浅谈电机系统轻量化技术路线

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8824
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9901 5066660077557700888855002424 9901
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86 88 92
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9901 94
93 5066660077557700888855002424 93
93 92
Hale Waihona Puke Baidu
91
80 82 8688 500
90 9192
94 93
1000
1500
电 机 转 速 /rpm
92 86 86 92
88 88
99999090441199353066660077557780088585002424
2000
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。
2020/6/29
➢ 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。
2020/6/29
2015-丰20田20S六iC年PC间U功体积率减密小度为翻IG两BT翻PCU 的1/5
我国研制出功率密度37kW/L SiC控制器
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国内外驱动电机技术发展趋势—电磁兼容
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 ；
封装形式
技术路线 年份
功率密度
2020/6/29
模块式集成式 2014年
6~8 kW/L
双面冷却封装式 2020年
16~18 kW/L
新材料新工艺器件 2025年
32~36 kW/L
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国内外驱动电机技术发展趋势—电力电子集成
2020/6/29
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国内外驱动电机技术发展趋势—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。
✓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。
电 机 输 出 转 矩 （ Nm） 和 效 率 MAP（ %）
1500 1000
500 0 33004400
-500 -1000 -1500
0
50
50
40
40
50
50
8776605050 86 88
667780850502
82 84
50 667500 75
电机系统轻量化技术路线浅谈
目 录
CONTENS
01 电机系统的技术路线图 02 目前的轻量化技术路线 03 电机系统轻量化技术难点
Part 01
电机的技术路线图
“十三五”电驱动系统技术指标发展
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。
Trench+FS结构及超薄晶圆
电流检测 门极
温度检测 二极管
阴极 阳极
发射极
集成电流+温度传感器芯片
2020/6/29
铝线键合工艺与双面焊接单面冷却工艺对比
下表面银浆烧结工艺
多适应性注塑模工艺
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电力电子控制器：现代IGBT控制器水平翻一翻，宽禁带SiC控制器再翻一翻
国内外驱动电机技术发展趋势—电力电子器件
出全S以iCS电iC力/G电2a0N子1为4集年代成表控的制第器三产代品宽样禁机带，材全I21料G60SBk2i技TV0CA年控术/k制及g 器产功品率快密速度发比展S，S23i2i0控国kC2制V0外A年器/企k提g业升（2特倍别以是上日。本）不断推
8kVA/kg
重量减半
重量减半
国际电力电子技术的发展与演变
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。
CISPR25 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；
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；
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。
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国内外驱动电机技术发展趋势—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、减速器、传动桥等机 械传动部件，汽车结构大为简化。
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国内外车用电驱动技术发展趋势—48VBSG总成
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小结：国内外驱动电机技术发展方向
➢ 集成化：
电机方面：电机与发动机总成、电机与变速箱的 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。
2500
全局性能优化、全局高效率、更高集成度
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国内外驱动电机技术发展趋势—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。
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低压电路干扰源
高压耦合+低压电路干扰源
电机控制器内部显著的干扰耦合现象
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国内外驱动电机技术发展趋势—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；
电机高速化
Prius2004
6000RPM
Camry 2007
14000RPM
目前的轻量化技术路线
Prius 2010
13500RPM
Prius 2017
17000RPM
Ф269*L83.6
Ф264*L62
Ф269*L50.8
Ф215*L61
“十三五”电驱动系统技术指标发展
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。