电动汽车行业：三合一集成EV电驱动总成技术

NO. 326三合一集成EV 电驱动总成技术重庆青山工业有限公司技术发展趋势电动汽车驱动单元驱动电机变速器电池控制单元VCU MCUBMS TCU集成电池的底盘电机、逆变器、变速器三合一多合一控制器多合一电驱总成三合一电驱总成电机(EM)变速器(Gbox)电机控制器（INV）电驱动三合一总成直流变换器（DCDC）充电机（OBC）高压分线盒（HV-Box）电源补给三合一总成多合一平台电机(EM)变速器(Gbox)电机控制器（INV）直流变换器（DCDC）充电机（OBC）高压分线盒（HV-Box）整车控制器（VCU）➢ 驱动总成平台化、模块化，适应不同车型搭载需求；➢ 动力总成集成化、控制模块集成化、系统软件集成化的多合一电驱平台。电驱总成开发技术1总成平台化规格定义驱动电机变速器控制单元全新三合一电驱动总成项目平台1平台2尺寸（长x宽x高）500X488X430388*458*304总成峰值功率120Kw95kW总成峰值扭矩400Nm250Nm最高转速14000rpm16000rpm电压范围260-400V260-400V速比范围8.25/9.117-12输入输出中心距214127.5总成质量（不含油）88Kg52 kg安装角度10.8°10°~30°输入输出高低差4025.4总成防护等级IP67IP67NVH要求空载噪声≤78dB空载噪声≤78dB系统最高传递效率95.4%95%设计寿命10年/30万公里10年/30万公里➢全新一代电驱动总成集成电机、电控、减速器三合一；➢平台化规划，开发形成大-中-小三个产品；2系统集成设计技术高度集成的结构设计➢减速器与电机共用右端盖，一体化箱体采用三段式➢轴承浮动独立支撑，卸载总成受力，变形小、NVH好。➢电机与控制器冷却水道直接串联连接；➢电机引出线与控制器母排直接连接，节约高 压连接器及导线；总成载荷谱研究➢进行BEV载荷谱在垫江试验场进行实际测试分析，确 定青山的载荷谱：以LMS和ROMAX按照齿轮、轴承等 损伤浓缩而成。➢目标实现在轻量化的基础上的高可靠性。✓ 对于齿轮载荷谱过于严苛，存在过设计；✓ 对于轴承载荷谱并不严峻，存在设计不足；3机械设计技术➢零部件同样基于高可靠性、高效率、高NVH性能指标进行设计分析；➢在总成状态下进行测试及验证与设计分析结果的符合性。➢总体效率提升2.41%，达到95.46%的行业新水平。4电机开发技术4平台定义基于电机定子直径平台化开发，规划三个平台，通过调 整定子长度实现三个平台的功率和扭矩的系列化；设计分析•电机关键参数设计，包含定子规格、转子选型•电机轴承、密封件选型及仿真分析•电机轴、花键、铁芯参数化设计轻量化“V”型转子结构转子为8极定子电枢绕组分布图48槽8极 双层分布绕组安全系数为1. 6；驱动电机功率/扭矩/转速外特性曲线整车动力性经济性仿真，确定驱动电机性能指标➢为有效控制NVH性能，在减速器速比设计时， 控制齿轮齿数啮合阶次与电机定子转子极数产 生的阶次差值，防止产生共振激励。设计分析技术可靠性仿真分析：• 轴、花键、铁芯强度• 轴承校核• 微观参数优化• 材料SN分析电磁仿真分析：• 磁密云图、磁力线• 转子分段斜极• 电机退磁• 电气时间常数计算• 运行范围Map图NVH仿真分析：• 电磁力计算• 振动模态分析• 振动仿真计算• 噪声仿真计算热性能计算：• 损耗分布计算• 关键部位温度计算• 电机结构及热传导参数对 温度分布的敏感性分析转子变形空载磁密云图磁钢变形量电磁转矩波形电机磁场强度“效率MAP轴承刚度各阶模态表面声学网格声源声功率频谱图稳态温度分布及瞬态温度仿真斜极降低齿槽转矩高正弦气息磁密降低48阶径向电磁力主动减震控制混合随机开关频率-死区补偿转矩脉动电磁力降低齿槽转矩 改善磁密正弦性 改善转子偏心 降低48阶电磁力主动阻尼混合随机开关频率-死区补偿5控制器MCU开发技术性能试验及可靠性验证控制器壳体采用是ADC12 控制器进水口流量 为QIN=8L/min， 进口水温T=65℃；采用英飞 凌820A IGBT 模块：峰值功率下IGBT 发热 功率为2166 W，Diode 发热功率为450 W。电流采样电路仿真电机温度采样仿真散热器温度采样仿真IGBT温度采样仿真电源电路仿真及测试6电驱动总成软件开发◼ 建立需求分析、设计、测试、标定到发布的“4+1”开发平台支撑软件过程开发，具备软件功能、性能、 可靠性的模块化开发测试能力；◼ 建立从前期设计的控制评价，到后期产品开发匹配能力，形成整车、动力总成、变速器及零部件一体化 的匹配能力。Perforce配置管理工具DOORS需求管理QAC静态代码测试Tessy动态代码测试SYNECT测试管理工具CONCERTO数据管理工具INCA标定测试工具系统需求分析系统架构设计详细设计代码生成功能模块集成测试系统集成及测试台架标定整车匹配7电驱动总成制造技术青山的800V平台架构主要有七合一的主驱和三合一的辅驱，七合一的主驱应用了碳化硅，最高转速达到了18000rpm，目前的峰值功率可以达到230kW，可以向上进行扩展。基于对辅驱产品的需求分析，用户对成本要求非常苛刻，辅驱采用的是异步电机的方案，异步电机最高功率可以达到190kW。青山主驱产品主要的特点体现在高集成化、高效率、高性能。高集成化主要是通过七合一集成技术、结构一体化和拓扑优化分析最终在性能上取得比较好的突破，在效率方面应用了八层扁线的绕组技术以及碳化硅技术，在效率上取得了不错的突破，在性能上更关注的是轴电流的抑制以及主动降噪技术的应用。青山电机实测的效率区间大于90%的占比目前达到88%，离双9目标还有差距，电控是五合一的，现在的电控是物理集成的，软硬解耦和平台化。图片：青山 杨新涛400V和800V严格来说是一个同平台的设计，是根据电压升高之后部分芯片和元器件做了更换，整个架构都是同平台进行设计以及多合一和高压，在功能安全方面也进行了大量的工作，目前可以达到C，正在向D靠拢。针对辅驱产品，三合一的异步辅驱首先是高性价比，通过异步电机的低阻损失的结构应用，异步采用扁线的技术，在高可靠性方面，通过复合防电腐蚀技术以及三维温度场分析技术，使防电腐蚀性大幅度提高，通过隔流、引流，目前的电腐蚀控制在5%以内。目前青山的电驱总成主要有混合动力和纯电驱动两类，混合动力有两种构型是P2和P13，这两种构型目前都已经处于量产状态；电驱动总成方面，二合一的PF03的小功率风冷电驱主要搭在长安的整车，已经量产，而PF20A跟P20C高压产品预计在明年第一季度进行投产，而异步电驱除了高压根据用户的需求，目前衍生出了中压的产品，在这个基础之上进行平台化的开发，成本会进一步降低。P20B是中压七合一产品。图片：青山 杨新涛HF640变速器是青山公司联合长安全新设计的基于P2混动路线的混动动力变速器，通过电机平台化兼顾PHEV、HEV的混动产品。产品开发以平台化、集成化、低能耗、高效率为整体目标，同时更够满足今后发动机升扭及混动升级需求。搭载整车情况：HF640变速器计划搭载长安逸动及其以上平台车型，匹配NE15T米勒发动机，SOP时间为2020年07月。青山青山ED120基于长安CS75-PHE