電動汽車(EV)動力總成芯片級拆解

2020-07-15 12:14:32 來源:EETOP編譯自techinsights
電動汽車(EV)可能是汽車市場上的顛覆性技術。它們提供了提高能源效率和減少排放潛力的希望,具體取決于用于發電的主要能源。此外,由于電價通常比汽油便宜得多,部分原因是稅收方面的差異,因此電動汽車有望降低運營成本。但是,鋰離子電池的一個缺點是其能量密度比汽油低100倍。即使考慮到電動汽車的更高效率,我們也需要將電池的能量密度提高約5倍,以實現與汽油動力汽車相同的重量效率。

TechInsights最近完成了對雪佛蘭BoltEV零件的一些分析。這款小型掀背車是圍繞一個大型的66千瓦時電池組構建的,該電池組位于汽車地板下方。憑借200匹馬力的電動機,Bolt的加速性能非常強勁。240伏充滿電需要10小時,但額定續航里程為417公里,車主應該很少需要給Bolt充滿電。我們的分析主要集中在動力系統上,包括逆變器和鋰離子電池組。在這篇短文中,我們將回顧其中的一些分析。圖1顯示了雪佛蘭Bolt動力總成的示意框圖。鋰離子電池組,逆變器和驅動單元構成了動力總成的心臟。車載充電模塊用于將主交流電轉換為為電池充電所需的直流電。電池控制模塊平衡電池組中電池的充電和放電。逆變器將來自電池的直流電轉換為驅動單元(電動機)所需的三相交流電。輔助電源模塊提供12 V直流電,以運行汽車的各種電氣組件,例如加熱風扇和電動窗。ECM控制驅動單元。

 

圖1 雪佛蘭Bolt動力總成框圖雪佛蘭Bolt上的電池組是由LG電子制造的,占據了汽車底盤系統的很大一部分。鋰離子電池使用有些危險。由于非常高的電能密度和易燃的有機電解質材料的存在,TechInsights在我們辦公室停車場的存儲容器中執行了基本的拆卸工作,如圖2所示。雪佛蘭Bolt上的電池組由LG電子制造,占據了汽車底盤的很大一部分。由于電能量密度非常高,而且存在易燃的有機電解質材料,鋰離子電池在工作中具有一定的危險性。

 

圖2雪佛蘭Bolt的LG ElectronicsVISTA 2.0電池組件圖3顯示了拆下蓋子后的LG ElectronicsVISTA 2.0電池組的照片。該電池組由串聯和并聯連接的電池組組成,以產生所需的高電壓和高電流。在電池的左下角可以看到一個電池控制模塊。該模塊用于管理電池的電氣和熱負荷。電池單元以相同的速率充電和放電非常重要,以確保電池組的熱穩定性和長壽命。如圖4和圖5所示,從電池組中取出一個單電池模塊,然后拆卸以釋放單個SB035Z6電池以進行進一步分析。在對內部結構進行分析之前,需要小心地將SB035Z6電池放電。

 

圖3雪佛蘭Bolt的LG ElectronicsVISTA 2.0電池組件內部

圖4雪佛蘭Bolt的LG ElectronicsVISTA 2.0電池模塊

圖5來自雪佛蘭Bolt的LG ElectronicsSB035Z6離子電池SB035Z6電池內部結構的截面圖如圖6所示。電池可能使用LG的堆疊和折疊結構形成,其中陽極(-)和陰極(+)材料層被有機隔離材料隔開。圖6中所示的區域靠近電池單元的邊緣。隔板和Al陰極電極比Cu陽極電極延伸得更遠,并且隔板確保陽極和陰極活性材料完全電隔離。

圖6來自雪佛蘭Bolt的LG ElectronicsSB035Z6離子電池截面圖電池結構的更詳細的SEM截面圖如圖7所示。我們的分析發現,正極活性材料由LiNiMnCoO2顆粒形成,而負極活性層則由石墨形成。隔板包括在一側上涂覆有金屬氧化物的有機膜。

圖7來自雪佛蘭Bolt的LG ElectronicsSB035Z6離子電池的SEM橫截面LG ElectronicsVISTA 2.0電池組直接為LG Electronics 2429-6561單電源逆變器模塊供電,如圖8所示。從逆變器模塊上取下了蓋子,并取下了兩個印刷電路板(PCB),這顯示出一個很大的英飛凌FS800R07A2E3IGBT3(650 V 800 A)電源模塊安裝在壓鑄鋁外殼的底部,如圖9所示。此電源模塊提供驅動驅動單元的電動機所需的三相交流電源。

圖8 LG Electronics2429-6561單電源逆變器模塊

圖9 LG Electronics2429-6561單電源逆變器模塊內部圖10顯示了去除陶瓷蓋的Infineon FS800R07A2E3 IGBT3。該器件形成為三個獨立的半橋IGBT功率級,每個功率級包括四對IGBT管芯和四個二極管管芯。FS800R07A2E3是IGBT3Hybridpack TM 2電源模塊,具有溝槽柵極和場截止注入。

圖10 InfineonFS800R07A2E3 IGBT3(650 V 800 A)FS800R07A2E3中找到的一個IGBT管芯的輪廓SEM橫截面如圖11所示。該垂直器件的頂部發射極/源極金屬化層帶有溝槽柵極。

圖11英飛凌FS800R07A2E3IGBT3芯片橫截面-SEM混合動力和電動汽車技術取決于廣泛的電力電子技術和鋰離子電池技術。與作者的第一輛汽車1983 ToyotaCorolla的比較是非同尋常的。1983年的花冠配有機械分配器,用于控制火花塞的點火,可能最復雜的電子產品是AM / FM收音機,其具有機械按鈕調節功能。相比之下,現代混合動力和電動汽車,甚至傳統的汽油動力汽車,都充斥著復雜的電子設備。

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