电动汽车拆解

【电动汽车拆解】PCU（一）：采用双面冷却构造实现小型化 电装已开始向丰田汽车的部分混合动力车型提供PCU（功率控制单元）。 丰田汽车现在的混合动力系统全部为水冷式，而非空冷式。混合动力车在前格栅的发动机室内配置了不同于发动机用散热器的混合动力系统专用散热器。混合动力系统采用冷却水来冷却PCU 和驱动马达。 图2：PCU （功率控制单元）主体由控制底板电路、双面散热的功率半导体元件、层叠型冷却器及电容器等构成。PCU 内的功率半导体从两面进行冷却。过去采用的是单面冷却。 过去，丰田汽车的“普锐斯”及“皇冠 Hybrid”等车型一直利用水冷单面冷却 PCU 内的功率半导体。 而“雷克萨斯 LS600h”采用的最新 PCU 虽然同样是水冷式，但采用的是双面冷却构造（图1，2）。由于散热面积增大，因此比单面冷却更容易冷却。单位体积的输出功率比原来提高了 60％。在相同的输出功率情况下，体积则可比原来减小约 30％，重量减轻约 20％。 PCU 具有逆变器和升降压转换器的作用。逆变器具有将充电电池的直流电压转换成马达驱动用交流电压的功能以机将马达再生的交流电压转换成直流电压的功能。升降压转换器用来升高和降低充电电池供应给马达的电压。 向雷克萨斯 LS600h等高功率混合动力车提供 PCU，需要提高逆变器和升降压转换器的输出功率，也即需要增大电流。解决方法之一是增加PCU 的功率半导体元件数量或使元件比原来流过更大电流。PCU 存在问题是散热。现在的车载用功率半导体最高可耐150℃高温，因此需要采用始终将温度保持在 150℃以下的冷却结构。雷克萨斯 LS600h需要提高 PCU 的性能，同时减小 PCU 尺寸。由于不能增加元件数量，因此采用了支持更大电流的功率半导体。 图 3：过去的 PCU 构成（单面冷却）每个功率半导体元件流过 200A，元件散热措施设想采用单面冷却时。 图4：新型PCU 的构成（双面冷却）通过采用高性能功率半导体，每个元件流过300A 以上的电流。采用支持大电流的元件，减少元件数量以实现小型化。通过双面冷却进行散热。( 这样，单面冷却就不足以解决大电流功率半导体的散热问题，因此采用了双面冷却结构。过去，每个元件可流过200A 的电流，而雷克萨斯LS600h采用了每个元件可流过300A 以上电流的高性能功率元件（图3、4）。由此逆变器和升降压转换器均减少了功率半导体的数量。新型功率半导体为富士电机元件科技制造的产品。（未完待续：特约撰稿人：金子高久，电装 EHV ...