握住电动车的“心脏” | C次元

原创 文/卡曼 时间:2020-12-06 15:29

别说“三电”里头电机最不重要,蔚来子公司蔚然XPT将为其他车企提供电动车“心脏”。

随着汽车产业走进电气化回合,电池电机电控“三电”概念几乎成为谈到新能源则“言必称”的名词。

如果用燃油车时代对核心总成的比喻套在电动车身上,那么电机(也有称之为“电驱”)就相当于发动机,被比作心脏,为车辆提供动力;电控(狭义电控仅指整车控制VCU,广义电控则涵盖了电池管理系统BMS等)则对应动力控制单元,被比作大脑;电池组相当于油箱,被比作血液+肌肉,是能量的来源。

仔细推敲行业乃至消费者群体关注的重点,燃油车和电动车存在极大差异:电动车时代的最大焦点几乎都在电池方面,而内燃机时代的油箱则很难引起关注;电控则被称作最有文章可做的领域,出镜频率也高于汽油机动力单元;燃油车最为核心的发动机,在电动车领域对应的电机倒是在传播中被降低了权重。

“心脏”对电动车就不再那么举足轻重了么?细究之下,问题并没有那么简单。

电机:依旧是关键技术

都是“心脏”角色,电机不如发动机受宠?原因并不难理解:锂电池能量密度远不及汽油,续航成为消费者最大焦虑之一,故而“电油箱”能不能带上足够用的能量,是新能源车必须考虑的关键议题,原本在燃油车时代几乎不用细想。而电动车的安全和效率又取决于电控,在这两个性能指标都比燃油车时代更为敏感的回合,自然电控也就更有必要深耕而掌握核心。当电池电控权重上升,自然电机受到的关注便相对减少。

车企层面,电机往往看上去重要性次于电池和电控,传统车企如吉利、长安等车企在新能源业务中,电机仍然还是向方正、精进等采购;不少造车新势力,往往采用“电控自己尽可能掌握+电池包自己做/电芯采购+电机采购”的模式,当然诸如联电之类的供应商也会从BMS等角度对广义的电控提供技术支持。

大多数造车新势力对电机上心程度往往不及电池。此前曾担任拜腾汽车董事长的毕福康,曾经在接受笔者采访时表示“电控才是最核心的技术,电机只是‘electric engine’(电子版发动机),完全可以外购”。当然,面对“燃油车时代发动机最关键,为何电动车的electric engine反而没那么重要”的追问,毕福康只是讪笑了一声。

电机到底是不是三电中最无足轻重的一环?其实并不应该简单地进行对比,非要比拼出“电池和电机谁重要”,它们都是电动车整体系统中必不可少的要素。虽然电池和电控在未来更容易出新闻,但电机作为动力的直接输出者,与电池电控构成了紧密连接的系统,统统决定了电动车续航大小、动力强弱等关键参数,三大模块中出现任何一个短板都会拖累整体性能。这也是为何蔚来这样的头部造车新势力在电机领域投入大量资源的缘故。

2015年12月XPT蔚来驱动科技诞生,仅比蔚来汽车成立时间晚一年。XPT蔚来驱动科技在南京设立蔚然(南京)动力科技有限公司,自此蔚来有了强大的电机研发与生产基地。从定位和思路上看,XPT与其他多数整车企业下属电机公司有别。

首先是定位较高,锁定同外资产品竞争。XPT首席执行官曾澍湘指出:公司打造的电驱动产品目前功率输出都在150KW之上,并且在150KW以上电驱动市场里面占到第一的位置,最大的竞争对手是外资企业;产品性能在具体的参数指标上面,比如转速、功率密度、扭矩、NVH等方面均与外资电驱动企业处于一个水平。

其次,XPT产品密切契合了蔚来整车产品的思路。李斌曾经告诉笔者,蔚来极其注重冗余可靠度。围绕这一点,XPT电驱动系统集成及开发部总监毕路和智能功率电子系统总监洪文成进一步解释称:电机冗余不仅有机械部分,也有软件冗余的考虑;一辆新能源车遇到搭载的两台电机同时出现故障的概率很小,目前国内领先的车企以及国际一线豪华电动车品牌,都有着比较明确的采用双电机趋势。

具体到产品性能和技术路线来看,XPT开发了第一代240kW电驱动系统(感应异步电机,2017年下线,扭矩420牛·米)和第二代160kW电驱动系统(永磁同步电机,2019年下线,扭矩305牛·米),最高转速均为15,000r/min,ES8前后各搭载一台240KW电机,而ES6为前160kW+后240KW构型。

然而,也不能说蔚来在构建XPT的时候所有的考虑都是万无一失。例如在蔚来发布电池业务Baas的时候,笔者曾经提问李斌:XPT规划产能达到30万台/年,而蔚来目前年销量也就5~6万辆左右,大概能够消化10~12万台,产能利用率如果过低,则会造成该板块难以盈利。当时李斌非常耿直地承认最初高估了国内新能源车销量的增速,不过也在设法提高电机产能利用率。

时隔不到半年,这个疑问在曾澍湘那里又有了更细致的解答。

蔚来之心,未来之心

2020年11月17日,XPT在上海安亭汽车城创新港蔚来汽车总部获颁TÜV南德ISO 26262:2018功能认证证书。

划重点:TÜV南德集团很权威,是最受认可的第三方认证机构之一;ISO 26262标准很重要,针对汽车产品的可靠性和防止失效的目的,贯穿了整个设计和生产流程,是行业公认的合规准入门槛之一;XPT是蔚来内部体系中首个拿到功能安全流程认证的团队,并且满足的是ISO 26262:2018 ASIL D最高认证;在《汽车公社》解读来看,此次认证是蔚来/XPT打算让电机技术和产能往外走、推动蔚来整车出口的努力之一。

上文提到XPT产能目前过剩,实际上如果查询XPT产能,会有27万、30万等不同数据。而在今年9月方正电机的一份报告中,提到蔚然动力“公司年产35万台新能源驱动电机及电驱动集成募投项目”。因此,30万台应该是一个数量级表达,真实产能或许还要更大一些。蔚来今年整车销量在5万辆级别,如果一年内提高到10万辆,仍然还是只能消化20万台电机。

多余的产能怎么办?李斌曾经回答称“电机供应对外开放”,而此次曾澍湘的回答更为详细和直白。

首先,拿下南德认证便是重要的铺垫:“获取ISO 26262证书,更多的是让大家明白我们整个产品的开发研发流程,是能够把整个安全相关的因素全部考虑进去解决整个产品的风险。从而让用户能够更满意的使用我们的产品,更放心地使用我们的产品。”这不仅将使得蔚来整车出口获得国际性标准的背书,同时XPT对第三方销售电驱动产品也将获益于这项认证。

其次,曾澍湘确认已经在对外输出“心脏”:“我们一直在拓展一些外部客户,今年取得了一些成绩,拿到一些意向订单,客户既包括国内,也包括国外。现在在做产品开发和工业化的准备。”

此外,曾澍湘还给出了重要的时间节点,XPT可能在明年第四季度或者2022年的一季度有外部客户项目的投产,而在一两年内有希望达成现有产能的充分利用,甚至还需要另行扩产。

在技术层面,XPT实现产品高度平台化,可以兼容永磁和感应电驱动系统、平行轴和同轴技术,实现功率范围、扭矩及整车布置方式的灵活拓展。并且借助优秀的轻量化和深度集成化设计,将电驱动系统的功率密度提升到2.5kW/kg,已经超过《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中在2030年的系统功率密度目标2.4kW/kg。

尽管目前手握150KW电机产销冠军头衔,今年前10个月总装机量超6万台,然而XPT仍然不能停下前进的脚步。曾澍湘提到:“XPT的电驱动系统是最早一批达到15,000转-17,000转的产品。同时我们使用了扁线技术,在国内第一个大规模投产。此外,随着未来整车交付量的提高,我们也是能够大规模交付I-Pin绕组电机的企业。从开发流程、从制造过程,我们跟国际一流企业做电机方面没有任何差距。”

那么问题就来了,以绕组电机工艺来说,有I-pin和Hair-pin两种类别,前者优点是工艺简单、成本低、无需预成型、单槽装配,缺点是端部较长导致铜耗大、焊接难度高、温升提高效率降低、电机重量体积增大;Hair-pin则有着复杂的工艺,需要完成插槽纸-制造发卡-穿发卡-端环定型-端环焊接-接星点-绝缘处理,成本高且工艺被丰田通用等少数公司把持专利,国内主要是华域电动、天津松正拥有技术。蔚来XPT将来会不会开发Hair-pin工艺绕组电机呢?

此外,150KW以上电机、双电机构型决定了整车产品级别不会太小,那么XPT是否会开发较小的电机配合蔚来打造更为“入门级”的车型?这也是需要蔚来、XPT协同考量的议题。

根据曾澍湘所言,第三代电机计划在明年获得产品认证,而第四代电机则可能会应用到SiC(碳化硅)前瞻技术的高功率永磁电机,不过也会综合考虑性能和成本。

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