傳統(tǒng)汽車制造商在機械領域擁有無可匹敵的優(yōu)勢,經(jīng)過幾十年的持續(xù)積累,它們也擁有了電氣化領域的競爭力。機械與電的結合,再加上高度靈活的車輛平臺的開發(fā),以及豐富的制造經(jīng)驗和完善的供應鏈體系,這將極大的推動電動汽車的普及。
9月18日,大眾汽車品牌發(fā)布“ELECTRIC FOR ALL”計劃,闡述其對于電動出行時代的愿景和承諾。實現(xiàn)這一計劃的關鍵——MEB模塊化電驅動平臺(Modularen Elektrisch Baukasten,英語為Modular ElectricDrive kit)也于同日在大眾德累斯頓透明工廠全球首發(fā),引發(fā)業(yè)界高度關注。 作為汽車平臺專家,大眾汽車很早就通過同一底盤開發(fā)不同車型,從早期的按照ABCD級劃分的平臺, 到中期的PQ/PL平臺, 再到近幾年開始采用的MQB、MLB等模塊化平臺,可以說大眾汽車一直是平臺化造車的擁躉和受益者。這些平臺讓汽車的開發(fā)和生產(chǎn)制造更加靈活、高效,在降低成本的同時,車型也更加多樣化。
但以往的平臺都是針對傳統(tǒng)燃油車的,而電動汽車與燃油車的結構、功能都不盡相同,因此,就需要開發(fā)專門針對電動汽車的全新平臺,MEB平臺應運而生。
不僅是大眾汽車,其他大型汽車制造商也在積極開發(fā)新的電動汽車平臺。通用汽車計劃于2021年推出支持多種汽車規(guī)格和細分市場的第二代電動汽車平臺,并采用通用旗下不同品牌在中國和美國投放。奔馳開發(fā)了全新純電動模塊平臺MEA,寶馬集團也在研發(fā)全新的模塊化電動車平臺等等。
在眾多的電動汽車專屬平臺中,大眾MEB平臺在架構、靈活性和效率方面有何領先之處?本文將進行詳細解讀。
MEB平臺的劃時代意義
在詳細介紹MEB平臺之前,首先需要了解這個全新電動汽車平臺對于大眾汽車的意義,這樣才能準確評估它的價值。 大眾汽車品牌董事會成員、大眾汽車品牌電動出行業(yè)務負責人吳博銳(Thomas Ulbrich) 大眾汽車品牌董事會成員、大眾汽車品牌電動出行業(yè)務負責人吳博銳(Thomas Ulbrich)稱:“MEB電動車平臺可能是大眾汽車歷史上最重要的項目之一,堪比從甲殼蟲到高爾夫的跨越。它為整個大眾汽車集團超過1000萬輛全新電動汽車的首期目標奠定了基礎,鋪平了通往電動出行時代的道路。”
熟悉大眾汽車歷史的人應該知道,甲殼蟲和高爾夫對大眾汽車的重要性。甲殼蟲是大眾汽車第一款車型,也是世界上單一車型銷售時間最長、銷量最大的一款車。自1938年大眾汽車公司成立以來,至今80年歷史中累計銷量超過2100萬輛(2019年7月,甲殼蟲將停產(chǎn))。
誕生于1974年的高爾夫是繼甲殼蟲之后,大眾汽車最成功的產(chǎn)品,也是全球最成功的車型之一。40多年來高爾夫歷經(jīng)七代進化,累計銷量已經(jīng)超過3000萬輛。
大眾汽車將MEB平臺的推出比作從甲殼蟲到高爾夫的跨越,其重要性可見一斑。
從大眾汽車為MEB平臺未來規(guī)劃的產(chǎn)銷量來看,其潛力也不容小覷。到2025年,大眾汽車集團將生產(chǎn)1000萬輛基于MEB平臺打造的電動汽車,包括轎車、貨車、SUV以及跨界車等多種車型。而且,這還僅是該平臺第一個產(chǎn)品周期。
1000萬輛是什么概念?2017年,全球最大的電動汽車市場中國全年的電動汽車(包括BEV和PHEV)銷量為77萬輛,第二大市場美國的銷量接近20萬輛。在歐洲市場,德國的銷量為5.5萬輛,英國為4.8萬輛,法國為3.7萬輛。
可擴展電池組帶來更長續(xù)航里程
目前,續(xù)航里程短仍是制約電動汽車普及的一大軟肋,也是很多電動汽車用戶的痛點。MEB平臺如何解決這一問題?
基于MEB平臺開發(fā)的I.D.概念車電池組容量為83kWh,WLTP(World LightVehicle Test Procedure,全球統(tǒng)一輕型車輛測試規(guī)程)工況下續(xù)航480km,如果是NEDC工況的話,續(xù)航里程能夠達到600公里。如果用戶需要更長續(xù)航的話,還可以搭載更多電池,WLTP工況下的續(xù)航里程將超過550公里,這已經(jīng)與傳統(tǒng)燃油車無異。
相比目前很多車企采用的NEDC測試規(guī)程,WLTP更接近用戶的實際使用工況。從去年九月開始,歐盟開始強制要求汽車企業(yè)進行WLTP規(guī)程的油耗測試,來取代現(xiàn)有的NEDC測試循環(huán)。
I.D.概念車以83kWh的電池組容量實現(xiàn)NEDC綜合工況下600公里續(xù)航里程,這是什么概念?奔馳剛剛發(fā)布的、基于其全新電動汽車平臺MEA開發(fā)的EQC電池組容量為80kWh,NEDC綜合工況續(xù)航里程只有450公里。當然,EQC車身重量達到2500kg,也影響了它的續(xù)航表現(xiàn)。另外,特斯拉Model S 100D車型搭載容量為100kWh的電池組,NEDC綜合工況為579公里。
綜合比較來看,大眾MEB平臺開發(fā)的電動車的續(xù)航里程是很有競爭力的。這是如何實現(xiàn)的呢?
首先,MEB平臺搭載的模塊化電池組是可擴展的,這意味著用戶可以根據(jù)需求來選擇不同的續(xù)航里程。如上圖所示,大眾汽車目前展示的MEB平臺的電池包有三種規(guī)格,分別包含7個、9個和12個電池模組,電池包尺寸從1.3米到1.7米。出于大規(guī)模量產(chǎn)以及安全和開發(fā)難度的考慮,目前不會提供更多規(guī)格的電池包。
MEB平臺電池包兼容軟包電池和方型電池,這意味著在電芯供應商的選擇方面將更加靈活(雖然圓柱電池也兼容,但是大眾將主要使用方型和軟包電池)。電池包也采用了鋁合金外殼和集成式冷卻系統(tǒng),這些輕量化設計進一步提升了整個系統(tǒng)的能量密度。 大眾汽車集團電動汽車動力電池路線圖 其次,不斷提高的電芯能量密度也有助于增加續(xù)航里程。根據(jù)大眾集團的電池路線圖,到2020年將開始使用硅碳材料作為電池負極,正極也將使用高鎳三元材料NCM811。到2030年,全固態(tài)電池將得到應用。
隨著電池能量密度的提升,電池安全問題將更加突出。如何在高能量密度和高安全性之間做到平衡?大眾的電池專家不愿意談論過多,但他們正在與供應商一起研究新的方法,比如在電池負極和隔膜上涂覆陶瓷材料等等。
作為電動汽車最重要的系統(tǒng),電池不僅決定了續(xù)航里程的長短,其設計安全與否也直接影響整車的安全性能。
如上圖所示,MEB電池包的最下層為堅固的碰撞保護層,其上分布著配有防撞框架的鋁合金電池外殼,內(nèi)置電池冷卻裝置和高壓與低壓車載電子系統(tǒng)接線盒(AC、DC 和12V)。
在鋁合金電池外殼中是由單個電芯組成的電池模組,在電池外殼的縱梁上,集成了負責監(jiān)控電芯平衡(確保電芯在日常使用中均衡使用)以及電芯電壓、電流和溫度的CMCe電芯控制單元。
另一個控制單元是電池電子裝置(BMCe),集成于電池系統(tǒng)后部區(qū)域。電芯模塊連接器將每個電芯模塊相連接,測量線纜可以與電池電子裝置進行通信。電池外殼頂部采用蓋板密封,在需要維護的時候可以方便取下。
更靈活架構帶來更大車內(nèi)空間
由于MEB平臺前部無需預留內(nèi)燃機位置,前后車軸因此可大幅向遠端移動,從而實現(xiàn)更長的軸距和更短的前后懸。這一方面可以方便設計師設計更具動感的車身比例,同時讓車內(nèi)空間更寬敞、更具多樣性。 MEB平臺的車身空間有多大提升?舉例來說,I.D.與高爾夫一樣都是緊湊型車,兩款車的外部尺寸差不多,但I.D.的內(nèi)部空間表現(xiàn)達到了帕薩特的級別。 此外,可擴展的平臺也支持開發(fā)小型、緊湊型到中大型的車身,從車型種類來說,覆蓋從轎車、SUV到MPV等多種車型。車輛的驅動形式則包括后驅和四驅。從ID.家族已經(jīng)亮相的幾款車型來看,既有緊湊型的ID.,也有I.D.CROZZ概念車所展示的SUV車型、I.D.BUZZ 概念車展現(xiàn)的MPV車型,以及未來感十足的I.D. VIZZION代表的中大型豪華轎車。
此外,得益于“Designs for Manufacturing(面向制造的設計)”理念,MEB 同樣有助于實現(xiàn)快速、高效的生產(chǎn)過程。
集成在后軸的電動機、功率電子裝置和變速箱;布置在車輛底部的平板式高壓電池;以及集成在車輛前部的輔助驅動系統(tǒng)構成了MEB平臺的零排放驅動部件。如果是四驅車型,前軸也會安裝一臺電動機。比如,I.D.是一臺后驅車型,電動機布置在后軸上。I.D.Crozz的前后軸各裝有一臺電動機,可以實現(xiàn)四驅。
功率電子裝置負責連接并控制電動機與電池之間的高壓能量流。它可將電池儲存的直流電(DC)轉換為驅動電機所需的交流電(AC)。另有一個DC/DC轉換器為車輛電子系統(tǒng)供電(12V)。電動機至后軸的驅動力傳遞由單速變速箱完成。
位于車輛底部的電池組在節(jié)省車內(nèi)空間同時能夠顯著降低車輛重心,由于電池位于車輛中部,因此能夠實現(xiàn)接近 50:50 的最佳前后配重。而低重心和均勻的重量分配將提升車輛的操控性能。
始終在線與實時更新
MEB平臺沒有傳統(tǒng)發(fā)動機因此節(jié)省了不少空間,可以搭載更多車載設備,比如輔助駕駛系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)和控制與顯示系統(tǒng)等,比如增強現(xiàn)實的平視顯示(AR HUD),它能夠將導航系統(tǒng)信息投射到車輛前方的虛擬空間中,這項功能也只有在MEB平臺上可以實現(xiàn),傳統(tǒng)的MQB等平臺由于車身前部空間的原因無法滿足這一功能。
這些車載設備通過大眾汽車研發(fā)的E3端對端電子系統(tǒng)架構和操作系統(tǒng)“VW.OS”來集成。
ID.將成為首個全面應用“E3”與“VW.OS”的車型?!癊3”的全新端對端電子系統(tǒng)架構將目前常見的控制單元整合成性能顯著提升的中央處理器單元。其系統(tǒng)更新與升級也將通過云端進行,從而確保車輛在新車狀態(tài)時擁有最佳的性能與技術表現(xiàn),還能在車輛的完整使用周期中始終提供保障。
ID.家族車型能夠始終保持在線,并且能夠訪問各種信息與服務,其中一些服務將是用戶之前從未體驗過的。雖然我們目前尚不清楚將有哪些服務,但毫無疑問,隨著車輛互聯(lián)能力(車輛、用戶以及網(wǎng)絡之間的彼此連接)和自動駕駛能力(2025年及以后)的不斷提升,用戶在車內(nèi)可做的事情將比現(xiàn)在更加多樣。
更高充電效率帶來更便捷用車體驗
所有MEB平臺的電動車的充電功率可以達到125kW,未來還可以提高至350kW。利用125 kW快充系統(tǒng),ID.和ID.SUV能夠在約30分鐘內(nèi)充滿80%的電量。當然,這還只是基于目前的鋰電池的性能。
和奔馳EQC的快充性能對比可以發(fā)現(xiàn),MEB平臺的電池快充能力稍勝一籌。奔馳此前公布,利用最大充電功率為110kW的直流快充樁為EQC充電時,整車電量從10%充至80%需要約40分鐘。
值得注意的是,目前在售的基于MQB平臺的電動車,比如e-golf、高爾夫GTE也可以使用Ionity的充電設備,但是充電功率達不到125kW。
如果用戶在家里為車輛充電,大眾汽車將提供一系列模塊化結構的壁掛式充電盒,可安裝至公寓、車庫或公司停車場,充電功率可以達到11 kW。 為了加快建設充電設施,大眾汽車與寶馬集團、戴姆勒公司及福特汽車公司聯(lián)合成立了合資公司Ionity,為歐洲高速公路沿線部署快速充電站網(wǎng)絡。至2020年,將有400個快充站點作為“未來充電站”投入運行。ID.車型能在充電站點以高達125kW的功率為電池充電。
在中國,大眾汽車集團建立了Mobility Asia(逸駕)來支持不斷增長的基礎設施需求。逸駕及合作伙伴正在研發(fā)充電基礎設施并且提供充電相關的產(chǎn)品,包括家用充電、公共充電和半公共充電產(chǎn)品。
大功率快充對于電網(wǎng)的運行影響幾何?在國內(nèi)有些觀點認為,大量電動汽車集中快充將讓電網(wǎng)難以負荷,但是Ionity的專家說,通過電網(wǎng)和電動車的信息交互可以解決這個問題,電網(wǎng)可以根據(jù)自身負荷給需要充電的電動汽車合理分配可用的功率,電動汽車也可以將其充電需求告知電網(wǎng)。如果電網(wǎng)有足夠功率,就可以保證電動汽車以最大功率快充,如果電網(wǎng)功率不夠,就會減少分配給電動汽車的功率。
不同充電標準之間如何兼容,或者說不同標準是否會統(tǒng)一?對此,大眾方面的專家表示,充電標準統(tǒng)一的核心問題是通信協(xié)議的統(tǒng)一,如果通信協(xié)議能夠統(tǒng)一,充電接口等硬件設備方面的統(tǒng)一將非常容易。
后記:電動汽車不僅僅只是把傳統(tǒng)汽油車的發(fā)動機換成電動機,再加裝一個電池包那么簡單。電動汽車驅動系統(tǒng)的改變對整車的設計將帶來一系列變化,所謂牽一發(fā)而動全身。此外,如果考慮大規(guī)模生產(chǎn)的便利性,穩(wěn)定的質量和性能、可負擔的成本這些綜合因素,電動汽車的設計、研發(fā)和制造都不是一件容易的事情。這一點已經(jīng)從以特斯拉為代表的很多先行者的經(jīng)歷得到了驗證。
傳統(tǒng)汽車制造商在機械領域擁有無可匹敵的優(yōu)勢,經(jīng)過幾十年的持續(xù)積累,它們也擁有了電氣化領域的競爭力。機械與電的結合,再加上高度靈活的車輛平臺的開發(fā),以及豐富的制造經(jīng)驗和完善的供應鏈體系,這將極大的推動電動汽車的普及。
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