如何实现新能源汽车800V高压电驱系统低成本化
英搏尔电驱CTO刘宏鑫表示:新能源汽车800V电压架构解决了快充问题,但是带来电机与控制器功率器件成本上升,因此电机系统降本幅度并不大,需要通过高度一体化集成、 采用第三代半导体等方式来优化电驱设计,进一步推动电机系统降本。
800V高压电驱系统降本路径主要分为:结构创新、电机高速化、电驱系统高压化、电驱系统高效化、减速箱高速低成本化、油液混合冷却技术、一体化热设计与热管理以及可靠性降本。
01结构创新
在电机系统结构创新方面,可采用单管并联的方式,布局更加灵活,同时电机驱动功率扩展也更灵活 、功率密度更高,有优秀的EMC性能,电机驱动过载能力强,可极大的降低Z向高度,从而降低成本。
02电机高速化
目前电机驱动泛高速化,最高转速达到30000rpm是否具有现实意义,这个问题值得我们探索。电机系统泛高速化后,高速弱磁损耗、 涡流损耗大幅增加。另外高速电机由于转速高,使得激振频率很高,转速高也易产生较大的空气噪声。因此NVH是高速电机驱动必须解决的问题,需要在电磁设计、结构设计、电机控制等方面综合考虑。
03电驱系统高压化
其次对于电动车来说,电驱系统高压化可大大减少同等功率需求条件下电驱动系统内阻的损耗,提高高速系统效率,继而可进一步减少达成同样续航里程条件下的电池电量,减少电池成本的同时降低整车重量,另外,高压化还能提高充电效率, 缩短充电时间,极大改善电动车用车体验。因而,提高电动车整车电压至800V,甚至是1000V+将成为电机驱动行业发展方向。
04电驱系统高效化
另外在电驱系统高效化方面,主要有六种方法:1.采用扁线电机替代圆线电机,采用扁线电机可以提高槽满率20-30%,在达到相同的功率密度的前提下,扁线电机的体积也会更加紧凑,相比起传统的圆线电机,扁线电机能降低8%-12%的有效材料成本;2.基于SiC技术,综合SiC器件的成本和因节能而减小的电池容量降低而带来系统成本降低;3.混合器件,混合器件对驱动统一控制,控制简单,但是对器件要求高,可靠性差;如果分别控制,成本高;4.混合系统,目前最理想的电机混合系统方案是前后驱方案,该电机方案系统成本最低,可靠性最高;5.采用SiC与IGBT联合组成的电子切换线路,实现电机绕组Y/△转换;6.变电压控制高效母线电压自动控制模式,将电机系统效率提升5-10%以上(解决高速续航里程低、低速效率低问题),相比SiC成本低,效益突出。
05减速箱高速低成本化
由于电机驱动高速化,导致减速箱同步高速化,减速箱高速化因为NVH带来的成本非线性上升,采用两档箱/多档箱可以很好的解决高速行驶的能耗问题,增加电机驱动力,提高车速,从而使减速箱高速低成本化。一级无齿轮变速箱也是一个研究方向。
06油液混合冷却技术
油冷混合可降低电机电子温度,减少铜损,提高效率,提高商用车电机过载能力,实现轻量化。综合来看,油冷系统的成本低,可靠性高,是今后新能源汽车电驱系统主力发展方向。
07一体化热设计与热管理
一体化热设计包括电机、电控、减速箱、电池包一体化,电机油冷散热与减速箱一体化设计技术,提高电机系统可靠性,实现电机系统降本及能效提升,电机系统需要增加主动加热功能,取消或者减少PTC加热装置,节省电机系统硬件成本,PTC改为感应加热提升效率30%以上。
08提高可靠性降本
采用双面水冷技术、氮化铝陶瓷基板代替氧化铝陶瓷基板、低温银烧结或者低温焊接技术可实现功率回路的低热阻、高可靠性设计,相比传统导热硅脂压接方案,降低热阻30-50%,节温降低20度以上,可靠性提升10倍以上,过载时间延长50-100%,对于商务车需求,成本大幅降低,对于乘用车,功率器件选型可以减小,降低电机系统成本,大幅延长电机驱动功率循环的寿命。
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