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电机转子生产线
泛亚技术中心:电驱集成及关键技术
来源:ballbet贝博在线 作者:BB贝博ballbet网页登录时间:2024-03-15 01:16:13 浏览:3

  2023年1-11月,乘用车累计销量为1934.5万辆,同比增长5.3%,乘用车市场持续扩张。其中新能源车型销量为680.8万辆,同比增长35%。

  2023年12月15日,在第四届汽车电驱动及关键技术大会上,泛亚技术中心驱动单元本体架构高级技术经理李凌翔认为,在当前趋势下,用户需求决定产品的技术演进方向,客户关注性价比、动力性、空间等因素。就空间而言,电车空间一般比油车大,这与电驱布置、构型等有所关联。

  李凌翔介绍了上汽通用奥特能制电平台的电驱,通用汽车在新能源电驱动上做了许多具有开创性的开发工作,如结构的集成方式、连接等。该电驱有高可靠性、高集成性和高效率的特点,设计充分考虑整车布置的空间要求,做到尽量把整车空间留给用户。

  2023年1-11月,乘用车累计销量1934.5万辆,同比增长5.3%,乘用车市场持续扩大。其中新能源车型销量680.8万辆,同比增上35.2%,新能源车销量占乘用车销量的35%。在产品开发过程中,用户需求决定了产品技术的演进方向。客户会较多考虑性价比动力性、空间等因素。

  动力性是电驱最基础的性能,电车动力性十分强劲,在800V车中表现明显。这是客户能感受到的纯电车区别于燃油车最显著的特征,起步十分迅速。NVH和燃油车相比少了发动机噪音,因此纯电车的噪音会低很多。同样大小的车相比,电车空间一般比油车大,电驱布置和构型在其中发挥了较大作用。电车续航已经可以达到700—1000km。由于电驱效率能够提升续航,因此行业在这一方面投入了大量精力。

  四驱辅助技术也与效率相关,主要目的是要降低四驱辅驱在滑行中的损耗。异步电驱方案成本较低,但功率和扭矩密度会有所下降。永磁同步电机+断开机构可以保留同步电机高功率、高扭矩密度的特点,且滑行损耗会大幅降低,但和异步电机比成本会有所增加。

  快充是客户的痛点之一,也是解决补能需求的一个方向。电驱在其中要做的就是和电池电压平台一起提升电压,即做好800V平台方案。此外,还要解决400V桩升压充电问题,随着高压桩的普及,这一需求有可能会有所下降。

  成本控制是车企的一大竞争力。一方面,要实现平等化、集成化,通过顶层设计,用有限的系列化电驱覆盖不同级别整车需求。另一方面,可以降低投资,实现降本。此外,标准化子系统和子系统之间的接口,如油泵、热交换器、驻车等可以做到模块化,以降低成本。还可以通过高速化实现低成本需求。主要逻辑是在保持相同最高车速和输出扭矩的前提下,提高电机转速,增加齿轮速比,以减小电机扭矩和体积,实现降本。

  随着电机转速的提升,电机设计需要进行更改。转子结构要进行优化设计,如果转速过高,成本将有所上升。同样的车速速比越大时,电机和齿轮转速越高,啸叫风险会难以控制,因此转速再上升时对于降本几乎没有效果了。但对于车企而言,如果转速越高,技术难度越大,对客户而言是一大宣传点。

  系统优化层面,在不超过系统上限的前提下,提高系统电压可以提升电驱功率。轻量化则是通过结构拓扑的方式降低重量,还可以和整车其他部件做优化减重,如和副车架、悬置做一些设计,通过结构布局减重。

  电驱整车布置及构型上,我们需要尽可能把车内空间给到用户。由于后驱要做到不侵占后备箱空间,因此高度要尽量减小,电驱做成扁平型。前驱则主要考虑碰撞影响,逆变器 布置在前面和后面都不利于碰撞,因此一般布置在上方。由于前驱要考虑和转向机配合的问题,一般转向机后置配合麦弗逊悬架,转向机前置配合双叉臂的悬架,瘦高型电驱可以较容易匹配转向机的前置和后置。考虑到成本、共用性问题,扁平型电驱也可以用在前驱,但为了增加碰撞空间,可以让电驱转一个角度使用。

  下图五个构型是常见的构型方案。目前市面上大部分电驱布置都是采用构型一,其特点是Z向尺寸较小,X向尺寸较大,可以用在前驱后驱中。构型二是平行轴异轴T轴布置,逆变器布置在电机对面,Z向尺寸最小,Y向尺寸偏大。

  构型三的逆变器布置在半轴位置,齿轮较小,适用于后驱,是奥特能智电平台后驱的布置方式。构型四则是将逆变器侧置,适用于后驱。构型五是平行轴同轴,逆变器顶置,Z向尺寸较大,X向尺寸最小,适用于前驱。

  电驱集成的目的是降本、减重、减少体积,便于整车布置。下图是常见的电驱三合一集成,逆变器和电机径向空间部分解偶,中间轴可以布置在上面,也可以布置在下面。布置在上面会挤占逆变器空间但有利于提高效率,布置在下面则有利于逆变器的布置。

  电机转子和变速器输入轴演变过程如上图左所示,目的是减少轴承数量,降低成本。最下面是水冷电机常用的布置方式,电机轴和数轴分开布置,轴承单独分开,中间有连接,往上减少了一个轴承。再往上就是电机和电机轴开始做集成,轴承布置略微有变化,电机和电机轴变成一根轴。

  电机定子和变速器集成,油冷是主要趋势,关键是绕组要冷却均匀。油冷方式分为两类,一是电机定子,通过螺栓固定,优势在于电子容易拆装,难点在于如何冷却均匀;二是定子过盈装配,优势在于冷却更容易均匀,劣势在于拆装不便,产线需要加热压装冷却,会占一些面积。

  多合一是当前行业比较热门的方向。目前多合一仍旧以结构集成为主,部分企业在探索低压控制进一步集成。集成内容是3+3+N,电驱的三合一加电源的三合一,再加上加热器、电池管理器等,比较常见的是七合一,集成方式分为集成到电驱、电池。

  以三合一为例,电源三合一可以放在电驱上方,适用于前驱,需要调整悬置。电源三合一也可以平铺,适用于后驱。此外,电机功率密度越高意味着电机尺寸越小。对多合一而言,由于空间非常紧张,业内有一种做法是选用电机平台,直径小一些,长度适当大一些,以缓解空间紧张。

  集成度和可靠性具有一定矛盾性。集成度越高,对可靠性的要求越高,在供应链的选择上会受限,需要选择可靠性更高、能力更强的供应商配合做集成。此外,集成度越高,通用性会变差,因此需要有很大的量进行支持。

  通用汽车是新能源汽车发展史上的先驱。通用汽车在新能源电驱的设计开发上做了许多具有开创性的开发工作,如采用螺栓连接的电机电子和结构件的继承方式、扁线层的定子绕组等。

  以此为基础,通用在新能源车上开发了奥特能智电平台。整个平台有三款电驱,分别是前驱电驱、后驱电驱和辅助电驱,主驱是永磁同步电机,辅驱是异步电机。平台的前驱是高集成多合一的电驱,根据不同配置,最高可达8合1,峰值功率180kW,峰值扭矩330Nm。电驱总体结构是瘦高型,适用于前驱电驱,减少了整车前悬,更好增大轴距比例,有效提升驾驶舱空间。

  我们将高度集成的电力电子模块称为IPE,集成到电驱上方,壳体结构和下面电机的壳体部分共用,齿轴是立式布局。IPE包含控制电机的逆变器、四驱中后驱的逆变器、OBC等。根据功率需求的不同,可以选择不同功率类型的OBC。

  电机采用了6层扁线、油冷,有助于提升功率合扭矩密度,自粘铁芯可以提升效率。减速箱中,高效率齿轴架构、三轴球加柱架构和低粘度油、主动润滑能够有效提升效率。其中的齿轮设计偏向效率设计,齿轮制造工艺也偏向效率。

  平台的后电驱是高功率的三合一电驱,峰值功率为255kW,峰值扭矩440Nm。逆变器采用定制化双面水冷IGBT模块,提高了功率密度。逆变器和减速箱结构件集成,能够达到减重的效果。

  该电驱具有高可靠、高集成和高效率的特点,总设计充分考虑整车布置空间的要求,同时高度重视电驱效率开发。

  一般而言,业内以IGBT功率模块为基础的电驱综合效率为87%-89%。而我们的两款电驱实测数据显示,一款效率超89%,一款超90%。在此基础上,我们做了碳化硅版本的电驱,在行业效率普遍为92%时,我们的效率接近93%。

  (以上内容来自泛亚技术中心驱动单元本体架构高级技术经理李凌翔于2023年12月14日-15日在2023第四届汽车电驱动及关键技术大会发表的《电驱集成及关键技术》主题演讲。)

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