蜂巢电驱动李义兵:蜂巢高效低噪电驱系统技术

NE时代

阅读 788   更新于 2021-06-28 09:57:49

由 我介绍一下我们蜂巢的高效低噪的电驱系统,分三个部分,NEV趋势分析,公司介绍,高效低噪系统。

第一,NEV趋势分析。

来自乘联会和SIC的预测数据。新能源乘用车总规模的预测、增长率,2011~2020年每年增速大约在118.6%,到2021~2030年增长率稍微下降一点,但是总量会很大。不同种类新能源车的分布,HEV从2020开始一直到2030年,可以看到趋势越来越明显。

第二,公司简介。

蜂巢电驱动是易创旗下的分公司,现在叫蜂巢电驱动科技河北有限公司,蜂巢易创包括动力系统板块、传动系统板块、电驱系统板块和智能转向三大块。电驱部分成立了上海研发中心、东莞研发中心、保定电驱动研发中心,在奥地利有了欧洲研发中心,主要关注于欧洲的电驱市场和欧洲的先进技术。蜂巢电驱的2020年实现了35~45千瓦的量产,以及150千瓦的量产。

第三,高效低噪电驱系统。

蜂巢具备电驱产品的交钥匙能力,这是我们系统开发设计的理念。控制器方面,我们通过不同的IGBT的输出能力,划分三个平台,实现不同功率的输出。在电机方面,我们通过固定两个平台,一个是180和220平台,通过更改电机尺寸,实现不同扭矩的输出。在减速箱方面,我们通过两档、单档、偏置、同轴的组合,实现三合一组合,实现从A00级到商用车、MPV方面的应用。

我们现有的相关产品有,黑猫、白猫、好猫用的35、45、110千瓦,VV5、6、7用的135千瓦系统,皮卡用的150千瓦,还有混合动专用系统,一套系统用了两个电机。

我们扬中的电机产业园,我们设计的生产能力为每年50万台。

通过我们和外部客户的接触,在初期大家关注像效率、NVH,因为之前可能有补贴,大家对成本不是很敏感,贵一些也可以接受,但是近期不管是长城还是其他客户,对成本非常敏感,把成本放到第一位,同时像NVH、效率也是非常看重的,主要说一下NVH和效率这两方面。

对于电驱来说,首先是零部件级的设计,从齿轮参数设计进行NVH的考量,同时在分总成三合一上面也要进行测试。最后进行整车的噪声振动的分析以及相关的测试,这是NVH的开发流程。

对于电驱来说,因为电驱所产生的振动和噪声和传统燃油车发动机产生的振动噪声不一样,因为它是高频的噪声。对于三合一主要有三块,一个是电磁噪声、机械噪声、空气动力噪声。对于我们做电机控制器来说,电磁噪声在里面是重中之重,需要进行重点关注。相对于油冷和水冷电机来说,风冷方面的设计,对于空气动力噪声也是需要考虑的。

对于电机噪声分析的过程说明。首先是磁场建模,之后我们要进行气隙磁密、转矩脉动、电磁力波,预测电机NVH可能存在的问题点,同时也会进行2D电磁转到3D电磁,然后进行FEM模型和模态分析,通过这两个分析以后,进行振动响应分析和辐射噪声分析,这是整个电机噪声方面的分析流程。

通过电磁力可以分析出电机的电磁力波阶次,阶次越高,振动越高一些。我们重点关注力波阶次为0和为2的这两种,通过分析可以看出,在24阶主要和5、7次谐波,48阶和11、13次谐波有很大关系,所以如果要优化电机的高频噪声的话,我们需要对5、7、11、13次谐波进行抑制,虽然无法完全消除,但是可以尽量往下调,进行电磁力的优化。

这是我们设计过程中所做的方案,最初的设计不是很好,但是通过优化,包括像谐极、短距等优化,可以看到它的电磁力降低了40%,也可以通过FFT分析以后,可以看到5、7、11、13次谐波有了极大的降低。同时,在实际装车以后进行测试,在优化前和优化后有一个6分贝的降低,这个降低尤其是在高速情况下,不再受高频噪声的困扰。

除了本体的更改,我们还需要在软件上进行相关的优化。我们在黑猫上进行的谐波注入的降低噪声的设计。通过谐波注入,在相关转速阶段有10分贝的降低,这也是一个非常大的降低倍数。同时,在车辆起步中,在车辆上会形成一个闯动,也是需要通过MCU主动阻尼,都是通过MCU实现的。通过增加功能以后,它的振动有很大的降低。

关于NVH的分析,不管是本体方面的设计,包括软件的设计,我们也要通过相关的测试设备进行一系列的验证,这就是我们现在2018年建的噪声的测试台架,它也通过了相关的测试证明。不同转速情况下背景噪声,两万转的时候是41,已经非常低了。可以通过不同的电机性能制定不同测试工况进行NVH验证,同时仿照整车工况对电机NVH性能进行测试及NVH复现。我们通过验证以后,对仿真数据进行修正,可以看到仿真的数据和测试数据贴合度非常好,为下一个机型的研发打下了基础。可以根据测试得到的相关性能,进行仿真,减少后期NVH的一些工作。

对于效率来说,它的定义非常简单,输出功率除输入功率。对于电机来说,主要有五大块损耗,定子损耗,包括定子铜损、转子铜损、直流损耗、交流损耗,前面嘉宾也介绍了。第二大损耗是铁损耗,磁滞损耗、涡流损耗。第三风阻损耗(空气或冷却液带来的损耗),在油冷过程中冷却液也会带来一些损耗。第四摩擦损耗,主要由轴承带来的损耗。第五杂质损耗。

提升这些损耗,蜂巢也进行了相关的研究。我们使用了Hair-Pin电机,直流损耗就会比较低。对于采用Hair-Pin绕组,对于WLTC工况,平均效率提升非常大。对于高速的损耗来说,高速主要以铁耗为主,高速带来涡流损耗等等,这些都是和频率的平方呈正比。通过减损技术是现在高速情况下,效率的提升,可以提升11.5%高速情况下的效率。

低速大扭矩的情况下提速非常可观。在高速情况下,它不是很明显。油冷电机主要给电驱系统带来的好处是能够持续增加,但是对于效率来说,在大扭矩的情况下是有帮助的,帮助很大。

控制器提升效率采用变频技术,关于变频技术由于整车WLTC工况点可知,大部分是低速低扭区域,实际上由于转速比较低,可以适当调整它的控制器频率。载频降低以后,电机要率会有所降低,由于开关频率的降低,控制器的频率有所上升,总体效率是呈上升的趋势,并且趋向于平稳状态。这给我们一个很大的启示,在低速情况下采用低载频,但是也会带来其他的一些问题,包括NVH等等,所以需要系统方面的思考和优化,怎么保证NVH的同时,提升它的效率,这两个有一点矛盾。

下一代控制器的技术主要应用在碳化硅,它采用了IGBT的损耗,二极管采用碳化硅。可以看到,全碳化硅情况下损耗会降低74%,我们做了测试和样机,在条件相同的情况下,采用碳化硅的效率提高了1.15%,提升效率还是很高的。

以上就是我的介绍,谢谢大家!

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