当前位置:首页 » 新型汽车 » 新能源汽车电控多合一系统

新能源汽车电控多合一系统

发布时间: 2022-12-06 06:29:21

新能源汽车三电系统(电池、电机、电控)你了解多少

2020年,中国的 汽车 保有量超过2.75亿辆,超越美国成为世界上规模最大的 汽车 保有国。

与此同时,在国家政策大力支持、制造技术逐渐成熟、居民购买力不断提高等利好因素的共同作用下,我国新能源车保有量也大幅提升,成为全球最大的新能源车市场。

新能源 汽车 区别于传统车最核心的技术是“三电”系统,主要是指电机、电池、电控。

和燃油发动机的 汽车 相比,纯电动 汽车 使用电动机代替了燃油车的柴油/汽油发动机;以电池组代替了燃油,为电动机提供动力;其中还有一个最主要的部件就是电控系统,电控系统由电池管理系统和控制系统构成,管理电池组和控制电池的能量输出以及调节电动机的转速等,是连接新能源电池和电机的重要中间载体。

电池:制约新能源 汽车 发展的关键因素

电池技术是新能源 汽车 的核心技术,是制约新能源 汽车 发展的关键因素。

新能源 汽车 电池主要分类: 从全球新能源 汽车 的发展来看,新能源 汽车 动力来源主要有蓄电池、燃料电池以及超级电容器三类。

其中超级电容器由于储电容量低的缺陷,无法持续供电,大多以辅助动力源的形式出现。

蓄电池

蓄电池是纯电动 汽车 驱动系统的唯一动力源,主要有锂离子电池、镍镉电池和镍氢电池等。其中锂离子电池以其独特的物理和电化学性能,目前正处于高速发展阶段。

燃料电池

燃料电池是一种电化学装置,将燃料具有的化学能直接变为电能,类似于一个“发电厂"。

燃料电池为一次电池,能量转化效率高、使用寿命较长、能连续大功率供电,但使用成本高。

由于其续航能力与燃油 汽车 相当,新能源 汽车 电池技术的开发中具有较强竞争力。

天眼查APP专业版数据显示,目前我国有超过20万家经营范围含“新能源 汽车 、电动 汽车 、插电式混合动力 汽车 、燃料电池 汽车 ”,且状态为在业、存续、迁入、迁出的新能源 汽车 相关企业。

其中88%的相关企业为有限责任公司,近3成的相关企业注册资本在1000万以上。

从行业分布上看,53%的新能源 汽车 相关企业分布在批发和零售业,另有15%的相关企业分布在科学研究和技术服务业,10%分布在租赁和商务服务业。

从地域分布上看,广东省的新能源 汽车 相关企业数量最多,超过2.5万家。其次为山东省和江苏省,两省分别有超过1.9万家和1.8万家相关企业。

此外,河南省、湖南省以及浙江省的现有新能源 汽车 相关企业也均超过1万家。

新能源 汽车 电池发展情况:

由于各种动力电池自身的性能、涉及的材料以及开发成本等差异,形成了不同的使用前景。

在上述主要的新能源 汽车 电池类别中,目前技术最成熟的是镍氢电池,但商业化最成功的是锂离子电池,并已经成为新能源 汽车 电池主流,燃料电池目前为各大车企研发目标。

当前,锂离子电池已经成为所有新能源 汽车 电池中增长速度最快的一类。从2012 年至今,锂离子电池行业一直呈现快速增长趋势,并将加快取代传统电池。

随着科学技术的进步, 汽车 产业将不断升级,锂离子电池将保持持续增长速度,并且成本将会呈下降态势。

纯电力驱动 汽车 已经成为新能源 汽车 发展的重要趋势,大众集团计划 2025 年前提供超过 30 款电动 汽车 。

近几年来,随着新能源 汽车 电池相关基础技术的成熟化,不断突破技术难点,燃料电池技术也取得了重大进展。

电机: 汽车 核心驱动部件

新能源 汽车 电机主要是由定子、转子和机械结构三大部分组成。定子和转子是其中的核心,主要原理是转子绕组通过切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流,并形成电磁转矩而使电动机旋转。

目前,应用于新能源 汽车 的驱动电机主要包括直流电机、交流电机和开关磁阻电机三类,其中在目前乘用车、商用车领域应用较为广泛的电机包括直流(无刷)电机、交流感应(异步)电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等。

其他特殊类型的驱动电机包括轮毂/轮边电机、混合励磁电机、多相电机、双机械端口能量变换器( Dmp-EVT),目前市场化应用较少,是否能够大规模推广需要更长时间的车型验证。

1)交流异步电机,也称为感应电机(Inction Motor),在定子绕组中输入三相交流电,定子绕组中的励磁电流在定子铁芯中产生旋转磁场, 此时转子绕组中有感应电流通过并推动转子作旋转运动。

当转子带有机械负载时,转子电流增加,由于电磁感应作用,定子绕组中的励磁电流也增加。

交流异步电机控制器采用脉宽调制( PWM) 方式实现高压直流到三相交流的电源变换,采用变频器实现电机调速,采用矢量控制或直接转矩控制实现转矩控制的快速响应,满足负载变化特性的要求。

交流异步电机的优点在于结构简单,定子转子无直接接触,运行可靠性强,转速高,维护成本低。

不足之处在于能耗高,转子发热快,高速工况下需要额外冷却系统;功率因数低,需要大容量的变频器,造价较高,调速性较差。

目前,交流异步电机主要用于空间要求较低、且速度性能要求不高的电动客车、物流车、商用车等车型中。

2)永磁电机(Permanent Magnetic Motor) 包括永磁同步电机(正弦波)和永磁无刷直流电机(方波)两大类,其转子均由永磁材料制成, 定子采用三相绕组,输入调制方波产生旋转磁场带动永磁转子转动。

永磁同步电机的优点在于其较大的转矩和驱动效率,具有高功率密度和宽调速范围,且没有励磁损耗和散热问题,电机结构简单,体积比同功率的异步电机小 15%以上;其缺点在于高速运行时控制复杂,永磁体退磁问题目前难以解决, 电机造价较高。

目前,永磁同步电机主要应用于体积小,且速度、操控性能要求较高的电动乘用车领域,部分中小型客车亦开始尝试使用永磁电机作为驱动源。永磁无刷直流电机则一般在小功率电动 汽车 、低速电动车领域应用较为广泛。

3)开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor)的定子和转子铁芯均由硅钢片叠压而成,利用冲片上的齿槽构成双凸极结构, 定子产生扭曲磁场,利用“磁阻最小原理”驱动转子运动。

开关磁阻电机结构和控制简单、出力大,可靠性高,成本低,起动制动性能好,运行效率高,但电机噪声高,但转矩脉动严重,非线性严重,在电动 汽车 驱动中有利有弊,目前电动 汽车 应用较少。

4)直流电机(DC Motor)通过在定子主磁极上绕制励磁线圈并通以直流电以产生磁场,转子电枢绕组也通以直流电,通电绕组置于磁场中输出电磁转矩拖动负载运行。

直流电机控制器一般采用晶闸管脉宽调制方式( PWM),控制性能好,调速平滑度高,控制简单,技术成熟,且成本较低。

直流电机的缺点是需要独立的电刷和换向器,导致速度提升受限;电刷易损耗,维护成本较高。

直流电机多用于早期的电动 汽车 驱动系统,目前新研制的车型已经基本不再采用。

纯电池的大脑:电控系统介绍

电控系统是纯电动 汽车 的大脑,其由各个子系统构成,每一个子系统一般由传感器,信号处理电路,电控单元,控制策略,执行机构,自诊断电路和指示灯组成。

纯电动 汽车 的电控系统主要包括整车控制系统,电机控制系统和电池管理系统,各技术分支的功能不是简单的叠加,而是综合各个分支功能来控制 汽车 。电子控制技术是纯电动 汽车 发展的核心技术。

电控系统的主要功能包括:

1)接收来自驾驶员的操作命令,并向各个控制部件发送控制指令,使 汽车 按照驾驶员的预期行驶。

2)电控系统对关键信息的模拟量状态通过传感器进行采集并输入到相关控制部件的信号通道。

3)接收到的各个部件的信息发送到电池管理系统,提供各个部件当前能量的信息状态。

4)对系统故障可判断和存储,实时检测系统信息,记录电动 汽车 运行过程中出现的故障。

5)对 汽车 具有保护功能,在突发或者紧急情况下可自动复位电动机。

在 汽车 电控系统中,整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和电池管理系统(BMS)是最重要的核心技术,对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。

BMS 提供电池出现的问题及状况,MCU 提供电池电能的利用与收回信息,VCU 主要是整理合并以上收到的信息,针对电池充放电的电压、电流、功率等指数进行分析处置后,及时鉴别电池的安全逻辑,并将形成的相关指令传送至电池管理系统中,通过该系统来执行相关的充放电行为。

整车控制系统(VCU )

VCU 是实现整车控制决策的核心电子控制单元,一般仅新能源 汽车 配备、传统燃油车无需该装置。

VCU 通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图;通过监测车辆状态(车速、温度等)信息,由 VCU 判断处理后,向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令,同时控制车载附件电力系统的工作模式;VCU 具有整车系统故障诊断保护与存储功能。

电机控制器(MCU)

电机控制器(MCU)通过接收 VCU 的车辆行驶控制指令,控制电动机输出指定的扭矩和转速,驱动车辆行驶。

实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。

车用 MCU 在 汽车 中的应用呈现出多样性,从简单的车灯控制到复杂的发动机控制、 汽车 远程通信实现,高、中、低端 MCU 在 汽车 中都可以发挥作用。

不同 汽车 电子系统对 MCU 的要求是不同的,也就决定了车用 MCU 的多样性。

电池管理系统(BMS)

电池管理系统(BMS)作为保护动力锂离子电池使用安全的控制系统,时刻监控电池的使用状态,通过必要措施缓解电池组的不一致性,为新能源车辆的使用安全提供保障。

电动 汽车 动力电池是由几千个小电芯组成的,电池包的组成主要包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和 BMS。

电池管理系统(Battery Management System,缩写 BMS)是对电池进行管理的系统,主要负责监测和管理整个电池组的政策工作:

主要功能包括估测电流的电荷状态、检测电池的使用状态、管控电池的循环寿命、在充电过程中对电池进行热管理、启停锂电池冷却系统,同时也管理单体电池间的均衡,防止单体电池过充过放产生的危险。

注:本文内容主要摘自天风证券,中外行业研究整理推送

② 新能源汽车的三电系统是什么

【太平洋汽车网】对于新能源车来说,三电指的是电机、动力电池以及电控系统,从三万块的五菱宏光MINIEV到七百万的Rimac纯电跑车,都离不开三电系统,可以说三电就是新能源车的核心部件。

驱动电机电机是新能源车的动力源,根据结构和原理,电机可分为直流驱动、永磁同步、交流感应三种形式,不同形式的电机其特性也不相同。

直流驱动电机,它的定子是永磁体,转子通直流电,通电导体在磁场中会受到安培力,从而使转子转动。这种电机形式的优点是成本较低,以及对电控系统的要求低,而缺点则是个头比较大,功率性能比较弱,一般是低端的纯电代步车会用直流电机。

永磁同步电机,实际上也是直流电机,所以它的工作原理跟直流电机一样,不同的地方在于直流电机通入的是方波电流,而永磁同步电机通入的是正弦波电流。永磁同步电机的优点是功率性能高,有出色的可靠性,而且体积比较小,缺点则是成本相对比较高,对电控系统有一定的要求。

感应电机,原理上相对上两者更加复杂,但可以大致分成三个步骤:首先是电机的三相绕组通入交流电会产生旋转的磁场,接着由闭合线圈组成的转子在旋转磁场中切割磁感线会产生感应电流,最后由于电荷在磁场中运动会产生洛伦兹力,从而使得转子转动。因为定子里的磁场先旋转然后转子才会旋转,所以感应电机又叫做异步电机。

感应电机的优点是制造成本低,而且功率性能也不错,因为它需要用交流电,所以对电控系统的要求很高。

动力电池动力电池是驱动电机的能量来源,目前的动力电池主要是按正负极材料进行区分,有钴酸锂、三元锂、锰酸锂和磷酸铁锂,在新能源车上比较常用的是三元锂和磷酸铁锂电池。

其中磷酸铁锂电池的优点是成本低,稳定性好寿命长,缺点则是能量密度低,冬天掉续航比较严重。而三元锂电池则相反,优点是能量密度低,缺点是稳定性和寿命相对较差。

为什么另外两种材料的电池很少在新能源车上使用呢?钴酸锂电池虽然能量密度大,但是稳定性很差,所以车企不敢贸然使用。而锰酸锂电池因为各方面的表现都很一般,所以车企没有兴趣使用。

电控系统电控系统实际上是一个总称,细分的话可以分成整车控制系统、电机控制系统、电池管理系统。新能源车的一大特点是各种电控系统相互之间都有非常紧密的联系,有些车甚至一套电控系统控制车上所有用电设备,所以将它们统称起来也无妨。

可能一般人会觉得新能源技术的难点是电池,不错,只是做一套出色的电控系统的难度也不低,因为电控系统需要协调车上所有用电设备。

(图/文/摄:太平洋汽车网问答叫兽)

③ 新能源汽车电控系统的作用是什么

【太平洋汽车网】新能源汽车电控系统的主要作用是控制电机输出扭矩,使车辆行驶,整个电控系统与燃油车的发动机和发动机控制器相当。控制器的能量来源于高压电池组(高压直流,一般300-400v),电机控制器内部通过控制芯片、驱动电路和IGBT等,对不同电机采用不同的控制算法,将直流电转换成交流电,然后输出给电机,再使电机产生扭矩。

满格电新能源汽修2021-10-2517:32关注电控系统,如单纯指电机控制器,其主要作用是控制电机输出扭矩,使车辆行驶,整个电控系统与燃油车的发动机和发动机控制器相当。

控制器的能量来源于高压电池组(高压直流,一般300-400v),电机控制器内部通过控制芯片、驱动电路和IGBT等,对不同电机采用不同的控制算法,将直流电转换成交流电,然后输出给电机,再使电机产生扭矩。

系统框图如下:IGBT的作用是什么?

IGBT主要用于能量转换和传输,广泛应用于新能源汽车、智能电网、航空航天和通讯等领域。

IGBT的全名为:绝缘栅双极晶体管,是一种在新能源汽车上应用极为广泛的半导体。半导体是什么?良好的金属的导电性叫做导体、塑料、陶瓷、木材的导电性差,称为绝缘体。在导体和绝缘体之间,半导体是导电性能。

IGBT是一种由控制电路控制、是否导电的半导体。例如控制电路指示为通,那么IGBT就是导体,电流通过,如果控制电路指示为断,则IGBT就是绝缘体,电流断开。IGBT可以很容易地将输入的直流电流转换为交流电,只需通过脉宽调制即可转换为频率。充电桩从电网中接出的电流是标准的220伏交流电,而特斯拉电动汽车的电池充电则要求用直流电充电,这就要求IGBT将交流电变成直流电,并把电压提高到电动车需要的400伏的电压上,才能给7000节18650电池充电。IGBT的性能直接决定了电动车的充电效率和充电速度。

IGBT导通时,可承受数十至数百安培的电流,而断开时,可承受数百至数千伏的电压,而IGBT在大电流电压下,也可有极高的开关速度,每秒可达一万次。所以IGBT的好与坏,就直接决定了电动车的加速速度,最高速度是多少,电耗高低,能不能秒级起跑,能不能平滑变速,能不能稳定地停车,性能全靠IGBT。

IGBT是能量转换和传输的核心器件,其它电动汽车如高铁也大量使用IGBT,一辆高速铁路上要用近200个IGBT芯片,IGBT很贵,一块进口三菱的IGBT芯片IGBT很贵,IGBT控制芯片价值15万左右。用大约150块IGBT芯片的特斯拉Model3上,除了电池之外,这也是最昂贵的部件,占总成本的20%以上。

IGBT市场基本上被国外的英飞凌、三菱等公司垄断,中国有自主知识产权,做的比较好的是比亚迪。

(图/文/摄:太平洋汽车网问答叫兽)

④ 电动车多合一是变速器吗

是变速器。
电动车上的多合一系统是变速器,通过把不同功能的系统结合起来,形成的新的系统,可以用来进行调速。电动车通常使用的高速电动机,通过电控系统进行调速;而固定齿比变速箱可以通过齿轮的不同速比来改变车速。
传统内燃机汽车必须有变速箱,纯电动汽车可以没有,但不是一定没有变速箱。虽然电动汽车可以没有变速箱,但一般来说,有变速箱的电动汽车设计更加合理;不用变速器、离合器,电动汽车可以完成行驶的基本功能;但是,给电动汽车匹配上变速器、离合器,可以如虎添翼。

⑤ 新能源汽车电控系统有几个功能模块

新能源汽车电控系统有3个功能模块。

汽车电控即汽车电子控制系统,基本由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分组成,与车上的机械系统配合使用,并利用电缆或无线电波互相传输讯息,进行的“机电整合”。英国的汽车发展历史悠久,汇集了世界领先的企业、大学、赛车产业及自主项目,已经具备实现转型研发的实力。专业知识和前瞻性的思维是英国开发核心汽车技术的独特优势。

英国汽车的制造能力世界排名靠前,从产品的制造范围和所涉及的行业品牌规模便可见一斑。英国汽车的制造范围涵盖了包括乘用车、商用车、公交车、客车等多领域英国拥有可进行批量生产的7家乘用车制造商、8家商用车制造商、11家公交车客车制造商、逾10家大型高档车兼跑车制造商。

根据英国汽车制造商与交易商协会的数据,2013年,英国共生产整车160万辆,相当于每20秒钟就有一辆新车下线,其中77%的产品出口到世界各地。英国的汽车制造水平也吸引着世界各地的顶级制造商。

作为全球汽车发动机研发和生产的中心,英国的动力总成设计始终保持世界领先水平,尤其在发动机设计方面优势显著。2013年,英国总共生产255万台发动机,占整个欧洲发动机生产总量的30%,其中更有62%的发动机出口至100多个国家。

⑥ 新能源汽车三合一是什么

【太平洋汽车网】新能源汽车三合一是新能源汽车系统的内置三个重要单元:车载AC/DC电源充电器(简称OBC)、车载DC/DC电源转换器(简称DC)、以及车用高压连接集线盒(简称PDU),大部车型是分开的三个独立部件。

新能源汽车已成为众多车企设计研发的主流,因此,相关零部件的需求也日益提升。新能源电驱动核心组件包括电机控制器、驱动电机、减速器,选择好核心组件对提高新能源汽车的性能至关重要。

传统的电驱动系统采用的分布设计、“二合一”驱动系统难以解决电干扰等问题。如此看来,“三合一”驱动系统的出现,恰逢其时。

2020年,在新冠肺炎疫情肆掠全球的背景下,汽车主流零部件企业并没有放弃发展的机会,反而加速在中国布局新零件研发及生产能力。据相关统计,2020年至少有34家汽车零部件企业在中国建设新的研发基地或生产线,其中,新能源领域的新建零部件企业占据了较高比例。

由于汽车产业“新四化”(电动化、智能化、共享化、网联化)转型过程中,涌现出了大批传统燃油车从未有过的零部件需求,与智能汽车相关的技术创新将推动电子电器系统与软件价值的持续提升,并带来近24000人民币(约3585美元)的单车BOM增加。

新能源电动汽车的驱动电机用更低的成本、更小的重量、更高的效率,在技术上完美取代了传统能源汽车的发动机和减速箱组合,因此,它也成为各零部件厂家青睐的主流发展方向。

新四化带来的单车零部件价值增量示意图目前市面上流行的新能源车型覆盖了A、B、C级别全系车型,同时根据市场反应,也同时存在两驱车型和四驱车型,按照车辆的级别及前驱和四驱大致可以将新能源车型分为如下几个类型:FWD(FrontWheelDrive)意味则前轮作为唯一驱动轮驱动,AWD(AllWheelDrive)意味着前后轮均作为驱动轮驱动车辆前进,RWD(RearWheelDrive)意味着仅后轮作为驱动轮驱动车辆前进,不同驱动方式的特点及搭配策略如下图所示。

不同驱动方式的特点及搭配策略具体到汽车轮端,驱动电机是通过控制器将高压电池输入的直流电转化为交流电后,通过电池感应驱动电机高速旋转,然后通过减速系统将电机的扭力输出到轮端,产生车辆前进的驱动力。

汽车前驱集成电驱系统示意图分析其工作原理,驱动电机经过减速系统降速后,通过左右驱动轴及半轴驱动左右轮胎转动,由于整个传动系统像连接轮胎的桥梁,因此,集成电驱系统也被称为驱动桥。而四驱系统的前后轮分别有一套集成电驱系统,通过VCU(车辆控制单元)和集成电驱系统的电控一起控制转矩的动态分配。

(图/文/摄:太平洋汽车网问答叫兽)

⑦ 新能源汽车供电系统二合一和三合一的区别

新能源汽车供电系统二合一和三合一的区别在于方案设计不同。根据查询相关信息显示二合一方案则是将电机与减速器集成设计,三合一则是将电控,电机和减速器集成设计,三合一是目前电驱动系统的主流方案。新能源汽车供电系统采用三合一集成后也降低了电驱系统的故障率,可获得更大的乘坐空间和储物空间,车辆更轻,续航里程也更远。三合一属于混合动力汽车和纯电动汽车的制动系统不同点是,制动助力因车型不同有传统结构的真空助力、液压助力和电动助力。

⑧ 新能源汽车电驱动技术发展和产业化趋势

新能源 汽车 的动力系统包括电驱动系统与电源系统两大类

电驱动系统包含电机、电控制器、减速箱,是驱动电动 汽车 行驶的核心部件;电源系统包含车载充电机(OBC)、DC-DC 转换器和高压配电盒,是动力电池组进行充电、电能转换及分配的核心部件。

电驱动产业链涉及环节较多,可以概括为零件—总成—系统—整车厂四大层级。

上游零部件包括永磁体、硅钢体、功率模块、电容、传感器等,这一级的玩家对在整车产业链中属于“三级供应商”。在零部件基础上进一步设计组装得到电机总成、电控总成与传动总成,这一级的玩家可以称为车企的“二级供应商”;各个单独总成进一步集成为电驱动系统供货于车企,这一级玩家为行业“一级供应商”。

1.1. 大三电:电机、电控、减速器

1.1.1. 电机:扁线电机、高压电机带来新机遇

电驱动系统在新能源 汽车 成本中占比仅次于电池。电驱动系统(电机、电控、减速器)是新能源 汽车 动力总成的关键部件,相当于传统燃油车发动机的作用,直接决定整车的动力性能。其成本占比仅次电池,占比绝对值因新能源 汽车 品牌、车型而异。

驱动电机主要技术路径聚焦在永磁同步电机&交流异步电机上。永磁同步电机与交流异步电机的主要区别点在于转子结构,永磁同步电机会在转子上放置永磁体,由磁体产生磁场;而交流异步电机则是由定子绕组通电产生旋转磁场。功率密度、效率(高效率区间)是衡量电机性能的关键指标:

1)功率密度越大代表着相同功率下的电机体积更小,有利于节省空间&制造成本;

2)效率越高,说明电机端损耗越小,相同电池容量下,新能源车续航里程更长。

永磁同步电机为目前应用最多的电机类型,异步电机在高端车型双电机配置下会有部分使用。相比交流异步电机,永磁同步电机功率密度更高、高效区间更宽、质量更轻。

根据第一电动 汽车 网统计信息,2022 年 3 月,我国新能源 汽车 共配套驱动电机 50.97 万台,其中永磁同步电机为 48.60 万台,占比 95%,适用于大部分主流车型;交流异步电机配套 2.09 万台,占比为 4%,主要配套包括特斯拉 Model Y、岚图 FREE、蔚来 ES8、奥迪 e-tron、大众 ID.4 CROZZ 等车型。交流异步电机在高速中应用性能更优,同时具有成本优势(稀土永磁材料成本较高,同功率的永磁同步电机价格更高),目前配套多以高端车型、双电机方案为主 (蔚来 ES8 是前永磁同步+后交流异步,特斯拉 Model Y 2021款采用前感应异步+后永磁同步)。

多电机在高端车型中应用有所增加,故单车配套电机数也随高端市场占比而变化。

相比单电机,双电机可以显著提高 汽车 的加速性能与续航能力。同时,双电机多意味着四驱系统,可以提供更好的附着力,从而提高安全性能。近年来,在高端车型中双电机的应用不断增加,特斯拉、蔚来、奥迪、大众、奔驰都陆续推出搭载双电机的车型。而在法拉第 FF91 和荣威 MarvelX 中更是使用了三个电机。

扁线:可有效提高电机功率密度,减少铜损耗以提升效率。

1)功率密度高:相较于传统的圆线绕组电机,扁线电机将圆形导线换成矩形导线,因此相同面积的定子线槽可以塞进更多面积的导线,进而提高功率密度。

2)效率高、损耗小:铜损耗在电机损耗里占比达 65%,因此为提高电机效率,需采用更合理的定子绕组,从而降低铜耗。此外,扁线截面更粗使得电阻相对更小,铜导线发热损失的能量也越小。而且扁线电机的端部尺寸短 5-10mm,从而降低端部绕组铜损耗。

3)重量、NVH 等方面也存在优势。

发卡电机为应用最广泛的扁线技术,产线投资高,产业化仍处于前期阶段。根据线圈绕组方式差异,扁线电机可分为集中绕组扁线电机、波绕组扁线电机与 Hairpin(发卡)扁线电机,其中发卡电机应用最为广泛。相对圆线电机,扁线电机无法进行手工制造、自动化要求较高——绕组制造过程非常复杂,需要先将导线,制作成发卡的形状,然后通过自动化插入到定子铁芯槽内,然后进行端部扭头和焊接。高自动化及定制化使得扁线电机产线投入较高,根据方正电机,2021 年来公司已先后投资 17.42 亿元用于产线建设,对企业资金实力有较大挑战。

雪佛兰和丰田开启扁线电机应用先河,近年来渗透率不断提升。2007 年,雪佛兰VLOT 采用的电动 汽车 中就有发卡式扁线电机,其供应商为雷米。2015 年,丰田发行了装载扁线电机的第四代普锐斯,其电机供应商为 Denso。在扁线电机更高的效率加成下及内外资电机厂商批量化工艺的成熟,近年来其应用不断增加,2020 年来,保时捷、比亚迪、特斯拉等车企纷纷推出装载发卡式电机的新车型,渗透率不断增长。根据方正电机公司年报,2020 年全球新能源 汽车 行业扁线电机渗透率为 15%,我国扁线电机渗透率约为 10%。2021 年随着各主流车企大规模换装扁线电机,特斯拉换装国产扁线电机,我国扁线电机渗透率已与全球扁线电机渗透率同步增长至 25%。

此外,在高端车型中,搭载扁线电机数量也开始从原来的单电机增加到双电机。例如,保时捷首款纯电动跑车 Taycan 便采用了三电机。

高压:缩短充电时间、提高电机效率以延长里程的重要措施。纯电乘用车电压通常在 200-400V 之间,在同等功率下,当电压从 400V 提升到 800V 后,线路中通过的电流减少一半,产生的功率损耗更小,从而可以提高充电效率、缩短充电时长,进而改善新能源 汽车 使用体验。同时,工作电流的减少将降低功率损耗,继而可以进一步降低同样行驶里程中的电量消耗,从而延长 汽车 里程数。2021 年为我国 800V 高压快充元年,行业发展有望加速。

2021 年来,比亚迪(e 平台)、理想、小鹏、广汽(埃安)、吉利(极氪 001)、北汽(极狐)等车企纷纷布局 800V 快充技术,我国 800V 高压快充行业进入发展加速期。

高压化下对 汽车 电子各环节都将带来新挑战,目前应用仅停留在高端车型。新能源 汽车 要实现 800V 及以上高压平台兼容,除了需要提高电机、电池性能外,PTC、空调、OBC、高压线束等部件都需要重新适配,此外还面临更高电压带来的安全、热管理、成本等多方面挑战。受以上因素影响,目前 800V 高压平台应用还仅停留在部分高端车型。

油冷:采取合理的电机热管理设计可以进一步提升功率密度。电机的功率极限能力往往受限于电机温升极限,因此提高电机冷却散热能力可以快速提高功率密度,同时防止永磁体在高温时发生不可逆的“退磁”。目前常用的冷却方式为水冷,但其无法直接冷却热源,热量传递路径长、散热效率低;相较于水冷,油冷的优势在于油品具有不导电、不导磁、绝缘等性能,因此可以直接接触热源,形成更安全的热交换,提高散热效率。

故相同的绕组绝缘等级下,油冷电机可以承受更高的绕组电流,长期工作功率更高。

1.1.2. 电机控制器:IGBT 掣肘,单管并联纾困

电控系统通过电机控制算法发出信号驱动电机转动,进而控制整个车辆的动力输出。电控系统可分为主控制器和辅助控制器:

1)主控制器控制 汽车 的驱动电机;

2)辅助控制器控制 汽车 的转向电机、制动器、空调等。

我们本文重点讨论的电控系统主要指主控制器,主要由控制板(接受整车控制器的信号指令,运行电机控制算法,发出控制指令给功率板)、功率板(接受控制板指令,频繁通断 IGBT/MOSFET,控制电机转动)、壳体等组成,在控制器中,控制电路板、功率电路板成本主要在于 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(功率场效应晶体管)、MCU(微控制器)、电源芯片等半导体器件。

电控开发需要从硬件、软件两方面协同进步。类似电机,电机控制器的核心指标同样为功率密度、效率,软硬件的优化也是围绕这两大核心主题展开。

1)硬件角度,功率半导体单管并联方案将具备高性价比优势,或成 A 级以下车型主流硬件配置;而模组方案凭借更高可靠性,在中高端车型占据核心地位。器件方面,碳化硅有望逐步渗透。

2)软件角度,需要在可拓展性、易维护性、功能安全性等方面的不断提高。

功率半导体 IGBT 占电控成本比重较高,主要参与者为国外功率半导体巨头。根据盖世 汽车 数据,2017 年功率板的核心器件 IGBT 模块,占到电控总成本高达 37%。根据Yole,2020 年全球 IGBT 行业销售额 TOP15 公司中共 14 家为国外企业,而英飞凌(Infineon)更是凭借 14.33 亿美元的收入连续多年稳居全球第一。

功率半导体在新能源 汽车 中的应用可分为模组&单管并联这两种路线,两者有各自适用的场景。模组为高度集成的功率半导体产品,保证了电控成品的可靠性&良率高,同时降低了系统设计的复杂度。以 IGBT 为例,由于车规级功率半导体主要被英飞凌等外资占据,其往往提供特定参数规格的标准 IGBT 模组,然而模组参数往往不能很好适配具体需求,因此标准模组在不同功率的驱动电机控制系统中容易出现容量受限、结构安装等问题。若采用多个 IGBT 单管并联(通过复合母排、冷却装置等部件一同封装),则可以根据不同车型灵活设计冗余量,并且单管成本显著低于模块,在成本要求较高的A 级以下车型使用得更为普遍。但多个 IGBT 单管并联时,由于各单管参数的分散性、输出电流的不一致性,可能使系统可靠性较差,整个 IGBT 模组寿命也会缩短,对企业技术、制造能力考验大,故中高端 B 级以上车型通常使用可靠性更强的模组路线。

碳化硅功率器件可显著提高电控效率、功率密度等性能。碳化硅材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和迁移速率高等性质,相比硅基 IGBT,碳化硅元器件体积更小、频率更高、开关损耗更小,可以使电驱动系统在高压、高温下保持高速稳定运行(硅基IGBT 只能在 200 以下的环境中工作)。根据意法半导体,在 400V 电压平台下,相较于硅基 IGBT,碳化硅功率件有 2-4%的效率提升;在 750V 电压平台下,碳化硅器件有3.5-8%的效率提升。

越来越多的高端车型已采用碳化硅电控。

1)车企角度,2021 年奥迪 e-tron GT 与福特 Mach E、特斯拉 Model S 等新车型也纷纷采用了碳化硅器件。2021 年 10 月,通用 汽车 与 Wolfspeed 签订了碳化硅供应协议,在原材料上抢先布局。国内车企也不断布局碳化硅,比亚迪发布了碳化硅车系平台 e-Platform 3.0,小鹏 G9、蔚来 ET7 等采用碳化硅电控的车型也有望在 2022 年交付。

2)供应商角度,根据精进电动招股说明书,公司采用全 SiC 模块,可以使控制器的功率提高 20kW 同时使其重量减少 6kg,逆变器尺寸缩小 43%。根据英搏尔,碳化硅电机控制器的损耗下降了 5%,电驱动系统整体 NEDC 平均效率提升 3.6%,整车 NEDC 续航提升 30km、增幅达 5.8%。

除了电机控制器外,碳化硅器件在 OBC、DC/DC、无线充电等“小三电”中也有应用。例如,欣锐 科技 早于 2013 年正式将 Wolfspeed 的碳化硅方案应用于 OBC 产品,2021 年为比亚迪 DMi 车型提供碳化硅电源类产品。目前制约碳化硅器件应用的主要因素为成本,伴随着未来碳化硅产业链的发展完善,相关器件应用渗透率将稳步提升。

软件:电控的进步体现在可拓展性、易维护性、功能安全性等方面的不断提高。

1)可拓展性:电控软件开发通常会使用 AUTOSAR 工具链(B 级及以上车把 AUTOSAR 作为“标配”)。AUTOSAR(AUTOmotive Open System Architecture, 汽车 开放系统架构)是由全球各大 汽车 整车厂、汽零供应商、 汽车 电子软件系统公司联合建立的一套标准协议,旨在有效地管理日趋复杂的 汽车 电子软件系统。AUTOSAR 规范的运用使得不同结构的电子控制单元的接口特征标准化、模块化,应用软件具备更好的可扩展性、可移植性,缩短开发周期。


2)易维护性:是指在软件后续使用过程中,及时实现远程更新升级与性能优化。OTA(Over-the-Air)技术可以降低维护成本,创造新的收入来源,目前已经在 汽车 行业包括其控制器总成上持续推广。3)安全性,电驱动系统的控制器总成对新能源 汽车 的动力输出进行直接的调节控制,是保证安全性的重要一环。在 汽车 行业逐步引入 ISO26262 标准之后,基于功能安全的车用软件开发对电控软件提出了新的要求。

1.1.3. 减速器:单档路线为主,两档减速可以期待

电机高速化趋势明显,带动减速器向两档减速方向发展。减速器是影响电驱动系统整体 NVH 性能的关键。按照传动等级分类,减速器可以分为单级减速器、两档减速器以及两档以上减速器。在电机高速化的趋势下,减速器正在经历从单级到多档的产品演变过程。目前,丰田普锐斯和特斯拉 Model 3 电机转速均已达到了 17900rpm,国内车企转速略低,但基本也都达到了 16000rpm,下一步规划便是 18000-20000rpm,电机高速化性能的提升需要相应的高性能减速器来配套。

单级减速器结构简单、成本较低、体积小,因此目前仍为主流应用。但在高转速区间,单档减速器由于传动比单一,在最高或最低车速以及低负荷条件下,电驱动效率会下降,浪费电能而减少行驶里程,此外减速器高转速时会带来 NVH 等问题。

两档减速器在混动车中率先应用,纯电动车应用可以期待。相较于单档减速器,两档减速器一方面使驱动电机在更高效的区域运行,从而提升驱动系统效率。另一方面,采用两档减速器后,传动比可以做到更高, 汽车 动力性随之增加、减少百公里加速时间。

此外,采用两个档位后,驱动电机可以更加小型化、低速化,从而降低电机及电控的成本。目前,采埃孚、GKN、麦格纳、Taycan 等企业均已推出两档减速器产品。

1.2. 小三电:OBC、DC/DC、PDU

“小三电”是 OBC、DC/DC、PDU 三大类电源产品,三者一同搭建了 汽车 内部的“能源网络”。OBC(充电机)负责将来自电网的交流电转换成直流电给电池充电; 汽车 电气电子系统中,不同部件需要的电压等级不尽相同,故需要 DC/DC(直流-直流变换器)转换电压;PDU(高压配电盒)负责内部“电气能源网架”的互联互通。

半导体器件成本占比较高,部分仍依赖进口。根据威迈斯招股说明书,在电源产品中,半导体器件、电容电阻为主要成本构成,占比分别为 23%和 16%。而由于半导体器件与部分电容产品国产化水平较低,多数公司仍采用外资供应商为主。例如,威迈斯主要供应商为 TI、英飞凌、意法半导体、贵弥功等,2016-2018 年公司进口原材料金额占比分别为 22.30%、19.96%、28.71%,其中 IGBT、MOSFET 海外主要供货商英飞凌占比最高,2016-2018 年采购金额占比分别为 3.18%、6.61%、7.28%。

技术持续演进,集成化趋势同样显著,软硬件能力都将迎来考验。早期车载电源产品主要采用模拟控制技术,产品功能较为单一,配套的软件只具备检测功能,不能实现精准控制。之后车载电源产品向数字化技术转变,能够实现复杂的控制算法,实现输出参数的灵活调整和精准控制,提高了软件系统的操控性,包括车载电源的诊断、升级和参数调整等应用需求。下一代车载电源产品将向集成化转变,在硬件、软件、体积、重量四个维度实现创新突破。硬件上有望将进一步采用更高性能的碳化硅器件;软件上将开发过程转换为模型化编程及满足 AUTOSAR 的接口方式,提升软件稳定性和灵活性;在体积和重量上实现小型化、轻量化。

1.3. 集成化:1+1+1 3,深度集成方兴未艾

1+1+1>3,电驱动由最初“结构集成”向“深度系统集成”演进,集成化“多合一”总成产品成为主流趋势。以往动力系统的电机、电控、电源多单独采购,根据其电气、机械结构进行集成组装;随着新能源 汽车 零部件要求不断提高,“多合一”总成产品通过巧妙设计将电机、电控、减速器、电源“深度集成”,减少彼此间的连接器、冷却组件、高压线束等部件。“多合一”集成式系统相比分体式产品的优势主要体现在以下方面:

1)性能更优:降低了各部件之间连接部位的效率损耗,提高整车的 NVH 性能,从而提高了集成系统的可靠性;

2)成本更低:集成式电驱动系统可以减少车内部的高压线束、连接器数量,节约线束与连接器成本,从而使集成式系统更具有经济性。

3)更省空间:集成式产品体积更小、重量更轻,有利于节省车内空间。

集成化电驱动系统渗透率不断提升。根据 NE 时代新能源,2020 年/2022 年 1-4 月我国新能源乘用车“三合一”电驱动系统搭载量为 50.27/79.26 万台,渗透率为44.91%/61.63%,目前基本涵盖大部分 A 级车、B 级以上车型。

现有集成产品以“三合一”为主,集成度更高的“多合一”新产品也在不断问世。

根据 NE 时代新能源,2022 年 1-4 月新能源乘用车搭载的电驱动系统中,分体式、电机/电控“二合一”合计占比为 44%,“三合一”占比为 52%,“多合一”占比为 4%。同时,OBC、DC-DC、PDU 等充配电系统集成产品应用也不断增加,结合电驱系统集成产品将形成集成度更高的多合一平台。

华为 DriveOne“七合一”电驱动系统打造多合一集成新标杆,比亚迪和上汽变速器也陆续推出多合一产品。

1)华为七合一系统集成了 MCU、电机。减速器、DC-DC、 OBC、PDU、BCU 七大部件,具有开发简单、适配简单、布置简单、演进简单等优势。

相较于“三合一”,该产品体积减少 20%、重量减轻 15%。此外,华为 DriveOne 系统可实现 7dB 的超静音,并具有 80%NEDC 效率,提升整车驾驶体验。根据 NE 时代新能源,华为“三合一”电驱动总成已在长安 CS-GXNEV 和赛力斯 SF5 两款车型中得到应用,但目前其七合一产品还没有在整车中的应用案例。

2)比亚迪“海豚”八合一系统即成立VCU、BCU、PDU、DC-DC、OBC、MCU、电机、减速器八大部件;

3)上汽变速器&威迈斯的七合一系统集成电机、电控、减速器、OBC、DC-DC、PDU、BCU 七大部件。

1.4. 总结:千亿空间市场广阔,技术变革推动天花板不断打开

据前文所述,新能源 汽车 电驱动、电源系统围绕“高效率区间、高功率密度”等核心性能,其技术迭代仍在演进,而且针对不同车企、不同车型大多需要“量身定制”。

截至 2022 年 4 月,国内电动车销量结构成“纺锤形”——B 级和 A00 级车型销量占比较高。分车型来看电驱动技术,1)A/B 级及以上中高端车型通常因价格较高、可降本空间大,性能要求高,故对“三合一”乃至“六合一/七合一”等更青睐,扁线、碳化硅有 望率先在中高端车型进行渗透。2)A00/A0 级的低端车型对成本要求更高,故倾向于采 购分体式产品,部分也会采用成本低的“三合一”。即使对同一级别车型,不同车企及电动化平台均有各自技术架构,需要电驱动企业去配合设计,故当前定制化水平仍较高。

1)技术变革带动需求结构变化:在电机技术方向上,扁线电机渗透率有望在未来5 年快速提升,我们假设 2025 年在电驱三合一市场的综合渗透率将达到 87%;在单车配套电机数量上,双电机目前仍主要应用于高端车型,我们假设 2025 年双电机在电驱三合一市场综合渗透率将达到 5%。在电控方向,由于碳化硅性能优势较强,近年应用增长较快,考虑其降本速度,我们假设碳化硅电控渗透率稳步提升、2025 年在电驱三合一市场综合渗透率达到 26%。

2)规模化带动价格下降:电机方面,扁线电机厂家近年产能扩展迅猛,我们预计规模化将带动价格快速下降,同时随着扁线电机渗透率提升,与圆线电机价格差异持续缩小,经济性更为突出;电控方面,碳化硅同样持续降本。

3)集成化占比提高:我们将电驱动&电源市场分为分布式、二合一、三合一(含少量“多合一”),我们假设“三合一”渗透率不断提升、2025 年达到 59%(基本覆盖 A 级及以上的车型)

行业参与者可分为“三大阵营”:整车厂自供体系、动力系统集成商、第三方电驱动供应商。

1)整车厂自供体系(in-house):出于供应链安全、成本控制等考虑,整车厂多设立子公司或合资公司自供电驱动、电源产品,代表公司有特斯拉、比亚迪旗下的弗迪动力、蔚来旗下的蔚然动力、长城旗下的蜂巢能源等。

2)动力系统集成商(Tier1):通常为海外 汽车 零部件巨头,如联合电子、日电产、博世、大陆、博格华纳等,凭借深厚的技术、工艺等积淀拓展至新能源 汽车 领域,本身产品力强、产能规模大,且具备全球主流车企客户资源。

3)第三方电驱动供应商:近年来快速崛起,独立第三方根据业务侧重点可以分为电控为主、电机为主的厂商,但是在集成化的趋势下,企业通常会同时布局电机、电控、电源与“多合一”系统。根据公司业务结构差异,又可分为以下几类:

1) 整车厂自制 VS 向第三方外采:

我们认为,未来 5-10 年仍将是自主品牌与新势力车企崛起的机遇期。一方面由于新能源 汽车 更新换代速度要高于传统燃油车,相比外资品牌,自主品牌的“包袱”更小,能够更加快速地进行变革。另一方面,新能源 汽车 扎根本土,对消费者需求有更深刻的认知,可以敏锐捕捉到消费者需求变化并快速响应。

上述核心车企采购逻辑(自制 or 开放供应链)影响了第三方可触及的市场空间。

对于前述的“中高端、中端、中低端”市场,车企通常有各自的采购偏好:

2021 年/2025 年第三方供应商总体销量份额为 40%/60%。整车厂前期因新能车出货量相对不大,部分车企选择自制电驱动/电源系统,但后期随新能源车年销量过百万辆、车型品类丰富等,对自制体系的成本控制能力、快速研发能力、产能等都提出较大挑战。届时,我们预计第三方凭借技术平台完备,以标准化促定制化开发,叠加定点车型销量较大,规模效应强劲,在成本、开发速度、产能方面均具备更强竞争优势。不同于燃油车,电池、电驱作为新能源 汽车 中最重要的板块,如果全部外包给第三方供应商,那么留给车企的参与环节将大幅减少,这将不断降低产业壁垒,缩小盈利空间,因此从整车厂的经营战略来考虑,部分车企未来仍会坚持“部分自供”。综上,我们预计多数整车厂在性能要求苛刻的中高端平台(B 级及以上)部分采用自供体系、部分外供,中端、中低端市场的车型开放供应链给第三方。结合上一节不同品牌车的销量占比数据,我们测算 2021 年第三方供应商总体销量份额约 39.96%,至 2025 年份额有望提升至 60.38%。

2) 第三方供应商竞争焦点(第三方 VS 第三方):

国内主流厂家在技术上和海外 Tier1 的差异在逐步缩小。海外 Tier1 在传统车零部件研发生产上走在世界前列,但是近年来我国电驱动供应商在技术上不断实现突破,与国外先进水平差距逐步缩小,核心性能基本与海外 Tier1 相差不大,在新技术路线的布局方面也处于同一起跑线甚至领先一步。

高压化(基于碳化硅的电驱动产品):在电机方面,方正电机基于 800V 碳化硅平台的驱动电机目前已完成客户项目定点,有望于 2022Q3 量产。在电控方面,日立为保时捷 Taycna 提供了基于 Si-IGBT 技术的 800V 的逆变器。在电驱动总成方面,汇川技术、臻驱 科技 、中车时代等都已推出了应用碳化硅的驱动集成产品,其中汇川的第四代动力总成已在小鹏 800V 高压平台车型中实现量产。

扁线电机:方正电机、大洋电机、华域电动等生产的扁线电机均已得到应用,例如方正电机产品已量产配套蔚来 ET7,大洋电机已量产配套北汽 48V BSG。

⑨ 新能源汽车电机控制系统有哪些功能

电机控制器的作用就是控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置。

⑩ 新能源汽车电控系统的组成是什么

【太平洋汽车网】新能源汽车电控系统由ECU等控制系统、传感器等感应系统、驾驶员意图识别等子系统组成。电控系统被称为新能源汽车的大脑,作为三大核心技术之一,其主要还涵盖了电机控制系统和电池管理系统。电控系统,一般是由主机厂来参与研发。

技术电池技术、电机驱动及其控制技术、能量管理技术以及电动汽车整车技术为电动汽车四大关键技术。电控系统用于控制电池、电机等组件,其功能包括:电池管理,发动机、电动机能量管理等。

电控系统由ECU等控制系统、传感器等感应系统、驾驶员意图识别等子系统组成。电控系统的材料成本占比不高,但需要经过多次试验才能掌握关键算法,尤其是混合动力汽车涉及油、电混合的控制策略,技术壁垒较高。

电机控制器作为新能源汽车中连接电池与电机的电能转换单元,是电机驱动及控制系统的核心,主要包含IGBT功率半导体模块及其关联电路等硬件部分以及电机控制算法及逻辑保护等软件部分。

电机驱动控制系统(包括驱动电机和电机控制器)是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,控制和驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。

一般来讲,电机控制器的主要由如下几部分组成:

1、电子控制模块()包括硬件电路和相应的控制软件。硬件电路主要包括微处理器及其最小系统、对电机电流,电压,转速,温度等状态的监测电路、各种硬件保护电路,以及与整车控制器、电池管理系统等外部控制单元数据交互的通信电路。控制软件根据不同类型电机的特点实现相应的控制算法。

2、驱动器(Driver)将微控制器对电机的控制信号转换为驱动功率变换器的驱动信号,并实现功率信号和控制信号的隔离。

3、功率变换模块(PowerConverter)对电机电流进行控制。电动汽车经常使用的功率器件有大功率晶体管、门极可关断晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管以及智能功率模块等。

(图/文/摄:太平洋汽车网问答叫兽)

热点内容
烟台市办理汽车维修资质 发布:2023-01-27 22:06:52 浏览:360
认为汽车维修前景如何 发布:2023-01-27 21:50:44 浏览:823
汽车后排地台改装 发布:2023-01-27 21:48:29 浏览:656
在汽车维修店买保险 发布:2023-01-27 21:47:48 浏览:946
皮卡堂蝶舞纷飞时装怎么的 发布:2023-01-27 21:44:36 浏览:473
昆明汽车配件黄页 发布:2023-01-27 21:34:18 浏览:625
漳州hooray欢乐岛房车 发布:2023-01-27 21:33:28 浏览:702
4399皮卡堂蓝色海岸女 发布:2023-01-27 21:30:06 浏览:299
锐骐皮卡25柴油能上京牌 发布:2023-01-27 21:28:26 浏览:910
小型路面清扫车价格 发布:2023-01-27 21:24:20 浏览:588