常识在纯电动汽车的核心三电系统上，大众能交出一个怎样 ...

guozhiwei · 发表于 2023-7-2 12:57:15

　　在传统的燃油车上，我们把发动机、底盘、变速器统称为汽车的三大件，其中发动机提供动力、变速器实现降速增矩以及改变传动方向，底盘功能更多，需要起到安装发动机及其各部件的支承作用，同时还要兼承转向系，行驶系，传动系和制动系四部分。总而言之，它们是一辆燃油车上最重要的零部件。大众途观Xhttps://www.svw-volkswagen.com/tiguanx/上汽大众品牌官网为您提供大众系列车型展示,大众SUV、大众MPV商务车、大众新能源汽车ID.4 X，ID.6 X最新车型报价及图片、外形、内饰细节图片、各车型参数配置详细说明,上汽大众全国4S点授权代理商地址、4S店电话、促销活动、官方指导售价查询和预约试驾服务!

　　而到了新能源时代，由于动力源与驱动方式发生了改变，我们也习惯性的在新能源汽车上找出我们认为重要的几个部件——那就是三电系统。

　　根据业内权威机构表示，三电系统的成本占据整辆纯电动车总成本的70%以上，而超过90%的纯电动车机件故障，也都是由三电系统引起的。

　　本文我们同样以大众ID.4X为例，看看大众集团在三电系统上的造诣究竟如何？

　　一、三电系统简析

　　在正式对ID.4X进行解读之前，我们先带大家简单的认识一下三电系统。何为三电系统？简单来讲就是对电驱、电池、电控的一个合称，我们挨个解释。

　　首先是电池，一般而言，这里的电池是指高压电池（区别于车上的低压电池），它是作为新能源汽车的能量来源。

　　结构上，动力电池动力电池系统通常由电芯、电池组、电池管理系统、冷却系统、高低压线束、保护外壳和其他结构件构成。

　　其中电芯又是电池的一个最小单元，它由正负极、隔膜、电解液组成，我们经常听到的的三元锂电池、磷酸铁锂电池就是因为它们的正极材料不同（还包括钴酸锂、锰酸锂、高镍三元等等），而由于每种材料都有着不同的特性，也使得不同正极材料的电池表现出不同的特性。

　　一般而言，我们衡量一款动力电池的性能最常用到的指标就是能量密度，它是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小，更细分下去，电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。

　　能量密度越高，意味着单位体积所释放的电能越多，控制变量的前提下，相应的续航也就更远。

　　此外还有比功率这个概念，它描述的是电池在瞬间释放出电能的能力，比功率越大，可以提供更强的瞬时电流，控制变量的前提下，汽车的加速也就更快。

　　再说电驱，电驱由三部分构成，分别是传动机构、电机、逆变器，其中逆变器是把直流电转变成交流电的设备，逆变器的性能决定了电压电流的大小，若一台电动汽车的逆变器能支持较高电压，则相应率较大，这意味着同样电流进行充电，充电功率可以等比例放大，即充电时间会缩短。若提高逆变器的支持电压，则相应的充电时逆变器产生的热量会变多，那么就需要解决逆变器中IGBT模块的散热问题，这是提高充电效率的关键问题。此外，逆变器性能的好坏直接决定电机的性能表现，这也是各大新能源汽车企业的核心技术。

　　电机则是新能源汽车的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，从功能上来讲，电动机一般要求具有驱动、发电两项功能；从类型上划分，目前汽车专用电机驱动系主要有三类：直流电机驱动系、永磁同步电机驱动系、交流感应电机驱动系。

　　至于传动机构，目前国内外电动车的传动机构基本都是单级减速机构，即没有离合、没有变速器，就通过简单的单级齿轮进行变速。

　　最后我们说说电控系统，简单来讲电控系统是电动汽车的大脑，由各个子系统构成，比如能量管理系统、再生制动控制系统、电机驱动控制系统、电动助力转向控制系统以及动力总成控制系统等，它是辅助控制整个车辆的运行与动力输出。

　　Ok，大概了解了三电系统之后，我们来对大众ID.4X的三电系统进行一个详解。

　　二、大众ID.4X三电详解之电池

　　大众ID.4X是大众MEB平台下的首款车型，从设计理念到生产制造，都是不同于此前的基于燃油车平台改造的油改电车型。

　　那么在核心的三电系统上，它的表现究竟如何呢？

　　我们先说占据整车成本最高（30%左右）的高压动力电池，首先从参数上我们可以看到，大众ID.4X提供两种不同容量的电池，分别是57.3kWh和83.4kWh。

　　基于这两种电池规格，配合不同输出功率的驱动系统，大众ID.4X一共衍生出了5种不同的续航里程。

　　前文我们提到，动力电池的最小单元是电芯，而大众ID.4X的电芯是由顶级供应商宁德时代提供的NCM811，NCM811的意思就是正极材料中镍钴锰的含量比例为8:1:1的三元锂电池。

　　除了”811”，市面上还有包括”523”和”622”电池，数字不同是因为正极各材料的占比不同，NCM811由于增加了正极材料中镍材料的占比，而缩减了钴和锰的占比，所以它的稳定性与安全性相对而言是要更低的（因为钴的作用在于可以稳定材料的层状结构）,但能量密度能做到更高。

　　从参数上来讲，以83.4kWh规格的电池组为例，它的能量密度达到了175Wh/kg，最大可以提供260kW的峰值功率。

　　值得注意的是，虽然电芯是由宁德时代提供，但其他的包括比如底板、上下壳体、框架、电池模组和BMS等配套装置都是上汽大众自己生产组装的。

　　而在结构方面，众所周知的是，高压电池由于其化学特性，所以在防护结构上对企业提出了更高的要求，能不能在极端状况下保证动力电池的完整性，就是其中的一大关键。

　　大众ID.4X是怎么做的呢？首先在物理防护层面上，它的下壳体采用铝合金横梁，护板也采用了高强度铝冲压件，保证下壳体的强度，在经过一些磕碜路面或是其他状况时，可以保证电芯内部不变形，不漏液。

　　而它的上壳体有三层保护层：蜡涂层、密封圈、密封胶，为电池包的密封性提供了多重防护，按照官方的说法，它的IP防护等级达到IP6K9K

　　而上下壳体的链接方式它用了旋转攻丝铆接技术（FDS），可以最大程度减少边框的形变，固定强度也有保证，目前这项技术很多欧洲厂家都在用，比如捷豹XK和X150，奥迪R8、A8、TT Coupe、A6等。

　　在电池组的内部，由于使用了中间拱形设计，可以吸收一定的能量同时增强整体结构，使得电池包更加不容易发生形变。

　　除了强化上下壳体提供保护和内部结构优化外，大众ID.4X所以采用了一套液冷系统用于控制电池温度，这系统位于电池底板内，采用了流道并联的设计，在底板与电池之间由高导热系数导热胶，可以让电芯温度差异小于3℃，让电池工作更加稳定。

　　三、大众ID.4X三电详解之电驱

　　这一段我们讲大众ID.4X的电驱系统，前文说过，电驱是由三部分构成，分别是传动机构、电机、逆变器，先从电机讲起。

　　新能源汽车在电机上都会追求高功率、小体积、高转矩、高转速（高功率密度、高转矩密度），它的性能直接关系到新能源汽车整车动力性。

　　从官方的资料中可以看到，大众ID.4 X的电机系统有两种组合，后驱版本：永磁同步电机，四驱版本：异步电机（前轴）、永磁同步电机。

　　两个电机的具体工作原理我们这里就暂且先不深入，主要和大家讲讲两者之间的差别。

　　永磁同步电机的优点很明显，在同等体积下，永磁同步电机能输出更高的功率和扭矩。此外，永磁同步电机还拥有噪音较小的特点。

　　至于缺点，永磁同步电机如果想要大的功率，就要大块的永磁体，造价高；而且虽然叫“永磁”，但它在高温之类的恶劣环境下容易退磁。

　　而异步电机的优缺点就和同步电机相反了，成本比较低廉，工艺简单、运行可靠、维修方便等，但在同样的功率和扭矩下，异步电机所需要的体积和重量要远大于永磁同步电机。

　　我们在网上找了这样一张图：如下，可以更加直观的看到两者间的差别。

　　目前很多欧洲品牌的电动车都喜欢用异步电机，比如宝马i3，但中国和日本品牌却更喜欢永磁同步电机。

　　当然也有品牌喜欢将两种电机配合使用，比如我们今天的主角ID.4X以及ID,4 CROZZ或是ID.6X以及ID.6 CROZZ的四驱车型都是采用的这种方式.

　　他的前桥采用的是异步电机，它的输出功率为75 kW，扭矩为151 N.m，非常适合做辅助驱动；后轴采用的永磁同步电机功率达到150kW，扭矩为310N.M，最高转速16000转，最高效率97%。

　　这台永磁同步电机被大众内部命名为APP310，生产地是在大众汽车自动变速器（天津）有限公司，大众集团目前应用广泛的DQ381系列变速器也是在此诞生。

　　值得注意的是这台电机引入6层Hair-pin电机绕组技术，什么是Hair-pin电机绕组技术呢？我们知道，在永磁同步电机内，电流通过定子绕组，形成电枢磁场与转子永磁磁场交链，产生力矩，以此驱动车辆。

　　而在当前的技术限制下，即使是用纯铜来做绕组也会有电阻，可能这点电阻不大，但电机在大功率高速运转时，在大电流的“助攻”下，这一点点电阻就会被无限放大，进而造成很大的发热和能量损失。这也是为什么前些年的电机转速上不去的原因，因为散热跟不上。

　　而由高中的物理知识我们知道，导线的电阻和导线的长度成正比,和横截面积成反比。我们要想导线的电阻变小，那么只需要降低长度以及增大横截面积。

　　在这种背景下，Hair-pin扁线绕组技术就诞生了，它从横截面上将原来一个个圆形的绕组电线，做成了截面积是扁长方形的，像发卡一样的绕组，互相直接紧密贴合，避免了截面积的浪费。

　　Hair-pin扁线绕组有三个显而易见的优势，首先是从圆线变为扁线，可以在相同的空间填充更多的铜材，槽满率可以提升20%以上。从而提升电机的功率密度，提高性能；其次扁导线与铁芯以及导线之间的接触面积更大，散热性能更好；再是由于扁导线的面积更大，所以电机运行时导线上的直流铜耗更小，温度也更容易控制下来。

　　那什么是6层Hair-pin呢？一般的Hair-pin扁线绕组是两层一组，从上到下是两组一共4层排布，而由于交流电的“趋肤效应”和“邻近效应”（这里不深入解释了），所以需要把过粗的绕组导体再进行拆分。

　　目前业内做的较好的，比如上汽集团，已经有了国内纯电动领域的首个量产8层Hair-pin绕组技术电机。

　　电机说完我们继续说它的传动机构，ID.4X用的二级齿轮减速机构，用于降低电机转速，提升扭矩输出，它的结构是一共3个轴承（主流厂商一般是4个），通过主轴直连电机轴，最终将动力输出，们查询了相关资料，这款减速器的总速比为11.5:1，最高时速为160 km/h。

　　最后就是逆变器了，大众ID.4X将最新一代的三个IGBT电源模块连接起来，形成了一个经典的B6电源逆变器。在模块载体内部，电源模块被冷却结构框起来，这样驱动板就可以直接插到电源模块的触脚上。驱动板在和控制板之间加装有屏蔽罩。

　　值得注意的是，它的DC/DC转换器没有集成到PI中，而是作为一个单独的液冷组件设计的。DC/DC可以灵活安装到车辆其他地方，并有两个功率等级可供选择，它们分别为1.8 kW和3.0 kW。

　　ID.X4的逆变器采用了“多层垂直组合”设计理念，依次有控制板，导热层，功率层，散热层，这种垂直化多层的设计有利于机器人的自动流水线组装。

　　电控这块由于更多的设计代码以及分区功能等设计，我们在网上也没有找到可靠的官方资料，再加上分析三电系统基本也是将重点放在电池和电驱这一块，所以电控这部分我们也先按下不表。

　　写在最后：

　　总的来看，基于大众MEB平台下的首款车型大众ID.4X在最核心的三电系统方面的确是表现出了一定的竞争力，比如创新的电池模组结构，6层Hair-pin电机绕组技术等，不过也有一点值得注意的是，他们在各项参数上并没有特别亮眼，比如对比特斯拉等品牌，在核心如电机等系统上，还是有一定的差距。

　　而按照乘联会的数据显示，2022年3月国内新能源汽车的渗透率已经来到了28.2%，创下历史新高，趋势已经愈发不可阻挡，在这种背景下，核心三电系统的优劣，将会最终影响到整个品牌的竞争力。

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