比亞迪於2018年北京車展發佈了全新e平臺核心技術，這標誌著比亞迪向純電動汽車零部件一整套集成化解決方案領域全面邁進。基於“e平臺”打造的電動車，通過高度集成、一體控制，實現了整車重量的減輕、整車佈局的優化、能耗效率的提升和可靠性的提高。
為了揭秘比亞迪e平臺的核心技術，我們拆了一臺秦Pro EV，並邀請到專注於電機系統、電控系統、動力電池等領域的幾位高級工程師，針對比亞迪e平臺的三大件，即驅動系統、高壓系統以及電池包平臺進行全面的解析。
這篇內容，工程師們將重點針對包括驅動電機、減速器以及電機控制器在內的驅動系統三合一進行解析。
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系統集成化程度高，結構緊湊，重量輕
集成化是比亞迪e平臺最大的核心技術特點之一，尤其體現在驅動系統的集成化上。目前市場上大部分電動車型的動力總成都採用了分體式設計，即電機控制器、與電機和減速器各自分離，這就導致動力系統部件多，佔用機艙空間較大，整體重量相對較沉，成本也更高。
而比亞迪將驅動電機、電機控制器、減速器這三大件集成在一起，使得原本的多模塊集成為一個驅動三合一的整體，減少了複雜的機械結構和連接關係，體積和重量都得到很好的控制，整套驅動系統更輕、更緊湊。
很多人認為集成化意味著看上去是一個整體，其實並非如此。打開一些車型的機艙，第一眼看上去，電機控制器是固定在驅動電機上的。但再一看，電機控制器與驅動電機之間的三相高壓線纜依然存在，這就說明電機控制器與驅動電機並沒有集成在一起。對於比亞迪來說，驅動三合一的高度集成化，省去了三相線，不僅重量減輕，成本降低，還大大提升了使用當中的穩定性，降低故障率。
另外，驅動電機一側的端蓋，也作為電機控制器的一個支架，並且驅動電機與電機控制器的冷卻水道在端蓋上是連通的，也就是說它們共用一套冷卻系統。此外，驅動電機和減速器同樣共用了一個端蓋。當然也包括減速器的懸置吊耳與減速器的端蓋進行一體化設計。這些通過結構上的共用來減小整個系統總成的體積和重量，才是高度集成化所實現的。
驅動電機的兩個端蓋、電機控制器的殼體，以及減速器的殼體，都採用了高壓鑄造的工藝，所以壁厚可以控制在3~4mm，使得驅動三合一整體的重量大幅減輕。而如果採用低壓鑄造的話，壁厚最少也要5~6mm。雖然相比低壓鑄造，高壓鑄造的模具成本較高，但相對來說單個零部件的毛坯成本有所降低，因此實現規模化生產，勢必帶來成本控制紅利。
另外在驅動電機的主殼體設計上，採用鋁擠壓成型工藝，因此結構可以做得非常薄，同時還能滿足電機殼體的強度要求。這些都說明比亞迪將輕量化設計的思想貫徹到了整個e平臺的設計和研發當中。
高性能稀土永磁同步電機，最高轉速達到15000rpm
在驅動電機的選擇上，秦Pro EV採用了具有高轉矩密度、高功率密度、高效率及高可靠性的高性能稀土永磁同步電機，最大功率120kW，最大扭矩280Nm。特別值得一提的是，其最高轉速提升至15000rpm，重量下降35%，功率密度提升40%。
高轉速對於電機性能起著至關重要的作用，在輸出功率相當的情況下，極限轉速高的電機，體積和重量遠小於極限轉速低的電機，因此高轉速電機是整個行業的重點研究方向。
通常研發團隊在設計時更多考慮的是電和磁的設計配合，以及儘量提高轉速，提升電機的效率和功率密度。對比相近參數的電機，比亞迪的電機在體積和重量在業內具備競爭優勢，這都得益於15000rpm的高轉速。
當然在永磁同步電機領域，高轉速電機是很難製造的，對零部件的強度、系統的冷卻設計以及整體的工藝質量都有很高的要求。所以我們也可以看到，比亞迪採用了定製的進口軸承，從而適應電機的高轉速，這在國內的產品中還是比較少見的。
另外在轉子的設計上同樣有幾點值得關注。第一點是做了斜極，也就是從外觀上看，轉子上四段的凹槽並沒有完全對齊，而是部分轉動了一個角度。這種設計可以降低電機在轉動的過程當中所產生的轉矩脈動，也就使電機轉得更平穩、更順暢，所以NVH表現會更好。
另外，轉子的端面上有一些直接貫通轉子的開孔。因為轉子在運行過程中，硅鋼片和磁鋼會因感應渦流而發熱，導致電機溫度升高。而這些通孔可以使電機內部的空氣流通，從而給轉子裡的磁鋼進行降溫，對防止轉子磁鋼的熱衰退、提高可靠性有一定的好處。
電機控制器安全性設計到位，自主研發IGBT國內領先
在電機控制器的設計上，底板冷卻水道採用摩擦焊的工藝，將兩片鋁製殼體進行焊接，而非靠傳統的橡膠圈進行密封，可靠性更強。在電機控制器的直流輸入端，設計了一個扼流圈，可以減少對整車的電磁干擾。其中還設計了放電迴路，在發生意外時可以迅速把電機控制器內部的高壓電降低到安全電壓以下。
主控制板的電路架構上用了一片DSP控制芯片以及一片FPGA芯片。值得一提的是這片FPGA芯片，它的反應速度非常快，在發生故障時，比如電流過大或電壓過大的時候，能夠及時切斷高壓，對電機和控制器進行保護。而如果沒有這個芯片，遇到故障時開關的斷開速度沒那麼快，可能從納秒級降為微秒級甚至毫秒級，從而帶來一些安全隱患。
在電機控制器中，IGBT、膜電容以及電流傳感器三個核心零部件均為比亞迪自主研發。其中最重要的元件當屬IGBT，它的全稱叫做絕緣柵雙極型晶體管，是能源變換與傳輸的核心器件，控制交流電和直流電的轉換及高低電壓的轉換。雖然名字很複雜，但我們可以把IGBT簡單理解成是一個開關，用來控制電路的通斷。只不過這個開關並不需要通過機械結構進行控制，並且可以用在幾百伏特的電壓、幾十到幾百安培電流的強電電路上，實現每秒萬次的開關速度。
對於新能源汽車來說，無論是充電和放電都涉及到大量的強電交直流轉換過程，因此IGBT就成為了新能源汽車所必備的組件。據統計，純電汽車IGBT成本約能佔到整車成本的十分之一。在此前，我國新能源汽車採用的IGBT完全依賴進口，很多技術被幾家國外公司壟斷。比亞迪是國內為數不多能夠量產高壓大功率IGBT的企業，同時也是唯一能夠量產新能源乘用車高壓大功率IGBT的車企。
在秦Pro EV這臺車的電機控制器上，比亞迪採用了三組分立的IGBT模塊，夾在冷卻水道與驅動板之間，依靠上方的驅動板來驅動。驅動板通過一個變壓器來實現高壓側和低壓側的隔離，採用六片獨立的驅動芯片，對每一個IGBT的上管和下管進行驅動。
IGBT的選型，決定了整個電機的電壓等級、電流等級、功率等級等等。目前常用的IGBT電壓等級分為600V和1200V兩種，如果選用600V的IGBT，電機輸出電壓範圍大概在300V左右，幾乎到不了400V，因為要留安全餘量。而要想達到比亞迪這種將近500V的電壓等級，意味著IGBT要選用1200V才可以。
看上去只是IGBT的選型不同，但如果要想控制成本，也只有比亞迪這種擁有全產業鏈研發優勢的企業才能實現。因為所有的涉及到的零部件都要統一標準，比如高壓零部件的電壓等級都換成800V，甚至1000V級別以上，需要整車集成與零部件進行協同開發，難度高，週期長。而所有的電動汽車相關元器件中，IGBT的研發甚至比電池包還要難，可靠性需要很強。
總結
在電機控制器部分，其中的IGBT、膜電容、電流傳感器，比亞迪都實現了自主研發，並且集成度非常高；在驅動電機本體部分，得益於15000rpm的高轉速，整體體積非常小，因此實現了不錯的體積功率密度；在減速器部分，在應對高轉速的可靠性方面做得也比較到位。從而實現扭矩密度提升17%、功率密度提升20%、重量降低25%、體積降低30%，總成本降低33%等進步。總的來說，比亞迪e平臺的驅動三合一，在輕量化、集成度、模塊化、高效率這幾方面做得非常優秀，可以說處於行業內的領先地位。
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