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蔚来第二代电驱系统技术解析

2021-10-27 01:02:49·  来源：汽车动力总成  
　
在今年的6月份，蔚来汽车对外展示了其应用碳化硅技术的电驱系统C样件，这套电驱系统属于蔚来汽车的第二代电驱平台，它将率先搭载在即将于2022年交付的蔚来ET7车
在今年的6月份，蔚来汽车对外展示了其应用碳化硅技术的电驱系统C样件，这套电驱系统属于蔚来汽车的第二代电驱平台，它将率先搭载在即将于2022年交付的蔚来ET7车型上。蔚来在南京自建了电驱动系统先进制造中心，简称XPT工厂。这个工厂是蔚来三电核心技术开发和制造的基地，前两天，蔚来在这里介绍了其第二代电驱系统技术，今天我们就来一同探究碳化硅（SiC）技术。



车辆运转首先取决于车辆的电驱动系统，甚至它的控制系统和电源系统，电动车的电驱动系统电驱动系统，其实就类似于燃油车的变速箱和发动机，电动汽车的驱动系统就是给电动汽车提供动力所需要的一切装置。
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。



对于这座工厂的定位，蔚来高级副总裁曾澍湘表示电驱动系统上海主要以研发为主，南京主要进行工业化和工艺的开发，同时进行生产制造。电驱动系统全栈自研及制造，蔚来也是全球唯二的厂商能够做到的制造能力，其中电驱系统已获得及在申请专利数达215项，其中81项是发明专利。
从蔚来电驱动系统的迭代来看，首先是保持双电机的策略不变，目前的 240kW 感应和 160kW 永磁是第一和第二代产品，蔚来ET7搭载的300kW 感应和 180kW 永磁则是第三代电机产品，而此前发布的220KW 高功率永磁电机，可以算得上是第四代电机产品。


蔚来ET7在此前的电驱动系统的基础上进行了升级，前永磁同步电机功率达到了180kW，后异步感应电机功率达300kW，最大功率提升了20%，峰值扭矩提升23%，其中前永磁同步电机系统中使用了碳化硅功率模块替代了传统的硅基IGBT功率模块，以弥补传统硅基IGBT电压范围窄、通过的电流不够大的劣势。


碳化硅（SiC）是第三代化合物半导体材料。半导体产业的基石是芯片，制作芯片的核心材料按照历史进程分为：第一代半导体材料（大部分为目前广泛使用的高纯度硅），第二代化合物半导体材料（砷化镓、磷化铟），第三代化合物半导体材料（碳化硅、氮化镓） 。碳化硅因其优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率，将是未来最被广泛使用的制作半导体芯片的基础材料。


其中180kW永磁同步电机在同等的空间，同等的边界尺寸，同等电压水平下，性能方面实现了提升，这里面包括电机类型的选择，转子磁钢选型上都进行了一些具体的开发。而后异步感应电机通过电磁的优化，使得模块电流的提升，从而实现性能的升级。


优化减速器速比这一方面，蔚来是通过多目标的优化，提升效率的同时，同时提升速度。减速器速比从9.57提升到了10.48。对于后异步感应电机的IGBT模块，从900A提升到了 960A。


相比于160kW电驱系统，在NVH方面进行了一系列的优化，例如悬置融合控制的EDS总成模态优化、电机非均匀气隙及高正旋气隙磁密、齿轴结构优化设计和控制器谐波注入与控制策略的优化。


当电机的功率和扭矩有了提升之后，就会产生一些谐波上的负面影响，蔚来也与电机的合作伙伴专门针对NVH进行了细节优化。通过电磁优化（非均匀气隙）均衡电磁径向力，并通过气隙的正旋化，优化了扭矩波动，达到最佳的NVH表现。在减速器中，齿轮的齿形齿向也同样进行了微米级的优化，保证误差在10微米之内，齿轮啮合的过程中才会更加的紧密，噪音也会更小。最后是通过软件控制算法的形式进行优化。第一阶段是谐波的抑制，第二阶段是谐波的注入，进行相互的抵消，第三阶段则是进行音频的调制，虽然在ET7上并没有应用，在后续上会进行一定的加用。


电池在低温下的性能较弱，电机系统通过开发特殊功能，在低温下通过优化利用电机的废热加热电池，最大能提供超4kW的加热功率，优化了75度三元铁锂电池的低温特性。」同样，在注入新的电流之后噪音就会增加，同样通过软件进行抑制，通过软件谐波控制算法，消除该工况下的噪音。



首先从碳化硅功率模块的特性来看，碳化硅模块在低载时的能效和里程是可以大幅增加的，尤其是在城市工况下。其次是通过的电流能力提升了30%，而功率模块的主要作用就是将直流电转化为功率可调的交流电，所带来的好处就是性能的提升，跑得更快的同时，续航里程更长，这也恰好符合蔚来汽车高性能的产品基因。


从碳化硅功率模块上来看，评价它的指标主要有两点。一是导通电阻，这是决定模块损耗的高低，另一个就是热阻，可以有效的提升散热能力。
关于驱动电路的设计，其实碳化硅功率模块是更适合城市的工况，除了效率之外，我们就得考虑一下可靠性，包括EMC电磁兼容以及绝缘问题，洪文成则解释通过多轮的优化设计，减少环路的电感，去优化驱动参数，以及驱动芯片的选型和应用等，来实现整个硬件系统的优化与设计。
注：文章中引用数据和图片来源网络
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