​BorgWarner amplía sus ofertas de plataforma iDM

Con una tendencia cada vez mayor hacia la propulsión eléctrica, también existe una demanda creciente de componentes de electrificación flexibles que cumplan con los requisitos de diferentes arquitecturas de vehículos. Al mejorar permanentemente la cartera mediante el desarrollo de tecnologías innovadoras y adquisiciones que contribuyen a la experiencia de la empresa, BorgWarner se ha posicionado para acelerar su crecimiento en productos de electrificación y soluciones de transmisión. 

La última generación del módulo de conducción integrado (iDM) de BorgWarner, por ejemplo, es fácil de instalar, probar y correlacionar, y ayuda a los fabricantes de automóviles en el diseño de vehículos híbridos y eléctricos eficientes. Basado en una arquitectura común, combina electrónica de potencia, motor eléctrico y componentes mecánicos en una sola unidad eAxle, lo que permite el rápido desarrollo de aplicaciones de propulsión primaria y secundaria y ayuda a los fabricantes a cumplir con estrictas exigencias de sostenibilidad y normas de emisiones.

BorgWarner amplía su oferta de módulos iDM.

Con su capacidad para diseñar, probar y fabricar sistemas completos de electrificación para automóviles de pasajeros y vehículos comerciales, BorgWarner puede realizar el diseño de motores, electrónica de potencia, transmisión y software internamente para desarrollar soluciones de sistemas totalmente optimizadas y altamente integradas para una amplia gama. de aplicaciones.

La primera plataforma de sistema iDM de BorgWarner, la iDM200 desarrollada en 2018, utiliza el motor de horquilla HVH200 de 200 mm de diámetro exterior con un rotor de imán permanente interior (IPM), que fue diseñado para cumplir con los requisitos de rendimiento que van de 80 a 150 kW. El siguiente paso fue el desarrollo de un nuevo sistema iDM para aplicaciones de vehículos más grandes y potentes. La plataforma iDM220 está diseñada para operaciones en el rango de potencia de 150 a 250kW cuando se utiliza en sistemas de 400V, o hasta 500kW en forma de 800V. Para ello, se diseñó una nueva máquina HVH220 (220 mm de diámetro exterior). 

Módulo iDM 220 actualizado en 2021.

El nuevo concepto HVH220 ajusta el tamaño correcto de los conductores para devolver la densidad de corriente a un rango ideal que coincida con la innovadora estrategia de enfriamiento de aceite del iDM220. Esto permitió una reducción promedio del consumo de energía de 250W sobre el ciclo de manejo del WLTC (Procedimiento de prueba de vehículos ligeros armonizado a nivel mundial), lo que representa una mejora del 22%.

El sistema de refrigeración, requisitos de rendimiento

Otro aspecto importante del desarrollo del sistema iDM es su diseño de enfriamiento, ya que se puede aprovechar para reducir los costos generales al permitir el uso de motores y componentes electrónicos más pequeños y de alta densidad de potencia. El enfriamiento del sistema es fundamental para extraer el máximo rendimiento del iDM mientras se mantienen los costos bajo control. Por lo tanto, BorgWarner ha desarrollado soluciones refrigeradas por agua y por aceite.

Los costes más bajos del sistema, sin dejar de cumplir con los requisitos de rendimiento y paquete, se logran combinando el circuito de enfriamiento del motor y el inversor. Normalmente, el motor es parte del circuito de agua etilenglicol (WEG) después de la electrónica de potencia y se enfría a través de una camisa de agua que rodea el estator. Este enfoque de enfriamiento está limitado por el área de superficie del diámetro exterior del estator, que depende de la conducción desde la fuente de calor a través de las laminaciones del estator hasta la mezcla WEG.

Cuando se solicita un mayor rendimiento, la refrigeración directa de aceite se convierte en una solución más interesante para la gestión térmica. Utilizar el aceite de la caja de cambios para enfriar el motor puede mejorar la transferencia de calor y, por lo tanto, el rechazo total del calor del sistema, aumentando así su rendimiento. Sin embargo, se necesita una bomba eléctrica para lograr los caudales necesarios para un enfriamiento eficaz del aceite, lo que aumenta el costo y la complejidad del sistema. Además, el aceite ahora se usa como disipador para obtener más calor, por lo que a menudo se agrega un enfriador de aceite para mantener las temperaturas del aceite dentro del rango de operación. Pero el costo de estos componentes se puede equilibrar con los ahorros en la máquina eléctrica. Además, las soluciones de enfriamiento de aceite incluyen características de diseño novedosas para minimizar las pérdidas del sistema mediante la eliminación de sellos de alta velocidad y el batido de los engranajes.

Este enfoque también utiliza enfriamiento directo del aceite del rotor para extraer calor del núcleo del motor eléctrico, lo que permite un par y una densidad de potencia más altos. Estos beneficios conducen a mejoras a nivel del vehículo en el alcance u oportunidades para reducir el tamaño de la batería, lo que resulta en un beneficio neto.

Plataforma flexible

Mediante el uso de un enfoque de bloques de construcción, cada sistema iDM está diseñado para ser flexible en términos de la configuración del devanado del motor y la longitud de la pila, la selección del módulo de potencia, la relación de transmisión y la refrigeración. Esto permite que las soluciones se adapten al rendimiento del cliente y las necesidades de embalaje sin tener que empezar desde una hoja en blanco, lo que se traduce en una ejecución más rápida y un coste reducido. Además de las funcionalidades básicas, se han desarrollado complementos del sistema que pueden integrarse opcionalmente, incluidos los sistemas de estacionamiento, desconexión y vectorización de par.

Expansión de la cartera de productos electrónicos

Con la adquisición de Delphi Technologies en 2020, BorgWarner ha fortalecido su posición en electrificación al expandir su cartera de productos. Entre estas nuevas tecnologías, la familia de dispositivos de energía Viper permite avances significativos en la capacidad de desarrollo de sistemas de BorgWarner. Las versiones Viper de silicio o carburo de silicio ofrecen a los diseñadores de sistemas una solución para cubrir casi todos los niveles de potencia en sistemas de 400 V y 800 V. Los dispositivos aprovechan la refrigeración de doble cara para maximizar la utilización del silicio. El enfriamiento de doble cara permite una reducción de hasta un 50% en el área de los semiconductores para obtener el mismo rendimiento. Los módulos Viper también eliminan la necesidad de uniones de alambre, lo que mejora el rendimiento y la confiabilidad del producto. 

Los módulos de potencia son físicamente del mismo tamaño, lo que permite la intercambiabilidad dentro de un espacio de embalaje determinado. Esto permite que las soluciones del sistema se desarrollen utilizando componentes básicos comunes que se pueden adaptar para que coincidan con el rendimiento requerido del sistema. Entre la familia de productos Viper se encuentran MOSFETS de SiC con clasificaciones de 750V y 1200V. Estos dispositivos permiten una reducción de la pérdida del inversor de más del 50% en comparación con sus homólogos de IGBT de silicio para aquellas aplicaciones que exigen la mayor eficiencia.

Integración de sistema

Al desarrollar la nueva solución de motor IPM con un diámetro exterior de 220 mm, combinándolo con el módulo de potencia Viper apropiado e integrándolo en una caja de engranajes utilizando una reducción de engranajes de eje intermedio paralelo de baja pérdida con un sistema de estrategia de lubricación y enfriamiento de aceite de alta eficiencia, los diseñadores pueden reducir el consumo de energía promedio del sistema WLTP en casi 700 W a 60 ° C. 

La combinación equilibra el rendimiento del sistema, así como los costos, y permitió construir y entregar con éxito las dos primeras variantes del sistema de la nueva unidad de transmisión iDM220 de BorgWarner. El primer sistema con una potencia máxima de 170 kW y el segundo sistema con una potencia máxima de 225 kW.

Mejoras de NVH

Con los objetivos de rendimiento alcanzados como se describe anteriormente, se desarrollaron e implementaron herramientas específicas en los procesos de diseño, análisis y prueba para optimizar las características cruciales para el comportamiento de NVH. Por lo tanto, se pudieron cumplir los objetivos de diseño liviano y, al mismo tiempo, se mejoraron la deflexión y la dinámica de la carcasa. A nivel de transmisión, las soluciones de diseño único que aseguran la resistencia y durabilidad de los engranajes minimizan simultáneamente los errores de transmisión de la malla de engranajes para un mejor NVH. 

Además, el proceso de diseño dio como resultado una optimización de la ondulación del par electromagnético en la máquina electrónica y una reducción de las fuerzas radiales junto con un rendimiento mejorado en el par de salida total y la eficiencia.

Resumen

Al integrar una transmisión de última generación junto con un motor eléctrico y una electrónica de potencia personalizada, el iDM de BorgWarner puede ayudar a la industria automotriz en el desarrollo de automóviles de pasajeros y vehículos comerciales más limpios y eficientes. 

El enfoque modular para la integración y el desarrollo de sistemas significa que BorgWarner puede ofrecer a los clientes una solución que se adaptará a casi cualquier necesidad del vehículo, proporcionando componentes compactos, livianos y eficientes.

Cada aplicación puede extraerse de la cartera de subsistemas para personalizarse y, al mismo tiempo, utilizar bloques de construcción probados para reducir el costo, el riesgo y el tiempo de comercialización. El iDM es una solución innovadora que ayuda a los fabricantes de automóviles a reducir el consumo de energía de sus vehículos eléctricos y aumentar el alcance eléctrico puro por carga de batería.