不要小看 聊聊集成化電驅動系統正確玩法

  糾錯  2019/5/27 14:07:00  糾錯 推薦指數: ★★★   加入收藏

集成化設計,用白話說就是“多合一”,在汽車領域,集成化設計比較普遍,比如我們今天要聊的集成化電驅動系統;千萬不要小看電驅動系統的集成式設計,它能讓我們獲得更大的乘坐、儲物空間,甚至還能為我們省電;那么究竟什么樣的電驅動系統才算集成式設計呢?它不會給我們帶來弊端嗎?這又是不是未來的正確發展方向呢?

60秒快速閱讀:

1、電驅動系統由電控系統、電動機、逆變器、減速器等部件組成;

2、集成化電驅動系統由最初的二合一設計,演變成三合一設計、集成式電驅動橋設計;

3、集成化電驅動系統有效降低了生產成本,減小了系統體積、重量,也使其布局更加靈活;

4、集成化電驅動系統的熱管理更加復雜、維修不便利、故障率可能增加;

5、集成化電驅動系統是發展趨勢,但日后電驅動系統如何集成充滿各種可能性。

● 老說電驅,電驅都有啥?

電驅動系統包含的部件較多,比如電控系統、電動機、逆變器、減速器等等,電動機大家一定非常熟悉,但電控系統、逆變器、減速器這些部件的作用都是什么呢?它們在整個電驅動系統中充當了什么角色呢?

首先整個驅動模塊的“大領導”就是電控系統,若沒有電控系統的“指揮”,驅動模塊的各部件就像一群無組織的孩子,根本不知道如何做到有條不紊。而電控系統又可分為四個模塊,分別是整車決策模塊(VCU)、驅動系統模塊(MCU)、電池控制模塊(BMS)以及電子管理模塊(BMU)。

負責指揮電機如何工作、如何輸出動力的模塊即MCU(驅動系統模塊),其可實現對電機功率單元、扭矩、功率、轉速、電流轉換的控制。MCU將控制指令轉換為信號傳遞給IGBT,IGBT再接收、執行這些指令。

IGBT是MCU的“下家”,同時又是逆變器的核心、執行單元,IGBT的作用即是指揮逆變器對電流做出正確的轉換;逆變器又有什么作用呢?由于電機需要的是交流電,而動力電池所提供的電流為直流電,所以這中間就需要逆變器來轉換——將電池輸出的直流電轉換為交流電傳遞給電機。

逆變器將電池中的電流傳遞到電機,電機是不是就可以直接驅動車輪了呢?如下圖所示,電機的動力輸出特性為:從0rpm/min開始輸出峰值扭矩,但當電機轉速高于恒扭矩區間時,電機扭矩就會有所下降,所以這時就需要減速器的介入,減速器通過多級齒輪的傳動即可實現降低轉速、提升扭矩的效果,從而滿足車輛高速行駛時對扭矩的需求。

● 什么樣的電驅動系統算是集成化?

我們說完了電驅動系統的幾部分,那是不是直接把這幾部分用連接線連起來就行呢?最初的電驅動系統確實不存在集成式設計,其電機、逆變器、充配電系統等部件均單獨布置,各部件間靠線束連接即可,這也導致當時的電動車驅動系統如下圖所示,看起來十分復雜。集成化電驅動系統如何實現呢?雪佛蘭Bolt(參數|詢價)就采用了二合一電驅動系統,二合一也是最初的集成式設計。

雪佛蘭Bolt將永磁電機、減速器與車橋集成在一起,形成了簡單的集成式電驅動橋。雖然雪佛蘭Bolt結構圖中各部分看起來還是比較復雜,但至少其驅動橋做到了二合一,如果單看驅動橋的話,如此集成化設計確實縮短了各部件間的距離,使整體結構變得更加緊湊。

除了雪佛蘭Bolt的電驅動橋,零部件供應商博格華納、采埃孚的集成式電驅動橋也是當今電動車領域集成化應用的例子,它們所做的集成化系統由二合一升級成了三合一、多合一;以博格華納的31-01型eGearDrive電驅動橋為例,其將電機、電控、減速器等部件與車橋相結合,相比普通電驅動系統來說,它同樣做到了結構緊湊、重量較輕,特斯拉Roadster搭載的就是該電驅動橋,且目前該產品已被特斯拉買斷。

除了國外的產品,目前許多中國品牌電動車也趨向于采用高度集成化的電驅動系統。比如蔚來的電驅動系統、比亞迪e平臺的驅動模塊,它們采用不同形式將電機、電控、逆變器、減速器中的三種集成在了一起,業界也稱之為三合一集成式設計,目前三合一也是比較常見的集成化方式。

我們以蔚來汽車的“三合⼀”⾼度集成化電驅動單元(PEU,GB,EM)為例,PEU即逆變器,GB即Gearbox減速器,EM即E-Motor一體集成電機,此外其逆變器本身還集成了電機控制器、IGBT,所以其整個驅動單元實際包括了電動機、減速器、逆變器、電機控制器、IBGT。

再以比亞迪e平臺的多合一動力模塊為例,其三合一動力模塊集成了電機、減速器、驅動系統電控;此外,其高壓充配電系統也是通過集成了車載充電器、逆變器、配電箱而實現的高壓電三合一模塊,甚至其各種車身控制器也都集成在了一塊PCB板上,這些集成化模塊組合起來也就誕生了比亞迪e平臺的“33111”(驅動3合1、高壓3合1、1塊多合一控制器、1塊配備DiLink系統的屏幕、1塊高性能電池)。

既然如今國內外有這么多制造廠商都在做集成化電驅動系統,證明“集成式”設計確實有其獨到之處,那么我們就聊一下它為何如此受歡迎,再聊聊它存在哪些弊端呢?

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