比亞迪純電動汽車e平臺技術解析

新疆交通職業(yè)技術學院 楊意品

縱觀比亞迪新能源汽車，主要有2類，一類是采用比亞迪DM（即Dual Mode，是比亞迪雙模插電式混合動力技術的簡稱）系統(tǒng)的比亞迪DM系列插電式混動汽車，譬如比亞迪唐DM、宋Pro DM、宋MAX DM、秦Pro DM、秦DM等車；一類是采用比亞迪e平臺的比亞迪EV系列純電動汽車，譬如比亞迪元EV、唐EV、秦EV、宋EV、秦Pro EV、宋Pro EV、宋MAX EV、比亞迪e1等車。本文主要介紹比亞迪新能源汽車的EV系統(tǒng)。

1 比亞迪EV系統(tǒng)概述

采用e平臺的比亞迪e6純電動汽車于2011年量產(chǎn)，2016年的比亞迪e5純電動汽車和秦EV純電動汽車已經(jīng)采用第2代e平臺（四合一e平臺），2017年的宋EV純電動汽車、2018年的秦EV450純電動汽車及比亞迪e5 450純電動汽車都屬于四合一e平臺。2018年比亞迪純電動汽車發(fā)布了全新e平臺，打造三合一e平臺，并一口氣發(fā)布了元EV純電動汽車、秦Pro EV純電動汽車，與2018年的唐EV純電動汽車和宋Pro EV純電動汽車組成了王朝系列純電動汽車產(chǎn)品矩陣。另外，e網(wǎng)系列的比亞迪e1、e2及S2純電動汽車搭載也是最新的三合一e平臺。至此，比亞迪新能源汽車產(chǎn)品矩陣初見規(guī)模（圖1）。在e平臺的開發(fā)思路下，比亞迪走上了集成化、模塊化、標準化開發(fā)技術路線，從原有的e6、e5單款車型純電開發(fā)思路進化到現(xiàn)在的唐EV、宋EV、秦Pro EV和元EV等家族化體系化開發(fā)模式，比亞迪e平臺目前已經(jīng)擁有了唐EV、宋 Pro EV、宋 MAX EV、秦Pro EV、秦EV、元EV、S2、e5、e2等多款純電動汽車產(chǎn)品 。

圖1 比亞迪e平臺

2 比亞迪第一代e平臺EV1系統(tǒng)

比亞迪e6車采用的就是比亞迪第一代e平臺（EV1系統(tǒng)），其動力總成由動力電機和變速器組成。比亞迪e6使用的動力電機為75 kW的交流無刷永磁電機，電機的最大輸出扭矩為450 N·m，額定輸出功率為75 kW，最大輸出功率為120 kW（電機峰值功率），最大輸出轉(zhuǎn)速為7 500 r/min。動力總成的總重量為130 kg，總傳動比為6.417，主減速傳動比為3.85。車輛行駛時，動力電機通過旋變壓器檢測電機的位置，位置信號通過控制器處理，發(fā)送相關信號給電機控制器，邏輯信號控制IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）的開斷，IGBT輸出的為近似正弦波的交流電。電機控制器為電壓型逆變，利用IGBT將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，額定電壓為330 V，負責控制電動機的前進、倒退、維持電動車的正常運轉(zhuǎn)。電動機控制器總成包含上中下3層，上層和下層為電機控制器，中層為水道冷卻控制單元，電機控制器總成還包括信號接收連接器、12 V電源線、CAN線、擋位信號線、加速踏板信號線、制動信號線、旋變信號線、電機溫度信號線、預充滿信號線等，2根動力電池正負極接插件、3根電機三相線接插件和2個水套接頭等。

比亞迪e6采用磷酸鐵鈷鋰電池（每個單體3.3 V，電池包標稱電壓為316.8 V，容量為219 Ah），共由96個單體組成，還包括電壓采樣線束1條（96+1）、溫度采樣線束1條（96+11）、正負極母線各1條、托盤1個。

比亞迪e6純電動汽車的工作原理如圖2所示。電源接通，汽車前進時，主控ECU接收擋位控制器、加速踏板和角度傳感器等信息，燃油傳遞給電機控制器，以控制流向前驅(qū)電機的電流，此時電池組電流通過應急開關、配電箱/繼電器之后，一路經(jīng)過電機控制器向前驅(qū)動電機供給需要的電流，從而使驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，通過變速器/差速器和傳動軸，帶動左右前輪轉(zhuǎn)動，使汽車行進；另一路經(jīng)過DC/DC（直流/直流）轉(zhuǎn)換器，將電池組330 V的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓42 V，提供給電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）使用。同時電池組受BMS（Battery Management SystemA，電池管理系統(tǒng)）控制，將電池組的瞬時電壓、電流、溫度、存電情況等信息傳遞給BMS，以防止電池組過放電或溫度過高而損壞。如果發(fā)生漏電情況，漏電保護器起作用。一旦發(fā)生緊急短路等情況，保護裝置熔絲便熔斷保護。

圖2 比亞迪e6純電動汽車的工作原理

3 比亞迪第二代e平臺（高壓四合一e平臺）

所謂比亞迪高壓電控總成四合一，就是將純電動汽車的VOTG ECU（雙向逆變電機控制器）、車載充電機（OBC）、高壓配電箱和DC/DC轉(zhuǎn)換器這4個高壓電控裝置合為一體。

（1）VOTG ECU（雙向逆變電機控制器）。該控制器為電壓型逆變器，利用IGBT將直流電轉(zhuǎn)化成交流電，其主要功能是通過收集擋位信號、加速踏板信號、制動踏板信號等信號來控制驅(qū)動電機，根據(jù)不同工況控制驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)、功率、扭矩、轉(zhuǎn)速等，即控制驅(qū)動電機的前進、倒退、維持電動車的正常運轉(zhuǎn)。控制器總成分為上中下3個單元，上下層為電機、充電控制單元，中層為水道冷卻單元。

（2）車載充電機（OBC）。車載充電機是指固定安裝在純電動汽車上的充電機。充電機依據(jù)動力電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，能動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應的動作，完成充電過程。

（3）高壓配電箱。高壓配電箱的功能主要是通過對接觸器的控制來實現(xiàn)將動力電池的高壓直流電供給整車高壓電器，以及接收車載充電機或非車載充電機的直流電來給動力電池充電，同時還具有電流檢測、漏電監(jiān)測等其他輔助檢測功能。

（4）DC/DC轉(zhuǎn)換器。DC/DC 轉(zhuǎn)換器是電動汽車動力系統(tǒng)中很重要的一個組成部分。一個重要功能是為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)及其他輔助設備提供所需的電力，另一個功能是在復合電源系統(tǒng)中，與超級電容串聯(lián)，起到調(diào)節(jié)電源輸出、穩(wěn)定母線電壓的作用。

比亞迪秦EV450純電動汽車便采用了高壓四合一總成，其動力部分配備1臺最大輸出功率為160 kW、最大輸出扭矩為310 N·m的永磁同步電機，0 km/h～100 km/h加速時間為7.9 s；其永磁同步電機、減速器和電機控制系統(tǒng)采用“直聯(lián)”模式一體化集成。永磁同步電機的最大轉(zhuǎn)速可達12 000 r/min，輸出最大扭矩和最大功率的轉(zhuǎn)速范圍為5 000 r/min～6 200 r/min，可以將經(jīng)濟車速廣泛地維持在60 km/h～100 km/h，NEDC工況（新歐洲行駛工況）的續(xù)航里程為400 km，60 km/h等速的續(xù)航里程為480 km。

高壓電控總成四合一總成具備體積小、效率高等特點，且電機控制器和驅(qū)動電機共享同一套散熱伺服系統(tǒng)，省去了沉重的高壓電纜，降低了自重，提升了功率密度。在ECO模式（經(jīng)濟模式）下，驅(qū)動電機的最大功率被限制在115 kW；在SPORT模式（運動模式）下，驅(qū)動電機的功率限制被解除，動力響應更快。

采用高壓四合一電驅(qū)動控制總成的比亞迪宋EV 500純電動汽車搭載比亞迪自主研發(fā)的高功率動力電機，電機的最大功率為160 kW，最大扭矩可達到310 N·m，最大轉(zhuǎn)速可達到12 000 r/min，能在更廣泛的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)獲得最佳經(jīng)濟性和動力輸出，0 km/h～50 km/h的加速時間為3.9 s。比亞迪宋EV 500純電動汽車搭載比亞迪三元鋰電池，動力電池能量密度可達到140.97 kW/kg，容量可達到61.9 kWh，遠高于同類產(chǎn)品普遍在50 kWh以下的水平。更為重要的是，該款車型還采用高功率充電技術，能在最短30 min內(nèi)就完成40%～80%的快速充電，大大提高了使用便利性。在電控方面，比亞迪宋EV 500純電動汽車具有高精度、高集成度等特點，采用智能電控芯片，通過監(jiān)測各節(jié)電池的電壓、充放電電流及環(huán)境溫度等信息實現(xiàn)電池過充、過放、過電流、溫度保護等保護功能，通過外置電容可以調(diào)節(jié)過充、過放、過流保護延時。

4 比亞迪第三代e平臺（33111平臺）

無論IT、傳統(tǒng)汽車還是新能源汽車，要實現(xiàn)快速產(chǎn)品迭代和平臺化應用，標準化和集成化都是兩大利器。所謂集成化，就是對原本分立的系統(tǒng)（圖3）進行集成（圖4），從而使得汽車相關組件數(shù)量精簡，體積變小，質(zhì)量變輕，效率提升。例如，集成式車身控制器集成了儀表、空調(diào)、音響、智能鑰匙、倒車輔助、門窗等10多項原本分立的控制模塊，而一塊搭載“DiLink”系統(tǒng)的智能旋轉(zhuǎn)大屏則同時兼?zhèn)淞丝照{(diào)控制面板、音響控制面板、信息娛樂顯示屏等的功能。所謂標準化，就是將大量零部件、接口、技術進行標準化開發(fā)，使之能在各級別的純電動車型上通用，由此可帶來規(guī)模效益，提升新產(chǎn)品開發(fā)速度，有利于純電動汽車產(chǎn)品線的快速展開。形象地說，標準化實現(xiàn)了同一功能模塊在不同汽車之間的通用，就像電腦上某些配件的安裝和擴展一般靈活方便。比亞迪就是基于這樣的模塊化、集成化和標準化思維，從2018年開始推出了比亞迪第三代e平臺（圖5），比亞迪第三代e平臺的核心可以用33111來表示。

圖3 傳統(tǒng)的分列系統(tǒng)

圖4 集成后的系統(tǒng)

圖5 比亞迪第三代e平臺（33111平臺）

（1）第一個“3”的含義為驅(qū)動三合一，即將驅(qū)動系統(tǒng)的電機、電控（控制器）和變速器三者集成為一體（圖6）。集成后重量降低了25%，體積降低了30%，扭矩密度提升了17%，功率密度提升了20%，總成成本降低了33%。采用NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）抑制技術，通過對起動抖動、加速共振、齒輪拍擊、嘯叫等不同NVH起因分析和頻譜分析，采用不同的控制補償算法和電機技術，實現(xiàn)了極速靜音。比亞迪通過驅(qū)動三合一，基于同一技術開發(fā)出了多個產(chǎn)品（已經(jīng)開發(fā)出了40 kW、70 kW、120 kW和180 kW等4個驅(qū)動三合一產(chǎn)品）。

圖6 驅(qū)動三合一

（2）第二個“3”的含義為高壓三合一，即將高壓系統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器（OBC）和高壓配電箱（PDU）集成為一體（圖7）。比亞迪秦Pro EV純電動汽車的高壓三合一主要有1個6.6 kW的車載充電機、1個2.2 kW的DC/DC和1個配電箱組成。這樣，將原本各部分系統(tǒng)之間的線纜連接集成為一塊控制電路，大大避免了高壓系統(tǒng)的插接線纜在日常使用中的老化松動，提升可靠性，同時降低系統(tǒng)重量。高壓三合一的作用主要是控制能量流入和流出電池，通過配電箱來做管理和保護。高壓三合一降低了開關損耗、導通損耗，提高了轉(zhuǎn)換效率、器件利用率，實現(xiàn)了節(jié)能高效、省電省時，系統(tǒng)充電效率提升1%；全面擴展了雙向充放電功能，能實現(xiàn)V2V（車車對充）、V2L（戶外用電，如野炊、演出等）、V2G（并網(wǎng)發(fā)電，停電時可以給戶內(nèi)供電）等充放電功能。比亞迪的高壓三合一采用的雙向逆變充放電技術綜合了直流充電功率大和交流充電便捷性優(yōu)勢，直接集成于電機控制器，實現(xiàn)了交流大功率充電。雙向逆變充放電技術還可將電動汽車內(nèi)部的電，逆變成220 V交流電輸出供家用電器使用，使得汽車變成一個大型移動“充電寶”，只要是15 kW以下的電器，如電茶壺、電磁爐等電器，都能為之提供單相交流電。高壓三合一中有一些高壓濾波電容，反復充放電會導致電容發(fā)熱，因此在這些電容上涂有導熱膠，便于電容降溫，同時延長整個控制器的壽命。高壓三合一中有2個高壓繼電器，相當于開關，主要作用是將直流快充的接口和電機與電池的主回路斷開。為確保高壓接口一直不帶電，防止有人打開、摸到時觸電，還特別設計了一個檢測電路。

圖7 高壓三合一

（3）第一個“1”的含義為1塊高性能動力電池（圖8）。這塊動力電池在過充前防護方面采用了精確的電壓探測技術和BMS分級保護技術，在過充后防護方面采用了CID（Current Interrupt Device，電流中斷策略）過充保護裝置、溫度探測技術和熱隔離技術，并使用吸熱材料，從而使動力電池具有能量密度高、功率輸出高、耐寒性能高、安全性能高、穩(wěn)定性能高的特性，并可獲得較長的續(xù)航里程。

圖8 高性能動力電池

（4）第二個“1”的含義為1塊多合一控制器。這塊多合一控制器將儀表、空調(diào)、音響、智能鑰匙等10多項控制模塊高度集成在一起，體積下降了40%～50%，重量下降了25%～30%，成本降低了25%～30%。

（5）第三個“1”的含義為1塊智慧屏幕。這塊智慧屏幕為采用DiLink系統(tǒng)的14.6英寸（1英寸=2.54 cm）智能自動旋轉(zhuǎn)屏幕，讓汽車真正變成了高性能的互聯(lián)網(wǎng)終端。DiLink是一個智能、開放的軟硬件平臺及生態(tài)服務，包括Di平臺、Di云、Di生態(tài)和Di開放，涵蓋了生活、社會、人工智能、手機和大數(shù)據(jù)等方面。Di平臺基于安卓系統(tǒng)進行深度定制和系統(tǒng)優(yōu)化，可以實現(xiàn)智能旋轉(zhuǎn)Pad、智能影像、智能總線、開放的傳感器控制器和安全網(wǎng)關。這塊智慧屏幕在硬件方面，堪比當下旗艦智能手機的配置，CPU為8核、64位、2.0 GHz，GPU為650 MHz，存儲空間為3 G+32 G。