PCU（动力控制单元）负责对电池、电机和发电机执行电力转换功能，它影响电机输出和油耗。PCU体积大小和安装位置也会影响机舱机舱空间。为了提供与传统汽油动力车辆相同的驾驶室空间，PCU必须与车辆电气系统的12V电池一起安装在发动机舱内。为了实现车辆的目标输出和油耗，并确保驾驶室空间，需要提供更高输出、更高效率和更紧凑的PCU。PCU是根据表2中所示的目标性能值开发的。

1.PCU输出和紧凑性

    PCU输出和紧凑性框图如图11所示。图12所示为PCU的内部配置。PCU组件包括智能功率模块（IPM）、控制电动机和发电机的ECU、电容器、电抗器和电流传感器。IPM由通过开关转换电流的电源模块（P/M）、用于开关控制的栅极驱动器（G/D）和用于电压控制单元（VCU）的ECU组成。将电机、发电机、VCU的P/M、G/D、VCU ECU集成封装，实现了部件的通用化和更大的紧凑性。在电容器方面，电机、发电机、VCU的次级平滑电容器的功能集成，以及VCU初级平滑电容器和噪声滤波器的集成封装，实现了更好的紧凑性。通过增强IPM的散热以及在直流和三相交流部分使用具有承受高电流能力的高压连接器，实现了更高的输出能力。

 

2．增强IPM以实现更高的输出和更大的紧凑性

    图13所示为IPM的配置图。

IPM由P/M、G/D和VCU ECU、散热器等组成，用于电机、发电机电压单元。当施加到P/M上的电压或电流增加时，P/M内部的芯片会产生更多热量。如果增加更多的芯片数量会增加PCU的体积。为了达到增加输出和减少PCU体积的目标，增强P/M的散热，减少了芯片的温度和数量。图14显示了P/M基板的结构。传统的基板结构是绝缘基板和散热板通过焊锡连接，基板之间通过导热胶连接到散热片。这里采用的散热结构取消了散热板和导热膏，而是将绝缘基板通过焊料直接连接到散热片上，用于直冷式P/M。在直接冷却结构的情况下，绝缘基板和散热器之间的线性传导差异对焊料造成比传统结构更大的应力，但这里的结构采用高强度无铅焊料以确保耐用性，与传统结构的相比较，采用直冷结构，散热性能提高了24%，芯片更少，更紧凑（图15）。

 

3．具有高电流能力的高压连接器

    图16所示为连接到PCU的直流和三相交流连接器的内部端子结构。传统的端子结构具有与阴端子侧与阳端子的接触区域配合，并在一个方向上夹紧以提供接触区域。然而，在这里阳端子被制成圆柱体，该圆柱体与阴端子侧的接触区域配合，具有圆弧的横截面，并朝中心夹紧，以便接触的接触面积增加。这些措施能够将接触电阻减半，支持因电流增加而产生的更高输出，并使PCU足够紧凑以安装在发动机舱中。与传统连接器相比，每安培的重量和体积减少了30%，同时允许电流增加了一倍。

4．增强IPM以提高效率

    IPM的开关元件采用了能够实现大功率、高速开关的绝缘栅双极晶体管（IGBT）o IGBT性能是对PCU效率影响较大的因素之一。本系统中的IPM实现了IGBT的损耗降低。这里采用的IGHT具有位于表面结构中的P基极和不同位置的栅极（图17）。这结构不会失去载流子收集效应，同时增强导通di/dt的可控性和实现低电阻N漂移层的应用。这限制了关断期间的振荡，同时实现了9％的器件厚度减小和损耗特性降低20%。