一种功率单元及具有其的高集成装置的制作方法

1.本技术涉及动力总成技术领域，特别涉及一种功率单元及具有其的高集成装置。


背景技术：

2.电机控制器作为新能源汽车核心部件，其性能直接影响到整车的舒适性、可靠性以及能耗。功率半导体器件是电机控制器的核心部件，传统的电机控制器主电路逆变器多采用硅基绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，简称igbt)方案。近年来，以sic为代表的第三代功率半导体材料，已经被广泛应用在新能源汽车领域。
3.同时，集成化、高效化、小型化、轻量化、低成本化和高可靠性是电机控制器的发展趋势，尤其是小型化和轻量化，是下一步发展的重要目标，旨在通过提高电机控制器的集成度、采用高性能的sic功率模块，在不断降低电机控制器的体积和重量的同时提高峰值功率，从电机控制器设计来看，提高功率密度并具有与整车匹配的大功率性能，意味着要在更紧凑的结构尺寸中要提供更大的散热能力。
4.目前采用sic功率模块的电机控制器，一般采用两层或多层散热器对sic功率模块进行冷却设计，散热结构一般占用较大的内部空间；而且直流母线电容一般通过塑料外壳进行空气散热，造成直流母线电容也需要更大的体积，如何对sic功率模块进行高集成度研究仍然是主要研究方向。
5.然而，现有技术中存在由于功率模块散热器占用空间较大，直流母线电容通过空气被动散热造成散热性能差、体积庞大，进而造成电机控制器体积大、重量大、集成度不高、功率密度低的技术问题。


技术实现要素：

6.本技术实施例要达到的技术目的是提供一种功率单元及具有其的高集成装置，用于解决现有技术中存在由于功率模块散热器占用空间较大，直流母线电容通过空气被动散热造成散热性能差、体积庞大，进而造成电机控制器体积大、重量大、集成度不高、功率密度低的技术问题。
7.为了解决上述问题，本技术实施例提供一种功率单元及具有其的高集成装置。其中，所述功率单元包括：散热模块，所述散热模块用于散热；直流铜排，所述直流铜排在所述散热模块的上侧集成设置，所述直流铜排用于实现电机控制器的直流电输入；交流铜排，所述交流铜排在所述散热模块的上侧集成设置，所述交流铜排用于实现电机的交流电输入；功率模块，所述功率模块固定于所述散热模块侧表面，所述功率模块通过所述散热模块实现散热；传感模块，所述传感模块通过支架与所述散热模块连接，用于对所述交流铜排进行电流检测；驱动电路板，所述驱动电路板置于所述散热模块的下侧，与所述功率模块连接，能够接收所述传感模块传输的电流信号，实现电机控制器对电机的控制。
8.优选的，所述散热模块包括：
9.电容芯体；
10.壳体，所述壳体具有一用于封装所述电容芯体的容置空间，且所述散热模块的冷却水道外嵌于所述壳体外壁的侧表面；
11.水道盖板，所述水道盖板用于对所述壳体外壁设置的冷却水道进行密封。
12.优选的，所述水道盖板还包括：
13.第一对立盖板，所述第一对立盖板焊接于所述壳体的第一对立侧面，且所述第一对立盖板上设有第一进水口和第一出水口，实现冷却液的流入和流出；
14.第二对立盖板，所述第二对立盖板焊接于所述壳体的第二对立侧面，其中，所述第一对立侧面与所述第二对立侧面不重叠。
15.优选的，所述功率模块通过弹性压板分别固定于所述第二对立盖板的表面。
16.优选的，所述功率模块还包括：直流端子、交流端子和信号针；
17.其中，所述直流端子与所述散热模块的输出直流接线柱连接，用于实现所述功率模块的直流输出；
18.所述交流端子与所述交流铜排连接，用于实现电机的交流电输入；
19.所述信号针焊接于所述驱动电路板上，实现对所述功率模块的驱动控制。
20.优选的，所述直流铜排的一端与所述散热模块的输入直流接线柱连接，另一端与电池连接，实现电机控制器的直流输入。
21.本技术的另一优选实施例提供了一种高集成装置，包括：集成壳体以及如上所述的功率单元；
22.其中，所述集成壳体与所述功率单元可拆卸装配，用于实现动力总成。
23.优选地，如上所述的高集成装置，其特征在于，所述集成壳体还包括：
24.第二进水口，所述第二进水口与所述第一进水口连接；
25.第二出水口，所述第二出水口与所述第一出水口连接。
26.优选地，如上所述的高集成装置，其特征在于，所述高集成装置还包括：
27.直流连接器，所述直流连接器与所述直流铜排连接，实现所述功率单元的直流电输入。
28.优选地，如上所述的高集成装置，其特征在于，所述高集成装置还包括：
29.对外信号连接器，所述对外信号连接器与所述驱动电路板的信号连接器相连，实现整车控制器与所述功率单元控制信号交互。
30.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
31.本技术提供了一种功率单元及具有其的高集成装置。其中，所述装置包括：散热模块，所述散热模块用于散热；直流铜排，所述直流铜排在所述散热模块的上侧集成设置，所述直流铜排用于实现电机控制器的直流电输入；交流铜排，所述交流铜排在所述散热模块的上侧集成设置，所述交流铜排用于实现电机的交流电输入；功率模块，所述功率模块固定于所述散热模块侧表面，所述功率模块通过所述散热模块实现散热；传感模块，所述传感模块通过支架与所述散热模块连接，用于对所述交流铜排进行电流检测；驱动电路板，所述驱动电路板置于所述散热模块的下侧，与所述功率模块连接，能够接收所述传感模块传输的电流信号，实现电机控制器对电机的控制。解决了现有技术中存在由于功率模块散热器占用空间较大，直流母线电容通过空气被动散热造成散热性能差、体积庞大，进而造成电机控制器体积大、重量大、集成度不高、功率密度低的技术问题。达到了通过优化布置和散热结
构进行集成设计，实现小型化、紧凑化，从而减小直流母线电容体积，提高散热性能的技术效果。
附图说明
32.图1为本技术实施例中功率单元的正面结构示意图。
33.图2为本技术实施例中功率单元的背面结构示意图；
34.图3为本技术实施例中功率单元的剖面结构示意图；
35.图4为本技术实施例中功率单元的散热模块结构示意图；
36.图5为本技术实施例功率单元与集成壳体的装配结构示意图；
37.图6为本技术实施例中具有上述功率单元的高集成装置的结构示意图。
38.【附图标记说明】
39.110、散热模块110；111、壳体；112、第一对立盖板；113、第二对立盖板；1121、第一进水口；1122、第一出水口；115、电容芯体；101、功率模块；1011、直流端子；1012、交流端子；1013、信号针；102、弹性压板；103、直流铜排；104、交流铜排；105、传感模块；106、支架；120、驱动电路板；121、信号连接器；200集成壳体；201、第二进水口；202、第二出水口；208、直流连接器；209、对外信号连接器。
具体实施方式
40.为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本技术的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本技术的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
41.应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
42.在本技术的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
43.应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
44.在本技术所提供的实施例中，应理解，“与a相应的b”表示b与a相关联，根据a可以确定b。但还应理解，根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其它信息确定b。
45.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示唯一的实施方式。
46.本技术提供了一种功率单元及具有其的高集成装置，解决了现有技术中存在由于功率模块散热器占用空间较大，直流母线电容通过空气被动散热造成散热性能差、体积庞大，进而造成电机控制器体积大、重量大、集成度不高、功率密度低的技术问题。
47.针对上述技术问题，本技术提供的技术方案总体思路如下：
48.本技术中的技术方案，提供了一种功率单元及具有其的高集成装置，其中，所述功率单元包括：散热模块，所述散热模块用于散热；直流铜排，所述直流铜排在所述散热模块的上侧集成设置，所述直流铜排用于实现电机控制器的直流电输入；交流铜排，所述交流铜排在所述散热模块的上侧集成设置，所述交流铜排用于实现电机的交流电输入；功率模块，所述功率模块固定于所述散热模块侧表面，所述功率模块通过所述散热模块实现散热；传感模块，所述传感模块通过支架与所述散热模块连接，用于对所述交流铜排进行电流检测；驱动电路板，所述驱动电路板置于所述散热模块的下侧，与所述功率模块连接，能够接收所述传感模块传输的电流信号，实现电机控制器对电机的控制。达到了通过优化布置和散热结构进行集成设计，从而减小直流母线电容体积，提高散热性能的技术效果，解决了由于功率模块散热器占用空间较大，直流母线电容通过空气被动散热造成散热性能差、体积庞大，进而造成电机控制器体积大、重量大、集成度不高、功率密度低的技术问题。实现动力总成的小型化、紧凑化设计和清洁性装配，提高电机控制器的控制质量。
49.实施例1
50.如图1所示，本技术实施例提供了一种功率单元及具有其的高集成装置，其中，所述功率单元优选为sic功率单元，包括：散热模块110，所述散热模块110用于散热；直流铜排103，所述直流铜排103在所述散热模块110的上侧集成设置，所述直流铜排103用于实现电机控制器的直流电输入；交流铜排104，所述交流铜排104在所述散热模块110的上侧集成设置，所述交流铜排104用于实现电机的交流电输入；功率模块101，所述功率模块101通过弹性压板固定于所述散热模块110侧表面，所述功率模块101通过所述散热模块110实现散热；传感模块105，所述传感模块105通过支架106与所述散热模块110连接，用于对所述交流铜排104进行电流检测；驱动电路板120，所述驱动电路板120置于所述散热模块110的下侧，与所述功率模块101连接，能够接收所述传感模块传输的电流信号，实现电机控制器对电机的控制。
51.具体而言，本技术提出一种新型的功率单元。进一步的，所述功率单元通过将电容芯子直接灌封于壳体，并在壳体前、后、左、右四个侧面设计冷却水道实现两组功率模块的散热；同时该直流母线电容上侧集成直流铜排和交流铜排、下侧布置驱动控制一体电路板、侧面同时通过支架安装了三联电流传感器，实现了高集成度的模块化的功率单元。如图1所示，所述散热模块110中为基于直流母线电容集成设置的散热结构模块，所述散热模块110中包括有封装的直流母线电容以及对应的冷却水道，从而使得所述散热模块110具有小型化散热结构，避免散热结构的体积大而影响集成度。所述功率模块101为sic功率模块，并通过弹性压板102固定于水道盖板113上，所述传感模块105为传感器集成设置的的传感模块，优选的，所述传感模块105中的传感器为三联电流传感器，且所述传感模块105通过支架106安装于所述散热模块110的的水道盖板112上，用以检测交流铜排104的电流大小并将信号传送至所述驱动电路板120，其中，所述驱动电路板120可以根据所述功率模块101的选型，
将所述驱动电路板120布置于所述散热模块110的上方或侧方，实现类似的集成结构，优选的，如图2所示，在本技术中将所述驱动电路板布置于所述散热模块的下方，并与所述功率模块101连接，通过电流信号的调节，实现电机控制器对电机的控制。在所述散热模块110上侧集成直流铜排103和交流铜排104、下侧布置驱动电路板120、侧面同时通过支架106安装了传感器模块105，实现了高集成度的模块化的总成结构。
52.进一步的，所述散热模块110包括：电容芯体115；壳体111，所述壳体111具有一用于封装所述电容芯体115的容置空间，且所述散热模块110的冷却水道外嵌于所述壳体111外壁的侧表面；水道盖板，所述水道盖板用于对所述壳体111外壁设置的冷却水道进行密封。
53.进一步的，所述水道盖板还包括：第一对立盖板112，所述第一对立盖板112焊接于所述壳体111的第一对立侧面，且所述第一对立盖板112上设有第一进水口1121和第一出水口1122，实现冷却液的流入和流出；第二对立盖板113，所述第二对立盖板113焊接于所述壳体111的第二对立侧面，其中，所述第一对立侧面与所述第二对立侧面不重叠。
54.具体而言，所述散热模块110在电机控制器的使用中具有冷却作用，基于电机控制器的外形结构设计的高要求，对于散热模块的结构也具有了较高的要求，目前，电机控制器中的散热结构会占用较大的内部空间，而且封装的直流母线电容也会通过壳体进行空气散热，因此，如图3所示，本技术中的散热模块110中，电容芯体115通过环氧树脂灌封于所述壳体111中，且所述壳体111呈中空结构，且所述壳体111可以选择不同材料，比如金属、塑料等，优选的，所述壳体111为金属材料，能够提高所述散热模块110的散热性能。所述壳体111内部容置空间与用于封装的所述电容芯体具有同样大小，如图4所示，所述壳体111外壁的冷却水道呈四周内嵌结构，且所述壳体111的水道结构设计包括出水口和入水口的设计，进而在对设有的中空冷却水道进行密封时对应需要设计有第一进水口1121和第二进水口1122，在壳体111前后左右四个侧面焊接水道盖板，进一步的，所述第一对立盖板112，即前后侧面水道盖板通过搅拌摩擦焊或真空钎焊焊接于壳体111；所述第二对立盖板113即左右侧面水道盖板也通过搅拌摩擦焊或真空钎焊焊接于壳体111。由于所述第一对盖板112和所述第二对立盖板是根据所述壳体111的四个侧表面进行对立设计的。
55.详细来说，所述第一对立盖板112中所述第一进水口1121的冷却液均匀流入水道盖板113内侧的pin-fin结构，挤压其上的所述功率模块101进行热交换，然后通过水道盖板112的所述第一出水口1122将热量带走。同时，电容芯体115散发的热量也可以同时与冷却液进行热交换，提高了电容芯子的散热性能，进而可以减小电容芯子的体积。
56.进一步的，所述功率模块101通过弹性压板102分别固定于所述第二对立盖板113的表面。
57.具体而言，所述功率模块101是以sic为半导体材料，具有高性能效果，能够在不断降低电机控制器的体积和重量的同时提高峰值功率，因此，所述功率模块101采用了sic功率模块，并将所述功率模块101通过弹性压板102固定于所述第二对立盖板113的表面，由于所述第一对立盖板112和所述第二对立盖板113为对立设置，所述第一对立盖板112可能为前后侧面，也可能为左右侧面；另一方面的，所述第二对立盖板可能为左右侧面，也可能为前后侧面。当所述第一对立盖板112设有进水口和出水口后，所述功率模块101需要固定于所述第二对立盖板113，且固定的方式是根据所述弹性压板102设置的，当来自所述第一进
水口1121的冷却液均匀流入水道盖板内侧的pin-fin结构，通过弹性压板102挤压其上的功率模块101进行热交换，然后通过所述第一出水口1122将热量带走，基于弹性压板固定的方式能够充分发挥所述散热模块110与所述功率模块101之间的弹性散热，从而通过优化布置和散热结构，达到了提高散热性能的技术效果。
58.进一步的，所述功率模块101还包括：直流端子、交流端子和信号针；其中，所述直流端子与所述散热模块的输出直流接线柱连接，用于实现所述功率模块101的直流输出；所述交流端子与所述交流铜排连接，用于实现电机的交流电输入；所述信号针焊接于所述驱动电路板上，实现对所述功率模块101的驱动控制。
59.进一步的，所述直流铜排的一端与所述散热模块的输入直流接线柱连接，另一端与电池连接，实现电机控制器的直流输入。
60.具体而言，如图1所示，所述散热模块110上侧的输入直流接线柱通过螺栓与直流铜排103连接，直流铜排103另一侧通过直流连接器与电池连接，实现电机控制器的直流输入。直流母线电容总成110上侧的输出直流接线柱通过螺栓与功率模块101的直流端子1011连接，实现功率模块的直流输出。功率模块101的交流端子通过螺栓与交流铜排104相连，交流铜排104另一侧与电机三相线连接，实现电机的交流电输入。所述驱动电路板120布置于直流母线电容总成，即所述散热模块110的下方，进一步的，所述功率模块101的信号针1013焊接于所述驱动电路板120上，所述驱动电路板120为主控驱动一体电路板，实现对功率模块101的驱动控制。主控驱动一体电路板120上设计有多个信号连接器121，通过信号线束与电流传感器、电机旋变和温度传感器以及电机控制器对外信号连接器相连。
61.实施例2
62.参见图5和6，本技术还提供了一种高集成装置，包括：集成壳体200以及如上所述的功率单元；
63.其中，所述集成壳体200与所述功率单元可拆卸装配，用于实现动力总成。
64.进一步的，所述集成壳体200还包括：第二进水口201，所述第二进水口201与所述第一进水口1121连接；第二出水口202，所述第二出水口202与所述第一出水口1122连接；直流连接器208，所述直流连接器208与所述直流铜排103连接，实现所述功率单元的直流电输入；对外信号连接器209，所述对外信号连接器209与所述驱动电路板120的信号连接器相连，实现整车控制器与所述功率单元控制信号交互。
65.具体而言，模块化的所述功率单元还可以以总成的方式安装于动力总成的所述集成壳体200，实现动力总成的小型化、紧凑化设计和清洁性装配。本实施例为所述功率单元与集成壳体200的装配。如图5所示，所述集成壳体200是将电机控制器、电机、减速器三个独立的壳体进行集成设计获得的，从而形成一个高度集成的壳体结构，可以通过压铸工艺成型。所述集成壳体200通过集成设计，能够节省原来三个独立壳体的连接螺栓、密封圈、连接水管等结构、同时减小了动力总成的体积。在动力总成装配线，所述功率单元可以在清洁环境下先安装于所述集成壳体200，防止电路板等器件进入杂质，然后再进行电机、减速器内部零件的装配。在进行所述集成壳体200与所述功率单元的装配时，将所述功率单元中的第一进水口1121与所述集成壳体200中的第二进水口201连接，所述功率单元中的第一出水口1122与所述集成壳体200中的第二出水口202连接。
66.进一步的，如图6所示，通过所述集成壳体200与所述功率单元实现高集成度动力
总成，由集成壳体200及电机控制器盖板205、电机盖板206、减速器盖板207围成一个集成腔室，其中功率单元安装于电机控制器腔室。动力总成进水管203在集成壳体内部通过上述集成壳体的进水口201进入功率单元散热水道，动力总成出水管204在集成壳体内部通过上述集成壳体的出水口202流出功率单元散热水道集成壳体200还安装有直流连接器208，该直流连接器直接与上述直流铜排103连接，实现功率单元直流电输入；集成壳体200还安装有对外信号连接器209，该信号连接器通过低压线束与上述信号连接器121连接，实现整车控制器与功率单元控制信号交互，解决了现有技术中存在由于功率模块101散热器占用空间较大，直流母线电容通过空气被动散热造成散热性能差、体积庞大，进而造成电机控制器体积大、重量大、集成度不高、功率密度低的技术问题。达到了通过优化布置和散热结构进行集成设计，实现小型化、紧凑化，从而减小直流母线电容体积，提高散热性能的技术效果。
67.实施例3
68.为了更清楚的解释一种功率单元及具有其的高集成装置的技术方案，本技术实施例提供了一种功率单元及具有其的高集成装置的使用方法，具体如下：
69.本技术通过将电容芯体115封装于散热模块110中，再对其散热结构的基础壳体111进行设计，并对所述壳体111外壁侧表面设计的冷却水道进行水道盖板密封，将第一对立盖板112密封于所述壳体111的第一对立侧面(前后侧面)并设计进水口和出水口实现电机控制器冷却液的流入和流出，将第二对立盖板113密封于所述壳体的第二对立侧面(左右侧面)，并将功率模块101通过弹性压板102固定于所述第二对立盖板113上，从而构建出散热模块与功率模块101的弹性散热，进一步的，通过上侧集成直流铜排103和交流铜排104、下侧布置驱动电路板120、侧面同时通过支架106安装传感模块105，实现了高集成度的模块化的总成结构，基于连接完成的所述功率单元，进一步的，再根据集成壳体200与所述功率单元实现高集成度动力总成，即通过集成壳体200及三个盖板围成一个集成腔室，其中，所述功率单元安装于电机控制器腔室。动力总成进水管在集成壳体内部通过所述集成壳体200中的所述第二进水口201进入所述功率单元散热水道，动力总成出水管204在集成壳体内部通过上述集成壳体的出水口202流出功率单元散热水道。从而实现了散热水道的高效利用，实现小型化、紧凑化，在减小直流母线电容体积的同时提高散热性能。
70.本技术中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
71.本技术提出的功率单元，将电容芯子直接灌封于金属壳体，并在壳体前、后、左、右四个侧面设计冷却水道实现两组sic功率模块的散热；电容金属壳体的冷却水道设计可以同时提高了电容芯子的散热性能，进而可以减小电容芯子的体积。
72.本技术提出的功率单元，直流母线电容上侧集成直流铜排和交流铜排、下侧布置驱动控制一体电路板、侧面同时通过支架安装了三联电流传感器，实现了高集成度的模块化的总成结构。
73.本技术提出的功率单元还可以以总成的方式安装于动力总成的集成壳体，实现动力总成的小型化、紧凑化设计和清洁性装配。
74.此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
75.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间
存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
76.以上所述是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。