集成化電機控制器及電機控制器液冷結構的製作方法

2023-05-27 12:48:52

本發明屬於新能源汽車技術領域，涉及電機控制器，尤其是涉及一種集成化電機控制器及電機控制器液冷結構。

背景技術：

目前，新能源汽車廣泛採用的冷卻方式主要有風冷和水冷兩種方式。當前採用風冷方式的新能源汽車的散熱系統增加了風扇、風罩等裝置，導致電機軸向長度過大。電機控制器的散熱則通過長的散熱翅片和散熱風扇，電機控制器的整體尺寸也相應地做的很大。一般風冷散熱系統的散熱能力與體積成正比，且風冷散熱系統的散熱能力有限、效率低。很難適用於散熱壓力很大、空間有限的場合。目前，採用水冷方式的新能源汽車上的循環水路一般採用電機與變速箱相連，電機控制器與電機相連，而水箱和其散熱風扇則單獨放置在另外一處如車前保險槓的後面等，風扇對水箱表面吹風降溫。這種水冷方式的新能源汽車存在如下幾個問題：1各個組件排布過於分散，不夠緊湊，佔用了一些不必要的安裝空間；2冷卻效率低，由於水冷系統排布分散，造成水路過長，影響冷卻效率；3散熱效果不理想。冷卻液從水箱送出，經過電機、電機控制器等組件後最後回到水箱。整個冷卻系統最終靠風扇吹水箱外表面來降溫，散熱能力有限。

電機控制器是通過集成電路的主動工作來控制電機按照設定的方向、速度、角度和響應時間來進行工作。而現在新能源汽車控制器越趨集成化，水冷結構設計對控制設計至關重要，優良的冷卻系統可以大幅度提升控制器功率密度，提升散熱能力。但是傳統控制器只對電機進行單一的控制，而且水道冷卻主要針對IGBT，無法滿足新能源汽車的控制器系統集成化的要求。

為了解決現有技術存在的問題，人們進行了長期的探索，提出了各式各樣的解決方案。例如，中國專利文獻公開了一種水冷式驅動電機控制器[申請號：201320192078.9]，包括電源輸入端、接觸器、電容、電流輸出端、控制板和用於為所述控制板提供電力的電源板，所述接觸器、電容和電源板均設置在所述控制板的安裝端面上，所述電源輸入端通過所述接觸器和所述電容連接所述控制板，所述控制板通過連接所述電流輸出端輸出電流。其中，本發明所述的水冷式驅動電機控制器還包括一水冷散熱板和用於為所述水冷散熱板提供循環冷卻水的水冷系統，所述水冷散熱板上開設有冷卻水道，所述冷卻水道的兩端頭接入到所述水冷系統上，所述水冷散熱板貼合抵接在所述控制板的安裝背面上。

上述方案雖然在一定程度上解決了現有技術散熱能力差的問題，但是該方案依然存在著：對電機進行單一的控制，水道冷卻主要針對IGBT，無法滿足新能源汽車的控制器系統集成化等技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述問題，提供一種設計合理、結構簡單，集成化程度高，冷卻效果強的電機控制器液冷結構。

為達到上述目的，本發明採用了下列技術方案：一種電機控制器液冷結構，包括由導熱材料製成的本體，所述的本體具有冷卻液通道，所述的冷卻液通道的一端與設置在本體上的第一進出液口相連，另一端與設置在本體上的第二進出液口相連，所述的本體上設有用於冷卻充電機的充電機冷卻區、用於冷卻主電容的主電容冷卻區、用於冷卻IGBT的IGBT冷卻區、用於冷卻DC-DC 轉換器的DC-DC轉換器冷卻區和用於冷卻VCU的VCU冷卻區，所述的充電機冷卻區、主電容冷卻區、IGBT冷卻區、DC-DC轉換器冷卻區和VCU冷卻區分布在本體的冷卻液通道沿線。

上述的電機控制器液冷結構中，所述的冷卻液通道包括位於本體一面的第一冷卻段和位於本體另一面的第二冷卻段，所述的第一冷卻段和第二冷卻段通過連通結構相互連通從而使冷卻液通道形成雙層通道結構，所述的充電機冷卻區、主電容冷卻區、IGBT 冷卻區、DC-DC轉換器冷卻區和VCU冷卻區分布在第一冷卻段和第二冷卻段上且分別位於本體的相對置的兩面。

上述的電機控制器液冷結構中，所述的第一冷卻段包括設置在本體一面的第一彎曲冷卻管和IGBT冷卻管，所述的第二冷卻段包括設置在本體另一面的第二彎曲冷卻管，所述的第二彎曲冷卻管的一端通過設於本體內的連通結構與第一彎曲冷卻管一端相連通，所述的第二彎曲冷卻管的另一端通過設於本體內的另一連通結構與IGBT冷卻管一端相連通。

上述的電機控制器液冷結構中，所述的充電機冷卻區位於本體設有第一彎曲冷卻管的一面，所述的VCU冷卻區和DC-DC轉換器冷卻區位於本體設有第一彎曲冷卻管的另一面，所述的VCU冷卻區和DC-DC轉換器冷卻區相鄰設置且兩者與充電機冷卻區相對置地位於本體兩面；所述的主電容冷卻區位於本體的充電機冷卻區所在一面且充電機冷卻區與第二彎曲冷卻管相對置；所述的 IGBT冷卻區位於本體設有IGBT冷卻管的一面。

上述的電機控制器液冷結構中，所述的IGBT冷卻管上設有供 IGBT的導熱結構進行散熱的熱交換結構。

上述的電機控制器液冷結構中，所述的熱交換結構包括開於 IGBT冷卻管上且與IGBT冷卻管內部貫通的插孔，所述的插孔均勻分布且各個插孔能與設置在IGBT的導熱結構上的散熱插腳一一對應地密封配合從而使散熱插腳能直接與IGBT冷卻管內的冷卻液接觸；所述的IGBT冷卻管徑向擴展至本體的另一面且在本體另一面設有與IGBT冷卻管內部貫通的輔助插孔，所述的輔助插孔均勻分布且各個輔助插孔能與散熱板上的輔助散熱插腳一一對應地密封配合從而使輔助散熱插腳能直接與IGBT冷卻管內的冷卻液接觸，所述的散熱板固定在本體上且散熱板與第二彎曲冷卻管外壁接觸。

上述的電機控制器液冷結構中，所述的第一彎曲冷卻管呈蛇形彎曲、螺旋形彎曲、波形彎曲中的任意一種；所述的第二彎曲冷卻管呈蛇形彎曲、螺旋形彎曲、波形彎曲中的任意一種。

上述的電機控制器液冷結構中，所述的第二彎曲冷卻管與 IGBT冷卻管相連一端的連通結構的內逕自第二彎曲冷卻管向 IGBT冷卻管逐漸縮小；所述的第一彎曲冷卻管與第二彎曲冷卻管相連一端的連通結構的內逕自第一彎曲冷卻管向第二彎曲冷卻管逐漸縮小。

採用了電機控制器液冷結構的集成化電機控制器，在所述的充電機冷卻區上固定有充電機，所述的主電容冷卻區上固定有主電容、所述的IGBT冷卻區上固定有IGBT、所述的DC-DC轉換器冷卻區上固定有DC-DC轉換器，以及所述的VCU冷卻區上固定有 VCU。

上述的集成化電機控制器中，所述的IGBT的導熱結構上設有若干散熱插腳，所述的散熱插腳與插孔密封配合從而使散熱插腳能直接與IGBT冷卻管內的冷卻液接觸；所述的本體上固定有具有若干輔助散熱插腳的散熱板，所述的輔助插孔能與散熱板上的輔助散熱插腳一一對應地密封配合從而使輔助散熱插腳能直接與 IGBT冷卻管內的冷卻液接觸，所述的散熱板與第二彎曲冷卻管外壁接觸。

與現有的技術相比，本集成化電機控制器及電機控制器液冷結構的優點在於：採用雙層結構的冷卻液通道，實現了新能源汽車控制系統集成化，使整車布置結構緊湊，減少聯接線束及其接插件成本，並提高控制系統的可靠性和安全性；雙層冷卻液通道結構既能滿足主要原件散熱需求，還採用多重結構形式延伸至整個控制系統，實現了控制器的整體冷卻，冷卻效果明顯提升。

附圖說明

圖1提供了本發明電機控制器液冷結構的俯視示意圖。

圖2提供了本發明電機控制器液冷結構的仰視示意圖。

圖3提供了本發明集成化電機控制器的俯視示意圖。

圖4提供了本發明集成化電機控制器的仰視示意圖。

圖中，本體1、冷卻液通道2、第一冷卻段201、第一彎曲冷卻管2011、IGBT冷卻管2012、插孔2013、第二冷卻段202、第二彎曲冷卻管2021、充電機3、充電機冷卻區301、主電容4、主電容冷卻區401、IGBT冷卻區5、DC-DC轉換器6、DC-DC轉換器冷卻區601、VCU冷卻區7、散熱板8。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細的說明。

如圖1和2所示，本電機控制器液冷結構，包括由導熱材料製成的本體1，所述的本體1具有冷卻液通道2，所述的冷卻液通道2的一端與設置在本體1上的第一進出液口相連，另一端與設置在本體1上的第二進出液口相連，所述的本體1上設有用於冷卻充電機3的充電機冷卻區301、用於冷卻主電容4的主電容冷卻區401、用於冷卻IGBT的IGBT冷卻區5、用於冷卻DC-DC轉換器6的DC-DC轉換器冷卻區601和用於冷卻VCU的VCU冷卻區7，所述的充電機冷卻區301、主電容冷卻區401、IGBT冷卻區5、DC-DC 轉換器冷卻區601和VCU冷卻區7分布在本體1的冷卻液通道2 沿線。

具體地，冷卻液通道2包括位於本體1一面的第一冷卻段201 和位於本體1另一面的第二冷卻段202，所述的第一冷卻段201 和第二冷卻段202通過連通結構相互連通從而使冷卻液通道2形成雙層通道結構，所述的充電機冷卻區301、主電容冷卻區401、 IGBT冷卻區5、DC-DC轉換器冷卻區601和VCU冷卻區7分布在第一冷卻段201和第二冷卻段202上且分別位於本體1的相對置的兩面。其中，第一冷卻段201包括設置在本體1一面的第一彎曲冷卻管2011和IGBT冷卻管2012，第二冷卻段202包括設置在本體1另一面的第二彎曲冷卻管2021。第二彎曲冷卻管2021的一端通過設於本體1內的連通結構與第一彎曲冷卻管2011一端相連通，第二彎曲冷卻管2021的另一端通過設於本體1內的另一連通結構與IGBT冷卻管2012一端相連通。第一彎曲冷卻管2011 呈蛇形彎曲、螺旋形彎曲、波形彎曲中的任意一種；所述的第二彎曲冷卻管2021呈蛇形彎曲、螺旋形彎曲、波形彎曲中的任意一種。在第一彎曲冷卻管2011外側可固定設置導熱墊，導熱墊的內側具有與第一彎曲冷卻管2011吻合的凹槽，外側能與充電機接觸。在導熱墊上還可設置若干通孔，以利於熱交換。

本實施例中，充電機冷卻區301位於本體1設有第一彎曲冷卻管2011的一面，VCU冷卻區7和DC-DC轉換器冷卻區601位於本體1設有第一彎曲冷卻管2011的另一面。VCU冷卻區7和DC-DC 轉換器冷卻區601相鄰設置且兩者與充電機冷卻區301相對置地位於本體1兩面。主電容冷卻區401位於本體1的充電機冷卻區 301所在一面且充電機冷卻區301與第二彎曲冷卻管2021相對置。IGBT冷卻區5位於本體1設有IGBT冷卻管2012的一面。在 IGBT冷卻管2012上設有供IGBT的導熱結構進行散熱的熱交換結構。優選地，熱交換結構包括開於IGBT冷卻管2012上且與IGBT 冷卻管2012內部貫通的插孔2013，插孔2013均勻分布且各個插孔2013能與設置在IGBT的導熱結構上的散熱插腳一一對應地密封配合從而使散熱插腳能直接與IGBT冷卻管2012內的冷卻液接觸。IGBT冷卻管2012徑向擴展至本體1的另一面且在本體1另一面設有與IGBT冷卻管2012內部貫通的輔助插孔2013，輔助插孔2013均勻分布且各個輔助插孔2013能與散熱板8上的輔助散熱插腳一一對應地密封配合從而使輔助散熱插腳能直接與IGBT 冷卻管2012內的冷卻液接觸。散熱板8固定在本體1上且散熱板 8與第二彎曲冷卻管2021外壁接觸。

第二彎曲冷卻管2021與IGBT冷卻管2012相連一端的連通結構的內逕自第二彎曲冷卻管2021向IGBT冷卻管2012逐漸縮小；第一彎曲冷卻管2011與第二彎曲冷卻管2021相連一端的連通結構的內逕自第一彎曲冷卻管2011向第二彎曲冷卻管2021逐漸縮小。

如圖3和4所示，採用了上述電機控制器液冷結構的集成化電機控制器，在充電機冷卻區301上固定有充電機3，所述的主電容冷卻區401上固定有主電容4、所述的IGBT冷卻區5上固定有IGBT、所述的DC-DC轉換器冷卻區601上固定有DC-DC轉換器 6，以及所述的VCU冷卻區7上固定有VCU。IGBT的導熱結構上設有若干散熱插腳，所述的散熱插腳與插孔2013密封配合從而使散熱插腳能直接與IGBT冷卻管2012內的冷卻液接觸；所述的本體 1上固定有具有若干輔助散熱插腳的散熱板8，所述的輔助插孔 2013能與散熱板8上的輔助散熱插腳一一對應地密封配合從而使輔助散熱插腳能直接與IGBT冷卻管2012內的冷卻液接觸，所述的散熱板8與第二彎曲冷卻管2021外壁接觸。

本發明實現了電機控制器集成化，集成IGBT、主電容、充電機、DC-DC轉換器和VCU，冷卻液通道2大範圍覆蓋整個本體1，大幅度提升電機控制器功率密度，提升散熱能力，降低溫升；同時實現了新能源電動汽車控制系統的集成化。此外採用冷卻液通道2雙層結構形成落差，電機控制器的集成化布局的緊湊進一步得以實現；本發明的冷卻液通道2採用局部結構優化設計，對功耗小的元器件部位，冷卻液通道2進行簡化處理使其既能滿足散熱性能，又能減少水壓損耗。

本實施例中，在VCU冷卻區7設計縱橫交錯的散熱凸筋，以進一步提交熱交換效率。在本體1的側部設置安裝凸耳，以便於進行固定安裝。第二彎曲冷卻管2021呈U型；而第一彎曲冷卻管 2011呈蛇形彎曲。這裡的第一彎曲冷卻管2011亦可設計成螺旋盤形。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。

儘管本文較多地使用了本體1、冷卻液通道2、第一冷卻段 201、第一彎曲冷卻管2011、IGBT冷卻管2012、插孔2013、第二冷卻段202、第二彎曲冷卻管2021、充電機3、充電機冷卻區301、主電容4、主電容冷卻區401、IGBT冷卻區5、DC-DC轉換器6、 DC-DC轉換器冷卻區601、VCU冷卻區7、散熱板8等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。