CN111246688B - 一种电动汽车用控制总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车用控制总成，包括：箱体与盖板，两者之间采用定位销定位，并采用密封圈进行密封，箱体与接线腔之间设置有转接头；箱体内设置有散热器、接触器组件、控制板、母排并集成有各功能模块。转接头中间穿有铜端子，铜端子利用箱体的预留孔穿过并固定于箱体，转接头的密封垫在箱体与接线腔之间形成密封空间；散热器内部设有椭圆形扰流柱；多个接触器固定于接触器转接板，接触器转接板上设置有凸槽，以防止振动时对所述多个接触器的冲击；接触器的低压针脚采用点胶处理，并采用低应力母排设计，减小母排与接触器连接受应力；控制板对高压进行采样，并根据所采样的电压判断接触器的粘连状态，并在接触器状态不正常时上报故障信号。

Description

一种电动汽车用控制总成

技术领域

本发明涉及电机控制器，尤其涉及电动汽车用控制总成。

背景技术

随着功率及功能需求不断提高，电机控制器作为电动汽车的核心部件，其功能可靠、安全、空间散热等问题也日益突出，此外，电机控制器向高密度、高集成方向发展已成为电控产品的发展趋势。

现有的电机控制器在功能集成方面还不够完善，各功能分散造成布局困难，空间利用率低、综合效率低，故障点增多，同时在安全性、振动、散热、结构紧凑等方面都有待提高，在兼容性设计方面现阶段设计不能满足不同配置需求。

因此，亟需一种散热良好、结构紧凑、兼容性优良，功率密度高且安全可靠的电机控制产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电动汽车的控制总成产品，使产品具有电机控制、DC/DC变换、DC/AC变换、高压配电、绝缘检测及高压互锁等功能，且各功能安全可靠、整机散热良好、结构紧凑，实现产品功能、结构及功率密度的高度集成，安全性更高、散热性能更优良。同时，兼容不同低压等级控制平台及不同功率等级，具有良好的兼容性，适合不同车型。

本发明提供了一种电动汽车用控制总成，所述控制总成包括：

箱体与盖板，所述箱体与所述盖板之间采用定位销定位，并采用密封圈进行密封，所述箱体与接线腔之间设置有转接头；所述箱体内设置有散热器、接触器组件、控制板、母排、并集成有各功能模块，其中：

所述转接头中间穿有铜端子，所述铜端子利用所述箱体的预留孔穿过并固定于所述箱体，所述转接头的密封垫在所述箱体与接线腔之间形成密封空间；

所述散热器内部设有椭圆形扰流柱，所述椭圆形扰流柱的长轴垂直于水流方向；

所述接触器组件包括多个接触器以及接触器转接板，所述多个接触器固定于所述接触器转接板，所述接触器转接板上设置有凸槽，以防止振动时对所述多个接触器的冲击；所述多个接触器的低压针脚采用点胶处理，并采用低应力母排设计，减小所述母排与所述多个接触器连接受应力；

所述控制板对高压进行采样，并根据所采样的电压判断所述接触器的粘连状态，并在所述接触器状态不正常时上报故障信号。

在一个实施例中，所述各功能模块包括功率模块、直流－直流模块、直流－交流模块、多路高压配电模块、绝缘检测模块、高压互锁模块、预充电回路模块、放电回路模块。

在一个实施例中，所述铜端子用于所述箱体内部直流、交流端子与所述箱体外部高压线之间的连接，所述铜端子表面镀雾银，两端采用腰孔设计。

在一个实施例中，所述高压互锁模块具有高压连接器及高压互锁信号，所述高压互锁信号一端接壳体，另一端接到所述控制板，当所述高压连接器及所述盖板正常接通时，所述控制板接收到低电平信号，当接插件断开连接时，所述控制板接收到高电平信号，从而对高压连接状态进行判断，防止人身触电，提高整机的安全性。

在一个实施例中，所述功率模块接收来自整车控制器的信号来进行脉冲宽度调制，控制绝缘栅双极型晶体管开通及关断，从而驱动电机输出所需功率，实现闭环控制。

在一个实施例中，所述散热器的冷却液流经直流/直流模块、直流/交流模块、电容、功率模块，且各模块底部通过导热硅脂进行导热缝隙填充；其中，复合母排采用灌封设计与导热垫配合方式进行散热。

在一个实施例中，所述箱体为一体化铸造，所述箱体的内部底层所集成的功率模块、直流/直流模块、直流/交流模块、支撑电容的安装部位平面度的精度要求高于一预定值，使各模块与箱体之间涂覆的导热硅脂能够更好的导热；所述箱体的内部预留多个支撑柱用于零部件的固定；所述箱体顶部设置定位销，用于所述盖板定位。

在一个实施例中，所述盖板设置定位孔，与所述箱体上的所述定位销配合；所述盖板边缘周边设置密封槽，与密封圈配合达到防护等级IP68(将控制器浸入水中，控制器底部距离水面1m以上，保持30h无进水现象)。

在一个实施例中，所述盖板具有凹槽和突起，以增加所述盖板的强度；所述盖板中央具有凹槽及固定孔，用于厂家名牌标识；所述盖板上设有小盖板，用于更换保险，同时小盖板底面印有保险定义符号，达到防错效果，所述小盖板顶部贴附高压警示标识，用于安全警示，所述小盖板底面周边设有凹槽用于与所述密封圈配合，起到防护密封作用。

在一个实施例中，所述电动汽车用控制总成兼容12V及24V两种低压控制平台，且在机械接口保持不变的情况下兼容不同功率模块以适应不同功率需求。

在一个实施例中，所述预充回路模块包括互相串联的预充接触器和预充电阻，所述预充回路模块与主接触器前后并联，所述预充回路控制所述支撑电容的慢速充电，防止在开关合上的瞬间，所述支撑电容充电电流过大，对前级电路造成损坏；在上高压时，所述预充接触器先闭合，通过所述预充回路模块给所述支撑电容充电，待所述控制板检测到所述接触器前后端电压一致时，闭合主正接触器，断开预充接触器；所述预充电阻设置在所述箱体底部，并在底部涂覆导热硅脂与箱体直接连接，以用于所述预充电阻散热。

在一个实施例中，所述放电回路包括互相串联的支撑电容和放电电阻；在所述控制总成断电时，所述接触器断开，储存在所述支撑电容中的能量通过所述预充电阻及所述放电电阻串联放电，将电能转换为放电电阻热能释放掉，所述放电电阻设置在箱体底部，并在底部涂覆导热硅脂与箱体直接连接，以用于所述放电电阻散热。

本发明的电动汽车用控制总成具有多功能集成设计，配置更为丰富；可根据不同需求灵活配置，具有兼容性设计，满足不同电压及功率需求，具有更广泛应用性；整机具备高压互锁功能，采用串联设计对高压进行全面互锁，提高了系统安全性；多种方式综合进行抗振及密封处理，提升了整机可靠性；采用复合散热方式，更优化的散热器结构及灌封导热处理使整机温度更低，稳定性及可靠性进一步提升。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出根据本发明一实施例的电动汽车用控制总成；

图2示出根据本发明一实施例的散热器的结构示意图；

图3示出根据本发明一实施例的散热器的模型示意图。

附图标记说明

1：上盖板

2：支撑电容

3：复合母排

4：功率模块

5：支撑板

6：控制板

7：交流侧母排

8：电流传感器

9：转接头

10：接线腔

11：屏蔽电缆防水接头

12：接触器转接板

13：接触器组件

14：直流母排

15：MSD

16：散热水管

17：放电电阻

18：预充电阻

19：DC-DC模块

20：箱体

21：支撑板组件

22：DC-AC模块

23：保险盒组件

24：配电板

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于客车及物流车的高功率密度、多功能集成、安全可靠的控制总成产品，涉及主驱动控制、DC/DC转换、DC/AC转换、高压配电、绝缘检测、高压互锁等功能的集成，通过集成化设计，在成本、空间及安全、可靠性方面得到提升，同时采用集成散热方式解决散热问题，另外采用兼容性设计，可满足不同控制电压及功率需求，并通过结构设计使得功能配置灵活，变动更少。

图1示出根据本发明一实施例的电动汽车用控制总成。在一个实施例中，该电动汽车用控制总成适用于电动客车及物流车。该电动汽车用控制总成可通过CAN(控制器局域网络)网络与整车控制器进行互联，实现高精度实时闭环控制。

在一个实施例中，本发明的电动汽车用控制总成包括箱体20、盖板1、散热器16、功率模块4、DC/DC模块19、DC/AC模块22、快充、慢充、电空调、电除霜、电加热在内的高压配电回路、预充电回路18、放电回路17、高压互锁回路、绝缘检测模块、保险组件、接触器组件、配电板、转接头、密封圈、支撑电容、支撑屏蔽板、复合母排3、直流母排14、交流母排7、电流传感器8、控制板6、驱动板及线束。

所述功率模块4为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块，通过控制板控制，驱动板驱动，控制IGBT开通及关断，从而驱动电机输出所需转速及扭矩。随需求不同，通过控制网络，接收来自整车控制器信号来进行PWM调制，最后输出所需功率，实现闭环控制。

所述箱体20为一体化铸造，高压出线及低压出线预留端口分离，且低压端口周边有保护支撑板，各端口有防错标识，配合防错连接器达到很好的防错效果；箱体内部底层功率模块、DC/DC模块、DC/AC模块、支撑电容安装部位平面度的精度要求较高(例如，高于一预定值)，使各模块与箱体之间涂覆的导热硅脂能够更好的导热；内部预留多个支撑柱用于支撑板、线束等零部件的固定；箱体顶部设置定位销，用于盖板定位。

所述盖板1采用凹凸设计，增加盖板的强度，同时设置定位孔，与箱体上的定位销配合，避免螺孔定位不准的问题，同时在盖板边缘周边设置密封槽，与密封圈配合达到防护等级IP68(将控制器浸入水中，控制器底部距离水面1m以上，保持30h无进水现象)；盖板中央留有凹槽设计及固定孔，用于厂家名牌标识；盖板上有小盖板用于更换保险，同时小盖板底面印有保险定义符号，达到防错效果，小盖板顶部贴附高压警示标识，用于安全警示，小盖板底面周边设有凹槽用于与密封圈配合，起到防护密封作用。

所述散热器16采用一进一出设计，冷却液进水口和出水口设置在同一侧方便水管安装。散热器内部设有椭圆形扰流柱，如图2和图3所示，椭圆形扰流柱的长轴垂直于水流方向。通过仿真分析对扰流柱形状及分布进行优化，流阻更低，散热性更好。冷却液依次流经DC/DC模块、DC/AC模块、电容、功率模块，实现了不同模块的集成散热设计，同时，在复合母排底部设计灌封槽，提前进行导热灌封胶的灌封，在现场装配时配合导热垫使用对复合母排进行散热，使热量直接导入箱体底部，通过复合散热从而进一步提高散热性能。

所述高压配电回路包括5路。快充、慢充、电空调、电除霜、电加热，每一回路配备接触器及熔断器，起到功率通断及保护作用。

所述接触器组件13是控制总成内部所有接触器的集合，由接触器及接触器转接板组成，通过底板转接可以将接触器集中在一个板上，便于预装和维护。接触器的作用就是用小电流来控制大电流负载，由于是小电流控制，使得保护电路简单可靠。所述接触器组件13包括主正接触器、主负接触器、预充接触器及快充接触器，四个接触器同时固定于接触器转接板上，以便于兼容设计，所述接触器转接板上有凸槽设计用于防止振动时对接触器的冲击，同时各接触器低压针脚采用点胶处理，进一步减少振动影响，同时采用低应力母排设计，使母排与接触器连接受应力更小，提高电气通路的可靠性。

所述预充回路18由预充接触器和预充电阻串联组成，与主接触器前后并联，即并联在主电路上。预充回路18是给支撑电容慢速充电的一个控制电路。防止在开关合上的瞬间，电容充电电流过大，对前级电路造成损坏。上高压时，预充接触器先闭合，通过预充回路给支撑电容充电，待控制板检测到接触器前后端电压一致时，闭合主正接触器，断开预充接触器。

所述放电回路17由支撑电容和放电电阻串联构成。在控制总成断电时，接触器断开，储存在支撑电容中的能量通过预充电阻及放电电阻串联放电，将电能转换为放电电阻热能释放掉，由于电容持续放电，热量较多，因此，预充电阻及放电电阻设置在箱体底部，并在底部涂覆导热硅脂与箱体直接连接，以用于电阻散热。因此，通过放电回路可较快速将电能释放掉，从而达到安全电压，提高操作安全。

所述高压互锁功能通过高压连接器高压互锁信号及互锁开关实现，高压互锁信号一端接壳体，另一端接到中的控制板，当高压连接器及盖板正常接通时，控制板接收到低电平信号，当接插件断开连接时，控制板接收到高电平信号，从而对高压连接状态进行判断，防止人身触电，提高整机的安全性。

所述转接头9采用塑料外壳加中间穿铜端子的设计，铜端子表面镀雾银，两端采用腰孔设计，用于内部直流、交流端子与外部高压线之间的连接，利用箱体预留孔穿过并固定于箱体，同时采用硅胶密封垫在箱体与接线腔之间形成密封空间，防止接线腔密封不足时对内部器件造成危害。

所述控制板6具有高压采样及粘连检测功能，在主正接触器前端、后端设置高压采样线束，将采样信号送至控制板高压检测端口，再通过逻辑判断得出接触器的粘连状态，达到粘连检测的目的，进一步提高整机安全性。同时，具有电流信号检测端口，控制总成内设置三路电流采样电路，采用三个电流传感器实现，分别采样直流侧及交流输出侧U向和W向电流。另外，设有驱动端口，用于为驱动板提供驱动、电源、使能等信号。

在一个实施例中，本发明的控制总成兼容12V及24V两种低压控制平台，同时，机械接口保持不变的情况下可以兼容不同功率模块以适应不同功率需求，可以实现灵活配置，应用于不同的新能源车型。

在一个实施例中，本发明的控制总成采用配电板对所有接触器、DC-DC控制线束进行转接分配，减少了整机总线数量，减小了布线难度，使高低压分离，提高了系统安全性。

结合上述描述，本发明的控制总成具有多个极为有益的技术特征。例如：

1)所述控制总成具有主驱动、DC/DC转换、DC/AC转换、多路高压配电、绝缘检测、高压互锁、启机预充电、停机放电等功能的集成，总体结构紧凑，功率密度高。

2)所述的控制总成采用复合散热设计，散热器采用独特椭圆形扰流柱设计，并依此经过各发热模块，并通过导热硅脂进行导热缝隙填充；另外，采用灌封设计与导热垫配合，增加复合母排导热能力，使箱内温度维持在较低水平，达到良好散热效果，提高系统的稳定性及可靠性。

3)所述控制总成采用兼容性设计，可兼容12V及24V两种低压控制平台，同时，机械接口保持不变的情况下可以兼容不同功率模块以适应不同功率需求，同时，使用转接板，可灵活配置各路配电及接触器数量，可应用于不同的新能源车型。

4)所述控制总成多处采用防振，通过转接板凸槽设计、点胶处理并采用低应力母排设计，使母排与接触器连接受应力更小，提高电气通路的可靠性。

5)所述控制总成箱体与盖板之间采用定位销定位，采用封闭密封圈进行密封，箱体与接线腔之间采用独特转接头设计，再配合屏蔽电缆防水接头，形成两个密封腔室，提高了密封可靠性。

6)所述高压互锁功能通过高压连接器高压互锁信号及互锁开关实现，最后将高压通断信号传递给控制板对信号进行判断，达到所有高压部件互锁的功能，提高整机的安全性。

7)所述控制总成具有高压采样及粘连检测功能，通过控制板高压采样处理电路对采样电压进行处理，然后对电压进行比较判断，从而判断接触器的粘连状态，在接触器状态不正常时上报故障信号。

综上所述，本发明的电动汽车用控制总成具有多功能集成设计，配置更为丰富；可根据不同需求灵活配置，具有兼容性设计，满足不同电压及功率需求，具有更广泛应用性；整机具备高压互锁功能，采用串联设计对高压进行全面互锁，提高了系统安全性；多种方式综合进行抗振及密封处理，提升了整机可靠性；采用复合散热方式，更优化的散热器结构及灌封导热处理使整机温度更低，稳定性及可靠性进一步提升。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种电动汽车用控制总成，其特征在于，所述控制总成包括：

箱体与盖板，所述箱体与所述盖板之间采用定位销定位，并采用密封圈进行密封，所述箱体与接线腔之间设置有转接头；所述箱体内设置有散热器、接触器组件、控制板、母排，并集成有各功能模块，其中：

所述转接头中间穿有铜端子，所述铜端子利用所述箱体的预留孔穿过并固定于所述箱体，所述转接头的密封垫在所述箱体与接线腔之间形成密封空间；

所述散热器内部设有椭圆形扰流柱，所述椭圆形扰流柱的长轴垂直于水流方向，所述散热器的冷却液依次流经电容以及所述各功能模块中的直流－直流模块、直流－交流模块、功率模块；

所述接触器组件包括多个接触器以及接触器转接板，所述多个接触器固定于所述接触器转接板，所述接触器转接板上设置有凸槽，以防止振动时对所述多个接触器的冲击；所述多个接触器的低压针脚采用点胶处理，并采用低应力母排设计，减小所述母排与所述多个接触器连接受应力；

所述控制板对高压进行采样，并根据所采样的电压判断所述接触器的粘连状态，并在所述接触器状态不正常时上报故障信号。

2.如权利要求1所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述各功能模块包括所述功率模块、所述直流－直流模块、所述直流－交流模块、多路高压配电模块、绝缘检测模块、高压互锁模块、预充电回路模块、放电回路模块。

3.如权利要求1所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述铜端子用于所述箱体内部直流、交流端子与所述箱体外部高压线之间的连接，所述铜端子表面镀雾银，两端采用腰孔设计。

4.如权利要求2所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述高压互锁模块具有高压连接器及高压互锁信号，所述高压互锁信号一端接壳体，另一端接到所述控制板，当所述高压连接器及所述盖板正常接通时，所述控制板接收到低电平信号，当接插件断开连接时，所述控制板接收到高电平信号，从而对高压连接状态进行判断，防止人身触电，提高整机的安全性。

5.如权利要求2所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述功率模块接收来自整车控制器的信号来进行脉冲宽度调制，控制绝缘栅双极型晶体管开通及关断，从而驱动电机输出所需功率，实现闭环控制。

6.如权利要求1所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述各模块底部通过导热硅脂进行导热缝隙填充；其中，复合母排采用灌封设计与导热垫配合方式进行散热。

7.如权利要求1所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述箱体为一体化铸造，所述箱体的内部底层所集成的功率模块、直流/直流模块、直流/交流模块、支撑电容的安装部位平面度的精度要求高于一预定值，使各模块与箱体之间涂覆的导热硅脂能够更好的导热；所述箱体的内部预留多个支撑柱用于零部件的固定；所述箱体顶部设置定位销，用于所述盖板定位。

8.如权利要求1所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述盖板设置定位孔，与所述箱体上的所述定位销配合；所述盖板边缘周边设置密封槽，与密封圈配合达到防护等级IP68。

9.如权利要求7所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述盖板具有凹槽和突起，以增加所述盖板的强度；所述盖板中央具有凹槽及固定孔，用于厂家名牌标识；所述盖板上设有小盖板，用于更换保险，所述小盖板底面印有保险定义符号，达到防错效果，所述小盖板顶部贴附高压警示标识，用于安全警示，所述小盖板底面周边设有凹槽用于与所述密封圈配合，起到防护密封作用。

10.如权利要求1所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述电动汽车用控制总成兼容12V及24V两种低压控制平台，且在机械接口保持不变的情况下兼容不同功率模块以适应不同功率需求。

11.如权利要求2所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述预充回路模块包括互相串联的预充接触器和预充电阻，所述预充回路模块与主接触器前后并联，所述预充回路控制所述支撑电容的慢速充电，防止在开关合上的瞬间，所述支撑电容充电电流过大，对前级电路造成损坏；在上高压时，所述预充接触器先闭合，通过所述预充回路模块给所述支撑电容充电，待所述控制板检测到所述接触器前后端电压一致时，闭合主正接触器，断开预充接触器；所述预充电阻设置在所述箱体底部，并在底部涂覆导热硅脂与箱体直接连接，以用于所述预充电阻散热。

12.如权利要求11所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述放电回路包括互相串联的支撑电容和放电电阻；在所述控制总成断电时，所述接触器断开，储存在所述支撑电容中的能量通过所述预充电阻及所述放电电阻串联放电，将电能转换为放电电阻热能释放掉，所述放电电阻设置在箱体底部，并在底部涂覆导热硅脂与箱体直接连接，以用于所述放电电阻散热。

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