中车时代电气何亚屏:自主电驱动品牌的创新之路

NE时代新能源

阅读 2913    更新于2022-09-30 13:36:00

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,株洲中车时代电气股份有限公司汽车事业部总经理何亚屏分享了自主电驱动品牌的创新之路,展示了中车时代电气在乘用车电驱板块的发展历程、自主创新核心技术以及目前取得的成果。

以下为现场实录:

大家上午好!很开心参加这样一个盛况论坛。

大家对于中车都很了解,高铁、地铁、城轨等大家身边的出行工具很多出自中车,但是大家可能对我们做汽车乘用车电驱的了解还比较少,所以今天非常开心有机会给大家报告一下,我们中车怎样发挥我们在技术和产业链上的优势,为整个汽车行业展示我们的责任和能力。

报告分为四个部分,首先给大家介绍中车在乘用车电驱板块的发展历程,以及中车为什么进入这个板块。

中车是一个很庞大的集团,下面有很多子公司,前些年主要围绕轨道交通开展工作,但是近些年汽车发展也已经成为中车重要的战略。我们时代电气属于中车下属公司,目前在A股上市,股票代码688187,目的是募集更多资本,为我们在新行业发展赋能。在汽车板块,我们投入了巨大的资源和资金,通过这几年的布局,我们站在整个产业链的角度,围绕器件、部件和系统,成立了电驱板块,包含传感器、IGBT、SiC、电机、电控、电驱等多个产品。

电驱板块比较年轻, 中车2014年成立汽车事业部,2018年跟浩夫尔成立动力总成公司,在各位行业同仁的支持下,去年产销(2021年)突破了十万大关,今年也会持续地发挥我们产业链的优势,为所有主机厂客户带来我们的保供能力。我们这几年也陆续获得了功能安全AIL C等级认证、ASPICE 2级技术认证,获得了行业首批电机控制器动力安全“双”认证。

为什么中车会选择进入乘用车电驱板块?

火车跑得快,全靠车头带。中车从1959年开始就从事电力化机车,经过几十年的打造,我们逐步成立了从器件,到材料,再到算法的三个支柱,这三个支柱恰好是我们乘用车智能化加电驱所需要的底层技术。另外,我们乘用车电驱的很多技术和高铁是同平台,因此有很多平台类的技术和相关应用都在高铁上得到了充分的验证。目前为止我们有1名院士引领,2名汽车百人会成员带领的6000人工程技术团队,做专业化的开发,为电驱赋能。

这两年在国际的大形势下,在保供上我们充分彰显了我们的担当。当前新能源汽车的芯片需求较以前增长了2-3倍,而我们时代电气在传感和器件两类主要芯片上,由于我们产业链的自主可控,为我们在市场端和客户端赋能发挥了作用。

第二部分,中车电驱有哪些自主创新核心技术?

大家选择新能源电动汽车无非三个理由,首先是颜值做得好,其次是智能做得好,再者是成本做得低。那如何选择新能源汽车?用户对于里程焦虑、安全性、和成本都带来了要求,这就给我们这些新能源汽车的关键子部件也带来了很多要求。

无论是从行业趋势还是国外的发展路线上可以看到,大家都对效率、功率密度、成本、智能化都提出了很大的需求,对此我们中车也依托轨道交通的核心技术,带来了从多维度最优系统集成技术EMC、扁线电机设计及工艺制造、碳化硅的应用等多个方面的技术布局。整体目标是为了让客户端享受到更低的成本和更加智能、更高性能的产品。

首先是EMC,随着动力域的集成度越来越高,多个控制器耦合在一起之后, EMC的作用就相当重要。在此,我们安排了20个博士,投入了大量资源做这个工作。如何在有限的空间和有限的成本下,正向地把EMC设计做好,是很大的挑战,我们做了很多工作,目前我们的EMC已经通过了业界最高标准的Class 5等级带载测试。

第二是功能安全。现在大家对于安全的要求越来越高,我们中车采用EGA架构进行了系统级安全设计,目前系统具备5条冗余切独立的安全关闭路径,以确保安全目标违背时能有效进入安全状态。

第三是PHM。原来大家对于汽车维修的模式无非两种,一种是在有故障的时候做一些修理,第二种模式是定期保养,但是我们觉得这几种都属于事后保养。为了做到事前预防和事前诊断,我们推出了PHM技术,通过把轨道交通上提前预测寿命的技术引用过来,应用在很多关键部件上,比如轴承、电容、IGBT、绝缘等角度都做了很多工作。相对传统PHM通过加装传感器来进行监测,我们通过提取电流、电压、转速等既有电信号的特征参数,通过大数据模型,实现驱动系统部件的早期故障和健康状态管理。比如你的车在上高速之前,PHM会告诉你某个零部件有损坏,让你提前介入,从而更好地保障安全。

第四是扁线电机技术。中车把最早应用在轨道交通上的扁线电机技术和连续波绕组技术直接移植到了乘用车上,根据汽车的应用工况,从更高的功率密度,更高的体积和更高功率的要求,我们做了很多匹配性工作。

第五是高效油冷技术,去年我们推出了220kW基于碳化硅的油冷扁线电机,今年下半年会推出250 kW基于碳化硅的油冷扁线电机,我们通过大量试验和仿真研究,大幅提升持续和峰值输出能力。

第六是高压绝缘,高压绝缘主要是为了应对800伏快充系统,对于中车来货高压绝缘并不难,因为电网系统、轨道交通系统应用的都是3300V、6500V的高压电,但是在一定成本下满足目前乘用车的需求,还是需要我们完成不同的技术创新点。

第七是核心控制算法。如何让电驱在转矩精度受限制的条件下,实现汽车的移动,需要我们有非常成熟的核心算法。对于中车来说,我们的核心算法继承自高铁的成熟算法,可以实现驱动系统控制能力的完全自主可控。同时我们在业界率先应用了无位置传感器控制技术,这个在轨道交通上已经广泛应用的技术,可以有效的提高电驱动系统的可用性和可靠性。采用三阶角度跟踪算法的软件解码技术现在我们用的已经非常纯熟了。IGBT大家都很熟悉,通过建立IGBT的损耗和热模型对芯片的结温进行在线估算,一方面能时时刻刻保证整个系统的可靠性,另一方面也能进一步提高电流的利用率。

第八是SiC器件,SiC无论是在高压应用还是提升功率密度方面,都是行业的主旋律。去年10月份我们已经推出了1200V SiC系统,同时我们也在构建SiC的产线。

第九是智能门极驱动,在英国我们布局了一个研发中心,主要从事关键的核心技术点研究。当器件和材料无法提升效率时,就需要挖掘更多技术细节,智能门极驱动技术就是我们挖掘的细节之一。应用智能门极驱动技术之后,IGBT开通损耗可以降低33%,关断损耗可以降低45%,在电驱层面也可以带来更高的系统效率。

第十是减速箱技术,我们通过减速器飞溅润滑等多种不同的仿真技术研究在润滑结构等不同结构上产生了很多应用。同时通过强化平行轴齿轮箱的多个优势,让我们的三合一产品更加高效和轻量化,目前已经在很多主机厂的产品上应用。

最后是NVH。NVH对于乘用车的舒适感影响很重要,为了提升用户的良好感觉,我们建立了多目标优化仿真平台,实现了NVH设计多参数多目标的自动寻优。同时通过电机谐波注入抑制振动噪音的控制算法,进一步提升整车的舒适性。

第三个部分,中车电驱产业都取得了哪些成果?

我们根据行业的发展,布局了一些关键技术点,基于这些技术点也做了很多产业布局。我们从底层组件(如控制板、定转子)到单一部件(如电控、电机)再到系统多合一,现在我们可以提供整体的解决方案。我们改变了以往“我们有什么,向客户推销什么”的模式,转变成“客户需要什么,我们提供什么”的模式。

目前我们有很多项目定点,现在累计交付超过20万套,量产产品可靠运行40万公里,随着技术不断地深入和产业的不断迭代,我们的水平也会越来越高。

为了有效的保障供应链的安全,无论从质量,还是从产量方面考虑,都推动我们开始做本地化的布局,我们以株洲和无锡作为两大基地,通过2+N的布局形成综合超百万的电驱系统及零部件能力。

为了保障行业快速发展的主旋律,如何保证产品的质量?我们前后投入了超过5亿在株洲和无锡打造了最先进的电驱实验室和动力总成实验室,可以满足从电机、电控到集成驱动系统的全套实验体系。目前我们获得了功能安全、ASPICE、CNAS等多个认证及行业授奖。

最后,响应大会的号召,做一个总结。

单纯从电驱技术本身做创新的时代已经过去,必须要联动上下产业链进行协同创新。因为电驱技术不仅仅是电子领域,更需要机械、电子、材料等各个领域的跨界融合。我们也成立了中车乘用车电驱产业联盟,依托这个产业联盟,联合我们的上下游, 针对未来新型系统的结构拓扑、高效冷却散热,加上轻量化材料、动力域、芯片域等多个领域的技术做进一步的协同创新,欢迎各位朋友加入到我们,为这个行业赋能和贡献。

我的演讲完毕,谢谢大家!

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