噪音减小还能大增续航!电机核心科技SiC模块,究竟是什么

2021-09-09 15:41

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来源:皆电

2021年,持续一年多的疫情不仅深深影响了我们的生活,也着实让人感慨工业大国的全产业链对抗疫是多么重要。

就在2020年初,口罩需求是多么迫切。作为汽车媒体,电哥印象最深的,还是比亚迪用3天的时间完成图纸、7天造出口罩、10天大规模生产,迄今最大单日峰值产能超1亿只,迅速成为全球最大的口罩生产商。

这样恐怖的产能爆发速度,是和强大的研发、生产能力脱不开干系的,少了研发就难免受制于人,缺少生产能力又会造成产业空心化,大大削减我们应对极端情况的反应速度。

比亚迪就是这种不喜欢让人“卡脖子”精神的代表,无论是轨道交通、半导体设计、新能源电池、材料、高精导航、高端制造等全产业链,一句话来说就是:“我全都要”。

知道三电重要,功率器件居然更难?

说回造车本身,一直以来汽车三大件的说法还是很深入人心的,从燃油车为人熟知的发动机、变速箱、底盘,再到新能源车电池、电机、电控,

事实上,这是一个非常笼统的叫法,我们知道动力电池内部包含电芯、电解液、冷却等等复杂机构,那么电机也不例外。

随着技术的进步和性能要求越来越高,电机实质上由多个模块合并而成,目前主流技术常见的是驱动电机、电机控制器、减速器三合一。

因此,硬件的集成化、小型化是渗透在方方面面的,占用空间更小同时提升效率是我们亘古不变的追求

明白了这点,而比亚迪更是在行业主流技术的基础上,进一步整合出了8合1电驱总成,包含了驱动电机、减速器、驱动电机控制器、PDU(高压配电箱)、DC-DC(高低压直流转换器)、 Bi-OBC(车载充电器)、VCU(整车控制器)、BMS(电池管理器),综合效率89%。

这驱动电机,或者说驱动总成的核心关键部件,正是电控单元。

简单解释一下,我们已经知道电动汽车是由电机来用来“出力”的,但是这个力怎么出呢,必须要通过电控单元(电机控制器)来实现,电动汽车电机控制器就是通过逆变桥调制输出正弦波来驱动电机工作。

我们继续深挖一下,这个电控单元(电机控制器),一般是由配电回路、辅助电源、驱动回路功率器件(IGBT)、DSP电路、结构与散热系统等构成。

当然了电路知识非常复杂,我们只要知道其中最重要最核心的是功率器件,也就是IGBT或SiC功率模块,目前比亚迪e平台3.0电控单元使用了全新一代SiC电控,功率密度提升近30%,电控最高效率99.7%。

既然是核心中的核心,那当然可以等量代换一下,功率器件就是驱动电机总成的核心。

国内首个自主研发量产的SiC功率模块

就是这样一个看上去很小的关键模块,此前大多掌握在诸如英飞凌等公司手中,一直坚持自主研发的比亚迪,一路自研自制,从IGBT再到SiC模块,成为国内首批自主研发并量产应用SiC器件的半导体公司。

这块自主研发制造的高性能碳化硅功率模块 ,国内唯一实现在电机驱动控制器中大批量装车的SiC三相全桥模块。

SiC功率模块性能更强劲,成本也相对更高,目前比亚迪SiC模块主要应用在高端车型电机驱动控制器中,在汉EV参数图片)中就有使用,大幅提升了性能表现。

那么,比亚迪比亚迪半导体碳化硅模块,又有哪些独到之处呢?还得从工艺上说起。

首先,这个模块采用纳米银烧结工艺代替传统软钎焊料焊接工艺,提升了高温可靠性,充分发挥SiC高工作结温性能。

这样的好处是相比传统焊接,大幅提升可靠性,寿命提升5倍以上,连接层热阻降低95%。

纳米银烧结工艺烧结体的导电性更加优异,另外在导热性、高粘接强度等方面,稳定性也更加突出,此工艺烧结的模块最大的优势是能够长期工作在高温工况,那么稳定性肯定是要好上许多了。

哦对了,纳米银烧结工艺,还有一个优势就是芯片烧结层形成可靠的机械连接和电连接,这样一来半导体模块的热阻和内阻均会降低,性能得以提升,当然可靠性也会随之提升。

▽纳米银烧结对比传统焊料烧结

这个工艺中,烧结料为纯银材料,不含铅,这意味着环保性更为突出。SiC的芯片正面互联采用先进的Cu clip bonding工艺,提高了SiC模块的过流能力,增强散热性能且降低了芯片的温升,温控更强。

至于超声波焊接工艺连接绝缘基板金属块与外部电极部分,能够最大化减小模块杂散电感,增强过流及散热能力,增强整体的稳定性。

▽超声波焊接图

生产过程中使用氮化硅AMB(活性金属钎焊)陶瓷覆铜基板,能够大幅降低热阻,使芯片的散热性能更强,提升使用寿命。

同时,很多人使用电动车,会感觉到电机的“啸叫”声,一方面这个声音的确存在,其次是电动车没有发动机的轰鸣,车内会更加安静,使得这个不那么大的“啸叫”声更为突出。

鉴于此,比亚迪SiC模块可满足20KHz以上的使用频率,这样即便是加速阶段也能够把工作噪音降到最低,最大化电动车的静谧驾乘优势。

综合来看,SiC功率模块的好处就很多了,导通损耗低的同时工作结温高,对于高性能电机来说,这是实现系统效率和高频化的重要条件。

对于用户而言,意味着更强的性能、更长的续航表现,大幅提升功率密度,输出功率提升至250KW以上,相同的性能表现下,占用的体积也只有IGBT的一半。

王传福:比亚迪什么都可以造

最后,电哥想起前不久看过的纪录片《酌见》,在这档节目中,俞敏洪对王传福进行了现场采访,最让人记忆深刻的是王传福那句:“比亚迪什么都能可以造”

从电池、造车、材料、半导体...比亚迪就是如王传福本身一样,认死理,不服输,总是不断学习和改造自己。

新能源技术如是,刀片电池如是,e平台3.0如是,SiC功率模块亦如是。

(图/文/摄:皆电 宗泽)

 

 

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