四大汽车供应商48V混合动力电池系统设计

电动知家2018-10-16 08:36:23

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博世48V混动产品



2017年,博世在电气化领域取得重大进展。博世全新开发的48V混合动力电池能够快速集成到新车型中,帮助现有汽车制造商和类似的初创企业缩短开发周期,节约成本。


这款锂离子电池可以安装于众多车型,如紧凑型车、迷你车和微型车等,预计电池将于2018年底开始量产。



考虑到市场对入门级混合动力车型的巨大需求,博世还将提供除48V电池以外的其他动力总成部件。博世预计到2025年,约有1500万辆48V混合动力车将行驶在道路上。


博世电驱动桥产品


到2019年,博世新型电桥(eAxle)将进一步提升电动车的续航里程。


据悉,通过一个可扩展和模块化的平台,博世的电动轴驱动系统(eAxle)为汽车制造商带来了电动化。与独立的驱动部件比起来,该驱动系统的成本效率能提高5%-10%。eAxle可适用于多个汽车平台,把博世公司顶级的动力总成部件结合成了一个系统。



博世称,最新推出的“实现了完全整合的动力总成”与传统的电动汽车动力总成比起来要小20%,此外,新动力总成的生产成本也要更低。博世并未透露“eAxle”动力单元的规格。


博世放弃电动汽车电池业务




经慎重考虑,博世宣布:将放弃自制动力电池单元,转而通过外购电池单元及自身强大的电池管理系统技术与系统集成能力来为客户提供完整的电池系统。


关于这一点,Rolf Bulander给出了4条理由:


市场层面: 全球动力电池市场由亚洲5大公司(宁德时代、日本松下、韩国三星、韩国LG、深圳BYD)霸占,并且这几家已成了气候,博世若此时投产电池单元,不仅占不到什么便宜,还要冒很大的市场风险。


技术层面:动力电池新技术层出不穷,更新换代迫在眉睫。目前的以液态电解液为主的锂电池的能量密度还不能充分满足电动汽车需求,博世更看好固态电池以及下一代锂电池技术,但预计到2025年才能走向成熟。


成本层面:一个电池单元的成本有75%来自于锂等原材料,加上加工、包装、运输等费用后,利润空间十分有限,价格战一旦打起来,可以说赚不到几个钱。


投资层面:到2030年,全球动力电池产能将达1000GkWh,如果博世的市场占有率要达到20%的话,那么至少要投入200亿欧元来购买电池单元的生产、检测、回收等设备。这笔钱对于任何一家零部件企业都不是小数目。何况一旦技术上出现革命性创新,那么前期投资极有可能打水漂了。


然而,这并不代表博世就此放弃电池系统的研发和制造。非但如此,博世还继续加大在该领域研发力度。


Rolf Bulander对动力电池技术的未来信心满满,他认为博世在这一领域的优势集中体现在三个方面:


“三电“(电池、电机和电控)系统的集成能力,博世是全球目前少有的几家已全面具备强大的电驱系统、电池管理和整车电控的研发能力及核心技术的公司。


能量效率核心know-how,博世正在开发能效更高的下一代电机、逆变器、汽车热管理系统,采用博世的系统,同等电量的情况下,车辆具有更长的续航里程。


标准化,博世的目标是通过标准化的设计与管理来不断完善电动技术和减低成本,使得电驱汽车真正迈入大规模应用的时代。



采埃孚ZF



采埃孚混合动力产品


在混合动力电驱系统方面,zf能够为整车制造商提供全套的混合动力组件。不论是微混或是全混,zf可以根据变速器不同的混合动力程度,为客户度身定制具体的解决方案。



目前,采埃孚混合动力版的8挡自动变速箱已应用于许多量产车型中(比如宝马Activehybrid 7车型和奥迪Q5 hybrid quattro车型用的就是这个)。


根据厂家介绍未来,采埃孚也计划推出混动力版的9挡自动变速箱,专为匹配前横置发动机的乘用车。在国内采埃孚实际上还承担着不少匹配工作,比如为很多车企完成发动机和变速箱的匹配。


采埃孚还致力于开发先进的自动变速器,如 8 挡插电式混合动力变速器系统。它在钟形罩内集成了一个高性能电机,替代了变矩器,使车辆能够使用纯电动驾驶达到每小时 120 公里的最高时速,从而实现了本地零排放。


采埃孚的混合动力产品组合包含各种性能类别的电机,并配备了由采埃孚设计和制造的可完全兼容的控制单元、软件和功率电子元件。


采埃孚电驱动桥和集成电驱系统


为了实现纯电动和零排放,zf专为中小型乘用车研发了一款中央电驱产品,以适应越来越多的车企进行电动汽车的正向开发模式,这款产品位于车桥中部,最高功率为120千瓦,即使在低速下仍能输出高扭矩值,其加速性能丝毫不亚于传统的内燃发动机。



另外,这款中央电驱产品结构紧凑,重量仅约45公斤,便于整车前后空间布置动力电池,以达到更好的操控性和稳定性,动力电池前后均衡布置被认为是目前较为主流的布置方式,宝马i3、teslamodels这些全新电动汽车底盘设计车型都采用了这种布置方式。


对于许多纯电动车来说,电动马达和逆变器共同运行在一个特定行驶工况时会产生一定的能量损失,而采埃孚推出的电驱装置提供了该问题的解决方案,采埃孚通过对整套电驱系统的性能优化,使得电能转换效率提升6%。


集成化的动力电源是这款装置的一大特点。同时,采埃孚也在研发适用于各个输出级别的模块化系统,以更好的满足不同客户和车辆的需求。未来,采埃孚电驱系统将不再仅仅适用于小型车和紧凑型车,而将依托车桥混合动力模块,将产品线进一步拓展到中高级别的前轮驱动轿车。


采埃孚底盘、电驱和变速器


采埃孚在底盘方面,从球铰链、减振器到整套车桥系统都提供,它在这一领域的优势,是能够提供整个车桥系统的解决方案(比如可根据车型调校底盘和悬挂,包括底盘NVH优化,在国内它就为ABB提供整个车桥服务)并提供一些技术含量高的产品,比如采埃孚的无级可变阻尼控制减振器(简称CDC)可根据不同的驾驶工况,对每个车轮上的阻尼力分别进行实时优化。


2013年投入量产的采埃孚主动式后轮转向系统(简称AKC),通过机电执行机构改变两个后轮的前束角来辅助前桥的转向动作,可提供车辆的操控性和安全性;比如在底盘轻量化技术方面,采埃孚最新展示的玻璃纤维塑料(GRP)制成的板簧,相较于传统的钢结构车桥,采埃孚研发的轻量化车桥的重量最多可减轻15%,轻量化支柱式悬挂模块的质量只有传统钢-铝结构产品的一半。


同样,采埃孚以模块化后桥概念的形式为传统车辆提供了完全集成的传动系统和底盘解决方案。凭借电动桥驱动以及采埃孚的主动式后轮转向系统(AKC),此项为转向功能而设的创举可实现轻松升级。


比如相比目前市场主流的横置6挡变速箱,采埃孚9挡自动变速箱(9HP)高达9.81的大齿比可额外降低油耗16%,不过注意了,这个效率是车辆以120千米/时匀速行驶时测出的,所以实际省油肯定没这么明显。



日本电装DENSO



与丰田、马自达联手


日本汽车公司丰田、马自达和大型汽车零配件制造商电装公司宣布,三家公司就合作研发电动汽车相关技术签署合同,并决定为此成立一家新公司。


三家公司在28日联合发布的新闻公报中说,丰田、马自达、电装将分别以90%、5%、5%的比例总计出资1000万日元(1美元合计112.7日元)。



新公司总部设在离丰田总部所在地不远的名古屋市,主要从事能覆盖各级别、各车型的电动汽车基本构造相关技术的研发工作。新公司的专职工程师主要从三家公司借调。


在美国设厂生产电控组件


近年来,世界许多国家和地区对温室气体排放的限制日趋严格,一些地方甚至硬性规定了销售车辆中必须有一定比例的电动汽车。


日本电装将投资10亿美元改造其位于美国田纳西州玛丽维尔(Maryville)工厂,主要用于生产电动汽车、混动汽车及自动驾驶汽车配件。


随着越来越多的汽车制造商公布其在美国生产电动汽车的计划,日本电装的巨额投资有助于解决近来困扰电动汽车行业的难题。


日本电装将在美国本土投资建造三条生产线,即:未来的互联汽车所需的电动车逆变器(EV inverters)、雷达组件(radar components)及数据控制模块(data control modules),而其它的日本的汽车巨头则是在日本本土生产这些配件。


此举解决了丰田的燃眉之急,丰田是日本电装最大的客户,也是日本电装的大股东。丰田计划在美国建造一个工厂与马自达一起生产一款或多款电动汽车,但车名未定。


日本电装的高管上周在玛丽维尔工厂时透露,他们将扩大生产线,生产混动车和电动车所需的电气化产品,其安全性高,可实现网络互联。此外,他们将为整个北美客户提供这些部件。


电动汽车不再是处于边缘的受冷落者。作为日本电装的另一重要客户,通用于上周透露,在未来的18个月里,通用将引进两款新型电动汽车。此外,截止至2023年,公司将新增20款电动汽车或者氢燃料电池汽车。


日本电装与京都大学共同研发电控产品


日本电装与京都大学创办的一家科技初创公司FLOSFIA宣布合作,将投资和开发新一代功率半导体器件,预计将减少和降低用于电动汽车逆变器的能耗、成本、尺寸和重量。通过联合开发项目,两家公司旨在提高电动汽车动力控制单元的效率,这是推动电动汽车广泛使用的关键。


此外,电装在其8亿日元(约合710万美元)的C轮融资中获得了FLOSFIA发行的新股。C轮的其他投资者还包括三菱重工(Mitsubishi Heavy)、三井矿业冶炼公司SBI材料创新基金(Mitsui Kinzoku-SBI Material Innovation Fund)及Eight Roads投资公司等。


FLOSFIA成功地用α-Ga2O3制备了肖特基势垒二极管( SBD ),与基于SiC开发的SBD相比,其导通损耗降低了86%。电装表示,α-Ga2O3可以取代目前的硅(Si)和碳化硅(SiC)功率半导体,并有助于进一步开发支持未来电动汽车的技术。两家公司将进一步研发用于包括半导体在内的混合动力和电动车用高压产品技术。



舍弗勒Schaeffler



舍弗勒的混动产品


尽管中国政府不遗余力的推广电动汽车,并将电动汽车作为未来的发展方向,但一些汽车主机厂和核心零部件厂商仍旧没有放弃混合动力这种技术路线。3月16日,全球领先的汽车发动机、变速箱和底盘部件与系统供应商舍弗勒集团的首个P2混合动力模块在江苏太仓工厂投产,为国内车企研发混合动力车型提供系统化解决方案。


P2混合动力模块是舍弗勒在电驱动领域的一款代表性产品,该产品可以通过模块化的方式应用于采用不同类型变速箱的车型以实现混合动力。根据混合动力模块所处位置的不同,有P0、P1、P2、P3、P4等多种构型。



P2混动模块位于发动机和变速箱之间。不同于丰田THS和通用Voltec的PS构型,P2构型相对简单,适配不同的变速箱和发动机,尤其适合双离合器变速箱。而且,P2构型的成本较低。


舍弗勒P2混动模块包含一个高功率密度的永磁同步电机、一个干式K0离合器和一个中心式电机执行机构。整个系统可集成25kW至80kW的电机,通过离合器传递高达250Nm的扭矩(在结合单向离合器后可提高至 800Nm)。


该模块可以实现多种驱动模式,包括纯电驱动车辆起步和行驶、纯发动机驱动行驶、电机助力、在纯电驱动行驶中通过电机启动发动机,以及制动能量回收等功能。


舍弗勒成立新的电驱动部门


去年年中,舍弗勒宣布从2018年1月1日起在汽车事业部下成立独立的电驱动业务部,整合所有与混合动力和纯电动应用相关的产品和系统解决方案。新的业务部位于德国布尔,也是舍弗勒集团汽车事业部的新总部所在。


除此之外,舍弗勒集团还制定了在电气化领域的初步销售计划,预计在2020年前将电动汽车业务营收占到总营收的15%以上。


2018年1月16日,舍弗勒正式任命约亨·施罗德博士(Dr. Jochen Schröder)为舍弗勒集团新成立的电驱动业务部负责人,他将从2018年4月1日起正式上任。在该岗位上,施罗德博士将向舍弗勒集团汽车主机事业部首席执行官马迪斯·青克汇报。


施罗德博士现年46岁,在加入舍弗勒集团之前,就职于Valeo Siemens eAutomotive公司。作为管委会成员之一,他主要负责该公司全球研发业务。


施罗德博士就读于汉堡-哈堡工业大学,并获得控制工程领域博士学位。他曾服务于宝马公司,在不同的管理岗位上任职,先后负责系统设计、电驱动先进工程开发以及车辆能源管理等领域的工作。


2016年底,在宝马公司服务长达15年之后,施罗德博士加入Valeo Siemens eAutomotive 公司,担任CTO一职。


舍弗勒电驱动桥


日前,舍弗勒集团发布了口号为“明日计划”的新战略目标,集团CEO克劳斯·罗森菲尔德表示:“汽车行业在发生快速转型,如果我们想追赶上市场的变化,就需要加速自己的变革。因此,舍弗勒集团将向纯电动汽车解决方案、工业4.0以及智能汽车数字化技术作出转型,这些新的业务将在2020年占据集团15%的销售额。”


据了解,目前舍弗勒集团已获得全球不同汽车客户在新能源汽车传动轴以及混合动力模块等产品上的八个系列合同,这些合同的销售潜力超过10亿欧元。值得一提的是,舍弗勒集团也将在中国建立研发中心,针对中国汽车品牌进行定制的供应需求。



一直以来,纯电动汽车都是使用电机-驱动桥组合形式的驱动形式,这种形式就必须增加差速器这一机构。不过这种形式多半是电机性能的跟不上,需要采用减速器进行减速增扭。在这些机构的作用,电动机不少能量就用作了克服摩擦,不利于电动车的使用。但这也是最为简单直接的布置形式,更像传统汽车。


舍弗勒公司也有多种电驱动解决方案,除了P2混动模块以外,舍弗勒还生产电驱动桥,同时,也在研发轮辋电机技术,不过这项技术的研发仍然处于早期阶段。据EV世纪了解,长城汽车旗下高端品牌WEY的SUV车型VV8车型将推出一款搭载了舍弗勒生产的电驱动桥的插电式混合动力车型。


舍弗勒轮毂电机


面向未来的零排放技术也在舍弗勒公司的开发概念中拥有一席之地。这家公司在展会上同时也展示了其轮毂电机技术 —— “E - Wheel Drive”技术,将电机安置在车轮内部。


针对欧洲汽车市场高功率大扭矩的需求,舍弗勒德国开发了一款超高集成度、面向B级及以上车型的轮毂电机驱动系统eWheelDrive。该系统将内转子电机、功率电子部件、控制器、制动器以及水冷装置等都安置在16寸的轮辋内。


作为后轮驱动,eWheelDrive(β版)搭载在2013年发布的与福特欧洲研究和高级工程中心联合开发的福特嘉年华eWheelDrive电动试验车上,能够提供高达1400Nm的巅峰扭矩,和88KW的澎湃动力。


舍弗勒推出了E-Wheel Drive这个新技术,这实际就是轮边电机以及刹车的组合体,对电机全范围扭矩以及转速有着很大的要求。使用该技术的电动汽车有着更高的传动效率,而制动方面则是通过电机反滞进行“动能回收实现”,内置的刹车鼓是在紧急状态以及电池已满无法再接受电量状态下使用的。


这种形式虽然更节能,但除却成本还需要解决悬架以及簧下质量这些影响操控的因素。


在“未来机动性”的战略框架下,舍弗勒集团将继续坚持包括轮毂电机驱动系统的新能源技术的研发,为未来驱动提供更多的可能。eWheelDrive轮毂电机驱动技术将独立的电动机集成于汽车的两个后轮毂中,从而取代了传统传动系统中的发动机和变速器,以及用于电动车的中置发电机,从而节省了大量空间。

来源: 中汽汽车电子信息

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