為什么要用碳化硅？解析蔚來第二代電驅系統(tǒng)

　　【太平洋汽車網 技術頻道】就在昨天（10月19日），南京XPT（蔚來驅動科技）工廠里舉辦了一場媒體溝通會，一同分享了「蔚來ET7（詢底價|查參配）電驅動系統(tǒng)」，這也是蔚來旗下首款采用碳化硅功率模塊的車型。南京XPT工廠作為蔚來整個制造系統(tǒng)起步的地方，早在2017年整個白車身的試制和整車的試制都在這里完成的，可以算得上是蔚來制造的「老家」。

　　關于當初李斌所說的「花錢買時間」，也正是因為當時的江淮工廠還處于建設階段，花了一年的時間在這座工廠趕工藝，蔚來ES8才能在三年內就完成了整車的開發(fā)。

　　對于這座工廠的定位，蔚來高級副總裁 曾澍湘表示「電驅動系統(tǒng)上海主要以研發(fā)為主，南京主要進行工業(yè)化和工藝的開發(fā)，同時進行生產制造。」

　　在大家一直強調蔚來的服務時，似乎會片面的認為蔚來在技術功底方面是不是差點意思？而蔚來給出的答案是「電驅動系統(tǒng)全棧自研及制造」，這也是全球唯二的廠商能夠做到的制造能力，對于另一家是誰？大家都心中有數。其中電驅系統(tǒng)已獲得及在申請專利數達215項，其中81項是發(fā)明專利，這也是證明蔚來是能夠持續(xù)創(chuàng)新最好的事實。

　　首先關于蔚來在電驅動系統(tǒng)的開發(fā)，曾澍湘認為「其它車廠的研發(fā)更多的是產品開發(fā)最后階段的驗證過程，如果按照我們這個全棧自研的標準，就是說軟件是不是自己寫的？電路板是不是自己開發(fā)的？芯片是不是自己選的？這是我們定義全棧自研的一個方式。」

　　要想讓數百人的研發(fā)團隊能夠全身心的投入到研發(fā)中來，首先必須得有錢，蔚來「再苦也不能苦研發(fā)」。蔚來從2015年開始組建的電驅動團隊，到目前在研發(fā)、試驗、設備以及軟件工具上投入了大概2.5個億，產品的開發(fā)試驗費用占1.3個億左右，實驗臺架的費用占1個億，購買各種軟件工具就花費了將近3千萬。

　　南京XPT工廠的產能方面，設計綱領達到30萬臺，實際達到了32萬臺電驅動系統(tǒng)的生產能力。而今年截至到10月12日，蔚來三合一 EDS 電驅動單元就已經突破了30萬臺，基本上每年都是翻番的狀態(tài)。同時該工廠具備「永磁電機+感應電機」生產，在整個行業(yè)內都是比較少見的。

　　從蔚來電驅動系統(tǒng)的迭代來看，首先是保持雙電機的策略不變，目前的 240kW 感應和 160kW 永磁是第一和第二代產品，蔚來ET7搭載的300kW 感應和 180kW 永磁則是第三代電機產品， 而此前發(fā)布的220KW 高功率永磁電機，可以算得上是「第四代電機產品」。

　　而關于蔚來ET7電驅動系統(tǒng)的技術講解環(huán)節(jié)，首先由蔚來電驅系統(tǒng)與集成部負責人 畢路來進行解讀。

　　蔚來ET7在此前的電驅動系統(tǒng)的基礎上進行了升級，前永磁同步電機功率達到了180kW，后異步感應電機功率達300kW，最大功率提升了20%，峰值扭矩提升23%，其中前永磁同步電機系統(tǒng)中使用了「碳化硅功率模塊」替代了傳統(tǒng)的「硅基IGBT功率模塊」，以彌補傳統(tǒng)硅基IGBT電壓范圍窄、通過的電流不夠大的劣勢。

　　「第三代的電驅從外觀上來看整體是沒有差別的，使得生產的產線得到了最大的兼容，同時在整車上也同樣保持著這樣的物理兼容，將來才有可能進行互換。」

　　其中180kW永磁同步電機在同等的空間，同等的邊界尺寸，同等電壓水平下，性能方面實現了提升，這里面包括電機類型的選擇，轉子磁鋼選型上都進行了一些具體的開發(fā)。而后異步感應電機通過電磁的優(yōu)化，使得模塊電流的提升，從而實現性能的升級。

　　優(yōu)化減速器速比這一方面，蔚來是通過多目標的優(yōu)化，提升效率的同時，同時提升速度。減速器速比「從9.57提升到了10.48」。

　　對于后異步感應電機的IGBT模塊，「從900A 提升到了 960A 」，「這是基于整個系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化，以及我們基于應用的工況下，對模塊的壽命進行精準的預估」。

　　相比于160kW電驅系統(tǒng)，在NVH方面進行了一系列的優(yōu)化，例如「懸置融合控制的EDS總成模態(tài)優(yōu)化、電機非均勻氣隙及高正旋氣隙磁密、齒軸結構優(yōu)化設計和控制器諧波注入與控制策略的優(yōu)化」。

　　大家都知道當電機的功率和扭矩有了提升之后，就會產生一些諧波上的負面影響，蔚來也與電機的合作伙伴專門針對NVH進行了細節(jié)優(yōu)化。「通過電磁優(yōu)化（非均勻氣隙）均衡電磁徑向力，并通過氣隙的正旋化，優(yōu)化了扭矩波動，達到最佳的NVH表現。」

　　在減速器中，齒輪的齒形齒向也同樣進行了微米級的優(yōu)化，保證誤差在10微米之內，齒輪嚙合的過程中才會更加的緊密，噪音也會更小。

　　最后是通過軟件控制算法的形式進行優(yōu)化。「第一階段是諧波的抑制，第二階段是諧波的注入，進行相互的抵消，第三階段則是進行音頻的調制，雖然在ET7上并沒有應用，在后續(xù)上會進行一定的加用。」

　　「電池在低溫下的性能較弱，電機系統(tǒng)通過開發(fā)特殊功能，在低溫下通過優(yōu)化利用電機的廢熱加熱電池，最大能提供超4kW的加熱功率，優(yōu)化了75度三元鐵鋰電池的低溫特性。」同樣，在注入新的電流之后噪音就會增加，同樣通過軟件進行抑制，通過軟件諧波控制算法，消除該工況下的噪音。

　　由于車輛有了電機的主動加熱，關于會不會取消掉車上的PTC，例如特斯拉的做法那樣。

　　蔚來智能功率電子系統(tǒng)部負責人 洪文成則表示「我們在開發(fā)的過程中是和整車的同事一起聯(lián)合去開發(fā)的，確保他們按照整車的控制策略，以及它的電池需求，然后在滿足用戶的體驗基礎上，再看是否會是取消，還是進行一個降級，這是他們有更多的一個考量，在加熱這一塊，我們得確保滿足他們的要求」。

　　關于蔚來ET7的主驅系統(tǒng)——180kW的永磁電機，為什么會用上碳化硅功率模塊？「首先一切從用戶的利益出發(fā)，如果這一項開發(fā)對用戶有利，那我們就要去做，而且是盡快去做」。而現在「貨架」上沒有一個完整的碳化硅模塊量產，所以蔚來就得自己造，比其他友商提前半年到一年的量產，這就是搶先所帶來的優(yōu)勢。

　　首先從碳化硅功率模塊的特性來看，碳化硅模塊在低載時的能效和里程是可以大幅增加的，尤其是在城市工況下。其次是通過的電流能力提升了30%，而功率模塊的主要作用就是將直流電轉化為功率可調的交流電，所帶來的好處就是性能的提升，跑得更快的同時，續(xù)航里程更長，這也恰好符合蔚來汽車高性能的產品基因。

　　再加上「電池的容量越大，使用碳化硅能夠帶來的利益也就越多」，其實這是整個體系能力的增強，效率更高。此次蔚來汽車并沒有公布具體的成本情況，因為帶來能效提升的同時，成本也會增加，兩者之間的帳還得好好的算一下。

　　從碳化硅功率模塊上來看，評價它的指標主要有兩點。一是導通電阻，這是決定模塊損耗的高低，另一個就是熱阻，可以有效的提升散熱能力。

　　關于驅動電路的設計，其實碳化硅功率模塊是更適合城市的工況，除了效率之外，我們就得考慮一下可靠性，包括EMC電磁兼容以及絕緣問題，洪文成則解釋「通過多輪的優(yōu)化設計，減少環(huán)路的電感，去優(yōu)化驅動參數，以及驅動芯片的選型和應用等，來實現整個硬件系統(tǒng)的優(yōu)化與設計」。

　　在軟件方面同樣要進行系統(tǒng)的考慮，車速較低時，就會降低電開關的頻率，使開關的損耗減少35%，高負載時會進行過調制優(yōu)化策略，減少損耗的同時提升效率。「其實關于碳化硅的應用在硬件和軟件上會去做一個系統(tǒng)性的思考和系統(tǒng)性的優(yōu)化」。

　　接著，我們在媒體交流的環(huán)節(jié)中，我們從中還是提取到了一些比較有意思的點，如下：

　　此次的溝通會結束之后，我們還參觀了一下XPT工廠，但由于工廠園區(qū)內是禁止拍照的，所以本文的配圖基本上都是來自蔚來官方。

　　在這個占地528畝的XPT工廠里，擁有EDS電驅動產線及PEU電機控制器產線，并且還有大量的設備正在調試當中，以滿足新一代電驅動系統(tǒng)的產能需求。

　　工廠內采用了大量的機械臂以及AGV小車進行加工作業(yè)，包括在防錯方面，使用了許多的高清攝像頭進行拍照，并依靠MES系統(tǒng)可進行隨時的溯源。

　　此次搭載了碳化硅功率模塊的前永磁電機，首先就會造成研發(fā)成本的增加以及生產成本的增加，這也是蔚來要發(fā)布更具差異化平臺的原因之一，以尋求在多種車型中的定位更加精準，才能實現更大的投資回報率。（圖/文/攝：太平洋汽車網 崖雍）