宋楠:深度解析比亚迪秦Pro EV500的核心技术

自2008年比亚迪第一款电动汽车F3E进行了全寿命周期的测试,并在2011年量产了续航300公里的e6电动汽车后,比亚迪相继推出续航300公里的秦EV、续航300公里适配铝合金前后独立悬架的秦EV300以及续航400公里适配全新三元锂电池的秦EV450型电动汽车。 

2018年9月,基于正向开发的“E平台”技术的秦Pro车族(燃油版、电动版和插电混动版)上市。其中最大续航里程500公里的秦Pro EV500型电动汽车,引起了以潜在客户为主的高度关注。 

作为中国最老资格的新能源核心技术、整车研发及全产业链的本土汽车制造厂,比亚迪此次推出的秦Pro EV500型电动汽车,最大亮点就是解决了用户对续航里程需求的痛点。 

而秦Pro EV500型电动汽车拥有的“型号牵引”设计模式、全新的“3合1”电驱动技术、“3合1”高压配电模块、“10合1”低压用电系统、高密度三元锂动力电池总成以及基于车型平台的轻量化,就是要通过核心技术的提升,来满足中国电动汽车车主基于不通用车环境和不同驾驶习惯,日益增加的综合续航里程需求。 

源自比亚迪官方信息:

秦Pro EV500型电动汽车共分为 智联领动型(补贴后售价16.99万元)、智联领享型(补贴后售价17.99万元)和智联领耀型(补贴后售价18.99万元)。

长宽高 4765×1837×1515mm、轴距2718mm;搭载1台最大功率120千瓦、最大扭矩280牛米的永磁同步电机;0-50km/h加速时间3.7秒;60公里/小时等速纯电续航里程500公里;具备液冷高温散热和低温预热功能的镍钴锰酸锂(三元锂)电池总成的能量密度为160.9Wh/kg、搭载电量56.4度电。

本文也将围绕比亚迪秦Pro EV500型电动汽车适配的“3合1”电驱动总成、“3合1”高压控制总成、“10合1”低压控制模块、160.9whg/kg动力电池总成以及基于正向研发的整车平台的轻量化技术状态,深度解析。

备注1:对于秦Pro EV500型电动汽车的外观、内饰以及配置等技术细节,将不是本文讨论重点。 

1、 秦Pro EV500应用的车族化“型号牵引”设计模式: 

秦Pro车族也是2017年宋家族、2018年全新一代唐家族之后,采用“单一车型,多种动力”策略的全新车族。 

以秦EV450型(包括秦EV和秦EV300电动版)为代表的比亚迪制造的电动汽车,在过去4年间,进行了电驱动技术、“4合1”控制技术、动力电池系统以及轻量化铝合金前后悬架等分系统的换装和技术提升,但是秦系列电动汽车依旧是基于成熟的燃油车型平台,采用“技术牵引”设计模式发展而来。 

秦Pro EV500电动汽车归属的秦Pro车族,则采用更高端的“型号牵引”模式设计。秦Pro车族将燃油版、电动版和插电混动版车型所需要的技术设定通盘考量,以此为车型长宽高、轴距、前后轴荷、电驱动系统、高低压控制系统、动力电池系统以及整车和分系统轻量化等技术,进行重新研发和适配。 

备注2: 

“型号牵引”设计模式,首先标定出全新装备(车型)所具备技术和战术需求,然后再研发相应的分系统,并进行整合。以“型号牵引”设计模式研发的新装备(车型),较上一代产品拥有跨越式“质”的提升。但是,这种研发模式投资大、风险大、周期长,对厂商技术储备和调校经验需求高。 

备注3: 

相对“型号牵引”设计模式,还有“技术牵引”设计模式。“技术牵引”设计模式,采用的是在现有技术体系和成熟的分系统总成基础上,进行性能提升,并在改进的载具(底盘)进行二次融合。以“技术牵引”设计模式获得新装备(车型),性能提升不大,不能以“换代”体系标定,只能算是“改进”性提升。采用“技术牵引”设计模式研发的装备(车型),投资小、风险小、周期短,对厂商技术储备和调校经验需求小。 

根据笔者过去10年跟踪研判比亚迪电驱动技术和车族研发的节奏分析,秦Pro车族和全新一代唐车族,为采用“型号牵引”设计模式的第3代全新车族。 

在秦Pro车族研发过程中,首先标定的是技术最复杂,性能要求最高的插电混动版,然后向下兼容技术需求其次的电动版,最后是技术需求最小的燃油版。而正向研发的秦Pro车型平台,则很轻松的避免了,“油改电”类改型插电混动车或电动汽车,存在的不可调和的前后轴荷,整车轻量化以及动力电池配置和主被动安全等矛盾。 

显然,采用车族化“型号牵引”设计模式的秦Pro EV500型电动汽车,从车型基础上就进行了大范围的轻量化,“三电”系统布置的合理化设定,这一切的一切都是为解决客户最关住的500公里最大续航里程技术标定。 

2、 秦Pro EV500适配的全新“3合1”电驱动集成技术:

全新的“3合1”电驱动总成,是驱动电机+减速器的小总成基础上,用插接件替代高压线缆,与驱动电机控制模块的一体化集成。

在以往比亚迪制造的e系列、秦、宋以及唐等插电混动或电动汽车,适配的都是驱动电机+减速器总成,并用高压线缆关联电机控制模块技术。经过近10年(2008年F3e电动汽车-2018年唐100和全新一代宋DM插电混动汽车)市场验证及中国汽车拉力锦标赛验证,被证明是一种可靠和成熟的技术架构。

但是,驱动电机+减速器+电控模块,被固一个大总成集成,不仅节约了近1-3米长、数十公斤重的高压线缆(2驱或4驱),更可以简化驱动电机和电驱动模块散热管路的结构,并提升电机控制信号传输带宽和速度,降低因线缆受外力损害以及信号窜扰带来的可靠性故障几率。

秦Pro EV500型电动汽车适配的“3合1”电驱动总成的电机最大输出功率120千瓦、电机最大转速15000转/分。这就意味整车最高车速更高,在60-120公里/小时车速区间段的综合电耗更小,简介提升长途高速行驶续航里程。

而集成的电机控制器中最重要的“IGBT(绝缘栅双极晶体管)”,的主要用途是能源变换与传输的核心器件,控制交流电和直流电的转换及高低电压的转换。目前仅有比亚迪自行研发、生产以及适配整车的能力。

这种“3合1”电驱动技术的整合,不仅可以提高效能和轻量化,还可以降低尺寸并有利于不同车型平台模块化通用。“3合1”电驱动技术成本降低33%,体积降低30%,重量降低25%,扭矩密度提升17%,功率密度提升20%,NEDC效率指标增加1%。

目前已知的是,“3合1”电驱动技术,已经被集成在低配版元EV电动汽车,将整合在即将上市的唐EV(2驱和4驱)。未来,“3合1”电驱动总成,将成为C车型平台、A车型平台以及A+车型平台的标准配置。

3、 秦Pro EV500适配的全新“3合1”高压配电集成技术:

全新的“3合1”高压配电总成,将DCDC(电压转换器)、OBC(车载充电器)和PDU(电源分配模块)高压用电系统进行整合、集中散热和控制。

相对过去4年,比亚迪电动汽车适配的“4合1”控制系统(驱动电机控制模块+DCDC+OBC+PDU)不同的是,驱动电机控制模块被“拿出”与驱动电机和减速器进行了集成。使得,同属于高压用电单元的DCDC、OBC、PDU进行了单独整合。

这种技术状态设定,将驱动电机控制模块剥离,有利于“3合1”电驱动系统,“3合1”高压配电总成可以更便利的,以模块化形式集成至不同车型平台,降低了车型设计难度和成本,提升了兼容性。

虽然“3合1”高压配电总成,没有在轻量化和集成化做出太多进化,但是提升了模块化换装不同车型的便利性。较“4合1”电驱动总成,降低了散热需求,更容易提升内部温度控制精度。

4、 秦Pro EV500适配的全新“10合1”低压用电集成技术:

如果说高压用电系统集成是一种功能性整合趋势,有利于车辆性能的提升,那么包括组合灯、电动空调、多媒体、车窗升降等低压用电分系统的集成,就是要简化结构、降低重量,以此“挽救”原本被浪费的电量,获得更好的电耗和续航里程。

秦Pro EV500型电动汽车就是基于这种策略,将液晶仪表、自动空调、多媒体、智能钥匙等10余种控制模块集成到一块PCB板(单一控制模块)上进行控制。

最终,生产成本下降25%-30%;控制总成重量下降25%-30%,模块体积下降40%-50%。以此获得,电器元件数量减少,降低故障率,提升品质和轻量化,间接的起到提升续航里程的作用。

5、 秦Pro EV500适配的高密度三元锂动力电池总成:

秦Pro EV500型电动汽车适配的能量密度160.9wh/kg、装载电量56.4度电的镍钴锰酸锂动力电池总成。相对以往比亚迪电动汽车而言,电芯外壳适配铝合金材料、电池总成散热管路结构进行了优化,电池总成外壳体以及固定锚点二次轻量化。

尤其是秦Pro EV500型电动汽车适配的最新状态的动力电池热管理系统,继承了e6、e5、秦EV和秦EV450型电动汽车在售的8年时间积累的丰富经验,再次细化了电芯低温预热、高温散热、快充热平衡等工况下,电量分配和温度控制精度。

高密度的电池总成、轻量化的结构以及高效的电池控制及热管理系统的应用,还是要提升电驱动效率,延长极寒和高温工况下的续航里程。

6、 秦Pro EV500基于“型号牵引”设计模式的车型轻量化:

距离比亚迪第一代电动汽车F3e完成上市前的一切准备工作已经10年时间了。在这10年间,比亚迪自行研发和制造e系列、秦系列、宋系列和元系列乘用电动汽车,以及K系列和T系列商用电动汽车。

尤其是秦系列电动汽车,在整车架构上虽然适中进行电驱动系统适配性改进,并换装铝合金材质前后独立悬架。但是,直到秦Pro车族(含燃油版、电动版和混动版)上市,比亚迪全面开启基于“型号牵引”设计模式的车型正向开发时代。

秦Pro EV500型电动汽车,作为秦Pro车族中的一员,在车型平台层面就针对前部电驱动系统、中置动力电池组件、两种技术状态的后悬架,进行了轴荷的适配和均衡的材料轻量化。

由于前文提到的,“3合1”电驱动技术、“3合1”高压用电系统整合技术、“10合1”低压用电系统整合技术、动力电池组件轻量化等技术的引入,从根本上降低了车身焊接和悬架轻量化带来的成本上扬的压力。

换句话说,比亚迪为秦Pro EV500型电动汽车,集成了如此多的新技术,在降低电耗、提升续航里程同时,还要降低制造成本。因此,秦Pro EV500型电动汽车,虽然并未使用过多铝合金材质结构件,当是最终获得续航里程的提升效能确实显著了。

笔者有话说:

综合笔者在过去10年,综合研判比亚迪系电动汽车和插电混动起车核心技术、车型研发以及基于动力电池的全产业链发展态势看。

每推出一款电动汽车,都会融入一些围绕“三电”系统的新技术。

2014年量产的e5电动汽车,首次适配了“4合1”电控系统,但并未集成动力电池液冷散热技术。

2015年量产的e5和秦EV电动汽车,在保留“4合1”电控系统同时,增加了动力电池液冷技术。

2017-2018年量产的e5系列(300和450型)和秦EV系列(300和450型)电动汽车,全系配置“4合1”电控系统、动力电池液态低温预热和高温散热系统。

2018年9月上市的秦Pro EV500型电动汽车,较秦EV 450型电动汽车在最核心的“三电”系统,进行了全部“质”的提升。

无论车型平台,电驱动系统、电控系统以及电池系统,秦Pro EV500完全可以认为是树立中国制造2轮驱动的电动汽车最高标准的车型。

文/新能源情报分析网(换个角度看车市)宋楠

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