hofer powertrain最新一代驱动系统的秘密

文摘   汽车   2024-10-08 06:46   上海  

- 关于2024年北美cti symposium研讨会报告解读
- 文字原创,素材来源:Steve King, hofer powertrain
- 本篇为知识星球节选,完整版报告与解读在知识星球发布(全文11,000字)
- 2020-2024,1000+国内外动力系统峰会报告与解析正在进行,欢迎学习交流

导语:2024年5月,在CTI全球汽车动力系统技术研讨会hofer powertrain打出了一套“组合拳”让人印象深刻。这套组合拳是对hofer原有驱动系统方案的全面革新,旨通过技术变革最大限度地提高电动汽车驱动系统的功率密度、降低成本组合拳的5个招数分别是:ONEboard+三电平拓扑(3L)+GaN逆变器Form Litz绕组技术HV Boost功能xONEdrive集成技术
那么,hofer是如何通过系统的价值工程方法来优化电动汽车(EV)的动力系统和组件的呢?针对上述5个技术方案,各自究竟有什么样的优势和特征?面临的挑战和解决方案是什么?又要如何实现?下面我们一起看看。

目录

1.hofer的组合拳
2. ONEBoard+: 一种安全目标与成本目标兼顾的解决方案 
  • 2.1 ONEboard的关键特性和优势
  • 2.2 ONEboard的硬件架构
  • 2.3 ONEboard+的主要特征
3. 三电平拓扑(3L)逆变器
  • 3.1 不同拓扑结构的比较:NVH/EMC优化的秘密
  • 3.2 三电平(3L)拓扑优化的本质
  • 3.3 三电平(3L)拓扑在系统层面的诸多优势
4. 氮化镓(GnN)技术的应用 
5. FLW绕组技术:WLTP能耗优化的秘密 
  • 5.1 Litz线绕组 vs, 发卡式绕组 vs. 拉入式绕组 
  • 5.2 FLW绕组优势:效率
  • 5.3 FLW绕组优势:持续性能
6. xONEdrive技术
  • 6.1 xONEdrive是什么?

  • 6.2 xONEdrive发展历程

  • 6.3 xONEdrive带来哪些组件的减少?

  • 6.4 xONEdrive是如何实现最大协同化设计,以深度集成、downsize系统? 

7. 集成式升压充电
  • 7.1 升压充电的三种方式,选哪个?
  • 7.2 集成式升压充电(方案3)的拓扑与说明
  • 7.3 方案3-集成式升压充电的硬件拓扑电路
8. 总结
注:以上灰体内容节选,完整内容在知识星球发布

01

hofer的组合拳

下图展示了hofer的"组合拳“,即通过通过一系列的创新实践,实现系统性能的提升、产品体积重量和成本的降低、改善部件和车辆的可靠性。这一套组合拳包括:
招数1:ONEboard+
  • 降低开发成本,减少组件数量和单价
招数2:三电平(3L)逆变器拓扑
  • 提高驱动系统的效率 -> 降低电池和车辆的成本与重量
  • 提升电机的持续性能 -> downsize驱动电机
  • 改进EMC、NVH、绝缘性能 -> 实现成本的降低
招数3:Form Litz绕组技术
  • 提高驱动系统的效率 -> 降低电池和车辆的成本与重量
  • 提升电机的持续性能 -> downsize驱动电机
  • 利用先用的工业化产线和技术
招数4:HV Boost功能
  • 减少了不必要的零件和连接口
  • 更好地利用了现有的电力电子技术,让车辆更加高效和可靠
招数5:xONEdrive集成技术
  • 减少了不必要的零件和连接口
  • 充分利用现有的PE技术
  • 实现组件和功能的最大协同作用

图片来源:hofer powertrain

那么,上面这套"组合拳"中的招数有什么特点呢?他们是如何修炼的?又会带来怎样的惊人的效果?


02
ONEBoard+: 一种安全目标与成本目标兼顾的解决方案
hofer的OneBoard技术关键点有两个:
1. 将控制板和驱动板整合到一块面板上;
2. 通过将安全功能从硬件转移到软件,并利用ONEboard配置。
最新的升级ONEboard+,可以兼容功率模块三电平和二电平方案,并且支持不同电机类型(EESM、PSM和ASM),并继承了主动EMC滤波和集成型电流感测。这些技术的应用显著提升了提升了驱动力,并提高了整个系统的效率和成本效益。

图片来源:hofer powertrain

2.1 ONEboard的关键特性和优势 ...
2.2 ONEboard的硬件架构 ...
2.3 ONEboard+的主要特征 ...
注:2.1~2.3详细解读,在知识星球中发布(点击文末"阅读原文"了解)

03
三电平拓扑(3L)逆变器

三电平拓扑(3L),指的是功率器件在每个输出周期内能够产生三种电压水平。通过一对中点嵌位二极管与上下桥臂串联的二极管相连,将功率开关器件进行串联。因此,一般称其为:中性点钳位逆变器 (NPC-Neutral Point Clamping)

这种3L逆变器在逆变器输出上增加了一个电压步骤,使其能更精确地模拟正弦波形。这样做可以大大减少电机中的纹波电流和总谐波失真(THD),进而减少电机损耗、改善系统NVH。此外,较低的共模电压可以减少对电机轴承的潜在损害,而降低的共模电流则有助于提高EMC性能。

从成本角度看,高效率意味着在给定目标范围内可以减少电池容量,从而抵消了PEU的增加的成本。3L逆变器技术还使得能够兼容GaN开关器件,这在未来几年有望为高效EDU系统提供更低成本的途径。下面我们具体看看。

图片来源:hofer powertrain

3.1 不同拓扑结构的比较(1200V/650V, IGBT/SiC/GaN, 2L/3L ...

3.2 三电平(3L)拓扑优化的本质  ...

3.3 三电平(3L)拓扑在系统层面的优势有哪些? ...

注:3.1~3.3详细解读,在知识星球中发布(点击文末"阅读原文"了解)


04
氮化镓(GnN)技术的应用

下面图展示了IGBT、Mosfet、SiC、GaN各自在不同频率、不同功率段的应用范围,另外说明了GaN技术未来的发展趋势。具体,主要有以下几点:

-> 成熟度方面 ...

| SysPro说明:关于GaN技术的特征和应用关键,后续会有专题进行说明,本文仅简要说明,以做参考

-> 性能方面(损耗) ...
-> 成本方面 ...
-> 拓展阅读

hofer与VisIC联合开发的D3GaN方案说明 ...

图片来源:hofer powertrain
注:3.2~3.3详细解读,在知识星球中发布(点击文末"阅读原文"了解)

05

FLW绕组技术:WLTP能耗优化的秘密

hofer powertrain在电机绕组技术方面也取得了重大进展,推出了第五代Form Litz绕组技术。与传统绕组方法相比,该技术提高了功率密度并减少了损耗,除此外,有如下特征:

  • 具备很好的填充率,并已发展到生产成本与发夹式。在高速和高功率相当

  • 高速、高功率下效率优势明显,可潜在地增加车辆续航里程或减少电池尺寸。

  • 提升电机的连续功率密度,改善车辆性能或降低整体重量和组件成本

图片来源:hofer powertrain

下面我们具体看看这一些技术的具体特征、实现方法以及面临的挑战?
5.1 Litz线绕组 vs. 发卡式绕组 vs. 拉入式绕组 ...
5.2 FLW绕组优势在哪里?原因是? ...
5.3 系统级技术特点 ...
注:5.1~5.3详细解读,在知识星球中发布(点击文末"阅读原文"了解)

06

xONEdrive技术
下面介绍下hofer powertrain在xONEdrive解决方案上的技术进展
下图展示的是hofer的xONEdrive驱动平台。通过一致性设计和模块化,帮助用户在一个整体的解决方案中降低成本。据统计这些技术进展已经帮助OEMs在系统层面实现了每单位数百欧元的成本降低,并且随着技术的不断发展和成熟,预计这些成本节约在未来几年还会进一步增加。

图片来源:hofer powertrain

6.1 xONEdrive是什么?  ...

6.2 xONEdrive发展历程  ...

6.3 xONEdrive带来哪些组件的减少? ...

6.4 xONEdrive是如何实现最大协同化设计,以深度集成、downsize系统?  ...

注:6.1~6.4详细解读,在知识星球中发布(点击文末"阅读原文"了解)


07
集成式升压充电
(知识星球发布)

整车高压平台从400V向800V的转变带来了诸多好处,但也使得现有的400V直流充电基础设施变得不适用。为了解决这个问题,常用的解决方案有以下三种:

  • 1. 通过外部DC/DC转换器

  • 2. 通过电池单元互联形式

  • 3. 通过在驱动系统中集成升压充电功能

上述三种方案的优势与不足可见下图的总结,简要解释下:...

图片来源:hofer powertrain

7.1 升压充电的三种方式,选哪个?  ...

7.2 集成式升压充电的拓扑与说明  ...

7.3 方案3-集成式升压充电的硬件拓扑电路

注:7.1~6.3详细解读,在知识星球中发布(点击文末"阅读原文"了解)



08 总结

通过对hofer powertrain 技术方案的解读,我们了解了hofer打出的一套“组合拳”:ONEboard+三电平拓扑(3L)+GaN逆变器Form Litz绕组技术HV Boost功能xONEdrive集成技术。可以看出,这套组合拳是对其原有电动汽车驱动系统方案的全面革新。

本文对上述“招数”逐一进行了说明,讲述了上述这些"招数"的技术特征、实现方式,以及系统层面带来的好处。值得一提的是,当我整理完这篇文章之后,能明显的感受到hofer这些工作背后借用的方法工具:系统工程的思想和价值体系。这一点也是我后续想在[SysPro | 系统工程]专栏中想重点讲解的内容,欢迎持续关注!

以上是hofer在的最新一代驱动系统5个技术方案的解读(节选),由于篇幅限制,本文仅对技术方案做概述,详细子章节内容和完整解读在知识星球 [SysPro| 国际峰会报告解读] 专栏发布 (全文11,000字),欢迎阅读学习此外,针对本文提到的几点技术方向,知识星球中上传了一些方案报告,感兴趣的小伙伴可拓展阅读(如下图)。

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2024年10月7日 晚

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