“新能源汽車進(jìn)行時(shí)”——新能源汽車之驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)

文:2014年9月

導(dǎo)語(yǔ):作為新能源汽車的核心部件,電動(dòng)汽車電機(jī)控制要求更高——電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、快速啟動(dòng)和制動(dòng)以及電機(jī)效率背后都涉及到電機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù),將直接關(guān)系到電能利用效率、整車性能、駕駛體驗(yàn)以及車輛行駛安全。

    驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器是新能源汽車的核心部件。在一輛純電動(dòng)汽車中,驅(qū)動(dòng)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)車輛行駛唯一動(dòng)力裝置,相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)。

    作為新能源汽車的核心部件,電動(dòng)汽車電機(jī)控制要求更高——電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、快速啟動(dòng)和制動(dòng)以及電機(jī)效率背后都涉及到電機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù),將直接關(guān)系到電能利用效率、整車性能、駕駛體驗(yàn)以及車輛行駛安全。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
    車輛的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式可分為集中驅(qū)動(dòng)與車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。集中驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以沿用內(nèi)燃機(jī)汽車的部分傳動(dòng)裝置,是目前應(yīng)用最多的電驅(qū)動(dòng)方式,容易處理電機(jī)冷卻、防振以及電磁干擾等問(wèn)題。

    車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的范例是三菱汽車公司應(yīng)用開(kāi)發(fā)的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車,和日產(chǎn)汽車公司開(kāi)發(fā)的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車。

    相比傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī),新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)有更高的技術(shù)要求。類型主要有四種:直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁無(wú)刷電機(jī)(包括永磁同步電機(jī))和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。從綜合性能來(lái)看,永磁同步電機(jī)最具優(yōu)勢(shì),更能代表新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展方向。

    集成化是另一大趨勢(shì),電機(jī)系統(tǒng)的集成化主要包括機(jī)電集成和電力電子集成,前者能有效降低系統(tǒng)重量和成本,后者是解決變流器成本和效率的最佳方案,其中功率器件IGBT模塊封裝的技術(shù)壁壘較高。

    國(guó)外:不少企業(yè)電機(jī)為內(nèi)部配套,博世等零部件巨頭具有很強(qiáng)實(shí)力。除Tesla以外,國(guó)外新能源汽車電電機(jī)已基本采用永磁同步電機(jī)。寶馬、大眾、豐田、日產(chǎn)的電機(jī)系統(tǒng)均為內(nèi)部配套,此外,在新能源汽車電機(jī)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力領(lǐng)先主要為博世、大陸、麥格納等大型零部件集團(tuán)。

    國(guó)內(nèi):綜合實(shí)力較強(qiáng)的為北京精進(jìn)、上海電驅(qū)動(dòng)、大洋電機(jī)等。我國(guó)新能源客車主要采用交流異步電機(jī),乘用車則基本采用永磁同步電機(jī)。國(guó)內(nèi)目前能為新能源商用車提供電機(jī)的企業(yè)較多,但同時(shí)能為商用車也能為乘用車提供電機(jī)的企業(yè)則相對(duì)較少,綜合實(shí)力較為突出的主要供應(yīng)商包括北京精進(jìn)、上海電驅(qū)動(dòng)、大洋電機(jī)等。

控制系統(tǒng)
    電機(jī)控制技術(shù)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一,它對(duì)電動(dòng)車的性能將產(chǎn)生巨大的影響。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的原理、種類差別很大,因此,對(duì)每類電機(jī)的控制都是針對(duì)該類電機(jī)的原理采用適當(dāng)?shù)目刂品绞健?/p>

    簡(jiǎn)言之,直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速是靠控制電樞和勵(lì)磁來(lái)實(shí)現(xiàn)的。交流電機(jī)采用矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。永磁電機(jī)的控制較復(fù)雜,為實(shí)現(xiàn)最佳控制,常采用兩種或幾種控制方案結(jié)合運(yùn)行。如采用最大轉(zhuǎn)矩控制和弱磁控制相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的效率最佳化和寬范圍調(diào)速的控制技術(shù)以及轉(zhuǎn)矩控制和PWM控制集成一體的控制技術(shù)等。

    隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)各種智能控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用于汽車電機(jī)控制中,使汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、抗干擾強(qiáng),極大地提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)性能。

驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)精品盤點(diǎn)

 

博世:分離式電機(jī)
    產(chǎn)品特色:采用永磁同步電機(jī)形式、分布式繞組結(jié)構(gòu),其徑向尺寸小,質(zhì)量輕,轉(zhuǎn)速范圍高,適用于高傳動(dòng)比系統(tǒng)。


 

博世:同軸式電機(jī)
    產(chǎn)品特色:采用永磁同步電機(jī)形式、集中式繞組結(jié)構(gòu),其軸向長(zhǎng)度短,易于變速箱、離合器等動(dòng)力系統(tǒng)集成。


 

博世:電力電子控制器
    產(chǎn)品特色:電力電子控制器由逆變器和DC/DC轉(zhuǎn)換器組成。逆變器通過(guò)電力電子器件對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制和監(jiān)控,以確保電機(jī)可靠地向動(dòng)力系統(tǒng)輸出扭矩以滿足其需求。DC/DC轉(zhuǎn)換器將動(dòng)力電池的高壓轉(zhuǎn)化成12伏低壓,向車輛電器負(fù)載提供能量。


 

博世:電力軸驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)
    產(chǎn)品特色:在該混合動(dòng)力系統(tǒng)中,車輛前艙發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)保持不變,通過(guò)放置在后軸的電機(jī)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量回收和純電力驅(qū)動(dòng)的功能。而且,該結(jié)構(gòu)具有四輪驅(qū)動(dòng)功能,因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)可以同時(shí)工作,驅(qū)動(dòng)車輛。


 

 

大陸電子:軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)
    產(chǎn)品特色:與ZFFriedrichshafenAG公司合作,推出全面集成在動(dòng)力總成系統(tǒng)和混合動(dòng)力變速箱中的電機(jī)。在混合動(dòng)力其他應(yīng)用方面,我們的系統(tǒng)還包含側(cè)置式起動(dòng)發(fā)電機(jī)(SSG)和軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)。


 

匯川技術(shù):InoGreenIEVD系列電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)器
    產(chǎn)品特色:集中匯川技術(shù)多年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)中積累的經(jīng)驗(yàn)和智慧,已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)知名的電動(dòng)轎車、電動(dòng)大巴車、混合動(dòng)力車等類型的新能源汽車。


 

吉泰科:HB100新能源汽車控制器
    產(chǎn)品特色:兼容交流異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng);水冷和風(fēng)冷兩種冷卻方式可選;支持CAN總線控制、端子控制;應(yīng)用于乘用車、純電動(dòng)巴士、混合動(dòng)力巴士。


 

藍(lán)海華騰:V6-H-2D/V6-H-4D電動(dòng)汽車電機(jī)控制器
    產(chǎn)品特色:針對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)用要求,輸入為直流電壓輸出為頻率可變的三相交流電的專用控制器,采用國(guó)際先進(jìn)水平同步的無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)和有速度傳感器矢量控制技術(shù),具有與國(guó)際高端變頻器同樣優(yōu)異的控制性能。


  四方電氣:TD100/TD200系列電動(dòng)大巴電機(jī)控制器
    產(chǎn)品特色:儲(chǔ)能濾波電容采用金屬化薄膜電容,具有壽命長(zhǎng)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。配置電動(dòng)大巴專用擴(kuò)展卡,標(biāo)配RS485通訊及CAN總線通訊功能,可滿足用戶不同擴(kuò)展需求,適應(yīng)電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展。

 


 

日業(yè)電氣:CM581汽車驅(qū)動(dòng)器
    產(chǎn)品特色:通過(guò)第三方汽車專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)油耗測(cè)試,較國(guó)內(nèi)某知名汽車驅(qū)動(dòng)器油耗低15%左右;元器件選用汽車級(jí)專用器件,特別針對(duì)汽車行業(yè)的抗震性、抗干擾等方便做了特殊處理。


 

安弗森:AFSEV10系列主電機(jī)控制器
    產(chǎn)品特色:AFSV10系列變頻器是高性能矢量控制型和轉(zhuǎn)矩控制型變頻器。產(chǎn)品采用了與目前國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)同步的無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)和轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),不僅具有與國(guó)際高端變頻器同樣優(yōu)異的控制性能,同時(shí)還結(jié)合中國(guó)的應(yīng)用特點(diǎn),進(jìn)一步強(qiáng)化產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境的適應(yīng)性,能夠更好滿足各種傳動(dòng)應(yīng)用需求。


 

大洋電機(jī):100KW電機(jī)(YTD100W01)
    產(chǎn)品特色:電機(jī)效率高、力矩脈動(dòng)小,轉(zhuǎn)矩大、適合無(wú)機(jī)械變速箱車輛使用。


 

方正電機(jī):FDM永磁同步系統(tǒng)
    產(chǎn)品特色:可實(shí)現(xiàn)0~6000rpm的轉(zhuǎn)速范圍調(diào)節(jié),匹配合適的減速比下,能使裝載永磁系統(tǒng)的電動(dòng)車擁有高于其他系統(tǒng)的最高車速。


 

上海電驅(qū)動(dòng):純電動(dòng)客車用驅(qū)動(dòng)控制器
    產(chǎn)品特色:采用國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)同步矢量控制技術(shù)和轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),能更好滿足純電動(dòng)客車應(yīng)用需求。

 

博世:引領(lǐng)新能源汽車動(dòng)力技術(shù)發(fā)展

梳理架構(gòu),引領(lǐng)技術(shù)
    2004年建立混合動(dòng)力與電動(dòng)車部門,每年在混合動(dòng)力和電動(dòng)車方面投放約4億歐元的研發(fā)費(fèi)用,全球有超過(guò)800名員工致力于該領(lǐng)域的研發(fā)工作。

    目前,博世已經(jīng)為混合動(dòng)力和電動(dòng)車的動(dòng)力總成系統(tǒng)建立起了十分齊全的產(chǎn)品線:電機(jī)、電力電子控制器、電池技術(shù)、制動(dòng)系統(tǒng)、車身控制器、泵以及電子驅(qū)動(dòng)所需的各類傳感器等。此外,博世開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域還包括能夠應(yīng)用于電動(dòng)車的ESP系統(tǒng)、車輛熱管理系統(tǒng)、車輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)等。

    在混合動(dòng)力技術(shù)方面,博世專注于兩種全混設(shè)計(jì)——并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)和電力軸驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng):在配備于大眾途銳Hybrid和保時(shí)捷卡宴SHybrid兩款汽油混合動(dòng)力量產(chǎn)車型的并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中,博世為其提供了Motronic控制單元、同軸式電機(jī)、單電機(jī)控制器和自調(diào)式離合器等核心零部件。

    博世目前約有60名工程師正在研發(fā)用于12噸以上商用車的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)。其中,并聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)是博世研發(fā)的重心之一。系統(tǒng)可以將商用車下坡或制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量再生并存放于電池系統(tǒng)中,然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于車輛起動(dòng)和上坡。該電機(jī)最大功率可達(dá)到120千瓦。博世希望通過(guò)并聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù),使商用車長(zhǎng)途行駛的燃油消耗減少6%,而在短途行駛中,能節(jié)省20%的燃油。博世計(jì)劃于2015年至2020年間推出商用車混合動(dòng)力系統(tǒng),預(yù)計(jì)該系統(tǒng)為物流公司帶來(lái)的額外成本可在三年內(nèi)收回。

加大本土化生產(chǎn)和研發(fā)能力
    博世于2009年底在聯(lián)合汽車電子成立電力驅(qū)動(dòng)事業(yè)部,并不斷加大了新能源汽車技術(shù)在華的生產(chǎn)和研發(fā)能力。目前,該業(yè)務(wù)部的本土員工數(shù)已經(jīng)增至200多名。2010年,博世在聯(lián)合汽車電子的電力驅(qū)動(dòng)事業(yè)部成功啟動(dòng)了兩個(gè)新能源汽車技術(shù)的先行項(xiàng)目,推動(dòng)混合動(dòng)力與電動(dòng)車技術(shù)關(guān)鍵零部件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)。

    在國(guó)內(nèi),博世積極與整車廠商建立合作,以項(xiàng)目開(kāi)發(fā)等方式共同推進(jìn)新能源汽車技術(shù)的發(fā)展。共計(jì)約有200名博世員工從事新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)工作。

    博世能夠提供完全本土化的電動(dòng)車和混合動(dòng)力車部件,以及先進(jìn)的全球技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn),將幫助國(guó)內(nèi)整車廠商盡早實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)適用的新能源汽車。

提升軟件,加強(qiáng)新能源汽車互聯(lián)
    全球超過(guò)75%的人口和66億臺(tái)設(shè)備將于2015年實(shí)現(xiàn)互聯(lián),包括汽車。在此趨勢(shì)下,博世成立了專門的軟件創(chuàng)新有限公司為互聯(lián)提供了軟件解決方案的支持,該公司于2013年在上海啟動(dòng)了推廣電動(dòng)車充電網(wǎng)絡(luò)的先行項(xiàng)目。“mySPIN”作為車內(nèi)智能手機(jī)嵌入系統(tǒng),在項(xiàng)目中備受關(guān)注。通過(guò)mySPIN系統(tǒng),用戶可以將手機(jī)中的應(yīng)用投射到汽車儀表盤上進(jìn)行操作,同時(shí)。“mySPIN”與蘋果和谷歌設(shè)備兼容。

    目前博世也在進(jìn)行互聯(lián)技術(shù)“多手”技術(shù)儲(chǔ)備,包括互聯(lián)技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用使自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)成為了可能。通過(guò)開(kāi)發(fā)具備互聯(lián)技術(shù)的零部件,如傳感器、攝像頭和電控單元,博世已邁出了自動(dòng)駕駛的第一步。

    目前博世專業(yè)團(tuán)隊(duì)正從各個(gè)方面不斷加強(qiáng)新能源汽車領(lǐng)域的建設(shè)。幫助用戶實(shí)現(xiàn)新能源汽車領(lǐng)域的節(jié)能與高效之路。

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