【原创】宁德时代一体化智能底盘的电驱系统开发

作为底盘来讲很重要的一件事情就是能够使得我们整个造车过程更简洁或者说让它的成本更低，这个图是我们现在已经在车上做量产的基本参数，我们希望做这个过程使得一个底盘在一定的带宽下被不同的车辆应用，通过所谓上下车机的解耦共用这个底盘。

特别我们在滑板底盘做的时候，一个很特殊的就是在下车体以下承载碰撞能量的70%-80%以上，这样的话车身可以减重，让这个造型会更容易一些。通过这种方式使所谓上下车体解耦后，为定制化、场景化量不算大的造车提供一系列底盘的产品，这样可以加快整个车辆的开发，减少车辆开发的成本，这是初衷。

我们现在通过第一辆车跟整车厂的合作，基本上验证了这个过程是可以实现的，这张图放了一些参数，在这台车上做到的参数，大概是2960轴距的车，做下来包括低温的电池损耗，整个车的能耗，基本上达到比较好的水平。

在这里的电驱系统有两件事，一是通过C2C，电池集成到整个底盘里，这样的话会比C2P整个存储效率提高不少，比现在特斯拉、小米用的C2B电池的存储效率有5%左右的提升，同样的轴距下可以放进去更多的电池，或者换一种说法，同样里程下同样的轴距下，如果用三元才能达到的行驶里程我们有机会用磷酸铁锂达到同样行驶里程，三元和磷酸铁锂的成本差异15%-20%/30%，这也是一个很好的技术能够带来整车的降本。

电驱上围绕提高效率的角度做，最早期的指标CLPC指标91.5%，这个速度都有点不好意思拿出来说，因为大家没有92都不好说，但其实我们有不太一样的意见，回头会讲下这个事。

还是讲下这个底盘的事，为这个场景定制化造车，我们知道现在的车，一台车一年5万台产能以上是盈亏平衡点，用了滑板底盘通过底盘很多的开发、共用，特别是测试成本的共用，这样的话有可能把一辆车的盈亏平衡点降到1万台，这样就能更好的支持所谓场景化造车。

这里我们作为底盘布局了小中大，针对不同的应用从轴距的角度有小中大，小的我们说A+级车，我们觉得比较多的应用是在运营上，运营有个特点就是长寿命，按照国内的标准运营车是8年60万公里，我们一般电驱系统目前国家指标还是30万公里，所以电驱系统对小平台来讲就是一个低成本、长寿命的解决方案，使得这个底盘能被服用掉。

甚至一个运营至少8年以上的寿命，作为运营我们智能座舱的迭代非常快，也许四年以后或者它本身运营服务的内容要更改内部座舱的一些要求，中间有次底盘互换把智能座舱换掉支持运营的进行，这是在这方面电驱可以做的所谓低成本、长寿命的事，包括电池在内也需要长寿命。

中间这个中平台我们大量使用的现在的BC级车，我们认为这块的开发，这块性能、成本、质量需要非常好的平衡的开发，这块我一会会讲下，因为我们第一个量产的也是这台车。还有所谓的大型的基本上会说越野的SUV、皮卡甚至一些其他需要驾驶性分布式驱动的可能要求更多的方式。

可以看到为了支撑这些底盘不同的应用场景，对电驱的开发也提出不同的要求。今天主要讲中平台，本来有段小视频看滑板底盘没有上车身时做的场景。

讲到配合这个底盘我们做电起动桥，然后会有些特色或者是我们的关注点，其中一个虽然我们在做底盘，后面配合整车的车型要做，所以从底盘的平台上希望同样的轴距下把乘员舱做大，我们当时用平行轴做的时候做了一个比较特殊的电驱的布置，比如把电机放到轴后，斜着放。

最后达到的效果我们给能量舱多出来大概200毫米，因为其他一些布置我们把第三排空间让出来130毫米，差不多半只脚。用我们这样的方式去做第三排可以是所谓的真三排，这是一个特殊要求。

这个同轴的产品目前已经量产，已经配合整车客户量车，下一步我们看到一些整车上更多的要求，比如为了让这个车内的布置更方便，对车内所谓纯平底板的要求非常高，这样对整个电驱的空间要求非常高，我们会进一步用同轴的解决方案做这件事，把后排做的更平，同时把功率做进一步的提升。

这两款东西上面的平行轴已经量产，下面同轴的产品完全是在这个技术平台的基础上做的，所以大概只花1年多的时间基本上可以把它量产，这在明年底、后年初就可以量产。

刚才大家讲了很多电驱系统在整车角度要注意些什么，这些东西都是些数字怎么做到，我相信大部分都能做到，做到这件事实际单一的技术指标并不难，比如说效率我们做电机的都知道把电机做大多用点铜、磁钢或者材料用好一点效率自然就上去了，但成本就有问题，所以到最后看成本是第一竞争力。既要性能又要质量还要成本，我觉得在现在主机厂或者在我们国内市场来看，首先是成本然后是性能，最后是质量。对我们进一步深水区大规模的应用来讲质量会变成非常重要的一件事，所以这三个都要去做。

我这里举了个例子或者说我们作为电驱的解决方案我们当时的思路、解题方法是什么，我们当时在想成本，电驱系统实际上是大宗物品，铜、铁、磁钢、铝，加上电力电子的这些东西构成它的主要成本，铜铁磁钢这些大宗物品它的成本长期不会下降因为是矿石能源，它会波动但不会下降，而且是上升的，如果我们从七八十年代往现在看是稳固上升的。

所以当时我们做一个总体解决方案的方向就选择了所谓高电密的方向，尽量把铜铁磁钢少用电流多用一些，这样的话长期看大宗物品可以少用一些，但问题是高电密要好的电流能力，三年前碳化硅非常贵，所以功率模块就会比较贵。

当时我们的判断过了两三年等我们要量产的时候这个成本同等电流下会下降到IGBT2.5倍，但今天看已经超出我们的预期，甚至一些封装模式下可以到1.5倍左右，所以碳化硅功率模块的成本，我们如果看2030年会进一步下降，今天也有人谈会降多1.8倍，我们觉得那可能指的是晶圆，看整个模块有合理的好的封装模式甚至可以更低。

所以我们弄了高电密，高电密有了后问题是整个效率还是要提升的，既然我们已经把铜铁磁钢用上电机比较短，刚才写的220千瓦，4400的电机我们的铁芯长只有98，我相信大部分行内用的都在110、115以上，做到功率和扭矩等级，我们把它压到98，因为我们把电流提到很高提到500以上去，这是个高电密方案。

电机变小了自然效率就没那么好，但挖掘效率要靠碳化硅模块，这个东西本来就很贵所以要把它用足，把碳化硅模块用足能用的方法不多，其中一个方法只能把它开关速度提高损耗就可以降低，或者用好一点的芯片。

开关速度提高的结果其实是DVDT会提升，我们自己做下来比IGBT的时代看DVDT增长30多倍接近40倍，结果给电机绕组带来很大的挑战就是绝缘问题，这个绝缘问题把气膜加厚或者降低效率，当然这也是个成本也是个大问题。

另外用了碳化硅高的开关频率、开关速度，它的轴电流非常严重这很容易出问题，今天黄总也讲了不管是陶瓷球或者外面加绝缘成本都很高，我们用平衡轴做在非驱动端可以加个小轴承会省点钱但也不便宜，如果做的同轴后就没办法只能用个大轴承，这个成本会比较高。

所以这从成本、性能、平衡的角度带来很大的挑战，技术上对第一个绝缘可靠性的问题我们就在想DVDD变高了，那绕组的拓扑能不能优化，使得绕组内部的电应力降下来，这样的话绝缘系统就可以少用，轴电流可以用别的方案来做。

顺着这个思路我们花了很大精力做这件事，做了所谓低电压应力绕组的开发，我们已经把它做成了而且申请了专利，可以看到，用了这种新的绕组拓扑之后，匝间的低应力可以降50%，端部降20%，我们可以通过间歇的控制来解决问题。特别是是槽内降了这么多以匝间大量下降，这样绝缘系统比较好处理了，虽然我用了碳化硅而且速度这么高。

怎么做的呢？我们实际上是做了绕组裂变器联合的仿真，找到绕组内部任意点的电厂浓度，这样我知道任意点、任意匝间的电应力。

在基本工具的支撑下我们可以做少组的优化，开发出来这套拓扑结构。这个东西真正做量产还是比较麻烦的，特别是对工艺环节提了非常高的要求，因为间歇控制不好会有问题。最后通过绝缘测试能够验证整个环境下绝缘的可靠性。

我们比较高兴的是，通过绝缘系统测试，我们基本上认为现在我们做的电机系统做到了一类绝缘，我们不需要用耐电晕那些解决方案。因为用了以后全生命周期的，或者（英文）没有办法评估，因为希望是一个统计模型，只有大批量的使用以后才能统计出来。如果做到了一类绝缘只是一个热应力的问题，我们有大量的行业经验去保证全生命周期的可靠性、安全性。这是我们在这套系统里面从平台角度解决了800V碳化硅的绝缘问题。

轴电流，我们做了各种各样的可能的电流模式。这边可以看到轴承、滚珠，甚至我们发现齿面，负责轴电流解决方案不合理的话，轴承没问题，最后出问题的是齿面。

解决方案这个图大家都很清楚，这只是一个末而已，怎么找到合理的、低成本、可靠的解决方案，我们做了很多尝试，我们找到了一种方案我们用普通的轴承就可以完成加一些辅助的抑制轴电流的方案，成本比较低就能够完成解决腐蚀问题。在我们的平台里面已经使用了，而且经历了大量的严格考验。

可谈的事情很多，比如说齿轮举几个例子。齿轮一直在讲按照行业的做法非常关注PPTE传递误差的问题，我们发现传递误差对小扭矩是敏感的，大扭矩不太敏感。所以我们用了所谓的仿真建模的方法，主要是一些遗传算法的应用。我们最后发现，通过一些特殊的方法，这里提了一句，我们往往会做很多调整，但是用了所谓大算力的方法，我们可以绕过中间的一些变量直接看砷辐射，这样的话来迭代成内部的参数，最后寻优，寻优出来的参数教了我们很多内容。我们最早肯这些参数不理解为什么会这样，我们做了一些样品测了以后发现真有效果，后面我们逐步有一些新的理解。在这个基础上我们可以看到，这两个图意思是差不多的，经过优化之后不仅在小扭矩区还在大扭矩区能够下降了3—8个DB，这个要看具体的产品。

所谓的翘翘板现象通过了仿真模型，基于模型的开发方法，找到了一些之前我们不太熟悉的，虽然我们做变速箱的同事也干了一二十年做不出来的结果，现在看还是比较有收获，能够把NVH的性能进一步提升。

还有很多事也是基于模型的开发方法。我刚才提到，这套东西电机只有98的长，但是即使通过这样全油冷的方案，我们依然可以把额定功率干到120千瓦，油冷带来非常多的好处，关键就是这套系统要有话好了以后，潜力是非常大的。

很普通的一个三合一，现在持续和控制功率比已经超过了50%，对我们做了那么多年电驱的人来讲还是很激动的。我们当时目标只做到85—90千瓦就觉得很满意了，没想到测下来做到这种水平，也是验证了基于模型的开发方法能够带来的好处

软件上我列了几张表，从质量和性能的角度，现在电驱系统对软件提了非常多的要求，包括举了一些例子，也有不少同仁提到了电机的自加热、升压等等，我们也做了一些备器控制，因为传动链有间歇，有时候会有撞击的声音等等。市面上不少的车都有这个问题，8公里、10公里时速的时候，如果把油门踩下去突然丢掉，其实很多车都有敲击声。这就是所谓的备器控制，如果做细的话可以很大幅度改善这个问题。

大平台上现在所谓的分布式驱动，有了分布式驱动以后，很多所谓通过线控底盘一起，有很多软件所谓的方法。因为有了分布式驱动车辆可以调得更敏捷，也可以更安全、高速、稳定。右边列了很多场景，如果用分布式驱动也是有所帮助的。

基于这个我们也做了解决方案，我们用了轻的东西，轴向磁通电机来做。我们做这件事一开始有一个初衷，我希望这个电机做出来双电机的系统能够跟原来单电机的系统共用副车架，这样对我的平台做改进，从单电机一般的车变成一个运动型的车，整个车的改动不用太大。基于这个我们做了轴向空间的极致压缩。我们现在峰值功率做到500千瓦，扭矩现在看如果把车辆要求最高时速干到280公里时速的话，我们依然还有6000多牛。可以看下尺寸Z向高度320这没问题，Y向只有485，我们单电机做下来大概也是这个数字，我们规划了两套东西，一是235大概500千瓦用于BC级改成运动型甚至跑车，针对SUV皮卡越野的需求我们有更大功率，扭矩更大的规划去使用。

这套东西我们已经做了两轮样机还在测试过程中，可以看到这张图这是我们单电机220千瓦这套东西，我们共用一个副车架就可以把它替换进来，实际上对一个高性能车，对轴向空间约束还是很重的，目前看空气弹簧等等已经是个必须品，所以轴向空间不能得到控制的话，安装起来很成问题。

我们希望这套东西替换后可以让经济舒适性的轿车、高端的轿车升级到豪华的性能车，这是从电驱系统提供的，这套东西已经进入小批量或者大的试制线，我们已经做了布局，明年4月份这套东西基本上可以有一个小批量的供货。

我们为什么一定把产业投下去，因为这个东西非常紧凑，通过一般的制造手段非常难做到，即使我们做原型机时都需要开不少模组做，所以它对整个生产的工艺，我们用的所有的工艺都是目前市场上成熟的工艺我们没有用任何一个所谓特别新的需要重新开发的工艺，它是成熟工艺条件下的变化，从制造的角度我们不希望它是革命性，但从产品性能和极致的尺寸、性能上讲，我们希望它带有一定的革命性。

今天的介绍就到这里，谢谢大家！