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        淺談技術創新對降低電機控制器成本的重要作用
        發布日期:2017-07-31

        7月29日,由全國新能源汽車運營產業聯盟主辦,中國電動汽車網承辦的“2017中國綠色物流供應鏈產業高峰論壇暨全國新能源汽車運營產業聯盟成立大會”在浙江杭州舉行。中國科學院電工研究所高級工程師劉鈞在大會上做了“淺談技術創新對降低電機控制器成本的重要作用”的主題演講。




        一.背景概述


        電機驅動系統的性能直接決定了車輛的性能。是支撐電動汽車技術體系的三項關鍵共性技術之一。在要求方面,有高性能、可靠、安全、低成本等;在高性能方面,良好的電機驅動系統性能保證車輛的動力性、增加車輛續駛里程;在可靠性、安全性方面,直接影響到車輛的可用性和用戶的接受度;在低成本方面,電機驅動系統的成本將影響到新能源汽車的產業化進程。



        中國科學院電工研究所高級工程師劉鈞


        二、淺談降低成本的技術創新途徑


        1. 美國DOE電驅系統成本目標








        2. 電驅系統成本構成



        控制器成本降低的主要技術途徑包括:(1)有效提升現有材料利用率及國產化率(Si基IGBT與電容組件);(2)功率控制總成與動力總成集成創新;(3)基于第三代半導體技術的全SiC控制器。


        3. 提升Si基IGBT模塊的材料利用率


        創新的IGBT封裝技術提升芯片單位面積電流承載能力,同時芯片工作結溫Tjop從125℃提升至175℃。



        塑封/雙面冷卻封裝技術是被看好的規?;统杀痉桨钢?;同時Tj在線檢測(芯片集成溫度傳感器與損耗/熱阻模型計算相結合),減小設計余量。另外采用量大價廉的塑封分立器件(如特斯拉),可有效降低模塊成本(估計>30%以上)。


        4. 提高Si基IGBT模塊國產化率


        IGBT 國際廠商優勢明顯,國內發展潛力巨大,目前,國內已形成了 IDM 模式和代工模式的 IGBT 完整產業鏈。以中車、比亞迪為代表的廠商已成功實現國產IGBT在高鐵和新能源汽車中的應用,新能源汽車/軌交市場需求加速IGBT國產替代。


        中科院電工所功率器件檢測中心是目前國內首家專門針對高壓大功率半導體器件的國家級CNAS認證實驗室,檢測中心對外服務的企業、研究機構已超過30家,可提供工況下IGBT模塊壽命預測與實測。國內IGBT廠商委托測試需求日益增加,產品成熟度快速提高。



        5. 提高電容及疊層母排散熱能力


        疊層母排兼有機械連接、電氣與有效熱傳導作用,通過導熱絕緣材料將母排壓接在散熱底板上,可以有效提高電容紋波電流、減小銅排尺寸。


        6. 功率控制總成與動力總成集成創新


        電機+控制器+減速器(或變速箱)的乘用車動力總成集成方案;主驅+油泵+氣泵+DCDC+高壓配電的多合一商用車功率控制總成(PCU)方案均能有效降低系統成本。


        7. 第三代半導體SiC控制器


        一代芯片、一代模塊、一代系統,SiC為代表的第三代半導體可以高效、高速、高溫工作,采用先進封裝技術可以數倍提升Si控制器功率密度(2020年國內目標為≥30kW/L,裝車≥1000套)。SiC+先進封裝技術可以有效降低控制器損耗,數倍提升控制器功率密度,規?;南到y綜合成本是有優勢的。


        我國SiC芯片、模塊及控制器技術發展迅速,產業鏈建設速度加快,與國際成熟技術差距不斷縮小。


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