长安新能源杜长虹:长安电驱动技术实践与思考

NE时代新能源

阅读 3579    更新于2022-09-30 13:25:00

2022年9月21-22日,由NE时代主办,巨力自动化总冠名,巨一动力、中车时代电气、华域电动、上海电驱动战略合作,华为数字能源、智新科技生态合作的“2022(第二届)全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

在21日的主论坛上,重庆长安新能源汽车科技有限公司动力开发部副总经理杜长虹分享的是长安电驱动技术实践与思考,其中道出电驱动技术的四个发展趋势,展示长安在电驱动技术上的自主创新实践情况,并从主机厂的角度对电驱动未来的发展提出五点建议。

以下为现场实录:

各位专家、行业同仁、媒体朋友们,大家上午好,很高兴出席本次技术研讨。我分享的主题是:长安电驱动技术实践与思考。

我的分享分为三方面内容:新能源汽车电驱动技术发展趋势、长安电驱动技术自主创新实践、面向未来的电驱动发展建议。

新能源汽车电驱动技术发展趋势

近年来,随着新能源汽车市场蓬勃发展,新能源电驱动技术得到快速发展,呈现出一些显著发展趋势,我们认为电驱动技术发展趋势主要有以下4方面。

融合创新——通过机械集成和电力电子融合实现1+1>2的效果

首先是融合创新,在ALL IN ONE 理念的指引下,特别是主机厂深入电驱总成开发后,以电驱为基础的机械集成和电力电子融合趋势明显,典型的案例有多合一电驱动总成(即,通过将电驱和电源甚至VCU、BMS、TMS等集成在一起,实现电驱重量下降、体积下降、成本下降和性能提升);其次是一体化悬置技术,取消悬置转接支架,提升了电驱总成对车体的扭转性能,降低了成本;电力电子融合,电驱内部集成的各控制器,共用主控芯片、CAN芯片、电源芯片等,有效的降低了成本。随着各零部件质量稳定性越来越高,这种集成趋势会更显著。

跨领域——电驱动系统参与热管理、充电等技术领域的功能实现

其次是跨领域功能扩展。目前,电驱集成化发展后,不再局限于单一的驱动功能,电驱动系统也通过技术创新,参与到热管理、充电等技术领域的功能实现。比如长安深蓝03全球首发的高频脉冲技术,就是充分利用锂离子电池在低温下,高频率正负切换大电流不发生析锂、不影响电池安全和寿命的特征,通过电驱IGBT极速开断,产生快速正负切换的大电流,借助低温下电池内阻大的特性,为电池快速均匀“自加热”;此外,在电池平台高压化后,为解决市场上500V直流充电桩与高压电池包之间的充电电压匹配问题,电驱通过复用IGBT和电机定子绕组电感构成Boost升压电路,实现了直流升压充电技术。这样的跨界创新,用很低的成本增加,非常好的解决了用户痛点。

新技术迭代——驱动电机、电机控制器等零部件新技术快速迭代

在电驱零部件方面,各种新技术快速迭代。驱动电机为了在相同额定负载需求的情况下减小体积,越来越多的采用油冷技术,同时向高速化发展,最高转速达到25000rpm。在电机控制器方面,目前有越来越多的产品搭载下一代功率半导体,以提升效率,已成为行业共识。

宽电压适应——电驱动系统拓宽工作电压范围,以适应整车不同电压平台

为满足不同车型不同里程需求,需要极宽的电量范围。以某车型为例,里程400-800,电量46.9-93.8,两种解决思路。

第一种方案是维持相对稳定的电压,改变电芯并联数并开发各种不同容量的电芯满足整车需求。这实际是一种用多多种电芯方案围绕电驱实现电压匹配。

但过去五年,纯电动汽车续航里程从150公里增长到500-600公里,电池电量从20度增加到100度以上。电芯容量逐步从20(安时)增加到200(安时)以上。为此,电池行业研发了大量不同规格的电芯。

据不完全统计,中国新能源汽车使用过的电芯超过500种,按每颗电芯研发和产线净投入1亿元计算,净投入已超过500亿元。到目前,我国累计推广新能源汽车约1000万台,简单计算,单车分摊约5000元。

这是一种资源浪费,并最终由社会和用户买单。

第二种方案则是维持电芯容量,改变电芯串联数以及整车电压平台来满足整车需求。采用这种方案,电芯的开发和拆也会投入可以大大降低,但同时也对电驱的工作电压范围以及性能有了更高的要求。

随着SiC技术成熟,成本降低,通过采用1200V等级的SiC+Si基功率模块组合,电驱可实现240-800V超宽电压范围覆盖,搭载整车后最大可满足400-1000km超宽里程需求。这是一种用不同电压平台电驱去满足电芯平台化的要求,更有利于整个新能源汽车产业的成本控制。

长安电驱动技术自主创新实践

接下来分享下长安在电驱动技术上的自主创新实践情况。

21年深耕新能源领域,构建了成体系的正向研发能力

长安汽车2001年进入新能源领域,是中国最早进入新能源汽车领域的企业之一,具备丰富的技术研发经验积累;先后经历技术研究、产业化推广和市场化运行三个阶段,完成了从样车到产品的正向开发历程。

历经三代,自主掌握核心技术

从第一代应用开发的“分体式”,到“第二代”自主集成的三合一,再到第三代自主集成+关键器件自主开发的“多合一,长安在产品升级迭代过程中逐步掌握电驱动核心技术。

五年磨一剑,打造长安超集电驱

基于“ALL in One”设计理念,采用高集成度技术打造的超集电驱平台,通过电驱系统深度集成,实现超低Z设计,带来超级效率。

后驱基因的打造并不容易,最大的难题是如何开发一款可以放置在后桥、且不影响乘坐舒适性和后备箱空间的电驱系统。经过五年的技术攻坚,我们不仅解决了空间布置的问题,而且设计了集成度行业领先的技术架构,完美实现了热、电磁兼容、NVH、耐久性等综合最优设计。

搭载超集电驱首车-长安深蓝SL03

深蓝03纯电动版本搭载超集电驱百公里加速时间低至5.9s,是市场上单电机车型中,跑得最快的产品。

在电车时代,想做快很容易,想做出驾控乐趣却很难。那么深蓝03的驾控乐趣是怎么打造的呢?诀窍就是:超集电驱与后驱基因的完美融合。这两个市场稀缺的技术结晶共同成就了深蓝03极致的驾控体验。

深蓝03基于EPA1平台开发。在开发过程中,我们决策的第一个技术路线是后驱。让千千万万用户感受到后驱带来的驾控乐趣,这是油车时代难以想象的话题,但电车时代却有了最好的机会。打造一个全新纯电驱动专用平台,我们没有任何理由再选择前驱技术路线。于是,长安深蓝,注定成为为后驱而生的品牌,将率先开启电动后驱的驾控时代!

正是由于超集电驱的超低Z设计,长安全新纯电驱动专用平台EPA1才能够实现纯电后驱,解放前机舱,在前机舱放入一套增程系统就成为增程电动车,放入燃料电池反应堆就成为燃料电池车,什么都不放就是一款带前备箱的纯电动车。

智能制造产线

长安目前已建成了涵盖三合一和多合一电驱总成的两条智能制造产线,当前产能达到25万台/年。

面向未来的电驱动发展建议

最后,我从主机厂的角度对电驱动未来的发展提5点建议。

建议一:主机厂与电驱供应商产业协同

主机厂基于传统动力转型升级和价值链等考虑,涉足电驱动总成产品成为必然,原来以总成为主要产品的零部件企业要找准发力点,产业链要下沉,做精做细部件级供应。

对于单个主机厂单一品类量不大的产品,主机厂都进行自主开发显然也是不合适的,建议电驱总成供应商主动收集各主机厂共性需求,整合后进行平台化开发,为各主机厂提供标准平台化产品,形成大规模供应,降低产品成本。

建议二:加大自主攻关力度,确保产业链自主可控

电驱动上游产业链目前尚有一些环节没能完全自主掌握,所以要加大自主攻关力度,将电驱的饭碗完整的端在自己手里。

比如, SiC晶锭或者叫SiC衬底,国内厂商能力还相对较弱,6寸不良率远大于国际厂商。国内厂商在单体二极管有较多应用,在MOS管,特别是大功率MOS还没有规模量产。电流传感器芯片:国内有部分厂商在做,但是采样精度、可靠性同国际厂商差距大。控制芯片:部分国产芯片有隐藏设计缺陷,需要制作小批量测试,再陆续优化缺陷后,才能大规模应用。此外,汽车电机级的绝缘纸、浸渍漆以及更上游的聚酯亚胺、聚酰胺亚胺材料等,目前国内还没有完全掌握,需要全产业链协同,支持国产器件、物料的产业化应用。

建议三:完善电驱动系统设计、开发软件及体系

加大软件研发投入,实现电驱动系统设计、开发软件的国产化与自主化,形成具有自主知识产权的仿真研究、设计与控制软件及体系。

  1. 在电机快速设计,控制系统安全容错、电磁兼容等方面实现突破;电机设计与分析工具满足多变量、多物理域、多目标优化和高度智能需求;掌握虚拟设计与正向设计技术。

  2. 建立数字样机,提高研发效率与品质;电驱动系统操作系统软件发展为层次化、模块化和平台化,实现软件架构可移植、可扩展。

建议四:建立“关键物料——Tier1——主机厂”的“铁三角”关系

最近两年的芯片保供让行业意识到,整个产业链的规划、开发、信息等高度协同、透明对产业链稳定的重要性,因此我建议我们要打造高效透明的产业生态圈,充分发挥OEM作为产业链链长的作用,整合朋友圈资源,建立 “关键物料—Tier1—主机厂”的铁三角关系,实现共创共赢。

建议五:提升电驱动系统产业化制造工艺与装备水平

随着新能源汽车产业的蓬勃发展,电驱动系统单品月产量已经快速从不到1万突破到5万以上,在产品质量、性能、可靠性、成本等方面已经面临大规模制造的要求,这与行业内相对落后的制造能力形成了明显落差。我们需要高水平的装备能力和规模化制造能力,才能为用户提供高可靠性产品。因此建议行业同仁高度重视并大力提升电驱产业化制造工艺与装备水平。

最后我想说,作为新能源汽车从业者,我们站在汽车行业百年未有之大变革的历史风口上,非常幸运!我们和各位同仁一道加快电驱动技术创新、共建电驱动产业生态,助推新能源汽车产业健康发展,助力国家“双碳”战略达成,不负这个时代赋予我们的使命!

我的发言就到这里,谢谢大家!

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