在純電動汽車的核心三電系統上，大眾能交出一個怎樣的答案？

在傳統的燃油車上，我們把發動機、底盤、變速器統稱為汽車的三大件，其中發動機提供動力、變速器實現降速增矩以及改變傳動方向，底盤功能更多，需要起到安裝發動機及其各部件的支承作用，同時還要兼承轉向系，行駛系，傳動系和制動系四部分。總而言之，它們是一輛燃油車上最重要的零部件。

而到了新能源時代，由於動力源與驅動方式發生了改變，我們也習慣性的在新能源汽車上找出我們認為重要的幾個部件——那就是三電系統。

根據業內權威機構表示，三電系統的成本佔據整輛純電動車總成本的70%以上，而超過90%的純電動車機件故障，也都是由三電系統引起的。

本文我們同樣以大眾ID.4X為例，看看大眾集團在三電系統上的造詣究竟如何？

一、三電系統簡析

在正式對ID.4X進行解讀之前，我們先帶大家簡單的認識一下三電系統。何為三電系統？簡單來講就是對電驅、電池、電控的一個合稱，我們挨個解釋。

首先是電池，一般而言，這裏的電池是指高壓電池（區別於車上的低壓電池），它是作為新能源汽車的能量來源。

結構上，動力電池動力電池系統通常由電芯、電池組、電池管理系統、冷卻系統、高低壓線束、保護外殼和其他結構件構成。

其中電芯又是電池的一個最小單元，它由正負極、隔膜、電解液組成，我們經常聽到的的三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池就是因為它們的正極材料不同（還包括鈷酸鋰、錳酸鋰、高鎳三元等等），而由於每種材料都有着不同的特性，也使得不同正極材料的電池表現出不同的特性。

一般而言，我們衡量一款動力電池的性能最常用到的指標就是能量密度，它是指在單位一定的空間或質量物質中儲存能量的大小，更細分下去，電池的能量密度一般分重量能量密度和體積能量密度兩個維度。

能量密度越高，意味着單位體積所釋放的電能越多，控制變量的前提下，相應的續航也就更遠。

此外還有比功率這個概念，它描述的是電池在瞬間釋放出電能的能力，比功率越大，可以提供更強的瞬時電流，控制變量的前提下，汽車的加速也就更快。

再説電驅，電驅由三部分構成，分別是傳動機構、電機、逆變器，其中逆變器是把直流電轉變成交流電的設備，逆變器的性能決定了電壓電流的大小，若一台電動汽車的逆變器能支持較高電壓，則相應率較大，這意味着同樣電流進行充電，充電功率可以等比例放大，即充電時間會縮短。若提高逆變器的支持電壓，則相應的充電時逆變器產生的熱量會變多，那麼就需要解決逆變器中IGBT模塊的散熱問題，這是提高充電效率的關鍵問題。此外，逆變器性能的好壞直接決定電機的性能表現，這也是各大新能源汽車企業的核心技術。

電機則是新能源汽車的主要執行結構，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，從功能上來講，電動機一般要求具有驅動、發電兩項功能；從類型上劃分，目前汽車專用電機驅動系主要有三類：直流電機驅動系、永磁同步電機驅動系、交流感應電機驅動系。

至於傳動機構，目前國內外電動車的傳動機構基本都是單級減速機構，即沒有離合、沒有變速器，就通過簡單的單級齒輪進行變速。

最後我們説説電控系統，簡單來講電控系統是電動汽車的大腦，由各個子系統構成，比如能量管理系統、再生制動控制系統、電機驅動控制系統、電動助力轉向控制系統以及動力總成控制系統等，它是輔助控制整個車輛的運行與動力輸出。

Ok，大概瞭解了三電系統之後，我們來對大眾ID.4X的三電系統進行一個詳解。

二、大眾ID.4X三電詳解之電池

大眾ID.4X是大眾MEB平台下的首款車型，從設計理念到生產製造，都是不同於此前的基於燃油車平台改造的油改電車型。

那麼在核心的三電系統上，它的表現究竟如何呢？

我們先説佔據整車成本最高（30%左右）的高壓動力電池，首先從參數上我們可以看到，大眾ID.4X提供兩種不同容量的電池，分別是57.3kWh和83.4kWh。

基於這兩種電池規格，配合不同輸出功率的驅動系統，大眾ID.4X一共衍生出了5種不同的續航里程。

前文我們提到，動力電池的最小單元是電芯，而大眾ID.4X的電芯是由頂級供應商寧德時代提供的NCM811，NCM811的意思就是正極材料中鎳鈷錳的含量比例為8:1:1的三元鋰電池。

除了”811”，市面上還有包括”523”和”622”電池，數字不同是因為正極各材料的佔比不同，NCM811由於增加了正極材料中鎳材料的佔比，而縮減了鈷和錳的佔比，所以它的穩定性與安全性相對而言是要更低的（因為鈷的作用在於可以穩定材料的層狀結構）,但能量密度能做到更高。

從參數上來講，以83.4kWh規格的電池組為例，它的能量密度達到了175Wh/kg，最大可以提供260kW的峯值功率。

值得注意的是，雖然電芯是由寧德時代提供，但其他的包括比如底板、上下殼體、框架、電池模組和BMS等配套裝置都是上汽大眾自己生產組裝的。

而在結構方面，眾所周知的是，高壓電池由於其化學特性，所以在防護結構上對企業提出了更高的要求，能不能在極端狀況下保證動力電池的完整性，就是其中的一大關鍵。

大眾ID.4X是怎麼做的呢？首先在物理防護層面上，它的下殼體採用鋁合金橫樑，護板也採用了高強度鋁衝壓件，保證下殼體的強度，在經過一些磕磣路面或是其他狀況時，可以保證電芯內部不變形，不漏液。

而它的上殼體有三層保護層：蠟塗層、密封圈、密封膠，為電池包的密封性提供了多重防護，按照官方的説法，它的IP防護等級達到IP6K9K

而上下殼體的鏈接方式它用了旋轉攻絲鉚接技術（FDS），可以最大程度減少邊框的形變，固定強度也有保證，目前這項技術很多歐洲廠家都在用，比如捷豹XK和X150，奧迪R8、A8、TT Coupe、A6等。

在電池組的內部，由於使用了中間拱形設計，可以吸收一定的能量同時增強整體結構，使得電池包更加不容易發生形變。

除了強化上下殼體提供保護和內部結構優化外，大眾ID.4X所以採用了一套液冷系統用於控制電池温度，這系統位於電池底板內，採用了流道並聯的設計，在底板與電池之間由高導熱係數導熱膠，可以讓電芯温度差異小於3℃，讓電池工作更加穩定。

三、大眾ID.4X三電詳解之電驅

這一段我們講大眾ID.4X的電驅系統，前文説過，電驅是由三部分構成，分別是傳動機構、電機、逆變器，先從電機講起。

新能源汽車在電機上都會追求高功率、小體積、高轉矩、高轉速（高功率密度、高轉矩密度），它的性能直接關係到新能源汽車整車動力性。

從官方的資料中可以看到，大眾ID.4 X的電機系統有兩種組合，後驅版本：永磁同步電機，四驅版本：異步電機（前軸）、永磁同步電機。

兩個電機的具體工作原理我們這裏就暫且先不深入，主要和大家講講兩者之間的差別。

永磁同步電機的優點很明顯，在同等體積下，永磁同步電機能輸出更高的功率和扭矩。此外，永磁同步電機還擁有噪音較小的特點。

至於缺點，永磁同步電機如果想要大的功率，就要大塊的永磁體，造價高；而且雖然叫“永磁”，但它在高温之類的惡劣環境下容易退磁。

而異步電機的優缺點就和同步電機相反了，成本比較低廉，工藝簡單、運行可靠、維修方便等，但在同樣的功率和扭矩下，異步電機所需要的體積和重量要遠大於永磁同步電機。

我們在網上找了這樣一張圖：如下，可以更加直觀的看到兩者間的差別。

目前很多歐洲品牌的電動車都喜歡用異步電機，比如寶馬i3，但中國和日本品牌卻更喜歡永磁同步電機。

當然也有品牌喜歡將兩種電機配合使用，比如我們今天的主角ID.4X以及ID,4 CROZZ或是ID.6X以及ID.6 CROZZ的四驅車型都是採用的這種方式.

他的前橋採用的是異步電機，它的輸出功率為75 kW，扭矩為151 N.m，非常適合做輔助驅動；後軸採用的永磁同步電機功率達到150kW，扭矩為310N.M，最高轉速16000轉，最高效率97%。

這台永磁同步電機被大眾內部命名為APP310，生產地是在大眾汽車自動變速器（天津）有限公司，大眾集團目前應用廣泛的DQ381系列變速器也是在此誕生。

值得注意的是這台電機引入6層Hair-pin電機繞組技術，什麼是Hair-pin電機繞組技術呢？我們知道，在永磁同步電機內，電流通過定子繞組，形成電樞磁場與轉子永磁磁場交鏈，產生力矩，以此驅動車輛。

而在當前的技術限制下，即使是用純銅來做繞組也會有電阻，可能這點電阻不大，但電機在大功率高速運轉時，在大電流的“助攻”下，這一點點電阻就會被無限放大，進而造成很大的發熱和能量損失。這也是為什麼前些年的電機轉速上不去的原因，因為散熱跟不上。

而由高中的物理知識我們知道，導線的電阻和導線的長度成正比,和橫截面積成反比。我們要想導線的電阻變小，那麼只需要降低長度以及增大橫截面積。

在這種背景下，Hair-pin扁線繞組技術就誕生了，它從橫截面上將原來一個個圓形的繞組電線，做成了截面積是扁長方形的，像髮卡一樣的繞組，互相直接緊密貼合，避免了截面積的浪費。

Hair-pin扁線繞組有三個顯而易見的優勢，首先是從圓線變為扁線，可以在相同的空間填充更多的銅材，槽滿率可以提升20%以上。從而提升電機的功率密度，提高性能；其次扁導線與鐵芯以及導線之間的接觸面積更大，散熱性能更好；再是由於扁導線的面積更大，所以電機運行時導線上的直流銅耗更小，温度也更容易控制下來。

那什麼是6層Hair-pin呢？一般的Hair-pin扁線繞組是兩層一組，從上到下是兩組一共4層排布，而由於交流電的“趨膚效應”和“鄰近效應”（這裏不深入解釋了），所以需要把過粗的繞組導體再進行拆分。

目前業內做的較好的，比如上汽集團，已經有了國內純電動領域的首個量產8層Hair-pin繞組技術電機。

電機説完我們繼續説它的傳動機構，ID.4X用的二級齒輪減速機構，用於降低電機轉速，提升扭矩輸出，它的結構是一共3個軸承（主流廠商一般是4個），通過主軸直連電機軸，最終將動力輸出，們查詢了相關資料，這款減速器的總速比為11.5:1，最高時速為160 km/h。

最後就是逆變器了，大眾ID.4X將最新一代的三個IGBT電源模塊連接起來，形成了一個經典的B6電源逆變器。在模塊載體內部，電源模塊被冷卻結構框起來，這樣驅動板就可以直接插到電源模塊的觸腳上。驅動板在和控制板之間加裝有屏蔽罩。

值得注意的是，它的DC/DC轉換器沒有集成到PI中，而是作為一個單獨的液冷組件設計的。DC/DC可以靈活安裝到車輛其他地方，並有兩個功率等級可供選擇，它們分別為1.8 kW和3.0 kW。

ID.X4的逆變器採用了“多層垂直組合”設計理念，依次有控制板，導熱層，功率層，散熱層，這種垂直化多層的設計有利於機器人的自動流水線組裝。

電控這塊由於更多的設計代碼以及分區功能等設計，我們在網上也沒有找到可靠的官方資料，再加上分析三電系統基本也是將重點放在電池和電驅這一塊，所以電控這部分我們也先按下不表。

寫在最後：

總的來看，基於大眾MEB平台下的首款車型大眾ID.4X在最核心的三電系統方面的確是表現出了一定的競爭力，比如創新的電池模組結構，6層Hair-pin電機繞組技術等，不過也有一點值得注意的是，他們在各項參數上並沒有特別亮眼，比如對比特斯拉等品牌，在核心如電機等系統上，還是有一定的差距。

而按照乘聯會的數據顯示，2022年3月國內新能源汽車的滲透率已經來到了28.2%，創下歷史新高，趨勢已經愈發不可阻擋，在這種背景下，核心三電系統的優劣，將會最終影響到整個品牌的競爭力。