中车电动汪伟：基于中车IGBT集成控制器新一代芯片的开发

　
　湖南中车时代电动汽车股份有限公司总工程师汪伟

　　原文如下：

　　各位专家、各位嘉宾，大家下午好!

　　我针对我们公司正在开发的一款做产品和大家进行一个汇报和交流，基于中车IGBT集成控制器新一代芯片的开发。

　　一、发展趋势

　　基于商用车的控制器，对外销售3万套系统和7000辆整车，90%以上的控制其采用了八合一的集成控制器，这个趋势已经得到了整个行业的认可，特别在商用车领域的优势也是非常显而易见的，包括从高压安全、防护、绝缘等等，更重要的是重量体积的减小以及成本的降低。

　　这个数据中可以看到，从10米、12米客车的集成控制器来说正在使用的第五代控制器，集成以后高压连接点从42个变成16个，机械安装连接点从32个变成4个，重量大幅度降低，我们开发新一代控制器，有三个特征：基于中车自主的IGBT芯片技术进行芯片定制开发及模块集成以及组件封装，以此为基础进行八合一多功能集成，同时结合“互联网+”的技术形成一个智慧的功能，包括大数据分析以及故障的预测功能。

　　二、集成控制器关键技术

　　对功率组件包含三个方面：第一，IGBT芯片本身定制化的研究开发。第二，基于IGBT芯片组成模块集成，加上智能的模块的驱动。新的集成控制器对功率密度提出了更高的要求，细分到IGBT芯片来说，电流密度达到每平方厘米140安培，最高结温达到175度。我们公司从2007年成立的，叫做湖南中车时代电动汽车股份有限公司，对外销售三电动力系统、零部件，也销售新能源客车的整车，2017年销售了整车近7000台、动力系统大小系统3万多套，目前50亿规模，公司主要在电机电控领域，结合中车的资源。

　　刚才讲到IGBT芯片，在芯片领域实现电流密度的提升和开关损耗的降低，主要从技术设计和相关工艺进行研究和突破。

　　模块封装，目标提升功率密度和可靠性能的提升，主要在技术方面紧凑型的设计，高温材料的体系设计，一体化的喷流散热技术。驱动方面，发挥模块和驱动的集成优势，用自己开发的模块的发射级的寄生杂散电感，我们最终希望达到IGBT的开关功耗和过电过电压达到小于20%。讲到自主IGBT的功率组件，这是一个核心的技术研究方向，目标达成以后，会在新一代的，就是TP6新一代控制总成上功率密度从现有产品的每公斤11千伏提升到每公斤15千伏。对于集成技术提出了更高要求，功率组件提成是六模块加上驱动板和传感器，这目标是降重1.5公斤，辅助部件方面通过电容设计和开关器件集成实现1公斤左右降重。布置方面结合异形空间布置，在结构上可以实现降重水平。通过降重和输出能力提升和容量提升，最终可以达到重量由现有TP5的35公斤降到26公斤，容量350千伏安提升到400千伏安。

　　以上的一些集成和参数达成以后有很多细节技术问题和难点需要解决，包括散热，因为体积小了，容量大了，散热问题也是需要的亟待克服的，通过三维热阻的网络分析和设计，电热耦分析和热流模型和一体化冷却设计方案，最终提升集成控制器的散热能力，满足高功率密度的散热需求。电池兼容，通过定性、定量、定向精确定位干扰源，切断传播途径，增强抗干扰能力，满足国家标准规定和整车应用。

　　目前也在积极的引入功能安全开发流程，也是计划在今年底或者明年初引入认证，和咨询公司签订相关协议，配合我们做这样的认证。

　　我们在集成控制器中引入了智慧控制器的概念，引入了“互联网+大数据”的概念，实现我们的健康管理，利用车联网和大数据开展产品健康管理技术研究，目前对外销售的部件超过10万套，产品从2007年开始有大量的历史数据和样本，现在做这个事情基础比较好。控制上也有一个集成，很多的变流器加上很多功能的控制现在都是进行一个集成控制，硬件和软件都要进行相应的集成，这也是比较高的难度，通过控制电路的资源共享和多处理器协同运行技术，高速网络通信技术，符合AUTOSAR的架构。

　　对于智能网联的可靠性技术，主要是针对核心部件的寿命测评，针对实际工况的统计和编谱的方法，加速因子与器件损伤关系和关键部件寿命损伤的模型，集成过程当中可靠性技术和关键部件失效模型、相关可靠性测试和实验与评价方法，试验方法的研究是我们关注的重点。

　　智能网联技术应用，我们快速的故障检测技术，从原来的实时维护，从维护层面从按时维护变成按需维护，故障发生以后报警实现故障将要发生前的一段周期进行一个预警。这个在控制器方面很重要，包括电池也是更重要的功能。电机控制器的控制策略上也要做相应的技术上的探讨和研究。

　　三、新一代集成控制器研制

　　新一代控制器是高可靠性、高功率密度、智慧型控制总成，主要参数上，比如说功率密度的提升，从每公斤10千伏安到每公斤15千伏安，最高效率提高0.5个点，防水等级可以达到IP68，寿命上增加智慧功能和故障预测分析，寿命10年，还有一些升级功能。

　　以上就是我们的基本工作。我把我们公司的研发基础做一下简单的汇报。IGBT芯片有全链条的仿真能力，从供应和生产条件来说2014年6月份建立了8英寸的IGBT的生产线和配套自动封测线。检测能力上，从原件、部件、系统、整车有完善的监测能力。(PPT图示)这是原件、系统、整车和大的环境测试。

　　以上就是我的汇报，谢谢大家!

　　(根据发言整理，未经本人审阅)