纯电动汽车电驱系统集成化前沿趋势

Auto Engineer En船汽车工穩师OVERVIEW行业观察
卢文轩严星陈平;裴潇杨张自立卢俊康
（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）
摘要：深度集成电动汽车的电机、控制器及减速器等部件是提升电驱动系统性能的重要措施之一，对提高电动汽车的产品竞争力具有重要意义。

文章主要阐述了电驱动系统的研究现状，介绍了主流驱动系统的集成方式及技术特点,对电驱动系统采用集成化设计的优势与弊端进行了分析。

结合电驱动系统的发展现状，提出了集成化电驱动系统的发展趋势,为集成化设计在电驱动系统研发的前沿应用提供参考。

关键词:纯电动汽车；电驱动系统;集成化；发展趋势
The Frontier Trend of Integration of Electric Drive System for Battery Electric Vehicle
Abstract：Deep integration of electric vehicle's motor,controller and gear reducer is one of the important measures to improve the performance of electric drive system,which is of great significance to improve the product competitiveness of electric vehicle.This paper mainly expounds the research status of electric drive system,introduces the integration mode and technical characteristics of mainstream drive system,and analyses the advantages and disadvantages of integrated design of electric drive bining with the development status of electric drive system,the development trend of integrated electric drive system is put forward,which can provide reference for the application of integrated design in the frontier of electric drive system research and development.
Key words:Battery electric vehicle;Electric drive system;Integration;Development trend
新能源汽车市场已经进入后补贴时代，行业洗牌期加速到来。

这意味着整车企业需要承担更加沉重的财务压力，同时将面临更加激烈的行业竞争。

基于此,整车厂商和供应商需要尽可能共同承担退坡成本，而零部件集成化设计是促成成本下降的主要手段之一。

在这样的背景下，高度集成化的一体式电驱动系统应运而生，不仅能够实现减重降成本，而且功率密度等指标也得到有效地提升。

国内外企业针对集成电驱开发技术已经开始全面发力，采用集成化电驱动系统成为纯电动乘用汽车的发展趋势。

1纯电动汽车集成化电驱动系统概述
电驱动系统是纯电动汽车的核心，主要包含了高性能动力电机、电力电子控制单元和减速器等部分。

随着现代汽车技术的飞速发展以及集成电路和电力电子技术的大规模应用，机电一体化的电驱动系统的优越性愈发明显，其能量密度大、效率高和维护性低等特点，使得电驱集成化设计在纯电动乘用汽车领域得到越来越多的应用叫
最初的电驱动系统不存在集成式设计，图1示出某纯电动汽车前电驱系统，其驱动电机、电控系统、减速器等部件均单独布置，之间依靠线束等连接件进行连接，从而导致当时的驱动系统十分复杂。

随着乘用车行业的发展和相关技术的积累，集成化电驱动系统逐渐成为主流，如图0所示。

比较常见的集成化设计包括取消三相线，将电机、电控端子直连,取消水管，将电机、电控水道直连，以及电机壳体和减速器壳体共用等。

这些集成设计早些年因为技术壁垒或者成熟度不够的缘故无法实现,现阶段随着技术难点逐渐被攻克,各大整车厂商开始将电驱动系统的深度集成化设计制造作为重要发展方向。

第10期En勰2汽车工穩师OVERVIEW曲片
^AutoEn 图1某纯电动汽车前电驱系统
图2某纯电动汽车集成化电驱系统示意图
2电驱动系统集成化的优劣势分析
2.1集成化电驱动系统的优势
首先，集成化设计可以有效地减小电驱动系统的体积、降低系统总质量。

电驱动系统的各个部件通过整合,整体结构更为紧凑,安装尺寸和所占体积得到进一步缩减;与此同时,各部件之间的连接材料因为集成化设计而大幅度减少,系统质量也得到了降低。

其次，采用集成化电驱动系统的机舱更加简洁,使得汽车各系统布局更加灵活。

由于体积减小，整车的乘坐及储物空间得到最大化利用；同时汽车质量的降低在一定程度上也降低了汽车能耗、提升了续航里程。

此外，通过集成化设计，电驱动系统能够降低接口复杂度及成本。

电驱动系统集成化有效地缩短了各部件之间的距离,减少了连接件及相应接口的使用，在优化了传输路径的同时也提高了系统的效率；而电驱动系统采用的连接件包含导线和管路等材料，是不可忽略的生产成本，因此减少连接材料的使用将直接促成电驱动系统成本的降低。

2・2集成化电驱动系统的劣势
电驱动系统集成化设计需要多维度开发和能力验
证，如图3所示。

其中集成系统导致各部件与空气接触面积减少,为保证各部件处于正常工作温度区间,整个
散热系统需要重新设计优化。

同时,NVH（噪声振动）、EMC（电磁兼容测试）、安全等性能指标的控制,以及零部件开发协同都是目前整车厂和供应商需要重点攻克的难题［。

图3纯电动汽车电驱动系统集成化设计
在后期用车方面，电驱动系统的集成化可能对消费者产生不良影响。

一定程度上，系统的集成会导致各部件的可靠性降低，集成化电驱动系统各部件的质量控制显得尤为重要；当某个零部件出现问题需要维修或者更换总成,会导致维修时间和成本增加。

综合来看，电驱动系统集成化对于纯电动乘用汽车行业来说具有积极的推动作用，但是基于现阶段电动汽车供应链的技术水平，集成化过程中的设计和质量问题对于整车厂商和供应商来说仍然是巨大的挑战。

3纯电动汽车集成化电驱动系统的应用现状3.1二合一电驱动系统
集成化电驱动系统发展之初,结构形式较为简单,如图4所示,是将永磁电机和减速器集成在一起，与车桥结合形成一体式电驱动桥。

从图4中可以看到，虽然该系统的连接部分比较复杂，但是至少实现了二合一的设计，缩短了各部件之间的距离。

二合一这种简单的集成形式也使得电驱动系统整体结构更加紧凑。

图4纯电动汽车二合一电驱动系统
3.2三合一电驱动系统
随着电驱动集成技术的不断演变发展，三合一电驱动系统出现，如图5所示。

主流电驱供应商多采用三合一电驱系统，例如:将电机、电控系统和减速器集成在一起并与车桥相结合的电驱系统；或是针对中小型
En 船汽车工穩师
2019年10月
Auto.
%OVERVIEW
轿车提供的更加轻巧的三合一电驱动系统，转速可达 21 000 r/mD,不仅性能优异，而且电能转化效率极为高
效。

某公司通过平台化设计开发出能够满足不同功率
和扭矩的电驱动系统（如图5a 所示），缩短了研发周 期。

!某主流供应商产品
b 某自主品牌产品
表1三合一集成化电驱动系统国内外对比分析表
图5纯电动汽车三合一电驱动系统
项目
驱动电机
电机控制器功率密度/
减速器最高输入转速/三合一系统
功率密度/（kW/kg ）
最高转速（r/min ）(kW/L )( r/min )
集成度
国内 2.5~3.512 000
1512 000
中等
国际
2.5~
3.5
!16 000
20~25
!16 000
较高
3.3多合一电驱动系统
三合一电驱动系统是当前的主流研究对象，但仍
有一些公司对多合一集成设计进行了不同程度的尝
试。

如某公司自主研发了八合一集成电驱总成,在常规 三合一模块之外，还集成了五合一电驱动模块：电机控
制器、车载充电器、车载电源、高压配电模块以及整车 控制器。

整个系统结构更加小巧,水冷系统的工作效率 也得到大幅提升,但整体结构集成后柔性化程度降低,
影响机舱的总布置。

4纯电动汽车集成化电驱系统的前沿发展趋势
4.1电机高速化
当前市场上电驱动系统的电机最咼转速一般在
12 000 r/miq 左右，但是随着新技术、新材料的发展及
应用,加之客户对驱动效率、加速体验的重视及追求, 采用更高速的驱动电机成为集成电驱发展的必然趋 势。

高转速电机能够提高功率密度,同时减小体积、降
低成本，对于电动车动力性能来说优势尤为明显。

现阶 段有部分转速超过19 000 r/miq 的高速电机已经面市,
主要应用于中高端的纯电动车型中。

4.2多挡减速器
目前全球主流集成化电驱系统多采用电机匹配单
挡减速器的架构,其结构简单,成本较低，但在高转速 情况下效率和扭矩会急速衰减，当电动车达到极速后
国内对三合一电驱动系统的研究与国外相比起步 较晚。

表1示出三合一集成化电驱动系统国内外对比
分析表，国内在驱动电机功率密度方面和国外产品相
当,而电机控制器功率密度和国外相比有一定的差距； 在最高转速方面，国外成熟电驱产品的转速已经超过
19 000 r/miq ,国内则多数在12 000 r/miq 左右。

随着国
内新能源技术的飞速发展，自主品牌电驱动系统也已
取得较大进步。

例如:某三合一电驱动系统具有高效区
宽、IGBT （绝缘栅双极型晶体管）损耗小等优势，满足了 不同级别轿车对加速、爬坡等动力性能的需求;某集成 化电驱动系统能够实现超高的扭矩，优化后的能耗为
15 kW- h/100 km ，达到了业界先进水平；图55示出的
集成式电驱动系统配备了铜转子感应电机、独特拓扑
架构设计的电机控制器及大扭矩齿轮箱。

没有提升的空间，因此，经济性不高。

而多挡化设计能
够使电机尽量工作在高效率的转速区间，同时兼顾其 动力性能和经济性，特别是在极速状态以及低负荷条 件下，挡位的切换能够确保驱动电机多数情况处于高
效率工作点。

随着将来技术成熟度的提高和成本的降 低，多挡减速器（如图6所示）必然会成为更多集成化
电驱动系统的选择。

图6 2挡集成电驱系统
4.3平台化设计
汽车产业是典型的规模经济产业，汽车产品平台
化设计能够有效地降低研发成本，缩短上市周期［。

根 据不同转矩、功率需求以及不同级别的车型，可以规划
不同的系列化平台电驱动产品，如表2所示。

通过平台
化设计集成电驱动系统,可以降低各部件的采购成本,
（下转第59页
）
第10期e点韶汽车工穩师
USE-SERVICE•^AutoEn
6）对于纯电动车辆的车身焊接、油漆维修作业，相关维修人员应做好维修准备工作（如确认、验证断电，挂牌、具备资质的专业技术人员现场监督指导等），在断开高压电系统的情况下，严格按照相应的维修手册规范执行。

7）在纯电动车辆高压电断电和维修操作过程中，应做好相应记录,并保留存档。

4安全维修注意事项
要保证纯电动车高压电系统的安全维修，需要注意以下8点。

1）纯电动车辆通常使用橙色来标记所有的高压线束和导线连接器，并且在所有高压组件壳体上均有警告标示，维修人员和车主可以通过这些标示识别高压组件和导线。

2当汽车具有高压电系统故障或汽车位于高压电隔离区时,必须采取安全隔离措施（使用警戒隔离带）,并放置车辆状态标识牌，以警示相关人员，避免发生安全事故。

3）维修人员禁止佩戴手表、吊饰等金属件,以避免其跌落或直接接触高压组件而造成短路安全事故;携带有电子生命辅助设备（身体内置的镇痛泵、心脏起搏器、助听器等）的维修人员禁止维修纯电动车辆。

4）维修人员的错误操作会损坏高压导线,并且维修人员自身也会有触电危险，例如:将维修工具或设备直接支撑或按压在高压导线和连接器上；剧烈弯折高压导线；不正确连接高压连接器。

5）维修人员在进行高压电系统维修作业时，在以下情况未将整车高压电系统断电，会造成高压组件和导线损坏，甚至维修人员自身也会有触电的危险，例如：对高压组件和导线进行目视检查；在高压导线附近，使用会产生金属屑、变形的或边缘锋利的工具和设备;在高压导线附近,使用焊接、铅焊、热粘接或会产生热风的工具和设备。

6）当动力电池出现泄漏时，需佩戴防护眼镜，以防止电解液溅入眼中。

若电解液接触到皮肤，需马上用肥皂水和清水彻底冲洗，并及时就医;若电解液不慎接触到眼睛，需立即提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗，并及时就医。

7）当汽车或动力电池起火时,若火势较小,可使用干粉灭火器进行灭火,严禁使用水、泡沫灭火器灭火;若火势较大、蔓延较快,需立即隔离,拨打火警电话等待救援。

8）汽车在烤漆房内烘烤时，当温度设定为80兀时，持续烘烤时间应不超过30mie;当温度设定为60°C时，持续烘烤时间应不超过45mie;如超过上述条件,必须拆下动力电池,将其与整车分离。

5结论
纯电动车辆高压线路与组件的维修对维修人员提出了更高的要求。

在进行高压线路和组件的维修操作时,为保证人身安全,避免因违规操作引发安全事故,维修工作人员一定要按照维修要求进行操作，严格执行安全规范。

（收稿日期：209-08-07）
（上接第18页）
实现技术经验共享。

纯电动乘用汽车市场需要在短时间内产生规模效应、增量降本，因此集成化电驱动系统向平台化设计发展是大势所趋。

表2永磁同步平台化集成电驱动系统
项目小功率平台中等功率平台大功率平台定子直径/$$160180+220>220
峰值功率/kw30+12080+160160+340
峰值扭矩/N-m40+200180+300300+400
5结论
随着新能源汽车技术的突飞猛进，零部件集成化设计已经成为必然趋势，而集成化的电驱动系统就是当今时代飞速发展的产物。

文章主要分析了集成化电驱动总成与普通电驱动系统相比的优点及弊端，并总结了当前纯电动乘用车市场集成化电驱动系统的国内外应用实践。

根据当前电驱动系统集成化设计的前沿发展趋势，高速化、多挡化、平台化的三合一电驱动系统在近期内都将是纯电动汽车产业重点研究的技术核心。

参考文献
⑴彭斐•格局生变，车企应如何布局［•汽车与配件,209（2）：6-2•
⑵何锡进•三合一电驱系统可靠性试验研究与应用［•汽车零部件,
209（4）:41-44.
⑶严星，卢文轩,古加能，等•浅析纯电动汽车总装输送线规划趋势［.
汽车工艺与材料,k012（2）：26-29.
（收稿日期：209-08-05）。