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会“拼”才厉害 电驱动系统的正确玩法

2019-05-26
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集成化电驱动系统是什么?

  [沈阳爱车网 技术]  集成化设计,用白话说就是“多合一”,在汽车领域,集成化设计比较普遍,比如我们今天要聊的集成化电驱动系统;千万不要小看电驱动系统的集成式设计,它能让我们获得更大的乘坐、储物空间,甚至还能为我们省电;那么究竟什么样的电驱动系统才算集成式设计呢?它不会给我们带来弊端吗?这又是不是未来的正确发展方向呢?

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60秒快速阅读:

1、电驱动系统由电控系统、电动机、逆变器、减速器等部件组成;

2、集成化电驱动系统由最初的二合一设计,演变成三合一设计、集成式电驱动桥设计;

3、集成化电驱动系统有效降低了生产成本,减小了系统体积、重量,也使其布局更加灵活;

4、集成化电驱动系统的热管理更加复杂、维修不便利、故障率可能增加;

5、集成化电驱动系统是发展趋势,但日后电驱动系统如何集成充满各种可能性。

老说电驱,电驱都有啥?

  电驱动系统包含的部件较多,比如电控系统、电动机、逆变器、减速器等等,电动机大家一定非常熟悉,但电控系统、逆变器、减速器这些部件的作用都是什么呢?它们在整个电驱动系统中充当了什么角色呢?

  首先整个驱动模块的“大领导”就是电控系统,若没有电控系统的“指挥”,驱动模块的各部件就像一群无组织的孩子,根本不知道如何做到有条不紊。而电控系统又可分为四个模块,分别是整车决策模块(VCU)、驱动系统模块(MCU)、电池控制模块(BMS)以及电子管理模块(BMU)。

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  负责指挥电机如何工作、如何输出动力的模块即MCU(驱动系统模块),其可实现对电机功率单元、扭矩、功率、转速、电流转换的控制。MCU将控制指令转换为信号传递给IGBT,IGBT再接收、执行这些指令。

  IGBT是MCU的“下家”,同时又是逆变器的核心、执行单元,IGBT的作用即是指挥逆变器对电流做出正确的转换;逆变器又有什么作用呢?由于电机需要的是交流电,而动力电池所提供的电流为直流电,所以这中间就需要逆变器来转换——将电池输出的直流电转换为交流电传递给电机。

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  逆变器将电池中的电流传递到电机,电机是不是就可以直接驱动车轮了呢?如下图所示,电机的动力输出特性为:从0rpm/min开始输出峰值扭矩,但当电机转速高于恒扭矩区间时,电机扭矩就会有所下降,所以这时就需要减速器的介入,减速器通过多级齿轮的传动即可实现降低转速、提升扭矩的效果,从而满足车辆高速行驶时对扭矩的需求。

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什么样的电驱动系统算是集成化?

  我们说完了电驱动系统的几部分,那是不是直接把这几部分用连接线连起来就行呢?最初的电驱动系统确实不存在集成式设计,其电机、逆变器、充配电系统等部件均单独布置,各部件间靠线束连接即可,这也导致当时的电动车驱动系统如下图所示,看起来十分复杂。集成化电驱动系统如何实现呢?雪佛兰Bolt就采用了二合一电驱动系统,二合一也是最初的集成式设计。

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  雪佛兰Bolt将永磁电机、减速器与车桥集成在一起,形成了简单的集成式电驱动桥。虽然雪佛兰Bolt结构图中各部分看起来还是比较复杂,但至少其驱动桥做到了二合一,如果单看驱动桥的话,如此集成化设计确实缩短了各部件间的距离,使整体结构变得更加紧凑。

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  除了雪佛兰Bolt的电驱动桥,零部件供应商博格华纳、采埃孚的集成式电驱动桥也是当今电动车领域集成化应用的例子,它们所做的集成化系统由二合一升级成了三合一、多合一;以博格华纳的31-01型eGearDrive电驱动桥为例,其将电机、电控、减速器等部件与车桥相结合,相比普通电驱动系统来说,它同样做到了结构紧凑、重量较轻,特斯拉Roadster搭载的就是该电驱动桥,且目前该产品已被特斯拉买断。

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  除了国外的产品,目前许多中国品牌电动车也趋向于采用高度集成化的电驱动系统。比如蔚来的电驱动系统、比亚迪e平台的驱动模块,它们采用不同形式将电机、电控、逆变器、减速器中的三种集成在了一起,业界也称之为三合一集成式设计,目前三合一也是比较常见的集成化方式。

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  我们以蔚来汽车的“三合⼀”⾼度集成化电驱动单元(PEU,GB,EM)为例,PEU即逆变器,GB即Gearbox减速器,EM即E-Motor一体集成电机,此外其逆变器本身还集成了电机控制器、IGBT,所以其整个驱动单元实际包括了电动机、减速器、逆变器、电机控制器、IBGT。

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  再以比亚迪e平台的多合一动力模块为例,其三合一动力模块集成了电机、减速器、驱动系统电控;此外,其高压充配电系统也是通过集成了车载充电器、逆变器、配电箱而实现的高压电三合一模块,甚至其各种车身控制器也都集成在了一块PCB板上,这些集成化模块组合起来也就诞生了比亚迪e平台的“33111”(驱动3合1、高压3合1、1块多合一控制器、1块配备DiLink系统的屏幕、1块高性能电池)。

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  既然如今国内外有这么多制造厂商都在做集成化电驱动系统,证明“集成式”设计确实有其独到之处,那么我们就聊一下它为何如此受欢迎,再聊聊它存在哪些弊端呢?



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