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蔚来ET7要“吃螃蟹” 碳化硅加持第二代电驱平台

【EV视界报道】众所周知,电驱动系统就如同新能源汽车的“心脏”,决定了整车的动力和续航表现,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,这也是蔚来自成立起便全栈自研三电系统的初衷。

早在今年的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。那么蔚来汽车这套以“碳化硅(SiC)”为核心关键词的第二代电驱平台究竟有何优势,下面就让我来带您来了解一下。

了解电动车的人都知道,电驱系统主要由电机、减速器和控制器三部分组成,电机又分为永磁同步电机和异步感应电机。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。

此前蔚来量产车型上的电驱系统配置你会发现,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:从数据上看,永磁同步电机从160kW升级到180kW,异步感应电机从240kW升级到300kW。而为了保证旗下车型的电驱的广泛适应匹配性,二代电驱系统在壳体规格上保持和一代系统一样的标准,以便于后续车型改款后升级。值得一提的是,蔚来也是少数的同时具备异步感应电机和永磁同步电机研发生产制造的企业。

碳化硅(SiC)功率模块加持效率更高

什么是碳化硅?它是一种材料,属于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。碳化硅器件应用于主驱,还能够提升电动汽车的续航能力。

180kW永磁同步电机碳化硅模块的应用,使电控系统的综合损耗降低了4%~6%,很好的改善了ET7在城市工况下的功耗表现。具体来看优点就是:

1.更耐高温,同等体积下最大电流能力提升30%以上;

2.适合更宽电压范围工作,扩展兼容性更好;

3.开关速度更快,开关时的功率损耗更小;

4.多目标优化的高速驱动电路设计,采用更小环路电感,更强驱动芯片,来实现更快的开关速度;

5.多目标优化的效率控制策略,变开关频率+离散PWM方案可以大幅降低开关损耗,分别降低35%和33.3%,而调制优化策略则能有效的将系统功率提升5%~10%。这三项技术的加入,能够全面提升电驱动效率;

6.主驱电机CLTC工况效率≧91.5%。

更高性能,零百加速3.9s

碳化硅材质的应用,以及多项的细节优化,使ET7电驱动系统整体有了显著的提升,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%。前永磁同步电机最大功率180kW,后异步感应电机300kW,峰值总功率达到了480kW,峰值扭矩达到了850 N·m ,使得ET7百公里加速达到3.9s。

总体来说,系统功率扭矩提升的技术路径有三点:优化电磁电机方案、优化减速器速比以及精准预估模块寿命。

前180kW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300kW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。

NVH更出色,电驱动噪声降低5~15dB

180kW电驱系统相比于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,在ET7上实现了更好的NVH效果,车内综合工况噪音进一步降低5-15dB。

下面我们来了解一下这些优化具体都是什么:

1.基于悬置融合控制的EDS总成模态优化

EDS在开发之初,便从整车系统进行优化设计。悬置系统的动静刚度匹配,EDS的模态map的解耦等措施的应用,确保EDS总体架构的实现NVH性能最优。

2.电机非均匀气隙及高正旋气隙磁密

电机在提升性能的同时,通过电磁优化(非均匀气隙)均衡电磁径向力,并通过气隙的正旋化,优化了扭矩波动,达到的最佳的NVH表现。

3.齿轮的齿形齿向精密优化设计

通过对ET7电驱动系统内部齿轮的精密加工,在大批量制造的前提下,做到了微米级别的精度控制,可以让车辆工作时齿轮啮合时更为紧密,提升了传动效率,噪音也更小,可以进一步优化ET7的NVH表现。

4.谐波注入算法迭代优化噪声抖动

迭代优化的谐波抑制算法,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。

此外,值得称赞的是,电池在低温下的性能较弱,第二代电驱动系统通过开发特殊功能,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。

编辑总结:蔚来在电驱动系统领域一直致力于通过技术创新,来获得效率和性能都更为出色的电驱动系统。截止目前,蔚来在电驱动系统方面已获得及在申请专利215项,其中发明专利81项。

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,目光放在新技术带来的好处上的同时,还需尽可能考虑全面的场景,确保产品在投放时的可靠性。另外,据EV视界了解到,蔚来ET7将于2022年Q1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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李嘉琦编辑
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