AVL 48V高性能集成式电桥-绵羊汽车生活记录

未来严格的二氧化碳排放限值以及传统车辆的驾驶区域限制，不仅要求对发动机和变速箱做出改进，还对动力总成电气化水平的提升提出了要求。相对于现行的12V供电系统和高压混动系统解决方案，48V系统可能是两者间比较具有吸引力的一种折中方案。48V系统可实现轻度混动，不仅能通过滑行、助推和能量回收实现高级起停等通用功能，甚至还能够满足有限的电动行驶特性，同时保证系统的价格经济实惠。如图1所示，48V技术对于当今车辆的挑战，是非常好的解决方案。

AVL正致力于峰值功率达30kW以上的48V电桥开发，目的是为了在低压系统条件下充分实现混合动力汽车的功能，以适中的成本达到令人惊艳的驾驶性能。相较于传统的48V驱动系统，AVL的新型P4构型电桥应能让客户在纯电动驱动模式下驾驶车辆。对比当前市面上所提供的其他系统，该方案对性能提出了更高的要求。下文将简要介绍48V电桥系统技术解决方案以及其特性。如图2所示，低排放区对传统车辆的驾驶施加各种限制，纯电动驱动模式的重要性日益凸显。

如图3所示，总体而言，48V是降低二氧化碳水平及排放的主流方案。过去，48V方案仅能在轻混和微混车辆上实现，而如今，48V的组件可以支持在强混和插电式混动车辆上的应用，且随着新技术的应用，性能也得到了一定的提升。

如图4所示，通过将传动系的电驱动系统与发动机解耦功能相结合，可最大程度地实现48V系统的潜力，使车辆实现纯电动行驶，由此降低二氧化碳排放，达到与高压强混系统相近的减排效果。为了使效率达到最高以及实现纯电动驱动，目标车辆的布置应为P0或P4构型。

为了对电桥性能规范进行恰当的定义，本文通过一系列的使用工况来确定电桥的扭矩和功率需求。使用工况：

– 路缘爬坡：由静止开始爬坡，在120mm高的路缘处，1个车轮的倾斜角为45°（仅限平整路面）。

-WLTC市区工况下的整车零排放行驶（内城区禁令）：22km行驶里程（欧洲大城市间行驶），最大坡度为10%。

-WLTC和RDE工况下的整车零排放行驶：在零排放车辆模式下完全满足WLTC和RDE要求（仅限市区），混动功能支持速度达130 kph。

如图5所示，所设计的电桥系统要满足目标车辆的布置需求，同时可与传统的四驱后桥相集成。车辆集成了专门的解耦系统，目的是在低速区最大程度地从电气系统的支持中受益。当速度超过130 kph时，电驱动可从动力总成上解耦，从而避免产生拖曳损失，提升总体效率。

逆变器和电机采用水冷。冷却系统以串联的方式相连接，逆变器的冷却出口直接与电机的水套进水口相连，以实现电桥各个元件的最大化集成。

采用带分布式绕组的六相电机，旨在满足低电压水平和低NVH性能下的高功率需求。所采用的电机为永磁同步电机（PMSM），输出外特性如图6所示，电机峰值扭矩达到约140 Nm、峰值功率超过32kW（受系统内部最大电流限制时所表现出的特性）。电气系统的效率与48V混合动力总成全部潜力的发挥有着最为密切的关联。图7为不同温度条件下的电机效率图，高效率（>90%）工作区域占比达75%。此外，鉴于该电机的布置目的是在城市驾驶工况下为车辆提供驱动力，由此，设计了满足城市驾驶要求的最高效率区域，从而使纯电动行驶的效率尽可能达到最佳水平。通过设计优化，在峰值扭矩输出条件下，转矩脉动为5.5%（峰峰值）。

变速箱的布置选择采用中间轴同轴设计，以便在有限的后桥布置空间内完成布置。相较于图8中的其他布置结构，该布置从尺寸紧凑性和轴向宽度的角度而言均为最佳的方案。

在定义电机扭矩和传动比时，常常需要从系统可用布置空间、电机最高转速以及电桥扭矩输出所需定值之中寻求平衡点。变速箱的输出轴最大扭矩达1260Nm，在有限空间内电机能够输出的最大扭矩为135Nm。综合电机的最高转矩及混动模式下达到130 kph车速的要求，确定减速比。当车速超过130 kph时，则可通过解耦元件断开车轮与电驱动桥的连接，从而防止拖曳损失的产生。变速箱设计的概览见图5。

AVL的六相逆变器如图9所示。扭矩、转速控制以及降额功能将通过CAN实现。完成诸如旋变器角度标定和电流传感器标定等服务功能的集成。将逆变器集成到电桥壳体内，由此构成一个逆变器和电机的联合冷却回路，减少接口数量，最终降低系统的复杂性和成本。通过对元器件的布置方式及散热结构的优化设计，有效提升了逆变器的最大相电流输出能力，满足电桥的峰值特性输出。