智新科技徐刚:高性能电驱动系统总成的开发和测试

NE时代

阅读 589   更新于 2021-06-24 09:01:14

各位朋友下午好,现在由我来给大家分享一下今天下午的第一个话题。 我分享的话题是《高性能电驱动总成的开发与测试》。

首先,回顾一下现在整个行业的背景情况。

从整体乘用车市场来说, 2010年开始快速增长期,发展到现在进入平缓期阶段。 而在新能源市场,随着国家法规政策的支持,以及客户群体对新能源车接受度的提升,新能源车的增长规模是非常快的。 如图是我们统计的2021年同比2020年而言,新能源的增长是呈2倍的增长。 今年很有希望新能源的规模达到两百万台的市场规模。

第二块我介绍一下我们公司,基于电动化这个背景,东风公司成立了新能源的做核心零部件的板块。

智新科技股份有限公司是东风汽车公司旗下专注新能源核心零部件的子公司,现阶段主要业务包含了电驱动总成、电控系统、电池系统。 实际上,整车新能源三电这方面智新科技目前都在开发和生产,当前已经有了一些批量配套的产品。 同时,我们也在做里面的核心零部件,比如扁线定转子,以及 I G BT的模块。

我们已经量产的产品,包含了120KW,160KW,以及200KW的电驱动总成。这里面电机都是采用的是高效率的Hair-pin的技术,同时对整车端的接口也比较一致,电控都是基于ASIL-C的第三代功能安全架构。

东风内部也开发了电驱动系统的混合动力总成,我们和比亚迪DMI以及长城蜂巢等都是采用的双电机混动的架构。优点是可以非常方便地拓展整个集团内部的车型,包含PHEV、HEV都可以用这套系统覆盖。这套系统里面也兼容了两套方案,一套圆线定子方案、一块扁铜线定子方案。

第三块介绍一下智新科技在电驱动方面所做的工作。分两块:一块是电驱动开发,一块是电驱动测试。

电驱动是能量转换装置,最核心的功能就是效率转化、能量转化。现在行业内主要提的是工况效率。工况下扁线电机可以做到87.5~88.5%的水平,圆线电机可以做到大概87.5%的水平,高槽满率圆线甚至可以做到更高一点。传统的圆线电机基本上可以到84%~86%,如果用上碳化硅的技术,整体水平可以提到到89%。

我们做了一个预测,到 2025年平均水平如果采用硅基的话是88.5%,采用碳化硅可以做到90~90.5%。 最终大家的技术水平会慢慢趋到基本一致的水平。

智新科技工况效率提升的主要做法,第一,我们做了从圆线升级到Hair-Pin的方案;第二,根据东风车型的情况,我们适配整车的工况做了电磁优化;第三,我们也在做一些0.25硅钢片、0.27硅钢片实验数据对比。由于成本问题,有些方案并没有立马在量产车型上实施,但是这块的基础储备已经做了。第四,在电控软件优化方面,大家提到更多的是载频的优化,其次是IGBT芯片提升,现在国内的厂家慢慢都趋向于用国产的IGBT和芯片,芯片这方面还是有提升潜力的。关于减速器本身,齿轮之间的效率改善也是很困难了,更多的还是在油路、摩擦等方面做一些优化。我们判断在2025年,智新产品都可以做到88.5%以上的水平。

上午各位也有很多同事分享了Hair-pin的好处,这里不过多赘述。我们现在已经投产的产品是八层的扁线绕组方案,智新也在做十二层的预研究的工作。主要目的还是改善在高速区肌肤效应的问题。

我们在做扁线电机开发过程中,碰到的更多的问题是和设备兼容性的问题,所以怎么提高设计产品的覆盖面,尽量让它多覆盖,我们在产品设计之初尽量保证线体模具是比较少的,尽量的不用一些异性或者U型线,包括在自动化的工序设计中,决定整个产品的是工艺,包含成型的工艺,以及焊接工艺、绝缘工艺。

刚才我们提到,围绕着整车做一些电磁方案的优化。这方面智新和上游的整车厂和客户端在A样件的时候,就开展相应的设计工作。在整个设计过程中,转子的方案做了多轮的优化调整,尽量地保证磁钢用量少,同时又能够保证效率更贴近于经常用到的区域。

针对高功率密度的需求,我们分析现在“圆线+水冷”的方案,基本上功率密度在1.4~1.6kw/kg,如果上Hair-pin方案可以到1.8、1.9左右。不管是圆线还是扁线,如果采用油冷的话,功率密度提升是最有意义的。壳体集成化在2021年这个时间节点,做三合一的厂家基本上都会做。电机和变速箱的集成化肯定都已经做了。如果在壳体很难提高减重的情况下,油冷是目前最有效的提高功率密度的手段,当然上了油冷以后也会带来很多绕组线成本的增加、附件成本的增加。

油冷电机中智新做了多种油冷方案,包括转子甩油,定子喷淋。从实际测试结果来看,如果油冷以后,功率密度至少能够提高37%的水平。

现在行业内对电驱动日益关注更高的是NVH的水平。现在各个主机厂都在做一个事情——品牌向上,这个高端品牌如何跟其他的品牌去拉开距离,NVH是一个非常重要的评价手段。现在做NVH常用的策略一个是做电磁力的优化,如何在电磁力和峰值功率上找到一个平衡点。第二个是载频优化,高扭矩用高载频,低扭矩用低载频。其次是谐波注入,谐波注入主要是解决计算力的问题,诸如五次谐波、七次谐波,本身对矢量控制运算的时间基本上增加了3倍,本身只要做一次矢量预算,现在做5次、7次,需要做3倍。5次、7次做出来以后只能解决24次谐波的问题,如果解决48次的问题,还要做11次、13次,这样对软件,特别是对大面积的运算能力提出了很高的要求。

在高可靠性上,现在提的比较多的是功能安全。个人而言,如果按照标准做的话,电控成本至少要增加三、四百块钱,在这个量的基础上,很多主机的客户并不一定会买单,所以现在更经济的做法还是和整车用户沟通。功能安全到底怎么定义,或者安全的功能怎么定义,我们能够通过我们的测试或者零部件单体去保证系统的安全,目前还是更经济的方案。同时,在高可靠性的开发技术里面,在前期设计之初,现在更关注的是最核心的元器件的寿命,包含IGBT、绝缘材料,这是影响总成寿命的薄弱点。我们现在要求做到50、60万公里的水平。

第四,电驱动测试。

我们现在针对电驱动测试还是按照三个纬度。第一是零部件级以及材料级,第二块是电机,电控级我们会做相应的零部件测试。做成三合一总成以后,总成会做相关的测试,最后和客户一起做整车包括三高、NVH、EMC,整个链条下来以后才能说整个总成能够量产。

我们现在对于电驱动总成分为这么几大类,像一般性能、环境适应、振动冲击、NVH、保护实验、耐久实验。我和我们行业内的很多同事交流的时候,大家对前面的试验基本上都已经形成了统一的标准,不一样的在后面的可靠性试验,做得略微有些差异。

智新可靠性试验主要分成了这么几类,一个是电机系统(电机和控制器),我们会做转速循环的可靠耐久,主要考核旋转件,我们还会做减速器的、总成的耐久,加上高低温和高危循环做耐久的验证。

第五,小结。

从行业公司层面,每个公司一定会找到自己擅长的细分领域点,并逐渐形成规模优势和竞争力,不可能大家都去做同样的市场。第二,电驱动产品会越来越趋向于标准化,从原来的定转子的尺寸多种多样,到目前和行业的友商朋友交流来看,定转子的尺寸越来越趋于标准化。第三,我们经常谈到扁线油冷、碳化硅以后,如何拓展为动力域控,如何为ADAS服务,这是未来技术发展重要的方向。

昨天大家都谈到,行业利润太低了,我也希望各位同仁一起努力,特别像国内比较有竞争力的企业,能够更多的把市场转到国外,国外电驱动的竞争没有国内这么激烈。这方面中国的企业有机会和他们一起碰撞出一些火花!

最后智新科技,愿意与上下游一起协同发展,从材料层面、元器件、技术、试验资源方面,产线、设备方面展开合作,也希望和整车客户单位合作做一些项目,大家能够一起共赢,共同把电驱动领域做得更好,谢谢大家!

总共0条评论

轨  迹 

上海恩翌信息科技有限公司

+  关注  已关注

NE时代是应时代而生的汽车产业服务平台,以新能源为载体,以智能化、网联化为延伸,立体构建集媒体资讯、数据研究、...

文章数

1806

官网:http://www.ne-times.com

客服:18817750862

地址:上海市普陀区中山北路华源世界广场1958号1701室

NE原创
NE资讯
NE大事记
NE数据
NE活动

快讯

欢迎关注我们!

版权所有:上海恩翌信息科技有限公司

联  系  人  :NE时代 Rela

联系电话:159-0182-4655

备案许可号:沪ICP备17041240号-1