博格华纳iDM全集成电力驱动系统介绍

文章来源:AI 汽车制造业 发布时间:2020-09-26
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本文将从市场需求以及产品特性角度出发,着重介绍博格华纳旗下最先进的iDM三合一电驱技术及相关产品。

美国著名汽车驱动系统解决方案制造商博格华纳在业内享有盛誉不仅因为其在传统燃油变速器和传动系统领域拥有雄厚的实力与良好的口碑更因为其先于市场推出能效突出令人瞩目的纯电力驱动系统解决方案本文将从市场需求以及产品特性角度出发着重介绍博格华纳旗下最先进的iDM三合一电驱技术及相关产品

 

为什么汽车需要纯电力驱动

 

随着清洁能源技术的快速发展以及人们对环保要求的日益提高以不可再生且燃烧产物严重污染环境的化石燃料为动力的传统内燃机汽车正在加紧退出历史舞台

 

从国家政策层面西欧老牌工业国——英法率先宣布2040年禁售内燃机动力汽车内燃机的发明者科技强国——德国忍痛将之提前到了2030洁净节能的天堂——北欧挪威等国则更加激进:2025年只卖纯电动车从能源安全层面坐拥全球第一大汽车市场和世界工厂美誉的中国2018年的石油对外依赖度已超过70%,欧洲经济的发动机——德法两国也同样严重依赖进口石油,2017年依赖度分别为:63.5%56.4%。从环境保护层面各国迫不及待地推进汽车电动化以净化环境同时倒逼市场研发清洁可再生能源技术和电池可回收技术以实现一个洁净节能的世界

 

从整车厂角度电动车较传统的内燃机有很多优势

 

整车动力总成布置灵活且结构简单电机可以灵活布置在前轴后轴甚至轮毂上

轻量化以博格华纳的一套iDM为例其重量仅为70kg比同扭矩的内燃机+变速器+控制器系统重量轻15%从而延长电动汽车续航里程

机械传动损耗少电驱动系统效率一般>90%, 而传统内燃机最多不超过42%

底盘调教轻松因为重量较大的电池都铺在底盘上车身重心低行车可控性和弯道侧倾性能好

智能化优势明显同样装有驾驶辅助系统的电动和内燃机汽车内燃机的机械传动闭环控制响应较慢不利于智能化的实现

电动车行车噪音小NVH性能显著优于内燃机汽车

百公里加速性能优于内燃机因为电机响应速度比同功率的内燃机快得多以及横扭矩转速范围宽广一般的电动车6秒内可以轻松加速100km/h

 

博格华纳电驱动系统的核心技术

 

既然纯电驱动汽车较传统内燃机有这么多优势对整车厂而言应该如何快速制造出高性能高质量高水准的电动汽车呢

 

众所周知,电动汽车主要依靠三大核心部件:电驱动系统、动力电池及电池管理系统与热管理系统。在电池暂未取得实质性突破之前,如何提升电驱动系统的效率、集成度以延长汽车续航里程是整车厂的头号难题。世界著名传动系统专家博格华纳为整车厂带来一系列解决方案,可顺利破解这些难题。


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2019年1月,博格华纳继eDM电驱动模块实现量产后,顺势推出适用于纯电力驱动和P4混动的(iDM,integrated Drive Module)全集成电驱动解决方案。IDM系列配备专门开发的功率电子技术提供三种型号(iDM90 ,iDM120 iDM160),可根据设计架构和不同应用轻松集成于乘用车和轻型商用车的前轴或后轴上除纯电动汽车外博格华纳的解决方案也适用于P4混合动力汽车即电机位于前轮驱动车辆的后轴上下面重点介绍电驱系统结构组成部件 

 

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上图展示出博格华纳最新研发的一套结构紧凑功能完整的iDM电驱动系统其主要由八个模块构成高性能电机传动系统冷却模块电机控制模块信号连接接口高压电源接口传动轴接口以及驻车锁死系统组成

而所谓的三合一” iDM就是指核心三大件——永磁同步电机高性能电子控制模块和高效减速机构分合而为一如此布局可以尽最大可能地将电驱动相关零件整合到一起缩减布局空间方便整车厂在整车上布置

 

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博格华纳iDM电驱系统的优势以及未来发展方向

 

在汽车电动化快速推进的过程中谁能把握未来发展趋势并为客户提高满足甚至超出预期要求的产品谁就能在在激烈的市场竞争中占得先机

 

从全球主要汽车零部件供应商的eAxle产品来看技术比较成熟颇具竞争力和技术储备的有博世博格华纳麦格纳和采埃孚这几家企业在传统燃油车的变速器领域拥有强大的竞争优势这些优势也顺延到了电驱技术上市场上的几个主要竞争对手的产品如下图所示

 

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相较电驱系统的同行竞争对手传动系统专家级制造商博格华纳凭借近日推出的iDM集成式电驱模块已建立起了技术优势单位重量的eAxle可以输出的扭矩大小来看博格华纳的产品较同行竞争对手遥遥领先请见下图

 

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从批产时间来看博格华纳的首个三合一电驱动项目将于2021年第四季度批产

 

1. 从电驱总成上看

 

系统集成度越来越高博格华纳已批产了电机与传动齿轮机构二合一 eDM产品2020年将率先批量生产电机控制器和传动机构三合一产品iDM未来DC/DC转换器电池充电器等也可集成到电驱系统中去将形成四合一甚至五合一的产品

 

量化目标落实博格华纳的iDM系统较eDM传统产品减重10kg从而大幅降低电动汽车能耗并延长续航里程iDM轴向尺寸更小尺寸),可实现小型封装简化工艺复杂性并最大限度地减少材料损耗

 

高工作电压高电压就意味着在功率不变的情况下较低电流足以驱动电机如此一来可以降低电机发热和能量损失目前博格华纳的iDM系统可以适用于250V~450V的工作电压目前常用电压

扭矩范围广轮端峰值扭矩可达2500~3800N.m

 

冷却效率越来越高电机电控和齿轮组都需要冷却其中电机采用WEG Jacket冷却方式冷却介质为水+乙二醇溶液流速为8~15L/min而齿轮组则一般选择油冷却

 

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2. 从三大模块角度

 

1) 高速电机目前博格华纳的iDM系统中的电机是最高转速16000 rpm的永磁同步电机高于行业的平均水平将来计划推出18000rpm的高速永磁同步电机可以支持更高速比从而提升轮端扭矩输出减小电机尺寸电机效率提高博格华纳是业内少数具有生产驱动电机的制造商iDM系统中的电机采用特殊的绕线技术如此可以大幅提升电机的功率密度

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凭借该项专利技术博格华纳的高速电机在噪声振动与声振粗糙度等方面表现卓越某德国竞争对手2019年初刚刚收购电机绕线设备供应商并开始汲取其绕线设备与关键技术在该方面博格华纳先人一步掌握高效电机制造的核心技术未来电机将往体积更小功率密度更高的方向发展

 

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2) 功率电子不同于已量产的eDM产品博格华纳iDM eAxle系统集合了电子控制装置博格华纳iDM eAxle电子控制装置目前采用主流的IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor) 绝缘栅双极型晶体管技术

 

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3) 齿轮传动机构能否提供灵活的减速比以适应各种客户需求是考量一套电驱动系统的关键指标之一博格华纳的iDM系统采用固定速比目前可为客户提供12.5的减速比基本覆盖大部分客户各种车型的动力传输需求从市场情况来看博格华纳的齿轮传动比高于平均水平


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 3. 从新功能角度

1) 电子矢量控制系统为了保证电动汽车通过弯道时的稳定性博格华纳开发出同轴带矢量控制电机该系统可以同时控制左右轴的扭矩输出使得电动汽车具备燃油发动机车辆的电子稳定程序(ESP)能力博格华纳目前的iDM以集成了开放式差速器可以轻松实现电机扭矩矢量控制为了防止车轮一侧打滑(50%的扭矩),另一侧失去动力(50%的扭矩不足以驱动车辆离开),博格华纳还可以加装电子差速锁从而在车轮一侧打滑时将打滑扭矩设为零赋予另一侧100%扭矩从而驱动车辆离开打滑区域

 

2) 电子驻车功能博格华纳为客户提供可选驻车系统如果客户车辆上没有装配电子手刹系统则可选择在iDM驱动系统上加装电子驻车系统可以保证电动汽车在斜坡上不会溜车而且省去了电子手刹的费用 

 

4. 从软件功能角度

 

1) 博格华纳的iDM支持各类软件功能并提供支持车辆动态和能源管理的高级版本其软件架构符合当前市场需求易集成于AUTOSAR等通用平台可实现ASIL D等安全方面的性能

2) 为满足现代车辆系统中不断增加的数据交换需求博格华纳的先进电力电子设备还可与CANCAN FD总线配合使用

 

 

为什么博格华纳有巨大的技术优势

 

可以总结为十八个字:“起步早”,“能力强”,“并购勤”,“善集成”,“应用广重研发”。

 

博格华纳早在2008年就为特斯拉开发电控驱动系统eGearDrive。并成功应用于超级跑车Roadster车型在齿轮传动链传动以及等传统发动机变速器领域博格华纳掌握传动技术精髓并在制造和质量控制方面卓有成效

 

在并购方面, 2015年和收购美国电机制造商Remy,以补强在高性能电机定制绕线技术等方面的研发制造商能力。2017年收购美国电子控制器制造商Sevcon,从而获得电力电子控制系统,DC/DC转换器电池充电器与低压控制软件和硬件方面的核心技术随后博格华纳迅速将Remy的电机技术与Sevcon的电子电控技术整合成三合一的iDM eAxle电驱动系统模块

 

具有巨大优势的iDM eAxle产品自然受到了很多客户的青睐并将于2021年大批量生产不仅如此博格华纳的上一代eDM二合一产品已成功应用于许多客户比如长城汽车威马汽车,2019年还会有数家新势力车企的项目陆续量产

 

博格华纳并没有因握有技术优势而停下深化研发的脚步, 2019219日宣布将之前收购来的两家公司Rinehart Motion SystemsAM Racing合并成为Cascadia Motion LLC公司该公司将专注于研发混合动力和纯电力驱动领域的新兴技术它整合了来自Rinehart Motion的适用于各种车辆巴士卡车摩托车以及特殊车辆的电子控制以及DC/DC逆变器技术以及来自AM Racing的单核电机与双核电机技术

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新公司的重要使命是为母公司博格华纳源源不断地注入新颖的电驱动技术拓宽现有的产品线以覆盖到所有车型

 

博格华纳集团简介

 

博格华纳公司成立于1928是致力于提供内燃机混合动力和电动汽车清洁高效驱动系统解决方案的全球领先供应商凭借2018105亿美元的销售额博格华纳位居全球汽车零部件公司排行榜前30集团在世界19个国家拥有67个拥有制造基地及研发中心截至20181231全球拥有员工约30,000


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