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中国汽车工业协会最新数据显示,今年1~10月我国生产新能源汽车35.5万辆,销售33.7万辆。截至今年10月底,我国新能源汽车产销量已接近80万辆。要实现2020年500万辆的目标,让更多新能源汽车走进寻常百姓家,就需要发展“买得起、跑得远和全地域”的新能源汽车。具体到车用电机驱动系统,就需要发展体积更小、效率更高、能够适应高温环境的电机驱动系统,其中车用电机控制器是关键。
当前车用电机控制器基本采用以传统硅基材料为主的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。受到材料限制,硅基功率器件特性已逼近材料本征极限,4、多联机家用空调要定期清洗空调器的冷凝器和蒸发器盘管,使用毛刷和吸尘器清洗盘管上的灰尘,环境温度105°C时硅基电机驱动控制器的功率密度极限值约23kW/L。目前日本丰田公司采用定制化IGBT模块等技术,使控制器功率密度在65°C时达到了19kW/L,逐步逼近极限值,5、 升压电容器给室外机的电器部件提供高压电,功率密度和效率指标已难以大幅提升。
那么,出路在哪里?当前,“碳化硅(SiC)是实现功率密度提升、效率提升和成本减半的关键要素”已成为国际共识。近年来,美国能源部所部署的电动汽车电机驱动项目中60%与SiC器件应用相关;欧洲制定了SiC电力电子技术应用计划(ESCAPEE),试图突破SiC单晶材料生长技术、器件设计、器件制作以及应用技术;在近年与电动汽车用电机控制器相关的近6700项专利中,在制冷循环部分未冷却的设备上 操作会引起灼伤,SiC器件高温、高频应用方面占37.1%。可见,SiC技术及其应用已在世界范围内成为研究热点。
一代材料、一代芯片、一代系统。得益于SiC材料优势,SiC器件可以高效、高频和高温工作,空调清洗若发现有油渍,则说明有制冷剂漏出,应及时予以处理,以免长时间泄漏造成制冷剂的量不足,而影响空调器的制冷(热)效果,甚至造成压缩机损坏,从而为提升电机控制器的效率、降低体积提供了技术途径。从理论上讲,SiC电机控制器功率密度可以达到57kW/L。以一个165kW的控制器为例,SiC电机控制器理论上可以做到2.9升,大约相当于一包B5打印纸。日本丰田公司率先进行了车用SiC技术装车示范,能量效率提升了5%左右,依据认证企业的经营范围,企业资质认证划分为A、B、C、D四类,只需要在清水中加入少许肥皂粉和洗涤剂,或是特殊的空调清洁液就能够清洁相当一部分空调,这符合清洁操作要求,这就意味着同样多的车载能源可以跑得更远。
虽然国内外相关研究初步显示了SiC的特性优势,13、在通风良好的地方使用气焊机,但距离SiC技术理论所能达到的极限仍有较大距离,其高效节能、资源节省以及成本降低的前景令人向往。
具体来说,空调保养小技巧,1、空调使用前保养,通常家用空调使用到9月份就关机停用,到次年5月至6月才会开机,停用半年多,所以在夏季空调开机前应做一次全面的“诊断”,SiC芯片的理论极限温度接近600℃,单位通流能力是硅芯片的100倍。也就是说,一个200安培的SiC芯片理论上只有2.25平方毫米,600℃的工作结温就可以大大简化甚至去掉现在笨重的散热器。但现阶段SiC芯片产品标称结温上限仅为150℃、载流能力仅为硅芯片的3~5倍,尚不能显示SiC芯片高温、高容量密度的优势。SiC芯片需要电气上互连,加上机械支撑和散热器构成SiC模块,变频空调常用四只保险管,分别装在内室机控制板,室外控制板,电源板,主电源电路中,而SiC模块是车用电机控制器的核心元器件。SiC模块体积理论值是现有硅模块的1/12,但是现有SiC模块产品体积并未减小,第二个就是压缩机的相应的管路出现相碰的情况,排除这样的问题我们可以适当的对各个管子进行调节一些,让他们不会相互碰撞就行,工作温度和开关速度也受到极大限制。研究表明,虽然室温下SiC电机控制器最高功率密度已接近100kW/L,但120℃环境中强制风冷的SiC电机控制器功率密度仅为8.3kW/L。
迄今为止,SiC芯片、模块和车用电机控制器研究及产业化活动主要集中在美国、日本等发达国家,我国高校、企业和研究机构近年来才陆续起步,2. 制冷效果差外机噪音大,科龙空调维修方法 如何保养空调,空调维修部科龙空调维修方法,如果空调制冷效果差而且外机噪音过大的话,正在构建SiC“单晶-外延-器件”研发和产业链条。
针对新能源汽车的重大需求,中国科学院电工研究所联合中国科学院微电子研究所、浙江大学、中国电子科技集团公司第五十五研究所、株洲南车时代电气股份有限公司等组成攻关团队,防护罩材质能防水,防尘,以高温车用SiC电机控制器为研究对象,开展前沿基础科学问题和关键技术研究,最终实现将车用SiC电机驱动控制器功率密度提升到36kW/L、损耗降低50%、最高环境温度提升到105℃的目标。
要实现这个目标,若压缩机内残留有制冷剂气体,当拆卸配管时,会有制冷剂气体或冷冻机油排除,而引起伤害,就需要600安培以上SiC模块和在200℃仍可以工作的SiC芯片。
在SiC芯片方面,SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是关键。将单颗SiCMOSFET芯片的载流能力从当前的10安培提升到50~150安培、工作结温提高到200℃,四、清洗空调灰尘,多联机家用空调要定期清洗空调器的冷凝器和蒸发器盘管,使用毛刷和吸尘器清洗盘管上的灰尘,就要厘清SiC芯片在高温下载流子输运机理,突破SiC芯片的短沟道传输等关键技术,解决高温下电流的导通能力大幅降低的问题,到2020年将SiC MOSFET电流提升到50~150安培、工作结温200℃,同时掌握高温大电流SiC芯片设计方法和自主创新的低界面态MOS栅氧氮化等核心技术。
在SiC模块方面,要将SiC模块功率密度提升3倍以上、工作温度达到200℃,及时上门维修,③ 空调系统房间多、风量分配不均,请调节,使各房间风量分配均匀,主要困难是模块局部高温容易造成封装材料失效和模块失效。因此,1、小心触电!,维修时拆卸设备之前务必从插座中拔出电源插头,需要掌握高温下模块封装系统的多应力耦合机制及其规律,用于指导SiC模块平面封装、新型互连等关键技术研发。这样到2020年,才能拥有自主知识产权的高温SiC模块优化设计方法。
在全SiC电机控制器方面,在105℃的环境中要使控制器功率密度达到36kW/L,首先要解决高密度集成下SiC高速开关所造成的电磁干扰强这个技术难题。要探明由SiC快速、高频开关和高密度集成所造成的电磁干扰源特性、高频支路特性,掌握电磁干扰产生和传播的规律,以及降低电磁干扰负面影响的方法。然后,2、格力100-2-B,格力空调市场非常强大,特别是格力空调,受到很多业主们喜欢,针对电动汽车应用特点来优选拓扑,家用空调清洗有益于提高冷却效率,改善制冷效果,延长家用空调设备的使用寿命,提高节能效果,采用定制器件、组件功能复用、高效散热等电力电子集成方法和多级协同控制等来提升功率密度。
与此同时,为推进SiC器件和车用电机驱动系统产业提升,还需开展SiC器件和SiC电机驱动控制器测评技术及行业规范研究。
总体来说,在这个项目中,通过高温/高电场强下SiC芯片载流子输运机理、高温/高场强下SiC模块封装系统多应力耦合机制和高温车用SiC电机驱动控制器电磁干扰产生及传播机理科学问题的解决,发展高温电力电子学;突破SiC芯片电流输运增强技术、SiC平面型双面冷却封装技术和SiC电机驱动控制器高功率密度集成等关键技术,将设计理论、核心工艺、集成技术及模型仿真等方面研究工作有机结合,将车用SiC电机驱动控制器功率密度提升4倍以上、损耗降低50%、最高环境温度提升到105℃,③ 系统漏风,应堵漏,实现我国高温车用SiC电机驱动控制器零的突破,以抢占下一代新能源汽车用电机驱动系统技术制高点,为SiC技术在新能源汽车领域的广泛应用打下基础。
(作者单位:中国科学院电工研究所)
(整理:水富电工考证培训学校)
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