《新能源汽車電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修》 課件 1-3 調(diào)研分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展

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任務(wù)三

調(diào)研分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展能力模塊一

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)目錄01任務(wù)導(dǎo)入02相關(guān)知識(shí)03任務(wù)實(shí)施0401學(xué)習(xí)目標(biāo)XUEXIMUBIAO技能目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及困境；2.了解驅(qū)動(dòng)電機(jī)在主流車企上的應(yīng)用；

3.掌握新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求。1.能夠說出目前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)集成化的方向；2.能夠正確識(shí)別八合一驅(qū)動(dòng)總成各個(gè)部件。技能目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)1.認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，積極主動(dòng)。安全生產(chǎn)，文明施工。2.獲得多途徑檢索知識(shí)、分析解決問題以及多元化思考解決問題的方法，形成創(chuàng)新意識(shí)。3.嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度及6S現(xiàn)場管理，培養(yǎng)精益求精的工匠精神。02任務(wù)導(dǎo)入以闡述事件和提出問題的方式，引出新知識(shí)的學(xué)習(xí)。RENWUDAORU任務(wù)導(dǎo)入新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)不同于工業(yè)用電機(jī)控制系統(tǒng)，由于受到車輛空間限制和使用環(huán)境的約束，應(yīng)用于普通的電機(jī)控制系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)、電機(jī)技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)其需求。你作為一名助理工程師，準(zhǔn)備向新來的銷售科普當(dāng)前新能源汽車領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。03相關(guān)知識(shí)XIANGGUANGZHISHI三、新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成化對(duì)于新能源汽車行業(yè)來說具有積極推動(dòng)作用，但基于現(xiàn)階段電動(dòng)汽車供應(yīng)鏈的技術(shù)水平，集成化過程中的設(shè)計(jì)和質(zhì)量問題對(duì)于整車廠商和供應(yīng)商來說仍然是巨大的挑戰(zhàn)。下面，我們從五個(gè)方面來分析集成化電驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大眾、沃爾沃、克萊斯勒等驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不斷提升，最高達(dá)到14000～16000r/min，特斯拉Model3電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到17900r/min，相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢高轉(zhuǎn)速電機(jī)能夠提高功率密度，同時(shí)減小體積、降低成本，當(dāng)前市場上，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)最高轉(zhuǎn)速一般在12000r/min以上。（一）電機(jī)高速化1234目前面市的轉(zhuǎn)速超過16000r/min的高速電機(jī)主要應(yīng)用于中高端的純電動(dòng)車型中。但是，隨著新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展及應(yīng)用，加上消費(fèi)者對(duì)驅(qū)動(dòng)效率、加速體驗(yàn)的重視及追求，采用更高速的驅(qū)動(dòng)電機(jī)成為集成電驅(qū)發(fā)展的必然趨勢。純電動(dòng)乘用汽車市場需要在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)、增量降本，因此集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向平臺(tái)化設(shè)計(jì)發(fā)展是大勢所趨。通過平臺(tái)化設(shè)計(jì)集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以降低各部件的采購成本，實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)共享。相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢汽車產(chǎn)業(yè)是典型的規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)亦是如此。汽車產(chǎn)品平臺(tái)化設(shè)計(jì)能夠有效地縮短上市周期、降低研發(fā)成本。（二）平臺(tái)化設(shè)計(jì)1234根據(jù)不同轉(zhuǎn)矩、功率的需求以及不同級(jí)別的車型，可以規(guī)劃不同的系列化平臺(tái)電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（二）平臺(tái)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目小功率平臺(tái)中等功率平臺(tái)大功率平臺(tái)定子直徑/mm160180～220>220峰值功率/kw30～12080～160160～340峰值扭矩/N·m40～200180～300300～400永磁同步平臺(tái)化集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（三）多檔減速器目前全球主流的集成化電驅(qū)系統(tǒng)多采用電機(jī)匹配單檔減速器的架構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。1234但是，在高轉(zhuǎn)速情況下，效率和扭矩會(huì)急速衰減，當(dāng)電動(dòng)車達(dá)到極速后沒有提升的空間，因此，經(jīng)濟(jì)性不高。而多檔化設(shè)計(jì)能使整車獲得更好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，使電機(jī)盡量工作在高效率的轉(zhuǎn)速區(qū)間，獲得更高的極限車速、更少的百公里加速時(shí)間和更大最大爬坡度；特別是在極速狀態(tài)以及低負(fù)荷條件下，高速檔和低速檔之間的切換，可以使電機(jī)盡量工作在高效率區(qū)間。相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（三）多檔減速器隨著將來技術(shù)成熟度的提高和成本的降低，多檔減速器必然會(huì)成為更多集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇，如圖為精進(jìn)電動(dòng)混合動(dòng)力四檔EMAT驅(qū)動(dòng)總成。相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（四）高度集成化高度集成化就是從一開始的全分體結(jié)構(gòu)，逐步變化為電機(jī)與減速器共殼體，直到電機(jī)、控制器和減速器共殼體的集成模式。這樣從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度減少了零部件的數(shù)量，縮小了體積，減少了重量，從而降低了成本。12相關(guān)知識(shí)一、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（五）輸入輸出同軸化目前減速器基本是平行軸結(jié)構(gòu)，輸入輸出同軸化相比平行軸齒輪系，123用的行星齒輪系在結(jié)構(gòu)緊湊性方面優(yōu)勢明顯，有助于系統(tǒng)功率密度和扭矩密度的最大化；同時(shí)同軸結(jié)構(gòu)可使結(jié)構(gòu)緊湊性最大化，整車布置適應(yīng)性好。最初的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)并不存在集成化設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制系統(tǒng)、減速器等部件均單獨(dú)布置，各部件之間通過線束等連接件進(jìn)行連接，因此當(dāng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)十分冗雜。而隨著技術(shù)壁壘的逐漸打破、技術(shù)成熟度的不斷提高以及新能源汽車市場的逐步繁榮，為了提升整車產(chǎn)品競爭力，電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)必須向著集成化的方向發(fā)展。相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀目前各大主機(jī)廠已將電驅(qū)系統(tǒng)的深度集成化作為三電系統(tǒng)重要發(fā)展方向之一。1234根據(jù)車輛的類型將其與車橋相結(jié)合或提供更加輕巧的三合一電驅(qū)系統(tǒng)，在電機(jī)轉(zhuǎn)速、電能轉(zhuǎn)化效率、機(jī)械空間緊湊化、線束精簡化等方面都起到了很大的作用。當(dāng)前量產(chǎn)的純電動(dòng)汽車領(lǐng)域中，三合一電驅(qū)已經(jīng)成為主流，其將電機(jī)、電控系統(tǒng)和減速器集成在一起，相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀目前，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)有了多重集成方式，從最初的“二合一”（電機(jī)+減速器）驅(qū)動(dòng)總成發(fā)展至大規(guī)模使用的“三合一”（電機(jī)+電機(jī)控制器+減速器）驅(qū)動(dòng)總成再到最新“八合一”驅(qū)動(dòng)總成。右圖從上往下分別為二合一驅(qū)動(dòng)總成、三合一驅(qū)動(dòng)總成及八合一驅(qū)動(dòng)總成實(shí)物。多重集成方式相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀搭載在比亞迪海豚車型上的八合一驅(qū)動(dòng)總成，融合了集成了電機(jī)控制器、單檔變速器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、DC-DC電源變換器、雙向車載充電機(jī)（OBC）、高壓配電系統(tǒng)、動(dòng)力域控制器（VBU），其中VBU包含了整車控制器（VCU）和電池管理器（BMS）的部分功能），可以看到在傳統(tǒng)三合一電驅(qū)的基礎(chǔ)上，比亞迪e平臺(tái)3.0的八合一電驅(qū)還集成了由“雙向車載充電機(jī)、DC-DC電源變換器、高壓配電系統(tǒng)、整車控制器、電池管理器”組合的五合一電驅(qū)模塊，實(shí)現(xiàn)了更深度的整合能力，也實(shí)現(xiàn)了軟、硬件端云深度融合。相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的初期，結(jié)構(gòu)形式都較為簡單。比如，如圖所示的是雪佛蘭Bolt所搭載的二合一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。將永磁電機(jī)和減速器集成在一起，再與車橋結(jié)合形成一體式電驅(qū)動(dòng)橋，雖然該系統(tǒng)的連接部分仍然比較復(fù)雜，但是至少實(shí)現(xiàn)了二合一的設(shè)計(jì)，縮短了各部件之間的距離，使得電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀隨著電驅(qū)動(dòng)集成技術(shù)的不斷發(fā)展，三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)，如圖（由上往下）所示。隨后，國外的特斯拉、日本電產(chǎn)、BMW、麥格納、吉?jiǎng)P恩、博世、ZF，國內(nèi)的比亞迪、上海電驅(qū)動(dòng)、巨一、匯川、精進(jìn)電動(dòng)、上汽等均推出了三合一電驅(qū)動(dòng)總成系統(tǒng)。相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀“三合一”驅(qū)動(dòng)總成技術(shù)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器集成為一個(gè)緊湊型的產(chǎn)品單元——前驅(qū)電動(dòng)總成。123其具有高集成、高效率、高轉(zhuǎn)速、高性能、高安全的特點(diǎn)，是當(dāng)前主流的電驅(qū)動(dòng)總成技術(shù)方案，使得車輛各系統(tǒng)布局更加靈活，讓消費(fèi)者獲得最大化的乘坐空間以及寬敞的車輛儲(chǔ)物空間，也為汽車成為住宅、辦公室以外的移動(dòng)“第三空間”打下了基礎(chǔ)。相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀①

總成體積縮小，系統(tǒng)總質(zhì)量降低，一定程度上也降低了汽車能耗、提升了續(xù)航里程；②

采用集成化高的多合一驅(qū)動(dòng)總成系統(tǒng)，不僅使機(jī)艙變得更加簡潔，

汽車各系統(tǒng)布局更加靈活，也使乘坐及儲(chǔ)物空間能夠被最大化地利用；

③

通過集成化設(shè)計(jì)，多合一驅(qū)動(dòng)總成系統(tǒng)也能夠降低接口復(fù)雜度及成本。綜上所述，集成度高的驅(qū)動(dòng)總成系統(tǒng)具備的優(yōu)勢主要有：相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（二）困境不可否認(rèn)的是，就目前來看，高集成度也確實(shí)是帶來了一些難題。多合一驅(qū)動(dòng)總成的集成化設(shè)計(jì)需要多維度開發(fā)和能力驗(yàn)證，如圖所示。相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（二）困境總成系統(tǒng)導(dǎo)致各部件與空氣接觸面積減少，為保證各部件處于正常工作溫度區(qū)間，整個(gè)散熱系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)優(yōu)化。12345同時(shí)，NVH（噪聲振動(dòng)）、EMC（電磁兼容測試）、安全等性能指標(biāo)的控制，以及零部件開發(fā)協(xié)同都是目前整車廠和供應(yīng)商需要重點(diǎn)攻克的難題。在后期用車方面，動(dòng)力總成的集成化可能對(duì)消費(fèi)者產(chǎn)生不良影響。一定程度上，動(dòng)力總成的集成會(huì)導(dǎo)致各部件的可靠性降低，各部件的質(zhì)量控制尤為重要；當(dāng)某個(gè)零部件出現(xiàn)問題，需要維修或者更換總成，會(huì)導(dǎo)致維修時(shí)間和成本的增加。相關(guān)知識(shí)二、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀（二）困境雖然，三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前的主流研究對(duì)象，但仍有一些公司對(duì)多合一集成設(shè)計(jì)進(jìn)行了不同程度的嘗試。123比如，零跑汽車的“八合一”電驅(qū)動(dòng)總成技術(shù)是在“三合一”中電機(jī)控制器的基礎(chǔ)上又集成了MCU、VCU、DC-DC、OBC及PDU，“三合一”和“五合一”兩個(gè)模塊集成在一起，稱之為“八合一”。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加小巧，水冷系統(tǒng)的工作效率也得到大幅提升，但整體結(jié)構(gòu)集成后柔性化程度降低，影響機(jī)艙的總布置。相關(guān)知識(shí)三、新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求對(duì)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)和工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，它們的分類及控制的理論和方法大致是相同的。但由于應(yīng)用場景的不同，新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求更加嚴(yán)格，具體差別可參考表格。類型項(xiàng)目電動(dòng)汽車應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用功率密度/（kW/kg）>10.2~0.5電機(jī)效率η/%>9585~90系統(tǒng)高效區(qū)（η>80%的區(qū)域）>70局部最優(yōu)動(dòng)態(tài)控制高動(dòng)態(tài)性能控制-工作環(huán)境-20~105℃，振動(dòng)，最大加速度>10g-20~40℃，靜止系統(tǒng)成本/（美元/kW）200~400相關(guān)知識(shí)三、新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求電動(dòng)汽車對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求可以歸納為以下幾點(diǎn)：1.為滿足車輛對(duì)于低速爬坡、頻繁起停及起動(dòng)初始加速度等復(fù)雜工況的要求，其應(yīng)具有低速高扭的特性；2.基于新能源汽車對(duì)于高速行駛和高速超車的需要，其應(yīng)具有基速以上（即高速）具有較寬的恒功率區(qū)，其恒功率區(qū)范圍通常為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的3~10倍；3.為確保電動(dòng)汽車在全工作范圍內(nèi)具有高效率，從而提供車輛的續(xù)航里程，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)效率在95%以上及區(qū)域覆蓋需大于50%；4.電動(dòng)汽車對(duì)于整車空間與高效節(jié)能的要求需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高功率密度，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率密度應(yīng)大于1kW/Kg，電機(jī)控制器的容量密度應(yīng)為3~4kVA/Kg；相關(guān)知識(shí)三、新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求電動(dòng)汽車對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求可以歸納為以下幾點(diǎn)：5.環(huán)境適應(yīng)度高，工作環(huán)境溫度為-40~105℃，最高振動(dòng)加速度大于10g；6.可靠性高，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的壽命應(yīng)達(dá)到20萬km以上；7.結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、體積小、