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

文:2014年9月

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

    驅(qū)動電機和電機控制器是新能源汽車的核心部件。在一輛純電動汽車中,驅(qū)動電機是驅(qū)動車輛行駛唯一動力裝置,相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機。

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

驅(qū)動系統(tǒng)
    車輛的電機驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動方式可分為集中驅(qū)動與車輪獨立驅(qū)動。集中驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單,可以沿用內(nèi)燃機汽車的部分傳動裝置,是目前應(yīng)用最多的電驅(qū)動方式,容易處理電機冷卻、防振以及電磁干擾等問題。

    車輪獨立驅(qū)動的范例是三菱汽車公司應(yīng)用開發(fā)的輪轂電機電動汽車,和日產(chǎn)汽車公司開發(fā)的輪轂電機電動汽車。

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

    集成化是另一大趨勢,電機系統(tǒng)的集成化主要包括機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。

    國外:不少企業(yè)電機為內(nèi)部配套,博世等零部件巨頭具有很強實力。除Tesla以外,國外新能源汽車電電機已基本采用永磁同步電機。寶馬、大眾、豐田、日產(chǎn)的電機系統(tǒng)均為內(nèi)部配套,此外,在新能源汽車電機領(lǐng)域競爭力領(lǐng)先主要為博世、大陸、麥格納等大型零部件集團(tuán)。

    國內(nèi):綜合實力較強的為北京精進(jìn)、上海電驅(qū)動、大洋電機等。我國新能源客車主要采用交流異步電機,乘用車則基本采用永磁同步電機。國內(nèi)目前能為新能源商用車提供電機的企業(yè)較多,但同時能為商用車也能為乘用車提供電機的企業(yè)則相對較少,綜合實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、大洋電機等。

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

    簡言之,直流電機的轉(zhuǎn)速是靠控制電樞和勵磁來實現(xiàn)的。交流電機采用矢量控制技術(shù)實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩控制。永磁電機的控制較復(fù)雜,為實現(xiàn)最佳控制,常采用兩種或幾種控制方案結(jié)合運行。如采用最大轉(zhuǎn)矩控制和弱磁控制相結(jié)合以實現(xiàn)電機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。

    隨著電機驅(qū)動系統(tǒng)和控制技術(shù)的發(fā)展,近年來各種智能控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)已開始應(yīng)用于汽車電機控制中,使汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、抗干擾強,極大地提高了驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)性能。

驅(qū)動及控制系統(tǒng)精品盤點

 

博世:分離式電機
    產(chǎn)品特色:采用永磁同步電機形式、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,適用于高傳動比系統(tǒng)。


 

博世:同軸式電機
    產(chǎn)品特色:采用永磁同步電機形式、集中式繞組結(jié)構(gòu),其軸向長度短,易于變速箱、離合器等動力系統(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。逆變器通過電力電子器件對電機進(jìn)行控制和監(jiān)控,以確保電機可靠地向動力系統(tǒng)輸出扭矩以滿足其需求。DC/DC轉(zhuǎn)換器將動力電池的高壓轉(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)混合動力系統(tǒng)
    產(chǎn)品特色:在該混合動力系統(tǒng)中,車輛前艙發(fā)動機的結(jié)構(gòu)保持不變,通過放置在后軸的電機實現(xiàn)再生制動能量回收和純電力驅(qū)動的功能。而且,該結(jié)構(gòu)具有四輪驅(qū)動功能,因為發(fā)動機和電機可以同時工作,驅(qū)動車輛。


 

 

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


 

匯川技術(shù):InoGreenIEVD系列電動汽車驅(qū)動器
    產(chǎn)品特色:集中匯川技術(shù)多年來在工業(yè)自動化行業(yè)中積累的經(jīng)驗和智慧,已成功應(yīng)用于國內(nèi)知名的電動轎車、電動大巴車、混合動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:兼容交流異步電機和永磁同步電機驅(qū)動;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、純電動巴士、混合動力巴士。


 

藍(lán)海華騰:V6-H-2D/V6-H-4D電動汽車電機控制器
    產(chǎn)品特色:針對電動汽車運用要求,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,采用國際先進(jìn)水平同步的無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系列電動大巴電機控制器
    產(chǎn)品特色:儲能濾波電容采用金屬化薄膜電容,具有壽命長、安全可靠等優(yōu)點。配置電動大巴專用擴展卡,標(biāo)配RS485通訊及CAN總線通訊功能,可滿足用戶不同擴展需求,適應(yīng)電動汽車行業(yè)發(fā)展。

 


 

日業(yè)電氣:CM581汽車驅(qū)動器
    產(chǎn)品特色:通過第三方汽車專業(yè)檢測機構(gòu)油耗測試,較國內(nèi)某知名汽車驅(qū)動器油耗低15%左右;元器件選用汽車級專用器件,特別針對汽車行業(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)品采用了與目前國際領(lǐng)先技術(shù)同步的無速度傳感器矢量控制技術(shù)和轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),不僅具有與國際高端變頻器同樣優(yōu)異的控制性能,同時還結(jié)合中國的應(yīng)用特點,進(jìn)一步強化產(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應(yīng)用需求。


 

大洋電機:100KW電機(YTD100W01)
    產(chǎn)品特色:電機效率高、力矩脈動小,轉(zhuǎn)矩大、適合無機械變速箱車輛使用。


 

方正電機:FDM永磁同步系統(tǒng)
    產(chǎn)品特色:可實現(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)的電動車擁有高于其他系統(tǒng)的最高車速。


 

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

 

博世:引領(lǐng)新能源汽車動力技術(shù)發(fā)展

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

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

    在混合動力技術(shù)方面,博世專注于兩種全混設(shè)計——并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)和電力軸驅(qū)混合動力系統(tǒng):在配備于大眾途銳Hybrid和保時捷卡宴SHybrid兩款汽油混合動力量產(chǎn)車型的并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中,博世為其提供了Motronic控制單元、同軸式電機、單電機控制器和自調(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力驅(qū)動技術(shù)。其中,并聯(lián)式混合動力技術(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時產(chǎn)生的能量再生并存放于電池系統(tǒng)中,然后通過驅(qū)動電機用于車輛起動和上坡。該電機最大功率可達(dá)到120千瓦。博世希望通過并聯(lián)式混合動力技術(shù),使商用車長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。博世計劃于2015年至2020年間推出商用車混合動力系統(tǒng),預(yù)計該系統(tǒng)為物流公司帶來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)動事業(yè)部成功啟動了兩個新能源汽車技術(shù)的先行項目,推動混合動力與電動車技術(shù)關(guān)鍵零部件實現(xiàn)國產(chǎn)。

    在國內(nèi),博世積極與整車廠商建立合作,以項目開發(fā)等方式共同推進(jìn)新能源汽車技術(shù)的發(fā)展。共計約有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車和混合動力車部件,以及先進(jìn)的全球技術(shù)支持和經(jīng)驗,將幫助國內(nèi)整車廠商盡早實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)濟適用的新能源汽車。

提升軟件,加強新能源汽車互聯(lián)
    全球超過75%的人口和66億臺設(shè)備將于2015年實現(xiàn)互聯(lián),包括汽車。在此趨勢下,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年在上海啟動了推廣電動車充電網(wǎng)絡(luò)的先行項目。“mySPIN”作為車內(nèi)智能手機嵌入系統(tǒng),在項目中備受關(guān)注。通過mySPIN系統(tǒng),用戶可以將手機中的應(yīng)用投射到汽車儀表盤上進(jìn)行操作,同時。“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)儲備,包括互聯(lián)技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用使自動駕駛的實現(xiàn)成為了可能。通過開發(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,博世已邁出了自動駕駛的第一步。

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

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