最近几年电动汽车设计的一个很明显的趋势,就是集成化。
几个很现实的因素在迫使集成化加速向前:第一,降低成本;第二,轻量化;第三,标准化和模块化;第四,提升制造效率;第五,新技术的不断应用和突破。将功能相同或结构上可以共用的零部件集成在一起,减少零部件,减少空间体积的占用,减少整车装配的工序,减少供应商的数量,对整车企业来讲具有极大的吸引力。
高压系统是电动汽车非常核心的一块,它的集成对于电动汽车来讲尤为重要,通常来说,EV的高压系统及相关的器件包括以下:
水泵、冷却液控制阀、电池管理系统BMS、整车控制器VCU、PDU、电机电控-变速器、传感器、DC/DC逆变器(HV/HV)、动力电池包、充电CCS、车载充电器OBC、DC/DC逆变器(HV/12V)等,参考下图:
典型电动汽车高压系统及相关部件
高压系统及相关器件的集成化会进一步推动整车设计的优化,因为对于一些大的零部件集成,如电机电控-变速箱的集成,需要留有足够的空间。特斯拉ModelS在此的集成做的很好,整个电机电控和减速箱的整合简洁、优美,它是从功能层面的重新设计;MODEL3整个的集成比MODELS做得更为紧凑。对比,I-PACE的电机电控和变速箱集成,可以看出,I-PACE的集成还是一种初级和比较粗放的方案:把几个零部件放在一起,本质上只是形式上的集合。
Tesla ModelS 电机电控-变速箱集成
MS 60kWh -2012 驱动总成
Model 3动力总成
I-PACE动力总成
另一个典型的例子是OBC和DCDC(HV/12V)的集成,我们也可以一窥未来可能的集成方向。
在最初之时即Option1,各零部件独立存在;随后,出现了简单的集成即Option2,各部件共用一个壳体等机械结构,在距离上有变化,这样可以减少线束,连接件等零件,同时减小体积,有一定的成本降低;再进一步集成电子器件即Option3,二者可以共用相当一部件的E/E,但热设计仍保持独立,通过这个级别的集成,成本可以降低8-15%左右;Option4的思路就把热设计(包括冷却和加热)集成起来,通过这个方案进一步提升集成的效率,同时成本可以再降低5-8%。随着未来对功率需求的增加,可以进一步集成DC switch,优化整体的集成度。
OBC和DCDC集成进化的思路比较有代表性,从起初的物理层面的集成(主要是结构共用),到电子电气层面的集成,再到热的集成,最后到整体方案的集成优化,是一种循序渐进的演变思路。
尤其对传统整车企业或是零部件企业来说,受固有技术与经验积累的限制,很难做到全新的集成思路,就像是电动汽车的开发,都需要经过改装阶段,而对于特斯拉类的企业来说,往往能够自上而下的以全新的思路来完成较高集成度的集成,这点在Model 3电池包的集成里体现的尤为明显。
Model 3电池包集成思路
除了上文提到的电机电控与变速箱的集成,在电池包这块,Model3将OBC,DCDC,PDU和BMS都整合在一体,极大的简化和模块化。
未来电气化的集成还将继续发展,需要更多具有创新式的解决思路和方案,延续既有的方案不是不可行,只是线性的进步成本和时间的代价太高。
(来源:知化汽车)
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