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汽车电驱体系小型化和轻量化近况及趋向

行业消息 2018年06月20日

国际厂商对汽车电动化的眼光重点聚焦在能源电池体系上,而对驱动体系市场主导权争取的首要是外洋的零部件大厂。本篇小编带大师一路存眷一样潜力庞大的驱动体系电动化市场最新静态。

陪同汽车电动化的疾速生长,影响电动汽车驾驶机能及本钱的驱动体系估计也将进入飞速生长阶段,各类百般的公司睁开了剧烈的主导权奋斗。从所谓的大型电器件供给商,到电机、逆变器等大型车载零部件制作商、和供给功率器件和无源器件的抢先装备制作商,各家企业都增强了新产物的开辟、和出产开辟体系体例的强化。

环绕驱动体系的开辟协作日趋剧烈。因为今朝还不把握相对主导权的零部件制作商,各类供给商鱼龙稠浊,都加大了产物开辟的投入力度。

电驱动市场争取战愈演愈烈

1.新的敌手接踵插手

协作激化的表现便是新的敌手不时插手。此中,最为气焰凌人的是日本电产。

日本电产之前首要出产用于电动制动器的EPS电机,此刻则起头贸易化具有更高输入功率的驱念头电。将来还打算自产逆变器和加快器,停止一体化发卖。到今朝为止,在车载范畴主营电动转向电机(EPS电机)、电动制动器用处的中小型电机、和短间隔运输用处的商用低速驱念头电。此后,则将周全进入驱动体系营业。该公司2017年9月宣布的以小型轻量为主打的新产物‘E-Axle’便是这一旌旗灯号的“先行官”。

2.下流元器件厂商进入下流供给链

驱动体系供给链“下流”侧的元器件制作商也正在进入“下流侧”的逆变器营业。比方,2016年TDK与东芝协作建立了开辟,出产和发卖逆变器的合伙公司,估计2018年会正式起头产物的发卖。

在汽车范畴,TDK本来在电念头用钕磁铁和夹杂能源汽车DC-DC转换器中具有上风,再增添一个逆变器奇迹,希冀由此强化其全部汽车电子接洽关系营业。

另外,专攻逆变器所需功率器件的富士电机,把握逆变器输入侧装置的光滑薄膜电容器绝大局部份额的松下等等公司,都插手到了逆变器的贸易化协作中。

3.跟着“电动化市场“的飞速扩展,新的机遇呈现

按照英国调研公司IHS Market的展望,电动汽车将在2020年摆布起头敏捷增添,至2029年电动汽车将占到一切汽车出货量的一半摆布。

说到电动汽车电机,今朝为止支流的汽车厂商针对HEV或PHEV首要都是接纳内部出产的体系体例。可是此后,跟着电动汽车的增添,估计汽车厂商内部推销的须要会增添。比方,本田与日立汽车体系(日立AMS)在2017年7月结合组队,建立了开辟,出产和发卖电动汽车驱念头电的合伙公司,估计面向数目庞大,降本请求激烈的通俗价钱段电动车辆电机,本田会起首斟酌从这个新公司停止推销。

另外,中国市场从2018年起头将实行“NEV律例”,2019年起头对新能源汽车发卖比例停止划定,由此能够或许或许或许预感将来驱动体系市场将会进一步大幅增添。

4.经由过程开辟新产物或增添产能驱逐协作

因为大局部汽车厂商都自身出产驱动体系相干产物,以是今朝不市场份额相称大的厂家存在,包含大型零部件供给商在内的行业新插手者,几近都处于统一路跑线上。是以,各家之前专攻电机、电频器、或加快机的厂家,都插手到了新产物开辟与出产体系体例强化的勾当中,以此驱逐协作。

比方,德国零部件供给商博世开辟了一种集成了电机,逆变器和加快机的小型化驱动体系,操纵该体系作为兵器,博世无望使其驱动体系营业增添到10亿欧元(约合1300亿日元)的规模。

在汽车逆变器方面大有上风的三菱电机也已起头增添出产装备,投资约70亿日元在姬路制作所広畑工场内扶植了新的厂房,新厂房不是纯真的增添电动汽车逆变器产能,而是强化包含了起动功效与发电功效的“电动发电机”的全体出产体系体例。

体积更小,本钱更低的驱念头电

环绕驱动体系的首要协作主轴便是高效化,小型轻量化和本钱下降。良多制作商都试图经由过程全部驱动体系来完成这些方针,而不是依托诸如电机、逆变器或加快器的单个单位。

2016年后本田夹杂能源车(HEV)上接纳的全新布局驱念头电。与传统的驱念头电比拟,在坚持不异输入和扭矩的环境下,体积和分量别离削减了约莫23%。是以,包含逆变器和加快器在内的i-MMD驱动体系的小型化成为能够或许或许或许。现行雅阁的HEV款中接纳的2电机驱动体系(电机与发念头),与操纵惯例电机比拟,高度缩减了9.2%,宽度缩减了9.7%。

因为驱动体系变小,能够或许或许或许轻松地横向安排到更多车型上。而接纳惯例电机的驱动体系尺寸,能够或许或许或许横向安排的,以sedan车型为主,也就2~3款车型。

本田将以新型布局电机为规范,按照各个车型的请求稍作点窜,从而操纵到各类HEV车型上。经由过程批量出产布局大抵不异的电机,从而下降整机的推销本钱和制作本钱。

1.增添线圈的占积率

为了完成电机小型化,本田增添了绕线的占积率(空间中铜的比例),使定子变小。经由过程操纵大截面的方形导线作为线圈,使得占积率达到了60%。 在传统的电念头中,操纵薄的圆形线圈,占积率普通只能达到48%。

为了使定子小型化,线圈操纵截面积大的方形导线(a)。与传统的圆形线圈比拟,方形导线能够或许或许使占积率从48%增添到60%。可是,因为和圆线比拟方线变粗,导体(铜)中的“过电流丧失”会增大。凡是经由过程增大定子的槽宽度或减小每一个线圈的厚度来减小过电流消耗(b)。

2.延长线圈结尾

为了完成小型化,本田同时还延长了从定子凸起的线圈局部(“线圈结尾”)。本田手艺职员以为线圈结尾局部“对电机任务不进献”。

为了延长线圈结尾,接纳了新的绕线布局方式。起首,将矩形线圈塑构成U字形,以构成“并列朋分线圈”。接上去,将该朋分线圈从定子死心的轴标的目的拔出。以后,将拔出侧和对侧伸出的线圈前端焊接在一路而构成线圈。

新的绕线工艺,须要投资新的制作装备。与传统工艺比拟,新工艺不须要绳索绑缚,也不须要将线圈结尾压扁,从而更易于主动化。由此完成高效力多量量出产,本钱也能下降。基于对将来电动汽车须要大幅增添的预期,本田接纳了如许的具有多量量出产上风的工艺。

3.接纳低本钱易推销的电磁钢板

另有一点立异便是斟酌到驱念头电产量的增添,定子接纳了低本钱易推销的电磁钢板。普通来讲,定子是经由过程重叠多层薄磁钢片制成的。但是,薄的电磁钢片制作难度大且价钱高贵。为了下降本钱,本田终究操纵了比惯例电机更厚的电磁钢板。传统产物的厚度为0.25mm,但本田接纳的厚度为0.3mm,这个厚度畅通量很大,岂但自制,并且易于推销。

小型化、轻量化趋向

最近几年,对电动车辆驱动体系的一体化研讨很是活泼,经由过程电机、逆变器,加快齿轮3个部件一体化,能够或许或许或许完成高效、小型和轻量化,同时下降本钱。而将驱动体系装置在车轮内的轮毂电机,更是进一步推动了小型化和轻量化。

1.一体化完成小而高效

电机一体化活泼的缘由在于能够或许或许或许完成驱动体系的小型轻量化和下降本钱,进步效力。若是是电机与逆变器一体,逆变器设置装备摆设在电机中间,毗连电机与逆变器的线束就能够或许或许或许延长或置换。由此,减小了尺寸和分量,还下降了线束发生的消耗。又若是与加快箱一体,那齿轮的光滑油和电机的冷却油就能够或许或许或许共用,精简了冷却机构,能够或许或许或许轻松完成小型化。

比方,博世出产的电机、加快箱、逆变器三位一体的驱动体系,与传统驱动体系比拟,体积取得了大幅减小。

三位一体的驱动体系计划不止一家,比方博世,GKN Driveline,三菱电机和舍弗勒。不只完成了逆变器与电机之间的毗连配线延长,尺寸更小,还下降了毗连部位的电力消耗,晋升了驱动体系效力。

2.插手车载充电器功效

各家制作商为了使产物具有吸收力,在其展出的电机一体化驱动体系上,充实地操纵自家长处,增添附加功效。

比方博世的三位一体驱动体系,电机的最大输入功率可达到50~300kw,电机与加快箱组合体系的最大扭矩可达到1000~6000Nm的宽阔规模。

德国大陆团体,乃至还开辟了一套具有充电功效的驱动体系,除电机,加快箱与逆变器,还集成了充电电路。此电路由用于辨别AC / DC的辨别电路、电流途径的开关电路,乐音按捺电路等回路构成,操纵此附加电路,与逆变器和另行筹办的DC-DC转换器,完成为车载二次电池充电。

3.增添加快比成为趋向

机器整机具有上风的厂商则是将加快器作为了刚强。比方,舍弗勒(Schaeffler)公司,在三位一体的驱动体系中操纵了加快比约为15的高速加快器。其余公司的加快器普通加快比约为10,即便高速也最多13摆布。加快比越高,作为体系越轻易进步转矩。是以,与加快比为10摆布的驱动体系比拟,能够或许或许或许在操纵高速扭转的小型电念头的环境下取得不异的扭矩,也便是说,完成了小型化。

4.轮毂电机成为可见实际

驱动体系小型轻量化最前沿的手艺便是轮毂电机(以下称IWM)成为可见实际。IWM有良多长处。比方,将发念头或电机的驱能源传输给到车轮的传输机构能够或许或许或许省略,使得驱动效力晋升与车辆空间扩展成为能够或许或许或许。另外,还能够或许或许或许自力地精准节制4个车轮的节制力,由此能够或许或许或许避免车轮打滑和空转等,进步了宁静性。同时还能按捺转弯时发生的倾斜转动,或俄然加快或急瞬间车体前后的摇摆,进步了温馨性。另外,另有一个长处是四轮驱动车轻易追加产物系列。前轮驱动(FF),或后轮驱动(FR)的车辆上增添2个IWM的话,就能够或许或许或许小修改轻松完成四驱化。

5.经由过程SiC功率元件完成逆变器的小型化

将电机、加快箱,逆变器3个同时装置到车轮内的话,尺寸仍是太大。即便将逆变器装置在车体侧的场所,逆变器的数目会跟着电机数目的增添而增添,是以对小型化的须要仍是激烈。并且自身驱动体系就存在小型化须要,以是须要逆变器尺寸能进一步减小。换句话说,逆变器的小型化是加快电动化的关头。

作为逆变器小型化的王牌会聚了汽车行业浩繁等候的产物便是SiC(碳化硅)功率器件。与现有车载逆变器中操纵的Si功率器件比拟,逆变器的功率消耗能够或许或许或许较着下降到一半一下。消耗减小,即发烧量削减,由此能够或许或许或许减小逆变器尺寸。

能够或许或许或许阐扬SiC功率器件上风的逆变器和驱动体系的相干研讨和开辟正在兴旺生长。比方,芝浦产业大学电气工程学科特地研讨电机手艺与电机一体化手艺的传授赤津観师长教师的研讨团队,就试做了用于逆变器的小型SiC功率模块。

上述模块中,半桥电路由SiC MOSFET与SiC肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode, 缩写成SBD)构成。SiC功率器件因为消耗小,合适小型化。

处置驱动体系开辟的各厂家担任人纷纭颁发定见“2020年以后量产的下一代产物将以SiC逆变器为条件去思虑设想。若是能保持现有的SiC功率元件的贬价步调,则这一产物上风较着,是完整能够或许或许或许操纵的”。

由此,能够或许或许或许预感2020年后,车载用处上大规模操纵SiC功率器件,逆变器和驱动体系的小型化将会不时推动吧。
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