新能源电机驱动系统拆装(深度:综合研判广汽新能源AION)
创始人
2024-01-09 01:28:05
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2019年10月,广汽新能源AION?LX电动汽车上市,扣除补贴后售价24.96-34.96万元,长宽高4786x1935x1685、轴距2920mm,搭载由宁德时代提供的590规格811高镍三元锂电芯、装载电量93度电、能量密度180Wh/kg的动力电池总成,NEDC续航里程为650公里且具备Level3级别的自动驾驶辅助功能。

新能源情报分析网将对广汽新能源AION?LX四驱版的车型平台、电驱动系统(包括动力电池热管理策略)进行全向研判,并2020年结合中国新能源整车市场发展,以及来自造车新势力与合资品牌的竞争态势深度解析。

至2020年4月,网络上极少有对广汽新能源AION?LX电动汽车电驱动技术的介绍或评测稿件刊发。由于在售的AION?LX的动力舱标配了1组全封闭的防尘盖板,而不能直观的对电驱动系统及动力电磁和热管理系统的技术状态进行分辨。

感谢广汽新能源广汽新能源北京鑫敏恒体验中心(北京市大兴区金盛大街顶佳文化创业园西门)提供的NEDC续航里程600公里Aion?LX四驱版试乘试驾车用于深度评测。

1、广汽新能源AION?LX电驱动技术:

上图为将前部动力舱防尘改版拆掉后的各分系统技术状态特写。

红色箭头:由华为提供的10千瓦集成电源蓝色箭头:由安波福(德尔福)提供的PDU高压控制系统总成

绿色箭头:“3合1”电驱动系统总成+“2合1”高压控制系统总成+华为提供的集成电源共用1套高温散热循环管路的补液壶(80kPA压力)

蓝色箭头:驾驶舱空调制热系统的补液壶

在广汽新能源量产AION?LX之前,推出国1款EREV车型、1款PHEV车型以及3款EV车型。其中AION?S与AION?LX共用1个系列“3合1”电驱动系统总成以及PDU高压控制系统。但是AION?LX动力电池热管理技术和策略在AION?S基础上进行了技术提升、架构简化和控制策略的优化。

作为重要技术亮点,广汽新能源AION?LX换装了1套热泵空调系统+将驱动电机热量导入动力电池总成循环管路的热管理控制策略。对于广汽AION?LX动力电池热管理策略的解析,将在后文有所涉及。

华为提供的10千瓦OBC具备两种工作模式,在220V家用电(随车标配的充电桩)伺服下充电功率峰值为6.6千瓦;在380V动力电伺服下充电功率峰值为10千瓦。需要注意的是,在220V家用电+充电盒构成的“飞线”式充电模式,整车可用充电功率为3.3千瓦。而AION?LX独具特色的10千瓦充电功率的设定,与奥迪e-Tron的家用和公共充电策略相吻合。

另外,广汽新能源AION?LX集成华为提供的10千瓦OBC系统带来的更丰富的充电策略同时,也预示着华为的新能源车用分系统供应商的业务正式开启。

采用4组轻质化的铁片(红色箭头),将电驱动系统循环管路补液壶固定在车身焊接轮室罩。这组补液壶标注的内部压力值为80kPA。由于“3合1”电驱动系统以及PDU高压控制系统及OBC控制模块

采用3组轻量化的铁片(红色箭头),将驾驶舱空调制热系统的补液壶固定在车身焊接轮室罩。这组补液壶标注的内部压力值为140kPA。

上图为广汽新能源AION?S前部动力舱各分系统细节特写。

左侧的2组循环管路补液壶分别伺服动力电池热管理系统的高温散热系统(上端、同为80kPA压力)、电驱动及控制系统高温散热系统和低温预热系统(下端、140kPA压力);右侧的补液壶则用于驾驶舱空调制暖系统。单独设定的OBC控制模块由杭州富电科技提供、PDU+DCDC“2合1”高压控制系统总成为安波福(德尔福)提供。

AION?S配置了3套循环管路和相应的热管理控制策略,由杭州富电科技提供且体积较大的OBC控制模组;AION?LX保留了1套电驱动系统高温散热循环管路同时,将动力电池热管理系统(制冷和制暖)和驾驶舱空调(制冷和制暖)合并至热泵空调系统(共用1套补液壶)。

2、广汽新能源AION?LX整车热管理系统控制策略:

实际上,广汽新能源AION?LX配置的热管理系统技术和控制策略,由部分基于特斯拉Model?X的电驱动热管理控制系统的“大循环”-动力电池热管理系统“中循环”-驾驶舱热管理系统的“小循环”技术架构同时,与引入全新的热泵空调系统相结合的技术架构。在热泵空调系统作用下为电驱动系统、动力电池系统和驾驶舱,可以同时或分别提供夏天制冷和冬季制热伺服。

在非充电的低温环境启动工况,电驱动系统开始运行,驱动电机(行车)产生的热量通过冷却液为动力电池提供低温预热伺服同时,热泵空调向驾驶舱输出热量。

在低温环境充电时,车载热泵空调(引入充电桩电量)向动力电池或驾驶舱提供低温预热伺服,提升充电效率和用车舒适性。

在非充电的高温环境启动工况,电驱动系统和控制系统接收热泵空调输出的冷量进行强制散热(根据温度决定是否采用自燃冷却)伺服。

在高温环境充电时,车载热泵空调(引入充电桩电量)向动力电池或驾驶舱提供高温散热伺服,提升充电安全性和用车舒适性。

在引入热本空调同时,广汽新能源AION?LX对电驱动系统及动力电池进行高温散热伺服,仍然需要水冷板模块对冷却液进行“冷量交换”。

**箭头:固定在防火墙的水冷板控制模块

红色箭头:从热本空调压缩机至水冷板控制模块的空调高压管路(将冷量输送至水冷板控制模块)

简单的说,基于特斯拉Model?X的整车热管理控制策略,广汽新能源AION?LX具备对电驱动和控制系统进行低温预热和高温散热(主动冷却和自燃冷却)能力,对动力电池热具备引入电驱动系统热量进行低功耗预热的功能。而标配的热泵空调系统,主要的优势在对包括电驱动、动力电池和驾驶舱热管理系统所需的热(冷)量低功耗伺服以及精准的在分配能力。

广汽新能源AION?LX的整车热管理系统,引入更多的“四通阀体”替代部分“三通阀体”,用来在三种循环系统中进行“开”“闭”动作,已达到精准控制冷却液流量、温度损失以及电子水泵电耗。

3、广汽新能源AION?LX驾驶舱空调制热功能开启后的测试:

启动广汽新能源AION?LX,以“怠速”工况运行15分钟,寻求电驱动系统和控制系统温度上升至不需要预热和散热的状态后,开启驾驶舱空调制热系统,温度提升至最高(32.5摄氏度)出风量挑戒指5挡。

开启广汽新能源AION?LX驾驶舱空调制热模式运行3分钟后,由热成像仪与白光相机拍摄空调出风对比特写。空调出风口最高温度超过40摄氏度。

备注:室外温度约为18摄氏度

开启广汽新能源AION?LX驾驶舱空调制热模式运行4分钟后,电驱动系统循环管路补液壶表面最高温度为18.2摄氏度。

备注:车辆处于“怠速”非行车状态

开启广汽新能源AION?LX驾驶舱空调制热模式运行5分钟后,由热成像仪与白光相机拍摄电驱动系统表面温度最高温为17.3摄氏度。

上图为开启广汽新能源AION?LX驾驶舱空调制热模式(最高温度2挡出风量)运行10分钟后,由热成像仪拍摄的动力电池及驾驶空调循环系统补液壶表面温度特写。补液壶表面温度最高点为44.8摄氏度。

以“怠速”模式运行广汽新能源AION?LX近20分钟,电驱动系统循环管路补液壶表面温度在18-20摄氏度波动;动力电池及驾驶舱空调循环系统补液壶表面温度在42-45摄氏度波动;驾驶舱出风口温度在40-41摄氏度波动。

上图为将广汽新能源AION?LX前驱动桥底护板安装后,热成像和白光相机拍摄到的温度对比特写。降温隔热效果十分显著。

笔者有话说:

广汽新能源AION?LX全系标配热泵空调系统,并采用基于特斯拉Model?X的整车层面的热管理循环技术,使得电驱动系统、动力电池系统和驾驶舱空调系统的冷量和热量交换,可以根据外部温度以及行车实时温度状态进行不同循环体系的组合。

这种在整车层面大循环系统运行基础上,对不同分系统的温度精准控制(高温散热、主动冷却与低温预热)与热泵空调的低功耗相结合,已获得高温和低温工况、充电和行车模式的电量在分配的高效化。在满足最基本的动力电池热管理控制需求,驾驶舱的用车舒适性的前提下,尽量将动力电池装载的电量用于NEDC续航里程的补偿。

但是,笔者也注意到,目前车用热泵空调低温临界点多集中在零下15摄氏度。换句话说,用车温度低于零下15摄氏度制热能力受限或干脆不工作。不知广汽新能源AION?LX搭载的热泵空调运行最低温度多少摄氏度,低功耗的技术优势是否会降低冬季用车乘员舒适性。

新能源情报分析网将会在后续对广汽新能源AION?LX的夏季高温工况充放电效率进行深度评测。

未完待续。。。

新能源情报分析网评测组出品

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

1.驱动电机系统?

通过有效的控制策略将动力蓄电池提供的直流电转化为交流实现电机的正转以及反转控制。在减速/制动时将电机发出的交流电转化为直流电,将能回收给动力蓄电池或者提供给超级电容等储能设备供给二次制动使用。

2.驱动电机?

将电能转换成机械能为车辆行驶提供驱动力的电气装置,该装置也具备机械能转化成电能的功能。

3.驱动电机控制器

控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置,由控制信号口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。

4.直流母线?

电压驱动电机系统的直流输入装置。

5.额定电压?

直流母线的标称电压。

6. 最高工作电压?

直流母线电压的最高值。

7.输入输出特性

表示驱动电机、驱动电机控制器或驱动电机系统的转速、转矩,电流等参数间的关系。功率、效率、电压、降价能艳一 障假电机。

8.持续转矩?

规定的最大、长期工作的转矩。

9.持续功率

规定的最大、长期工作的功率。

10. 工作电压范围?

能够正常工作电压范围。

11.转矩-转速特性?

转速特性一般是形容频率的曲线,转矩特性是确定电压上升的该驱动电机可以达到的并可以短时工作而不出现故障的最大转矩值曲线。

12.峰值转矩电机

伴积认当机械设备转速为零(堵转) 时的转矩。

13. 堵转转矩

功率大 效亮高。

14.最高工作转速?

达到最高功率而呈现出来的最高速度。

电动汽车对驱动电机的特性要求有哪些?与传统工业驱动电机不同,电动汽车的驱动电机通常要求能够频繁的起动/停车、加速减速,低速/爬坡时要求高转矩、高速行驶时要求低转矩并要求变速范围大。

电动汽车对驱安知动运转名定二年量功率察度二座童动电机的要求可归纳如下:为了充分利用有限的车载空间,减小车辆质量,降低运行中的能量消耗,应尽量减小驱动电机的体积和质量。驱动电机可以采用铝合金外壳,各种控制装置和冷却系统等也要求尽可能轻量化和小型化。

1.高功率密度、轻量化在允许的范围内尽可能采用高电压,可以减小驱动电机的尺寸和控制器、导线等设备的尺寸,特别是可以降低逆变器的成本。

2.全速段高效运行-次充电续航里程长,特别是在车辆频繁起停或变速运行的情况下,驱动电机应具有较高的效率。

3.低速大转矩及高速宽调速即使没有变速器,驱动电机本身应能满足所需的转矩特性,以获得在起动、加速、行驶、减速、制动等各种运行工况下的功率和转矩要求。

驱动电机应具有自动调速功能,可以减轻驾驶人的操作强度,提高驾驶的舒适度,并且能够达到与传统内燃机汽车同样的控制响应。与低速电动机相比,高转速驱动电机的体积和质量较小,有利于降低整车装备的质量舒适度高

4。高可靠性,在任何运行工况下驱动电机都应具有高可靠性,以确保车辆的行驶安全。

5.安全性能,动力蓄电池组、驱动电机等强电部件的工作电压能达到 300V 以上,对电气系统的安全性和控制系统的安全性提出了更高的要求,新能源汽车驱动电机必须符合相关车辆电气控制的安全性能标准和规定。

6.低成本、低噪声为降低新能源汽车的使用成本,驱动电机的使用寿命应和车辆保持一致,真正实现节能环保的目标。同时驱动电机还要求具有耐温和耐潮性能好、运行噪声低、结构简单、成本低、适合批量生产,使用维护方便等特点。

7.能量回收。能量回收系统对于提高电动汽车的能量利用率具有重要意义。对驱动电机及电机控制器要求较高。

问题引导2:

驱动电机主要分为哪几类?

驱动电机可分为两大类,即有刷电动机和无刷电动机。习惯上将有换向器的直流动机简称为直流电动机。

由于技术成熟、控制简单,直流电动机曾在电力驱动领域有着突出的地位。实际上各类直流电动机包括 (串励、并励、他励) 和永磁直流电动机都曾在电动汽车上得到应用,但其电刷和换向器需要经常维护、可靠性低,正在被交流无刷电动机取代。

无换向器电动机包括异步电动机、永磁同步电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。

无换向器电动机在效率、功率密度、运行成本、可靠性等方面明显优于传统的直流电动机,因此在现代电动汽车中获得广泛应用。驱动电机分类如下:

永磁直流电动机有刷电动机串励直流电动机直流电动机、并励直流电动机他励直流电动机笼型异步电动机绕线转子电励磁式无刷电动机、同步电动机、永磁同步磁阻式永磁无刷电动机开关磁阻电动机。

问题引导 3:

新能源汽车驱动电机如何选择?

选择新能源汽车驱动电机的关键是电动机的机械特性。

至今为止电动汽车采用的驱动电机主要包括:直流电动机、交流异步电动机、永磁同步电动机、直流无刷电动机和开关磁阳电动机。关于机械特性可以用转矩-转速特性和功率-转速特性曲线来表示,并可作为选择电动机的参考依据。

在选择新能源汽车的驱动电机时可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性能参数,以作为电动机设计的依据。实际上大多数情况下是新能源汽车制造商根据电动机生产厂家提供的技术性能参数选择现成的电动机。

可供电动汽车选用的电动机种类繁多,功率范围很厂新能源汽车对于驱动电机的调速范围、可靠性、在恶劣环境下的工作能力等方面有比较高的要求。

1.额定电压的选择电动机电压的选择主要依据车辆总体参数的要求来设计,车辆的自重、蓄电池等相关数确定后,才能确定电动机的由压,转速等参救,即当车辆自重确定后,蓄电池的个数就确定了,电动机的电压等级也随之确定。

但总体要求是:尽可能提高电压等级,这样就可以使电动机在满足驱动要求的情况下,使电动机的功率小一些,电动机的电流也小一些,这样蓄电池的容量选择、安装空间、安装方式等就更容易处理。

2.额定转速的选择根据电动汽车的速度、动力性能的要求,需要选择不同转速的驱动电机。

(1)低速电动机?

低速电动机的转速为 3000 ~6000r/min,扩大的恒功率区的低速电动机额定转矩高、转子电流大、电动机的尺寸和质量较大,且相应的转换器、控制器的尺寸也较大,各种电器的损耗较大,但减速器的速比较小。

一般低速电动机的转动惯量大、反应慢,不太适用于电动汽车。

(2)中速电动机

中速电动机的转速为 6000 ~10000r/min,它的各种参数介于低速电动机和高速电动机之间。

(3)高速电动机?

高速电动机的转速为 10000~15000r/min,扩大的恒功率区宽,尺寸和质量较小,相应的转换器和控制器的尺寸也较小,各种电器内在的损耗较小。但其减速器的速比要大大增加,通常需要采用行星齿轮传动机构。

高速电动机的使用主要受电磁材料的性能、高速轴承的承载能力的限制。一般高速电动机的转动惯性小、起动快、停止也快,电动汽车常采用高速电动机作为驱动电机。

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