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温小伟:双碳战略下的电驱动发展趋势

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IHS Markit萨博尼:碳中和承诺加速纯电动汽车发展

2021年10月15日-16日,由中国汽车工业协会、重庆两江新区管理委员会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆举办,长安汽车、地平线作为官方合作伙伴全力支持本次大会。本届供应链大会主题为“补短铸长、融合创新——构建中国汽车供应链新生态”,共同探讨产业政策,交流分享技术,研判产业趋势,展示创新成果,旨在促进产业国内国际互动,凝聚产业链条上下齐心,共谋产业协同发展之路。其中,在10月15日下午举办的“‘双碳’目标下绿色汽车供应链新生态”主题论坛上,上海电驱动股份有限公司电控开发部硬件经理温小伟发表精彩演讲。

以下内容为现场演讲实录:

大家下午好!我汇报的题目是“双碳战略下电驱动系统的发展趋势”。

我们的减排措施主要两个方向入手:一是从产品开发过程中如何制定减排路线。二是在产品实际制造过程中,如何制定减排措施。

事实上在电驱动系统发展当中非常注重新技术、新工艺、新器件的运用,我们行业在系统集成这一块过去一直在做,2018年12月份上海电驱动率先量产国内首套三合一系统总成,搭载使用在长安逸动车型,另一方面,近三年多合一的系统集成越来越多的开始验证使用,系统多合一集成带来的好处也是非常明显,体积减小20%、重量减少15%、节约部件之间的线束、较好EMC性能,这些都是可以量化的东西,但另一方面,一定程度会增加售后的维护成本,这一块需要在设计初期多做评估,优化设计方案。

系统的总成是最高一级,再往下到控制器这一层,控制器功率密度这部分比较依赖供应商的集成、封装工艺,在这一块国内取得的进展非常显著,斯达半导体、中车、比亚迪在功率器件开发过程当中都取得了非常喜人的成绩,目前国内A0\A00车型所使用的功率模块,几乎都已采用国产化器件。厦门法拉的最新膜电容集成工艺已将器件容积比提升至1.4uF/mL。

电力电子集成是依赖于器件,实际上到双面焊接单面冷却,再到双面焊接单面冷却,这一块目前国内没有被西方主流的厂商领先太多,至少在开发阶段的产品是保持同步性的,量产化的东西牵扯到很多重型设备的投入,目前个别领域慢一些,但是整个路线布置上还有阶段上几乎是处于同一水平。关于驱动电机,目前扁线、油冷电机已经成为高功率、中高端驱动电机的主流方案。

基于碳化硅技术的驱动电机系统技术进展,充分利用碳化硅高温、高效和高频特性是实现电机控制器功率密度和效率。在十三五规划中上海电驱动联合上海道之、厦门法拉、中科院电工所等单位承担国家重点研发计划“基于碳化硅器件应用技术的电机控制器系统研发”项目,开发出双面焊接、双面冷却功率模块及30kW/L的电机控制器。经过整车级的实验验证。整车搭载碳化硅电机控制器的NEDC综合效率相较于硅基IGBT可以提高约3.6%。 

关于氮化镓,一直比较热门,其开关损耗更低,支持高频化,消费类产品用得比较早,同为宽禁带半导体,驱动电机系统对氮化镓的应用,进展相对比较慢。根据实测数据, GaN控制器效率MAP与Si基控制器对比,控制器效率大于90%的面积占比,可有88%提升至94%,提升6个百分点。

说完新材料,接下来说控制器的可制造性设计,控制器采埃孚说的是电桥这一块,而我们控制器在组装当中也有这样的问题,尤其是咱们国家,早期大量的人口所以不是很关注装配过程当中的效率。通过两代电机控制器的装配零件数量对比,新一代产品的装配零件数量少了接近一半,对产线来说意义非常大。供应链端,采购物料数量减少所带来的效益也非常的明显,最主要的是可靠性提高。

在双碳战略的号召下,要避免很多的浪费,而且要缩短很多因为不确定所带来的实验投入和样机投入,高精度仿真变得尤为重要,分别牵涉到有限元、流体仿真、热仿真、电磁兼容的传导发射仿真,系统的NVH仿真,高精度仿真依托于专业的仿真设计团队。

系统的流体仿真与热仿真,经过多年的研究,目前都可以做到较高的精度。

电磁兼容,主要是传导发射这一块,大部分时候都是通过不断的实验得到一个理想结果,但后续,在减排的压力下,零部件厂家需要在更短的时间必须拿出结果,所以仿真精度变得非常重要。目前,行业内对于电驱系统的传导发射仿真,10MHz以下的噪声噪声包络,仿真结果与实际测试的差值可以达到小于10dB。

NVH,是一个系统的工程,因此NVH仿真的精度提升是一个相对复杂的过程,除了采用V型开发模式,目前业内还在评价方式上进行一些讨论。

关于生产制造这一块,上面说了可制造性,可制造性要尽量少的用一些部件,对产线来说尽量的做合理化的装配设计。这里有一个例子,左图所展示的过程,总工序13道需要14个人,右图所展示的过程,总工序减到了9道,需要10个人。产线还有很多的工艺,比如出厂的测试验证,原来传统的做法是用对拖的加载方式,会消耗大量的电能和设备,现在业界最广泛采用的是电感式的加载方式,即节约电能,又可节省设备。

总结:第一新材料、新技术、新工艺应用让我们尽早达到碳达峰和碳中和。第二系统集成依赖算法的开发、系统机—电—热的高精度仿真将继续是研究的重点,第三部分是高效化依托于新型电力电子器件的应用、更优的软件控制策略开发。第四部分是高可靠性意味着低的碳循环排放,需要供应链,产品开发、过程工艺开发在完善的质量体系管理下达成。第五部分,节约的理念自始至终的根植于每一个活动环节,不仅包括节材,还包含人力的精简、时间的节约、流程的简化。第六,自主电驱动系统的产业链已经取得长足进步,但“科学化的精益生产”仍是改善的目标。

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2021年北京车牌租赁价格稳中有升,一部分考虑出租京牌的客户想在高点卖出一个好价,导致积压大量闲置京牌。而没有中签但急于买车的人群想等待更适中的价格,投入大量精力寻找性价比更高的京牌。

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