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Audi e-tron 的电驱动平台
话题文章
在电机这个传统技术领域,燃油车的资本还是很丰厚,只是能量利用上做得不好。
e-tron 的电驱动平台,有 2 种电机,一大,一小,均为异步电机,二者在设计上基本相同,体积上有区别。每个电机所对应的电控也基本类似,软件的版本不一样。
  • APA250:小电机,平行出轴,250Nm;
  • AKA320: 大电机,同轴,320Nm;
  • APA320:大电机,平行出轴,320Nm;
  • ATA250:小电机,双电机同轴,500Nm。

电机的基本参数如下:

根据不同的车型和需求,选用不同的配置。
Audi e-tron S Sportback 轿跑是奥迪今年推出的 3 电机车型,也是全球第一个量产的 3 电机电动汽车,这个与特斯拉 Model S Plain 版本在电机的布置上类似。
e-tron S Sportback 采用后轮两个小电机,前轮一个大电机的方案,推测就是 ATA250+APA320。

我们继续把 APA250 的内部结构打开,看下里面的主要部件设计,电机的定子(stator)、转子(rotor)和变速箱是三大重要结构件,电控是唯一的控制单元。这些电驱动系统都是在奥迪匈牙利 Győr 工厂生产的。

我们先打开电控来看下,这个玩意除了进行软件层面的所谓控制之外,就是需要对电池包的直流电和电机所需要的交流电进行转换。当年,发明直流电的爱迪生,和他的徒弟-也就是发明交流电的尼古拉·特斯拉,打了一个世纪的战争,也没分个胜负,所以总需要有个家伙来调和一下,否则两种电流不能直接互动(只是个象形的比喻!)
电控的主要参数如下:

可以看出,10 秒持续的最大电流为 530A,一直持续电流最大为 260A。壳体是铝制的,轻量化的考虑;电控三相输出到电机的那个位置,特别考虑了密封,奥迪新设计了一种密封件,再配合上 EMC 密封圈,以确保密封、电磁屏蔽。很明显,电控的核心东西是 Module rack 这个玩意,我们再把它打开来看下:

这个电控系统是奥迪第一次自主研发的,这种趋势有利于整车企业更好的整合零部件,功能和车的集成。这里面核心的有3个硅基电源模块(power modules),这三者安装在 Module rack 中,从而形成 B6 脉冲逆变器。电源模块在 rack 中被双面冷却,以保证有效的热管理。整个 rack 的高度为 82mm。对于相位电流的检测尤其重要,Audi 将这个硬件电路的功能安全等级定为 ASIL D,即最高等级。传感器的电流值每秒读取 10000 次。
接下来,我们打开电机来看看,主要看电机的定子,和转子。
定子如下:

定子的叠片铁心厚 0.35mm,48 齿,通过特殊的胶连接在一起;铜线圈采用分布式,铜的填充率超过 47%。整个电机的绝缘等级为 H 级。
转子如下:

转子为鼠笼式,58 齿铁心叠片,鼠笼设计有散热风扇片,能够起到基本的被动散热,转子的最大的温度限制在 180°C。除了基本的散热外,转子内还有液冷系统。这样,即使在最大的 15000 转速下也能保证转子的温度。

电机输出的功率和扭矩是非常受温度影响的,良好的热管理对电机来说同样重要,对于整车不同的工作模式,以 10 秒持续输出、60 秒持续输出的峰值功率,和正常行驶的持续峰值功率为例,电机输出功率和扭矩如下两图:



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