电驱系统的发展
苏州汇川联合动力
电控研发部 牟超
密级【内部公开】
汇川技术内部资料
注意保密，严禁外传
版权所有© 苏州汇川联合动力系统有限公司
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Contents
01
汇川联合动力简介
02
电驱系统发展方向
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01
汇川联合动力简介
汇川联合动力简介
 成立于2016年
 2017年销售额 1.44亿美元
 2017年累计销售23万套电机驱动器
 729 名研发人员
3.4
3.94
4.53
5.17
2.19
2016
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2017
2018
— 3—
2019
2020
Unit: 100 million Yuan
01
汇川联合动力简介
产品类别
车载充电机
驱动器
OBC
Inverter
无线充电机
Wireless charger
减速机
Gear Box
电机
DC/DC
Motor
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01
汇川联合动力简介
产品一览
客车
物流车
乘用车
高速单减总成
（G1）
动力总成
集成五合一
（G2海外版）
集成五合一
（G2）
集成轻卡控制器
（G2）
E- axle (3
stages)
单机微面控制器
（G2）
单电机驱动器
(G3)
双电机驱动器
(G3)
电机驱动器
直驱电机
（G2）
轮边电机
（G2）
微面电机
（G2）
公路车电机
（G2）
乘用车电机
（G2）
电机
Gen2 3.0kW
Gen3 4.5kW
Gen2 1.5kW
DC/DC
Gen 3 6.6kW
OBC
ICS
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Gen 2 2.0kW
Gen 3 1.8kW&3.0kW
Gen 3 6.6kW
ICS 3.6kW
Gen 3
6.6kW OBC +
3.0kW DC/DC
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Contents
01
汇川联合动力简介
02
电驱系统发展变化
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02
03
电驱系统发展趋势
电驱系统发展需求
智能互连
架构开放
自动驾驶, 远程升级，网络安全
Autosar、安全
续驶里程
充电速度
350~600km
15min80%SOC
高压化
99%
800V
高速化、集成化
整车成本
高速集成式电驱动
接近燃油车
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高效化
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02
03
电驱系统发展趋势
电驱系统高压化需求
AUDI AICON
15min-80%SOC
？
50kWh/500V → 320A
800V – 700km
30min → 80%
SOC
!
Porsche
Mission E
母线电压500V→850V
800V - 400km
15min → 80%
SOC
Benz AMG Project
One
800V – 500km
30min → 80%
SOC
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02
03
电驱系统发展趋势
BAT
CHA
整车高压化变化
电池：更多串联个数
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功率器件耐压提高
INV
结构设计耐压提高
驱动器：新半导体
电机：绕组及绝缘系统设计
损耗增加，
散热难度加大，效率降低
绝缘材料性能提升
绕组结构设计难度加大
DIF
TRM
EMA
CON
高压部件：更高耐压设计
电池管理与均衡难度增大
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02
03
电驱系统发展趋势
高压Sic系统EMC影响
电驱系统EMC干扰主要来自于主功率IGBT模块工作
带来的噪声，sic器件的应用会加大电驱系统的高频干扰。
阻断干扰传导路径是解决IGBT高压干扰的一种方案，设计
滤波器即是最为常见方案，汇川有比较成熟的滤波器设计
方案。




方案优点：
技术成熟
干扰抑制效果明显
便于仿真设计




方案挑战：
高压滤波电路占用空间大
结构设计困难
成本高
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HV-CE原始测试结果（Class5限值）
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加滤波后HV-CE测试结果（Class5限值）
02
03
电驱系统发展趋势
高压Sic系统EMC影响
HV
+
-
5uH
0.1uF
通过控制干扰源在驱动器内部路径，主要思路是分
析IGBT的不同状态下的干扰路径，通过控制内部环路
阻抗方式，达到控制噪声路径的方式。实际应用中分成
两个方面：
0.7nf
AN1K
0.1uF
发射天线
感
性
22
n
H
阻抗低-压降
小-干扰小
三相输出
0.7nf
（1）IGBT模块内部环路控制
HV
-
AN
（2）驱动器内部环路控制
+
死区时干扰路径
HV
+
 方案优点：
 空间、成本都可以做到最优
-
5uH
0.1uF
0.7nf
AN1K
0.1uF
 方案挑战：
 技术难度大
 寄生参数获取
阻抗低
压降小
干扰小
感
性
22
n
H
发射天线
三相输出
0.7nf
HV
-
AN
+
单桥壁关断干扰路径
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03
电驱系统发展趋势
电驱系统高效率设计
38.4%
电池
电控
电机
100
BAT
80
60
40
20
INV
0
0
DIF
TRM
EMA
CON
CHA
24.7%
vehicle velocity(km/h)
37.0%
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逆变器损耗
电机损耗
导通损耗
开关损耗
导通压降、输出
电流、占空比
开关频率、母线电
压、输出电流、
功率因数
铁损、铜损、机械损耗、杂散损耗
磁场变化频率、
电压THD
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电流有效值、
电流THD
200
400
600
time (s)
800
1000
1200
02
03
电驱系统发展趋势
控制策略优化技术
PWM调制优化：DPWM，过调制，变载频
高效率PWM控制
>93
%
>93
%
MAX:
95.2
%
MAX:
94.1%
>92
%
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>85%高效区占比提高3.4%
>92
%
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过调制、方波控制
系统最高效率提高1.1%
>85%高效区占比提高2.7%
02
03
电驱系统发展趋势
目标导向的效率优化技术
确定电机耗能中心；根据耗能中心，进行高效区范围全局寻优

优化方法：快速定位Pareto Front解，实现全局目标最优

优化工具：专业的多目标优化软件+专业的电磁有限元软件

优化效果：高效区更宽，高效区偏低速
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02
03
电驱系统发展趋势
电驱系统高速化
17500rpm
13500rpm
6000rpm
Prius 2017
转速从12000转提升到
16000转
• 直径减少 ~15%
• 轴长减少~20%
• 体积减小 ~30%
Prius 2010
Prius 2004
驱动系统高速化优势：




体积小，功率密度高
结构紧凑，利于总成设计与整车布置
重量轻，利于整车轻量化设计
满足整车动力性需求前提下降低系统成本
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02
03
电驱系统发展趋势
高速化控制技术
控制器输出电频率的要求不断提高
转速 rpm
低载频控制技术
电频率 1.5 ~ 2 kHz
18000
16000rpm
@5pole
pairs
16000
IGBT
14000
电频率 1 kHz @ 5 Pole Pairs
12000
10000
2017
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2018
2019
MCU
2020
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低载频
比控制
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03
电驱系统发展趋势
高速化面临的其他挑战
关键器件
选型
与设计
转子强度
更高的
与转子动
力学
控制要求
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发热与冷
制造
却
与装配
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02
03
电驱系统发展趋势
电驱系统集成化
布局
集成
 优点：
 体积大幅减小
 挑战：
 减少线缆、共用壳体降低成本
 集成冷却管道，简化布置
 系统设计
 系统热设计
 方便整车前驱和后驱的放置
 振动设计
 NVH设计
 整车集成开发难度降低，周期缩短
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电驱系统发展趋势
电驱系统联合仿真模型
 模型中包含整车、电池和VCU，可以模拟电驱系统的“真实”工作环境
 子部件的模型都由对应领域的专业人员进行建模和校准
 基于系统仿真获得电驱系统的优化设计方案（例如转速、转矩、减速比等参数的设计）
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电驱系统发展趋势
合作开发
 复杂度急剧提升
芯片驱动
电控软件需要集成功能安全，网络安全，标定测量，远程刷新，多
核应用等新功能
……
基础软件
 开发周期缩短
车辆3-5年即要求换代，软件开发周期缩短
标定测量
电机控制
 专业化程度提升
功能安全，网络安全等技术门槛高
 安全
使用专用芯片对核心软件进行加密，避免软件被恶意刷新和篡改。
远程刷新
网络安全
车辆防盗
功能安全
电控软件功能示意图
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电驱系统发展趋势
多核化应用
 更强的并行处理能力
独立的核分别运行功能安全Level 1软件，Level2和Level3软
件，实现功能独立和并行处理，减少共因失效。
 更高的计算能力
使用单独的核实现电机控制，能有效提升电机控制器载频，以
便应对电机高速化趋势
 更低的功耗和产热
性能核负责电机控制等计算负载大的任务，效率核负责逻辑处
理，减少CPU功耗和发热
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Core
功能
Core0
运行基础软件
Core1
运行功能安全软件
Core2
运行电机控制算法
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电驱系统发展趋势
合作模式
基于autosar软件开发三种模式
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