• 登录
社交账号登录

极狐极锋动力,900V起步!

第七届中国汽车动力技术大会技术解析(五)

作者:小编 更新时间:2023-04-27 点击数:

北汽新能源坚持战略定力,应对各种挑战,走过了14年艰苦创业历程。目前,北京新能源汽车股份有限公司由北京汽车集团发起并控股,为国内新能源汽车上市第一股。通过十余年创新发展,北汽新能源成为中国新能源汽车行业的开拓者,旗下极狐品牌不断冲击高端市场,为消费者带来全新的纯电体验。

北汽电驱动总成关键核心技术坚持自主研发,已经量产到第四代,拥有完整的开发体系和验证能力;电驱动总成坚持高集成、高效率的发展路线,由功能、模块集成发展至总成级性能集成,未来追求更高的功率密度及优秀的NVH噪声表现。第四代极锋动力α-Power动力系统,功率覆盖160~252kW,转速覆盖12000~18000rpm,CLTC循环平均效率高达90%。整个多合一总成拥有很高的集成度,功率密度大于2.3kW/kg。目前在研的第五代电驱技术,功率可以再上一个台阶,达到200~350kW,转速大于20000rpm。CLTC效率目标超过91.5%,功率密度超过2.5kW/kg。

 

image001.png


极锋动力电驱动总成,先后获得中国汽车工业科技进步奖一、二等奖,北京市科学技术进步二等奖,三届新能源汽车“中国心”金奖等多项荣誉,产品技术获得行业认可;

极锋动力(α-Power)总成已于2021年量产,采用电机和减速器共壳体集成方案,功率达到175kW,最高效率突破93.5%,CLTC效率88.5%,1m声压级≤80dBA,实现高集成、高功率密度、高效率、低噪声的三高一低的产品目标。

 

image003.png

image005.png


 极锋动力在研第五代高压SiC电驱动总成,采用扁线、SiC、主动润滑等技术,旨在打造具备国际竞争力的高性能电驱动总成,峰值功率突破250kW,CLTC效率达到91.5%。总成采用电机减速器共壳体、共冷却等集成技术,总成重量降低15%。采用高效电机,碳纤维转子套,主动润滑,双面冷却等技术,实现≥2.5kW/kg ;应用非均匀气隙电机,转子斜极,谐波抑制等技术实现1m声压级≤78dBA,支持整车主观评价达到行业领先的7.5分。

 

image007.png


高压SiC作为未来毫无疑问的趋势技术,应用中面临三大关键技术挑战:

  • 高压SiC关键技术:900V高压SiC控制器开发、EMC抑制、双面冷却散热设计等难题;

  • NVH挑战:高速高频带来的机械激励、电磁激励、辐射噪声等噪声控制难题;

  • 可靠性耐久挑战:覆盖多场景、多工况耐久载荷谱的科学性与合理性难题。

北汽面对这三大挑战,分别给出了自己的解决思路:

 

image009.png


高压SiC关键技术

封装工艺中,北汽采用塑封双面冷却(DSC)方案,相对于标准HPD封装,DSC芯片减少1/4、功率密度提高28%,封装拓展更加灵活,寿命提升4倍。


硬件设计中,PCBA控制电路和驱动电路采用一体化设计,提高集成度,体积减小20%;兼容中压400V和高压900V平台。采用片上温度传感器和电流传感器加快保护的响应速度,过温保护时间从ms级缩短为μs级,短路保护时间缩短至1μs 。


针对开关频率的研究结果显示,随着开关频率的提升,SiC器件开关损耗增加,电机谐波损耗降低,在12-15kHz之间系统效率达到最优值。

 

image015.png


在热管理结构中,该功率模块选择了先进的“三明治”式双面冷却散热结构,优化水道高度提升流速,选用高散热系数铝材,应用钎焊技术,散热能力提升30%,功率密度提升20%。控制器内部结构采用分腔设计,对PCB板及高低压接口加强滤波设计,SiC电机控制器达到EMC Class-3等级。

image019.png

 

在高效扁线电机的开发过程中,电机铁芯变短,槽满率提升20-30%,电机功率密度提升10%以上;通过对电机转矩、电磁力、高速转子强度、成本、重量等多目标平衡设计,经过上万次仿真优化迭代,实现CLTC工况效率最优,相对圆线提升1%以上。

 

image021.png


NVH挑战

NVH一直是新能源汽车的重点领域。北汽的NVH开发采用了Hypermesh/Maxwell/Romax软件开发工具,基于自建的NVH开发V流程,正向开发NVH性能;通过多目标自寻优电磁方案设计和谐波注入技术持续降低电磁力,并进行结构拓扑优化降低辐射噪声,达到总成1m声压级≤78dBA的指标,整车NVH主观评价达到7.5分。电驱动总成重点围绕电磁激励、结构模态、齿轮啮合激励、加工工艺等方面提升NVH性能。

image025.png

 

可靠性耐久挑战

高压SiC电驱动总成的耐久载荷谱研究是解决可靠性耐久问题的关键一步。每个国家由于不同地域特点、法规以及用户的驾驶习惯,真实使用的路面工况对汽车的要求完全不同。北汽基于超20万用户路谱数据分析并与整车极限验证路试数据对比分析,优化电驱动总成的耐久试验载荷路谱,考核工况更为精准、合理。

image035.png

 

基于用户实际路谱大数据,分析输入转速、扭矩及功率的分布情况,用户常用工况主要集中在中低扭。通过分析不同用户驾驶习惯,90%动态冲击为中低扭矩(50~130N.m),约为30%峰值扭矩负荷。



因此,新的控制策略在北汽现载荷谱特征基础上进行优化调整,增加了制动能量回收工况、低速高扭、中低扭冲击及倒车工况,试验时间由600hrs提高到650hrs,使电驱动总成耐久考核工况更加合理;载荷谱工况包含了速度交变、扭矩交变、极限车速等工况,电驱动总成耐久考核标准与实际路谱匹配度更高。


最终的研究发现,优化后的台架耐久载荷谱工况与用户及整车可靠性路谱工况比例接近。在完成10余台台架耐久试验验证后,累积8000小时,电驱动总成0故障;搭载极狐各阶段30余台车进行整车验证。包含环境适应性、高温高寒试验、道路强化耐久试验和长里程类试验,累计试验里程超300万公里,单车最长里程超35万公里,电驱动总成0故障。

image043.png

 

image045.png


 

总结

北汽对于新能源汽车投入了大量的研发资源,旗下“极锋动力”为北汽集团持续打造具备一流竞争力的电驱动总成产品。在面向未来的高压纯电平台动力系统的开发中,北汽突破了多个关键技术,特别在新能源汽车的薄弱环节耐久载荷谱测试上强化了开发要求。高性能平台长久运行可以保证性能不衰减、不失效,是比这项技术的峰值性能数字更加需要技术投入的重中之重,也更有实际意义。


Tag: 极狐汽车 极锋动力 2023第七届技术大会