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【原创】“解码”燃料电池多合一控制器创新方案
致瞻科技 文章来源自:高工氢电网
2021-12-27 10:06:20 阅读:4629
摘要燃料电池系统正向大功率、高可靠、低成本、长寿命方向发展。致瞻科技提供多合一解决方案:碳化硅技术+深度集成电气架构,深度集成能够有效解决成本、可靠性、功率密度的挑战。

“燃料电池系统正向大功率、高可靠、低成本、长寿命方向发展。致瞻科技提供多合一解决方案:碳化硅技术+深度集成电气架构,深度集成能够有效解决成本、可靠性、功率密度的挑战。”在2021高工氢电年会,致瞻科技总工程师刘昌金博士发表演讲时如是表示。

 


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具体看燃料电池系统的趋势需求:大功率——意味着电堆电流会越来越大,功率密度也会越来越高;高可靠——对电池兼容要求会越来越高,能够承受更多严苛场景考核;低成本——在全生命周期内,包括购置成本、使用成本和维护成本都持续降低;长寿命——满足8年或20万公里质保要求,可以通过电堆健康状态在线监测保证长寿命。

 

但现阶段燃料电池辅助系统功能部件分散,不利于整个系统的技术革新,且成本偏高。

 

针对痛点问题,致瞻科技提供的多合一控制器(集成DCF, ACP, PDU, EIS,支持DCL,氢泵)创新解决方案是:碳化硅技术+深度集成电气架构。所谓深度集成,不是简单的物理集成,而是采用软硬件深度融合的技术,整个架构由控制层、执行层构成,非常简洁,能够节省零部件成本,体积及功耗均大幅降低,可靠性及功率密度提高。

 


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电磁兼容方面,燃料电池发动机的高压辅助系统往往因功率半导体器件的开关造成复杂且具挑战的电磁兼容属性。在采用碳化硅方案后,虽然各方面性能表现卓越,但由于高频的控制结构产生的能量特别高,比此前常用的IGBT高40倍,且会造成电场与磁场耦合严重,影响部件可靠性、电堆系统性能、整车安全等,这是目前碳化硅控制器的一个痛点。

 

目前能够将碳化硅控制器电磁兼容做好的企业并不多见,攻克难题需要付出较高的成本。“在走向大规模的应用前,这是必须解决的问题。”刘昌金说。致瞻科技提供的电磁兼容解决方案是:EMC正向设计,精准优化。

 

首先是EMC建模,从时域到频域正向建模方法;在EMC优化上,一是源头降噪,包括频域特性分析、功率回路最小阻抗设计、软件算法降噪等;二是EMI滤波设计,包括磁芯、电容高频建模、特定频域组合设计、高频振荡抑制等;三是结构设计优化,包括立体式磁场屏蔽设计、抑制传导与辐射之间、电磁耦合等。

 


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为更好的验证理论分析和设计的正确性,致瞻科技建立了高规格的EMC实验室。在先进试验手段的帮助下,产品的实验结果与理论分析相互验证,在理论引导下进行快速试验迭代,达到预期结果,实现了正向开发。

 

致瞻科技碳化硅控制器产品在包括传导发射电流法和杆天线辐射发射在内的所有EMC测试项目中均在满功率工况下了通过IEC CISPR25 Class3高等级电磁兼容认证,且具有充足的裕量,成为业界首款EMC Class3 多合一控制器,支持“盲抽盲测”。

 

在年会上,刘昌金还着重强调了产品的可靠性,一款高可靠性的产品源于“90%设计+10%验证”。

 

“我们必须深刻了解产品所在系统的运行边界,产品每一个零部件的运行边界,深刻理解它的材料特性、电特性、结构力学等,熟知它正常工作的条件范围。”刘昌金说,为了达到高可靠性的标准,我们做了非常多的工作,进行完整的正向开发,DFMAE(设计失效模式及后果分析)、PFMEA(对产品生产环节进行分析)就有1154条,并进行了一系列的测试,完成了107项。截至今年12月10日,公司多合一产品已完成累计高温耐久:12633h。

 

致瞻科技(上海)有限公司(ZINSIGHT)是一家依托正向研发能力,研发、生产、销售 碳化硅半导体器件和中高端电力电子装备的高科技公司。公司总部位于上海,在南京和加拿大各设立了研发中心,目前员工有90余人,由11位博士领衔顶尖研发团队。

 


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致瞻科技燃料电池产品主要包括空压机控制器、多合一控制器,实现了氢能汽车全应用场景的覆盖。其中多合一控制器建立了三个功率平台,第一个是100kW,第二个是180 kW,正在开发下一代300 kW。截至目前,整个产品出货量已经达到6741台,市场占有率高。




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