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【深度】比亚迪e平台3.0,新能源平台中的佼佼者

E平台3.0的前世今生

早在2003年,比亚迪已成为全球第二大充电电池生产商,比亚迪在时代的前沿开拓电动车领域有着得天独厚的优势。大众集团的MLB、MQB平台在全球车型中应用广泛,模块化的设计在汽车发展史上具有重要的意义,而比亚迪e平台也将电动车进行了平台化模块化的设计,让电动车有了自己专属的平台。

新能源布局伊始——e平台1.0时代

早期的比亚迪e平台1.0,是以燃油车经验积累打造而成的新能源平台,在这个阶段,其实现了高性能电机、高效率电控、高安全电池的三电关键部件平台化,为e平台后续迭代打下了从0到1的基础。

比亚迪首辆纯电车型e6是1.0时代的代表。e平台1.0的核心在于三电关键部件的平台化,比亚迪e6拥有双向逆变充放电式电机控制器+带保护壳体的磷酸铁锂电池+永磁同步的动力包结构,但紧凑的动力结构似乎没为车辆减重贡献力量,比亚迪e6的整备质量还是达到了2.3吨。

其最大马力122Ps,最大扭矩450N·m,综合续航达300km的数据在当时不容小觑,但2.3吨的整备质量给这套动力系统带来了较大的负担,续航和亏电状态下的操控都不尽如人意。

模块化之路——e平台2.0时代

e平台1.0仅仅只是基础,2.0时代在其之上实现了整车关键系统模块化。在2018年北京车展上,比亚迪提出“33111”的概念。

第一个“3”字驱动 三合一,包括驱动电机、电机控制器、减速器;

第二个“3”指高压三合一,包括高压系统的DC-DC、车载充电器、高压配电箱;

第一个“1”指1块强大的 PCB 板(把智能钥匙、蓝牙模块、胎压监测、倒车雷达、空调控制器等一系列功能控制器集成在一起);

第二个“1”指1块智慧的屏幕——Dilink 智能网联系统;

第三个“1”指1块高性能安全电池。

比亚迪e平台2.0打破了燃油车的思维束缚,彻底解放了电动汽车,也为e平台3.0积累了宝贵经验。

打通任督二脉——e平台3.0时代

2021年上海车展,比亚迪发布e平台3.0。如果说2.0的模块化是从关键部件到关键系统,那么3.0则是从关键系统到整车架构的模块化,整体带来了六大技术革新点。

拆解e平台3.0

八合一电动力总成

比亚迪的“八合一”电驱在“三合一”基础上,实现了更高的集成化,增加了高压配电箱、直流变换器、车载充电器、整车控制器和电池管理器这5种新部件,体积降低20%,重量降低15%,集成度方面领先世界。在已经展出但是还没有量产的概念车中,唯一一个比较接近比亚迪的是华为和长安合作的“七合一”概念产品电驱动系统DriveONE,但是它的实际量产车时间未知,这个看起来有点遥遥无期;而且,即便是拿它来和比亚迪和这套系统相比的话,华为也没有将BMS集成进去(可能是留着和电池一起打包给电池厂商)。

另一方面,在已经量产的车型中,电驱系统最高只能做到“三合一”集成这个水平,与比亚迪的“八合一”电驱相比相去甚远。高度集成的电驱总成可以有效地降低空间占用,从而减轻重量,减少线束的繁杂度,提高整车可靠性,减少了各元件通信的成本,整体操控效率超过89%。

刀片电池

比亚迪于2020年3月推出刀片电池,刀片电池的本质是磷酸铁锂电池,其化学式为LiFePO₄(简称LFP),其兼容性和扩展性能良好,长度可以在600—2500mm之间任意变化,宽和高基本尺寸为13.5mm和118mm,已有规格为905/1280/2000/2500mm*13.5mm*118mm。业界针对刀片电池就出现了两种声音:一种声音是认为刀片电池没有本质创新,与宁德时代的CTP类似,只是作为营销噱头大肆宣传;另一种声音认为刀片电池改进了许多磷酸铁锂的缺点,对磷酸铁锂电池应有有创新性意义

何为刀片电池?

传统电池模块是把一粒粒电芯组装成模组,电池系统由模组构成,再对其进行分级管理。由模组的物理结构对电芯起到支撑、固定和保护的作用,再由电池系统对模组起到一样的作用。

而刀片电池封装得又长又大,有点像刀片,所以命名为刀片电池。它是一种全新的结构设计,在采用长电芯的同时,省去了中间模组环节,直接将电池单体固定在电池包边框上,成为结构件的一部分,提高电池包的空间利用率,增加体积能量密度。重量和成本都有效下降,这一点和宁德时代的CTP有相似的地方(省去了电池模组组装环节)。提高电池包的空间利用率,增加体积能量密度。

刀片电池优势

结构特殊的刀片电池”经过针刺测试也能保持在30-60℃之间,其他类型电池在被穿透后出现了危险状况,表面温度也达到了200℃~400℃。刀片电池因为结构回路较长,表面积较大,散热快,最终没有引起电池温度急剧升温的情况出现。

刀片电池的磷酸铁锂材质特性,也与安全性能息息相关。

能量密度大幅提高。

刀片电池取消了模组设计,减少了很多结构件设计,同时上下箱体与电芯紧密连接,使体积能量密度有明显的提升,这也是比亚迪广泛宣传的体积能量密度提高50%。

宽温域集成热管理

区别于传统油车发动机废热采暖,因为电车自身的综合效率较高,无法通过废热满足乘员舱的热量需求,所以电车一般会用PTC(Positive Temperature Coefficient )来加热,但该发热机的缺点在于能耗非常高,所以通常采用热泵来供暖,而比亚迪e平台3.0则是在热泵的基础上进行革新。

宽温域高效热泵系统的创新点在于:

1.通过热管理集成模块,提高了热量的综合利用;

2.区别于传统水循环的热量置换方式,e平台3.0通过直接与电池的热量交换,使热效率提升了20%;

3.通过电驱动系统和热泵系统的耦合,在极低温时可以进一步利用废热进行热量补偿。

就热效率足足提高20%而言,技术革新表现还是非常不错,而且该项技术已同步运用到海豚上。基于3.0平台打造的车型,在冬季低温下的实测表现亮眼,冬季续航最大可提高20%。

电池车身一体化(CTC)

电池车身一体化(CTC)技术也就是在无模组技术( CTP )的基础上,将电池包集成在车身底盘上 ,并且电池包本身是没有设置上壳体的,上壳体直接连接的就是车身。如下图,底盘与电池包集成在一起,车身部分直接充当电池包的上壳体。

这样的设计能够进一步车内空间利用率、优化电池包利用率、提高整车刚性以及电池包安全性。

E平台3.0将刀片电池与整个车身融为一体,搭载了纯电车型独特的传力路径,即正面传力,通过缩小纵梁高度差使传力更顺畅,同时通过全框式副车架分散传力,使得传力路径更均匀,新平台下车身的扭转刚度能够达到40,000Nm。电池则采用了蜂窝铝结构,不仅拥有更高的安全性能,同时也可以承受冲击力,所以刀片电池既是能量体,又是结构件,继而可以和高强度车身一体化集成。将两者融合,能够在车辆碰撞工况下带来更高的吸能效率,车身结构可以更加合理地分配碰撞后的能量分流,使得能量传导更为顺畅,也更具稳定性。

这样的设计更加适合电动车的结构,高强度钢架将刀片电池包裹,而刀片电池则可以作为能量的传递路径,既能够将乘员舱的空间最大化,又能够保证车身在发生碰撞时的安全性,同时能够带来更强的扭转刚度。并且根据目前 CTC 技术基础来看,采用 CTC 技术的车型相较于 CTP 技术,电池容量将比后者高出 5%-10% 的区间。并且整车的电池成本也会下降。

当然,诸多优点之下,这种技术同时也存在部分缺点。

第一是电池的散热问题,在电池嵌入车身底盘后,留给内部的散热空间还是略显不足的,除非比亚迪官方能够对电池内部的液冷散热路径进行再优化。

其次是电池后期的维护成本以及拆装便利性,由于采用了一体化设计,电池后期维护时的拆装确实是个棘手的问题。在更换受损电池时,车身电池一体化后的电池在拆卸回装时还要考虑到电池的密封性,没有顶板的电池一旦进水后果也是很严重的。

域控制电子电气架构

汽车电子电气架构,主要包括硬件架构、软件架构和通信架构三个维度,也是汽车上所有电子和电气部件,以及它们之间互联结构和连接线束的总称。早年间的比亚迪F3全车总线束长度不到800米,而唐EV则达到了2650米,控制器55个。为解决算力小、效率低、协同难的问题,比亚迪的控制架构不断向域控制演进。e平台 3.0由四个高度集成地域控制器实时协同控制,实现对整车层面的集中控制:

1.智能车控域:集成BCM(车身控制模块)、安全网关、密钥中心、空调控制、胎压监测、仪表控制、驻车辅助、智能钥匙等多个模块,扩展版本最多支持达32个分布式ECU(电子控制单元)功能。

2. 智能动力域:集成VCU(整车控制器)、BMS(电池管理系统)、MCU(电机控制单元)、OBC(车载充电器)、DC-DC(直流转换器)等模块。

3.智能驾驶域:集成自动驾驶、ACC(自适应巡航控制)、AEB(自动制动系统)、LSS(智能安全系统)、BSD(盲区监测系统)、APA(自动泊车)等功能。

4.智能座舱域:集成用户语音、触控、感知、健康、显示屏等功能。

高度集成的域功能带来的效果是显著的。

BYD OS软硬件系统

BYD OS是中国首个自主研发的软硬件解耦车用操作系统。

我们可以将这套系统分为两大块,一是BIOS,属于底盘控制域;二是BUOS,属于智能座舱和智能辅助驾驶。通过CPU融合,e平台3.0算力提升了30%,交互效率提升了50%。在BYD OS的加持下,功能迭代周期将被缩短70%,能够实现硬件即插即用,软件跨平台通用,使智能电动汽车常用常新。在智能化硬件方面,比亚迪推出了智能域控制架构,该架构由智能动力域、智能车控域、智能座舱域、智能驾驶域组成;在BYD OS硬件系统的智能驾驶域部分我们看到了激光雷达的字眼,也就是说未来e平台3.0 推出的车型将有可能搭载激光雷达。

新能源平台的角逐

在平台化方面,大众已是轻车熟路,在新能源方面大众推出了MEB平台。MEB平台是专为电动汽车研发的平台,不是单纯的油改电,其采用了电机、电控、变速器三合一的设计布局,减小了体积,提高了电控响应速度,也为未来的车系发展提供了强大的扩展性与兼容性,能适应不同的车身尺寸,车身形式、级别。

比亚迪海豚与大众ID.3都是新能源平台下的新颖车系,在较为接近的价格区间内,二者表现又是怎样的呢?

(左为大众ID.3,右为比亚迪海豚)

不难看出二者在电驱动力系统方面数据表现接近,海豚的功率较大,而ID.3的扭矩也少许胜出。

(左为大众ID.3,右为比亚迪海豚)

二者在电池的选用方面存在不同,大众ID.3的电池容量稍大,二者对应官方续航里程分别为430km、401km,但在充电时间方面,比亚迪海豚的快充比ID.3快了0.17h也就是10分钟左右,在实际使用中存在等待时长感知差距。

总体来说二者定位接近,实力相当。比亚迪海豚较低的定价带来了性价比,质保方案也为准车主们带来了安全感,ID.3也有着不错的品牌效应,期待二者在未来市场中的表现。

展望未来

随着技术的不断发展和成熟,电动车市场已从电动化步入智能化时代,主战场的变更让比亚迪等先驱者愈发具有优势。在能源价格波动上涨的今天,新能源汽车抵御风险的优势逐步显现。除了普遍的商业用途外,电动车市场逐步高端化也是近年来的趋势之一,E平台3.0的跨域A到C级车的开发兼容性不仅能够降低平台成本,也通过电池车身一体化设计使乘员舱空间进一步提升,在同级别实现乘坐空间的更大化。

目前采用e平台3.0的海豚已跻身“万辆俱乐部”,比亚迪元Plus也在二月有着4500辆的销量,这必定也让逐步摆脱品牌认知壁垒的比亚迪在未来的电动汽车市场中具有更强的市场竞争力。

2024-01-14

2024-01-14