赶超特斯拉!蔚来第二代碳化硅电驱系统能有多少技术优势?

优能汽车工程师 2021-10-22 14:42:33 显示图片

赶超特斯拉!蔚来第二代碳化硅电驱系统能有多少技术优势?



10月19日,蔚来汽车在南京XPT工厂发布了全新的电驱动系统,包含一款最大功率180kW的前永磁同步电机;一款300kW的后异步感应电机。


新的电驱系统相比于现有的160kW和240kW电驱动系统,功率分别提升了 20%和23%。出色的动力性能使得ET7百公里加速达到3.9s。




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。


据介绍,蔚来第二代碳化硅电驱系统将率先应用于2022年一季度交付的 蔚来ET7车型上。



碳化硅加持第二代电驱平台


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)功率模块提高电机效率


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:

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%。



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850N.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。


废热加热电池、降低噪音


对于电动车的车主,最担心的便是在低温状态下,锂离子动力电池的能量和功率特性会出现严重衰减。现今有不少的电动车型,都采用外部加热法如循环高温气体加热或循环高温液体加热等,对电池进行加热。


不过蔚来汽车的第二代电驱平台却有所不同,其电机系统通过开发特殊功能,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。



总结


从结果来看,无论是蔚来最开始推出的ES8,还是后期的ES6、EC6,包括没有进行量产的ET7和EP9,在它们身上都能看到其性能方面的优势。在全栈自研的优势下,蔚来获得的是属于自己的产品开发话语权以及行业领跑的知名度,这样看来一切都是值得的。


相信在2022年1季度蔚来ET7正式交付时,这台车能够为我们带来惊喜的表现和更极致的性能体验。


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