電動汽車的安全問題主要是“自燃”,對嗎?
不完全對,車身安全同樣重要,或者說,更重要。
買電動汽車要特別關注續航,對嗎?
不完全對,最該關注的其實是“電耗”。
智慧化的標誌是能OTA升級嗎?
不完全對,現在應該看是不是“域控制”。
一塊電池成汽車新“原點”
一輛燃油車,設計的起點是發動機。
一百多年前,先有了內燃發動機,後有了汽車。燃油車的車身結構,是圍繞動力總成(發動機+變速箱)來設計的,先確定動力總成的位置和佈局,再考慮其它部分怎麼安排,於是就有了發動機縱置、橫置的區別,也有了大家耳熟能詳的前置後驅、前置前驅、中置後驅之類。
這個古老的設計套路一直沿用到現在,你看大眾最新的模組化平臺,分成發動機橫置的MQB、縱置的MLB,設計的核心都是動力總成怎麼擺佈。
受思維慣性影響,不少電動車的結構佈局參考了燃油車,有“油改電”痕跡。但電機畢竟不是發動機,電池也不能簡單去跟油箱類比,電動汽車和燃油車雖然樣子看上去差不多,終究不是一個物種。經過十幾年的進化演變,電動汽車的整車設計思路已經與燃油車分道揚鑣,說是脫胎換骨也不過分,最大的變化就是——
汽車設計的起點,由發動機轉移到動力電池上。
動力電池和電池管理系統的技術複雜度很高,而且電池體積和重量大、價格昂貴,還有非常高的安全要求,一輛純正的電動汽車,首先應該考慮把電池放到什麼位置最合理。而作用相當於燃油車發動機的電機,天生效率高而體積小,又不需要搭配複雜的變速機構,佈置起來難度小,反而退居次席。
以電池為原點的設計思路,改變的不僅僅是車身結構、造型,甚至影響了電動汽車的能量管理思路和效率。從比亞迪最新的純電動汽車平臺——e平臺3.0上,我們可以一窺目前最先進的電動汽車設計架構是個什麼模樣。
車身有何特別之處?
既然設計的起點是電池,那電池放在什麼位置最合理?
業內公認的最佳位置,是平鋪在前後軸之間的車身地板上。這樣做好處很多:佔用空間小,整車重心低,電池還處於底盤上的中心位置,可以得到很好的保護。
電動汽車的電池包平鋪在前後軸之間的車身地板上(圖為亞迪e平臺3.0示意)
僅僅是放在這個位置就好了嗎?比亞迪e平臺3.0至少透露出兩個重要的車身設計改進,均與電池有關。
第一個是“電池與車身一體化融合”。按以往的設計思路,電池包和車身地板框架是分離的,e平臺3.0把二者設計成一個整體,結構強度“強強聯合”,車身扭轉剛度提升了一倍。這不光提升了整車碰撞安全性,還能抑制車身地板的振動,提升駕乘舒適性。
為什麼比亞迪e平臺3.0會有這種獨特的思路?也許是因為比亞迪自己研發製造動力電池,比起外購電池的汽車公司,會更“自然”地產生把電池和車身做一體化設計的聯想,並有能力去實現吧。
第二個是“電動汽車專屬傳力路徑”。電動汽車的內部構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、傳動軸、油箱等,但多了一塊電池,在碰撞安全方面無疑應該採用不同的策略。e平臺3.0的車身受力框架是專門針對電動汽車設計的,車身的吸能空間、碰撞時的能量傳遞路徑均與燃油車有所區別。
大家普遍擔心電池“自燃”,實際上,碰撞發生的風險要遠高於自燃。在遭遇碰撞時,車身結構會直接影響到乘員和電池的安全,電動汽車確有必要另起爐灶,設計專屬車身。
當然,防止自燃關鍵還是看電池。比亞迪在穩定性相對較好的磷酸鐵鋰電池基礎上,研發出結構獨特的刀片電池,即使被金屬物體刺穿也不會起火爆燃,這種高安全性電池才能真正去除電動汽車的“心腹之患”。
“電耗”低才是真功夫
買電動汽車時,關注續航里程很有必要,但真正體現技術水準的是另一個指標:“電耗”。
多加電池,或降低電耗都能增加續航,但明顯加電池容易而降電耗難。
降電耗的一個思路是降車重,用鋁合金甚至是碳纖維材料製造車身,可以減輕車身重量,讓車子更省電。不過這個路子太燒錢,也會顯著增加後期維修成本。
降電耗還得從那塊電池開始考慮。驅動電動車的能量,就是充到電池包裡的電能,高壓的直流電從電池包出發,先由配電箱進行分配,一路在降低電壓後,供車上的儀表、中控、燈光、音響等低壓裝置使用;另一路送到電機控制模組,經過變流、變頻去驅動電機,電機再帶動車輪讓車子跑起來。
從比亞迪e平臺3.0上,可以看到電動汽車目前最先進的一些省電策略。
一個是零部件高度整合,在e平臺3.0上,電動力總成做到了令人匪夷所思的“8合1”。
電機、電控和減速器“3合1”目前是主流,而e平臺3.0的動力總成居然一步邁過好幾個臺階,把車載充電器、配電箱、直流變換器、電池管理器等全融合進來,做成“8合1”。原先分佈在車身各處的零部件,現在變成了一個模組。
8合1”動力總成顯示了電動汽車的高度整合潛力(比亞迪e平臺3.0首款車型海豚透檢視)
“8合1”的好處有很多,比如體積小便於靈活佈置、重量輕有助於整車輕量化,對於降電耗更是大有裨益。形象一點說,原先分佈散在各處的多個零部件要靠線束連線起來,電流要跑長長的路;現在合成一體,電流走了捷徑,電能傳輸損耗也就減少了。
電動汽車的零部件本來就比燃油車少很多,“8合1”式的整合更是讓燃油車望塵莫及,照這個路子發展下去,將來電動車內部會不會變得空空蕩蕩?
e平臺3.0另一個省電策略是使用高效“功率半導體”。
這個名詞比較生僻,業內常說電動汽車核心技術有“雙芯”,一個是電池的電芯,一個就是功率半導體晶片。簡單說,電動汽車上電流的變壓、變流、變頻都要靠這種晶片去控制,晶片效率高,電流透過時的損耗就小。比亞迪e平臺3.0中使用了自主研發的SiC功率半導體晶片,據稱電能損耗可以減少70%。
比亞迪自主研發的SiC(碳化矽)晶片是目前電動汽車上最先進的功率半導體
e平臺3.0中還出現另一個新名詞:“熱泵”。
到了冬天,電動汽車車廂裡取暖要耗電,電池保溫也要耗電,續航能力會明顯下降。引入熱泵,就是專門對付低溫續航衰減。所謂熱泵,其實是一個系統,e平臺3.0的一大特點是透過熱泵把電池、乘員艙、驅動總成、熱管理系統深度融合,整車熱量綜合利用。資料顯示,e平臺3.0的熱泵系統能在零下30度到零上60度的溫度範圍內工作,低溫續航最高能提升20%。
無“域”不談智慧
電池平鋪在地板上,整車重心低,電動汽車生來就有一幅好底盤;電機完全是線控,動力收放自如,天生適合智慧化自動控制。
汽車的智慧化不是一天搞成的,早期有個能聯網聲控的大屏就號稱智慧,近來OTA升級成了智慧化標籤,最新的智慧化標誌是什麼?
答案是:“域控制器”。
“晶片荒”導致汽車減產、漲價,讓大家知道了晶片對於汽車的重要性。汽車上的很多功能都要靠ECU(電子控制單元)來控制,從發動機、變速箱到燈光、音響、車窗、天窗、氣囊、無鑰匙進入、胎壓監測……一個ECU控制一個功能,每增加一個功能,就要增加一個ECU,現在汽車上少則有幾十個ECU、多則上百個。
這些ECU各幹各的,彼此不相往來,這就是所謂“分散式電子電氣架構”。
汽車要想智慧化,就要把這些遊兵散勇集合起來,統一指揮。比如,儀表、燈光、音響、車窗等等功能集中到一起,算一個“車身域”,一個域裡不用那麼多ECU,都歸一個“域控制器”管,這就是所謂“集中式電子電氣架構”。
比亞迪e平臺3.0的整車功能就集中成“智慧駕駛及座艙”、“智慧動力”和“智慧車控”幾個域,再由自研的BYD OS作業系統控制。域控制好處很多,最大的好處就是“軟硬體解耦”,軟體管指揮,硬體管執行,各個功能都能實現軟體升級,這就是所謂“軟體定義汽車”。
“軟體定義汽車”意味著汽車的功能可以持續更新,據悉,在e平臺3.0上開發的車型,車用功能的迭代速度已經可以縮短到兩週,這就是汽車智慧化帶來的“常用常新”。
按行業路線圖,在實現域控制以後,將來各個域還會進一步融合,最終會由一箇中央計算平臺控制整車功能,就跟電腦只有一個CPU一樣,這是後話。
在燃油車的土壤中,可以生長出“油改電”的純電動汽車;而以電池為原點,則可以培育出更純粹的電動汽車。
從比亞迪e平臺3.0上,我們可以看到純粹的電動汽車會是什麼樣子:它有電動汽車專屬的車身結構,有獨特的能量管理方式,自帶智慧化基因。以電池位置為起點的車身佈局和“濃縮”的零部件,給造型設計師們釋放了空前的自由度,汽車造型美學也將迎來一次突變,純粹的電動汽車從內到外,更像是一個汽車新物種了。