盘点丨中外企业主流电驱(桥)技术!


最初的电驱动设计是依靠线束等连接件将电机、电控、减速器等部件单独布置,驱动系统复杂且不存在集成化的设计。经过不断地技术革新与研究发展,在产品体积和重量减小、成本降低需求下,现在电机、电控功能集成化已是确定性发展趋势


电驱动桥指“电机+电控+减速器”或相类似的电机电控与其他部件的集成品,以博世电驱动桥 eAxle 为例,电机、电控、变速箱集成后体积缩小,驱动母线集成后降低了成本,冷却机组、高压电缆集成后降低了损耗、提升了效能。大众MEB电动汽车平台采用电驱动桥,加速电驱动桥的推广。


国际方面,博世、博格华纳、采埃孚、吉凯恩、麦格纳等零部件巨头均早有布局且其类似产品已给主机厂供应;国内方面,华域汽车与麦格纳成立电驱动系统合资公司供应大众MEB平台,汇川技术、方正电机、精进电动、上海大郡、上海电驱动等都有“多合一”产品。


国内外企业是如何布局电驱动桥,技术产品有哪些优势?


1

博世(BOSCH)

德国零部件巨头博世集团是全球领先的技术和服务供应商,在全球拥有大约 395,000 名员工,其业务领域分为四个业务部门:移动解决方案、工业技术、消费品以及能源和建筑技术。

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博世 eAxle电驱动桥是一种一体化电驱动系统。它的零部件——电动机、电力电子设备和减速器——被组合在一个紧凑的系统中。能有效减少零件数量,节省空间,并降低动力系统单元的复杂性——所有这些都显著提高效率并降低成本。

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由于零部件的高度灵活性,eAxle 的商业潜力巨大。eAxle基于平台化理念开发,可配备永磁同步电机,也可适配交流感应电机;可用于前轴,也可按车型要求适应后轴安装的需求,安装在不同的车型中;具体产品系列按照平台设计可实现输出功率从50kW到300kW,扭矩从1000NM到6000NM不同的变型产品;可以快速轻松地进行调整以满足不同的要求——这可能会大大减少未来汽车制造商昂贵的开发时间。

总结来说特点包括:

· 高度集成化;

· 简化冷却管路和功率驱动线缆;

· 平台化设计灵活适配不同车型等。

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eAxle 是一种新的电驱动系统,这是博世力争在2020 年于大众电动汽车市场取得成功的核心支柱。博世一直致力于将最好的电动动力系统推向市场,并希望其eAxle技术能够吸引广泛的客户群体。

2

吉凯恩(GKN)

英国零部件企业吉凯恩(GKN)拥有250多年的历史,是首家进入中国市场的一级汽车零部件供应商。依靠专业知识和创新能力提供具有竞争力和规模的eDrive技术,为企业定制与其Driveline 技术相匹配的任何eDrive 解决方案。吉凯恩中国合资企业(纳铁福)在上海工厂进行电驱动桥(eDrive) 技术的生产,将电动机、逆变器和eAxle减速箱置于同一封装空间。


GKN的模块化 eDrive 系列助力传动系统电气化发展,可以作为三合一系统并提供带有逆变器、电机和变速器以及完全集成的软件和控制。

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eDrive 实现了卓越的扭矩密度,在仅重27公斤且尺寸小325毫米x562 毫米x313 毫米的系统中提供了2800Nm的峰值驱动扭矩,同时效率达到97%。


其一档提供11.38的传动比,二档提供5.85的传动比。换档机构是一种已在批量生产中得到验证的GKN汽车技术。为了使系统更窄,换档机构位于输入轴上,而不是位于变速箱中间的中间轴上。GKN的软件控制 eMotor 和同步驱动,使换档对驾驶员完全透明。平稳的机电驱动换档和极低的齿轮噪音使多速eDrive成为舒适性和NVH的行业标杆。


双速eDrive是第一个能够在整个速度范围内提高电动汽车和混合动力汽车性能的产品。单速电子驱动器限制加速度或最高速度,因为它们必须在特定速度下断开以防止电机过度旋转。GKN的多速 eDrive 模块使汽车制造商能够提高扭矩和效率,同时降低储能要求、系统重量和包装空间。对于未来的车辆架构,模块化解决方案创造了新的包装和性能可能性。

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eAxle首次应用于沃尔沃T8 双引擎插电式混合动力车系列,并于2016年获得了汽车新闻 PACE 创新奖。在这些车型中,吉凯恩的系统具有“轴分离”二级驱动功能,功率为 60kW电动马达为后轮提供动力——与驱动前轮的内燃机协同工作。


3

采埃孚(ZF)


采埃孚拥有 Lemförder(转向和悬架部件)、Sachs(减震器)和 TRW(制动器)品牌的各种备件,范围从日产聆风延伸到特斯拉 S 和 X 车型,同时,采埃孚也是大众电动车型的原始设备供应商,2021年,采埃孚计划进一步扩大其电动汽车产品组合。


采埃孚非常熟悉电驱动的完整解决方案。2017 年,采埃孚针对混合动力或电动汽车提出的 mSTARS 概念,将强大的电力驱动集成到后桥中,甚至可以辅以AKC主动后桥转向系统。在商用车和客车领域,电动轴集成驱动 AVE 和电动中央驱动CeTrax已经应用多年。采埃孚提供整个传动系统,包括电动机、变速器和基于碳化硅的电力电子设备集成化技术。


· 电桥驱动 100 kW

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全集成电驱动

·适用于紧凑型汽车和全轮驱动车辆的紧凑型电动驱动装置,功率为100kW的电动 PSM电机。

优点:

·紧凑的尺寸;

·电机作为 PSM 版本(带有表面安装磁铁的永磁电机),以实现高整体效率;

·采埃孚技术等;


· 电桥驱动 150 kW

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环保驱动理念:

在变速箱和电动机侧设计一个带盖的公共中央外壳,并将电动机轴用作变速箱输入轴,从而带来一系列功能优势。采埃孚电动车桥驱动器轴承和接口的减少带来了更好的能耗和噪音特性。

优点:

· 环保;

· 低噪音激励;

· 带集成水冷系统的中央外壳;

· 集成停车锁等。


· 单后驱动桥系统 A 133

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有效节省燃料

作为成熟的后桥系统 A 132 的继任者,A 133 提供直接速比,可显着降低现代传动系统的油耗。差速器、轴承和磨齿锥齿轮组的优化再次延长使用寿命,提高效率和安静运行。

优点:

· 直接速比降低油耗;

· 更优化的平稳运行特性;

· 更小的安装尺寸,更长的传动轴;

· 减少传动轴偏转角;

· 便于维修的紧凑型轴承;

· 重量优化设计等。


· E-Reduce 驱动

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电动车桥驱动的静音和轻量化效率提升

采埃孚的 e-reduction 驱动器是一种可扩展的解决方案,适用于轴向平行和同轴 P4 设计架构中的电动车桥驱动器。附加功能如停车锁或断开连接是可选的。作为独立系统(所谓的减速器)或作为组件组电子减速驱动器提供,用于集成在 3合1电动轴驱动器中。

优点:

· 由于所有部件的优化设计,扭矩重量比高;

· 低摩擦轴承、优化的传动装置和低的油搅拌损失带来高效率;

· 提供各种轴比,典型的传动比范围为 7.5 至 13.5;

· 最大输出扭矩高达 7,000 Nm等。


· AxTrax AVE 电动驱动桥

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采埃孚的 AxTrax AVE 电动驱动桥功能强大且环保,可驱动公交车,最大轴重可达 13,000 公斤。集成在轮毂中的电动机总输出功率为 250 千瓦。


4

博格华纳


无论是高效内燃机、智能混合动力系统还是最新的电驱动系统,博格华纳一直致力于推动当今和未来的车辆技术发展。作为在动力总成系统领域拥有130多年经验的产业领导者,博格华纳正在支持汽车产业实现面向轻型、中型和重型车辆以及非公路应用的清洁驱动系统和高效技术解决方案。同时,博格华纳收购电机企业雷米、电控制造商Sevcon,在“三合一”电驱动系统关键部件的自产上得到很大的能力提升。


2021年6月2日,博格华纳表示,已与现代汽车达成协议,未来将向现代供应其集成驱动模块,旨在扩大该公司的电动车平台业务,该公司新模块iDM146将搭载在现代计划2023年年中量产的A级电动汽车上。

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iDM146是博格华纳设计、开发和制造的高性能电驱系统,运行电压为400V,峰值功率达135千瓦。博格华纳集成式驱动模块利用整合变速箱、400V硅基电机控制器和电机(搭载外径146mm的紧凑型定子)降低了整个驱动系统的重量并减少了系统体积;iDM146还提供可扩展的模块化逆变器设计,可根据客户要求量身定制。


2020年8月5日,博格华纳为福特野马Mach-E提供一款高性能动力强大的集成电驱动模块(iDM),配备博格华纳的热管理系统和减速器,且能与其他供应商的电机和功率电子设备集成。

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博格华纳动力驱动系统总裁兼总经理Stefan Demmerle博士表示:“我们掌握系统集成知识和成熟的齿轮传动技术,因此能够设计出易于组装和尽可能低噪声运行的iDM,这在电动汽车中尤其重要。”


2020年7月21日,博格华纳为福特、爱驰、理想汽车三大国内知名新能源汽车品牌提供高性能eDM电驱模块产品,助力电动汽车长远发展。

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各款车型中,福特为旗下首款新能源车领界EV、爱驰则是其新款纯电动SUV Aiways U5、理想汽车的车型是没有里程焦虑的智能电动大型SUV理想ONE。博格华纳的eDM电驱模块的紧凑、轻量化设计实现了较小产品尺寸,安装操作简易且符合绿色环保的要求,能更好地满足电动车的动力及舒适性需求。同时,它还具有系统集成工作、提高质量性能和耐用性的优点。


5

大陆(Continental)


德国大陆集团2019年第三季度在天津工厂开始量产“三合一”电驱动系统。2020年9月,其下属电气化和电动出行领域的领先企业纬湃科技(Vitesco Technologies)于天津启动其亚太区研发中心,并计划于2021年年底落成投入使用。


纬湃科技新能源科技事业部负责人ThomasStierle表示:“我们公司的战略重心是电气化动力总成,凭借在这一领域十多年的丰富经验,公司拥有广泛且极具吸引力的产品组合。中国是全球最大的电动汽车增长市场,天津的新研发中心将进一步提升公司在亚太地区的研发能力。”


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· 电机功率:分120kW和150kW两个版本;

· 输出扭矩:150kW的电机最大输出扭矩为310Nm;

· 动力性能:相当于一台2.0T涡轮增压发动机;

· 集成紧凑:所有零件集成在一个壳子里;

· 冷却方式:电驱系统采用液体冷却;

· 轻量设计:重量小于80kg;

· 外加功能:带电子驻车锁。


6

舍弗勒(schaeffler)


为了顺应全球电气化的发展趋势,舍弗勒中国于2011年正式成立了电驱动系统部门,并于2018年开始成立了独立的电驱动事业部。通过并购Compact Dynamics公司加强了在高性能电机设计方面的能力,并购电机定子绕组设备制造商Elmotec Statomat公司,掌握了新一代电机的关键制造技术。


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三合一电驱动桥系统(同轴)

在电桥上,舍弗勒集成了热管理模块,将电桥的热量与整车能量平衡放在一起,为纯电动车节能增效作出一定贡献。其三合一电驱动桥系统整合了电机、电控和减速器,具有效率高、噪音低等特点。


舍弗勒今年将开始批量生产用于混合动力模块、混合动力变速器和全电动轴驱动器的电机,应用范围从20到 300kW以上,生产的电动机的基础是模块化和高度集成的技术平台。舍弗勒在电驱动系统的所有零部件方面的高水平制造和技术能力是批量生产的关键因素。


7

电装(Denso)&爱信(Aisin)


2019年4月,汽车零部件大厂电装Denso和爱信集团Aisin成立了合资企业Blue Enexus。新公司主要业务是进行驱动模块的开发以及销售,将电机、逆变器、集成传动轴这三大关键部件进行整合打包,作为电动化汽车必不可少的驱动部件,开发E-axle技术并于2020年开始量产。


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BluE Nexus的动力传动产品可以用于混合动力车或插电式混合动力车使用的双电机模式及单电机模式的油电混动单元,还可以用于作为电气汽车或燃料电池车驱动源的e-Axle以及所有类型的电动汽车。


而电装和爱信拥有可以各自独立开发E-axle的资源与能力,但它们结合电装的逆变器技术和爱信电机技术等优势,使开发体系更加高效。据悉,为了对抗Nidec,电装将加强开拓其“外部销售”,而不仅仅提供丰田汽车集团内部车系。电装和爱信都对自身企业发展做出预测,借力在电动化领域再突破。


爱信市场分析预测表明,到2030年全球新车总销量为1.25亿辆,混动、插混变速箱以及纯电动电驱单元e-Axle销量则将在2020年之后呈快速持续增长态势;无论纯电力驱动车辆普及率是10%、20%还是30%,基于自动变速箱的混合动力传动系统的市场都不会出现剧烈变动。


电装对未来数年的市场做出如下预测:全球电动化大潮势不可挡,到2025年纯电和混合动力车年销量将达到1500万辆,同时功率为80~160kW的插电式混动汽车也将占据主流。


关于电装Denso

DENSO是一家全球汽车零部件制造商,提供先进的汽车技术、系统和产品。在电动化的领域,凭借在电子产品、旋转电机领域所积累的专业技术及优势,电装也拥有着电动发电机、逆变器等多条产品线。


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关于爱信Aisin

爱信在变速器领域可谓人人皆知,通过不断与国内企业合资,发展技术。爱信集团利用可从原材料到组装、压铸、冲压、切割等加工方法进行整体制造的生产工程技术,涵盖构成汽车的大部分零部件。努力通过开发简化和精简的设备和模具来增强制造能力,以创造突出质量和成本优势。


· eAxle 偏置设计 (150kW)

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· 该产品能作为电动汽车的动力单元;

· 高效的三轴齿轮系和优化的电机实现了体积小、重量轻、效率高,可安装在车辆的前部或后部。

主要适用车辆:

MIRAI,C-HR,IZOA(丰田),UX300e(雷克萨斯)


8

日立(Hitachi)&万里扬


2018年11月6日,万里扬发布公告称,已与日立汽车系统有限公司签署了合作框架协议,两家公司将共同开发和销售符合中国市场的e-Axle(新能源汽车驱动系统)。其与日立汽车系统株式会社签署合作框架协议书,双方相互配合共同获得认证和订单,共同合作以降低产品成本,该协议有效期3年。


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关于日立:

2021年6月1日,日立宣布,马自达汽车公司采用了其EV 电机和逆变器,并作为其首次大规模生产电动汽车“MAZDA MX-30 EV MODEL”,该款车型采用的电机,凭借日立独特的技术实现了高输出和高效率性能:独特的双面直接水冷电源模块使紧凑型、高输出逆变器。

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关于万里扬:

中国是全球最大的汽车市场,近年来国家将新能源汽车作为重点支持的新兴产业,万里扬在有效推动业务规模和能力提升下制定了“53211”战略发展规划,大力发展自动变速器业务,包括CVT、AT、AMT以及基于CVT、AT的PHEV等产品,积极布局新能源汽车零部件业务,通过整合国内外产品及技术资源,加快推动EV等新能源汽车变速器和新能源汽车“三合一”电驱系统等产品的研发进度和产业化应用。


三合一电驱动系统:

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ED130 将电机、电控和减速器作为一个驱动单元进行组合,节省了部件和相关的连接电缆,结构更为紧凑;采用水冷方式,可提供长时间、大扭矩输出;电机电压范围宽,耐热等级达到 H 级以上,适应性强。并且综合传动效率达 93%以上,居行业领先水平。目前,公司已完成 EDS130 产品的研发,与部分客户达成合作意向,A 样机已经完成制造,准备搭载车辆进行试车验证。


9

比亚迪


作为国内龙头车企,比亚迪能凭借自研技术名列前茅,得益于其研发技术与产品。2018年比亚迪于北京车展发布了全新e平台核心技术,标志着比亚迪向纯电动汽车零部件一整套集成化解决方案领域全面迈进。


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驱动3合1是在“e平台”下驱动电机、电机控制器和减速器高度集成,减少了复杂的机械结构和连接关系,实现轻量化设计,结构紧凑,成本低,总成传动效率高,有利于整车能耗降低。


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高压3合1是在“e平台”下高压系统的DC-DC、充电器和配电箱高度集成,体积小、重量轻、功率密度大于2KW/L,领先行业水平。电池电压范围宽,能够适应于各种电池电压平台;PDU设计可选择性强、可灵活定制不同方案。


电驱动三合一产品就是来自电控、电机和总成三个工厂历时两年共同精心打造的一款高度集成的电驱动产品。其集成化可以降低整车成本,降低零部件体积,提高相应参数。对于消费者而言,购车成本会降低,车内空间会提高,整车能耗更低。


10

零跑汽车


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零跑汽车作为造车新势力品牌中的新晋热门品牌,也在近期靠着强大的自研实力逐渐崭露头角,与众多新势力造车第一梯队共同入选榜单。其"三合一"电驱总成"Heracles(海格力斯)"也已经进入大众视野。


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峰值功率:125Kw,峰值扭矩:250Nm,峰值转速:11,700rpm。


在保证集成后的电驱总成在体积质量缩小、UVW高压线束不知缩短等性能前提下,零跑汽车的电驱动总成实现减重30%、体积缩减40%,使其整体车身空间利用率上提升50%以上,做到了驱动总成整体重量才91kg,为驾乘空间和续航里程提供了有力的保障。


11

精进电动


精进电动自主研发的电机+减速箱+电控一体化总成,于2019年投产。其“三合一”电驱动总成实现动力、效率、轻量化、重量、振动噪音和成本水平的更好表现,300Nm系列电机的转速将提高到16,000转以上,进一步引领行业的技术进步。


2019年上海国际工业汽车展览会上,精进电动带来三版深度集成“三合一纯电驱动系统”,分别为“JJE-EDM2000F系列纯电驱动总成”、“JJE-EDM3000F系列纯电驱动总成”、“JJE-EDM4000F系列纯电驱动总成(含DCDC)”,可以满足纯电系统的A级以上乘用车、SUV、7座MPV及轻型商用车的应用,给客户丰富的产品选择。此系列深度集成“三合一纯电驱动系统”的传动效率提高1%左右,高效率高输出的情况下,产品总重量减少了2-3kg,噪音也降到了极低。在减速器效率提升的同时成本下降了15%-20%。


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JJE 200kW 3-in-1 Electric Drive Module


精进电动全新一代的三合一电驱动总成(EDM)实现了高度的集成化和轻量化,各个子总成也都达到了国际领先的技术水准。这个总成由一台16,000rpm的高效发卡绕组电机驱动,配有一台高功率密度电机控制器(内部集成了电子驻车模块)和高输出、低噪音减速器。该EDM的半轴机械输出功率超过200kW,扭矩超过4000Nm,转速高达每分钟16,000转,特别适合高端车型的动力性和最高车速要求。


12

大洋电机


大洋电机的三合一电驱动系统采用电机、电控(可带DC-DC)、减速器集成设计,具备EMC能力强、NVH表现优良等诸多优势,功率范围覆盖75-120KW。


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峰值功率:35kW,峰值扭矩:125Nm,峰值转速:8,500rpm。


2021年4月,大洋电机表示其应用于A/B级乘用车的集驱动电机、控制器和高速减速器为一体的“三合一”电驱动总成产品成功配套于长安汽车、塔塔汽车、奇瑞汽车、合众汽车等多个客户车型,并实现量产。此外,公司第二代“三合一”电驱动总成产品已完成规划,并先后获得塔塔汽车、现代汽车的定点。

......


“三合一”电驱动系统产品技术已相对成熟,更多企业在电驱动桥技术领域也展露一席之地,全球企业将如何进一步布局电动化发展?


如何在具备轻、快、好、省的优势同时研发更轻、更节能、成本更低的集成式三合一纯电驱动系统?它会给我们带来什么弊端吗?我们又将面临哪些难题?

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