車重 2.3 噸,百公里加速 3.9 秒,蔚來 ET7 無疑是一款高性能車。
3.9 秒,讓蔚來 ET7 追平了寶馬 M 760Li,也讓這款車對標寶馬 7 系至少在動力上沒有成為一句空話。
突破 4 秒級后,在燃油車領域通常被稱為性能猛獸。在純電動車領域,打破 4 秒同樣難能可貴。
目前,加速成績排在蔚來 ET7 前面的純電動車,只剩下特斯拉 Model S Plaid、保時捷 Taycan Turbos 等少數選手。
但我們今天要聊的并不是蔚來 ET7 究竟有多快,而是想換個角度,聊一聊這款車強勁動力的來源——電驅動系統。
蔚來 ET7 搭載的是由蔚來自主研發的二代電驅平臺。站在今天回看來路,自研電驅這一舉措,暗藏著蔚來從一開始就不愿受制于人的想法。
電驅平臺,其實也就是電驅動系統,又叫電驅動總成(EDS),是一輛純電動車的核心部件,電驅動系統之于純電動車,相當于發動機之于燃油車,均是車輛的動力「心臟」。
但對于純電動車來說,電驅動系統又不僅僅意味著動力。
由于電驅動系統主要由電機、變速箱和逆變器三大件組成,三者的協作,讓電驅動系統既成為純電動車的動力來源,同時又影響著車輛的續航和 NVH 靜謐性等。
總體來說,蔚來 ET7 的二代電驅之所以值得被解讀,是因為自研電驅動這件事,國內很少有電動車玩家會這么做,它是理解蔚來造車的一條重要支線。
1、蔚來二代電驅,究竟是什么?
在明年一季度交付的蔚來 ET7 上,將會帶來一份閃亮的參數數據:
前永磁同步電機最大功率 180 千瓦,后異步感應電機 300 千瓦,相比之前蔚來 ES8、ES6、EC6 的上面的前后電機功率分別提升了提升了 20% 和 23%。
最終,蔚來 ET7 的百公里加速可以實現 3.9 秒。
超強動力的背后,主要源于這是一款搭載了碳化硅電驅動系統的車型,蔚來將其稱之為「二代電驅平臺」。
在全球,目前在電驅動系統中采用碳化硅技術的車企之前只有兩家,分別是特斯拉,以及國內的比亞迪,而且比亞迪僅在漢高性能四驅版旗艦上面搭載了碳化硅電驅動。
在二代電驅平臺上,蔚來采取了「優化電機電磁方案」、「優化減速器速比」和「精準預估模塊壽命」等一系列技術,而且,這一系列技術均是由蔚來全面自研而成。
那么,什么是碳化硅電驅動?
分開來看,碳化硅,指的是一種化學式為 SiC 的無機物,它具備化學性能穩定、導熱系數高、耐磨性能好等特性,可以被應用到磨料磨具、鋼鐵、珠寶等多個領域。
上面提到,電驅動系統由電機、變速箱和逆變器組成。
其中,電機的控制核心是電機控制器,電機控制器的核心是逆變器。
所謂的碳化硅電驅動,就是以碳化硅為原材料制造成半導體,這種半導體又被稱為第三代寬禁帶半導體。
然后,再將碳化硅半導體用于制造電動車的 SiC 功率器件——逆變器,由碳化硅制成的 MOSFET(金氧半場效晶體管,Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 簡稱 MOSFET),可以承受 kHz 的頻率,進而能制造出來具有開關速度快,關斷電壓高和耐高溫能力強等優點的電機控制器。
簡單來說,采用碳化硅技術的電機控制器,可以大幅提高電機的驅動系統的效率及功率密度。
一直以來,蔚來在量產車搭載的是前永磁同步電機和后異步感應電機。
在蔚來 ES8、ES6、EC6 這三款量產車上,其電機的逆變器主要是以 IGBT 硅基材料為主。
而蔚來 ET7 的電驅動系統,開始采用 SiC 也就是碳化硅材料,又被蔚來稱為二代電驅平臺。
蔚來將碳化硅應用在了前永磁同步電機上面,根據其官方披露的數據,采用碳化硅功率模塊后,永磁同步電機從原來的 160 千瓦提升到了 180 千瓦,系統輸出力矩也從 160 千瓦的輸出力矩 305 牛米,提升到了 180 千瓦的輸出力矩 350 牛米。
同時,碳化硅模塊的應用,還使電控系統的綜合損耗降低了 4%-6%,改善了 ET7 在城市工況下的功耗表現。
至于后驅系統上的 300 千瓦異步感應電機,雖然沒有采用碳化硅模塊,但也將 IGBT 的模塊從 900A 變為 960A,同時基于整個熱管理系統的優化,以及基于應用工況下對模塊的壽命的精準預估,將電流能力進行了一定的提升。
整體上,搭載二代電驅系統的蔚來 ET7 電驅動系統的峰值功率和峰值扭矩,相比于現有的 160kW 和 240kW 電驅動系統,分別提升了 20% 和 23%,百公里加速達到 3.9 秒。
其中,前 180 千瓦永磁同步電機控制器電流提升,并優化了電機電磁方案,來提升電機功率;減速器速比也進行了調整,從 9.57 到了 10.48,以獲得更高的輪端扭矩。
后 300 千瓦異步感應電機的控制器電流能力同樣進行了提升,并優化了電機電磁方案,提升了電機輸出力矩。
新的電驅在降噪方面也采取了一系列策略。
相比于 160kW 電驅系統,通過懸置融合控制的 EDS 總成模態優化、電機非均勻氣隙及高正旋氣隙磁密、齒軸結構優化設計和控制器諧波注入與控制策略的優化,ET7 上實現了更好的 NVH 效果,車內綜合工況噪音進一步降低。
具體的降噪處理手段可以不用深究,我們只需知道,根據蔚來提供的數據,電驅動噪聲降低了 5~15dB(分貝)。
值得注意的是,蔚來二代電驅的碳化硅模塊目前主要依靠進口。
通常來說,碳化硅的產業鏈包括:襯底材料、外延生長、晶圓制造及封裝測試等環節。
國內市場中,目前只有三安光電在今年 6 月開始投產了國內第一條包括四大環節的生產線。
而蔚來 ET7 二代電驅的碳化硅模塊,襯底材料來自 Cree,在韓國工廠做的晶圓,到馬來西亞做的模塊,之后通過物流發往國內,在蔚來的 XPT 工廠進行壓裝,可以說,碳化硅模塊目前沒有任何國產化的成分。
而負責壓裝的 XPT,其實是蔚來整個電驅動系統上線背后的關鍵角色。
2、XPT 開啟自研,請來技術牛人,現金流危機時亦未止步
回顧蔚來的電驅動系統研發之路,可以追溯到公司成立時期。
在蔚來公司成立不久,蔚來的電驅動團隊就在 2015 年開始組建了,相當于從起步階段就在布局電驅研發。
2015 年,蔚來在南京注冊成立的蔚然動力有限公司,也就是上面提到的 XPT。
之所以布局如此之早,是因為蔚來團隊早期在美國加州考察時,發現特斯拉最早的車型在三電領域有一部分采用了臺灣供應商的技術,團隊認為三電是核心技術,所以就將之前供應電機的零部件一級供應商,轉為了提供定子、轉子等部件的二級供應商,自己開始從頭開始做最核心的電機研發。
「與其將來恩將仇報的翻臉,不如一開始就自己研發核心技術。」這是時任蔚來汽車聯合創始人、執行副總裁、XPT 首席執行官鄭顯聰當時的想法。
以鄭顯聰為首,蔚來組建了一支電驅動的明星團隊,其中包括曾在 NASA「冰與火」冥王星探測器計劃中擔任動力系統設計的核心工程師 Charles Huang,出任蔚來電動力工程副總裁。
此外,蔚來早期的電驅動團隊中還有來自美國知名汽車品牌的資深專家等。
XPT 在蔚來的發展中發揮了關鍵作用。蔚來上海團隊主要負責電驅動系統的研發,XPT 的團隊主要負責工業化和工藝開發,以及生產制造工作。在蔚來江淮合肥工廠成立之前,蔚來 ES8 的白車身試制也是在 XPT 的工廠完成。
2018 年,蔚來蔚來 ES8 的量產交付,XPT 研發生產的三合一電驅動總成亮相。2019 年,XPT 研發了國內第一臺量產扁線電機。
2019 年底,蔚來遭遇現金流危機,在「缺錢少糧」的情況下,按照李斌再苦不能苦研發的理念,XPT 繼續頂著壓力研發電驅動系統,從比較小的電機研發開始,一直堅持到 2020 年二季度公司財務情況好轉,整個研發開始加速。
二代電驅就是在那一階段立項的。
據蔚來高級副總裁 ES & EI 負責人(ES&EI,指「電驅動系統」+「電驅動系統、電池系統」工業化部門)曾澍湘介紹,在 2020 年 7 月份,團隊基本上是加班加點。
「7 月份到 9 月份兩個月,為了評估碳化硅模塊,全世界所有做碳化硅模塊的芯片廠都主動找過來申請評估,本來我們只想選一家碳化硅模塊供應商,結果三四家等著我們去評估。接著就是產品開發的展開,所有的團隊都是超常規在工作。」
今年 7 月,蔚來宣布,蔚來 ET7 的首臺 180kW 碳化硅電驅系統 C 樣件在南京先進制造技術中心正式下線。
C 樣件,意味著這款碳化硅電驅產品已經完成了所有關鍵技術的開發和工程驗證工作,模具和產線已經全面完成量產前準備,進入到驗證生產工藝和過程的 PV 生產驗證階段,并逐步優化到量產狀態。
按照最新計劃,碳化硅電驅將在今年年底進行量產,并將搭載在明年蔚來 ET7 的量產車上面。
從成立到現在,蔚來共在電驅動系統的測試、試驗設備、軟件工具等方面總投入約為 2.5 億元。
其中,單電機這一產品已經申請了 215 項專利,其中 81 項是發明專利。
如今,XPT 已經成為蔚來的高性能電機和電控系統的生產基地,占地 528 畝,規劃電驅動總成產能 32 萬套/年。
從 2018 年 6 月份交付,到今天為止累計生產了 30 萬臺電機,基本上伴隨著整車銷售呈現了每年翻番的水平。
從成立之初開始研發電驅動系統,對于蔚來而言,XPT 的威力剛剛顯現出來。
3、工程資源稀缺,二代電驅暫不外供
「打造一輛幾十千瓦功率的電動車很容易,打造一輛功率 300 千瓦以上的電動車,比傳統的燃油車其實更難。」理想汽車的創始人、CEO 李想曾在 2016 年這樣說。
蔚來 ES8 通過搭載前后雙電機,動力系統的最大功率做到了 400 千瓦,這還不是終點。
幾年后的今天,蔚來 ET7 搭載的前永磁后感應雙電機,整個電驅動系統的最大功率為480 千瓦,峰值扭矩為850 牛米。
而且,這款車的百公里加速、續航里程均達到了行業內的一線梯隊水平。
除了上面提到的 3.9 秒百公里加速成績,搭載二代電驅后,還整體提升了能效水平,搭載 70 千瓦時的電池包,NEDC 續航超 500 公里,100 千瓦時的電池包續航超 700 公里,150 千瓦時續航超 1000 公里。
放眼國內汽車行業,蔚來的大功率二代電驅絕對是比較罕見的,只有比亞迪 e 平臺 3.0 打造了一款號稱「八合一」的電動力總成,將電機、電機控制器、減速器、車載充電器 、直流變換器(也就是「逆變器」)、配電箱、整車控制器以及電池管理器。
能夠打造大功率的電驅動系統,這一點對于企業來說已經非常重要。
因為對于長期主打 10 萬級平均單價車型的自主品牌來說,打造定位高端的豪華電動汽車已經成為新的趨勢,而想要緊靠「豪華」,動力性能又成為必然選項,這就離不開高性能的大功率電驅。
曾澍湘這樣解釋自研電驅的邏輯,「蔚來是一個高性能電動車(品牌),對性能追求比較高,所以對電驅的要求就比較高,這個時候如果想通過外部購買成熟的產品就不太容易。第二,實際上,整個行業缺什么?比如,缺 16000 轉以上的測試平臺,大家都在打架,好歹我們自己有一點,不用全部依賴外部的,建立了這些能力以后,反而增加了我們的自由度,保證蔚來的產品差異化和產品的投放時間。」
二代電驅的研制成功,不止讓蔚來實現了對于高性能電驅動系統的「搭載自由」,還一定程度上對外形成了話語權。畢竟,市面上很少有供應商能做到大功率的電驅動系統,至于采用碳化硅技術電驅動產品就更少了。
值得注意的是,由于工程資源稀缺,XPT 的二代電驅暫時沒有對外供應的規劃。
實際上,在蔚來遇到財務困難的時候,也曾考慮過對外銷售電驅產品來增加收入,但現在,不缺錢的蔚來,再加上自身產品的市場需求逐漸放量后,反而要先滿足自己的供應需求了。
「因為蔚來本身的需求很大,反而發現最珍貴的東西是工程資源,不是產線資源,所以說我們對外部項目又開始有一些拒絕,除非和用我們的產品是一樣的,沿著我們的電機改,而不是我們沿著他的需求改。把我們的工程資源調整去滿足做定制化的開發,現階段肯定是不可能的,我們的工程資源也有限。」曾澍湘表示。
在打造到第四款量產車時,蔚來終于為 ET7 搭載了一顆碳化硅電驅的動力「心臟」,這在市面上的其他車型上是很少能看到的。
自研成分更高的蔚來 ET7 的出現,也會讓這一輪新能源車的造車競爭走向縱深。
來源:第一電動網
作者:汽車之心
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