軸向磁通增程式發(fā)電機技術(shù)與應(yīng)用

一、增程器系統(tǒng)簡介

目前混合動力汽車上主要的傳動系統(tǒng)為啟停技術(shù)系統(tǒng)（Start-stop System），皮帶傳動啟動/發(fā)電一體化電機技術(shù)系統(tǒng)（Belt-Driven Starter Generator System，BSG）和集成啟動/發(fā)電一體化電機技術(shù)系統(tǒng)（Integrated Starter Generator System，ISG），其中，ISG系統(tǒng)將電機轉(zhuǎn)子和發(fā)動機曲軸輸出端連接在一起，同時取消了原來的飛輪，相對于BSG系統(tǒng)而言，這種設(shè)計能提供輔助功率，更能適應(yīng)混合動力汽車的使用要求。

ISG系統(tǒng)的發(fā)動機和電動機集為一體，將混合動力汽車的傳動系統(tǒng)進行簡化，有效降低了整車的質(zhì)量，主要由發(fā)動機、發(fā)電機、油箱、發(fā)電機控制器GCU以及發(fā)動機控制器ECU組成，GCU控制發(fā)電機，ECU控制發(fā)動機，GCU和ECU均通過CAN協(xié)議與VCU進行通訊，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效運行其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。ISG技術(shù)在一定程度上改善了發(fā)動機的控制和能源管理，具有很大的發(fā)展前景。

增程器系統(tǒng)組成

由于ISG電機綜合了發(fā)動機和電動機，這使得其具有如下優(yōu)勢：（1）ISG 電機是大功率起動電機，能平穩(wěn)地啟動，非常適合于城市道路走走停停的行駛，而且在這種狀況下可以完全關(guān)閉發(fā)動機，減少污染氣體的排放。（2）ISG 電機可提供輔助動力，在遇到惡劣路況時可提供動力，通過提高汽車的功率，改善了汽車行駛性能。

二、增程器基本運行模型

模式1：純電驅(qū)動模式，動力電池電量充足時，增程器停機，驅(qū)動電機從動力電池取電驅(qū)動車輛。

模式2：功率跟隨模式，整車需求功率穩(wěn)定且發(fā)動機工作在高效區(qū)，增程器發(fā)電直接給驅(qū)動電機，不經(jīng)過動力電池減少效率轉(zhuǎn)換。

模式3：行車充電模式，動力電池電量較低且增程器功率富余，增程器同時提供能量驅(qū)動車輛以及給動力電池充電。

模式4：動力增強模式，當車輛急加速或者爬坡工況需求大功率時，增程器與動力電池同時提供能量驅(qū)動車輛，滿足功力需求。

增程器控制系統(tǒng)整體構(gòu)架構(gòu)

三、軸向磁通永磁同步電機應(yīng)用于增程器

ISG系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于電機設(shè)計與控制技術(shù)，電池技術(shù)和整車控制技術(shù)。目前ISG電機主要采用感應(yīng)式電機，感應(yīng)式電機控制簡單，運行平穩(wěn)，可靠性高。但是感應(yīng)式電機調(diào)速困難，功率因數(shù)滯后。永磁同步電機由于其高轉(zhuǎn)矩特性和較寬的調(diào)速范圍，很適合作為 ISG系統(tǒng)中的發(fā)電機。軸向磁通永磁電機相比徑向磁通電機有著獨特的磁路設(shè)計，能實現(xiàn)電參數(shù)和磁參數(shù)的解耦，具有很高的功率密度和良好的轉(zhuǎn)矩性能，同時空間尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，很適合應(yīng)用在新能源汽車中。

軸向磁通電機與徑向磁通電機磁路對比

四、中豪軸向磁通永磁同步電機在輕卡增程器中的運用

目前純電動輕卡市場而言，100度電的純電動輕卡僅能續(xù)航250公里左右，并且在北方地區(qū)冬季氣溫下降后續(xù)航里程大幅縮短。由于續(xù)航里程的限制，從而衍生出了混合動力和增程式這兩種最佳的解決方案。

混合動力側(cè)重解決傳統(tǒng)柴油卡車取得新能源路權(quán)優(yōu)惠的問題，適用于傳統(tǒng)柴油輕卡大多數(shù)的場景工況。

增程式輕卡更適合日行駛200到300公里的城市配送。另外對于上裝需要持續(xù)電源的專用車（例如冷藏車），增程式相對于混合動力更具備優(yōu)勢。增程式輕卡從動力源來講，一般由一臺發(fā)動機和一臺發(fā)電機組成的一套增程器。動力選擇方面發(fā)動機可分為汽油發(fā)動機或者柴油發(fā)動機，排量根據(jù)廠家選型有所不同，以1.5T至2.5L發(fā)動機為主。整套增程器額定輸出功率40kW-65kW左右。電池度數(shù)則一般攜帶約50度電左右，整體續(xù)航超600km。

中豪45kw增程器發(fā)電機產(chǎn)品

中豪60kw增程器發(fā)電機產(chǎn)品

就在前不久，杭州中豪電動科技有限公司舉行了新型增程式發(fā)電機批產(chǎn)下線儀式，并與濟鈴科技達成50000臺（套）增程器項目戰(zhàn)略合作。中豪電動所開發(fā)的增程式軸向磁通發(fā)電產(chǎn)品具有以下顯著優(yōu)勢：

超薄超輕

增程器整體的輕量化結(jié)構(gòu)方案也是重點考量指標。產(chǎn)品采用雙定子軸向磁通電機技術(shù)，體積較市場主流產(chǎn)品減小1/3，重量降低30%。其扁平化的結(jié)構(gòu)和低速高扭的性能特點完美匹配增程器產(chǎn)品對發(fā)電機的需求。電機安裝完后甚至未超出發(fā)動機的進氣系統(tǒng)。增程器整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計十分小巧，更能適應(yīng)整車裝配的狹小空間，滿足車輛輕量化需求。

增程器系統(tǒng)優(yōu)勢對比

高可靠性

產(chǎn)品的盤式轉(zhuǎn)子采用了行業(yè)領(lǐng)先的碳纖維纏繞工藝，大大降低失效風險，可靠性高；此外，取消了傳統(tǒng)浸漆工藝，采用更為先進的真空灌封工藝，在保證生產(chǎn)過程清潔環(huán)保的同時，結(jié)構(gòu)強度大幅度提升，NVH性能提升明顯；另一方面，產(chǎn)品采用中豪自主研發(fā)的端面水道散熱方式，散熱效果極佳，顯著降低了發(fā)動機熱傳導(dǎo)給電機帶來的不良影響，性能非常穩(wěn)定。

定子總成

低速高扭

由于軸向磁通電機的磁場方向是和轉(zhuǎn)軸平行，磁場為軸向分布，不但磁能密度大，而且交換能量的空間也大，轉(zhuǎn)子設(shè)計為盤式結(jié)構(gòu)，所以電機的轉(zhuǎn)矩密度相比徑向磁通電機大幅提高。

低成本

產(chǎn)品定子鐵芯采用沖卷一次成型工藝，材料利用率極高，較沖壓鐵芯，原料成本降低30%；而軸向永磁盤式電機，其獨特的磁通結(jié)構(gòu)，決定了其軸向厚度比常規(guī)電機薄2/3以上。轉(zhuǎn)子盤與飛輪結(jié)構(gòu)相似且軸向安裝，可代替增程器的飛輪部分，不僅在設(shè)計研發(fā)增程器時較大程度地降低了制造成本，還提高了能量轉(zhuǎn)換效率。

高效節(jié)能

從增程器的發(fā)電效率上來看，產(chǎn)品使用軸向磁通永磁電機去匹配發(fā)動機的最佳油耗點，會讓系統(tǒng)效率更高。在汽柴油發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速僅在1500rpm到3000rpm的工況下，軸向磁通永磁電機的效率高，且擁有很寬的高效區(qū)間。增程器系統(tǒng)綜合效率可達95%以上。高效發(fā)電系統(tǒng)，帶來的直接收益則是車輛的節(jié)油率可達20%以上。

發(fā)動機萬有特性圖? ? ? ? ? ? ??發(fā)電機效率MAP圖

中豪電動積極響應(yīng)國家十四五規(guī)劃，堅持全面電氣化、低碳化、信息化、智能化，秉承“節(jié)能減排、綠色能源”的理念，潛心打造“新型高功率密度軸向磁通電機技術(shù)”，已經(jīng)擁有該領(lǐng)域“高效電機技術(shù)”、“電機冷卻技術(shù)”、“集成電機技術(shù)”等三大核心技術(shù)以及全套批量生產(chǎn)和檢測工藝。中豪電動憑借軸向磁通永磁電機發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢，在增程器發(fā)電機領(lǐng)域首創(chuàng)了以永磁電機為載體，以輕量化、高可靠性、低成本、高效率為目標的增程器系統(tǒng)，受到客戶的一致認可。

審核編輯：黃飛

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