改变游戏规则——2021上海车展博格华纳推出800 V碳化硅

发布时间:2022-09-19 07:14:06 来源:kok平台在线 作者:kok在线登录网址

  “变者,法之至也。”气候变化正严重威胁人类的生存环境,为积极携手、共同应对,博格华纳在近日发布了新使命·新战略。作为前瞻性驱动系统解决方案的世界领先者,博格华纳正努力成为综合型、碳中和的高端出行供应商,持续引领发展。在本次上海国际车展上,博格华纳推出了改变行业规则,助推电动汽车商业化的800 V碳化硅逆变器系统解决方案。此外,博格瓦纳在本次展会上还带来了电池包电水加热系统、创新扭矩矢量双离合器、iDM电驱动系统、高效涡轮增压器等最新技术及产品,以及用于混合动力发动机的综合解决方案。博格华纳在本次上海国际车展的展台位于2.2馆,展位号为:6BE150。展会期间,博格华纳的技术专家和工程师都将于展台现场向参观者详细介绍最新的产品和解决方案。相关汽车工程师们可以前往博格瓦纳展台参观学习。

  博格华纳作为具有100多年历史的全球汽车零部件领先供应商,与员工、客户和社会携手共建洁净、节能的世界,促进业务发展,创造可持续发展的未来,这就是可持续发展对博格华纳的意义。为了实现这一目标,博格华纳制定了新的可持续发展目标,这不仅有助于凸显其行业领导者的重要地位,更是拓展博格华纳社会影响力的的关键所在。

  移动出行对人们来说越来越重要,但对环境的影响也越来越大。未来十年,混合动力汽车和电动汽车将得到更多的关注。这些因素也一直影响着博格华纳的发展,不断适应新的变化作出改变,并且承诺到2035年实现碳中和。这与博格华纳一贯以“打造一个洁净、节能的世界”的理念也高度一致。

  汽车电气化进程的节奏越发加速,传统汽车转型倍受重视。博格华纳顺应趋势发布了全新使命“提供创新可持续车行方案”并且强化了商用车和售后市场领域的业务来面对电动化的转型。

  为明确可持续发展对业务发展的重要意义,博格华纳依托领先的功率电子技术、优秀的人才、成熟的生产工艺、完善的供应链和庞大的客户基础,让自研自产的产品使移动出行更清洁、更高效。凭借行业领先的多种产品和系统组合,博格华纳定位更加完善,也将全面进入“创新出行时代”。

  用于下一代逆变器的博格华纳Viper碳化硅电源开关可在高达800 V的电气系统下工作,并为用户带来多种优势。它能利用电压的灵活性提升效率、缩短充电时间、延长续航里程、减小电池尺寸。

  2020年12月8日,博格华纳凭借其带冷却功能的Viper碳化硅逆变器荣获欧洲汽车供应商协会(CLEPA)颁发的环境类创新奖。Viper是1款基于碳化硅的电源开关,能够减少70%的开关损耗,提高25%的功率密度。博格华纳电力驱动系统事业部总裁兼总经理Stefan Demmerle博士认为,“它将改变游戏规则,助推移动解决方案的商业化。

  逆变器是电动汽车必不可少的零部件,它将电池组的直流电(DC)转化为交流电(AC),为驱动电机提供动力。每个逆变器内都有1个功率模块,通常由6个半导体开关组成,用于管理流向电机的功率。Viper的全部6个开关的尺寸被压缩,位于2个小型散热器之间,用于吸收和分散热量。这种双面散热结构的设计更加紧凑,使得全新一代逆变器比前几代产品质量轻40%、尺寸小30%。全新碳化硅电源开关同时也提升了工作效率,允许更高的功率输出,兼容800 V的电气系统。

  得益于Viper的独特设计,可升级的解决方案能满足各种产品需求,并能适应较低和较高的电压系统,赋予原始设备制造商更高的灵活性,便于管理插电式混合动力汽车和纯电动汽车所需的多种电压等级。

  作为内燃机、混合动力和电动汽车清洁高效驱动系统解决方案的全球领先供应商,博格华纳在热管理领域为各类用户推出了电池和座舱加热器系列,可为司机和乘客提供舒适的车厢温度,同时为动力电池提供适宜的工作温度。博格华纳为客户提供高压冷却液加热器形式的电水加热系统,可用于车厢、车载电池,以及燃料电池的加热。

  对于电动汽车的动力电池来说,在低温状态下,锂离子的活性大幅减低,同时电解液的粘度急剧增加。在此状态下,电池的性能会大幅下滑,同时也会影响电池寿命。因此,对电池包的加热显得非常重要。目前,很多新能源车上只装配了电池冷却系统,而忽视了加热系统。

  比较主流的电池包加热方式主要是热泵和高压液体加热。从整车厂角度来看,各种选择方案不尽相同。特斯拉Model S参数图片)电池包采用的是能耗较高的电阻丝加热,为了节约宝贵的电能,特斯拉在Model3上取消了电阻丝加热,转而用电机和电子电力系统的废热加热电池。采用50%水+50%乙二醇为介质的电池加热系统,目前受到各大汽车制造商的欢迎,已有较多新项目正处于量产前的准备阶段。同时也有采用热泵加热的车型,但是热泵在环境温度较低时,换热能力较低,没有快速升温制热的能力。目前来看,对整车厂而言,高压液体加热方案是解决冬季电池加热痛点的首选。

  博格华纳高压液体加热器(HVCH)采用超紧凑的模块化设计, 热功率密度高,低热质量和高效率、响应时间快,能为混合动力汽车和电动汽车提供舒适的车厢温度。博格华纳高压液体加热器(HVCH)相对包装尺寸和质量更小、使用寿命更长。后膜加热元件的使用寿命长达 1.5万小时或更久,电源高度灵活并采用冷却剂接通装置设想,还可选配 800 V 快速充电。

  2018年9月,凭借在电动汽车热管理解决方案领域的丰富经验,博格华纳获得欧洲某一流汽车制造商和亚洲某主要汽车厂商的高压液体加热器大批量订单,该订单已经于2020年开始生产。

  博格华纳排放与热系统事业部总裁兼总经理Joe Fadool表示:“我们很高兴能为欧洲和亚洲一流的汽车制造商提供小巧轻便的创新加热解决方案,助力其降低电动汽车的电池消耗,提高乘客舒适度。我们的工程师在座舱和电池加热技术方面拥有丰富的经验,对电动汽车和混合动力汽车制造商的技术要求亦有着深入的了解。”

  作为博格华纳电池和座舱加热产品家族中的一员,高压液体加热器(HVCH)采用最新的厚膜元件(TFE)技术,通过单一设备解决了纯电动车和混合动力汽车市场中,座舱加热和电池热管理技术两大痛点:既能在没有发动机热量的情况下保持座舱温暖,又可调节动力电池组的温度,确保其高效率运作。

  该技术的开发旨在满足迅速产生热量的高性能系统对于热管理的需求。当前和未来车辆的热管理系统将逐渐与内燃机分离,在混合动力汽车中大部分将脱离内燃机热量,直至在纯电动汽车中彻底分离。由于高压液体加热器的加热元件完全浸没于冷却剂中,因而能实现最小的功率损耗。该技术通过在电池组及电池内部保持均衡的温度来提高电池能量表现。

  高压液体加热器的热质量较低,因而具有极高的热功率密度和快速响应时间,电池耗用较少,从而延长汽车电池的续航里程。此外,该技术还支持直接温度感测功能。

  高压液体加热器(HVCH)目前提供单板和双板加热器2种版本,两者都集成于坚固的铝制外壳中,具有出色的电磁屏蔽。单板加热器仅负责电池热管理或座舱加热功能之一,性价比高;双板加热器则可同时胜任2项任务,并且其传热表面比单板加热器大80%左右。

  高压液体加热器有不同的规格,功率范围3 kW至10 kW,适用于各类车型,适用的电源电压为180~800 V。为防止设备过热,系统会在出现故障时自动关闭。

  博格华纳于2019年开发出1款用于电动汽车的创新型扭矩矢量控制系统,仅用一部电机即可取代电动汽车上常见的传统双电机驱动系统。该解决方案极具成本效益,且采用了紧凑型设计,可显著减少布局所需的空间以及系统重量。该系统将于2022 年上半年启动生产并应用于一家世界主流 OEM 旗下的电动汽车。

  博格华纳扭矩矢量系统可以改变分配到每个车轮上的扭矩,从而实现全轮驱动,该解决方案拥有广泛的适应性,同时适用于纯电动汽车和混合动力汽车。

  凭借旗下全轮驱动 (AWD) 以及专业耦合技术及产品组合,博格华纳创新研发了这一扭矩矢量双离合装置;为取代电驱动传动系统上的传统差速器,该装置配有2个离合器,1个内离合器和1个外离合器。传统扭矩矢量分配系统需要2个后电动机,这种方案昂贵且笨重,而博格华纳的技术在降低动力传动系统重量和空间占用的同时,也能帮助提升车辆总体效率。

  “我们的新型扭矩矢量双离合器系统可将浪费的扭矩减至最少,不仅能节省能耗,所需的组件也更少。这是我们利用已有的内燃机和动力传动系统专业技术助力汽车电动化工作的一个极佳例证,”博格华纳动力驱动系统事业部总裁兼总经理 Stefan Demmerle 说。

  博格华纳公司的扭矩矢量双离合器系统基于前轮驱动车型开发。该系统设置在车辆后桥上,可独立发出扭矩指令、从其所在的后驱动桥位置将扭矩可控的分配至后桥上的左、右车轮,对Yaw(指车辆绕其垂直方向轴线的旋转)的加速度形成阻尼或激励效应,从而调控过弯特性、增加牵引力,提升电动汽车的行驶稳定性。

  一般情况下,车辆通过制动、内外扭矩偏移、前后扭矩偏移等手段,建立所需要的Yaw,来确保行驶稳定性。

  综合对比制动辅助、前桥限滑差速、扭矩管理器、扭矩管理器+后桥限滑差速等不同的解决方案可以发现,扭矩矢量系统在操控性和牵引性方面表现出色。博格华纳的扭矩矢量双离合器与驱动电机相连接,并分别对应2个可逆的Gen VI输出执行器(每个离合器分别有1个)。该执行器能够将包括整车控制在内的整个系统软件容纳其中,除了ECU内置温度传感器外无需额外的传感器。

  该执行器以动态形式传输扭矩,以提升转向响应以及车辆的可控性,为客户带来稳定、愉悦的驾乘体验。该系统总质量约21 kg,每个离合器具有 2 600 N•m 的扭矩承受能力,此外还具有在不需要全轮驱动时断开后桥的功能,从而使车辆进入前轮驱动模式,以减少电动汽车的能耗。

  博格华纳EMOD电机式智能分动器基于博格华纳成熟的按需预加载(Torque-On-Demand®)离合系统,具有更快的响应速度和更高的扭矩输出,从而保证车辆在道路及越野环境中实现卓越的性能表现。对于汽车制造商而言,系统极强的可扩展性有助于简化车辆的牵引力校准过程,并轻松集成于从小型SUV到重型皮卡的各类车型中。

  作为EMOD分动器的核心,博格华纳独特的电机驱动旋转凸轮结构能实现可靠的离合器控制和顺畅的档位切换。这一主动离合器驱动技术具有更高的扭矩输出能力、线性离合器响应和无需后轮旋转即可实现的摩擦组预锁止。在坡道停车情况下,该系统能在熄火后保持前/后桥扭矩锁定。此外,EMOD分动箱还配备了博格华纳的HY-VO®分动箱链条系统,进一步提高了分动箱的高效性和耐用性。

  在内燃机、混合动力和电动汽车清洁高效驱动系统方面,博格华纳可以为汽车厂商提供先进的废气再循环(EGR)系统,以减少氮氧化物排放,帮助汽车厂商满足欧六d、国六等最新法规要求。

  博格华纳EGR系统是1种经济高效的发动机内部解决方案,通过将可控比例的废气再循环至进气管,从而显著降低氮氧化物排放。该系统通过优化热吸收,降低燃烧室内的氧气浓度,从而减低气缸温度峰值,以达到减少氮氧化物排放的目的。凭借高热负荷耐受力,这一先进解决方案即使在冷却剂流量极低的情况下也能保证卓越的效率和耐用性。

  博格华纳的EGR模块采用一体化设计,将EGR冷却器、旁路阀和EGR阀等多种技术整合于一个紧凑封装中。凭借最新的一体化EGR系统,博格华纳有能力满足燃油车市场对高效清洁技术不断增长的需求。为客户提供一体化的模块而非单个配件。

  对于混合动力电动汽车和插电式混合动力汽车,博格华纳还开发了创新的废热再回收系统(EHRS),该系统已经于2018年投产。不同于过去尾气一般通过排气管排出并浪费掉,全新的废热再回收系统通过利用尾气中保存的热能来减少机械损失。在发动机冷启动期间,控制阀将尾气引导至热交换器中,从而利用气体中的热能加热车辆子系统中的液体。因此,发动机可以快速升温,从而减少排放并提高燃油效率。同时通过辅助加热可以提高驾驶舱的舒适性。这种经济高效的解决方案凭借紧凑、轻量化设计,可轻松集成于现有车辆中。

  通过将废气再循环(EGR)系统与废热再回收系统(EHRS)相结合,博格华纳充分利用其在传热和废气后处理技术(如EGR冷却装置和控制阀)方面的丰富经验,创造出卓越的解决方案。

  博格华纳的eTurbo™是针对混合动力汽车推出的一个功能强大且高效的解决方案,可以为客户提供决定性的优势,包括提升动力性能、改善油耗、降低排放、以及提升系统效能。eTurbo™将涡轮增压器和电机组合为一体,电机直接耦合在涡轮轴上,可工作为发动机或发电机2种模式。集成的解决方案不仅具有传统废气涡轮增压器的优点,同时因电机的快速响应,带来了eTurbo™更好的快速响应。此外,还可以通过后处理技术和精确的空燃比控制,捕集多余的废气能量,驱动电机发电,同时降低排放。

  eTurbo™在瞬态增压响应方面提升200%以上,同样稳态扭矩也得到很大提升,从而可进一步促进发动机小型化:在不损失性能的前提下,还带来了更低的燃油消耗及排放,尤其适合于米勒发动机的需求。除了提升车辆性能以外,eTurbo™还可以将多余的废气能量,直接转换为电能,可用作辅助电源,或者为电池充电,从而可以减少电池的容量。eTurbo™还可以根据需求,增加发动机背压,通过与废气再循环EGR的配合,来降低排放。此外,eTurbo™的电气功能也可以关闭,关闭后即恢复为传统的涡轮增压器运转。

  早在2019年1月,博格华纳就与欧洲OEM客户签订了供货合同,为其生产的乘用车提供高性能的电子涡轮增压器eTurbo™,这是博格华纳赢得的eTurbo™首份系列生产合同,并计划于2022年开始批量化生产。

  不仅适用于乘用车,eTurbo™在商用车领域也有广泛的应用。博格华纳可提供一系列eTurbo™产品,包括全性能的48 V产品和更高压的兼容架构。此外,客户还可以自由选择集成或半集成电子功率控制模块。

  2019年1月,博格华纳继eDM电驱动模块实现量产后,顺势推出适用于纯电力驱动和P4混动的(iDM,integrated Drive Module)全集成电驱动解决方案。博格华纳紧凑、轻质、高效的iDM产品帮助电动汽车降低能耗,以同样的电池行驶更长的距离。这种先进的多合一电驱动系统解决方案也具有优异的NVH性能,能够满足前沿的电动汽车和混合动力汽车传动要求,帮助OEM设计强劲、清洁、高效的汽车。

  iDM系列产品拥有高集成度、高效率和轻量化的优异特性,提供iDM146、iDM200 、iDM220和iDM220+共4个系列,可根据设计架构和不同应用,轻松集成于乘用车和轻型商用车的前轴或后轴上。除纯电动汽车外,iDM也适用于P4混合动力汽车,即电机位于前轮驱动车辆的后轴上。

  iDM系列产品的主要优势在于其可扩展和模块化的架构,且支持各种齿轮速比和电机尺寸。iDM的工作电压为220~480 V直流电压(VDC)。根据客户的不同的整车电压平台,该系列产品可提供高达160 kW的峰值功率和3 800 N•m的峰值扭矩。这一先进电驱动产品可确保电机平稳安静地运行,而其发卡式扁线定子绕组电机技术可提供卓越的性能和出色的NVH表现。到2025年之前,博格华纳的iDM电驱动系统还将提供峰值功率达到300 kW、峰值扭矩达到4 500 N•m的产品。

  值得一提的是,iDM模块中使用的所有组件均为博格华纳全自主研发的成熟技术,且都可作为高集成模块或独立新能源汽车驱动系统解决方案。此外,该产品支持整车平台各类软件功能需求,并提供支持车辆动态和能源管理的高级版本控制器。其软件架构符合当前市场需求,易集成于AUTOSAR等通用平台,可满足ASIL D安全等级需求。

  为应对现代车辆系统中不断增加的数据交换需求,博格华纳的先进控制器还可与CAN,CAN FD总线和flexray配合使用。

  博格华纳将iDM的核心组件——永磁同步电机、高性能电子控制模块和高效减速机构集成在一起,以尽最大可能缩减布局空间,方便整车厂的整车布置。

  博格华纳iDM的三大主要模块为高速电机、电子控制装置、齿轮传动机构。博格华纳iDM系统采用永磁同步电机,电机最高转速为16 000 r/min,并且可以支持更高速比,从而提升轮端扭矩输出,减小电机尺寸。该电机也采用发卡式定子绕组技术以大幅提升电机的功率密度。凭借该项专利技术,博格华纳的高速电机在NVH性能方面表现卓越。未来,博格瓦纳iDM系统将向体积更小,功率密度更高的方向发展。

  在电驱动系统中,齿轮传动机构是考量1套电驱动系统能否提供灵活的减速比以适应各种客户需求的关键指标之一。博格华纳的iDM系统采用固定速比,目前可为客户提供12.5的减速比,基本覆盖大部分客户各种车型的动力传需求。从市场情况来看,博格华纳的齿轮传动比高于平均水平。

  电子矢量控制系统;为了保证电动汽车通过弯道时的稳定性,博格华纳开发出同轴带矢量控制电机。该系统可以同时控制左右轴的扭矩输出,使得电动汽车具备燃油发动机车辆的电子稳定程序(ESP)能力。博格华纳目前的iDM已集成了开放式差速器,可以轻松实现电机扭矩矢量控制。为了防止车轮一侧打滑(50%的扭矩),另一侧失去动力(50%的扭矩不足以驱动车辆离开),博格华纳还可以加装电子差速锁,从而在车轮一侧打滑时,将打滑侧扭矩设为零,赋予另一侧100%扭矩,从而驱动车辆离开打滑区域。

  电子驻车功能:博格华纳为客户提供可选驻车系统。如果客户车辆上没有装配电子手刹系统,则可选择在iDM驱动系统上加装电子驻车系统,可以保证电动汽车在斜坡上不会溜车,而且省去了电子手刹的费用。

  博格华纳的iDM支持各类软件功能,并提供支持车辆动态和能源管理的高级版本。其软件架构符合当前市场需求,易集成于AUTOSAR等通用平台,可实现ASIL D等安全方面的性能。

  为满足现代车辆系统中不断增加的数据交换需求,博格华纳的先进电力电子设备还可与CAN或CAN FD总线配合使用。

  博格华纳于2017年推出了面向各类汽油发动机汽车的VTG可变截面涡轮增压器,在保持发动机卓越性能的同时提高成本效益,且在设计和材料方面对全新的汽油VTG涡轮增压器做出了优化,使其能在低发动机转速下实现快速响应,带来实现接近瞬间加速的驾驶体验。

  该解决方案也能够与混合动力汽车的新型内燃机系统完美匹配,从而成为未来清洁节能的推进系统的核心组件。汽油机VTG涡轮增压器的推出进一步巩固博格华纳在涡轮增压技术领域的领导地位,让博格华纳成为汽车厂商首选的创新涡轮增压解决方案供应商。

  博格华纳汽油VTG(可变截面涡轮增压器)充分支持米勒汽油发动机对涡轮和压缩机侧的增压需求,可支持米勒发动机实现良好的低速扭矩能力, 以及大功率时的低油耗表现, 提供最合适的增压压力。

  目前,博格华纳已对汽油VTG涡轮增压器的材料和设计进一步优化,使其更坚固,从而能够承受汽油发动机的高热负荷,排气温度能力高达 950 ℃,保证其在最恶劣的条件下也能可靠运行。

  此外,最新的VTG技术配备了1个强大的电动执行器,可控制涡轮上游的压力,快速、精确地调节导向叶片,实现接近瞬时加速的效果和最优化的功率输出。通过改变涡轮机叶轮入口处的流入角度和速度,博格华纳的专利S形导叶片可调节VTG涡轮机的输出功率,在极低的转速下提高热动力和发动机响应速度。

  先进的汽油VTG技术能带来出色的油门响应和平稳的动力输送,同时提高发动机的燃油效率,降低排放,适用于更多类型的汽车。在部分负荷时, 具备优异的效率;在整个发动机工况下, 具有较低的排气压力;可有效支持空气质量系数λ=1;具备良好的加速响应性。在1 020 ℃和1 050 ℃高温下,可实现更高功率密度的米勒循环,并可针对其他米勒循环发动机进行深度定制。

  除了汽油VTG可变截面涡轮增压器之外,博格华纳还给客户提供涡轮增压器的多样性选择,从High-EfficiencyTurbo(HET)高效涡轮增压器到Dual Volute增压器,从球轴承增压器到eTurbo电子增压器等各类产品。

  博格华纳能够为道路和非道路商用车客户提供5~10 L/10~16 L发动机不带EGR或带轻度EGR的High-EfficiencyTurbo(HET)高效涡轮增压器。该产品具有最佳热力学和机械效率,尤其在巡航效率上表现突出,应用于10~16 L的HET能改善SCR催化剂的起燃并且提高了废气旁通阀式涡轮增压器的效率,应用于5~10L的HET优化了发动机低速扭矩和峰值扭矩效率,提高了发动机瞬时响应。

  另外,博格华纳还能为客户提供专门为应用轻度EGR工况而优化的HET版本。应用于非道路商用车5~10 L的HET能优化发动机的峰值扭矩和额定功率。

  博格华纳Dual Volute增压器通过去除公共通道,并将两个气流通道完全分离,能够捕获比双流道涡轮增压器更多的废气脉冲能量。在低发动机转速下,排气脉冲之间的时间间隔更长,且排气流的多少存在较大差异,这种情况下,利用来自发动机的脉冲能比仅利用废气创造出更多的能量,从而更好地驱动涡轮机叶轮。这种在低转速下利用更多能量的能力也是实现快速增压响应的关键,有助于满足现代涡轮增压发动机中对于发动机响应速度的需求。

  博格华纳为4.5~16 L发动机研发了1种新的球轴承增压器。该增压器耐用结实,使用带氮化硅涂层滚珠的球轴承组件,并采用带专利的用于废气旁通或可变截面增压器的挤压油膜缓冲设计,使用寿命可达20 000小时或160万公里,产品可覆盖全系列商用车发动机的应用。

  在未来5年,博格华纳将通过20多亿美元的有机增长举措推动轻型电动车的收益增长,积极追求通过并购等实现的无机增长,加强电驱动系统的能力和规模。针对规模大且增长迅速的市场,利用博格华纳现有技术和能力,及早采取行动与合作伙伴合作,结合有机加无机的方式扩大产品组合,专注于电气化转型、电动车互联方面的技术,用技术助力客户实现强劲的财务增长。

  博格华纳深信能按计划成功实现业务的整合和协同效应,并且坚信,未来几年博格华纳将在汽车行业持续增长,期待2021年博格华纳在新使命·新战略的引领下,战绩再创历史新高。