氫燃料電池車是以氫或含氫物質與空氣中的氧在燃料電池中反應產生電力推動車輛,具有清潔安全,續航里程長,燃料補給快等特點,各國都在積極布局發展氫燃料汽車。
2022年3月,國家發改委,國家能源總局聯合發布《氫能源產業發展中長期規劃(2021-2035)》,明確了氫能源的戰略地位和低碳發展方向。中國汽車工程學會編制的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》中預測,2025年,我國氫燃料電池車的保有量為10萬輛,2035年氫能源電池車保有量有望達到100萬輛。
▲ 圖1 2020年-2035年中國氫能源汽車保有量預測
(數據來源:中國汽車工業協會、中國汽車工程學會)
中國作為全球最大的制氫國,年制氫量已達3300萬噸,大力發展氫燃料汽車已成為國家重要戰略。在國家政策的大力推動下,上汽大通、長安、長城、紅旗、東風等廠商都相繼研發和生產氫燃料電動車。其中上汽大通在2020年9月推出并上市了自主研發的氫能源電動車。2022年北京冬奧會,已有超過1000輛的氫能源汽車投入賽事的運營。
01-氫燃料電池車特點及電感應用
氫燃料電池車具有高功率和高能量密度、無污染、零排放、無噪聲、高效率、續航快等特點,滿足重載需求,能在低溫環境下啟動,適合作為大巴車、重卡和貨車等商用車。另外,氫燃料來源廣,可通過風能、太陽能和核能等分解水獲得。然而,氫燃料電池車相比傳統的燃油車,零部件多且布局復雜,如何避免系統中的各部件互不干擾是一大挑戰。
那么,作為氫燃料電池車電源系統重要的元件,什么樣的功率電感才能滿足氫燃料電池車的要求呢?
在氫燃料電動車中,電感主要應用在DC/DC轉換器、各系統通訊節點、汽車主控單元、電機控制器、BMS電池管理系統等部件中(見圖2框圖藍色標注)。隨著氫能源汽車的功能越來越多,系統越來越復雜,集成度越來越高,電感也朝著效率高、體積小、噪音低的方向發展。
▲ 圖2 科達嘉車規級電感在氫能源汽車中的應用圖
針對氫能源車身電源系統12V-48V DC-DC 轉換器,科達嘉車規級超級大電流電感VSRU系列具有大功率、低溫升等特點,能使損耗降至最低,滿足12V-48V DC-DC 轉換器應用需求。除了標準型號,科達嘉還可根據客戶需求定制其它尺寸的車規級大電流電感。
針對BMS電池管理系統,科達嘉車規級一體成型電感VSAB1365、VSAB1770系列、VSBX1809以及大電流電感VSRU系列均有多個產品型號滿足對電感性能及尺寸的需求。其中,VSAB車規級一體成型電感具有低損耗、高效率、應用頻率寬、抗電磁干擾能力強等特點。
針對電機驅動,科達嘉車規級一體成型電感VSAB1770、VSBX1809、VCRHS128/1210等系列可滿足電機控制器對大功率、高功率密度的需求,并可根據用戶需求定制開發磁棒電感。
02-氫燃料電池車電感需求趨勢
1.氫燃料電池車電驅系統需要高功率密度、低損耗功率電感
為適應不同車型的搭載需求,節約系統成本和安裝空間,汽車電驅動系統集成化趨勢越來越明顯。電驅動三合一,甚至多合一的電驅平臺成為新能源車的發展趨勢。相應的,汽車電子動力總成集成化、控制模塊集成化、系統軟件集成化對功率電感產品的功率密度、尺寸、損耗、耐壓性等也提出了更高的技術要求。如,要求更高功率密度,更小尺寸,抗干擾能力強,耐大電流和耐高壓的電感產品。
2、氫燃料電池車所需電感需具備強抗電磁干擾能力
氫燃料電池車中應用了高壓和大電流的大功率電子變換裝置和驅動電機,車上電子電氣設備繁多,系統中的DC/AC, DC/DC轉換器,IGBT功率管的高速切換會引起高速變化的電壓和電流以及浪涌電流和尖峰電壓,造成輻射干擾;另外,電感電流容易發生高頻振蕩,系統內控制單元內部的時鐘晶振頻率會產生高頻噪聲,這些因素會產生電磁干擾,這種電磁干擾處理不好會嚴重影響整車控制器與CAN通信,導致CAN通訊頻繁報錯,無法正常通訊。用于氫燃料電池車的電感產品需具備優異的抗電磁干擾能力。
03-科達嘉最新推出用于氫燃料電池車的新一代扁平線超級大電流電感
科達嘉深入研究氫能源汽車對電感產品的技術需求,推出車規級超級大電流電感VPEH系列,并已成功與氫燃料車廠合作,應用在氫燃料電池汽車車載控制器中。
VPEH系列是基于科達嘉CPEX超級大電流電感全新升級的車規級電感。產品采用科達嘉自制金屬磁粉芯和扁平線圈設計,磁屏蔽結構,抗電磁干擾能力強。緊湊型高功率密度的結構設計,大大節省了PCB安裝的面積。VPEH系列車規級超級大電流電感產品采用高磁通磁芯材質,具備優異的直流偏置能力和低的AC損耗,產品適合應用在高紋波電流和高電壓的應用中,VPEH系列耐壓高達2600V ac,且電氣特性受環境溫度的影響非常小,適合氫能源汽車高溫、高壓、大電流等復雜的應用環境。
VPEH系列電氣參數除了標準系列外,也可根據客戶特殊需求量身定制,并可提供AEC-Q200測試認證。
科達嘉電子20多年來一直專注功率電感的研發與制造,核心材料自主研制,扁平線超級大電流電感產品技術在全球處于領先地位。功率電感生產廠家科達嘉電子的車規級電感是在通過IATF16949認證的工廠中制造完成。公司擁有CNAS認可的實驗室,能按照AEC-Q200無源元件產品驗證標準進行測試。
面對氫能源汽車領域電路配置多樣化和差異化需求,科達嘉電子與汽車電子研發工程師緊密合作,為客戶量身定制各類車規級電感產品。
審核編輯黃宇
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