开创比亚迪汽车新时代的8大核心技术
以下文章来源于智造汽车 ,作者胡昌
导读
比亚迪汽车最近很火,汽车销量连续暴涨,九月份销售达到创纪录的201259辆,预计今年的销量将超过180万辆,实现汽车历史上从未有过的大跨越。现在几乎天天都能看到比亚迪的大新闻,人气冲天,销售旺盛,在手订单饱满,交车需要提前几个月排队,不管是轿车还是SUV,款款都吸睛无数,掀起了比亚迪旋风,去年才露尖尖角,今年就红遍大江南北,是什么原因引起的呢?
文章信息
本文由「智造汽车」胡昌华原创,数字化企业经授权发布。胡昌华,曾任东风公司技术中心架构开发中心总师,比亚迪第十一事业部技术中心总装工艺专家。
世上没有无缘无故的爱,更没有毫无厘头的爆发户。通过认真的观察,仔细分析,静静的思考,总的来看比亚迪汽车成绩斐然完全是技术能力厚积薄发的结果,是超级产品力赋能的体现,从而开创了比亚迪汽车新时代,下面总结的八大核心技术就是其典型代表。
刀片电池技术
比亚迪发明的刀片电池是指电芯像刀片一样扁平且长条,是基于方形铝壳来做的一种长电芯电池方案,正极材料采用磷酸铁锂,负极材料为人造石墨。虽然没有在材料上进行重大的创新,但刀片电池在结构和工程技术上是全球首创,在比亚迪原有的电芯的尺寸基础上,减薄电芯的厚度,增大电芯的长度,将电芯进行扁长化及减薄设计。
同时刀片电池包将电池阵列作为骨架,通过高性能胶黏剂将上盖、底板与电池阵列粘合成一个整体,实现超高集成效率,超高强度和刚度。与传统的技术电池系统相比,采用刀片电池的电池系统零部件数量减少40%以上,比能量密度虽然只提升了9%,但VCTP体积能量密度可增加50%以上,成本可下降30%以上。
目前刀片电池有单串刀片电池、多车刀片电池和多串方块电池三大类,灵活性高,多种长度厚度可供选择,同时刀片电池本身的结构就可以充当横梁和纵梁的结构,同时在电池包的上层和下层增加蜂窝铝板的机构,大大的提升了电池包的结构强度。比如比亚迪DM-i系统搭载的专用功率型刀片电池,单节电压超过20V,单节电量最大1.53度,传统电池包有近100节电芯,而内串刀片电池的整个电池包,只有十几节电芯,大大较少了电池间的连接,零部件个数减少35%。比亚迪刀片电池在安全、寿命、低温、充电、功率及能量等六大关键性能指标方面都处于领先位置,为比亚迪电动车赢得了极好的声誉。
DM-i超级混动技
比亚迪持续不断地研究DM混动技术,2008年,成功研发出第一代DM技术,采用双电机串并联结构;2013年,比亚迪推出第二代DM技术,采用水冷电机与双离合变速器相集成(P3),匹配发动机组成混合动力总成,并在后轴增加驱动电机(P4),形成三擎四驱系统,实现了百公里加速5秒以内的惊人成绩;2018年,比亚迪在第二代DM技术的基础上,增加开发了PSG辅助电机(P0),使双模车的动力性、经济性和平顺性全面提升,称之为第三代DM技术;2021年,比亚迪重磅推出第四代混动技术DM-i,实现了插电式混动领域上新的突破。亏电油耗百公里3.8升、油电综合续航里程超1200公里、百公里加速7秒级别,搭载在秦PLUS、宋PLUS、唐、汉等车型上,成为市场主流混动技术,带领车型大卖。
比亚迪的DM-i超级混动技术的核心组件包括:骁云插混专用发动机(其中有两个不同的版本——1.5L发动机主要用于秦PLUS、宋PLUS;而1.5T涡轮增压发动机则用于更大型的唐DM-i车型)、EHS双电机、专用刀片电池,加上一系列的整车控制系统、发动机控制系统、电机控制系统、电池管理系统,共同构成超级混动系统。
EHS电混系统是DM-i超级混动技术的核心,它集成了双电控,双电机和离合模块。两台电动机一台负责发电,另一台负责驱动和能量回收,采用了扁线绕组技术的两台电机转速可达16000rpm,拥有非常宽泛的经济区间,最高热效率达到97.5%,相同功率下电机的体积更小,更节能。
EHS电混系统采用串并联结构,由双电机、双电控、直驱离合器、电机油冷系统、单档减速器组成,可实现以下几种工作模式:
(1)EV纯电驱动模式:起步或中低速时,发动机不启动,由驱动电机单独驱动车辆纯电行驶,在市区开车就相当于是一辆纯电动汽车;
(2)HEV串联模式:中高速行驶时,发动机工作在最佳经济区间,带动发电机进行发电,电能驱动驱动电机,维持电量平衡。当发电机供电不足时由电池向驱动电机补充电能,当发电机供电充足时,额外电能向电池充电。
(3)HEV并联模式:高速行驶或大功率输出时,发动机与电机共同驱动车辆。
(4)发动机驱动模式:高速巡航时,离合器结合,发动机工作在最佳经济区间。
DM-i超级混动系统以电为主、以油为辅,当DM-i车型电量充足时,就相当于一台纯电动车,电机的动力供应足够在各种路况下行驶,而当电量不足时,DM-i车型就会根据系统工况,自主判断用电还是用油,亦或是油电协同,既能享受电动汽车的驾趣,又能长途行驶里程无忧,满足了大多数用户的需求。
八合一高效电驱总成技术
比亚迪研发的八合一高效电驱总成,集成了驱动电机、减速器、驱动电机控制器、高低压直流转换器(DCDC)、双向车载充电器(OBC)、高压配电箱(PDU)、电池管理器(BMS)、整车控制器(VCU)八大模块,其整体性能较上一代功率密度提升20%,整机重量和体积分别降低15%、20%,系统综合效率达到89%,其最大功率270kw,具备前驱、后驱、双电机四驱三种驱动形式,满足A0级到C/D级车型动力搭载需求。
? 驱动电机:采用发卡扁线永磁同步电机、超薄硅钢片,电机功率提升40%,最高效率97.5%。且能够平台化覆盖70-270kw。
? 减速机械机构:应用低摩擦轴承,导油式结构,提升润滑效果且降低搅油损失,齿轮精细设计降低齿轮滑移损耗,同时首次应用低粘度油品,传动最高效率97.6%。
? 电机控制器:VCU、BMS、MCU(含DCDC、OBC、PDU配电升压类)深度集成,相对独立式,电控系统相应时间缩短90%。同时节省大量高压线束,模块体积缩小40%。
比亚迪八合一电驱总成集成度高,系统软硬深度融合,是全球截止目前唯一一家能够开发且量产八合一电驱总成的车企,核心在于其对功率模块、芯片的产业链掌控。
CTB车身电池一体化技术
所谓CTB技术(cell to body),即电池与车身一体化技术,同步设计电池包和车身底板,将车身底板+集成电池上盖+粘接剂+电芯+粘接剂+托盘组成一个整体,也就是说将将电池包与底板融于一体,电池包上壳体替代了中地板的一部分结构,让电池包直接成为车身结构的一部分,电池包上盖与门槛及前后横梁形成的平整密封面通过密封胶条密封乘员舱,底部通过安装点与车身组装,这样动力电池包既是能力体,又是结构体,在减低车身自重的同时,又加强车辆的整体强度。
CTB技术融合了电池包壳体、车身结构和装配工艺设计的技术,是对新能源车身设计及总装工艺技术的一次颠覆性变革,CTB技术首发车型为海豹,该车型一上市即成爆款
具有豪华质感的整车造型技术
近两年来,比亚迪汽车整体造型及内外饰的演变明显改变了人们对国产车的审美印象,高端、大气、上档次,完全媲美德、美、日品牌的豪华车, 不管是王朝系的元、秦、宋、唐、汉,还是新推出海洋系列的驱逐舰、海鸥、海豚、海豹、海狮,其外观造型都非常适合中国人的主流审美意识而又不失其引领潮流的现代感。
这一些的变化是继2016年奥迪前设计总监沃尔夫冈·艾格正式加盟比亚迪成为比亚迪的设计总监、前法拉利外饰设计总监欢马·洛佩慈和奔驰前内饰总监米歇尔·帕加内蒂于正式加盟比亚迪而起到了大师级的引领作用,提升了比亚迪汽车的整体造型技术水平和审美高度,极大的促进了汽车的销量。
超柔性生产制造技术
比亚迪汽车工厂实现了超柔性生产制造,除生产线具备多平台多车型混流生产的软硬件条件外,整个物流系统也有别于传统车企的模式,比亚迪每个生产基地的商品车停车场只能最多存放三天产量的整车,为了节省面积,有些基地还建成了立体存车库。比亚迪的理念是将传统车企的整车库存模式转变为零部件的中间库存模式,工厂严格按订单组织生产,全力以赴保交付,形成了具有比亚迪特色的超柔性生产制造体系。
举个立体车身库的例子,比亚迪的超柔性生产制造系统关键技术之一就是建立高度自动化和智能化的焊装白车身立体库和涂装彩色车身立体库。彩色车身库整个仓库位于涂装和总装车间之间,一方面它承担着涂装车间生产的彩车身的存储缓冲作用,另一方面它又能根据总装车间订单顺序变化对彩车身进行实时排序出库,精确排产后的车身到总装上线点有满足2小时生产的车身数量,便于总装排序上线零件的准备及拉动总装所需零部件的准备。彩色车身立体库实现了车身从出涂装—分配库位-入立体库--出库-排序-进总装全流程的智能化、自动化运行,实现了安全、稳定、高效、精准的车身仓储管理,同时车身实现了同一颜色车身批量涂装,降低了频繁换颜色的油漆损耗,总装按班生产计划及经济批量排序生产,同时也降低了管理成本和物流成本。
图源:中鼎集成
某基地彩车身立体库高17.2米,包含仓储区和输送区。仓储区包含7个巷道,规划了7台双立柱堆垛机以及917个货位、7个维修货位。输送区共设计四层输送线,一层:对总装二线出库;二层:对总装一线出库;三层:涂装一线入库;四层:涂装二线入库。整套系统高效快速,生产节拍可达120JPH,出入库自动化输送线与生产线柔性连接,实现了立体库与车间输送线的智能化转接。
比亚迪彩车身立体库采用定制化的WMS系统,并与比亚迪的终端系统MES系统无缝对接,实现对整个物流系统进行全流程的管控。WMS将库存信息上传到MES,然后MES将库存信息与生产计划做匹配;用户直接通过MES将计划内的库存车身出库任务下发到WMS,WMS按照顺序安排出库。
超宽大电池包合装技术
为了提升插电混动车型和纯电车型的电动续航里程,电池包的尺寸设计也越来越大,越来越宽,比亚迪的工程师们开发了以满足超宽电池包合装技术为特色的一系列混动/电动汽车制造的新工艺新技术,满足了不同尺寸大小的混动车/电动车的混流生产及质量保证要求,特别是在总装底盘合装后设计了一条电池包合装线,采用车身载具托车轮的方式,完全释放了装配工艺上对电池包大小的限制,为比亚迪汽车大批量高节拍生产新能源汽车奠定了技术基础。
超宽大电池包合装技术是比亚迪先进的新能源汽车制造工艺技术之一,这些核心制造技术的掌握及应用为比亚迪大批量低成本、高质量制造新能源汽车奠定了基础。
零部件深度垂直整合技术
比亚迪深度布局、垂直整合新能源汽车产业链,从上游原材料到中游零部件再到下游整车,形成完整闭环,产业链协同效应显著。成立弗迪电池、弗迪动力、弗迪视觉、弗迪科技、弗迪模具(弗迪精工)五家弗迪系子公司,进一步加快新能源核心零部件的外供业务,所谓的“垂直模式”是一种纵向一体化模式,即将供应链一个一个环节进行分解,形成垂直一体化,纳入自己体系当中。换句话说就是“能自己做的都由自己来做。”
除了汽车轮胎和玻璃,比亚迪具备了几乎所有核心零部件的自主研发生产能力。得益于这一模式的顺利实施,比亚迪通过对于上游原材料成本的控制,最大限度的降低了生产成本并极大的提高了生产效率,这使得比亚迪拥有了低成本的竞争优势。在进入汽车行业之后,比亚迪就开始对整个汽车产业链进行布局,上至电池金属原材料,下至汽车模具、IGBT……比亚迪供应链体系,简单来说,就是垂直整合,能自己造的汽车元件就自己造。车身上所有钣金件都是自己冲压的,模具是自己造的,车身上的焊点都是自己焊的,夹具是自己造的。不仅自己造动力总成零件,而且自己造底盘零件,不仅造机械件还造自己造电器元气件,比如线束、安全气囊、大灯、控制器等。
比亚迪在规划设建整车生产基地时不仅规划建设整车厂生产所需的完整的冲、焊、涂、总工厂,而且同步规划建设自己的零部件工厂,主要建设了塑料件工厂、线束工厂、车灯工厂、底盘件工厂、电动总成工厂、电机工厂、精工中心、齿轮工厂、电控工厂、电源工厂、制动器工厂等新能源汽车核心零部件生产工厂。
另外比亚迪2020年正式成立比亚迪半导体事业部,负责研发生产包括车规芯片在内的各类集成芯片,把新能源核心芯片业务也牢牢掌握在自己的手中。
比亚迪汽车供应链上的企业都是独立核算的,有严格的考核指标,在满足自身高速度发展的同时,还承担了对外合作和销售任务,动力电池、安全气囊、热管理系统等重要零部件都对外销售,参与市场竞争。
比亚迪的零部件深度垂直整合技术,能让全产业链齐心协力,上下依令而行,为比亚迪新车型开发赢得了时间和成本优势,在这个快鱼吃慢鱼的时代,想不成王都难。
结束语
总之,比亚迪汽车公司在以“技术为王,创新为本”的发展理念指导下,长期坚持在主业产品研发上投入大量的资金和人力,取得了丰硕的技术创新成果,本文总结的八大核心技术只是这些成果中最重要的一部分,也是改变比亚迪汽车形象、开创比亚迪汽车新时代的核心技术成果。
创新和技术研发焕发了比亚迪汽车的勃勃生机,事实再次证明并将继续证明,中国的汽车工业只有实实在在地创新,踏踏实实地研究,掌握核心技术,才能在新能源汽车浪潮中阔步前行,闯出一番新天地,改变原有的汽车工业格局,实现超越式发展。
三大造车核心技术已形成 比亚迪坐稳新能源车企“领航者”
6月10日,比亚迪股价创下历史新高,盘中最高达350元/股,成为首个迈入“万亿市值俱乐部”中国汽车品牌,在全球仅次于特斯拉与丰田集团。销量方面,今年1-5月,比亚迪累计销量更是达到了50.9万辆。
产品热销,资本市场认可,比亚迪凭借的是什么?走进比亚迪礼宾楼一楼展厅,也许能找到答案。一面高大的展示墙上写着“技术为王 创新为本”八个大字,四周是比亚迪多年来申请到的数万份专利证书中挑出的三千多份专利证的复印件;另一面墙上则是公司获得金银工匠精神奖章的优秀员工。
经过多年深耕,比亚迪已经掌握了“刀片电池”、DM-i混动技术、e系列造车平台等一系列新能源车的核心技术。“技术为王,创新为本”,已经内化为比亚迪发展的思想基础。
坚守磷酸铁锂技术,力推“刀片电池”,安全是首位
比亚迪靠电池起家。公司创立之初,主要生产镍氢、镍镉和锂离子电池,并在2000年后陆续进入摩托罗拉、诺基亚等国际手机巨头的电池供应链实现市场份额的快速提升。2008年,比亚迪成为全球最大的充电电池制造商之一。公司创始人王传福也被誉为“电池大王”。
现在回头去看,当时的“电池大王”只是个开始。2003年,比亚迪进入汽车行业。2006年,搭载比亚迪磷酸铁锂电池的F3e纯电动轿车研发成功。从此,比亚迪踏上了引领和推动新能源变革的征程。
在新能源车动力电池领域,市场上一直有三元锂电池和磷酸铁锂电池技术路线的争论。前者成本高但续航时间长,后者续航略差但成本低且安全性高。作为新能源汽车领导者,比亚迪一直毫不动摇地将“安全”放在首位,多年来从未放弃对磷酸铁锂动力电池技术的研发和创新。
2020年3月,“刀片电池”应运而生。这款电池采用磷酸铁锂电池体系,以铝壳分装,将长96厘米、宽9厘米、高1.35厘米的单体电池,通过阵列的方式排布在一起,像“刀片”一样插入到电池包中。
据介绍,“刀片电池”将电芯进行扁平化设计,采用无模组技术(CTP)组成电池包,可以极大提升电芯的成组效率,将内部空间的利用率提升到了60%左右。与传统磷酸铁锂电池相比,“刀片电池”的放电倍率大幅提升,充电循环寿命超4500次,寿命长达8年120万公里,成本可以降低约25%,电池体积比能量密度提升50%。
如果关注新能源动力电池,你一定看过这样一个视频:“刀片电池”被钢针穿透后,不仅没有明火,甚至连烟雾都没有冒出,表面温度仅在30℃~60℃之间。在针刺试验之外,“刀片电池”还通过了挤压、炉温、浸水、过充等严苛测试,全面安全性能得到了充分的验证。
发布会上,比亚迪董事长兼总裁王传福提到最多的还是“技术创新”。他表示,“今天,我们发布的刀片电池,也是源自比亚迪当年进军新能源汽车产业的初心:用技术创新,满足人们对美好生活的向往。这是我们的初心,也是我们的使命!”
与此同时,比亚迪还在逐步探索动力电池外供路径。王传福此前曾在公开场合表示,“刀片电池已经开始向全行业外供。未来,刀片电池将陆续搭载在国内外各主流品牌的新能源车型上。”
由于技术优势,比亚迪的动力电池业务表现非常抢眼。统计数据显示,今年4月,比亚迪的动力电池市占率从3月的19.24%提升近13个百分点,涨至32.18%。自此,国内动力电池行业,宁德时代“一家独大”的局面被打破,呈现宁德时代和比亚迪“双雄争霸”的格局。
e平台实现点-线-面的技术突破,打造下一代电动车的摇篮
汽车的平台化能够有效降低制造的成本、提升生产效率,同一个平台可以诞生出多款车型来。随着新能源汽车的发展,以电池起家的比亚迪意识到专属纯电动车的平台的重要性。
2010年,比亚迪打造了新能源造车专属平台e平台1.0,并推出首款纯电动车e6,打开了新能源市场的大门。在e平台1.0时代,比亚迪的重点是对单个零部件的突破,比如高电压架构、高转速大功率电机等,从而实现了三电关键技术平台化。
e平台2.0时代,比亚迪将技术重心指向了关键部件平台化,通过对单个系统的创新,从而提高整车竞争力。这一阶段也为比亚迪带来了实际成效,以汉、唐、宋、元等为代表的新能源汽车,2021年内实现累计100万台销量的突破,也让比亚迪成为了新能源行业的领头羊。
e平台3.0是比亚迪技术的集大成者。在前两代平台的基础上升级而成,e平台3.0实现了从三电零部件—整车关键系统—整车架构的三个层次的平台化,集成度越来越高,带来整车用户体验提升的同时,能耗却在下降。
业内人士表示,“从三代e平台的发展来看,比亚迪逐步实现了点-线-面的技术突破,从第1代的三电零部件到如今的纯电架构的实现,比亚迪的电动平台集成度逐步提高。”
e平台3.0最关注的仍旧是安全。据介绍,e平台3.0不仅延续使用了超安全刀片电池,并将刀片电池与整个车身融为一体,打造了纯电专属的传力路径,让整车刚性再加强,具备全球法规超五星安全的能力,在顶级燃油车型上很难达到的强度,在e平台3.0打造的车型上能轻松做到,让燃油汽车结构强度的上限成为纯电动汽车的下限。
更重要的是,e平台3.0将对外开放。业内人士分析,通过将纯电平台开放,比亚迪电动车供应链外供体系将进一步强化。此外,对外开放还可以直接创造外配收入,也可以磨练核心部件市场竞争力,实现更高规模效应,降低自身的单车成本,在关键时期取得更好保供效果。
时间来到2022年,比亚迪继续向全新技术发起挑战,为e平台3.0继续赋能,推出了CTB电池车身一体化技术。
比亚迪CTB技术是在CTP技术的基础上进一步优化,车身与电池系统不再是独立个体,将其进行高度融合。这项技术能全面保障电池安全,同时减少电池设计对车辆其他性能的影响,对整个行业来说都有建设性意义。
对于e平台3.0,比亚迪集团董事长兼总裁王传福寄予厚望。“e平台3.0是比亚迪多年知行合一的产物,是比亚迪在新能源汽车变革中,从上半场电动化转向下半场智能化的最关键布局,是下一代电动车的摇篮,助力全球实现绿色梦想。”
混动技术多轮迭代,真正做到“快”且“省”
如果说刀片电池的研发是有章可循的,那么DM超级混动系统无疑是比亚迪在“零基础”的条件下研发的一项技术。
在混动汽车领域,丰田和本田起步较早,在比亚迪之前已经积攒了深厚的技术储备并申请了大量专利。总的来说,自主品牌要想在混动领域突破,基本上避不开丰田和本田的混动技术。
然而,在混动技术不被传统车企看好的背景下,比亚迪于2004年启动了混动车型项目研发。2008年,比亚迪终于取得突破,推出了第一代DM双模混合动力技术,并搭载在了比亚迪全球第一款正式量产的插电式混动汽车F3DM上,F3DM也是全球第一款不依赖专业充电站的新能源汽车。
此后,DM已经成为比亚迪插电式混动技术的代名词。比亚迪相关负责人说,“全球范围内,DM插电式混动技术做得最早、做得最火的企业之一就是比亚迪。”
2013年,比亚迪进行了技术迭代,发布了第二代DM技术,主推“542”战略,即百公里加速5秒以内,全时电四驱,百公里综合油耗2升以内。
2018年,比亚迪发布第三代DM技术,新增了一个BSG电机(皮带启动发电一体机),让车不再没电,一直有电。据介绍,第三代DM系统功率比二代提升19%,综合油耗比行业同级别车型低30%,搭载于全新一代唐DM车上。
2020年6月,比亚迪DM推出双平台战略,分别是主打高性能的王者混动DM-p,以及主打低油耗的超级混动DM-i,全力做到“快、省、静、顺、绿”。
其中,比亚迪DM-p混动系统基于第二代和第三代DM系统发展而来,承袭了“三电机+双离合变速器”的混动方案,在大功率电机+大容量电池两大技术保障下,搭载比亚迪DM-p混动系统的车型再次有了质的飞跃。
除DM-P外,比亚迪还发布了双电机混动系统,在发动机、电机、电控、电池等各项指标全面突破,打造出DM-i超级混动。2021年,比亚迪相继推出了秦Plus DM-i、宋Plus DM-i和唐DM-i等三款车型,迅速成为当年的爆款车型,产品供不应求。
DM-i车型热销之后,比亚迪又趁热打铁,推出了在性能上更进一步的DM-p王者混动技术。6月9日,比亚迪DM-p王者混动正式发布,首款基于该技术平台打造的SUV唐DM-p也开启了预售。
DM技术不断迭代,比亚迪的市场占有率也在进一步扩大。2022年第一季度,比亚迪DM插电式混动乘用车累计销售14.15万辆,同比增长857%;纯电动乘用车累计销量达14.32万辆,同比增长271%。
从数据不难看出,混动车型销量占比近五成,足见DM插混技术对于比亚迪的重要性。某种程度上来说,比亚迪DM技术引领插混市场革命。也正是凭借DM系列的放量,比亚迪汽车业务进入新一轮上升期,市场份额遥遥领先。
技术为王,创新为本,坐稳新能源车企“领航者”
从“刀片电池”、DM-i超级混动技术到e系列造车平台,从用户认可、销量激增到市值破万亿,比亚迪正是凭借着领先的技术,成为新能源汽车市场的“领头羊”。
比亚迪汽车品牌及公关事业部副总经理杜国忠表示:“技术为王、创新为本是比亚迪一贯的发展理念。我们在新能源汽车领域坚守了十多年,凭借刀片电池、DM-i超级混动、DM-p王者混动、e平台3.0、CTB电池车身一体化等颠覆性技术,实现了技术、产品和市场的全面爆发。”
杜国忠认为,新能源车市场蛋糕越做越大,迭代速度越来越快,市场竞争也越来越激烈,比亚迪需要不断发展自己,借助快速决策能力创造优势。
“目前,比亚迪拥有4万名技术研发人员,平均每个工作日申请专利11件,授权9件。”杜国忠介绍,比亚迪每进入一个新的产业,都会打通这个产业所有核心技术,并逐步形成完整产业链,形成“技术鱼池”,当市场需要时就捞出一条“鱼”来。“当行业发生变革的时候,核心技术牢牢掌握在自己手里,才可以避免被‘卡脖子’的情况。”
对于比亚迪的技术突破问题,王传福曾这样解释,“汽车行业处于变革的关键期,变革就要有创新的技术,要能解决市场的痛点”。
今年4月3日,比亚迪发布公告,将停止燃油车的整车生产,成为“全球首家停产燃油车的传统车企”。未来,在汽车业务上将专注于纯电动和插电式混合动力汽车业务。
对于未来,技术创新一再被强调。在2021年年度股东大会上,王传福表示,“公司加大研发力度是既定战略,未来几年还是会保持高强度的研发,从而不断地推陈出新。”
文/图:邱墨山 张枫
*推广
比亚迪有哪些核心技术?
从2022年新能源汽车的销量数据来看,比亚迪的成就是有目共睹的。比亚迪能取得如此优异的成绩跟多方面因素有关,例如企业本身近二十年的深耕,国家政策,产品策略等。即便比亚迪已经是2022年全球新能源汽车的销冠,依然有不少质疑之声,其中最典型的争论当属比亚迪到底有没有核心技术,比亚迪宣传的核心技术在行业中横向比较是否有绝对性的优势。
上图为比亚迪的企业口号-技术为王,创新为本。前段时间介绍过特斯拉的核心技术,相信大家也很想系统地了解一下比亚迪的核心技术。比亚迪的主要技术包含以下三个方面:
1.成熟的核心技术:刀片电池技术,DM-i/DM-p超级混动技术,八合一电驱总成技术,CTB电池车身一体化技术,e平台3.0技术,IGBT技术。
2.新兴技术:e四方技术,云辇系统。
3.其它优势:丰富的产品矩阵,全面的产业链布局,全国性的渠道门店。
本文主要介绍一下比亚迪赖以夺冠的成熟的核心技术以及其它优势,即1和3两部分,2部分的新兴技术将在后面的文章里详细介绍。
成熟的核心技术如下:
一.刀片电池技术
传统电动汽车电池由于存在大量结构件,整个电池包空间利用率只有40%左右,就像买房时候的公摊面积,花了100平米的钱,到手只有40平米的房子。空间利用率低就导致同样的体积和重量只有更短的续航。
2020年3月,比亚迪推出刀片电池,开创业内先河。刀片电池是基于方形铝壳来做的一种长电芯电池方案,正极材料采用磷酸铁锂,负极材料为人造石墨。将电芯做成又长又薄的长条形状,酷似“刀片”。虽然没有在材料上进行重大的创新,但刀片电池在结构和工程技术上是全球首创,在比亚迪原有的电芯的尺寸基础上,减薄电芯的厚度,增大电芯的长度,将电芯进行扁长化及减薄设计。
同时刀片电池将电池阵列作为骨架,通过高性能胶黏剂将上盖、底板与电池阵列粘合成一个整体,实现超高集成效率,超高强度和刚度。与传统的电池系统相比,采用刀片电池的电池系统零部件数量减少40%以上,比能量密度虽然只提升了9%,但体积能量密度可增加50%以上,成本可下降30%以上。
目前刀片电池有单串刀片电池、多串刀片电池和多串方块电池三大类。灵活性高,多种长度厚度可供选择。刀片电池本身的结构就可以充当横梁和纵梁的结构,同时在电池包的上层和下层增加蜂窝铝板的结构,大大地提升了电池包的结构强度。
比如比亚迪DM-i系统搭载的专用功率型刀片电池,单节电压超过20V,单节电量最大1.53度,传统电池包有近100节电芯,而刀片电池的整个电池包,只有十几节电芯,大大减少了电池间的连接,零部件个数减少35%。比亚迪刀片电池在安全、寿命、低温、充电、功率及能量等六大关键性能指标方面都处于领先位置,为比亚迪电动车赢得了极好的声誉。
刀片电池的优点:
安全:比亚迪刀片电池的针刺测试直观地展示了动力电池的安全隐患;董事长王传福表示,刀片电池将把自燃这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。针刺测试的核心目的是为了模拟电池被异物贯穿,发生内短路的情景。尽管实际用车过程中发生的概率并不高,但针刺测试的结果几乎验证了工程师出身的王传福的话,使用磷酸铁锂刀片电池,配合智能的电池管理系统,确实大大降低了电池自燃的可能性。
空间利用率高:刀片电池通过结构创新,在成组时可以跳过“模组”,大幅提高体积利用率,最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。相较传统的有模组电池包,“刀片电池”的体积利用率提升了 50%以上,续航里程已经达到了高能量三元锂电池的同等水平;
刀片电池的推出将比亚迪新能源汽车与“安全”紧密地联系了起来,迅速获得广大 消费者认可。首款搭载刀片电池的比亚迪汉一经推出,月销量迅速攀升,成功立足国内中大型 C 级豪华轿车市场。
刀片电池的缺点
其缺点是被碰撞后的修复更为困难。可以想象,薄如刀片,又利用每个电芯自身作为支架,失去了支撑结构的保护屏障,在受到外力冲击下,就无法保证电芯的完整性。
2.DM-i/DM-p超级混动技术
2022年比亚迪的180W辆销量中,约有50%是油电混动车型贡献的,可见其混动技术还是有过人之处的。
在介绍DM-i和DM-p的技术前,先简要介绍一下比亚迪的DM-i和DM-p到底是什么,i和p到底有什么区别。
DM,即dual mode,意为双模块,既可以插电,也可以加油。
i是 intelligent,聪明的;p 是 performance,性能强的。
DM-i是单电机,动力和油耗相对均衡;DM-i比DM-p便宜,续航距离更长,油耗更低;
DM-p是前后双电动四驱,电控悬架,可以调节刚度、减振器的阻尼以及车身的高度;刹车也更好,更有操控性。动力更强劲,雨雪天气路滑时更从容;电控悬架,操纵稳定,通过性好,更舒适。
总体来说,DM-i主打经济性,而DM-p主打的是动力性。
比亚迪持续不断地研究DM混动技术,2008年,成功研发出第一代DM技术,采用双电机串并联结构;2013年,比亚迪推出第二代DM技术,采用水冷电机与双离合变速器相集成(P3),匹配发动机组成混合动力总成,并在后轴增加驱动电机(P4),形成三擎四驱系统,实现了百公里加速5秒以内的惊人成绩;2018年,比亚迪在第二代DM技术的基础上,增加开发了PSG辅助电机(P0),使双模车的动力性、经济性和平顺性全面提升,称之为第三代DM技术;2021年,比亚迪重磅推出第四代混动技术DM-i,实现了插电式混动领域上新的突破。亏电油耗百公里3.8升、油电综合续航里程超1200公里、百公里加速7秒级别,搭载在秦PLUS、宋PLUS、唐、汉等车型上,成为市场主流混动技术,带领车型大卖。
比亚迪的DM-i超级混动技术的核心组件包括:骁云插混专用发动机(其中有两个不同的版本—1.5L发动机主要用于秦PLUS、宋PLUS;而1.5T涡轮增压发动机则用于更大型的唐DM-i车型)、EHS双电机、专用刀片电池,加上一系列的整车控制系统、发动机控制系统、电机控制系统、电池管理系统,共同构成超级混动系统。
EHS电混系统是DM-i超级混动技术的核心,它集成了双电控,双电机和离合模块。两台电动机一台负责发电,另一台负责驱动和能量回收,采用了扁线绕组技术的两台电机转速可达16000rpm,拥有非常宽泛的经济区间,最高热效率达到97.5%,相同功率下电机的体积更小,更节能。
那么,同样是混动技术,比亚迪的DM-i超级混动技术,相比增程式、传统混动的优势究竟在哪里呢?
EHS电混系统采用串并联结构,由双电机、双电控、直驱离合器、电机油冷系统、单档减速器组成,可实现以下几种工作模式:
(1)EV纯电驱动模式:起步或中低速时,发动机不启动,由驱动电机单独驱动车辆纯电行驶,在市区开车就相当于是一辆纯电动汽车;
(2)HEV串联模式:中高速行驶时,发动机工作在最佳经济区间,带动发电机进行发电,电能驱动驱动电机,维持电量平衡。当发电机供电不足时由电池向驱动电机补充电能,当发电机供电充足时,额外电能向电池充电。
(3)HEV并联模式:高速行驶或大功率输出时,发动机与电机共同驱动车辆。
(4)发动机驱动模式:高速巡航时,离合器结合,发动机工作在最佳经济区间。
DM-i超级混动系统以电为主、以油为辅,当DM-i车型电量充足时,就相当于一台纯电动车,电机的动力供应足够在各种路况下行驶,而当电量不足时,DM-i车型就会根据系统工况,自主判断用电还是用油,抑或是油电协同,既能享受电动汽车的驾趣,又能长途行驶里程无忧,满足了大多数用户的需求。
DM-p在DM-i基础上,后桥加了电机,技术上不先进,但性能提高很多;缺点是整车重量增加,续航里程减少了一些。
三.八合一高效电驱总成技术
电驱系统是纯电动汽车的核心,可以粗浅地理解为类似于燃油车上的发动机的作用,它主要包含了高性能动力电机、电力电子控制单元和减速器等部分。所谓的三合一、四合一乃至比亚迪的这套八合一电驱,本质上都是电驱集成化设计的范畴。随着新能源车技术的快速发展,新能源车拥有越来越多的功能和更好的性能,电驱集成化也为了优化效率、能量密度等参数而快速发展着。
最初的电驱系统不存在集成化设计,驱动电机、电控系统、减速器等部件均单独布置,各部件之间通过线束等连接件进行连接,从而导致当时的驱动系统十分冗杂。而随着技术壁垒的逐渐打破和技术成熟度的不断提高,目前各大主机厂已将电驱系统的深度集成化作为三电系统重要发展方向之一。
比亚迪研发的八合一高效电驱总成,集成了驱动电机、减速器、驱动电机控制器、高低压直流转换器(DCDC)、双向车载充电器(OBC)、高压配电箱(PDU)、电池管理器(BMS)、整车控制器(VCU)八大模块,其整体性能较上一代功率密度提升20%,整机重量和体积分别降低15%、20%,系统综合效率达到89%,其最大功率270kw,具备前驱、后驱、双电机四驱三种驱动形式,满足A0级到C/D级车型动力搭载需求。
下面单独介绍一下八合一电驱的八个功能区都各自分别负责什么功能:
? 驱动电机:驱动电机和燃油车上的发动机一样,它的作用是将电池的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。它承担着电能转化和充电的双重功能。它由由电机、旋转变压器、温度传感器、冷却循环水道和壳体等组成。
? 电机控制器:电机控制器是通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。根据档位、油门、刹车等指令,将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能,来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态,或者将帮助电动车辆刹车,并将部分刹车能量存储到动力电池中。
? 减速器:电机和发动机一样都是高速旋转的机械部件,其单位是5000转/分钟,而车轮的转速相对而言是低速度的。想要把电机的高转速匹配成车轮旋转的转速必须要通过减速器来降低转速、增加转矩。因此熟悉电机的朋友经常看到的所谓传动比或者速比的概念,说的就是:(传动比)速比=电机输出转数÷减速机输出转数。
? 车载充电器:车载充电器的功能是调整输出电压,它采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来实现。
? 直流变换器,也称DC-DC变换器,它是将一个直流电压转换成负载所需的直流电压的转换器,也就是将电池存储的直流电压转换为驱动电机驱动车辆所需的直流电压。
? 配电箱:车载高压配电箱顾名思义是高压电的分配用,当动力电池上电后高压电首先进入到高压配电盒内,通过配电盒内的分配线路给需要高压的系统供电,比如,MCU,DC/DC,空调等需要高压的元件,它是电控总成的核心部件。
? 整车控制器:即动力总成控制器,它连接加速踏板、控制电机控制器、电池管理系统、直流电压变换器DC/DC、电动助力转向系统EPS、真空助力系统、空调系统、组合仪表。整车控制器能够统计整车所有电气设备的功耗,对比动力电池能够提供的电量,根据功率模型计算结果,输出控制器指令信号至电机控制器,电机控制器调整牵引电机的转矩值。
? 电池管理系统:电池管理系统的作用是在拥有数千个电芯的电池系统里,监测每一个电芯、精确评估每一个电芯并且高效管理每一个电芯,确保所有电池保持一致的良好状态,才能实现系统的高性能、长寿命和安全运行。
比亚迪八合一电驱总成集成度高,系统软硬深度融合,是全球截至目前唯一一家能够开发且量产八合一电驱总成的车企,核心在于其对功率模块、芯片的产业链掌控。
八合一电驱动总成还分为前驱和后驱两个版本:
前驱八合一电驱动总成:峰值功率 150kW ,峰值扭矩 310N·m ;
后驱八合一电驱动总成:峰值功率 270kW ,峰值扭矩 360N·m 。
四.CTB车身电池一体化技术
2022年5月20日,比亚迪发布了CTB电池车身一体化技术及首款搭载了CTB技术的e平台3.0车型。
所谓CTB技术(cell to body),即电池与车身一体化技术,同步设计电池包和车身底板,将车身底板+集成电池上盖+粘接剂+电芯+粘接剂+托盘组成一个整体,也就是说将将电池包与底板融于一体,电池包上壳体替代了中地板的一部分结构,让电池包直接成为车身结构的一部分,电池包上盖与门槛及前后横梁形成的平整密封面通过密封胶条密封乘员舱,底部通过安装点与车身组装,这样动力电池包既是能力体,又是结构体,在减低车身自重的同时,又加强车辆的整体强度。
比亚迪CTB电池车身一体化技术简化了车身结构和生产工艺。将电池上盖与车身地板进一步合二为一,从原来电池包“三明治”结构,进化成整车的“三明治”结构。动力电池系统既是能量体,也是结构件。这种融合简化了车身结构和生产工艺,是对传统车身设计的一次变革。
CTB刀片电池包的结构灵感,来源于蜂窝铝结构。刀片电池相邻电芯可以紧密排列在一起,通过上盖板和底板组成类蜂窝结构。这让CTB刀片电池包的结构强度得到突破,能够顺利通过50吨重卡碾压的极端测试。同时,CTB技术实现了车身与电池系统的高度融合,整车扭转刚度提升一倍。搭载CTB技术的纯电动车型,车身扭转刚度可以超过40000N·m/°。
CTB技术实现了整车强度和刚度的提升,进而实现了安全性能的提升,可以满足“超五星”的安全标准。搭载CTB技术的e平台3.0车型,正碰结构安全提升50%,侧碰结构安全提升45%。
得益于CTB刀片电池包的安全和结构强度,车型性能指标的发挥空间更广。高扭转刚度意味着车辆在不同工况下,形变量更小,车体响应更快,车辆弯道操控体验有明显提升。同时,CTB刀片电池包的质心更均衡,实现整车50:50黄金轴荷,车辆的稳定性更好、惯量更低、车身响应跟随更快。
CTB技术融合了电池包壳体、车身结构和装配工艺设计的技术,是对新能源车身设计及总装工艺技术的一次颠覆性变革,CTB技术首发车型为海豹,该车型一上市即成爆款。
五.e平台3.0技术
比亚迪e平台3.0,首发车型比亚迪海豚,后来又发布了元Plus、海豹。3.0平台进一步加强结构集成。
e平台3.0将标配全球首创的八合一电动力总成,最大行驶里程将突破1000km,充电5分钟即可最大行驶150km。并配合上首创的动力电池直冷直热技术,从而有效提升热效率,降低能量损耗。此外在宽温域高效热泵系统的加持之下,其可实现-30℃到60℃的宽域工作温度,将冬季续航里程最大提升20%;全新电四驱动力系统,零百加速快至2.9秒,让用户在享受四驱电动车的高性能的同时,仅消耗两驱车的能耗。最大行驶里程突破1000km;采用全球首创的电驱升压快充技术,充电5分钟,最大行驶里程可达150km。
e平台3.0通过高效集成,突破车辆在传统设计中的桎梏,其将采用前后悬更短、轴距更大的设计,从而使得车身姿态更显低趴,而车内空间也将同时得到进一步提升。
e平台3.0技术其实也囊括了上文中的八合一动力总成和刀片电池,除此之外,高效热泵系统也值得一提。
宽温域高效热泵系统热泵技术可是这几年在纯电动车型上出现比较多的一个东西,它的应用就是来解决纯电动车型在低温冬季续航衰减的问题。但传统的热泵技术依赖性强,在低温环境无法更有效地工作。
所以 e 平台 3.0 中采用了比亚迪全新的宽温域高效热泵系统, 拥有 11 种工况模式,可在 -30 ℃- 60 ℃ 进行宽温域工作。
该热泵系统实际上是在车上搭载一个全新的热管理系统来对三电系统模块进行综合温控。同时,这套宽温域高效热泵系统还采用了冷媒来对电池进行温控,相比传统的冷却液,冷媒的热效率最高提升 20% 。
官方号称:标配宽温域高效热泵技术的 e 平台 3.0 的低温续航里程可提升百分 20% 。
总体来说,比亚迪e平台3.0从多个方面提升了电动车的性能,动力系统集成了高安全性,高密度的电池——刀片电池,是磷酸铁锂电池的承包能量密度,进一步接近三元锂电池的能量密度。驱动电机采用了碳化硅、扁线绕组等技术提高了驱动电机的能量转换效率。同时在3.0上搭载了比亚迪全新一代电气架构,采用了比亚迪os系统,使整车更具有科技性。宽温域热管理系统能够适应极端低温下的空调使用需求解决用户的后顾之忧,同时更加节能环保。
六.IGBT技术
新能源汽车的成本构成中,最大头是动力电池,第二高的就是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)。作为与动力电池电芯齐名的“双芯”之一,占整车成本约5%左右的IGBT,正在变得越来越重要。
IGBT能有多重要?就在于,它能直接控制驱动系统直、交流电的转换,决定电动车扭矩和最大输出功率等核心指标,可谓“牵一发而动全身”。
不过,对于比亚迪来说,其IGBT技术达到了什么程度?在整个IGBT格局中,比亚迪处于一个什么位置?
打破垄断
作为一种功率半导体,IGBT应用非常广泛,小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业。此外,IGBT还是国家“02专项”的重点扶持项目,已经全面取代了传统的Power MOSFET,被称为电力电子行业里的“CPU”。
在新能源领域,IGBT的应用也非常重要。比如,在电动汽车的“三电”方面,TESLA的Model S使用的三相异步驱动电机,其中每一相的驱动控制需要使用28颗塑封的IGBT芯片,三相共需要使用84颗IGBT芯片。算算总量,就可知需求的庞大。此外,充电桩的核心部件也要用到IGBT芯片。
但是,长期以来,被垄断在少数IDM(Integrated device manufacturer)手上,比如英飞凌Infineon、富士电机、三菱等外资企业。
按照2018年的相关统计,在一辆纯电动汽车中,IGBT约占驱动电机系统成本的一半,而驱动电机系统占整车成本的15~20%,也就是说IGBT占整车成本的7~10%。而据中信证券报告显示,IGBT目前在插电混动车型上约占2500~3500元成本,A级以上纯电动车IGBT单车成本在2000~4000元,豪华车相对高一点,在5000元以上。
从IGBT的应用电压来看,汽车主要是600V到1200V之间,这个区间里英飞凌Infineon具有压倒性优势,安森美虽然在600V-1200V领域也有市场,但主要是非车载领域。而三菱和富士电机瓜分了日本市场,丰田混动所用的IGBT全部内部完成,有自己完整的IGBT生产供应链。
根据上市刚刚两个月的斯达半导的年报,其去年生产的车规级 IGBT 模块已经配套了超过 20 家车企,合计配套超过16万辆新能源汽车(而根据NE时代的统计,2019年斯达供应了17,129套IGBT模块,市占率1.6%。)如果加上在工业控制及电源行业、变频白色家电及其他行业的应用,斯达半导的IGBT营收已经超过了比亚迪半导体。
就IGBT技术实力来看,比亚迪发展到了IGBT 4.0(相当于国际第五代),而斯达半导已经发展到了第六代,该公司基于第六代Trench Field Stop技术的650V/750V IGBT 芯片及配套的快恢复二极管芯片,已在新能源汽车行业实现应用。
比亚迪打破国际巨头的垄断,是值得高兴的事。不过,值得注意的是,如果按照之前2019年比亚迪IGBT自供比率约在70%(或以上)的预测,也就是接近15万套来算,对外供应的量也就是4万多套,比亚迪还是相当保守的。
也就是说,比亚迪生产的IGBT大部分都是自产自销,装载在自己品牌的车上,只有少量对外供货,其在IGBT市场上的影响力还是很弱的,市场占有率更是少于1%。
从全球看,IGBT目前已经发展到7.5代,第7代由三菱电机在2012年推出,三菱电机目前的水平可以看作7.5代,而比亚迪2018年12月12日才发布IGBT 4.0技术(也就是国际上第五代技术),所以说,目前的差距还是依然值得正视的。
其它优势如下:
优势一:丰富的产品矩阵-定位精准
比亚迪覆盖主流价格带的新能源车型,并拓展高端市场,构建包含“海洋+王朝+腾势+仰望”的产品矩阵。纯电方面:通过高性价比,定位 10 万元以下、20 万元以上的增换购用户群体;插混方面:通过燃油经济性+智能化升级,定位于 10-20 万元的首购用户群体。
优势二:全面的产业链布局-成本严控
比亚迪旗下子公司覆盖新能源汽车核心零部件,涉及刀片电池方面(叠片工艺/CTB 技术)、以及车规半导体(IGBT/碳化硅)。
优势三:全国性的渠道门店-广泛布局
截至 2022年底比亚迪累计经销门店超过 2,855家;数量多+覆盖均衡,为销量爬坡奠定较强的渠道基础。
优势四:政策性的新能源赛道-行业风口
比亚迪没有“抓住”政策,也没有“抓住”机遇;是比亚迪在新能源车领域深耕在前,政策机遇到来在后;你只管努力,剩下的交给天意。比亚迪就是那个勤劳耕耘近20年,然后机会降临,一飞冲天。
小结
一方面,我们不能只把比亚迪的成功归结于自身的努力耕耘,因为其它国内车企也没有荒废时光;也不能只归结为政策红利,因为不管有没有政策红利,比亚迪都一直在默默研发投入。
比亚迪2023年的销量目标是300W辆,平均每个月是25W辆,随着新能源赛道的竞争加剧,即便是比亚迪,这一目标依然任重道远。不过依然很值得期待。
作为新能源的冠军,希望比亚迪继续投入研发,争取能在不远的将来,打破我国汽车行业在燃油车时代落后西方国家的格局,也能在世界一流汽车公司的高地拥有一席之地。那就不枉国家极力扶持新能源车的初心,也不负国人的期待。