根据乘联会数据,2022年6月新能源车国内零售渗透率27.4%,并且2022年6月29日欧盟对外宣布,欧盟27个成员国已经初步达成一致,欧洲将于2035年禁售燃油车。市场越来越景气,同时国内近期新发布的新能源车型也百花齐放。不论是普通消费者、新能源汽车产业相关从业者,还是一二级市场投资人,也逐渐深入关注研究新能源车的一些核心部件,尤其是功率器件IGBT模块,今天小编就用问答的形式给大家展开讲讲,希望能够用比较通俗的解释帮助到大家。
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IGBT模块的作用
要弄明白IGBT模块,就要先了解新能源汽车的电驱系统,先用一句话概括电驱系统如何工作:
在驾驶新能源汽车时,电机控制器把动力电池放出的直流电(DC)变为交流电(AC)(这个过程即逆变),让驱动电机工作,电机将电能转换成机械能,再通过传动系统(主要是减速器)让汽车的轮子跑起来。反过来,把车轮的机械能转换存储到电池的过程就是动能回收。
1、什么是“三电系统”和“电驱系统”?
三电系统,即动力电池(简称电池)、驱动电机(简称电机)、电机控制器(简称电控),
也被人们成为三大件,加起来约占新能源车总成本的70%以上,是决定整车运动性能核心的组件。
电驱系统,我们一般简单把电机、电控、减速器,合称为电驱系统。
但严格定义上讲,根据进精电动招股说明书,电驱动系统包括三大总成:驱动电机总成(
将动力电池的电能转化为旋转的机械能,是输出动力的来源)、控制器总成(基于功率半导体的硬件及软件设计,对驱动电机的工作状态进行实时控制,并持续丰富其他控制功能)、传动总成(通过齿轮组降低输出转速提高输出扭矩,以保证电驱动系统持续运行在高效区间)。
图:电驱系统示意图
图片来源:进精电动招股说明书
2、什么是“多合一电驱系统”?
一开始电机、电控、减速器都是各自独立的零部件,但随着技术的进步,我们把这三个部分集合在一起做成一个部件,就变成了“三合一电驱”。集成的目的主要是节省空间、降低重量、提升性能、降低成本。
吉利金刚2代报价图片来源,巨一科技、翠展微整理
帕拉丁报价目前市场上集成度较高的有比亚迪旗下弗迪动力的“八合一电动力总成”,这套八合一电驱系统集成了驱动电机、电机控制器、减速器、车载充电器、直流变换器、配电箱、整车控制器、电池管理器。
图片来源,弗迪动力
当然,也并不是说集成度越高就越好,需要解决的有散热结构设计、系统稳定性、生产工艺成熟度等问题,对消费者来说,后期维修成本也是一大问题。所以具体怎样选用多合一电驱系统还需要综合。
bmw13、IGBT模块究竟如何工作?
在电控模块中,IGBT模块是逆变器的最核心部件,总结其工作原理:
通过非通即断的半导体特性,不考虑过渡过程和寄生效应,我们将单个IGBT芯片看做一个理想的开关。我们在模块内部搭建起若干个IGBT芯片单元的并串联结构,当直流电通过模块时,通过不同开关组合的快速开断,来改变电流的流出方向和频率,从而输出得到我们想要的交流电。
图:IGBT逆变原理
图片来源网络,侵删
IGBT模块结构
和
汽车IGBT模块应用
上面提到了IGBT模块在电驱系统中的作用,下面我们展开来具体看看IGBT模块的结构。
4、IGBT模块实物长啥样?
IGBT模块的标准封装形式是一个扁平的类长方体,下图为HP1模块的正上方视角,最外面白的都是塑料外壳,底部是导热散热的金属底板(一般是铜材料)。可以看到模块外面还有非常多的端子和引脚,各自有自己的作用:
g31是DC正,2是DC负;3,4,5是三相交流电的U、V、W接口;6,25,22是集电极的信号端子,7,9,11,13,15,17是门极信号端子;8,10,12,14,16,18是发射极信号端子;19是DC负极信号端子;23,24是NTC热敏电阻端子。
图:HP1模块等效电路图
图:HP1模块等效电路图厦门汽车网
图片来源,翠展微
5、IGBT的基础拓扑结构是怎样的?
图:IGBT模块基础电路拓扑结构
图片来源,翠展微
如上图所示,在IGBT模块/单管中,一般统称一单元是IGBT单管,二单元是单个桥臂(半
桥),四单元是H桥(单相桥),六单元是三相桥(全桥),七单元一般是六单元+一个制动单元,八单元一般是六单元+制动单元+预充电单元。
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