為什么LCP也可以用來做混合動(dòng)力的PCU電控模塊？

這近寶理塑料的技術(shù)來交流。這個(gè)案例吸引了我。分享出來給大家學(xué)習(xí)

當(dāng)今，汽車產(chǎn)業(yè)正迎來一個(gè)大的變革時(shí)代。在變得越來越重要的地球環(huán)境問題大背景下，節(jié)能和清潔排放方面的法規(guī)變得越來越嚴(yán)格。各汽車廠家為了應(yīng)對這些問題，正在開發(fā)以混合動(dòng)力汽車為代表的，電動(dòng)汽車、燃料電池車等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。其中，以汽油機(jī)和驅(qū)動(dòng)用電機(jī)的作為兩個(gè)動(dòng)力源的混合動(dòng)力汽車**被商品化，現(xiàn)正在走向普及。

株式會(huì)社 Keihin 是本田技研工業(yè)株式會(huì)社系的**的汽車零部件供應(yīng)廠家，作為所有能量管理的系統(tǒng)綜合廠家，**涉足了新一代的取代內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用零部件的開發(fā)。

早在 2015 年 10 月舉辦的東京電機(jī)展會(huì)上， Keihin 公司發(fā)表了具有自主式產(chǎn)權(quán)的新型動(dòng)力控制單元（PCU），即控制混合動(dòng)力汽車發(fā)電和行駛的電機(jī)單元。11 月開始了其中的核心部件、即智能動(dòng)力模塊（IPM）的量產(chǎn)化生產(chǎn)。這個(gè) IPM 已裝配到了本田的「ODYSSEY 混合動(dòng)力汽車」。

這個(gè) IPM 實(shí)現(xiàn)了小型化和高性能化，因而使 PCU 自身的小型化和輕量化也得以實(shí)現(xiàn)。支撐這一高性能化的技術(shù)之一就是寶理塑料公司的 LAPEROS? LCP S135 樹脂材料

動(dòng)力控制單元（PCU）、

智能動(dòng)力模塊（IPM）的工作原理

集成在 PCU 上的智能動(dòng)力模塊（IPM）上部搭載柵極驅(qū)動(dòng)基板

智能動(dòng)力模塊（IPM）下部配置冷卻用水冷套

混合動(dòng)力汽車以汽油機(jī)和驅(qū)動(dòng)用電機(jī)為動(dòng)力源。為了將電機(jī)作為動(dòng)力源利用，對其電力進(jìn)行調(diào)控的就是 PCU。

PCU 可將從電池提供過來的電壓變換成驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作的電壓，在通過定速巡航控制＊１ 實(shí)現(xiàn)定速行駛時(shí)以及加速時(shí)對電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行調(diào)控。它還有一個(gè)作用就是負(fù)責(zé)將發(fā)電機(jī)發(fā)的電往蓄電池里充電時(shí)的 DC 電流轉(zhuǎn)換。此外，就是讓汽車在減速時(shí)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力的高效回饋，這些就是 PCU 的主要作用。它由升壓變壓器、控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和反饋的扁平器以及智能動(dòng)力模塊等組成。

智能動(dòng)力模塊（IPM）是在 PCU 中起核心作用的半導(dǎo)體復(fù)合部件。Keihin 公司通過降低 IGBT ＊ 2 及反饋二極管＊ 3 等的熱損耗和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高耐熱及小型化的冷卻結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了作為 PCU 的最高動(dòng)力輸出密度。

這次開發(fā)的 IPM 處在 PCU 的大致中央位置，輔助泵焊在它上面。在模塊的下方設(shè)置有水冷套，起冷卻的左右。此外，在模塊的上部設(shè)置有柵極驅(qū)動(dòng)基板。這個(gè) IPM 外殼的大小決定 PCU 全體的大小。Keihin 公司通過 IPM 零部件的技術(shù)革新實(shí)現(xiàn)了 PCU 全體的小型化。

＊1 定速巡航控制 ： 不需踩油門就可按照駕駛員設(shè)定的速度定速行駛的功能

＊2 IGBT ： 絕緣柵極型雙極性晶體管的簡稱。是用來控制電能的半導(dǎo)體開關(guān)元件之一

＊3 反饋二極管 ： 對在驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)載電流進(jìn)行反饋，是用于保護(hù) IGBT 的二極管

作為 LAPEROS（ＬＣＰ）成型品實(shí)現(xiàn)**尺寸的 IPM 外殼

對于智能動(dòng)力模塊「外殼」，要求兼具耐熱性、絕緣性、焊錫焊的接合性、粘結(jié)性、凝膠密封等功能。為滿足這些要求，要求所使用的樹脂材料必須在高耐熱性、絕緣破壞強(qiáng)度、材料的強(qiáng)度、成型時(shí)的流動(dòng)性、低放氣性等多方面都具備高的功能。

●焊錫焊接耐熱性

其中尤其關(guān)于耐熱性，在 IPM 的制造過程中，包括外殼都要經(jīng)歷焊錫焊接工序，樹脂的表面溫度非常高，要求所使用的樹脂材料必須能夠承受。因此我們最終選用的是 LCP LAPEROS S135 含玻璃纖維的品級，大家認(rèn)為正因?yàn)椴捎眠@個(gè)品級才實(shí)現(xiàn)了業(yè)界**的小型化和高動(dòng)力輸出。

●高流動(dòng)性品級性和熔合強(qiáng)度

對于 IPM 外殼，一方面是作為 LAPEROS LCP 樹脂的成型品，它是到目前為止從來沒有過的大尺寸，與此同時(shí)對它的精度要求又與到目前為止所應(yīng)用的接插件等小型精密零部件所要求的高精度幾乎一樣。此外，在 IPM 外殼上，有無數(shù)的被稱為Busbar 銅片縱橫交錯(cuò)，樹脂就覆蓋在這些縱橫交錯(cuò)的銅片網(wǎng)絡(luò)上面，與金屬的復(fù)合就必須滿足在不使用粘結(jié)劑的前提下實(shí)現(xiàn)組合成型。因而使得成型條件變得異常復(fù)雜，協(xié)助成型加工的廠家的大力協(xié)作和幫助起到了非常重要的作用。

LCP 成型品面臨熔合強(qiáng)度的問題，在 IPM 的制造過程中，必須保證被加熱時(shí)熔合部不會(huì)發(fā)生開裂。在這個(gè)問題的解決上發(fā)揮了巨大作用的是寶理塑料公司 TSC（技術(shù)解決中心）所提供的流動(dòng)解析數(shù)據(jù)。事實(shí)上，有關(guān) LCP 的大型零部件，積累的數(shù)據(jù)很少，很難完全滿足需要，但是，Keihin 公司和成型加工廠家，再加上寶理塑料公司 3 家公司充分發(fā)揮數(shù)據(jù)共享的作用，最終克服熔合強(qiáng)度的難題成功開發(fā)出該產(chǎn)品。

●尺寸穩(wěn)定性―翹曲的問題

另外一個(gè)大難題就是尺寸穩(wěn)定性，特別是翹曲的問題。由于冷卻的需要，IPM 搭載在水冷套的上，冷卻效果如何將對 IPM的性能產(chǎn)生巨大的影響，必須保證其形狀精度滿足將其搭載到水冷套上不會(huì)留下任何縫隙。而且，都認(rèn)為在關(guān)于如何在設(shè)計(jì)上下功夫才能使得不發(fā)生翹曲變形問題上，流動(dòng)解析數(shù)據(jù)及合作的成型加工廠家的訣竅起到了非常大的作用。

●進(jìn)一步追求耐熱性及小型和高性能化

LCP 材料不僅價(jià)格昂貴，而且如上所述在成型加工時(shí)有其特有的難題， 關(guān)于在 IPM 的制造過程中具有足夠的耐熱性和信頼性材料，在開發(fā)的當(dāng)初除 LAPEROS S135 之外，就沒有考慮過別的。因?yàn)楫?dāng)使用其它的材料在成型時(shí)會(huì)發(fā)生鼓包等問題，綜合來看采用 LAPEROS S135 就沒有任何問題。

這次采用 LAPEROS LCP 主要是為了解決在制造過程中的流動(dòng)工序等的耐熱性問題 ；今后隨著 PCU 的小型和高性能化的升級，對 IPM 本身的耐熱性的要求也將進(jìn)一步提高。

解決在超凈室內(nèi)的流動(dòng)過程問題

IPM 屬于大型零部件，但因?yàn)橐矊儆诎雽?dǎo)體的復(fù)合零部件，其制造過程必須全部在超凈室內(nèi)完成。直到最終完成狀態(tài)，用硅膠材料密封后，才終于可以拿出超凈室外。到了這個(gè)最終階段當(dāng)然是安心了，可是在前期的超凈室內(nèi)部的流動(dòng)過程對于Keihin 公司來講，還是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

Keihin 公司在宮城第二制作所建設(shè)了 10,000 級的超凈室，新導(dǎo)入了革命性的芯片實(shí)裝線以及高端的解析技術(shù)的生產(chǎn)線。這次開發(fā)的 IPM 不僅可以作為先進(jìn)環(huán)境應(yīng)對產(chǎn)品用于混合動(dòng)力汽車，以電動(dòng)汽車為代表的備受關(guān)注的新一代汽車動(dòng)力源技術(shù)的燃料電池汽車方面也可期待發(fā)揮重要作用。能為今后的汽車上的電動(dòng)化的發(fā)展發(fā)揮重要的作用。作為 Keihin 公司的一項(xiàng)

重大研發(fā)成果，期待新型動(dòng)力控制單元在今后有更大的應(yīng)用拓展。