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联合电子48V电力驱动模块解析

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发布:liuxianglong 来源: UAES_public
PostTime:24-2-2019 08:51
纵观近几年新能源汽车技术的发展,48V技术路线凭借其高性价比的优势正获得越来越多的关注,国内多款搭载第一代48V系统的车型已陆续上市。

以下为文章全文:(本站微信公共账号:cartech8)


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纵观近几年新能源汽车技术的发展,48V技术路线凭借其高性价比的优势正获得越来越多的关注,国内多款搭载第一代48V系统的车型已陆续上市。从油耗方面来看,第一代48V系统带来的8~12%节油收益,使得各大主机厂对第二代48V系统的节油效果有着更高的预期;在驾驶体验方面,第二代48V系统在实现电机与发动机解耦之后,可增加纯电起步,纯电倒车,高速纯电巡航等驾驶体验。而要满足第二代48V系统节油率>20%,以及纯电行驶的能力,第二代48V系统的电力驱动模块则需要有更大的扭矩,更高的功率。说到这里,今天的主角就要登场了,它的就是48V 电力驱动模块(48V Electrical Power-pack),简称48V EPK。

01

48V EPK 与第一代BRM的不同之处

作为第二代48V系统的电力驱动模块,48V EPK与第一代助力回收电机(Boost Recuperation Machine, BRM)有哪些不同呢 ?

  • 安装位置:BRM通过皮带集成于发动机后端;48V EPK的集成根据在变速箱不同的接入位置分为P2,P2.5,P3以及P4(接入后轴减速器),实现电机与发动机动力解耦;
  • 电机类型:BRM为5相混合励磁爪极式电机;48V EPK采用6相永磁同步电机设计方案,具有高功率密度、高效率的优点;
  • 峰值能力:BRM峰值扭矩53Nm(启发动机工况,仅持续300ms),峰值输出功率10kW,峰值回收功率12kW;48V EPK峰值扭矩60Nm,峰值输出功率17kW,峰值回收功率19kW,性能较一代电机有明显提升;
  • 冷却方式: BRM冷却形式为风冷;48V EPK采用水冷散热,逆变器和电机共用水道设计,达到减少水管连接,且机械结构最小化的目的。

相比于一代电机BRM,48V EPK在二代拓扑下的应用可让驾驶员在悄无声息中体验到与传统汽车无异的起步加速惊喜,48V EPK 19kW的回收功率,可支持整车回收90%以上的制动能量,获得更高的节油收益。

02

48V EPK设计特点

1) 电机工作范围宽

48V EPK的工作范围取决于不同的拓扑结构和速比参数。以48V EPK在P3和P4应用拓扑为例,NEDC工况下整车在120km/h进行高速制动能量回收时,对应电机转速可达17000rpm(不同速比,车轮半径有所不同),而WLTC工况下,电机转速会更高。当整车在0~15km/h纯电起步时,电机输出峰值扭矩来满足起步性能。可见48V EPK要兼顾高速下能量回收效率高,低速下大扭矩的设计需求。

2) 低压大电流的工作特性

根据LV148规范定义,电机满功率工作电压区间:36V~52V,48V EPK的工作电压范围相比于高压系统要窄很多。但是对于直流侧,T+,T-端流过电流最高可达470A,却与高压系统无异;相对于三相电机,六相电机输出扭矩大,转矩脉动小。对于电机来说,持续性能和效率都是衡量电机优劣的一个重要指标。48V EPK绕组采用Pin结构,有如下特点:

a. 槽满率高,高效区面积大,效率高;

b. 绕组之间间隙小,绕组与铁芯之间接触好,散热性好,持续性能好;

c. Pin电机绕组结构采用穿线工艺,端部绕组结构更为紧凑;

d. Pin电机体积小,功率密度明显提高;

3) 矢量空间解耦算法的应用

48V EPK为6相绕组设计,两套绕组之间互感的影响,以及电感,磁链随空间位置的不断变化,易引发相电流谐波含量的增加。谐波电流不仅会导致电流畸变,影响电力电子器件工作寿命;同时,谐波电流造成系统损耗增加,降低系统工作效率。因此,项目团队开发了联合电子史上首个六相电机控制算法,通过矢量空间解耦(VSD)对相电流基波和谐波进行解耦控制,极大地提升了电机的控制品质。

4) 高功率密度

不同的整车平台对布置空间有着不同的要求。因此,项目成员从器件选型,集成装配等方面入手,进一步优化48V EPK的体积以满足更多主机厂的空间布置要求。

5) 高性价比

相比于高压HEV,48V技术优势在于极高的节油性价比,48V EPK作为第二代48V系统核心部件,主机厂对其成本极为敏感。因此从降低客户的成本出发,在提升产品性能的同时,降本措施会伴随着产品研发过程持续下去,为第二代48V系统的顺利批产铺平道路。

03

联合电子开发48V EPK的优势所在

1)联合电子拥有多年电驱动产品的研发和批产经验,为48V EPK的研发提供了很多技术借鉴。48V EPK定转子复用高压SMG2U153平台,逆变器可与48V DCDC共用产线,以此降低生产成本,提升产品竞争力。

2)联合电子专业的系统能力可为主机厂提供完整的48V系统解决方案,从客户角度出发,量身打造定制方案。

3)联合电子借鉴Bosch先进的技术理念,建立快速响应的本体开发团队,以及凭借与主机厂良好合作关系,为48V EPK的研发保驾护航。

4)联合电子可以同时提供高压和48V系统解决方案,以及选用相同的电机直径,使得客户开发一款混动变速箱就可以兼容高压和48V应用,形成高低端配置组合。

04

48V EPK 当前阶段的成果分享

在项目组小伙伴儿的齐心协力下,48V EPK取得了一些阶段性的成果:

1) 性能方面

48V EPK样品已完成台架测试,性能达到峰值扭矩60Nm,峰值输出功率17kW峰值回收功率19kW。

2) 项目应用

2018北京车展上,联合电子展出应用于P4拓扑结构的48V EPK+减速箱的集成样件。P4后轴集成方案在满足二代48V系统节油目标的同时,还可以带来四驱体验,拓展48V EPK的应用范围。

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