什么是MCU
MCU(电机控制器)的全称是Motor Control Unit,是新能源汽车特有的核心功率电子单元,负责动力电池的直流电和驱动电机所需的三相交流电之间的相互转化,精准控制电机的扭矩、转速、运行方向和位置,同时实时监测温度、电流等关键参数以优化性能、即时预警,是保障车辆高效安全运转重要的“动力大脑”。
MCU(电机控制器)由功率模块(如IGBT/SiC)、控制电路、薄膜电容、散热系统等核心部件构成。其中,IGBT/SIC模块作为“开关心脏”,对电能转换起到了关键作用。
当新能源汽车启动时, 整车控制器通过CAN总线发送目标扭矩/转速指令,主控MCU运行FOC等算法,结合目标指令和实时状态,计算出最优的PWM控制信号(电压矢量),PWM信号经驱动芯片放大隔离后,精确控制IGBT/SiC模块的通断,将电池直流电逆变为所需的三相交流电驱动电机产生目标扭矩,驱动汽车加速行驶。
电控系统中的铜
铜的电导率高,能够高效且安全地传输和传导电力,这对于电动汽车的电力生成和输送至关重要;同时,良好的导电性能意味着可以制造更小的电机部件,且功率损失更少,从而显著提高电机效率,成为电动汽车制造的理想材料。新能源汽车电控系统因高压化需求,铜材用量较传统汽车显著增加。根据国际铜业协会(ICA)的研究报告,一辆纯电动汽车平均使用约83公斤铜,而传统燃油车约为23公斤。
功率模块的交流和直流端是铜材料应用的关键部件之一,作为电流传输与散热的核心载体,主要负责连接IGBT、电容等关键部件,宛如汽车内部的“电力高速公路”,将电流传输到各个部件。
在新能源汽车运行时,动力电池组的输出电压将达到500V到700V,如此高压的电流无疑对铜排的导电性能和散热性能都提出了极高的要求,其加工精度直接关乎系统稳定性与寿命。传统加工工艺难以兼顾高导电、强连接与微米级精度,成为制约电控系统稳定性的关键瓶颈。
华工激光,铜材激光加工专家
铜材加工需要面对几大显著难题:
1.易氧化:
铜材暴露在空气中会快速生成氧化层,未清除干净的氧化层可能导致接触不良,轻则降低系统效率,重则产生局部高温,从而导致连接点烧蚀,威胁行车安全。
2.高导热:
铜的高导热性使其在焊接时热量迅速散失,传统焊接方法(如氩弧焊)难以形成稳定熔池,易出现虚焊或气孔等问题,可能会导致焊点电阻升高,大电流工况下可能熔断,造成IGBT模块损坏。
3.高精度:
电控系统对铜排的安装精度要求极高,同时高集成、轻量化的发展趋势下,电机零部件尺寸不断变小、变薄,为保障汽车稳定高效运行,稳定、高精的加工工艺是众多厂家探求的重点。
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