日本最新电动汽车技术拆解(完整版62页)

【电动汽车拆解】PCU（一）：采用双面冷却构造实现小型化图 1：混合动力车的系统构成（雷克萨斯 LS600h）由充电电池（镍氢）、PCU（功率控制单元）、驱动马达及发电机等构成。PCU 具有升降压转换器和逆变器功能。 电装已开始向丰田汽车的部分混合动力车型提供 PCU（功率控制单元）。图 2：PCU（功率控制单元）主体由控制底板电路、双面散热的功率半导体元件、层叠型冷却器及电容器等构成。PCU 内的功率半导体从两面进行冷却。过去采用的是单面冷却。 丰田汽车现在的混合动力系统全部为水冷式，而非空冷式。混合动力车在前格栅的发动机室内配置了不同于发动机用散热器的混合动力系统专用散热器。混合动力系统采用冷却水来冷却 PCU 和驱动马达。 过去，丰田汽车的“普锐斯”及“皇冠 Hybrid”等车型一直利用水冷单面冷却 PCU 内的功率半导体。而“雷克萨斯 LS600h”采用的最新 PCU 虽然同样是水冷式，但采用的是双面冷却构造（图 1，2）。由于散热面积增大，因此比单面冷却更容易冷却。单位体积的输出功率比原来提高了 60％。在相同的输出功率情况下，体积则可比原来减小约 30％，重量减轻约 20％。 PCU 具有逆变器和升降压转换器的作用。逆变器具有将充电电池的直流电压转换成马达驱动用交流电压的功能以及将马达再生的交流电压转换成直流电压的功能。升降压转换器用来升高和降低充电电池供应给马达的电压。 向雷克萨斯 LS600h 等高功率混合动力车提供 PCU，需要提高逆变器和升降压转换器的输出功率，也即需要增大电流。解决方法之一是增加 PCU 的功率半导体元件数量或使元件比原来流过更大电流。PCU 存在问题是散热。现在的车载用功率半导体最高可耐 150℃高温，因此需要采用始终将温度保持在 150℃以下的冷却结构。雷克萨斯 LS600h 需要提高 PCU 的性能，同时减小 PCU 尺寸。由于不能增加元件数量，因此采用了支持更大电流的功率半导体。 这样，单面冷却就不足以解决大电流功率半导体的散热问题，因此采用了双面冷却结构。过去，每个元件可流过 200A 的电流，而雷克萨斯 LS600h 采用了每个元件可流过 300A 以上电流的高性能功率元件（图 3、4）。由此逆变器和升降压转换器均减少了功率半导体的数量。新型功率半导体为富士电机元件科技制造的产品。 图 3：过去的 PCU 构成（单面冷却）每个功率半导体元件流过 200A（元件散热措施设想采用单面冷却时）。图 4：新型 PCU 的构成（双面冷却）通过采用高性能功率半导体，每个元件流过 300A 以上的电流。采用支持大电流的元件，减少元件数量以实现小型化。通过双面冷却进行散热。（未完待续：特约撰稿人：金子高久，电装 EHV 机器技术部组长） 【电动汽车拆解】PCU（二）：实现了与铅蓄电池相当的尺寸2010-03-17 13:44实现了与铅蓄电池相当的尺寸 1111 雷克萨斯 LS600h 是在高级轿车“雷克萨斯 LS460”基础上追加混合动力系统而成。如果是混合动力专用车，PCU 的尺寸或许会更大一些，而雷克萨斯LS600h 最优先强调的就是要减小 PCU 的尺寸。LS460 将置于车辆前部的铅蓄电池移至车辆后部，PCU 的尺寸只能与空出的铅蓄电池容积相当。 原来的功率半导体和冷却器的构造由上往下依次为功率半导体元件、绝缘板、散热板（铜或铜合金）、冷却板（铝合金压铸而成）（图 5）。重叠冷却板制成的是冷却器。使冷却水在冷却器中循环，通过散热板，冷却半导体元件。 图 5：单面冷却的构成，在绝缘板上面配置功率半导体元件。热量通过绝缘板，传到散热板，由冷却器散热。(点击放大) 而新开发的 PCU 由散热板、绝缘板和冷却板夹在功率半导体的两侧而成（图6）。其中，功率半导体和散热板用树脂封装。功率半导体与信号输入端子之间通过引线键合相连。另外，为确保引线键合高度方向的空间，在功率半导体的一侧配置了导电垫片。 图 6: 新型双面冷却的构成冷却功率半导体的两侧。为提高热传导，在功率半导体旁边依次配置散热板、绝缘板、冷却器。 为比单面冷却进一步提高热传导率，此次新采用了使功率半导体的热量比起绝缘板，先行向散热板传导的构造。另外，冷却板跟原来...