多合一电驱动系统技术及结构原理


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 · 摘要

集成化大有可为,已是大势所趋,跨系统整合能力会是核心的竞争力,用户价值更高!

卷的核心是电池、电机、电控,约占整车成本的55%以上,三电是新能源汽车的三大件,而电池约占整车成本40%,是最先被卷的卷心:从CTM(cell to module,电池单体集成至电池模组)、MTP(module to pack,电池模组集成至电池包),到CTP(cell to pack,电池单体集成至电池包)、CTB(cell to body,电池单体与车身集成),再到CTC(cell to chassis,电池单体与底盘一体化集成),从刀片电池、麒麟电池到鲁班电池,好不热闹。


卷过电池之后,卷更能看出厂商三电实力差别的电机、电驱动。因为集成度更高的电驱系统有利于BOM(Bill of Material物料清单)降本,从而在市场上降低购车成本,提高产品的性价比。


电机约占整车成本的6.5%,以此为基础的电驱总成系统约占整车成本的10%,主要包含电机、电机控制单元(电机控制器)、减速器三部分。这就是常说的三合一电驱动总成。


国内外主流车企电驱动系统有多种集成形式,包括三合一、四合一、六合一、七合一等。



多合一电驱系统盘点



国内上汽、广汽、比亚迪、吉利、长安等公司有三合一电驱动系统,由EM,G-BOX,IPU三部分构成;北汽、比亚迪等公司有四合一电驱动系统,由IPU,DCDC,OBC,HV-BOX四部分构成,电控、电源总成,G-BOX,EM分散布置;零跑、北汽等公司有六合一电驱动系统,由EM,G-BOX,IPU,DCDC,OBC,HV-BOX六部分构成;华为有七合一电驱动系统。



国外大众、特斯拉、奥迪、宝马等公司有三合一电驱动系统,由EM,G-BOX,IPU构成;宝马公司有六合一电驱动系统,由EM,VCU,IPU,DCDC,OBC,HV-BOX六部分构成;雷诺、日产公司有七合一电驱动系统,由EM,G-BOX,IPU,DCDC,OBC,HV-BOX、ACP七部分构成。


国内外电驱动系统集成度会越来越高,开发高能量密度电驱动系统是大势所趋,一体化电驱动系统项目正式立项,旨在打造一款超高能量密度的电驱动系统,称为多合一电驱动系统。



结构组成及系统原理



1. 结构组成


多合一电驱动系统由EM,G-BOX,IPU,DCDC,OBC,HV-BOX,VCU,ACP,PUMP共9部分组成,如图1所示。整体采用四段式结构,分别为减速器左端盖、减速器右端盖、电机定子壳体、电机后端盖,其中减速器右端盖为电机和减速器共用端盖。


ACP固定在电机左端盖上,PUMP固定在电机右端盖上。IPU,DCDC,OBC,HV-BOX,VCU布置在控制器系统壳体中,DCDC,OBC布置在同一层,称之为电源层;HV-BOX和IPU,VCU布置在同一层,称之为电机控制层,电源层和电机控制层共同组成控制器系统,布置在EM正上方。该多合一电驱动系统为原有长安量产的三合一电驱动系统和电源系统的进一步集成产品,提高了能量密度和冷却效率。




2. 系统原理


该多合一电驱动系统的系统原理图如图2所示,主要包括高压电传输、低压电信号传输、热量交换、动力传递等,其中高压电包括高压直流电、高压交流电、家用220V交流电;低压电信号包括12V直流电信号、CAN信号、高压互锁信号、电子锁位置信号、制动踏板位置信号等共62个电信号。



动力电池输出高压直流电,经过HV-BOX中叠层铜排将高压直流电分配成4部分,包括控制器系统内部IPU中的INV功率模块、DCDC模块,外部的ACP,PTC。


INV功率模块将高压直流电转换成高压交流电输送到EM,驱动EM旋转;DCDC模块将高压直流电转换成低压直流电输送给12V蓄电池,实现对12V蓄电池进行动态充电,12V蓄电池输出低压直流电给IPU中的INV控制模块和VCU控制模块。


OBC模块经过HV-BOX中叠层铜排与动力电池相连,OBC可将输入的家用220V交流电转换成高压直流电,输入到动力电池中,此过程为动力电池慢充过程。


该电驱动系统的冷却水路、PUMP和电驱动系统外部的冷却控制系统可组成封闭的回路。PUMP为回路中冷却液循环提供动力,冷却控制系统完成回路中冷却液的热交换,对电驱动系统中EM,IPU,DCDC,OBC进行冷却。


EM和G-BOX采用机械连接,通过花键轴、花键套结构实现动力传递。



结语



虽然集成化已是电驱动系统必然的发展趋势,但是其中涉及的融合设计问题、可靠性问题(目前装机量不多,还没显现出来)、集成部件的兼容性和复用性等是研发企业不能忽视的问题。


究竟什么才是最好的电驱动系统?也许没有标准答案,但对电动汽车来说,适合的就是最好的。

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