模块化集成式电驱控制器的制作方法

1.本实用新型属于新能源汽车动力系统技术领域，具体涉及一种模块化集成式电驱控制器。


背景技术：

2.逆变器、整车控制器(vcu)、bms(电池管理系统)、dcdc、obc是新能源汽车动力系统所涉及的重要的高压系统核心零部件，分别承担重要的功能角色，成本均较高。在零部件各自的结构设计中，逆变器包含控制电路结构和驱动功率结构；整车控制器包含新能源汽车整车控制功能所需的控制电路结构；bms包含电池包管理所需的控制电路结构；dcdc包含为12v蓄电池充电的高压功率电路和控制电路；obc包含汽车充电功能的高压功率电路，控制电路和充电桩交互电路。pdu是新能源汽车高圧回路的电源分配单元，是作为高压回路中转站，降低整车高压系统成本。
3.逆变器的功率驱动电路功能比较独立，但控制电路与其它控制电路均具有共通之处。因此，在新能源汽车动力系统功能角色较难调整的状态下，利用控制电路设计的共通之处，进行功能集成设计，可以简化新能源汽车的功能角色。不仅有利于减小新能源汽车的动力系统体积和重量，节省整车装配空间，还可以减少整车线束成本，进而降低xev动力系统总体的生产成本。
4.在目前的市场上的多功能集成产品中，虽然存在集成了xev电池控制、电驱控制、整车系统控制、dcdc、obc以及电源分配单元等动力系统零件的产品，但较多的产品中控制电路并不集成，且使用多个微处理器芯片独立工作，仅仅是机械集成。部分产品在电路集成的基础上，高压零部件处于机械堆叠的状态，生产装配及工艺复杂。虽然达成了产品集成的目标，但产品生产难度和下线测试难度较高，影响产品生产效率和总体成本竞争力。在产品量产后，不具备简易化返修可行性，售后成本较高。
5.因此，针对上述问题，予以进一步改进。


技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的在于提供模块化集成式电驱控制器，其将控制电路模块、dcdc与obc集成功率模块、mcu功率模块和pdu模块依次安装于机械结构模块，从功能角度大幅提高xev上零件的功能集成度，提高逆变器产品性价比；从生产角度大幅提高了生产效率，降低总成下线检查难度、降低售后成本。大幅降低电动汽车动力系统零部件的总体体积、重量和生产成本，对整车性能提升有较大的促进意义。
7.为达到以上目的，本实用新型提供一种模块化集成式电驱控制器，包括控制电路模块、dcdc与obc集成功率模块、mcu功率模块、pdu模块和机械结构模块，所述控制电路模块、所述dcdc与obc集成功率模块、所述mcu功率模块和所述pdu模块均安装于所述机械结构模块，其中：
8.所述机械结构模块包括主壳体和上盖板，所述上盖板和所述主壳体固定连接并且
所述控制电路模块、所述dcdc与obc集成功率模块、所述mcu功率模块和所述pdu模块位于所述主壳体和所述上盖板包围形成的容纳腔；
9.所述控制电路模块包括控制板和整车低压信号接插件，所述控制板和所述整车低压信号接插件电性连接；
10.所述dcdc与obc集成功率模块包括第一外壳、输入单元、输出单元、兼顾输入输出单元和共用功率变压器，所述输入单元、所述输出单元、所述兼顾输入输出单元和所述共用功率变压器均安装于所述第一外壳并且所述输入单元、所述输出单元、所述兼顾输入输出单元均与所述共用功率变压器电性连接；
11.所述mcu功率模块包括功率半导体igbt、电流传感器、驱动电路板和三相输出铜排，所述功率半导体igbt、所述电流传感器和所述三相输出铜排均安装于所述驱动电路板并且所述功率半导体igbt、所述电流传感器和所述三相输出铜排均与所述驱动电路板电性连接；
12.所述pdu模块包括铜排底座、若干滤波电容和若干保险丝，所述保险丝和所述滤波电容均安装于所述铜排底座，每个保险丝连接于不同的对外输出电路。
13.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述上盖板还设有保险丝盖板，所述保险丝盖板盖于所述pdu模块的保险丝，所述主壳体设有水道结构。
14.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述控制板还包括数字信号采样电路、模拟信号采样电路、数字信号输出电路、高低边驱动输出电路和lin通讯电路。
15.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述mcu功率模块还包括薄膜电容，所述薄膜电容与所述驱动电路板电性连接。
16.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述控制电路模块、所述dcdc与obc集成功率模块、所述mcu功率模块和所述pdu模块均设有安装结构(包括安装孔和安装槽等，便于安装于机械结构模块)。
附图说明
17.图1a是本实用新型的模块化集成式电驱控制器的示意图。
18.图1b是本实用新型的模块化集成式电驱控制器的结构示意图。
19.图2是本实用新型的模块化集成式电驱控制器的控制电路模块的结构示意图。
20.图3是本实用新型的模块化集成式电驱控制器的dcdc与obc集成功率模块的结构示意图。
21.图4是本实用新型的模块化集成式电驱控制器的mcu功率模块的结构示意图。
22.图5是本实用新型的模块化集成式电驱控制器的pdu模块的结构示意图。
23.图6是本实用新型的模块化集成式电驱控制器的机械结构模块的结构示意图。
24.附图标记包括：100、控制电路模块；110、控制板；120、整车低压信号接插件；200、dcdc与obc集成功率模块；210、第一外壳；220、输入单元；230、输出单元；240、兼顾输入输出单元；300、mcu功率模块；310、功率半导体igbt；320、电流传感器；330、驱动电路板；340、三相输出铜排；350、薄膜电容；400、pdu模块；410、铜排底座；420、滤波电容；430、保险丝；500、机械结构模块；510、主壳体；520、上盖板；521、保险丝盖板。
具体实施方式
25.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
26.本实用新型公开了模块化集成式电驱控制器，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。
27.在本实用新型的实施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的新能源汽车的动力系统、处理芯片等可被视为现有技术。
28.优选实施例。
29.本实用新型公开了一种模块化集成式电驱控制器，包括控制电路模块100、dcdc与obc集成功率模块200、mcu功率模块300、pdu模块400和机械结构模块500，所述控制电路模块100、所述dcdc与obc集成功率模块200、所述mcu功率模块300和所述pdu模块400均安装于所述机械结构模块500，其中：
30.所述机械结构模块500包括主壳体510和上盖板520，所述上盖板520和所述主壳体510固定连接并且所述控制电路模块100、所述dcdc与obc集成功率模块200、所述mcu功率模块300和所述pdu模块400位于所述主壳体510和所述上盖板520包围形成的容纳腔；
31.所述控制电路模块100包括控制板110和整车低压信号接插件120，所述控制板110和所述整车低压信号接插件120电性连接；
32.所述dcdc与obc集成功率模块200包括第一外壳210、输入单元220、输出单元230、兼顾输入输出单元240和共用功率变压器，所述输入单元220、所述输出单元230、所述兼顾输入输出单元240和所述共用功率变压器均安装于所述第一外壳210并且所述输入单元220、所述输出单元230、所述兼顾输入输出单元240均与所述共用功率变压器电性连接；
33.所述mcu功率模块300包括功率半导体igbt310、电流传感器320、驱动电路板330和三相输出铜排340，所述功率半导体igbt310、所述电流传感器320和所述三相输出铜排340均安装于所述驱动电路板330并且所述功率半导体igbt310、所述电流传感器320和所述三相输出铜排340均与所述驱动电路板330电性连接；
34.所述pdu模块400包括铜排底座410、若干滤波电容420和若干保险丝430，所述保险丝430和所述滤波电容420均安装于所述铜排底座410，每个保险丝连接于不同的对外输出电路。
35.具体的是，所述上盖板520还设有保险丝盖板521，所述保险丝盖板521盖于所述pdu模块400的保险丝430，所述主壳体510设有水道结构。
36.更具体的是，所述控制板110还包括数字信号采样电路、模拟信号采样电路、数字信号输出电路、高低边驱动输出电路和lin通讯电路。
37.进一步的是，所述mcu功率模块300还包括薄膜电容350，所述薄膜电容350与所述驱动电路板330电性连接。
38.更进一步的是，所述控制电路模块100、所述dcdc与obc集成功率模块200、所述mcu功率模块300和所述pdu模块400均设有安装结构(包括安装孔和安装槽等，便于安装于机械结构模块)。
39.优选地，本实用新型针对xev(新能源汽车)核心动力零部件系统功能独立且无法替代，总体体积、重量、生产成本、整车应用成本均较高的问题，设计了一种将控制电路集成设计，将高压功率电路模块化设计的六合一电驱控制器产品。
40.该产品可以实现mcu、vcu、bms(部分)、obc、dcdc、pdu功能。其中，利用mcu的微处理器结合外设电路，实现mcu、vcu、bms、dcdc、obc控制集成功能；将高压功率模块实现简易模块化组装，将dcdc与obc高压功率零件集成后作为独立功率模块；mcu高压功率零件作为独立模块；pdu作为高压独立模块。产品总成组装过程只需要将独立模块组装即可，大幅简化了总成装配工艺和时间；独立模块在装配前要求完成测试，因此也大幅缩短了总成下线测试时间。
41.模块化的六合一电驱控制器，可以使xev中高压回路各零件，集成成为一个零部件。大量减少整车高压线束、高压接插件、通讯线束，低压接插件，降低xev高压系统零部件的总体体积、重量和生产成本；对于xev提升产品市场竞争力有重要的意义，易于实现和量产推广。
42.图1所示为本实用新型的模块化六合一电驱控制器的示意图，该方案中六合一电驱器可以分为控制电路模块、dcdc&obc集成功率模块(dcdc与obc集成功率模块)、mcu功率模块、pdu功率模块和机械结构模块(机械模块)。
43.根据集成式逆变器在xev上固定方案和工作状态，各模块原理如下：
44.1)控制电路模块
45.控制结构模块方案设计中，在逆变器控制结构基础上，集成了vcu、bms、dcdc、obc外设电路，其中仅保留mcu原微处理芯片，电源电路增加供电能力设计后，增加数字信号采样、模拟信号采样、数字信号输出、高低边驱动输出、lin通讯等外设电路，实现原上述各零件功能。将obc与充电桩交互和检查的信号电路同样利用相同微处理器+逻辑芯片实现功能，则在一个pcba零件上实现上述所有高压零件的控制及运算功能，大幅降低物料成本。
46.2)dcdc与obc集成功率模块
47.dcdc功率电路拓扑是移相全桥拓扑结构；obc功率电路拓扑是pfc+全桥电路拓扑结构。dcdc&obc采用将两者功率电路变压器共用，将原来的两路输入两路输出，通过共同功率变压器结构的方式，变成1路输入、1路输出、1路兼顾输入输出功能。实现dcdc和obc功率电路集成小型化设计，作为总成中独立且小型化的集成功率模块。
48.3)mcu功率模块
49.mcu功率模块主要包括功率半导体igbt、电流传感器、驱动pcba和三相输出铜排。通过分装线，将功率半导体电流传感器与驱动pcba压接后，最后与三相铜排固定，作为独立的mcu功率电路模块。
50.4)pdu功率电路模块
51.本方案实现3路高压分线方案，实现3路对外输出，供电目标是1路空调压缩机、1路整车ptc和1路电池ptc系统。pdu零件设计中，在供电回路中分别设计三路保险丝，避免外部负载设备损坏对总成造成影响。保险丝部分设计小维修盖板，在保险丝损坏时，可以独立拆换保险丝，以降低售后维修成本。
52.5)机械结构模块
53.机械结构模块主要包含：主壳体、上盖板、水道等内部独立模块安装载体。
54.本实用新型的有益效果在于：
55.在电驱逆变器控制电路中，仅采用原微处理器芯片，集成了vcu、bms、dcdc、obc控制及与充电桩交互功能，大量减少微处理芯片使用数量，大幅降低总体零件成本。
56.采用dcdc与obc功能模块集成小型化设计、mcu功率模块集成设计、pdu模块独立设计方案。使各零部件在分装时，可以完成基本性能测试。减少总成装配工艺难度和总成下线测试时间和内容。
57.采用内部独立模块设计，在发生售后问题时，pdu外设问题可以通过更换保险丝方式解决。独立功率电路损坏，可以局部更换损坏的功率模块，其它独立模块不受影响，大幅降低售后成本。
58.本实用新型公开主驱逆变器中集成vcu、bms、dcdc、obc外设电路以及与充电桩交互的电路功能，实现新能源汽车主要高压零部件功能的六合一产品。
59.该产品内部划分为：控制电路模块、dcdc与obc功率模块、mcu功率模块、pdu功率模块，以机械模块为载体，清晰的划分各部分零件设计和分布，其中pdu功能为外设预留保险丝更换功能。实现各模块可以分装检测，减少了总成装配难度和总成下线测试时间，大幅缩减生产成本；内部模块可以在发生问题时，独立更换，大幅缩减售后维修成本，方案可靠且易于实现和量产推广。
60.值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的新能源汽车的动力系统、处理芯片等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。
61.对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。