揭秘雷克萨斯电驱控制器

雷克萨斯作为豪华高端品牌，其混动车型的累积销量已超百万。由于其累计销量高和起步早覆盖车型全面，因此雷克萨斯成为研究混动技术绕不开的话题。今天就来随着小星一起来了解一下雷克萨斯是怎么玩转双面水冷的，以及其电驱控制器技术细节吧。

↑雷克萨斯电驱控制器PCU（来自SAE论文）

雷克萨斯的电驱控制器PCU采用上下分层的设计，水冷高压功率模块模组Power Stack被放置在了PCU的中部。其系统框图和高压功率模块原理图如下。与丰田从第二代混动系统THS-II开始使用的结构类似。其PCU包含一组升压转换器Boost Converter，将电池电压从288V升压至650V。从而提升电机的工作效率。对应的电机发电机控制器Motor Generator ECU通过IPM智能功率模块驱动双电机MG1和MG2。其关键的传感器信号包括各电机对应的电流传感器和转速传感器。

↑雷克萨斯电驱控制器系统框图（来自SAE论文）

↑雷克萨斯电驱控制器高压功率模块原理图

如今双面水冷的高压功率模块已经在多家厂商的电驱控制器中得以使用。不过早在10年以前的2007年，跟随旗舰车型雷克萨斯LS600h的发布，雷克萨斯电驱控制器就使用上了双面水冷技术。这比丰田第四代混动系统THS-IV使用的双面水冷技术要早了9年之久。让我们来详细看看这个黑科技吧。

传统PCU的散热结构主要将功率器件Power Device的热量通过焊接结合Solder Joint Portion、散热器Heat Sink和散热单元Cooling Unit的散热路径将热量向下部传导。

雷克萨斯电驱控制器所采用的电装DENSO PCU散热结构为功率器件提供了上下两个方向的散热路径。其散热效率更高，体积更小。其核心就是双面水冷技术。

↑雷克萨斯电驱控制器双面水冷技术

基于之前提到的高压功率模块原理图，在真正事施时收到功率器件的限制，在传统PCU设计时需要使用40片功率器件。每片功率器件平均承担200A电流。而采用双面水冷技术以后，每片功率器件得到更好的散热。其每片可承担300A电流。采用双面水冷的PCU使用功率器件的数量减至24片。

↑雷克萨斯电驱控制器高压功率模块电路与传统电路比较

如上提到的24片功率器件被前后的散热片Cooling Plate夹在当中，组成双面水冷功率模组Double-Side Power Module。

↑雷克萨斯电驱控制器双面水冷功率模组散热示意图

双面水冷功率模块由陶瓷垫片Ceramic Insulators与散热片接触散热。散热片堆stacked cooler由压接脚Compression Pins和压接弹簧Compression Spring施加一定的压力，从而保证其散热效果。冷却液由一侧进入，另一侧流出，保证良好的热交换。

↑雷克萨斯电驱控制器双面水冷功率模组结构细节

↑雷克萨斯电驱控制器双面水冷高压功率模块模组Power Stack

时至2016年发展到THS IV电驱控制器，丰田引入了IGBT双面水冷技术。不过这已经是9年以后。丰田终于依靠技术的更新将双面水冷结构进一步简化和降低成本。丰田引入了全新二合一功率卡片式（Power Card）IGBT模块。每个功率卡片包含两个IGBT芯片和两个续流二极管组成的半桥。然后使用多组水冷冷却片来对如上的功率卡片式IGBT进行双面水冷。如下图所示的高压功率模块共包含7个功率卡片式IGBT模组，由8片水冷冷却片(Thermal Conductive Grease Cooling Plate)对其进行夹紧并双面水冷。由于该概念的使用，整体高压功率模块体积较之前减小了33%。同时电气损失减少了20%。

↑丰田普锐斯THSIV电驱控制器采用的IGBT双面冷却方案

综上所述，早在10年以前的2007年，跟随旗舰车型雷克萨斯LS600h的发布，雷克萨斯电驱控制器就使用上了双面水冷技术。使得雷克萨斯电驱控制器拥有更高的性能和更小的体积。相应的技术在成本条件成熟的前提下，在2016年丰田第四代混动系统THS-IV得以引入。可以认为是雷克萨斯作为豪华高端品牌对丰田的反哺。