ET7的电驱动进化,全球唯二以及全栈自研背后的关键细节
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出品:电动星球News
作者:蟹老板本人
随着交付日期的临近,蔚来 ET7 关键信息的披露也在逐渐加速。
从前一阵子的风阻系数再到前几天的南京 XPT 工厂再次开放—— ET7 电驱动系统媒体沟通会,ET7 的脚步临近了。
如果你问我南京之行的感受是什么?
蔚来高级副总裁曾澍湘的这句开场白或许是一个回答: 「大家总是强调蔚来的服务好…..我们的技术功底真的很扎实。不是说王婆卖瓜自卖自夸。」
这个时候必须要列一下参数了:三合一、碳化硅功率模块、最大功率前 180kW/ 后 300KW、峰值扭矩 850N·m。
这几项参数叠加,对比的竞品是三电机的特斯拉 Model S plaid、以及保时捷家的 Taycan Turbo S。
至于国内…..
而如果将电驱动系统看成是燃油车时代的发动机工厂,蔚来还是中国甚至全球极少数具备全栈自研以及制造能力的车企,甚至是全球唯二的。
「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。」
唯二的另一家是谁?曾澍湘回答说 T 家。那什么时候能够赶上?他笑,明年看吧。
在经历漫长的一周差旅后,我回到广州,计划用下面的这七个细节,来总结这一次的南京之行。
一、再苦不能苦研发
「最快今年,最晚明年」 ,这是蔚来铁杆粉丝很喜欢的一句调侃。甚至 RC 俱乐部的老霍把它印在 T 桖上,做成一件爆款。蔚来员工很多人都特别买了它。
但这句话,在 2019 年可不是一句调侃。无论是曾澍湘,还是负责电驱系统与集成部的毕路都特别提及了那段最困难的时刻。
而 ET7 180 千瓦永磁同步电机的研发,就开始于 2019 年下半年经济最困难的时刻。
毕路是一个很纯粹的工程师,但他说:「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 180 千瓦的产品开发。」
曾澍湘则总感觉带着一点骄傲,譬如在媒体沟通会的开场白中,他特别要说: 「这个厂区现在是 100% 属于蔚来..... 大家总是强调蔚来的服务好,我还是希望借这个机会跟媒体老师说一下,我们的技术功底真的很扎实。不是说王婆卖瓜自卖自夸,整个电动车的核心技术都是我们自研的。 」
上来,他就说蔚来的电驱系统的全栈自研。
不仅说数量,譬如电机这么一个小的产品都已经申请了 215 项专利,其中 81 项是发明专利;还要说质量和差异。
在他嘴里中,蔚来的电驱动系统才是自研。
因为很多车厂也说自研,但更多只是产品开发后段的验证过程。但蔚来是全栈自研,关键核心在于三个: 软件是不是自己写的,电路板是不是自己开发的,芯片是不是自己选的。
二、全球唯二
说到这里,他很骄傲地说, 从 2015 年组建电驱团队发展到今天,蔚来的这个能力已经非常完善了。
就拿试验来说, 从 2015 年到现在,蔚来总共在测试外包、试验设备、软件工具相关的总投入大概是 2.5 个亿。
其中,测试外包约 1.3 亿;试验台架设备,过去六年花了一个亿(9600 万),同时还花了将近三千万买各种软件工具。
他还 Diss 了,说很多人声称「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。
媒体问答环节结束时,曾澍湘再次忍不住说话了:刚才有一个小的漏的地方,就是关于全栈的制造,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。」
这「小的漏的地方」?其实是他最想说的话吧。
三、碳化硅
Flag 竖起来了,就要看关键技术了。
譬如,碳化硅。
早在 6 月份,蔚来 ET7 的首台 180 KW 碳化硅(SiC)电驱系统 C 样件已经在南京 XPT 工厂下线了。
这次在 XPT 工厂的 PEU 生产线,也就是要求生产条件要求最高的控制器产线,我们看到了一台碳化硅产线正在在测试运行。
可能很多人会问,碳化硅 到底是什么? 决定整车能源效率、控制电能的高级开关。你可以简单理解为电子电力行业的「CPU」。
在整套电驱动系统中,它们的成本将近占到了一半。
作为第三代宽禁带半导体材料 ,SiC 相较于 IGBT 的优势主要在于更耐高温,因此在同体积下最大电流能力提升超过 30% 以上;适合更宽电压范围工作,扩展兼容性更好;开关速度更快,开关时的功率损耗更小等等。
落实在 ET7 上,就是让前 180KW 电驱动系统的效率以及功率密度得到提升,从而跑得更快、跑得更远。
毕路就透露,之前 160kW 永磁同步电机的功率密度在 1.8、1.9的水平,属于比较领先的水平。
接下来的 180kW 电机,虽然为了保持整车接口一致,总体重量还是 88 kg,但相应的密度却提到 2.0kW/kg 左右。
至于效率,SiC 让 180kW 电机的综合损耗降低了 4%~6%。毕路做了一个对比,说 180 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。
再随后的问答环节,工程团队还回答了很多关键的问题。
譬如芯片短缺之下,全进口 SiC 模块会否导致产能受限?
曾澍湘说去年年底他们做了一些储备,所以没有什么特别大的风险。加上碳化硅整个行业属于导入期, 蔚来也跟芯片模块的合作伙伴签了一些长期协议,因而是相对优先的。
目前,蔚来应用的 SiC 模块,最上级的衬底材料是 Cree(科锐),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,在南京工厂进行压装。
他还说了一个小故事,由于是大规模量产应用,去年 7 月碳化硅立项时, 「全世界所有做碳化硅模块的芯片厂都想和我们交流,都要我们评估,不评估人家不服气,你凭什么不给我这个机会,本来只想选一家碳化硅模块,结果三四家等着我们去评估。」
目前,在 SiC 的应用上,蔚来在全行业属于 TOP3 。
四、电机加热
告别枯燥的技术,来说一说车主们关心的新功能。 譬如,ET7 现在可以用电机加热电池了。
毕路说,他们已经通过电驱动系统开发一个特殊的加热功能, 在电池低温情况下,通过软件的算法,利用本身电机的特性进行冷却系统加热。
在 ET7 的电驱动系统上, 蔚来针对不同的电池温度提供了 6 档加热档位,最大可以提供 4 千瓦的加热功率。不论是在静态还是动态,都可以根据 SoC 状态和电池温度选择加热功率。
譬如,去快充的路上电池温度偏低,就可以提前打开,边开车边加热,确保电池在充电时处于一个最佳的温度区间。
ET7 可以这样做,那 ES8、ES6、EC6 这些车型呢?
毕路回应到,从加热功能来说,现在开发的是 180kW 和 300kW 的电机。但这个功能一旦开发完毕,在 160kW 和 240kW 电机上去用就非常简单。因此,后续的车型上都会导入这个功能。
「只是,前面已经卖出去的车目前并没有这个计划,因为已经有了加热器。」
五、NVH
电机加热功能其实是有一个副作用的,那就是噪音。ET7 的电驱动系统设计有三个目标: 更高效率、更高性能、更为安静。
电机加热的噪音,嗯嗯,你或许听过,的确很「打动」人。那怎么办?
蔚来给出的答案是, 通过通过软件谐波控制算法,消除该工况下的噪音。 是的,用软件的方法去抑制噪音。
「我们通过软件的方法去抑制住这个噪音,这张对比图可以看到,横坐标是时间,当开启的时候谐波就会小很多,噪音就会小很多,如果关闭没有注入谐波,噪音就会出来, 加热的时候通过谐波的控制来控制 NVH,既可以达到 4 千瓦的加热功率,同时在加热的同时也能抑制住它的噪音。 」在放出一张 PPT 后,毕路这样说。
在 NVH 上, ET7 上还做另外几项非常重要而优化。
譬如, 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。
又譬如,非常专业的一个词汇—— 电机非均匀气隙及高正旋气隙磁密,简单理解,就是通过优化了扭矩波动,达到的最佳的 NVH 表现。
还有更精密设计的齿轮的齿形齿向。
电驱动系统很多噪音都来源于变速箱,尤其是在大批量制造的情况。变速箱的加工紧密度会直接影响噪音的表现。ET7 做了齿轮齿形微米级的精密设计,从而使得车辆齿轮在啮合时更为紧密,提升了传动效率,噪音也更小。
以及软件,通过迭代谐波注入算法,优化噪声抖动。
最后,新一代电驱动系统的整体噪声降低 5-15 dB!
六、三合一
在 Workshop 的开场白中,曾澍湘说 蔚来会坚持双电机的策略不变,感应电机和永磁电机组合来用,给用户体验是最好的。
「这两款产品本身也是在整个中国电动车应用中第一个三合一的产品,这个在 2018 年在中国量产的三合一电驱产品,2019 年是第一个量产扁线电机。」
由于 ET7 目前同样是一个三合一的产品,在问答环节,蔚来遭遇到了挑战。
有媒体就问到, ET7 上搭载的第二代电驱集成化程度大概在什么样的水平?
言外之意其实是已经有很多厂商提出五合一,甚至八合一的方案,蔚来的三合一(电机、电机控制器、减速器)不领先了吧。
曾澍湘的回答是,每家公司有每家公司不同的策略,这和各家的电机架构和研发能力都有关系。
「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。」
蔚来智能功率电子系统部负责人洪文成接着又补了一刀, 说从多合一的角度来说,机械集成只是是第一部,关键要看功能、性能是不是有一个提成。 其次,集成完了以后,开发过程体系化效率是否能得到提升?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?
他的言外之意,是某些厂商的多合一,只是个噱头。
除了三合一,媒体提出挑战性问题还包括蔚来会否用多级减速器以及 800 V 架构。
对于这些问题,曾澍湘和毕路也一一做了回答。
譬如,在谈及多挡减速器时,毕路就说,不同的厂家对技术路线都有不同的判断,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。
蔚来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,以 180KW 电机为例,最高做到了 16000转。
但这么高的转速,电机抗不抗得热也会是一个问题。 而「我们这个电机对耐热的设计肯定是更好的。」
至于 800V 架构,曾澍湘回应说,蔚来现有的平台都是 400V 的架构,至于「后期上不上 800V 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 800V 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。」
七、下一代
其实,现场大家还问很多下一代的问题,我们在车间内甚至看到了下一代电驱动系统的试制产线。
但曾澍湘坚决不肯吐露下一代电驱动系统的细节,只是说「我们保证给大家一个小的惊喜」,而且的确他们已经在下一个平台上面进行研发。
他说, 电驱动整个研发团队的资源今年大概增长了接近 100% ,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。」
甚至,XPT 工厂已经不再有动力对外销售了。如果大家有印象,在 2019 年时,这曾是「身陷窘境」的蔚来的一个热门话题。
之所以没有动力,则是因为「蔚来本身的需求很大」,XPT 的工程资源变得很宝贵。
「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。」曾澍湘说。
对了,说到子品牌,那么子品牌的电机会是? 「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。」
曾澍湘说,撇开整个电机系统的话, 蔚来目前还是在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。
今天的文章就到这里。
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