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徐性怡:新能源汽车电机控制器产业现状与发展趋势

来源:编码器|传感器厂家    发布时间:2016/3/16 16:08:46   点击量:

时间:2015年12月5日

地址:嘉定喜来登酒店

主题:2015第三届“汽车与环境”中国汽车及零部件产业创新论坛之动力总成技术分论坛

演讲嘉宾:上海大郡动力控制技术有限公司总经理 徐性怡

【徐性怡】:我今天给大家分享的是新能源汽车的状况,以及我们在这个领域方面电机系统的技术发展。再讲讲中国的产业发展。

整个汽车行业,我个人认为,正在运营在发生根本性变革,首先是大数据,移动互联网,其次就是电气化,再往下就是工业制造4.0,实际上给汽车行业制造带来新的变化。还有一点就是整个互联网的商务环境,强调开放分享透明。

中国电动车市场是可以快速成长的,这几天听了很多的。尤其是昨天蔡博士激情澎湃的说法已经说明白。咱们国家的各项提升国力发展计划,都让新能源汽车承载。另外我想说,咱们新能源汽车技术也是临近了可持续发展的阶段。首先从电池角度讲达到了300公里续航、安全可靠的技术路线,我们已经看到了,昨天的报告也有。所以经过5到10年在验证安全可靠性方面的工作是有可能达到的。另外充电设施的投入非常大,进步非常快。都必须要满足这些要求。

就算纯电动还有疑虑的话,但是插电式混合动力已经不是问题了。可以说全部整车厂都有各自方案,这是讲可持续发展在技术层面上的问题。同时新能源汽车将促进行业的变革,这也是新能源汽车将要呈现的。而且跟国外竞争,新能源汽车有一定好处。另外可以看到一些新的行业外的互联网造车者要进来。来源是电动汽车的动力系统大大减化,这些就是我们在新能源方面快速成长的点。

新能源汽车,我是按照我们国家什么是新能源汽车的角度讲。动力系统,纯电动很简单。插电式,有一个发动机。这里展示的是双电机的系统,大部分的系统,都是这个结构。对于这样的一些基本构成,是对整个动力系统的理解,从纯电动上讲,结构非常简单,控制非常方便,扭矩控制非常简单容易。因为体积整个比较小,所以比较容易做到标准化、模块化。同时由于整个就是一个电网,所以智能化的结合非常好。加上有可能,将来出现,把车跟电网之间连接,让电动车部分成为新能源电网的一部分。
现在纯电动车的推广,一个是受了电池技术充电设计的理念。同时还有很重要的原因就是我们的消费习惯,因为电动车不太适合于大车的,然对中国消费者而言大都喜欢大车。
插电式,没有技术问题,是完全可以满足消费者的需求,而且符合消费者习惯。但是结构相对复杂,而且对传统的发动机变速箱依赖性比较强。这恰恰是我们国内整车厂在这些领域里面的基本是不够的,同时协调控制也比较复杂。对于我们插电式混合动力也是需要电机的,也需要电池的。它的振动温度,对于控制器要求就比纯电动更加严苛。而且这里面面临着国外强劲的增长。增程式介乎于两者之间,也是可以满足我们的要求的。

今天很多都是发动机的专家,这里有一个挑战,如果我能够大大减化发动机的运行要求的话,我是不是还需要那么多气控制?油的控制?这些问题想和发动机专家做探讨。也就是说我们能不能做一个专用发动机呢?结构相对简单,符合技术要求。而且未来的纯电动燃料电池都无缝连接。
这些技术路线,对于我们的车是怎样的关联?我个人认为,位于微车来讲就是纯电动,对于小车来讲,纯电动也有很大前景。因为小车本身分装就比较难。增程式因为增程器比较小,在小车上增程的电动汽车,有它的优势,当然也可以做插电式。对于大点的车应该以插电混合动力为主。

讲完整个系统,我们看看对于电机工作系统构成和要求。首先有电机,电机跟传统结构放在一块的,同时有一个电池电子逆变器,这个是比较关键的部件,所有的这些好好工作,离不开数字传感器,离不开控制。作为整个动力系统而言包含了很多部件和一些相关的控制技术,在这里,从上往下看,我们系统一个是整车应用,包括动力系统跟整车之间的关联。在总成级有电池控制、发动机控制、电机控制、变速箱控制、电辅件控制。空调是很大一部分,就是电辅件控制。我们主要关注的一个是电机控制,一个是电辅件控制。我们有电机制造,逆变器制造、DC制造。这些理念都含有软件,而且未来软件最核心的基础。

在电机和相关部件里面,有很多层级技术链条的,首先我们讲,整个动力电机工作系统可以分为两大块,一块是电机加纯动这块。除了电机之外,这里就有很多讲究,我们刚才谈到它的燃烧,如果是稳定燃烧可不可以大大减爆发动机?可不可以通过电机实施调整发动机工作状态?我们再谈到振动,如果我用电机做这个事情,是不是可以得到更多的帮助?所以我们说发动机的确有很多很多可以做的事情,但是如果电气化是未来的话,我们是不是也考虑发动机跟电机之间的结合呢?我们做出来的东西既不是传统发动机也不是传统电机,而是符合电气化要求的组合。丰田为什么做得好,就是电机方面做得好。

另外一个重要的地方就是我们讲电机跟我的齿轮之间的结合,这个也是非常关注的事情。除了电机集成之外,电机本身我们现在问题比较多的情况下,一个是轴承,一个是散热,还是制约尺寸很大问题。另外就是跟齿轮和离合器的结合,这些都是属于我们要特别关注特别需要的研发领域。从材料角度,我们有永磁材料,现在温度差不多200度,已经成为比较常见的材料,还有就是高强度钢和好的材料性能。另外就是绝缘体,这些就是属于技术领域关注特点。

在控制机层面,首先提到的就是控制软件,这部分是非常大的关注度。在对于电子层面上,我们有处理。功率部分是很关键的部分,包括开关、控制、电容、电流传感器等等。这些都是属于零件级的核心技术。再往下看,就有芯片了,和它封装的技术,这些就构成了我们今天要做好电气化的动力系统所需要的核心技术。

它的发展是什么样的?首先是系统集成度,我这里面放了一个例子,把电机、减速机、控制器一体化,其实是代表了一个趋势,这样做体积就很小,可以做成一个标准化的产品。在中国减速机系统不是很好,噪音大效率大,所以很多厂商就不要变速箱了,因为电机本身是可以宽范围调速了,但是体积偏大比较重,所以就加了这层叫电机+减速机。这里面主要的考虑就是对于那些爬大坡,超载的情况下,如果电机扭矩要达到最大的情况下,用力不多的时候,电机比较大。如果用一个变速箱就可以减少电机大小,降低成本。可是如果一直用大速比的变速器,调速范围就不够宽了。这个时候用200的就比较合适。

系统集成有另外一个重要因素就是功能,我现在看到有一种,未来电动汽车,作为我们新能源网的一个储能源件的部门,这里就有车跟网的关联,车跟网也是要通过电池电子变流器,我们电机迁移,恰恰也可以完成这个功能。所以我们可以把双向的充电机做一个集成。

电机来讲也有很多工作做,就不详细阐述,比如说降低电机的成本结构,少用系统材料。改善分装散热,从而减少材料用量,针对系统进行优化,跟我实际的工况结合起来,让它做到最优。现在经常讲最高效达到多少,那个东西不一定最能节电,应该说在什么情况下推什么电。昨天很高兴看到我们对于中国的情况进行深入了解,这对未来我们设计电动车效率优化提供很好的指导。另外电机也是一个很重要的关键,在结构工艺上,也会花相当精力做。

对于系统控制讲,软件是很重要的方面,这里面有哪些工作呢?一个是系统能耗,就是我刚才讲了,针对我开车的习惯,能不能做一个最佳控制?这个是可能的,也是互联网造车,老实来说我可以为你做最优。第二个就是电机的故障诊断与防护,不能让客户呆在路上,包括充电的要求。

还有就是安全,安全的标准26262,已经成为大家比较满足了。最后一点就是讲软件开发,现在有一组标准型的做法。欧洲的标准有一部分是有意义的,有一部分是处于弊端,让你进入者更难做。所以在这个层面上,我们投入也非常大。我们要做到软件本身是可靠的。

硬件上讲,电池电子逆变器发展,一个是采用薄膜,薄膜要薄,压力不能低。第二个要更高的耐温特性。还有一点是IGBT的大控制,其实是开关状态,现在也在开发智能化的驱动。让我的开关能够得到优化,使得峰值的电压得到减少,同时让开关损耗降低。还有就是低成本,能够容易集成的电流传感器,也是非常重要的。我想重点说一下,发展很重要的技术,我们叫散热。现在的电池电子模块,因为是上百千万,所以本身的效率就算百分之一也有千瓦要散掉。所以现在做法是下面散热上面挡电。现在是两边都挡电,两边都散热。丰田已经做了这样的产品。这对于我们未来发展很可能成为一种标准。

最核心部分是芯片,芯片有哪些进展?IGBT芯片从1980年代末进入芯片市场以来,整个发展几乎是3倍的改善。主要是通过,第一个是芯片制造过程,有不同层级。在这里说这个事情,国内做这个事情比较早期,没有达到人家最新技术。另外现在的工艺非常薄,越薄损耗就越低。第三个工艺是过去是分开的,现在有一种工艺放在一起了。新型的芯片也在出现,高温的。还有一个情况要跟大家介绍一下,过去电池电子都是工业电驱动,比如说220伏,380伏,以后汽车量大了,针对小型车而言,微型车可能是150伏设计400扶的,大的需要高压就设计700到1000伏。

现在的产业经过10年发展,已经取得了长足进步,我们已经形成了满足条件的系列产品,而且很多产品是针对中国特色的,不断提高。我举一个例子,有很多小三电,比如说泵、空调,过去都是工业工程,现在全部集成到电池电子。这样整个可靠性、成本都得到提高。在关键零部件上也进入了实用阶段,薄弱电国内已经做的非常好了,电力传感器也非常不错。我这里举了一个例子,我们自己做了一个双控制系统。但我们很长挑战,现在只是产品可以用,但是竞争力不强。体积大,可靠性没有全面验证。成本还不低。更大的问题在哪儿?供应链由工业供应商转过来的。这里包括我们的策划、验证能力,还有可重复可追诉的制造能力,其实都是不够的。我们其实面临非常大的竞争压力。怎么办?必须苦练内功,协同合作,提升整个产业链水平。

这里有很多整车的,希望整车推动提携我们发展进步。同时我们自己也要苦练内功,自己成为具有研发能力的汽车精英。加上我们供应商之间,也必须要密切合作,优势互补。这里面比如说电机和变速箱的,我们能不能做成一体化的新能源变速箱、电机和发动机能不能做专用的发动机系统,等等。所以在整车客户和供应商通力合作方面,我们希望共同适当定义系统设计需求,特别是最差工况。这些都是改进整个产业链,整个产品可靠性成本的重要因素。

大郡动力是从2003年开始参加科技部863电动汽车计划,现在也是属于上市公司的子公司,有发展基础。我们的总体战略是,加大投入坚持自主创新,探索多种商业模式,努力创造共赢。整个链条里的所有人,都来参加。我们的产品包括跟发动机相连的,我们叫SG和APU的产品,和两个加起来形成双电机的产品。涵盖范围包括小车、轻型商用车、大客车包括工程机械。过去来讲,研发看的比较重,最近对于制造也加大了关注度。我们7月份刚刚搬到新的基地,实现了产能,后续基地进行布局。对于环境做的比较关注,一种静电控制,加上计算机整个可追诉系统的实现。在电机层面上,我们和国内最大电机供应商进行合作生产,同时也在打造汽车电机制造。包括计算机管理系统。我们的目标是,打造服务型的汽车级、服务型的制造型企业。我们在技术管理上也会持续改进。

最后分享下对于新能源汽车的看法,首先我认为新能源汽车具备了可持续大发展的条件,预计到2020年达到200万辆,动力系统将会是500到1000亿级的市场。我们看到互联网将会参与。PHEV将在2017年、18年迎来爆发性成长,2020年成为主流。现在新能源是一枝独秀,因此能不能够快速稳健的增长是关乎生存问题,不仅要跟国内竞争对手一起同台竞技,还要和国外竞技。因此合作与资源整合是快速成长必由之路。所以在这里我代表大郡表达这么一种愿望,我们能不能携起手来,把国家新能源事业做一个大的推进,谢谢大家!

【提  问】:我是做电池电子器件的,现在设备国际上已经有了,但是比较贵,希望有机会跟您请教应用的条件,包括驱动,我们现在也在做这样的事情,但是我们痛苦的事,从技术上讲应该实施起来并不难,但是痛苦的就是说,客户需求不是很清楚。因为我们以前没太涉入电子这块。我想请教一个问题,现在汽车的电压究竟到什么样的地步?多大电流?

【徐性怡】:这是关于电动汽车的电压问题,是很关键的而且专业的问题。目前如果从小到大算的话,微车有72伏、96伏、144伏,个人认为144伏将会成为一种标准,就是电池电压。所以说电池电压是这样的。从主流车而言,A级车、B级车来讲,基本上都是在400伏左右的电子供压。对于商务车而言,尤其是对电池量需求较大的车,一般是在560伏。

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