深度集成

陳浩

比亞迪歷時5年時間，耗資百億推出的純電整車架構(gòu)平臺，從底盤層、高壓層、低壓層、車身層，全面整車架構(gòu)開發(fā)，突破了電動車的性能短板，為智能電動汽車的發(fā)展，奠定了基礎(chǔ)。近日比亞迪為我們展示了e平臺3.0架構(gòu)中動力系統(tǒng)與一體化電池的技術(shù)優(yōu)勢。

比亞迪e平臺3.0架構(gòu)的最大特點就是深度集成，動力部件的深度集成可以有效減小系統(tǒng)重量和體積，減少占用空間，降低損耗。同時縮減系統(tǒng)零部件，提高NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）表現(xiàn)。八合一電動力總成是比亞迪獨立自主開發(fā)，全球首款量產(chǎn)的純電動力系統(tǒng)總成。總成集成了驅(qū)動總成（電機(jī)和變速器）、電機(jī)控制器、PDU（電源分配單元）、DCDC、OBC、VCU、BMS。通過功能模塊的系統(tǒng)高度集成，達(dá)到提高空間利用率、減輕重量等目的，具備高度集成、高功率密度、高效率的特點。

比亞迪電動力總成從1.0時代的分散獨立設(shè)計，到2.0時代的電驅(qū)動三合一和充配電三合一，在比亞迪純電動汽車的發(fā)展歷程中都起到關(guān)鍵作用。進(jìn)化至今，依托全新e平臺3.0突破動力總成電-磁-力-熱-聲多物理場耦合制約難題，開發(fā)出了全球首款集成電驅(qū)動、充配電、VCU和BMS的八合一深度集成動力模塊。

高度集成化八合一電動力總成，電機(jī)峰值功率270kW，峰值扭矩360N·m，最大轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)16000r/min，但系統(tǒng)噪音低于76dB。功率密度可提升20%，綜合工況效率高達(dá)89%。搭載于海豹車型的八合一電動力總成，電機(jī)峰值功率230kW，峰值扭矩360N·m，四驅(qū)版本車型0～100km/h加速時間3.8s。未來，八合一電動力總成將支持車輛實現(xiàn)0～100km/h加速時間2.9s。

為進(jìn)一步降低能耗，前后雙電機(jī)的四驅(qū)架構(gòu)設(shè)計能大幅提升整車加速性能，但是對于中高速的穩(wěn)定行駛，單電機(jī)就能夠滿足整車動力需求。同時，傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)工作效率高于異步電機(jī)，在空載轉(zhuǎn)動時，永磁同步電機(jī)的磁阻損耗反而會大幅增加，導(dǎo)致高速行駛能耗較高。在e平臺3.0上，比亞迪將首次采用永磁同步組合異步電機(jī)的全新動力組合架構(gòu)：加速工況，雙電機(jī)同時發(fā)力；穩(wěn)定行駛工況，異步電機(jī)斷開，僅永磁同步電機(jī)工作，既能實現(xiàn)四驅(qū)的動力，又能實現(xiàn)近于兩驅(qū)的能耗。

扁線電機(jī)

相對于傳統(tǒng)繞線式電機(jī)結(jié)構(gòu)，比亞迪自主設(shè)計制造的發(fā)卡式扁線電機(jī)，具備低損耗、高效率、高散熱性能的優(yōu)質(zhì)特點。扁線電機(jī)的材質(zhì)是超薄高性能硅鋼片，突破了繞線的行業(yè)難題，槽滿率提升15%。線包減短，用銅量減少11%，電阻下降22%。通過優(yōu)化磁路設(shè)計降低電機(jī)鐵損，散熱性能大幅提升，電機(jī)額定功率提升40%，最高效率可達(dá)97.5%。

自主研發(fā)高性能SiC電控

功率半導(dǎo)體作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，是提升能源效率的關(guān)鍵因素。高電流密度、高效率的SiC是公認(rèn)優(yōu)良的新一代電控功率芯片。e平臺3.0攻克了高功率密度SiC芯片可靠封裝的難題，并成功開發(fā)出全球首款量產(chǎn)的SiC功率模塊控制器，實現(xiàn)SiC功率模塊完全自主設(shè)計、封裝和制造。

e平臺3.0電驅(qū)動系統(tǒng)搭載的高性能SiC電機(jī)控制器，其SiC功率模塊的規(guī)格是1200V-840A，具有高效率、高耐壓與強(qiáng)過流能力。與傳統(tǒng)IGBT控制器相比，SiC電控開關(guān)損耗降低70%以上，最高效率達(dá)99.7%；SiC電控的峰值功率可達(dá)230kW以上，功率密度提升近3倍。同時，SiC使用了高性能氮化硅AMB板和全新的銀膏燒結(jié)工藝，并集成了高靈敏NTC傳感器。

高壓充電

高電壓是未來大功率充電的主流技術(shù)路線，但目前行業(yè)普遍都是低壓充電樁，性能受限。在e平臺2.0上，比亞迪采用獨立的升壓充電裝置提升充電功率。在e平臺3.0復(fù)用驅(qū)動系統(tǒng)功率器件組成升壓充電拓?fù)?，研發(fā)出電驅(qū)升壓充電技術(shù)，使高電壓車型充分發(fā)揮其快充性能，利用國標(biāo)電流上限，實現(xiàn)寬域恒功率充電，e平臺可實現(xiàn)充電15min，續(xù)航300km的充電性能。且完全兼容當(dāng)前所有公共充電樁。

寬溫域高效熱泵系統(tǒng)

電動車低溫續(xù)航里程衰減的原因，除了電池本身活性降低后能量下降外，另一個主要原因是能耗增加。與燃油車相比，純電動車由于沒有發(fā)動機(jī)本身冷卻系攜帶的大量熱量，所以需要消耗大量電池能量來維持乘員艙采暖及電池溫度，導(dǎo)致冬季續(xù)航里程衰減。

為了更高效的利用能量，行業(yè)嘗試?yán)脽岜脕砦湛諝獾臒崃恳越档湍芎?，因為熱泵是一種可以將低位熱源的熱能強(qiáng)制轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置。但受限于134a冷媒的搬運能力，在-10℃，熱泵的制熱效率會大幅降低，甚至無法有效工作。

通過熱泵將乘員艙、動力電池、驅(qū)動總成的深度集成的熱泵系統(tǒng)架構(gòu)，驅(qū)動總成的余熱回收后為熱泵提供高品位輔助熱源，使得熱泵在-25℃也能夠滿足乘員艙采暖需求。

冷媒直接冷卻加熱式的電池?zé)峁芾恚瑴p少能量傳遞環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提升能量利用效率。為解決熱泵低溫下性能差的痛點，全新e平臺3.0，首創(chuàng)驅(qū)動總成充電和驅(qū)動工況主動產(chǎn)熱技術(shù)。

即使在-40℃的極端天氣，熱泵仍然能夠正常工作，降低采暖能耗損失。同時有效提高電能到熱能的轉(zhuǎn)換率，低溫續(xù)航里程提升超20%，緩解低溫續(xù)航衰減的焦慮。

e平臺3.0熱泵系統(tǒng)具有11種工作模式，包括單電池加熱模式、單乘員艙采暖模式、乘員艙采暖+電池加熱模式、單電池冷卻模式、單乘員艙制冷模式、乘員艙制冷+電池冷卻模式、乘員艙采暖除濕、乘員艙采暖除濕+電池加熱、乘員艙采暖除濕+電池冷卻、乘員艙制冷+電池加熱模式、乘員艙加熱+電池冷卻模式，覆蓋用戶所有采暖制冷使用場景，在冬季制熱工況下能效比（COP）可達(dá)2～4，能效多倍于市面上普遍使用的PTC加熱方式，具備-30～60℃的寬溫域工作的能力。

以一般環(huán)境溫度、低溫高濕、極低溫三種工況下為例，熱源之間的能量傳遞簡潔流暢，有效提高能源利用效率。

一般環(huán)境溫度：室外換熱器從環(huán)境中吸取熱量進(jìn)入熱泵系統(tǒng)，低溫低壓冷媒在壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮升溫，高溫高壓冷媒在室內(nèi)換熱器與乘員艙內(nèi)空氣換熱，加熱后的空氣在鼓風(fēng)機(jī)和模式電機(jī)的調(diào)節(jié)下被送入乘員艙內(nèi)，高壓的冷媒在膨脹閥的作用下又成為低溫低壓的冷媒，完成一個熱泵系統(tǒng)循環(huán)。

低溫高濕：空調(diào)系統(tǒng)既要考慮乘員艙內(nèi)乘客采暖也要兼顧制冷除濕。在整車行駛過程中，由驅(qū)動電機(jī)工作產(chǎn)生的熱源經(jīng)過板式換熱器，和冷媒進(jìn)行熱交換。從壓縮機(jī)出來的高溫高壓的冷媒在膨脹閥的作用下，吸收了這部分的熱量，從而提升了系統(tǒng)的能效。

極低溫：熱泵系統(tǒng)通過驅(qū)動電機(jī)堵轉(zhuǎn)主動產(chǎn)熱，即驅(qū)動電機(jī)三相電流通過調(diào)整每相電流大小、電流方向使電流矢量和為零，達(dá)到輸入大電流，輸出零扭矩的效果，使電機(jī)繞線、鐵芯持續(xù)發(fā)熱，將電能全部轉(zhuǎn)換為熱能供整車使用。有了充足的熱源，熱泵系統(tǒng)可以適應(yīng)更低的環(huán)境溫度，滿足用戶對車輛使用的需求。

數(shù)字資源方面：BYDOS整合控制車上各類硬件設(shè)備，根據(jù)應(yīng)用場景，高效調(diào)用各硬件功能；用全新的智能域控制架構(gòu)，解決信號和數(shù)字運算的高效傳遞與控制。

空間資源方面：e平臺3.0利用零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和集成化，為智能汽車必需的智能座艙預(yù)留足夠的布置空間。

CTB電池車身一體化技術(shù)

CTB技術(shù)以“電池車身一體化”為核心設(shè)計理念，實現(xiàn)了40000+N·m/°的扭轉(zhuǎn)剛度，大幅提升整車動態(tài)響應(yīng)，賦能操控性能；同時作為車身的一部分參與傳力和吸能。e平臺3.0作為下一代純電平臺的技術(shù)標(biāo)桿，著重聚焦車身安全性從底層優(yōu)化，開創(chuàng)性提出CTB（CelltoBody）電池車身一體化技術(shù)。

刀片電池，CTB技術(shù)最佳搭檔

CTB技術(shù)在“蜂窩“中找到靈感，結(jié)合刀片電池獨有的長方體結(jié)構(gòu)和超級強(qiáng)度，衍生出“類蜂窩鋁”結(jié)構(gòu)，帶來電池成組技術(shù)里程碑式的革新，通過將刀片電池包與車身剛性連接，合二為一形成完整體，并取消傳統(tǒng)的車身地板設(shè)計，將地板（電芯上蓋）-電芯-托盤三者與車身集成，形成高強(qiáng)度的“整車三明治”結(jié)構(gòu)。刀片電池既是能量體，也是結(jié)構(gòu)件，成為車身傳力和吸能結(jié)構(gòu)的一部分，在碰撞工況下，車身具備充足的吸能空間及更順暢的能量傳遞路徑，乘員艙形變減小。

CTB技術(shù)采用車身地板純平設(shè)計，寬體電池包兩側(cè)直接裝配在門檻梁上；采用貫通式閉口直梁進(jìn)行Y向傳力，并與電池包中間有效連接，提升側(cè)碰能量傳遞和車身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。基于純電專屬平臺獨有的特性，對安全傳力路徑進(jìn)行重新設(shè)計。通過“上中下”三條傳力路徑實現(xiàn)力的分流，快速分散碰撞能量。同時由于CTB技術(shù)采用全扁平結(jié)構(gòu)的車身一體化設(shè)計，兩者高度集成，相較于CTP技術(shù)，CTB技術(shù)下電池能量密度、體積利用率均有提升。