“对于燃料电池系统而言，电气架构的深度一体集成的主要优势在于：每个部件不是相互独立而是一个有机整体，实现从多个控制器到一个控制器的革命性转变，让燃料电池系统结构变得简单、功率密度及可靠性提高、成本降低。”致瞻科技总工程师刘昌金博士在2022高工氢电年会上表示，深度集成的一体化架构一定是未来电气架构的演进方向。
在本届年会，刘昌金发表了“燃料电池多合一控制器降本增效解决方案”的主题演讲。他深入解读了燃料电池系统电气架构从分体式到单物理集成再到深度集成的演进过程，以及致瞻科技“碳化硅技术+深度集成电气架构”燃料电池多合一控制器的特点与优势。
截至目前，致瞻科技空压机控制器出货12000余台，多合一控制器出货1100余台，合作对象覆盖国内外知名空压机企业、燃料电池企业和整车企业，获得广泛市场认可。
多合一控制器的技术优势
随着氢车推广进程的加快，燃料电池系统降本增效迫在眉睫，主要体现在：1、大功率，实现更高电压、更大电流，以满足重载车辆需求；2、高可靠，提出更高EMC要求及更多严苛场景考核；3、低成本，实现全生命周期成本低，包括低购买成本、低使用成本均降低；4、长寿命，实现电堆健康状态在线监测，达到终端用户8年或50万公里质保要求。
实现燃料电池系统降本增效的途径很多，其中高压电气架构的技术革新是有效手段之一。
从整个电气架构演进来看，第一代分体式架构中，DC/DC、空压机控制器、氢泵控制器等各个部件相互独立，通过线速进行连接，系统比较复杂，且部件成本、线束成本及售后维护成本都比较高；第二代是单物理集成架构，相比分体式节省了线束相关成本，但各个部件还是独立的，可靠性本质上没有得到很大提高。
第三代深度一体集成架构中，采用软硬件深度融合技术，突破物理集成的边界，一颗处理器实现所有部件的控制，简化了系统设计，各个部件可以在芯片级进行协同控制，助力系统功率密度及可靠性提高、成本降低。这种架构可以节省物料、板卡芯片等成本15%左右，成本优势显著。
致瞻科技采用软件和硬件采用共平台设计，多合一控制器产品深度集成DCDC、空压机控制器、氢泵控制器/DCL、交流阻抗检测（EIS）、PDU为一体；建立了三大功率平台，包括100kW（产品型号IPF100H）、180kW（产品型号IPF180H），以及面向更高电压更大电流的300kW以上大功率电堆需求的IPF300H，三大功率平台可以覆盖目前电堆及系统应用的所有场景。
公司多合一控制器产品具有四大优势：1、高功率密度，采用一体式集成设计及功率模组立体化布置，核心模组功率密度为25kW/L；2、高效率，首次实现业内效率“999”，即90%区间>99%；3、智能检测，采用数字诊断技术，实现电堆阻抗高精度检测、一站式软件维护；4、高可靠，采用车规级流程的正向设计，电磁兼容（EMC）全部可以满足Class 3，部分频段达到Class 5。
电磁兼容方面，燃料电池发动机的高压辅助系统往往因功率半导体器件的开关动作带来电磁干扰，尤其在采用碳化硅方案后，高频段的电磁噪声更加丰富，电磁干扰更加严重，这是目前碳化硅控制器的一个痛点。
“电磁兼容不解决好不仅影响燃料电池系统运行，甚至装车后会危害车辆的安全运行。”刘昌金说，当前很多厂家缺乏电磁兼容开发能力，主要委托第三方进行改造升级，耗时耗力耗钱，效果并不理想。我可以自豪地说，我们产品采用正向的设计方法，每一款产品都可以真正满足Class3的要求，并通过了知名主机厂的认证，非常欢迎行业同仁进行产品实测。
电堆交流阻抗检测方面，致瞻多合一控制器集成EIS功能，能够做到电流注入、高精度采样及阻抗计算，可以实现对电堆运行健康状态的检测并提高电堆运行效率。
其中宽频段检测2Hz-2kHz，注入电流低至2Arms，检测精度<3%，拥有四大关键优势：1、高精度高抗干扰，在高压大电流和干扰严重环境下，实现高精度高稳定性的测量；2、多频段实时采集，最大支持4频段同时测量，30ms刷新率实时监视电堆状态变化；3、支持高电压、大电流电堆，电压最大850V电流最大1000A；4、支持软件标定。
强大的团队与产品制造实力
致瞻科技是一家研发、生产、销售碳化硅半导体器件和中高端电力电子装备的高科技公司。公司总部在上海，在嘉兴有生产基地，在南京建有研发中心，并与浙大成立了联合实验室开展碳化硅相关的前沿研究工作。公司现有员工160余人，9位博士领衔顶尖研发团队，拥有10余年世界500强研发经验，以及深厚的碳化硅模块及驱动器量产工艺积累。
依托核心团队10余年的碳化硅功率模块和驱动系统研发经验，致瞻科技推出了SiCTeX系列碳化硅先进电驱系统和ZiPACK高性能碳化硅功率模块，已批量应用于新能源汽车、氢燃料电池系统、车载电动空调压缩机驱动、工业驱动以及航空/船舶电力推进等领域。
致瞻科技致力于打造领跑业界的SiCTeXTM产品技术平台，以具备高端化（打破国外技术封锁）、高效率（最高效率99%）、小型轻量化（超高功率密度，最高可达40kW/L）优势；打造ZiPACKTM碳化硅器件，填补国内空白，包括自研碳化硅器件，保障供应链自主可控；降低核心器件成本，提高产品价格竞争力；满足多维度客制化需求。
公司碳化硅的实验室拥有从部件级别到系统级别的全套测试能力；实行车规级生产体系，工厂实行数字化管理，配套业内顶尖MES系统，拥有乘用车碳化硅驱动器产品线100万套/年；商用车/燃料电池碳化硅控制器产品线15万套/年；碳化硅半导体模块封装线200万支/年。
得益于强大的研发能力、生产制造及测试能力，致瞻科技才能够在燃料电池多合一控制器这一新兴高科技产品上拔得头筹。
截至目前，致瞻科技空压机控制器12000余台，多合一控制器出货1100余台，合作对象覆盖国内外知名空压机企业、燃料电池企业和整车企业，获得广泛市场认可。
“多合一控制器设计上已尽量简化，但其集成了较多的部件，控制器内部结构相对单DCDC更复杂，单螺丝就有400多颗。如何保证工艺及产品生产质量的可靠性，是一大难点。我们打造数字化智慧工厂，进行全流程质量控制，还开发了全自动化测试台架，可以支持超300kW的多合一的EOL测试，包括满功率老化测试、效率检验及绝缘耐压测试等。公司在燃料电池领域的生产设备及测试设备上的投入达5000多万元。” 刘昌金特别补充说道。
面对未来燃料电池多合一控制器需求的提升，致瞻科技显然已经做好了充分准备。
