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简单的介绍
本书首先介绍电动汽车及其架构，以及所使用的动力电池的一些背景信息，然后详细介绍目前业界正在使用或可能建议使用的各种常规和最先进的电动汽车动力电池热管理系统（包括相变材料）。在随后的章节中，为读者提供了选择/开发适合各种操作条件下电池应用的正确热管理设计、配置和参数的工具、方法和程序，并指导读者设置仪器和操作热管理系统，以有效、经济高效和环保的方式进行性能、经济和环境分析。此外，还进一步分析了当前的技术问题和局限性，分析了决定这些技术成功和广泛采用的更微妙的因素，并详细阐述了电动汽车和兼容热管理系统在不久的将来的技术发展趋势。最后，给出了实际应用中的各种示例。这些示例使用全书中使用的工具、方法和程序进一步说明了它们在电动汽车电池热管理系统的设计、开发和优化中的有效性。
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“沃兰达”智能电驱动系统是一套高度集成的双电机驱动系统，集成了TPIM电驱动控制器、双电机、油泵、电磁阀控制单元、两组行星齿轮及差速器等零部件。
双电机、双行星齿轮的设计相比其他技术自由度更高，两台电机可同时参与驱动，也可单独发电，在TPIM电驱控制器的控制下，发动机和电机可同时100%参与驱动，调速范围更广，动力输出更充沛。
TPIM电驱动控制器是德尔福为通用开发的一款高功率密度、高可靠性的电机控制器，目前已经升级到第二代。第二代产品中，TPIM电驱动模块被集成到变速箱内。相比第一代产品（左），第二代产品（右）不仅体积明显减小，重量也更轻，整个驱动单元及控制器重量仅为125kg，并且省去了电机驱动的高压交流线束，在降低成本的同时，可靠性得到提升。
TPIM电驱动控制器不仅控制电机驱动，还兼作混合动力控制器，负责扭矩分配和能量管理。通过通用专利多模式智能切换技术，TPIM电控模块可根据不同的车速、发动机转速选择最优工作模式，并且在各工作模式切换过程中，其控制算法实现同步无缝切换，保证驾驶舒适性和优异的燃油经济性。TPIM电驱动控制器由三个独立的逆变模块（逆变器-A、逆变器-B、电子泵逆变器）、变速箱控制器、混合动力系统控制器等组成。其中，三组逆变器负责控制电机，变速箱控制器负责换挡和扭矩请求，混合动力控制器负责扭矩分配和能量管理。 值得一提的是，随着TPIM电控控制器的集成，将电池直流电（DirectCurrent）转换为电动机使用交流电（AlternateCurrent）的工作可以在箱内完成，直接避免在发动机舱内布置高压电线，大大提高耐用性和安全性能。
详细参数表
各种视角
TPIM电驱动控制器爆炸图
TPIM电驱动控制器剖面图
根据TPIM电子控制器的爆炸图和剖面图，分析各组成模块的安装方式及作用。其主要由功率板、直流母线电容、EMI滤波器、控制及门极驱动板、传感器及输出母线组成。从上到下，组成模块依次为：1.上盖，2.直流母线盖，3.控制板，4.高压直流母线连接器，5.柔性连接器，6.上壳体，7.门极驱动板，8.支架，9.上散热器组件，10.功率板，11.密封圈，12.下散热器组件，13.绝缘导热片，14.下壳体，15.电流传感器板，16.逆变器输出组件，17.母线电容。 所有12个功率开关（驱动电机A和B的硅基IGBT和二极管）都安装在专门设计的双面焊接印刷电路板PCB上，并与两侧的散热器组件相连（图中元件9、10和12）。
两个高压直流端子是箱体上唯一的高压线连接端口，分别与高压直流母线的正极和负极相连。由于电驱动模块TPIM控制器同时控制两台驱动动力电机和一台高压电子油泵电机，所以右侧的六个大电流端子分别与两台动力电机的三相交流端子相连。还预留了三相高压线束连接器，用于连接油泵电机。
红框内的蓝色多PIN连接器用于连接各种传感器线束，控制动力电机的转速、扭矩以及油泵的流量、油压。
打开上盖是拆解的第一步，由于整个TPIM电控控制器是集成在变速箱内的，不需要防水防尘，所以不用考虑整个TPIM电控控制器的IP等级，上盖比较简单。
上盖扣在控制面板上，拆掉上盖后，就能看到控制面板的真容，控制面板安装在上壳上。
上盖
控制面板正面
控制面板背面
控制板上部分芯片的散热处理如右侧红圈所示。反面底部PCB采用相变材料，并在芯片焊盘周围打过孔。安装时相变材料与上壳预留的凸台紧密贴合，达到散热效果。
用于控制板、驱动板、电源板之间信号传输，采用华银电路板三层软硬结合板，端子采用台湾SUYIN。
拆掉控制板，可以看到上壳，上壳内还包含高压直流母线盖，主要作用是支撑控制板，为控制板上元器件散热。红色部分涂有相变材料，将热量传导给控制板上元器件。上壳上下表面均有加强筋，增加壳体强度。
上壳顶部
上壳底部
主要作用：
1.固定高压直流母线接口
2.隔离高低压
高压直流母线盖正面
高压直流母线盖背面
母线采用叠层母线设计，具有自感阻抗小、抗干扰能力强、可靠性高的特点。
另外母线负极铜柱采用绝缘处理，增加正负极绝缘距离，高压直流母线接口制成模块，组装更方便，减小体积。
高压直流母线电气连接方法：高压电通过右侧两根预埋在铜排中的铜柱1、2送至下方电源板正负极，通过顶部螺丝锁紧至下方直流电容模块正负极，实现高压母线的电气连接。
拆掉上壳之后，我们就能看到驱动板的真容了。
驱动板正面
总结
上壳与驱动板采用弹簧、支撑爪及螺丝组合连接固定，保证板子承受足够的抗震能力。
驱动板背面
驱动板与控制板之间有多个支撑架起支撑作用。
塑料支撑架材质为PBT GF30玻纤增强30%，具有尺寸稳定、高刚性、高强度、抗冲击、抗蠕变、耐热老化等性能。
TPIM电子控制器的IGBT水冷系统采用其独创的三明治双面水冷方案，其散热器组件由上散热器组件和下散热器组件两部分组成，上下散热器水道并联，上散热器组件单独冷却12只IGBT，下散热器组件兼顾油泵IGBT及安全薄膜电容。
移除上部散热器以露出TGBT模块。
如图所示，这是电源板上使用的插针座，用于插接驱动板上的驱动信号端子。此插针座与普通插针座不同，它的插针类似回形针，起到滤波和传输匹配的作用。回形针设计也减少了连接匹配插针座时因公差而产生的应力。
此外，持针器还具有防呆功能。
电源板背面
壳体水道构成下散热器组件，拆掉动力板就可以看到下散热器和下。
蓝色框内的铜件和部分下壳水道为下部散热器组件，右侧两个孔为与上部散热器组件连接的进水口和出水口。
红框内的部件为下壳水道部分
下散热器组件拆开后的单水道正反面侧视图。根据正反面不同材质的颜色、硬度可以判断，与IGBT贴合的面为正面，材质为铜，与下壳贴合的面为背面，材质为黄铜（铜也叫纯铜，导热系数比黄铜高，导热性能更好）。黄铜与铜贴合面的焊接工艺也采用搅拌摩擦焊。
从顶层第一张图我们可以看到，涂有导热硅脂的铜面（正面）上印刷有规则的网格，这样方便涂抹导热硅脂，同时也有利于IGBT功率器件的散热。
铜水道与下壳配合处水道上、下散热器组件与进出水口连接处采用两种不同的密封圈，图中分别为1、2；1为连接上散热器组件的水道密封圈，2为连接下散热器组件与水道进出水口的密封圈，进一步提高防水效果
铜水道与下壳连接处设计有绝缘导热片，固定螺丝处设计有绝缘垫片。
蓝色框内为绝缘导热片的安装方法，绝缘导热片采用美国ITW系列的Formex防火聚丙烯（PP）绝缘材料，进一步对控制器起到绝缘作用。
黄色框内为电子油泵的IGBT模块和安全薄膜电容的散热区域，表面涂层为相变材料。
下壳除了起到支撑作用，还起到散热作用，箭头方向为水流方向（单侧），红色箭头表示水流经下壳底层，蓝色箭头表示水流经上层散热器组件。
紫色框为电机A、电机B驱动电路母线薄膜电容散热区，表面涂层为相变材料。
下壳底部首先看到的是输出母线模块，包括输出母线铜排和绝缘塑料件。
拆下输出总线模块，可以看到下壳底部和电流传感器板的全貌
红色方框内为进水口和出水口，连接变速箱的水冷系统，变速箱水冷系统如右图红色方框所示。
两块对称的PCB板分别是电机A和电机B的电流传感器板。
变频器输出组件安装方法如图所示，六根铜母线分别为电机A、B三相输出，铜母线上的定位孔与黑色塑料绝缘支架的定位销组成模块组装，降低组装难度。黑色塑料绝缘支架根据铜母线形状及走线设计铜母线走道，并加高隔离壁，满足铜母线间高压绝缘及爬电距离要求。
蓝色框内与水道接触，为三相输出铜母线散热。
6个铜柱接在电源板上的电机A、B三相输出端，并穿过电流传感器板
黑胶绝缘支架材质：PA66-GF15
框架内灰色的是相变材料，通过它把铜排的热量传导到下壳的水道里，同时还起到绝缘的作用
红色框内为电流传感器板，用4颗螺丝固定在下壳体上，每个电流传感器板上有3个LEM电流传感器，型号：HC5F600-S，分别检测电机A、电机B的三相电流。
电流传感器板正面，蓝色框内为接电源板的排针（排针为台湾SUYIN产品）
电流采样信号通过电源板的插针插座送到控制板的DSP。
控制器最底层为母线电容模块，AVX公司生产，型号：FHC06-0012--D，参数：790uF±5%，410V，140Arms，通过铜排与电源板正负三根铜排相连，然后用螺丝固定。铜排中间放置高温绝缘纸作为绝缘介质。
本文结合通用汽车和德尔福联合发表的SAE论文《用于第二代雪佛兰volt增程式电动汽车的功率密集且稳健的牵引功率逆变器》进行分析。
TPIM电子控制器的主要优点：高功率密度、高可靠性。
外形尺寸：370mm*180mm*125mm（含延长接头长度）
持续输出功率：180KVA（电机A和电机B，不含油泵功率）
第一代与第二代参数对比
最新一代TPIM电子控制器相较于第一代、第二代TPIM电子控制器，对其峰值同步交流输出功率进行了优化降低，具体表现为电机A峰值电流提升48%，但电机B峰值电流降低24%，总功率有所下降，但由于驱动方式的优化，获得了更优的性能表现，其整体纯电续航里程提升30%，CS标准（Charge Sustaining）燃油经济性提升10%以上。根据详细产品参数表对比了TPIM电子控制器第一代VOLT-1与第二代VOLT-2的性能，体积由13.1L减小至10.4L，重量由14.6kg减小至8.3kg，峰值功率由221kW优化至180kW，对应功率密度提升43%，功率体积比提升2%。 效率方面，基于FTP城市测试工况，效率提升6%，纯电续航里程提升30%，CS标准油耗提升11%。
TPIM智能电驱动系统的传动使得牵引负荷在两台电机之间得到有效分担，这种负荷分担使得B电机的峰值转矩要求较第一代TPIM有所降低，从而可以相应降低TPIM的峰值电流，降低每台逆变器的峰值电流，优化结构工艺，提高功率密度，减小控制器体积。
TPIM变速器的内部位置简化了电驱动系统的机械集成，使其更易于大规模生产。
电机A、电机B三相线的输出设计，以铜排取代第一代的铜线连接，节省成本和空间，组装也更加简单。
第二代TPIM智能电驱动系统功率驱动的设计主要是为了满足效率、性能和耐久性的要求，精心设计了硅片技术的开关损耗和导通损耗参数、硅片的尺寸和厚度、热阻抗、感性负载以及PWM开关技术之间的权衡，实现了最优化的功率模块设计。
如爆炸图（a）、（b）所示，左侧橙色高压连接器对应的两个高压直流端子成为箱体上唯一的高压电缆连接口，分别与高压直流母线正极、负极连接。电驱动控制器采用标准螺栓固定在箱体上，方便电驱动控制器的装配。
从图（c）中我们可以看到，电驱动模块TPIM控制器的液冷管路被巧妙的布置在整个模块的正下方，就像家里的厨卫空间一样，干湿分离，整个电驱动模块TPIM控制器所在的空间就是干区，液冷管路通过密封垫片将控制器与整车的冷却系统连接起来。
由于电驱动模块TPIM控制器同时控制两台驱动动力电机和一台高压电子油泵电机，如图（d）所示，右侧的六个大电流端子分别与两台动力电机的三相交流端子相连，交流端子通过密封接口进入浸泡在变速箱油中的变速箱体湿润区，与动力电机相连。
如图b所示，创新的功率器件贴装工艺使硅基IGBT和二极管能够集成在面积紧凑、高度超薄的陶瓷铝基板上，并焊接在双面PCB上。
IGBT与Die Diode安装在两层电气隔离但热耦合的陶瓷铝基板之间，下层为基底铝基板（Base Substrate DBC AIN），上层为盖帽基板铝基板（Cap Substrate DBC AIN）。Topside可焊接互连技术彻底取代传统引线键合技术，突破了原有的功率限制。功率开关的集电极、发射极和栅极从两侧与PCB连接。上下陶瓷基板正反面与集成水冷管的上下散热器组件连接，形成三明治式双面水冷结构。
德尔福采用创新的三明治双面水冷结构，提升功率器件的集成度和功率水平。为了将冷却液精准输送到功率器件的正反面，散热器经过精心设计，创新使用MIM（Metal Injected Mold）工艺，金属散热片可以做成镂空状，冷却液可以流动。下图为散热系统示意图及热模拟效果图，（a）为采用MIM工艺的散热片细节，（b）为散热片热模拟效果图，（c）为散热系统整体示意图，（d）为散热系统整体热模拟效果图。
冷却系统示意图及热模拟效果图
为了完成上面提到的双面水冷系统，下层的两根冷却管需要通过下盖铝铸件内部的散热通道进行连接。散热通道是通过最新的FSW（搅拌摩擦焊）工艺在铝铸件上加工而成的。图为下壳内部冷却水道的FSW加工过程。类似3D打印，经过下图所示的4个步骤，下壳底部的水道缝隙被加工成半封闭的水道。并且还兼顾了下部直流电容和交流输出母线接口的散热。
电源输出接口散热示意图及热模拟效果图
由于电动机的三相输出电流很大，并且远离水冷却区域，这一直是散热器设计的困难之一。图的一半是传热界面，下部是由FSW过程处理的集成内部水通道的下部，上部是DC电容器和功率输出界面，如图的右半部分所示，功率输出界面的中间部分与最低的温度连接到最高的温度。
整个控制器的螺钉与图片中所示的螺钉相同。
总而言之，根据GM和Delphi共同发表的论文，我们对Buick Blue Electric Drive系统的内部结构具有更详细的了解，而Delphi则使用了四个主要的电子和机械技术，以降低性能，同时降低功率密度和可靠性，从而使电动机的隔热室融合了较高的速度。电力技术将转换为新的水平。
控制面板
序列号
模型和制造商
功能
变压器（28277230），TDK，带屏蔽的顶层
低压电源变压器
DRA125 22UH 35PH16C，伊顿
电感
DRA125 1.5UH 23CH16C，伊顿
电感
DRA125 100UH 46CH16C，伊顿
电感
B82793S513N 6434，EPCOS
通用模式电感器
NCV4276B，ON
LDO电压调节器芯片
H33 7256，ON
金属氧化物半导体
FDD6LAO，FAIRCHILD
n-mos
LM2902KAQ，st
4 OP放大器
10
AD2S1205，ADI
解析器解码器芯片
11
P6BARTETG4，TI
12
MBRB1045G，ON
Schottky Power Diodes
十三
H33 2976，上
金属氧化物半导体
14
IPG20N06S2L-35A，Infineon
双通道N-MOS，55V，20A
15
2901，ON
16
74HC54，NXP
17
28452585 / 6azyv14
18
LM2903，st
两通道比较器
19
74HC132，NXP
Quad通道2输入NAND GATE Schmitt触发器
20
LM2904，st
双操作放大器
21
74HC08D
4通道2输入和门
22
LM6134BM
23
nfadh16g，on
24
SPC5674FMVR3ON31E
控制面板的背面
序列号
模型和制造商
功能
Dale WSR-2 0.01R 1％，Vishay
高精度电阻
74HC4050D，NXP
信号水平转换，高电压到低压
74HC11D，NXP
3通道3输入和门
74HC541，NXP
8位三州巴士缓冲区
74HC10D，NXP
3通道3输入和门
74HC08D，NXP
4通道2输入和门
BG2AD / 27315
LM2903V，st
双重比较器
15P04
10
74HC240，NXP
8位三州巴士缓冲区
11
74HC541，NXP
8位三州巴士缓冲区
12
74HCT125，NXP
4位三州巴士缓冲区
十三
针固定器26466，Suyin
驾驶员板
序列号
模型和制造商
功能
变压器（28395752），TDK，带屏蔽的顶层
提供积极的和负驱动力
74HC4050D，NXP
信号水平转换，高电压到低压
2903，st
比较器
FAN7080B（600V，IO+/ - = 300/600mA），Fairchild
半桥驱动器IC
BSP318S（60V，2.6A），西门子
n-mos
NSS60600（60V，6A），ON
推扣输出
NSS60601（60V，6A），ON
推扣输出
1ED020I12FTA （1200V，2A），Infineon
单道通道隔离IGBT驱动器芯片
电力板的后面
序列号
模型和制造商
功能
ADUM1401WTRWZ，ADI，数字隔离器10M数据速率
高电压驱动信号隔离
FGD3N60LSD，Fairchild，IGBT 600V 3A
Auirs2332J，IR，3英寸1桥驱动器芯片600V IO+/ - = 200/420mA
电子油泵电动机三相桥驱动器
Dale WSR-2 0.01R 1％，Vishay，高精度电阻器
过电流FO检测电阻
BUK9217-75B，NXP，MOSFET 75V 64A
电力板前
序列号
模型和制造商
功能
Infineon FS50R07W1E3_B11A（650V，50A）
6合1 IGBT模块，驱动电子油泵
ACS758LCB-050B（50a），Allegro
电流传感器，采样运动相电流
R75 MKP（0.33UF，250V），弧形
膜电容器，EMI吸收
Suyin针固定器
连接当前传感器板
IGBT内部集成的陶瓷铝底物的表面
冷却IGBT
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