Toshiba 於48VBMS 車載N溝道功率MOSFET

隨著油耗和排放法規的限制越來越嚴格,節能減排已從政策層面演化為每個車企的技術要求。各種混合動力和純電動技術得到快速發展,其中48v輕混系統具有怠速起停、制動能量回收、動力輔助、滑行起停等幾種工作模式,此外,還具有點火時間更短、起動時噪聲和振動更小、高功率實現電動化、發動機損耗低等優勢而受到廣泛重視。48V汽車系統架構得到了相當多的關注,這些系統可以說是是向著全混合動力汽車前進的一步。開燃油車的時候,雖然跑高速的速度比城市快,但是因為在城市紅綠燈比較多,發動機需要不斷的切換工作模式,反而損耗更高。經過幾十年的發展,電池的性能越來越好,因此很多廠家設計48V啟停系統。

 

48V架構的選擇寬泛,且在不斷增加。最基本的系統包括一塊電池、一個起動發電機、一個48V至12V轉換器,且通常至少有一個48V負載。由於48V汽車仍然保留12V電池和多個12V負載,因此目前這些系統可能會以雙電壓系統的形式存在。憑藉這些雙電壓系統,大量的新配置成為可能。由於48V系統基本上能夠提供更高的功率水平,因此它將支持全新更高功率的外設,如48V E-Turbo和48V E-Roll穩定系統。此外,更高的功率可用性將推動耗電的12V負載遷移至48V總線,以充分利用更高的能效。

起初,雙電壓系統的12V系統側保持原樣,減去12V交流發電機。由於沒有12V電源的發電源,因此需要有一個轉換器負責將48V產生的電力轉移到12V側。這些轉換器在設計上為雙向的,在高需求期間可同時使用兩種電池。雙向轉換器能夠將來自任一電池的電源轉換到另一電池。除冗餘之外,保留12V啟動器並沒有技術上的原因,將其拆移除可能會成為未來的趨勢。對於48V系統側,起動發電機是主要部件。它負責汽車所有電力生成、以及汽車起動。它還能在汽車制動期間執行再生能量回收。在此模式下,機器作為發電機為動力系統提供負轉矩,減慢車速並恢復電池電量,起動發電機有多種配置和功率級別。

 

48V電池系統由鋰離子電池構成,相較於鉛酸電池,它需要更多的注意和處理。鑒於此,48V汽車需要電池管理系統。BMS系統負責監控電池電壓和電池溫度,以便能夠安全地為電池充電。由於48V系統具有再生能力,這種情況也變得更為複雜。當汽車電池的剩餘電量足夠低時,可發出再生指令,對BMS的控制需要非常謹慎,對於防止過充或過熱至關重要。將48V系統添加到12V汽車將讓設計人員有機會實現當今汽車所需的燃油能效提升。它還將大大增加對新型創新的電力電子電路的需求。

BMS與電動汽車的動力電池緊密結合在一起,通過傳感器對電池的電壓、電流、溫度進行實時檢測,同時還進行漏電檢測、熱管理、電池均衡管理、報警提醒,計算剩餘容量(SOC)、放電功率,報告電池劣化程度(SOH),剩餘容量(SOC)狀態和系統功率(SOP),還根據電池的電壓電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程,以及用算法控制充電機進行最佳電流的充電,通過CAN總線接口與車載總控制器、電機控制器、能量控制系統、車載顯示系統等進行實時通信。

MOS方案的BMS主要集成在一個PCB面板上,主要由MCU,AFE,電源模塊,比較器,充放電MOS和物理接口組成,主板上設計集成電流檢測模塊,在過流的時候瞬間切斷MOS,達到保護電池的目的。


48V電池啟停的優點:

  • 48V系統採用的鋰電池可以充分有效吸收制動能量。
  • 48V系統可以在巡航狀態下停止發動機運轉,靠鋰電池中制動回收的能量維持巡航。
  • 48V系統可以支持電動壓縮機、電子水泵等附件在發動機停機時運行,而傳統的12V啟停系統在開啟空調後發動機就要開始運轉。
  • 相對於12V系統,相同功率下工作電流只有1/4,損耗只有12V系統的1/16。
  • 可以渦輪電動化,進一步提高發動機的效率。

相較12V系統,48V電壓系統有了4倍電壓,電池包的能量進一步提升,可以經受更長時間的內燃機停機,還能通過BSG/ISG電機進行能量回收。『東芝推出兩款採用L-TOGL™封裝的車載N溝道功率MOSFET產品,滿足汽車設備對48V電池日益增長的需求。這兩款產品分別是80V “XPQR8308QB”和100 V “XPQ1R00AQB”。用於輕型電動汽車和ISG的逆變器、電池管理系統和接線盒的負載開關和半導體繼電器,要求產品具有高可靠性、高漏極電流額定值和高散熱設計。產品採用東芝新一代U-MOS X-H工藝,導通電阻極低。此外,L-TOGL™封裝採用銅夾片結構,通過厚銅框連接MOSFET晶片和外部引腳。與東芝現有TO-220SM(W)封裝相比,封裝電阻下降大約70%,結殼熱阻降低50%。同時,該封裝採用鷗翼式引線,可降低安裝應力,提高板載貼裝器件焊點可靠性。這些特性可以在大電流時實現設備的低功耗和高散熱。當應用需要更大工作電流時,可以並聯MOSFET。』(作者:東芝;出處:https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html

 

應用 :

  • 汽車設備(逆變器、半導體繼電器、負載開關、電機驅動電路等)

特性 :

  • 低導通電阻:

XPQR8308QB RDS(ON)=0.83mΩ(最大值) (VGS=10V)
XPQ1R00AQB RDS(ON)=1.03mΩ(最大值)(VGS=10V)
  • L-TOGL™高散熱封裝
  • AEC-Q101認證

  • 主要規格 : 
    XPQR8308QB 規格書
    XPQ1R00AQB 規格書


                                                                                       資料來源: 東芝(https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html)

    內部電路 : 

                                                                      資料來源: 東芝(https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html)


    應用電路示例 : 

                                                                                    資料來源: 東芝(https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html)

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    參考來源

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