粉末冶金的光明未来,迎接汽车电气化
#InsightByHoganas

第五章:粉末冶金的光明未来,迎接汽车电气化

在最后的这篇文章中,我将讨论粉末冶金(PM)的未来。请谅解我在这里做的诸多猜测,其中一些会牵扯到政治,因为电气化主要驱动力来自政府和气候变化。未来是未知的,所以任何人做出的最佳预测都是基于合理的猜测。需要明确的是,这些都是我个人的想法和意见,与Höganäs无关。有了这个免责声明,让我们言归正传。

在最后的这篇文章中,我将讨论粉末冶金(PM)的未来。请谅解我在这里做的诸多猜测,其中一些会牵扯到政治,因为电气化主要驱动力来自政府和气候变化。未来是未知的,所以任何人做出的最佳预测都是基于合理的猜测。需要明确的是,这些都是我个人的想法和意见,与Höganäs无关。有了这个免责声明,让我们言归正传。

关于电动汽车未来10 到20年增长情况的预测,为世界市场描绘了一致的画面:未来内燃机的生产数量与现在大致相同,纯内燃机(ICE)汽车从现在起10 到15年内开始会略有下降。混合动力汽车的增长将是巨大的,在15年后总销售额将占据40%左右。纯电动汽车(BEV)的市场份额相当小,为10-15%。汽车总销量将大幅增长,导致内燃机和变速箱的需求总数增加,意味着粉末冶金的需求会更多。

与此同时,氢燃料电池电动汽车(FCEV)将在市场占有一席之地。 这是我最喜欢的技术。E85是灾难,BEV也不是一个好的解决方案,它们都不环保,实际上它们完全相反; 火,采矿,车轮到油井,回收利用......另外,粉末冶金可用于安全储存氢气,我们都喜欢。

当我退休时,大部分汽车将会是ICE或插电式混合动力电动汽车((P)HEV)。让我们看看粉末冶金在这些车中的机遇。由于系统很多,因此无法在此讨论P0至P4变体。我将提出一个由Dontyne为我们设计的系统,主要针对美国至关重要的卡车部门。 通用汽车公司已经开始了几个关于混合动力卡车的测试,但全球范围内没有。另一方面,道奇公羊却反行其道,他们在售一款P0混合动力车。

虽朝着正确的方向迈出了一步,但这些车在我看来并不算真正的混合动力车,因为根本没有节省足够的燃油和规模的精简。福特F150将于今年晚些时候(2019年)发布混合动力版本。它很有可能采用与探索者相同的架构,即P2混合动力车与钟形外壳中的离合器和电动机相结合。它仍将配备V6发动机,如果有电池,续航能力将非常有限。 这不是我们大多数人希望在市场上看到的“环保”车。 混动的下一步是缩小发动机并促进纯电动驱动,这是我们与Dontyne的期望,这样我们就可以探索潜在粉末冶金的可能性。

该类型的卡车可能会因为排放法规和立法减少车辆平均排放量而诞生。

在我们的设计中,两个软磁复合材料电机使用Hy-Vo链条或齿轮连接到功率分流变速箱。我们设计中省略了自动变速器,但保留了分动箱。自动变速器中的粉末冶金零件数量非常有限,因此不会造成很大损失。 如果把发动机精简到四缸,会使曲轴和凸轮轴变短,失去两个连杆和一些轴承盖。从福特F150拆卸中获得的数据显示,从六缸到四缸的尺寸减小,重量损失将为大约3.6千克。

描述Dontyne设计的功率分流混合动力车的cad模型中的系统有13kg的烧结部件。我试图采用多孔设计和减少过多的壁厚来使这些部件重量变轻。在F150中与部件相关的重量,不是我构想的东西。 两台SMC电机在其共约20千克的粉末冶金零件中,重量约为7.5千克。

但是,我认为这是行业发展的方向,未来我们应该看到更少的粉末冶金零件供应商和更多的粉末冶金系统供应商。粉末冶金零件的净增益为16千克加上分动箱中的另外1千克。 理所应当重量很高,因为这是一辆大车。即使在较小的车型中,虽然数值变低,但仍然有混动的净增益。

另外值得一提的是,该系统中的粉末冶金零件都可以在800吨压机中压制。

一旦我们进入BEV或最好是FCEV时代,动力传动系统将再次改变。当今的设计主要依赖于包含四个齿轮和最终驱动的固定两级变速器。几年前我拆卸了一台特斯拉P90动力传动系统并对齿轮进行了分析。由于是高转速电机,齿轮必须具有较大的直径,以便将RPM降低到最终驱动器。由于尺寸原因,只有二分之一的齿轮可以使用粉末冶金工艺生产,并且需要一台1.500吨的压机来压制这些大齿轮,而市场上该型号的压机数量有限。BEV的趋势是要求电机速度更高和直径更小。这在设计变速器时会面临一些挑战,需要在两级转换中将18.000 RPM降至2.000 RPM。必须仔细设计噪音振动强度(NVH),润滑,轴承和外壳。此外,智造还存在一些挑战,因为公差要求严格,并且在这些速度下,所有缺陷都将变得明显。优化用于粉末冶金的BEV动力传动系统,需要在Höganäs进行更多研究。

如今,PM的未来很光明,会有很多机会,我们只需要做好准备就能实现。

感谢您阅读我的文章; 我希望他们提供了一些说明我们在过去几年中如何为车辆电气化做好准备的见解。

Anders Flodin博士
动力系统开发经理

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