新能源汽车800V高压电驱系统降本路径分析与最新实践-英搏尔-11

新能源汽车800V高压电驱系统降本路径分析与最新实践珠海英搏尔电气股份有限公司专注创造奇迹 执着成就梦想800V高压电驱系统降本路径分析800V高压电驱系统降本实践1CONTENTS目录/32新能源汽车电驱系统发展趋势专注创造奇迹 执着成就梦想关于整车开发的一点思考4新能源汽车电驱系统发展趋势01专注创造奇迹 执着成就梦想专注创造奇迹 执着成就梦想电驱系统发展趋势-电机电机发展的主线：轻量化、低成本、高效率轻量化发展的主线：高速化，目前产业化最高转速18000rpm左右，下一代可能达到30000rpm；高速化伴随着高电压化低成本发展的主线：充分利用磁阻转矩、减少永磁体尤其是重稀土用量（转子）、铝扁线、铜包铝扁线（定子）高效率发展的主线：异步变永磁、圆线变扁线、水冷变油冷或者水冷+油冷专注创造奇迹 执着成就梦想电驱系统发展趋势-MCUMCU发展的主题：高效率、低成本、高可靠性高效率发展的主线：SIC/GaN替代SI、变电压控制策略（BUCK/BOOST\电池串并联变化）低成本发展的主线：提高功率密度、减小体积重量高可靠性安全性发展的主线：散热方式革新(双面散热、低温银烧结、低温真空焊接）；功能安全专注创造奇迹 执着成就梦想电驱系统发展趋势-动力总成动力总成发展的主题：轻量化、低成本、高效率、 Z向高度低轻量化低成本发展的主线：电机与减速箱共壳体、共端盖、共轴承、电机与MCU共壳体高效率发展的主线：缩短或者取消电机与MCU连接导线、电机与减速箱采用油冷Z向高度低的主线：电机与MCU共壳体、MCU扁平化设计专注创造奇迹 执着成就梦想电驱系统发展趋势-多产品综合设计与集成能力◆ 电机、电机控制器、减速箱新的技术和材料的应用。◆ 动力总成实现平台化产品生产体系，涵盖所有新能源乘用车车型。◆ 多合一电驱动系统已经是行业公认的发展方向，其次是更高的集成设计。集成是为了降本，不是为了集成而集成专注创造奇迹 执着成就梦想电驱系统发展趋势-产品可靠性设计验证◆ 集成需要软硬件、多维度开发和验证能力◆ 集成化对产品工艺制造能力要求提高◆ 试验及检测能力要求提高800V高压电驱系统降本路径分析02专注创造奇迹 执着成就梦想专注创造奇迹 执着成就梦想薄膜电容SIC单管TSL单管并联控制器TSL驱动总成1、布局灵活2、功率扩展灵活3、功率密度更高4、EMC性能好5、过载能力强6、Z向高度极低7、成本较低采用单管并联的MCU优点1、技术难度较大2、工艺难度较大采用单管并联的MCU优点采用单管并联的MCU缺点800V高压电驱系统降本路径1—结构创新800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹 执着成就梦想1、轴承与润滑技术（1）脂润滑：陶瓷轴承（2）油润滑：与油冷的结合（3）悬浮轴承：空气/磁800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹 执着成就梦想2、转子机械强度 （1）嵌入式永磁转子边沿强度难以满足高强据要求，增加纤维套是一个完美的解决方案，兼容效率、强度与安全性（2）异步电机鼠笼转子铜转子铝转子800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹 执着成就梦想3、轴电流正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，此油膜有绝缘的作用。对于较低的轴电压，润滑油膜仍有其保护其绝缘性能。当轴电压增加到一定数值(尤其在电动机启动时，当轴承内的润滑油膜尚未稳定形成)，轴电压将击穿油膜而放电。轴电流由转轴经轴承放电，因接触面积小，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔。800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹 执着成就梦想(1) 由于汽车轮端直径无法大幅减小，最高车速已经确定，电机转速上限已经确定；(2) CLTC系统效率在变速比超过12后明显下降；(3) 除非两档箱，否则转速超过18000rpm的意义不大。(4) 电机高速效率深度弱磁，效率太低(5) 高速化带来减速箱NVH与成本的大幅上升。电机无节制的高速化是伪命题4、效率问题800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹 执着成就梦想MCU高开关频率及高性能控制技术（1）采用SIC MOS或者GaN（2）CPU的速度足够快，电流环运算速度加倍（3）EMC技术(4) NVH (随机变载波、高次谐波注入）5、控制问题800V高压电驱系统降本路径3—电驱系统高压化专注创造奇迹 执着成就梦想纯电乘用车目前成熟量产系统主要采用400V系统，通常包括：电池、电机、电控、充电机（OBC）、高低压转换器（DC/DC）、高压控制盒(PDU)、连接器及线束、电机/电池热管理相关零部件。 为了进一步解决同等功率下，当电压从400V提升到800V后，工作电流将降低一半，进而线束截面积、功率损耗均有下降。国内车企目前纷纷跟进800V高压平台架构。对于电动车来说，高压化可大大减少同等功率需求条件下电驱动系统内阻的损耗，提高高速系统效率，继而可进一步减少达成同样续航里程条件下的电池电量，减少电池成本的同时降低整车重量，另外，高压化还能提高充电效率，缩短充电时间，极大改善电动车用车体验。因而，提高电动车整车电压至 800V，甚至是 1000V+ 将成为行业发展方向，尤其是商用车。高压化电控功率器件成本上升，电机绝缘系统成本上升，系统成本下降不明显；电压越高，低速大扭矩效率会下降较多。800V高压电驱系统降本路径3——电驱系统高压化专注创造奇迹 执着成就梦想800V高压电驱系统降本路径4—电驱系统高效化1-扁线电机专注创造奇迹 执着成就梦想1、采用扁线可以提高槽满率20-30% ，在达到相同的功率密度的前提下，扁线电机的体积也会更加紧凑。2、相比起传统的圆线电机，扁线电机能降低8%-12%的有效材料成本。如果再考虑给整车性能、电耗等方面带来的优势，扁线电机能将成本降低大约15%。4、导线与导线间的接触面积大幅提高，因此散热能力会更强，过载能力会大幅提升。 从中期来看，扁线电机是未来驱动电机的发展方向。在具备诸多优势的同时，也同样存在劣势，比如设计难度、工艺制造难度。扁线由于工序复杂、精度要求高，通过人工制造基本不能实现大规模量产，必须依赖专业的高端设备。随着新能源汽车量产数量大幅提升、产品稳定期延长，扁线电机春天已经到来。800V高压电驱系统降本路径4—电驱系统高效化2- SIC/GaN专注创造奇迹 执着成就梦想800V高压电驱系统降本路径5—减速箱高速低成本化专注创造奇迹 执着成就梦想1、轴承与润滑技术2、NVH问题3、材料机械强度与疲劳寿命问题4、加工工艺加工精度导致的成本非线性上升与低售价的矛盾问题800V高压电驱系统降本路径5——减速箱高速低成本化专注创造奇迹 执着成就梦想(1)高速化带来的NVH(2)加工难度与精度(3)低成本缺点：输出打扭矩存在不足减速箱无齿轮化设计800V高压电驱系统降本路径6—油液混合冷却技术普及专注创造奇迹 执着成就梦想水冷系统：电动车电机常用的冷却方式之一，通过水冷套来包裹电机外壳，以达到降温的效果。由于水是导电的，所以不能和定子、转子直接接触。为了解决低温结冰的问题，通常会使用水和乙二醇一比一混合的冷却液，这样可以把冰点降低到-40摄氏度。虽然水冷系统结构相对简单，