碳化硅+EDS加持,蔚来给ET7的电驱系统搞了什么黑科技?

  • 发表于: 2021/10/22 10:27:31 来源:车云网

对于率先试水碳化硅的蔚来来说,一切都尽在即将到来的ET7。

今年6月22日,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。这套属于蔚来第二代电驱平台的电驱系统标志着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,即将于2022年交付的蔚来ET7就会率先搭载这套全新的电驱系统。

拥有了目前仍然是行业内仍然前沿的碳化硅技术,蔚来的EDS三合一电驱系统拥有了更高的效率和更出色的性能,从核心上对车辆整车的动力和续航表现进一步提升,这也是蔚来自成立起便坚持全栈自研的初衷,从根本上把握技术研发的重点。

由电机、减速器、控制器组成的电驱系统中,蔚来目前一直在电机上坚持永磁同步和感应异步电机双管齐下的策略,蔚来的车型上搭载的就是160kW永磁同步电机和240kW感应异步电机的组合。但随着第二代电驱平台的技术升级,它们的功率即将提升为180kW和300kW,直接在产品上带来性能的提升。这背后就不得不提在南京这个先进制造中心诞生的黑科技了。

碳化硅(SiC)功率模块加速提升效率

碳化硅这个词相信在近些年越来越多地被提到,它作为最典型的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,尤其是在城市通勤的场景下具有很大的优势。于是,蔚来首次引入了新型碳化硅模块,全栈自研相比其它友商提前了半年到一年的时间,并进一步发挥了碳化硅的优势。

比如针对多目标优化时,蔚来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。而且它的效率控制策略使变开关频率+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,开关速度更快、功率损耗更小,主驱电机CLTC工况效率可以超过91.5%。

因此,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,碳化硅器件应用于主驱,还能够提升电动汽车的续航能力。除此之外,新一代电驱系统还更耐高温,同等体积下最大电流能力提升30%以上,而且适合更宽电压范围工作,扩展兼容性更好。


同时,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也进一步提升了NVH效果,车内综合工况噪音进一步降低,带来更为静谧的驾乘体验。

因此,对于前面提到的两种电机,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和减速器速比(从9.57到10.48),获得了更高的轮端扭矩。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,使得ET7拥有百公里加速3.9秒的成绩。随着ET7的交付,两款电机也即将在明年Q1正式推出。

加热电池和NVH的新挑战

而有了性能和效率之后,电动车主们关心的另一个问题则是电池和电机在冬季寒冷天气下的表现,在这一点上,蔚来也做了特殊考虑。

针对电池在低温下的性能较弱,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,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。4kW虽然看起来不多,但利用废热回收已经实属不易,而且节省的功率对于主动供热能节省更多能量。

但另一方面,这项功能的应用也为NVH带来了新的挑战。上面我们已经提过,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,同时EDS总成也通过软件谐波控制算法,来消除加热工况下的噪音。

具体来说:

- 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。

- 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。

- 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。

南京电驱动系统先进制造中心

而承载这一系列黑科技的,则是蔚来位于南京的电驱动系统先进制造中⼼了。这里见证了蔚来制造系统的诞生,由2015年建立,蔚来ES8早在2017年的早期试制、白车身和整车试验都在这里完成,至今已经投入了2.5亿,拥有215项专利。

目前电驱先进制造中心占地规模达到528亩,规划电驱动总成产能32万套/年,致⼒于打造电动化、轻量化、智能化的电驱动,是全球极具规模的新能源汽车核心零部件制造基地之一。电驱动系统先进制造中⼼拥有240kW电驱动系统车间、160kW电驱动系统车间、PEU生产线等。

两个EDS⽣产车间分别占地20000平方米和25000平方米,都配备了ABB六轴机器⼈、ABB七轴机器⼈以及AGV⾃动物料拉动系统,具备⾼柔性、⾼⾃动化的⽣产能⼒,铜转⼦装配、激光熔焊、车削及动平衡、绕嵌线⼀体化、定⼦电加热浸漆、涂胶以及在线动态性能测试等均采⽤全⾃动化⽣产。

PEU生产线装配的是电驱动系统的核心部件控制器,产线中最核心的IGBT压接线,自动化程度高达90%,控制器装配线年产量20万台,压接线年产能达30万台,整条线整合了拧紧、压装、泄露测试、电气测试等多种工艺,同时它还是一条柔性化组装线可兼容多个型号产品的共线生产,可以更好地控制生产成本。

制造中心的先进性体现在世界领先的生产、装配、绕嵌线等工艺上,采用少人化、数字化、自动化设计,使用高清视觉拍照定位的高精度六轴机器人、全世界同类型最大激光发生器、绕嵌线一体化专机、全自动机床与动平衡机等顶尖设备精准交互配合,进一步实现了生产的智能化、一体化、可视化,达到提升了制造过程中的精准度、效率、安全性。地源热泵技术还能实现厂房内温度调节,屋顶采用光伏发电板,最大程度利用自然能源,节能减排,绿色智造。

车云小结

最大功率480kW、峰值扭矩850Nm、百公里加速3.9秒、75/100/150kWh电池容量选择,这是蔚来ET7能带给我们的,这其中碳化硅的应用和整个EDS系统自然功不可没。对于率先试水碳化硅的蔚来来说,一切都尽在即将到来的ET7。


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