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电池电机永磁新能源汽车节能需分而治之

随着中国汽车业“十二五”规划初稿的面世,未来中国汽车业的发展重心逐渐清晰,新能源汽车将被列为中国汽车行业今后5年发展的重中之重。新能源汽车在催生巨大新市场空间的同时,其节能之路也将影响其普及进程。 节能是综合工程 电池、电机、电控是新能源汽车的三大关键核心部件,因而实现节能需要它们之间各自的优化和紧密配合。

电池的重要性毋庸置疑。“新能源汽车对电池的要求在于更大的容量、更轻的重量以及更安全稳定的结构。”天津力神电池股份有限公司高级副总裁张仁柏表示。他还指出,刹车能量回收技术是另一关键技术。当车辆在开始减速滑行或刹车的时候,连接车轮的发电机就会把部分多余能量转化为电能,储存于专门的电池组中。出于制动安全考虑,通过电机能量回馈的最佳理想值(从机械能转化为电能,最终再转化为机械能)大约在50%左右。

当然,电池管理系统是电池能否发挥作用的“大脑”,节能对电池管理系统的要求也在走高。德尔福电子与安全事业部电子控制产品业务部亚太区项目总监JohnAbsmeier介绍,电池管理系统的难题是如何在汽车寿命周期内保证电池的良好工作状态,计算电池充电状态(SOC),优化电池充电,并保证汽车始终有足够的动力。此外,电池管理系统还要能够监控电压、电流和温度,为电池提供必要的冷却。

在电机方面,节能对它的要求是更高效、更紧凑。记者了解到,目前国内将永磁同步电机作为重点,生产大多是“作坊式”的,大批量生产的工艺尚待改善。国外则对交流异步铸铜转子感应电机作为牵引电机的使用非常重视,它的整体效率及功率密度比永磁同步电机略低,但其具有耐高温、安全性好、可靠性高及低加工成本等永磁电机无可比拟的优势,且异步电机批量生产的条件非常成熟,在纯电动车的应用中它将是永磁电机的主要竞争对手。

“国内应该同步开发永磁同步电机和异步感应电机。”深圳航盛电子股份有限公司技术中心副主任、新能源汽车总工程师陈小江对《中国电子报》记者表示,“在纯电动车和插电式混合动力车中,异步电机的应用将达到50%~60%;在其他混合动力车中,由于受到安装空间的限制,永磁电机应用将是主流。”

而电机控制系统是三大关键件中难度最大的,因为它是闭环控制系统,需要极快的动态控制,一旦误操作就会导致失效,因此保障电机控制的功能安全是极为重要的。

此外,混合动力车相比纯电动车对系统提出了更高的要求。陈小江表示,混合动力车要实现燃油经济性,需要考虑动力系统架构、部件匹配和控制策略优化,需要优化或重新设计发动机。在混合动力车中,发动机的工况与传统汽车不同,发动机、电机及电池系统需要作系统优化匹配,才能实现最佳的燃油经济性目标。目前国内企业大多没有掌握发动机、变速箱技术,在混合动力系统的整车集成方面面临很大挑战,这将是混合动力车发展的瓶颈。对于整车成本有很高要求的低端车,混合动力应用的前景亦不容乐观。

造就新市场空间 除了三大关键部件外,新能源汽车对汽车半导体的需求也在“水涨船高”。飞思卡尔(中国)半导体公司汽车电子资深市场经理康晓敦表示,电池管理系统除了需要更多更高性能的MCU外,还需要很多检测电池性能和控制电池性能的智能模拟器件。由于单个电池单元之间不可能完全一致,所以除了要有电池包的整体管理外,还需要单个或几个电池的管理,这就还需要控制器之间的协同工作,并与总控制单元协调。

电机控制系统还带动了对大功率器件的需求。电机控制系统除了需要用DSP或最好用带DSP功能的MCU外,大功率的驱动器件是必不可少的。康晓敦指出,“现在通常是将预驱动、IGBT功率驱动模块及散热器等集成为一体的大功率模块。”

记者了解到,为了适应新能源汽车高功率、高电压的运行环境,除了大功率驱动模块等驱动器件外,由于MCU低工作电压的限制,还一定要有DC/DC变换器。此外,纯电动车和混合动力车还各自需要一个逆变器才能行驶,逆变器可将高压直流电源转化为驱动电气装置所需的多相交流电,在电源转换中发挥重要作用。而且插电式混合动力车需要发动机管理系统与电机控制系统之间的高速配合,这就要求相应控制单元之间可高速通信。康晓敦告诉记者,CAN总线此时不能完全满足通信需求,有些厂商已经开始采用FlexRay以保证各单元之间的通信。因而,FlexRay收发器的市场将随着新能源汽车的应用而不断扩大。

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