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行业新闻

知荐 电驱动体系集成化、小型化、轻量化成长趋

作者:admin 发布时间:2018-12-26 03:32

  跟着新能源电动汽车市场越来越活跃,关于电动汽车电驱动系统的一体化研究起头步入工程师的视野,通过将,能够实现轻量化、高效、小型化,同时降低成本,在必然程度上解放空间、利于整车安插。而将,更是进一步推进了电驱动系统的小型化和轻量化,虽然还处在财产化的前夕。

  在电驱脱手艺集成方面,初步的有“二合一”(电机集成减速器)方案;进阶方案则是“三合一”(电控+电机+减速器)方案,是目前研究的次要标的目的。

  分析来看,目前大大都企业只能做到“二合一”的电驱动总成方案,但估计将来几年内,三合一电驱动总成方案将成为支流。

  而从久远来看,电机、减速器、电机节制器、高压分线盒、DC/DC、DC/AC、充电机等零部件城市合成为一个大的动力总成:“多合一”,即将电机+减速器、电机节制器、充电机、直流变换器、高压分线盒、部门整车节制器等都集成到一路,代表车型是宝马i3。

  跟着新能源汽车手艺的不竭成长,零部件集成化设想曾经成为必然趋向。通过集成化设想,一方面能够简化主机厂的拆卸,提高产物及格率;另一方面能够大规模缩减供应商数量,还能够达到轻量化、节约成本等目标。

  电驱动系统的集成化设想不只能够实现驱动系统的小型化和轻量化以降低成本,还能够提高效率:若是将驱动电机与逆变器集成一体,逆变器设置装备摆设在驱动电机旁,毗连电机与逆变器的线束就能够缩短或者置换,由此,不只减小了机构的尺寸和分量,还降低了线束发生的能量损耗。

  如博世,GKN Driveline,三菱电机和舍弗勒。不只实现了逆变器与电机之间的毗连配线缩短,尺寸更小,还降低了毗连部位的电力损耗,提拔了驱动系统效率。

  再如,将驱动电机与减速箱集成为一体,减速器齿轮的润滑油和电机的冷却油就能够共用,精简了冷却机构,能够实现小型化。

  与国内企业纯真的“三合一”电驱动方案有所分歧的是,博世BOSCH、博格华纳BORGWARNER、采埃孚ZF等国际零部件巨头则奉行将电机、电控、减速器及功率电子模块等部件与保守车桥相连系,构成一个高度集成化的电驱动桥产物,使得整个电驱动总成系统具备成本更低、体积更小、效率更高档劣势。

  长安第二代电驱动总成也是三合一方案,包含了电机、减速器与电控等集成,目前曾经开辟完成。比拟此前的总成,该电驱动总成成本下降了30%,分量降低15%,体积也快要降低20%,划一电量下,NEDC续航提拔约5%。

  本年4月17日,长安汽车和比亚迪汽车在重庆正式签订了结合开辟电驱系统的合作框架和谈,两边旨在互补劣势,达到在新能源汽车范畴共赢的目标,而且针对目前新能源汽车集成化设想的趋向,进行电驱三合一产物的设想、婚配、试验、出产等。据悉,合作的功效最快将于来岁达到量产核准形态,随后搭载在长安某款车型上,推向市场。

  全新开辟的EDS电驱动系统能耗优化降低至业界领先的15kWh/百公里。电机起步实现超高扭矩,4.5秒0-50km起步加快度远超同级燃油车;连系iBooster电节制动系统,最大程度收受接管制动能量。

  纯电动SUV车型上汽荣威ERX5的EDS电驱动系统为85kW一体式电驱动系统。它是以婚配整车驱动效率最优为方针开辟的全新系统。这套EDS电驱动系统集成了电力电子节制单位、高机能动力电机和减速器。电力电子节制单位通过极短的高压线束与三相永磁同步高机能动力电机相连。

  比亚迪将电机、减速器、电控作为一体设想,制造了三合一电驱动总成系统,具有高度集成化、IGBT损耗小、高效区宽等诸多劣势,满足了A00、A0、A、B级等轿车对动力性加快和爬坡的需求。

  比亚迪“e平台”,涵盖电机、电控、变速器高速集成的三合一电驱动总成,以及DC-DC、充电器和配电箱三合一的高压系统等,电机转速达到14000rpm。

  驱动总成分析效率达到88%,最高效率达到91.9%,分量下降了35%,功率密度提拔了40%,电机成本下降了40%。比亚迪元EV360电机峰值功率为160KW,峰值扭矩为310N·M。

  EDS电驱动系统是电动汽车的“心脏”,高机能电驱动系统的设想、开辟和集成,对研发团队的手艺考验相当大。XPT一体化集成的EDS电驱动系统,配备世界级铜转子感应电机、奇特拓扑架构设想的电机节制器和大扭矩齿轮箱。 高功率、大扭矩的动力新组合,赐与用户磅礴动力感触感染。

  精进电动自主研发的电机+减速箱+电控一体化总成,将于2019年投产。新一代“三合一”电驱动总成将实现动力、效率、轻量化、分量、振动乐音和成本程度的更好表示,300Nm系列电机的转速将提高到16,000转以上。

  精进电动目前做的有四合一的节制器。还有一个充电和驱动,由于开车的时候从来不充电、充电的时候不开车。良多人说无线充电的时候,车一边走、一边充,此刻还没做到这一点。我们完全能够用一个功率模块来做,有良多的人都在测验考试着做如许一些工具,精进电动也在测验考试。

  相对于国内厂商,国外厂商在电驱动系统集成化设想方面走得更超前,并已在部门车型上有所使用。具体来看,国外厂商推出的电驱动总成产物,其集成度更高、体积更小、效率也更高。

  博世BOSCH充实操纵其完整的产物线,进行高度整合后将动力电机、电机功率节制逆变器和变速箱合三为一。体积上的大幅削减更能支撑新能源车型紧凑的动力结构。博世将本来独立的电机、电机节制器、变速箱和包罗逆变器在内的功率电子模块集成到一个外壳傍边,可安装在油电夹杂动力车、电动车等车型上。

  据领会,具体产物可按照平台设想输出50KW到300KW、1000NM到6000NM等分歧的变型产物。

  产物劣势:高度集成的另一益处就是电机和逆变器的液冷冷却管路整合而简化了管线安插。模块内部集成大功率交换驱动母线进一步降低了线缆成本。

  与保守电机比拟,博世的eAxle电驱动系统可扩展模块化平台,使分歧功率产物快速开辟并适配于分歧车型,大大缩短开辟周期,由此带来5%-10%的成本效益。同时,该系统可实现高度集成化,体积较保守电动汽车动力总成系统削减了20%。

  GKN自2002年起头不断鞭策eAxle手艺的成长,目前曾经研发了多模夹杂动力MMeT产物(于2018年国内量产)、GKN半集成化产物、GKN集成式电驱系统(2019年国内量产)。

  目前,eAxle曾经能够实现14000 r/min的输入转速,且在接下来的几年中,输入转速无望达到以至跨越20 000 r/min,夹杂驱动模式时转速可能更高。

  据领会,GKN集团最新研发出产的电驱动桥(eDrive)将电机、逆变器、eAxle减速箱等集成为一体,可供给2000N·M转矩和70KW功率,可使车辆在纯电动模式下达到125km/h的最高车速。

  产物劣势:整套电驱动桥系统分量只要20.2公斤,最高效率达到97%。目前GKN的电驱动桥曾经在沃尔沃XC90插电混动车型、宝马i8、三菱欧蓝德(插电混动汽车)等车型获得了成功使用。

  针对电动汽车范畴,博格华纳推出了eGearDrive®电子驱动桥+电机的分析处理方案系统,该方案合用于分歧车型、分歧能效比的电动汽车。

  eDM电驱模块最终实现模块传送扭矩最高可达315Nm,轮上持续扭矩和轮上峰值扭矩别离达到1450Nm和2500Nm,最高输入转速可达12000r/min,实现系统传动效率大于93%,以更高的不变性、牵引力和低乐音机能,为电动汽车驾乘者带来超卓的驾驶乐趣。

  产物劣势:eGearDrive®电子驱动桥具有较高的扭矩容量,可以或许处置高达14000rpm的输入速度,从而包管运作平稳、低乐音。

  使用环境:特斯拉、北汽新能源、长城C30EV等。此中,长城C30EV便采用了博格华纳的一体式电驱动桥,峰值扭矩达280N·M,峰值功率为120KW,百公里加快度为8s。

  对于纯电动车,采埃孚供给了轻盈、紧凑的电驱桥系统。该系统包罗了电机、两级减速机和一体化的功率电子系统。该系统的高速设想使其极为高效。采埃孚的电驱系统包含电机、变速器、传动部件等等,专为微型车、小型车研发,转速可达21,000转/分钟,同时还具备电能转化效率高和机能优异的特点。

  采埃孚全新推出的模块化mSTARS系统包含了驱动电机、变速器、差速器和功率电子模块,可同时合用于保守动力汽车、夹杂动力汽车及纯电动汽车等多种分歧驱动形式的车型。

  电机是使用电磁感应道理运转的扭转电磁机械,用于实现电能向机械能的转换。运转时从电系统接收电功率,向机械系统输出机械功率。

  异步电机次要使用在纯电动汽车,永磁同步电机次要使用在夹杂动力汽车中,开关磁阻电机目上次要使用在客车中。而从中国分歧品种新能源汽车驱动电机的使用来看,目前交换异步感应电机和开关磁阻电机次要使用于新能源商用车,出格是新能源客车,开关磁阻电机的现实拆卸使用较少;永磁同步电机次要使用于新能源乘用车。

  环绕驱动系统的次要合作主轴就是高效化,小型轻量化以及成本降低。很多制造商都试图通过整个驱动系统来实现这些方针,而不是依托诸如电机、逆变器或减速器的单个单位。

  2016年后本田夹杂动力车(HEV)上采用的全新布局驱动电机。与保守的驱动电机比拟,在连结不异输出和扭矩的环境下,体积和分量别离削减了大约23%。因而,包罗逆变器和减速器在内的i-MMD驱动系统的小型化成为可能。现行雅阁的HEV款中采用的2电机驱动系统(电机与策动机),与利用常规电机比拟,高度缩减了9.2%,宽度缩减了9.7%。

  单级变速箱形成电动机发生的扭矩输出趁热打铁,也许不间断的动力输出对起步加快有益,但却晦气于车辆的经济性与舒服性。特别是为追求机能采用高转速电动机的Model S,它设置装备摆设的高转电动机功耗较大,而且单级变速箱一挡大齿比,形成车辆巡航形态也处于较高的转速临界点,经济性不高。

  目前大多采用单挡减速方案的缘由也次要是由于电机的特征与内燃机分歧,驱动电机一般具有低速恒转矩和高速恒功率的特征,在很低的转速下就能发生很大的扭矩,不像内燃机车需要减速增扭来起步。

  然而采用单挡减速器时,纯电动乘用车的动力机能完全取决于驱动电机,对驱动电机机能的要求较高,即要求驱动电机既能在恒转矩区供给较高的驱动转矩,又能在恒功率区供给较高的转速,以满足车辆加快、爬坡与高速行驶的要求。

  当电动汽车的速度达到极限之后没有提拔空间,所以的速度遭到限制,高速经济性不高。同时,采用单挡减速器晦气于高电驱动总成系统的效率,这是由于单一传动比凡是无法同时兼顾纯电动乘用车的动力性和经济性,行驶过程中驱动电机大都环境下无法处于高效率工作点,特别是在最高或最低车速以及低负荷前提下,驱动电机效率一般会降至 60-70%以下,严峻华侈了车载电能而削减续驶里程。

  机械零件具备劣势的厂商则是将减速器作为了强项。例如,舍弗勒(Schaeffler)公司,在三位一体的驱动系统中利用了减速比约为15的高速减速器。其他公司的减速器一般减速比约为10,即便高速也最多13摆布。减速比越高,作为系统越容易提高转矩。因而,与减速比为10摆布的驱动系统比拟,可以或许在操纵高速扭转的小型电动机的环境下获得不异的扭矩,也就是说,实现了小型化。

  国际上颠末多年的实践,从提高功率密度和转矩密度的角度考虑,采用稀土永磁作为电机的磁性材料是必然选择。因为目前大部门稀土均产自中国,并且储量也是世界第一,因而我国在车用永磁电机方面具有较着的资本劣势。

  因为近年来我国已将稀土类元素列为计谋资本,而且进行了严酷的出口限制,这间接导致了日本对稀土材料永磁电机的担忧,在日本《下一代汽车计谋2010》中,已提出研发替代稀土永磁原材料的电机手艺。美国在其新一代电力电子手艺打算中也在寻求可替代稀土永磁体的手艺方案,但目前尚未找到较好的法子。

  为了实现电机小型化,本田添加了绕线的占积率(空间中铜的比例),使定子变小。通过利用大截面的方形导线作为线%。 在保守的电动机中,利用薄的圆形线圈,占积率一般只能达到48%。新疆时时彩投注网站

  为了使定子小型化,线圈利用截面积大的方形导线。与保守的圆形线圈比拟,方形导线%。可是,因为和圆线比拟方线变粗,导体(铜)中的“过电流丧失”会增大。凡是通过增大定子的槽宽度或减小每个线圈的厚度来减小过电流损耗。

  与传动燃油策动机汽车设置装备摆设变速箱以扩大策动机工作区间雷同,电驱动系统也正在通过不竭引入变速布局来实现对电机工作区间的调理,使两者可以或许在效率更高的区域更好地共同工作。

  回馈制动是夹杂动力机电一体化手艺的一个根基特点。伴跟着夹杂度要求的提拔,响应的,回馈制动范畴的需求也会越来越大。采用回馈高校的电机、恰当的变速系统和节制策略,能够使回馈制动的答应范畴顺应更多工况,使整车节能愈加无效,耽误续驶里程。

  为了实现小型化,本田同时还缩短了从定子凸起的线圈部门(“线圈结尾”)。本田手艺人员认为线圈结尾部门“对电机工作没有贡献”。

  为了缩短线圈结尾,采用了新的绕线布局方式。起首,将矩形线圈塑构成U字形,以构成“并列朋分线圈”。接下来,将该朋分线圈从定子铁心的轴标的目的插入。之后,将插入侧以及对侧伸出的线圈前端焊接在一路而构成线圈。

  新的绕线工艺,需要投资新的制造设备。与保守工艺比拟,新工艺不需要绳子绑缚,也不需要将线圈结尾压扁,从而更易于主动化。由此实现高效率多量量出产,成本也能降低。基于对将来电动汽车需求大幅增加的预期,本田采纳了如许的具备多量量出产劣势的工艺。

  还有一点立异就是考虑到驱动电机产量的添加,定子采用了低成本易采购的电磁钢板。一般来说,定子是通过堆叠多层薄磁钢片制成的。然而,薄的电磁钢片制造难度大且价钱高贵。为了降低成本,本田最终利用了比常规电机更厚的电磁钢板。保守产物的厚度为0.25mm,但本田采用的厚度为0.3mm,这个厚度畅通量很大,不单廉价,并且易于采购。

  将电机、减速箱,逆变器3个同时安装到车轮内的话,尺寸仍是太大。即便将逆变器安装在车体侧的场所,逆变器的数量会跟着电机数量的添加而添加,因而对小型化的需求仍是强烈。换句话说,逆变器的小型化是加快电动化的环节。

  电动汽车逆变器用于节制汽车主电机为汽车运转供给动力,IGBT功率模块是电动汽车逆变器的焦点功率器件,其驱动电路是阐扬IGBT机能的环节电路。驱动电路的设想与工业通用变频器、风能太阳能逆变器的驱动电路有更为苛刻的手艺要求,此中的电源电路遭到空间尺寸小、工作温度高档限制,面对诸多挑战。

  作为逆变器小型化的王牌集聚了汽车行业浩繁等候的产物就是SiC(碳化硅)功率器件。与现有车载逆变器中利用的Si功率器件比拟,逆变器的功率损耗能够显著降低到一半一下。损耗减小,即发烧量削减,由此能够减小逆变器尺寸。

  可以或许阐扬SiC功率器件劣势的逆变器和驱动系统的相关研究和开辟正在兴旺成长。例如,芝浦工业大学电气工程学科特地研究电机手艺与机电一体化手艺的传授赤津観先生的研究团队,就试做了用于逆变器的小型SiC功率模块。

  在电动汽车中,逆变器将直流动力源改变为交换输出驱动三相电机进而将电能改变成机械能驱动汽车运转。它是整个电驱动系统的焦点部门,因而它节制机能的黑白间接关系到驱动电机可否靠得住、高效的运转。

  下一代产物将以SiC逆变器为前提去思虑设想。若是能维持现有的SiC功率元件的降价程序,则这一产物劣势较着,是完全能够操纵的,由此,能够预见2020年后,车载用处上大规模利用SiC功率器件,逆变器以及驱动系统的小型化将会不竭推进。

  业界良多人将轮毂电机看作将来新能源汽车驱动处理方案,其最大的特点就是将驱动、传动和制动安装都整合到轮毂内,省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等传动部件,因为轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特征,因而无论是前驱、后驱仍是四驱形式,它都能够比力轻松地实现。

  目前,这项手艺曾经被多种新能源车型使用,但尚未大规模财产化。这种手艺一旦实现财产化,将对现有的电动汽车传动系统形成倾覆。

  驱动系统小型轻量化最前沿的手艺就是轮毂电机(以下称IWM)成为可见现实。IWM有良多长处。例如,将策动机或电机的驱动力传输给到车轮的传输机构能够省略,使得驱动效率提拔与车辆空间扩大成为可能。

  轮毂电机对整车底盘平台有严重影响,若想轮毂电机无效地使用在电动汽车上,整车厂必需做响应改变,但底盘平台的开辟费用一般需要几十亿元,成本过高,一般整车厂很难接管。若是有车厂开辟出适合轮毂电机搭载的底盘平台,才会显示出轮毂电机的优胜性,此刻只是表现了轮毂电机单体概况上的优胜性。

  在集成方面,若是要搭配轮毂电机,整车要改良悬架参数来婚配,这并非手艺瓶颈,在我们把燃油车改成电动汽车时,因为簧上质量加重,悬架进行了调整,那么在使用轮毂电机时,簧下质量加重也需要调整这一部门。轮毂电机的开辟商和车厂必然要共同来做这件事,如许有助于阐扬长处,降服错误谬误。

  电动汽车正在兴旺成长,电动汽车的设想也不竭进行完美,比拟于保守汽车的零部件,电动汽车的电子设备更多,电力取代燃油成为动力驱动来历,这就对整个电子动力系统的零部件提出严苛的挑战。

  与其往汽车里加载更多的充电手艺,倒不如把电动动力总成本身变成一个“充电器”。换而言之,就是革新电机和逆变器(用于直流电和交换电之间的转换),使其可以或许支撑充电使命。系统中独一额外加载的部件是直流变换器,它的感化是确保电源一直以最佳电压程度流向蓄电池。在用交换充电时,充电桩供给的电流经电动机流入逆变器,在逆变器直达换成直流电流后再输入蓄电池。

  德国大陆集团,以至还开辟了一套具备充电功能的驱动系统,除了电机,新能源汽车驱动系统减速箱与逆变器,还集成了充电电路。此电路由用于辨别AC / DC的辨别电路、电流路径的开关电路,乐音抑止电路等回路形成,操纵此附加电路,与逆变器以及另行预备的DC-DC转换器,实现为车载二次电池充电。

  此外,交换充电将不再受车载充电器所限制。在交换充电根本设备前提答应的环境下,该系统能够以高达43千瓦的速度给蓄电池充电,只需充电十分钟,汽车就可续航50公里。同时,搭载大陆集团的新系统后,电动汽车可利用400伏直流快速充电桩,一次充电十分钟,续航里程可长达150公里。同样充电十分钟,搭载更大容量蓄电池的高档车可毗连800伏直流充电桩,使续航里程达到300公里。这项手艺曾经让充电时间很是接近于策动机汽车的加油时间。

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