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前段时间,由比亚迪董事长兼总裁王传福亲自主持的一场发布会,在比亚迪深圳总部召开。这场发布会上,比亚迪推出了两款重磅产品:ocean-X概念车和e平台3.0。

概念车不用多说,代表着比亚迪基于e平台3.0打造的纯电动车未来的设计方向和思路。至于e平台3.0,则是比亚迪首个纯电动平台,该平台不再支持燃油车和混动车型,也代表着比亚迪正式迈入了平台化造纯电动车的新时代。

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当然,随着比亚迪首个纯电动平台的发布,我们也不免要带着一些疑问。与特斯拉、大众MEB和吉利浩瀚SEA等纯电动平台相比,比亚迪的e平台3.0到底有何不同?仅仅是作为跟随者,还是说带来了一些全新的技术和变化?e平台3.0是否能够给新能源市场带来更多创新和思考?

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e平台3.0的智能化

比亚迪此次发布的e平台3.0真正实现了架构化、模块化,能够兼容前驱、后驱以及四驱在内的多种布置方式,具有高拓展性,能孵化从紧凑级车到大型车在内的各种尺寸的电动汽车。

当然,模块化、架构化如今也不是特别新鲜的东西了,比亚迪e平台3.0的真正技术优势也并不在此,而是在于智能化和三电系统。

e平台3.0的智能化技术大致可分为两类,分别是“智能域控制架构”和“操作系统BYD OS”。

智能域控制架构

传统汽车多采用分布式电子电气架构,当一个新功能被添加到汽车上时,方法只是简单地添加一个ECU,多一点电线和线束布线,然后嵌入硬件和软件。最后,也是最难的部分——找到放置它的最佳位置。

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自从汽车问世以来,我们一直在不断地增加,非常拥挤。汽车上ECU数量也从早期的几个发展到后来的上百个,但问题也随之而来。随着汽车智能化程度原来越高,上百个ECU也已经无法满足更多功能的实现,如果继续为汽车增加ECU只会让成本更高、效率更低,再加上更多ECU的使用也会导致各功能模块之间的协同更为复杂、困难和低效。

为了解决这个问题,多数车企都会研发全新的整车电子电气架构,通过将汽车的不同功能模块分类组合成不同的域,并为这些域加入域控制器负责对该域下的信息和功能进行处理,而域与域之间也可通过域控制器来进行交互、协作、控制。

如果看不懂,那可以做个简单类比,域就如同一个人,而域控制器就是人脑,人脑(域控制器)可以对人身体各方面的功能(域涵盖的各种功能模块)进行控制;而域与域之间的交互,就如同两个人之间的交流,从而实现信息共享或者协同工作。

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域控制(或者说集中式)电子电气架构,不但使得车上ECU数量大幅下降,更使得不同功能模块的协同控制更为容易,也能够实现对整车层面的集中控制。因此,域控制电子电气架构已成为未来汽车实现更高智能化的最佳选择(就目前而言是如此)。

不过,由于不同车企对汽车功能模块划分的理解不同,也会形成不同的域。

就以特斯拉为例,Model 3参数图片)的电子电器架构分为三个域,分别是中央计算模块(CCM)、左车身控制模块(BCM LH)、右车身控制模块(BCM RH)。其中CCM负责信息娱乐系统、驾驶辅助系统和车内通信连接;BCM LH负责车身便利性系统,包括转向、助力和制动等;BCM RH负责底盘安全系统、动力系统和电池热管理等。

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而比亚迪e平台3.0的智能域控制架构则将整车所有功能分为四个域,分别为智能车控域、智能动力域、智能驾驶域和智能座舱域:

智能车控域:集成BCM(车身控制模块)、安全网关、密钥中心、空调控制、胎压监测、仪表控制、驻车辅助、智能钥匙等多个模块,扩展版本最多支持达32个分布式ECU(电子控制单元)功能。

智能动力域:集成VCU(整车控制器)、BMS(电池管理系统)、MCU(微控制单元)、OBC(车载充电器)、DC-DC(直流转换器)等模块。

智能驾驶域:集成自动驾驶、ACC(自适应巡航控制)、AEB(自动制动系统)、LSS(智能安全系统)、BSD(盲区监测系统)、APA(自动泊车)等功能。

智能座舱域:集成用户语音、触控、感知、健康、显示屏等功能。

从技术路线来看,比亚迪e平台3.0的智能域控制架构本质上与特斯拉使用的没有太大区别,都是域控制电子电器架构。唯一的不同就在于,比亚迪和特斯拉对于域及该域负责的功能模块的划分有所不同。

BYD OS

大家都知道,一台计算机即便硬件再好,如果没有操作系统的话,这些硬件也没有用武之地。一套好的操作系统,能够将硬件性能完全释放出来,提升使用者的使用效率和体验(无论是娱乐还是办公)。

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汽车也是如此,随着汽车智能化程度越来越高,整车操作系统也成为各家车企研发的重中之重,无论是大众、特斯拉还是长城等车企,都在自研操作系统。但操作系统的开发难度并不低(中国至今还没有民用化程度特别高的计算机操作系统),汽车操作系统同样如此,比如大众拥有6000人的系统研发团队,而长城的研发团队拥有3000人,未来会增加到1万人。

这里所提到的汽车操作系统,并不是传统汽车上中控屏搭载的那种“操作系统”。传统操作系统只能说是信息娱乐系统,除了信息娱乐功能外,只能对汽车上极少一部分功能(如空调、座椅通风加热等)进行控制。

这里所说的汽车操作系统,是整车级别的操作系统,不单单可以对中控屏上的应用或极少部分汽车硬件进行控制,而是可以充分满足车身电子、底盘控制、动力系统、智能驾驶等多领域的应用。

就比如说,特斯拉此前就曾通过对系统推送固件OTA升级,让Model 3的百公里制动距离,从46.6m下降到40.5m——这就是整车级操作系统的优势所在,也是汽车功能保持不断更新、进化的前提。

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BYD OS也是一套由比亚迪自己研发的,覆盖整车各功能模块,甚至是可以对底层硬件控制的整车级操作系统,同时还可支持全用车周期的FOTA,实现从硬件到软件的更新迭代。它采用了分层架构设计,软件模块化层级自下而上分为硬件驱动层、操作系统层、服务层及应用层:

硬件驱动层:最底层的、直接控制和监视各类硬件的外设的总称。其核心能力是隐藏硬件的具体细节,并向上层系统提供一个标准化的接口及规范。适应不同的上层系统通过API来调动硬件,完成指令。

操作系统层:分离式内存管理内核,分为BEOS (负责车身电子元器件)、BUOS(管理车载信息娱乐的系统),负责不同功能区域。

服务层:指平台中间件支持层,把系统所提供的基本服务包装成应用程序所能够使用的编程接口API,是最靠近应用程序的部分。

应用层:面向服务的APP开发,实现各种应用需求。

BYD OS有两大特点,首先是源于该OS采用面向服务的软件架构SOA,拥有高内聚、低耦合、高可靠、低延时等技术特点,并对车路云网一体化(万物互联)的未来应用提供了方案和接口。

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其次就是,BYD OS使用确定时延引擎和高性能IPC(进程间通讯)两大技术解决了现有系统性能不足的问题。

确定时延引擎可在任务执行前分配系统中任务执行优先级及时限进行调度处理,优先级高的任务资源将优先保障调度,应用响应时延降低25.7%。软件与硬件的完全解耦、支持高级别驾驶开发的核心能力。可实现应用程序的跨硬件的即插即用。

与特斯拉的操作系统相同,BYD OS即插即用的硬件生态为架构的持续升级夯实了基础,支持全生命周期的FOTA和硬件升级。同时,分层架构设计也为全球开发者提供了基础的硬件调用操作平台,同时软硬件完全解耦,全球开发者可以基于OS的标准接口,调用车辆的执行功能和数据,使得比亚迪的产品在未来能够提供更为开放、智能、丰富的使用体验。

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全新的三电系统

如果说比亚迪e平台3.0采用的智能域控制架构和BYD OS,与特斯拉或其它品牌没有本质上区别的话,那么随e平台3.0一同发布的全新三电系统,才是比亚迪真正“黑科技”实力的展现。

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先来说说此次比亚迪全新的三电系统有哪些技术亮点:电机方面,包含全球首款量产八合一电动力总成、扁线电机;电控方面,包含自主研发的高性能SiC电控、高压充电;电池方面,则是集成刀片电池的电池车身一体化设计(CTC)。除此之外,在三电热管理方面,比亚迪还带来了宽温域热泵系统。

八合一电动力总成和扁线电机

如今传统电动车品牌在电驱系统方面,大多采用三合一电驱系统,就比如特斯拉的所有车型采用的都是电机控制器+电机+减速器三合一的电驱动系统。三合一电驱系统的优势就在于,简化了零部件之间的外部线束,达到轻量化、节约成本等目的。

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不过,这些优点在比亚迪的八合一电动力总成面前,似乎就有点相形见拙了。

比亚迪的八合一电动力总成集成了驱动总成(电机和变速器/减速器)、电机控制器、PDU(电源分配单元)、DC-DC(电压转换器)、OBC(车载充电器)、VCU(整车控制器)、BMS(电池管理系统)。

可以看到的是,比亚迪的八合一电动力总成对动力部件的集成度更高,这也能够减小系统重量和体积,提升空间利用率(可以用来布局更多电池提升整车续航能力),同时还能够提供空间更大的前备厢。除此之外,系统零部件的缩减也能够进一步提高NVH表现。

总结来说,比亚迪的八合一电动力总成具备了高度集成、高功率密度、高效率的特点

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除此之外,传统电动车的四驱采用前后双永磁同步电机布局,这种四驱架构设计的优点在于,永磁同步电机工作效率要高于异步电机,能大幅提升整车加速性能。但在中高速的稳定行驶状态下,永磁同步电机的磁阻损耗反而会大幅增加,导致高速行驶能耗更高。这也是为何一直说电动车高速行驶反而能耗比燃油车更高的原因之一。

而在e平台 3.0上,比亚迪首次采用永磁同步组合异步电机的全新动力组合架构:加速工况,双电机同时发力;稳定行驶工况,异步电机断开,仅永磁同步电机工作,既能实现四驱的动力,又能实现近于两驱的能耗。

比亚迪e平台3.0的电机也与传统不同,采用了扁线电机。相对于传统绕线式电机结构,比亚迪自主设计制造的发卡式扁线电机,通过优化磁路设计降低电机铁损,散热性能大幅提升,电机额定功率可以提升40%,最高效率可达97.5%,具备低损耗、高效率、高散热性能的特点。

高性能SiC电控和高压充电

电控是电动车的核心之一,而如今电驱系统大多使用IGBT控制器来对电池输出到电机的电压进行控制。比如,特斯拉在Model S/X设计之处使用IGBT来自英飞凌的HP2模块,但它最大功率也就120~125kW,特斯拉375kW的电机功率,需要使用3个IGBT。

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而随着电动车性能越来越高,对电控要求也更高,IGBT已有点无能为力。虽然可以通过增加IGBT数量来提升性能,但这却与“做减法”的电动车发展路线相违背。而SiC Mosfet的出现改变了这一情况。

从Model 3开始,特斯拉开始采用来自意法半导体的SiC Mosfet。Model 3上的SiC Mosfet带来了5-8%逆变器效率提升,也就是从model s的82%逆变器效率提升到model3的90%,对续航和性能提升显著。

而比亚迪e平台3.0电驱系统搭载的是其自主研发的高性能SiC电机控制器,其中SiC功率模块的规格是1200V-840A,也就是说最大可支持高达1008kW的电机输出功率。而特斯拉还没交付的Model S Plaid电机最大功率也就750kW。而与传统IGBT控制器相比,比亚迪的SiC电控开关损耗降低70%以上,最高效率达99.7%,功率密度提升近3倍。

有了SiC电机控制器,比亚迪在e平台3.0上也实现了高电压。通过利用电机电控的电路拓扑泵升充电桩电压思路,比亚迪发明了充电和驱动复用的深度集成高电压架构,将驱动模块的大功率元器件用在大功率充电上,可实现充电5min,最大续航150km的超级充电性能。

集成刀片电池的电池车身一体化设计

传统电动车上的电池组,大多采用电芯-模组-整包的制造过程,而这种设计极为侵占电动车底盘空间,空间利用率极低。随后各大车企研发出了无模组封包技术(CTP)即电芯-整包,提升了空间利用率,也意味着能够放入更多电芯,提升续航。

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而比亚迪这次却发布了电池车身一体化设计(CTC),简单理解就是直接将电芯放在底盘上。相比CTP,CTC对底盘空间的利用率进一步提升,再加上比亚迪刀片电池的技术优势,能够带来更长的整车续航里程。

不过,CTC的难点就在于电芯的安全性会受到挑战,而比亚迪的解决方案就是,在e平台 3.0上,车身地板横梁左右贯通,且闭口辊轧件设计,从而提升侧碰能量传递和车身结构的稳定性。同时还基于纯电专属平台独有的特性,对安全传力路径进行重新设计,通过专属传力路径实现力的分流,快速分散碰撞能量,从而避免了采用CTC设计而带来的电池安全隐患。

宽温域热泵系统

电动车低温续航里程衰减的原因,除了电池本身活性降低后能量下降外,另一个主要原因是能耗增加。与燃油车相比,纯电动车由于没有发动机本身冷却系携带的大量热量,所以需要消耗大量电池能量来维持乘员舱采暖及电池温度,导致冬季续航里程衰减。

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为了更高效的利用能量,业内尝试利用热泵来吸收空气的热量以降低能耗,因为热泵是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的装置。但受限于134a冷媒的搬运能力,在零下10℃,热泵的制热效率会大幅降低,甚至无法有效工作。

比亚迪的宽温域热泵系统通过热泵将乘员舱、动力电池、电动力总成的深度集成的热泵系统架构,电动力总成的余热回收后为热泵提供辅助热源,使得热泵在零下30℃也能够完全满足乘员舱采暖需求。而冷媒直接冷却加热式的电池热管理,也能够减少能量传递环节,进一步提升能量利用效率,低温续航里程最高提升20%。

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比亚迪e平台3.0的诞生,解决了很多过往电动车用户的用车痛点,如续航里程短、冬季续航下降、高速能耗高等突出问题。新平台采用的全新电子电气架构,也为未来比亚迪产品的智能化、自动驾驶化奠定了更好的基础,而整车级别的OTA就如同手机版,能够让消费者通过系统的不断升级来体验到更好、更智能的用车体验。可以说,比亚迪e平台3.0开创了中国智能电动汽车的新高度。