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德系汽车厂商电驱系统分析-大众篇(下)
2022-09-29
发动机卡森


车用电驱系统发展日新月异,每个汽车厂商都在不断地发布新的电驱系统以在电动车辆市场竞争中占据有利位置,德系汽车厂商亦然。同大多数汽车厂一样,大众汽车最开始的电动车型是基于现有燃油车平台MQB/MLB改造的油改电车型,随后陆续发布了电动车的专有平台MEB,高端电动平台PPE以及性能版电动平台J1, 再往后会进化到取代之前所有电动平台的SSP可扩展性系统平台。

上篇内容中,主要对大众汽车油改电车型电驱系统的发展进程进行了梳理,本篇主要内容为大众集团奥迪和保时捷上所使用的电驱系统介绍解析。


大众集团奥迪和保时捷的电驱系统: 


Audi E-tron家族

作为大众集团旗下的豪华品牌,2019年奥迪推出了纯电动奥迪e-tron版本,从此e-tron成为奥迪纯电动技术的标志性语言。

e-tron电驱共有四个版本,隶属于e-tron 50/55的APA250,AKA320和隶属于e-tron S的APA320, ATA250, 而且都为异步感应电机。上篇里面我们提到过,A代表Antrieb 驱动系统,这里的PA代表Parallel Axial,KA代表Ko-Axial,即Co-Axial(德语中很多K开头的单词都对应英语C开头的单词,例如德语Kulture对应英语Culture),后面的数字还是表示取整后的峰值扭矩。ATA250比较特殊,里面包含了两个APA250里面的电机和电控单元,减速器结构和速比上依然沿用AKA320的同轴结构。四个电驱系统之间的逻辑关系见图1,性能参数见图2。

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APA250: 

三合一前驱电驱总成,异步感应电机,峰值功率135kW,峰值扭矩247Nm,最高转速每分钟15000转,减速器使用的平行轴结构,总减速比9.205:1,系统总重量为118kg。

在电机冷却系统方面,定子、转子轴和前后轴承座采用水冷方式,转子轴水冷结构中采用机械密封冷却水管与转子轴。控制器功率模组均采用插装式双面水冷。在零部件生产制造方面,电机为奥迪自研,减速器来自于舍弗勒集团,电机控制器功率模块来自日立。


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AKA320:

三合一后驱电驱总成,异步感应电机,峰值功率165kW,峰值扭矩314Nm,最高转速每分钟15000转,减速器使用的同轴行星齿轮结构,总减速比9.08:1,系统总重量为128kg。在前驱系统里面采用了同轴结构,可以在更加紧凑的空间内方便布置,同时也能满足高传动比的要求。


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APA320:

E-tron高性能S版电驱系统的三合一前驱电机,奥迪在高性能版里采用了套娃设计, APA320的驱动电机来自于AKA320, 减速器来自于APA250,所以电机性能参数套用APA320的,而减速器结构和加速比套用AKA320的(同轴,9.08)。逆变器更是整个家族共用,仅在软件版本和DC接口方面有所不同。这样通过模块化设计的方式,可以搭配不同级别的车型使用,提供不同的动力输出,满足车型差异化的需求;同时,模块化的设计又降低了研发成本、周期和供货成本,充分体现了欧系模块化设计血统的纯正。


ATA250: 

S版的三合一后驱电机总成,驱动电机来自于APA250,不过配置了2个电机;减速器来自于AKA320,同样左右半轴各自配置了一个同轴行星减速器,系统总重量155kg。由于左右车轮可以通过独立的电机实现差速功能,所以在减速器内无须配备差速器,可以理解为中央布置的轮边电机。这是全球第一款量产的双电机电驱系统,由大众位于匈牙利Györ的发动机工厂制造。


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作为2019年发布的电驱产品,在今天看来无论在性能参数上,还是技术先进性上也只能算中规中矩,值得借鉴的是其模块化的设计理念和首款量产双电机产品带给我们的启示。



Taycan电驱系统

大众集团下面的性能王者-保时捷旗下的首款纯电动跑车量产车型中所使用的电驱系统,是在2019年保时捷70周年庆典上推出的Taycan,分为Turbo和Turbo S两款。Taycan是第一款系统电压可达到800V的量产车型,并且是电驱动系统、功率电子、充电系统等都采用800V的硬核800V系统,并非采用串并联组合及DC/DC方式实现的部分区域800V系统。这样,整车可以实现高压快充,系统低散热等高性能体验,另外一方面众多的高压部件也使系统成本急剧攀升,时下若非保时捷动辄百万的售价,其他品牌很难进行相应成本吸收。Turbo和Turbo S车型电驱系统在性能参数上略有区别,但差异不大。


Turbo前驱电驱总成:

三合一,永磁同步电机,峰值功率175kW,峰值扭矩300Nm,最高转速每分钟16000转,减速器使用的同轴结构,总减速比8.05:1,电驱总重量为71kg。值得一提的是,在Taycan电机中,定子绕线都采用扁线Hairpin绕线,提升了满槽率及电机功率密度。


Turbo后驱电驱总成: 

三合一,永磁同步电机,峰值功率335kW,峰值扭矩500Nm,最高转速每分钟16000转,减速器使用的平行轴两档结构,减速比16/8.05:1,系统总重量为170kg。这套两档减速系统,算是实现了特斯拉Model S在设计之初无法实现的2档减速机构,以解决高速工况下的电机效率问题。放在发动机变速箱领域来看,这个两档的减速机构算是非常简单,可以称之为一个2AT的减速机构,区别在于电机最大转速16000转远高于发动机最大转速,以及带来的高减速比的差异。在宝马i8电动车上,也看到过GKN提供的类似减速系统。


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END

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标签: 新能源 三电系统 OEM整车厂
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