新能源汽车动力总成系统及技术(1)(1)

哪吒汽车

新能源汽车动力总成系统及技术

第十一届中国国际汽车动力系统峰会

June,20th-21st, 2023, Shanghai China 2023年6月20-21日

零部件公司电机首席总工李国栋 2023/6/25 于上海市

Component Company Motor Principal Chief Engineer Li Guodong

一、新能源汽车市场动向以及技术概要

二、混合动力汽车整车架构分析以及技术

三、新能源汽车动力总成技术

四、新能源汽车动力总成变速箱技术

五、氢燃料电池车／氢发动机的技术

六、总结

一、新能源汽车市场动向以及技术概要

＊全球汽车行业正迎来下一个100年内的巨大变革期：

未来10年内新能源汽车将以Mild HEV,FULL HEV,PHEV车为主传统内燃机车任然存在。

EV时代真正开始于2025年，需要突破电池技术（解决能量系度和衍檎）。

2030年的EV的全球销量比例占约15%，大约1500万辆。

一、新能源汽车市场动向以及技术概要

2022年，中国汽车销量完成2686.4万辆。

2022年，中国新能源汽车销量完成688.7万辆，占比汽车销售总量25.6％。

＊2022年国内新能源汽车销量呈爆发式增长：＊2022年，国内新能源汽车销量爆发式增长。保持全球第一。

＊基础设施建设明显加快：2022底，国内累计建成充电桩521万个，换电站1973座。

＊2022年，中国纯电动销量

536.5万辆

动力类型	销量
纯电动	536.5
插电混合动力	151.8
燃料电池	0.3

一、新能源汽车市场动向以及技术概要

【新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）-国务院办公厅［2020］】

发展趋势：

1．新能源汽车为世界经济发展注入新动力

汽车与能源，交通，信息通信等领域有关技术加速融合，电动化，网联化，智能化成为汽车产业的发展潮流和趋势。

2、我国新能源汽车进入加速发展新阶段

我国新能源汽车产业技术显著提升，产业体系日趋完善，企业竞争力大幅增强。不断提升产业核心竞争力，推动新能源汽车产业可持续发展。

3、融合开放成为新能源汽车发展的新特征

由“链式关系”逐渐演变成汽车，能源，交通，信息通信等多领域多主体参与的“网态生态”。推动形成互融共生，合作共赢的产业发展新格局。

发展愿景：

1．到2025年，纯电动乘用车平均电耗降至12.0kWh／百公里（8.3km/kWh)，新能源汽车销售量达到汽车销售总量的20％左右，高度自动驾驶汽车实现限定区域和特定商业化应用，充换电服务便利性显著提高。

2．力争到2035年，中国新能源汽车核心技术达到国际先进水平，质量品牌具备国际竞争力。纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化，燃料电池汽车实现商业化应用，高度自动驾驶汽车实现规模化应用，充换电服务网络便捷高效，氢燃料供给体系建设稳步推进，有效促进节能减排水平和社会运行效率的提升。

具体行动路径：

1．强化整车集成技术创新

以纯电动汽车、插电式混合动力（含增程式）汽车、燃料电池汽车为“三纵”，布局整车技术创新链。研发新一代模块化高性能整车平台，攻关纯电动汽车底盘一体化设计、多能源动力系统集成技术，突破整车智能能量管理控制、轻量化、低摩阻等共性节能技术，提升电池管理、充电连接、结构设计等安全技术水平，提高新能源汽车整车综合性能。

2．提升产业基础能力

以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为“三横”，构建关键零部件技术供给体系。开展先进模块化动力电池与燃料电池系统技术攻关，探索新一代车用电机驱动系统解决方案，加强智能网联汽车关键零部件及系统开发，突破计算和控制基础平台技术、氢燃料电池汽车应用支撑技术等瓶颈，提升基础关键技术、先进基础工艺、基础核心零部件、关键基础材料等研发能力。

一、新能源汽车市场动向以及技术概要

＊动力总成技术趋势：独立分布式驱动，800V高压，多合一总成，定子油冷，电励磁，多档变速箱以及高速扁线电机。

No.	7大主技术趋势	代表厂家
1	独立分布式驱动	舍弗勒，比亚迪，汇川，盘毂，绿传
2	800V高压	舍弗勒，汇川，博格华纳，博世，华为，小鹏，盘毂，绿传
3	多合一总成	舍弗勒，比亚迪，华为，
4	定子油冷	舍弗勒，博格华纳
5	电励磁	法雷奥，宝马，日产，马勒，大陆
6	多档变速箱	宝马，吉利，恩斯克，绿传，舍弗勒，比亚迪
7	高速扁线电机	比亚迪，舍弗勒，美的威灵，汇川，博格华纳

二、混合动力汽车整车架构分析以及技术

＊混合动力驱动总成技术（建议：从DHT进行技术创新，突破专利壁垒）：

传统变速箱劣势：AT/AMT/CVT/DCT节油效果很难做到极致。另外混动P0-P4国外技术成熟，国内需从DHT进行技术突破。

混合动力总成优势：优化发动机和电机工作区域，降低燃油消耗，增加续航里程。

混动研发现状：日本和美国领先。

＊混合动力总成架构特点：

基本架构		特点
简单附加式	PO	BSG电机布置在传统起动机的位置
	P1	ISG电机布置在发动机后，离合器前，
	P2	电机布置在离合器后，变速器前，与变速器输入轴相连
	P3	电机布置在变速器后，与变速器输出轴相连
	P4	电机布置在后桥上
集成式	DHT	将电机和机电耦合机构集成，多采用双电机

a)P0

b)P1

c)P2

d)P3

e)P4

f)DHT

二、混合动力汽车整车架构分析以及技术

＊丰田混合动力HEV(FWD）车（建议：从DHT进行技术突破）：

第四代丰田混合动力特点：单行星排＋平行轴齿轮实现高效率，整车牵引力5500Nm。

＊双电机异轴布置（同轴改异轴）

改善

、4

二、混合动力汽车整车架构分析以及技术

＊丰田混合动力HEV(FWD）车（建议：从DHT进行技术突破，单行星排＋单减速器实现高效率）：

第四代丰田混合动力特点：提高车速，动力性以及总成小型化，第四代开始两电机从同轴改为平行轴，DHT中除了行星排又增加了斜齿轮减速器。另外，发动机端引入单向离合器。

混合动力总成优势：优化发动机和电机工作区域，降低燃油消耗，增加续航里程。

THSIV架构优化：发动机通过行星架连接减震器，太阳轮同发电机连接，齿圈为输出。

二、混合动力汽车整车架构分析以及技术

EVドライブモード (EV)

ハイブリッドドライブモード (HV)

エンジンドライブモード(ENG)

発進や街中でのクルーズ時

力強い加速が必要な時

高速クルーズ時

バッテリーからの電力でモーターを回して走るので、ガソリンを使いません。

エンジンを低燃費で運転して電気を作り出し、

モーターを回して走ります。

「エンジン直結クラッチ」によってエンジンの力をタイヤへと伝え、低燃費で走行します。

＊IMA和i-MMD混动总成架构： 3．本田混联i-MMD总成。

IMA混动总成运行模式

1．本田并联IMA(Integrated Motor Assist）总成，属于微混。低价格优势。

2．发动机起主要驱动，电机辅助10kW，起启动加速，低速巡航。

走行用モーター／発電用モーター

i-MMD混动总成运行模式

三、新能源汽车动力总成技术

哪吒汽车

＊动力总成技术趋势：独立分布式驱动，800V高压，多合一总成，定子油冷，电励磁，多档变速箱，高速电机

＊重点趋势一：独立分布式驱动

照片：舍弗勒

照片：汇川

＊特点（汇川）：

＊特点（舍弗勒）：

集成双电机，双电控，Y向尺寸小，结构紧凑。

采用内转子结构，集成式行星齿轮组设计。

取消机械差速器，具备电子差速，智能扭矩分配功能

峰值扭矩达1650Nm，可赋能滑板底板、智能底板。

兼容400V/800V，轮端峰值功率大于400kW，峰值扭矩6000~8000Nm。

三、新能源汽车动力总成技术

＊重点趋势一：独立分布式驱动

照片：比亚迪易四方

照片：磐毂动力

＊特点（磐毂）：

＊特点（仰望）：

集成轴向磁通双电机，双电控，结构紧凑。

T型结构，左右独立半轴，电机最高转速20500rpm。

取消机械差速器，具备电子差速，智能扭矩分配功能

左右两侧车轮独立控制，无传统的差速器

轮端峰值功率大于300kW，峰值扭矩4500Nm。

电驱总成内部集成前后差速锁

控制器采用800V的SIC功率模块，4X(220-240kW）功率，320Nm-420Nm。

三、新能源汽车动力总成技术

＊重点趋势二：800V高压平台

照片：博格华纳

照片：博世

照片：舍弗勒

＊特点（博格华纳）：

＊特点（博世）：

＊特点（舍弗勒）：

兼容400V/800V，异步和永磁同步两种，

先进的Sic模块，200mm晶圆（博世半导体）

集成双电机，双电控，双减速器

峰值功率180kW以上，扭矩输出3500Nm以上扁线800V电压平台

轮端峰值扭矩超7200Nm以上

双面水冷控制器，油冷电机转子

23000rpm碳纤维转子

三、新能源汽车动力总成技术

＊重点趋势二：800V高压平台

项目	舍弗勒		博格华纳	小鹏	中国中车	比亚迪	博世／联电
电压（V）	800		400/800	800	800	800	800
结构	单级平行轴	双电机同轴桥	单级平行轴	单级平行轴	单级平行轴	中央分布式结构	单级平行轴
功率（kW）	200	600	180/220	240	280	220~240kW	260kW
转速（rpm）	/	/	/	18000	/	20500	/
扭矩（Nm）	4500（轮边）	7200（轮边）	3500/4500（轮边）	4800（轮边）	5000（轮边）	320-420Nm（电机）	5000（轮边）
效率（%）	91.5/CLTC	92/WLTC	/	92/CLTC	/	/	91/CLTC
冷却方式（油冷／水冷）	油冷	油冷	油冷	油冷	水冷	油冷	水冷
扁线
图例

三、新能源汽车动力总成技术

＊重点趋势三：多合一总成

照片：BYD海豚八合一

照片：华为十合一

照片：舍弗勒四合一

＊特点（BYD)：

＊特点（华为）：

＊特点（舍弗勒）：

70kW/150kW八合一：电机＋减速器＋电控＋OBC+DCDC+PDU+BMS

120kW十合一：电机＋减速器＋电控+OBC+DCDC+PDU+BCU+VCU+TMCU （热管理控制器）+PTC加热控制器

集成电机、减速箱及电机控制器

进一步集成了热管理模块

功率密度提升20%，总成重量和体积分别降低15％和20％。

智能油冷技术

三、新能源汽车动力总成技术

＊重点趋势四：定子油冷技术

照片：博格华纳

照片：舍弗勒

＊特点（博格华纳）：

＊特点（舍弗勒）：

P2同轴电机，向心式油冷定子油路冷却结构

定子槽内油冷技术

无需喷油管，喷油环，密封圈等油路零部件，降低成本

独立级联式行星排减速器

利用Pin-Fin的扰流作用，将冷却油由平流层换热冷却转换为湍流

发卡式／波绕组双永磁电机

搅拌换热冷却，大幅提升散热油的冷却效率。

可以提升电机功率密度10~15%，电机体积可以减少5~10％左右

三、新能源汽车动力总成技术

＊重点趋势五：电励磁

照片：宝马iX3（轻混，插电混动，纯电）

照片：法雷奥

＊特点（宝马）：

＊特点（法雷奥）：

电励磁电机结构：定子设计4层扁线，54槽。

不需要使用稀土，降低成本

电励磁电机结构：转子设计6极圆线。

减少30％的碳排放

转轴装配采用液氮冷套工艺。

扁线电机可配置4,6到8层布局结构，降低NVH

生产过程中不使用稀土，保证环境的可持续性

水冷或油冷

电机输出功率210kW，峰值扭矩400Nm。

三、新能源汽车动力总成技术

＊重点趋势六：多档变速箱

车型

销量

年度

架构／变速箱

奥迪RS e-tron GT

2023年3月上市

4驱纯电动

2档AT

保时捷 Taycan

约2~4万辆／年间（累计突破10万台）

2019年9月上市

4驱纯电动

2档AT

＊目前市场上带换挡功能的4驱纯电动车型，只有上面两款，属于高端跑车，百万豪车。2档AT换挡机构开发投入规模大。

（保时捷针对混合动力汽车与纯电电动汽车的投资将超过60亿欧元）

＊上两档换挡机构开发项目，开发投入和经济性提升不成比例。

纯电动

三、新能源汽车动力总成技术

＊电机最高转速：

比亚迪：仰望20,500rpm；

舍弗勒：23,000rpm碳纤维转子。

美的威灵：最高转速达20000rpm

汇川：25,000rpm碳纤维转子。

博格华纳：25,000rpm碳纤维转子。

＊重点趋势七：高速扁线电机

1．日立Astemo在2022年发布22,000rpm高速扁线电机。

问题：电机高速时，绕组交流铜损，磁钢涡流损耗，定子和转子铁损发生，EV续航里程减少。

方法：开发【电机振动抑制＋能量损耗抑制】载波相位移相技术。

扁线绕线方式（主要四种扁线绕线）:4层-6层-8层-10层

I-Pin：绕组形如1，直接插线，然后双边焊接。

Hair-Pin：形似发卡，先成型再插线，然后单边焊接。

X-Pin：焊接端进行优化，端部尺寸降低5-10mm，进一步降低电机铜耗，提升电机效率。

S-Winding：绕组形状呈现S形，两头端部无需焊接。

四、新能源汽车动力总成变速箱技术

＊纯电动驱动总成＿（集成变速箱成为技术趋势）：

纯电动驱动总成：减速装置或少档位变速箱。

纯电动驱动总成多档优势：降低对驱动电机的性能需求，提升整车动力性，提升整车经济性，降低整车NVH，匹配高密度扁线电机。＊纯电动驱动总成多档优势：

No.	2档优势	具体内容
(1)	降低对驱动电机的性能需求	1档大减速比减小电机最大扭矩，2档小减速比降低电机最高转速
(2)	提升整车动力性	1档提高加速和爬坡性能，2档提升车速和提升整车的动力性能
(3)	提升整车经济性	控制电机在高效区运行，增加续航里程
(4)	降低整车NVH	2档降低电机最高转速，降低总成高频频啸叫和高速动平衡振动
(5)	匹配高密度扁线电机	车辆通过高速档行驶，降低了电机的最高转速，可以回避扁铜线电机集肤效应，发挥扁铜线电机优势。