房地产速递-"14may18_XXXXXL56endian简介"-盖世大学堂电气化14may18_XXXXXL56endian简介系列知识讲解（三）

盖世大学堂电气化14may18_XXXXXL56endian简介系列知识讲解（三）_ZAKER新闻

上游新闻记者张莹

在汽车行业向新能源转型的进程中，800V 高压系统凭借其高效能、快速充电等显著优势，成为电动汽车技术发展的关键方向。深入了解该系统的开发要点，对于提升电动汽车性能、增强市场竞争力至关重要。本文主要围绕 800V 高压系统，从关键部件选型、测试流程到绝缘材料与工艺等方面展开详细阐述。一、正负极叠层母排选型叠层汇流母排在电力电子产品中发挥着关键作用，主要用于实现功率电路和器件之间的电气连接。其独特的正负极层叠平行分布结构，不仅能够有效降低线路分布电感，还能减少功率器件两端的反向峰值电压，进而降低功率器件对电压保护吸收电路的要求。在选型过程中，需重点关注以下关键参数。（一）电压参数额定电压应不小于电机控制器的额定输入电压，以确保在正常工作状态下，母排能够承受电机控制器输入的电压，不会因电压过高而损坏。同时，工作电压范围应大于电机控制器的电压工作范围，为系统运行提供一定的电压裕度，应对可能出现的电压波动情况。（二）电流参数额定电流值需不小于电机控制器的额定输入电流，保证母排在长期稳定运行时，能够承载电机控制器的正常工作电流。峰值电流必须不小于电机控制器的峰值输入电流，以应对电机启动、加速等瞬间大电流工况，避免母排在高电流冲击下出现故障。二、被动放电电阻选型电机控制器必须配备被动放电电阻，这是保障系统安全的重要环节。当工作停止后，母线电压需通过吸收电阻进行放电，且必须在 3 分钟内将电机控制器内的电压泄放到 36V 安全电压以下。在选型时，应依据以下原则。（一）电阻值计算根据公式 R=T/3C（其中 T 为放电时间，C 为薄膜电容的容量）来确定电阻值大小。该公式基于放电时间常数的原理，确保电阻能够在规定时间内完成放电任务。（二）功率要求电阻的功率应不小于 P=U ² /R（其中 U 为母线电压）。这是因为在正常工作时，被动放电电阻会消耗能量，若其功率不足，可能会因过热而损坏，影响系统的安全性和稳定性。（三）耐压要求电阻的额定电压应不小于电池的最高电压，防止在电池电压波动或出现异常情况时，电阻被击穿，导致放电功能失效。三、功率模组测温方案对比不同供应商在功率模组测温方面采用了多样化的技术方案，分别各有优劣。英飞凌是在 DBC 基板上直接放置 NTC 温度传感器，该方案成本较低，易于实现，且稳定性较好。然而，在堵转工况下，由于热量分布不均匀等因素，其测量温度与结温的差别较大。富士则是在 IGBT 芯片上集成测温二极管，能够精确反馈结温。但这种方案对芯片工艺要求较高，导致成本增加。阳光电源在器件塑壳表面布置测温点，能较好地反映结温，但由于测温路径和空间的影响，其精度相对在芯片上直接集成的方式略低，且整机工艺较为复杂。特斯拉在塑壳表面照射红外传感器，精度较高。但红外热成像芯片成本高昂，增加了系统的整体成本。这些测温方案的测量结果会被用于控制策略的标定。通过将实测温度值与软件中预设的结温参考值进行比较，系统可根据比较结果做出相应动作，如对 MCU 进行降温控制，或对温度、扭矩、转速等参数进行调整，以保障系统在适宜的温度范围内运行，避免因温度过高影响整车动力性和经济性。四、功率模组方案对比市场上存在多种功率模组方案，各方案在杂散电感、热阻、功率密度、器件工艺难度、控制器工艺难度和供应链成熟度等方面存在差异。日立凭借双面水冷设计，冷却面积大，热阻较小，能有效保证温度恒定，功率密度较高。然而，其器件工艺和控制器工艺相对复杂，对制造技术要求较高。阳光电源和特斯拉在设计上进行了优化，杂散电感相对较低。但在控制器工艺方面面临较大挑战，需要精心设计以确保系统的稳定性和可靠性。英飞凌的杂散电感相对较高，但供应链成熟度高，在市场上应用广泛，为产品的供应和维护提供了便利。丹佛斯和博世的各方面性能较为均衡，在不同应用场景中具有一定的适应性。德尔福虽然也是双面冷却，但通过增加多个部件实现，导致器件工艺复杂。目前在长城第一代混动上有应用，随着车企自主开发能力的提升，其应用情况可能会发生变化。国内车企在功率模组选择上，早期部分车型使用英飞凌的产品较多。近年来，随着阳光电源等企业技术能力的提升，其产品凭借成本优势逐渐得到更广泛应用，但在一些核心部件上仍依赖英飞凌、丹佛斯等企业的芯片。五、800V 高压系统元器件变化当电驱动系统的标称母线电压从 400V 提升到 800V 后，电机控制器内部控制单元电路因主要处理低压信号，基本保持不变。然而，功率单元电路的各部分元器件及其印制电路板（PCB）的设计发生了显著变化。一是电压等级提升。驱动磁隔离 IC、驱动隔离变压器、X 电容、Y 电容、功率电感、电阻、保险、连接器、线束、功率模块、薄膜电容等元器件的电压等级均需相应提高。例如，X 电容和 Y 电容从 X2 等级、Y2 等级提升到 X1 等级、Y1 等级；功率电感在升压充电过程中，由于电压升高，对其使用的氧化物材料和设计要求也有所改变。二是绝缘设计变更。随着电压升高，绝缘材料和绝缘结构必须改变。如 IC 内部绝缘材料及其厚度需调整，以满足更高的耐压需求；爬电距离和电气间隙要增大，防止出现粘连现象；薄膜电容的聚丙烯薄膜厚度不同，内部原设计也需相应调整；原有的功率模块因耐压需求变化，可能不再适用，需要重新选型或设计。六、高压器件测试高压器件的测试是确保其质量和可靠性的关键环节，通常包括以下多组测试。（一）A 组 - 加速环境应力测试（封装可靠性）涵盖预处理、有偏温度或有偏高速应力试验、高压或无偏高加速应力试验或无偏温湿度试验、温度循环、高温贮存寿命、功率温度循环等项目。通过模拟各种极端环境条件，测试器件封装在不同环境下的可靠性，评估其抵御环境因素影响的能力。（二）B 组 - 加速寿命模拟测试（器件可靠性）包括高温工作寿命、早期寿命失效率、非易失性存储器耐久性、数据保持性、工作寿命等测试内容。利用加速测试方法，在较短时间内获取器件在长期使用过程中的可靠性数据，预测其实际使用寿命。（三）C 组 - 封装可靠性测试对邦线剪切、绑线应力、可焊性、物理尺寸、锡球剪切、引线完整性等进行测试，检查封装工艺的质量和可靠性，确保器件在封装过程中各项参数符合要求。（四）D 组 - 晶圆可靠性测试针对电迁移、经时介质击穿、热载流子注入效应、负偏压温度不稳定性、应力迁移等进行测试，评估晶圆本身的性能和可靠性，保障芯片在长期运行中的稳定性。（五）E 组 - 电气特性测试进行应力测试以及试验前后功能 / 参数测试、静电放电人体模型 / 机械模式测试、静电放电带电期间模式测试、闩锁效应测试、电分配测试、故障等级测试、特性描述测试、电磁兼容测试等。全面检测器件的电气性能，确保其在各种电气条件下能够正常工作，满足设计要求。（六）F 组 - 缺陷筛选测试通过过程平均测试和试验、统计式良率分析等手段，筛选出存在缺陷的器件，统计供应商的生产质量数据，为后续项目选择供应商提供参考依据。（七）G 组 - 封装完整性测试进行机械冲击、变频振动、恒加速、粗 / 细检漏测试和试验、包装跌落、盖板扭力测试和试验、芯片剪切试验、内部水汽含量测试和试验等。检验封装的完整性，防止因封装问题导致器件在运输、使用过程中出现损坏或性能下降。不同的测试目的和产品类型，测试的侧重点有所不同。例如，在 MCU 集成或设计过程中，可能更关注 A、B、C 组测试，同时也会进行电气特性测试、缺陷筛选测试和封装完整性测试，但对一些更细致的晶圆可靠性测试项目可能关注度相对较低。七、新型绝缘材料与工艺（一）绝缘材料要求与发展趋势随着电机电压平台的不断提高，对绝缘材料的性能要求也日益严苛。为避免不同供应商和主机厂测试结果差异过大，需统一测试手段和仪器设备标准。目前，行业致力于开发耐电晕、高 PDIV（局部放电起始电压）、高导热、耐高温且耐 ATF 油的高性能绝缘材料。电机在运行过程中，存在杂散电压和初始局部放电电压问题。对于油冷电机，随着车辆行驶里程增加，油温升高会导致油的绝缘电阻降低，为维持设计安全性，需要增强 PDIV。然而，PDIV 值会随温度升高而下降，因此在前期设计开发时，需综合考虑这两个因素，进行优化和平衡。若电机绕组的 PDIV 值超过允许范围，会引发局部放电，可能导致电机烧毁，在高速行驶时还可能造成撞车或失速等严重后果。（二）不同电压平台线材要求及材料选择不同电压平台和年代范围对线材的要求有所不同。220V（2017-2018 年）主要要求耐热、绝缘，常见的解决方案材料有 PEI、PEI、PAI 等。400V（2019-2020 年）除耐热、绝缘外，增加了防电晕要求，适用材料包括 PAI、PI+PAI 等。800V（2022-2023 年及以后）需要具备耐热、绝缘、防电晕、高局部放电起始电压以及油品兼容性等特性。目前，一些公司采用 PEEK、双 PI 或 PI+PAI 等材料作为解决方案。不同材料在性能上各有优劣。例如，PI 材料耐化学性好，附着力强；PEEK 材料具有较高的耐电晕性能和柔韧性，但成本相对较高，激光去皮难度较大。在实际应用中，需根据成本、性能等多方面因素综合选择绝缘材料。对于普通民用乘用车，考虑成本因素，PI 材料可能是较为合适的选择；而对于 800V 高压系统，PEEK 或 PI+PAI 的双复合材料可能效果更佳，国内相关企业已具备这些技术方案。（三）电机绝缘老化及相关测试电机绝缘老化是由多种因素共同作用导致的，包括热应力、机械应力、环境因素（如污损、吸潮、腐蚀）等。老化过程会使电机绝缘出现分层、龟裂、磨损、变质等问题，进而引发局部放电，导致泄漏电流增大，产生漏电通道，最终损坏主绝缘。为评估绝缘材料性能，会进行一系列测试。一是 PDIV 测试，测试结果表明，随着温度升高，不同材料的绝缘漆 PDIV 值呈下降趋势。实际应用中，油温通常控制在八九十度左右，但为了满足高性能跑车等特殊应用场景的需求，测试会涵盖更广泛的温度范围。在相同测试条件下（尺寸 2.0x3.0mm，厚度 120 ± 5 μ m），PEEK 材料的 PDIV 值相对较高，PI 材料次之，PAI ( CR ) 材料较低。二是 BDV 测试，击穿电压（BDV）测试结果显示，其变化率相对 PDIV 测试较为平缓。同样条件下，PEEK 材料的 BDV 值最高，PI 材料和 PAI ( CR ) 材料依次降低。三是老化试验。对 PDIV 和 BDV 进行老化试验后发现，PEEK 材料在老化过程中性能相对稳定，降幅较小。在 220 ℃老化 28 天后，PEEK 材料的 PDIV 降幅约为 8.88%，BDV 降幅约为 6.29%；而 PAI ( CR ) 和 PI 材料的降幅相对较大，PDIV 降幅分别达到 27.65% 和 23.13%，BDV 降幅分别为 12.79% 和 20.29%。此外，在测试过程中，还需关注扁线周边绝缘层厚度变化、表面破损情况以及油品与扁线的兼容性等问题。通常会筛选 3-4 家油品供应商，确保油品的耐腐蚀等级符合要求，以保障系统的长期稳定运行。