【12合1】BYD e平台3.0 Evo解析(一)

2024年5月10日,比亚迪发布了e平台3.0 Evo平台和首搭车型 海狮07EV。关于e平台3.0 Evo,内容确实有点多。我计划分10期来解读,此为第1期:十二合一电驱系统

电驱的「多合一」趋势

新能源汽车发展早期,电驱动系统还没有「多合一」集成设计的概念。那时候能把一辆电车拼出来、卖出去就很牛了,先不考虑「多合一」了。「多合一」电驱系统,确实存在诸多优势:

  • 降低体积,有利于整车布置:将多个部件合成一个,一是减少了壳体、线束、连接器,二是零部件复用,三是集成体的各部件布置更加「严丝合缝」,尽可能地利用每一分空间。例如华为在2020年推出DriveONE「七合一」电驱系统宣称:Z向节省220mm,安装支架减少2个,线束缩短5m,连接器减少3个,水管口及水管减少2个[1]。

降低体积之后的好处很明显,节省的空间要么给座舱、要么给前备厢;整车布置的自由度高,就可以更多考虑空间之外的性能(例如安全);覆盖车型更广,产量增加而摊平成本。

  • 降低重量,提升轻量化水平:同上。提升轻量化水平的好处就不多说了,除降低能耗之外,也降低对轮胎的要求、提升操控性。
  • 理论上降低成本:减少了壳体、线束、连接器,当然可以降低物料成本(但需要投入额外的研发成本)。这让我想起马斯克提出的「白痴指数」概念,即工业制成品成本/材料成本。设计水平越高,制成品就越接近「论斤卖」。

不能光看贼吃肉,不看贼挨打。「多合一」也会带来一些难题:额外的研发成本、可靠性与售后成本、EMC(Electro Magnetic Compatibility)电磁兼容性设计、NVH(Noise、Vibration、Harshness)设计等。2021年比亚迪发布e平台3.0时,将这些技术难题概括为「电-磁-力-热-声多物理场耦合制约难题」[2]。

「多合一」的历史


大家一听到「12合1」,可能就没兴趣了解是哪12个部件了。太多太难记,上个网没必要为难自己。我帮大家理一下,其实没那么难!
先说三个大家都有的零部件:

  • 电机:新能源车,至少要有一个电机。由转子、定子等部件组成。
  • MCU(电机控制器): 通过功率半导体(IGBT或SiC MOSFET)的开关控制,从而控制电机绕组的电流,使其旋转。
  • 减速器:现在电机转速都追求21000rpm、23000rpm了,车轮肯定转不了这么快。电机的扭转输出需要一个减速器,将转速降下来、将转矩提上去。

既然都有电机、减速器、MCU(电机控制器),所以最早的「多合一」就是「三合一」,将这三个部件给合在一起:

  • 蔚来XPT的240kW/160kW三合一电驱系统
  • 小鹏P7搭载的三合一电驱系统
  • 采埃孚、博格华纳、舍弗勒、大陆集团等供应商的三合一电驱系统

其实还有一位更早的选手,自2012年就开始搞「三合一」、2015年就开始搞「七合一」了,那就是北汽。那个时代,北汽的销量确实不错,好多年都是全国第一,偶尔甚至拿过世界第一的成绩。

接下来三个部件也很常见,分别是:

  • DCDC(DC-DC Converter):直流-直流转换器,将高压电池包的400V/800V转成12V/48V的车载低压系统。
  • OBC(On-Board Charger):车载充电机,将220V的交流电转换为直流电,然后将其输送到电池包中。蔚来NT2.0车型和极越01取消了OBC,因此无法使用交流充电桩。如果想在家里充电,必须安装昂贵的直流充电桩。
  • PDU(Power Distribution Unit):电源分配单元,将电池包的电能给分配出去,也有一些保护措施。简单理解,可认为这东西就像家里的保险盒(电气配电箱)。

这三个部件都是进行电力分配/转换的,通常也集成在一起。集成之后,体积、重量、成本都下降很多,蔚来将OBC去掉并不会降低多少成本,反而增加了直流桩成本、外放电装置成本、解释成本,实在是得不偿失。很难想象这一技术决策是怎么做出来的。到这里就是「六合一」,华为DriveONE将BCU(Battery Control Unit)电池控制单元加进去,就成了「七合一」。从华为DriveOne官网可以看到[3],展示的120kW多合一电驱动系统集成的是六大部件,但支持BMS软件算法。

比亚迪e平台3.0,将BMS(Battery Management System)电池管理系统和VCU(Vehicle Control Unit)整车控制系统集成进去,就成了「八合一」。

到了「八合一」,其实就可以告一段落了,明显可以集成的实体零部件,也就这么多。进一步集成下去,各车企的方向就不太一样了。

「多合一」的新纪元


2023年4月,华为发布DriveONE新一代超融合黄金动力平台,号称达成了「十合一」,进一步集成了TMCU和PTC。

此外,东风集团也发布了马赫E「十合一」电驱系统。北京车展上,吉利银河发布了银河「11合1」电驱系统:

  • 高效率:采用油冷扁线技术,首次将400V IGBT电机综合效率突破90%,达到90.04%。请注意,这并不是800V碳化硅电驱系统,以400V IGBT实现这个效率是非常高的水平。
  • 轻量化:重量低于80kg,重量降低了15%。行业平均90kg,同级最轻。
  • 小体积:体积缩小了12%。GEA架构要实现超大带宽,就需要这样的轻量化、小体积系统。
  • 静音好:根据工和师介绍,NVH仅为78dB,同级最低。
  • 响应快:采用超高算力TC397芯片集成控制,控制响应微秒级,扭矩响应小于5ms。

e平台3.0 Evo的「12合1」

比亚迪e平台3.0 Evo的「12合1」,由传统的「八合一」加「四个功能模块」组成:

  • 传统「八合一」:23000rpm电机、高效减速器、碳化硅电控,直流变换器(DC-DC)、车载充电器(OBC)、配电模块(PDU),整车控制器(VCU)、电池管理器(BMC)。比亚迪e平台3.0 Evo宣称:电驱系统结构更紧凑,整车的能量转化效率更高,系统的综合工况效率最高达92%,行业第一。在日常城市驾驶工况下,出行效率提升7%,续航里程可提升50km。
  • 「四个功能模块」:智能升压模块、智能升流模块、智能自加热模块、能量管理智控系统。

可以看出,新增的四个功能模块并非原有的实体部件,更像是在原有部件基础上新开发的功能。比亚迪将其描述为:「创造性的电气架构复用与功能深度融合的技术路线,通过一套电驱系统实现升压、升流、自加热等多种功能的高度集成,打造全能电驱」。难免有人质疑:并没有增加实体部件,就把八合一提升到了12合1 ,这是在争“集成度”第一的荣誉吗?我研究了一下,升压、升流、自加热模块设计巧妙,也非常实用!从用户角度来看,这是实打实的新增功能,感知度很强,并不能说是凑数。特别是升流充电模块,应该是全球首创;考虑了全国充电桩大部分为250A非液冷桩的背景,很有现实意义。咱们下期再见!

参考文献

[1] zhuanlan.zhihu.c/p/336139889

[2] mp.weixin.qq.c/s/qJInTNSrFHN9RZ5lBc1Xx

[3] digitalpower.huawei.c/cn/DriveONE/product_level/multi_in_one_drive/intelligent-electric-product.

本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
车系: 小鹏P7 海狮07 EV
标签: 技术解析
0 +1
收藏
纠错/举报
88关注 | 22作品
+ 关注
清华大学汽车工程系本科、博士,曾任上汽集团乘用车公司功能安全工程师。知乎电动汽车、电池话题优秀回答者
Ta的内容

下载之家app

1
评论
收藏
意见反馈