新能源汽車系統架構
❶ 新能源汽車電驅動技術發展和產業化趨勢
新能源 汽車 的動力系統包括電驅動系統與電源系統兩大類
電驅動系統包含電機、電控制器、減速箱,是驅動電動 汽車 行駛的核心部件;電源系統包含車載充電機(OBC)、DC-DC 轉換器和高壓配電盒,是動力電池組進行充電、電能轉換及分配的核心部件。
電驅動產業鏈涉及環節較多,可以概括為零件—總成—系統—整車廠四大層級。
上游零部件包括永磁體、硅鋼體、功率模塊、電容、感測器等,這一級的玩家對在整車產業鏈中屬於「三級供應商」。在零部件基礎上進一步設計組裝得到電機總成、電控總成與傳動總成,這一級的玩家可以稱為車企的「二級供應商」;各個單獨總成進一步集成為電驅動系統供貨於車企,這一級玩家為行業「一級供應商」。
1.1. 大三電:電機、電控、減速器
1.1.1. 電機:扁線電機、高壓電機帶來新機遇
電驅動系統在新能源 汽車 成本中佔比僅次於電池。電驅動系統(電機、電控、減速器)是新能源 汽車 動力總成的關鍵部件,相當於傳統燃油車發動機的作用,直接決定整車的動力性能。其成本佔比僅次電池,佔比絕對值因新能源 汽車 品牌、車型而異。
驅動電機主要技術路徑聚焦在永磁同步電機&交流非同步電機上。永磁同步電機與交流非同步電機的主要區別點在於轉子結構,永磁同步電機會在轉子上放置永磁體,由磁體產生磁場;而交流非同步電機則是由定子繞組通電產生旋轉磁場。功率密度、效率(高效率區間)是衡量電機性能的關鍵指標:
1)功率密度越大代表著相同功率下的電機體積更小,有利於節省空間&製造成本;
2)效率越高,說明電機端損耗越小,相同電池容量下,新能源車續航里程更長。
永磁同步電機為目前應用最多的電機類型,非同步電機在高端車型雙電機配置下會有部分使用。相比交流非同步電機,永磁同步電機功率密度更高、高效區間更寬、質量更輕。
根據第一電動 汽車 網統計信息,2022 年 3 月,我國新能源 汽車 共配套驅動電機 50.97 萬台,其中永磁同步電機為 48.60 萬台,佔比 95%,適用於大部分主流車型;交流非同步電機配套 2.09 萬台,佔比為 4%,主要配套包括特斯拉 Model Y、嵐圖 FREE、蔚來 ES8、奧迪 e-tron、大眾 ID.4 CROZZ 等車型。交流非同步電機在高速中應用性能更優,同時具有成本優勢(稀土永磁材料成本較高,同功率的永磁同步電機價格更高),目前配套多以高端車型、雙電機方案為主 (蔚來 ES8 是前永磁同步+後交流非同步,特斯拉 Model Y 2021款採用前感應非同步+後永磁同步)。
多電機在高端車型中應用有所增加,故單車配套電機數也隨高端市場佔比而變化。
相比單電機,雙電機可以顯著提高 汽車 的加速性能與續航能力。同時,雙電機多意味著四驅系統,可以提供更好的附著力,從而提高安全性能。近年來,在高端車型中雙電機的應用不斷增加,特斯拉、蔚來、奧迪、大眾、賓士都陸續推出搭載雙電機的車型。而在法拉第 FF91 和榮威 MarvelX 中更是使用了三個電機。
扁線:可有效提高電機功率密度,減少銅損耗以提升效率。
1)功率密度高:相較於傳統的圓線繞組電機,扁線電機將圓形導線換成矩形導線,因此相同面積的定子線槽可以塞進更多面積的導線,進而提高功率密度。
2)效率高、損耗小:銅損耗在電機損耗里佔比達 65%,因此為提高電機效率,需採用更合理的定子繞組,從而降低銅耗。此外,扁線截面更粗使得電阻相對更小,銅導線發熱損失的能量也越小。而且扁線電機的端部尺寸短 5-10mm,從而降低端部繞組銅損耗。
3)重量、NVH 等方面也存在優勢。
發卡電機為應用最廣泛的扁線技術,產線投資高,產業化仍處於前期階段。根據線圈繞組方式差異,扁線電機可分為集中繞組扁線電機、波繞組扁線電機與 Hairpin(發卡)扁線電機,其中發卡電機應用最為廣泛。相對圓線電機,扁線電機無法進行手工製造、自動化要求較高——繞組製造過程非常復雜,需要先將導線,製作成發卡的形狀,然後通過自動化插入到定子鐵芯槽內,然後進行端部扭頭和焊接。高自動化及定製化使得扁線電機產線投入較高,根據方正電機,2021 年來公司已先後投資 17.42 億元用於產線建設,對企業資金實力有較大挑戰。
雪佛蘭和豐田開啟扁線電機應用先河,近年來滲透率不斷提升。2007 年,雪佛蘭VLOT 採用的電動 汽車 中就有發卡式扁線電機,其供應商為雷米。2015 年,豐田發行了裝載扁線電機的第四代普銳斯,其電機供應商為 Denso。在扁線電機更高的效率加成下及內外資電機廠商批量化工藝的成熟,近年來其應用不斷增加,2020 年來,保時捷、比亞迪、特斯拉等車企紛紛推出裝載發卡式電機的新車型,滲透率不斷增長。根據方正電機公司年報,2020 年全球新能源 汽車 行業扁線電機滲透率為 15%,我國扁線電機滲透率約為 10%。2021 年隨著各主流車企大規模換裝扁線電機,特斯拉換裝國產扁線電機,我國扁線電機滲透率已與全球扁線電機滲透率同步增長至 25%。
此外,在高端車型中,搭載扁線電機數量也開始從原來的單電機增加到雙電機。例如,保時捷首款純電動跑車 Taycan 便採用了三電機。
高壓:縮短充電時間、提高電機效率以延長里程的重要措施。純電乘用車電壓通常在 200-400V 之間,在同等功率下,當電壓從 400V 提升到 800V 後,線路中通過的電流減少一半,產生的功率損耗更小,從而可以提高充電效率、縮短充電時長,進而改善新能源 汽車 使用體驗。同時,工作電流的減少將降低功率損耗,繼而可以進一步降低同樣行駛里程中的電量消耗,從而延長 汽車 里程數。2021 年為我國 800V 高壓快充元年,行業發展有望加速。
2021 年來,比亞迪(e 平台)、理想、小鵬、廣汽(埃安)、吉利(極氪 001)、北汽(極狐)等車企紛紛布局 800V 快充技術,我國 800V 高壓快充行業進入發展加速期。
高壓化下對 汽車 電子各環節都將帶來新挑戰,目前應用僅停留在高端車型。新能源 汽車 要實現 800V 及以上高壓平台兼容,除了需要提高電機、電池性能外,PTC、空調、OBC、高壓線束等部件都需要重新適配,此外還面臨更高電壓帶來的安全、熱管理、成本等多方面挑戰。受以上因素影響,目前 800V 高壓平台應用還僅停留在部分高端車型。
油冷:採取合理的電機熱管理設計可以進一步提升功率密度。電機的功率極限能力往往受限於電機溫升極限,因此提高電機冷卻散熱能力可以快速提高功率密度,同時防止永磁體在高溫時發生不可逆的「退磁」。目前常用的冷卻方式為水冷,但其無法直接冷卻熱源,熱量傳遞路徑長、散熱效率低;相較於水冷,油冷的優勢在於油品具有不導電、不導磁、絕緣等性能,因此可以直接接觸熱源,形成更安全的熱交換,提高散熱效率。
故相同的繞組絕緣等級下,油冷電機可以承受更高的繞組電流,長期工作功率更高。
1.1.2. 電機控制器:IGBT 掣肘,單管並聯紓困
電控系統通過電機控制演算法發出信號驅動電機轉動,進而控制整個車輛的動力輸出。電控系統可分為主控制器和輔助控制器:
1)主控制器控制 汽車 的驅動電機;
2)輔助控制器控制 汽車 的轉向電機、制動器、空調等。
我們本文重點討論的電控系統主要指主控制器,主要由控制板(接受整車控制器的信號指令,運行電機控制演算法,發出控制指令給功率板)、功率板(接受控制板指令,頻繁通斷 IGBT/MOSFET,控制電機轉動)、殼體等組成,在控制器中,控制電路板、功率電路板成本主要在於 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、MOSFET(功率場效應晶體管)、MCU(微控制器)、電源晶元等半導體器件。
電控開發需要從硬體、軟體兩方面協同進步。類似電機,電機控制器的核心指標同樣為功率密度、效率,軟硬體的優化也是圍繞這兩大核心主題展開。
1)硬體角度,功率半導體單管並聯方案將具備高性價比優勢,或成 A 級以下車型主流硬體配置;而模組方案憑借更高可靠性,在中高端車型占據核心地位。器件方面,碳化硅有望逐步滲透。
2)軟體角度,需要在可拓展性、易維護性、功能安全性等方面的不斷提高。
功率半導體 IGBT 占電控成本比重較高,主要參與者為國外功率半導體巨頭。根據蓋世 汽車 數據,2017 年功率板的核心器件 IGBT 模塊,佔到電控總成本高達 37%。根據Yole,2020 年全球 IGBT 行業銷售額 TOP15 公司中共 14 家為國外企業,而英飛凌(Infineon)更是憑借 14.33 億美元的收入連續多年穩居全球第一。
功率半導體在新能源 汽車 中的應用可分為模組&單管並聯這兩種路線,兩者有各自適用的場景。模組為高度集成的功率半導體產品,保證了電控成品的可靠性&良率高,同時降低了系統設計的復雜度。以 IGBT 為例,由於車規級功率半導體主要被英飛凌等外資占據,其往往提供特定參數規格的標准 IGBT 模組,然而模組參數往往不能很好適配具體需求,因此標准模組在不同功率的驅動電機控制系統中容易出現容量受限、結構安裝等問題。若採用多個 IGBT 單管並聯(通過復合母排、冷卻裝置等部件一同封裝),則可以根據不同車型靈活設計冗餘量,並且單管成本顯著低於模塊,在成本要求較高的A 級以下車型使用得更為普遍。但多個 IGBT 單管並聯時,由於各單管參數的分散性、輸出電流的不一致性,可能使系統可靠性較差,整個 IGBT 模組壽命也會縮短,對企業技術、製造能力考驗大,故中高端 B 級以上車型通常使用可靠性更強的模組路線。
碳化硅功率器件可顯著提高電控效率、功率密度等性能。碳化硅材料具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和遷移速率高等性質,相比硅基 IGBT,碳化硅元器件體積更小、頻率更高、開關損耗更小,可以使電驅動系統在高壓、高溫下保持高速穩定運行(硅基IGBT 只能在 200 以下的環境中工作)。根據意法半導體,在 400V 電壓平台下,相較於硅基 IGBT,碳化硅功率件有 2-4%的效率提升;在 750V 電壓平台下,碳化硅器件有3.5-8%的效率提升。
越來越多的高端車型已採用碳化硅電控。
1)車企角度,2021 年奧迪 e-tron GT 與福特 Mach E、特斯拉 Model S 等新車型也紛紛採用了碳化硅器件。2021 年 10 月,通用 汽車 與 Wolfspeed 簽訂了碳化硅供應協議,在原材料上搶先布局。國內車企也不斷布局碳化硅,比亞迪發布了碳化硅車系平台 e-Platform 3.0,小鵬 G9、蔚來 ET7 等採用碳化硅電控的車型也有望在 2022 年交付。
2)供應商角度,根據精進電動招股說明書,公司採用全 SiC 模塊,可以使控制器的功率提高 20kW 同時使其重量減少 6kg,逆變器尺寸縮小 43%。根據英搏爾,碳化硅電機控制器的損耗下降了 5%,電驅動系統整體 NEDC 平均效率提升 3.6%,整車 NEDC 續航提升 30km、增幅達 5.8%。
除了電機控制器外,碳化硅器件在 OBC、DC/DC、無線充電等「小三電」中也有應用。例如,欣銳 科技 早於 2013 年正式將 Wolfspeed 的碳化硅方案應用於 OBC 產品,2021 年為比亞迪 DMi 車型提供碳化硅電源類產品。目前制約碳化硅器件應用的主要因素為成本,伴隨著未來碳化硅產業鏈的發展完善,相關器件應用滲透率將穩步提升。
軟體:電控的進步體現在可拓展性、易維護性、功能安全性等方面的不斷提高。
1)可拓展性:電控軟體開發通常會使用 AUTOSAR 工具鏈(B 級及以上車把 AUTOSAR 作為「標配」)。AUTOSAR(AUTOmotive Open System Architecture, 汽車 開放系統架構)是由全球各大 汽車 整車廠、汽零供應商、 汽車 電子軟體系統公司聯合建立的一套標准協議,旨在有效地管理日趨復雜的 汽車 電子軟體系統。AUTOSAR 規范的運用使得不同結構的電子控制單元的介面特徵標准化、模塊化,應用軟體具備更好的可擴展性、可移植性,縮短開發周期。
2)易維護性:是指在軟體後續使用過程中,及時實現遠程更新升級與性能優化。OTA(Over-the-Air)技術可以降低維護成本,創造新的收入來源,目前已經在 汽車 行業包括其控制器總成上持續推廣。3)安全性,電驅動系統的控制器總成對新能源 汽車 的動力輸出進行直接的調節控制,是保證安全性的重要一環。在 汽車 行業逐步引入 ISO26262 標准之後,基於功能安全的車用軟體開發對電控軟體提出了新的要求。
1.1.3. 減速器:單檔路線為主,兩檔減速可以期待
電機高速化趨勢明顯,帶動減速器向兩檔減速方向發展。減速器是影響電驅動系統整體 NVH 性能的關鍵。按照傳動等級分類,減速器可以分為單級減速器、兩檔減速器以及兩檔以上減速器。在電機高速化的趨勢下,減速器正在經歷從單級到多檔的產品演變過程。目前,豐田普銳斯和特斯拉 Model 3 電機轉速均已達到了 17900rpm,國內車企轉速略低,但基本也都達到了 16000rpm,下一步規劃便是 18000-20000rpm,電機高速化性能的提升需要相應的高性能減速器來配套。
單級減速器結構簡單、成本較低、體積小,因此目前仍為主流應用。但在高轉速區間,單檔減速器由於傳動比單一,在最高或最低車速以及低負荷條件下,電驅動效率會下降,浪費電能而減少行駛里程,此外減速器高轉速時會帶來 NVH 等問題。
兩檔減速器在混動車中率先應用,純電動車應用可以期待。相較於單檔減速器,兩檔減速器一方面使驅動電機在更高效的區域運行,從而提升驅動系統效率。另一方面,採用兩檔減速器後,傳動比可以做到更高, 汽車 動力性隨之增加、減少百公里加速時間。
此外,採用兩個檔位後,驅動電機可以更加小型化、低速化,從而降低電機及電控的成本。目前,采埃孚、GKN、麥格納、Taycan 等企業均已推出兩檔減速器產品。
1.2. 小三電:OBC、DC/DC、PDU
「小三電」是 OBC、DC/DC、PDU 三大類電源產品,三者一同搭建了 汽車 內部的「能源網路」。OBC(充電機)負責將來自電網的交流電轉換成直流電給電池充電; 汽車 電氣電子系統中,不同部件需要的電壓等級不盡相同,故需要 DC/DC(直流-直流變換器)轉換電壓;PDU(高壓配電盒)負責內部「電氣能源網架」的互聯互通。
半導體器件成本佔比較高,部分仍依賴進口。根據威邁斯招股說明書,在電源產品中,半導體器件、電容電阻為主要成本構成,佔比分別為 23%和 16%。而由於半導體器件與部分電容產品國產化水平較低,多數公司仍採用外資供應商為主。例如,威邁斯主要供應商為 TI、英飛凌、意法半導體、貴彌功等,2016-2018 年公司進口原材料金額佔比分別為 22.30%、19.96%、28.71%,其中 IGBT、MOSFET 海外主要供貨商英飛凌佔比最高,2016-2018 年采購金額佔比分別為 3.18%、6.61%、7.28%。
技術持續演進,集成化趨勢同樣顯著,軟硬體能力都將迎來考驗。早期車載電源產品主要採用模擬控制技術,產品功能較為單一,配套的軟體只具備檢測功能,不能實現精準控制。之後車載電源產品向數字化技術轉變,能夠實現復雜的控制演算法,實現輸出參數的靈活調整和精準控制,提高了軟體系統的操控性,包括車載電源的診斷、升級和參數調整等應用需求。下一代車載電源產品將向集成化轉變,在硬體、軟體、體積、重量四個維度實現創新突破。硬體上有望將進一步採用更高性能的碳化硅器件;軟體上將開發過程轉換為模型化編程及滿足 AUTOSAR 的介面方式,提升軟體穩定性和靈活性;在體積和重量上實現小型化、輕量化。
1.3. 集成化:1+1+1 3,深度集成方興未艾
1+1+1>3,電驅動由最初「結構集成」向「深度系統集成」演進,集成化「多合一」總成產品成為主流趨勢。以往動力系統的電機、電控、電源多單獨采購,根據其電氣、機械結構進行集成組裝;隨著新能源 汽車 零部件要求不斷提高,「多合一」總成產品通過巧妙設計將電機、電控、減速器、電源「深度集成」,減少彼此間的連接器、冷卻組件、高壓線束等部件。「多合一」集成式系統相比分體式產品的優勢主要體現在以下方面:
1)性能更優:降低了各部件之間連接部位的效率損耗,提高整車的 NVH 性能,從而提高了集成系統的可靠性;
2)成本更低:集成式電驅動系統可以減少車內部的高壓線束、連接器數量,節約線束與連接器成本,從而使集成式系統更具有經濟性。
3)更省空間:集成式產品體積更小、重量更輕,有利於節省車內空間。
集成化電驅動系統滲透率不斷提升。根據 NE 時代新能源,2020 年/2022 年 1-4 月我國新能源乘用車「三合一」電驅動系統搭載量為 50.27/79.26 萬台,滲透率為44.91%/61.63%,目前基本涵蓋大部分 A 級車、B 級以上車型。
現有集成產品以「三合一」為主,集成度更高的「多合一」新產品也在不斷問世。
根據 NE 時代新能源,2022 年 1-4 月新能源乘用車搭載的電驅動系統中,分體式、電機/電控「二合一」合計佔比為 44%,「三合一」佔比為 52%,「多合一」佔比為 4%。同時,OBC、DC-DC、PDU 等充配電系統集成產品應用也不斷增加,結合電驅系統集成產品將形成集成度更高的多合一平台。
華為 DriveOne「七合一」電驅動系統打造多合一集成新標桿,比亞迪和上汽變速器也陸續推出多合一產品。
1)華為七合一系統集成了 MCU、電機。減速器、DC-DC、 OBC、PDU、BCU 七大部件,具有開發簡單、適配簡單、布置簡單、演進簡單等優勢。
相較於「三合一」,該產品體積減少 20%、重量減輕 15%。此外,華為 DriveOne 系統可實現 7dB 的超靜音,並具有 80%NEDC 效率,提升整車駕駛體驗。根據 NE 時代新能源,華為「三合一」電驅動總成已在長安 CS-GXNEV 和賽力斯 SF5 兩款車型中得到應用,但目前其七合一產品還沒有在整車中的應用案例。
2)比亞迪「海豚」八合一系統即成立VCU、BCU、PDU、DC-DC、OBC、MCU、電機、減速器八大部件;
3)上汽變速器&威邁斯的七合一系統集成電機、電控、減速器、OBC、DC-DC、PDU、BCU 七大部件。
1.4. 總結:千億空間市場廣闊,技術變革推動天花板不斷打開
據前文所述,新能源 汽車 電驅動、電源系統圍繞「高效率區間、高功率密度」等核心性能,其技術迭代仍在演進,而且針對不同車企、不同車型大多需要「量身定製」。
截至 2022 年 4 月,國內電動車銷量結構成「紡錘形」——B 級和 A00 級車型銷量佔比較高。分車型來看電驅動技術,1)A/B 級及以上中高端車型通常因價格較高、可降本空間大,性能要求高,故對「三合一」乃至「六合一/七合一」等更青睞,扁線、碳化硅有 望率先在中高端車型進行滲透。2)A00/A0 級的低端車型對成本要求更高,故傾向於采 購分體式產品,部分也會採用成本低的「三合一」。即使對同一級別車型,不同車企及電動化平台均有各自技術架構,需要電驅動企業去配合設計,故當前定製化水平仍較高。
1)技術變革帶動需求結構變化:在電機技術方向上,扁線電機滲透率有望在未來5 年快速提升,我們假設 2025 年在電驅三合一市場的綜合滲透率將達到 87%;在單車配套電機數量上,雙電機目前仍主要應用於高端車型,我們假設 2025 年雙電機在電驅三合一市場綜合滲透率將達到 5%。在電控方向,由於碳化硅性能優勢較強,近年應用增長較快,考慮其降本速度,我們假設碳化硅電控滲透率穩步提升、2025 年在電驅三合一市場綜合滲透率達到 26%。
2)規模化帶動價格下降:電機方面,扁線電機廠家近年產能擴展迅猛,我們預計規模化將帶動價格快速下降,同時隨著扁線電機滲透率提升,與圓線電機價格差異持續縮小,經濟性更為突出;電控方面,碳化硅同樣持續降本。
3)集成化佔比提高:我們將電驅動&電源市場分為分布式、二合一、三合一(含少量「多合一」),我們假設「三合一」滲透率不斷提升、2025 年達到 59%(基本覆蓋 A 級及以上的車型)
行業參與者可分為「三大陣營」:整車廠自供體系、動力系統集成商、第三方電驅動供應商。
1)整車廠自供體系(in-house):出於供應鏈安全、成本控制等考慮,整車廠多設立子公司或合資公司自供電驅動、電源產品,代表公司有特斯拉、比亞迪旗下的弗迪動力、蔚來旗下的蔚然動力、長城旗下的蜂巢能源等。
2)動力系統集成商(Tier1):通常為海外 汽車 零部件巨頭,如聯合電子、日電產、博世、大陸、博格華納等,憑借深厚的技術、工藝等積淀拓展至新能源 汽車 領域,本身產品力強、產能規模大,且具備全球主流車企客戶資源。
3)第三方電驅動供應商:近年來快速崛起,獨立第三方根據業務側重點可以分為電控為主、電機為主的廠商,但是在集成化的趨勢下,企業通常會同時布局電機、電控、電源與「多合一」系統。根據公司業務結構差異,又可分為以下幾類:
1) 整車廠自製 VS 向第三方外采:
我們認為,未來 5-10 年仍將是自主品牌與新勢力車企崛起的機遇期。一方面由於新能源 汽車 更新換代速度要高於傳統燃油車,相比外資品牌,自主品牌的「包袱」更小,能夠更加快速地進行變革。另一方面,新能源 汽車 紮根本土,對消費者需求有更深刻的認知,可以敏銳捕捉到消費者需求變化並快速響應。
上述核心車企采購邏輯(自製 or 開放供應鏈)影響了第三方可觸及的市場空間。
對於前述的「中高端、中端、中低端」市場,車企通常有各自的采購偏好:
2021 年/2025 年第三方供應商總體銷量份額為 40%/60%。整車廠前期因新能車出貨量相對不大,部分車企選擇自製電驅動/電源系統,但後期隨新能源車年銷量過百萬輛、車型品類豐富等,對自製體系的成本控制能力、快速研發能力、產能等都提出較大挑戰。屆時,我們預計第三方憑借技術平台完備,以標准化促定製化開發,疊加定點車型銷量較大,規模效應強勁,在成本、開發速度、產能方面均具備更強競爭優勢。不同於燃油車,電池、電驅作為新能源 汽車 中最重要的板塊,如果全部外包給第三方供應商,那麼留給車企的參與環節將大幅減少,這將不斷降低產業壁壘,縮小盈利空間,因此從整車廠的經營戰略來考慮,部分車企未來仍會堅持「部分自供」。綜上,我們預計多數整車廠在性能要求苛刻的中高端平台(B 級及以上)部分採用自供體系、部分外供,中端、中低端市場的車型開放供應鏈給第三方。結合上一節不同品牌車的銷量佔比數據,我們測算 2021 年第三方供應商總體銷量份額約 39.96%,至 2025 年份額有望提升至 60.38%。
2) 第三方供應商競爭焦點(第三方 VS 第三方):
國內主流廠家在技術上和海外 Tier1 的差異在逐步縮小。海外 Tier1 在傳統車零部件研發生產上走在世界前列,但是近年來我國電驅動供應商在技術上不斷實現突破,與國外先進水平差距逐步縮小,核心性能基本與海外 Tier1 相差不大,在新技術路線的布局方面也處於同一起跑線甚至領先一步。
高壓化(基於碳化硅的電驅動產品):在電機方面,方正電機基於 800V 碳化硅平台的驅動電機目前已完成客戶項目定點,有望於 2022Q3 量產。在電控方面,日立為保時捷 Taycna 提供了基於 Si-IGBT 技術的 800V 的逆變器。在電驅動總成方面,匯川技術、臻驅 科技 、中車時代等都已推出了應用碳化硅的驅動集成產品,其中匯川的第四代動力總成已在小鵬 800V 高壓平台車型中實現量產。
扁線電機:方正電機、大洋電機、華域電動等生產的扁線電機均已得到應用,例如方正電機產品已量產配套蔚來 ET7,大洋電機已量產配套北汽 48V BSG。
❷ 新能源汽車技術『三縱三橫』各指什麼
三縱;燃料電池汽車,混合動力汽車,純電動汽車,三橫;多能源動力總成系統,電機驅動系統和控制單元,動力電池和電池組管理系統,
❸ 新能源汽車熱管理架構主要包括哪些
除了涵蓋傳統車身空調系統,新能源汽車熱管理系統還包括電池熱管理系統、電機電控管理系統、減速器冷卻系統等。涉及零部件包括控制部件(電子膨脹閥、水閥等)、換熱部件(冷卻板、冷卻器、油冷器等)與驅動部件(電子水泵與油泵等)。
其中,電池冷卻器、電子膨脹閥、冷卻板、PTC加熱器等新部件的增加,帶動新能源整車熱管理系統的價值量明顯提升。
❹ 新能源汽車的車載網路架構: 1) 有那些主要節點
新能源汽車網路主要還是使用can-bus網路,分幾路can網路分別為:整車CAN,車身can,充電can,舒適can等,
以整車can為例,整車can主要節點有:整車控制器VCU,電機控制器mcu,電池管理系統bms,儀表,空調控制器,空調壓縮機,遠程監控等
希望能幫到你,謝謝採納。
❺ 新能源電動汽車的基礎知識有哪些
一、節能與新能源汽車
節能型汽車:是指以內燃機為主要動力,綜合工況燃料消耗量優於下一階段目標值的汽車,即常說的非插電式混合動力;
新能源汽車:新能源汽車是指採用新型動力系統,完全或主要依靠新型能源驅動的汽車,主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車。
微混:發動機自動啟停(一級節油,等紅綠燈時發動機停轉),不屬於真正意義的混合動力;
輕混:能夠回收減速和制動能量(二級節油,減速能量回饋,電動機不參與驅動);
中混:電動機輔助發動機運行,減少發動機輸出波動;
強混:發動機輔助電動機運行,低速時可純電動工作;
插電式混合動力(PHEV):能夠外接充;
純電動汽車(EV)——以純電力驅動;
燃料電池汽車(FCV)——以燃料電池驅動。二、混合動力技術
1.簡單來說,節能型汽車就是不可外接充電的內燃機/電動機混合動力汽車(HEV)。可外接充電的為PHEV(Plug-in hybrid electric vehicle,可外接充電式混合動力);
2.中混、強混和PHEV,按照電動機和發動機的功率配合方式,可以分為並聯、串聯和混連三種。
3.增程式(REEV)是採用串聯結構的PHEV。4.根據混合動力用電機的不同,主要分為BSG和ISG兩種技術。SG即Starter/Generator,啟動/發電一體化電機。
5.BSG(Belt-driven Starter/Generator),皮帶傳動啟動/發電一體化電機;在發動機前端用皮帶傳遞機構將電機與發動機相連接,該機構比較簡單,僅能起到發動和制動能量回收的作用,節油率也有限,一般12V的BSG節油率在5%-10%
6.ISG(Intergrated Starter/Generator)集成啟動/發電一體化電機;直接集成在發動機主軸上,就是這一種瞬態功率較大的電機,在起步階段能短時替代發動機驅動汽車,並起到啟動發動機的作用;正常行使時由發動機驅動車輛,該電機斷開或者起到發電機的作用;剎車時,該電機還可以再生發電,回收制動能量。7.混合動力架構
根據電機相對於傳統動力系統的位置,可以把單電機混動方案分為五大類,分別以P0,P1,P2,P3,P4命名。這里的P就是是position(位置)的意思。
P0:皮帶驅動發動機,即BSG技術;一般用於輕混;
P1:電機安裝在發動機曲軸上,在離合器之前,ISG電機取代飛輪;在不同程度的制動過程中,ISG電機都可以實現發動機制動能量的回收和儲存(下同);一般用於中混;
P2:電機置於變速箱的輸入端,在離合器之後(發動機與變速箱之間),在P1的基礎上可以單獨(純電)驅動車輪;
P3:電機置於變速箱的輸出端,與發動機分享同一根軸,同源輸出,在P2基礎上純電驅動更為直接;P2和P3一般用於強混;
P4:把電動機放在了驅動橋,直接驅動車輪;其最大的特點是電機與發動機不驅動同一軸,這意味著車輛可以實現四驅,但電機和發動機的完全脫離,就失去了P2、P3結構能夠實現的一邊行駛一邊充電的功能,因此P4一般與其他混動方案系統結合使用於PHEV系統。
❻ 電動汽車的基本結構是哪些
電動汽車的組成包括電力驅動及控制系統、驅動力觸動等機械繫統、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是電動汽車的核心,也是區別於內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源盒電動機的調速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。
❼ 比亞迪DM-i超級混動系統解析,讓燃油汽車實現電動化軟著陸
3代DM動力系統
目前 汽車 領域談及動力系統,混動與純電是兩大熱門話題,一方面,是混動與純電動力帶來的短期碳排放減少,另一方面則是低油耗甚至0油耗對消費者用車成本的降低。比亞迪於今年推出的全系搭載DM-i超級混動系統的王朝車型,也獲得了市場的熱捧。
筆者從北京多個比亞迪4S店了解到,目前很多DM-i車型的拿車排期已經延期至3個月以上,甚至有店鋪開始停止接收新訂單。在探訪比亞迪總部的過程中,也有比亞迪的工程師表示:「我自己也在新車發布不久後就定了車,但是目前還在慢慢等車到店。」
DM-i技術平台
筆者還了解到,作為新一代的DM-i動力系統,涉及的電機、電池以及專用的發動機,目前產能都還處於爬坡階段,待產能逐步提升後,會加速填補市場缺口。實際上,比亞迪開發的DM混動系統已經經過了2次迭代。
最早於2008年,比亞迪DM 1.0已經採用雙電機串並聯架構,但基於當時國內整體新能源產業鏈的發展背景,產業鏈發展初期,當時的三電成本居高不下,電機的性能指標也比較低,並且在當時國內自主品牌也沒有混動專用發動機。在這樣的大背景下,這套架構並未達到整車亮眼的指標。
到2013年推出第二代DM系統時,比亞迪轉換了設計思路,改為基於多速DCT的並聯架構,通過架構更新進一步實現了油耗的降低。發展至2018年的第三代DM混動系統,已經進化成為基於多速DCT的混聯架構,並在此基礎上,開發出了DM-P與DM-i兩種動力平台,兩者分別針對動力響應以及經濟性進行優化。
動力核心
具體到DM-i超級混動系統上,它採用的是以電為主的混動技術,核心組成包括兩個部分:提供驅動力的大功率電機以及供能的大容量動力電池,發動機則主要起到輔助作用。由於電機轉換效率相比發動機有大幅提升,而中低速行駛對於電能的消耗也會降低,因此才使得這套動力系統獲得了「一箱油續航超1200Km」的能力。
同時,以電為主的架構也提供了一些駕駛中的體驗優勢,在此前筆者隊秦 Plus DM-i車型的試駕中,低速行駛下得益於電機驅動的靜音屬性以及無需變速箱的特性,整體駕駛感受更加安靜,動力傳輸也非常平順,沒有頓挫感。
電機全轉速區間高效扭矩輸出的特性,也繼承在了DM-i車型當中,因此可以在油門前段就能獲得不錯的動力響應,百公里7.2s的加速時間也證明了其加速能力。
燃油車向新能源發展的軟著陸
當深踩油門以及高速行駛時,才會感覺到發動機的介入,另外與很多混動車型相對固定的動力選擇模式不同,比亞迪DM-i更多是由電腦完成動力調配,用戶能夠改變動力使用傾向是保持電量還是消耗電量,而不是簡單的調整純電或者燃油模式。
在這些特性的加持下,DM-i超級混動系統成為了燃油車與新能源車型中間的一道很好的「過度橋梁」在多數駕駛場景下,它的表現與電動車基本一致,而車輛所依賴的能源來源卻依然是傳統的汽油,並不存在續航焦慮,並且更低的油耗,也讓其具備了用車成本上的優勢。
DM系統發展史
除了體驗層和架構層的改進,比亞迪DM-i超級混動系統還有一項黑 科技 :EHS電混系統,作為DM-i超級混動的「大腦中樞」,EHS電混系統更是能夠對發動機、發電機驅動電機智能分配功率,讓DM-i超級混動更多地在高效區工作。
不同於傳統變速器只是作為傳動機構的作用,EHS電混系統採用七合一高度集成化設計(雙電機+雙電控+直驅離合器+單檔減速器+油冷系統),是兼顧了驅動、傳動以及功率分流等多維一體的作用。
相比第一代DM混動系統,高度集成化的設計讓動力總成重量從176kg降低至136kg、最高轉速從6000r/min提升至16000r/min、峰值功率從50kW提升至160kW,功率密度更是從7.6kW/L提升至44.3kW/L,提升了接近6倍。
電控的指標也同樣得到了提升,在集成化上,驅動電機、發電機雙電控深度集成。相比於DM 1.0混動系統的殼體物理集成,實現了控制電路深度集成。三相線連接變為內部銅排直連,深度的集成化,體積縮小,由25L減少到12L,縮小了1倍。
EHS優化
此外,EHS的電控、IGBT功率模塊也已經實現完全自主研發,不僅告別了卡脖子時代,還實現了IGBT定製化開發、 汽車 級可靠性,降低重量、體積的同時、也降低了成本。使用壽命從6-10年提升至10-15年,重量從2460g降低至1690g,整體體積從12L降低至1L。EHS電混系統的IGBT模塊數量也從DM 1.0的6塊減少至2塊。
和目前市面上認可度較高的本田i-MMD系統相比,DM-i超級混動也有很大的區別。首後者是插電混動,純電狀態可以做到50~120km的續航里程,在中低速的短途駕駛中,車輛甚至可以作為電動車進行使用,使發動機更多處於熄火狀態,從而油耗更低。
而在系統設計層面,DM-i超級混動和iMMD系統的架構很相似,都是P1+P3電機布局,先進的雙電機串並聯架構。但從架構布局來說,DM-i超級混動採用平行軸布置,軸向尺寸更小,有利於整車布置,而本田的i-MMD系統採用同軸式布置,軸向尺寸大,同時限制了電機尺寸。
其次,同為先進的扁線電機,DM-i超級混動電機轉速更高,最高轉速為16000rpm,所以比較之下,比亞迪的電機恆功率區更長,後備功率更足,加速感更好,爬坡能力更強。總體來說,經歷了13年的2次迭代後,比亞迪在混合動力領域的最新動力總成已經達到了行業中的頭部水平。
❽ 雪佛蘭VOLT的動力系統結構是什麼
美國通用公司的VOLT增程式電動汽車於2010年7月在北美上市
雪佛蘭Volt電動概念車是一款全能的環保概念車——「唯一一款能兼容眾多為通用汽車帶來競爭優勢的新能源技術解決方案的車型」。2007年1月,在底特律舉辦的北美國際汽車展上,雪佛蘭Volt概念車揭開面紗。
稱其「全能」,是因為E-Flex系統是一種非常靈活的電動汽車架構,完美地解決汽車能源的全球適應性問題。雪佛蘭Volt概念車首次配備通用汽車最新、最高效的氫燃料電池系統,體現了通用汽車在致力於實現零排放、能源多元化進程中的不懈努力。
雪佛蘭Volt配備的E-Flex系統架構採用了通用汽車最新的第五代燃料電池推進技術和鋰電池,其體積只有上一代的一半,但卻能提供與其相當的動力和性能。在無需燃油、零污染排放的電力驅動下,最大續駛里程可達483公里,且真正實現零排放。相比較於兩年前推出的雪佛蘭Sequel概念車(配備的是第四代燃料電池系統),雪佛蘭Volt在保持同樣續駛能力的前提下,只需配備4公斤的氫,僅為Sequel需要配備的氫重量的一半。[1]
另外,E-Flex動力推進系統可通過外接電源充電獲取驅動汽車所需要的電力。雪佛蘭Volt 在110 伏電源上充電約六小時即可充滿鋰電池,而使用220伏電源充電的話,所需的時間更短。使用純電動模式,Volt可在城市道路上行駛約60公里,且不會消耗一滴燃料和排放一絲廢氣。這意味著如果消費者的住所到工作地點的往返距離在這個數字以內,且能每晚回家後或白天工作期間進行充電的話,就可以告別加油站。
當儲蓄的電力耗盡後,E-Flex動力推進系統可以將汽油、乙醇、生物柴油、氫氣等能源轉化成電能,從而為車輛的行駛確保有足夠的電力驅動能力。例如配備1.0 升的三缸渦輪增壓發動機的雪佛蘭Volt,通過能源轉化,每百公里的汽油消耗量僅為4.7升,燃油經濟性超過傳統汽車的兩倍。根據實驗數據,如果使用汽油內燃機, Volt的最大續航能力超過10
❾ 新能源汽車的BMS是啥
BMS是電池管理系統,對每個電芯及整車電壓進行監控,電芯的溫度、電壓等等進行檢測,每節電芯電壓超過4.2V時會報警,BMS會自動切斷大電,電機電控會停止工作。
❿ 歐拉品牌新能源核心部件包括哪三個方面
歐拉品牌新能源核心部件包括電池、電機、電控。
純電動汽車發展至今,一直針對核心技術不斷提升,而我國的純電動汽車核心技術一直圍繞電池,動力電池作為純電動汽車的「心臟」,其電量的儲存能力,帶點能力等一直是我國持續改進的方面。
電機,電機作為電動汽車的行駛「軀干」,運用和發展已經非常成熟,純電動汽車一般採用三相電機,電控,電子控制單元作為電動汽車的「大腦」,它的改進一直是重要突破點發展。
電驅:
是由傳動機構、電機、逆變器組成,目前大多數電動汽車的傳動機構均採用單級減速器的架構,即沒有離合和變速。優點是:成本低、結構簡單易安裝、故障率小、動力損失小、體積小。缺點是:當電動汽車的速度到達極限之後沒有提升空間,所以速度受到制約。
電機可以看成是傳統能源汽車的發動機,它是將電能轉化成機械能的裝置,目前大多數電動車採用永磁同步電機,它有體積小、重量輕、結構簡單、效率高的優點,世界著名電動車製造商特斯拉則採用非同步電機(又稱感應電機),區別於永磁同步電機具有可靠性好、成本易控等優點。