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【高工聚焦】9家头部企业勾勒下一代电驱动系统“轮廓”

2019-01-18 · 来源: 高工电动车网 关注度:19422 次
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电驱动系统
摘要:电机驱动系统将会出现高速化、高效化、小型化:转速提高,电机的体积、重量逐步减少。同时由于电机材料成本下降,电机成本也将会下降。

高效电驱动系统的技术变革将会在未来5年发生。

这是中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高对电驱动技术的判断。他认为,作为核心三电的电机驱动系统将会出现高速化、高效化、小型化:转速提高,电机的体积、重量逐步减少。同时由于电机材料成本下降,电机成本也将会下降。

欧阳明高做出该判断的行业背景是,电动汽车的市场化推进中,消费者对于续航里程的追求始终摆在重要位置,在动力锂电池能量密度逐步进入瓶颈期后,决定整车性能的电机驱动系统被推到了风口浪尖。

电驱动性能决定了驾乘性能、动力性能以及续驶里程等。中车株洲电力首席技术专家郭淑英表示,下一代电驱动产品就应该是以集成化、模块化、定制化、新材料和新工艺的应用,进而实现整车对电机驱动系统高效、高功率密度、高可靠和低成本的要求。

事实正如郭淑英所言,业内的一致判断是,电驱动集成化一方面可以简化主机厂的装配,提高产品合格率;另一方面可以大规模缩减供应商数量,还可以达到轻量化、节约成本等目的。

在近日举行的2019中国电动汽车百人会上,包括精进电动、越博动力、中车株洲电力、采埃孚、吉凯恩、大陆集团、舍弗勒、英飞凌、ProteanElectric等9家企业代表就“下一代电驱动关键技术”作了分享。其共同的思路就是,电驱动系统向高度集成化、电机永磁同步化、高功率密度化、减速系统多挡化、冷却系统多样化发展。

高工电动车梳理上述9家中外企业生产的电驱动产品及未来规划,希冀以此为视角,为国内电驱动技术走向提供可参考的思路。

余平:精进电动三合一电驱动总成的深度集成

市场进入低增长、退补贴、地方产业补贴下降将侵蚀整车企业的财务实力,降低整车厂投资零部件的能力和意愿。未来,整车企业会逐步剥离自身零部件业务,进而零部件企业需要“接管”整车企业原有的总成开发和生产任务,同步开发能力日益提升,“大总成”供应商,甚至“0.5级供应商”涌现。这是精进电动创始人兼CEO余平的判断。

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精进电动从2015年起就开始了电机和减速器深度集成的一体化设计,并于2017年实现了“二合一总成”的批量应用。2019推出适用于新能源乘用车及轻型商用车的“3000系列深度集成三合一纯电驱动系统”,将OD220平台电机、高速两级减速器、高功率密度电机控制器三大件深度集成。

目前一些先进的国际电驱动企业,已经开始推出三合一的电驱动系统,已经不是电机,减速器。还要把逆变器做得非常小,非常薄,非常轻,可以放到顶部去。以达到减重、降成本、降尺寸,改善噪音的效果。

越博动力李占江:电驱动智能制造四大问题有待解决

南京越博动力系统股份有限公司董事长李占江表示,随着新能源汽车的大批量投产,动力系统出现了高度集成化、电机永磁同步化、高功率密度化、减速系统多挡化、冷却系统多样化的趋势。

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目前的电驱动产品制造已经由原来的手工制造向机械化、半自动化、自动化,目前向智能化方向转变。汽车零部件的制造业由单一的小品种向大批量混线方式发展。

李占江认为,要实现智能制造还需要解决四大问题:一是电驱动多样化高柔性混线规划难、混线生产受限;二是,高精制造工艺控制难;三是,纵向一体化管控难;四是,产品质量工艺性能评价、优化及决策难。并同时提供了相应的解决方案。

中车株洲郭淑英:集成化可降本/减小体积/提高系统效率

中车株洲电力机车研究所有限公司首席技术专家郭淑英表示,下一代电驱动产品特征应该是以集成化、模块化、定制化、新材料和新工艺的应用,进而达到整车对电机驱动系统高效、高功率密度、高可靠和低成本的要求。

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具体来说,郭淑英认为,下一代电驱动关键技术要在驱动系统的组成部件电机控制器和驱动电机来进行攻关,从器件到整个系统的集成。电机方面的NVH技术、热管理、效率区间优化、高性能材料的应用导尿管。在控制器方面,有新一代IGBT芯片、新型IGBT封装与驱动、多变流器集成、电磁兼容、功能安全、健康管理以及下一代宽禁带半导体技术等方面。

以芯片技术为例。目前下一代的IGBT开关器件技术采用精细沟槽,在开关损耗不增加的情况下,可以大大提高电流密度。而下一代宽禁带半导体碳化硅芯片技术,碳化硅的特点非常明显,但要开发出高可靠、大电流的芯片,还有很多技术需要解决,如非平衡态碳化硅栅氧生长技术、沟槽刻蚀工艺等等工艺技术,这样才能开发出高可靠、大电流的芯片。

中车株洲现有电驱动产品主要是二合一,包括电机电控二合一,电机和减速箱二合一,也有电机、电控、减速箱三合一,三合一将是终极目标。郭淑英表示,做到集成化不仅可以降低成本、减小体积,提高系统的效率和其功率密度、噪声也会降低。

采埃孚亚太总裁HolgerKlein:三合一电驱动配套车型已经上路

采埃孚2025战略规划中,将新能源电驱动业务被列为重点发展对象。

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采埃孚在针对逆变器产品做整合,包括电机,离合器和扭振、减振器,满足车企对成本、空间、NVH等要求。电桥也是类似的,包括有电机,但是必须要把它跟动力电子和差速器结合起来,并且是以节省空间的模块化的方式,并满足NVH的要求。

目前主流的驱动方式有“三合一”,即电机、电机控制器、减速器三者集成为一个整体。采埃孚不仅独立完成所有“三合一”产品的自身设计制造和生产,还可以根据配套需求将其单独使用。搭载该驱动系统的豪华品牌车型已经在欧洲先行上路,并将引入中国市场。

此外,采埃孚强调会高度关注聚焦中国市场。公司试着把更多的解决方案带到中国市场,来满足中国消费者不断迅速增长的需求。目前已经在沈阳和杭州布局,上海主要是研发。

大陆集团:为电气化提供全方位的解决方案

大陆集团为电气化提供全方位的解决方案,大陆集团动力总成事业部中国韩国区副总裁GregoireCuny透露,包括48V的混合电机,以及纯电驱动和动力总成。

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电驱动方面,GregoireCuny表示,大陆集团2011年开始生产电驱动,目前电驱集成度较高。大陆集团逆变器、减速器和电机三合一集成化产品全球量产将从中国开始,就在今年三季度在天津生产。此外,大陆计划将电子系统集成到变速器上,下一代产品将会有更高的密度,也会更轻量化。

新一代电驱系统是完全集成的,逆变器、减速器和电机三合一,同时它也提供了很多的优势,特别是空间方面的优势和轻量化的优势,以及可靠性。将电子系统集成到电驱动系统当中是并不容易的,包括相关的机械和其他技术上的难度。大陆集团第四代的产品将会有更高的密度,也会更轻量化。

此外,大陆集团2015年就开始提供动力电子的控制方案,GregoireCuny表示,无论何时谈到下一代产品,“更小、更轻、更便宜、更可靠”,满足用户的所有需求,永远都是一个不变的追求。

舍弗勒:下一代电机是电桥二挡化、高压化、轮毂电机

对于下一代电机的关键技术,舍弗勒集团大中华区电驱动事业部总裁龚玉用认为,下一代电机将会向着电桥二挡化、高压化、轮毂电机方向发展。

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龚玉用介绍,舍弗勒在电驱动领域介入非常早,追溯到1970年,并取得了不错的成绩。去年一季度,舍弗勒在中国为长城和长安插电式混动轿车供应P4减速箱,去年9月在欧洲向奥迪乘用车方面提供担挡的减速向,布置在前桥和后桥方面,去年年底我们在北美为福特批量供应高压P2混合动力模块等。

舍弗勒基于传统的双离合器变速箱上的技术和产品,目前考虑把类似于双离合器的概念用在三合一的转速箱里,在电机和减速箱间加双离合器,在换挡过程中做到没有动力中断的感觉,即两挡减速箱在纯电驱动上的应用,舍弗勒认为下一代这可能一个趋势。

在轮毂电机产品和研究方面,龚玉提到,舍弗勒还考虑把P2电机,功率降低,叠片的数量缩小,按照客户需求选择,塞进14英寸的轮毂里面,在电机的转动件内部加上小型的行星齿轮结构,实现减速。这样二驱的14寸的电机,轮毂电机驱动力大概是200牛,四驱大概能做到2000牛。此外,舍弗勒也用小型的行星齿轮机构,把产品做了转向系统,在将来的无人驾驶空间,用限控控制的智能转向和轮毂驱动集成在一起,称为智能转向驱动模块。

吉凯恩:提供多版本P4电驱动

吉凯恩电驱动提供一体化系统的解决方案,包括对轴承优化,被动的润滑,低电流系统,混合电力传动系统。吉凯恩将在上海工厂进行最新电驱动桥(eDrive)技术的生产,将电动机、逆变器和eAxle减速箱置于同一封装空间。

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吉凯恩主要关注两种不同的变速器的系统,电驱动桥,电动变速器。产品包括模块化偏移系统,共轴的电驱动,带集成的电机,还有带行星齿轮组的共轴驱动系统,半集成的偏移电驱动系统,有很多不同的方式来设计P4的电驱动。

吉凯恩集团电驱动系统总经理RainerLink介绍,吉凯恩P4电驱动桥的产品,适合纯电动和混动等新能源车型。P4在包括启动,助力,回收,燃油节省性,二氧化碳的排放,还有扭矩矢量,以及集成系统和效率等方面性能表现均不错。

ProteanElectric:推进轮毂电机规模化量产

轮毂电机基本上是高度集成的模块,整车厂可以非常便捷的用模块形式去集成轮毂电机,开发成本方面可以减少,制造过程中跟供应商管理,也可减少成本。堡敦(天津)机电有限公司董事长兼首席执行官陈国贤认为,轮毂电机一旦实现经济规模,会跟其他的驱动系统在成本上形成竞争力。

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ProteanElectric设计、开发和生产高度集成的轮毂电机驱动系统。Protean的轮毂电机技术集合封装优势、整车设计自由、高功率高扭矩性能优势和成本优势,对混合动力和纯电动汽车市场起到战略性作用。

ProteanElectric轮毂电机是二合一,轮毂电机配合逆变器和电机工具器,集成在一起。陈国贤表示,轮毂电机在NVH上有非常好的表现。轮毂电机是高度集成的一个设备,将电控器,逆变器,都集成在一块,是一个非常紧凑的设备。而使用轮毂电机没有差速器齿轮的需要,所以可以省却不少噪音。

去年12月,ProteanElectric还与华人运通、威孚电驱达成战略合作,共同推进轮毂电机的规模量产。

英飞凌:智能汽车对电驱动系统安全需求更高

半导体厂商英飞凌,在很多关键零部件上都有产品,从DC-DC,OBC主要的变频器,水泵,油泵之类。

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英飞凌科技大中华区汽车电子市场部负责人潘晓哲认为,随着无人驾驶的进入,电驱动有很多功能安全的需求。比如在驱动电路里面,英飞凌有安全的加密模块,专门来处理跟安全相关的问题。

碳化硅是英飞凌比较关注的技术,可以提升功率密度,提升系统的效率。其分析结果是可以节省出最多80%的系统尺寸,并具备很好的向下兼容性,原来的设计可以移植到碳化硅的芯片上来。潘晓哲进一步介绍,在未来特别重点的应用,会很多的出现碳化硅的产品。他认为,电动汽车应用会进一步推动碳化硅这个市场的成熟。

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