新能源汽車電子部件的工程研究
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摘 要：我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，各個行業(yè)在發(fā)展中對能源的需求量日益增加，在很大程度上增加了能源的消耗。我國對能源的使用進(jìn)行越來越多的關(guān)注，出臺節(jié)能減排的政策。因此，我國對新能源汽車領(lǐng)域加大研究力度，提升新能源企業(yè)的安全可靠性。本文主要對新能源汽車關(guān)鍵電子部件的可靠性工程進(jìn)行研究。
關(guān)鍵詞：新能源汽車；關(guān)鍵電子部件；可靠性工程
0引言
目前，我國汽車行業(yè)得到迅速發(fā)展，為人們提供便利的出行服務(wù)。汽車行業(yè)逐漸向智能化、節(jié)能環(huán)保、安全的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)新能源汽車，積極響應(yīng)節(jié)能減排的政策。電子部件的可靠性對新能源汽車發(fā)展和汽車電子的安全可靠性具有決定性作用。
1新能源汽車介紹
1.1概念
新能源汽車主要采用新型能源當(dāng)作汽車行駛的動力，充分發(fā)揮科學(xué)先進(jìn)技術(shù)的重要作用，有效控制汽車的動力和驅(qū)動系統(tǒng)。新能源汽車相比較于燃油汽車，具有自身一定的優(yōu)勢，能夠有效降低汽車行駛中對空氣的污染，同時采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和內(nèi)部驅(qū)動[1]。全球范圍內(nèi)各種不可再生能源逐漸衰竭，大力開發(fā)可再生能源，促進(jìn)了各個國家能源鏈的變化。我國對新能源汽車進(jìn)行大力的開發(fā)和利用，促進(jìn)能源的更新?lián)Q代，最大限度減少污染物的排放量，減少對不可再生能源的消耗，降低對自然環(huán)境的污染程度。
1.2出現(xiàn)原因
汽車在實(shí)際使用中產(chǎn)生大量的尾氣，對自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時我國能源逐漸減少，造成汽車已經(jīng)難以滿足新時代人們的實(shí)際需求。因此，我國對新能源汽車的開發(fā)利用進(jìn)行足夠重視，逐漸積累豐富的經(jīng)驗[2]。社會企業(yè)在國家的支持和保障下，不斷研發(fā)和宣傳新能源汽車，更加符合人們對汽車實(shí)際需求，將汽車燃料進(jìn)行轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)新能源，最大程度的減少對自然環(huán)境的不良影響，積極響應(yīng)自然環(huán)境，提高人們的生活水平，有效緩解社會能源的緊張狀態(tài)。
2新能源汽車電子關(guān)鍵部件
2.1整車控制器
整車控制器是新能源汽車主要的部件之一。整車控制器主要組成部分包含硬件電路、底層和應(yīng)用成軟件[3]。我國整車控制器硬件利用規(guī)范化的核心模塊電路，主要包含電源、存儲器、專用電路等組成。整車控制器主要對加速、剎車等具體信息收集，對駕駛?cè)藛T的意圖進(jìn)行判斷，對汽車的溫度和速度等實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，通過整車控制器判斷和處理，向汽車傳送運(yùn)行控制指令，對電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行模式進(jìn)行控制，同時實(shí)現(xiàn)對整車系統(tǒng)產(chǎn)生的故障進(jìn)行診斷和保護(hù)。
2.2電池管理系統(tǒng)和電池包
新能源汽車主要利用電能正常行駛。因此，電池管理系統(tǒng)和電池包對新能源汽車具有重要作用。電池包是汽車的核心能量源。電池包的組成部分主要是電芯、電池管理和熱管理系統(tǒng)，其殼體主要是金屬材料構(gòu)成，核心零部件是電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)主要包含電池包的電芯，避免電池在使用中發(fā)生過度充電和放電的情況，最大程度提升電池包的利用效率，延長其使用壽命。
2.3電機(jī)控制器
驅(qū)動電機(jī)為新能源汽車提供主要動力，其核心電子單元是電機(jī)控制器。電機(jī)控制器構(gòu)成部分主要包含控制電路、算法軟件等硬件，通常實(shí)行模塊化和平臺化的設(shè)計。電機(jī)控制器主要接收整車控制器的車輛行駛指令，對電動機(jī)輸出扭矩和運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，驅(qū)動汽車的正常行駛，有效的將動力電池的直流電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為汽車行駛提供高壓交流電，促進(jìn)電機(jī)本體輸出機(jī)械能。
3.1工作特點(diǎn)
新能源汽車相比較于以往的燃油汽車，在結(jié)構(gòu)部分、動力傳送和電控系統(tǒng)的性能等多個方面具有較大的差異性。新能源汽車主要根據(jù)電力驅(qū)動，由高壓和低壓系統(tǒng)組成，分別滿足不同性能的實(shí)際需求。高壓系統(tǒng)具有自身的特點(diǎn)，主要是高電壓和封閉性；低壓系統(tǒng)主要滿足高壓系統(tǒng)信號交互的實(shí)際需求。高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)中對可靠性具有較高的要求。例如，高性能處理器、集成化功率回路設(shè)計等相關(guān)電子電控系統(tǒng)的核心技術(shù)要求較高的可靠性[4]。新能源汽車的特點(diǎn)，全部用電實(shí)現(xiàn)全車的驅(qū)動和控制。機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力是造成新能源關(guān)鍵部件失效的主要制約因素。新能源汽車的驅(qū)動模式和以往燃油汽車進(jìn)行比較，驅(qū)動電機(jī)主要是其動力源，同時是電動汽車振動的主要激勵源。研制人員對新能源汽車關(guān)鍵部件進(jìn)行研制和初始設(shè)計的過程中，需要對新能源汽車上的相關(guān)電子電控系統(tǒng)進(jìn)行全面了解和掌握。研制人員對電子電控系統(tǒng)的固有頻率進(jìn)行熟知，防止和驅(qū)動電機(jī)頻率相近，出現(xiàn)共振，造成新能源汽車發(fā)生故障，同時由于自身引發(fā)的振源，對新能源汽車在路面正常行駛的過程中出現(xiàn)隨機(jī)振動、或者在坑洼路面上出現(xiàn)沖擊的情況進(jìn)行全面考慮[5]。另外，熱應(yīng)力是另一種典型應(yīng)力，其熱的來源主要包含電子部件自身、驅(qū)動電機(jī)發(fā)熱和外界自然環(huán)境等帶來的熱量。熱能夠造成電子元器件的老化現(xiàn)象，同時對新能源汽車的關(guān)鍵電子部件安全可靠性起到?jīng)Q定性作用。新能源汽車的關(guān)鍵電子部件種類繁雜，其中IGBT的成本最高，同時具有代表性的電子元器件。我們根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，IGBT在新能源汽車中占據(jù)整車總成本的9%左右，是汽車電池之外的成本最高的重要電子元器件。IGBT在實(shí)際研制發(fā)展的過程中需要充分發(fā)揮其最大的功率水平，同時要保證其較高的可靠性，實(shí)現(xiàn)最大的電流負(fù)載能力。我國科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)，新能源汽車在開發(fā)和利用的過程中，逐漸積累大量的經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新和改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無焊料芯片粘接、帶式鍵合等相關(guān)技術(shù)[6]。但是，現(xiàn)階段新能源汽車的熱和機(jī)械綜合應(yīng)力等相關(guān)影響因素，會導(dǎo)致封裝鍵合線出現(xiàn)退化的現(xiàn)象，同時產(chǎn)生固晶焊疲勞、芯片破裂和基底損壞等功率循環(huán)和熱效應(yīng)等多個方面的問題。我國新能源汽車使用場景具有自身的特殊性，在實(shí)際行駛的過程中會受到溫度轉(zhuǎn)變、雨水、沙塵等自然環(huán)境氣候的影響，同時受到汽車尾氣的腐蝕等相關(guān)因素的影響。另外，新能源汽車在停放的過程中經(jīng)常容易受到生物損壞、霉菌侵蝕等相關(guān)應(yīng)力的影響。新能源汽車的關(guān)鍵電子部件和其他大多數(shù)電子產(chǎn)品進(jìn)行比較，更加容易受到相關(guān)應(yīng)力的影響，承受的應(yīng)力比較嚴(yán)峻。
3.2工作內(nèi)容
關(guān)鍵電子部件的可靠性研究對新能源汽車的健康持續(xù)發(fā)展具有重要作用。相關(guān)研究人員需要明確關(guān)鍵電子部件可靠性研究工作內(nèi)容，對其可靠性設(shè)計、制造、篩選、試驗進(jìn)行全面考量，同時對于現(xiàn)場環(huán)境使用實(shí)際情況和失效信息進(jìn)行收集和總結(jié)。關(guān)鍵電子部件可靠性研究人員可以在實(shí)踐工作開展的過程中對其可靠性設(shè)計進(jìn)行出發(fā)，完成關(guān)鍵電子部件可靠性建模、設(shè)計和分配、仿真等多個方面的工作內(nèi)容。設(shè)計產(chǎn)品的初始階段，需要明確產(chǎn)品自身固有的特性；產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)的過程中，需要對工藝的統(tǒng)一性和穩(wěn)定性進(jìn)行有效的控制制造；產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)中，需要加強(qiáng)產(chǎn)品試驗工作力度，對于產(chǎn)品在現(xiàn)場環(huán)境中使用的實(shí)際情況進(jìn)行全面了解，記錄相關(guān)信息數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中存在的問題和缺陷，采用失效分析的措施，將實(shí)際分析的結(jié)果向產(chǎn)品設(shè)計端進(jìn)行全部反饋，形成閉環(huán)。
3.3工作環(huán)節(jié)
產(chǎn)品具有不同階段的全壽命周期。因此，產(chǎn)品可靠性工作開展的相關(guān)研究活動存在一定的差異性。可靠性工作開展的過程中需要對新能源汽車企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行全面考量。產(chǎn)品全壽命周期主要包含概念階段，新能源汽車關(guān)鍵電子部件可靠性工作開展主要對產(chǎn)品可靠性和環(huán)境適應(yīng)性的實(shí)際要求進(jìn)行全面調(diào)查和分析；產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)，開展起可靠性研究工作主要對具體的可靠性設(shè)計、試驗和評價活動進(jìn)行全面有效執(zhí)行；中試階段主要可靠性工作開展中需要對具體可靠性改進(jìn)的相關(guān)時間應(yīng)力進(jìn)行關(guān)注和重視；生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要對產(chǎn)品的統(tǒng)一性和安全穩(wěn)定性進(jìn)行保證，有效控制生產(chǎn)工藝的可靠性；產(chǎn)品生產(chǎn)完成之后，需要將其在實(shí)驗室進(jìn)行功能的試驗，同時在產(chǎn)品真正投入市場之后的實(shí)際使用情況進(jìn)行反饋，保證產(chǎn)品的可靠性能[7]。
4結(jié)語
新能源汽車關(guān)鍵電子部件可靠性工程研究對新能源汽車今后的發(fā)展具有重要作用。本文主要對新能源汽車概念、產(chǎn)生原因和關(guān)鍵電子部件進(jìn)行全面分析，同時對可靠性工作開展特點(diǎn)、工作內(nèi)容和工作環(huán)節(jié)提出了建議，希望對可靠性工程研究有所幫助。
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作者：王斌 單位：云南省電子信息產(chǎn)品檢驗院
