福特F-150 Lighting是福特汽车于2021年5月发布，2022年一季度正式销售的纯电动皮卡，它基于福特最为畅销的F系列轻卡“油改电”而来。作为福特纯电皮卡的代表性车型，它与特斯拉Cybe truck、通用汽车Hammer EV和Rivian的R1T正面竞争。

1、F-150 Lighting动力总成概述

F-150 Lighting采用四驱方案（AWD），前后各配备有驱动电机。标配版车型可用电量98kWh，最大功率318kW；高配版可用电量131kWh，最大功率420kW。两种车型均支持150kW的快充，标配15%－80%约44分钟，高配约41分钟。

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F－150 Lighting的动力总成主要包括：前电驱动系统（电机电控+减速器）、电池系统、后电驱动系统。前电驱动系统与后电驱动系统采用的技术相同，并共用了的绝大多数的零部件。

2、电驱动系统分析

前后电驱动系统主要由电机、逆变器、减速器构成，其中，逆变器固定在电机上，通过高压母排连接在一起，这还是一种比较低水平的集成方案，仅仅是物理层面的“集成”。

前电驱动系统的主要构成如下所示：

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后电驱动系统的主要构成如下图所示，前后电驱动系统在负载、功率输出、装配空间等有差异，使两者还存有差异。

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整个电驱动系统均采用油冷方案，电机壳体内的油路与外壳体、减速器相连。机油通过油泵从底壳抽出，经滤清器和换热器，传送到外壳两端的轴承和定子导油槽，对减速器进行润滑，对电机进行冷却。

外部到电驱动系统的冷却液为乙二醇，它首先流经逆变器，之后再进入电机壳体外的换热器，在换热器这里与从壳体内部出来的机油进行热交换，从而冷却机油。

3、电机分析

前后电驱动系统采用的是相同的永磁同步电机IPMSM，最大输出功率为210kW，所用的定子和转子也相同。

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定子采用分段式线圈绕组，即将扁线加工成发夹状，插入定子槽并焊接端部形成线圈。定子槽共计48个，每个槽内有8根扁线型漆包线。整个定子的内径约142mm，外径约214mm，总重约25kg。对电机进行油冷的机油在定子线圈端部和绕组周边分散分布，对绕组进行冷却。

对绕组温度进行检测的传感器布置在线圈端，固定在漆包线上。

转子为嵌入式永磁同步电机转子，外径140mm，层总厚150mm，铁芯每个硅钢片约0.25mm。

转子轴和铁芯中布置有油路，机油在离心力的作用下被引导至铁芯内的油路，穿过铁芯从另一侧排出，从而对转子铁芯和磁体进行冷却。

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转子采用双V形磁体布置，如上所示，具有8极磁路，每个磁路由2大2小磁体构成。定子硅钢片、定子硅钢片的配合关系如下。

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4、逆变器分析

F-150 Lighting逆变器的主要构成如下图所示，整个逆变器采用LLC液冷，通过叶片式的冷却器对碳化硅功率模块进行双面冷却。

电机控制器采用的是英飞凌的32位CPU，电容和电流传感器、busbar组件集成为一体，这样可以降低三者的体积，并降低与功率器件的连接阻抗。

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逆变器直流转三相交流电的路径示意如下所示。

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逆变器的功率模块采用了碳化硅Sic功率器，共有9块，安装在冷却器上。碳化硅在纯电动逆变器上的使用主要是从特斯拉M3/Y带起来的，它具有低功耗，高速开关和耐热性好等优势，但成本相对高，所以当前IGBT仍大量应用。

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