集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是什么？

綜合設(shè)計(jì)，通俗地說(shuō)，就是“一體”。在汽車領(lǐng)域，集成設(shè)計(jì)相當(dāng)普遍，比如我們今天要講的集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。不要低估電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)。它可以讓我們獲得更大的乘坐和儲(chǔ)物空間空，甚至為我們節(jié)省電費(fèi)。那么集成設(shè)計(jì)是什么樣的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)呢？不會(huì)給我們帶來(lái)不利嗎？這是未來(lái)發(fā)展的正確方向嗎？

60秒快速閱讀:

1.電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電控系統(tǒng)、電機(jī)、變頻器、減速器等部件組成；

2.集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從最初的二合一設(shè)計(jì)演變?yōu)槿弦辉O(shè)計(jì)和集成電驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)；

3.集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有效降低了生產(chǎn)成本，減少了系統(tǒng)的體積和重量，使其布局更加靈活；

4.集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的熱管理更加復(fù)雜，維護(hù)不方便，故障率可能增加；

5.集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)展趨勢(shì)，但未來(lái)如何集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)充滿了各種可能性。

●總說(shuō)電驅(qū)動(dòng)，電驅(qū)動(dòng)有什么缺點(diǎn)？

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含許多部件，如電控系統(tǒng)、電機(jī)、逆變器、減速器等。大家對(duì)電機(jī)一定很熟悉，但是這些部件的功能是什么？它們?cè)谡麄€(gè)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中扮演什么角色？

首先，整個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的“大龍頭”是電控系統(tǒng)。沒(méi)有電控系統(tǒng)的“指揮”，驅(qū)動(dòng)模塊的組件就像一群無(wú)組織的孩子，根本不知道如何有序。電控系統(tǒng)可分為四個(gè)模塊，分別是車輛決策模塊、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊、電池控制模塊和電子管理模塊。

負(fù)責(zé)指揮電機(jī)如何工作、如何輸出功率的模塊是MCU，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)功率單元、轉(zhuǎn)矩、功率、速度和電流轉(zhuǎn)換的控制。微控制器將控制命令轉(zhuǎn)換成信號(hào)，并將其傳輸?shù)絀GBT，然后后者接收并執(zhí)行這些命令。

IGBT是MCU的“下一個(gè)家”，同時(shí)也是逆變器的核心和執(zhí)行單元。IGBT的作用是指導(dǎo)逆變器進(jìn)行正確的電流轉(zhuǎn)換。變頻器的功能是什么？因?yàn)殡姍C(jī)需要的是交流，動(dòng)力電池提供的電流是DC，所以需要逆變器將電池的DC輸出轉(zhuǎn)換成交流，傳輸給電機(jī)。

如果逆變器將電池中的電流傳遞給電機(jī)，電機(jī)能否直接驅(qū)動(dòng)車輪？如下圖所示，電機(jī)的動(dòng)力輸出特性為:峰值扭矩從0rpm/min開(kāi)始輸出，但當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于恒定扭矩范圍時(shí)，電機(jī)扭矩會(huì)有所下降，因此此時(shí)需要減速器的介入，減速器可以通過(guò)多級(jí)齒輪的傳動(dòng)來(lái)減速增加扭矩，以滿足車輛高速行駛時(shí)對(duì)扭矩的需求。

●集成了什么樣的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)？

我們已經(jīng)談完了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的幾個(gè)部分。我們能用連接線把這些部分連接起來(lái)嗎？最初電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有一體化設(shè)計(jì)，其電機(jī)、逆變器、充配電系統(tǒng)等部件都是單獨(dú)布置的，所有部件都可以通過(guò)線束連接，這也導(dǎo)致了當(dāng)時(shí)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜，如下圖所示。如何實(shí)現(xiàn)一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)？雪佛蘭Bolt（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）采用二合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也是最初的一體化設(shè)計(jì)。

雪佛蘭Bolt將永磁電機(jī)、減速器和車橋集成在一起，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的一體化電驅(qū)動(dòng)車橋。雖然雪佛蘭Bolt的結(jié)構(gòu)圖各部分看起來(lái)還是比較復(fù)雜，但至少它的驅(qū)動(dòng)橋做到了二合一。如果只看驅(qū)動(dòng)橋，這樣的一體化設(shè)計(jì)確實(shí)縮短了零件之間的距離，使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。

除了雪佛蘭Bolt的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋，零部件供應(yīng)商博格華納和ZF的集成式電動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋也是當(dāng)今電動(dòng)汽車領(lǐng)域集成應(yīng)用的典范。他們的集成系統(tǒng)已經(jīng)從二合一升級(jí)為三合一和一體機(jī)。以博格華納的31-01 egardrive電動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋?yàn)槔Ｋ鼘㈦姍C(jī)、電控、減速器等部件與車軸結(jié)合在一起。與普通電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，它結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。特斯拉RoaDSter就配備了這款電驅(qū)動(dòng)橋，目前這款產(chǎn)品已經(jīng)被特斯拉買斷。

除了國(guó)外產(chǎn)品之外，許多中國(guó)電動(dòng)汽車傾向于采用高度集成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。比如蔚來(lái)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和比亞迪e平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)模塊，采用不同的形式集成了電機(jī)、電控、逆變器、減速器三種，行業(yè)內(nèi)也稱之為三合一集成設(shè)計(jì)，三合一也是目前比較常見(jiàn)的集成方式。

我們蔚來(lái)汽車的“三位一體”& # 12220；以集成電驅(qū)動(dòng)單元為例。PEU是變頻器，國(guó)標(biāo)是變速箱減速器，EM是E-Motor的集成電機(jī)。除此之外，逆變器本身還集成了電機(jī)控制器和IGBT，所以整個(gè)驅(qū)動(dòng)單元實(shí)際上包括電機(jī)、減速器、逆變器、電機(jī)控制器和IBGT。

以比亞迪e平臺(tái)的三合一動(dòng)力模塊為例，其三合一動(dòng)力模塊集成了電機(jī)、減速器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電控；此外，其高壓充配電系統(tǒng)也是集車載充電器、逆變器、配電箱于一體實(shí)現(xiàn)的高壓三合一模塊，甚至其各種車身控制器都集成在一塊PCB板上。這些集成模塊的組合催生了比亞迪e平臺(tái)的“33111”。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外那么多廠商都在做集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，證明了“集成”設(shè)計(jì)確實(shí)有其獨(dú)特之處，我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)為什么這么受歡迎，再來(lái)說(shuō)說(shuō)它的缺點(diǎn)。

集成化系統(tǒng)是趨勢(shì)嗎？

●為什么集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)受歡迎？

首先，一體化設(shè)計(jì)可以減少驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積和重量；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各部分集成，無(wú)疑使整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊，減少了系統(tǒng)占用的體積；此外，由于集成，組件之間的連接線大大減少，因此系統(tǒng)的重量也得到優(yōu)化。

隨著系統(tǒng)體積的縮小，車輛各個(gè)系統(tǒng)的布局可以更加靈活，有利于車企針對(duì)不同車型搭載相同的系統(tǒng)；對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，我們得到的好處是:可以獲得最大的乘坐和儲(chǔ)物空間空；就像一些概念車，不需要配備傳統(tǒng)意義上的座艙來(lái)布置各種系統(tǒng)部件，所以底盤上部完全可以設(shè)計(jì)成乘坐空艙，或者像特斯拉一樣，可以有額外的前艙儲(chǔ)物空艙，這是沒(méi)有一體化設(shè)計(jì)或者集成度較低的純電動(dòng)車無(wú)法比擬的。車輛重量的減輕將使車輛的能耗更低，續(xù)航里程更長(zhǎng)。

此外，由于集成設(shè)計(jì)有效地減少了組件之間的距離，因此還減少了銅線等昂貴材料的使用，并優(yōu)化了能量傳輸路徑。由于電機(jī)系統(tǒng)使用的導(dǎo)線較粗，這些導(dǎo)線是不可忽視的生產(chǎn)成本。能量傳遞路徑短的優(yōu)點(diǎn)是可以避免系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)大的功耗，使動(dòng)力總成更加高效。我們?cè)谌粘Ｓ密囍心苤庇^感受到的是，同樣的電池容量，能耗更低。

●一體化設(shè)計(jì)帶來(lái)的弊端

雖然目前國(guó)內(nèi)外的車企和零部件供應(yīng)商都在做集成系統(tǒng)，但它給廠商和消費(fèi)者帶來(lái)的負(fù)面影響也不容忽視。如果不采用一體化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)各部件與空氣體的接觸面積會(huì)更大，有利于系統(tǒng)的散熱；但是系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)后，幾個(gè)部件之間沒(méi)有間隙，這就需要廠家重新考慮整個(gè)系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)，保證所有部件都處于正常工作溫度，這將使簡(jiǎn)單的風(fēng)冷/液冷冷卻系統(tǒng)復(fù)雜化，進(jìn)一步考驗(yàn)廠家的技術(shù)和設(shè)計(jì)。

在車輛使用后期，如果每個(gè)系統(tǒng)不采用一體化設(shè)計(jì)，逆變器和電機(jī)分開(kāi)布置，任何有問(wèn)題的部件都可以單獨(dú)處理。但是，在高度集成之后，某個(gè)組件的維護(hù)和更換要考慮整個(gè)系統(tǒng)的情況，這不僅會(huì)增加維護(hù)成本，還會(huì)考驗(yàn)維護(hù)技術(shù)。即使是拆下某個(gè)部件，也可能需要專業(yè)工具的協(xié)助，恐怕很多街邊店鋪都處理不了。

此外，集成系統(tǒng)可以理解為“小而精”的產(chǎn)品。相信你也能猜到，一體化設(shè)計(jì)往往比每個(gè)部件的獨(dú)立布置需要更高的生產(chǎn)和裝配工藝。如果材料和裝配質(zhì)量控制不當(dāng)，整個(gè)系統(tǒng)的故障率很可能會(huì)急劇上升，甚至一個(gè)部件的輕微故障都會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，集成設(shè)計(jì)為汽車公司設(shè)置了技術(shù)門檻。如果車企的技術(shù)失敗，結(jié)果可能是消費(fèi)者買的車故障率高。

●未來(lái)會(huì)是集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的世界嗎？

從目前的發(fā)展來(lái)看，高度集成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)/充配電系統(tǒng)等集成行為已經(jīng)成為廠商和零部件供應(yīng)商所遵循的趨勢(shì)，因?yàn)榧稍O(shè)計(jì)不僅可以為廠商帶來(lái)重量輕、布局靈活、成本低的優(yōu)勢(shì)，還可以最大限度地發(fā)揮乘坐空的空間，為消費(fèi)者提升用車體驗(yàn)。比如2021年北汽新能源EX360的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有采用一體化設(shè)計(jì)，而2021年，

至于集成設(shè)計(jì)未來(lái)會(huì)如何發(fā)展，早在1900年，輪轂電機(jī)就出現(xiàn)在保時(shí)捷上，這無(wú)疑是一種高度集成的設(shè)計(jì)。然而，由于懸架簧下重量增加、技術(shù)要求高以及正在進(jìn)行耐久性測(cè)試等問(wèn)題，輪轂電機(jī)尚未得到廣泛應(yīng)用。然而，也許未來(lái)一些制造商會(huì)克服這個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

還是未來(lái)驅(qū)動(dòng)橋的集成度會(huì)更高？使得驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)等系統(tǒng)只能靠一個(gè)極低高度的驅(qū)動(dòng)橋來(lái)解決。這是否意味著不需要機(jī)艙？總之，我認(rèn)為未來(lái)新能源汽車將突破我們的想象，實(shí)現(xiàn)極致輕量化，最大化乘坐空間空成為車輪上的“客廳”。

全文摘要:

或許很多人從來(lái)沒(méi)有想到，2021年，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量?jī)H為1.7萬(wàn)輛/1.81萬(wàn)輛，但2021年，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)達(dá)到127萬(wàn)輛/125.6萬(wàn)輛。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)然需要?jiǎng)?chuàng)新進(jìn)步的零部件配套技術(shù)來(lái)配合新能源汽車的發(fā)展，集成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是其中之一。其實(shí)除了我們今天說(shuō)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，充配電系統(tǒng)、控制器等系統(tǒng)都可以集成。相信未來(lái)會(huì)有更多的車企制造高度集成的系統(tǒng)。

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