有时候,你不得不佩服有些车企,能够把一辆车的成本控制得那么好。五菱宏光MINIEV就是那样一辆令人不可思议的汽车,把价格打到了2.88~3.28万。
那么,这种把成本“抠”到极致的汽车究竟用了什么逆变器?怎么才能在保持成本之下,保持高安全性?今天,我们就来拆解这款汽车上的逆变器一探究竟。
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汽车开发圈|出品
整体设计
这个逆变器来自2020年7月上市的五菱宏光MINIEV,当时此车售价为3.28万元人民币。从逆变器参数来看,这一逆变器主要驱动永磁同步电机,最大输出功率为20kW 85Nm,
从标签来看,其制造厂商为合肥阳光动力科技有限公司,具体型号为SG050/KTZ10X350SG,三相,额定电压为96V,持续工作电流为140Arms,短时工作电流为350Arms,冷却方式为自然风冷。防护等级为IP67,逆变器内部不会进入灰尘,逆变器可以短时间浸入水中。
整体外壳来看,和市面的逆变器基本相同。高度约为15厘米,宽度约为25厘米,深度约为21厘米。
如下图,左侧是逆变器的输出端,通过UVW与电机相连,通过铜绕组与电机相连,并用螺旋进行固定;右侧是电池的正极和负极端子。
背面是一个巨大的散热器,散热鳍片每个厚度为1毫米,深度为43毫米,长度为270毫米,逆变器通过这个巨大的散热器进行散热。
电动汽车逆变器通常使用液冷系统,但这款逆变器仅使用风冷以降低成本。由于逆变器功率仅为20 kW,风冷已足够。
内部结构
拆开盖子后,可以看到电解电容上覆盖了一层橡胶片,用于防止车辆振动对电容的影响,可能也有助于散热。橡胶片覆盖了电容的压力释放阀,但由于没有紧密压紧,影响不大。
而在内部五个端子与外壳的UVW和电池正负极端子相对应,左边三个为交流输出的端子,右边两个为直流输入的端子。
散热器上安装了一块电路板,电解电容位于顶部电路板上,控制板则在最上层。图中两个黑色“甜甜圈”是电流传感器核心,用于检测电流。
控制板
整体来看,逆变器拥有三块板子,一块控制板,一块中间板,一块功率板,板子之间通过接口相连。
先来看控制板。控制板背面有微控制器、控制器和运放等IC,用于控制逆变器。
电流传感器焊接在控制板上,霍尔传感器位于此处。由于三相交流电的总和为零,因此只需两个传感器即可,微控制器通过两相电流计算出第三相电流。
微控制器型号为TMS320F28069PZT,由德州仪器生产,是一款90 MHz的32位微控制器。
从TI官网上,我们可以看到,TMS320F28069为具有 90MHz 频率、FPU、VCU、256KB 闪存、CLA 的 C2000™ 32 位 MCU
控制板上的IC均来自西方知名厂商,如德州仪器、安森美、意法半导体等。不过,这些IC表面都涂覆了树脂,所以很难读取IC上的丝印来确定具体的型号。
中间板
接着看中间这块板子,这块板子主要用于连接端子,上面也存在大量的电容器。电路板采用堆叠结构,直流输入通过铜箔和铝环接触,将电压从电容板传递到逆变板。
电解电容由AiSHi生产,耐温105℃,电容为220 μF,耐压160 V,22个电容并联以降低ESR。
由于电动汽车电池电压仅为96 V,因此使用铝电解电容而非薄膜电容,以降低成本。
而在端子附近,均有三条母线,用于保证载流能力,通过刮开母线,可以看出其主要采用铜材料。
这块板子的右边部分是栅极驱动电路,用于驱动底部功率板上的MOSFET,两块板子之间也通过连接器进行连接。
这一栅极驱动器生产商为博通(Broadcom),在栅极驱动的输出端,有二极管和栅极电阻器,当MOSFET开启和关闭时,栅极驱动特性会发生变化。
靠近栅极驱动处,是薄膜电容器,逆变电路将直流电转换为交流电过程中会产生噪声和电压纹波,这些薄膜电容器就能滤除高频分量,抑制噪声和纹波。
而在此处则是DIP元件。
功率板
最后来看最底层的功率板。功率板整体由铝制成,与底部的散热器和散热片相连接。
整体来看,热量传导的顺序为:功率半导体、焊料、铜箔、绝缘层、铝层、导热硅脂、散热器。因为功率并没有那么大,所以散热器足够散热整个功率部分的热量。
芯片上,采用的是英飞凌的硅N沟道MOSFET,额定电压150 V,电流100 A,共36个MOSFET,每相12个。MOSFET分散布置以散热,电容板放置在顶部。
在整块功率板上,总共使用了36颗英飞凌的N沟道MOSFET。具体而言,每条臂上由6个MOSFET并联,一条腿由12个MOSFET组成,分为三个阶段,总共36个。由于它们是并联的,所以电流不会均匀分布,但似乎可以应用350A的额定瞬时电流。
直流输入通过铝环与电容板接触,逆变器将直流电压转换为三相交流电压输出。逆变板上的母线布置不对称,可能是为了增加载流能力并考虑散热。
与叉车逆变器的相似性
这款逆变器与叉车等小型移动车辆的逆变器非常相似,尤其是电路板结构和电流传感器的设计。
为了降低成本,可能借鉴了小型车辆逆变器的设计,但进行了调整以适应电动汽车的高功率需求。
总结
这款逆变器设计借鉴了小型车辆的经验,关键半导体元件来自西方知名厂商,其他被动元件则来自中国厂商。虽然成本低,但通过使用高质量半导体元件确保了可靠性。
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