Lucid電驅動技術全解析

Lucid電驅動技術全解析的圖1


Lucid電驅動技術全解析的圖2

Lucid由特斯拉前副總裁兼董事謝家鵬 (Bernard Tse)和甲骨文前高管溫世銘 (Sam Weng)兩位華人于2007年創建。

成立之初叫Atieva,謝家鵬是原特斯拉副總裁、董事會成員、電池研發負責人。

Paul Rawlinson作為前特斯拉首席工程師,曾參與過Model S等重要項目,也是此次Lucid新車的主要負責人。

Lucid電驅動技術全解析的圖3

2014年Atieva進行C輪融資,北汽集團以1億美元入股,約占25%股權,隨后樂視也投資數千萬美元,雙方以第一、第二大股東的身份進入公司。

2015年,北汽轉讓股權給樂視,樂視持股比例提升至40%。為了給法拉第未來“輸血”,樂視后來也賣出了股份。

2018 年 9 月,沙特阿拉伯主權基金"公共投資基金"投資 Lucid Motors 超10億美元。

Lucid電驅動技術全解析的圖4

2019年,CEO溫世銘辭職,Rawlinson 兼任Lucid的CEO和CTO,掌舵公司。

Lucid電驅動技術全解析的圖5

Lucid自己宣稱將要占據的是豪華電動車市場,這塊目前相對競爭對手少(主要是保時捷Taycan)。Lucid在官網上描述:特斯拉創新但不豪華,并非直接競爭對手。

目前市面上寶馬屬于運動豪華,奧迪屬于科技豪華,奔馳是經典豪華,自己要做后-豪華市場(大概意思就是在未來要兼包并蓄,科技,表現力,持續力都會有)

Lucid電驅動技術全解析的圖6

Lucid Air 底盤最多可以布置三臺電機,這體現了Lucid Air 的超高集成能力。Lucid Air 全系可以按單電機后驅、雙電機全驅和前1后2/3電機全驅來布置。而三電機版將會是一臺1800馬力的性能怪獸。

Lucid電驅動技術全解析的圖7

▲Lucid Air electric sedan - Highly innovative & a cut above the rest

根據 Lucid Motors 的測試,三電機版的Lucid Air 最高速度可以達到 378 km/h。而特斯拉 Model S 和保時捷 Taycan Turbo S的最高速度分別為262 km/h 和 260 km/h。

Lucid電驅動技術全解析的圖8

▲Lucid reveals its insane 500-mile range is achieved on 113 kWh battery pack

部分得益于電機等零部件的高度集成,Lucid Air 擁有容積超過 280 升的前艙箱(比目前最大的轎車前艙箱大 89%),加上后備箱的總容積達到 739 升。

Lucid電驅動技術全解析的圖9

▲Lucid Motors Air — A Brand-New American Luxury EV

Lucid Air使用了Lucid Electric Advanced Platform (LEAP)平臺打造,這個平臺其實與其他品牌全新的純電平臺都是類似的,都是盡可能壓縮前后懸架空間,盡可能讓中部區域空間最大化,因為這樣可以給電池留出更多空間,并且也讓車內空間更大了。

Lucid電驅動技術全解析的圖10

▲Lucid Air Shows Off Bold Zenith Red Color Option In NYC

Lucid電驅動技術全解析的圖11

▲2021 Lucid Air electric Performance and MPG

Lucid電驅動技術全解析的圖12


Lucid電驅動技術全解析的圖13

▲Lucid Air前電驅總成

Lucid電驅動技術全解析的圖14

▲Lucid Air前電驅總成外形尺寸

Lucid電驅動技術全解析的圖15

▲Lucid Air后電驅總成

Lucid電驅動技術全解析的圖16

▲Lucid Air后電驅總成外形尺寸

Lucid Air 全系均為永磁電機,單電機功率可以達到 447 kW,是目前全球量產純電動車中峰值功率最高的電機,同時也是峰值功率最大的電機,包括感應電機在內。為了解決永磁電機可能存在的發熱問題,Lucid Air 對該電機進行了獨特設計

Lucid電驅動技術全解析的圖17

▲The Lucid Air is betting on these electric motors to beat Tesla and Porsche

Lucid Air四驅車型前后均采用雙永磁同步電機,外形尺寸相仿;減速箱采用行星排齒輪機構,分布于電機兩側;根據整車的布置要求不同,前后電機的控制器分別布置于整車的Z向和X向。

Lucid電驅動技術全解析的圖18

▲Lucid Air Debuts with 500-mile Range and Car-to-Car Charging

根據官方披露,全驅版的Lucid Air擁有1080馬力(805kW)輸出的實力,是當前動力輸出最大的一款電動車。

Lucid電驅動技術全解析的圖19

此外,Lucid Air的續航能力,在美國EPA測試標準下為綜合里程836公里,如果在國內的話,實際續航里程還會更高。

Lucid電驅動技術全解析的圖20

根據上圖能夠看到,Lucid Air擁有體積更小的電動機,比保時捷、特斯拉電動機的體積還要小不少。

Lucid電驅動技術全解析的圖21

▲確實非常的緊湊

Lucid的電機體積明顯小,一方面是轉子繞組體積小、另一方面是Lucid電機的減速器集成度高,并不像其他電機一樣單獨凸出來做減速器,Lucid電機使用行星齒輪結構,將減速器集成在電機中,所以Lucid電機左右是直接接傳動軸的,這樣可以節省不少空間。

Lucid電驅動技術全解析的圖22

以這張PPT所展示的電機“馬力/重量”比值對比圖來看,Lucid Air的“馬力/重量”比值超越包括特斯拉在內的主要市場競爭對手。

實際對比看出,Lucid Air的電動機重量為74千克,而保時捷電動機重量為170千克,特斯拉單電機重量為92千克,雙電機為134千克。除了重量輕外,Lucid Air的電動機峰值功率更達到了驚人的670HP(500kW)。是目前量產的峰值功率最大的電機,超越了特斯拉。

Lucid電驅動技術全解析的圖23

▲Lucid Motors could very well be a force for good in the EV industry

Lucid的技術優化集中在三個方向:

  • 讓冷卻液盡可能貼近導線,降低電阻。

  • 找到電機中的Dead Zone,即對電動機內部的電磁場進行了數學建模后,發現定子中有幾個區域對導電沒有幫助,因此可以將冷卻系統從這些區域引入電機的核心。

  • 使用了具有連續波狀獨特繞組模式的計算機化線圈繞組系統,這樣可以使溫度更加一致。

Lucid電驅動技術全解析的圖24

Lucid電驅動技術全解析的圖25

我們都知道,永磁同步電機的轉子是由很多硅鋼片疊加而成的,而每個硅鋼片都會進行打孔,把永磁體嵌入其中。

Lucid電驅動技術全解析的圖26

永磁同步電機轉子根據永磁體的位置可分為表面磁鐵(表貼式)和內置磁鐵兩種,表面磁鐵顧名思義就是把永磁體放置在轉子外表面,這樣的話,磁鐵就是弧形的。

Lucid電驅動技術全解析的圖27

它的上面需要有一層金屬殼來固定它,當電機工作時,這層金屬殼不但增加了轉子直徑,還會產生感應電流,增加了熱損耗,而且這層金屬殼的強度要足夠高,以防止被轉子的離心力甩出去,特斯拉最新搞了個碳纖維包裹的轉子,在不改變永磁體的前提下,通過對轉子結構的顛覆來實現更高的效率,屬于很激進,甚至逆天的設計了。

Lucid電驅動技術全解析的圖28

所以目前的常規設計是內置永磁體,為了多放幾塊磁鐵,大家通常采用V型內嵌方案,讓一組永磁體以V形夾角的方式對立擺放。

Lucid電驅動技術全解析的圖29

永磁同步電機使用的永磁體一般有兩種,分別是燒結永磁體和粘結永磁體。常用的是燒結永磁體,一般只能加工成特定形狀,通常為長方形。燒結永磁體的優點是密度最大,性能最強,是目前驅動電機上使用量最大的。

它的缺點是制造工藝復雜,加工成異型成本高,不能將疊片孔隙全部填滿。而粘結永磁體雖然磁性小,但是可以加工成任意形狀,甚至可以澆筑進需要填充的孔隙中,提高磁通量。

Lucid電驅動技術全解析的圖30

▲Lucid Air motor的轉子疊片打孔圖,采用6極單V型設計,但打孔不規則

Lucid電驅動技術全解析的圖31

Lucid Air motor嵌入了燒結永磁體的結構圖

長方形的永磁體嵌入后,還留下了兩側形狀對稱的異形空間:

Lucid電驅動技術全解析的圖32

填充完燒結永磁體的轉子疊片還存在大量的空隙,屬于一種浪費

Lucid Air的工程師們沒有浪費這些空隙,他們將粘結永磁體嵌入或澆筑到這些空隙中,不僅增加了永磁體的體積,提高了磁通量,也增加了永磁體與疊片之間的連接強度。這就是Lucid的Hybrid Rotor Assembly(混合磁鐵技術)。

利用這種方式,在有限的空間內增加了磁通量。

Lucid電驅動技術全解析的圖33

下圖很明顯看出,混合磁體技術在各個方面都占有明顯的優勢。同轉速情況下,扭矩提升明顯。達到同樣扭矩的情況下,803的效率更高,能耗更低。

Lucid電驅動技術全解析的圖34

▲燒結永磁體801和混合磁鐵803技術的性能對比

在上圖中,橫向坐標軸是電機轉速,縱向坐標軸對應的是扭矩,可以看出,由于混合磁鐵的磁性更大,能夠在相同轉速下帶來一定的扭矩提升;換句話說,相同扭矩下,Lucid電機效率更高,需要的能耗更小,帶來更長的續航里程。

Lucid電驅動技術全解析的圖35

▲A Game Of Inches: 2021 Lucid Air EV Sedan

Lucid電機定子冷卻管路是直接集成到了定子里面的,這樣既能節省外部空間,同時也能優化內部的熱管理,Lucid有個專利叫做“同軸冷卻系統”

Lucid電驅動技術全解析的圖36

由于定子線圈通電工作時會產生大量的熱,不但是很大的能量損耗,也限制了功率和扭矩的進一步提高。

Lucid電驅動技術全解析的圖37

而Lucid在對定子建模仿真過程中發現定子中有一些沒有產生電磁感應的“死角”,Lucid工程師就把冷卻管道“穿進”這些“死角”中,讓冷卻管路成為了定子的一部分,這樣就能讓冷卻液盡可能靠近定子線圈,最大程度進行降溫,溫度降低了,銅線電阻就降低了,效率就提升了。

Lucid電驅動技術全解析的圖38

Peter Rawlinson:工程師試圖通過盡可能靠近銅線的冷卻液來管理這一點,但是笨重的鐵定子 - 包裹旋轉轉子并向其導電的固定組件 - 往往會妨礙。

團隊對電機內部的電磁場進行了一些數學建模,發現定子中有幾個"死區"對電傳導沒有貢獻,因此可能用于使冷卻劑更接近繞組。以前沒有人真正關注過這些區域,這些地方沒有電磁感應。

Lucid電驅動技術全解析的圖39

Lucid首先想到的只是去除材料并放一些孔以減輕重量,但后來他們意識到,可以將冷卻系統通過這些區域直接帶到電機繞組產生的熱量。

Lucid電驅動技術全解析的圖40

Lucid對于定子線圈的纏繞模式也進行了建模分析,找到了最優的解決方案,讓銅線各個部分的溫度保持一致,能夠避免局部電阻增大,該繞組由24根方形銅線“編織”成一個需要最少粘合的便捷組件。

Peter Rawlinson:定子中的銅導線也是著眼于溫度控制的。大多數電動汽車電機中的電線纏繞不精確,這增加了一個電機與下一個電機之間的差異,從而影響了工程師準確預測和塑造磁場的能力。我們使用計算機化的線圈繞組系統,使用獨特的波繞組模式,這使得溫度更加一致。這也使我們能夠避免將所有導線焊接在一起。

Lucid電機定子部分

Lucid電驅動技術全解析的圖41

Lucid_Air_Stator_Profile

Lucid電驅動技術全解析的圖42

Lucid電機定子6極72槽,專利:US20200127508A1

電機出線端結構

Lucid電驅動技術全解析的圖43

▲Lucid Air 電機定子結構(圖片來源:公眾號【調皮的JINX】)

  • 定子線圈采用8層W-PIN繞組:該工藝路線量產難度較大,看起來Lucid在這一塊花了不少精力,是否具備量產條件有待后續觀察;

  • 鍵槽配合:采用6個鍵槽與電機殼體相連,此方式簡單、可靠;

  • 螺栓直連:三相出線采用螺母形式,與控制器銅排直連,省去了常規的接線座;

  • Busbar采用采用包塑的形式。

Lucid電驅動技術全解析的圖44

▲Lucid Air 電機三相連接(圖片來源:公眾號【調皮的JINX】)

Lucid電驅動技術全解析的圖45

▲Lucid_Air_Rotor_Fastener

電機轉子結構

Lucid電驅動技術全解析的圖46

▲Lucid Air 電機轉子結構(圖片來源:公眾號【調皮的JINX】)

  • 猜測兩側動平衡板通過類似鉚釘的零件與鐵芯相連接;

  • 轉子兩側動平衡孔數較少,僅針對此臺樣機,轉子初始不平衡量尚可;

  • 前后軸承室以子零件的形式分別固定在轉子兩端,與其配合的是轉子支撐軸承;

  • 兩個軸承室的外形形狀不同;

  • 轉子兩側各布置一個軸承,用于支撐內部行星軸;

  • 前后電機轉子的表面顏色一白一黑;

  • 轉軸為桶狀中空結構,轉軸內部布置差速器行星機構;

  • 冷卻油通過減速箱輸入軸進入轉子內部同時潤滑軸承,是否冷卻鐵芯存疑;

  • 轉子甩油設計可能性不大。

Lucid電驅動技術全解析的圖47

無法言說的結構之美

中間殼體結構

Lucid電驅動技術全解析的圖48

▲Lucid Air電驅中間殼體結構(圖片來源:公眾號【調皮的JINX】)

  • 電機軸承的內圈與此處配合,外圈與上文轉子軸承室配合;

  • 以花鍵形式與減速箱輸出外齒圈相配合;

  • 與主殼體油道配合,并與油冷器連接。

旋變

Lucid電驅動技術全解析的圖49


Lucid電驅動技術全解析的圖50

定子導油環

Lucid電驅動技術全解析的圖51

▲Lucid Air定子導油環結構(圖片來源:公眾號【調皮的JINX】)

Lucid電驅動技術全解析的圖52

  • 入油口為主動冷卻;

  • 減速箱側齒輪/軸承冷卻;

  • 周向均布的小孔,為繞組提供冷卻;

  • 定子繞組仿形結構。

減速器部分

Lucid電驅動技術全解析的圖53

▲Lucid Air前驅同軸行星減速器

Lucid電驅動技術全解析的圖54

▲Lucid Air后驅同軸行星減速器

變速器和差速器首次完全集成在電機內,構成單獨的傳動系統,既輕便又高效。同時,Lucid在其逆變器中使用高壓碳化硅MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)系統,以最大限度地提高效率,特別是提高了車輛在實際行駛過程中的效率。

Lucid電驅動技術全解析的圖55

儲油殼

Lucid電驅動技術全解析的圖56


Lucid電驅動技術全解析的圖57


Lucid電驅動技術全解析的圖58

油冷器

Lucid電驅動技術全解析的圖59


Lucid電驅動技術全解析的圖60

電控部分

Lucid電驅動技術全解析的圖61

▲Lucid_Air_HV Connector plug_Plug wiring

Lucid電驅動技術全解析的圖62

Peter Rawlinson是Lucid Motors的首席執行官和首席技術官,并以他作為特斯拉Model S和Lucid Air的車輛工程師而聞名。

2009年加入特斯拉后,羅林森擔任特斯拉Model S的車輛工程副總裁和車輛工程師。在此職位上,羅林森負責Model S的技術執行和交付,通過利用電動汽車傳動系統在三年內減少的限制來改善結構和生產。

Peter于2013年加入Lucid Motors,擔任首席技術官,并于2019年被任命為首席執行官。

Peter Rawlinson:Lucid Air的外表比特斯拉Model S更緊湊,它更短、更窄、更低,實際上窄約43毫米。然而,它擁有更多的內部空間,特別是在后部。事實上,我們的內部空間比長軸距的S級梅賽德斯更多。我真的不認為這在網絡上的一些照片中完全體現出來。當人們坐在里面時,他們經常驚訝地說:"哦,我的天哪,我沒有意識到它會像這樣好。我看到你們現在在做什么,這是非同尋常的。這是一個真正的突破。以前沒有人真正這樣做過。

為什么這很重要,首先,更緊湊的汽車是更好的駕駛汽車。我喜歡駕駛它,這是一輛非常快的真正跑車,一臺很棒的機器。它在城鎮周圍更具機動性,更可用。我開過一些這樣的大型汽車 - 我們有一輛梅賽德斯S級作為基準車,這是一個了不起的工程,但它不是一輛真正令人愉快的駕駛汽車 - 它太大了。

Lucid電驅動技術全解析的圖63

從外網的評論來看,大家對于這款車還是很認可。「This is the high end electric luxury car. The real Tesla rival(這才是真正的高端豪華電動車,特斯拉真正的對手)。」

Lucid的CEO兼CTO,Peter Rawlinson是一個非常熱愛三電技術的人,Lucid在油管上發布了視頻展示了電池設計技術(官方Tech Talks講座共10集),由Peter Rawlinson親自來介紹電池系統,包含Lucid如何有做到高效冷卻電池、電池控制等等。講解深入淺出,通俗易懂,這對于品牌的宣傳有不小的幫助。

Lucid電驅動技術全解析的圖64

不過Lucid要做豪華車,這個品牌建立的消費者認知是非常厲害的車,而不僅僅是非常厲害的電池和電機技術。

甚至,Lucid CEO & CTO Peter Rawlinson 說的一些言論引來特斯拉掌門人馬斯克的關注。不管這個事件是不是 Lucid 「碰瓷」特斯拉,都從側面說明:Lucid 讓馬斯克重視了。

Lucid電驅動技術全解析的圖65

總之,Lucid Air 足夠亮眼。50 萬元以上豪華車市場,除了特斯拉和保時捷 Taycan,終于有值得一看的對手了。

不過,還不能高興的太早。對于 Lucid 來說,拿出產品只是第一步,接下來的量產交付才是更難的。正如 Rawlinson 說的那樣:Words are cheap. We are nothing until we’ve got anything into production(放狠話很容易,但是在真正量產前,我們屁都不是)。

Lucid電驅動技術全解析的圖66

Lucid Air Dream Edition specs:

118 kWh usable battery capacity

  • 22 modules

  • 2170-type cylindrical cells (6,600)

  • >900 V battery system

EPA range:

  • Dream Edition Performance (19") - 471 miles (758 km)

  • Dream Edition Performance (21") - 451 miles (726 km)

  • Dream Edition Range (19") - 520 miles (837 km)

  • Dream Edition Range (21") - 481 miles (774 km)

0-60 mph (96.5 km/h) time

  • Dream Edition Performance (19") - 2.5 seconds

  • Dream Edition Performance (21") - 2.42 seconds; quarter-mile in 9.67 seconds @149.87 mph *on prepared track surface

  • Dream Edition Range (19") - 2.7 seconds

  • Dream Edition Range (21") - 2.74 seconds

top speed of 168 mph (270 km/h)

dual motor all-wheel drive

  • Dream Edition Performance - 1,111 hp (828 kW) and 1,025 lb-ft (1,390 Nm)

  • Dream Edition Range - 933 hp (695 kW) and 1,025 lb-ft (1,390 Nm)

on-board charger: 19.2 kW

fast charging at up to around 300 kW (about 20 minutes to replenish 300 miles of range)

參考資料:

  • 雪球【run_rabbit_run】《Lucid Air:電機》

  • 公眾號 【調皮的JINX】《辨-電驅動技術—Lucid首席工程師談三電設計》

  • 公眾號 【電動新視界】《Lucid Air motor混合磁鐵技術介紹》

  • 西瓜視頻【大劉科普】《Lucid Motors電機技術獨家揭秘!馬斯克的噩夢?》

  • 汽車之家《特斯拉殺手?關于Lucid Air的核心信息》

Lucid電驅動技術全解析的圖67

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

2
2