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ET7,暗藏蔚来特制「大心脏」

张祥威 2021-11-02 14:55:00 9342

车重 2.3 吨,百公里加速 3.9 秒,蔚来 ET7 无疑是一款高性能车。

3.9 秒,让蔚来 ET7 追平了宝马 M 760Li,也让这款车对标宝马 7 系至少在动力上没有成为一句空话。

突破 4 秒级后,在燃油车领域通常被称为性能猛兽。在纯电动车领域,打破 4 秒同样难能可贵。

目前,加速成绩排在蔚来 ET7 前面的纯电动车,只剩下特斯拉 Model S Plaid、保时捷 Taycan Turbos 等少数选手。

但我们今天要聊的并不是蔚来 ET7 究竟有多快,而是想换个角度,聊一聊这款车强劲动力的来源——电驱动系统

蔚来 ET7 搭载的是由蔚来自主研发的二代电驱平台。站在今天回看来路,自研电驱这一举措,暗藏着蔚来从一开始就不愿受制于人的想法。

电驱平台,其实也就是电驱动系统,又叫电驱动总成(EDS),是一辆纯电动车的核心部件,电驱动系统之于纯电动车,相当于发动机之于燃油车,均是车辆的动力「心脏」。

但对于纯电动车来说,电驱动系统又不仅仅意味着动力。

由于电驱动系统主要由电机、变速箱和逆变器三大件组成,三者的协作,让电驱动系统既成为纯电动车的动力来源,同时又影响着车辆的续航和 NVH 静谧性等。

总体来说,蔚来 ET7 的二代电驱之所以值得被解读,是因为自研电驱动这件事,国内很少有电动车玩家会这么做,它是理解蔚来造车的一条重要支线。

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蔚来二代电驱,究竟是什么?


在明年一季度交付的蔚来 ET7 上,将会带来一份闪亮的参数数据:

前永磁同步电机最大功率 180 千瓦,后异步感应电机 300 千瓦,相比之前蔚来 ES8、ES6、EC6 的上面的前后电机功率分别提升了提升了 20% 和 23%。

最终,蔚来 ET7 的百公里加速可以实现 3.9 秒。

超强动力的背后,主要源于这是一款搭载了碳化硅电驱动系统的车型,蔚来将其称之为「二代电驱平台」。

在全球,目前在电驱动系统中采用碳化硅技术的车企之前只有两家,分别是特斯拉,以及国内的比亚迪,而且比亚迪仅在汉高性能四驱版旗舰上面搭载了碳化硅电驱动。

在二代电驱平台上,蔚来采取了「优化电机电磁方案」、「优化减速器速比」和「精准预估模块寿命」等一系列技术,而且,这一系列技术均是由蔚来全面自研而成。

那么,什么是碳化硅电驱动?

分开来看,碳化硅,指的是一种化学式为 SiC 的无机物,它具备化学性能稳定、导热系数高、耐磨性能好等特性,可以被应用到磨料磨具、钢铁、珠宝等多个领域。

上面提到,电驱动系统由电机、变速箱和逆变器组成。

其中,电机的控制核心是电机控制器,电机控制器的核心是逆变器。

所谓的碳化硅电驱动,就是以碳化硅为原材料制造成半导体,这种半导体又被称为第三代宽禁带半导体。

然后,再将碳化硅半导体用于制造电动车的 SiC 功率器件——逆变器,由碳化硅制成的 MOSFET(金氧半场效晶体管,Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 简称 MOSFET),可以承受 kHz 的频率,进而能制造出来具有开关速度快,关断电压高和耐高温能力强等优点的电机控制器。

简单来说,采用碳化硅技术的电机控制器,可以大幅提高电机的驱动系统的效率及功率密度。

一直以来,蔚来在量产车搭载的是前永磁同步电机和后异步感应电机。

在蔚来 ES8、ES6、EC6 这三款量产车上,其电机的逆变器主要是以 IGBT 硅基材料为主。

而蔚来 ET7 的电驱动系统,开始采用 SiC 也就是碳化硅材料,又被蔚来称为二代电驱平台。

蔚来将碳化硅应用在了前永磁同步电机上面,根据其官方披露的数据,采用碳化硅功率模块后,永磁同步电机从原来的 160 千瓦提升到了 180 千瓦,系统输出力矩也从 160 千瓦的输出力矩 305 牛米,提升到了 180 千瓦的输出力矩 350 牛米。

同时,碳化硅模块的应用,还使电控系统的综合损耗降低了 4%-6%,改善了 ET7 在城市工况下的功耗表现。

至于后驱系统上的 300 千瓦异步感应电机,虽然没有采用碳化硅模块,但也将 IGBT 的模块从 900A 变为 960A,同时基于整个热管理系统的优化,以及基于应用工况下对模块的寿命的精准预估,将电流能力进行了一定的提升。

整体上,搭载二代电驱系统的蔚来 ET7 电驱动系统的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%,百公里加速达到 3.9 秒。

其中,前 180 千瓦永磁同步电机控制器电流提升,并优化了电机电磁方案,来提升电机功率;减速器速比也进行了调整,从 9.57 到了 10.48,以获得更高的轮端扭矩。

 后 300 千瓦异步感应电机的控制器电流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。

新的电驱在降噪方面也采取了一系列策略。

相比于 160kW 电驱系统,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,ET7 上实现了更好的 NVH 效果,车内综合工况噪音进一步降低。

具体的降噪处理手段可以不用深究,我们只需知道,根据蔚来提供的数据,电驱动噪声降低了 5~15dB(分贝)

值得注意的是,蔚来二代电驱的碳化硅模块目前主要依靠进口。

通常来说,碳化硅的产业链包括:衬底材料、外延生长、晶圆制造及封装测试等环节。

国内市场中,目前只有三安光电在今年 6 月开始投产了国内第一条包括四大环节的生产线。

而蔚来 ET7 二代电驱的碳化硅模块,衬底材料来自 Cree,在韩国工厂做的晶圆,到马来西亚做的模块,之后通过物流发往国内,在蔚来的 XPT 工厂进行压装,可以说,碳化硅模块目前没有任何国产化的成分。

而负责压装的 XPT,其实是蔚来整个电驱动系统上线背后的关键角色。

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XPT 开启自研,

请来技术牛人,现金流危机时亦未止步

回顾蔚来的电驱动系统研发之路,可以追溯到公司成立时期。

在蔚来公司成立不久,蔚来的电驱动团队就在 2015 年开始组建了,相当于从起步阶段就在布局电驱研发。

2015 年,蔚来在南京注册成立的蔚然动力有限公司,也就是上面提到的 XPT。

之所以布局如此之早,是因为蔚来团队早期在美国加州考察时,发现特斯拉最早的车型在三电领域有一部分采用了台湾供应商的技术,团队认为三电是核心技术,所以就将之前供应电机的零部件一级供应商,转为了提供定子、转子等部件的二级供应商,自己开始从头开始做最核心的电机研发。

「与其将来恩将仇报的翻脸,不如一开始就自己研发核心技术。」这是时任蔚来汽车联合创始人、执行副总裁、XPT 首席执行官郑显聪当时的想法。

以郑显聪为首,蔚来组建了一支电驱动的明星团队,其中包括曾在 NASA「冰与火」冥王星探测器计划中担任动力系统设计的核心工程师 Charles Huang,出任蔚来电动力工程副总裁。

此外,蔚来早期的电驱动团队中还有来自美国知名汽车品牌的资深专家等。

XPT 在蔚来的发展中发挥了关键作用。蔚来上海团队主要负责电驱动系统的研发,XPT 的团队主要负责工业化和工艺开发,以及生产制造工作。在蔚来江淮合肥工厂成立之前,蔚来 ES8 的白车身试制也是在 XPT 的工厂完成。

2018 年,蔚来蔚来 ES8 的量产交付,XPT 研发生产的三合一电驱动总成亮相。2019 年,XPT 研发了国内第一台量产扁线电机。

2019 年底,蔚来遭遇现金流危机,在「缺钱少粮」的情况下,按照李斌再苦不能苦研发的理念,XPT 继续顶着压力研发电驱动系统,从比较小的电机研发开始,一直坚持到 2020 年二季度公司财务情况好转,整个研发开始加速。

二代电驱就是在那一阶段立项的。

据蔚来高级副总裁 ES & EI 负责人(ES&EI,指「电驱动系统」+「电驱动系统、电池系统」工业化部门)曾澍湘介绍,在 2020 年 7 月份,团队基本上是加班加点。

「7 月份到 9 月份两个月,为了评估碳化硅模块,全世界所有做碳化硅模块的芯片厂都主动找过来申请评估,本来我们只想选一家碳化硅模块供应商,结果三四家等着我们去评估。接着就是产品开发的展开,所有的团队都是超常规在工作。」

今年 7 月,蔚来宣布,蔚来 ET7 的首台 180kW 碳化硅电驱系统 C 样件在南京先进制造技术中心正式下线。

C 样件,意味着这款碳化硅电驱产品已经完成了所有关键技术的开发和工程验证工作,模具和产线已经全面完成量产前准备,进入到验证生产工艺和过程的 PV 生产验证阶段,并逐步优化到量产状态。

按照最新计划,碳化硅电驱将在今年年底进行量产,并将搭载在明年蔚来 ET7 的量产车上面。

从成立到现在,蔚来共在电驱动系统的测试、试验设备、软件工具等方面总投入约为 2.5 亿元。

其中,单电机这一产品已经申请了 215 项专利,其中 81 项是发明专利。

如今,XPT 已经成为蔚来的高性能电机和电控系统的生产基地,占地 528 亩,规划电驱动总成产能 32 万套/年。

从 2018 年 6 月份交付,到今天为止累计生产了 30 万台电机,基本上伴随着整车销售呈现了每年翻番的水平。

从成立之初开始研发电驱动系统,对于蔚来而言,XPT 的威力刚刚显现出来。

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工程资源稀缺,二代电驱暂不外供

「打造一辆几十千瓦功率的电动车很容易,打造一辆功率 300 千瓦以上的电动车,比传统的燃油车其实更难。」理想汽车的创始人、CEO 李想曾在 2016 年这样说。

蔚来 ES8 通过搭载前后双电机,动力系统的最大功率做到了 400 千瓦,这还不是终点。

几年后的今天,蔚来 ET7 搭载的前永磁后感应双电机,整个电驱动系统的最大功率为 480 千瓦,峰值扭矩为 850 牛米

而且,这款车的百公里加速、续航里程均达到了行业内的一线梯队水平。

除了上面提到的 3.9 秒百公里加速成绩,搭载二代电驱后,还整体提升了能效水平,搭载 70 千瓦时的电池包,NEDC 续航超 500 公里,100 千瓦时的电池包续航超 700 公里,150 千瓦时续航超 1000 公里。

放眼国内汽车行业,蔚来的大功率二代电驱绝对是比较罕见的,只有比亚迪 e 平台 3.0 打造了一款号称「八合一」的电动力总成,将电机、电机控制器、减速器、车载充电器 、直流变换器(也就是「逆变器」)、配电箱、整车控制器以及电池管理器。

能够打造大功率的电驱动系统,这一点对于企业来说已经非常重要。

因为对于长期主打 10 万级平均单价车型的自主品牌来说,打造定位高端的豪华电动汽车已经成为新的趋势,而想要紧靠「豪华」,动力性能又成为必然选项,这就离不开高性能的大功率电驱。

曾澍湘这样解释自研电驱的逻辑,「蔚来是一个高性能电动车(品牌),对性能追求比较高,所以对电驱的要求就比较高,这个时候如果想通过外部购买成熟的产品就不太容易。第二,实际上,整个行业缺什么?比如,缺 16000 转以上的测试平台,大家都在打架,好歹我们自己有一点,不用全部依赖外部的,建立了这些能力以后,反而增加了我们的自由度,保证蔚来的产品差异化和产品的投放时间。」

二代电驱的研制成功,不止让蔚来实现了对于高性能电驱动系统的「搭载自由」,还一定程度上对外形成了话语权。毕竟,市面上很少有供应商能做到大功率的电驱动系统,至于采用碳化硅技术电驱动产品就更少了。

值得注意的是,由于工程资源稀缺,XPT 的二代电驱暂时没有对外供应的规划。

实际上,在蔚来遇到财务困难的时候,也曾考虑过对外销售电驱产品来增加收入,但现在,不缺钱的蔚来,再加上自身产品的市场需求逐渐放量后,反而要先满足自己的供应需求了。

「因为蔚来本身的需求很大,反而发现最珍贵的东西是工程资源,不是产线资源,所以说我们对外部项目又开始有一些拒绝,除非和用我们的产品是一样的,沿着我们的电机改,而不是我们沿着他的需求改。把我们的工程资源调整去满足做定制化的开发,现阶段肯定是不可能的,我们的工程资源也有限。」曾澍湘表示。

在打造到第四款量产车时,蔚来终于为 ET7 搭载了一颗碳化硅电驱的动力「心脏」,这在市面上的其他车型上是很少能看到的。

自研成分更高的蔚来 ET7 的出现,也会让这一轮新能源车的造车竞争走向纵深。

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本文为汽车之心原创文章,作者:张祥威,如需转载,请联系授权。违规转载法律必究。
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