Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
内容提要 Outlines
• 电动汽车的发展趋势以及对电机系统的要求 EV/HEV trend and rement for electric drive systems • 电动汽车用电机系统技术及其发展趋势 Description and development trend in electric drive systems • 电动汽车用电机系统面临的挑战与对策 Challenges and solutions for electric drive systems • 大郡简介 Brief overview of Dajun
常用交流无刷电机类型 Common Types of AC Motors
A z y
B x 感应电机 • 技术成熟 • 成本较低 • 恒功率调速范 围宽 • 效率较高 • 体积较大 开关磁阻电机 • 结构简单 • 恒功率调速范围宽 • 效率与感应电机类 似 • 噪声大 • 体积比较大 永磁电机 • 体积小 • 效率高 • 恒功率调速范 围不宽
• 市场将在未来3-5年逐步上量 There will be 3-5 years before the market really ramps up
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
混合动力系统实现方案
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
中国电动汽车的发展前景
EV/HEV in China
• 历史性机遇 Historical Opportunities
– 汽车动力电气化已成为汽车技术发展的趋势 Powertrain Electrificaiton is trend for future – “节能减排”的国策鼓励电动汽车及混合动力汽车的大发展 Energy Saving and Emission Reduction is China’s Long Term National Policy
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
电力电子控制器发展趋势
Trend in Power Electronics Controller
• • 新控制器拓扑结构 New topology
– 逆变器+大功率DC/DC 高集成度 High level of integration – ISG控制器+牵引电机控制器 +DC/DC Integration of ISG controller, traction motor controller and Low voltage DC/DC – 电力电子控制器与电池管理模块集 成 Motor controller integrated with Battery Module – 热管理集成设计 Thermal management 新器件 New Components – 高集成度、智能型汽车等级IGBT模 块 Highly integrated IGBT Module with auto grade – 薄膜电容 Thin film capacitors Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
Examples of HEV Systems
Battery IPU Battery
IPU
Mild HEV
IPU
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
ISG
ISG
Trans.
Trans.
Traction Motor
• 弱磁容易，调速范围宽 弱磁容易， Capable of field weakening, wide constant power range • 效率较高 High efficiency • 力矩密度较高 High torque density • 结构复杂，优化设计较难 结构复杂， Hard to design • 由于饱和非线性，控制复杂 由于饱和非线性， Control complexity
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
速比 2:1
rpm
丰田混合动力系统的改进
Size/Weight Reduction in Toyota’s HEV system • 通过采用减速齿轮，在电机尺寸基本不变的 情况下，其功率增加了2.5倍 Prius Peak Torque： 400Nm Max RPM 6000 Peak Power 50kW RX400/CamryHV 333Nm 12400 123kW
Design Challenges for EV/HEV Motor Drive Systems
• 整车重量和封装尺寸：Vehicle weight and packaging size constraint
– 采用永磁-磁阻电机 Use of PM-Reluctance Synchronous motor
汽车电机系统的构成和工作原理
Auto Electric Drive System Description
Battery
Power Electronic Converter
Vin
Motor
Vo - Vin
Sensor Digital Control
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
汽车电机与普通工业电机之比较
工业应用 项目 汽车应用
封装尺寸 工作环境 可靠性要求 冷却方式 控制性能 功率密度 总体性价比
空间不受限制，可用标准封装配套 各种应用 环境温度适中（-20~+40oC); 静止应用，震动较小 较高以保证生产效率 通常为风冷（体积大） 多为变频调速控制，动态性能较差 较低（0.2kW/kg） 一般
Parallel HEV/Plug-in
Battery
Series HEV/Plug-in
ISG
Trans.
Traction Motor
电动汽车应用对电机系统的要求
EV/HEV Requirements for Electric Machines • 结构紧凑、尺寸小 Compact in Size • 重量轻 Light in Weight • 可靠性高 High Reliability • 效率高 High Efficiency • 低噪声、低震动 Low audible noise, Low Vibration • 调速范围宽 Wide Speed Range • 成本低 Low Cost
电动汽车用电机及其控制系统的应用与发展
Application and Development Trend of Motor Control Systems for EV and HEV
徐性怡博士
上海大郡自动化系统工程有限公司
Dr. Xingyi Xu Shanghai DAJUN Technologies, Inc.
Volume： Weight
RX400 30 Liters 35kg
GS450 11 Liters 20kg
Improved 63% 43%
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
电动汽车用电机系统所面临的设计挑战：
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
+
动力总成趋势：电机与变速箱的优化组合 Optimal Combination of Motor and Gears
• 电机尺寸取决于峰值力矩 （而不是功率！）以及电机 的散热能力
– 需要充分理解最差工况以及电机、电力电子器件的能力限制 Fully understand the worst case condition and limitations of motor and power electronics components
•
电磁兼容设计：EMC Design
– 需要从零部件到整车各层次进行统筹设计 Work at Vehicle, system, and component level to limit EMI
布置空间有限，必须根据具体产品 进行特殊设计 温度变化大（-40 ~ +105oC); 震动剧烈; 很高以保障乘车者安全 通常为水冷（体积小） 需要精确的力矩控制，动态性能较 好 较高（1 – 1.5kW/kg） 极高：既要性能好，又要价格便宜
Dajun Confidential, Please do not distribute without written permit
The motor size is determined by the TORQUE (not the power!) and the motor cooling system capability.
Torque
速比 1:1
• 根据实际应用需要优化配置 电机与变速箱（减速机）组 合 System optimization can be achieved through motor/gear combination