全栈自研首次应用碳化硅揭秘蔚来ET7

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过去,蔚来汽车给人的最大印象就是服务好!

但在近日,电驹小编参加了ET7电驱动系统媒体沟通会,并参观了蔚来南京XPT工厂。短短的一天,电驹小编对于蔚来汽车的印象有了很大转变。

这种转变用蔚来高级副总裁曾澍湘的话来说就是:“大家总是强调蔚来的服务好,但我们的技术功底真的很扎实。”

蔚来技术好,不是说说而已。这点单看蔚来ET7第二代驱动系统采用的的各种黑科技,想必你一定会深有体会。

全栈自研的电驱动系统

如果将电驱系统比作是传统燃油车的发动机,能做到全栈自研电驱动系统的,可以说是少之又少,蔚来便是其中一家。

“全栈的制造,电机装配、电机绕线、工艺控制器的生产装备我们都有,这些也都是很少见的,这三个核心零件都具有自我制造能力,也是全球唯二有这样的生产制造能力。”曾澍湘表示。

唯二另一家是谁呢?曾澍湘说道:特斯拉!

曾澍湘表示,很多企业都宣称“我有研发能力”,但研发到哪个水平每家公司定义不一样,像蔚来这样重投资的研发在整个新势力体系中是没有多少的。

根据介绍,从年到现在,蔚来在电驱动的研发上大约投资了1.5个亿,进行的试验费用约1.3个亿,6年中购买实验台架花了1个亿,而各种软件研发工具的费用,将近万。

对于为什么要自研电驱动系统,蔚来电驱动系统与集成部负责人毕路表示:电驱动系统也可以外部采购,但蔚来定位是高性能的智能电动车品牌,外部采购会带来系统的工程匹配问题。

毕路认为:“当我们自研电机可以做到根据整车结构与产品定位,做相应的工程调整,我们的产品迭代可以自主掌控,外采会有与之相反的风险。”

正所谓念念不忘,必有回响。在重金研发之下,蔚来汽车的新一代电驱动系统究竟如何?

快!ET7百公里3.9s

蔚来ET7采用第二代电驱动系统,包含一款最大功率kW的前永磁同步电机;一款kW的后异步感应电机。相比于现有的kW和40kW电驱动系统,分别提升了0%和3%。出色的动力性能使得ET7百公里加速达到3.9s。

那么,这套全新驱动系统如何实现性能的提升呢?

1、首次应用碳化硅技术

早在6月份,蔚来ET7的首台KW碳化硅(SiC)电驱系统C样件已经在南京XPT工厂下线了。

很多人可能并不了解什么是SiC?

作为第三代半导体中的代表材料,SiC是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一,基于SiC的解决方案使系统效率更高、重量更轻,且结构更紧凑。

新能源汽车是SiC最重要的下游领域,SiC应用于新能源车,可以降低损耗、减小模块体积重量、提升续航能力。主要应用包括主驱逆变器、DC/DC转换器、充电系统中的车载充电机和充电桩等。

特斯拉的Model3就采用了意法半导体和英飞凌的SiC逆变器,其也是第一家在主逆变器中集成全SiC功率模块的车企。

SiC用在车用逆变器上,在相同功率等级下,全SiC模块的封装尺寸显著小于硅模块,同时也可以使开关损耗降低75%(芯片温度为°C)。在相同封装下,全SiC模块具备更高的电流输出能力,支持逆变器达到更高功率。

这些优势带来的结果就是能够为电机带来更高的工作效率。据悉,SiC让蔚来kW电机的综合损耗降低了4%~6%。

毕路现场做了一个对比,说KW电机的工况功率可以做到91.5%,而业内一般在88%、89%的水平上。

总之,得益于碳化硅技术技术的应用,不仅让整车不仅跑得更快,同时也有更优秀的续航表现。

、结构进一步优化

在结构方面,蔚来汽车对此做了以下优化。

首先,kW永磁同步电机在同等的空间,同等的边界尺寸,同等电压水平下,性能方面实现了提升,这里面包括电机类型的选择,转子磁钢选型上都进行了一些具体的开发。而后异步感应电机通过电磁的优化,使得模块电流的提升,从而实现性能的升级。

其次,是优化减速器速比的优化,蔚来是通过多目标的优化,提升效率的同时,同时提升速度。减速器速比从9.57提升到了10.48。

最后,对于后异步感应电机的IGBT的模块,从A提升到了A。

通过新技术的应用和结构的优化,让新的驱动系统有了更强的性能。

然而,性能的提升,带来的另个问题便是的电机噪音。这对于定位豪华品牌的蔚来而言,显然是一大矛盾。

蔚来的做法是,通过通过软件谐波控制算法,消除该工况下的噪音。没错,是通过软件实现“降噪”。

NVH:电机噪音降低5-15dB

“我们通过软件的方法去抑制住这个噪音”,毕路表示,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。

除此之外,ET7上还做另外几项非常重要而优化。

1、基于悬置融合控制的EDS总成模态优化。

在整车底盘开发时,一开始就对电驱动的各个部件进行解耦,设置悬置的动刚度、静刚度,基于整个系统去做优化。简单理解就是,蔚来优化了承载电机的悬置的钢架,来达到在各种场景下钢架硬度能够支撑电驱系统从而不产生噪音。

、更精密设计的齿轮的齿形齿向。

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,进一步优化ET7的NVH表现。

3、降低电池加热对于NVH的影响。

电池在低温下的性能较弱,对此蔚来方面表示,电机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,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。

不过,该功能的应用也为NVH带来了新的挑战,而同样通过软件进行抑制,通过软件谐波控制算法,消除该工况下的噪音。

再苦也不能苦研发

在沟通会上,曾澍湘给大家分享了一个小花絮。

大家都知道,年是蔚来汽车最困难的一年。但在那段时期,斌哥(CEO李斌)那句“再苦不能苦研发”,给当时刚启动第二代电驱动系统研发的团队注入了信心。

毕路说道:“那个时候要感谢管理层,当时秉持一个原则,再苦不能苦研发,在当时的情况下利用有限的资金启动了千瓦的产品开发。”

从这点可以看出,蔚来汽车对于自研技术的重视。

根据相关全球专利数据库查询可以看到,截止今年8月,蔚来拥有专利申请,其中件有效授权专利,包括件发明专利。

经过短短几年的发展,蔚来已经从车、服务和生活三个维度开展创新并进行了相关布局,对新能源汽车的“三电”(电池、电机、电控)、辅助驾驶、车联网、车载人工智能、充换电设施等重点技术完成了完整的专利布局。

附媒体沟通会QA要点

主讲人:

曾澍湘AlanZENG(蔚来高级副总裁ESEI)

毕路RichyBI(蔚来电驱系统与集成部负责人)

洪文成WilsonHONG(蔚来智能功率电子系统部负责人)

媒体:相比于以往的产品,壳体上有什么变化吗?

毕路:壳体主要是力矩加强了,整个结构强度进行了优化,并没有通过增重来优化,是通过结构仿真优化来满足整个力矩的加强,总体保持了功率提升0%,力矩提升30%的基础之上没有加重,但质量也没有减少。

曾澍湘:重量最大的挑战是扭矩提升,结构上面怎么保证。我记得还是减重了一小点,那个控制器。

毕路:控制器是优化了,但是在电机上面总体保持了一致,有的地方减了,有的地方加了,总体是一致的水平。

媒体:各位领导,我想问一下这款电机未来有没有可能在ES8和ES6上去搭载?第二个问题是这个电机的功率密度是怎么样的?

曾澍湘:是否对ES8、ES6进行升级,还没有评估,这里面涉及到整车工程一系列的问题,从产品兼容性上是有一定能力的,怎么样和整车工况结合以及一系列的公告目录还在进行评估。

毕路:之前kW电机相比于年市面上的产品,当时做到了88kg,功率密度在1.8、1.9的水平,属于比较领先的水平。做到kW的时候,当时说要保持整车的接口一致,包括跟整车智能安装接口一致,总体重量保持在88kg,但把功率提升到kW,相应的功率密度有了一些提升,达到.0左右,这是同步电机。异步电机相对40kW,大概在1.7,升级到kW的话也是一样,重量保持不变的情况下,把功率提升,对应的功率密度也是在.0kW/kg左右。

媒体:我有两个问题,第一个是关于蔚来电驱动系统,蔚来车型在国内车速都是比较高的,达到00km/h,在这个技术上蔚来有什么特别的,和国内电动车不一样的地方吗?第二个就是在新车上用到多级的减速器?

毕路:对于最高车速从国家法规上面有两种定义,一种是30分钟最高车速可以持续运行,还有一种是说你在一定时间内,如分钟之内跑一公里,我们通常会定义两分钟的车速,这是整车的定义。对于电驱动系统,影响这个车速的有三个因素,第一个是轮胎的直径,另外一个是整个变速箱的速比,再加上整个电机的最高转速,这三个因素决定了最高车速。我们在做最高车速的时候,以kW为例,4.6的速比对应多转,对应的00km/h时速,我们的做法按照法规是1.倍的破坏转速,将近00km/h的车速再乘上1.倍,确保它在1.倍下不会有任何的损坏,我们保证整车以00km/h的车速,不管你跑两分钟,至少按照车的这个定义,肯定保证电驱动效能是好的,确保车速是得到满足的,这是第一点。

第二点对于多挡减速器,不同的厂家对技术路线都有不同的判断,目前从我们的角度来说,一种我把挡位加多,把转速降上去,这样可以把整个电机做的小型化,这是一种技术路线。我们目前所走的技术路线是把挡位固定,一挡的速比,然后把转速提上去,目前我们在走第二条路线。

媒体:新的电机最高也是转的转速吗?

毕路:最高做到了00转。

曾澍湘:高速工况还是需要评估的,电机也扛不住热的问题,我们这个电机对耐热的设计肯定是更好的,最终上油冷效果更好,但是现阶段没必要,我们做到两百公里时速,用水冷足够了。

媒体:我有两个问题,第一个是关于前面提到的电机加热,动机出处是三元铁锂电池,六档加热和4kW加热功率,这是第二代还是第一代可以使用?第二个问题是碳化硅这个材料,我们都知道芯片供应短缺是整个行业的问题,这会不会对碳化硅材料包括ET7的交付产生影响?

毕路:从加热的功能上面来说,现在开发的kW和kW,这个功能一旦开发完毕在kW和40kW上面去用就非常简单,但在前面已经卖出去的车目前并没有这个计划,在后续的车型上面会导入。

曾澍湘:加热功能对软件团队也是很大的挑战。

洪文成:我们提到加热功能,比较难的还是要平衡NVH,加热注入的电流跟你实际运行的电流是两种类型的,因为你在加热的时候不能额外产生一些扭矩,所以它不是一个正常的控制逻辑下的电流,所以在做加热的同时,还是要去考虑各种其他的扭矩,去考虑NVH的特性,不能因为加热大家觉得这个噪音好难受,这个情况下软件里面要做一些策略去平衡,去解决这些问题。

曾澍湘:芯片是整个01年比较困扰我们的,我们去年年底做了一些储备,所以我们没有什么特别大的风险。碳化硅整个行业属于导入期,我们也跟芯片模块的合作伙伴签了一些长期协议,我们也看到了整个行业的供应风险,所以签了长期协议,我们是相对优先的,因为也是第一个大规模量产的客户,在碳化硅的项目上面。

媒体:刚才提到芯片是一个,我想知道碳化硅的电驱系统国产化率是多少?成本上有没有优势?第二个这个除了用在ET7上面之外,未来有没有说会应用在哪些车型上?就是产品规划。

曾澍湘:这个模块本身现在还是进口的,因为中国现在还不具备这样的产业链,最上级的衬底材料是Cree,在韩国工厂做的晶圆,到马来西亚做的模块,然后再发到中国来,然后在我们的南京工厂进行压装,是这么一个工艺路径,现阶段都是进口,还是没有任何国产化的成分。整个电驱组合和后续蔚来车型是有规划的,这个就不能由我来说的,只能看每年车展和NIODAY的发布会了。

媒体:我有两个问题,一个是第二代电驱品牌是否具备了V高压电力的匹配,第二个问题,现在第二代电驱集成化程度大概在什么样的水平?

曾澍湘:蔚来现有的平台都是在V的架构,主要与整车和电池都有一系列的匹配,在现阶段蔚来的平台当中都是V才够,后期上不上V还是请大家看发布会,以后会有越来越多新的产品,我们在储备这方面的技术,这是不用质疑的,我们也看到V的一些优势,对电机来说最大的就是绝缘的问题,这是很大的挑战。

关于您的第二个问题是多合一的问题,我们也在思考,但每家公司有每家公司不同的策略,这和你的电机架构和你以后的研发能力都有关系,先表明一下我们的立场,我们原则上不认为做机械集成就是一个创新的产品,我们还是想长期的看怎么做功能融合的集成,这还是有挑战的,这方面我们团队也已经有些思考了。

洪文成:从多合一的角度来说,我们是这么思考的,第一,机械集成是第一步,我们在集成的时候,要首先思考能否对功能带来提升,你集成完了以后,谁和谁集成首先得看这个功能的性能能不能有一个提升;第二个是整个集成完了以后,开发过程体系化效率它是否能得到提升;第三个就是确实是成本,集成完了以后,这些成本能带来的优势到底有多少,这个它也不是说只是看单件的成本,我们现在一直在强调全生命周期的成本,这个时候也得去思考,我们对于集成会有自己的一些思考在里面,在有一些技术点上也会深入的研究,至于我们自己后面的技术路线,也要等后面的一些产品发布或者是宣告。

曾澍湘:斌哥给我们研发团队的挑战就是能不能多做减法,又可以满足用户的需求,这才是真正的挑战。

媒体:能不能讲一讲研发的一代和前面的一代追求的技术水平是什么样的?

曾澍湘:很抱歉,现阶段不能讲的太多,不然我们下一代产品就没有神秘感了,但我们保证给大家一个小的惊喜,的确我们已经在下一个平台上面在研发,整个研发团队的资源今年大概增长了接近%,如果把工艺的团队,把质量的团队都算上的话,整个研发资源增加了50%,结合蔚来的需求都在储备电机平台技术,我们新平台电机的推出一定是行业领先的。

媒体:南京XPT这个工厂投入蛮大的,之前也有关于子品牌的透露,蔚来现在打算把电驱kW和kW投入到下一个子品牌吗?

曾澍湘:子品牌还是处于整车定义阶段,按照时间点来说,子品牌需要不一样的电驱。

媒体:整个电驱系统有没有考虑对外销售做一些通用化的设计和考量?

曾澍湘:的确我们在困难的时候,我们希望能够对外销售增加收入,但现在因为我们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,就是说他沿着我们的电机改,而不是我们沿着他的需求改,也有美国一些出口项目在做,量比较少,是初创公司,但现在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,刚才你也说子品牌也需要,我们的工程资源也有限。

媒体:从您的经验来看,自主投入电驱动研发最大的价值和贡献是什么?

曾澍湘:我觉得这个还是与品牌定位有关系,蔚来是一个高性能电动车,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。第二个,这个研发就取决于您对研发的定义,如果只是做一种后期验证性的开发,大多数车厂都这样做的,市场上也有一些有竞争里力的友商在做,也会在产品上做一些妥协,只要差异化做的好也是有机会的。我们已经做了比较强的全段能力,我们在供应链和产品设计转型当中都增加自由度,开发周期相对加速,刚才我已经说到了研发资源是紧缺的,如果是外购,你的合作伙伴工程资源能不能保证,实际上整个行业缺什么?比如缺00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,很多时候这些方面都是相对短缺的,所以说我们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。比如说碳化硅工艺模块就是这样,如果我们没有资源就要等别人做成逆变器以后,或者电驱总成以后才能买,但今天货架上没有碳化硅具备量产工艺的电驱总成或者控制器,我们是自己上把这个做出来了,还是比大多数的友商至少早半年到一年,这些都是我们获益的地方。

媒体:我有两个问题,第一个问题就是沿着前面说的研发资源可能有点紧张,我想问一下永磁这块和异步感应这块,研发资源接下来会在哪一块花更多的精力和资源?或者是比较平横的研发资源投入。第二个是因为碳化硅现在市面上相对来说是比较前瞻的一个技术,前瞻等于是要吃螃蟹,我们怎么把这个螃蟹吃好?在客户端做到客户使用比较稳定,没有太多的故障率,通过哪些手段来达到这样一个目的?

曾澍湘:两个产品,感应电机和永磁电机是齐头并进的,我们也是看到了感应电机的一些优势,具体后面会发布新的电驱平台的时候,你们媒体朋友会看到差异化的变化,到那个时候我们再做详细的介绍。撇开整个电机系统的话,还是全栈资源的投入进行加强,对关键的核心零件和核心工艺都会继续增加资源,去保证将来储备足够的技术,保证从中国领先定位到世界领先,这是关于研发投入这一块。

碳化硅模块的确是新的东西,可能会有新的场景,我们也专门组织了碳化硅部队,专门做强化测试,对产品从模块级别到控制器级别到电驱级别都做了强化测试,也和合作伙伴对芯片做了很多测试,考虑了各种场景,这样的话确保产品投放的时候有很好的性能。

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