現(xiàn)階段，一款電動(dòng)車(chē)要想走量，除了補(bǔ)貼之后能夠讓大眾接受的價(jià)格之外，還有足夠日?；蛘邆€(gè)性化需求的續(xù)航里程。而為了增加續(xù)航里程，汽車(chē)制造商和供應(yīng)商們也是花盡了心思，降低電動(dòng)車(chē)的重量就是辦法之一，而電動(dòng)車(chē)的重量大頭是在電池。在電池化學(xué)性能得不到大幅度突破的時(shí)候，如何在其他的細(xì)微之處進(jìn)行輕量化就成了工程師們的使命。
最近，西門(mén)子發(fā)布了一項(xiàng)新的技術(shù)，將電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中的逆變器與電動(dòng)機(jī)集成到了一起，兩個(gè)組件共同一套冷卻單元，通過(guò)這種方法，降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量、節(jié)省內(nèi)部空間。
冷卻系統(tǒng)是關(guān)鍵
逆變器和電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中兩個(gè)重要的部件，逆變器將從電池中出來(lái)的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，而電動(dòng)機(jī)則負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng)。到現(xiàn)在為止，逆變器與電動(dòng)機(jī)一直是兩個(gè)獨(dú)立的組件。而西門(mén)子的這項(xiàng)新技術(shù)，就是將這兩個(gè)設(shè)備集成到一起，使用一個(gè)外殼，并藉此來(lái)減輕重量、節(jié)省空間和降低成本。
據(jù)西門(mén)子的工程師表示，逆變器與電動(dòng)機(jī)組合到一起之后，原本兩個(gè)組件之間的電纜和其他連接附件就不需要了，大概能在電動(dòng)車(chē)內(nèi)部節(jié)省6-8升的空間，可以用來(lái)放置充電組件等其他設(shè)備。
逆變器與電動(dòng)機(jī)的集成體——西門(mén)子Sivetec MSA 3300
把逆變器與電動(dòng)機(jī)集成到一起并非是1+1這么簡(jiǎn)單，在集成過(guò)程中，冷卻是工程師們遇到的最大難題。
在高溫時(shí)候，逆變器中將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的半導(dǎo)體——IGBT模塊的性能會(huì)受到溫度的影響而受到限制。所以，逆變器一般會(huì)有自己獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。而電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因而，要將這兩個(gè)部件組合到一起，必須解決電動(dòng)機(jī)與逆變器的散熱的問(wèn)題，讓逆變器在離電動(dòng)機(jī)很近的時(shí)候，也不會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而影響性能，增加輸出能量損耗或者降低組件壽命。
西門(mén)子的工程師們根據(jù)組件中各零部件對(duì)溫度的敏感程度設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻回路，讓冷卻水最先經(jīng)過(guò)對(duì)溫度最為敏感的區(qū)域，如IGBT模塊、電流回路上的電容器等，優(yōu)先對(duì)這些部件進(jìn)行冷卻，最后經(jīng)過(guò)哪些對(duì)溫度不敏感的區(qū)域，如外殼之類(lèi)的地方，然后完成循環(huán)。而且，這樣的設(shè)計(jì)，會(huì)在逆變器的電子組件與電動(dòng)機(jī)的組件之間用冷卻水形成了一個(gè)簾壁，將兩個(gè)部件隔離開(kāi)來(lái)。
西門(mén)子開(kāi)發(fā)的這套驅(qū)動(dòng)單元Sivetec MSA 3300，是在一系列電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)之上研發(fā)的。工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)即是根據(jù)電動(dòng)車(chē)的內(nèi)部空間來(lái)設(shè)計(jì)3300的外型尺寸，以便讓其能夠適用于更多的電動(dòng)車(chē)。
可增加傳導(dǎo)性能的SKiN技術(shù)
在Sivetec MSA 3300上，還有一項(xiàng)對(duì)性能提升相當(dāng)有助力的技術(shù)——SKiN技術(shù)。SKiN技術(shù)是在2011年由致力于開(kāi)發(fā)動(dòng)力電子部件的Semikeron（德國(guó)西門(mén)康公司）發(fā)布，西門(mén)子于2013年與西門(mén)康在汽車(chē)的動(dòng)力電子設(shè)備上進(jìn)行合作，并收購(gòu)了西門(mén)康旗下的研發(fā)動(dòng)力電子組件和系統(tǒng)的子公司——VePOINT。VePOINT就是基于西門(mén)康的SKiN技術(shù)，開(kāi)發(fā)適用于混合動(dòng)力車(chē)與電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力設(shè)備。
而這項(xiàng)被西門(mén)子相當(dāng)重視的SKiN技術(shù)，是西門(mén)康公司研發(fā)的一種特殊的燒結(jié)工藝。根據(jù)度娘上的定義，燒結(jié)是將不同的粉末狀物體加熱到低于其中某一成分的熔點(diǎn)的溫度，然后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，能夠讓不同的粉末顆粒粘接在一起，而粘接的部分強(qiáng)度增加。一般用在半導(dǎo)體的芯片之間以及電子部件與散熱片之間的粘接。
在傳統(tǒng)的焊接或者粘合劑粘接的方法中，組件之間連接的部分是最脆弱的地方，尤其是當(dāng)其受到的熱能負(fù)荷頻繁發(fā)生變化時(shí)。而通過(guò)SKiN技術(shù)，也就是燒結(jié)工藝，進(jìn)行粘合，粘合部位的強(qiáng)度要強(qiáng)于使用傳統(tǒng)粘接工藝進(jìn)行粘接的部位。
根據(jù)工程師的測(cè)試，粘接部位強(qiáng)度增加，還能夠增加其傳導(dǎo)性能，允許經(jīng)過(guò)粘接處的電流強(qiáng)度增加25%，這將能使動(dòng)力系統(tǒng)電路中通過(guò)的電流密度增強(qiáng)到兩倍。另外，如果是將電子設(shè)備通過(guò)SKiN技術(shù)與散熱片進(jìn)行粘接，也能夠讓兩者之間的熱阻力降低，可以不再使用傳統(tǒng)工藝中輔助散熱的導(dǎo)熱膠或者散熱墊片，最高能將半導(dǎo)體芯片與散熱片之間的熱力學(xué)阻力降低30%，將能量損耗減少35%，或者說(shuō)將組件的體積減少35%。
SKiN技術(shù)帶來(lái)的熱力學(xué)性能與傳導(dǎo)性能的提升，能夠讓動(dòng)力系統(tǒng)組件的壽命增加十倍，西門(mén)康表示。
上圖：傳統(tǒng)粘接技術(shù)與SKiN技術(shù)粘接效果對(duì)比
下圖：傳統(tǒng)粘接技術(shù)組件與SKiN粘接技術(shù)熱阻系統(tǒng)對(duì)比
西門(mén)子已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中，在一輛電動(dòng)車(chē)上驗(yàn)證了Sivetec MSA 3300的可行性，并表示業(yè)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)對(duì)Sivetec MSA 3300表示出了興趣，也在德國(guó)巴伐利亞州專(zhuān)給電動(dòng)車(chē)與混合動(dòng)力車(chē)設(shè)立的獎(jiǎng)項(xiàng)eCarTec大獎(jiǎng)上獲得了提名。
