在TMC會議上,有企業對新一代電驅動系統技術特征和技術方案做了總結。
Part 1
電驅動技術發展的趨勢
電驅動系統技術,是整車能耗的核心關鍵因素,在全球的電動汽車三電水平中占據了非常重要的位置。從目前的整體發展趨勢來看,電驅動的發展主要包括以下的特征:
◎?更輕盈:通過多合一深度集成方案,將電機、電控、減速器、電源控制等多個子部件集成在一起,從而降低成本、減輕重量,并提高整車性能和靈活性。不同的集成方案包括8in1、7in1、6in1、5in1和3in1等,有些方案甚至朝著芯片級集成、域控開發方向發展。
◎?更高效:通過采用800V高壓扁線定子技術,高效油路設計,以及溫度補償修正等技術手段,提高系統的能量轉換效率,從而減少能量損耗和提高整車續航里程。
◎?更安靜:為了降低噪聲和振動,新一代電驅動系統采用多系統耦合NVH開發和多目標優化技術,從整車和電驅動系統兩個層面優化NVH性能,以提供更加安靜舒適的乘坐體驗。
◎?更智能:通過采用域控技術、軟件集成開發和虛擬化技術,將不同功能模塊進行獨立封裝,并通過Hypervisor系統進行調度,從而實現高效的核資源分配和系統獨立性,提高系統的智能化水平。
在新一代電驅動系統的迭代下,圍繞輕量化、高效化、降噪化和智能化,這些特征也使得車企和Tier1的分工體系面臨巨大的挑戰。
更輕盈|多合-進行輕量化減重
更高效|優化驅動效率,降低整車能耗水平
更安靜| 驅動和整車能感受到更好的NVH特性
更智能| 打通驅動部分和整車模式的壁壘
Part 2
集成化帶來的挑戰
電動驅動系統中多合一的發展趨勢是目前規避不了的事實,并不是每個工程人員都認同多合一的發展方向,需要仔細分析每個方案的價值和效果。
多合一的集成方式
目前車企和零部件企業,都在根據自身的開發能力選擇相應的集成方案,現階段大多傾向將大小三電進行集成。從車企來看,準備為未來的芯片級集成即域控開發做準備,傾向將動力系統的相關控制器進行集成,開發出七合一,八合- -等產品。
●?多合一系統的結構和優勢
簡單來說,多合一系統是一種復雜的集成體系,其結構包括至少三個主要子部件。它整合了電驅動系統(包括電機、電控、減速器等)和電源控制系統(包括OBC、DCDC、PDU等),還有VCU、BMS等。
多合一系統的集成帶來了多方面的優勢:
◎??成本降低:通過共享殼體、線束、連接器等硬件,結合電子電路和軟件算法,實現BOM降本。
◎??供應鏈簡化:多合一方案有助于簡化OEM供應鏈的管理,縮短開發周期,高效降本。
●?市場趨勢和挑戰
根據NE研究院的數據分析,多合一方案的滲透率在電驅動系統中迅速提升,當前已超60%。2022年,比亞迪等廠商在高度集成方面處于領先地位,自制系統的比例高達97.7%。這導致更多車企加強系統自研需求,同時Tier1供應商需改變價值鏈位置,增加研發投入。
在中國,電驅動領域的Tier1的挑戰在于,如何在高度定制的多合一系統的產業鏈中生存下來。解決方案在于一方面要保持關鍵技術領先,另一方面要控制成本,實現更高性價比。
●?技術轉型和行業觀點
在行業內部,存在關于多合一發展的不同觀點,經過交流總結如下:
◎?主流趨勢:多合一電驅動系統是電動汽車行業的主流趨勢之一,能降低成本、減輕重量,提高整車性能。
◎?快速滲透:多合一系統的滲透率在電動汽車行業中快速提升,幾乎所有的車企都在嘗試做開發,主要是在前驅的純電動車型里面嘗試。
◎? 車企對技術需求增強:車企要求更多掌握零部件的關鍵技術,這使得國內電驅動產業的分工出現了變化,Tier1供應商價值鏈上的位置轉移。
◎??技術挑戰:目前多合一方案的發展還面臨一些技術挑戰,例如EMC、NVH和可靠性等問題需要持續研發和改進。
◎??發展方向:目前,多合一的產品形態正在從機械結構集成向電力電子深度集成發展,未來可能朝向芯片級集成、動力域控制器等方向。
值得注意的是,盡管多合一方案帶來了諸多好處,但并非每個企業都認同其發展方向,很多第一線的研發工程師,從可靠性和售后維修方面提出了非常尖銳的觀點。
Part 3
如何設計高集成度電驅動EMC的設計
EMC(電磁兼容性)是新一代電驅動系統中需要解決的重要問題。多合一深度集成,設計起來難度很大,如何解決深度集成所帶來的電氣干擾和干擾耦合等問題。電機控制模塊、電源模塊、PDU集成為多合一控制器后,其EMC如果需要達到單模塊同樣的等級,需要更多的設計。
挑戰主要體現以下幾個方向:
◎?多合一對外電氣接口增多
◎?內部多模塊存在干擾耦合
◎?高低壓之間干擾耦合
EMC解決方案基于可識別的風險點,可在設計階段采取以下措施優化:
●??端口濾波:
◎?高、低壓端口布局上分離:將高壓和低壓端口分開布局,避免相互干擾。
◎?高低壓線束空間布局間隔5cm以上:保持高壓和低壓線束之間的最小距離為5厘米,減少串擾。
◎?禁止高低線束布局交叉:防止高壓和低壓線束相交,防止干擾。
◎?高壓線束設置屏蔽層:對高壓線束進行屏蔽,減少輻射和敏感性。
●??分腔設計
將電控模塊和電源模塊分開設計,通過仿真測試來排查功率模塊之間的相互干擾情況。?
●??隔離屏蔽
◎??端口防護部件布局:對端口設置防護部件,如磁環等端口濾波器,用于減少騷擾頻段的影響。?
◎?AC輸入、DC輸出端口設計兩級濾波:對AC輸入和DC輸出端口分別設置兩級濾波器,以減少干擾。?
◎?其他端口設計磁環等端口濾波:對其他端口也采用磁環等濾波器,以降低干擾。?
◎?板內GND與FG直連:板內的地線(GND)與機殼(FG,Frame Ground)直接連接,提高設備的地連接性。
●??接地設計
◎?端口Y電容濾波接地FG:在端口設置Y電容濾波,并將其接地到機殼,以提高接地效果。?
◎?高壓線束屏蔽層兩端接地:對高壓線束的屏蔽層兩端接地,以提高屏蔽效果。?
◎?板內低壓端口設置TVS與電容進行鉗位抑制靜電及瞬態浪涌波形:在板內低壓端口設置TVS(穿孔式變壓器)和電容來抑制靜電和瞬態浪涌。?
●??防雷擊浪涌設計
AC端口設置共模抑制電感、放電管、壓敏電阻等進行防雷擊浪涌設計。
小結:電驅動設計是一個不斷努力的過程,是把先進技術轉化為優秀產品的艱辛旅程。隨著時間的推移,技術能力的差異將更明顯地體現出差距來。
編輯:黃飛
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