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电动汽车(EV)动力总成芯片级拆解

2020-07-15 12:14:32 来源:EETOP编译自techinsights
电动汽车(EV)可能是汽车市场上的颠覆性技术。它们提供了提高能源效率和减少排放潜力的希望,具体取决于用于发电的主要能源。此外,由于电价通常比汽油便宜得多,部分原因是税收方面的差异,因此电动汽车有望降低运营成本。但是,锂离子电池的一个缺点是其能量密度比汽油低100倍。即使考虑到电动汽车的更高效率,我们也需要将电池的能量密度提高约5倍,以实现与汽油动力汽车相同的重量效率。

TechInsights最近完成了对雪佛兰BoltEV零件的一些分析。这款小型掀背车是围绕一个大型的66千瓦时电池组构建的,该电池组位于汽车地板下方。凭借200匹马力的电动机,Bolt的加速性能非常强劲。240伏充满电需要10小时,但额定续航里程为417公里,车主应该很少需要给Bolt充满电。我们的分析主要集中在动力系统上,包括逆变器和锂离子电池组。在这篇短文中,我们将回顾其中的一些分析。图1显示了雪佛兰Bolt动力总成的示意框图。锂离子电池组,逆变器和驱动单元构成了动力总成的心脏。车载充电模块用于将主交流电转换为为电池充电所需的直流电。电池控制模块平衡电池组中电池的充电和放电。逆变器将来自电池的直流电转换为驱动单元(电动机)所需的三相交流电。辅助电源模块提供12 V直流电,以运行汽车的各种电气组件,例如加热风扇和电动窗。ECM控制驱动单元。

 

图1 雪佛兰Bolt动力总成框图雪佛兰Bolt上的电池组是由LG电子制造的,占据了汽车底盘系统的很大一部分。锂离子电池使用有些危险。由于非常高的电能密度和易燃的有机电解质材料的存在,TechInsights在我们办公室停车场的存储容器中执行了基本的拆卸工作,如图2所示。雪佛兰Bolt上的电池组由LG电子制造,占据了汽车底盘的很大一部分。由于电能量密度非常高,而且存在易燃的有机电解质材料,锂离子电池在工作中具有一定的危险性。

 

图2雪佛兰Bolt的LG ElectronicsVISTA 2.0电池组件图3显示了拆下盖子后的LG ElectronicsVISTA 2.0电池组的照片。该电池组由串联和并联连接的电池组组成,以产生所需的高电压和高电流。在电池的左下角可以看到一个电池控制模块。该模块用于管理电池的电气和热负荷。电池单元以相同的速率充电和放电非常重要,以确保电池组的热稳定性和长寿命。如图4和图5所示,从电池组中取出一个单电池模块,然后拆卸以释放单个SB035Z6电池以进行进一步分析。在对内部结构进行分析之前,需要小心地将SB035Z6电池放电。

 

图3雪佛兰Bolt的LG ElectronicsVISTA 2。0电池组件内部

图4雪佛兰Bolt的LG ElectronicsVISTA 2.0电池模块

图5来自雪佛兰Bolt的LG ElectronicsSB035Z6离子电池SB035Z6电池内部结构的截面图如图6所示。电池可能使用LG的堆叠和折叠结构形成,其中阳极(-)和阴极(+)材料层被有机隔离材料隔开。图6中所示的区域靠近电池单元的边缘。隔板和Al阴极电极比Cu阳极电极延伸得更远,并且隔板确保阳极和阴极活性材料完全电隔离。

图6来自雪佛兰Bolt的LG ElectronicsSB035Z6离子电池截面图电池结构的更详细的SEM截面图如图7所示。我们的分析发现,正极活性材料由LiNiMnCoO2颗粒形成,而负极活性层则由石墨形成。隔板包括在一侧上涂覆有金属氧化物的有机膜。

图7来自雪佛兰Bolt的LG ElectronicsSB035Z6离子电池的SEM横截面LG ElectronicsVISTA 2.0电池组直接为LG Electronics 2429-6561单电源逆变器模块供电,如图8所示。从逆变器模块上取下了盖子,并取下了两个印刷电路板(PCB),这显示出一个很大的英飞凌FS800R07A2E3IGBT3(650 V 800 A)电源模块安装在压铸铝外壳的底部,如图9所示。此电源模块提供驱动驱动单元的电动机所需的三相交流电源

图8 LG Electronics2429-6561单电源逆变器模块

图9 LG Electronics2429-6561单电源逆变器模块内部图10显示了去除陶瓷盖的Infineon FS800R07A2E3 IGBT3。该器件形成为三个独立的半桥IGBT功率级,每个功率级包括四对IGBT管芯和四个二极管管芯。FS800R07A2E3是IGBT3Hybridpack TM 2电源模块,具有沟槽栅极和场截止注入。

图10 InfineonFS800R07A2E3 IGBT3(650 V 800 A)FS800R07A2E3中找到的一个IGBT管芯的轮廓SEM横截面如图11所示。该垂直器件的顶部发射极/源极金属化层带有沟槽栅极。

图11英飞凌FS800R07A2E3IGBT3芯片横截面-SEM混合动力和电动汽车技术取决于广泛的电力电子技术和锂离子电池技术。与作者的第一辆汽车1983 ToyotaCorolla的比较是非同寻常的。1983年的花冠配有机械分配器,用于控制火花塞的点火,可能最复杂的电子产品是AM / FM收音机,其具有机械按钮调节功能。相比之下,现代混合动力和电动汽车,甚至传统的汽油动力汽车,都充斥着复杂的电子设备。

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