31 永磁同步电机中国汽车工程学会标准.docx
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31永磁同步电机中国汽车工程学会标准
上汽荣威E50技术专利分析
中国汽车工程协会
电动汽车产业技术创新战略联盟
北京航空航天大学
北京市科学技术研究院
2016年10月
目录
前言1
第1章附件系统1
1.1电动助力转向系统1
1.2涡旋式电动压缩机4
第2章整车控制6
2.1制动能量回收控制6
2.2整车热管理系统8
2.2.1电池热管理8
2.2.2空调热管理8
2.3VCU智能整车控制系统12
2.4OBD诊断接口16
第3章驱动电机19
3.1永磁同步电机19
3.2电机控制器31
第4章电池35
4.1磷酸铁锂电池35
4.2高压线束41
4.3电池管理系统42
4.4集成式电力电子箱45
第5章充电46
5.1充电桩46
5.2车载充电器49
第6章车辆安全52
6.1碰撞吸能系统52
6.2制动系统53
总结55
图表目录
图1：
上汽荣威E50纯电动汽车1
图2：
上汽荣威E50纯电动汽车2
图3：
汽车转向管柱溃缩防脱落机构2
图4：
电动涡旋压缩机3
图5：
制动能量回收系统4
图6：
电池热管理装置5
图7：
汽车空调的布置方法6
图8：
保护直流-直流转换器的整车控制方法7
图9：
双CPU结构的整车控制器监控系统8
图10：
OBD诊断接口10
图11：
永磁同步电机11
图12：
永磁同步电机安装位置11
图13：
永磁同步电机整体效率11
图14：
集中绕组永磁同步电机12
图15：
内置式永磁电机转子冲片13
图16：
内置式永磁同步电机转子14
图17：
单层分数槽永磁同步电机绕组结构15
图18：
永磁同步电机的转子结构15
图19：
单一冲片构成的分四段斜极永磁电机转子16
图20：
双层分数槽永磁同步电机绕组结构17
图21：
电机控制器18
图22：
正电极材料19
图23：
纳米级离子贮存材料20
图24：
高纯度结晶磷酸铁材料21
图25：
高压线缆多相接头21
图26：
电池管理系统22
图27：
电力电子箱24
图28：
充电桩25
图29：
充电方式与充电时间25
图30：
车载充电器26
图31：
碰撞吸能机构27
图32：
制动控制系统28
前言
荣威（ROEWE）E50是2012年11月由上海汽车工业（集团）总公司推出上市，售价为23.49万，定位为“都市精品纯电小车”，同时面向一般消费者销售，主要满足具有环保意识的时尚用户需求。
荣威E50是一款通过电池和电机有机结合，实现零排放、纯电力驱动的新能源车，采用专为纯电动力而全新开发的整车平台，是中国首款完全意义上的纯电动汽车，在电机、电池的布置和车身的设计过程中，充分考虑了整车性能和人机工程之间的平衡，既获得最好的车内空间，又满足了整车性能目标的要求，减少了碰撞时对人体的伤害。
图1：
上汽荣威E50纯电动汽车
荣威E50是一款双门微型车，采取了2+2的车内布局，如图1所示，主要技术参数见表1。
表1：
上汽荣威E50电动汽车主要技术参数
序号
名称
参数
1
长/宽/高（mm）
3569/1551/1540
2
轴距（mm）
2305
3
整备质量（kg）
1080
4
动力电池类型
镍钴锰酸锂
5
电池容量（kwh/AH）
22.4/77.7
6
电机
永磁同步驱动电机
7
额定功率/最大功率（kw）
28/52
8
电机额定/最大转速（rpm）
3000/8000
9
电机峰值扭矩（Nm）
155
10
续驶里程km（NEDC工况）
170
11
续驶里程km（匀速工况）
220
12
最高车速（km/h）
130
13
30分钟最高车速（km/h）
120
14
（0-50）km/h加速性能
5.6s
15
（50-80）km/h加速性能
4.6s
16
能量消耗率（wh/km）
133
17
慢充
8小时
18
快充
30分钟（10%-80%）
图2：
上汽荣威E50纯电动汽车
荣威E50电驱动力、电控系统均由国际一线大厂供应，技术过硬的配件供应商保障了整车品质，关键零部件供应商见图2和表2。
表2：
荣威E50纯电动汽车动力系统关键零部件供应商
部件名称
供应商
国别
动力电池
A123
美国
驱动电机
华域电动
中国
车载充电器
艾默生
美国
整车控制器
联合汽车电子
德国
热管理系统
贝洱热系统公司
德国
电动压缩机
三电
日本
电力电子箱
联合汽车电子
德国
电子转向
采埃孚转向
德国
充电线及充电口
埃士工业
中国
高压线束
欧托凯勃
德国
第1章附件系统
1.1电动助力转向系统
荣威E50采用了EPS电动助力转向系统，具有低能耗、转向精准、低速轻便高速稳定、出色的回正性等优势。
该系统采用前驱方式，电机和控制模块布局在传统的发动机舱内，电池组则设计在车身底部。
该系统在上海采埃孚转向系统有限公司申请的专利CN201210308727.7中被提及。
该专利描述了一种汽车转向管柱溃缩防脱落机构，见图3。
其特征在于：
所述的吸能钢带的头部向上弯折并设有铆钉孔；所述的溃缩支架为在槽口向下的U形板的左、右两侧板的底部分别设有向外翻折的翼板，左、右两个翼板分别呈前高后低的阶梯状，翼板的后边缘设有向后方开口的“n”形缺口，对应铆钉孔处的U形板的顶板上沿前后向设有长槽孔。
本发明同现有技术相比，零部件减少，结构简单，转向管柱在实现溃缩的同时也能避免掉落，加强转向管柱的频率和刚度；同时吸能钢带﹑调节支架与溃缩支架贴合面间有0.5毫米的间隙，减小了接触面间的摩擦，便于转向管柱溃缩。
图3：
汽车转向管柱溃缩防脱落机构
1.2涡旋式电动压缩机
荣威E50采用漩涡式电动压缩变频技术，特点是效率高、体积小，适用于完全靠电力驱动的纯电动汽车，将开启空调对电池的续航里程影响降至最低。
该在上海三电贝洱汽车空调有限公司申请的专利CN200520047807.7中提及。
该专利公开了一种改进的车用电动涡旋压缩机，包括进气孔、主轴和密闭腔，其特征在于，所述装置进一步包括：
吸气孔，开设在所述密闭腔上，与所述进气孔连通；主轴中心孔，平行于所述主轴的中心线开设，至少包括一与密闭腔连通的第一开口；主轴小孔，开设所述主轴中心孔的孔壁内侧。
本实用新型就是通过增加涡旋压缩机部分部件的工艺结构，形成压缩机内部局部的润滑油循环回路，以实现轴承的冷却和润滑。
图4：
电动涡旋压缩机
第2章整车控制
2.1制动能量回收控制
荣威E50前轮采用带制动能量回收系统的盘式刹车，后轮则是普通鼓式刹车。
该技术在上海汽车集团股份有限公司申请的CN200920287112.4中被提及。
该专利涉及一种制动能量回收系统，其包括主控制器（5）、发电机
（1）及其控制器（4）、储能器
（2）及其控制器（3）、防抱死系统（11）及其控制器（6）、辅助制动系统（8）、真空助力泵（9）、制动总泵（10）、电子制动踏板（7）、轮速传感器（12）以及压力传感器
（1），其中，当目标制动力矩（Fn）小于或等于发电机制动力矩（Fm）时，完全采用发电机
（1）制动并回收制动能量；当目标制动力矩（Fn）超过发电机制动力矩（Fm）时，超出的制动力矩（Fl=Fn-Fm）由辅助制动系统（8）产生并部分回收制动能量；当处于紧急制动状态时，启动防抱死系统（11）进行防抱死控制并停止制动能量回收。
图5：
制动能量回收系统
2.2整车热管理系统
2.2.1电池热管理
荣威E50的热管理系统采用贝洱热系统公司产品。
电池热管理技术在德国马勒贝洱有限两合公司申请的专利DE102013219200.2（CN201410490679.7）中提及。
该发明涉及一种用于特别是机动车辆的、电池系统（20）的冷却装置
（1），所述电池系统具有至少两个电池单元，-具有能够分别由冷却剂流动通过的至少第一和第二冷却板
（2），所述冷却板分别设置成用于与相应的电池单元热耦联，其中在所述第一和第二冷却板
（2）分别设置有第一流体入口（4a）和第二流体入口（3b），所述第一流体入口借助于沿着伸展方向延伸的第一流体管道（3a）与第一流体出口（5a）流体地连接，所述第二流体入口借助于同样沿着伸展方向延伸的第二流体管道（3b）与第二流体出口（5b）流体地连接，其中所述冷却装置
（1）的所有冷却板
（2）的所述流体入口（4a，4b）和所述流体出口（5a，5b）彼此连接，使得在至少一个冷却板
（2）中，沿确定的冷却板
（2）的伸展方向流动通过所述第一流体管道（3a）的冷却剂，反向于所述伸展方向流动通过相同的冷却板
（2）的所述第二流体管道（3b），或者反之亦然。
图6：
电池热管理装置
2.2.2空调热管理
上海贝洱热系统有限公司申请的专利CN201110422218.2中提及。
该发明涉及一种汽车空调的布置方法，具体涉及电加热器与暖风芯体在汽车空调中的布置方法。
本发明还涉及按照这种汽车空调的布置方法制造的汽车空调，尤其是新能源领域汽车空调。
一种汽车空调的布置方法，包括电加热器、暖风芯体的布置，其特征在于：
将所述电加热器、所述暖风芯体均设置于空调箱体内的主气流区内，并垂直气流方向设置；所述暖风芯体和所述电加热器的尺寸，符合以下公式：
d2/d1≥2/3；其中，所述d1=所述暖风芯体的横截面高度；所述d2=所述电加热器的横截面高度。
一种汽车空调，按上述布置方法制造。
本发明解决了现有技术存在的电加热器与暖风芯体换热效率不高、空气压降产生的空调风量损失大的技术问题。
图7：
汽车空调的布置方法
2.3VCU智能整车控制系统
荣威E50采用了VCU智能整车控制器，由上汽集团与博世合作开发，拥有20多个ECU控制单元，采用高速自动化网关（Gateway），实现串行多路数字信号传输，使线束复杂性减低，整车变得更轻、通过减少连接回路数量从而提高可靠性，集成国际先进水平的CAN-BUS系统，能有效提高外控制器之间的传输速度。
该VCU在上汽集团申请的专利CN201210553746.6、CN200810041870.8中提及。
其中：
CN201210553746.6公开了一种用于保护直流-直流转换器的整车控制方法，所述直流-直流转换器与蓄电池相连并向用电器进行供电以便启动所述用电器，包括：
检测所述蓄电池的端电压；以及根据所检测到的蓄电池的端电压，相应地设定所述直流－直流转换器的供电电压，使得通过所述直流－直流转换器的电流处于合适的范围。
本发明还分别提供了实施上述整车控制方法的整车控制器和电源管理模块。
图8：
保护直流-直流转换器的整车控制方法
CN200810041870.8提供了一种双CPU结构的整车控制器监控系统及其实现方法，并设计了安全线监控电路，主CPU负责整车控制，从CPU负责对主CPU的监控，并在主CPU出现异常时，能及时替代主CPU，通过安全线使整车系统进入安全模式，提高系统的可靠性。
本发明的一个有益效果是通过增加一个从CPU，大大减少了由于系统干扰使主CPU程序跑飞而引起的系统安全问题；另一个有益效果是通过在整车控制器中增加安全线监控电路，以及通过安全线与外围控制器直接连接，避免了由于CAN总线出现故障而导致的系统崩溃问题。
图9：
双CPU结构的整车控制器监控系统
2.4OBD诊断接口
荣威E50采用的OBD诊断接口，在德国vectorinformatic公司申请的专利D
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