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电动车的“发动机” 有啥核心绝活

新能源热点(稿源) 2022-3-3 15:13 No.1304

一台汽车,发动机是消费者关注的核心,它关系到一辆车加速时间、最高车速等跟日常驾驶舒适,也关系到百公里油耗等日常花销。


电动车时代,一定程度上,“发动机”就是我们电驱动系统,动力输出和能耗最直接关键部件是电驱动系统,在同样电池下,驱动系统动力性能直接决定这款车百公里加速,电机的效率决定了能耗大小,从而决定了续驶里程。电机与变速器的集成度决定了自身的提及大小,以及对整车空间的影响。

别克微蓝7电驱动系统


高度集成是电驱动系统技术发展方向


业内对于电驱动高级程度化越来越认同,集成度只要是指几个主要零部件系统的集成:电机、变速器等零部件的集成,这几年随着电动汽车发展,零部件企业正在主攻这个方向,整车企业里面,通用汽车和特斯拉汽车电驱动产品是比较出色的代表。


通用汽车在第二代电动平台上,推出了 深度集成的电驱动系统,这款电驱动系统搭载在别克


微蓝7(参数|图片)上,这款电驱动系统最大功率130kW,最大扭矩为360Nm,整个设计非常简洁,通用汽车标志性的Hairpin扁导线永磁同步电机、贯穿式一体式空心轴、以及螺旋大饼齿系。

别克微蓝7电驱动系统总成剖面图纸


简单来讲就是核心部件,变速器与永磁同步电机你中有我、我中有你,这种集成有三点好处:


第一、结构更紧凑


如果电机与变速器分开布置,会多出来很多大的悬置零件、电机的壳体、变速器的壳体,我们从早期的电动车就能看到,这些粗苯的零件又重又占空间,白白浪费成本,高度集成化设计使电驱单元的结构更紧凑、重量更轻。


同时降低了摩擦、提升了效率。


第二、传统链更多,效率更高


如果电驱动系统分开的话,电机和变速器就变成了两个传动链,无论是齿轮、皮带或者别的零件,传动效率都是低于100%的,我们看到别克微蓝7电驱动系统,一根轴贯穿电机和变速器,只有一个传动链,效率更高,这套系统被发明之后,这种平行轴式集成电驱动系统一度被广泛研究。

别克微蓝7电驱动系统总成剖面图纸


第三、深度机电耦合冷却效果更好


电机与变速器集成在一起,只剩下一个壳体,电机与变速器可以实现共腔冷却。系统采用冷却效率更高、更轻量化的油冷式,使用润滑油直接冷却电机与减速器,避免了冷却结构的重复设计,并获得更好的润滑冷却效果。冷却系统主动润滑油泵可根据不同工况,驱动冷却油泵提供不同流量的润滑油,进一步提高效率。


同时,我们看到变速箱可通过油底壳与外部冷却液进行热交换,有效控制油温区间,提高效率和耐久表现。封闭式差速器设计避免了运输装配过程中的外界污染,大大降低了变速箱输出半轴处的渗漏油概率。


高功率密度永磁同步电机是发展方向


电动汽车在驱动电机的选用上,分为几个阶段,此前是感应电机,之后圆导线低功率密度的永磁同步电机,目前在向扁导线高功率密度电机迈进。


感应电机是异步电机,没采用永磁体,励磁方式决定了效率比较低,这些年多数电动车采用了永磁同步电机,在电机设计方面,特斯拉相关的设计并不算突出,它采用了效率低下的感应电机,据称特斯拉有计划在新的车型上采用永磁同步电机,落地情况不得而知。

特斯拉圆导线绕组感应电机


通用汽车是少数具有电机设计能力的公司,到目前为止很多产品比较具有领先性,包括标志性的Hairpin扁导线绕组、双V字型的永磁磁钢的设计,兼具功率密度和效率的优势。

通用汽车自研的电机


即便采用了永磁同步电机,差异性还是很大,主要表现为两点:绕组是扁导线还是圆导线,永磁体的设计方式。


针对绕组方式,目前巨大多数企业依旧采用的是圆导线绕组电机,扁线电机与圆线电机的区别在于铜线的成形方式,扁线有利于电机槽满率的提升,一般圆线电机的槽满率为40%左右,而扁线电机的槽满率能达到60%以上。槽满率的提升意味着在空间不变的前提下,可以填充更多的铜线,产生更强的磁场强度,提升功率密度。

发卡式扁导线绕组永磁同步电机


与此同时,采用Hairpin扁导线电机,绕线之间是面接触,接触面积很大,相对应圆导线是“线”接触,接触面积小,所以,扁导线热导性能更好,温升更低。有数据显示,扁线电机温升比圆线电机低10%左右。另外,扁线电机还可以通过节省端部铜材的方式提升铜线利用率,从而达到降低成本的目的。


当然,采用扁导线需要技术门槛,因为扁导线成型要求高、加工工艺难度大,导线外部是三层绝缘、耐磨的涂层,绝缘涂层在烘干后会产生收缩形变,如果是圆线的话,收缩会比较均匀,扁线则容易产生损坏,导致在实际加工中,扁线的良品率远远低于圆线。扁线对加工工序多,设备要求高,前期投入大,而且扁铜线系列化设计难,设计开发成本高。


针对永磁体磁钢,通用汽车在电机转子的深处不对称地放置了多个双层“V型”磁钢,相对“一型”、或者单层磁钢,可以实现更高的扭矩密度。

别克微蓝7双层V型磁钢


随着电动汽车越来越普及,大家对于电动车的认知也会越来透彻,技术在发展,产品在迭代,别克微蓝7作为主流合资车企里为数不多的500公里续驶里程车型,在电驱动系统方面,确实有很多可圈可点之处。

别克微蓝7



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