拆解奥迪e-tron逆变器：一个德国车居然用上了日本的模块

前几天，汽车开发圈发了一篇逆变器的拆解，大家对于这篇文章的反响不错，为大家启发了很多新思路。

今天，我们就来拆解奥迪发布的电动汽车e-tron上的逆变器。非常有趣的是，这款德国车没有用德国的产品。照理来说，一辆德国车应该会优先使用德国的产品吧，然而这辆车居然购买的是——日本Hitach！！！

DENKI OTAKU｜信源 汽车开发圈｜出品

整体外观和尺寸

从逆变器的外观来看，整体体积并不是很大。

在其背部，可以看到输出端子U、V、W。

从上面的整体展示可以看出，整个逆变器有一个突出的部分，它是直流输入端子，电缆会从这里插入，在其上刻有文字，以区分正极输入和负极输入。

输入端子的另一侧结构看起来是相同的，不过没有留有漏洞。

在逆变器的标签上，详细记录了逆变器的参数和制造细节，从中我们可以看到：制造商为日立汽车系统公司，同时写着“Made in Japan”，是日立为奥迪电动汽车制造的逆变器。型号为KYS 41 X 51 S 001，工作制为S9，相量为3，持续工作电流为210A，短时工作电流为480A，防护等级达到IP67。

拆开盖子一睹芳容

拆开盖子，整盖由铝制成。在盖子的背面，树脂绝缘片贴附其上，主要为了隔热。

打开盖子时，可以看到铜母线，这些母线连接到直流输入。

我们来看母线，它与树脂层压在一起。在内部设计中，两个母线并排布置，形成叠层母线排结构。这种配置的优势在于能够最大限度地降低母线的电感值，优化电流传输效率。此外，还有一根铜母线负责直流输入，直接连接至输入端。原本母线上应配置电流传感器以监测电流，但在该设计中该传感器被省略。该母线最终连接至电池的负极端子，由于电池负极端子的电位稳定，因此电流传感器通常应安装在此位置，以便准确监控电流流动。

拆下母线。母线下方有两个薄膜电容器，一个较大，一个较小。小型薄膜电容器由Nichicon（尼基康）制造，而较大的薄膜电容器同样由Nichicon生产，并涂有硅脂以增强散热性能。

放大看一下薄膜电容器的细节。

从可见的铜母线排来看，如果电路分析没错，这根母线连接至电池的正极端子。一根电线穿过母线，用于传输来自电流传感器的信号。

接着，继续拆。该逆变器的主要组件可以作为一个整体进行分离。在主要部件的最下面，包含一个柔性电路（FPC），柔性电路与输入端相连，车辆的其他单元会发送信号来控制该逆变器，这些信号通过该电路传输。

这个柔性电路（FPC）旁边是高电流的逆变器部分，信号部分位于另一侧。在柔性电路的背面，采用网格化的图案来控制特性阻抗。通过调整网孔的松紧度，可以精确控制特性阻抗。控制阻抗的常见方法是通过改变信号轨迹的宽度，而在这个电路设计中，则使用网格化的结构来实现这一控制。

之所以做成这种网格形式，也许是因为它被弯曲并压缩到一个狭小的空间，同时还必须承受汽车的振动，做成网格明显可以加强其承受力。

IGBT控制板和栅极驱动器

逆变器在左右侧设质两块板子，一侧是控制板，一侧是栅极驱动板。两块板子之间，通过通信线相连接。

下图是控制板的主要部分，使用了两个IC：Infineon（英飞凌）微控制器和Altera FPGA。推测控制操作主要由Infineon微控制器执行，而辅助操作则由FPGA处理。这里还有HITACHI的标志，设计非常优雅。

Infineon在汽车功率半导体方面的表现非常出色，同时他们用于汽车系统的微控制器也具有极高的质量。

微控制器和FPGA旁边有一个IC，这是NXP（恩智浦）制造的电源管理IC。如果仔细观察该IC周围，可以看到一个电解电容器、几个电感器和多层陶瓷电容器。因此，可以大致推测，这个区域负责电源管理。

逆变器的冷却水从上面流入，从下方流出。控制器的对于热量的耐受能力非常脆弱，所以会先流经控制板的部位。

具体控制板怎么散热？如果将控制板取下，它的结构大致如下。这款日立逆变器采用了特殊的冷却水流道设计，冷却水从一个入口进入，再从另一个出口流出。由于微控制器的耐热性较差，因此冷却水首先流经这一关键区域。为了提高散热效果，控制板背面附有导热片，并配有相应的散热凸起。通过安装板的结构，热量得以有效释放。

在微控制器和电源模块的背面，都安装了导热片，用于增强散热性能。此外，电源控制部分背面也附有一片导热片，进一步优化热管理。

冷却水流经的路径设计中，包含了两个凸起结构，其中一个背面有凹痕，这样能够增大接触面，提升散热效果。另一个凸起则没有凹痕。具备凹痕的凸起对应的是导热片所在的位置，这样可以确保容易发热的电源模块得到密集的冷却，从而避免过热。

整体来看，设计思路是在关键热源位置通过精密的冷却系统和导热结构，确保逆变器在高负荷工作下依然能够保持稳定的温度。这是该设计的核心理念。

让我们来看一下栅极驱动板的另一侧。该板上共使用了6个栅极驱动器IC，这些IC是ROHM公司生产的BM6101型号，内置了隔离器。ROHM近年来在功率半导体和栅极驱动器IC领域取得了显著进展，虽然当时它们的产品已经广泛应用于各种电子设备，但仍然展现出强大的技术实力。期待像ROHM这样的日本制造商能够进一步发展壮大。

在栅极驱动板上，电位被升高至电池电压，因此需要添加绝缘板来确保安全。此外，由于5伏和400伏的电流存在于同一电路板上，这一部分不能使用地面填充，这是栅极驱动板与控制板的一个重要区别。控制板则采用了地面填充，并通过螺丝将地面连接到框架上。

接下来，我们拆卸栅极驱动板，可以看到白色电流传感器。这些传感器用于检测电机电流，分别对应U、V、W三相电流。您可以将这些传感器与母线分离，传感器通过三层母线连接。导热片也与母线连接，用于提高散热性能。传感器由LEM公司制造，这是一家在行业内非常知名的公司。

现在，我们可以看到三个功率半导体模块。您可以移除这些模块的盖子，揭开模块内部结构。这些模块通过直流母线与功率半导体连接，而直流母线排在之前拆卸逆变器盖时也曾见过。直流母线与功率半导体模块最初是通过钎焊或焊接连接的，但为了便于拆卸，已被切开。其他连接也同样被切开。移除母线后，背面没有其他特别的结构。

在这里，我们看到带有导热片的电容器。原本有六个电容器，但其中一个已被移除。推测这些电容器是薄膜类型，额定电压为700VDC，容量为100μF。虽然电容器上没有明确标明制造商，但根据电容器的形状，可能能够辨认出其来源。您可以将电容器插入安装位置。

接下来，我们关注功率半导体模块。每个模块都包含一个金属部件和一个可能由塑料制成的绝缘板，此外，还包括三个2合1的功率半导体模块。这种设计非常有趣。如果将模块拉出，会发现它们实际上像墨盒一样，可以插入到特定位置，并且使用O形圈密封，配合水冷系统进行散热。

这些功率半导体模块采用双面冷却技术，水冷效果显著。这种双面冷却的实现方式是最精巧的设计之一。丰田的逆变器也采用了类似的技术，使用了Denso的Power Card，尽管其设计与Hitachi的不同，Power Card上配有多个散热片，水流通过这些鳍片以增强散热效率，效果非常出色。

现在让我们详细看看冷却水的流动路径。首先，冷却水流入控制板，从此开始，水流经冷却通道，最终流向上部。接着，水流通过多个孔进入不同的功率半导体模块，逐一冷却每个模块。冷却水通过这个过程逐步降温，直到最后模块完全冷却，水流从出口排出。整个冷却系统的设计确保了功率半导体模块的高效散热。

这款逆变器的功率半导体模块和冷却模块的集成设计非常高效，冷却水流经过的凹槽和模块交替放置，可能有助于均匀分布水流，确保散热更加均衡。推测这可能是设计的初衷，尽管并不完全确定。

总的来说，这款逆变器给人留下了深刻的印象。奥迪e-tron的逆变器由日立汽车制造，现隶属于Hitachi Astemo，产自日本。逆变器的主要部分虽然尺寸小巧，但设计复杂且精密。每个部件都像拼图一样完美贴合，显示出极高的设计工艺。