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爱卡汽车 10-20

蔚来 ET7 将尝鲜 解析蔚来第二代电驱平台

[ 爱卡汽车 导购 原创 ]

众所周知,电驱动系统就如同新能源汽车的 " 心脏 ",由于其研发与工艺难度都非常大,所以常被作为衡量一家新能源企业技术实力的硬性指标。在今年的 6 月份,蔚来汽车对外展示了其应用碳化硅技术的电驱系统 C 样件,这套电驱系统属于蔚来汽车的第二代电驱平台,它将率先搭载在即将于 2022 年交付的蔚来 ET7 车型上。那么蔚来汽车的第二代电驱平台究竟有何优势,新能源车企又为何要争先恐后研发碳化硅(SiC)技术呢,让我们通过下文一探究竟。

电驱动系统可以被视为能量转化的中枢,它的主要作用是将电池组中的电能,转化为驱动车辆前行的机械能。我们可以看到,当下市面中有不少的电动车,百公里加速都跑进了 4 秒大关,而想要拥有这样卓越的加速成绩,就离不开电驱动系统。

作为电动汽车的动力系统,电驱动的性能决定了整车的动力和续航表现,是各个厂家的技术研发重点,这也是蔚来汽车一直不吝啬投入,坚持要自研三电系统的根本原因。电动汽车的电驱动主要由电机、减速器和控制器三部分组成,而电机种类则分为永磁同步电机和感应异步电机。

永磁同步电机和感应电机在市面中的应用十分广泛。永磁电机有着功率高、功率密度大、功率因数大的优点。不仅如此,该电机的形状和尺寸都较为灵活,所以有越来越多的车企选择使用该电机。至于感应电机,相比于永磁电机有着更高的可靠性,而且转速范围更广,能够在较大的范围内高效工作。换句话说,车速越高,感应电机的发挥越稳定,效率越好。

两种常用的电机可谓各有所长,因此在蔚来 ES8 等车型上,我们能够看到其采用了将二者相组合的形式。车辆前端的 XPT 160kW PM EDS 电驱系统搭载了永磁同步电机,而后端的 XPT 240kW IM EDS 电驱系统搭载了异步感应电机。如此一来,两种电机便可以形成互补,为车辆带来更好的性能。

蔚来 ET7 电驱系统优势(一):高度集成化

电驱系统集成化是现今电驱行业的一个趋势,由 XPT 打造的蔚来汽车第二代电驱平台,采用了一体化的 EDS 电驱动系统。基于高度集成化设计理念打造的电驱动平台,通过 " 瘦身 " 处理,将电驱系统零部件数量明显减小,装配也会变得容易不少,不仅能够节省成本,同时还可以助力整车轻量化,并进一步达到优化功能、提升性能的目的。

其实重视电驱系统集成化的不止蔚来汽车一家,在前不久比亚迪品牌刚刚发布了 " 八合一 " 的方案。从名称上看," 八合一 " 确实要比蔚来汽车所推出的 " 三合一 "(电机 + 变速箱 + 电机控制器)要唬人。针对这一现象,我们也向官方进行了咨询。相关负责人表示:" 蔚来汽车的第二代电驱平台,仍将采用 " 三合一 " 的集成化方案,因为品牌不希望做简简单单的机械集成。毕竟在集成时,首先要思考的是,能否对功能提升;集成后开发体系的效率是否能够提升;集成之后的成本优势又有多少。因此,功能性集成才是蔚来汽车在集成化方面的发展目标。"

高度集成助力轻量化

蔚来 ET7 电驱系统优势(二):碳化硅(SiC)功率模块提高电机效率

碳化硅是最典型的第三代宽禁带半导体材料,具有开关速度快,关断电压高和耐高温能力强等优点。利用碳化硅功率器件设计的电机控制器,能大幅提高永磁同步电机驱动系统的效率及功率密度。同时,如果将碳化硅器件应用于主驱,还能够提升电动汽车的续航能力。

当然了,作为一项新兴技术,能否为用户带来切实的好处,才是研发的根本准则。碳化硅在低载的工况下,也就是我们日常通勤场景中,有着先天的优势。这是因为,蔚来汽车最新研发的 180kW 永磁同步电机碳化硅模块,在低电流情况下,高效工作点比绝缘栅双极型晶体管(IGBT)来的更早,能够使电控系统的综合损耗降低 4%~6%。如此一来,蔚来 ET7 车型在城市工况下的功耗表现将进一步降低。

不仅如此,全新的电驱系统采用了多目标优化的驱动电路设计。我们都知道,IGBT 是能量转换与传输的核心零部件,也是动力电子装置的 " 大脑 "。IGBT 的工作原理,是通过调节通与断,来调节输出电能的形式,从而驱动电机,最终驱动车辆。

不过为了进一步降低能耗,厂家用碳化硅(SiC)替代了原有的绝缘栅双极型晶体管(IGBT),并引入了多目标优化的软件管理策略。设计师通过芯片对该策略进行控制,优化了变开关频率算法,让开关损耗降低 35%;又通过对离散 PWM 控制,让开关损耗减少了 33.3%;最后再利用调制优化策略,让电驱动系统功率提升了 5%~10%。有了碳化硅(SiC)的先天优势,再加上三项技术的加持,从表格中不难看出,在采用碳化硅(SiC)功率模块后,蔚来 ET7 电驱动主驱动系统的开通与关闭能耗均低于传统的 IGBT。

蔚来 ET7 电驱系统优势(三):废热加热电池、降低噪音

对于电动车的车主,最担心的便是在低温状态下,锂离子动力电池的能量和功率特性会出现严重衰减。现今有不少的电动车型,都采用外部加热法如循环高温气体加热或循环高温液体加热等,对电池进行加热。不过蔚来汽车的第二代电驱平台却有所不同,其电机系统通过开发特殊功能,能在低温下通过优化利用电机的废热加热电池,最大能提供超 4kW 的加热功率(相当于 4 个家用电热炉),让电池始终处于最适宜的工作温度,在低温下能够获得更好的性能和续航表现。该功能的应用也为 NVH 带来了新的挑战,通过软件谐波控制算法,消除该工况下的噪音。

蔚来 ET7 电驱系统优势(四):高性能

碳化硅材质的应用,以及多项的细节优化,使蔚来 ET7 电驱动系统整体峰值功率和峰值扭矩,相比于现有的 160kW 和 240kW 电驱动系统,分别提升了 20% 和 23%。得益于此,蔚来 ET7 的前永磁同步电机最大功率为 180kW,后异步感应电机最大功率为 300kW。

具体来看,蔚来 ET7 所采用的第二代电驱平台,提高了前 180kW 永磁同步电机控制器的电流,并优化了电机电磁方案,以此来增大电机功率。另外,还将减速器速比进行了调整,从 9.57 变为 10.48,以获得更高的轮端扭矩。至于后 300kW 异步感应电机的控制器电流的能力,同样进行了提升,并优化了电机电磁方案,提升了电机输出力矩。最终,出色的动力性能让蔚来 ET7 百公里加速达到 3.9s。

编辑点评:碳化硅技术目前还是一个较为小众的领域,蔚来汽车作为 " 吃螃蟹 " 的企业,不能只将目光放在新技术带来的好处上,还需尽可能考虑全面的场景,确保产品在投放时的可靠性。从产品规划来看,蔚来 ET7 将于 2022 年交付,并成为该品牌旗下首个使用碳化硅技术的车型,它的产品表现着实令人期待。

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