CN219227462U - 一种电机驱动控制器及其新能源汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机驱动控制器及其新能源汽车，包括：两套功率模块，每套功率模块包括功率半导体元件、驱动电路板和控制电路板，所述每套功率模块配置为直流电进行升压或降压的直流‑直流变换模块、交流电进行调压调频的交流‑交流变换模块的一种或多种；集成液冷散热器，所述集成液冷散热器包括母线电容，所述母线电容包括电容芯子、液冷散热器和叠层母排，所述两套功率模块设置于所述母线电容两侧，所述母线电容设置有冷却所述功率半导体元件的流道，所述叠层母排设置有输入、输出端口与所述两套功率模块相连接。本实用新型能够满足不同场合应用的电力变换，在降低电容杂散参数的同时，减少桥接铜排数量和铜排成本，并提高了功率密度。

Description

一种电机驱动控制器及其新能源汽车

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，具体而言，涉及一种电机驱动控制器及其新能源汽车。

背景技术

新能源汽车和工业驱动，例如：电动汽车、氢燃料电池汽车、矿用机械、或燃机等，因不同的应用需求对相应的控制器提出了不同的要求。在氢燃料电池汽车应用中，需要将氢燃料电池堆反应产生的直流电压进行升压或者降压转换为所需电压的直流电，再将直流电转换为交流电来驱动空压机工作；在电动汽车应用中，需要将电池输出的直流电转换为两组交流电驱动双电机或双绕组电机工作；在工业驱动的应用中，需要将电网电压转换为所需电压的直流电，再将此直流电转换为交流电来驱动电机工作。

目前，对于上述应用的情况，电压、电流变换需要采用两台不同平台、不同类型的控制器，不利于降低生产、维护成本，同时，为保证母线电容在合适的温度下工作，常采用间接散热的方式，而且需要增大母线电容的体积，不利于提高控制器的功率密度以及母线电容的可靠性。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的之一在于提供一种电机驱动控制器，其能解决电压、电流变换需要采用两台不同平台、不同类型的控制器，不利于降低生产、维护成本，同时，为保证母线电容在合适的温度下工作，常采用间接散热的方式，而且需要增大母线电容的体积，不利于提高控制器的功率密度以及母线电容的可靠性等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的之二在于提供一种新能源汽车，其能解决电压、电流变换需要采用两台不同平台、不同类型的控制器，不利于降低生产、维护成本，同时，为保证母线电容在合适的温度下工作，常采用间接散热的方式，而且需要增大母线电容的体积，不利于提高控制器的功率密度以及母线电容的可靠性等问题。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种电机驱动控制器，包括：

两套功率模块，每套功率模块包括功率半导体元件、驱动电路板和控制电路板，所述每套功率模块配置为直流电进行升压或降压的直流-直流变换模块、交流电进行调压调频的交流-交流变换模块、直流电转换为交流电的直流-交流变换模块或交流电可控整流为直流电的交流-直流变换模块的一种或多种；

集成液冷散热器，所述集成液冷散热器包括母线电容，所述母线电容包括电容芯子、液冷散热器和叠层母排，所述两套功率模块设置于所述母线电容两侧，所述母线电容设置有冷却所述功率半导体元件的流道，所述叠层母排设置有输入、输出端口与所述两套功率模块相连接。

进一步地，所述电机驱动控制器还包括：连接器，用于连接所述两套功率模块和所述集成液冷散热器，所述连接器包括直流连接器或交流连接器。

进一步地，所述集成液冷散热器两侧分别安装有密封外壳，所述两套功率模块分别布置于两个密封外壳中。

进一步地，所述功率半导体元件设置于所述液冷散热器的两侧，所述驱动电路板连接所述功率半导体元件，所述功率半导体元件连接所述母线电容。

进一步地，所述功率半导体元件包括直接液冷三相模块、直接液冷半桥模块、间接液冷三相模块或间接液冷半桥模块的一种或多种。

进一步地，所述功率半导体元件与所述母线电容的连接方式为螺栓连接、激光焊接或电阻焊接的一种或多种。

进一步地，所述液冷散热器包括一个或多个散热器，所述液冷散热器的材料为金属或者塑料的一种或多种。

进一步地，所述电机驱动控制器包括一套控制电路板、两套驱动电路板，所述一套控制电路板通过两套连接器与所述两套驱动电路板相连接，所述控制电路板安装在所述两套功率模块的任一方。

进一步地，所述电机驱动控制器包括一套驱动控制电路板、一套驱动电路板，所述一套驱动控制电路板通过一套连接器与另外一侧的所述一套驱动电路板相连接。

本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：

一种新能源汽车，包括如上任一项所述的电机驱动控制器。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果：

本实用新型的技术方案中，电机驱动控制器可根据不同的需求进行灵活配置，能够满足氢燃料汽车、电动汽车、工业驱动等不同场合的应用需求，一台电机驱动控制器可实现直流-直流、直流-交流、交流-交流等的电力变换，不同的方案归属于同一平台，可以通过同一装配产线完成生产，减少生产成本，提高可制造性和维护性，同时，集成液冷散热器中的叠层母排设置有输入、输出端口，可以直接与两套功率模块直接连接，降低了电容杂散参数的同时，减少桥接铜排数量和铜排成本，并提高了功率密度。

本实用新型的技术方案中，集成液冷散热器中的母线电容，通过对电容的四面冷却，增强了电容散热，有效减小电容体积，提高电容可靠性和控制器功率密度。

本实用新型的技术方案中，可采用一套驱动控制电路板、一套驱动电路板，采用较少元元件数量，节省物料成本和制造成本。

本实用新型的技术方案中，整体装配可采用部装方案，液冷散热器、功率半导体元件和电路板等预先装配，待测试完成后，可以直接安装于控制器壳体中，无需反转壳体，减少装配物料和生产制造成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本公开的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本公开实施例中电机驱动控制器采用一套控制电路板，两套驱动电路板的结构示意图；

图2为本公开实施例中电机驱动控制器采用一套驱动控制电路板，一套驱动电路板的结构示意图

图3为本公开实施例中电机驱动控制器均配置为直流-直流变换模块的示意图

图4为本公开实施例中电机驱动控制器分别配置为直流-直流，直流-交流变换模块的第一类接线示意图

图5为本公开实施例中电机驱动控制器分别配置为直流-直流，直流-交流变换模块的第二类接线示意图

图6为本公开实施例中电机驱动控制器均配置为直流-交流功率模块的第一类接线示意图

图7为本公开实施例中电机驱动控制器均配置为直流-交流功率模块的第二类接线示意图

图8为本公开实施例中电机驱动控制器分别配置为交流-直流，直流-交流模块的示意图

附图标记：1壳体、2液冷散热器、3控制电路板、4驱动电路板、5功率半导体元件、6功率半导体元件、7驱动电路板、8母线电容、9驱动控制电路板、10叠层母排、11母线电容芯子、12直流母排、13直流母排、14直流母排、16直流母排、17直流母排、19直流母排、20交流母排、21直流母排、22交流铜排、23交流铜排、24交流铜排、25交流铜排、28直流连接器、29直流连接器、30交流连接器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

实施例一

为解决电压、电流变换需要采用两台不同平台、不同类型的控制器，不利于降低生产、维护成本，同时，为保证母线电容在合适的温度下工作，常采用间接散热的方式，而且需要增大母线电容的体积，不利于提高控制器的功率密度以及母线电容的可靠性等问题，本实用新型提供一种电机驱动控制器，包括：两套功率模块，每套功率模块包括功率半导体元件、驱动电路板和控制电路板，所述每套功率模块配置为直流电进行升压或降压的直流-直流变换模块、交流电进行调压调频的交流-交流变换模块、直流电转换为交流电的直流-交流变换模块或交流电可控整流为直流电的交流-直流变换模块的一种或多种；集成液冷散热器，所述集成液冷散热器包括母线电容，所述母线电容包括电容芯子、液冷散热器和叠层母排，所述两套功率模块设置于所述母线电容两侧，所述母线电容设置有冷却所述功率半导体元件的流道，所述叠层母排设置有输入、输出端口与所述两套功率模块相连接。

具体地，所述电机驱动控制器包括集成式液冷散热器、两套功率模块以及适配的连接器，两套功率模块可以通过串联或者并联的连接方式，使所述电机驱动控制器能够实现如下功能：将直流电进行升压或降压的直流-直流变换控制器，将直流电转换为交流电的直流-交流变换控制器，将交流电进行调压调频的交流-交流变换控制器，满足多种工况的应用需求。每套功率模块均包括功率半导体元件、驱动电路板、控制电路板，所述功率半导体元件安装在液冷散热器的两侧，所述驱动电路板连接所述功率半导体元件，所述功率半导体元件连接所述母线电容。所述功率半导体元件支持多种设计方案，包括直接液冷三相模块、直接液冷半桥模块、间接液冷三相模块或间接液冷半桥模块的一种或多种。所述集成液冷散热器的母线电容可以由电容芯子、液冷散热器、叠层母排组成，所述液冷散热器的材料可以为金属或者塑料等，所述液冷散热器可以由一个或多个散热器组合而成，其成型方式包括机加工、注塑、压铸、3D打印等的一种或多种，所述集成液冷散热器的母线电容内的叠层母排能够有效地降低母线的杂散电感，同时所述叠层母排设置有输入、输出端口，作为一单独部件实现与各功能元件的连接，能够实现与上、下两套功率模块的直接连接，也能够实现与直流电流铜排的连接，所述叠层母排根据不同的功率半导体元件的连接形式，可以实现螺栓连接、激光焊接、电阻焊接等。所述集成液冷散热器的母线电容设置有冷却母线电容、功率半导体元件的流道，冷却流道设置有进口、出口，通过密封圈壳体冷却流道实现密封性连接。进一步地，所述集成液冷散热器两侧分别安装有密封外壳，所述两套功率模块分别布置于两个密封外壳中。

在一些实施例中，所述电机驱动控制器配置有一套控制电路板、两套驱动电路板，一套控制电路板通过两套连接器同时与两套驱动电路板相连接，实现两套功率模块之间的通讯，两套功率模块均设计有控制电路板的安装位置，控制电路可根据实际应用需求，选择布置于其一功率模块上方。

在一些实施例中，所述电机驱动控制器配置有一套驱动控制电路板，一套驱动电路板，一套驱动控制电路板通过一套连接器与另外一侧的一套驱动电路板相连接，仍可实现与两套功率模块之间的通讯。

在一些实施例中，针对氢燃料电池汽车的应用，所述电机驱动控制器的两个功率模块可配置为两个将直流电进行升压或者降压的直流-直流变换模块，将燃料电池反应高升的直流电变换为储能电池所需的高压直流电。

在一些实施例中，针对氢燃料电池汽车应用，所述电机驱动控制器的两个功率模块可配置为一个将直流电进行升压或降压的直流-直流变换模块和一个将直流电转换为交流电的直流-交流变换模块。其中直流-直流变换模块将燃料电池的电压进行升压或降压为电池和空压机等部件所需的高压直流电，直流-交流变换模块用于将直流电变换为驱动电机所需要的交流电。

在一些实施例中，针对电动汽车的应用，所述电机驱动控制器的两个功率模块可配置为一个将直流电进行升压直流-直流变换模块和一个将直流电转换为交流电的直流-交流变换模块，其中直流-直流变换模块将电池电压升压为所需的高电压，直流-交流变换模块用于将直流电变换为驱动电机所需要的交流电。同时，配有对电池反向充电功能，实现电机对电池的充电。

在一些实施例中，针对工业驱动的应用，所述电机驱动控制器的两个功率模块可配置为一个将交流电可控整流为直流电的交流-直流模块和一个将直流电转换为交流电的直流-交流模块。其中交流-直流模块可实现将电网电压转变为电机所需的高压电，直流-交流变换模块用于将直流电变换为驱动电机所需要的交流电，同时能够实现电机刹车能量反馈回电网。

在一些实施例中，所述电机驱动控制器的装配，所述两套功率模块可以通过预先装配的方式在产线上提前安装于集成液冷散热器的母线电容两侧，并与母线电容提前实现连接，同时功率半导体元件与接线端子提前通过铜排完成连接，至此完成一部装组件，此部装组件可直接安装与电机驱动控制器的壳体中，通过螺栓实现部装组件的固定以及冷却流道的密封，所述电机驱动控制器根据应用场景的不同配置有直流连接器或者交流连接器，在部装组件安装于壳体之后，通过不同的铜排与连接器实现连接。

具体地，请参阅图1和图2，所述电机驱动控制器主要由集成液冷散热器的母线电容8、两套功率半导体元件5和6、驱动电路板4和7，控制电路板3或驱动控制电路板9、壳体1组成。

集成液冷散热器的母线电容8主要由母线电容芯子11、液冷散热器2、叠层母排10组成，叠层母排10与功率半导体元件5和6可以直接连接，液冷散热器2上设有与壳体1安装与密封的进口、出口、密封槽以及安装脚，功率半导体元件5和6安装于液冷散热器的两侧，与母线电容共用液冷散热流道。

在一些实施例中，请参阅图1，功率半导体元件5和驱动电路板4组成第一套功率模块，功率半导体元件6和驱动电路板7组成第二套功率模块。控制电路板3通过线束与驱动电路板4、驱动电路板7连接，实现两套功率模块之间的信号通讯，两套功率模块可以通过预先装配的方式与集成液冷散热器的母线电容8部装在一起，然后一同装入壳体1。

在一些实施例中，请参阅图2，功率半导体元件5和驱动控制电路板9组成第一套功率模块，功率半导体元件6和驱动电路板7组成第二套功率模块，驱动控制电路板9通过一套连接器与驱动电路板7相连接，仍可实现与两套功率模块之间的通讯。

实施例二

针对氢燃料电池汽车的应用，控制器中的功率模块配置为两个直流-直流变换模块或者一个将直流-直流变换模块和一个直流-交流变换模块。请参阅图3，输入端由直流连接器28通过两套直流母排12和13与两套直流-直流变换模块直流输入端连接，通过直流-直流变换模块升压或降压后输出，直流-直流变换模块输出通过叠层母排10与母线电容连接，并通过两套直流母排14连接到直流连接器29，完成直流-直流转换。图4所示应用与图3区别在于：直流-直流变换模块输出后通过母线一边通过直流母排16连接到输出的直流连接器，完成直流-直流转换功能，同时通过直流母排17与直流-交流变换模块连接，转换为交流电流后通过交流母排引出到交流连接器30，完成直流-交流的转换功能。

实施例三

针对电动汽车的应用，控制器中的功率模块一个配置为直流-直流变换模块，另一个配置直流-交流变换模块。请参阅图5，两个功率半导体元件模块呈串行连接，其中一个配置为直流-直流变换模块，另一个配置为直流-交流变换模块；输入端为一个直流连接器28，通过直流母排19连接到直流-直流变换模块的输入端，通过模块输出后由叠层母排经过母线电容后与直流-交流变换模块的输入端连接，通过模块后由交流母排20输出到交流连接器30，完成直流-交流的转换功能。

实施例四

针对采用双电机或双绕组电机的新能源汽车，控制器中的功率模块配置为两个将直流电转换为交流电的直流-交流变换模块。请参阅图6，两套功率模块均配置为直流-交流变换模块，此类配置能够直接驱动双电机或双绕组电机。输入端由直流连接器28通过直流母排21与集成液冷散热器的母线电容8直流输入端连接，母线电容内的叠层母排设有两个输出端，分别与两套直流-交流功率模块连接，两套功率模块的交流输出端分别通估计交流铜排22、23与两套交流连接器30连接。对于大功率电机的应用场合，如图7应用与图6的区别在于，两套直流-交流功率模块输出的交流电通过交流铜排24、25汇流入一套交流连接器。

实施例五

针对工业电机的应用，控制器中功率模块配置为一个将交流电转换为直流电的交流-直流变换模块，一个将直流电转换为交流电的直流-交流变换模块。其中一套功率模块为交流-直流变换模块，另一套功率模块为直流-交流变换模块，两套功率模块装配完成之后为交流-交流功率变换控制器。请参阅图8，电网交流电通过交流连接器30输入控制器，经交流铜排27与交流-直流功率模块连接，第一套功率模块直流输出端直接与集成液冷散热器的母线电容8连接，母线电容另一输出端与第二套功率模块连接，第二套功率模块实现直流-交流电力变换，第二套功率模块交流输出通过交流铜排27与交流连接器30连接。同时能够实现电机刹车能量反馈回电网。

由以上实施例可知，本实用新型的集成液冷散热器的母线电容可以作为一独立部件参与部装，两套功率模块分别安装于母线电容两侧，与母线电容公用液冷散热器冷却流道，两套功率模块均可灵活配置，满足氢燃料汽车、电动汽车、工业驱动等不同场合的应用。由此可见，所述电机驱动控制器具有高功率密度、低制造成本、高兼容拓展性的特点。

在本公开任意实施例的基础上，本公开还提供一种新能源汽车，包括上述实施例任一所述的电机驱动控制器。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种电机驱动控制器，其特征在于，包括：

两套功率模块，每套功率模块包括功率半导体元件、驱动电路板和控制电路板，所述每套功率模块配置为直流电进行升压或降压的直流-直流变换模块、交流电进行调压调频的交流-交流变换模块、直流电转换为交流电的直流-交流变换模块或交流电可控整流为直流电的交流-直流变换模块的一种或多种；

集成液冷散热器，所述集成液冷散热器包括母线电容，所述母线电容包括电容芯子、液冷散热器和叠层母排，所述两套功率模块设置于所述母线电容两侧，所述母线电容设置有冷却所述功率半导体元件的流道，所述叠层母排设置有输入、输出端口与所述两套功率模块相连接。

2.根据权利要求1所述的电机驱动控制器，其特征在于，还包括：连接器，用于连接所述两套功率模块和所述集成液冷散热器，所述连接器包括直流连接器或交流连接器。

3.根据权利要求1所述的电机驱动控制器，其特征在于：所述集成液冷散热器两侧分别安装有密封外壳，所述两套功率模块分别布置于两个密封外壳中。

4.根据权利要求1所述的电机驱动控制器，其特征在于，所述功率半导体元件设置于所述液冷散热器的两侧，所述驱动电路板连接所述功率半导体元件，所述功率半导体元件连接所述母线电容。

5.根据权利要求4所述的电机驱动控制器，其特征在于，所述功率半导体元件包括直接液冷三相模块、直接液冷半桥模块、间接液冷三相模块或间接液冷半桥模块的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的电机驱动控制器，其特征在于，所述功率半导体元件与所述母线电容的连接方式为螺栓连接、激光焊接或电阻焊接的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的电机驱动控制器，其特征在于，所述液冷散热器包括一个或多个散热器，所述液冷散热器的材料为金属或者塑料的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的电机驱动控制器，其特征在于，所述电机驱动控制器包括一套控制电路板、两套驱动电路板，所述一套控制电路板通过两套连接器与所述两套驱动电路板相连接，所述控制电路板安装在所述两套功率模块的任一方。

9.根据权利要求1所述的电机驱动控制器，其特征在于，所述电机驱动控制器包括一套驱动控制电路板、一套驱动电路板，所述一套驱动控制电路板通过一套连接器与另外一侧的所述一套驱动电路板相连接。

10.一种新能源汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电机驱动控制器。

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