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新能源:新能源汽车驱动系统控制器产业发展报告

车城主(稿源) 2022-1-30 21:42 No.1685

导语


本报告围绕电驱动系统及控制器,从国内外市场发展环境和竞争格局出发,阐述并展示了目前我国新能源汽车电驱动系统及控制器总体发展现状,分析了当前电驱动系统产业链面临的机会与挑战,以电力电子技术为重点,提供了电驱动控制器产品的应用状况及技术发展趋势。此外,本报告通过对多家供应商企业的调研与访谈,将行业热点问题与建议进行了汇总,以期推动新能源汽车电驱动系统行业的健康发展。


一、新能源汽车发展环境


受能源供应和环境保护的影响,汽车动力系统电气化成为不可逆转的趋势。在未来几十年里,传统内燃机汽车的规模将不断萎缩,而混合动力(HEV)、插电混动(PHEV)、纯电驱动(EV及REEV)和燃料电池(FCEV)等电气化动力汽车将持续快速增长(见图1)。在战略、资金、技术的带领下,国内外新能源汽车市场风起云涌,进入高速发展快车道。



1 动力系统电气化的市场趋势


在过去几年中,全球新能源汽车市场快速长大。2017年,全球新能源汽车总销量超过117万辆,累计销售突破300万辆。其中纯电动汽车占比64%。2018年全球主要国家新能源汽车销量达200万辆(见图2),同比增长65%。其中,纯电动汽车占比为69%。



2 全球主要国家新能源汽车销量


在政府一系列政策引导和激励下,中国的新能源汽车在过去五年中飞速发展,中国已经成为世界第一大新能源汽车市场(见图3)。



3 中国新能源汽车销量及占比


展望未来,中国新能源汽车仍将保持快速增长。根据《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》,到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车销量将达200万辆,累计销量超过500万辆。根据《节能与新能源汽车技术路线图》,到2020年,新能源汽车销量占汽车总销量的7%以上;到2025年,新能源汽车销量占比达到15%以上;到2030年,新能源汽车销量占比达到40%以上(见图4)。



4 中国新能源汽车市场走势


新能源汽车主流应用包括乘用车、商用客车和物流车三大类。在中国,新能源客车经过近几年的快速发展,长大趋缓,且总量有限(约十万量级的市场);新能源物流车拥有百万量级的市场,正处于启动/快速长大期,近中期的长大性可观;而新能源乘用车拥有千万量级的市场,是新能源汽车的主力市场,且具有中长期快速、持续长大的空间(见图5)。



5 中国新能源汽车细分市场的比例和趋势


在中国新能源乘用车市场中,绝大多数是纯电动EV产品。这一方面是因为国家政策的鼓励,另一方面是因为纯电动汽车结构简单,比PHEV更容易推出产品。然而,由于受电池技术的制约,以及由充电设施和充电时间的限制所带来的里程焦虑,在有选择的场合,中国的消费者依旧会优先考虑选择PHEV。例如,在PHEV和EV同样享受补贴政策的深圳和上海市场,2018年上海PHEV销量占比超过60%,深圳PHEV销量超过EV(见图6、图7)。



6 上海市PHEV及EV销量占比



7 深圳市PHEV及EV销量占比


二、中国新能源汽车用电机驱动系统市场分析


电机驱动系统是新能源汽车的核心系统部件,广泛应用于各类新能源整车中。图8列举了新能源汽车中主要的电机驱动系统应用。



8 新能源汽车电机驱动系统应用举例


新能源汽车市场的蓬勃发展为电机及控制器提供了巨大的市场空间。图9提供了2017~2025年中国电机和电机控制器的市场规模预测。



9 中国电机及电机控制器市场规模预测


(一)中国新能源汽车电机及控制器供应商分析


在中国新能源汽车十多年的发展进程中,国内的电机及控制器供应商也得到了快速发展。这主要得益于以下因素。


政府主导推动的新能源汽车的巨大市场潜力和一系列政策措施,极大地调动了本土供应商的投资积极性;而众多的制造企业面临转型的压力,纷纷把新能源汽车零部件作为目标领域,主动投资。


中国本土供应商愿意开放并能够就近服务自主品牌整车客户,双方相互扶持、共同进步。


中国具有良好的制造业基础以及丰富的原材料资源(如稀土永磁材料),在电机及控制器产品领域可以形成成本优势。


中国新能源汽车的市场尚未形成规模,国外的整车厂和供应商尚未下决心投入,中国供应商所面临的国际竞争较小。


借助于有利的发展环境,经过十多年的努力,中国电机及控制器供应商的自主研发和生产制造能力已经取得了长足的进步。国产新能源汽车的电机及控制器产品从无到有,形成了涵盖微型车到大客车的所有新能源汽车应用的完整系列,基本能满足现有国产整车的性能及功能需求。当前国产新能源汽车所采用的电机及控制器基本是由国产供应商提供的。


根据中国汽车技术研究中心提供的数据,目前中国新能源汽车电驱动相关供应商有200余家,遍布全国各地(见图10),其中自主企业占89%。


上述供应商中绝大部分企业的主营业务为纯电动汽车用驱动电机及控制器。表1列出了不同纯电动整车产品类别中所对应的电机及控制器的供应商(统计时间为2017~2018年,仅限于EV市场)。



10 中国新能源汽车电驱动供应商分布



1 中国纯电动汽车用电机及控制器的主要供应商


项目


A00/A0级乘用车


A/B级乘用车


2.5t物流车


4.5t物流车


8~12m客车


供应商


英博尔


比亚迪


深圳大地和


南京越博


朗高/汇川


大郡控制


精进电动


湘电莱特


德威利新能源


比亚迪


大地和


联合电子


方正电机


苏州朗高


湖南中车


方正电机


华域电动


江苏微特利


精进电动


精进电动


安徽巨一


麦格米特/大洋


精进电动


无锡华宸


大郡控制


上海电驱动


上海电驱动


创驱新能源


湖南中车


绿控传动


比亚迪


英搏尔


无锡华宸


苏州艾麦电子


凯博易控


德洋电子


合普动力


陆地方舟


绿控传动


福建万润


德沃士


大地和


德沃士


大洋电机


南京越博


芜湖杰诺瑞


大陆汽车


大洋电机


众联能创


武汉理工通字


集中度


TOP 9集中度87.9%


TOP 9集中度86.3%


TOP10集中度90.7%


TOP10集中度78.2%


TOP10集中度83.4%


通过对工信部数据的进一步分析,可以梳理出不同整车产品领域内整车厂与电机及控制器供应商的对应关系(见表2,统计时间为2017~2018年,仅限于EV市场)。


(二)新能源汽车电机及控制器供应商分类与特点


(1)国际汽车行业的厂商主要包括两大类:一是与整车厂形成密切战略伙伴的供应商,如丰田与电装;二是零部件巨头企业,如博世、德尔福、采埃孚、大陆、法雷奥-西门子、博格华纳等。这类国际厂商的特点是具有深厚的汽车技术基础和应用积累、丰富的制造经验、规范的管理体系以及品牌优势。


(2)转行进入汽车领域的国际知名公司如台达、日本电产等。这类企业具有雄厚的电力电子技术基础、完整的产品开发能力、大规模生产制造的丰富经验和强大的供应链管控能力,能够很快地切入新兴的新能源汽车领域并形成优势。


(3)国内整车厂关联的供应


商(参数|图片),如上汽旗下的捷能(动力系统)、华域(电机)、联电(电机及控制器)和上汽变速器(机电一体化传动),北汽新能源公司旗下电驱动公司,比亚迪14事业部(电驱动总成)和6事业部(IGBT及其他电子部件),江淮和安徽巨一,以及宇通和郑州智驱等。这类供应商与整车客户绑定合作关系,在了解汽车应用及客户需求、获取稳定的订单方面具有先天优势,从而可以专注于技术与产品开发,进步很快。


(4)由工业应用领域转型而成的电驱动厂商,如来自工业逆变器的汇川、蓝海华腾、英威腾等,来自工业电机的卧龙电气、大洋电机、方正电机等。这类厂商具有工业产品研发制造的长期积累,在规模化制造、供应商管理和成本控制方面具有一定的优势,但还需要一段时间来熟悉汽车行业,长大为汽车级供应商。


(5)以新能源汽车电驱动系统为主业创立并发展的独立电驱动厂商,如上海电驱动、大郡控制、精进电动、大地和、英博尔、天津松正等。这类厂商大多在中国的新能源汽车行业耕耘的时间比较长,具有一定的技术积累和产品开发能力,研发人才也相对充足,但在规模制造、供应链管理、资金实力等方面比较薄弱。



2 中国新能源汽车EV市场电驱系统配套情况(2017~2018年)


A00/A0级乘用车


A/B级乘用车


2.5t物流车


4.5t物流车


8~12m客车


车企


配套厂商


车企


配套厂商


车企


配套厂商


车企


配套厂商


车企


配套厂商


北汽新能源


大郡控制


比亚迪


比亚迪


奇瑞商用车


深圳大地和


东风汽车


精进电动


宇通客车


汇川技术


英博尔


上汽乘用车


华域电动


露笑科技


民富沃能


朗高电机


奇瑞新能源


巨一自动化


联合电子


重庆瑞驰


深圳大地和


东风特汽


比亚迪


比亚迪


上海电驱动


吉利汽车


精进电动


湘电莱特


苏州绿控


中通客车


大洋电机


芜湖杰诺瑞


联合电子


北汽新能源


大洋电机


湖南中车


湖南中车


通用五菱


方正电机


北汽新能源


北汽新能源


东风汽车


方正电机


深圳大地和


精进电动


上海电驱动


大洋电机


精进电动


湖北新楚风


北京德威利


南京越博


长安汽车


上海电驱动


奇瑞汽车


上海电驱动


蓝海华腾


湖南中车


凯博易控


江铃新能源


深圳大地和


中电汽车


江苏豪吉博电器


苏州绿控


创驱新能源


安川电驱动


合浦动力


民富沃能


湖南中车


湖南中车


深圳大地和


长安汽车


创驱新能源


河北长安


创驱科技


成都大运


大洋电机


珠海广通


银隆电器


江铃新能源


深圳大地和


上海电驱动


深圳大地和


南京越博


上海申龙


湖南中车


江苏微特利


东风乘用车


杭州伯坦科技


一汽客车


无锡华宸


大运汽车


大郡控制


江淮汽车


巨一自动化


大陆汽车


江苏微特利


民富沃能


无锡奕控


英博尔


武汉乐创科技


湖北新楚风


江苏微特利


吉利商用车


大郡控制


南京金龙


福建万润


比亚迪


比亚迪


广汽乘用车


精进电动


山西成功


航天新长征


苏州艾麦电子


上海力信


众泰汽车


杭州节能动力


大郡控制


方正电机


无锡恩吉威


南京金龙


杭州德沃士


江淮汽车


巨一自动化


河南天勤


聊城中通


民富沃能


厦门金旅


福建万润


华域电动


英博尔


陆地方舟


广东新高电驱动


大郡控制


大郡控制


吉利汽车(知豆&全球鹰)


山东德洋电子


长城汽车


博格华纳


广东陆地方舟


烟台舒驰


无锡华宸


蓝海华腾


上海电驱动


扬子江汽车


深圳依思普林


江铃汽车


大地和


厦门金龙


大郡控制


永康斯科若


南京汽车


湖南中车


精进电动


东风汽车


杭州伯坦科技


精进电动


武汉英康汇通


江苏九龙


江特电机


金龙新能源


格至控智制能动力


上汽大通


众联能创


北汽福田


凯博易控


TOP10集中度82.5%


TOP10集中度84.2%


TOP10集中度81.3%


TOP10集中度77.8%


TOP10集中度70.3%


(三)新能源汽车电机及控制器供应商面临的挑战


尽管国内电机及控制器供应商已初具规模,但随着中国新能源汽车市场由政策扶持阶段转向市场驱动阶段,以及面对国外先进整车和零部件供应商的大量进入,中国电机及控制器供应商将面临更加严峻的挑战。


1.当前中国新能源汽车市场宏观环境所带来的压力


国内新能源政策升级过频,导致整车产品变更频繁、生命周期短,开发投入难以为继。


由补贴政策退坡带来的整车压价及原材料价格不断上升对厂商形成双向挤压,而供应商本身通过技术升级来消化成本压力则需要合理的时间,因此导致盈利空间减小、产品力下降。


回款周期过长、资金紧张,尤其是中小企业缺乏有效的融资机会,面临丧失发展机会甚至无法生存的风险。


2.来自国外的竞争压力


与国外同类产品相比,国产控制器在体积重量、功能性能、工艺水平甚至成本等方面有较大的差距。这实际上反映了国产供应商在核心能力方面与国外同行的差距。


(1)核心技术薄弱,产品力不足


由于国内整车和零部件企业普遍缺乏新能源汽车正向开发的经验和技术积累,整车需求、供应链层级定义不够清晰,产品定义不尽完整合理;汽车级产品的设计与试验验证等体系化能力有待提高;缺乏关键总成的集成优化设计能力,尤其是新能源汽车机电一体化集成能力不够,产品应用积累少,设计冗余较大;软件开发目前也大多停留在功能实现层面,在整车安全控制策略、故障诊断与监控功能等方面的开发能力较弱;知识产权布局还不够全面,尽管目前国内新能源汽车相关的专利申请数量不断增加,但难以形成技术壁垒,使产品缺乏差异化竞争优势。


(2)供应链基础薄弱,关键元器件受限


一是国内新能源汽车供应链尚不完整,如在芯片、IGBT模块、传感器、轴承等关键零部件层面严重依赖国外厂商,容易在供货稳定性、采购成本、产品交期等方面受到制约;二是国内汽车各级零部件供应商对汽车应用缺乏深入了解,缺乏汽车级产品设计与验证的经验以及如何实现高质量、高一致性、低成本制造的经验,而主机厂对国内供应商的扶持和指导也不够,导致大部分国产供应商并不具备汽车级的供应能力。


(3)缺乏汽车级精益化的管理与经营经验,成本居高不下,且盈利能力弱


与国外厂家相比,无论是整车企业还是零部件供应商,在企业运营、供应链管理理念、精益化制造、质量过程管控等方面能力严重不足。比如,现阶段新能源汽车质量问题PPM高达千元级,远高于国外传统车企百元级的标准,导致投入市场的产品售后维护成本居高不下,不仅给市场终端用户造成不良影响,也侵吞了宝贵的企业利润。


3.应对策略与倡议


(1)坚定信心,扩大中国新能源汽车的发展优势


发展新能源汽车是重要的历史机遇。中国政府确立了节能减排的政策并大力推动新能源汽车发展。经过十多年的努力,中国新能源汽车行业有了长足进步,已经初步具备了开发与制造能力,形成了比较完整的产业链。中国市场的规模和特殊性也为自主产品提供了足够广阔的空间。


(2)企业层面,要坚持投入,苦练内功


企业的竞争力主要体现在能否有效地满足客户多样化、潜在的、不断更新的需求。因此洞察客户真实需求,以适用技术实现产品快速迭代、持续改善及精益经营、高效盈利等能力是企业保持竞争力的“内功”。只有老老实实地坚持投入,苦练内功,坚持自主开发具有特色、满足市场的产品,才能保持企业的竞争力。


(3)行业层面,要协同合作,提升产业链整体水平


由整车企业牵头,通过同步开发让国内供应商尽早参与整车开发和后续供货,从而推动、提携、督促供应商提升产品开发、生产制造及质量管理的能力。零部件企业之间也需要密切合作、优势互补,共同打造系统级产品及竞争力。此外,应积极主动地引进国外先进技术,并与中国市场应用相结合。


(4)政府层面,要营造有利于企业生存和快速长大的环境


营造稳定的政策环境和预期,制定行业标准,打造公平竞争的商务环境,减少盲目扩产、无序竞争、浪费资源等现象;同时针对现阶段新能源汽车企业尤其是创新型中小企业生存困难的状况,制定有效措施,帮助企业渡过难关,与新能源汽车市场同步长大。


三、驱动系统及其控制器的技术发展


电驱动系统是新能源汽车“三电”核心技术之一。当前国内新能源汽车应用主要包括纯电驱动系统(含纯电动EV、增程式REEV)和混合动力驱动系统(含PHEV、HEV)。这两种不同的应用对电机及控制器的结构布置、工作模式、工作环境和性能等的要求有所不同。


(一)纯电驱动系统的特点及技术趋势


1.纯电驱动系统结构简述


纯电驱动系统构架(Power Architecture)可分为两部分:电驱动系统(Traction Drive)和能源管理系统(Energy Management),如图11所示。



11 纯电驱动动力系统


2.纯电驱动系统的标准化、平台化趋势


纯电驱动系统结构简单,必须与车轮物理相连的牵引电机驱动系统体积可以做得很小,而其他功能模块体积也不大,且相对独立,可以布置在车上任何部分。因此,纯电驱动动力系统很容易实现标准化和模块化。


随着国内新能源汽车发展逐步完善,各个类型的比较完整的纯电动汽车产品线已经逐步形成。通过对2017年和2018年国内纯电动乘用车动力系统匹配数据进行统计与分析,可以看出趋势比较明显的纯电驱动系统平台,如图12所示。



12 2017~2018年纯电动乘用车动力系统匹配情况


可以看出,纯电动乘用车所配套的电机控制系统大致可用60kW(


A00(参数|图片)/A0级)、100kW(A级)、160kW(A/B级)三种纯电驱动平台覆盖。这就形成了纯电动乘用车的三个标准驱动系统平台。值得一提的是,A00/A0级产品族涵盖的功率范围比较宽。这是因为早期的A00级产品在续航里程、动力性能方面的升级,以及车型逐步从两座向四座A0级轿车升级。相应的,电机系统的峰值功率也从30kW向60kW升级。


3.纯电驱动系统集成化发展趋势


伴随着纯电驱动系统的标准化进程,其物理集成度也在不断提高。目前,中国新能源汽车所采用的电机驱动系统大多由分体的电机、减速机和电机控制器拼装而成。而国外多采用电机+控制器+减速机一体化集成的驱动单元(Electric Drive Unit,EDU)。EDU动力总成体积紧凑小巧,非常容易和电池集成,形成标准化、模块化的动力底盘。而标准化的动力底盘可以与个性化的整车上装相组合,形成多样化的整车产品,满足消费者对汽车个性化的需求。此外,EDU的集成度高、成本较低,系统性能也有所提升。可以预见,机电一体化高度集成的EDU将在今后一段时间内成为电动汽车的标准动力系统总成。


采用轮毂电机的分布式驱动系统是纯电动动力系统的另一种形式。轮毂电机使整车布置更为方便,可以最大限度地为乘客提供使用空间,改善舒适性;同时轮毂电机系统也可以将驱动与制动功能、驱动与转向功能进行智能化融合,从而可以更有效地提升整车的驾驶性能,实现更高的主动安全功能,更好地支撑智能驾驶技术的发展与应用。


图13展示了纯电驱动系统集成化的发展趋势。



13 纯电驱动系统集成化的发展趋势


(二)混合动力驱动系统特点及技术趋势


1.混合动力系统结构简述


当前国内外存在多种动力结构与运行策略的混合动力驱动形式,其中较有代表性的有如下。


(1)丰田第四代混合动力系统及其电力电子控制单元特点


THS系统中电力电子控制单元(PCU)是一个由升压转换器(Voltage Boost Converter)、对应双电机的两组电机驱动逆变器(Inverter)和DC/DC转换单元组成的集成控制器。电机驱动逆变器分别驱动位于发动机输出轴变速箱总成中集成的两个动力电机。发动机以及驱动电机的动力通过行星齿轮动力耦合装置控制动力输出。通过DC/DC转换单元,将高压电池组的高压电源转换成传统的12V电源为传统用电器供电,同时也对位于发动机舱的附属12V电池进行充电。



14 THS Ⅳ电驱系统整体电气架构



15 THS Ⅳ电驱系统的物理结构


该电力电子控制单元的主要特点:一是控制器内部进行了高低压电力电子的集成,同时采用双面水冷IGBT方案,使得控制器整体体积较上一代减小33%。二是整个控制器又被进一步集成到了变速箱上、发动机侧,使得整套THS动力系统结构更为紧凑。但同时也对该控制器的抗发动机振动与热辐射的能力提出了更高的要求。


(2)P2单电机混合动力及其电力电子控制单元特点


除了以丰田为代表的功率分流路线以外,P2构型的混动方案近年受到了欧洲整车厂和零部件供应商的力推,如大众


高尔夫(参数|图片)GTE、奥迪A3混动、舍弗勒等。国内长安


逸动PHEV(参数|图片)也采用了这种混动路线。


与丰田功率分流混动路线中采用双电机方案不同的是,P2混动方案仅有一个位于发动机和变速箱离合器之间的单电机,因此其对应的电力电子控制器也是一个独立单元,并不必与发动机或者变速箱集成,可以直接装配在副车架上,工作环境和要求(主要是振动)相对良好。但由于控制器和电机之间采用三相电缆连接,成本和EMC方面有所损失(见图16)。



16 高尔夫GTE整车结构


(3)PX+P4四驱混合动力及其电力电子控制单元特点


众多的插电混动SUV采用两套系统:前驱轴上为一个单电机的混合动力总成(通常为P2或P1结构),后驱轴上再放一个纯电驱动系统(P4构型)。这样可以方便地实现四轮驱动。比亚迪的插电混动SUV


唐(参数|图片)就是采用这一典型结构(见图17)。



17 比亚迪唐底盘结构


2.在不同混合动力驱动系统中,电力电子控制器是高度个性化的系统子部件


在混合动力驱动系统中电力电子控制器需要结合不同发动机、变速箱、发电机的控制策略以及处于不同的工作位置和环境,因此不再具有通用性、互换性以及标准化的条件,而需要根据每个具体的车型产品进行个性化配套设计。换句话说,不同厂家之间的混动电机控制器无法共享,甚至同一厂家不同产品之间也无法共享。


此外,混合动力应用对电力电子控制器的技术指标要求更为严格,举例如下。


第一,要求更小的封装尺寸。因为要在原有传统车型同空间尺寸的情况下布置两套动力系统,并且往往是根据机电耦合发动机及变速箱的布置空间来确定对控制器的布置要求,因此要求控制器体积更小、形状更灵活。


第二,工作环境恶劣。一是发动机舱的最高工作环境温度一般设置在105℃(纯电动汽车的最高工作环境温度为85℃),二是混动系统对控制器的振动等级要求高达9g以上(当前主流纯电动控制器的振动等级为3~5g)。这些要求均需在控制器设计中进行特殊加强。


第三,性能要求更高。因混合动力驱动系统有多种工作模式和控制策略,要求驱动电机、发电机进行频繁地切换控制,对控制器的控制精度和动态响应要求比纯电动应用更高。


总之,在纯电驱动系统中,电机及其控制器可以是一个平台化和标准化的解决方案,而在混合动力系统中,电机及其控制器是一个服务于系统策略和结构的个性化子部件。


(三)控制器技术发展趋势


随着电动汽车技术的深入发展,整车功能需求越来越复杂,整车布置要求越来越紧凑,这也就对电机驱动系统提出了越来越高的要求——体积更小、重量更轻、结构更紧凑、能耗更低、安全可靠性更高。在这些要求的推动下,国内外电机控制系统在功率密度、集成度和功能安全等方面受到高度关注,实现了长足的发展。


1.功率密度提升


国内外电机控制器技术发展的一个明显的标志是功率密度不断提升。引领全球混合动力发展的丰田汽车公司,经过几代产品迭代,其控制器密度持续提升。


国产电机控制器功率密度也在快速提升。表3列举了国内外不同时期的几款控制器产品的数据,可以看到基于标准封装IGBT模块的国产控制器的功率密度已经接近国际水平。



3 国内外控制器功率密度指标对比


项目


2013年Camry IPU控制器


2017年


BOSCH控制器


2017年


汇川技术


2017年


上海电驱动


2017年


精进电动


2017年


大郡控制


控制器功率密度(kW/L)


19.0


24.0


14.0


20.0


22.4


21.7


控制器功率比重量(kW/kg)


17.2


21.5


12.0


18.0


18.0


19.0


功率器件类型


IGBT


IGBT


IGBT


IGBT


IGBT


IGBT


直流电压等级(V)


200~600


300~480


300~420


300~480


270~450


300~480


器件电流(A)


550


880


800


800


820


800


器件封装型式


定制


定制


标准模块


标准模块


标准模块


标准模块


资料来源:根据精进电动科技有限公司公开资料整理。


提高控制器功率密度需要综合的设计能力(见图19)。从控制器关键零部件的应用到不同器件对应的散热设计的开发,以及在提高电压、提升开关频率、降低控制器损耗的同时兼顾EMC等问题,都需要不断攻关。国外控制器多采用定制化零部件路线,电机控制器内部关键零部件如IGBT、传感器等几乎全部采用定制化设计,使控制器内部更紧凑、更小巧。在散热技术方面,直接水冷的Pin-Fin结构以及双面水冷技术,都可以使IGBT模块的电流能力大幅提高,进一步提高功率密度。而国内的供应商则受到工业基础的制约,在定制模块以及冷却技术方面与国外同行有不小的差距,导致国产控制器在功率密度方面依旧落后于国外先进产品。



19 控制器功率密度提升的考量因素


2.高度集成化


为减小系统重量和体积、有效降低系统制造成本、简化整车的生产制造过程,电力电子控制器产品呈现出功能高度集成的发展趋势。功能的集成大致可以分为以下两类。


一类是把所有的控制功能都集成在一起,包括:驱动电机控制器MCU、DC/DC、车载充电模块(OBC)、高压配电单元(Power Distribution Unit,PDU)等,甚至包括整车控制器VCU和电池管理系统BMS。采用这类集成技术的包括北汽新能源的EU系列,以及宇通、金龙客车的多合一控制器(见图20)。



20 集成控制器应用(北汽新能源PDU、大郡控制商用车多合一)


这种集成方案最大限度地共享了直流母线上的部件(如高压电容和接触器),最大程度地简化了整车的生产工序,但也带来了一些问题,如把众多各自独立的系统集成在一个单元里,无论谁出故障,都要对整个系统进行维修,这就对系统的可靠性提出了更高的要求,也增加了维修服务的成本;由于多合一集成控制器一般不便与驱动电机一体集成,那么两者之间就需要三相动力线束连接,EMC问

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