比亚迪纯电动汽车e平台技术解析

新疆交通职业技术学院 杨意品

纵观比亚迪新能源汽车，主要有2类，一类是采用比亚迪DM（即Dual Mode，是比亚迪双模插电式混合动力技术的简称）系统的比亚迪DM系列插电式混动汽车，譬如比亚迪唐DM、宋Pro DM、宋MAX DM、秦Pro DM、秦DM等车；一类是采用比亚迪e平台的比亚迪EV系列纯电动汽车，譬如比亚迪元EV、唐EV、秦EV、宋EV、秦Pro EV、宋Pro EV、宋MAX EV、比亚迪e1等车。本文主要介绍比亚迪新能源汽车的EV系统。

1 比亚迪EV系统概述

采用e平台的比亚迪e6纯电动汽车于2011年量产，2016年的比亚迪e5纯电动汽车和秦EV纯电动汽车已经采用第2代e平台（四合一e平台），2017年的宋EV纯电动汽车、2018年的秦EV450纯电动汽车及比亚迪e5 450纯电动汽车都属于四合一e平台。2018年比亚迪纯电动汽车发布了全新e平台，打造三合一e平台，并一口气发布了元EV纯电动汽车、秦Pro EV纯电动汽车，与2018年的唐EV纯电动汽车和宋Pro EV纯电动汽车组成了王朝系列纯电动汽车产品矩阵。另外，e网系列的比亚迪e1、e2及S2纯电动汽车搭载也是最新的三合一e平台。至此，比亚迪新能源汽车产品矩阵初见规模（图1）。在e平台的开发思路下，比亚迪走上了集成化、模块化、标准化开发技术路线，从原有的e6、e5单款车型纯电开发思路进化到现在的唐EV、宋EV、秦Pro EV和元EV等家族化体系化开发模式，比亚迪e平台目前已经拥有了唐EV、宋 Pro EV、宋 MAX EV、秦Pro EV、秦EV、元EV、S2、e5、e2等多款纯电动汽车产品 。

图1 比亚迪e平台

2 比亚迪第一代e平台EV1系统

比亚迪e6车采用的就是比亚迪第一代e平台（EV1系统），其动力总成由动力电机和变速器组成。比亚迪e6使用的动力电机为75 kW的交流无刷永磁电机，电机的最大输出扭矩为450 N·m，额定输出功率为75 kW，最大输出功率为120 kW（电机峰值功率），最大输出转速为7 500 r/min。动力总成的总重量为130 kg，总传动比为6.417，主减速传动比为3.85。车辆行驶时，动力电机通过旋变压器检测电机的位置，位置信号通过控制器处理，发送相关信号给电机控制器，逻辑信号控制IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）的开断，IGBT输出的为近似正弦波的交流电。电机控制器为电压型逆变，利用IGBT将直流电转换为交流电，额定电压为330 V，负责控制电动机的前进、倒退、维持电动车的正常运转。电动机控制器总成包含上中下3层，上层和下层为电机控制器，中层为水道冷却控制单元，电机控制器总成还包括信号接收连接器、12 V电源线、CAN线、挡位信号线、加速踏板信号线、制动信号线、旋变信号线、电机温度信号线、预充满信号线等，2根动力电池正负极接插件、3根电机三相线接插件和2个水套接头等。

比亚迪e6采用磷酸铁钴锂电池（每个单体3.3 V，电池包标称电压为316.8 V，容量为219 Ah），共由96个单体组成，还包括电压采样线束1条（96+1）、温度采样线束1条（96+11）、正负极母线各1条、托盘1个。

比亚迪e6纯电动汽车的工作原理如图2所示。电源接通，汽车前进时，主控ECU接收挡位控制器、加速踏板和角度传感器等信息，燃油传递给电机控制器，以控制流向前驱电机的电流，此时电池组电流通过应急开关、配电箱/继电器之后，一路经过电机控制器向前驱动电机供给需要的电流，从而使驱动电机运转，通过变速器/差速器和传动轴，带动左右前轮转动，使汽车行进；另一路经过DC/DC（直流/直流）转换器，将电池组330 V的高压直流电转换为低压42 V，提供给电动转向系统（EPS）使用。同时电池组受BMS（Battery Management SystemA，电池管理系统）控制，将电池组的瞬时电压、电流、温度、存电情况等信息传递给BMS，以防止电池组过放电或温度过高而损坏。如果发生漏电情况，漏电保护器起作用。一旦发生紧急短路等情况，保护装置熔丝便熔断保护。

图2 比亚迪e6纯电动汽车的工作原理

3 比亚迪第二代e平台（高压四合一e平台）

所谓比亚迪高压电控总成四合一，就是将纯电动汽车的VOTG ECU（双向逆变电机控制器）、车载充电机（OBC）、高压配电箱和DC/DC转换器这4个高压电控装置合为一体。

（1）VOTG ECU（双向逆变电机控制器）。该控制器为电压型逆变器，利用IGBT将直流电转化成交流电，其主要功能是通过收集挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号等信号来控制驱动电机，根据不同工况控制驱动电机的正反转、功率、扭矩、转速等，即控制驱动电机的前进、倒退、维持电动车的正常运转。控制器总成分为上中下3个单元，上下层为电机、充电控制单元，中层为水道冷却单元。

（2）车载充电机（OBC）。车载充电机是指固定安装在纯电动汽车上的充电机。充电机依据动力电池管理系统（BMS）提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

（3）高压配电箱。高压配电箱的功能主要是通过对接触器的控制来实现将动力电池的高压直流电供给整车高压电器，以及接收车载充电机或非车载充电机的直流电来给动力电池充电，同时还具有电流检测、漏电监测等其他辅助检测功能。

（4）DC/DC转换器。DC/DC 转换器是电动汽车动力系统中很重要的一个组成部分。一个重要功能是为动力转向系统、空调及其他辅助设备提供所需的电力，另一个功能是在复合电源系统中，与超级电容串联，起到调节电源输出、稳定母线电压的作用。

比亚迪秦EV450纯电动汽车便采用了高压四合一总成，其动力部分配备1台最大输出功率为160 kW、最大输出扭矩为310 N·m的永磁同步电机，0 km/h～100 km/h加速时间为7.9 s；其永磁同步电机、减速器和电机控制系统采用“直联”模式一体化集成。永磁同步电机的最大转速可达12 000 r/min，输出最大扭矩和最大功率的转速范围为5 000 r/min～6 200 r/min，可以将经济车速广泛地维持在60 km/h～100 km/h，NEDC工况（新欧洲行驶工况）的续航里程为400 km，60 km/h等速的续航里程为480 km。

高压电控总成四合一总成具备体积小、效率高等特点，且电机控制器和驱动电机共享同一套散热伺服系统，省去了沉重的高压电缆，降低了自重，提升了功率密度。在ECO模式（经济模式）下，驱动电机的最大功率被限制在115 kW；在SPORT模式（运动模式）下，驱动电机的功率限制被解除，动力响应更快。

采用高压四合一电驱动控制总成的比亚迪宋EV 500纯电动汽车搭载比亚迪自主研发的高功率动力电机，电机的最大功率为160 kW，最大扭矩可达到310 N·m，最大转速可达到12 000 r/min，能在更广泛的转速区间内获得最佳经济性和动力输出，0 km/h～50 km/h的加速时间为3.9 s。比亚迪宋EV 500纯电动汽车搭载比亚迪三元锂电池，动力电池能量密度可达到140.97 kW/kg，容量可达到61.9 kWh，远高于同类产品普遍在50 kWh以下的水平。更为重要的是，该款车型还采用高功率充电技术，能在最短30 min内就完成40%～80%的快速充电，大大提高了使用便利性。在电控方面，比亚迪宋EV 500纯电动汽车具有高精度、高集成度等特点，采用智能电控芯片，通过监测各节电池的电压、充放电电流及环境温度等信息实现电池过充、过放、过电流、温度保护等保护功能，通过外置电容可以调节过充、过放、过流保护延时。

4 比亚迪第三代e平台（33111平台）

无论IT、传统汽车还是新能源汽车，要实现快速产品迭代和平台化应用，标准化和集成化都是两大利器。所谓集成化，就是对原本分立的系统（图3）进行集成（图4），从而使得汽车相关组件数量精简，体积变小，质量变轻，效率提升。例如，集成式车身控制器集成了仪表、空调、音响、智能钥匙、倒车辅助、门窗等10多项原本分立的控制模块，而一块搭载“DiLink”系统的智能旋转大屏则同时兼备了空调控制面板、音响控制面板、信息娱乐显示屏等的功能。所谓标准化，就是将大量零部件、接口、技术进行标准化开发，使之能在各级别的纯电动车型上通用，由此可带来规模效益，提升新产品开发速度，有利于纯电动汽车产品线的快速展开。形象地说，标准化实现了同一功能模块在不同汽车之间的通用，就像电脑上某些配件的安装和扩展一般灵活方便。比亚迪就是基于这样的模块化、集成化和标准化思维，从2018年开始推出了比亚迪第三代e平台（图5），比亚迪第三代e平台的核心可以用33111来表示。

图3 传统的分列系统

图4 集成后的系统

图5 比亚迪第三代e平台（33111平台）

（1）第一个“3”的含义为驱动三合一，即将驱动系统的电机、电控（控制器）和变速器三者集成为一体（图6）。集成后重量降低了25%，体积降低了30%，扭矩密度提升了17%，功率密度提升了20%，总成成本降低了33%。采用NVH（噪声、振动与声振粗糙度）抑制技术，通过对起动抖动、加速共振、齿轮拍击、啸叫等不同NVH起因分析和频谱分析，采用不同的控制补偿算法和电机技术，实现了极速静音。比亚迪通过驱动三合一，基于同一技术开发出了多个产品（已经开发出了40 kW、70 kW、120 kW和180 kW等4个驱动三合一产品）。

图6 驱动三合一

（2）第二个“3”的含义为高压三合一，即将高压系统的DC/DC转换器、车载充电器（OBC）和高压配电箱（PDU）集成为一体（图7）。比亚迪秦Pro EV纯电动汽车的高压三合一主要有1个6.6 kW的车载充电机、1个2.2 kW的DC/DC和1个配电箱组成。这样，将原本各部分系统之间的线缆连接集成为一块控制电路，大大避免了高压系统的插接线缆在日常使用中的老化松动，提升可靠性，同时降低系统重量。高压三合一的作用主要是控制能量流入和流出电池，通过配电箱来做管理和保护。高压三合一降低了开关损耗、导通损耗，提高了转换效率、器件利用率，实现了节能高效、省电省时，系统充电效率提升1%；全面扩展了双向充放电功能，能实现V2V（车车对充）、V2L（户外用电，如野炊、演出等）、V2G（并网发电，停电时可以给户内供电）等充放电功能。比亚迪的高压三合一采用的双向逆变充放电技术综合了直流充电功率大和交流充电便捷性优势，直接集成于电机控制器，实现了交流大功率充电。双向逆变充放电技术还可将电动汽车内部的电，逆变成220 V交流电输出供家用电器使用，使得汽车变成一个大型移动“充电宝”，只要是15 kW以下的电器，如电茶壶、电磁炉等电器，都能为之提供单相交流电。高压三合一中有一些高压滤波电容，反复充放电会导致电容发热，因此在这些电容上涂有导热胶，便于电容降温，同时延长整个控制器的寿命。高压三合一中有2个高压继电器，相当于开关，主要作用是将直流快充的接口和电机与电池的主回路断开。为确保高压接口一直不带电，防止有人打开、摸到时触电，还特别设计了一个检测电路。

图7 高压三合一

（3）第一个“1”的含义为1块高性能动力电池（图8）。这块动力电池在过充前防护方面采用了精确的电压探测技术和BMS分级保护技术，在过充后防护方面采用了CID（Current Interrupt Device，电流中断策略）过充保护装置、温度探测技术和热隔离技术，并使用吸热材料，从而使动力电池具有能量密度高、功率输出高、耐寒性能高、安全性能高、稳定性能高的特性，并可获得较长的续航里程。

图8 高性能动力电池

（4）第二个“1”的含义为1块多合一控制器。这块多合一控制器将仪表、空调、音响、智能钥匙等10多项控制模块高度集成在一起，体积下降了40%～50%，重量下降了25%～30%，成本降低了25%～30%。

（5）第三个“1”的含义为1块智慧屏幕。这块智慧屏幕为采用DiLink系统的14.6英寸（1英寸=2.54 cm）智能自动旋转屏幕，让汽车真正变成了高性能的互联网终端。DiLink是一个智能、开放的软硬件平台及生态服务，包括Di平台、Di云、Di生态和Di开放，涵盖了生活、社会、人工智能、手机和大数据等方面。Di平台基于安卓系统进行深度定制和系统优化，可以实现智能旋转Pad、智能影像、智能总线、开放的传感器控制器和安全网关。这块智慧屏幕在硬件方面，堪比当下旗舰智能手机的配置，CPU为8核、64位、2.0 GHz，GPU为650 MHz，存储空间为3 G+32 G。