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电驱动 新能源汽车驱动电机和电机节制器手艺近

作者:admin 发布时间:2018-12-28 04:11

  起首引见一下我们国度新能源汽车驱动电机财产的成长环境。这里有几句话做一个归纳综合性的申明:

  第一句话比力较着,就是说驱动电机作为我们国度新能源汽车环节零部件焦点之一,它的工程化和财产化的程度对于我们国度新能源汽车财产影响至关主要,包罗我们的立异系统的健全,都是一个很是主要的零部件。

  第二,我们国度颠末15年的成长,在国内的商用车(包罗客车、卡车),还有乘用车、公用车(次要包含物流车)使用方面,当前国内曾经完全具备了满足这些新能源汽车要求的驱动电机和电机节制器的研发和制造能力,并且从产能来讲的话,也是完全能够满足需求,别的我们有一部门企业此刻也在向国外做出口。在驱动电机方面,如功率密度、效率这些目标,我们和国外先辈程度根基相当。

  第三,对于电机节制器而言,有如许一个归纳综合,由于我们国内的电力电子手艺起步相对较晚,这里说到的电力电子手艺次要指功率器件手艺,功率器件手艺也不单单手印块,也包含芯片的研发手艺、新能源汽车传动系统封装材料和封装工艺手艺,还涉及到电机节制器的集成手艺。由于这些手艺的时间差,使得国内电机节制器的功率密度程度和国外量产的产物比力具有有些差距。2014年这种差距是一半,国内节制器是国外同类节制器的两倍体积;颠末这两年的快速成长,国内电机节制器功率密度比2014年提高了50%,也就是说和国外这个差距缩小了良多,后面也会有细致的引见。

  第四,就是讲电动汽车电驱动系统财产手艺立异计谋联盟,方才掌管人讲到,我是财产联盟的秘书长。这个联盟后面我也会引见到,这个联盟其实它的一个主旨是说拉动我们国内驱动电机和电机节制器上下流的协同成长,次要是提高我们环节材料和环节部件的国产化能力。

  起首简单做个对比,看看客车电机和轿车电机的次要差别?当然我们此刻有良多轿车电机也用在客车上,可是客车电机用在轿车上的比力少,这个差别次要体此刻那儿呢?

  第一看转速,转速次要和保守动力总成相关,客车策动机作为动力源最高转速不跨越3000转,所以客车驱动电机包罗插电式、纯电动,一般来说都在3000~3500rpm;可能有一小部门物流车或者公事用车电机转速到4000rpm,根基在这个范畴。图示有两个电机,这两台电机功率一样大,可是大小和分量完全纷歧样。对轿车电机而言,由于动力传动体例的差别,要么加减速,要么加变速,能够成倍地降低电机的转矩需求,对应的体积和分量就会降低,当然转速会升高。

  第二个对电机来讲的话,一般说这个电机几多千瓦,但现实上电机的体积和分量取决于扭矩,电机的转矩和体积是成反比。由于客车电机转速低,转矩大,所以分量比力高,对应的成本就比力高。

  第三,由于客车电机功率需求比力大,所以电压要求一般来说都比力高,出格是对于直驱电机,直流电压500~600V的需求比力遍及,当然也有插电式客车电机电压在300~400V这个品级。轿车电机直流电压遍及在300~400V之间。

  第四,比来几年我们能够发此刻客车使用方面,各类分歧使用的节制器,逐渐要做集成,这种集成化的要求越来越多;但轿车电机节制器因为安插空间问题,定制化较多。还有就是从轿车用的电机节制器来讲的话,我们其实能够发觉里面空间问题,所以它的尺度化节制器一般来说比力少,除非它做的很是小,就是什么样的车都能够用,若是做不到这点的话要求做定制化,还有集成化,集成化后面也会有引见,它的集成化就是说不单单说把分歧的电力电子的节制器的系统还涉及到节制器内部的布局集成。

  第五,客车使用里程相对轿车长良多,根基上在4到6倍,包罗寿命要求也响应提拔。

  第六,从产物开辟周期来说,客车市场要求的开辟验证的周期往往比力短;而作为轿车电机节制器,它的开辟验证的周期往往比力长。

  讲到我国国度的电机程度,我这里给一张图,这些数据该当都是近几年数据,有我们国内的程度,也有市场上看到的国外同类产物的程度。这些电机配合特征都是转速比力高,功率也尽量找附近的,包罗电压和冷却体例。从国表里驱动电机的目标来看,一般讲转矩密度和功率密度的话,其实不管是对应电机无效分量仍是总分量,都是在相当的程度。我们国度现实上为了鞭策驱动电机财产的成长,对电机的功率密度也提出了要求,到2020年是4kWlkg,这是产等第。当前可能部门企业的个体产物能够做到如许一个程度,但全体上我们此刻产等第在3.2~3.3kW/kg;到2020年,我感觉4kW/kg完全有可能达到。我们还提到转矩密度,转矩密度对于高速电机来说要做到比力高一般来说比力难,所以转矩密度相对与客车电机遇低一些,可是若是我们和国外同类电机比的话,该当也是属于相当的程度。

  从电机节制器来说,也是功率密度。当然功率密度是一个外在目标的表现,现实上和里面用的功率模块和功率模块的封装形式都亲近联系关系,所以我们看到对应国外的封装式电机节制器,我们此刻产等第的功率密度还有些差距。我方才也讲过,对比我们两三年前的程度,我们本身的前进也很是大。

  这里我列举了一些此刻市场上曾经批量使用的一些电机和节制器的产物,这里包罗轿车和客车的使用,总体来看我们国内的驱动电机和节制器的前进长短常快的,正如前面第一个演讲王主任讲的一样,我们国度客车不管整车程度仍是零部件的程度,该当说在国际上都是处于领先程度。

  左边举了几个例子,从2016年到此刻,我们在车用的材料和器件方面曾经有了哪些产物。好比像我们电机里面硅钢的材料,前几年次要是用日本的硅钢材料,颠末我们国内像宝钢、武钢(此刻归并成宝武集团)的研发和尝试,此刻国内驱动电机大部门都用国内的硅钢。

  还有功率模块,我们讲功率电子不断是限制我们国内电机节制器成长的瓶颈。颠末我们和半导体厂商合作,一路来对标和研发汽车级功率器件。此刻国内曾经有两到三家半导体封装企业做出可批量使用的器件。这个益处是什么呢?它能够大幅度降低我们功率器件的采购成本,并且在国际合作上说,由于我们国内有自主产物的能力,我们的议价能力提拔了。除了功率器件,也包罗电容器、位置传感器、线束等,这是都是我们联盟的一些功效。

  这里也提到我们国度对驱动电机财产的支撑,这里面我提两个:一是中国制造2025,中国制造2025前面肖主任提到7+1,驱动电机是在新能源汽车、节能汽车、汽车制造三个范畴都是作为很主要的构成部门。

  二是国度“十三五”重点研发打算,客岁曾经启动了一批项目,本年正在启动第二批项目,涉及驱动电机和电力电子一共有六个项目,对应驱动电机、电力电子、电驱动总成等;还有电机节制器,包罗碳化硅器件的根本理论和碳化硅电机节制器。十三五驱动电机成长方针是继续连结实现,电机节制器是实现功率倍增。我们若是可以或许做到功率倍增,就能够做到国外同步。当然国外也在成长,但从这两年来看,我们的成长速度会加速。对于电机节制器的功率密度,这里给出了从2014年的程度和2020年要达到的程度,还有2025年可能会达到的程度,当然2025年32-36kW/L是基于碳化硅器件。对于硅基材料,因为本征温度的限制,有阐发说它可以或许达到的最大功率密度极限在19~20kW/L。也就是说,若是要达到32kW/L,必需提高它的频次范畴和工作温度,碳化硅可能是一个很是好的载体。

  对于驱动电机而言,十三五重点研发打算也有明白的方针。乘用车电机功率密度是4kW/kg,商用车电机转矩密度做到20Nm/kg。当前转矩密度程度是几多,和电机布局相关。如插电式客车电机,可能在16-17Nm/kg,若是是直驱电机转矩密度会稍微高一点,也就是说达到20Nm/kg通过材料操纵率的提拔,长短常有可能告竣的。要告竣这个目标需要比力多的手艺路子来实现,后面也有引见。

  第二部门引见驱动电机手艺和财产成长环境。起首做一个分歧类型电机的机能对比,为什么说这个工作?我经常被人问到,说感应电机和永磁电机哪个好,当前成长标的目的到底是什么?用这张图来申明,各类电机本身是有长处和错误谬误,我们需要领会它们各自的特点,放在适合的使用范畴里面。凡是所说,直流电机此刻都不消了,交换电机次要有感应电机(异步电机)、开关磁阻电机和永磁电机,永磁电机又分为几种。从汽车使用角度来说次要关心电机的效率、调速范畴、功率密度和节制机能等特征。若是说到调速范畴,交换异步电机和永磁同步电机具有同类的调速的机能;若是说到恒功率范畴,因为交换异步电机本身的特征,它的恒功率区必然会比永磁同步电机低一些。

  从高效率区来讲,表示出来的成果是永磁同步电机高效率区更宽,这也和电机的本身道理是相关系。像交换异步电机转子必然要励磁,就会丧失一部门的能量,永磁电机由于转子永磁体本身能够发生磁场,使得效率占优。对于开关磁阻电机来说,转子上没有永磁体,也不需要感应,完端赖磁阻的变化,所以效率比永磁电机来说更低一些。

  从电机本体的节制机能看,交换异步电机和永磁同步电机根基上是相当的。当然此刻也有一小部门在低成本的电动车上可能用到无刷直流电机,无刷直流电机因为本身特点,在调速性、功率密度和效率方面,与永磁同步电机差距仍是具有的。

  从电机本体手艺看,分了如许几个方面:起首是电机设想手艺。由于汽车使用不但是要考虑功率、转矩、效率,还要考虑发烧、振动以及和电机节制的婚配,在这些束缚下进行电机设想的时候就不单单是电磁设想,要考虑多个范畴。我们提出的多范畴集成、多层面优化和多端口婚配设想,多范畴集成绩是考虑机、电、热、磁等分歧范畴,多层面优化是从概念设想、场路耦合仿真到系统集成仿真的分歧角度进行评估,多端口婚配是指机械端口、电端口以及热端口的婚配。

  从电机设想说,设想的方针是不竭地降低电机的体积和分量,不竭地提高电机的转矩质量。要做到这一点,需要在电机的磁路设想时,重点加强转子外形的设想以及磁阻转矩的操纵率。电机转矩分为两部门组:一部门永磁转矩通过永磁体获得的,别的一部门是磁阻转矩,是通过设想获得的。磁阻转矩是在永磁体相对固定的前提下,通过设想能够获得更大的转矩输出。同时,要让整个电机在运转区域里面比力恬静,振动噪声要求很高,这也是近几年整车企业对驱动电机企业提出了一个很主要的目标;电机的热机能和制造工艺很是联系关系,要把这个电机做小做轻,功率和转矩连结不变,最次要的路子就是改善它的热机能,包罗了生热、导热和散热三个过程的设想。

  生热指的就是降低电机损耗,包罗铜耗、铁耗。降低铜耗需要在绕组布局形式有立异,包罗这里看到的高密度绕组手艺和扁导线手艺。导热的环节在于材料以及槽状设想,若何大幅度提高导热面积又不影响磁路机能,也是设想的重点。散热次要是冷却水道的外形和包罗油冷在内的冷却体例。可是,油冷手艺涉及到环节手艺很是多,包罗绝缘材料、绕组漆膜、绑扎绳等都要验证能否可以或许和油品兼容等等。

  再进一步就涉及到电机材料手艺,材料手艺里面此刻研究就是有什么发觉呢?起首同样的硅钢材料,分歧的冲材工艺表示出分歧的特征,出格是铁耗差别很是大。其次,硅钢的机械机能就是我们凡是讲的强度,是跟着温度发生变化的,凡是做强度校核时没有出格关心这一点。可是比来的研究表白,在高暖和常温的环境下硅钢片的屈就强度降低30%摆布。

  在电机节制器方面,次要是集成,出格是系统级集成,把半导体晶圆和节制器内部布局做集成,这也是我们当前和国外差距比力大的处所,也是追逐的重点。还有从碳化硅的使用,目前国内加大了投入,在碳化硅的使用方面有可能和国外根基上同步。别的是电机节制手艺,节制手艺里面此刻大师关心的是什么?第一电压操纵率的提拔,新疆时时彩投注网站同样电池电压下怎样样节制电机输出最大的能力;第二是转矩弥补,涉及到整车舒服型,即NHV机能;还有就是毛病诊断,怎样样包管车辆的平安。

  对于电机节制软件而言,出格是乘用车使用,对ISO26262功能平安以及AutoSAR软件架构要求越来越凸起。别的就是电磁兼容机能,电磁兼容是近两年来,不管是客车仍是轿车的整车和零部件通知布告强制的项目。若何提高零部件电磁兼容性也是我们需要很是关心。还有就是系统婚配,电机的设想不只仅是说电机本身要设想出宽效率区,进一步要求电机的高效区是整车常用的区域,因而需要对系统做全局的优化,这也是我们从研究角度的一个很是主要的标的目的。

  在电驱动系统的总成方面,分歧的动力系统构型包罗商用车电机变速箱总成、双电机总成等,当前乘用车动力总成系统也在摸索能否能够在客车里面做使用。还有轮毂电机,轮毂电机我小我概念这是一个很是好的分布式驱动形式,可是要把轮毂电机做成产物仍是需要花很是多的时间。

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