列方式如图4所示。

具体实施中，功率模块正、负极连接孔21、31和电容正、负极连接孔22、32均为上下贯穿直流母排100的通孔，功率模块正极连接孔21和电容正极连接孔22包括位于正极导电层2上的正极连接孔位，以及位于负极导电层3和绝缘层1上与正极连接孔位上下对应的正极避让孔位，且正极避让孔位的孔径大于正极连接孔位的孔径；功率模块负极连接孔31和电容负极连接孔32包括位于负极导电层3上的负极连接孔位，以及位于正极导电层2和绝缘层1上与负连接孔上下对应的负极避让孔位，且负极避让孔位的孔径大于负极连接孔位的孔径。

具体实施中，电源正、负极连接部23、33分别由正、负极导电层2、3向外延展并弯折构成L型而形成，电源正、负极连接部23、33上具有用于与直流电源对应的正、负极连接的电源连接孔。

本实用新型的结构原理：

将两个相互靠近的导体内都流过高频电流，如果这两个导体之间的间距h与导体宽度w满足h<<w，即两个导体面积较大且通过绝缘层1紧密贴合时，结合趋肤效应，高频电流将主要分布在两导体相互靠近的两个平面上；另外，当两个导体中流过的高频电流方向相反，则两个电流产生的磁感线方向相反，彼此对外辐射的磁场相互抵消，等效地表现为这两个导体构成的回路寄生电感得到一定程度的抑制，抑制程度取决于这对方向相反的电流在两个导体内的分布面积和强弱，这就是叠层母排寄生电感较低的原理。

根据以上原理，SiC MOSFET电动汽车逆变器的应用中，器件开关速度快，换流回路内电流变化很快，此时回路内的电流是一个瞬间高频电流，对SiC MOSFET电动汽车逆变器来说，采用的是三相两电平拓扑，由桥臂内上下两个SiC MOSFET被封装在一个功率模块内，那么换流回路内流过高频电流的导体只有正负直流母线，且流过正负母线的电流始终大小相等方向相反，这种情况下使用本实用新型的直流母排100（复合叠层母排）将能取得较小的寄生电感。

下面举例描述电容正、负电极位置的排列方向对寄生电感产生影响，电容正、负电 极位置的排列方向一般有两种形式：一种是与直流母排100上电流路径方向相垂直，如图5 (a)所示；另一种是与直流母排100上电流路径方向相平行，如图5(b)所示。图5展示了这两 种情况下直流母排100正、负极导电层2、3上电流相互重叠的效果简图，图5(b)所示为本实 用新型的实现方法，图5中，

为电容正电极与母排正极板连接点，

为电容负电极与母 排负极板连接点，—为母排正极板的电流路径，- - -为母排负极板的电流路径。

可见, 图5(a)所示情况在电容正、负极导电层2、3引导下，直流母排100正、负极导电层2、3上的电流分布范围在电容电极排列方向上错开一定的距离，使得正负极板上的电流有一部分没有重叠，磁场无法相互抵消，造成叠层盲区，则寄生电感较大；

图5(b)所示情况电容正、负极导电层2、3引导下电流在两个极板上的分布相似，电流重叠面积较大，则磁场相互抵消的效果较好，相应地直流母排100寄生电感较小。

因此，本实用新型中直流母排100采用电容的正、负电极排列方向与母排上电流方向平行方式设置电容正、负极连接孔22、32的孔位，从而减小直流母排100寄生电感。

在实验过程中，可通过仿真可得到直流母排100表面电流分布云图，参阅图6，其中6（a）为正极导电层2顶面电流分布云图，6（b）为负极导电层3底面电流分布云图，两图中深色部分表示电流密度大，浅色部分表示电流密度小，可以看出直流母排100表面电流分布均匀，梯度较小，直流母排100表面电流的分布更均匀，无局部电流密度过高的情况，也没有大面积死铜区域存在。

本实用新型的直流母排100在汽车SiC逆变器中作为SiC MOSFET功率模块200、直流母线电容300及直流电源之间的电气连接，不仅使得直流母排100表面电流的分布更均匀，无局部电流密度过高的情况，也没有大面积死铜区域存在，而且直流母排100寄生电感小，满足汽车SiC逆变器高电压、大电流的技术要求。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于电动汽车逆变器的直流母排，由多层复合而成，其特征在于，包括绝缘层，以及分别复合在所述绝缘层两侧的正极导电层和负极导电层；

该直流母排上开设有三对分别与所述正、负极导电层电连接的功率模块正、负极连接孔，以及至少一对分别与所述正、负极导电层电连接的电容正、负极连接孔，每对所述功率模块正、负极连接孔用于与一个SiC MOSFET功率模块的正、负电极对应连接，每对所述电容正、负极连接孔用于与直流母线电容的一对正、负电极对应连接；

所述功率模块正、负极连接孔的排列方向，以及所述电容正、负极连接孔的排列方向均与所述直流母排上的电流方向平行；

所述直流母排位于一侧边设有分别与所述正、负极导电层电连接的电源正、负极连接部，且设有电源正、负极连接部的侧边与所述直流母排上的电流方向垂直，所述电源正、负极连接部用于与直流电源的正、负极连接。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车逆变器的直流母排，其特征在于，每对所述功率模块正、负极连接孔为一列，三对所述功率模块正、负极连接孔呈两行三列分布在直流母排上。

3.根据权利要求2所述的用于电动汽车逆变器的直流母排，其特征在于，呈两行三列的所述功率模块正、负极连接孔均匀布设于所述直流母排的一侧区域上，所述电容正、负极连接孔均匀布设于所述直流母排的另一侧区域上。

4.根据权利要求1所述的用于电动汽车逆变器的直流母排，其特征在于，所述功率模块正、负极连接孔和所述电容正、负极连接孔均为上下贯穿直流母排的通孔。

5.根据权利要求4所述的用于电动汽车逆变器的直流母排，其特征在于，所述功率模块正极连接孔和所述电容正极连接孔包括位于正极导电层上的正极连接孔位，以及位于负极导电层和绝缘层上与所述正极连接孔位上下对应的正极避让孔位，且所述正极避让孔位的孔径大于所述正极连接孔位的孔径；所述功率模块负极连接孔和所述电容负极连接孔包括位于负极导电层上的负极连接孔位，以及位于正极导电层和绝缘层上与所述负连接孔上下对应的负极避让孔位，且所述负极避让孔位的孔径大于所述负极连接孔位的孔径。

6.根据权利要求5所述的用于电动汽车逆变器的直流母排，其特征在于，所述电源正、负极连接部分别由正、负极导电层向外延展并弯折构成L型而形成，所述电源正、负极连接部上具有用于与直流电源对应的正、负极连接的电源连接孔。

7.根据权利要求1至6任一项所述的用于电动汽车逆变器的直流母排，其特征在于，所述正、负极导电层均为铜板，所述直流母排的整体外型呈平板板状。

Images