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2018

产品展示

2018.10.31

拉佩罗斯? 混合动力汽车新型动力控制单元动力模块箱中使用的液晶聚合物

京滨株式会社

汽车工业正面临着重大变革。在全球环境问题日益重要的背景下,更加严格的节能和废气法规正在发挥作用。针对这些问题,汽车制造商正在开发以混合动力汽车为首的传统内燃机的替代驱动系统,其中包括电动汽车和燃料电池汽车。其中,混合动力汽车在商业化和渗透市场方面取得了最大进步。这种类型的车辆的传动系结合了汽油发动机和电动马达。
京滨公司是本田汽车公司下属的领先汽车零部件制造商。该公司是所有类型的能源管理系统的综合供应商,并且是率先开发用于替代内燃机的下一代替代驱动系统的驱动系统组件的公司之一。

京滨宣布了一种新型的自行开发的功率控制单元(PCU),用于控制发电/驱动电机
于2015年10月和同年11月在东京车展上展出的混合动力汽车
开始商业生产PCU的核心组件:智能电源模块(IPM)。该IPM安装在2016年2月首次亮相的本田ODYSSEY Hybrid中。
该IPM紧凑,并具有高性能功能。反过来,它实现了PCU本身的小型化和轻量化。拉佩罗斯? Polyplastics的LCP是该高性能组件的使能技术之一。在这里,我们与京滨开发总部第七发展部第二部门的Yuic Shinichiro Yuta先生和Iida Hiroaki Iida先生进行了交谈。

Function of power control unit (PCU)、
智能电源模块(IPM)

混合动力汽车由汽油发动机和电动马达的组合提供动力。在驱动模式下使用电动机时,PCU的作用是控制电力。
The PCU converts the voltage of the battery into the voltage used by the drive motor for powering the vehicle and also assists with fixed speed driving via cruise control* 1 and assisting with motive power during acceleration. One more function is to convert the current to DC for charging the battery when a generator is employed. An additional function is to generate power during deceleration in order to effectively recover electricity. The PCU consists of a voltage up converter, an inverter for driving the electric motor and recovering electricity, and an intelligent power module.
The intelligent power module (IPM) is a composite component at the core of the PCU incorporating a semiconductor. Keihin has achieved top-class output density in its PCU through low loss realized using an IGBT*2 and a freewheeling diode*3, as well as employing a cooling structure with optimized heat resistance and compactness.
此处开发的IPM几乎位于PCU的中央,并通过焊接将一个子泵安装在其上。水套位于模块的底部,以执行冷却的作用。此外,栅极驱动电路板安装在模块的顶部。
PCU的总体大小由此IPM案例的大小定义。通过IPM组件的技术创新,京滨已经实现了更紧凑的PCU总体尺寸。

*1 Cruise control: A function whereby the vehicle drives at a constant speed set by the driver without having to press the accelerator.

*2 IGBT: Acronym of insulated-gate bipolar transistor. A semiconductor switching device used to control electrical energy.

*3 Freewheeling diode: A diode used to protect the IGBT by returning the load current that is generated through driving

新电源控制单元(PCU)

PCU内的智能电源模块(IPM)
门驱动板安装在顶部

智能电源模块(IPM)
冷却水套位于下部

IPM机箱:由LAPEROS(LCP)模制而成的最大零件之一

智能电源模块外壳需要耐热性,绝缘性能,可焊性,粘合性和凝胶封装等功能。为了实现这一点,所使用的塑料材料必须满足几个高性能要求,包括高耐热性,高击穿强度,材料强度以及高流动性和成型期间的低脱气性。

●Solder heat resistance

在要求的属性中,塑料的表面温度在IPM制造过程中变得非常热,因为外壳本身也被焊接了。因此,需要具有所需耐热性的塑料。因此,选择了玻璃纤维增 强的LCP(LAPEROS S135)。采用这种树脂可以实现行业领先的尺寸缩小和高产量。

●High flowability and weld strength

由LAPEROS LCP模制而成的IPM外壳具有无与伦比的尺寸,可作为此类树脂的塑料模制部件,而所需的精度仍与较小的高精度部件(如连接器)相当。此外,在整个IPM机箱中,被称为母线的铜带位于多个位置,并用塑料覆盖。与这些金属元素的连接必须通过模制过程本身进行,不得使用任何粘合剂。所需的复杂成型参数是由负责该零件的成型机做出的重要贡献。
LCP成型零件的焊接强度存在问题,必须确保在IPM制造过程中施加热量时,焊接线不会破裂。通过提供流量分析数据,Polyplastics TSC(技术解决方案中心)在这方面发挥了重要作用。
实际上,由LCP模制的大型零件的数据很少,尽管很难充分满足要求,但Keihin,模塑商和Polyplastics之间的三方数据交换足以实现克服焊接强度问题的零件。

●Dimensional stability – issues with warpage

另一个主要问题是尺寸稳定性,特别是在翘曲方面。 IPM直接安装在水套上进行冷却。在这方面,必须模制成形,从而在IPM的夹层砂之间没有间隙,以便最大化冷却效率,从而最大化IPM性能。此外,流动分析数据和成型商的专业知识对于协助实现设计中最大限度地减少翘曲的众多方面至关重要。

●Further heat resistance sought, together with downsizing and higher functionality

LCP材料不仅昂贵,而且在当前应用程序的处理中也有自己独特的困难。尽管如此,由于LAPEROS S135的耐热性可以确保IPM制造过程及其可靠性,因此从开发之初就没有考虑将其他材料用于LAPEROS S135。
起泡是使用其他材料时出现的问题之一,但最终毫无疑问地证明了LAPEROS S135是否适合手头的任务。制造流程的流程步骤,但是如果将PCU的尺寸缩小和功能提高方面取得进一步的进步,则IPM本身的耐热性可能会更高。

在洁净室中超越流程

IPM是很大的一部分,但制造过程完全在无尘室的范围内进行,因为该部分本身集成了半导体。一旦零件处于最终形式,就将其封装在硅胶中。只有这样才能将其从洁净室中取出。只有一次封装就可以放心。对于洁净室而言,在洁净室中进行流程是一个新的挑战。
Keihin在其宫城第二工厂安装了10,000级无尘室,并新建了一条生产线,该生产线融合了革命性的裸芯片安装线和先进的分析技术。
作为符合环保要求的尖端产品,当前的IPM不仅可以在混合动力汽车中使用:它还可以在技术上用于以电动汽车为首的下一代出行方式,包括备受期待的燃料电池汽车。这样,它可以为未来的汽车电气化做出巨大贡献。作为京滨的一项重要研究成果,未来对新型功率控制单元的期望很高。

LAPEROS的一般属性? LCP S135

项目 单元 测试方法 高温
resistance,
高温
刚性
S135
玻璃纤维
reinforced,
标准
颜色编号 VF2001 / BK010P
ISO标记代码   ISO 11469
(JIS K6999)
> LCP-GF35<
密度 克/立方厘米 ISO 1183 1.66
Water absorption(23℃,24hrs) ISO 62 0.02
抗拉强度 兆帕 ASTM D638 155
拉伸伸长率 ASTM D638 1.3
抗弯强度 兆帕 ISO 178 220
弯曲模量 兆帕 ISO 178 16,000
弯曲应变   ISO 178 2
Charpy notched impact strength (23℃) 千焦/平方米 ISO 179 / 1eA 12
负荷挠曲温度(1.8MPa) ISO 75-1,2 340
负载挠曲温度(0.45MPa) ISO 75-1,2 340
电气强度(1mmt) 千伏/毫米 IEC 60243-1风水招财 40
Electric strength(3mmt) 千伏/毫米 IEC 60243-1 20
体积电阻率 Ω?cm IEC 60093 2×1016
Relative permittivity(1KHz)   IEC 60250 3.9
Relative permittivity(1MHz)   IEC 60250 3.8
Dielectric dissipation factor(1KHz)   IEC 60250 0.01
Dielectric dissipation factor(1MHz)   IEC 60250 0.01
跟踪电阻(CTI) V IEC 60112 150
耐电弧 s   138
模具收缩率
(80×80×1mmt, Flow direction,Inj. pressure 60MPa)
我们的标准 0.08
模具收缩率
(80×80×1mmt, Trans-direction,Inj)
我们的标准 0.52
洛氏硬度 M
(scale)
ISO 2039-2 90
易燃   UL 94 V-0
黄卡文件号     E106764
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