电驱动系统的成本设计

如何在当今竞争激烈、快速迭代的电动汽车市场中确保今天的正确决策在未来仍然适用？随着技术的快速发展、需求的不断增加和供应链的不确定性，制造商必须在考虑产品范围和性能的稳定性）、电池和变频器技术中其他成本轨迹的影响、钢材价格变化是否会导致研究电气化的现这一目标，制造商面临着诸多挑战，不仅需要大规模建设适用于纯电动车的设施应用，同时许多研究和调查表明，阻止消费者进入市场的三大障碍是成本、“里程焦虑”以及与充电和相高达75%[4]，因此将电池容量降至最低将带来巨大的成本效益。然而，由于“里程焦虑”的普遍存在，保证能令人满意的车辆行驶里程可能会适得其反。因此，了解如何有效利用电池容从一个组件中移除成本会增加另一个组件的成本。例如，选择高能量密度电机可以降低电机成统、逆变器、电机和变速器以及电池中部件的尺寸可以节省成本。提高这些子系统的效率还可第八届CTI中国论坛“汽车动力系统、智能化和电气化”以在给定范围内减少所需的电池容量，从而进一步提高降低成本的可能性。或者，通过提高车用于设计和优化动力系统的传统工具和流程不一定适用于日益复杂的子系统交互，也不一定能满足行业不断变化的需求。这可能会使开发概念架构变得十分耗时、分散，并且过度依赖主观观点，或者偏向于“已知的解决方案”。因此，客观地确定“某种车型的最佳部件组合”以及“一个长期电气化产品战略内容”，这些问题的(DSD)工具的开发。促成ePOP流程速生成包含部件和子系统尺寸、质量以及效率图等输入数据，允许模拟数千种并通过智能成本功能和权衡算法进行比较。这使得对成本和效率（或车辆行驶里程）的权衡评这些问题间相互联系，并通过将优化电气化动力系统和电动汽车视为一个整体来解决。例如，通过使用大容量电池组可以轻松解决“里程焦虑”问题。然而，考虑到英国高级推动研发中心此作为一个单一问题处理可能会导致成本增加，因为电池占车辆总成本的比例可高达75%[4]。因此，用这种方式处理问题显然是不合适的。动力成本和效率的优化必须与整车的优化同步进辆续航里程。这些措施都解决了有关纯电动汽车高级市场的担忧。然而，为了创建健全的产品策略，还必须对关键成本因素的潜在成本波稳健的产品战略将这些成本波动的潜在影响和其他成本的潜在价值考虑在内，同时它们对系统的相对效益也被纳入考量。例如，利用更高级的稀土磁体，同时考虑材料成本波动影响的产品设计，也可能减少变频器电流需求，并创建更有效的系统。反过来，这又可以减少电池容量并进一步提高成本效益。本文将论证ePOP在为工程师提供数据时第八届CTI中国论坛“汽车动力系统、智能化ePOP流程的一个关键特性是能够快速准确地模仿子系统和组件，从而为变频器、电机和变速器变体创建输入数据，并根据应用的需求进行定制[7]。该过程为每个子系统都生成一个模拟成由轴、轴承以及必要的套管支撑的平行轴系统和行星齿轮组。每一个都是根据所需的扭矩和比率来确定大小，从而可以确定代表性质量和功率损耗，然后生成效率图。也可以通过在系统图图4所示为两个变速架构的单操作点的功率损失。三级平行轴变速器比两级变速器成本更高，功率损失更大。然而，由于个别齿轮啮合比较低导致功率损失的原因也各不相同。最后，三级设计实现了更高的总传动比，进而使更小、高速模块产生多种电机设计类型，包括具有多转子拓扑结构的永磁同步电机(PMSM)【表面磁钢该程序接收其他目标的拓扑需求，如峰值或连续扭矩或功率。接着，该程序选择合适的基础几何体，以符合热限值和结构限制内的目标，并迭代多个变量，以生成一系列满足所需规格的可图图6所示为永磁和感应电机单工作点损耗示例。正如预期，减少铜和铁的损耗与磁体损耗相互抵消，这使得永磁电机效率更高。然而，由于磁体含量缺失，感应电机的成本可能会更低，目前正在考虑使用的两大变频器技术是传统的绝缘栅双极晶体管(IGBT)和最近研发成功的碳定制变频器模型，计算变频器效率图、质量和成本，所有这些都是优图图7为IGBT和SiC变频器的损耗示例。通过降低栅极损耗、消除二极管开关损耗，可以发第八届CTI中国论坛“汽车动力系统、智能化图7-IGBT和SiC变频器在给定工作点的损耗分析实例进行性能模拟。后向车辆模型考虑了车辆和部件惯性、滚动阻力、气动阻力、坡度和效率图，允许在公平对比情况下评估和比较不同系统的运行条件。这允许用户识别导致可量化性能优势采用理想化方法模拟多速变速器，对动力传动系统结构进行最公平的比较，避免预定义控制策略的影响。因此，在每一个汽车循环工况期间，车辆每次都能以最佳档位运行。在后置处理过基于每个动力传动子系统的材料成本计算而得出成本函数，该函数针对所涉及的每个子系统架构进行了精确估算。额外成本和重量可根据超过或不达到重量和/或性能目标而增加，或因导循环工况能耗确定的车辆续航里程，并将其与车辆或应用的目标里程进行比较。随后每个动力系统都会收到成本处罚或成本降低，与已实现的里程短缺或过剩成比例。罚款金额是根据每公里行驶成本来确定的，使用的是电池的估计成本，如之前在APC图图2中所示。此方法允许为了了解上述系统方法的优势，我们将定义一个车辆案例研究，并探索电气化动力系统的潜在设计空间。本研究旨在为动力系统及其子系统确定一系列替代解决方案，以及如何权衡几个特本例选择了一款全电动四门轿车，并设定了市场典型性能指标；最低最高速度为160公里/小用典型车辆模拟参数见附录表1。第八届CTI中国论坛“汽车动力系统、智能我们将研究一系列其他可选的动力系统方案，并将主要子系统、变频器、电机和变速器的变化考虑在内。对于电机，我们考虑了两种内部永磁拓扑结构，“V”形和“U”形，以及感应电在WLTC上分析了每一种满足案例研究车辆性能标准所设定的约束条件的动力系统，共计超器消耗更少能源，但使用这种新技术的成本较高。然而，如图图8b所示，一旦考虑到电池成图9展示了与图图8相同的数据集，但分析了所考虑的其他变速器设计的影响；均基于平行轴齿轮的二、三级单速和二级双速。对于更简单的单速配置，我们可以看到齿轮啮合和轴承的数量减少及其相关损失，从而降低了整个汽车循环第八届CTI中国论坛“汽车动力系统、智能化和成本的动力成本然而，双速变速器在两种单速配置下都消耗更少的能源。双速变速器使动力系统的峰值效率区动力系统之间的差异。正如上文变频器的选择，这种性能的提高是以更高的成本为代价。在这机构以及其后的控制要求。图9a可以清楚第八届CTI中国论坛“汽车动力系统、智能化考虑在内，如图9b所示，这种差异就被抵消了，这表明双速变速器的效率优势可以有效地实其他变频器设计此阶段仅从典型模式考虑动力系统和电池的成本。然而，今天所做的决策是关于未来几年将要生产的产品，产品战略决策可能会为投资决策提供信息，这些决策阐明了更长期的技术选择另一个需要考虑的领域是磁体成本的影响。图2这引起永磁电机的两种动力系统配置的成本变化。没有磁体的感应电机不受影响。如图11a所示，使用感应电机的动力系统通常在上文讨论过的每种类型的变频器中成本较高。其中一个第八届CTI中国论坛“汽车动力系统、智能化峰值当今动力系统和电池典型成本的成本数据。在这种情况下，尽管竞争激烈，但基于永磁电机的预计到2035年，电池成本将下降，这将减少提高效率磁和感应电机的动力系统之间的差异。同样，随着变频器成本的降低，感应电机使用较高电流所带来的影响也会降低。结合2011年的磁体成本峰值，在图12b中我们未来几年专注于特定技术的制造业的大规模投资。制造商可利用的决策数据越多，效果就越好。为了制定稳健的产品策略，这些决策应该充分考虑DSD采用的ePOP系统方法有助于以这种方式评估动力系统产电机等能提高效率得技术提供了重要价值。然而，当前流行的技术不一定仍能在未来成为最强价值将会降低。然而，这是在当前汽车续航里程不会增加的假设下所做的判断。如果此类预期持续增长，那么电池成本将仍旧是主要影响因素，因为增加续航里程的费用将抵消每千瓦时的ePOP等系统方法能将这些发展的总体影响考虑在内，并进行潜在的权衡分析。本文还介绍了其他几个例子，从而说明这种方法的潜力价值。尽管已证明提高效率的技术是有益的，如SiC变频器、多速变速器或永磁电机，但为车辆应用选择正确的整体动力系统概念的价值是至关重AutomotivePropulsionTechno[3]GreatBritain.Departmentfor[5]S.Fra