本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種igbt模塊、應(yīng)用了該種igbt模塊的動力系統(tǒng)以及應(yīng)用了該種動力系統(tǒng)的混合動力汽車。

背景技術(shù)：

igbt(insulatedgatebipolartransistor)，中文名稱為絕緣柵雙極型晶體管，是由bjt(雙極型三極管)和mos(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,兼有mosfet(金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的高輸入阻抗和gtr(電力晶體管)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。gtr飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；mosfet驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。igbt綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600v及以上的變流系統(tǒng)中使用，因此在現(xiàn)階段，已經(jīng)成為了能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?/p>

由于igbt的背面制程相對復(fù)雜，尺度需要控制在6-8密耳(mil)，容易發(fā)生碎片，因此生產(chǎn)成本較高。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚，在汽車，特別是電動汽車中，igbt作為一種必要器件正在越來越多地受到矚目。具體說來igbt是電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的核心元件，在車輛的每一次加減速過程中igbt都發(fā)揮著舉足輕重的作用，能將電能自由轉(zhuǎn)化，在加速時將直流電逆變?yōu)榻涣麟姸?qū)動電機(jī)，在制動時將電機(jī)交流電轉(zhuǎn)化為直流電而回收電能。

對于電動汽車來說，常?？梢苑譃榧冸婋妱悠嚭突旌蟿恿ζ噧煞N。其中，純電電動汽車內(nèi)通常利用一臺大功率電機(jī)匹配一臺控制器，形成驅(qū)動系統(tǒng)。而混合動力汽車則常常設(shè)置兩臺小功率電機(jī)匹配兩臺控制器形成驅(qū)動系統(tǒng)。因此對兩種汽車來說，需要應(yīng)用到不同的功率等級的igbt模塊。

在現(xiàn)有技術(shù)中，常常通過多個igbt開關(guān)管來構(gòu)成大功率等級的igbt模塊，但尚無igbt模塊既可以適用于純電電動汽車的大功率單電機(jī)的控制，又可以適用于混合動力汽車的雙電機(jī)控制。因此在現(xiàn)有技術(shù)中，特別是在現(xiàn)有的混合動力汽車中，需要針對兩臺小功率電極匹配兩臺控制器并設(shè)置兩個igbt模塊，還需要對兩個igbt模塊分別設(shè)置散熱器，系統(tǒng)復(fù)雜度很高。因此十分不利于電動汽車平臺化設(shè)計和集成化設(shè)計，同時也不利于降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種igbt模塊、應(yīng)用了該種igbt模塊的動力系統(tǒng)以及應(yīng)用了該種動力系統(tǒng)的混合動力汽車。本發(fā)明有利于電動汽車的平臺化設(shè)計和集成化設(shè)計，能夠降低生產(chǎn)成本。

具體來說，本發(fā)明提供了一種igbt模塊，包括：由多個igbt開關(guān)管構(gòu)成的第一igbt組；由多個igbt開關(guān)管構(gòu)成的第二igbt組；散熱器，設(shè)置在第一igbt組和第二igbt組之間。

本發(fā)明還提供了一種動力系統(tǒng)，包括了驅(qū)動電機(jī)、電池以及前述的igbt模塊；其中，igbt模塊分別與電池和驅(qū)動電機(jī)電連接，用于將電池所輸出的直流電逆變?yōu)轵?qū)動電機(jī)所需的交流電。

在本發(fā)明中，通過將ibgt的開關(guān)管進(jìn)行分組，可以令兩組igbt模塊通過外接端子連接在一起，以用于大功率電機(jī)的應(yīng)用場景，也可以令兩組igbt模塊彼此獨(dú)立，分別用于兩個小功率電機(jī)的應(yīng)用場景。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，由于本發(fā)明同時具備了支持兩種應(yīng)用場景的能力，因此降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，有利于電動汽車的平臺化設(shè)計。

此外，在本發(fā)明中，將散熱器設(shè)置在第一igbt組和第二igbt組之間，同時為兩組igbt開關(guān)管散熱，提高了集成性，使得igbt模塊的體積和重量降低，功率密度提高，有利于電動汽車的集成化設(shè)計。

綜合上述考量，本發(fā)明能夠大幅度地降低生產(chǎn)成本，適合大規(guī)模推廣使用。

作為優(yōu)選，第一igbt組和第二igbt組分別焊接在散熱器的相對的兩個表面上。將兩組igbt分別焊接在散熱器上下兩面，使得同一散熱器可以高效地同時為上下兩個表面的igbt進(jìn)行散熱。提高散熱器的冷卻面積利用率，同時進(jìn)一步增強(qiáng)了集成化效率。

作為優(yōu)選，第一igbt組和第二igbt組的igbt開關(guān)管數(shù)量相同，且相對于散熱器相互對稱地設(shè)置。相互對稱的設(shè)置可減少igbt開關(guān)管的雜散電感，改善并聯(lián)使用時的電流均衡性。

作為優(yōu)選，第一igbt組和第二igbt組分別包括6個igbt開關(guān)管。6個igbt開關(guān)管所能夠支持的電流大小正好匹配于大部分的混合動力汽車的電機(jī)，而12個igbt開關(guān)管則正好匹配于大部分的電動汽車的電機(jī)。選用各自包含6個igbt開關(guān)管時，igbt模塊在平臺上具有更好的通用性。

另外，作為優(yōu)選，在散熱器的內(nèi)部設(shè)置有散熱通道，利用在散熱通道中流動的冷卻液對第一igbt組和第二igbt組進(jìn)行散熱。采用冷卻液來冷卻igbt開關(guān)管，相比于風(fēng)冷散熱和熱管散熱而言，具有較高的換熱效率，成本優(yōu)勢也較好。

進(jìn)一步地，作為優(yōu)選，散熱通道在散熱器的內(nèi)部設(shè)置于與第一igbt組和第二igbt組的各個igbt開關(guān)管相對應(yīng)的位置。將散熱通道設(shè)于與igbt開關(guān)管相對應(yīng)的位置，可以幫助igbt開關(guān)管實(shí)現(xiàn)更好的散熱效果。

更進(jìn)一步地，作為優(yōu)選，在igbt模塊中，第一igbt組和第二igbt組以并聯(lián)的方式與驅(qū)動電機(jī)電連接。當(dāng)二者以并聯(lián)的方式與驅(qū)動電機(jī)相電連接時，可以同時利用兩組igbt開關(guān)管來驅(qū)動電機(jī)，因此能夠支撐更大的驅(qū)動電路，能夠很好地適應(yīng)于大功率電機(jī)。

另外，作為優(yōu)選，動力系統(tǒng)還包括與igbt模塊電連接的交流發(fā)電機(jī)；

在igbt模塊中，第一igbt組用于將電池所輸出的直流電逆變?yōu)轵?qū)動電機(jī)所需的交流電；第二igbt組用于將交流發(fā)電機(jī)所輸出的交流電整流為直流電，給電池充電。

本發(fā)明還提供了一種混合動力汽車，設(shè)置有包括前述的igbt模塊的動力系統(tǒng)。

兩組igbt分別對應(yīng)驅(qū)動電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，使得一個igbt模塊可以完全滿足混合動力汽車的需求，提高了汽車零部件的集成性和安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式igbt模塊的立體示意圖；

圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式igbt模塊的主視示意圖；

圖3是本發(fā)明第一實(shí)施方式igbt模塊的俯視示意圖；

圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式igbt模塊的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是本發(fā)明第二實(shí)施方式igbt模塊的立體示意圖；

圖6是本發(fā)明第三實(shí)施方式igbt模塊的結(jié)構(gòu)框圖；

圖7是本發(fā)明第三實(shí)施方式igbt模塊的立體圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-第一igbt組；2-第二igbt組；3-散熱器；31-散熱通道；4-igbt開關(guān)管；5-外接端子；6-導(dǎo)接條。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。附圖中示意性地簡化示出了igbt模塊的結(jié)構(gòu)等。

實(shí)施方式一

本發(fā)明的第一實(shí)施方式提供了一種igbt模塊，結(jié)合圖1、圖2所示，包括：由多個igbt開關(guān)管4構(gòu)成的第一igbt組1；由多個igbt開關(guān)管4構(gòu)成的第二igbt組2；散熱器3，設(shè)置在第一igbt組1和第二igbt組2之間。igbt開關(guān)管的具體構(gòu)成可以是傳統(tǒng)的igbt開關(guān)管，只要能夠?qū)崿F(xiàn)電流轉(zhuǎn)換即可。

在本實(shí)施方式中，通過將ibgt的開關(guān)管進(jìn)行分組，可以令兩組igbt模塊分別應(yīng)用于不同的場景，既可以將兩組igbt模塊連接為一體以用于大功率電機(jī)的應(yīng)用場景，也可以令兩組igbt模塊彼此獨(dú)立而分別用于兩個小功率電機(jī)的應(yīng)用場景。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，由于本實(shí)施方式同時具備了支持兩種應(yīng)用場景的能力，因此降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，有利于電動汽車的平臺化設(shè)計。兩組igbt模塊的連接結(jié)構(gòu)在下述說明中有詳細(xì)描述。

在本實(shí)施方式中，第一igbt組1和第二igbt組2的igbt開關(guān)管4數(shù)量相同，且相對于散熱器3相互對稱地設(shè)置。相互對稱的設(shè)置可減少igbt開關(guān)管4的雜散電感，改善并聯(lián)使用時的電流均衡性。顯然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚，不對稱的設(shè)計也依然可以基本實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的。

在本實(shí)施方式中，第一igbt組1和第二igbt組2可以分別包括6個igbt開關(guān)管4。6個igbt開關(guān)管4所能夠支持的電流大小能夠匹配于大部分的混合動力汽車的電機(jī)，而12個igbt開關(guān)管4則能夠匹配于大部分的純電電動汽車的電機(jī)。選用各自包含6個igbt開關(guān)管4時，igbt模塊在平臺上具有更好的通用性。當(dāng)然，汽車電機(jī)的具體功率可能會有變化，具體的igbt開關(guān)管的數(shù)量可以根據(jù)平臺的需求進(jìn)行選擇，而不限定于本實(shí)施方式的數(shù)量。

在傳統(tǒng)的汽車電路設(shè)計中，散熱器3和ibgt模塊之間是分開的。二者之間通過o型圈來密封或者相鄰配置且通過風(fēng)道連接。由于o型圈具有易老化的特性，密封可靠性不佳，可能導(dǎo)致長期使用后散熱器3的散熱效果下降，甚至導(dǎo)致igbt模塊燒毀。

混合動力車輛中igbt模塊的工作環(huán)境惡劣。具體而言，根據(jù)不同車輛設(shè)計，igbt模塊可能放置在汽車尾箱、變速箱內(nèi)或引擎蓋下靠近內(nèi)燃機(jī)的位置，因此igbt模塊要經(jīng)受嚴(yán)峻的溫度(-40℃～150℃)和機(jī)械條件的考驗(yàn)，例如振動、沖擊和擠壓等等。因此在本實(shí)施方式中，第一igbt組1和第二igbt組2分別焊接在散熱器3的相對的兩個表面上，提高了散熱器3的密封性。同時散熱器3與igbt組通過焊接方式連接，提高了igbt模塊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠更適應(yīng)于汽車內(nèi)部惡劣的工作環(huán)境。

在分組之后，將兩組igbt分別焊接在散熱器3上下兩面，能夠使得同一散熱器3可以高效地同時為上下兩個表面的igbt進(jìn)行散熱。提高散熱器3的冷卻面積利用率，同時進(jìn)一步增強(qiáng)了集成化效率。當(dāng)然，兩組igbt與散熱器3的連接方式不限于焊接，只要能夠使得散熱器牢固地固定于兩組igbt，當(dāng)然也可以采用其他的方式例如粘接等。

而且，將散熱器3設(shè)置在第一igbt組1和第二igbt組2之間，同時為兩組igbt開關(guān)管4散熱，提高了集成性，使得igbt模塊的體積和重量降低，功率密度提高，有利于電動汽車的集成化設(shè)計。

散熱器3本身可以對第一igbt組1和第二igbt組2進(jìn)行散熱，也可以在散熱器3上設(shè)置翅片等增加散熱面積來對第一igbt組1和第二igbt組2散熱。另外，參見圖2所示，在散熱器3的內(nèi)部設(shè)置有散熱通道31，利用在散熱通道31中流動的冷卻液對第一igbt組1和第二igbt組2進(jìn)行散熱。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道，igbt模塊產(chǎn)生的熱量，主要是igbt開關(guān)管4產(chǎn)生的熱量可以看作是通過三個環(huán)節(jié)散發(fā)掉的，這三個環(huán)節(jié)分別為igbt開關(guān)管4-igbt開關(guān)管外殼、igbt開關(guān)管外殼-散熱器3、散熱器3-環(huán)境。采用冷卻液來冷卻igbt開關(guān)管4，增加了igbt開關(guān)管4散熱形式，而且利用冷卻液散熱相比于風(fēng)冷散熱和熱管散熱而言，具有較高的換熱效率，成本優(yōu)勢也較好。

進(jìn)一步來說，參見圖3所示，散熱通道31可以在散熱器3的內(nèi)部設(shè)置于與第一igbt組1和第二igbt組2的各個igbt開關(guān)管4相對應(yīng)的位置。因此將散熱通道31設(shè)于與igbt開關(guān)管4相對應(yīng)的位置，可以精準(zhǔn)地對應(yīng)于發(fā)熱的部位，幫助igbt開關(guān)管4實(shí)現(xiàn)更好的散熱效果。另外，通過散熱通道31輔助散熱，散熱器3和散熱通道31的工作溫度能夠相對小于各自單獨(dú)工作時的溫度，可以使得兩者的使用壽命較長。

綜合上述考量，本實(shí)施方式能夠大幅度地降低生產(chǎn)成本，適合大規(guī)模推廣使用。

實(shí)施方式二

本發(fā)明的第二實(shí)施方式提供了一種動力系統(tǒng)，主要是指純電電動汽車所應(yīng)用的動力系統(tǒng)，該動力系統(tǒng)包括有本發(fā)明第一實(shí)施方式所述及的igbt模塊，在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，結(jié)合圖4、圖5所示，在igbt模塊中，第一igbt組1和第二igbt組2以并聯(lián)的方式與驅(qū)動電機(jī)電連接。

在純電電動汽車中，配備蓄電池(直流電池)，將蓄電池中的直流電傳送給逆變器，利用逆變器(igbt)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，用以驅(qū)動電動汽車的驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動汽車移動。

因此，如圖5所示，在igbt模塊的第一igbt組1和第二igbt組2上分別設(shè)置有與驅(qū)動電機(jī)電連接的外接端子5。另，雖然未圖示，在igbt模塊的第一igbt組1和第二igbt組2上也分別與蓄電池連接。

參見圖5所示，在igbt模塊中，可以利用導(dǎo)接條6，將兩個igbt組的外接端子5連接在一起，以便于和驅(qū)動電機(jī)電連接。

而參見圖4所示，在動力系統(tǒng)中，特別是純電電動汽車所應(yīng)用的動力系統(tǒng)中，將第一igbt組1和第二igbt組2并聯(lián)之后，電池通過第一igbt組1和第二igbt組2同時為驅(qū)動電機(jī)工作，使得igbt模塊能夠適應(yīng)于大電流的逆變。

一般來說，純電電動汽車的電機(jī)所需功率較大，綜合上述考量，當(dāng)?shù)谝籭gbt組1和第二igbt組2以并聯(lián)的方式與驅(qū)動電機(jī)相電連接時，可以同時利用兩組igbt開關(guān)管來對同一驅(qū)動電機(jī)供電，因此能夠很好地適應(yīng)于大功率電機(jī)。

實(shí)施方式三

本發(fā)明的第三實(shí)施方式提供了一種動力系統(tǒng)，主要是指混合動力汽車所應(yīng)用的動力系統(tǒng)，第三實(shí)施方式與第二實(shí)施方式有所不同，主要不同之處在于，在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，第一igbt組1和第二igbt組2以并聯(lián)的方式與驅(qū)動電機(jī)電連接；而在本發(fā)明的第三實(shí)施方式中，結(jié)合圖6、圖7所示，動力系統(tǒng)還包括與igbt模塊電連接的交流發(fā)電機(jī)，在igbt模塊中，第一igbt組1用于將電池所輸出的直流電逆變?yōu)轵?qū)動電機(jī)所需的交流電，用以驅(qū)動汽車的驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動汽車移動；第二igbt組2用于將交流發(fā)電機(jī)所輸出的交流電整流為直流電，給電池充電，該交流發(fā)電機(jī)與汽車發(fā)動機(jī)相連，通過汽車發(fā)動機(jī)的工作而進(jìn)行發(fā)電。

具體來說，參見圖7所示，在igbt模塊中，可以利用兩組外接端子，分別和兩個igbt組連接，以使得兩個igbt組分別各自獨(dú)立工作。

而參見圖6所示，在動力系統(tǒng)中，特別是混合動力汽車所應(yīng)用的動力系統(tǒng)中，將第一igbt組1與驅(qū)動電機(jī)連接，第二igbt組2與交流發(fā)電機(jī)連接，第一igbt組1和第二igbt組2都與電池連接，使得兩個igbt組能夠通過獨(dú)立工作來實(shí)現(xiàn)適應(yīng)于混合動力汽車的動力系統(tǒng)所需的多方向的電流轉(zhuǎn)換。

因此綜合第二和第三實(shí)施方式的考量，在本發(fā)明中，通過將igbt開關(guān)管進(jìn)行分組，可以令兩組igbt模塊通過外接端子5連接在一起，以用于大功率電機(jī)的應(yīng)用場景，也可以令兩組igbt模塊彼此獨(dú)立，分別用于兩個小功率電機(jī)的應(yīng)用場景。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，由于本發(fā)明同時具備了支持兩種應(yīng)用場景的能力，因此降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，有利于電動汽車的平臺化設(shè)計。

實(shí)施方式四

本發(fā)明還提供了一種混合動力汽車，設(shè)置包括前述的igbt模塊的動力系統(tǒng)。

兩組igbt分別對應(yīng)驅(qū)動電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，使得一個igbt模塊可以完全滿足混合動力汽車的需求，提高了汽車零部件的集成性和安全性。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在上述的各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于上述各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以基本實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對上述實(shí)施方式作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。