⾼性能⾼效率 蔚來電驅動系統解析

伴隨著蔚來 ES8 出世,來自 XPT 智能化電動平臺,採用了和特斯拉 Model X 類似的交流異步電機,電池雙電機佈局和四驅都比較相仿,兩者都採用了彈匣式可換電池技術,不得不佩服,蔚來其實還是做到了一個成功的“跟隨者”。接下來讓 ZEALER 帶你深入剖析一下蔚來的電驅動系統。

⼀.240kW 電驅動系統

1. 240kW 電驅動系統的基本構造及⼯作原理

電池中儲備的直流電,通過逆變器轉化為交流電,輸出給電機,電機的轉⼦在交流電所產⽣的磁場的作⽤下旋轉,從⽽將電能轉化為機械扭矩,再通過輸出軸將該扭矩輸出⾄減速箱。電機輸出的動⼒具有⾼速、低扭矩的特點,此時,減速箱通過內部⻮輪機構將輸⼊的轉⼦轉速減速,轉化成⼤扭矩,並通過差速器的調整後,輸出⾄⻋輪的半軸。

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在整個電驅動系統中,逆變器擔當著重要的職責——將電池儲備的直流電轉化為異步感應電機所需的交流電。⽽功率模塊 IGBT 是逆變器的執⾏單元,也是逆變器的核⼼(可以將 IGBT 看作⼀個受控的功率開關)。與計算機處理數字信號的 CPU(中央處理器)類似,MCU 是電動汽⻋在功率上的“CPU”。運⾏在 MCU 中的控制軟件將控制指令轉換成 0,1 信號傳遞給 IGBT,0 代表關,1 代表開,⽽ IGBT 則忠實地執⾏這些開關指令,實現功率的轉換。

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ES8 搭載最新⼀代的英⻜凌 (Infineon)HPDrive IGBT 功率模塊,它被連⼊蔚來專利的雙三相拓撲結構中,具有更⾼功率密度和更⾼集成化的特點。事實上,如果 IGBT 的技術能夠更進⼀步,ES8 所配備的⾼性能電機的輸出功率還有更⼤的釋放空間(可達最⼤ 300kW 最⼤功率)。

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那麼雙三相拓撲結構⼜是什麼?對於電動⻋⽽⾔,⼀般採⽤三相全橋逆變器拓撲結構來驅動電機。⽽對於較⼤功率需求的電動汽⻋來說,單個三相拓撲架構容易造成功率器件運⾏不穩定,難以保證其可靠性,且功率器件的選型和成本都不易控制,甚⾄⽆法滿⾜⼤電流輸出的要求。為了⽀持⼤功率輸出,240kW 感應異步電機運⽤了雙三相拓撲設計,它將兩塊逆變功率模塊並聯,與傳統相⽐,它的峰值輸出翻倍,並且安全性和可靠性都得到了提升。同時,還可對輸出扭矩精準控制。它是市場上除了特斯拉以外唯⼀可提供⼤功率的逆變器,為⾼動⼒輸出保駕護航。

接下來,我們來了解⼀下蔚來的 240kW ⾼性能電機。與傳統的內燃機相⽐,電機沒有怠速,不會產⽣任何⻋輛靜⽌時的額外能耗,並且擁有令⼈豔羨的動⼒輸出曲線:在0-5500轉範圍內,均可輸出 420Nm 最⼤扭矩,並且在 5000-6000 轉間,整個電機的功率和扭矩輸出⼏乎都能夠達到峰值,這意味著在對應的 60km/h-80km/h 時速下,只要駕駛者需要,⻋輛就能夠帶來遠超內燃機汽⻋的加速表現。

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⾼性能是蔚來的 DNA,ES8 也是基於這樣的底蘊所打造⽽成。如果以打造零百加速 4.4 秒、最⾼⻋速 220 公⾥/⼩時的七座智能電動 SUV 為⽬標,那麼轉速⾼達 15000 轉的⼤功率異步感應電機便成了 ES8 的唯⼀選 擇。這款⾼性能異步感應電機的最⼤功率達到 240kW,最⼤扭矩 420Nm。蔚來 ES8 採⽤雙異步感應電機的 組合,可達到綜合功率 480kW、綜合扭矩840Nm 的極致動⼒輸出。

蔚來的 240kW ⾼性能異步感應電機是國內⾸個採⽤銅轉⼦技術的異步感應電機。銅轉⼦的導熱性相⽐鋁轉 ⼦⾼出了 40%,有效提升了轉⼦效率並減少損耗;同時在電機中還採⽤了激光焊接,焊接熔深⼀致性好, 並且強度⾼於同⾏業的釺焊⽅式,帶來更⾼的⽣產效率和產品穩定性,保證每顆“⼼髒”都剪健康、穩定。

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事實上,這顆強勁的⼼髒還通過了苛刻耐久試驗,鍛煉出了的健康體魄:

Ø 以額定最⾼轉速 15000 轉的 1.2 倍,即 18000 轉的轉速進⾏超速測試,保證轉⼦不會被破壞

Ø 耐久性試驗保證⻓時間運轉不會損壞

Ø 50G 的衝擊試驗確保其不會損壞

Ø 在炎熱、溼熱、浸⽔等條件下,查看密封性能

Ø ⾼低溫循環使⽤狀況

同時,電機的輸出具有⾼轉速低扭矩的特點,因此需要減速箱進⾏轉換,將轉速降低以提升扭矩輸出。電機⾼速運轉的轉⼦與減速箱輸⼊軸上⻮數少的⻮輪相齧合,然後再與輸出軸上⻮數多的⻮輪結合來達到減速的⽬的,⽽⼤⼩⻮輪之間的⻮數之⽐便是減速箱傳動⽐。

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ES8 所採⽤的減速箱是國內⾸個⼤輸⼊功率減速箱,它擁有 9.6 的傳統⽐和 15000 轉的最⾼轉速,它擁有恆定速⽐專利,不僅可以降低電機轉速,提⾼扭矩,在製造⼯藝⽅⾯,還做到了⻮輪⾼精度貼合,從⽽確保了 NVH 特性。

2.三合⼀動⼒系統

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蔚來是怎樣將強⼤的逆變器、⾼輸出的異步感應電機以及減速箱結合在⼀起的呢?架構⽅⾯,蔚來 ES8 採⽤了領先的“三合⼀”⾼度集成的電驅動單元(PEU,GB,EM),有效實現了整套動⼒系統的輕量化,明顯減⼩體積並降低振動。在熱管理⽅⾯,“三合⼀”電驅動單元內部的雙向流動技術與整⻋熱管理系統連接,確保了雙功率模塊的有效散熱。

⼆、160kW 電驅動系統

1.⾼效的 160kW 永磁同步電機

永磁同步電機是⽤永久磁鐵代替導條的同步電動機。蔚來⾃主研發的永磁同步電機最⼤功率達到 160kW, 最⼤扭矩 305Nm。採⽤國際領先的定⼦扁導線技術,相⽐圓導線有更⾼的槽滿效率和有效導線⾯積,電阻 更⼩,損耗更⼩,最⾼效率⾼達 96.7%。

2. 蔚來 ES6 是全球⾸個採⽤“永磁+感應”的雙電機 SUV

蔚來 ES6 ⾸發限量版和性能版搭載了前 160kW 永磁同步電機,後 240kW 異步感應電機的組合,這套搭配兼 顧了爆發⼒和耐久⼒,使得蔚來 ES6 達到 4.7s 的百公⾥加速和最⻓ 510km的續航⾥程。

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