比亚迪发布e平台 3.0 加速替代燃油车
9月8日,比亚迪在深圳正式发布e平台 3.0。
开发历时5年、耗资百亿,投入4000人+研发团队,e平台 3.0是比亚迪18年电动汽车技术的集大成作品。
2021年6-8月,中国新能源乘用车渗透率连续越过14%,8月甚至攀升到了17.1%。随着充电设施完善、电动车价格下探,在用车成本和使用体验层面,电动汽车都在向燃油车竞品步步迫近。
基于e平台 3.0,比亚迪希望打造出大范围替代燃油车的电动车产品。
一、e平台 3.0
从2010年推出首款量产纯电动车型至今,比亚迪e平台已进化至第三代。与前代相比,e平台 3.0的进步主要可归纳为智能、效率、安全和美学等方面。
智能
传统的分布式汽车电子电气架构,由数十个乃至上百个ECU组成,每一个ECU专门负责控制特定的硬件功能,算力小、效率低、协同难,因此无法满足汽车向智能化终端进化的算力和带宽需求。
在过去的纯电平台开发中,比亚迪已在不断尝试将分散的控制器进行集成,来到e平台 3.0,比亚迪在此前集成式控制的基础上更进一步,用四个域控制器初步实现了整车控制的高度集中。
其中,车控域负责车身控制、安全网关、空调、仪表等;动力域掌管电池和传动系统,集成了VCU整车控制器、BMS电池管理系统、OBC车载充电器等功能;驾驶域负责智能驾驶系统;座舱域则集成语音交互、触控、显示屏等功能。
这样做的好处不言自明——通过将相似功能模块进行深度集成,区域控制的交互响应时间得以缩短,算力得到共享,效率得到提升。
通过域控制架构和自研操作系统BYD OS,比亚迪实现了整车软硬件的分层解耦,为整车的智能化奠定基础:
智能驾驶方面,e平台 3.0预留了各类自动驾驶硬件接口,可灵活配置最新的自动驾驶方案;智能座舱方面,基于自身庞大的电动车销量,比亚迪向全球开发者开放基于BYD OS的API,支持开发者们直接面向车辆用户进行APP开发,从而建设属于自己的智能生态。
效率
与燃油车相比,由于当前技术条件下动力电池能量密度的限制,电动车的实际续航能力是用户关注度最高的性能之一,因此整车用电效率至关重要。
基于上一代平台的电驱动三合一、高压三合一,比亚迪在e平台 3.0上推出八合一电动力总成,将电机、变速器、电机控制器、PDU、DC-DC、OBC、VCU、BMS高度集成,系统占用空间得到进一步压缩,重量变得更轻。
通过在前后桥采用永磁同步+异步电机的动力组合,e平台3.0可根据不同车型需求灵活选择四驱、后驱或前驱。在四驱架构下,两个电机在加速工况下同时发力,而稳定匀速行驶时则将异步电机断开,由效率更高的永磁同步电机单独工作,能耗接近两驱系统。
功率半导体是提升能源效率的关键。比亚迪自研的碳化硅(SiC)MOSFET已走到第四代,并在e平台 3.0上攻克了高功率密度SiC可靠封装的难题。与传统IGBT功率模块相比,采用SiC的电机控制器损耗降低70%以上,功率密度提升近3倍,最高效率达99.7%。
在SiC基础上的另一个创新是,比亚迪在e平台 3.0上发明了充电和驱动复用的高电压架构,将驱动模块的大功率元器件用在充电模块,可实现800V高压快充,充电5min最大续航150km。
电动汽车冬季续航下降快,一方面因为低温下电池活性降低、能量下降,另一方面是因座舱空调和电池的加热需求,导致整车能耗增加。
为了更高效地利用电池中的能量,热泵技术被引入电动汽车,用以吸收空气中的热量,降低能耗。
e平台 3.0的热泵系统,将乘员舱、动力电池、驱动总成深度集成,将驱动总成的余热回收,作为高品位辅助热源供应给热泵,实现-30~60℃的宽域工作温度,将低温续航里程最大提升超过20%。
通过以上对整车效率的提升,e平台 3.0最大续航里程可突破1000公里。
安全
e平台 3.0将动力电池作为整车传力路径的一环,高强度的电池包作为整车结构件,将车辆的扭转刚度提升一倍达到40000Nm/度(在过去的认知中,这是百万级豪车才具有的扭转刚度),同时还可抑制底盘震动,提升驾驶质感和操控性能。
除热安全、高压安全等传统的整车安全范畴之外,e平台 3.0针对电气安全建立了从电芯到整车的多维度保护,涉及绝缘监测、漏电保护、短路保护、泄压保护等措施;此外,还针对通信安全、操作系统安全、接口安全进行了大量设计。
用一句话概括e平台 3.0为整车带来的提升便是:续航更长、更安全、充电更快、更智能。
二、平台的意义
如何以更快的速度开发出价格更低、质量更可靠的汽车产品,是汽车企业制胜的关键。平台化设计理念,能够在规模效应、研发周期、产品质量三个方面提高企业竞争力。
规模
通过在同平台下开发适用于不同车型的通用型零部件,车企可就单一零部件提供远超友商的订单规模,从而轻松赢得供应商的优先对待,在合作中掌握绝对强势的话语权。
反观平台通用率低、零部件订单规模小的车企,则只能在与供应商的博弈中因时制宜,甚至要依靠采购人员的“个人发挥”来解决问题。
《建约车评》编辑部中的一名老师,就曾在早年就职于车企采购部门时期,因其负责采购的部件规模较小,无法在冲压产线的“排班战”中夺得先机,因此被上司指示“躺上产线”,以迫使供应商为其安排生产班次。
因为供应商手中的冲压设备数量有限,在接到来自不同车企的订单需求时,要根据订单数量、金额、交付期等诸多因素排布生产计划。
规格不同的零部件,需使用各自不同的模具进行冲压,而从装备模具、调试设备、试生产,再到开始批量生产这一整套过程,必须经过固定的时间周期才能完成,因此转换产线、调试模具所用的时间是无法节省的。
当A车企的订单规模十倍、百倍于B车企时,供应商很难有动力为了B车企的小订单,停下正在转动的设备,更换模具、重新调试、爬升产能——即使B车企开出的零部件单价更高,也难以抵挡规模优势的碾压。
因此,通用化程度高的整车平台,可提供规格统一、数量庞大的零部件订单,确保生产设备持续不停地运转,使产能利用率最大化、生产毛利最大化。
周期
开发一个优秀的电动车平台,不仅耗资、费力,还需要经过很长的研发周期。
而一旦拥有了成熟的、零部件通用化率高的整车平台,当车企需要开发一款全新车型时,平台中的大量通用部件可以直接拿来使用,只需根据新车型的定位,在现有平台上对轴距、轮距等参数进行调整。
由于采用的是经过验证的成熟平台,车型迭代从全新开发变成了“大改款”,架构件全部得到继承,相同的动力系统下,整车疲劳耐久测试条目减少,调校也变得更容易,因此可以大幅缩短产品研发周期,加快推出新产品的速度。
一般而言,全新车型的开发周期一般为30~36个月,实现平台化之后,根据通用化率的不同,开发周期可缩减至20~28个月。
在激烈市场竞争中,推出产品速度越快,越有利于车企迅速占领市场。
质量
同理,因为新产品采用企业现有的、已经过试验和验证的平台,全新开发的零部件数量大大减少,大多数零部件的质量和可靠性是经过试验、测试和实际工况验证的,因此整车的质量和可靠性也能得到保障。
而基于通用零部件的组装方式、组装流程的通用化,使得零部件产线的稳定性更高,也在一定程度上有利于产品质量控制。
尽管平台对于汽车生产企业意义非凡,但要开发一个通用化率高的成功平台却绝非易事。
从传统的整车开发角度看,平台开发的难度主要在于如何保证兼容性。
通常一个整车平台的开发,是以某一款车型的开发过程为起始的。假设这是一款轿车,使用17寸轮毂,而因为车身翼子板、挡泥板与轮胎之间的距离是有固定要求的,所以若该平台需要同时支持SUV车型,就不能只考虑轿车的需求,而是要预留未来更多车型所需的接口。
难点在于,参与车型开发的车身、底盘、内外饰、电子电气、动力等各个部门,都会有上百个类似上述轮胎与挡泥板间距的需求,如何在同一平台上兼顾?
难点更在于,在产品迭代不断加快的市场环境中,客户需求对应功能实现,功能实现对应硬件支持,而平台能否满足未来硬件升级所需的空间、安装点以及插拔式硬件替换的条件,是影响平台使用寿命的关键。
进入智能电动车时代,打造纯电平台需要具备的能力体系,对比传统整车平台更有过之——发动机、变速箱被电池、电机和电控取代,优秀的电动平台需要在对电动系统各模块进行高度集成的同时,解决模块之间的干扰、散热和可靠性等问题。
此外,随着汽车智能化对算力和通信等方面要求的提高,车企在开发纯电平台时还需掌握操作系统、芯片、软件、通信等方面的能力。
开发门槛高、可参照的范例少,导致全球范围内正向研发的专属纯电平台凤毛麟角。
三、为什么比亚迪可以?
比亚迪是中国最早尝试电动汽车开发的车企;在全球范围,e平台也是历史最长的汽车纯电平台之一。
2010年,在几乎一片空白的产业背景下,比亚迪攻克了动力电池、驱动电机和电机控制器等电动汽车核心技术,推出首款量产纯电车型e6,并在深圳、太原等城市作为出租车交付使用——直到今天,当笔者来到深圳街头,仍看到有大量e6出租车处于服役状态。
2010-2016年,是e平台的1.0时代。在这一时期,比亚迪的研发成果主要集中于单个零部件的突破,例如高电压架构、双向逆变充放电、驱动电机控制器、高转速大功率电机等,实现了三电关键技术平台化。
2016年,比亚迪立项开始研发基于三合一电驱动系统和三合一高压模块的2.0平台,并于2018年投入市场。e平台 2.0实现了纯电动车关键系统平台化,基于这一平台打造的比亚迪汉EV、唐EV和秦EV等车型,扮演了比亚迪在度过2019年中国新能源车市低谷之后强势回归的市场主力。
随着比亚迪插混和纯电车型销量双双攀升,此前与DM车型共享的e平台,终于在3.0时代与DM-i分野,成为专属纯电平台。
e平台 3.0被王传福视为新能源汽车从上半场“电动化”向下半场“智能化”转型的关键一步,之所以给出这样的定位,有几个方面的考虑作为基础:
首先,将通过针刺试验企业标准的刀片电池纳入整车传力,打造纯电动车专属的传力设计,实现超越燃油车的电动车安全性,确保用户用车的“安心”;
其次,应用八合一高集成动力总成、热泵、SiC功率模块等技术,提升电动车冬季续航表现,并实现800V高压快充,最大限度地帮助用户摆脱“里程焦虑”;
再次,通过推出价格接近燃油车的主流家用A、B级纯电车型,结合低廉的用电成本,提供用车全生命周期更具性价比的家用车产品;
最后,正如王传福在发布会上表示,e平台 3.0是中国企业的首个量产域控制器架构,通过将软硬件解耦并提供更高算力、更大带宽的域控制架构,为电动车的智能升级建好“基础设施”,并通过OTA升级和不断加快的功能迭代能力,提升产品的智能竞争力。
尽管打造专属的纯电平台可带来以上诸多优势,但却并非对每一家车企都适合。
以平台带来的规模和成本优势为例:
比亚迪打造八合一电动力总成的初衷,是提高集成度、释放车内空间、增加通用型部件、降低成本。
单就材料成本而言,八个单独零部件用料更多,成本显然高于八合一总成;但这里仅考虑材料成本是不够的,因为八合一电动力总成需将八个部件融合在一起,并解决各部件之间的干扰问题、散热问题,可靠性要求更高——假设单个部件故障率为10%,八个叠加在一起的故障率可能会高达57%,这显然是无法接受的,因此需要大量的研发投入和时间成本,通过不断试错和测试验证,解决可能出现的问题。
作为在电动力系统的每个核心零部件都有长期积累的车企,比亚迪具备电机、电控、减速器等对应的技术基础、人才和制造能力。正是基于这样的垂直整合型能力,加上长期持续的大量研发投入,使得比亚迪能够打造出e平台 3.0这样的创新性平台。
今年5月,比亚迪成为第一个累计新能源汽车销量突破100万辆的中国车企。6~8月,比亚迪汽车销量中的新能源占比连续三月超过80%,且呈现出逐月高速增长的趋势。
需要注意的是,这样的增长,发生在比亚迪DM-i插混车型处于“产能地狱”的状态下——就在e平台 3.0发布会上,王传福再一次就DM-i的长交付周期向用户致歉,并称今年第四季度产能情况将会改善。
可能出现的情景是,基于e平台 3.0的纯电车型,也将会遭遇一段时期的交付困境;但即便如此,可以预见的是在2022年的某个月份,比亚迪纯电车型的累计销量也会突破100万辆。
由此,比亚迪e平台,将会是冠绝中国的、车辆规模可与特斯拉及大众MEB平台相匹敌的全球领先电动汽车平台。依托这样的规模,比亚迪将得以摊薄前期投入的研发费用,并迎来丰硕的收获时节。
结语:e平台 3.0将带来什么?
e平台 3.0向全行业开放分享,比亚迪希望助力其他车企打造更多具有竞争力的纯电车型,因为王传福的野心是一个递进式的、与中国命运高度相关的伟大愿景:绿色出行-摆脱石油依赖-“3060双碳目标”-中国下一个百年的高质量发展。
对于想要快速打造具备竞争优势的智能电动车产品的企业而言,e平台 3.0或许是一个好的选择——事实上,据王传福透露,相关合作已在洽谈中。
通过此前动力电池和功率半导体的外供,比亚迪正在成长为电动汽车Tier1,而通过将纯电平台开放给合作伙伴,是一种更高效的出售电动化供应链的方法。
中国新能源汽车节节攀升的渗透率,正在给所有从业者注入信心。谈到2025年渗透率20%的目标,王传福自信地表示,比亚迪将会推动这一目标提前三年达成。