电驱系统主要包含电机、电机控制单元、减速器三部分,电驱系统的核心技术Knowhow就包含在这里面了。比如电车续航短就用容量更的大电池,提高能量密度车机卡顿就上高通 8155 芯片,再不行就2颗;辅助驾驶感知有局限就上激光雷达等...电驱系统也不例外!
电机动力目前已经够用,压榨潜力和必要性不大
在电驱最重要的“动力”属性上,目前大多数的电车都存在动力过剩现象,以36w+的特斯拉 Model3P 为例,加速可以秒掉200w左右的性能油车,3w的宏光MiniEV起步提速甚至要比很多油车要直接。也就是说,电机动力在目前在多数电车上已经够用,传统油车的大马力溢价,在电车上已经变得不值钱。车企与其在现有绰绰有余的电机功率上,再花大成本研发新的动力品台,提高动力参数,倒不如把成本分摊到其他用户更能感知的地方。当然,对于少数追求绝对动力加速的性能电车,如特斯拉ModelS Plaid、Lucid Air sapphire、悍马EV保时捷Taycan TurboS等车型。如扁平绕组线圈、端部换位提高槽满率、优化转子结构等方法提高磁满率,进一步提高电机功率和功率密度。近几年也越来越多车型搭载直瀑式油冷电机,让电机冷却降温更高效,帮助功率输出连续不衰减。也有通过智能算法优化电机动力输出,来实现更好的动力、能耗、操控稳定的。基于第1部分,电机动力对多数用户已经够用甚至过剩的前提,在多数日常使用转速区间内,电机的能效都是在90%以上的。而且目前多数新能源车型搭载的电机最佳能效在90%~95%,甚至部分高效电机达到了96%,此时想要在现有基础上继续提升电机能效,付出的成本将是倍数级增加,对于车企和用户都不那么太划算。于是提高电机控制单元中的主逆变器能效,成为提升整个电驱系统能效的新方向。也就是用SiC碳化硅模块替代目前主流的IGBT模块!碳化硅SiC MOSFET 的优点有很多,体积小利于封装和集成、开关/导通响应快且损耗更小、耐压值高(是硅基的10倍)、导热率利于散热,及更高的功率密度等。最重要的是使用SiC碳化硅模块的电机控制单元,相比IGBT模块方案,可以实现从电池到电机路径,约5%的效率提升,也就是能给整车省去约5%的能耗。相比车企多用5%续航所对应的电池成本,还徒增车重带来的负面影响,即便是当前成本相比IGBT更高的碳化硅模块,也是最好的选择!另外相比IGBT,碳化硅更耐高压的优势(千伏以上),更适用于后续更多新能源车型将要搭载的800v电气架构,不止用在主逆变器上,还可以应用到高压充电桩、高压电池Pack、OBC充电机、DC-DC转换器上,将有更大的用武之地,能给整车能效和充电体验带来进一步提升!这里要特别表扬下国产品牌比亚迪,BYD是全球唯一实现碳化硅器件自研自产的车企!
集成化大有可为,已是大势所趋,跨系统整合能力会是最核心的技术竞争力,用户价值更高!
上面主要谈的是电驱系统单个零部件的升级和优化,电驱系统零部件的多合一大集成目前已是行业大势所趋!高度集成的电驱系统,优势有很多:大大节省体积和减重、降低整体BOM成本、提高一体化装配效率、提高电驱系统整体功率密度等...对于用户的价值在于,小体积省去更多Layout空间,能得到更大的车内空间和前后备箱容积;减轻重量意味着相同电量能跑更长的续航里程;同时BOM降本也间接降低了用户的购买成本。15~17年的分体式三大件→18~20年三合一成为主流→21~现在的多合一大集成阶段。
虽然多合一只是多系统零部件的组合集成,但跨部件、跨领域的系统集成,是非常考验技术和工程能力的,目前只有为数不多有积淀的大厂能够做到。
相比于电机功率提升和能效优化,多合一大集成的所带来的综合收益会更加明显,是当之无愧的新能源汽车电驱系统最重要的核心技术之一!正如文中所看到的,中国新能源汽车换道超车在近5年内,无论在电池领域 、电驱领域、以及核心零部件、及核心技术领域,其实已经走在世界前列,成效显著,令人振奋!