在6月底德國(guó)腓德烈斯哈芬舉行的“采埃孚全球技術(shù)日”上,采埃孚將展示電動(dòng)概念車EVbeat,該設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)最大緊湊性、輕量化及實(shí)際運(yùn)行工況中的最大效率。在這款采埃孚電動(dòng)車上,傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)組件經(jīng)過優(yōu)化并組合成一個(gè)整體,其中包括重量?jī)H為74公斤的輕量化和超緊湊電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(扭矩密度達(dá)到70牛米/千克)、綜合熱管理系統(tǒng),以及與云端網(wǎng)絡(luò)連接的驅(qū)動(dòng)功能軟件。在接近冰點(diǎn)的低溫下,實(shí)際續(xù)航里程與采用當(dāng)前主流技術(shù)相比可提升近三分之一。
續(xù)航能力提高近三分之一:采埃孚利用熱管理和軟件將EVbeat概念車上超緊湊EVSys800電驅(qū)系統(tǒng)的效率優(yōu)化至最高,該系統(tǒng)是目前市場(chǎng)上的高效標(biāo)桿
采埃孚集團(tuán)董事斯蒂芬·馮·舒克曼(Stephan von Schuckmann)表示:“可持續(xù)交通是我們企業(yè)戰(zhàn)略的核心。通過極其高效的量產(chǎn)車概念,我們展示了將諸多創(chuàng)新電驅(qū)組件組合成高效整體系統(tǒng)時(shí)的巨大潛力?!?/p>
采埃孚EVbeat概念車以保時(shí)捷Taycan為基礎(chǔ),體現(xiàn)了以采埃孚和其他供應(yīng)商當(dāng)前技術(shù)為基準(zhǔn)的領(lǐng)先性。
采埃孚集團(tuán)電驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)負(fù)責(zé)人奧特瑪·紹爾博士(Otmar Scharrer)表示:“我們的目標(biāo)是在保持高駕駛性能和實(shí)際運(yùn)行效率的同時(shí),使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡可能緊湊和輕量化。在扭矩密度方面,與當(dāng)前市場(chǎng)上現(xiàn)有的乘用車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比處于領(lǐng)先地位。與此同時(shí),我們?cè)陂_發(fā)過程中非常關(guān)注可持續(xù)性?!辈砂f诘倪@款電機(jī)不使用重稀土,熱管理系統(tǒng)也不使用含氟制冷劑。無論生產(chǎn)還是運(yùn)行過程,該電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)都有所減少,同時(shí)系統(tǒng)減重30%,為可持續(xù)發(fā)展作出了雙重貢獻(xiàn)。
EVSys800:超緊湊和輕量化的800伏驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
EVSys800是一個(gè)模塊化的800伏驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),由碳化硅逆變器、電機(jī)和減速器組成。盡管設(shè)計(jì)極其緊湊,重量也很輕,但在EVbeat中的性能表現(xiàn)卻十分強(qiáng)悍。該車輪邊峰值扭矩達(dá)到了5200牛米。對(duì)于獲準(zhǔn)上路的乘用車來說,其扭矩密度表現(xiàn)非常突出,達(dá)到70牛米/千克。電機(jī)持續(xù)功率和峰值功率也分別達(dá)到206千瓦和275千瓦,由此實(shí)現(xiàn)了峰值功率占比約75%的持續(xù)功率輸出能力。
扭矩密度達(dá)到70牛米/千克的采埃孚新一代EVSys800電驅(qū)系統(tǒng)給人留下深刻的印象
就尺寸而言,由于緊湊的減速器和采埃孚專利的編織繞組技術(shù),該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在長(zhǎng)度方向減少了50毫米安裝空間,從而實(shí)現(xiàn)了高度緊湊的同軸布置。
運(yùn)用編織繞組技術(shù)的電機(jī)定子
EVSys800系統(tǒng)總重量74公斤,與當(dāng)前的采埃孚800伏電驅(qū)系統(tǒng)相比減輕了約40公斤或30%,從而對(duì)這款概念車的減重做出了重大貢獻(xiàn)。
上述優(yōu)勢(shì)取得的關(guān)鍵在于應(yīng)用了新式冷卻概念和繞組技術(shù)的電機(jī)。在冷卻方面,油液直接流過銅線,這是運(yùn)行過程中產(chǎn)生熱量最多的地方。這種高效冷卻方式在同等重量和安裝空間條件下顯著提高了電機(jī)性能。此外,該系統(tǒng)不使用重稀土,使電機(jī)的生產(chǎn)更具可持續(xù)性。采埃孚開發(fā)并獲得專利的“編織繞組”是所謂的軸向繞組的進(jìn)一步發(fā)展,使安裝空間共減少10%。與傳統(tǒng)方法相比,繞組端部的尺寸減小了約50%,銅材用量可減少約10%。
采用碳化硅技術(shù)的EVSys800電驅(qū)動(dòng)逆變器已進(jìn)行了根本性的重新設(shè)計(jì)。電磁兼容性措施、電源模塊和電容器已得到進(jìn)一步發(fā)展
電驅(qū)動(dòng)的逆變器經(jīng)過從根本上的重新設(shè)計(jì),所有基本部件都作了更新。在電磁兼容性、功率模塊和電容器的安裝空間、重量和可持續(xù)性方面都取得了重大改進(jìn)。
新式的同軸減速器通過兩組集成的行星齒輪來傳輸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。它們不僅能產(chǎn)生所需的速比,還能實(shí)現(xiàn)完全集成的差速器功能。與傳統(tǒng)的偏置平行軸概念相比,同軸解決方案減少了重量和安裝空間要求,且不影響效率和噪音表現(xiàn)。結(jié)合編織繞組技術(shù),該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可顯著縮短安裝長(zhǎng)度,從而適配幾乎所有的車型。
更輕、更緊湊:新型同軸減速齒輪通過兩個(gè)行星齒輪組傳輸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。它們不僅產(chǎn)生所需的最終所需的速比,而且還實(shí)現(xiàn)完全集成的差速器功能
采埃孚集團(tuán)電驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)負(fù)責(zé)人奧特瑪·紹爾博士(Otmar Scharrer)表示:“通過這個(gè)系統(tǒng),采埃孚可以完美地滿足客戶在效率、性能和成本上的關(guān)鍵要求?!痹擈?qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)組件將從2026年開始批產(chǎn)上市。
熱管理:對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)和整車高效的溫度控制
冬季工況下車輛的溫度控制可占到車輛能源消耗的很大一部分,特別是在加熱時(shí),該需求可達(dá)3千瓦到6千瓦。車輛的夏季制冷和冬季制熱對(duì)乘客來說是重要的舒適性因素,而合適的溫度則是電驅(qū)動(dòng)效率、功率電子以及電池能耗的關(guān)鍵因素。
EVbeat概念車集成了采埃孚開發(fā)的首個(gè)用于電動(dòng)車的中央熱管理系統(tǒng)(TherMaS)。它利用中央熱交換單元和智能軟件來控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和車內(nèi)的所有熱力工作過程。與以前的電動(dòng)車制冷和制熱方式相比,新的設(shè)計(jì)大大減少了對(duì)空間的要求和總重量?;诒榈?00伏熱泵所需的能量也顯著減少。此外,由于它結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單,可以輕松集成到車輛環(huán)境中。
TherMaS首次采用了三個(gè)專用回路設(shè)計(jì),其中心是非常小的制冷劑回路。該回路采用預(yù)充和密封式設(shè)計(jì),因此無需維護(hù)。此外,該系統(tǒng)與車輛其他區(qū)域(如車內(nèi))無需額外接口。采埃孚使用了無氟、天然丙烷制冷劑。雖然制冷劑體積僅為先前的一半,但與目前常用的制冷劑相比,冷卻能力增加了兩倍。如果需要,中央制冷劑回路可為兩個(gè)獨(dú)立控制的冷卻回路提供服務(wù),其中防凍液正常流通:第一個(gè)回路用于控制電機(jī)相對(duì)較高的溫度,而第二個(gè)回路則對(duì)驅(qū)動(dòng)和充電電力電子設(shè)備的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。相關(guān)控制軟件會(huì)根據(jù)需要調(diào)節(jié)整車的冷卻能力。
采埃孚開發(fā)的首個(gè)熱管理系統(tǒng)在冬季實(shí)測(cè)條件下將電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程提升近三分之一。它不僅用電機(jī)、逆變器、電池和電壓轉(zhuǎn)換對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié),還對(duì)車輛內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)
受益于全面的熱管理,EVbeat在冬季的續(xù)航能力最多可提升三分之一,而明顯改善的冷卻性也使電機(jī)具備更強(qiáng)的連續(xù)輸出能力。
驅(qū)動(dòng)軟件:將車輛驅(qū)動(dòng)和云端高效互聯(lián)
硬件系統(tǒng)的屬性為車輛的可持續(xù)運(yùn)行奠定了重要基礎(chǔ);而其協(xié)同工作的最佳性能則通過軟件得以實(shí)現(xiàn)。采埃孚開發(fā)出了自己的傳動(dòng)系統(tǒng)軟件,可將所有與傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的車輛系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng),并與“采埃孚云”(ZF cloud)建立連接。
由于電機(jī)效率取決于其工作點(diǎn)溫度,因此始終保持在最佳溫度范圍內(nèi)非常重要:在低速和高扭矩要求下,電機(jī)的最佳工作點(diǎn)溫度較低,而在高速和低扭矩要求下,高溫并不是問題。然而,合適的溫度條件不能在短時(shí)間內(nèi)建立。采埃孚的動(dòng)力系統(tǒng)軟件可通過個(gè)體行車需求預(yù)測(cè)出最佳工作點(diǎn),并相應(yīng)地設(shè)定系統(tǒng)。它可以“學(xué)習(xí)”駕駛員的操作習(xí)慣,并通過基于人工智能的云服務(wù)預(yù)測(cè)個(gè)體行車需求的概率。例如,當(dāng)檢測(cè)到短距離行駛時(shí),空調(diào)和系統(tǒng)冷卻會(huì)減少。
在此基礎(chǔ)上,輔助系統(tǒng)還可以直接建議駕駛員如何有效地使用電車。例如,它將顯示有效的加速和減速,以及優(yōu)化的最高車速。這一點(diǎn)對(duì)于在旅行前需要計(jì)算出準(zhǔn)確和實(shí)用的續(xù)航里程時(shí)特別有價(jià)值,后續(xù)只要遵守這個(gè)設(shè)定即可。
來源:蓋世汽車
作者:忻文
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