現(xiàn)階段，一款電動車要想走量，除了補貼之后能夠讓大眾接受的價格之外，還有足夠日?；蛘邆€性化需求的續(xù)航里程。而為了增加續(xù)航里程，汽車制造商和供應(yīng)商們也是花盡了心思，降低電動車的重量就是辦法之一，而電動車的重量大頭是在電池。在電池化學(xué)性能得不到大幅度突破的時候，如何在其他的細微之處進行輕量化就成了工程師們的使命。
最近，西門子發(fā)布了一項新的技術(shù)，將電動車動力系統(tǒng)中的逆變器與電動機集成到了一起，兩個組件共同一套冷卻單元，通過這種方法，降低驅(qū)動系統(tǒng)的重量、節(jié)省內(nèi)部空間。
冷卻系統(tǒng)是關(guān)鍵
逆變器和電動機是電動車動力系統(tǒng)中兩個重要的部件，逆變器將從電池中出來的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，而電動機則負責將電能轉(zhuǎn)換成機械能，傳遞到傳動系統(tǒng)。到現(xiàn)在為止，逆變器與電動機一直是兩個獨立的組件。而西門子的這項新技術(shù)，就是將這兩個設(shè)備集成到一起，使用一個外殼，并藉此來減輕重量、節(jié)省空間和降低成本。
據(jù)西門子的工程師表示，逆變器與電動機組合到一起之后，原本兩個組件之間的電纜和其他連接附件就不需要了，大概能在電動車內(nèi)部節(jié)省6-8升的空間，可以用來放置充電組件等其他設(shè)備。
逆變器與電動機的集成體——西門子Sivetec MSA 3300
把逆變器與電動機集成到一起并非是1+1這么簡單，在集成過程中，冷卻是工程師們遇到的最大難題。
在高溫時候，逆變器中將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的半導(dǎo)體——IGBT模塊的性能會受到溫度的影響而受到限制。所以，逆變器一般會有自己獨立的冷卻系統(tǒng)。而電動機在運轉(zhuǎn)過程中，將電能轉(zhuǎn)換成機械能時，會產(chǎn)生大量的熱量，因而，要將這兩個部件組合到一起，必須解決電動機與逆變器的散熱的問題，讓逆變器在離電動機很近的時候，也不會因為過熱而影響性能，增加輸出能量損耗或者降低組件壽命。
西門子的工程師們根據(jù)組件中各零部件對溫度的敏感程度設(shè)計了一個冷卻回路，讓冷卻水最先經(jīng)過對溫度最為敏感的區(qū)域，如IGBT模塊、電流回路上的電容器等，優(yōu)先對這些部件進行冷卻，最后經(jīng)過哪些對溫度不敏感的區(qū)域，如外殼之類的地方，然后完成循環(huán)。而且，這樣的設(shè)計，會在逆變器的電子組件與電動機的組件之間用冷卻水形成了一個簾壁，將兩個部件隔離開來。
西門子開發(fā)的這套驅(qū)動單元Sivetec MSA 3300，是在一系列電動車的基礎(chǔ)之上研發(fā)的。工程師們在設(shè)計時即是根據(jù)電動車的內(nèi)部空間來設(shè)計3300的外型尺寸，以便讓其能夠適用于更多的電動車。
可增加傳導(dǎo)性能的SKiN技術(shù)
在Sivetec MSA 3300上，還有一項對性能提升相當有助力的技術(shù)——SKiN技術(shù)。SKiN技術(shù)是在2011年由致力于開發(fā)動力電子部件的Semikeron（德國西門康公司）發(fā)布，西門子于2013年與西門康在汽車的動力電子設(shè)備上進行合作，并收購了西門康旗下的研發(fā)動力電子組件和系統(tǒng)的子公司——VePOINT。VePOINT就是基于西門康的SKiN技術(shù)，開發(fā)適用于混合動力車與電動車的動力設(shè)備。
而這項被西門子相當重視的SKiN技術(shù)，是西門康公司研發(fā)的一種特殊的燒結(jié)工藝。根據(jù)度娘上的定義，燒結(jié)是將不同的粉末狀物體加熱到低于其中某一成分的熔點的溫度，然后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過程。在這個過程中，能夠讓不同的粉末顆粒粘接在一起，而粘接的部分強度增加。一般用在半導(dǎo)體的芯片之間以及電子部件與散熱片之間的粘接。
在傳統(tǒng)的焊接或者粘合劑粘接的方法中，組件之間連接的部分是最脆弱的地方，尤其是當其受到的熱能負荷頻繁發(fā)生變化時。而通過SKiN技術(shù)，也就是燒結(jié)工藝，進行粘合，粘合部位的強度要強于使用傳統(tǒng)粘接工藝進行粘接的部位。
根據(jù)工程師的測試，粘接部位強度增加，還能夠增加其傳導(dǎo)性能，允許經(jīng)過粘接處的電流強度增加25%，這將能使動力系統(tǒng)電路中通過的電流密度增強到兩倍。另外，如果是將電子設(shè)備通過SKiN技術(shù)與散熱片進行粘接，也能夠讓兩者之間的熱阻力降低，可以不再使用傳統(tǒng)工藝中輔助散熱的導(dǎo)熱膠或者散熱墊片，最高能將半導(dǎo)體芯片與散熱片之間的熱力學(xué)阻力降低30%，將能量損耗減少35%，或者說將組件的體積減少35%。
SKiN技術(shù)帶來的熱力學(xué)性能與傳導(dǎo)性能的提升，能夠讓動力系統(tǒng)組件的壽命增加十倍，西門康表示。
上圖：傳統(tǒng)粘接技術(shù)與SKiN技術(shù)粘接效果對比
下圖：傳統(tǒng)粘接技術(shù)組件與SKiN粘接技術(shù)熱阻系統(tǒng)對比
西門子已經(jīng)在實驗室中，在一輛電動車上驗證了Sivetec MSA 3300的可行性，并表示業(yè)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)對Sivetec MSA 3300表示出了興趣，也在德國巴伐利亞州專給電動車與混合動力車設(shè)立的獎項eCarTec大獎上獲得了提名。
