伊控动力武术:400V 平台电机控制器到 800V 的敏捷开发

NE时代新能源

阅读 2394    更新于2022-09-30 13:40:00

2022年9月21-22日,由NE时代主办,巨力自动化总冠名,巨一动力、中车时代电气、华域电动、上海电驱动战略合作,华为数字能源、智新科技生态合作的“2022(第二届)全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

在22日的分论坛上,浙江伊控动力系统有限公司市场总监武术分享了400V 平台电机控制器到 800V 的敏捷开发。在控制器零件外观、尺寸等几乎不变的情况下,伊控快速实现了400V~800V产品的衍生,为客户快速量产的目标达成提供了一个很好的方案

以下为现场实录:

介绍敏捷开发之前,稍微用一点时间介绍一下我们公司的概况和我们的产品。基于我们的产品,展开我们如何从400V到800V开发的。

第一,公司概况。

公司成立2017年,总部位于浙江嘉兴平湖市,在上海嘉定设有研发中心。我们专注于新能源汽车电机控制器产品,已成功量产两代产品,为多家客户量产供货。我们产品覆盖单电机控制器,包括400V和800V,包括双电机控制器、多合一控制器等。如图所示是我们的地理位置,右边是16949等一些奖项。

工厂方面,我们一期基地已经投产了,四千平米;二期10000+,马上投产;三期是三万平的场地,预计2024年投入使用。

研发能力方面,我们在系统软件、硬件方面拥有完整的研发体系。EMC开发能力可以做到Class 5,第二代产品已经做到了Class 4,基于ISO 26262流程开发,我们都是达到了ASILC C的等级。软件方面,我们也有将近十年的量产开发经验,基于AUTOSAR架构开发,支持4.2.x以上版本。我们也是英飞凌AURIX系列+35584架构,我们对于电流传感器滤波器、电容等拥有完全自主设计集成能力,仿真效率这方面也都是非常强的。

第二,产品及解决方案。

2020年MCU1.0 6月份实现了批产,在第二年我们一口气推出了三款单电控产品,最低从一百千瓦到二百五十千瓦的三合一的功率需求,这三款产品在去年10月份量产的。后面我会讲到基于这三款产品用近一年的时间,实现升级到800V。下面两个产品是多合一的iMMCU和双电控iDMCU,这两款在2023年批产。

我们这边跟蒋经理殊途同归,其实也是一个主控芯片——英飞凌3系列芯片做的,有很多相似的地方。目前iMCU 1.0的战绩如下,截止到2022年8月,累计出货15万+,预计今年全年出货10万+,累计行驶里程13.5亿公里,单车最大里程达到34.6万公里。如图所示是配套的三合一以及一些车型。如图所示,iMCU2.0搭载的量产车型,已配套传统车企、造车新势力等10余家客户共20余款电动车型,截至2022年8月,累计出货5万套,预计全年出货10万+,我们公司确实发展很快。在发展过程中,我们公司整体的人数不到200人,研发100人多一点。如此规模团队如何做到这么多项目?这么多产品呢?我们一直秉承着“敏捷开发”的思路,平台化共用的长远规划。

第三,400V到800V的敏捷开发。

我们第一代量产一口气推出了三款产品,这三款产品在2021年10月份SOP。2023年会推出三个pro版本(800V产品),这几个产品分别能达到:iMCU2.0-A是400Arms为+/200kW;iMCU-Bpro是500Arms/300kW;iMCU 2.0-C pro是650Arms/400kW,以“iMCU2.0-C Pro”这个为例,我下面会详细介绍。

我们基于400V的外形,基本上没有什么大变化的情况下,重量和体积变化非常小,功率提升了60%,功率密度提升了57%,效率提升了1%,其他的振动、功能安全方面都能达到持平。外观、尺寸几乎不变,快速实现了400V~800V的衍生,为客户快速量产的目标达成了一个很好的方案。

电机控制器最重要的是功率模块,整个思路是在同封装、同电流的情况下,实现了400V到800V的抬升。一个是产品的平台化,包括封装兼容。另外是400V到800V的快速迁移,还有最小范围的差异化零件的开发,做到了最大范围的提升。

讲一下驱动芯片,利用GD31系列的驱动芯片。左边是400V的,右边是800V所用的驱动芯片的特性,从HV的LDO如图所示分别匹配400V和800V版本,以及碳化硅的版本,实现了驱动芯片的平台化,软硬件开发也变得非常便利且快速,而且稳定。800V的碳化硅模块量身定制的驱动参数和保护参数更让我们在控制和保护方面,做得更好,整体来说也是最大限度地挖掘了碳化硅的电流能力和效率。

如图所示是核心控制单元,英飞凌系列,400V平台和800V平台实现了共用,而且800V平台我们也开发了低压装升压的兼容功能。电机转速支持到了两万转以上,因为是碳化硅,所以开关频率可以做到20k赫兹,驱动电源的功率也得到了一个提升,开关速度因为更新换代的驱动芯片,包括控制芯片,开关速度也得到了提升。MCU算力也能够达到50微秒的能力。针对于3系列平台化的选择,不但能实现400V/800V的共用,同时能轻松驾驭碳化硅高开关频率的应用。基于碳化硅专属的GD3160,也能够轻松实现高频率的应用。基于超低ESL的电容设计,与功率模块达到最优匹配,最大限度释放800V碳化硅高开关频率的特性。

如图所示,以上是800V产品的实测的结果。我们是Class 3实测全部pass,包括高压CEV、CEC,还有低压的CEV、CEC。我们局部频段也是通过了Class 4,在800V产品里面也是可圈可点的一个成绩。

零部件共用方面,除了螺钉这些小辅件以外,总的零件大概有20+,这里面实现了15个以上的零件的共用。壳体方面,电气间隙兼容800V,从电气零件爬电距离的设计,兼容800V,包括高压相关的电容、滤波器、铜排组建和注塑组建,实现了壳共用、模具共用。在电路设计、控制板设计方面,我们都是兼容800V的接口,包括驱动方案pin接口,控制板方面可以实现百分之百的共用。整体来看,子零部件的兼容设计为400V到800V的敏捷开发提供了强有力的支撑,而且在节约可观的差异化子零件模具费的同时,也实现了共用产线、柔性生产的目标。也就是说,现在已经投产的一级产线和即将投产的二级产线,很多产线都可以做到400V/800V产品的共用,为后面产品的升级换代以及生产成本的节约,是非常有帮助的。

总结一下,我们从400V到800V这样一个升级,从功率模块的平台化、驱动方案的平台化、EMC思路的共通以及电气间隙、爬电距离、高开关频率设计预留,我们达到了开发周期可以缩短到12个月。2022年10月份实现了400V的三款产品的SOP;2023年年中或者下半年能够实现三款pro产品的SOP;共用零件种类也达到了15+。模具费用节省了两百万,量产线节约能达到千万级别,人工费粗略估计500万左右。综上所述,基于规模不太大的研发团队,我们通过以上的方式实现了多款产品的设计,包括三款功率段产品的快速800V升级的研发工作。

浙江伊控动力系统有限公司从一开始目标是要成为世界一流的新能源汽车电力电子产品供应商与方案提供商,我们一直在往这个方向努力。借这个大平台,希望能够和更多的客户一起为中国的新能源汽车事业献出自己的一点微薄之力。希望和大家多多交流,以上是我的分享,谢谢大家!

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