新能源汽车电驱动系统平台化发展情况浅析
1、前言
在新能源汽车推广应用的过程中，出现过各种关于电驱动系统技术路线的讨论，随着时间的推移以及越来越严苛的环保要求，越来越多的车企都将汽车发展的技术路线调整到BEV的赛道上，其中的代表车企如VW、TOYOTA、GM分别推出了MEB、e-TNGA、Ultium 等的纯电动车型平台。
在新能源汽车时代严重掉队的传统巨头们不约而同地推出了自家面向未来的下一代纯电动车型平台，以期通过平台化的车型开发加速新车的投放速度，以弥补失去的时间和市场。
在BEV车型开发的过程中，由于各自产品规划和定位的不同，各车企采用的电驱动系统方案也各有侧重。
▲GM Ultiumplatform
本文旨在对BEV车型开发过程中采用的电驱动系统进行梳理和介绍，以确定在开发过程中进行电驱动系统匹配和选型的策略。
2、宝马第五代电驱
传统汽车品牌之所以形成品牌溢价能力，一个核心技术点在于自研。但是现在，绝大多数新能源车的电驱动都来自零部件供应商，只有宝马、比亚迪、长城汽车、吉利汽车等少数几个品牌的电驱动是自研。
宝马的电驱动目前已经发展到第五代，首款搭载车型就是刚上市的iX3。
宝马第五代电驱与行业发展电驱动的理念基本一致，宝马第五代电驱动的特点同样是轻量化、小型化、集成化和可扩展。在整体结构上，与第四代一样，宝马第五代电驱动依旧采用将驱动电机、减速器、逆变器融合在一起的三合一总成。
对于宝马第四代和第五代电驱动的区别，如下图可以清楚的看出，其中左图是i3上的第四代电驱动，右图是第五代电驱动样机，尺寸缩小明显。
图1 电驱动系统对比图
至于可扩展性，第五代电驱动不仅可以应用于小型车，也可用于跑车。以i4的电驱动为例，其能够产生高达390千瓦的最大输出功率，与宝马的V8内燃机相当。另外，第五代电驱动除了可以适配电动车，还能适配插混车型。既能布置于前轴，也能布置于后轴。
以第一款采用第五代电驱动的车型iX3为例，其为后轮布置驱动。但是据宝马透露，不排除后面会推出四驱版。
虽然iX3是单驱动电机后驱，比直接竞争对手奔驰EQC的四驱少了前轴驱动电机，但是最高输出功率却一样，都是210千瓦。iX3单驱动电机能够爆发最高400Nm的扭矩，而且由于采用励磁技术，不仅初段加速迅猛，高转速区间的持续扭矩输出依然可观。
在整体效率上，相较第四代电驱动，第五代的功率密度提升了约30%，最高能效高达93%。凭借高效驱动电机和高密度电池，宝马iX3用74度可用电实现了500公里NEDC续航，而奔驰EQC则用79度可用电实现415公里续航。
在今年的宝马集团年度盛宴——#NEXTGen未来峰会上，宝马再一次强调了可持续发展的核心理念，其也体现到了宝马第五代电驱动的开发上，宝马第五代电驱动的驱动电机不是我们常用的永磁驱动电机，而是励磁同步驱动电机，不含稀土元素，以降低对稀缺资源的依赖，并为环保做贡献。
图2 励磁电机定子示意图
3、用户需求
当前消费者购买新能源车的一个因素是绿色、环保，如果车企能够构筑可持续发展的核心理念，无疑为产品赋予真正环保的内涵。宝马电驱动的另一个特点是由宝马自研，而且已经坚持到第五代，在普遍外购电驱动的行业当下，宝马的坚持显得有些另类。
只要对汽车还充满驾驶欲望，车企自研电驱动是绕不开的。从技术发展角度来说，目前的电驱动技术相比内燃机技术，整体还不算先进。
比如档位，目前的电驱动普遍都是单速，够用但是效率不高，而传统内燃机匹配的变速箱已经发展到10速甚至11速。电动车不一定会采用那么多档位变速箱，但是现在的单速结构还有进化的空间。
为满足市场与客户需求，国内车企普遍采用客户调查方式或竞品测试/拆解的方式进行需求分析，通过进行分析，会以用户需求点进行逐项解析，如多样化、高性价比等两个大方面进行分解，如图3所示。
基于目前国内的水平及国外发展趋势，会储备一定量的开发潜力，如不含稀土的磁铁材质，但考虑到成本方面的影响，短期内不会推向市场。
图3 用户需求矩阵图
3.1 轻量化&效率提升
为了实现电驱系统的小型化，各大车企都在主推采用集成式技术方案，整机系统匹配、布置要优于分体式技术方案，零件数量、成本方面的优势都要优于分体式技术方案，如图4所示。
激光焊接差速器系统在重量、成本方面优于传统螺栓联接方案，如图4所示。
图4 电驱系统技术特点
为了实现高效率、低损耗，降低整车电耗，分析各系统潜在技术优化点，如机械损失、电磁损失，因机械方面已经提升到了一个瓶颈点，车企目前都在采用低粘度润滑油，实现整机效率提升；目前各家车企将大部分的精力放在电磁损失提升方面，驱动电机效率提升0.5%~0.8%，可使得90%的效率区扩大15%，如图5所示。
图5 效率提升分布
图6 减速器效率与驱动电机效率
新能源车型没有发动机，会导致电驱系统噪音格外刺耳，尤其以齿轮噪声和电磁噪声为优先解决对象，如图7所示。
图7 电驱系统NVH测试流程
3.2 平台化
国内车企内部的动力总成设计公司均已独立运行，可实现向第三方公司销售或设计工作，为了减小整机开发成本和开发周期，各大公司均实现平台化设计，目前国内车企做的比较好的，尤以比亚迪、长城汽车做的比较优秀。
如图8所示。
图8 平台化与开发成本对比图
4、比亚迪纯电动力平台化
乘用车纯电平台战略下“标准化升级”，在初代平台上，开发升级110kW、150kW平台，更集中90%市场车型需求，可覆盖A0级-B级车需求。
4.1 性能与性价比双极致的“纯电动力平台”
专注于电驱动总成产品研发与生产，以高度集成化、一体化、多合一的驱动系统为主要研发方向，开发出智能化与标准化平台，可覆盖全部乘用车对动力性加速和爬坡以及充/配电的需求。
4.1.1乘用车纯电动力平台：驱动多合一
八大部件高度集成：MCU DM(drive motor) TM(trans mission) VCU BMS OBC DCDC PDU，八大部件高度集成。系统开发70kW、110kW、150kW等多个平台。
图9 驱动多合一平台
4.1.2乘用车纯电动力平台：驱动多三合一，同一标准，多个平台。
系统开发110kW、150kW等多个平台产品，可满足全部乘用车对动力性、加速和爬坡的需求。
图10驱动多合一平台
4.1.3乘用车纯电动力平台：高压三合一
一芯多用，四代集成技术迭代，实现“一芯多用”，单模块二合一、三合一或集成其他多合一均可标准化应用平台，可满足全部乘用车对充配电的需求。
图11 高压三合一平台
4.2 乘用车纯电平台战略下的“标准化升级”
在初代平台上，开发升级110kW、150kW平台，更集中90%市场车型需求，可覆盖A0级-B级车需求
图12 标准化升级平台
表1 标准化升级参数表
4.3 乘用车纯电平台战略下的“集成化升级”
集成效果：体积减小20%、重量减少15%、成本降低15%；
集成核心优势：轻量化、小型化、低成本、高效率、高智能
能耗优化：NEDC效率89%，OBC最大95%；
图13 集成化升级平台化
表2集成化升级平台化参数表
5、蜂巢易创电驱平台
5.1 135kW两档三合一集成电桥
技术特点：
高度集成、结构紧凑、更利于整车搭载；
轻量化设计、高扭重比；
驱动电机定子低谐波绕组结构，转子采用最优磁极结构，高齿轮重合度，NVH性能优异；
驱动电机发卡式扁线绕组，高槽满率，高效率轴承，少油量
同步器式两档结构,全车速段驱动电机均在高效区运行,可实现更高车速；
高效率滚珠丝杠式换档机构,高精度转速和扭矩控制,换档顺畅,换档时间< 500ms。
图14 135kW电驱平台
表3 15kW电驱平台参数
5.2 150kW电驱动系统平台
技术特点：
同轴行星系集成设计，结构紧凑，更易于整车布置；
壳体结构强度和NVH优化；
行星系速比可调范围大，具有更大的扭矩容量；齿轮受载均匀且轴向载荷小，利于轴承和油封选型；
电机发卡式扁线绕组，高槽满率、高效率轴承、少油量、总成最高效率93% ；
驱动电机定子低谐波绕组结构，转子三段斜极式，高齿轮重合度，NVH性能优异；
电子驻车可选；
适用于搭载中高端乘用车、商务车等多种车型。
图15 150kW电驱平台
表4 150kW电驱平台参数
5.3 150kW同轴电驱动桥
技术特点：
同轴式设计，尺寸更紧凑，易于整车布置；
高强度结构，与电机、桥管集成一体式设计，可搭载3.5t以下皮卡、厢货等商用车；
驱动电机发卡式扁线绕组，高槽满率，高效率轴承，少油量，总成最高效率93% ；
驱动电机定子低谐波绕组结构，转子三段斜极式,高齿轮重合度，NVH性能优异；
采用高强度铝壳体，重量更轻；
电子驻车、机械差速锁可选。
图16 150kW电驱系统平台
表5 150kW电驱平台参数
5.4 35kW减速器
技术特点：
分体式设计，可灵活搭载多种电机；
高扭矩容量，输出扭矩可扩展至1800Nm；
极限转速12000rpm，可扩展至14000rpm；
高齿轮重合度，NVH性能优异；
高效率球轴承，最高传动效率98%；
适用于A00 , A0级车型。
图17 35kW电驱系统平台
表6 35kW电驱平台参数
6、总结
多元化需求背景下需要燃油动力ICE、油电混动(P)HEV、纯电动EV等多种形式共存，电动化是必然趋势； 小型化、轻量化、平台化、高效率、高性能、高可靠性、低成本是驱动总成的永恒目标 ；随着电池、控制等关键技术的逐渐突破，未来汽车会更环保、更便捷、更安全，未来电驱动平台化发展让我们一起拭目以待。
参考资料：
1.部分宝马信息来自于《第一电动网》；
2.比亚迪数据来自于《弗迪动力产品介绍》；
3.蜂巢易创数据来源自《蜂巢传动产品介绍》。
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