10月28日,蔚来牵头的《高功率密度连续波绕组电驱动系统关键技术及产业化》项目荣获中国汽车工程学会科学技术奖一等奖。十一年电驱系统发展历程,蔚来坚持长期主义伴随着不断创新,坚持自研技术不断提升产品价值。
蔚来助理副总裁、电驱动与高压系统总负责人毕路
从第一次到每一次引领行业创新
“2015年团队成立至今,这支队伍已经走过了十一年的技术传承之路,从最早的外购到开启前瞻探索,一步步落实W-Pin结构设计完全自研,工艺流程自研,我们一共经历了四代电驱系统。”蔚来助理副总裁、电驱动与高压系统总负责人毕路回忆道。
我们先把故事线拉回十年前,蔚来首款量产车型——第一代蔚来ES8是一款定位高端的豪华SUV,如何让一台2.5吨重的「大家伙」兼顾豪华与高性能,第一代电驱系统的选择格外重要。也正因为如此,第一代蔚来ES8采用了量产领域全球最高转速的240kW铜转子异步电机,让蔚来ES8成为首款进入「4秒俱乐部」的中国纯电量产车型。
第一代蔚来ES8
时隔一年,第一代蔚来ES6开创性采用感应异步电机+永磁同步电机的电四驱架构,如今,感应异步+永磁同步的电四驱架构已经成为行业主流,而蔚来是全球首个将这套方案量产的品牌,再一次引领行业技术趋势。
第一代蔚来ES6
如果说第一代电驱系统解决了性能问题,那么第二代则聚焦于效率提升。
首发蔚来ET7车型上的第二代电驱系统,是国内首个搭载碳化硅(SiC)功率模块的永磁同步电驱系统,并在国内掀起一波「碳化硅(SiC)技术浪潮」。相比传统硅基模块(IGBT),碳化硅(SiC)功率模块具有更耐高温、适合更宽电压范围工作、开关速度更快、综合损耗大幅降低等众多优点,可有效提升续航约4%—6%,最大电流提升30%,同时也拓宽了电机的输出功率上限。
蔚来ET7
第三代电驱系统则更具开创性,基于蔚来首创异步电机+同步电机架构方案,进一步创新式开发离心铸铝高性能转子工艺,拿下铸铝转子异步电驱全球发明专利,并深度集成永磁同步电驱,让重量大幅度下降的同时,效率得以保障,实现低能耗与高性能的极致平衡。
蔚来ET5T与蔚来ET5
让「技术最优解」走进千家万户
历经三代电驱系统迭代,目前蔚来电驱系统已经发展到了第四代技术,并已实现超30万套电驱系统量产装车,每年百万级量产交付能力。
基于此前的每一次创新与引领的积累,蔚来第四代电驱系统则是在高压、小型化、效率和高精技术量产等方面有了全方面进化。全球首个量产925V高功率密度连续波绕组永磁同步电驱,不仅有着更强大的性能、更低的能耗,在小型化方面有着突破性的升级。
毕路称:“蔚来技术创新是从用户诉求出发,以量产为目标,实现更好的用车体验。就比如第四代电驱系统,产品团队需要电驱系统尽可能减少空间占用,为前、后备舱腾出更大的使用空间,还不能牺牲能效和性能,这就属于既要又要的需求了。”在电驱团队拆解需求之后,电驱工程团队将开发目标集中在了一个核心问题上:如何将电驱系统的功率密度提到最高?唯有解决功率密度问题,就可以同步实现小型化、高性能和低能耗的「不可能三角」。
搭载于蔚来ES8上的925V高功率密度连续波绕组永磁同步后电驱系统
对于电驱系统来说,想要实现高功率密度,最直接的办法便是尽可能增加电机的铜填充率,这里就要涉及到怎样将铜线缠绕起来,用什么结构缠绕,铜线选择怎样的形状等问题。诚然电驱系统是一个很成熟的行业,但想要做到进一步突破,整个行业也确实遇到了「技术瓶颈」,换言之,现阶段的电驱技术虽然足够好用,但不够极致。
从2018年开启W-Pin连续波绕组前瞻自研,蔚来电驱团队就一直在探寻如何将其落地量产。W-Pin可以看作是整个行业里铜填充率极高的方案,扁截面铜线多层堆叠,相比圆铜线来说可以填充更多的铜,可以看作是兼顾小型化、高性能与低功耗的「最优解」。而连续波绕组是依靠精密的弯折量产工艺,让扁铜线按照制造需求一次成型,代替分段铜线弯折再焊接的工艺,进一步提高生产一致性与电机驱动效率。
这么优秀的技术,那为何行业里几乎没有量产先例?难就难在「量产」上面。在过去,行业普遍认为连续波绕组技术只能在铜线短的小电机(如发动机启停电机、低功率混动系统耦合驱动电机等)上应用量产,无法实现高功率大驱动电机的批量化、高合格率、大规模量产。
蔚来连续波绕组永磁同步后电驱系统:电机定子与转子部分
为解决这一行业难题,蔚来电驱团队针对该技术经历了两次迭代。据蔚来电驱动定子开发团队负责人洪工称:“第一代绕组成型技术采用了180°翻转的弯折方案,但一直180°翻转,铜线会不断延展,无论铜线表面的绝缘层还是线体本身都难以做到高合格率,有线损风险,最终这套方案被放弃掉了。”
既然多次翻转有问题,那就换种办法,第二代绕组成型技术便采用了「平面形」设计,虽然不会因为连续翻转弯折产生线损风险,但制造难度依旧惊人:“12根5米长的铜线,而且线径粗、线材硬,折弯多,交叠多,依旧对量产有影响,这就需要从工艺和材料角度,配合结构设计共同解决大规模量产问题。”
电驱动智能制造规划团队负责人胡工称:“为了攻克这些工艺难题,蔚来电驱团队在2年内往返于中欧之间,与自动化生产供应商不断改进工艺与设计,让12根5米长的铜线一次性折24个弯,并将绝缘层控制在0.14mm厚度。电机生产装配公差控制在0.02mm以内,仅头发丝直径的几分之一,再依托精密工装堆叠安装在定子上,最终在2024年12月实现了高功率密度电驱系统的W-Pin连续波绕组技术量产,并搭载于蔚来ES8、ES9、ET9等车型。”
蔚来ET9电驱、电池、电控系统
除了新技术量产与材料方面的突破,新电驱系统在电压规格方面也刷新了标准:925V高压平台,超过市面上大多数以800V为上限的电压平台,这背后是蔚来的换电体系「倒逼」出来的结果。
蔚来决定实现超过900V的高压系统方案,是因为换电对于用户来说电池需要「常用常新」。这就要求电驱系统的电压带宽要做得很宽,同时上限必须做高,以适配更宽广的兼容性,以及满足下一代产品的高电压需求。
最终,蔚来做到了925V的超高上限,一个在行业里绝无仅有的数据。这不仅仅是简单调高了电压,如何做好安全稳定的高电压控制,配合量产工艺落地,对于电驱系统的绝缘要求提出了新难题。洪工称:“我们找了全世界几乎所有漆包线供应商,没有一家能做到。求人不行就想办法,我们联合了一家国际头部化工材料品牌,从零开始研发创新绝缘材料,最终不仅解决了高压绝缘的问题,这项技术还为我们的合作伙伴带来了新客户。”
量产背后
是日夜坚持与「不接受速成」
创新技术想要落地量产,完善的验证测试工作也是必要环节。为验证连续波绕组电驱系统的长期可靠性,蔚来电驱开发团队会进行四个维度的耐久测试:
蔚来ES9
高温耐久测试:持续最高工作电压和持续高温的稳定工况下,电驱系统持续运行1,300小时无故障。
电应力耐久测试:在高温耐久测试基础上,模拟海拔5,500米环境,叠加控制器持续高压以及最高每秒15,000次开关,同时增加转速突然升高情况以激发定子内部振动,考察连续波绕组的电应力冲击能力。这项「地狱级」测试累计超500多小时,达到2倍以上使用寿命。
机械振动耐久测试:电驱定子分别从三个振动方向施加最高5.5g加速度的随机振动测试。
高低温度循环耐久测试:电驱定子在零下40°C到85°C的环境温差区间内持续运行测试,时长超过2个月不停歇。
这样的测试强度已远超行业水平,虽然会消耗很多开发时间,但不做「速成车」,保质保量地执行创新开发完整验证周期,将一切可能出现的问题都在量产交付前解决,是蔚来技术创新不可妥协的原则底线。
蔚来公司第100万台量产车下线
十一年技术沉淀,换来四代电驱技术的不断突破,引领行业探索新的可能。蔚来坚信只有不断突破技术瓶颈,将先进技术落实大规模量产,普惠用户,才是新时代豪华品牌立足之本。
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