豐田Prius 逆變器拆解分析

本委員會(huì)專注汽車三電技術(shù)高質(zhì)量討論交流，促進(jìn)國(guó)內(nèi)汽車技術(shù)的進(jìn)步。初期僅對(duì)主機(jī)廠、Tirl1等公司新能源汽車三電研發(fā)管理制造方面人員、大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)等新能源汽車三電研究人員，初期僅開發(fā)200人。

電感器總成由三個(gè)鐵氧體磁芯、支架和電絕緣導(dǎo)熱墊組成。鐵氧體是一種燒結(jié)粉末金屬結(jié)構(gòu)。它們被用于電路的高壓輸入端，并被放置在電感電路板之間。主DC-DC電路板置于鐵氧體磁芯的頂部。電絕緣導(dǎo)熱墊置于鐵氧體的冷卻板上。鐵氧體鐵芯是由支架固定，支架是用螺紋緊固件固定的。

圖28 DCDC電感器總成

DCDC線束總成由一個(gè)安裝在外殼外部的12VDC輸出端子耳、一個(gè)低壓線束(從控制器連接到DC/DC板)和一個(gè)連接器組成。線束一端連接DCDC主控制板，另一端連接連接器，連接器依次連接到另一端的電機(jī)控制器電路板。

圖29 DCDC線束總成

圖30DCDC連接器安裝圖示

圖31DCDC連接器

豐田Prius逆變器總成由五個(gè)子組組成：內(nèi)部殼體，母線，印刷電路板組件(PCBA，也包括IGBTs)，電感器和電容器和線束(電線)。一拆解可以看到內(nèi)部殼體附加的各種部件。母線包括沖壓的金屬接線端子，提供模塊內(nèi)部設(shè)備之間的電氣連接。PCBA組包含與逆變器組件相關(guān)聯(lián)的所有印刷電路板。電感和電容器組包括與逆變器相關(guān)聯(lián)的附加電子元件。線束包括連接逆變器中各部件的所有內(nèi)部接線部件。

圖32逆變器總成

逆變器內(nèi)部殼體總成由負(fù)載彈簧組件和IGBT組件的間隔器組成。負(fù)載彈簧組件在任何振動(dòng)時(shí)保護(hù)IGBT組件。墊片被放置在外殼和負(fù)載彈簧之間，以保持彈簧的剛度。

圖33負(fù)載彈簧總成

圖34負(fù)載彈簧細(xì)節(jié)

逆變器母線總成不包含額外的組件。創(chuàng)建該組是為了與項(xiàng)目其他部分中分析的類似組進(jìn)行比較。

逆變器PCBA與IGBT總成由3個(gè)印刷電路板組件和7個(gè)IGBT組成。三個(gè)電路板分別是電流傳感器板、主控制板、電阻陣列板。有7個(gè)IGBT，6個(gè)用于兩個(gè)電機(jī)和1個(gè)用于DCDC轉(zhuǎn)換器，它們被安裝到冷卻器組件之間，并連接到電容器組件。

圖35逆變器PCBA與IGBT總成

主控制板包括以下關(guān)鍵元器件：6層FR4印刷電路板，32位120MHz單片機(jī), 16位單片機(jī)，汽車級(jí)24 &13引腳雙插頭連接器，2寬輸入控制電源，60V /22A N mosfet，21個(gè)混合汽車連接器，其中插腳從IGBT，電容組裝和連接器連接。主控制板上的其他組件包括mosfet、電感器、整流器、電阻、電容器和二極管。下圖的左側(cè)可以看到雙連接器。

圖36逆變器主控制板

圖37雙插頭連接器特寫

圖38連接器特寫

電阻陣列電路板包括雙層FR4電路板和52個(gè)1210封裝的電阻。

圖39電阻陣列電路板

電流傳感器板由7霍爾效應(yīng)單軸傳感器，雙層FR4印刷電路板，14個(gè)0603貼片電容和3個(gè)0603貼片電阻組成。

圖40電流傳感器板

7個(gè)雙面水冷IGBT，被安裝在冷卻器總成冷卻翅之間。如下圖35所示。為了確保IGBT向較冷的氮化鋁墊片(AlN)傳遞熱量，在IGBT的兩側(cè)都放置了墊片，從而使整個(gè)總成的墊片總數(shù)達(dá)到14個(gè)。散熱片采用復(fù)合材料，增加傳熱。

圖41IGBT冷卻系統(tǒng)總成

圖42IGBT冷卻系統(tǒng)安裝特寫1

圖43IGBT冷卻系統(tǒng)安裝特寫2

圖44雙面水冷IGBT

圖45氮化鋁墊片(AlN)

逆變器電容與電感總成由兩個(gè)電容組件和一個(gè)電感組件組成。電容器組件是塑料外殼密封組件。電感器組件是一種過模組件，它有一對(duì)銅繞組圍繞著一個(gè)雙芯。

圖46逆變器電容與電感總成

主電容器組件包括電容器組、塑料外殼、塑料外殼內(nèi)的沖壓銅板和環(huán)氧灌封化合物。電容器組是一個(gè)大型金屬化聚丙烯(PP)薄膜設(shè)計(jì)與四個(gè)纏繞薄膜電容器并聯(lián)。電容器與壓印的銅板連接。采用兩種塑料形式和紙絕緣體對(duì)銅沖壓件進(jìn)行布線和絕緣。電容器外殼為3片外殼，注塑成型的PPS GF MD。電容器總成置于殼體內(nèi)后，用環(huán)氧樹脂密封。

圖47逆變器主電容器

圖48主電容安裝特寫

第二電容器組件包括電容器組、塑料外殼、塑料外殼內(nèi)的沖壓銅板和環(huán)氧灌封化合物。。電容器組是一個(gè)大型金屬化聚丙烯(PP)薄膜設(shè)計(jì)。金屬化聚合物與沖壓銅板電連接。電容器外殼為注塑成型的PPS GF MD。電容器安裝在殼體內(nèi)后，用環(huán)氧樹脂密封。

圖49逆變器第二個(gè)電容器

電感器組件由一對(duì)銅繞組繞在一對(duì)鐵氧體芯上。鐵氧體芯是通過粉末金屬工藝制造的。銅繞組繞在塑料筒子上。然后用粘合劑把芯固定在纏繞的筒管內(nèi)。然后用PPS GF MD對(duì)該電感器總成進(jìn)行過模壓組成一體。

圖50電感器一面

圖51電感器另一面

圖52電感器安裝特寫

線束與連接器總成由一個(gè)接線座總成、一根線束和引線框架總成。線束將控制板上的連接器連接到DCDC主電路板上。該引線框架連接到IGBT、電機(jī)控制器和電流傳感器。

圖53線束與連接器總成

接線座總成由兩個(gè)銅母線、兩個(gè)連接器板、蓋殼和連接到外殼上的緊固件組成。母線是沖壓的銅板，連接器板是沖壓鍍鎳銅板。塑料外殼是注塑成型的玻璃填充聚對(duì)苯二甲酸丁二烯。

圖54接線座總成

引線框架總成由沖壓銅引線、連接器插腳和塑料外殼組成，塑料外殼也有堆疊的金屬層壓鐵芯。有7條引線，為沖壓銅板。有14個(gè)連接到電流傳感器板的連接器插腳，12個(gè)連接到主控制器電路板，其余兩個(gè)連接到IGBT電路。引線框端子也有塑料支架，塑料支架為PPS GF MD。引線框架的外殼是一個(gè)注塑成型的為PPSGF MD，有七個(gè)層壓芯插入并過塑。每個(gè)鐵芯由14個(gè)沖壓在一起的鋼板組成。

圖55引線框總成

圖56電流傳感器槽

圖57焊接特寫