12月19日,蔚來發布第二代電驅動總成,新的180kW永磁同步電機和300kW異步感應電機,將在明年交付的轎車ET7上率先搭載,可支持ET7實現3.9秒內0-100km/h的加速。此外,蔚來也公佈了新一代碳化硅功率模塊的研發進展,這也讓蔚來成為特斯拉之後,少有可以搭載碳化硅功率芯片的車企。
一次性打出高性能電驅動方案和碳化硅功率芯片的組合拳,顯然是蔚來在電驅領域長期投入的結果。
自研智能駕駛和座艙,幾乎是新造車陣營的共識,蔚來、小鵬汽車和理想汽車都在佈局,而追求電芯自主研發和掌控,則是傳統車企們的主流打法,但是電驅動系統是否需要大力度投入自研,行業相對保守。200kW的大功率電機正在成熟,外部供應鏈也相對齊全,小鵬汽車、理想汽車等新造車公司,都選擇了採購第三方方案。
但是蔚來顯然對此有不同理解。蔚來電驅動和電池工業化高級副總裁曾澍湘告訴36氪,首先,蔚來的定位是高性能電動車,對性能追求比較高,所以對電驅的要求就比較高,想通過外部購買成熟的產品不太容易;此外,如果只是做一種後期驗證性的開發(大多數車廠這樣做),就可能要在產品上做一些妥協,而蔚來通過全段能力的研發建設,可以在供應鏈和產品設計中增加自由度。
“行業的研發資源是緊缺的,如果是外購,你的合作伙伴工程資源能不能保證,實際上整個行業缺什麼?比如缺16000轉速以上的測試平台,大家都在打架,好歹我們自己有一點,不用全部依賴外部。”曾澍湘説,“這就可以增加自由度,保證蔚來的產品差異化和產品的投放時間。”
碳化硅功率模塊是同樣的例子,曾澍湘説,如果自身沒有研發資源,就要等到別人做成逆變器以後,或者電驅總成以後才能買,“但今天貨架上沒有碳化硅具備量產工藝的電驅總成或者控制器,我們是自己上手把這個做出來,能比大多數的友商至少早半年到一年。”
曾澍湘介紹,蔚來在2015年就組建了電驅團隊,今天為止累計生產30萬台電機,能力已經已經十分完善。僅試驗方面,蔚來在測試外包、試驗設備、軟件工具相關的總投入就達到約2.5億元,同時還花了將近3000萬元買各種軟件工具。
“很多車廠會説我也有研發,但他們更多是產品開發後段的驗證過程,如果按照我們全棧自研的標準,就是軟件是不是自己寫的,電路板是不是自己開發的,芯片是不是自己選的。”曾澍湘直言。
自研體系下,蔚來一些電驅動研發成果開始落地。據蔚來介紹,其新一代電機轉速最高達到16000轉,支持蔚來車速最高達到200公里每小時,而主流的電動汽車最高時速在150公里每小時左右。
同時,蔚來也在特斯拉之後,推出了電機加熱功能,即利用熱管理來回收驅動電機產生的熱量,提供給空調系統等作為熱源,以此降低冬季電動車的能耗壓力。目前,蔚來的電機加熱功能可以提供六檔加熱,最高加熱功率到4kW。
蔚來碳化硅功率芯片指標,圖源:蔚來官方
更重要的是,蔚來對碳化硅功率模塊的搶先量產和應用,其所設計的碳化硅功率芯片的導通電阻為1.7毫歐,熱阻為0.1攝氏度每瓦時。據蔚來電驅系統與集成部負責人畢路介紹,碳化硅可以對電機和整個系統進行優化,180kW電機綜合工況功率可以做到91.5%,業內採用常規IGBT模塊的三合一系統功率在88%和89%。
而通過電驅動系統效率的優化,蔚來可以在75度電、100度電和150度等電池包下,擴展對應的續航里程。
以下是技術交流節選:問:碳化硅的研發過程是怎麼樣的?
洪文成(蔚來智能功率電子系統部負責人):碳化硅本身的選型再到硬件的設計再到軟件,其實是一個系統性的設計。
從確定要使用它回到最後去設計,短短兩個月的時間,研發的同事加班加點,跟全球主要的頂級的半導體廠商在溝通他們的技術路線、產品方案以及產品性能。因為評估這個模塊除了要測試這個模塊本身,可能要去開發電路板,同時要開發相應的測試軟件,在兩個月內去鎖定在目前的市場上,在將來哪一個模塊的性能是最優的,而且從產業鏈的角度來説應用也是更加可靠安全的。
碳化硅模塊最後評價有兩個指標比較主要,一個是導通電阻,一個是熱阻,目前測下來是1.7,是最低的,它會決定碳化硅的損耗,另外一個就是熱阻0.1度每瓦,比現有的散熱能力也提升了20%,因為碳化硅芯片本身的技術,以及在工藝上它採取了一個銀燒結的新的工藝,所以這個在ET7上面要用的模塊,是目前整個行業裏面最頂級的、性能最優的模塊(之一)。
問:電機加熱是第二代,第一代電機可以使用嗎?
畢路:從加熱的功能上面來説,現在開發的180kW和300kW,這個功能一旦開發完畢在160kW和240kW上面去用就非常簡單,但在前面已經賣出去的車目前並沒有這個計劃(因為加熱器還在),在後續的車型上面會導入。
洪文成:我們提到加熱功能,比較難的還是要平衡NVH,加熱注入的電流跟你實際運行的電流是兩種類型的,因為你在加熱的時候不能額外產生一些扭矩,所以它不是一個正常的控制邏輯下的電流,所以在做加熱的同時,還是要去考慮各種其他的扭矩,去考慮NVH的特性,不能因為加熱大家覺得這個噪音好難受,這個情況下軟件裏面要做一些策略去平衡,去解決這些問題。
蔚來通過注入諧波解決電機加熱噪音問題,圖源:蔚來官方
我們通過軟件的方法去抑制住這個噪音,這張對比圖可以看到,橫座標是時間,當開啓諧波注入,噪音就會小很多,如果關閉注入諧波,噪音就會出來。加熱的時候通過諧波的控制來控制NVH,既可以達到4千瓦的加熱功率,同時在加熱的同時也能抑制住它的噪音。
問:剛才提到芯片是一個,我想知道碳化硅的電驅系統國產化率是多少?成本上有沒有優勢?
曾澍湘:這個模塊本身現在還是進口的,因為中國現在還不具備這樣的產業鏈,最上級的襯底材料是Cree,在韓國工廠做的晶圓,到馬來西亞做的模塊,然後再發到中國來,然後在我們的南京工廠進行壓裝,是這麼一個工藝路徑。現階段都是進口,還是沒有任何國產化的成分。
問:第二代電驅是否具備了800V高壓電力的匹配?
曾澍湘:蔚來現有的平台都是在400V的架構,主要與整車和電池都有一系列的匹配,在現階段蔚來的平台當中都是400V才夠,後期上不上800V還是請大家看NIODay發佈會。以後會有越來越多新的產品,我們在儲備這方面的技術,這是不用質疑的,我們也看到800V的一些優勢,對電機來説最大的就是絕緣的問題,這是很大的挑戰。