丰田Prius 逆变器拆解分析

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时间：2019-06-01 09:25:01

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本委员会专注汽车三电技术高质量讨论交流，促进国内汽车技术的进步。初期仅对主机厂、Tirl1等公司江南网页版登录入口官网下载三电研发管理制造方面人员、大学及科研机构等江南网页版登录入口官网下载三电研究人员，初期仅开发200人。

图1丰田rius逆变器整体

一、逆变器的整体结构

图2丰田Prius逆变器爆炸图

图3各部分名称

图4双电机三相线接口

图5高压母线接口

丰田壳体和冷却组包括机壳、上盖、底板和冷却系统。机壳部分分为上下两部分:上下两部分主要外壳均为压铸铝，上盖和底板均为冲压钢，一对支架均为冲压钢，一对外部装配支架均为冲压钢，IGBT冷却器总成、冷却剂管路配件、垫圈和配套的五金(硅胶节水口、螺丝、衬套、标签)。

图6机壳与水道

两个主要的壳体，一个上，一个下。当它们组装在一起时，就形成了逆变器的壳体。两个壳体都是压铸铝组件，材料为铝A380。铸造后的零件经过修整、加工、去毛刺和清洗。下壳体包括用于冷却路径、DC/DC安装板、电子和连接器电缆穿过的孔洞。下壳体用于安装DC/DC电子器件，上壳体用于安装电机控制器电子器件。

图7上壳体

图8下壳体

上盖为带有涂层的冲压钢板。上盖留有一个用于对外连接的低压连接器的端子出口，四周有多个螺丝孔，并具有防呆功能。

图9底板

底板为冲压镀锌钢板，四周有多个螺丝孔，其中一端进行防呆设计。

IGBT冷却系统总成由冷却板总成、冷却管和散热片组成。冷却板为冲压铝板。翅片和隔板材料为铝，制造工艺为滚压成型。翅片和隔板被放置在冷却板之间，横截面如下图所示。有一对冷却管，连接在冷却板堆的两端。一共有八套冷却板总成，它们堆叠在一起。他们中间可以放置七个IGBT；六个用于两个电机，一个用于DC/DC升压转换器，它们被安装在每对冷却板之间。

图10IGBT冷却系统总成

图11翅片内部

三个冷却配件安装在上、下壳体上。配件是一对防压套管(用于连接螺纹紧固件)材质为玻璃纤维增强尼龙，用O型圈进行防水。其中一个配件是连接到车辆冷却系统的接口。另一配件从一个面到IGBT冷却系统，从上壳体内的IGBT冷却器系统到下壳体，用于冷却DC/DC降压转换器电子产品。

图12安装在机壳上的冷却配件

图13-1 IGBT冷却接口

图14-2 DCDC冷却接口

图15-3 IGBT到车辆冷却系统接口

在底部外壳上设计有一对支架总成，用于将逆变器安装到车辆上。每个支架总成由支架、接地带和安装衬套组成。托架是钢制的。托架总成通过安装衬套用螺纹紧固件固定在较低的外壳上。

图16支架总成

丰田DC/DC总成由五部分组成，包括：内部壳体、母线、印刷电路板组件(PCBA)、电感器以及线束(布线)。一拆解可以看到内部壳体附加的各种部件。母线包括冲压的金属接线端子，提供模块内部设备之间的电气连接。PCBA组包含与DC/DC转换器相关联的所有印刷电路板。电感器组包括与DC/DC转换器相关联的附加电子组件。线束包括连接转换器中各个组件的所有内部布线组件。高压直流输入在左边，12伏直流输出在右边。

图17 DCDC总成

图18 DCDC总成安装在壳体内

二、DCDC内部壳体组成

DCDC内部壳体总成由一个压铸铝冷却板组成。冷却板的材料为铝A380。铸造后的零件经过修整、加工、去毛刺和清洗。该部件的底部表面是冷却水道，顶部表面安装电气元件。该部件与附在底部外壳上的电路板一起紧固。在底部外壳和冷却板之间放置橡胶垫片，以确保两者之间有足够的密封。

图19 DCDC内部壳体正面

图20 DCDC内部壳体反面

三、DCDC母线总成

DCDC母线总成由两个母线连接器组件组成。两个母线连接器都是插入注塑成型的。该总成由冲压镀镍铜端子、螺母和垫片组成。塑料模具材料为玻璃填充聚对苯二甲酸丁二酯。一个组件接收高压DC，另一个组件从DCDC转换器输出12VDC。两个连接器都用螺纹紧固件固定在DCDC冷却剂板上。

图21 DCDC母线总成

图22 DCDC母线组件安装示意

四、DCDC PCBA总成

DCDC PCBA总成由电感电路板、主DCDC电路板和小电容板组成。电感电路板包括二极管和薄膜电容器，并包含放置铁氧体的空间，以完成电路。主DCDC电路板组件包含整个DCDC控制部分的所有物料器件。小电容板包含四个电容，并与输出母线相连。

图23DCD PCBA总成

电感电路板包括夹在铜冲压件之间的FR4板材，FR4板材粘在铜冲压件上。该电路由4个二极管和一个薄膜电容器组成。电路板有容纳铁氧体磁芯的空间。整个总成通过八个螺纹紧固件连接到冷却板上。电路板元件包括：10uF薄膜电容器，48.4V TVS二极管，6端子板对板连接器。

图24电感电路板

DCDC主控制板包括以下关键器件：650 V/69A NMOSFET，低电压256 *9同步FIFO存储器,1mH/10KHz 2线共模扼流圈, 4层FR4PCB，64引脚32位RISC单片机带有192 kb Flash，10uF /50 V陶瓷电容器。在主板上发现的其他组件包括放大器、mosfet、变压器、稳压器、栅驱动器、CAN收发器、闪存、差分比较器和各种较小的有源和无源表面安装组件。

图25 DCDC主控制板正面

图26 DCDC主控制板反面

小电容板的一侧有6个1206的贴片电容，电路板为FR4，班上有两个螺丝孔。

图27小电容板

五、DCDC电感器组成

电感器总成由三个铁氧体磁芯、支架和电绝缘导热垫组成。铁氧体是一种烧结粉末金属结构。它们被用于电路的高压输入端，并被放置在电感电路板之间。主DC-DC电路板置于铁氧体磁芯的顶部。电绝缘导热垫置于铁氧体的冷却板上。铁氧体铁芯是由支架固定，支架是用螺纹紧固件固定的。

图28 DCDC电感器总成

六、DCDC线束总成

DCDC线束总成由一个安装在外壳外部的12VDC输出端子耳、一个低压线束(从控制器连接到DC/DC板)和一个连接器组成。线束一端连接DCDC主控制板，另一端连接连接器，连接器依次连接到另一端的电机控制器电路板。

图29 DCDC线束总成

图30DCDC连接器安装图示

图31DCDC连接器

七、丰田Prius逆变器总成

丰田Prius逆变器总成由五个子组组成：内部壳体，母线，印刷电路板组件(PCBA，也包括IGBTs)，电感器和电容器和线束(电线)。一拆解可以看到内部壳体附加的各种部件。母线包括冲压的金属接线端子，提供模块内部设备之间的电气连接。PCBA组包含与逆变器组件相关联的所有印刷电路板。电感和电容器组包括与逆变器相关联的附加电子元件。线束包括连接逆变器中各部件的所有内部接线部件。

图32逆变器总成

逆变器内部壳体总成由负载弹簧组件和IGBT组件的间隔器组成。负载弹簧组件在任何振动时保护IGBT组件。垫片被放置在外壳和负载弹簧之间，以保持弹簧的刚度。

图33负载弹簧总成

图34负载弹簧细节

逆变器母线总成不包含额外的组件。创建该组是为了与项目其他部分中分析的类似组进行比较。

逆变器PCBA与IGBT总成由3个印刷电路板组件和7个IGBT组成。三个电路板分别是电流传感器板、主控制板、电阻阵列板。有7个IGBT，6个用于两个电机和1个用于DCDC转换器，它们被安装到冷却器组件之间，并连接到电容器组件。

图35逆变器PCBA与IGBT总成

主控制板包括以下关键元器件：6层FR4印刷电路板，32位120MHz单片机, 16位单片机，汽车级24 &13引脚双插头连接器，2宽输入控制电源，60V /22A N mosfet，21个混合汽车连接器，其中插脚从IGBT，电容组装和连接器连接。主控制板上的其他组件包括mosfet、电感器、整流器、电阻、电容器和二极管。下图的左侧可以看到双连接器。

图36逆变器主控制板

图37双插头连接器特写

图38连接器特写

电阻阵列电路板包括双层FR4电路板和52个1210封装的电阻。

图39电阻阵列电路板

电流传感器板由7霍尔效应单轴传感器，双层FR4印刷电路板，14个0603贴片电容和3个0603贴片电阻组成。

图40电流传感器板

7个双面水冷IGBT，被安装在冷却器总成冷却翅之间。如下图35所示。为了确保IGBT向较冷的氮化铝垫片(AlN)传递热量，在IGBT的两侧都放置了垫片，从而使整个总成的垫片总数达到14个。散热片采用复合材料，增加传热。

图41IGBT冷却系统总成

图42IGBT冷却系统安装特写1

图43IGBT冷却系统安装特写2

图44双面水冷IGBT

图45氮化铝垫片(AlN)

逆变器电容与电感总成由两个电容组件和一个电感组件组成。电容器组件是塑料外壳密封组件。电感器组件是一种过模组件，它有一对铜绕组围绕着一个双芯。

图46逆变器电容与电感总成

主电容器组件包括电容器组、塑料外壳、塑料外壳内的冲压铜板和环氧灌封化合物。电容器组是一个大型金属化聚丙烯(PP)薄膜设计与四个缠绕薄膜电容器并联。电容器与压印的铜板连接。采用两种塑料形式和纸绝缘体对铜冲压件进行布线和绝缘。电容器外壳为3片外壳，注塑成型的PPS GF MD。电容器总成置于壳体内后，用环氧树脂密封。

图47逆变器主电容器

图48主电容安装特写

第二电容器组件包括电容器组、塑料外壳、塑料外壳内的冲压铜板和环氧灌封化合物。。电容器组是一个大型金属化聚丙烯(PP)薄膜设计。金属化聚合物与冲压铜板电连接。电容器外壳为注塑成型的PPS GF MD。电容器安装在壳体内后，用环氧树脂密封。

图49逆变器第二个电容器

电感器组件由一对铜绕组绕在一对铁氧体芯上。铁氧体芯是通过粉末金属工艺制造的。铜绕组绕在塑料筒子上。然后用粘合剂把芯固定在缠绕的筒管内。然后用PPS GF MD对该电感器总成进行过模压组成一体。

图50电感器一面

图51电感器另一面

图52电感器安装特写

线束与连接器总成由一个接线座总成、一根线束和引线框架总成。线束将控制板上的连接器连接到DCDC主电路板上。该引线框架连接到IGBT、电机控制器和电流传感器。

图53线束与连接器总成

接线座总成由两个铜母线、两个连接器板、盖壳和连接到外壳上的紧固件组成。母线是冲压的铜板，连接器板是冲压镀镍铜板。塑料外壳是注塑成型的玻璃填充聚对苯二甲酸丁二烯。

图54接线座总成

引线框架总成由冲压铜引线、连接器插脚和塑料外壳组成，塑料外壳也有堆叠的金属层压铁芯。有7条引线，为冲压铜板。有14个连接到电流传感器板的连接器插脚，12个连接到主控制器电路板，其余两个连接到IGBT电路。引线框端子也有塑料支架，塑料支架为PPS GF MD。引线框架的外壳是一个注塑成型的为PPSGF MD，有七个层压芯插入并过塑。每个铁芯由14个冲压在一起的钢板组成。

图55引线框总成

图56电流传感器槽

图57焊接特写