電驅(qū)動系統(tǒng)的成本設(shè)計

如何在當今競爭激烈、快速迭代的電動汽車市場中確保今天的正確決策在未來仍然適用？隨著技術(shù)的快速發(fā)展、需求的不斷增加和供應(yīng)鏈的不確定性，制造商必須在考慮產(chǎn)品范圍和性能的穩(wěn)定性）、電池和變頻器技術(shù)中其他成本軌跡的影響、鋼材價格變化是否會導致研究電氣化的現(xiàn)這一目標，制造商面臨著諸多挑戰(zhàn)，不僅需要大規(guī)模建設(shè)適用于純電動車的設(shè)施應(yīng)用，同時許多研究和調(diào)查表明，阻止消費者進入市場的三大障礙是成本、“里程焦慮”以及與充電和相高達75%[4]，因此將電池容量降至最低將帶來巨大的成本效益。然而，由于“里程焦慮”的普遍存在，保證能令人滿意的車輛行駛里程可能會適得其反。因此，了解如何有效利用電池容從一個組件中移除成本會增加另一個組件的成本。例如，選擇高能量密度電機可以降低電機成統(tǒng)、逆變器、電機和變速器以及電池中部件的尺寸可以節(jié)省成本。提高這些子系統(tǒng)的效率還可第八屆CTI中國論壇“汽車動力系統(tǒng)、智能化和電氣化”以在給定范圍內(nèi)減少所需的電池容量，從而進一步提高降低成本的可能性。或者，通過提高車用于設(shè)計和優(yōu)化動力系統(tǒng)的傳統(tǒng)工具和流程不一定適用于日益復雜的子系統(tǒng)交互，也不一定能滿足行業(yè)不斷變化的需求。這可能會使開發(fā)概念架構(gòu)變得十分耗時、分散，并且過度依賴主觀觀點，或者偏向于“已知的解決方案”。因此，客觀地確定“某種車型的最佳部件組合”以及“一個長期電氣化產(chǎn)品戰(zhàn)略內(nèi)容”，這些問題的(DSD)工具的開發(fā)。促成ePOP流程速生成包含部件和子系統(tǒng)尺寸、質(zhì)量以及效率圖等輸入數(shù)據(jù)，允許模擬數(shù)千種并通過智能成本功能和權(quán)衡算法進行比較。這使得對成本和效率（或車輛行駛里程）的權(quán)衡評這些問題間相互聯(lián)系，并通過將優(yōu)化電氣化動力系統(tǒng)和電動汽車視為一個整體來解決。例如，通過使用大容量電池組可以輕松解決“里程焦慮”問題。然而，考慮到英國高級推動研發(fā)中心此作為一個單一問題處理可能會導致成本增加，因為電池占車輛總成本的比例可高達75%[4]。因此，用這種方式處理問題顯然是不合適的。動力成本和效率的優(yōu)化必須與整車的優(yōu)化同步進輛續(xù)航里程。這些措施都解決了有關(guān)純電動汽車高級市場的擔憂。然而，為了創(chuàng)建健全的產(chǎn)品策略，還必須對關(guān)鍵成本因素的潛在成本波穩(wěn)健的產(chǎn)品戰(zhàn)略將這些成本波動的潛在影響和其他成本的潛在價值考慮在內(nèi)，同時它們對系統(tǒng)的相對效益也被納入考量。例如，利用更高級的稀土磁體，同時考慮材料成本波動影響的產(chǎn)品設(shè)計，也可能減少變頻器電流需求，并創(chuàng)建更有效的系統(tǒng)。反過來，這又可以減少電池容量并進一步提高成本效益。本文將論證ePOP在為工程師提供數(shù)據(jù)時第八屆CTI中國論壇“汽車動力系統(tǒng)、智能化ePOP流程的一個關(guān)鍵特性是能夠快速準確地模仿子系統(tǒng)和組件，從而為變頻器、電機和變速器變體創(chuàng)建輸入數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需求進行定制[7]。該過程為每個子系統(tǒng)都生成一個模擬成由軸、軸承以及必要的套管支撐的平行軸系統(tǒng)和行星齒輪組。每一個都是根據(jù)所需的扭矩和比率來確定大小，從而可以確定代表性質(zhì)量和功率損耗，然后生成效率圖。也可以通過在系統(tǒng)圖圖4所示為兩個變速架構(gòu)的單操作點的功率損失。三級平行軸變速器比兩級變速器成本更高，功率損失更大。然而，由于個別齒輪嚙合比較低導致功率損失的原因也各不相同。最后，三級設(shè)計實現(xiàn)了更高的總傳動比，進而使更小、高速模塊產(chǎn)生多種電機設(shè)計類型，包括具有多轉(zhuǎn)子拓撲結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(PMSM)【表面磁鋼該程序接收其他目標的拓撲需求，如峰值或連續(xù)扭矩或功率。接著，該程序選擇合適的基礎(chǔ)幾何體，以符合熱限值和結(jié)構(gòu)限制內(nèi)的目標，并迭代多個變量，以生成一系列滿足所需規(guī)格的可圖圖6所示為永磁和感應(yīng)電機單工作點損耗示例。正如預期，減少銅和鐵的損耗與磁體損耗相互抵消，這使得永磁電機效率更高。然而，由于磁體含量缺失，感應(yīng)電機的成本可能會更低，目前正在考慮使用的兩大變頻器技術(shù)是傳統(tǒng)的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和最近研發(fā)成功的碳定制變頻器模型，計算變頻器效率圖、質(zhì)量和成本，所有這些都是優(yōu)圖圖7為IGBT和SiC變頻器的損耗示例。通過降低柵極損耗、消除二極管開關(guān)損耗，可以發(fā)第八屆CTI中國論壇“汽車動力系統(tǒng)、智能化圖7-IGBT和SiC變頻器在給定工作點的損耗分析實例進行性能模擬。后向車輛模型考慮了車輛和部件慣性、滾動阻力、氣動阻力、坡度和效率圖，允許在公平對比情況下評估和比較不同系統(tǒng)的運行條件。這允許用戶識別導致可量化性能優(yōu)勢采用理想化方法模擬多速變速器，對動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行最公平的比較，避免預定義控制策略的影響。因此，在每一個汽車循環(huán)工況期間，車輛每次都能以最佳檔位運行。在后置處理過基于每個動力傳動子系統(tǒng)的材料成本計算而得出成本函數(shù)，該函數(shù)針對所涉及的每個子系統(tǒng)架構(gòu)進行了精確估算。額外成本和重量可根據(jù)超過或不達到重量和/或性能目標而增加，或因?qū)аh(huán)工況能耗確定的車輛續(xù)航里程，并將其與車輛或應(yīng)用的目標里程進行比較。隨后每個動力系統(tǒng)都會收到成本處罰或成本降低，與已實現(xiàn)的里程短缺或過剩成比例。罰款金額是根據(jù)每公里行駛成本來確定的，使用的是電池的估計成本，如之前在APC圖圖2中所示。此方法允許為了了解上述系統(tǒng)方法的優(yōu)勢，我們將定義一個車輛案例研究，并探索電氣化動力系統(tǒng)的潛在設(shè)計空間。本研究旨在為動力系統(tǒng)及其子系統(tǒng)確定一系列替代解決方案，以及如何權(quán)衡幾個特本例選擇了一款全電動四門轎車，并設(shè)定了市場典型性能指標；最低最高速度為160公里/小用典型車輛模擬參數(shù)見附錄表1。第八屆CTI中國論壇“汽車動力系統(tǒng)、智能我們將研究一系列其他可選的動力系統(tǒng)方案，并將主要子系統(tǒng)、變頻器、電機和變速器的變化考慮在內(nèi)。對于電機，我們考慮了兩種內(nèi)部永磁拓撲結(jié)構(gòu)，“V”形和“U”形，以及感應(yīng)電在WLTC上分析了每一種滿足案例研究車輛性能標準所設(shè)定的約束條件的動力系統(tǒng)，共計超器消耗更少能源，但使用這種新技術(shù)的成本較高。然而，如圖圖8b所示，一旦考慮到電池成圖9展示了與圖圖8相同的數(shù)據(jù)集，但分析了所考慮的其他變速器設(shè)計的影響；均基于平行軸齒輪的二、三級單速和二級雙速。對于更簡單的單速配置，我們可以看到齒輪嚙合和軸承的數(shù)量減少及其相關(guān)損失，從而降低了整個汽車循環(huán)第八屆CTI中國論壇“汽車動力系統(tǒng)、智能化和成本的動力成本然而，雙速變速器在兩種單速配置下都消耗更少的能源。雙速變速器使動力系統(tǒng)的峰值效率區(qū)動力系統(tǒng)之間的差異。正如上文變頻器的選擇，這種性能的提高是以更高的成本為代價。在這機構(gòu)以及其后的控制要求。圖9a可以清楚第八屆CTI中國論壇“汽車動力系統(tǒng)、智能化考慮在內(nèi)，如圖9b所示，這種差異就被抵消了，這表明雙速變速器的效率優(yōu)勢可以有效地實其他變頻器設(shè)計此階段僅從典型模式考慮動力系統(tǒng)和電池的成本。然而，今天所做的決策是關(guān)于未來幾年將要生產(chǎn)的產(chǎn)品，產(chǎn)品戰(zhàn)略決策可能會為投資決策提供信息，這些決策闡明了更長期的技術(shù)選擇另一個需要考慮的領(lǐng)域是磁體成本的影響。圖2這引起永磁電機的兩種動力系統(tǒng)配置的成本變化。沒有磁體的感應(yīng)電機不受影響。如圖11a所示，使用感應(yīng)電機的動力系統(tǒng)通常在上文討論過的每種類型的變頻器中成本較高。其中一個第八屆CTI中國論壇“汽車動力系統(tǒng)、智能化峰值當今動力系統(tǒng)和電池典型成本的成本數(shù)據(jù)。在這種情況下，盡管競爭激烈，但基于永磁電機的預計到2035年，電池成本將下降，這將減少提高效率磁和感應(yīng)電機的動力系統(tǒng)之間的差異。同樣，隨著變頻器成本的降低，感應(yīng)電機使用較高電流所帶來的影響也會降低。結(jié)合2011年的磁體成本峰值，在圖12b中我們未來幾年專注于特定技術(shù)的制造業(yè)的大規(guī)模投資。制造商可利用的決策數(shù)據(jù)越多，效果就越好。為了制定穩(wěn)健的產(chǎn)品策略，這些決策應(yīng)該充分考慮DSD采用的ePOP系統(tǒng)方法有助于以這種方式評估動力系統(tǒng)產(chǎn)電機等能提高效率得技術(shù)提供了重要價值。然而，當前流行的技術(shù)不一定仍能在未來成為最強價值將會降低。然而，這是在當前汽車續(xù)航里程不會增加的假設(shè)下所做的判斷。如果此類預期持續(xù)增長，那么電池成本將仍舊是主要影響因素，因為增加續(xù)航里程的費用將抵消每千瓦時的ePOP等系統(tǒng)方法能將這些發(fā)展的總體影響考慮在內(nèi)，并進行潛在的權(quán)衡分析。本文還介紹了其他幾個例子，從而說明這種方法的潛力價值。盡管已證明提高效率的技術(shù)是有益的，如SiC變頻器、多速變速器或永磁電機，但為車輛應(yīng)用選擇正確的整體動力系統(tǒng)概念的價值是至關(guān)重AutomotivePropulsionTechno[3]GreatBritain.Departmentfor[5]S.Fra