浅谈电机系统轻量化技术路线课件.pptx

1、电机系统轻量化技术路线浅谈电机系统的技术路线图01目前的轻量化技术路线02电机系统轻量化技术难点03CONTENS目目录录Part 01 电机的技术路线图发展目标：乘用车电机功率密度4.0kW/kg，商用车电机转矩密度20Nm/kg，继续保持国际先进水平。“十三五十三五”电驱动系统技术指标发展电驱动系统技术指标发展电机高速化Prius20046000RPMCamry 200714000RPMPrius 201013500RPMPrius 201717000RPM目前的轻量化技术路线269*L83.6264*L62269*L50.8215*L61“十三五十三五”电驱动系统技术指标发展电驱动系统技

2、术指标发展封装形式封装形式技术路线技术路线模块式集成式双面冷却封装式新材料新工艺器件年份年份2014年2020年2025年功率密度功率密度68 kW/L1618 kW/L3236 kW/L62022-6-24 发展目标：电机控制器实现功率密度倍增，达到国际先进水平。国内外驱动电机技术发展趋势国内外驱动电机技术发展趋势电力电子集成电力电子集成72022-6-24国内外驱动电机技术发展趋势国内外驱动电机技术发展趋势电力电子器件电力电子器件 高功率密度是电机控制器的重要技术与产业的发展方向，采用沟槽栅场终止IGBT与双面焊接及冷却技术，提升芯片IGBT器件功率密度。下表面银浆烧结工艺铝线键合工艺与双

3、面焊接单面冷却工艺对比多适应性注塑模工艺发射极电流检测门极温度检测二极管阴极阳极集成电流+温度传感器芯片Trench+FS结构及超薄晶圆82022-6-24国内外驱动电机技术发展趋势国内外驱动电机技术发展趋势电力电子器件电力电子器件 以SiC/GaN为代表的第三代宽禁带材料技术及产品快速发展，国外企业（特别是日本）不断推出全SiC电力电子集成控制器产品样机，全SiC控制器功率密度比Si控制器提升2倍以上。丰田SiC PCU体积减小为IGBT PCU 的1/5我国研制出功率密度37kW/L SiC控制器92022-6-24国内外驱动电机技术发展趋势国内外驱动电机技术发展趋势电磁兼容电磁兼容p C

4、ISPR25 提出了低压电源端口传导发射标准+高压端口传导干扰极限规范；p 电力电子集成度将进一步提高，需要更精确的干扰预测方法和更有效的抑制手段；p 未来SiC器的应用，开关频率更高、开关速度更快，将为电磁兼容的设计带来新的挑战。低压电路干扰源低压电路干扰源高压耦合高压耦合+低压电路干扰源低压电路干扰源电机电机控制器内部显著的干扰耦合现象控制器内部显著的干扰耦合现象p 电磁兼容问题来源：高压大电流开关器件和低压高频开关器件产生的高频谐波电流/电压（150kHz+），通过导电体传导和空间辐射对控制器等弱电电路的干扰；p 电磁兼容问题影响：导致通信可靠性降低、电机控制器失效、外部电气设备工作异常

5、。102022-6-24国内外驱动电机技术发展趋势国内外驱动电机技术发展趋势系统匹配技术系统匹配技术新能源汽车大规模应用对整车的动态性能、续驶里程和低成本提出越来越高的要求：电驱动系统全局性能设计和控制直接影响整车动态性能； 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；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。全局性能优化、全局高效率、更高集成度112022-6-243040405050505050506060606060606565656565657070707070707575757575758080808080808282828282828484

6、84848486868686868888888888909090909091919191919292929293939393949494304040505050505050606060606060656565656565707070707070757575757575808080808080828282828282848484848486868686868888888888909090909091919191919292929293939393949494电 机 转 速 /rpm电机输出转矩（Nm）和效率MAP（%）05001000150020002500-1500-1000-50005001

7、0001500国内外驱动电机技术发展趋势国内外驱动电机技术发展趋势电驱动系统集成电驱动系统集成 以大陆、博世、西门子、麦格纳为代表的电驱动系统集成商在驱动电机系统表现出了强劲的竞争力，纷纷推出了电驱动总成系统产品，包括电力电子与驱动电机总成、驱动电机与减速器总成（电驱动桥）等，这类产品在集成度方面具有明显优势；适用于乘用车的电驱动总成开始在商用车应用。122022-6-24国内外驱动电机技术发展趋势国内外驱动电机技术发展趋势电动轮集成电动轮集成 面向分布式驱动应用，轮毂电动车轮总成、轮边电机总成、电驱动桥具有较大优势。通过将电机设计安装在车轮的轮毂内，输出转矩直接传输到车轮，舍弃传统的离合器、

8、减速器、传动桥等机械传动部件，汽车结构大为简化。132022-6-24 国内外车用电驱动技术发展趋势国内外车用电驱动技术发展趋势48VBSG总成总成 48VBSG集成一体化总成结合了双重电压设置（12V/48V）以及“启动-停车” 技术的优势，能够更有效率地回收汽车的制动能量，提高燃油效率最高达到15%。国外如大陆、博世、法雷奥、马瑞利等已经推出了48VBSG样机，并实现了装车测试，我国也处于快速起步阶段，样机开发与国外基本同步。2022-6-2414小结：国内外驱动电机技术发展方向小结：国内外驱动电机技术发展方向152022-6-24 集成化：集成化： 电机方面：电机与发动机总成、电机与变速

9、箱的总成、三合一集成 控制器方面：电力电子总成（功率器件、驱动、控制、传感器、电源等） 永磁高效化：永磁高效化： 永磁电机功率密度和转矩密度高、具有效率高、功率因数高、可靠性高的优点；少用无/低重稀土材料的永磁电机、新型混合励磁电机。 数字化与智能化：数字化与智能化： 新一代MCU控制器：32位微处理器 功能安全：具有冗余和安全监控功能 AutoSAR：分层软件架构，具备诊断、通信、标定等功能。Part 02 目前的轻量化技术路线目前的轻量化技术路线四化三进步电机高速化逆变器高频化动力系统集成化设计技术进步材料技术进步制造技术进步系统高压化设计技术进步目前的轻量化技术路线 采用现代永磁电机多领

10、域集成、多层面优化、多端口匹配设计技术，进行电机综合设计与分析，实现电机最佳性能比和材料利用率。材料技术进步材料技术进步绝缘纸绝缘纸 内部环境 Internal environment 高起始放电电压；High PDIV Cause the rise of voltage, PDIV should also increase. Mica Blended Nomex paper could improve the PDIV. 外部环境 External environment 耐ATF油 Compatibility with ATF oil 在ATF 油+X%水，耐高低温循环 高导热高导热 Hi

11、gh heat conductivityHigh heat conductivity 高导热性能能降低电机温升、提升效率、功率密度 High heat conductivity could get lower temperature rise, higher efficiency and higher power density目前的轻量化技术路线3. 什么浸漆工艺最符合目前车用电机的需求 Which is the best process for traction motor of EV/HEV? 普通沉浸 Traditional dipping & baking 滴浸滴浸 Tricklin

12、g ProcessTrickling Process 滚浸 Rotating dipping 真空浸（VI） 真空压力浸漆（VPI） 电加热电加热+UV/+UV/烘箱烘箱 Electrical Heating + UV/baking Electrical Heating + UV/baking 电加热紫外光浸漆工艺1. 良好的浸漆工艺将会有助于改善温升、NVH及寿命Good impregnating process could improve thermal issue, NVH and insulation life.2. 良好的浸漆工艺将会提升漆的有效利用率，减小能耗及成本Good impregnating process could improve the utility rate of resin, power loss and cost of process.制造工艺技术进步制造工艺技术进步浸漆工艺浸漆工艺目前的轻量化技术路线Part 03 轻量化技术的难点难点案例1：电机轻量化与热的矛盾难点案例2：机械结构轻量化与NVH的矛盾轻质与高刚度、高固有频率轻质与高 阻尼比轻量化技术的难点水冷机壳冷却技术（间接冷却）水冷机壳冷却技术（间接冷却）油冷技术（直接冷却）油冷技术（直接冷却）油品与绝缘材料兼容性油品与绝缘材料兼容性