电流控制结构、电机控制器以及电动汽车的制作方法

本发明创造涉及电动汽车技术领域，具体说是一种针对汽车级电控制需求而设计的电流控制结构，使用该架构的电机控制器以及使用该电机控制器的电动汽车。

背景技术：

电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。相对于传统汽车，电动汽车在节约能源、降低污染、减少排放、低噪音等方面都拥有较大优势，因此电动汽车是未来汽车工业发展的重要方向。

电机控制器是将车载电源的输出电流转化为适合驱动电机使用的电气控制装置，优秀的电机控制器可以有效提升能源利用率、保障电机使用寿命。

作为车体内装置，电机控制器也面临着空间效率的问题，通常情况下，汽车机舱的空间是有限的，特别是在其水平方向上，需要在符合散热要求的前提下，利用有限的面积布置所需的器件装置，因此，如何能缩小电机控制器，特别是缩小电机控制器在水平方向上的大小成为了电机控制器设计的要点之一。

引述技术方案1，中国专利，一种电动车辆开关磁阻电机控制器内部布置结构（公开号：CN105207540A）公开了一种电动车辆开关磁阻电机控制器内部布置结构，包括高压部件、低压部件和散热器底座，高压部件包括IGBT模块、薄膜电容、高压铜排和预充电接触器，高压铜排包括铜排正极、铜排U正、铜排U负、铜排V正、铜排V负、铜排W正、铜排W负和铜排负极，低压部件包括低压主控制板和低压接插件，所述的低压接插件与低压主控制板相连接，高压部件布置在散热器底座上，低压部件布置在高压部件上方。

引述技术方案2，中国专利，一种电动汽车的电机控制器（公开号：CN205430835U）公开了一种电动汽车的电机控制器，包括：箱体，包括底板和侧板，所述侧板固定在所述底板的四周并形成一个内凹的腔体，所述底板上设置有一体的散热结构，在所述侧板上开有预留孔；箱盖，用于封闭所述箱体的开口一端；驱动部件，安装在所述箱体内，与外部设备交互的连接口安装在所述侧板上的预留孔中。

除了针对引述技术方案1和引述方案2等类似专利进行研究，我们也探访一些市场的电机控制器产品，目前常见的电机控制器内部布置方案中，电容和IGBT模块都是并排放置，有的电容底部连接有散热结构，有的没有散热结构，这样的设计存在如下问题：

电容和IGBT模块都要在电机控制器的水平方向上占取一定空间，从而导致电机控制器在水平方向上只能靠不断的压缩部件和部件、部件和外壳之间的空间来缩小其水平面积，因此，在实际生产中，一些电机控制器为了解决空间问题，往往会牺牲一些性能（比如散热、功率等等）。

相对于上述电机控制器内部布置架构，本领域技术人员也做了一些改进。

引述技术方案3，中国专利，电容连接结构以及电动车控制器（公开号：CN205320371U）公开了一种电容连接结构，包括层叠设置且相互电性连接的功率板和控制板以及设置于功率板上的电容组件；控制板上设有供电容组件穿过的导通口，功率板包括第一表面及第二表面；电容组件包括焊接于第一表面上的电路板以及多个焊接于电路板上并沿导通口穿过控制板的电容器。

引述方案3有异于常规设置，但它本身也带来了其它问题：

1、电容组件设置在功率板上在装配方面存在较大困难，由功率板来固定电容组件，存在稳定性和安全性问题，；

2、层叠设置的功率板和控制板过于接近，会有较大的电磁干扰；

3、需要专门设计的印制电路板底板，成本高；

4、从水平方向上来看，仍然需要一个电路板加电容的面积，实际上并不能解决占地大的问题。

发明创造内容

本发明创造旨在针对现有技术中存在的不足，设计一款结构紧凑，体积较小，连接结构合理、装配工序简便的电流控制结构、使用该结构的电机控制器以及使用该电机控制器的电动汽车。

一种电流控制结构，包括电容、驱动板和IGBT模块和控制板；所述的控制板包括印制电路板和设置在印制电路板上的电子元件，用于控制电容和驱动板，控制板分别和电容、驱动板信号连接；所述的驱动板包括印制电路板和设置在印制电路板上的电子元件，用于控制IGBT模块，驱动板设置在IGBT模块背向散热面的一侧，并和IGBT模块信号连接；所述的电容设置在驱动板背向IGBT模块的一侧，并分别和外部电流输入端以及IGBT模块相连接；所述的IGBT模块为单面散热封装模块，且和对外电流输出端相连接。

针对上述的电流控制结构，还可以采用如下方案进行进一步优化：

控制板可以设置在电容背向驱动板的一些，即空间布置顺序为控制板、电容、驱动板、IGBT模块；对于这一设置方式，为了避免电磁干扰，需要在控制板和电容之间设置电磁屏蔽层，电磁屏蔽层可以为金属网、金属板或者绝缘纸，电磁屏蔽层的结构可以根据需要进行设计，如配合电容上表面结构，在电磁屏蔽层上为连线留出孔道。

控制板也可以设置在远离电容的位置，此时，需要在IGBT模块的散热面处引入液冷散热器，例如金属液冷散热流道结构，则控制板设置在金属散热器背对IGBT模块的一侧，并固定在金属散热器上，此时，由于金属散热器起到了电磁屏蔽的作用，因此，无需再设计电磁屏蔽层。

对于IGBT模块和电容之间的连接结构，所述的IGBT模块上设置有一字型铜排，一字型铜排的一端和IGBT模块固定连接，一字型铜排的另一端设有螺孔，所述的电容上设置有L型铜排，L型铜排的一端和电容固定连接，L型铜排的另一端设有螺孔并和一字型铜排的螺孔相配合，L型铜排和一字型铜排通过螺栓固定连接。

在上述电流控制结构的基础上，我们设计了电机控制器。

一种电机控制器，包括外壳、电容、驱动板和IGBT模块和控制板；所述的控制板包括印制电路板和设置在印制电路板上的电子元件，用于控制电容和驱动板，控制板分别和电容、驱动板信号连接；所述的外壳上有外部电流输入端口和对外电流输出端口，外壳内侧还设有固定螺孔并分别和电容、IGBT模块相固定；所述的驱动板包括印制电路板和设置在印制电路板上的电子元件，用于控制IGBT模块，驱动板固定设置在IGBT模块背向散热面的一侧，并和IGBT模块信号连接；所述的电容设置在驱动板背向IGBT模块的一侧，并分别和外壳上的外部电流输入端口以及IGBT模块相连接；所述的IGBT模块为单面散热封装模块，且和外壳上的对外电流输出端口相连接。

对于电机控制器而言，由于液冷结构和外壳一般是一体的，因此，其液冷结构可以选择如下方案：外壳的一面设置有液冷结构，液冷结构的壳内部分和IGBT模块的散热面相配合，所述的控制板设置在电容背向驱动板的一侧，控制板和电容之间设置有电磁屏蔽层。

对于电机控制器而言，其液冷结构也可以选择如下方案：电机控制器的中部设有封闭式液冷结构，封闭式液冷结构将外壳内部空间分为一大一小两部分，电容、驱动板和IGBT模块固定在壳内空间体积较大的部分，封闭式液冷结构面向该部分的一侧和IGBT模块的散热面相配合，控制板固定在壳内空间体积较小的部分。

此外，电机控制器也适用上述电流控制结构的优化方案。

在上述电机控制其的设计基础上，我们设计了电动汽车的整车方案。

一种电动汽车，包括：驱动电机，用于驱动车辆运行；车载电源，用于为车辆提供能量来源；汽车控制系统，用于监视、控制整个车辆的正常工作，设有端口和电机控制器信号连接；

所述的电机控制器，用于控制电动机的运行，包括外壳、电容、驱动板、IGBT模块和电机控制器，其中，IGBT模块为单面散热封装模块；所述的控制板包括印制电路板和设置在印制电路板上的电子元件，用于控制电容和驱动板，控制板分别和电容、驱动板以及汽车控制系统的对应端口信号连接；所述的外壳上有外部电流输入端口和对外电流输出端口，外壳内侧还设有固定螺孔并分别和电容、IGBT模块相固定；所述的驱动板包括印制电路板和设置在印制电路板上的电子元件，用于控制IGBT模块，驱动板固定设置在IGBT模块背向散热面的一侧，并和IGBT模块信号连接；所述的电容设置在驱动板背向IGBT模块的一侧，并分别和外壳上的外部电流输入端口以及IGBT模块相连接，外壳上的外部电流输入端口和车载电源相连接；所述的IGBT模块和外壳上的对外电流输出端口相连接，外壳上的对外电流输出端口和驱动电机向连接。

对于汽车级的电机控制器，出于安全设计，我们还可以在对外电流输出端口上设置传感器，对输出电流的电压等电学参数进行监控。

对于汽车级的电机控制器，出于安全设计，我们还可以在外部电流输入端口上设置互锁结构，所述的互锁结构用于监控输入电流的通断等情况。

有益效果：

首先，本发明创造采用了部件层叠的方式，在水平方向上实际上只需要IGBT模块加外壳的面积，（相对于平铺式而言）明显缩小了电机控制器的所占空间，特别是对于像汽车这样的精密装备，节约空间就意味着其它部件有了更多的空间，也就意味着更佳的功能。

其次，由于本发明创造调整了电容、IGBT模块以及各电路板的相对位置，并加装了电磁屏蔽层这样的结构，使电机控制器各部件之间的电磁干扰更少，具有更好的安全特性。

再次，本发明创造的主要部件层叠设置，连接铜排也是简单的L型和一字型，不存在复杂易错的结构或装配点，因此，一方面，本领域技术人员可以很容易的理解，并在基本上不增加成本的情况下使用，便于推广应用，另一方面，这样结构减少了装配强度和装配难度，在工业生产方面具有显著效果。

附图说明

图1是电流控制结构的立体示意图。

图2是电流控制结构的俯视方向示意图。

图3是电流控制结构的背视方向示意图。

图4是电流控制结构和外壳输入输出端口的连接示意图（俯视图）。

图5是电机控制器的整机剖面背视方向示意图。

图6是电动汽车整车方案中的连接框图。

附图标号：

1、电容；2、IGBT模块；3、控制板；4、驱动板；5、散热架；6、对外信息模块；7、信息接头；8、输出铜排；9、固定凸起；10、信息交换插头；11、信号线；12、输入铜排；13、固定螺栓；14、引流铜排；15、直流输入端口；16、交流输出端口；17、外壳（电机控制器）；18、液冷出入口；19、散热结构（电机控制器）；20、连接触头。

具体实施方式

为了便于说明，以下具体实施例中，以电容面向IGBT模块一面为下方（即IGBT模块的散热面朝向），以电容背对IGBT模块一面为上方，以电容面向输入铜排一面为正面，其它方向依次类推。

提前说明：图1-4中的控制板和驱动板与图5中的控制板和驱动板有一定区别。原因在于：所述的控制板和驱动板，均为在印制电路板（又名印刷电路板，或PCB板）上加装相关电子元件后所形成的电子器件，控制板用于控制电容充放电以及控制驱动板工作，驱动板用于控制IGBT模块（绝缘栅双极型晶体管）工作；为了更好地表述结构位置关系，在图1-4中，将印制电路板上的相关电子元件删除，但图中形式不代表控制板和驱动板的实际状态。

提前说明：为了更贴合地描述技术方案，本具体实施例中的一些名称和发明创造内容有所不同，例如，15、直流输入端口和16、交流输出端口，这两个端口实际上就是外部输入端口和对外输出端口的具体限定名称。

如图1所示，本具体实施例中描述了一种按照本发明创造的技术方案构建的电流控制结构。

电流控制结构中从下至上依次设置有IGBT模块2、驱动板4、电容1和控制板3，IGBT模块2底部为散热面，散热面上设有散热架5，电容和控制板之间设有电磁屏蔽层，电磁屏蔽层可以是金属网、金属板和绝缘纸中的一种。

控制板3的左侧设置有信息交换插头10，对应的，驱动板4上也有信息交换插头10并通过信号线11和控制板3上的信息交换插头10相连接，控制板3上的信息交换插头10还通过信号线11和电容1相连接。所述的信息交换插头用于对信号线和印制电路板（驱动板或控制板）之间的信号交互进行调制解调处理。

控制板3的右侧设置有对外信息模块6，对外信息模块的上部有信息接头7，对应的控制板上有连接孔，信息接头7穿过连接孔并和控制板3上的电路相连接。所述的对外信息模块用于对外部信号源（例如汽车控制系统）发送来的信号进行解调处理，并传递至控制板，同时，对控制板发出的信号进行调制处理，并通过信号线或其它传递媒介传递至外部信号源。

IGBT模块2的正面设有输出铜排8，就本实施例而言，所对应的电机为三相驱动电机，因此，输出铜排8有三个。

电容1的正面设有输入铜排12，就本实施例而言，所对应的为汽车级电池组，因此输入铜排12有两个。

就本实施例而言，控制板3固定在电容1上，电容1上表面设置有多个固定凸起9，控制板3通过固定凸起9和电容1相固定。在本实施例的改进方案中，为了提高控制板的稳定性，在电机控制器中，会在电机控制器的外壳上设置有固定槽，控制板安装在固定槽上；也可以在选用金属板作为电磁屏蔽层时，将电磁屏蔽层固定在电容上，将控制板固定在电磁屏蔽层上。

如图2所示，在电容1和IGBT模块2的背面，均设有引流铜排14，电容1和IGBT模块2通过引流铜排14的连接实现电连通，电容和IGBT模块的引流铜排14上设有相对应的螺孔，并通过固定螺栓13固定。

如图3所示，引流铜排14有两种，从电容1上伸出的引流铜排14为L型，其中L型的竖直部分和电容1相连接，从IGBT模块2上伸出的引流铜排14为一字型，L型的平直部分和一字型相配合。同类型技术置换的，可以将L型和一字型铜排的位置对调，不影响其实际连接结果。

对于部分型号的电流控制结构，控制板也可以设置在远离电容的位置，此时，需要在IGBT模块的散热面处引入金属散热器，例如金属液冷散热流道结构，则控制板设置在金属散热器背对IGBT模块的一侧，并固定在金属散热器上，此时，由于金属散热器起到了电磁屏蔽的作用，因此，无需再设计电磁屏蔽层。

如图4所示，本实施例中电流控制结构安装在电机控制器中，因此，在外壳（电机控制器）17上设置有直流输入端口15和交流输出端口16，在外壳内，输入铜排12和直流输入端口15相连接，二者之间有对应的螺孔螺栓连接固定结构，输出铜排8和交流输出端口16相连接，二者之间也有对应的螺孔螺栓连接固定结构。

为了更好地显示各部分之间的位置关系，我们还引入了图5，从图5中可以看出，IGBT模块2背对散热架5的一面有多个柱状的连接触头20，对应的驱动板4上有多个连接孔，连接触头20穿过连接孔并采用焊接固定，这样一方面使驱动板4和IGBT模块2相固定，另一方面，也将驱动板4上的电路和IGBT模块2相连通。这里需要特别说明的是，不同厂商、不同型号的IGBT模块，连接触头的形状、连接触头和驱动板的连接方式可能有所不同。

如图5所示，对于本实施例中的电机控制器，其底部设有散热结构（电机控制器）19，采用的是液冷（水冷）的方式，液冷出入口18分别设置在电机控制器的左右两端。

对于部分型号的电机控制器，散热结构可以放在电机控制器的中间，例如，在外壳内部设有封闭式液冷结构，封闭式液冷结构将壳内空间分为一大一小两部分，电容、驱动板和IGBT模块固定在壳内空间体积较大的部分，封闭式液冷结构面向该部分的一侧和IGBT模块的散热面相配合，控制板固定在壳内空间体积较小的部分。

如图6所示，在整车方案中，本实施例中各主要部件的连接关系如下：

电源驱动方向，首先，从车载电源中输出直流电，通过直流输入端口进入电容，再通过电容进行滤波处理后进入IGBT模块，并由IGBT模块转化为符合要求的三相交流电，三相交流电经交流输出端口输出，到达三相驱动电机，驱动电机工作。在这里，为了和信号控制连接相区别，我们在图中用比较粗的黑色线体表示对应的连接线路。

信号控制方向，汽车控制系统通过信号线发出控制信号，经对外信息模块到达控制板，控制板将相关信息进行反馈，并经对外信息模块返回汽车控制系统；控制板根据汽车控制系统的要求分别控制驱动板和IGBT模块，驱动板再控制电容，实现输出所需电流。在这里，为了和电源驱动电流相区别，我们在图中用比较细的黑色线体表示对应的连接线路。

此外，对于汽车级的电机控制器，出于安全设计，我们可以在对外电流输出端口上设置传感器，对输出电流的电压等电学参数进行监控；我们还可以在外部电流输入端口上设置互锁结构，所述的互锁结构用于监控输入电流的通断等电学情况。

对于部分型号的电流控制结构和电机控制器，可以考虑将控制板和驱动板的功能集成在同一块印制电路板上，此时，新的集中控制板上，控制板和驱动板基于整体的设计，在结构上可能不加区分，或者即使在结构上可能存在驱动部分和控制部分分别唯一新的集中控制板的两块，但二者之间依然通过印制电路板上的电路相连接。

以上对本发明创造所提供的技术方案进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明创造的限制，凡依本发明创造设计思想所做的任何改变都在本发明创造的保护范围之内。