新能源汽車(chē)作為重點(diǎn)扶持的新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展新能源汽車(chē)已經(jīng)成為保障能源安全和轉(zhuǎn)型低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。控制器作為新能源電動(dòng)汽車(chē)的三大核心技術(shù)之一，其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是高功率密度、高度集成化、輕量化。
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電氣原理
為了實(shí)現(xiàn)高功率密度，充分利用控制器內(nèi)部的體積，同時(shí)兼顧裝配和制造簡(jiǎn)捷，控制器主要通過(guò)研究IGBT模塊、驅(qū)動(dòng)電路、薄膜電容器、高效散熱器的高度封裝集成，實(shí)現(xiàn)了功率部件的直焊互連集成設(shè)計(jì)與焊接工藝，為整車(chē)高溫、高濕、振動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境條件下電機(jī)控制器的可靠性提供保障，同時(shí)提升了電機(jī)控制器功率密度水平。
2、IGBT模塊和膜電容器
（1）IGBT模塊
在設(shè)計(jì)控制器時(shí)采用扁平化的雙面焊接單面散熱IGBT模塊實(shí)物，該IGBT的電壓為750V，電流為800A，比傳統(tǒng)的IGBT體積小，模塊內(nèi)部芯片采用雙面焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在功率模塊熱阻上遠(yuǎn)小于平面型結(jié)構(gòu)，同等條件下大大提升了功率模塊的輸出容量，提高了功率密度。
為了減小模塊與電容器之間的寄生電感以及改善模塊與電容器連接空間，縮短模塊與電容器之間的連接線路，開(kāi)展了電容器與功率模塊的連接技術(shù)研究。為了進(jìn)一步減小電路所需薄膜電容器的額定電壓和容量，同時(shí)提高電容器的耐電流水平，從而達(dá)到減小電容器體積的目的。
為了確認(rèn)薄膜電容器減少容值體積和改善電感以后的熱可靠性，需要進(jìn)一步對(duì)薄膜電容器開(kāi)展熱仿真分析。根據(jù)控制器整機(jī)運(yùn)行環(huán)境條件，薄膜電容器底面溫度設(shè)定為80℃，周?chē)h(huán)境溫度設(shè)定為85℃，使用仿真軟件對(duì)薄膜電容器進(jìn)行熱仿真。
3、冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真
IGBT模塊在運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生大量的熱損耗。需要用相應(yīng)的散熱結(jié)構(gòu)增加熱交換面積，帶走模塊所產(chǎn)生的熱量。考慮到過(guò)高的溫度會(huì)縮短IGBT的壽命并可能降低整個(gè)控制器在使用過(guò)程中的可靠性，該款控制器需要對(duì)散熱系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，在目前散熱分析中，主要通過(guò)仿真軟件計(jì)算IGBT在不同工況下的最高溫度以及后續(xù)樣機(jī)的驗(yàn)證分析。從散熱仿真結(jié)果可以看出，模塊在峰值工況下芯片的最高溫度為131.05℃，IGBT模塊長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的耐溫為150℃，在使用要求范圍內(nèi)。
4、臺(tái)架試驗(yàn)
為了確保電機(jī)控制器能夠在整車(chē)的不同工況下平穩(wěn)的運(yùn)行，同時(shí)，使該控制器具有經(jīng)濟(jì)適用性，對(duì)所設(shè)計(jì)控制器制作樣機(jī)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試，并對(duì)控制器效率進(jìn)行測(cè)試，冷卻液溫度設(shè)定為65℃。
（1）系統(tǒng)性能測(cè)試
在設(shè)計(jì)電機(jī)控制器效率MAP與系統(tǒng)效率MAP測(cè)試時(shí)，電動(dòng)工況下，控制器最高效率為97.82%，系統(tǒng)最高效率為94.69%；發(fā)電工況下，控制器最高效率為98.23%，系統(tǒng)最高效率為94.83%；控制器效率大于90%的高效區(qū)面積占84.66%，系統(tǒng)效率大于80%的高效區(qū)面積占83.56%。
（2）溫升測(cè)試
在功率密度得到提高的同時(shí)，IGBT產(chǎn)生的熱量也迅速增加，因此要著重關(guān)注IGBT本身的溫升效果。對(duì)控制器進(jìn)行溫升測(cè)試。在峰值工況下模塊內(nèi)部溫度傳感器的最高溫度為95℃，由此反推IGBT芯片的最高溫度不會(huì)超過(guò)120℃，低于IGBT芯片結(jié)溫150℃，可長(zhǎng)期運(yùn)行。
