纬湃科技李智文:新能源汽车高压轴驱系统技术进展

NE时代

阅读 543   更新于 2021-06-28 10:21:38

各位朋友大家下午好,我来自纬湃科技新能源科技事业部。纬湃科技是业界领先的动力总成及电气化解决方案供应商。今天我有三个话题跟大家分享,第一,纬湃科技新能源技术发展历程。第二,高压混动汽车电驱系统技术。第三,纯电动汽车轴驱系统技术。

首先介绍一下纬湃科技,纬湃科技是原大陆集团动力总成事业群,总部位于德国雷根斯堡,今年1月1日开始实行自主运营,并计划于今年九月独立上市。公司2020年销售额达80亿欧元,全球员工超过4万,下面设3个事业部,其一就是新能源科技事业部,主攻新能源汽车技术的产品。电子控制事业部,主要提供汽车电子控制、集成电子架构与软件。还有感知与驱动事业部,为客户提供传感器与执行器这块技术。

转型中的纬湃科技制定了清晰的战略方向聚焦于电气化解决方案,并逐步退出非核心业务领域。我们在电控领域、电子领域有很多产品都是市场份额前三的领先者。鉴于新能源汽车市场在中国以及亚洲的快速发展和在全球的重要地位,我们亚洲总部设立在在上海,天津是我们的生产制造中心和正在建的研发中心。我们也在积极推进日本和韩国的业务,在日本和韩国也有相应的布局和研发人员。

天津工厂是我们新能源科技事业部亚洲最大的生产基地,2019年为全球范围内量产三合一的电驱产品,批产之后市场发展给了我们很好的机会,现在每个月出货量都在2万套以上,累计交付超过15万套。同时我们有一些其他的新能源产品也在投产过程当中。2019年开始动工面向亚洲地区的天津研发中心,目前已经向全球招聘到170多人,今年年底能达到200人以上,计划到2025年达到500人以上的研发团队规模。研发中心大楼预计今年第四季度投入使用,总面积接近1万平米,在1楼和2楼会有新能源科技相关重要试验的布局,同时可以容纳超过500人。

纬湃科技在新能源方面的产品覆盖了三大领域的应用,首先是48V微混和中混的应用,其次是混合动力也包含插电式混合动力的应用,此外还有在纯电动汽车的应用。新能源科技事业部同电子控制事业部和感知与驱动事业部,能提供以下产品,包括域控制器、电驱动系统、逆变器、直流转换器、电池管理系统。虽然公司目前不考虑电芯生产,但我们有成熟的电池管理系统,48V混动应用中,我们可以做电池总成。

纬湃科技在电驱系统有很长的历史渊源,早在2008年就推出了第一代电驱系统,那是一款二合一+逆变器的系统。到2013年又有一个小的更新换代。一个里程碑式的重要意义是2019年我们的包含永磁同步电机的三合一产品率先在中国天津正式投产。现在有2条生产线,产量满产40万台,现在年产量基本已实现了30多万台规模。同时为了提高产品竞争力,满足市场需求,我们正在开发第四代高压电驱动产品。第四代产品覆盖面会比第三代产品更加全面,涵盖了800V应用碳化硅逆变器的系统。扁线电机我们是从第一代产品就开始做了,积累了丰富的扁线电机生产经验,目前两条生产线都在很平稳地运转,客户的抱怨率为零。2008年推出第一代逆变器,后续逐步进行技术迭代更新。

第二个话题,高压混动汽车驱动系统。混动系统的架构包括P2系统和P4系统以及功率分流的P2系统,还有DHT系统,目前国内外大部分在研发的都是DHT系统,即P1+P3的系统。由于P1+P3的市场需求,纬湃科技的创新研发部门开发了一款低成本、高性价比的DHT系统,既可以用于插电式混合动力,也可以用于全混系统,这个系统结构很简单,首先从变速箱来看只有两根轴,是一个四档变速箱,不需要机械同步器,两个电机是通过控制转速和自动换档装置的协调工作,就可以实现换档同步,同时我们也省掉了离合器,因为空档的时候可以作为离合器使用。同时我们这个系统为了做到成本低,因为混动系统电机的功率都不高,采用的是两个感应电机。这种电控+两个电机协同工作,也实现了无力矩中断的特性。这套系统纬湃科技不但能提供我们的电机和逆变器,同时还能提供区域控制器、传感器和执行器。为了展现该技术,我们在德国雷根斯堡做了一辆样车。后续也有计划将样车转移到中国进行展视。

最后一部分内容是纯电动汽车轴驱系统技术。我把纯电动轴驱系统总结为四大类,第一类用于微型电动汽车,第二类是中小型电动汽车,第三类是大型电动汽车,第四类是大型电动汽车四驱汽车。纵观这些电驱系统,它们有共同的特点,比如集成化、平台化、模块化、安全性、可靠性和舒适性。同时,它们又有各自的特色。比如说微型电动车电驱系统一般追求的是最高经济性,冷却系统一般用的是风冷技术,,由于它的功率比较小,甚至靠自然风来也能实现的。电机安全性能要求也不高。中小型电动汽车电驱系统冷却一般用定子水冷。由于中小型汽车和微型汽车的电驱技术在目前市场相对比较成熟,纬湃科技目前在研发的电驱技术重点放在高压800V系统技术,包括定转子液冷技术,以实现高转速区高效率、高功率输出要求等。在四驱电驱系统中,辅驱一般采用异步电机,这样可以省掉脱开装置。。

纬湃科技作为十几年三合一电驱产品的研发企业,积累了大量的经验,真正做到了三合一系统化开发,能够把三合一系统的数学模型建立起来,通过分析系统的设计需求,找出关键的产品设计参数,通过计算机仿真技术,实现多变量、多目标的优化仿真,做到成本和性能的最优化,这块是我们的强项。在中国我们也建立了三合一系统仿真能力。做完系统化的开发后,我们再把关键的零部件进行模块化设计规划,根据不同的应用需求,实现通过模块化的配置,快速准确地满足客户需求。

在三合一系统开发过程当中,电机设计和性能开发是重点。在这方面,我们全球和中国都有强大的研发团队和先进的工具。针对电机设计,首先从转子上进行拓扑设计着手,优化磁场分布。做相应的仿真,将转子永磁体的利用率达到最高的水平,其中包括利用磁阻转矩。其次是定子设计,定子采用多层扁线设计,有效的降低了扁线带来的集肤效应和临界效应;此外,焊接和绝缘的可靠性也是定子设计的关键。在天津工厂我们采用激光焊接,确保了焊接的可靠性。通过电磁的优化设计,可以使电机设计的几个目标函数达到最优化,可以有效满足市场对电机性能的日益严苛的要求。电机功率密度方面,目前我们已经达到1.8以上,下一代产品完全能满足市场2025功率密度目标;效率方面,当然市场要求最高效率大于95%,且在效率map上85%区域范围内要高于85%的效率,我们第四代产品能完全满足该效率要求。

NVH开发是电驱系统开发的重要部分,我们同样也做到的系统化的正向开发。首先,我们把三合一的系统模型建立起来,找到这些关键的因素,进行电磁仿真和机械仿真,消除阶次噪音的同时,再对传递路径上零部件进行相应的模态分析,避开共振和加剧效应,实现NVH的最优化设计。这里有一个非常重要的指标是轴向电磁力,通过降低轴向电磁力,我们能够有效的降低阶次噪音。

冷却技术也是三合一电驱系统开发的重要方面,市场上有种冷却方法:风冷、水冷,油冷、水冷+灌封及混合冷却。我们目前研究的重点是油冷和水冷+灌封,油冷之前有很多演讲嘉宾都介绍过了,我在此不再赘述。我介绍一下水冷+灌封的冷却模式,水冷是指电机的定子和转子都用水冷,灌封就是把定子线端用导热树脂灌封起来,把线端产生的热量导到定子外壳上,通过定子外壳上的水路冷却。

介绍一下我们第四代逆变器技术。第四代是呈系列化推出, 峰值功率从70多千瓦的到200多千瓦。设计上有很多独特的优势,比如说特制的调制策略,减少开关损耗;还有第四代GDA继承了第三代的特性,做到了恒电流驱动,是一种闭环的控制加电模式,在开关过程当中它的电流始终是恒定的,从而有效的降低了开关损耗,这也是我们专有的技术。机械方面尽量做到模块化、灵活性,做成了几个标准模块,可以做叠层、平铺等不同的布置。功能安全方面,我们可以达到ASIL D。

最后介绍一下我们在研究的碳化硅技术的逆变器。碳化硅技术和它的先进性在之前的演讲当中都介绍过了,比如宽禁带、高频率的特性,真正能做到节能效果。我们公司是在预研过程中非常注重仿真与计算,我们通过仿真的计算结果表明,碳化硅逆变器的应用可以使整个三合一系统的功耗降低9%。基于此,我们推算出到2025年基于碳化硅技术的电驱系统在整车上的应用有明显的成本优势,所以,我们也在积极推出应用碳化硅逆变器三合一系统。

这就是我今天的分享,谢谢大家。

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