一种多模式高功率电机控制器的制作方法

本发明涉及车辆电机控制技术领域，具体涉及一种多模式高功率电机控制器。

背景技术：

随着汽车技术的发展，采用混合动力或纯电动功率输出方式的车辆越来越多。混合动力或纯电动车辆的动力核心技术为采用大功率的永磁电机为整车提供电能(发电机)或驱动动力(电动机)，永磁电机的发电或电动功能需要永磁电机控制器对其进行控制才能实现。现有的永磁发电机控制器和驱动电机控制器是相互独立的控制设备，仅具有发电或驱动控制单种功能，且单个电机控制器仅能控制一台电机，电机控制器的通用性较差。同时，传统电机控制器的外部接线采用OT接线片通过螺栓压紧紧固连接方式，使得其外部绝缘密封防护和安装使用便捷性较差；电机控制器外部水路冷却接口采用胶管套接卡箍锁紧的方式，使得其安装使用便捷性较差。

技术实现要素：

为了满足现有技术中对发电机控制器和驱动电机控制器通用性的要求，本发明提供了一种多模式高功率电机控制器。

本发明的技术方案是：

所述电机控制器包括两组控制单元；

每组所述控制单元均包括控制电路和功率回路；所述控制电路依据所述电机控制器的工作模式向所述功率回路发送控制信号，所述功率回路按照所述控制信号对电机进行发电控制或者驱动控制；

一组所述控制单元的功率回路与另一组所述控制单元的功率回路共用同一散热部件，分别安装在所述散热部件的两侧面；所述的一组控制单元和另一组控制单元的控制电路对称布置在所述散热部件中一个侧面的功率回路的两侧。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述控制单元包括电气功率接口；所述电气功率接口包括直流接口和交流接口；

所述直流接口与储能/配电装置连接，所述储能/配电装置用于储存发电机产生的电能和向电动机发送电能；

所述交流接口与电机连接，所述电机包括电动机或者发电机。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述直流接口和交流接口均为高压大电流电连接器，包括插头和插座；所述插座通过螺栓安装在所述电机控制器的箱体外部；

所述插头和插座上均为矩形结构，并设置有对接紧固卡扣；所述插头与插座对接后通过卡扣紧固在所述插座上，所述插头的尾端与外部线缆连接；

所述插头和插座设置有防止翻转反插的键位，进而防止电气极性错误连接。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述控制单元包括DSP控制板；所述两组控制单元的DSP控制板分别位于所述电机控制器中单侧功率回路的两侧，并分别安装在各自的屏蔽隔离舱内，且通过线缆连接相互通讯。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述电机控制器包括连接直流母排；所述连接直流母排为可拆卸结构，用于连接和/或断开所述两组控制单元中位于所述散热部件两侧面的功率回路的直流母线；

所述连接直流母排连接所述两组控制单元的直流母线时，用于辅助调整所述电机控制器进入双路独立或并联发电机控制模式，或者进入双路独立或并联驱动电机控制模式；

所述连接直流母排断开所述两组控制单元的直流母线时，用于辅助调整所述电机控制器进入单路发电机-单路驱动电机控制模式。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述电机控制器包括两组支撑电容单元；

所述支撑电容单元包括多个单体电容和一个接线母排；所述单体电容安装在接线母排上，通过拆卸改变所述单体电容的数量以调整所述支撑电容单元的总电容容量；

所述接线母排与所述功率回路连接，且所述接线母排顺次环绕所述功率回路布置。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述电机控制器包括散热冷却液接口；所述散热冷却液接口包括散热插头和散热插座；

所述散热插座安装在所述电机控制器的箱体外部；所述散热插头与外部冷却液管路连接；所述散热插头和散热插座采用插拔的方式连接，所述散热插头和散热插座对接后内部为管路通径结构，形成用于传输冷却液无流体阻力的流动通道。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

依据车辆的发电功率和/或驱动功率的使用需求确定所述电机控制器的工作模式；所述工作模式包括双路独立或并联发电机控制模式、双路独立或并联驱动电机控制模式和单路发电机-单路驱动电机控制模式；

所述控制电路依据所述确定的电机控制器的工作模式向与其对应的功率回路发送控制信号；

所述功率回路依据所述控制信号对与其对应的电机进行发电控制或者驱动控制。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述工作模式为双路独立或并联发电机控制模式：若所述发电机采用两台单绕组发电机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制一台所述单绕组发电机工作，实现所述一台电机控制器控制两台所述单绕组发电机；若所述发电机采用一台双绕组发电机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制所述双绕组发电机工作，实现所述一台电机控制器控制一台所述双绕组发电机；

所述工作模式为双路独立或并联驱动电机控制模式：每个所述控制单元分别控制一台电动机工作；若所述电动机采用两台单绕组电动机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制一台所述单绕组电动机工作，实现一台电机控制器控制两台单绕组电动机；若所述电动机采用一台双绕组电动机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制所述双绕组电动机工作，实现一台电机控制器控制单台双绕组电动机；

所述工作模式为单路发电机-单路驱动电机控制模式：所述电机控制器中一个所述控制单元控制一台单绕组发电机工作，另一个控制单元控制一台单绕组电动机工作。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明技术方案中，控制单元的结构完全相同，双路控制单元可互为冗余，提高了电机控制器的可靠性；

2、本发明技术方案中，电气功率接口12采用对接插拔与卡口紧固的方式连接，同时设置有键位识别防止电气极性误连接，提高控制器对外输入/输出功率接口连接的便携性和安全可靠性；

3、本发明技术方案中，所述散热接口15采用对接插拔与卡口紧固的方式连接，散热插头和散热插座对接后内部为管路通径结构，实现无流体阻力便捷插拔连接的散热接口；

4、本发明技术方案中，直流支撑电容采用单体电容10与接线母排11连接的方式，可以灵活调节单体电容10的数量，进而调整支撑电容单元的总容量；

5、本发明技术方案中，直流母排采用可拆卸连接直流母排，能够灵活改变功率回路的连接状态，进而辅助调整电机控制器的工作模式；

6、本发明提供的一种多模式高功率电机控制器，适用于200kW～600kW功率等级的车用永磁电机控制；

7、本发明提供的一种多模式高功率电机控制器的控制方法，能够实现发电机控制和驱动电机控制通用互换，实现电机控制器进行多模式控制；

8、本发明提供的一种多模式高功率电机控制器的控制方法，其工作模式包括双路独立或并联发电机控制模式、双路独立或并联驱动电机控制模式和单路发电机-单路驱动电机控制模式，实现电机控制器进行多模式控制；

9、本发明提供的一种混合动力车辆和纯电动车辆可以灵活调整发电机和电动机的工作状态，提高车辆的电气功率利用率。

附图说明

图1：本发明实施例中一种多模式高功率电机控制器外部示意图；

图2：本发明实施例中一种多模式高功率电机控制器内部示意图；

图3：本发明实施例中支撑电容单元分布示意图；

图4：本发明实施例中支撑电容单元结构示意图一；

图5：本发明实施例中支撑电容单元结构示意图二；

图6：本发明实施例中直流母排布置示意图一；

图7：本发明实施例中直流母排布置示意图二；

图8：本发明实施例中散热冷却液接口示意图；

图9：本发明实施例中散热冷却液接口剖面示意图；

图10：本发明实施例中电气功率接口示意图；

图11：本发明实施例中散热冷却液接口和电气功率接口布置示意图；

图12：本发明实施例中电机控制器控制原理示意图；

其中，1：控制电路；2：功率回路；3：功率开关器件；4：散热片；5：直流母排；6：控制电路的电路板；7：屏蔽隔离舱；8：线缆；9：支撑电容单元；10：单体电容；11：接线母排；12：电气功率接口；13：键位；14：卡口；15：散热冷却液接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种多模式高功率电机控制器工作原理和结构进行说明。

图11为本发明实施例中电机控制器控制原理示意图，如图所示，本实施例中电机控制器的交流侧与电机连接(发电机、电动机)，直流侧与储能/配电装置连接。发电机、电机控制器和储能/配电装置连接时，发电机向电机控制器输出交流电流，电机控制器工作于发电模式将交流电转换为直流电存储在储能/配电装置中。电动机、电机控制器和储能/配电装置连接时，电机控制器工作于驱动电机模式，将直流电转换为交流电驱动电动机工作。

本发明中电机控制器包括两组控制单元。每组控制单元均包括控制电路1和功率回路2；控制电路1依据电机控制器的工作模式向功率回路2发送控制信号，2功率回路按照该控制信号对电机进行发电控制或者驱动控制。其中，一组控制单元的功率回路与另一组控制单元的功率回路共用一个散热部件，且分别安装在同一散热部件的两侧面；所述的一组控制单元和另一组控制单元的控制电路对称布置在散热部件中一个侧面的功率回路的两侧，上述两个控制电路分别安装在在屏蔽隔离舱内，且通过线缆相互通讯。

图1为本发明实施例中一种多模式高功率电机控制器外部示意图，图2为本发明实施例中一种多模式高功率电机控制器内部示意图，如图所示，本实施例中电机控制器包括两组控制单元。第一组控制单元的功率回路2设置在散热部件的上侧，第二组控制单元的功率回路2设置在散热部件的下侧，第一组控制单元和第二组控制单元的控制电路1分别设置在散热部件上侧的功率回路2的两侧。

本实施例中两组控制单元的结构完全相同，双路控制单元可以互为冗余设备，提高了电机控制器的可靠性。

本发明中控制单元还包括直流母排5、支撑电容单元9、电气功率接口12和散热冷却液接口15。下面分别对上述各部件进行说明。

1、电气功率接口12

本发明中控制单元包括电气功率接口12，电气功率接口12包括直流接口和交流接口。其中，直流接口与储能/配电装置连接，用于与储能/配电装置进行直流电能交互。储能/配电装置用于储存发电机产生的电能和向电动机发送电能；交流接口与电机连接，电机包括电动机或者发电机。

直流接口和交流接口均包括插头和插座；插座通过螺栓安装在电机控制器的箱体外部；插头和插座均为矩形结构，并设置有对接紧固卡扣14，插头通过卡扣14紧固在插座上，且与外部线缆连接；插头和插座上均设置有阻止翻转反插的键位13，进而防止电气极性错误连接。

图10为本发明实施例中电气功率接口的结构示意图，如图所示，本实施例中电气功率接口12采用高压大电流矩形直插式电连接器，该电连接器的插座安装在控制器箱体外部，插头与外部线缆连接，矩形插座－插头的配合端具有键位13识别连接方向，保证正、负极性或(U、V、W极性)的防误插，通过外部卡口14进行对接后的紧固。

本实施例中电气功率接口12采用对接插拔与卡口紧固的方式连接，同时设置有键位识别防止电气极性误连接。

2、直流母排5和支撑电容单元9

本发明中电机控制器包括直流母排5和支撑电容单元9。其中，直流母排5为可拆卸结构的直流母排，用于连接和/或断开散热部件两侧面的功率回路的直流母线。其中，

连接直流母排连接两组控制单元的直流母线时，用于辅助调整电机控制器进入双路独立或并联发电机控制模式，或者进入双路独立或并联驱动电机控制模式。

连接直流母排断开两组控制单元的直流母线时，用于辅助调整电机控制器进入单路发电机-单路驱动电机控制模式。

本发明中电机控制器包括两组支撑电容单元9，每组支撑电容单元9包括多个单体电容10和一个接线母排11；单体电容10安装在接线母排11上，可通过拆卸改变单体电容数量以调整支撑电容单元9的总电容容量；接线母排11与功率回路2连接，且多个接线母排11顺次环绕功率回路2布置。

图4和图5分别为本发明实施例中支撑电容单元结构示意图，如图所示，本实施例中单体电容10安装在接线母排11上，调整单体电容10的数量可以改变支撑电容单元的总容量。例如将图4所示的8个单体电容调整为图5所示的5个单体电容即可改变支撑电容的总容量。

图3位本发明实施例中支撑电容单元分布示意图，如图所示，本实施例中支撑电容单元包括两侧个接线母排11，两个接线母排顺次分布在功率回路2的左侧、右侧和后侧。

本实施例中直流支撑电容采用单体电容10与接线母排11连接的方式，可以灵活调节单体电容10的数量，进而调整支撑电容单元的总容量。

图6和图7分别为本发明实施例中直流母排布置示意图，如图所示，本实施例中两个直流母排5采用可拆卸的直流母排，安装在功率回路2后侧，连接两个功率回路2的直流母线。图6所示直流母排5的状态表示散热部件两侧的两个功率回路2未连接，图7所示直流母排5的表示散热部件两侧的两个功率回路2已连接。

本实施例中直流母排采用可拆卸直流母排，能够灵活改变功率回路的连接状态，进而辅助调整电机控制器的工作模式。

3、散热冷却液接口15

本发明中散热冷却液接口15包括散热插头和散热插座。其中，散热插座安装在电机控制器的箱体外部；散热插头与外部冷却液管路连接；散热插头和散热插座采用插拔的方式连接，散热插头和散热插座对接后内部为管路通径结构，形成用于传输冷却液无流体阻力的流动通道。

图8为本发明实施例中散热冷却液接口示意图，图9为本发明实施例中散热冷却液接口剖面示意图，如图所示，本实施例中散热冷却液接口采用直接对接插拔的水路快速连接器，其插头与插座采用内径直通结构保证冷却液的流量。

下面对本发明中一种多模式高功率电机控制器的控制方法进行说明。

步骤S1：依据车辆的发电功率和/或驱动功率的使用需求确定电机控制器的工作模式。工作模式包括双路独立或并联发电机控制模式、双路独立或并联驱动电机控制模式和单路发电机-单路驱动电机控制模式。

本实施例中工作模式为多路独立发电控制模式时：

若发电机采用两台单绕组发电机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制一台单绕组发电机工作，实现一台电机控制器控制两台单绕组发电机；若发电机采用一台双绕组发电机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制双绕组发电机工作，实现一台电机控制器控制一台双绕组发电机。

本实施例中工作模式为双路独立或并联驱动电机控制模式：

每个控制单元分别控制一台电动机工作；若电动机采用两台单绕组电动机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制一台单绕组电动机工作，实现一台电机控制器控制两台单绕组电动机；若电动机采用一台双绕组电动机时，则通过一台电机控制器的两组控制单元分别控制双绕组电动机工作，实现一台电机控制器控制单台双绕组电动机。

本实施例中工作模式为单路发电机-单路驱动电机控制模式：

电机控制器中一个控制单元控制一台单绕组发电机工作，另一个控制单元控制一台单绕组电动机工作。

步骤S2：控制电路依据确定的电机控制器的工作模式向与其对应的功率回路发送控制信号。

步骤S3：功率回路依据控制信号对与其对应的电机进行发电控制或者驱动控制。

本实施例中一种多模式高功率电机控制器的控制方法能够实现发电机控制和驱动电机控制通用互换，实现电机控制器进行多模式控制，同时控制单元的冗余控制可以提高电机控制器可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。