奥迪A3 e-Tron二合一电控系统分析

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对汽车圈里的朋友来说，现在最值得关注的莫过于2019年上海车展，在今年的车展中奥迪也展示了奥迪e-Tron，车是挺酷的，我呢也就看看，如图1，有热心的朋友也从车展带回来了它的前电机的展示图，如图2。

图1奥迪e-Tron

图2奥迪e-Tron前电机

最新的奥迪e-Tron还没在国内发售，即使发售了可能也真的拆不起，回到我们的正题，奥迪A3 e-Tron，看着也很酷，如图3奥迪A3 e-Tron，如图4奥迪A3 e-Tron前舱，如图5奥迪A3 e-Tron二合一电控系统安装位置，如图6奥迪A3 e-Tron整车结构示意图，

图3奥迪A3 e-Tron

图4奥迪A3 e-Tron前舱

图5奥迪A3 e-Tron二合一电控安装位置

图6奥迪A3 e-Tron整车结构示意图

图7奥迪A3 e-Tron混动系统

不管是整车结构示意图还是前舱，我们都能看到我最关心的奥迪A3 e-Tron二合一电控系统，说实在的其他的也不懂，不喜勿喷。

奥迪A3 e-Tron二合一电控系统是由大名鼎鼎的汽车零配件厂商博士公司设计制造的，奥迪A3 e-Tron二合一电控系统由两部分组成：三相交流电机控制器和DCDC单元，简单的说这个二合一由电控和DCDC构成。电机电控的参数，在一些汽车上的网站上也能找到，电机类型为永磁同步电机，电机为前置电机，最大功率75KW，最大扭矩330Nm，电池容量8.8KWh，续航里程50Km。整个二合一逆变器重量为10.2kg，

体积为371mm*217mm*194mm容积为10.2L，据一些资料显示成本大概为752美元。

接下来我们就来看一下奥迪A3 e-Tron二合一电控系统，主要分为三大部分：外壳和冷却系统、DCDC和电控三部分。如图7所示奥迪A3 e-Tron二合一逆变器。

图8奥迪A3 e-Tron二合一逆变器

先将整个二合一逆变器剖解开来，看一下它的爆炸图和它的各部分名称，这里就不进行翻译了，如图8和图9所示。

图9二合一逆变器爆炸图

图10爆炸图中各部分名称

外壳和冷却系统

外壳和冷却系统是二合一逆变器重要的组成部分，这一块也是结构设计的难点，要求IP等级为IP67及以上，冷却系统则是为DCDC和电控的IGBT单元进行散热，这一块更是设计的难点，也是经过大量仿真和实验验证才能正真应用在产品上。

奥迪A3 e-Tron外壳和冷却系统包括主壳体总成、高压仓小盖板总成、冷却系统和底盖总成。其中冷却系统、主壳体和底盖均为压铸件，高压仓小盖板为冲压件，其他配件包括冷却水管头，密封圈，以及配套的五金，如螺丝、插头、标签等。

图11外壳和冷却系统

主壳体为A380压铸铝。铸造后的零件经过切边修整、机加工、去毛刺和清洗。主壳体上包括双面冷却板（与主壳体下部用螺丝锁紧），低压线束端子和高压线束仓，高压线束仓用与高压电池和电机连接。

图12外部主壳体

图13电控全貌

高压仓小盖板总成包括一个高压仓盖板、垫圈、开盖保护开关和开盖保护开关支撑支架，开盖保护开关安装在高压仓小盖板内表面。高压仓小盖板是压铸A380铝机加工板，垫圈和开盖保护开关支架是一种双注塑设计，垫圈采用硅基垫片作为材料，开盖保护开关支架采用聚对苯二甲酸丁二烯(PBT) 为材料。开盖保护开关用一对螺丝固定在阀盖的内表面。

图14高压仓小盖板总成

图15垫圈和开盖保护开关支撑架

图16开盖保护开关

冷却系统为双面冷却板，A380压铸铝，分为上下两个铸件设计我们称它们为IGBT冷却板和DCDC冷却板，两个铸件制造工艺包括铸件、浇口修边、机加工、去毛刺和清洗。在两个铸件进行初步处理之后，通过摩擦搅拌焊接在一起成为一个密封面的水冷却系统（将图12和图14焊接在一起）。一面作为DCDC的水冷散热系统，另一面是用于控制的IGBT的散热。

图17 IGBT冷却板正面

图18 IGBT冷却板背面

图19 DCDC冷却板

图20水嘴

底盖总成包括底盖、硅胶圈和一对泡沫状垫片。底盖是铝冲压的，在盖的内表面放置一对模切剥离和粘接泡沫泡沫状垫片。盖的密封使用的是硅基密封胶，打在底盖的一圈。底盖用螺丝固定在外壳周围。

图21底盖总成

电控

奥迪A3 e-Tron二合一电控系统电控部分由屏蔽板总成，铜排总成，印刷电路板总成(PCBA，也包括IGBT)、电感器和母线电容总成和线束(布线)。屏蔽板总成包括屏蔽板和塑料组件；铜排组件包括三相输出铜排和高压直流母线铜排；PCBA组件包含所有与印刷电路板与逆变器组件相关联的器件；电感器和母线电容器组包括额外的与逆变器相关的电子元件；线束包括所有内部线束连接逆变器各部件的接线元件。

图22电控全貌

屏蔽板总成由冲压钢盖和塑料模制而成框架组成。冲压钢盖为逆变器主控板提供电磁干扰屏蔽的屏蔽板。塑料框架包裹着三相输出接口和直流母线接口，也用于将开盖保护开关与高压端子隔离。

屏蔽板为冲压镀锌低碳钢，使用八个螺丝在周围进行固定；塑料框架为注塑成型的PBT-GF30；框架为开盖保护线束提供了走线槽，也为三相输出接口和直流母线接口提供了隔离。

图23屏蔽板和塑料框架

铜排总成包括高压直流母线铜排和三相输出铜排，还包括三相接线支撑架、母线支撑架和一个高压熔断器。

图24铜排总成分解图

三相输出铜排总成包括三个不同形状的铜排和接线支撑架用，接线支撑架为注塑成型的PBT-GF30。

图25三相输出铜排总成

图26接线支撑架与固定螺母

图27三相铜排

高压直流母线铜排包括正负两个铜排，两个铜排上各有一个用于螺丝锁紧的铜柱，正负两个直流高压母线铜排使用塑料支撑架进行支撑和绝缘隔离，塑料支撑架的材料为PBT-GF30。

图28高压直流母排

在高压直流母排塑料支撑架上留有一个高压熔断器的位置，通过一个独立的铜排与母线的其中一端进行连接，图29中在高压直流母排与三相铜排中间，熔断器旁边有一个开槽，这跟铜排一端与熔断器一端相连，另一端与高压母线铜排伸出的铜柱相连，通过螺丝固定，其中高压熔断器为500VDC/40A。

图29高压母线铜排顶部

图30熔断器铜排

图31高压熔断器

电控印制电路板总成包括两个PCBA和三个IGBT模块，其中两块PCBA分别是电控控制板和电控驱动板，其中电控控制板通过低压线束分别于电控驱动板和DCDC控制板进行连接。

图32电控印制电路板总成

电控控制板上主要器件为：1片Altera的MAXII系列的CPLD芯片，1片旋变解码芯片，1片英飞凌的TriCore AURIX 32位DSP芯片，1片BOSCH的电源管理芯片，宝马I3上也使用的BOSCH的电源管理芯片，看不到这里的型号，不知道是否为同一颗芯片，1个变压器和2个连接器等，其中PCB位6层板，材质FR4。

图33电控控制板

电控驱动板上主要器件为：1片12位的AD转换芯片，3片双通道的IGBT门极驱动芯片，1个560V可恢复保险丝，2片4通道数字隔离芯片和50PIN连接器等，其中PCB位6层板，材质FR4。

图34电控驱动板

IGBT包括一个BOSCH的600V/300A半桥IGBT，4个针形模块连接器和9个对外接口。

图35 IGBT模块

图36 IGBT模块拆解

电控电感器和母线电容总成包括1个EPCOS的母线电容、1个圆形电感器和3个开口磁环，其中母线电容为定制薄膜电容，三相输出铜排都装有磁环，电容的两个固定脚设计有接地铜片。

图37电感器和母线电容总成

内部有一个电感器，暂时没有找到其安装位置。

图38电感器

母线电容器进行拆解，外壳为注塑模型，材质为PPS+GF+MD，母线电容内部为聚丙烯薄膜。

图39母线电容去外壳后

图40母线电容材质

图41母线电容壳体

图42磁环

DCDC

奥迪A3 e-Tron二合一电控系统DCDC部分由五部分组成：支撑架、母线铜排、印刷电路板总成(PCBA，也包括IGBT)，铁氧体和电感器，以及线束(布线)。内部机壳组件包括的所有额外的结构部件，一旦拆解，可以看到整个内部机壳。母线组件包括提供电气连接的所有冲压金属部件模块内部的设备。PCBA组包含所有印刷电路板与直流到直流转换器相关联的EMC板。铁氧体和电感器组包括附加的与直流到直流转换器相关的电子元件。最后一组线束包括所有内部接线部件连接转换器中的各个部件。下图的左边是高压直流输入，右下角是12V输出。

图43 DCDC全貌

DCDC支撑架是铸铝A380压铸铝制母线支撑支架。工艺为修剪去毛刺和清洗。整个组件铸型一体成型，没有额外的加工明显。该零件由三个螺纹进行紧固连接。

图44 DCDC支撑架

DCDC母排由三个独立的成型铜排组成。图45中，三个中最小的一个只使用通孔连接。另外两个使用通孔和紧固螺母的组合来连接。母排位于低压输出端，其形状是为了适应母排组件附件和穿过铁氧体铁芯。

图45 DCDC母排

图46 DCDC母排安装图

DCDC母排是使用薄铜片冲压形成的形状。图47是较为复杂的冲压图形，展示了使用的三个螺母。

图47 DCDC母排和螺母

DCDC印刷电路板总成由IGBT总成、DCDC主控板和小电容板组成。IGBT组件包括两个独特的IGBT，1个复杂的模制引线框架和1个散热板。DCDC主控板包含所有的控制DCDC转换器的贴片元器件。小电容板包含四个电容，并通过安装孔安装到接触点。

图48 DCDC IGBT总成

图49 DCDC主控板

图50 DCDC小电容板

IGBT总成包括两个独特的IGBT组件，一个复杂的模制引线框架和一个散热板。IGBT总成通过键合线连接到散热器上，然后将引线架固定到合适位置，并通过镶入式冲头压接在在散热器上。IGBT是通过针脚式焊接线连接到引线框架。然后，整个组件使用散热膏和四个螺纹紧固件连接到冷却板上。

两个独立的IGBT，由表面安装装置放置在氧化铝(铝)铜(铜)镀铜基板上，两个IGBT也不一样。

IGBT1组件包括其中1个9.3*5.8mm IGBT晶圆，4个6.5*4.9mm IGBT晶圆，1个4.2*4.1mm二极管，6个贴片电容，一个0.1/1000的高精密电阻和一个镀铜基板。

IGBT2组件包括其中4个7.7*4.7mm IGBT晶圆，4个6.4*4.9mm IGBT晶圆，4个5.3*5.2mm IGBT晶圆，2个6.4*4.3mm二极管，6个贴片电容，一个0.1/1000的高精密电阻和一个镀铜基板。

图51中左侧为IGBT1，右侧为IGBT2。

图51 DCDC IGBT总成

注：IGBT这里有朋友提出，这里应该是MOS管，本人感觉也应该是MOS管，但没有进一步的资料来证明，暂时还是以IGBT称呼，或者称其为功率器件，有更详细资料在进行补充，谢谢大家提宝贵意见，私信内容好像显示有时间限制，今天整理是已经看不到了，不能在文章中注明致谢。

IGBT引线框架是一种复杂的注模构件。共有76个单独的部件在注射PBT塑料之前插入模具。插入件包括铜和镍镀铜母线，49个符合标准的引脚端子和8个螺纹螺母。

图52 DCDC IGBT引线框

主控板上包括如下关键元件：2个Altera MAX II 系列的CPLD ，1个飞思卡尔S12系列的16位MCU，1个NXPS12系列的16位MCU，5个四通道数字隔离器件，50脚的连接器，4层FR4电路板，其他的还包括运放，MOS管，变压器、稳压器、CAN通信、Flash、比较器和一些小的主动和被动贴片元器件。