1、前言

在新能源汽車推廣應(yīng)用的過程中，出現(xiàn)過各種關(guān)于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)路線的討論，隨著時(shí)間的推移以及越來越嚴(yán)苛的環(huán)保要求，越來越多的車企都將汽車發(fā)展的技術(shù)路線調(diào)整到BEV的賽道上，其中的代表車企如VW、TOYOTA、GM分別推出了MEB、e-TNGA、Ultium 等的純電動(dòng)車型平臺(tái)。

▲Toyota outlines e-TNGA product lineup

在新能源汽車時(shí)代嚴(yán)重掉隊(duì)的傳統(tǒng)巨頭們不約而同地推出了自家面向未來的下一代純電動(dòng)車型平臺(tái)，以期通過平臺(tái)化的車型開發(fā)加速新車的投放速度，以彌補(bǔ)失去的時(shí)間和市場。

在BEV車型開發(fā)的過程中，由于各自產(chǎn)品規(guī)劃和定位的不同，各車企采用的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案也各有側(cè)重。

▲GM Ultiumplatform

本文旨在對BEV車型開發(fā)過程中采用的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行梳理和介紹，以確定在開發(fā)過程中進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)匹配和選型的策略。

2、寶馬第五代電驅(qū)

傳統(tǒng)汽車品牌之所以形成品牌溢價(jià)能力，一個(gè)核心技術(shù)點(diǎn)在于自研。但是現(xiàn)在，絕大多數(shù)新能源車的電驅(qū)動(dòng)都來自零部件供應(yīng)商，只有寶馬、比亞迪、長城汽車、吉利汽車等少數(shù)幾個(gè)品牌的電驅(qū)動(dòng)是自研。

寶馬的電驅(qū)動(dòng)目前已經(jīng)發(fā)展到第五代，首款搭載車型就是剛上市的iX3。

寶馬第五代電驅(qū)與行業(yè)發(fā)展電驅(qū)動(dòng)的理念基本一致，寶馬第五代電驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)同樣是輕量化、小型化、集成化和可擴(kuò)展。在整體結(jié)構(gòu)上，與第四代一樣，寶馬第五代電驅(qū)動(dòng)依舊采用將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、逆變器融合在一起的三合一總成。

對于寶馬第四代和第五代電驅(qū)動(dòng)的區(qū)別，如下圖可以清楚的看出，其中左圖是i3上的第四代電驅(qū)動(dòng)，右圖是第五代電驅(qū)動(dòng)樣機(jī)，尺寸縮小明顯。

圖1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對比圖

至于可擴(kuò)展性，第五代電驅(qū)動(dòng)不僅可以應(yīng)用于小型車，也可用于跑車。以i4的電驅(qū)動(dòng)為例，其能夠產(chǎn)生高達(dá)390千瓦的最大輸出功率，與寶馬的V8內(nèi)燃機(jī)相當(dāng)。另外，第五代電驅(qū)動(dòng)除了可以適配電動(dòng)車，還能適配插混車型。既能布置于前軸，也能布置于后軸。

以第一款采用第五代電驅(qū)動(dòng)的車型iX3為例，其為后輪布置驅(qū)動(dòng)。但是據(jù)寶馬透露，不排除后面會(huì)推出四驅(qū)版。

雖然iX3是單驅(qū)動(dòng)電機(jī)后驅(qū)，比直接競爭對手奔馳EQC的四驅(qū)少了前軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但是最高輸出功率卻一樣，都是210千瓦。iX3單驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠爆發(fā)最高400Nm的扭矩，而且由于采用勵(lì)磁技術(shù)，不僅初段加速迅猛，高轉(zhuǎn)速區(qū)間的持續(xù)扭矩輸出依然可觀。

在整體效率上，相較第四代電驅(qū)動(dòng)，第五代的功率密度提升了約30%，最高能效高達(dá)93%。憑借高效驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高密度電池，寶馬iX3用74度可用電實(shí)現(xiàn)了500公里NEDC續(xù)航，而奔馳EQC則用79度可用電實(shí)現(xiàn)415公里續(xù)航。

在今年的寶馬集團(tuán)年度盛宴——#NEXTGen未來峰會(huì)上，寶馬再一次強(qiáng)調(diào)了可持續(xù)發(fā)展的核心理念，其也體現(xiàn)到了寶馬第五代電驅(qū)動(dòng)的開發(fā)上，寶馬第五代電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)不是我們常用的永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而是勵(lì)磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不含稀土元素，以降低對稀缺資源的依賴，并為環(huán)保做貢獻(xiàn)。

圖2 勵(lì)磁電機(jī)定子示意圖

3、用戶需求

當(dāng)前消費(fèi)者購買新能源車的一個(gè)因素是綠色、環(huán)保，如果車企能夠構(gòu)筑可持續(xù)發(fā)展的核心理念，無疑為產(chǎn)品賦予真正環(huán)保的內(nèi)涵。寶馬電驅(qū)動(dòng)的另一個(gè)特點(diǎn)是由寶馬自研，而且已經(jīng)堅(jiān)持到第五代，在普遍外購電驅(qū)動(dòng)的行業(yè)當(dāng)下，寶馬的堅(jiān)持顯得有些另類。

只要對汽車還充滿駕駛欲望，車企自研電驅(qū)動(dòng)是繞不開的。從技術(shù)發(fā)展角度來說，目前的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)相比內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，整體還不算先進(jìn)。

▲Schaeffler 2-speed gearbox cutaway

比如檔位，目前的電驅(qū)動(dòng)普遍都是單速，夠用但是效率不高，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)匹配的變速箱已經(jīng)發(fā)展到10速甚至11速。電動(dòng)車不一定會(huì)采用那么多檔位變速箱，但是現(xiàn)在的單速結(jié)構(gòu)還有進(jìn)化的空間。

為滿足市場與客戶需求，國內(nèi)車企普遍采用客戶調(diào)查方式或競品測試/拆解的方式進(jìn)行需求分析，通過進(jìn)行分析，會(huì)以用戶需求點(diǎn)進(jìn)行逐項(xiàng)解析，如多樣化、高性價(jià)比等兩個(gè)大方面進(jìn)行分解，如圖3所示。

基于目前國內(nèi)的水平及國外發(fā)展趨勢，會(huì)儲(chǔ)備一定量的開發(fā)潛力，如不含稀土的磁鐵材質(zhì)，但考慮到成本方面的影響，短期內(nèi)不會(huì)推向市場。

圖3 用戶需求矩陣圖

3.1 輕量化&效率提升

為了實(shí)現(xiàn)電驅(qū)系統(tǒng)的小型化，各大車企都在主推采用集成式技術(shù)方案，整機(jī)系統(tǒng)匹配、布置要優(yōu)于分體式技術(shù)方案，零件數(shù)量、成本方面的優(yōu)勢都要優(yōu)于分體式技術(shù)方案，如圖4所示。

激光焊接差速器系統(tǒng)在重量、成本方面優(yōu)于傳統(tǒng)螺栓聯(lián)接方案，如圖4所示。

圖4 電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

為了實(shí)現(xiàn)高效率、低損耗，降低整車電耗，分析各系統(tǒng)潛在技術(shù)優(yōu)化點(diǎn)，如機(jī)械損失、電磁損失，因機(jī)械方面已經(jīng)提升到了一個(gè)瓶頸點(diǎn)，車企目前都在采用低粘度潤滑油，實(shí)現(xiàn)整機(jī)效率提升；目前各家車企將大部分的精力放在電磁損失提升方面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率提升0.5%~0.8%，可使得90%的效率區(qū)擴(kuò)大15%，如圖5所示。

圖5 效率提升分布

圖6 減速器效率與驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率

新能源車型沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)導(dǎo)致電驅(qū)系統(tǒng)噪音格外刺耳，尤其以齒輪噪聲和電磁噪聲為優(yōu)先解決對象，如圖7所示。

圖7 電驅(qū)系統(tǒng)NVH測試流程

3.2 平臺(tái)化

國內(nèi)車企內(nèi)部的動(dòng)力總成設(shè)計(jì)公司均已獨(dú)立運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)向第三方公司銷售或設(shè)計(jì)工作，為了減小整機(jī)開發(fā)成本和開發(fā)周期，各大公司均實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化設(shè)計(jì)，目前國內(nèi)車企做的比較好的，尤以比亞迪、長城汽車做的比較優(yōu)秀。

如圖8所示。

圖8 平臺(tái)化與開發(fā)成本對比圖

4、比亞迪純電動(dòng)力平臺(tái)化

乘用車純電平臺(tái)戰(zhàn)略下“標(biāo)準(zhǔn)化升級”，在初代平臺(tái)上，開發(fā)升級110kW、150kW平臺(tái)，更集中90%市場車型需求，可覆蓋A0級-B級車需求。

4.1 性能與性價(jià)比雙極致的“純電動(dòng)力平臺(tái)”

專注于電驅(qū)動(dòng)總成產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)，以高度集成化、一體化、多合一的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為主要研發(fā)方向，開發(fā)出智能化與標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，可覆蓋全部乘用車對動(dòng)力性加速和爬坡以及充/配電的需求。

4.1.1乘用車純電動(dòng)力平臺(tái)：驅(qū)動(dòng)多合一

八大部件高度集成：MCU+DM(drive motor)+TM(transmission)+VCU+BMS+OBC+DCDC+PDU，八大部件高度集成。系統(tǒng)開發(fā)70kW、110kW、150kW等多個(gè)平臺(tái)。

圖9 驅(qū)動(dòng)多合一平臺(tái)

4.1.2乘用車純電動(dòng)力平臺(tái)：驅(qū)動(dòng)多三合一，同一標(biāo)準(zhǔn)，多個(gè)平臺(tái)。

系統(tǒng)開發(fā)110kW、150kW等多個(gè)平臺(tái)產(chǎn)品，可滿足全部乘用車對動(dòng)力性、加速和爬坡的需求。

圖10驅(qū)動(dòng)多合一平臺(tái)

4.1.3乘用車純電動(dòng)力平臺(tái)：高壓三合一

一芯多用，四代集成技術(shù)迭代，實(shí)現(xiàn)“一芯多用”，單模塊二合一、三合一或集成其他多合一均可標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用平臺(tái)，可滿足全部乘用車對充配電的需求。

圖11 高壓三合一平臺(tái)

4.2 乘用車純電平臺(tái)戰(zhàn)略下的“標(biāo)準(zhǔn)化升級”

在初代平臺(tái)上，開發(fā)升級110kW、150kW平臺(tái)，更集中90%市場車型需求，可覆蓋A0級-B級車需求

圖12 標(biāo)準(zhǔn)化升級平臺(tái)

表1 標(biāo)準(zhǔn)化升級參數(shù)表

4.3 乘用車純電平臺(tái)戰(zhàn)略下的“集成化升級”

• 集成效果：體積減小20%、重量減少15%、成本降低15%； 

• 集成核心優(yōu)勢：輕量化、小型化、低成本、高效率、高智能 

• 能耗優(yōu)化：NEDC效率89%，OBC最大95%；

圖13 集成化升級平臺(tái)化

表2集成化升級平臺(tái)化參數(shù)表

5、蜂巢易創(chuàng)電驅(qū)平臺(tái)

5.1 135kW兩檔三合一集成電橋

技術(shù)特點(diǎn)：

• 高度集成、結(jié)構(gòu)緊湊、更利于整車搭載；

• 輕量化設(shè)計(jì)、高扭重比；

• 驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子低諧波繞組結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子采用最優(yōu)磁極結(jié)構(gòu)，高齒輪重合度，NVH性能優(yōu)異；

• 驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)卡式扁線繞組，高槽滿率，高效率軸承，少油量

• 同步器式兩檔結(jié)構(gòu),全車速段驅(qū)動(dòng)電機(jī)均在高效區(qū)運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)更高車速；

• 高效率滾珠絲杠式換檔機(jī)構(gòu),高精度轉(zhuǎn)速和扭矩控制,換檔順暢,換檔時(shí)間< 500ms。

 圖14 135kW電驅(qū)平臺(tái)

表3 15kW電驅(qū)平臺(tái)參數(shù)

5.2 150kW電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)

技術(shù)特點(diǎn)：

• 同軸行星系集成設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，更易于整車布置；

• 殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和NVH優(yōu)化；

• 行星系速比可調(diào)范圍大，具有更大的扭矩容量；齒輪受載均勻且軸向載荷小，利于軸承和油封選型；

• 電機(jī)發(fā)卡式扁線繞組，高槽滿率、高效率軸承、少油量、總成最高效率93% ；

• 驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子低諧波繞組結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子三段斜極式，高齒輪重合度，NVH性能優(yōu)異；

• 電子駐車可選；

• 適用于搭載中高端乘用車、商務(wù)車等多種車型。

圖15 150kW電驅(qū)平臺(tái)

表4 150kW電驅(qū)平臺(tái)參數(shù)

5.3 150kW同軸電驅(qū)動(dòng)橋

技術(shù)特點(diǎn)：

• 同軸式設(shè)計(jì)，尺寸更緊湊，易于整車布置；

• 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，與電機(jī)、橋管集成一體式設(shè)計(jì)，可搭載3.5t以下皮卡、廂貨等商用車；

• 驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)卡式扁線繞組，高槽滿率，高效率軸承，少油量，總成最高效率93% ；

• 驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子低諧波繞組結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子三段斜極式,高齒輪重合度，NVH性能優(yōu)異；

• 采用高強(qiáng)度鋁殼體，重量更輕；

• 電子駐車、機(jī)械差速鎖可選。

圖16 150kW電驅(qū)系統(tǒng)平臺(tái)

表5 150kW電驅(qū)平臺(tái)參數(shù)

5.4 35kW減速器

技術(shù)特點(diǎn)：

• 分體式設(shè)計(jì)，可靈活搭載多種電機(jī)；

• 高扭矩容量，輸出扭矩可擴(kuò)展至1800Nm；

• 極限轉(zhuǎn)速12000rpm，可擴(kuò)展至14000rpm；

• 高齒輪重合度，NVH性能優(yōu)異；

• 高效率球軸承，最高傳動(dòng)效率98%；

• 適用于A00 , A0級車型。

圖17 35kW電驅(qū)系統(tǒng)平臺(tái)

表6 35kW電驅(qū)平臺(tái)參數(shù)

6、總結(jié)

多元化需求背景下需要燃油動(dòng)力ICE、油電混動(dòng)(P)HEV、純電動(dòng)EV等多種形式共存，電動(dòng)化是必然趨勢； 小型化、輕量化、平臺(tái)化、高效率、高性能、高可靠性、低成本是驅(qū)動(dòng)總成的永恒目標(biāo) ；隨著電池、控制等關(guān)鍵技術(shù)的逐漸突破，未來汽車會(huì)更環(huán)保、更便捷、更安全，未來電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)化發(fā)展讓我們一起拭目以待。