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Littelfuse以技术创新推动商用电动车和电动船舶发展

来源:BB贝博APP体育官网下载    发布时间:2024-12-24 11:00:24

产品详情

  【哔哥哔特导读】凭借Littelfuse功率半导体、开关产品应用及保护器件等高品质的产品,功率半导体技术应用经理刘鹏信心满满地向记者表示,在未来的五年之内,中国电动车的商用电动车和电动船舶肯定会发生巨大的变革——中国有巨大的潜力成为电动船舶和商用电动车的领先者。

  为实现中国双碳战略目标,践行绿水青山就是金山银山的国家大计,新能源产业正以前所未有的发展速度推进。新能源汽车、锂电池和光伏产品在国际市场上形成较为强大的竞争力,在这方面已走在世界前列。如何通过技术创新,发掘新质生产力,带动各行各业发展成为关注焦点。

  区别于乘用电动车,商用电动车是一种具有特殊用途的车辆,如电动货车、电动扫雪车、电动压路机、电动挖掘机等。据悉,2019年商用电动车市场为50亿美元,到2027年将达250亿美元,增长5倍,年复合增长率约为21.2%,市场迅速增加;同样,航行在江海湖泊的各类船只,也是各方角力的市场。由于电动船舶可以极大的减少碳排放,因此,电动船舶,如,电动远洋游轮、电动警用巡逻艇、电动渡轮等正逐步替代传统船舶。据预测,2024年,电动船舶市场大概在70亿美元,到2029年将达128亿美元,年复合增加率约在12.65%。

  近几年,Littelfuse在商用电动车、电动船舶领域不断耕耘,以使用户得到满足对高性能、高可靠性的应用需求。在刚刚闭幕的第十一届国际汽车技术展览会(AUTO TECH 2024)期间,我们有幸采访到Littelfuse功率半导体技术应用经理刘鹏,就Littelfuse功率半导体、保护器件和开关产品在商用电动车和电动船舶上的应用进行了专访。据了解,Littelfuse在该应用领域中拥有十分普遍的产品线。其中,功率半导体包括可控硅、二极管、IGBTs、MOS管、碳化硅、大功率器件及各种模块等;电路保护器件包括过流、过压保护器件,如压敏电阻、保险丝、气体放电管、e-fuse、TVS等;开关产品有Pushbutton、Tactile、Key switch、Slide开关等。

  进一步了解到,未来汽车行业可能会进入无人驾驶时代,而电动大卡在城市间或厂区间的运输中,其自动化价值易实现,且用电成本节省会慢慢的显著。刘鹏表示,对于运输企业,实现汽车电动化至少能省下30%到50%的经营成本。Littelfuse在商用电动车应用中可提供广泛的器件产品。

  除了提供更多品类的器件,Littelfuse也提供对应的解决方案和Demo板,以便客户能够更好地理解和使用产品。刘鹏提到,虽然许多客户对各器件地使用很熟悉,但Demo板仍是一个有价值的参考工具。在解决方案方面,Littelfuse在功率半导体、保护器件和开关产品都有对应的典型应用,给用户所带来高可靠性、超高的性价比的系统性、一站式解决方案。

  · DC-DC转换器:从高压电池转到12V或24V,高压MOS管、门极驱动、TVS以及各种保护器件等;

  大型商用电动车,像电动卡车平台电压会达到千伏以上,功率等级为MW级别。小型商用电动车电压等级会比较低,基本上在200V以下。对于大型商用电动车充电方案,目前采用多模块并联的方式实现。用到650V/1200V MOSFET或IGBT,以及600V/1,200V的二极管。

  多模块的方案优势是扩容方便,维护简单,但效率和成本并不是最优方案。基于此痛点,Littelfuse提出了一个更高效,小型化的MW级充电方案:12脉高压整流方案,利用Littelfuse的压接可控硅模块N1718NC200(1718A/2000V)组建的MW充电器,其充电效率可达99.8%。此外,相比较于由于多模块并联SiC MOSFET方案中损耗最终转化成为热能,需要大冷却器来进行冷却,因此其设备体积相当大,而采用12脉整流可控硅方案只需其体积的10%左右,可控硅方案在经济效益方面是很突出的。刘鹏提到,该方案在效率提升2%的同时,至少可以减低50%的成本。

  当前,Littelfuse压接式IGBT正被大范围的应用于商用电动车和电动船舶。IGBT芯片通过金属钼片将芯圆压接在铜壳里面,并进行密封处理,其优点是热胀冷缩保持非常平稳,产品长期的可靠性非常高。另外金属钼片的热膨胀系数和芯片接近,将大幅度的提升长期可靠性。同时,该壳体双面散热,无论采用水冷还是油冷散热,都能够达到很好的散热效果。因此,这是一种很适合兆瓦级充电桩、充电站、驱动器的应用方案。

  另外,采用铜体封装的Littelfuse压接式盘状IGBT相对塑封式IGBT而言,其应力水平更高,避免了兆瓦级应用中也许会出现的壳体炸裂、起火、流液等损坏周边电路的情况。10.54kJ的放电能量水平,使其在兆瓦级应用中更具可靠性,冗余度更高。压接式IGBT高可靠性的特点,允许设计工程师进行冗余串联,在单体短路失效的情况下,系统仍能够顺利工作。因此,压接式IGBT成为兆瓦级设备应用,特别是在船舶推进系统、充电系统等大功率应用中的首选方案。刘鹏还提到,该IGBT方案还能够准确的通过客户需求实现产品定制化,尽可能地为客户解决实际问题。

  C&K Switches的按键在商用电动车和电动船舶上的应用包括:操作杆、显示面板、控制面板、控制杆、带线控制器、座椅、方向拓等。包括Pushbutton、微动开关、Key switch、Tactile点触开关和一些大电流产品应用,如Toggle、Rocker等高端电源开关应用,以及可调式Rotary开关。

  刘鹏特别介绍了作为信号或功率开关的Pushbutton,按照每个客户需求,可以做到500万次,甚至1,000万次的寿命,此类高性能器件常被用于商用电动车、电动船舶、医疗设施中。刘鹏饶有兴致地表示,别认为开关看起来简单,Littelfuse为达到超长生命周期,甚至按键声学上的悦耳,我们还建立了完备的可靠性实验室和声学实验室。

  比如,为满足某高端用户在开关按键声学方面的极致体验,Littelfuse团队会对开关拨片里面的弹片进行特别设计,让每一次按键声音听起来更悦耳。上述都是C&K Switches核心竞争力。

  整体而言,Littelfuse保险丝品类非常全,从交流的0.125A乃至贴片保险丝,或是60A、80A,甚至到125 A,应用场景范围广泛。针对不同的能量等级、响应速度,在众多的产品中,选择哪款产品至关重要,Littelfuse工程师都会根据应用场景、产品性能给用户做出更加完备的解决方案,而为了更快地对接市场,直面用户需求。

  Littelfuse保护器件在商用电动车和电动船舶的应用主要在以下几个方面:模块化产品,如PDU、逆变器、Charger,以及在控制板、各种域的板、显示面板、接口板、操作面板中的应用。产品涉及过流过压保护器件,如保险丝(包括大电流、小电流的一系列应用)、TVS、可击穿可控硅(SIDACTOR)、MOV、气体放电管、e-Fuse等。

  Littelfuse保护器件主要涉及两个方向,功率端和通信接口端。功率端因为直面电网、突波、雷击等,吸收的能量比较大。因此,Varistors、TVS Diodes、SIDACTOR + Varistor、气体放电管等方案会应用的比较普遍,达到过流过压的保护;而通信端接口的保护,要考虑数据传输信号失线、HDMI等高速接口开关,会专门设计低寄生电容保护器件。

  现阶段,碳化硅的应用较为广泛,包括在OBC和DC-DC上面都有很多成功案例。但是,碳化硅的缺点在于,其门级的正负电压最大值不同,承载能力是非对称的。目前市场上正电压最大在25V左右,而负电压承受能力非常弱,也就是在-5V左右的水平,这对保护器件提出了更加高的要求。Littelfuse工程师专对于碳化硅产品,在同一极小封装下搭载TVS管,设计工程师无需通过两个TVS管实现双向非对称保护,不仅满足了非对称应用的市场需求,而且非常大地节省了板上空间。

  另外,TVS管在IGBT模块中也得到了很好的应用。因为大家都知道IGBT的关断,如果是快速硬关断,其overshoot会特别高,这可能将使IGBT处在危险的过压状态。Littelfuse通过TVS管实现有源钳位,一旦在overshoot下出现的过压超过TVS管的限值,则会被击穿,击穿后,给门极一个瞬间充电,减小didt实现了适时削峰,对IGBT进行了有效保护,实施有源钳位后,极大提升了产品可靠性。

  目前,无论时商用电动车还是电动船舶,欧洲已经跑在市场前面,但刘鹏信心满满地向记者表示,相信凭借中国市场以及Littelfuse方案的优势,在未来的五年之内,中国电动车的商用电动车和电动船舶肯定会发生巨大的变革——中国有巨大的潜力成为电动船舶和商用电动车的领先者。这也是怎么回事Littelfuse这两年一定要大力地去做这件事情的重要原因。

  未来,Littelfuse还将持续在MOEFET、IGBT、Diode、Thyristor以及SiC Device等系列新产品上加大研发技术,提高迭代速度,让我们的客户开发出效率更加高、性价比更好以及体积更小的优秀产品。

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