電驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的趨勢有哪些 高集成度電驅(qū)動(dòng)EMC設(shè)計(jì)

在TMC會(huì)議上，有企業(yè)對(duì)新一代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)特征和技術(shù)方案做了總結(jié)。

Part 1

電驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的趨勢

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)，是整車能耗的核心關(guān)鍵因素，在全球的電動(dòng)汽車三電水平中占據(jù)了非常重要的位置。從目前的整體發(fā)展趨勢來看，電驅(qū)動(dòng)的發(fā)展主要包括以下的特征：

◎?更輕盈：通過多合一深度集成方案，將電機(jī)、電控、減速器、電源控制等多個(gè)子部件集成在一起，從而降低成本、減輕重量，并提高整車性能和靈活性。不同的集成方案包括8in1、7in1、6in1、5in1和3in1等，有些方案甚至朝著芯片級(jí)集成、域控開發(fā)方向發(fā)展。

◎?更高效：通過采用800V高壓扁線定子技術(shù)，高效油路設(shè)計(jì)，以及溫度補(bǔ)償修正等技術(shù)手段，提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，從而減少能量損耗和提高整車?yán)m(xù)航里程。

◎?更安靜：為了降低噪聲和振動(dòng)，新一代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用多系統(tǒng)耦合NVH開發(fā)和多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，從整車和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)層面優(yōu)化NVH性能，以提供更加安靜舒適的乘坐體驗(yàn)。

◎?更智能：通過采用域控技術(shù)、軟件集成開發(fā)和虛擬化技術(shù)，將不同功能模塊進(jìn)行獨(dú)立封裝，并通過Hypervisor系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)高效的核資源分配和系統(tǒng)獨(dú)立性，提高系統(tǒng)的智能化水平。

在新一代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的迭代下，圍繞輕量化、高效化、降噪化和智能化，這些特征也使得車企和Tier1的分工體系面臨巨大的挑戰(zhàn)。

更輕盈|多合-進(jìn)行輕量化減重

更高效|優(yōu)化驅(qū)動(dòng)效率，降低整車能耗水平

更安靜| 驅(qū)動(dòng)和整車能感受到更好的NVH特性

更智能| 打通驅(qū)動(dòng)部分和整車模式的壁壘

Part 2

集成化帶來的挑戰(zhàn)

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中多合一的發(fā)展趨勢是目前規(guī)避不了的事實(shí)，并不是每個(gè)工程人員都認(rèn)同多合一的發(fā)展方向，需要仔細(xì)分析每個(gè)方案的價(jià)值和效果。

多合一的集成方式

目前車企和零部件企業(yè)，都在根據(jù)自身的開發(fā)能力選擇相應(yīng)的集成方案，現(xiàn)階段大多傾向?qū)⒋笮∪娺M(jìn)行集成。從車企來看，準(zhǔn)備為未來的芯片級(jí)集成即域控開發(fā)做準(zhǔn)備，傾向?qū)?dòng)力系統(tǒng)的相關(guān)控制器進(jìn)行集成，開發(fā)出七合一，八合- -等產(chǎn)品。

●?多合一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢

簡單來說，多合一系統(tǒng)是一種復(fù)雜的集成體系，其結(jié)構(gòu)包括至少三個(gè)主要子部件。它整合了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（包括電機(jī)、電控、減速器等）和電源控制系統(tǒng)（包括OBC、DCDC、PDU等），還有VCU、BMS等。

多合一系統(tǒng)的集成帶來了多方面的優(yōu)勢：

◎??成本降低：通過共享殼體、線束、連接器等硬件，結(jié)合電子電路和軟件算法，實(shí)現(xiàn)BOM降本。

◎??供應(yīng)鏈簡化：多合一方案有助于簡化OEM供應(yīng)鏈的管理，縮短開發(fā)周期，高效降本。

●?市場趨勢和挑戰(zhàn)

根據(jù)NE研究院的數(shù)據(jù)分析，多合一方案的滲透率在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中迅速提升，當(dāng)前已超60%。2022年，比亞迪等廠商在高度集成方面處于領(lǐng)先地位，自制系統(tǒng)的比例高達(dá)97.7%。這導(dǎo)致更多車企加強(qiáng)系統(tǒng)自研需求，同時(shí)Tier1供應(yīng)商需改變價(jià)值鏈位置，增加研發(fā)投入。

在中國，電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的Tier1的挑戰(zhàn)在于，如何在高度定制的多合一系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈中生存下來。解決方案在于一方面要保持關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)先，另一方面要控制成本，實(shí)現(xiàn)更高性價(jià)比。

●?技術(shù)轉(zhuǎn)型和行業(yè)觀點(diǎn)

在行業(yè)內(nèi)部，存在關(guān)于多合一發(fā)展的不同觀點(diǎn)，經(jīng)過交流總結(jié)如下：

◎?主流趨勢：多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車行業(yè)的主流趨勢之一，能降低成本、減輕重量，提高整車性能。

◎?快速滲透：多合一系統(tǒng)的滲透率在電動(dòng)汽車行業(yè)中快速提升，幾乎所有的車企都在嘗試做開發(fā)，主要是在前驅(qū)的純電動(dòng)車型里面嘗試。

◎? 車企對(duì)技術(shù)需求增強(qiáng)：車企要求更多掌握零部件的關(guān)鍵技術(shù)，這使得國內(nèi)電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)的分工出現(xiàn)了變化，Tier1供應(yīng)商價(jià)值鏈上的位置轉(zhuǎn)移。

◎??技術(shù)挑戰(zhàn)：目前多合一方案的發(fā)展還面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)，例如EMC、NVH和可靠性等問題需要持續(xù)研發(fā)和改進(jìn)。

◎??發(fā)展方向：目前，多合一的產(chǎn)品形態(tài)正在從機(jī)械結(jié)構(gòu)集成向電力電子深度集成發(fā)展，未來可能朝向芯片級(jí)集成、動(dòng)力域控制器等方向。

值得注意的是，盡管多合一方案帶來了諸多好處，但并非每個(gè)企業(yè)都認(rèn)同其發(fā)展方向，很多第一線的研發(fā)工程師，從可靠性和售后維修方面提出了非常尖銳的觀點(diǎn)。

Part 3

如何設(shè)計(jì)高集成度電驅(qū)動(dòng)EMC的設(shè)計(jì)

EMC（電磁兼容性）是新一代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中需要解決的重要問題。多合一深度集成，設(shè)計(jì)起來難度很大，如何解決深度集成所帶來的電氣干擾和干擾耦合等問題。電機(jī)控制模塊、電源模塊、PDU集成為多合一控制器后，其EMC如果需要達(dá)到單模塊同樣的等級(jí)，需要更多的設(shè)計(jì)。

挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方向：

◎?多合一對(duì)外電氣接口增多

◎?內(nèi)部多模塊存在干擾耦合

◎?高低壓之間干擾耦合

EMC解決方案基于可識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，可在設(shè)計(jì)階段采取以下措施優(yōu)化：

●??端口濾波：

◎?高、低壓端口布局上分離：將高壓和低壓端口分開布局，避免相互干擾。

◎?高低壓線束空間布局間隔5cm以上：保持高壓和低壓線束之間的最小距離為5厘米，減少串?dāng)_。

◎?禁止高低線束布局交叉：防止高壓和低壓線束相交，防止干擾。

◎?高壓線束設(shè)置屏蔽層：對(duì)高壓線束進(jìn)行屏蔽，減少輻射和敏感性。

●??分腔設(shè)計(jì)

將電控模塊和電源模塊分開設(shè)計(jì)，通過仿真測試來排查功率模塊之間的相互干擾情況。?

●??隔離屏蔽

◎??端口防護(hù)部件布局：對(duì)端口設(shè)置防護(hù)部件，如磁環(huán)等端口濾波器，用于減少騷擾頻段的影響。?

◎?AC輸入、DC輸出端口設(shè)計(jì)兩級(jí)濾波：對(duì)AC輸入和DC輸出端口分別設(shè)置兩級(jí)濾波器，以減少干擾。?

◎?其他端口設(shè)計(jì)磁環(huán)等端口濾波：對(duì)其他端口也采用磁環(huán)等濾波器，以降低干擾。?

◎?板內(nèi)GND與FG直連：板內(nèi)的地線（GND）與機(jī)殼（FG，F(xiàn)rame Ground）直接連接，提高設(shè)備的地連接性。

●??接地設(shè)計(jì)

◎?端口Y電容濾波接地FG：在端口設(shè)置Y電容濾波，并將其接地到機(jī)殼，以提高接地效果。?

◎?高壓線束屏蔽層兩端接地：對(duì)高壓線束的屏蔽層兩端接地，以提高屏蔽效果。?

◎?板內(nèi)低壓端口設(shè)置TVS與電容進(jìn)行鉗位抑制靜電及瞬態(tài)浪涌波形：在板內(nèi)低壓端口設(shè)置TVS（穿孔式變壓器）和電容來抑制靜電和瞬態(tài)浪涌。?

●??防雷擊浪涌設(shè)計(jì)

AC端口設(shè)置共模抑制電感、放電管、壓敏電阻等進(jìn)行防雷擊浪涌設(shè)計(jì)。

小結(jié)：電驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷努力的過程，是把先進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化為優(yōu)秀產(chǎn)品的艱辛旅程。隨著時(shí)間的推移，技術(shù)能力的差異將更明顯地體現(xiàn)出差距來。

編輯：黃飛

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