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碳化硅加码后优势如何? 解析蔚来第二代电驱系统
新出行原创 · 文章

在新能源时代,电驱动系统和电池包取代内燃机成为了电动汽车新的 「心脏」 ,也成为了衡量入局造车的新势力是否拥有过硬实力的硬标准。而这,也是蔚来一直以来坚持全栈三电自研、在国内新势力品牌立足的初衷。

今年 6 月,蔚来汽车首次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,将率先搭载在即将于 2022 年交付的蔚来 ET7 车型上。

时间来到 10 月,距离蔚来 ET7 明年正式交付的时间点也越来越接近,而蔚来在位于南京的 XPT 蔚来驱动科技举办了一场媒体沟通会,向我们展示了搭载碳化硅技术的蔚来第二代电驱平台优势所在。具体如何,我们下文一探究竟。

碳化硅的 「螃蟹」 ,蔚来吃了

先从数据上看,二代电驱系统的永磁同步电机和异步感应电机分别在一代电驱系统的基础上进行了升级,永磁同步电机从 160kW 升级到 180kW,异步感应电机从 240kW 升级到 300kW; 最大功率提升了 20%,峰值扭矩提升 23%。 其次,为了保证后续推出车型电驱的匹配性,减少生产线的改造,二代电驱系统在壳体规格上保持着和一代系统一样的标准。

除了功率升级以外,蔚来 ET7 的二代电驱平台此次最大的升级点在于其前 180kW 永磁同步电机导入了碳化硅(SiC)技术。因此, ET7 将成为蔚来旗下首款采用碳化硅(SiC)功率模块的整车产品。目前,在电驱动系统中导入碳化硅的企业仅有特斯拉和比亚迪,而蔚来则顺利成章地成为了 「国内 TOP3」 。从占位来看,蔚来可以说是国内造车新势力中妥妥吃碳化硅 「螃蟹」 的企业。

蔚来第二代电驱系统 180kW 前驱部分实拍

那碳化硅的好处都有啥?作为第三代宽禁带半导体材料,其具有开关速度快,关断电压高和耐高温能力强等优点。而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。碳化硅器件应用于主驱,还能够提升电动汽车的续航能力。

简单来说,就是效率高了,性能好了,续航也不会落下。

对于普通消费者来说能够感受到最直观的是,在日常通勤的低载工况下,碳化硅功率模块的加持能够使电控系统的综合损耗降低了4%~6%,这就很好地改善了 ET7 在城市工况下的功耗表现。

同时,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%。

除了功耗和功率的优化以外,蔚来也没有落下 ET7 的性能。 通过将减速器速比从 9.57 提升到了 10.48; 第二代电驱系统拥有了更高的轮端扭矩。也就是说,在踏下「一脚电门」 后,你能获得的不仅仅是 3.9s 的加速和 850Nm 的扭矩,功率和能耗也被得到了很好的兼顾。

在提到近期各方面因素限制是否会影响蔚来芯片和碳化硅原材料的供应时,蔚来蔚来高级副总裁曾澍湘向我们表明已经与供应商伙伴签了长期协议,对于原材料的储备还是有十足的信心。

整体降低 5~15dB NVH 更出色

二代平台相较于一代平台提升功率后,驱动时所带来的谐波负面影响会有所提高。针对于此,蔚来通过悬置融合控制的 EDS 总成模态优化、电机非均匀气隙及高正旋气隙磁密、齿轴结构优化设计和控制器谐波注入与控制策略的优化,为 ET7 上带来了更好的NVH效果,车内综合工况噪音进一步降低,兼顾了性能与消费者 NVH 刚需。

在减速器中,蔚来对齿轮的齿形齿向也同样进行了微米级的优化,保证误差在 10 微米之内,使得齿轮啮合的过程更加紧密,噪音也相对更小。

除了模态、气隙及齿轮这些方面的硬件精准化以外,软件方面的优化也同样重要。蔚来通过谐波注入算法迭代优化噪声抖动,在计算出谐波电压后,可以更好的对电压使用谐波电压进行补偿,使电机工作时所产生的电磁噪音,电驱动系统整体噪声降低 5~15dB,为用户提供更静谧的驾驶环境。

电机加热取代加热器

针对于电池的低温环境,蔚来第二代电驱平台也有着自己的考量。在电池低温性能较弱的情况下,蔚来通过电机系统通过开发特殊功能,在低温下电机主动加热电池,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。

在电机加热的同时,噪音的突出也为 NVH 带来了新的挑战,而蔚来则表示将通过软件谐波控制算法,消除该工况下的噪音。

为了验证包括这一功能在内的 ET7 整体性能,你会惊讶地看到:在中国处于炎炎夏日的八月时刻,蔚来把车运到了堆满积雪的新西兰,通过冬季测试以验证蔚来 ET7 的性能。

除了在凛风刺骨的新西兰露面以外,蔚来 ET7 还在最近两个月的时间陆续出现在了三亚、川藏高原线两地,以验证 ET7 在高温、高原环境下的性能。

因为蔚来穷过苦过,所以他们更加明白,时间是最买不来的东西。ET7 承载着蔚来加速向前的脚步,因此研发和验证更不能落下。现场我听到让在座媒体都轰然大笑又辛酸的一句话是「我们周六不叫加班,大家都是上班」。

在蔚来从李斌口中的“ICU”中被抬出后,或许他们更懂得了核心竞争力,蔚来高级副总裁曾澍湘在 QA 环节还为我们提到了李斌嘱托蔚来高层的一句话:「再苦不能苦研发」。

研发这东西,不仅苦,而且烧钱。 据称,从 2015 年到现在,蔚来在电驱动方面的研发投入大概为 2.5 亿;进行的试验费用约 1.3 亿;在这 6 年中购买实验台架花了 1 个亿;各种软件研发工具的费用,将近 3000 万。

不过从结果来看,一切都是值得的。如今,蔚来已经拥有全栈自研能力,同时在电驱动系统方面已申请专利 215 项,其中发明专利 81 项。再者,在全栈自研的优势下,蔚来获得的是属于自己的产品开发话语权以及行业领跑的知名度。

当然,一切纸面参数和数据都只能作为参考,关于蔚来第二代电驱系统的实际表现最后还是要回到 ET7 这台车本身,期待在明年 Q1 正式交付后,蔚来 ET7 能够为我们带来惊喜的表现。

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