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欧宝爱游戏体育:一起探讨:电动汽车车载电源、变速器以及热管理技术

作者:欧宝体育app注册入口 来源:欧宝app注册网站 发布时间:2022-07-18 21:06:15

一起探讨:电动汽车车载电源、变速器以及热管理技术

  车载电源是新能源车内部实现能量转换的核心零部件,主要包含DC/DC变换器和车载充电机。

  迪龙新能源科技河北有限公司是一家专注于研发生产车载电源产品的高新技术企业,产品主要包含DC/DC变换器、车载充电机以及多合一集成机等。

  目前产品已经出口进入到亚太地区、欧洲、北美洲及南美洲新能源汽车市场,被广泛应用于纯电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车上。

  合作客户已经超过170多家,主要包括日本电装集团、美国博格华纳、伟巴斯特、阿里达摩院、军工研究所、北汽新能源丰田大众奇瑞江淮众泰、吉利、海马、通用、金龙客车、宇通客车…等等。

  迪龙新能源从2008年正式进军车载电源领域,到如今砥砺深耕14年,取得了产品广销全球、合作客户超过170多家的好成绩,这离不开强大的技术实力和过硬的产品质量。

  迪龙新能源将具有自主知识产权的高压全砖技术应用于DC/DC变换器,车载充电机采用LLC软开关谐振技术、全数字控制技术,冷却方式有液冷、风冷或自冷,无故障运行时间更长。使其车载电源产品具有高可靠性、高稳定性、高效率、高功率密度、体积小、轻量化、安全性高等优势,赢得了众多电动汽车厂商的信赖与支持。

  DC/DC变换器将能量从高压电池包转移至低压蓄电池中,为汽车的空调、灯光、雨刷、防盗、音响、导航、电动转向、安全气囊、电子仪表、故障诊断系统等12V-48V 的低压设备供电。

  乘用车DC/DC变换器功率一般在0.5KW-2kW之间,商用车DC/DC变换器功率一般在1KW-3kW之间,随着车载电子系统功率增大,配套DC/DC变换器功率有望持续增大。

  从技术实现的角度,将倾向于用平面变压器代替传统的变压器,并采用扁平立绕线圈技术,以实现更小的体积和更高的效率。

  磁芯方面选择能满足更高频率下损耗更低的材料,比如PQI、EQ等铁氧体磁芯。热设计方面,一种是将产品绕组铜片延伸导热,另一种是灌入导热胶利用外壳进行散热。

  车载充电机负责将交流电转换为直流电,为动力电池充电。目前低速电动车和A00级微型电动车主要配套1.5KW、2KW车载充电机,A00级以上乘用车多配套3.3KW、6.6KW车载充电机,商用车多数采用380V三相交流电充电,车载充电机功率在10KW以上。

  从其市场结构来看,输出功率大于5KW的车载充电机占据市场较大的份额,约为70%。

  车载充电机主要由功率电路和控制电路组成。其中,功率电路主要作用是将交流电转换为稳定的直流电;控制电路主要是实现与电池管理系统之间的通信,并根据需求来控制功率驱动电路输出一定的电压和电流。

  二极管和开关管是车载充电机中主要应用的功率半导体器件,随着碳化硅功率器件的应用,车载充电机的转换效率已经可以达到96%,未来效率有望进一步提升至98%,功率密度可达1.2W/cc。

  随着电动汽车续航里程提升,电池电量普遍大于60KWh,传统的3.3KW、6.6KW车载充电机功率已不能满足当下电动汽车的慢充需求,未来车载充电机的发展趋势之一是功率提升。

  主要技术路线是从单相充电技术向三相充电技术发展。国内三相功率水平可达41KW,相比于7kW的单相功率水平存在相当大的应用潜力。

  对于车载充电机和DC/DC变换器来说,高效化的共同趋势包括:双向传输技术以及系统化集成。

  双向DC/DC变换器可用于制动能量的回收、辅助电池、电容的充放电,未来有望逐渐推广。

  双向车载充电机从能源战略的角度则是大势所趋,既可以用电网对电动汽车充电,也可以通过电动汽车给外部接口放电,作为应急电源使用。

  系统化集成方向主要是车载三合一,即车载充电机、DC/DC变换器和高压配电盒三合一集成,从物理结构和电气线路上深度集成,生产厂家迪龙新能源就有此种集成方案。

  对于电动汽车,变速器的形态结构相比传统变速箱大幅简化。目前主流方案是采用固定速比平行轴减速器,速比一般为8-10之间。

  大多数减速器会配置驻车机构,采用飞溅润滑方案,少量产品采用电子油泵+主动润滑的方案,未来趋势是减速器深度集成到电驱动系统中,形成“三合一”系统。

  此外,两档减速器或多档减速器也有望进一步应用,这种趋势发生的可能性主要得益于多档减速器对整车电耗具有较明显的贡献,从整体成本考虑具备较好的性价比。

  比如沃尔沃XC90宝马i8等中高端混合动力车型,长安CS75长城P8等混合动力车型都应用了两档减速器。

  对于插电式混合动力汽车,除了以上提到的平行轴减速器和行星排减速器,混动专用变速箱DHT也有望成为主流。

  目前已有的解决方案包括丰田的THS系统、上汽的EDU系统、通用的Voltec系统等都是DHT的典型代表。

  动力电池最佳工作温度范围约20℃-30℃,低温时电池容量较低,充放电性能差;高温时电池循环寿命会缩短,过高温度工作甚至会出现爆炸等安全问题。

  因此电池热管理是对电动汽车效率及安全性的重要保障。电池冷却系统根据冷却介质可以分为风冷、液冷和相变材料PCM冷却。

  目前应用较多的是风冷,比如如轩逸三菱、北汽等和液冷,比如通用、特斯拉荣威等。

  液冷冷却液一般为50%水和50%乙二醇混合物,通过铝合金冷却板和特定形状的管路进行循环。

  未来随着电池容量进一步扩大主动液冷将成为主流方案,PCM因为尚处研发阶段而尚未市场化。

  电池加热目前仍然以PTC加热为主,威马最近推出了柴油加热系统,用一个小型柴油机辅助电池升温到0℃以上。

  驱动电机冷却方案主要包括风冷、液冷、油冷以及灌封胶,电控相关功率件的冷却主要为风冷或液冷。

  采用风冷的驱动电机和控制器均只能适用于较小功率,并不具备主流应用潜力。现阶段电机和控制器仍然普遍使用液冷方案,冷却效果和稳定性相比风冷都更胜一筹。

  设计上主要考虑冷却线路的布局、电子水泵、控制阀的选型。未来趋势主要包括IGBT双面水冷技术以及电机电控集成冷却技术。

  油冷电机较早应用于日系混动汽车,现在也逐渐应用于插电式混动汽车和纯电动汽车,如三菱、通用、特斯拉、广汽,这种方案可以直接带走定子绕组的热量,因此冷却效果较好,但技术要求较高。

  另外,耐高温的环氧树脂或有机硅灌封胶在实现电机封装的同时也可以起到导热散热的作用。

  电动汽车空调的制冷系统中,由于没有发动机,压缩机需要靠电力驱动,目前广泛采用集成了驱动电机与控制器的涡旋式电动压缩机,容积效率高、成本低。未来增强压力是涡旋压缩机的主要发展方向。

  电动汽车空调制热相对更值得关注,由于缺少了发动机作为热源,电动汽车通常采用PTC热敏电阻为座舱进行制热。

  虽然这种方案升温较快且自动恒温,技术较为成熟,但缺点在于耗电量较大,尤其是寒冷环境下PTC加热时可能造成电动汽车25%以上的续航能力下降。

  因此热泵空调技术逐渐成为替代方案,其在0℃左右的环境温度下较PTC加热方案可节能50%左右。

  冷媒方面,欧盟《汽车空调系统指令》促进了空调用新型冷媒的开发,GWP为0、ODP为1的环境友好型冷媒CO2应用逐渐增加。

  相比于HFO-1234yf、 HFC-134a等制冷剂只有在-5度以上才有良好制冷效果,CO2在-20℃下制热能效比依然能达到2,是今后电动汽车热泵空调的能效最优选择。

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