電驅(qū)系統(tǒng)

解析新電驅(qū)：22,000rpm超高轉(zhuǎn)速，800V，自粘結(jié)，扁線油冷

第一電動大牛作者 NE時代 2022-08-02 10:58

2022年上半年，不少供應(yīng)商和OEM陸續(xù)推出了新一代電機的樣機，或?qū)⑿顒菀丫玫碾婒?qū)系統(tǒng)投入量產(chǎn)和應(yīng)用。這些電驅(qū)都有哪些亮點？

日立新一代電機和逆變器

亮點：超高轉(zhuǎn)速，低NV，800V 雙面水冷

日立Astemo在2022年Hitachi Review中發(fā)布了轉(zhuǎn)速高達22,000rpm的新一代電機。

鑒于最小化e-Axle整體尺寸的最理想電機轉(zhuǎn)速在20,000至25,000rpm范圍內(nèi)，日立Astemo 開發(fā)了一種小型高速電動機，最高轉(zhuǎn)速為22,000rpm。

日立Astemo是通過重新設(shè)計轉(zhuǎn)子來實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，主要方法一是優(yōu)化隔磁橋的曲率半徑，減小應(yīng)力集中來增加轉(zhuǎn)子芯的強度，一是磁極中心附近區(qū)域形成不對稱凹槽。這些是為了減少轉(zhuǎn)子和定子之間磁通密度中的較高諧波，這些諧波是振動和噪聲的來源。

對搭載新轉(zhuǎn)子的電機的電氣特性進行計算，表明其最大轉(zhuǎn)矩為155 Nm、最大輸出功率為120 kW。扭矩脈動（振動和噪聲的因素之一）估計最高值為4.5 Nm或更小。同樣，強度分析發(fā)現(xiàn)，在超速條件下（22,000 r/min ×1.2），最大主應(yīng)力保持在材料的屈服應(yīng)力范圍內(nèi)。

同時，日立Astemo開發(fā)了一種載波移相控制技術(shù)，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速提高開關(guān)頻率，保持轉(zhuǎn)矩紋波頻率；確保電流引起的轉(zhuǎn)矩紋波和電機固有模態(tài)引起的轉(zhuǎn)矩紋波具有相反的相位，實現(xiàn)低NV。當(dāng)用于以19,500 rpm（f 1 =1,300 Hz）運行的高速電機時，該技術(shù)能夠?qū)?2次諧波處的振動減少53%，同時保持穩(wěn)定的驅(qū)動性能，而不會產(chǎn)生低頻電流紋波。

另外，為了實現(xiàn)高效率，日立 Astemo 開發(fā)了一種具有高冷卻性能的功率模塊。自第一代逆變器以來，日立Astemo一直采用直接水冷方案，使用翅片底座來消除底座和翅片之間的導(dǎo)熱硅脂，從而降低熱阻。第三代及以后的逆變器采用雙面冷卻技術(shù)，進一步將熱阻降低到先前水平的50%。

過去，大多數(shù)電動汽車的系統(tǒng)電壓約為400 V，而目前的趨勢是800 V系統(tǒng)。日立Astemo開發(fā)了一種通過層壓結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的絕緣板，雖然絕緣板與引線框架和散熱翅片接觸，但這些部件連接時會形成微小的空氣間隙，因此其在層壓絕緣板中間增加了導(dǎo)電箔，可降低空氣間隙兩端的電壓，使其可用于800V系統(tǒng)，同時仍保持與以前相同的熱阻。

馬勒SCT驅(qū)動電機

亮點：一機兩用、高持續(xù)扭矩，集成冷卻油

馬勒新型SCT（superior continuous torque）電機體積小、重量輕、效率高，可根據(jù)客戶的需求定制，可無需使用稀土，可以長時間工作且性能高效。

馬勒選擇了永久勵磁電機，因為這種類型能夠做到更緊湊的設(shè)計，且無需將能量作為勵磁電流轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子上。這就使得電機更高效且無磨損。釹磁鐵是目前能夠制造的最強永磁體，用于在電機中產(chǎn)生磁場。然而，為更大程度擺脫原材料價格和地緣政治的影響，SCT電機也可設(shè)計成不使用磁鐵。憑借馬勒開發(fā)的獨特的非接觸式變壓器，體積略大的無磁款同樣可以做到無磨損高效運行。

SCT在特定轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)尤其高效。盡管它的設(shè)計非常緊湊和輕巧，但持續(xù)輸出功率能保持在峰值輸出90%以上，使電動車即使在苛刻的條件下也能正常行駛，典型的場景比如卡車所面對的崎嶇山路、電動轎車的反復(fù)急加速等。目前市面上能從容應(yīng)對這些場景的電機并不多。

馬勒全新電機通過使用創(chuàng)新的集成冷卻油，不僅更耐用，而且還能將產(chǎn)生的余熱用于車輛的整個系統(tǒng)。同時，新電機極其緊湊的設(shè)計在材料和重量成本方面具有優(yōu)勢——更輕的電機在制造過程中需要更少的材料，并增加了商用車可能的凈負載。

長安七合一電驅(qū)

亮點：七合一，扁線，快速加熱

長安的超集電驅(qū)動系統(tǒng)是一套七合一系統(tǒng)，將整車控制器、高壓分線盒、電機控制器、直流變換器、OBC、電機、減速器“七合一”。

當(dāng)前，市面上的多合一包括五合一、六合一和八合一，在電機、電控、減速器外再集成了OBC/DCDC/PDU/VCU/BMS。車企及供應(yīng)商對多合一不斷探索的目的是減小動力總成系統(tǒng)的體積，提高效率，控制成本。

長安的超集七合一電驅(qū)系統(tǒng)最高效率達到了 95%，其中8 層扁線繞組、轉(zhuǎn)子雙V拓撲構(gòu)型、低電阻導(dǎo)線，自適應(yīng)控制算法、低阻力拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化分別貢獻了0.9%、0.4%、0.1%、1.2%和1.3%。

另外，長安提出了“動力系統(tǒng)電效率”，由電驅(qū)系統(tǒng)凈輸出有用功除以電網(wǎng)消耗功率而得，判斷的是從電網(wǎng)獲取的電能到底有多少能轉(zhuǎn)化在電機輸出端，綜合考量動力系統(tǒng)的效率。長安稱 EPA 1 平臺的電效率可以做到 78%，高于行業(yè)平均的 70%-75%。

目前在超級電驅(qū)技術(shù)上，長安累計申請的專利數(shù)已經(jīng)達到了163項，其中提出了全球首創(chuàng)的微核高頻脈沖加熱技術(shù)。該技術(shù)通過 IGBT 急速地開關(guān)產(chǎn)生正負快速切換的大電流，進而借助低溫下電池內(nèi)阻大的特征，將低溫環(huán)境中的電池快速加熱，如電池在零下 30 攝氏度的環(huán)境下可以實現(xiàn)每分鐘上升 4 攝氏度，帶來低溫充電時間縮短 15% 和低溫環(huán)境下動力提升的優(yōu)點。這套技術(shù)在冬天使用時可以進一步減少純電動車帶來的里程焦慮。

通用奧特能電驅(qū)

亮點：扁線、自粘、全油冷

凱迪拉克LYRIQ銳歌后驅(qū)車型采用的奧特能平臺的電驅(qū)系統(tǒng)，采用三合一電驅(qū)，峰值功率255kw，峰值扭矩440Nm，最大驅(qū)動電機系統(tǒng)效率可達96%。

驅(qū)動電機集合了當(dāng)前的新技術(shù)熱點，如扁線繞組、自粘結(jié)鐵芯、全油冷冷卻。

電機扁線在定子槽內(nèi)貼合更為緊密，與定子鐵芯齒部和軛部更好接觸，保持更高的熱傳導(dǎo)效率，進一步提升電機峰值和持續(xù)性能。

電機自粘鐵芯與傳統(tǒng)的鉚接方式相比更穩(wěn)定，且減少渦電流的發(fā)生，減少高速運轉(zhuǎn)時的振動，進一步提升電機效率和NVH水平，提高效率和性能。

電機和減速箱全油冷，無需冷卻水套，采用內(nèi)置油泵，可主動噴油進行潤滑與冷卻，提升了系統(tǒng)綜合效率，帶來更大的體積功率密度。

智能油溫管理模塊熱交換器，可以儲存變速箱油熱量，通過電機的廢熱利用提升系統(tǒng)綜合效率，在低溫啟動快速加熱驅(qū)動單元，常規(guī)工作模式下實現(xiàn)高效熱交換。

逆變器IGBT模塊采用的是雙面水冷，可以更好地散熱，從而提高功率密度。

馬瑞利全新800V碳化硅逆變器

亮點：800V，SiC

在德國巴登-巴登舉行的國際 VDI 大會“Dritev”（車輛動力傳動系統(tǒng)電氣化），馬瑞利推出了全新開發(fā)的、完整的800V碳化硅 (SiC) 逆變器平臺。

新型 800V逆變器平臺具有優(yōu)化的散熱結(jié)構(gòu)，這得益于創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)和冷卻通道設(shè)計，大大降低了碳化硅組件本身與冷卻液之間的熱阻。這是大功率應(yīng)用中的一個關(guān)鍵點，其中功率模塊的散熱非常重要。

威睿電動200kW電驅(qū)

亮點：400V SiC，扁線

極氪威睿200kW SiC電驅(qū)動總成在今年6月正式批產(chǎn)下線（SOP）。該款總成是基于吉利浩瀚架構(gòu)打造的首款SiC電驅(qū)產(chǎn)品，由威睿電動汽車技術(shù)有限公司全新自主研發(fā)及生產(chǎn)制造。其中的核心SiC模塊則是由本土廠商芯聚能提供。

據(jù)威睿該項目總工劉波介紹，由于SiC模塊本身損耗低的特點，電驅(qū)系統(tǒng)在保持了之前IGBT版本電驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)高效、緊湊、功率及扭矩密度大、靜謐等各項優(yōu)勢的前提下，進一步提升了系統(tǒng)效率，使得整車?yán)m(xù)航里程提升約3%~5%左右。

威睿電驅(qū)研發(fā)總負責(zé)人阮鷗表示，該總成作為威睿400V硅基IGBT 200kW電驅(qū)平臺EDS1量產(chǎn)半年后的首款量產(chǎn)的SiC產(chǎn)品，通過了吉利汽車集團質(zhì)量控制體系的認可，后續(xù)將陸續(xù)搭載相關(guān)車型，與此同時，下一代800V 平臺的多款產(chǎn)品將在現(xiàn)有開發(fā)經(jīng)驗的加持下快速推進。

據(jù)了解，該電驅(qū)系統(tǒng)采用的SiC模塊是由本土廠商芯聚能自主研發(fā)生產(chǎn)。SiC模塊具備損耗低，耐壓高及運行頻率高的特點，能夠幫助提升系統(tǒng)效率，本次搭載在威睿200kW SiC電驅(qū)動總成的產(chǎn)品通過器件級可靠性AQG324的測試要求，進而通過控制器，總成及整車級環(huán)境和可靠性耐久試驗，論證了產(chǎn)品及系統(tǒng)的可靠性。

電機上，威睿電驅(qū)采用扁線H-pin永磁同步電機，水冷方式，定子直徑220mm，電機最高效率97.86%，效率大于85%面積區(qū)占93%。

東風(fēng)iD2電驅(qū)

亮點：扁線，多個東風(fēng)“首次”

6月20日，由智新科技與嵐圖汽車高效聯(lián)動協(xié)同研發(fā)的iD2項目電驅(qū)動總成在智新科技電驅(qū)動工廠下線。產(chǎn)品將首先搭載在嵐圖汽車上。

iD2項目推出了兩款高功率電驅(qū)，分別為峰值功率為160kW的iD2-160和峰值功率為200kW的iD2-200。

據(jù)了解，iD2項目電驅(qū)動總成是智新科技第一個全新自主開發(fā)的電驅(qū)平臺產(chǎn)品。該項目歷時兩年，擁有69項專利發(fā)明，累計完成10萬小時超長耐久試驗，并創(chuàng)造了多項東風(fēng)內(nèi)部的第一：第一次采用深度集成一體化設(shè)計技術(shù)；第一次采用8層繞組扁線技術(shù)；第一次搭載自主S3+功率模塊（IGBT）；第一次自主開發(fā)轉(zhuǎn)速超過16000rpm的超靜音減速箱產(chǎn)品。

上汽星云綠芯電驅(qū)

亮點：8層扁線，油冷，兼容400V和800V電壓平臺

上汽純電專屬系統(tǒng)化平臺星云平臺的核心之一——綠芯”電驅(qū)動系統(tǒng)的可覆蓋150-600kW（含雙電驅(qū)系統(tǒng)的四驅(qū)）。

“綠芯”電驅(qū)系統(tǒng)平臺化兼容400V和800V兩個電壓平臺。400V電壓平臺上，150kW、180kW、250kW的A、B、C三根電軸都能隨意搭配或者單獨使用。800V電壓平臺上，A、B、C軸的輸出功率分別達200kW、350kW和400kW。