各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，各位同行大家下午好，很容幸有這個機(jī)會來到這里跟大家介紹一下我們的研究情況，今天上午各位專家、各位領(lǐng)導(dǎo)對新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，和現(xiàn)有的一些狀態(tài)，或者是很多規(guī)劃進(jìn)行了非常精彩的講演，我是來自中國科學(xué)院電工研究所，我這個報告中希望從技術(shù)角度跟大家分享一下我們研究組對于未來如何提高車用電力控制器，降低整車成本，降低整車的價格，使得消費(fèi)者更容易接受新能源汽車這個角度來跟大家分享一下。
三個方面，首先是把車用控制權(quán)基本狀態(tài)跟大家介紹一下，因為不是所有人都是這方面的研究者。另外就是提高功率密度的我們所知的一些方法，可能在未來會有應(yīng)用，最后是一個簡單的總結(jié)。今天上午很多領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓反復(fù)強(qiáng)調(diào)了新能源汽車發(fā)展是我國很重要的目標(biāo)，世界各國都在努力的發(fā)展新能源汽車。我國的計劃2020年實現(xiàn)500萬輛目標(biāo)，從其他的一些國家推測來看，到2020年如果能達(dá)到可能占有世界四分之一的份額。剛才很多專家也提到了新能源汽車價格昂貴是本身制約它發(fā)展的一個主要問題。在這里列了同款的燃油汽車和混合動力車，大家可以很清楚的看到這個價格大概在1.5-2倍之間，這個昂貴的價格是現(xiàn)在消費(fèi)者難以接受的，即使現(xiàn)在是國家和各個地方都有補(bǔ)助，一旦補(bǔ)助價格稍微降下來以后相對來講還是很制約人的。
其中一種解決降低成本的方式，就是各國采用提高關(guān)鍵部件功率密度來降低制造物體的體積，降低配、降低物料來降低成本這條路子。剛才博士在他的報告中也介紹了美國能源部其中主要列舉成本價格降低的數(shù)值，同時能源部還發(fā)布了它的體積跟重量。他的達(dá)的目標(biāo)是實現(xiàn)到2020年大概是比現(xiàn)在現(xiàn)有的功率密度翻一番的目標(biāo)，現(xiàn)我們常說的新能源汽車相關(guān)的三大：也就是我們常說的電池電機(jī)和電控。就是我們所謂的電頻器。我們研究組工作中主要是對它的功率密度最終實現(xiàn)倍增的目標(biāo)。它的主要涵蓋的方式，就是一個國外的公司所做出來的分析，認(rèn)為對于成本來講，它的影響功率模塊大概占大概是55%，散熱部分占15%左右，而電池部分超過35%，其他的稍微小一點。
在我們車控制器之中主要是分為以下八個方面。功率器件是能夠轉(zhuǎn)換的主要最直接的方式，就是我們所說的半導(dǎo)體管，再往后為了維持在系統(tǒng)中有能量的儲存和轉(zhuǎn)換需要一定的無煙器件，也就是常用的電子跟電容，它的體積和重量接近三分之一左右，再一個為了供熱器件，因為它的損耗相當(dāng)大，一般的一個三四千瓦的散熱器控制器損耗接近和靠近30千瓦左右?；蛘呱晕⒌鸵稽c。他需要大量的散熱器，一般采用水冷的方式進(jìn)行散熱器散熱。他的體溫重量占到了超過10%左右。而我們?yōu)榱丝刂乒β势骷?，我們要用做好的進(jìn)行控制，這樣就需要就門極驅(qū)動，再有就是相應(yīng)的一些傳感器，來測量電壓信號，電源信號和溫度信號，為了更好的節(jié)約成本，我們盡可能的使門極設(shè)計減少，這樣就涉及到電路的控制結(jié)構(gòu)和控制策略，以及把所有的以上各個方面連接起來一個母線連接的裝置，這是目前說的集中母臺也是這個概念。
之后這些部件是相互關(guān)聯(lián)的，很難通過單獨(dú)提高某一個部分來提高整體的功率密度的，一定是各個配件廠商共同努力配合電汽廠商來提高功率密度，同時保證價格比現(xiàn)有情況進(jìn)一步降低。
另外介紹一下器件方面最新的半導(dǎo)體器件。第一代半導(dǎo)體是硅器件，第二代是升化器件及第三代是碳化硅器件。它本身物理材料特性是非常的優(yōu)秀，作為一種半導(dǎo)體它的導(dǎo)電率非常高，折算下來它所制造出來的我們的半導(dǎo)體器件導(dǎo)電電阻是我們常規(guī)器件的1/3到1/5。它可以高溫工作，我們常用的硅器件是120伏為主，150的稍微少一部分，而它的最燙溫度理論只能到達(dá)600伏左右，現(xiàn)有做出來的能夠長時間受熱的只有450伏左右.國外比如說日本企業(yè)預(yù)測到新一代車器件到200度左右，這樣能夠節(jié)省控制片，散熱器、還有節(jié)省泵的裝置，這樣大量節(jié)省元器件，電子電容的體積重量。綜合來講還是有相當(dāng)優(yōu)勢的。它所能制造的元器件幾乎涵蓋了所有碳化硅功率器件，當(dāng)然高壓部位現(xiàn)在還在研發(fā)階段，現(xiàn)有的我們認(rèn)為可能到600伏到900伏左右的橡膠電子管，PPT，世界各國都有相應(yīng)的研究?，F(xiàn)在國外一些廠商簡單列舉一下，主要有美國的的CREE公司和日本Rohm公司為主，都是作為下一代競爭我們元器件的供應(yīng)廠商。其他美國歐洲有一些其他的研究，特別提到在日本有大量的車企進(jìn)入到這個行業(yè)之中，從頭到尾從我們新能源汽車制造企業(yè)一步一步扣成本，因為我們新能源汽車本身就是對成本扣的很細(xì)的一個行業(yè)，所以很多情況下需要每個步驟進(jìn)行優(yōu)化。
相對來講我國的發(fā)展稍微靠后一點，但是現(xiàn)在相對來講研發(fā)從我們這個也車企元器件各個國家的扶持都有，但是由于市場成熟程度和發(fā)展階段限制還跟國外有較大距離的限制，有待于我們大家共同努力進(jìn)一步發(fā)展我國的信息產(chǎn)業(yè)方面研發(fā)。這張圖它的主要比較就是碳化硅二級管優(yōu)勢，主要是藍(lán)色的常規(guī)的部件流部分。紅色的是碳化硅部件流部分。由于這個器件本身特性的性質(zhì)，我們一般常用的150伏左右，而我們的碳化硅最高做到3000伏。所以這塊來損耗降低了。因此可以看出來它的損耗功率十分之一左右，尤其你的功率越高，它的優(yōu)勢更加明顯。雖然說它的功率好，但是還是需要和其他的配件相互配合。再有就是它的驅(qū)動保護(hù)可能還是不夠大，因為常用IDPP來講最高是，這是原有的控制芯片不能形成的。另外就是現(xiàn)有散熱，對于現(xiàn)階段散熱比較比較充分，但是對于現(xiàn)階段它做的更加小巧更加集中，它的散熱能力希望提高5-10倍左右，因此就要引用一些新有的技術(shù)。相對來講需要采用一些新興的技術(shù)達(dá)到功率密度提高達(dá)到高效能。因為這是我們新能源汽車發(fā)展很注重的一個目標(biāo)。
之后就是提高功率密度的一些方法，從技術(shù)層面上可以提高功率密度，而保證我們價格可以下降。還是剛剛那張圖，主要來講我們提高它分裝散熱系統(tǒng)是瞄準(zhǔn)它散熱系統(tǒng)這塊體積的一個重量，而結(jié)構(gòu)跟控制這塊來講無煙器件和電容電子這塊的結(jié)，而供熱模塊這塊的碳硅器件能夠提高它的運(yùn)行溫度和頻率來提高它的功率密度。這個列舉了新能源汽車發(fā)展的車用模塊封裝散熱發(fā)展趨勢。把它分為三代，最開始傳統(tǒng)的車采用的是工業(yè)常用的硅abc的模塊，直接放到冷板上，直接通過壓價和保潔方式直接連接，會造成相對比較大的熱阻，就是散熱差一點。再往后減少層數(shù)，或者是進(jìn)行雙面的散熱方式。再往后就是制造我們碳化硅器件中，散熱增加一倍。剛剛所說的最后一種方式就是我們總結(jié)各個機(jī)構(gòu)非常努力在進(jìn)行的一種方式，它的主要目標(biāo)還是要達(dá)到制造簡便，可靠性高，低成本這三條。因為這種不同的封裝方式提出來大概已有十多年了，沒有充分進(jìn)入商業(yè)化模式，還是因為可能大批量的制造上有一定的難度，就是制造的工藝性，可靠性，跟我們傳統(tǒng)的硅器件相比還是相對有一定的差距。
這個是我們成功運(yùn)用的新能源車中的兩個例子，最早是用到萊凱斯rs600上的，因為它本身車的價格稍微貴點，它能承擔(dān)的起局部價格稍微貴一點的結(jié)構(gòu)，明顯看出來跟其他的新能源車相比它的功率密度提高到1.5倍左右，去年Toyotacamry款雙面冷卻的方式希望能夠逐步提高應(yīng)用到我們每一款新能源汽車當(dāng)中。另一方式是合并冷卻系統(tǒng)方式，引擎類冷卻和電氣冷卻現(xiàn)階段它是兩套系統(tǒng)，一個是110度，對應(yīng)于我們引擎類冷卻，而電氣方面是65度，這個原因也是剛才所介紹的硅器件現(xiàn)有溫度在110-120左右，因此如果你本身把器件提高到110，基本上它就不能工作了。因此其中一種方式是應(yīng)用硅器件，使它的功率溫度提高。我們硅器件現(xiàn)有硅器件產(chǎn)品提高170度左右，采用合并的冷卻系統(tǒng)方式來提高整車的功率密度，相當(dāng)于是說把一套散熱裝置去掉了，這樣是集中把重量減下來了。同樣存在于一個難度就是新型的器件優(yōu)化還在進(jìn)一步探索。
再有就是拓?fù)浜涂刂品矫娴慕Y(jié)構(gòu)，一方面是新型器件帶來新型的應(yīng)用環(huán)境，大量應(yīng)用控制回路電壓形成器。傳統(tǒng)的電流源磁控制器如果想應(yīng)用到車中有兩個比較大的問題，一個是老的器件由于導(dǎo)通方向能耗比較大，大概是我們新能源電動車的2-3倍，這個不容易接受，另一點就是在低頻運(yùn)行的時候或車啟動或者是靜止時它的工作狀態(tài)非常差，將會導(dǎo)致大量損耗?，F(xiàn)在現(xiàn)有的研究方式一個是提供新型產(chǎn)品，比如說電流源逆變器，能夠和我們傳統(tǒng)電源運(yùn)行近貼，運(yùn)行的更好。另外就是傳統(tǒng)的不利于帶動新車的弱點，可以減少我們現(xiàn)有車中電容電纜過大的目標(biāo)。再有就是新控制，減少電容量提高功率密度，利用載波移相技術(shù)電容紋波降低15%。進(jìn)行這個電流電容見效，這樣電流見效就提高它的功率密度。
同樣在采取新的結(jié)構(gòu)之后，傳統(tǒng)的公式法可能就不太適用了，還是要對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，否則你的成本還是降不下來。因此我們標(biāo)準(zhǔn)一個是散熱，一個是無源系統(tǒng)的器件方式進(jìn)行整體優(yōu)化，大概是一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，不斷的進(jìn)行確定，甚至包括一些機(jī)械結(jié)構(gòu)價的設(shè)計，另外整體價格比現(xiàn)有成本要低，然后來確定系統(tǒng)優(yōu)化再進(jìn)行硬件設(shè)計。
最后一點剛剛提到的碳化硅應(yīng)用技術(shù)，突破現(xiàn)有模塊150度限制，封裝200度以上的功率模塊，解決高速開關(guān)醫(yī)受干擾，實現(xiàn)高速門級驅(qū)動，解決散熱過于集中，建立精確散熱模型。新能源汽車行業(yè)本身成本控制比較明確，電流比較小，可能電壓電容可能不能夠接受這種新方式，這樣就需要進(jìn)行更先進(jìn)一點的散熱方式。雖然它的局部貴一點，但是系統(tǒng)來講還是非常劃算的。
然后還高溫模塊帶來的挑戰(zhàn)，原來不僅僅是高溫，還有大體積的問題，因為現(xiàn)有車耐受模塊是負(fù)55度，過去看出來負(fù)55度到負(fù)250度，很難，常規(guī)的功率是100000次溫度循環(huán)，但是隨著溫度循環(huán)不一樣，標(biāo)準(zhǔn)不一樣，但是隨著溫高之后它的效果會大幅度下降。簡單來講就是對它的排量搭建優(yōu)化，實現(xiàn)現(xiàn)有硅器件能夠?qū)崿F(xiàn)的狀態(tài)。
再有就是高速開開關(guān)帶來的挑戰(zhàn)，一個是減少了它的損耗，減少了電壓和電流的兼容點，提高它的安全性。再有就是驅(qū)動，區(qū)分開關(guān)，如果在高速情況下不區(qū)分會干擾情況。還有就是比較安全現(xiàn)階段達(dá)到80毫秒，以后提高到10幾毫秒左右。再有就是門極驅(qū)動設(shè)計，解決方式就是剛剛說的區(qū)分開關(guān)回路，保證高速開通同時減少干擾。一方面把這些控制器件集中在一塊兒，進(jìn)一步減少干擾。
再往后就是散熱技術(shù)的發(fā)展，能采用的是這幾個方面，其中一個就是熱管散熱，這是現(xiàn)在的CPU使用過程當(dāng)中，雖然它的散熱能力還是有待提高，但是熱效能逐漸在縮小。再有就是半導(dǎo)體制冷，這個已經(jīng)被用在車載和車型小型冰箱，可以制造一個低溫的環(huán)境，這也是我們將來運(yùn)用現(xiàn)在硅器件，可以降低我們整體散熱目標(biāo)。
再有就是液態(tài)金屬散熱，水銀會是水的60到70倍。再有就是塑料化槽制冷板，搭建一些新型的噴塑，降低它的成本，提高它的功率密度。以上是我們做的研究方面和項目的介紹。提高功率密度是將來進(jìn)一步降低新能源汽車價格的有效途徑，要想提高它的功率就要采用新型的結(jié)構(gòu)散熱，控制，使用混合方式綜合進(jìn)行，對價格進(jìn)行綜合優(yōu)化，達(dá)到價格降低目標(biāo)。
以上就是我所進(jìn)行的一些研究方面或者正在進(jìn)行的研究項目的介紹，最后總結(jié)就是提高功率密度將來能夠有效降低新能源汽車的其中的一個很重要的途徑，要想提高功率密度就要采用新型的透氣結(jié)構(gòu)、散熱、控制，各種方式綜合進(jìn)行，對于整個系統(tǒng)它們的價格進(jìn)行綜合的優(yōu)化，達(dá)到降低價格的目標(biāo)。再有就是新型器件同樣需要供貨廠商的溝通努力，進(jìn)行新型的設(shè)計，不能套用。以上是我的報告，謝謝大家!
