刘钧:浅谈技术创新对降低电机控制器成本的重要作用

来源:中国电动车网    2017/7/29  浏览24234次  

[摘要]中国科学院电工研究所高级工程师刘钧在大会上做了“浅谈技术创新对降低电机控制器成本的重要作用”的主题演讲。


(中国电动汽车网记者 冯庆磊)7月29日,由全国新能源汽车运营产业联盟主办,中国电动汽车网承办的“2017中国绿色物流供应链产业高峰论坛暨全国新能源汽车运营产业联盟成立大会”在浙江杭州举行。中国科学院电工研究所高级工程师刘钧在大会上做了“浅谈技术创新对降低电机控制器成本的重要作用”的主题演讲。



一.背景概述


电机驱动系统的性能直接决定了车辆的性能。是支撑电动汽车技术体系的三项关键共性技术之一。在要求方面,有高性能、可靠、安全、低成本等;在高性能方面,良好的电机驱动系统性能保证车辆的动力性、增加车辆续驶里程;在可靠性、安全性方面,直接影响到车辆的可用性和用户的接受度;在低成本方面,电机驱动系统的成本将影响到新能源汽车的产业化进程。


中国科学院电工研究所高级工程师刘钧


二、浅谈降低成本的技术创新途径


1. 美国DOE电驱系统成本目标







2. 电驱系统成本构成




控制器成本降低的主要技术途径包括:(1)有效提升现有材料利用率及国产化率(Si基IGBT与电容组件);(2)功率控制总成与动力总成集成创新;(3)基于第三代半导体技术的全SiC控制器。


3. 提升Si基IGBT模块的材料利用率


创新的IGBT封装技术提升芯片单位面积电流承载能力,同时芯片工作结温Tjop从125℃提升至175℃。




塑封/双面冷却封装技术是被看好的规模化低成本方案之一;同时Tj在线检测(芯片集成温度传感器与损耗/热阻模型计算相结合),减小设计余量。另外采用量大价廉的塑封分立器件(如特斯拉),可有效降低模块成本(估计>30%以上)。


4. 提高Si基IGBT模块国产化率


IGBT 国际厂商优势明显,国内发展潜力巨大,目前,国内已形成了 IDM 模式和代工模式的 IGBT 完整产业链。以中车、比亚迪为代表的厂商已成功实现国产IGBT在高铁和新能源汽车中的应用,新能源汽车/轨交市场需求加速IGBT国产替代。


中科院电工所功率器件检测中心是目前国内首家专门针对高压大功率半导体器件的国家级CNAS认证实验室,检测中心对外服务的企业、研究机构已超过30家,可提供工况下IGBT模块寿命预测与实测。国内IGBT厂商委托测试需求日益增加,产品成熟度快速提高。



5. 提高电容及叠层母排散热能力


叠层母排兼有机械连接、电气与有效热传导作用,通过导热绝缘材料将母排压接在散热底板上,可以有效提高电容纹波电流、减小铜排尺寸。


6. 功率控制总成与动力总成集成创新


电机+控制器+减速器(或变速箱)的乘用车动力总成集成方案;主驱+油泵+气泵+DCDC+高压配电的多合一商用车功率控制总成(PCU)方案均能有效降低系统成本。


7. 第三代半导体SiC控制器


一代芯片、一代模块、一代系统,SiC为代表的第三代半导体可以高效、高速、高温工作,采用先进封装技术可以数倍提升Si控制器功率密度(2020年国内目标为≥30kW/L,装车≥1000套)。SiC+先进封装技术可以有效降低控制器损耗,数倍提升控制器功率密度,规模化的系统综合成本是有优势的。


我国SiC芯片、模块及控制器技术发展迅速,产业链建设速度加快,与国际成熟技术差距不断缩小。


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