我国车用驱动电机技术需求与产业现状Technical Requirement and Industry Status of eDrive System➢高密度、小型化、轻量化:采用强制水冷结构、高电磁负荷、高性能磁钢、高转速等技术,实现电机小型轻量化和高密度化。
➢高效率:采用稀土永磁和电磁设计优化,驱动电机的最高效率可达到97%,电机超过85%的高效率区达到85%以上。
➢低速大出力、高速恒功率宽调速:在车辆起步和行车要求高转矩,高速运行时能够进行恒功率输出,电机调速范围达到1:3到1:4以上。
➢可靠性、耐久性、适应性:车用电机处于振动大、冲击大、灰尘多、温湿度变化大的环境下运行,要求电机系统具有耐冲击和环境适应性。
➢低噪声、电磁兼容与低成本:电机成本的高低是决定电动汽车是否能够产业化的重要因素;电动汽车NVH和EMC/EMI技术是整车研发的重要衡量指标。
电机类型比较项目交流异步电机开关磁阻电机交流永磁电机无刷直流电机永磁同步电机起动性能O O O ◎额定运行点峰值效率O O ◎◎恒功率速度范围理想无穷2-31-2无穷典型2-33-4最优4>7.5高效率运行区(>85%)占整个运行区80%以上O O O ◎重量功率密度(kW/kg )O O ◎◎转矩波动低速O △O ◎高速◎△O ◎电机可靠性◎◎O ONVH (振动噪声舒适性)◎△O ◎注:性能从好到差的符号次序为:◎、O 、△、⨯。
各类车用驱动电机性能比较Performance Comparing of Different Motor我国车用驱动电机技术需求与产业现状Technology and Industry Status of Local E-motor System➢我国驱动电机在功率密度、最高效率和转速、绕组制造工艺、冷却散热技术等方面水平与国外相当;多家电机企业产能达到数十万套级以上,部分产品批量出口欧美。
Technology level such as power density,efficiency,art-and-craft of stator coil,cooling technology are the same level, and some company’s manufacture capacity over100k+,some export to US and EU,and key parameter keep international level.➢我国车用电力电子控制器产品近几年发展迅速,自主IGBT芯片、双面冷却IGBT模块封装、高功率密度电机控制器样机水平接近国外同类产品;碳化硅器件、全碳化硅控制器已经开始研发。
Technology and product of power electric is accelerating,IGBT Die,IGBT packaging and high power density inverter being the similar technology level in worldwide,and SiC device and inverter start to develop.➢我国建立了电动汽车电驱动系统全产业链技术创新战略联盟,在关键材料和关键部件方面形成了自主的技术与产品,实现国产化替代及批量应用。
Industry innovation alliance has been established,and key components and material have replaced and applied.我国车用驱动电机系统典型产品Typical Products of Local E-motor SystemHYBRID BUS MOTOR SYSTEM (50-200kW)FUEL CELL AND PURE EV MOTOR SYSTEM (42-150kW)HYBRID CAR MOTOR SYSTEM(15-75kW)Mini EV MOTOR SYSTEM(12-35kW)Power Increase我国车用驱动电机技术水平对比Comparison of Technical Level of Traction Motors国内外驱动电机功率密度指标对比技术指标国内典型电机1国内典型电机2国内典型电机3国外典型电机1国外典型电机2峰值功率(kW)125130*********最高转速(rpm)132001320012000881012800峰值转矩(Nm)300315310360250峰值效率(%)97%97%97%97%97%功率密度(kW/kg) 4.30 4.56 4.20 4.60 3.80冷却方式水冷油冷水冷水冷水冷电机图片我国车用电机控制器技术水平对比Comparison of Technical Level of Inverter对比项目国外典型控制器产品1国外典型控制器产品2国外典型控制器产品3国内典型控制器产品1国内典型控制器产品2功率体积比密度(kW/L)23.025.024.023.1@10s25.2@10s功率重量比密度(kW/kg)21.023.222.821.0@10s22.0@10s峰值功率(kW)105105125125@10s260(双电机控制器)直流电压范围(V)200~600V200~600V300~450V300~480V300~480V峰值电流(A)350Arms350Arms400Arms450Arms450A/450A 模块封装形式定制化定制化定制化定制化定制化逆变器图片国内外驱动电机功率密度指标对比电动汽车电驱动系统全产业链战略联盟Industry Technology Innovation Alliance of E-Drive System R&D and Manufacture for IPU and E-motor IntelligentManufacture and New R&D for Transmission NVH for E-Drive System R&D Power Electronic Material and Component Test for E-motorSystem Collage and Institute R&D of PMSM forMulti-field Analyze for Vehicle RequirementMotor Steel andAmorphous StripsMagnet,ResoloverIGBT/SiCIC andModuleCapacity,SensorBearingManufacture &Production Connector,Supply ChainSiC Materialand Module IsolationGearboxSiC Test and Evaluate电动汽车电驱动系统全产业链战略联盟Industry Technology Innovation Alliance of E-Drive System联盟关键材料和关键器件成果Key Component Used in Inverter and E-motorLocal IGBT Die Double Welding@Cooling IGBT Film Capacity (≥1.3uF/mL)High Speed Bearing Resolver withIP67IntegratedConnectorNomex Hybrid Bobbin国内外驱动电机技术发展趋势—驱动电机Inverter Design Technology –Traction Motor在高密度驱动电机方面,国外如大众、沃尔沃、克莱斯勒等驱动电机最高转速不断提升,最高达到14k~16krpm ;从绕组结构上看,发卡式绕组/扁导线绕组(通用、丰田、本田、戴姆勒等)成为明确的技术方向之一,电机功率密度均达到3.8~4.5kW/L 以上;无/低重稀土材料已经开始应用。
大众MEB 平台电驱动总成204060801001200501001502002500200040006000800010000120001400016000Pow er (kW)T o rqu e(N m)Speed(rpm)POWER-SPEED ENVELOPERequirement Torque Simulation Torque Requirement Power Simulation PowerFCA 高速电驱动总成发卡式绕组与GM Volt 第四代定子电装与丰田电机定子槽形与绝缘结构低重稀土材料应用Toyota Hybrid Camry IPM Machine国内外驱动电机技术发展趋势—电力电子集成Inverter Design Technology -Integration of Power Electronics在高密度电机控制器方面,芯片双面焊接和系统级封装是当前国外电机控制器主流封装形式,如电装、Bosch、大陆等集成控制器功率密度已达到16~25kW/L;在双电机插电式混动和高功率乘用车应用领域,直流电压呈现提升的趋势(从250~450V提升至500~700V)。
双面焊接模块全局高效、更高效率、更高集成度304040505050505050606060606060656565656565707070707070757575757575808080808080828282828282848484848486868686868888888888909090909091919191919292929293939393949494304040505050606060606060656565656565707070707070757575757575808080808080828282828282848484848486868686868888888888909090909091919191919292929293939393949494电机转速/rpm电机输出转矩(N m )和效率M A P (%)5001000150020002500-1500-1000-500050010001500☐电驱动系统全局性能设计和控制直接影响整车动态性能;Global optimization of edrive system which influence the dynamic performance of vehicle; ☐在整车重量和电池容量一定时,电驱动全局高效特性直接影响整车续驶里程; Efficiency of traction system influence the vehicle driving rang ;☐电驱动系统成本下降很大程度上取决于电机驱动控制器集成度提升。