電動(dòng)汽車技術(shù)大裂變,“新三樣”來了!
電動(dòng)汽車的安全問題主要是“自燃”,對(duì)嗎?
不完全對(duì),車身安全同樣重要,或者說,更重要。
買電動(dòng)汽車要特別關(guān)注續(xù)航,對(duì)嗎?
不完全對(duì),最該關(guān)注的其實(shí)是“電耗”。
智能化的標(biāo)志是能OTA升級(jí)嗎?
不完全對(duì),現(xiàn)在應(yīng)該看是不是“域控制”。
一塊電池成汽車新“原點(diǎn)”
一輛燃油車,設(shè)計(jì)的起點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)。
一百多年前,先有了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī),后有了汽車。燃油車的車身結(jié)構(gòu),是圍繞動(dòng)力總成(發(fā)動(dòng)機(jī)+變速箱)來設(shè)計(jì)的,先確定動(dòng)力總成的位置和布局,再考慮其它部分怎么安排,于是就有了發(fā)動(dòng)機(jī)縱置、橫置的區(qū)別,也有了大家耳熟能詳?shù)那爸煤篁?qū)、前置前驅(qū)、中置后驅(qū)之類。
這個(gè)古老的設(shè)計(jì)套路一直沿用到現(xiàn)在,你看大眾最新的模塊化平臺(tái),分成發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的MQB、縱置的MLB,設(shè)計(jì)的核心都是動(dòng)力總成怎么擺布。
燃油車的設(shè)計(jì)以動(dòng)力總成布置為核心(圖為大眾MQB平臺(tái)示意)
受思維慣性影響,不少電動(dòng)車的結(jié)構(gòu)布局參考了燃油車,有“油改電”痕跡。但電機(jī)畢竟不是發(fā)動(dòng)機(jī),電池也不能簡單去跟油箱類比,電動(dòng)汽車和燃油車雖然樣子看上去差不多,終究不是一個(gè)物種。經(jīng)過十幾年的進(jìn)化演變,電動(dòng)汽車的整車設(shè)計(jì)思路已經(jīng)與燃油車分道揚(yáng)鑣,說是脫胎換骨也不過分,最大的變化就是——
汽車設(shè)計(jì)的起點(diǎn),由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移到動(dòng)力電池上。
動(dòng)力電池和電池管理系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜度很高,而且電池體積和重量大、價(jià)格昂貴,還有非常高的安全要求,一輛純正的電動(dòng)汽車,首先應(yīng)該考慮把電池放到什么位置最合理。而作用相當(dāng)于燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)的電機(jī),天生效率高而體積小,又不需要搭配復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu),布置起來難度小,反而退居次席。
以電池為原點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路,改變的不僅僅是車身結(jié)構(gòu)、造型,甚至影響了電動(dòng)汽車的能量管理思路和效率。從比亞迪最新的純電動(dòng)汽車平臺(tái)——e平臺(tái)3.0上,我們可以一窺目前最先進(jìn)的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)架構(gòu)是個(gè)什么模樣。
車身有何特別之處?
既然設(shè)計(jì)的起點(diǎn)是電池,那電池放在什么位置最合理?
業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最佳位置,是平鋪在前后軸之間的車身地板上。這樣做好處很多:占用空間小,整車重心低,電池還處于底盤上的中心位置,可以得到很好的保護(hù)。
電動(dòng)汽車的電池包平鋪在前后軸之間的車身地板上(圖為亞迪e平臺(tái)3.0示意)
僅僅是放在這個(gè)位置就好了嗎?比亞迪e平臺(tái)3.0至少透露出兩個(gè)重要的車身設(shè)計(jì)改進(jìn),均與電池有關(guān)。
第一個(gè)是“電池與車身一體化融合”。按以往的設(shè)計(jì)思路,電池包和車身地板框架是分離的,e平臺(tái)3.0把二者設(shè)計(jì)成一個(gè)整體,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”,車身扭轉(zhuǎn)剛度提升了一倍。這不光提升了整車碰撞安全性,還能抑制車身地板的振動(dòng),提升駕乘舒適性。
e平臺(tái)3.0的電池包與車身融為一體
為什么比亞迪e平臺(tái)3.0會(huì)有這種獨(dú)特的思路?也許是因?yàn)楸葋喌献约貉邪l(fā)制造動(dòng)力電池,比起外購電池的汽車公司,會(huì)更“自然”地產(chǎn)生把電池和車身做一體化設(shè)計(jì)的聯(lián)想,并有能力去實(shí)現(xiàn)吧。
第二個(gè)是“電動(dòng)汽車專屬傳力路徑”。電動(dòng)汽車的內(nèi)部構(gòu)造跟燃油車大有不同,僅拿車身地板來說,少了燃油車上的排氣管、傳動(dòng)軸、油箱等,但多了一塊電池,在碰撞安全方面無疑應(yīng)該采用不同的策略。e平臺(tái)3.0的車身受力框架是專門針對(duì)電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的,車身的吸能空間、碰撞時(shí)的能量傳遞路徑均與燃油車有所區(qū)別。
e平臺(tái)3.0的車身重新設(shè)計(jì)了碰撞傳力路徑
大家普遍擔(dān)心電池“自燃”,實(shí)際上,碰撞發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)要遠(yuǎn)高于自燃。在遭遇碰撞時(shí),車身結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響到乘員和電池的安全,電動(dòng)汽車確有必要另起爐灶,設(shè)計(jì)專屬車身。
當(dāng)然,防止自燃關(guān)鍵還是看電池。比亞迪在穩(wěn)定性相對(duì)較好的磷酸鐵鋰電池基礎(chǔ)上,研發(fā)出結(jié)構(gòu)獨(dú)特的刀片電池,即使被金屬物體刺穿也不會(huì)起火爆燃,這種高安全性電池才能真正去除電動(dòng)汽車的“心腹之患”。
“電耗”低才是真功夫
買電動(dòng)汽車時(shí),關(guān)注續(xù)航里程很有必要,但真正體現(xiàn)技術(shù)水準(zhǔn)的是另一個(gè)指標(biāo):“電耗”。
多加電池,或降低電耗都能增加續(xù)航,但明顯加電池容易而降電耗難。
降電耗的一個(gè)思路是降車重,用鋁合金甚至是碳纖維材料制造車身,可以減輕車身重量,讓車子更省電。不過這個(gè)路子太燒錢,也會(huì)顯著增加后期維修成本。
降電耗還得從那塊電池開始考慮。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的能量,就是充到電池包里的電能,高壓的直流電從電池包出發(fā),先由配電箱進(jìn)行分配,一路在降低電壓后,供車上的儀表、中控、燈光、音響等低壓設(shè)備使用;另一路送到電機(jī)控制模塊,經(jīng)過變流、變頻去驅(qū)動(dòng)電機(jī),電機(jī)再帶動(dòng)車輪讓車子跑起來。
從比亞迪e平臺(tái)3.0上,可以看到電動(dòng)汽車目前最先進(jìn)的一些省電策略。
一個(gè)是零部件高度集成,在e平臺(tái)3.0上,電動(dòng)力總成做到了令人匪夷所思的“8合1”。
電機(jī)、電控和減速器“3合1”目前是主流,而e平臺(tái)3.0的動(dòng)力總成居然一步邁過好幾個(gè)臺(tái)階,把車載充電器、配電箱、直流變換器、電池管理器等全融合進(jìn)來,做成“8合1”。原先分布在車身各處的零部件,現(xiàn)在變成了一個(gè)模塊。
8合1”動(dòng)力總成顯示了電動(dòng)汽車的高度集成潛力(比亞迪e平臺(tái)3.0首款車型海豚透視圖)
“8合1”的好處有很多,比如體積小便于靈活布置、重量輕有助于整車輕量化,對(duì)于降電耗更是大有裨益。形象一點(diǎn)說,原先分布散在各處的多個(gè)零部件要靠線束連接起來,電流要跑長長的路;現(xiàn)在合成一體,電流走了捷徑,電能傳輸損耗也就減少了。
電動(dòng)汽車的零部件本來就比燃油車少很多,“8合1”式的集成更是讓燃油車望塵莫及,照這個(gè)路子發(fā)展下去,將來電動(dòng)車內(nèi)部會(huì)不會(huì)變得空空蕩蕩?
e平臺(tái)3.0另一個(gè)省電策略是使用高效“功率半導(dǎo)體”。
這個(gè)名詞比較生僻,業(yè)內(nèi)常說電動(dòng)汽車核心技術(shù)有“雙芯”,一個(gè)是電池的電芯,一個(gè)就是功率半導(dǎo)體芯片。簡單說,電動(dòng)汽車上電流的變壓、變流、變頻都要靠這種芯片去控制,芯片效率高,電流通過時(shí)的損耗就小。比亞迪e平臺(tái)3.0中使用了自主研發(fā)的SiC功率半導(dǎo)體芯片,據(jù)稱電能損耗可以減少70%。
比亞迪自主研發(fā)的SiC(碳化硅)芯片是目前電動(dòng)汽車上最先進(jìn)的功率半導(dǎo)體
e平臺(tái)3.0中還出現(xiàn)另一個(gè)新名詞:“熱泵”。
到了冬天,電動(dòng)汽車車廂里取暖要耗電,電池保溫也要耗電,續(xù)航能力會(huì)明顯下降。引入熱泵,就是專門對(duì)付低溫續(xù)航衰減。所謂熱泵,其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng),e平臺(tái)3.0的一大特點(diǎn)是通過熱泵把電池、乘員艙、驅(qū)動(dòng)總成、熱管理系統(tǒng)深度融合,整車熱量綜合利用。數(shù)據(jù)顯示,e平臺(tái)3.0的熱泵系統(tǒng)能在零下30度到零上60度的溫度范圍內(nèi)工作,低溫續(xù)航最高能提升20%。
熱泵系統(tǒng)能綜合利用整車熱量,提升低溫續(xù)航能力
無“域”不談智能
電池平鋪在地板上,整車重心低,電動(dòng)汽車生來就有一幅好底盤;電機(jī)完全是線控,動(dòng)力收放自如,天生適合智能化自動(dòng)控制。
汽車的智能化不是一天搞成的,早期有個(gè)能聯(lián)網(wǎng)聲控的大屏就號(hào)稱智能,近來OTA升級(jí)成了智能化標(biāo)簽,最新的智能化標(biāo)志是什么?
答案是:“域控制器”。
“芯片荒”導(dǎo)致汽車減產(chǎn)、漲價(jià),讓大家知道了芯片對(duì)于汽車的重要性。汽車上的很多功能都要靠ECU(電子控制單元)來控制,從發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱到燈光、音響、車窗、天窗、氣囊、無鑰匙進(jìn)入、胎壓監(jiān)測……一個(gè)ECU控制一個(gè)功能,每增加一個(gè)功能,就要增加一個(gè)ECU,現(xiàn)在汽車上少則有幾十個(gè)ECU、多則上百個(gè)。
“芯片荒”讓人們知道了汽車上需要大量芯片
這些ECU各干各的,彼此不相往來,這就是所謂“分布式電子電氣架構(gòu)”。
汽車要想智能化,就要把這些游兵散勇集合起來,統(tǒng)一指揮。比如,儀表、燈光、音響、車窗等等功能集中到一起,算一個(gè)“車身域”,一個(gè)域里不用那么多ECU,都?xì)w一個(gè)“域控制器”管,這就是所謂“集中式電子電氣架構(gòu)”。
比亞迪e平臺(tái)3.0的整車功能就集中成“智能駕駛及座艙”、“智能動(dòng)力”和“智能車控”幾個(gè)域,再由自研的BYD OS操作系統(tǒng)控制。域控制好處很多,最大的好處就是“軟硬件解耦”,軟件管指揮,硬件管執(zhí)行,各個(gè)功能都能實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí),這就是所謂“軟件定義汽車”。
比亞迪e平臺(tái)3.0的集中式電子電氣架構(gòu)示意
“軟件定義汽車”意味著汽車的功能可以持續(xù)更新,據(jù)悉,在e平臺(tái)3.0上開發(fā)的車型,車用功能的迭代速度已經(jīng)可以縮短到兩周,這就是汽車智能化帶來的“常用常新”。
按行業(yè)路線圖,在實(shí)現(xiàn)域控制以后,將來各個(gè)域還會(huì)進(jìn)一步融合,最終會(huì)由一個(gè)中央計(jì)算平臺(tái)控制整車功能,就跟電腦只有一個(gè)CPU一樣,這是后話。
在燃油車的土壤中,可以生長出“油改電”的純電動(dòng)汽車;而以電池為原點(diǎn),則可以培育出更純粹的電動(dòng)汽車。
從比亞迪e平臺(tái)3.0上,我們可以看到純粹的電動(dòng)汽車會(huì)是什么樣子:它有電動(dòng)汽車專屬的車身結(jié)構(gòu),有獨(dú)特的能量管理方式,自帶智能化基因。以電池位置為起點(diǎn)的車身布局和“濃縮”的零部件,給造型設(shè)計(jì)師們釋放了空前的自由度,汽車造型美學(xué)也將迎來一次突變,純粹的電動(dòng)汽車從內(nèi)到外,更像是一個(gè)汽車新物種了。