2023年,比亞迪以302萬輛的銷量成績,首次進入全球前10大車企行列,同時也是當今的全球新能源車領頭羊。只不過,很多人認為比亞迪的成功全是DM-i的功勞,在純電動車領域,比亞迪似乎并沒有什么競爭力。但實際上,去年比亞迪的純電乘用車銷量比自家的插混車還多,說明廣大消費者對于比亞迪的純電產品也很認可。
說到純電動車,就不得不提到比亞迪的e平臺。經過14年的迭代升級,比亞迪已經從最初的e平臺1.0,進化為e平臺3.0,并在這個平臺上推出了海豚、元PLUS等暢銷純電車型,最近比亞迪又推出了升級的e平臺3.0 Evo,來面對競爭激烈的純電市場。那么作為如今中國新能源車的老大,比亞迪的純電技術到底是個什么水平?
首先要說明的是,跟大眾MQB等平臺的概念不同的是,比亞迪的e平臺并非指模塊化的底盤,而是比亞迪電池、電機、電控技術的統稱。而首款采用e平臺1.0理念的車型,是2011年上市的比亞迪e6。不過,在當時全世界的電動車都處于起步階段,不僅價格貴得離譜,而且大家也非常擔心電動車不耐用,所以那會的電動車基本面向出租車、公交車市場,并且極度依賴政府補貼。
可以說,e平臺1.0的誕生,就是為了滿足營運車輛高強度、較大的總行駛里程需求,擺在比亞迪面前的問題,主要就是如何提高電池的使用壽命。眾所周知,電池有【循環】和【日歷】兩種壽命,前者是隨著充放電次數的增加,電池容量相應地減少;而日歷壽命則是隨著時間的推移,電池容量自然地減少。基于e平臺1.0打造的車型,它的日歷壽命做到了10年電池容量衰退至80%,循環壽命則是100萬公里,不僅滿足了營運車輛的需求,而且也為比亞迪樹立了良好口碑。
隨著中國電動車產業的逐步壯大,電池等部件的成本逐年下降,再加上政策一直在引導電動車向家用市場普及,所以比亞迪在2018年推出了e平臺2.0。由于e平臺2.0主要面向家用車市場,用戶對于購車成本非常敏感,所以e平臺2.0的核心是控制成本。在此需求之下,e平臺2.0開始采用三合一電驅、充配電單元等部件的集成化設計,并且針對不同車型推出了模塊化的設計,整車成本有所降低。
基于e平臺2.0打造的首款車型是2018年推出的秦EV450,隨后在該平臺上又誕生了宋EV500、唐EV600、以及早期的漢EV等車型。值得一提的是,e平臺2.0車型的累計銷量也達到了100萬輛,使比亞迪成功擺脫了對純電出租車、公交車的依賴。
2021年,隨著國內新能源市場內卷的加劇,一款電動車不僅要在價格上有競爭力,還得在安全性、三電效率、續航、甚至是操控方面有所建樹。于是,比亞迪推出了e平臺3.0。與前代技術相比,比亞迪應用了集成度更高的8合1電驅系統,進一步降低了電驅系統的重量、體積、成本,而刀片電池、熱泵系統、CTB車身等技術,則有效提高了電動車的續航、駕駛感受以及安全性。
市場反饋方面,e平臺3.0也不負眾望,基于該平臺打造的海豚、海鷗、元PLUS等車型,不但成為了比亞迪的銷量支柱,而且還大量出口海外市場。可見通過不斷升級純電動車平臺,比亞迪電動車在價格、性能、能耗方面達到了非常優秀的水平,并且獲得了市場的肯定。
隨著傳統廠商和更多的造車新勢力涌入電動車賽道,國內基本每隔幾個月就會有重磅電動車上市,各項技術指標也在不斷刷新。在這種環境下,比亞迪自然也倍感壓力。為了能在純電賽道里繼續保持領先,比亞迪在今年5月10日正式發布了e平臺3.0 Evo,并首先應用于海獅07EV上。跟此前的平臺不同的是,e平臺3.0 Evo是一個面向全球市場開發的純電動車平臺,在安全性、能耗、充電速度、動力性能方面提升顯著。
一提到車身碰撞安全性,大家首先想到的可能是材料強度、結構設計等等。但除了這些之外,碰撞安全也跟車頭的長度有關,簡單來說車頭的吸能區越長,對乘客的保護就越好。但在前置前驅車型上,由于動力系統體積大、強度高,所以動力系統所在的區域屬于非吸能區,于是從整體上看,車頭吸能區的距離減少了。
上:前置前驅 / 下:后置后驅
e平臺3.0 Evo的不同之處在于,它主打后置后驅,也就是把原本屬于非吸能區的動力總成移到了后橋,因此車頭有更多空間布置吸能區,從而提高正面碰撞安全性。當然啦,e平臺3.0 Evo也有搭載前后雙電機的四驅版,不過四驅版的前電機功率、體積都比較小,對車頭吸能區的影響并不大。
上:后置轉向 / 下:前置轉向
在轉向器的布置上,e平臺3.0 Evo采用了前置轉向,也就是轉向器布置在前輪的前側,而在之前的e平臺3.0上,除海豹外大部分車型的轉向器都布置在前輪的后側。之所以要采用這種設計,主要是因為在后置轉向的車輛上,轉向管柱與前圍板(俗稱防火墻)的下橫梁會產生干涉,橫梁不得不在轉向管柱位置打孔或者繞個彎,這便導致橫梁傳力不夠均勻。而采用前置轉向設計后,轉向管柱不會與橫梁發生干涉,橫梁結構強度更高,車身兩側傳力也更加均勻。
在前圍板的工藝上,比較常見的是分體式設計,也就是用幾塊高強度鋼板拼接。而e平臺3.0 Evo采用的是更高強度的熱成型鋼+一體式沖壓工藝,既提高了前圍板的強度又減少了工序,在發生碰撞時也能更好地保護乘員艙。
最后,新平臺依舊采用CTB車身電池一體化技術,底盤中間的雙橫梁采用了封閉式結構,并且橫梁的鋼材強度達到了1500MPa。在普通的側面碰撞,或者是應對E-NCAP的側面柱碰時,車廂內的乘客和底盤下方的電池都可以獲得更好的保護。得益于后置后驅、前置轉向、一體式前圍板、CTB等技術,e平臺3.0 Evo車型在C-NCAP正面碰撞測試中,平均減速度降至25g,而行業平均水平是31g,g值越小說明車輛的吸能效果越好。在乘員艙侵入方面,3.0 Evo車型的踏板侵入量小于5mm,同樣屬于優秀水平。
在能耗控制方面,e平臺3.0 Evo的思路是采用集成度更高的電驅系統。對于電動車來說,一般系統的集成度越高,各個部件之間的連接管路和線束就越少,系統的體積和重量因此更小,有利于降低整車的成本和能耗。
在e平臺2.0上,比亞迪首次推出了3合1電驅系統,3.0又升級為8合1,如今的3.0 Evo則采用了12合1的設計,屬于目前行業內集成度最高的電驅系統。
在電機技術上,e平臺3.0 Evo采用了23000rpm永磁電機,并已經搭載在海獅07EV上,屬于現階段量產電機里的最高水平。高轉速的好處就是電機在功率不變的前提下,可以把自身的體積做得更小,從而提高了電機的“功率密度”,同樣有利于降低電動車的能耗。
在電控設計上,早在2020年比亞迪漢EV就采用了SiC碳化硅功率器件,是國內最早攻克這項技術的廠商,而如今的e平臺3.0 Evo則是全面普及了比亞迪第三代SiC碳化硅功率器。
上:疊層激光焊 / 下:純螺栓連接
跟現有的技術相比,第三代SiC碳化硅最高工作電壓達到了1200V,并且首次采用了疊層激光焊封裝工藝,相比之前的純螺栓連接工藝,疊層激光焊的寄生電感減少,因此降低了自身的電能損耗。
在熱管理方面,電動車無論是加熱、散熱本身都需要消耗電能,如果能提高熱管理系統的整體效率,那同樣可以降低電耗。在e平臺3.0 Evo上熱管理系統采用了16合1的設計,將水泵、閥體等部件全部集成在一起。由于熱管理模塊的冷卻管路等冗余部件大幅減少,所以熱管理系統的能耗相比e平臺3.0降低了20%。
而且在原來的e平臺3.0的熱泵系統+冷媒直冷的基礎上,新平臺對電池散熱做了更多的優化。比如原來給電池散熱的冷板沒有分區,冷媒直接從電池前端流到電池后部,因此電池前部溫度較低,而位于后部的電池溫度較高,散熱并不均勻。
3.0 Evo則是將電池冷板分為四個獨立的區域,每個區域可以按需散熱、加熱,電池的溫度更加均勻。得益于電機、電控、以及熱管理上的升級,車輛在中低速市區工況的效率提高7%,續航里程增加了50km。
時至今日,電動車的充電速度依舊是很多用戶的痛點,如何在補能速度上追趕燃油車,是各大電動車廠商亟待解決的問題。尤其是在北方,由于電池電解液在低溫環境下導電率會迅速下降,所以冬天電動車的充電速度和續航里程還會大打折扣。如何快速、高效地將電池加熱到合適的溫度就成為了關鍵。
在e平臺3.0 Evo上,電池的加熱系統分別有熱泵空調、驅動電機、電池本身這三種熱源。熱泵空調大家都比較熟悉了,在空氣能熱水器、烘干機上的應用很多,這里就不過多贅述了。
大家比較感興趣的電機加熱,其實就是利用電機繞組的電阻產生熱量,然后通過16合1的熱管理模塊把電機里面的余熱送到電池中。
至于電池產熱技術,其實就是騰勢N7上的電池脈沖加熱。簡單來說,電池在低溫下本身就具有較高的內阻,當電流經過時電池必然會產生熱量。如果把電池包分為A、B兩組,利用A組放電然后給B組充電,緊接著B組又反過來放電給A組充電。那么通過兩組電池相互高頻率淺充淺放,電池就能快速、均勻的升溫。在三種熱源的幫助下,e平臺3.0 Evo車型的冬季續航里程和充電速度會更好,并且能夠在零下-35℃的極寒環境下正常使用。
在常溫充電速度方面,e平臺3.0 Evo同時配備車載升壓/升流功能。升壓的作用大家都比較熟悉了,但是比亞迪的升壓跟其它車型可能有些不同,基于e平臺3.0 Evo打造的車型,其實并沒有單獨的車載升壓單元,而是利用電機、電控做了一個升壓系統。
早在2020年,比亞迪就將這項技術應用在漢EV上。它的升壓原理也并不復雜,簡單來說,電機的繞組本身就是電感,而電感的特點是可以儲存電能,而前面提到的SiC功率器件本身也是開關。因此利用電機繞組做電感、SiC當做開關,然后再加一個電容,就能設計出一個升壓電路。通過這個升壓電路將一般充電樁的電壓升高后,就可以使高壓電動車兼容低壓充電樁。
另外,新平臺還開發了一個車載升流技術。看到這可能就有很多人想問了,車載升流功能有什么用呢?我們都知道現在公共充電樁的電壓最高是750V,而國標規定的最大充電電流是250A,根據電功率=電壓x電流的原理可知,公共充電樁的理論最大充電功率是187kW,實際應用中是180kW。
但由于許多電動車的電池額定電壓不到750V,甚至只是400-500V出頭,因此它們的充電電壓根本不需要這么高,那么即便充電時電流能拉到250A,峰值充電功率也達不到180kW。也就是說,現在很多電動車還沒有把公共充電樁的充電功率完全壓榨干。
于是比亞迪想到一個方案,既然一般的電動車充電電壓不需要750V,并且充電樁的最大充電電流又被限制為250A,那么不如在汽車上做一個降壓升流電路。假設電池的充電電壓是500V,充電樁的電壓是750V,那么車端的電路就可以將多出來的250V進行降壓轉換為電流,這樣一來充電電流理論上就提高到了360A,峰值充電功率依舊是180kW。
我們在比亞迪六角大樓現場觀摩了升流充電的過程,基于e平臺3.0 Evo打造的海獅07EV,雖然它的電池額定電壓為537.6V,但因為它采用了車載升流技術,所以在標準750V、250A的充電樁上,07EV的充電電流可以做到374.3A,充電功率達到了175.8kW,基本把充電樁180kW的極限輸出功率榨干了。
除了升壓、升流外,e平臺3.0 Evo還有一項首創的技術,那就是末端脈沖充電。眾所周知,如今電動車宣傳的快充,大部分都是在10-80%這個區間內,如果想從80%完全充滿,消耗的時間會明顯變長。
為什么電池最后的20%電量只能以很慢的速度充電呢?我們先來看看低電量時的充電情況,首先鋰離子會從正極脫出,進入電解液、穿過中間的隔膜,隨后順利地嵌入到負極中,這是正常的快充過程。
但等到鋰電池電量充到較高水平時,鋰離子便會堵在負極表面,難以嵌入到負極中。要是繼續增加充電功率,鋰離子反而會堆積在負極表面,久而久之便形成了鋰結晶,并可能刺穿電池隔膜導致電池內部短路。
那么比亞迪是怎么解決這個問題的呢?簡單來說,鋰離子在負極表面發生堵塞時,系統就不繼續充電了,而是稍微放一點電,讓鋰離子離開負極表面,等到堵塞得到緩解后,再讓更多的鋰離子嵌入負極,完成最后的充電過程。通過不斷的少放多充,電池最后20%電量的充電速度就變快了。而在海獅07EV上,電量80-100%的充電時間只需18分鐘,相比以往的電動車有了明顯的提升。
雖然比亞迪e平臺推出的時間只有14年,但是從1.0時代開始,比亞迪就已經嶄露頭角,率先完成了電動車的研發和量產。2.0時代,比亞迪電動車已經先人一步在成本、性能方面做到了平衡,并且某些設計展現出了超前的思維,比如漢EV上的車載驅動系統升壓技術,如今就被同行紛紛采納。到了3.0時代,比亞迪電動車基本就是六邊形戰士了,在續航、能耗、充電速度、價格等方面沒有短板。至于最新的e平臺 3.0 Evo,設計理念依舊超前,車載升流、脈沖充電技術,全都是行業首創,這些技術日后必定會被同行效仿,成為電動車的技術風向標。