王斌，李航

（云南省電子信息產(chǎn)品檢驗院，云南 昆明 650031）

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際需求，將汽車燃料進(jìn)行轉(zhuǎn)變，實現(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，向汽車傳送運行控制指令，對電力系統(tǒng)的實際運行模式進(jìn)行控制，同時實現(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，如圖1所示。

圖1 電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)框圖

3 新能源汽車關(guān)鍵電子部件的可靠性工程研究

3.1 工作特點

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際需求。高壓系統(tǒng)具有自身的特點，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]，如圖2所示。

圖2 新能源汽車可靠性基本工作內(nèi)容

新能源汽車的特點，全部用電實現(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)品實際生產(chǎn)中，需要加強產(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?？煽啃怨ぷ鏖_展的過程中需要對新能源汽車企業(yè)的實際情況進(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、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。