新能源汽车技术发展趋势解析图

核心提示1.变速器对于电动汽车,变速器的形态结构相比传统变速箱大幅简化。目前主流方案是采用固定速比平行轴减速器,速比一般为8-10之间。另外也有同轴行星排减速器——通常用于中高端车型。大多数减速器会配置驻车机构,采用飞溅润滑方案。少量产品采用电子油

1.播送

对于电动汽车来说,变速器的形状和结构相对于传统变速器大大简化。

目前主流的方案是采用固定速比的平行轴减速器,速比一般在8-10之间。

还有同轴行星齿轮减速器——通常用于中高端车型。

大多数减速器将配备停车机构,并采用飞溅润滑方案。

少数产品采用电子油泵+主动润滑的方案。

未来,减速器将深度融入电传动系统,形成“三位一体”的系统。

此外,双速减速器或多速减速器也有望得到进一步应用,而这种趋势的可能性主要在于多速减速器对整车功耗的贡献明显,从整体成本考虑具有较好的性价比。

GKN的双速减速器已应用于沃尔沃XC90、宝马i8等PHEV高端车型。舍弗勒的双速减速器于2019年在中国正式投产,应用于长安CS75 PHEV和长城P8 PHEV。

从设计的角度来看,减速器的NVH也是工程师关注的重点。

对于插电式混合动力汽车,除了上面提到的平行轴减速器和行星齿轮减速器,混合动力专用变速箱也有望成为主流。

目前已有的解决方案有丰田的THS系统,SAIC的EDU系统,通用的Voltec系统,都是DHT的典型代表。

随着未来电动车市场的进一步扩大,DHT有望达到性价比的平衡点。

目前单级或多级减速器一般有专业变速箱厂家开发和OEM自主开发两种模式。

主要厂商包括国外品牌博格华纳、邦奇、舍弗勒、GKAN、Dena等。,国内品牌有珠齿、青山、万里扬、上齿等。

大多数主机厂会选择两种并行模式:自主开发和外部匹配。

DHT可能由设计工程公司开发,然后交给OEM应用。AVL和雷诺都采用了这种合作模式。

此外,一些有实力的变速箱厂商和主机厂也会开发自己的DHT系统。

2.车载电源

车载电源是新能源汽车内部能量转换的核心部件,主要包括DC/DC转换器和车载充电器。

DC/DC转换器

DC/DC转换器将能量从高压电池组转移到低压蓄电池,为汽车的12-48V低压设备供电,如空调制、灯光、雨刷、防盗、音响、导航、电动转向、安全气囊、电子仪表、故障诊断系统等。

乘用车的DC/DC功率一般在0.5-2kw之间,商用车一般在1-3kw之间。

随着车载电子系统功率的增加,支持DC/DC系统的功率有望继续增加。

从技术实现的角度来看,将倾向于用平面变压器代替传统变压器,采用扁平垂直绕组线圈技术,以实现更小的体积和更高的效率。

磁芯方面,应选择能满足较高频率下较低损耗要求的材料,如PQI、EQ等铁氧体磁芯。

在热设计方面,一种是延长产品绕组的铜片来导热,另一种是倒入散热膏,利用外壳来散热。

DC/DC转换器的主要供应商包括TDK、德尔福、联合电子、博世、Mainland China、艾默生等。国内供应商主要有新锐科技、康灿新能源、英威达等。

车载充电器

车载充电器负责将交流电转换成直流电给动力电池充电。

目前低速电动车和A00级微型电动车主要配备1.5kW和2kW充电器,A00以上乘用车多配备3.3kW和6.6kW充电器。

商用车大多采用380V三相工业用电进行交流充电,功率在10kW以上。

高科电动汽车研究院调查数据显示,2018年,我国新能源汽车车载充电器需求为122.07万台,同比增长率为50.46%。

从其市场结构来看,输出功率大于5kW的充电器占据了较大的市场份额,约为70%。

国外生产车载充电器的企业主要有科斯塔、艾默生、法雷奥、英飞凌、博世等。国内企业有新锐科技、复地科技、英飞凌、铁成信息、南京中港电力、同和电子、德润电子等。

新锐科技液冷车载充电器

典型的OBC主要由电源电路和控制电路组成。

其中,电源电路的主要作用是将交流电转换成稳定的直流电;控制电路主要实现与电池的通信,根据需求控制功率驱动电路输出一定的电压和电流。

二极管和开关管是OBC使用的主要功率半导体器件。

随着碳化硅功率器件的应用,OBC的转换效率可达96%,功率密度可达1.2W/cc。

未来效率有望进一步提升至98%。

车载充电器的典型拓扑结构

车载充电器有不同的功率等级。功率水平越高,充电时间越短。

随着电动车续航里程的增加,电池功率一般在60KWh以上。传统的3.3kW、6.6kW车载充电器功率已经不能满足当前电动汽车慢充需求。未来车载充电器的发展趋势之一就是功率的提升。

主要技术路线是从单相充电技术发展到三相充电技术。

国内三相功率水平可达41kW,相比单相7kW的功率水平,具有相当大的应用潜力。

表7美国、欧洲和中国交流充电的额定电压/电流表

对于OBC和DC/DC,高效率的共同趋势包括双向传输技术和系统集成。

双向DC/DC可用于制动能量回收、辅助电池和电容充放电,未来有望逐步推广。

双向车载充电器从能源战略的角度来看是大势所趋。可用于电网内电动汽车充电或通过电动汽车对外接口放电应急或V2G电力调节。

根据中国的计划,V2G的大规模示范运营将于2020年开始,预计2026年后实现商用。

类似的双向充电技术包括V2V和V2L。

系统集成主要有两个方向。一种是车载三合一,从物理结构和电气线路深度融合。比亚迪、汇川、新锐科技都有类似的整合方案。

另一种是OBC或DC/DC与电机电控的集成。比如第一代雷诺ZOE的43kW自适应快充系统,就是大陆集团提供的电机和OBC的集成。

3.热量管理

电动汽车热管理主要包括电池热管理、电机热管理和空热管理。

电池热管理

动力电池的最佳工作温度范围约为20-30℃,低温下电池容量低,充放电性能差。在高温下,电池的循环寿命会缩短,在过高的温度下工作甚至会出现爆炸等安全问题。

因此,电池热管理是电动汽车效率和安全的重要保障。

电池冷却系统按冷却介质可分为风冷、液冷和相变材料冷却。

目前广泛使用的是风冷、液冷。

液体冷却液一般是50%水和50%乙二醇的混合物,通过铝合金冷却板和异形管道循环。

随着未来电池容量的进一步扩大,主动液冷将成为主流方案,而PCM因为还处于研发阶段,还没有商业化。

目前,电池仍然主要由PTC加热。威马最近推出了柴油加热系统,使用小型柴油发动机帮助电池加热到0℃以上。

电机热管理

驱动电机的冷却方案主要有风冷、液冷、油冷、灌封胶。

电控功率元件的冷却主要是风冷或液冷。

风冷驱动电机和控制器只适用于小功率,不具备主流应用潜力。

目前,液冷方案仍广泛应用于电机和控制器中,冷却效果和稳定性均优于风冷。

设计主要考虑冷却回路的布置,电子水泵和控制阀的选择。

未来的发展趋势主要包括IGBT双面水冷技术和电机电控集成冷却技术。

油冷电机较早用于日系混合动力汽车,现在逐渐用于插电式混合动力汽车和纯电动汽车,如三菱PHEV、通用伏特、特斯拉Model3、广汽Aion系列等。这种方案可以直接带走定子绕组的热量,所以冷却效果更好,但是技术要求更高。

此外,耐高温的环氧树脂或硅胶灌封胶在封装电机的同时也能起到导热散热的作用。

空热控制管理

在电动车空的制冷系统中,由于没有发动机,压缩机需要用电驱动。目前广泛使用的是驱动电机和控制器一体化的涡旋式电动压缩机,其容积效率高,成本低。

未来提高压力是涡旋压缩机的主要发展方向。

电动车空的调制热度相对更值得关注。

由于缺乏发动机作为热源,电动汽车通常使用PTC热敏电阻加热驾驶舱。

这种方案虽然有升温快、自动恒温、技术成熟的优点,但有耗电大的缺点,尤其是在寒冷环境下加热PTC,可能会使电动车续航能力下降25%以上。

因此,热泵空调制技术逐渐成为替代方案,在0℃左右的环境温度下,比PTC加热方案节能50%左右。

制冷剂方面,欧盟《汽车空法规体系指令》推动了名为空的新型制冷剂的开发,GWP为0、ODP为1的环保制冷剂CO2的应用逐渐增多。

与HFO-1234yf、HFC-134a等制冷剂相比,仅在-5℃就具有良好的制冷效果,CO2在-20℃时制热能效比仍可达到2,是未来电动汽车热泵空能效的最佳选择。

表8:制冷材料的发展趋势

随着电动汽车的发展和热管理系统自行车价值的提高,电动汽车热管理市场广阔空。

据国源证券估算,2019/2020/2025年国内热管理系统市场调控模型为85.84/116.83/448.41亿元,20-25年CAGR为30.87%;2019/2020/2025年热管理系统海外市场规模为69.39/110.51/423.00亿元,20-25年CAGR为30.79%。

目前热管理市场由电装、汉纳、法雷奥、马勒四家公司主导,占全球市场的54%。

国内零部件企业主要从事传统汽车热管理业务,如三花智控、银轮、奥特佳等。,也在加大布局,实现对外投资替代。

目前大部分还处于组件匹配阶段,只有少数企业开始匹配系统产品。

 
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