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汇川: 新能源汽车电控技术——品质与安全并重

2016年08月25日 10:37:21 中国传动网

最近几年,中国汽车行业整体增速放缓,但新能源汽车市场却逆市飞涨。2015年中国新能源汽车的销量首次超越美国,成为全球第一大新能源汽车市场。电机、电池和电控系统是新能源汽车产业链中的核心部分之一,也是目前各类新能源汽车在技术开发上的重要环节。深圳市汇川技术股份有限公司作为专门从事工业自动化控制产品的研发、生产和销售的高新技术企业,在电机控制领域的应用需求变化与技术开发动向有哪些。本期《控制与传动》采访到深圳市汇川技术股份有限公司汽车电子产品线总监张伟先生,其向我们解答了对目前国内新能源汽车市场状况的看法以及电机控制在这一应用领域的开发运用情况等问题。

新能源汽车快速发展为电机控制器市场带来契机

新能源汽车的快速发展,促进了汽车产业转型升级、抢占国际竞争制高点,同时也推动了绿色发展、培育新的经济增长点。受政策扶植,国内新能源汽车经过几年的市场性选择,部分车型,例如城市公交车,通勤车等已经进入半政策半市场驱动性发展,物流车也迎来发展契机。电机控制器作为新能源汽车里重要的一部分,新能源汽车快速发展为其市场带来契机。

汇川由传统工业变频器领域进入新能源汽车电机控制器市场。传统的工业变频器质量,通过年综合失效率把控,而汽车行业则是采用PPM指标控制品质。尽管传统工业变频器与新能源汽车电机控制器在底层的驱动技术方面存在共通之处,但是对于车载产品的使用环境、控制对象以及对可靠性、经济型的要求皆有很大的变化。新能源汽车市场的发展,对IGBT、控制芯片、传感器、结构及散热、接插件、薄膜电容等上游元器件商家带来挑战与商机。对控制器厂家而言,行业的兴起带动了销售额的快速上升。近三年,汇川的电控产品销售量几乎每年以翻倍的速度在增长。

在探索中谋得电机控制器新发展

目前,国内生产控制器主要有汇川、上海电驱动、上海大郡、深圳蓝海华腾等厂家。电机控制器厂家的市场既有细分也有重叠的部分。在客车与物流车领域,主要是国内的独立电控厂家向整车厂提供产品。而乘用车领域,既有联合电子、大陆等外资企业,也存在少数独立研发的电控厂家。

汇川IEVD151- 40Z45GL电动汽车驱动器集成高压配电舱,可为快充、慢充、空调压缩机、DC-DC、PTC暖风机提供接口 

由于电机控制器行业发展良莠不齐,市场发展仍不成。在一些大型的的整车厂注重产品的安全、质量和性能,而在很多中小型车厂却得不到保证。特别在物流车行业,普遍存在着终端点单的情况,其中的利益格局更为复杂,性价比未必是选择的主导因素。就行业竞争来说,性能、价格、交期、质量、新产品开发的时效性等,都是各大厂商的重要竞争点。

汇川的新能源汽车电控之路经历了从乘用车到商用车再回到乘用车的轮回,在探索中形成自己的电控之路。

缘起吉利和众泰的相关项目,汇川进入电机控制行业。之后由于整车市场没有大的发展机遇,并且整车厂存在较强的自制电控冲动,汇川调整了主攻方向瞄准商用车领域。通过和全球最大客车厂宇通的合作,汇川开发、完善了自己的商用车产品线。极具创新意识的宇通,对供应商能力管控非常严格。与宇通合作以来,汇川配合开发了多款有竞争力的产品,其中包括“五合一”等在内的车辆全集成动力总成的概念,深入人心。

传统客车在以往,通常会在卡车的二类底盘上进行改装,整车的动力布置与现在的物流车是一致的,意味着客车的电控可以较为方便的移植在物流车上应用。汇川在风起云涌的物流车市场上也有所收获。到2015年中期,汇川思考如何在未来拥有最大市场容量的乘用车领域占据自己的一席之地。通过对标分析,汇川发现国内的技术现状距离乘用车的真正要求还有较大的差距,这种差距不但体现在单机的技术水平,也体现在系统化的能力上。针对此结论,汇川实行“走出去,请进来,本土化”的战略。汇川在国内拥有巨大基本盘的商用车市场地位,与欧洲顶尖公司(奔驰、宝马电控供应商)的保持技术合作关系。同时通过技术能力(而非特定产品的引进消化)、本土化研发和制造、提高效率和降低成本等方式获得合作伙伴的青睐。

伴随着未来一段时间的国内新能源汽车市场补贴退坡的加速,张伟先生认为应该从以下三方面应对。第一,巩固商用车基本面。新能源商用车的市场将会日趋成熟。由于早期客户较好的示范效应,让越来越多线路相对固定的客户认识到新能源汽车的优点,产生自发性的购买意愿。其次,新能源车存在很大吸引力,其使用的成本大大低于传统车;第二,通过技术创新,采用新材料、新工艺、新器件,开发高功率密度、高集成度的产品,从方案上降低成本。第三,开始布局全自动化生产线,在未来批量的支撑下,可有效的降低制造成本,提升质量。

“质量,安全,成本”是目前电机控制的主要技术开发重点

现阶段新能源汽车市场对于电机控制器产品提出了高效率、高的功率密度、高可靠性、功能安全和低的成本的要求。高效率,是为了提高续航里程降低电池用量;高功率密度是为了实现整车布局及碰撞要求,同时实现车辆的轻量化;高可靠性,由于车辆工作的环境比较苛刻,在温度上,如在阳光下,车辆温度可达80摄氏度,冬天则低至零下30多度;在振动上,由于车辆行驶在各种各样的路况,振动也非常严苛;一辆家用轿车的寿命一般在15年,因此可靠性也非常关键。

“质量,安全,成本”是目前在电机控制主要技术开发重点。

汽车行业对质量的要求非常之高,如丰田对质量的要求是10ppm。这个要求对国内厂家是一个比较大的挑战。汇川在质量方面,在开发流程即严格遵循TS16949和ISO26262的规范。可靠性是设计的重点,从器件选择到单体的认证,再到PCBA的可靠性验证,最终到整机,可靠性在每一个环节都作为一项尤其重要的考核标准。在产品使用寿命而言,焊盘通过可靠性测试、过孔的切片分析再到器件解刨分析等层层考核,最终实现产品15年寿命与40万公里的目标要求。在安全方面,主要围绕ISO2626标准,制定满足标准的系统方案,并通过认证。成本方面,主要是通过技术优化实现成本降低,如采用IGBT定制,霍尔自制,旋变信号软件解码等措施。

总而言之,汽车行业是一个规模制造,对安全要求极高的行业,控制器作为其中最重要的一部分,其质量要求也是极其严格。ppm等级客户不会选用质量不达标控制器,因为不合格的控制器会使厂家汽车存在被召回并索赔的风险。

单纯质量上达标还远远不够,电机控制的各项技术优化仍在路上。未来,电机控制将通过IGBT、SIC芯片及封装技术和软件算法优化实现控制器效率高于98%;通过器件IGBT、电容、霍尔传感器、铜排等的定制提升功率密度到20kW/L以上;对环境适应性变得更高,控制器的防护等级在IP67,甚至IP68的等级,保证车辆在各种工控下安全运行。如在暴雨天气车辆被水淹没控制器情况下,车辆还能够正常运行。而随着车辆电器设备越来越多,电磁干扰对车辆的安全运行及电器设备的正常工作,也显得至关重要。对EMC的要求将会提高到class5的等级。随着汽车智能化的发展,辅助驾驶及未来的自动驾驶的普及对车辆安全要求越来越高,因此未来对功能安全的等级将会达到ISO2626ASILD。随着新能源汽车量越来越大,成本是制约新能源车发展的一个关键因素,高质量低成本也将是未来通过技术手段攻克的一个关键。

汇川最新的电机控制器是第三代乘用车控制器产品,目前已经进入B样开发,今年11月份进行整车路试。与市场同类产品比具有EMC等级高class5,功率密度高17kw/L,满足ISO26262ASILC的要求,软件采用autosar架构,同时代码全部实现建模自动生成、设计寿命长15年40万公里和成本低等特点。

供稿:《控制与传动》2016年第5期

本文链接:http://www.chuandong.com/news/news.aspx?id=185623

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