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电动汽车行业面临的瓶颈挑战
  2021-06-29      99

(来自PCB007中文线上杂志

近日,Nolan采访了Aismalibar公司总经理Eduardo Benmayor,就电动汽车行业动力总成部分面临的材料挑战进行了探讨。Eduardo还详述了他认为电动汽车面临的最大挑战——基础设施。 

Nolan JohnsonAismalibar对汽车生产的一些动态有着独特的见解。你认为目前汽车行业的主要趋势是什么? 

Eduardo Benmayor众所周知,在汽车行业中,车内电子产品的比例每年都在增长,所以这个主题已经讨论了很多年。现在,车内电子产品有三大类:第一类涉及安全性、雷达、探测器和各种摄像头;第二类是所有的电力电子产品,包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、车载充电器或外部充电器,所有与大功率和高热量相关的电子产品,这也正是Aismalibar的业务重点;第三类是汽车与外部设备和互联网相连的电信和通信产品,这与电子产品属于完全不同的领域。

Aismalibar公司的侧重点是电子工程师如何设计汽车内电子充电器周围的散热和介电强度。我们面临许多不同的问题,所有这些问题都有不同的解决方案。总的来说,汽车行业没有明显统一的趋势:有时,大公司采用IGBT技术;有些公司采用MOSFET技术,而有些公司则采用完全不同的技术。

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电动车的动力系统和电池平台示例

Johnson你们如何应对这种发展状况? 

Benmayor我们倾听客户的需求,从不同的案例中学习。客户通常会要求我们在两个主要方面提供最好的解决方案。一个方向是通过金属基PCB板释放电子产品的热量;另一个方向是确定可以向这些逆变器、AC / DC转换器或DC / DC转换器施加多少功率,从而确保其从初始状态直到材料老化都有足够介电强度。

当设计师想要增加PCB功率时,通常倾向于将电源模块上的电压增加到600~800伏。在如此薄的介电质层中施加大电流,主要关注点是如何在高温高湿环境下数千小时都保持介电强度。设计师关心的是如何保持高电压下设备的稳定、长时间运行。我们的研发团队正致力解决目前的挑战,以避免铜迁移和影响金属板中介质层长期运行的其他方面。 

Johnson这是设计和可靠性方面的挑战,还面临其他哪些挑战?

Benmayor主要是金属板和焊料不匹配,随着温度的变化越来越大,问题往往出现得比其他电子设计更早。车载电源板在-110℃~+120℃的温度下工作,这会使金属芯和焊点之间不匹配,焊点寿命因此受到影响。挑战是持续的,我们看到客户的应对措施方向不同。

铜在金属基PCB板上的迁移是过去一年才出现的挑战。当我们在功能性铜上施加大电流,同时施加65~70℃的高温和1000 V左右的恒定电压,湿度在95%~98%范围内时,迁移出现得更早。

众所周知,当PCB长时间(1000~2000小时)处于这种条件下,铜迁移出现,但是在高电流下,铜迁移的速度加快。

专业人员致力研究如何减少铜迁移。一般来说,通过增加层压板中聚合物的Tg。第二种方法是减少树脂上的离子电荷,这种方法说起来容易,但很难实现。第三种方法涉及铜枝晶在迁移过程中的影响。我们希望与供应商一起改进,确定如何减少迁移,以及如何修改铜枝晶以减少铜迁移。 

Johnson你刚才提到,不同公司在解决方案上有不同的方向。从设计方面有哪些趋势? 

Benmayor我们看到许多不同的电子解决方案。与复杂的多层板不同,在多层板中,深度控制 PCB的Z轴,将非封装芯片嵌入PCB内并进行引线键合。这真的是高科技。当然,向这个方向发展的解决方案成本非常高。

我们看到其他大公司将MOSFET嵌入PCB中,以改善热量管理及提高PCB输出功率。这是一项具有挑战性的技术,只有极少数公司掌握。其他大公司正在走一条更为传统的道路,采用高科技、高热性能的介质层将IGBT包覆在散热片上。这是设计团队采用的最简单方法,目的是让不同的供应商有更多的选择,而不是锁定特有的技术。所以,每个大公司都会朝着不同的方向发展。

大公司希望有创新能力,利用自己的专有技术,以便在汽车制造业面前拥有更强大的市场地位。其他公司则更专注于一个平台,使其有能力从供应商那里降低成本。因此,有很多不同的方法来应对这种状况。

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PCB 与LED 解决方案正扩展至所有汽车应用

Johnson现在发生的一切,真是令人惊叹。所有的通用电子产品,尤其是电动汽车技术领域的电子产品至关重要。弄清楚如何拥有长寿命、可靠的汽车解决方案,能够同时在热带、温带、寒冷地区运行,对所有相关人员来说都是相当大的挑战。 

BenmayorNolan,你应该了解大公司召回电动汽车的数量。成千上万辆汽车被召回工厂,重新调整电子产品部分,目前电动汽车不是一项稳定的技术。 

Johnson根据你所做的工作,你对未来几年最可靠的实施策略有何看法? 

Benmayor这是一个非常复杂的问题。我们每年都会与西班牙最大汽车制造商的电子设计师举行会议。我参加了去年的会议,大概有1000名设计电子产品的工程师出席,当我向他们的一位总监提出了同样的问题时,总监笑了起来。他说:“我们不知道要向何处发展,也没人知道。我们需要推动力,但我们不知道是需要向右走还是需要向左走。”他的结论很简单,最终告诉我电动车不是理想的解决方案。全球的大城市,都没有足够的电力来支持庞大数量的电动汽车。

这是我们之间的非正式对话,但他给了我一个非常简单但大多数人都不同意的观点:“我们每周都会把100~200辆车送到汽车销售点,但是要送充满电的电动车还是不充电的电动车?”如果送的车没有充电,就没有能力给它们充电了。如果一周内没有能力给200辆车充电,顾客如何把车开回家?我们目前根本没有准备好在城市里使用成千上万辆汽车,所以,我们真的不知道要如何发展,但我们正在寻找理想的解决方案。

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电源及充电挑战影响了EV 的采用 

Johnson看起来似乎每个人都关注车载车辆应用,但基础设施却是巨大挑战,而且还有许多环境弹性问题。基础设施需要承载大量的电源,Aismalibar是否希望参与基础设施建设? 

Benmayor不,基础设施属于大电力公司。当然,我们已经参与了几个涉及到安装在加油站的充电模块项目。我们的几个客户正在使用Aismalibar COBRITHEM IMS材料,用于加油站的AC/DC充电器。他们在谈论接下来几年的巨大容量,但我们仍然需要电力公司来支持所有这些充电器;每台充电器需要10~12千瓦功率,那么我们要从城市哪里获取电力能源呢?

我真的不明白电力公司怎么能向大城市提供所需电力的两三倍。别忘了,当我们在夏季迎来高峰用电时,城市的电力已经超负荷,这已经造成了问题。在几个大城市,电能是不够的。如果需要每天给汽车充电,电量则要成倍增加,这实在不是一件容易解决的事情。 

Johnson这个问题在谈话中得到的关注最少,这是肯定的。不能充电一切白谈。我认为你对即将发生的一切有很深入的了解。我所听到的是,当涉及到实施,特别是在动力总成方面,有许多不同的方向来应对工程挑战。现在还不清楚会有什么解决方案,但很多不同的汽车制造商会进行很多实验,直到找到可行的解决方案。 

Benmayor是的。结果就是召回了很多电动汽车。另外,不要忘记电池供应商,因为世界上没有足够的容量来满足需求。据我所知,全球有三大电池供应商。市场集中度很高,汽车制造商没有足够的资源来购买所需的电池,因此存在很大的瓶颈。

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汽车制造一直引领着自动化与持续改进方法

Johnson电池技术难题也是如此。Eduardo,采访即将结束,你能总结一下吗? 

Benmayor汽车行业的要求越来越高。现在,有很多技术涉及前灯。我们习惯于在车上开关前灯,为夜间行驶提供照明。今天的前灯更加智能化,能够将许多东西投射到道路上,为驾驶员提供更准确的视野。这些技术再加上雷达,将帮助司机感觉更安全,尤其是在晚上。看到这些即将到来的令人难以置信的项目真是太棒了。 

Johnson太好了 。Eduardo,谢谢你接受采访,帮助我们了解材料和汽车行业的概况。

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