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新能源汽車核心技術之“大三電”、“小三電”與新能源汽車芯片清洗

電動汽車是采用動力電池供電,以驅動電機運轉,從而驅動整車前行的汽車。以電為核心,電動汽車的核心部件可總結為大三電、小三電。大三電由動力電池、電驅系統、電控系統構成;“DC/DC變換器、車載充電機、高壓配電盒”稱為小三電。

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一、電動汽車核心技術——大三電


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1.電池

現階段乘用車的動力電池化學體系主要有兩種,即三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。它們基本都是以石墨為負極材料(逐步升級至硅碳負極),以六氟磷酸鋰為主的鋰鹽作為電解質的鋰電池,區別主要在于正極材料。

三元鋰電池( Ternary Lithium Battery),是指以鎳鈷錳酸鋰(NCM)或鎳鈷鋁酸鋰(NCA)為正極材料。

磷酸鐵鋰電池( Lithium iron phosphate Battery),則是以磷酸鐵鋰(LFP)為正極材料。

2.電驅系統

電驅系統,也叫電驅動系統,一般由電機,傳動機構和變換器組成。

新能源汽車主要是用三相感應異步電機和永磁同步電機。其中,永磁同步電機是新能源乘用車的絕對主力。


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所謂永磁,是指在制造電機轉子時加入永磁體,使電機的性能得到進一步的提升。而所謂同步,則指的是轉子的轉速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。

因此,通過控制電機的定子繞組輸入電流頻率,電動汽車的車速將最終被控制。與其他類型的電機相比較,永磁同步電機的最大優點就是具有較高的功率密度與轉矩密度,就是在相同質量與體積下,永磁同步電機能夠為新能源汽車提供最大的動力輸出與加速度。

目前國內電動汽車廠商大多采用永磁同步電機,相較于交流異步電機,永磁同步電機的性能表現更好,并且體積和重量方面也更占優勢,而且制造時需要的稀土材料在國內也十分豐富,因此采用永磁同步電機的車型在國內種類繁多。

目前采用永磁同步電機的品牌主要有北汽新能源、比亞迪、小鵬汽車、吉利、奇瑞、威馬等品牌,并且制造永磁同步電機的品牌也有很多,其中不泛包括西門子、博世、大陸、博世等機械大廠,北汽新能源和比亞迪也開發了自家的永磁同步電機。

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3.電控

電控系統是電動汽車的總控制臺,如同“電動汽車的大腦”,它的發揮決定了電動汽車的能耗、排放、動力性、操控性、舒適性等主要性能指標。


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一般來說,電動汽車的電控系統主要包含三個共性子系統:

電池管理系統(Battery Management System,BMS)

電機控制器(Motor Control Unit,MCU)

整車控制器(Vehicle Control Unit,VCU)

這些控制器之間都是通過CAN網絡等實現相互通信。

電池管理系統(BMS, Battery Management System)

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從硬件架構上區分,有兩種形式:1、集成式BMS;  2、分布式(主從式)BMS。

其功能核心都是基于芯片、傳感器、線束的組合來實現對系統內所有電池的電壓、電流、溫度信號采集,再根據特定的軟件算法計算出電池的SOC、SOH等信息,并反饋給整車控制器VCU綜合判斷整車狀態與電池狀態,進行輸入、輸出功率管控或強制關斷,從而保護電池系統穩定、安全、可靠。

(1)電機控制(MCU, Motor control Unit_)

電機控制器也叫逆變器( inverter),是狹義的“電控”,根據VCU的指令,控制電機的旋轉狀態,其接受動力電池輸出的直流電能,逆變成三相交流電提供給電機運轉,在電動汽車制動過程中又起到制動回收電能返回電池包的作用。通常由中央控制模塊(主控電路板),功率模塊(IGBT或Si MOSFET),驅動控制模塊(驅動電路板),各種傳感器(電流、電壓、溫度等)組成。

(2)整車控制器( VCU Vehicle control Unit)

VCU是電動汽車各個電控子系統的調控中樞,它是與駕駛員互動主要接口,它接收來自駕駛員的各項操作指令,協調和管理整個電動汽車的運行狀態,負責汽車的正常行駛、制動能量回饋、動力電池的能量管理、網絡管理故障診斷及處理、車輛狀態監控等。主要由一個金屬外殼+內部集成電路板+接口插件組成。


二、電動汽車核心技術——“小三電”

1、DC/DC變換器


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燃油汽車中均配置有一個低電壓發電機總成,其功能是給車載12V或24V低壓電池充電,并為整車提供全部的低壓供電。

新能源汽車中,DCDC的作用就是將整車動力電池336VDC或者540VDC轉化為12VDC或者24VDC,供整車低壓用電器工作,同時具備給鉛酸蓄電池充電的功能。DCDC是電動汽車不可或缺的一個關鍵零部件。

DCDC的控制方式有高壓喚醒、硬線激活、CAN喚醒等方式,根據整車的不同需求而選擇,目前來說最高效的是CAN喚醒模式,可以減少硬件的布置,節約空間便于布置,當然了CAN喚醒對DCDC的CAN收發模塊要求比較高。

目前DCDC的主流電氣架構都是移相全橋,大部分采用MOS管來進行高頻控制,頻率100KHz,高頻的開關可以實現大功率的輸出,同時也帶來了較大的噪聲與溫升,所以DCDC的設計要著重考慮EMC電磁兼容以及良好的散熱條件。為了mos管更好的散熱,很多硬件設計師b把管子貼在殼體上,以保證電器的壽命。

基本參數

技術平臺:G5/G6

輸入電壓:30V~800V

輸出電壓:12V/24V/48V

功率范圍:800W~6kW

轉換效率:96%

封裝方式:水冷、風冷、自然風冷、模塊


02車載充電機(on-board charger;OBC)

車載充電機的基本功能是:電網電壓經由地面交流充電樁、交流充電口,連接至車載充電機,給車載動力電池進行慢速充電。

車載充電機具有為電動汽車動力電池安全、自動充滿電的能力,其依據電池管理系統(BMS)提供的數據,動態調節充電電流或電壓參數,執行相應的動作,完成充電過程。

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車載充電機主要由電路板、殼體、接插件、冷卻結構等組成。充電機至少具備待機、充電、故障、休眠四個狀態。充電機具備輸入過壓保護、輸入欠壓保護、過溫保護、輸出過壓保護、輸出欠壓保護、短路保護等。

電動汽車的OBC主要由功率電路(PFC+移相全橋/LLC)和控制電路組成,可分為單向OBC和雙向OBC,單向OBC只能給動力電池充電,雙向OBC可以把動力電池的直流電逆變成為家用220V交流電。

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原理時序圖

基本參數

輸入電壓:90V~265V(單相) 200V~460V(三相)

輸出電壓:200V~800V

充電功率:2kW/3.3kW/6.6kW/10kW/20kW/40kW

轉換效率:96%

封裝方式:水冷、風冷、自然風冷、模塊


03高壓配電盒(Power Distribution Unit;PDU)


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高壓配電盒即PDU,由于PDU與整車電氣布置相關,每個車型的PDU都有差異,所以PDU難以形成標準品。市場上主流方式有兩種:一種是針對具體車型定制開發PDU產品;另一種方式是將PDU功能集成到其他零部件中,如針對具體車型定制開發OBC+DC+PDU多合一產品。


三、新能源汽車芯片半導體清洗

針對各類半導體不同的封裝工藝如功率器件QFN,為保證產品的可靠性,合明科技研發多款自主知識產權專利清洗劑,針對不同工藝及應用的半導體封裝需要的精密清洗要求,合明科技在水基清洗方面開發了較為完整的水基系列產品,精細化對應涵蓋從半導體封裝到PCBA組件終端,包括有水基清洗劑和半水基清洗劑,堿性水基清洗劑和中性水基清洗劑等。具體表現在,在同等的清洗力的情況下,合明科技的兼容性較佳,兼容的材料更為廣泛;在同等的兼容性下,合明科技的功率器件QFN清洗劑清洗的錫膏種類更多(測試過的錫膏品種有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;測試過的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,離子殘留低、干凈度更好。

合明科技專注電子制程精密清洗20多年經驗,在水基清洗劑方面頗有心得,包括油墨水基清洗劑,環保清洗劑,半導體芯片封裝水基清洗劑等數十款產品,多年來受到無數客戶的青睞。我們有強大的售前技術指導和最貼心的服務,水基清洗,選擇合科技,決不會讓您失望!

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以上便是功率器件的材料的演進與功率器件電子芯片清洗介紹介紹,希望可以幫到您!


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