【摘要】：我國缺油、少氣、多煤,而且汽車尾氣排放量已占城市空氣污染源的64%,從合理利用能源、控制城市污染的角度,發(fā)展電動汽車具有特別重要的意義。以IGBT為代表的電力電子器件是電動汽車的關鍵元器件。受車輛空間限制和使用環(huán)境的約束,車用電機驅(qū)動系統(tǒng)對功率器件在散熱性能、功率密度、電磁兼容、抗振動與沖擊、抗灰塵與雨水等方面的要求比普通電氣傳動系統(tǒng)更高,目前世界市場范圍內(nèi)的IGBT器件尚不能夠完全滿足電動汽車制造廠要求。解決上述問題的有效方法之一是借鑒集成電路的思路,針對電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的特殊運行環(huán)境開發(fā)電力電子集成模塊(Integrated Power Electronic Module, IPEM),將功率芯片、驅(qū)動電路、保護電路、控制電路等集成封裝在同一個模塊里。尚若獲得這樣的電力電子集成模塊,因其體積小,則對其采取電磁屏蔽等各種抗干擾措施、隔振減振等各種抗振動沖擊措施就容易的多,效果也好得多；同樣,因其體積小,電機控制器和電機之間的距離可以變得很小,甚至可以實現(xiàn)電機驅(qū)動系統(tǒng)和電機的一體化,縮短了電力電子裝置和電機之間的連線長度,減小了連線的分布電感,相應減小了電磁噪聲。模塊研發(fā)面臨的主要技術問題包括熱控制問題、模塊內(nèi)部強電元件與弱電元件之間的電磁兼容問題、模塊對電動汽車振動環(huán)境的適應性問題。基于上述思路,通過查閱資料,分析了電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)、電力電子功率模塊的發(fā)展現(xiàn)狀,明確了電動汽車用功率模塊和普通電氣傳動系統(tǒng)用功率模塊的相同與不同之處,分析了電動汽車用電力電子集成模塊的設計要求,進行了模塊的電路拓撲設計、電路參數(shù)設計、結(jié)構(gòu)設計、散熱設計,利用PSpice仿真軟件對電路設計進行了驗證；針對模塊運行中的發(fā)熱與散熱問題,建立了電力電子集成模塊的熱學模型,進行了模塊的散熱性能仿真。針對電動汽車的特殊需求,對模塊功率芯片的動態(tài)溫度響應進行了專門研究。加大冷卻液流量,一方面可以提高冷卻效果,另一方面也加大了冷卻通道出入口壓力差、加大了冷卻泵的負荷,為此對冷卻液流量進行了優(yōu)選：針對模塊的寄生參數(shù)與電磁干擾問題,設計了具有低寄生電感參數(shù)的鋁線連接結(jié)構(gòu),并利用Q3D Extractor建立了幾何模型提取電感參數(shù),通過仿真驗證了低寄生參數(shù)設計的有效性。該模塊采用微小通道液冷基板、雙面布置器件,比單面布置器件散熱效果更好；在微小通道液冷基板內(nèi)部設計了具有雙梯形截面的槽道結(jié)構(gòu),比矩形槽道結(jié)構(gòu)散熱效果更加均勻、更容易沖洗、更不易堵塞；所設計的放射狀并聯(lián)鋁線連接結(jié)構(gòu),相比平行并聯(lián)鋁線連接結(jié)構(gòu)而言,具有較低的寄生電感參數(shù),有利于減小因電磁干擾引起的尖峰電壓。本論文以電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)為主要應用背景,設計了一種新型的電力電子集成模塊,并進行了仿真與分析,為該模塊的試制提供了基礎。
[Abstract]:Our country is short of oil, less gas, more coal, and the exhaust emissions of automobiles have accounted for 64% of urban air pollution sources. From the point of view of rational utilization of energy and control of urban pollution, it is of special significance to develop electric vehicles. The requirement of traction motor drive system on heat dissipation performance, power density, electromagnetic compatibility, anti-vibration and impact, anti-dust and rain water is higher than that of ordinary electric drive system. At present, IGBT devices in the world market can not fully meet the requirements of electric vehicle manufacturers. One is to develop an integrated power electronic module (IPEM) for the special operating environment of the electric vehicle motor drive system by using the ideas of integrated circuits for reference, and encapsulate the power chip, drive circuit, protection circuit and control circuit in the same module. Module, because of its small size, electromagnetic shielding and other anti-interference measures, vibration isolation and shock absorption and other anti-vibration and shock measures are much easier, the effect is much better; similarly, because of its small size, the distance between motor controller and motor can become very small, and even realize the integration of motor drive system and motor, shorten The main technical problems faced in the module development include thermal control, electromagnetic compatibility between the strong and weak components in the module, and the adaptability of the module to the vibration environment of the electric vehicle. Through consulting the data, this paper analyzes the development status of electric vehicle motor drive system and power electronic power module, clarifies the similarities and differences between electric vehicle power module and ordinary electric drive system power module, analyzes the design requirements of electric vehicle power electronic integrated module, and carries out the module. Circuit topology design, circuit parameters design, structure design, heat dissipation design, the use of PSpice simulation software to verify the circuit design; in view of the module running heat and heat dissipation problems, the thermal model of power electronics integrated module, the module heat dissipation performance simulation. The dynamic temperature response of the rate chip is specially studied. On the one hand, the cooling effect can be improved by increasing the flow rate of the coolant, on the other hand, the pressure difference between the inlet and outlet of the cooling channel can be increased, and the load of the cooling pump can be increased. The aluminum wire connection structure with low parasitic inductance parameters is constructed and the inductance parameters are extracted by Q3D Extractor. The effectiveness of the design with low parasitic parameters is verified by simulation. Considering the slot structure with double trapezoidal cross-section, the heat dissipation effect is more uniform than that of rectangular slot structure, which is easier to wash and clog, and the radial parallel aluminum wire connection structure has lower parasitic inductance parameters than the parallel parallel aluminum wire connection structure, which is conducive to reducing the peak voltage caused by electromagnetic interference. In this paper, a new power electronics integrated module is designed based on the electric vehicle motor drive system, and the simulation and analysis are carried out, which provides the basis for the trial production of the module.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72

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本文編號：2210509