新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊意品

縱觀比亞迪新能源汽車，主要有2類，一類是采用比亞迪DM（即Dual Mode，是比亞迪雙模插電式混合動力技術(shù)的簡稱）系統(tǒng)的比亞迪DM系列插電式混動汽車，譬如比亞迪唐DM、宋Pro DM、宋MAX DM、秦Pro DM、秦DM等車；一類是采用比亞迪e平臺的比亞迪EV系列純電動汽車，譬如比亞迪元EV、唐EV、秦EV、宋EV、秦Pro EV、宋Pro EV、宋MAX EV、比亞迪e1等車。本文主要介紹比亞迪新能源汽車的EV系統(tǒng)。

1 比亞迪EV系統(tǒng)概述

采用e平臺的比亞迪e6純電動汽車于2011年量產(chǎn)，2016年的比亞迪e5純電動汽車和秦EV純電動汽車已經(jīng)采用第2代e平臺（四合一e平臺），2017年的宋EV純電動汽車、2018年的秦EV450純電動汽車及比亞迪e5 450純電動汽車都屬于四合一e平臺。2018年比亞迪純電動汽車發(fā)布了全新e平臺，打造三合一e平臺，并一口氣發(fā)布了元EV純電動汽車、秦Pro EV純電動汽車，與2018年的唐EV純電動汽車和宋Pro EV純電動汽車組成了王朝系列純電動汽車產(chǎn)品矩陣。另外，e網(wǎng)系列的比亞迪e1、e2及S2純電動汽車搭載也是最新的三合一e平臺。至此，比亞迪新能源汽車產(chǎn)品矩陣初見規(guī)模（圖1）。在e平臺的開發(fā)思路下，比亞迪走上了集成化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)技術(shù)路線，從原有的e6、e5單款車型純電開發(fā)思路進(jìn)化到現(xiàn)在的唐EV、宋EV、秦Pro EV和元EV等家族化體系化開發(fā)模式，比亞迪e平臺目前已經(jīng)擁有了唐EV、宋 Pro EV、宋 MAX EV、秦Pro EV、秦EV、元EV、S2、e5、e2等多款純電動汽車產(chǎn)品 。

圖1 比亞迪e平臺

2 比亞迪第一代e平臺EV1系統(tǒng)

比亞迪e6車采用的就是比亞迪第一代e平臺（EV1系統(tǒng)），其動力總成由動力電機(jī)和變速器組成。比亞迪e6使用的動力電機(jī)為75 kW的交流無刷永磁電機(jī)，電機(jī)的最大輸出扭矩為450 N·m，額定輸出功率為75 kW，最大輸出功率為120 kW（電機(jī)峰值功率），最大輸出轉(zhuǎn)速為7 500 r/min。動力總成的總重量為130 kg，總傳動比為6.417，主減速傳動比為3.85。車輛行駛時，動力電機(jī)通過旋變壓器檢測電機(jī)的位置，位置信號通過控制器處理，發(fā)送相關(guān)信號給電機(jī)控制器，邏輯信號控制IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）的開斷，IGBT輸出的為近似正弦波的交流電。電機(jī)控制器為電壓型逆變，利用IGBT將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，額定電壓為330 V，負(fù)責(zé)控制電動機(jī)的前進(jìn)、倒退、維持電動車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電動機(jī)控制器總成包含上中下3層，上層和下層為電機(jī)控制器，中層為水道冷卻控制單元，電機(jī)控制器總成還包括信號接收連接器、12 V電源線、CAN線、擋位信號線、加速踏板信號線、制動信號線、旋變信號線、電機(jī)溫度信號線、預(yù)充滿信號線等，2根動力電池正負(fù)極接插件、3根電機(jī)三相線接插件和2個水套接頭等。

比亞迪e6采用磷酸鐵鈷鋰電池（每個單體3.3 V，電池包標(biāo)稱電壓為316.8 V，容量為219 Ah），共由96個單體組成，還包括電壓采樣線束1條（96+1）、溫度采樣線束1條（96+11）、正負(fù)極母線各1條、托盤1個。

比亞迪e6純電動汽車的工作原理如圖2所示。電源接通，汽車前進(jìn)時，主控ECU接收擋位控制器、加速踏板和角度傳感器等信息，燃油傳遞給電機(jī)控制器，以控制流向前驅(qū)電機(jī)的電流，此時電池組電流通過應(yīng)急開關(guān)、配電箱/繼電器之后，一路經(jīng)過電機(jī)控制器向前驅(qū)動電機(jī)供給需要的電流，從而使驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過變速器/差速器和傳動軸，帶動左右前輪轉(zhuǎn)動，使汽車行進(jìn)；另一路經(jīng)過DC/DC（直流/直流）轉(zhuǎn)換器，將電池組330 V的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓42 V，提供給電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）使用。同時電池組受BMS（Battery Management SystemA，電池管理系統(tǒng)）控制，將電池組的瞬時電壓、電流、溫度、存電情況等信息傳遞給BMS，以防止電池組過放電或溫度過高而損壞。如果發(fā)生漏電情況，漏電保護(hù)器起作用。一旦發(fā)生緊急短路等情況，保護(hù)裝置熔絲便熔斷保護(hù)。

圖2 比亞迪e6純電動汽車的工作原理

3 比亞迪第二代e平臺（高壓四合一e平臺）

所謂比亞迪高壓電控總成四合一，就是將純電動汽車的VOTG ECU（雙向逆變電機(jī)控制器）、車載充電機(jī)（OBC）、高壓配電箱和DC/DC轉(zhuǎn)換器這4個高壓電控裝置合為一體。

（1）VOTG ECU（雙向逆變電機(jī)控制器）。該控制器為電壓型逆變器，利用IGBT將直流電轉(zhuǎn)化成交流電，其主要功能是通過收集擋位信號、加速踏板信號、制動踏板信號等信號來控制驅(qū)動電機(jī)，根據(jù)不同工況控制驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、功率、扭矩、轉(zhuǎn)速等，即控制驅(qū)動電機(jī)的前進(jìn)、倒退、維持電動車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。控制器總成分為上中下3個單元，上下層為電機(jī)、充電控制單元，中層為水道冷卻單元。

（2）車載充電機(jī)（OBC）。車載充電機(jī)是指固定安裝在純電動汽車上的充電機(jī)。充電機(jī)依據(jù)動力電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，能動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動作，完成充電過程。

（3）高壓配電箱。高壓配電箱的功能主要是通過對接觸器的控制來實(shí)現(xiàn)將動力電池的高壓直流電供給整車高壓電器，以及接收車載充電機(jī)或非車載充電機(jī)的直流電來給動力電池充電，同時還具有電流檢測、漏電監(jiān)測等其他輔助檢測功能。

（4）DC/DC轉(zhuǎn)換器。DC/DC 轉(zhuǎn)換器是電動汽車動力系統(tǒng)中很重要的一個組成部分。一個重要功能是為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)及其他輔助設(shè)備提供所需的電力，另一個功能是在復(fù)合電源系統(tǒng)中，與超級電容串聯(lián)，起到調(diào)節(jié)電源輸出、穩(wěn)定母線電壓的作用。

比亞迪秦EV450純電動汽車便采用了高壓四合一總成，其動力部分配備1臺最大輸出功率為160 kW、最大輸出扭矩為310 N·m的永磁同步電機(jī)，0 km/h～100 km/h加速時間為7.9 s；其永磁同步電機(jī)、減速器和電機(jī)控制系統(tǒng)采用“直聯(lián)”模式一體化集成。永磁同步電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速可達(dá)12 000 r/min，輸出最大扭矩和最大功率的轉(zhuǎn)速范圍為5 000 r/min～6 200 r/min，可以將經(jīng)濟(jì)車速廣泛地維持在60 km/h～100 km/h，NEDC工況（新歐洲行駛工況）的續(xù)航里程為400 km，60 km/h等速的續(xù)航里程為480 km。

高壓電控總成四合一總成具備體積小、效率高等特點(diǎn)，且電機(jī)控制器和驅(qū)動電機(jī)共享同一套散熱伺服系統(tǒng)，省去了沉重的高壓電纜，降低了自重，提升了功率密度。在ECO模式（經(jīng)濟(jì)模式）下，驅(qū)動電機(jī)的最大功率被限制在115 kW；在SPORT模式（運(yùn)動模式）下，驅(qū)動電機(jī)的功率限制被解除，動力響應(yīng)更快。

采用高壓四合一電驅(qū)動控制總成的比亞迪宋EV 500純電動汽車搭載比亞迪自主研發(fā)的高功率動力電機(jī)，電機(jī)的最大功率為160 kW，最大扭矩可達(dá)到310 N·m，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)到12 000 r/min，能在更廣泛的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)獲得最佳經(jīng)濟(jì)性和動力輸出，0 km/h～50 km/h的加速時間為3.9 s。比亞迪宋EV 500純電動汽車搭載比亞迪三元鋰電池，動力電池能量密度可達(dá)到140.97 kW/kg，容量可達(dá)到61.9 kWh，遠(yuǎn)高于同類產(chǎn)品普遍在50 kWh以下的水平。更為重要的是，該款車型還采用高功率充電技術(shù)，能在最短30 min內(nèi)就完成40%～80%的快速充電，大大提高了使用便利性。在電控方面，比亞迪宋EV 500純電動汽車具有高精度、高集成度等特點(diǎn)，采用智能電控芯片，通過監(jiān)測各節(jié)電池的電壓、充放電電流及環(huán)境溫度等信息實(shí)現(xiàn)電池過充、過放、過電流、溫度保護(hù)等保護(hù)功能，通過外置電容可以調(diào)節(jié)過充、過放、過流保護(hù)延時。

4 比亞迪第三代e平臺（33111平臺）

無論IT、傳統(tǒng)汽車還是新能源汽車，要實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)品迭代和平臺化應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)化和集成化都是兩大利器。所謂集成化，就是對原本分立的系統(tǒng)（圖3）進(jìn)行集成（圖4），從而使得汽車相關(guān)組件數(shù)量精簡，體積變小，質(zhì)量變輕，效率提升。例如，集成式車身控制器集成了儀表、空調(diào)、音響、智能鑰匙、倒車輔助、門窗等10多項(xiàng)原本分立的控制模塊，而一塊搭載“DiLink”系統(tǒng)的智能旋轉(zhuǎn)大屏則同時兼?zhèn)淞丝照{(diào)控制面板、音響控制面板、信息娛樂顯示屏等的功能。所謂標(biāo)準(zhǔn)化，就是將大量零部件、接口、技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)，使之能在各級別的純電動車型上通用，由此可帶來規(guī)模效益，提升新產(chǎn)品開發(fā)速度，有利于純電動汽車產(chǎn)品線的快速展開。形象地說，標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)了同一功能模塊在不同汽車之間的通用，就像電腦上某些配件的安裝和擴(kuò)展一般靈活方便。比亞迪就是基于這樣的模塊化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化思維，從2018年開始推出了比亞迪第三代e平臺（圖5），比亞迪第三代e平臺的核心可以用33111來表示。

圖3 傳統(tǒng)的分列系統(tǒng)

圖4 集成后的系統(tǒng)

圖5 比亞迪第三代e平臺（33111平臺）

（1）第一個“3”的含義為驅(qū)動三合一，即將驅(qū)動系統(tǒng)的電機(jī)、電控（控制器）和變速器三者集成為一體（圖6）。集成后重量降低了25%，體積降低了30%，扭矩密度提升了17%，功率密度提升了20%，總成成本降低了33%。采用NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）抑制技術(shù)，通過對起動抖動、加速共振、齒輪拍擊、嘯叫等不同NVH起因分析和頻譜分析，采用不同的控制補(bǔ)償算法和電機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了極速靜音。比亞迪通過驅(qū)動三合一，基于同一技術(shù)開發(fā)出了多個產(chǎn)品（已經(jīng)開發(fā)出了40 kW、70 kW、120 kW和180 kW等4個驅(qū)動三合一產(chǎn)品）。

圖6 驅(qū)動三合一

（2）第二個“3”的含義為高壓三合一，即將高壓系統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器（OBC）和高壓配電箱（PDU）集成為一體（圖7）。比亞迪秦Pro EV純電動汽車的高壓三合一主要有1個6.6 kW的車載充電機(jī)、1個2.2 kW的DC/DC和1個配電箱組成。這樣，將原本各部分系統(tǒng)之間的線纜連接集成為一塊控制電路，大大避免了高壓系統(tǒng)的插接線纜在日常使用中的老化松動，提升可靠性，同時降低系統(tǒng)重量。高壓三合一的作用主要是控制能量流入和流出電池，通過配電箱來做管理和保護(hù)。高壓三合一降低了開關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗，提高了轉(zhuǎn)換效率、器件利用率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能高效、省電省時，系統(tǒng)充電效率提升1%；全面擴(kuò)展了雙向充放電功能，能實(shí)現(xiàn)V2V（車車對充）、V2L（戶外用電，如野炊、演出等）、V2G（并網(wǎng)發(fā)電，停電時可以給戶內(nèi)供電）等充放電功能。比亞迪的高壓三合一采用的雙向逆變充放電技術(shù)綜合了直流充電功率大和交流充電便捷性優(yōu)勢，直接集成于電機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)了交流大功率充電。雙向逆變充放電技術(shù)還可將電動汽車內(nèi)部的電，逆變成220 V交流電輸出供家用電器使用，使得汽車變成一個大型移動“充電寶”，只要是15 kW以下的電器，如電茶壺、電磁爐等電器，都能為之提供單相交流電。高壓三合一中有一些高壓濾波電容，反復(fù)充放電會導(dǎo)致電容發(fā)熱，因此在這些電容上涂有導(dǎo)熱膠，便于電容降溫，同時延長整個控制器的壽命。高壓三合一中有2個高壓繼電器，相當(dāng)于開關(guān)，主要作用是將直流快充的接口和電機(jī)與電池的主回路斷開。為確保高壓接口一直不帶電，防止有人打開、摸到時觸電，還特別設(shè)計了一個檢測電路。

圖7 高壓三合一

（3）第一個“1”的含義為1塊高性能動力電池（圖8）。這塊動力電池在過充前防護(hù)方面采用了精確的電壓探測技術(shù)和BMS分級保護(hù)技術(shù)，在過充后防護(hù)方面采用了CID（Current Interrupt Device，電流中斷策略）過充保護(hù)裝置、溫度探測技術(shù)和熱隔離技術(shù)，并使用吸熱材料，從而使動力電池具有能量密度高、功率輸出高、耐寒性能高、安全性能高、穩(wěn)定性能高的特性，并可獲得較長的續(xù)航里程。

圖8 高性能動力電池

（4）第二個“1”的含義為1塊多合一控制器。這塊多合一控制器將儀表、空調(diào)、音響、智能鑰匙等10多項(xiàng)控制模塊高度集成在一起，體積下降了40%～50%，重量下降了25%～30%，成本降低了25%～30%。

（5）第三個“1”的含義為1塊智慧屏幕。這塊智慧屏幕為采用DiLink系統(tǒng)的14.6英寸（1英寸=2.54 cm）智能自動旋轉(zhuǎn)屏幕，讓汽車真正變成了高性能的互聯(lián)網(wǎng)終端。DiLink是一個智能、開放的軟硬件平臺及生態(tài)服務(wù)，包括Di平臺、Di云、Di生態(tài)和Di開放，涵蓋了生活、社會、人工智能、手機(jī)和大數(shù)據(jù)等方面。Di平臺基于安卓系統(tǒng)進(jìn)行深度定制和系統(tǒng)優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)智能旋轉(zhuǎn)Pad、智能影像、智能總線、開放的傳感器控制器和安全網(wǎng)關(guān)。這塊智慧屏幕在硬件方面，堪比當(dāng)下旗艦智能手機(jī)的配置，CPU為8核、64位、2.0 GHz，GPU為650 MHz，存儲空間為3 G+32 G。