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。

罗杰斯全球研发总监兼亚洲区销售总监，史维以“高温与轻量化ROLINX® 新型复合母排—新能源汽车动力系统解决方案”为主题做了一系列分享。

以下为现场实录：

大家下午好，我是来自罗杰 斯的史维，负责全球研发以及亚洲区的销售。罗杰斯是一家美资公司，到今天为止有190年历史，于1959年开始母线排的设计和生产。1969年在比利时根特做针对高铁和风能太阳能光伏发电系统母排的生产。2004年开始在苏州母线排的设计、研发和生产。

我们所属罗杰斯先进电子解决方案事业部，产品包括IGBT里面的陶瓷线路板、母线排和5G应用的高频线路板材。刚才提到轻量化的问题，对于母线排来说，轻量化最早是2012到2013年的时候日本铁路提出来的，当时我们觉得挺有意思，机车头有45到70吨，母线排减重了10到20公斤，看似意义不大，但是我们还是系统地做了这方面的工作。2009年深入进入汽车领域的时候发现，其实母线排的减重全套方案可以在电动汽车上有非常广泛的应用，这也带来了如何实现轻量化这个问题。

大家都知道，母排在一般在电动汽车里的应用就是电池组、变流器、电机以及中间连接。 母排轻量化有几个方向： 第一， 提高电压，高电压带来的电流减少，对减少母线截面积很有帮助 。第二， 选择轻量化的材料 ，原来的材料是铜，现在选用铝。不过这个涉及到另外一个问题，因为存在技术上的壁垒，所以在特斯拉Model3大批量使用之前，铝的母线排在车载方面应用很少，大部分电力电子、风能、太阳能上也用得都比较少。第三， 设计的简化 ，可以大幅度降低母排以及相对应产品的重量。最后，提高电流密度，让同样导体情况下承载更多的电流密度，这又带来另外一个问题，就是工作温度升高。

从材料上来说，传统的铜母排很好用。但是有两个问题，太贵和太重，还需要表面的处理。铝价格便宜，重量也比较轻，只有铜的三分之一，但也存在缺点。第一，导电率最高只有62%，大概是铜的三分之二。第二，铝是导体，但是一旦氧化之后变成了氧化铝，就是绝缘体。铝的表面一定要经过处理，铝加表面电镀处理费用很高；而且铝电镀有很多问题。另外越是高导电铝，纯度越高，从而发生机械蠕变，导致电气连接出现一些问题，特别是大导体尺寸。即使使用了抗蠕变铝，但也有其他的技术难题。第一，合金导电率在53到54%之间。第二，价格昂贵。第三，无法避免电镀的问题。对此，罗杰斯研发了新一代产品。在同样一根母排上主体选用了高导电率铝，接触端子采用了抗蠕变的铝并加上电镀，扩展上使用了铜硬或者软的连接。这有三个好处，第一，轻量化。第二，降本。第三，取消电镀成本。综合来看，一根母排有两种甚至三种不同合金的组合，包括不同的处理方法，既能够提高母排的可靠性，又可以降低成本，同时用铜代铝，即使是加厚导体截面积以提供导电率，也可以节省40到50%重量。另外，既可以是铜的软连接或者硬连接，也可以是铝的硬连接。主干部分可以用高导电的合金铝，用特别的焊接技术做成一个整体，导体单层也可以做成多层。主干母排要用柔性连接，主要有三个原因。第一，减震、在有热膨胀的情况下还可以吸收一部分热膨胀。第二，铜或铝软连接端能消除安装上的误差。第三，最关键的部分有表面处理，可以保证长期的可靠性。我们非常推荐刚性和柔性一体化，刚性的主干可以保证尺寸的准确性，大批量生产下易于机器人的抓取和存储，便于产线员工操作。柔性接口可以保装配公差、震动、热膨胀，还可以保证整体性。

第二，通过设计来解决重量的问题。我们有一个典型案例，很多欧洲客户原来是做传统汽车设计的，他们对于母排的理解就是把电缆做扁做方。这是和IGBT连接PDU和输出的方案，客户想用几个铜条，但不好装配。又想用螺丝固定在一起，安装了很多塑料件。最后做成了好多个5mm厚度的导体，两个过渡铜块，螺丝拧在一起，没有办法优化，重量降不下来，温升达不到要求，而且装配的时候一直会有批量装配的问题。我们提供的新方案只用2层2毫米的母排导体和3个导体就解决了，不需要使用过渡铜块。当时预估能节省50%装配时间，实际上更高。这个产品的重量从2.7公斤降到了1.2公斤，BOM材料的成本也大幅降低。总之，除了产品材料，也可以从产品的设计上做轻量化改变。

第三，高温上的应用。如果提高电流密度，如何应对工作温度的上升。20年前，电力电子都应用在风能、太阳能、机车上的，有很好的通风和空间条件，那个时候最高就是105度，现在电芯连接母排一般都在105度，PDU和变流器的母排现在可以快速达到105到130度。以前硅基的IGBT对电感要求不高，工作节温也不高，140度左右，用铜条就可以。现在对电感的越来越高，这也是一个趋势。针对电机，扁线电机在连接端子也可以改成母排设计。第一，耐高温，可耐220度以上。第二，有强大的减震或耐震能力。第三，对ATF波箱油耐用。温度在持续上升，母排作为一个小的配件怎么改变，这里有三个渠道，第一，在设计阶段不管是通过热仿真还是设计优化均摊电流密度，将热点取消。第二，如果条件允许，最好能用水冷板或者风能、热管，把热量分散出去一部分。第三，硬扛。使用绝缘材料可耐130、150度，这需要大量的时间来做验证。我们很早就开始做加速老化试验，重新做点测试、抗耐压，做闭环的验证，看材料是不是加速老化。我们有两种不同的材料，一种是PET级的，大量地用在-40度或者105度的条件下，延展性很好，可以做大量的折弯，对复杂母排的适应性也很高，而且多种膜厚等级，价格会下降很多。另外，以前没有碳化硅的时候对电感的要求不是那么高，今天随着800V系统和碳化硅模块电压的升高，局部放电是一个问题，电感就是一个问题。这种材料可以保证更好地爬行距离，其阻燃性也很好，这是第一个可以使用的材料，可满足130度以下温度。其实罗杰斯还有硅胶材料部门，所以针对-50度到210度的温度，也可以使用硅胶材料。有以下几点好处，一是可长期耐高温，性能良好。第二，具有一定弹性，高震动情况下不会出现硬碰硬的疲劳情况。第三，和注塑不一样，在导体之间可以做得很薄，运用预成型技术，不会出现裂痕、针孔的问题，电气的可靠性很高。不管是CTI等级还是防火等级都是很好的，和PET差不多。最后耐受化学品性能非常好，无论放在柴油、冷却液里面，都可以长期耐受。现在业界想把驱动器做在电机外面共享冷却系统，不管将来在走哪一个方向，这都是一个比较好的解决方案。这是我们对于耐高温方面的见解。

罗杰斯在汽车方面的解决方案，包括电机电控，再加上中央连接，可覆盖范围广。我们和主机厂长期合作，产品虽然比较新，但是已经大量生产，从研发角度来说也得到了充分验证，另外从使用角度来说，在客户端也得到了充分验证。虽然大家都在谈轻量化，但是罗杰斯很愿意多走一步，轻量化我们有现成的解决思路，有足够的经验。轻量化带来了直接材料和整个系统的降本，这是我们给客户带来的价值。