SAECCE 2020 | 比亚迪廉玉波​:比亚迪新能源技术创新实践与探索

2020中国汽车工程学会年会暨展览会(SAECCE 2020)于2020年10月27-29日在嘉定上海国际汽车城-上海汽车会展中心举办,汇聚汽车及相关行业的企业高层、技术领军人物、资深专家学者、广大科技工作者。10月27日,比亚迪股份有限公司高级副总裁廉玉波在本次大会上发表了主旨演讲。

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以下为演讲实录:

尊敬的各位同行、专家,大家上午好!下面由我给大家汇报一下比亚迪在电动汽车里面这几年的一些技术实践与探索。

我大概分三个部分,第一部分是比亚迪电动车的战略,第二是电动化技术创新实践,第三是智能化技术领域我们的一些研究和探索。

比亚迪在进入汽车行业的同时,我们就确定了以电动汽车为我们的发展战略目标。当时我们就感觉到汽车的春天将会到来,从外部环境来看,国家正面临日益严重的能源安全和环境保护问题。从内部,比亚迪从电池起家,我们在1996年就进入了锂电池产业,经过十多年的发展,我们在手机电池的领域当时已经占到了全球差不多三分之一的销量占比。我们围绕着锂电池产业下一步的战略是发展电动汽车,这是我们当时进入汽车产业的目标。

经过十余年的发展,新能源汽车的市场培育和政策的驱动力逐步过渡到政策+市场的双向驱动,政策的补贴逐年退坡,随着电动汽车产品面临提升,以及基础设施的完善,整体销量仍然得到快速的发展。比亚迪自成立至今,我们坚持以电池技术为核心,逐步发展电动汽车、太阳能、储能、轨道交通产业。基于核心业务产业的扩张,目前已经初步形成了规模,我们称为多元化的企业。目前主要的业务包括电子、汽车、新能源、轨道交通四大板块。

为了快速推动电动化的战略目标,我们在2015年的时候就制定了“7+4”的战略,就以七大常规的领域,即私家车、城市公交车、出租车、道路客运、城市商品物流、城市建筑物流、环卫车为主,再加上四个代表的四大特殊领域,就是仓储、矿山、机场、港口等专用车,形成了“7+4”的战略,全面推动这些领域的电动化。2020年推动了公交和出租车的全面电动化,在2025年要实现城市物流等卡车方面的电动化。

下面主要讲一下在电动化核心技术领域一些具体的技术实践,由电池、电控驱动总成组成的动力系统是电动汽车的心脏,在当时传统燃油车产业配套尚不成熟的情况下,选择发展电动汽车国内相关产业配套在当时是比较困难的,为保证电动车的安全战略发展,我们推动了一些自主可控的技术创新战略。电池技术是电动汽车的能量来源,对于汽车来说长续航、高安全都是基本要求,因此动力电池必须有高的能量密度,但是高的能量密度活性强,安全较差,而高安全要求材料活性弱,车辆续航较短,一般来说高能量密度与高安全互为矛盾。在发展的前期电动汽车续航里程成为一个突出问题,因此国内外普遍采用高活性材料提升能量密度,提升续航能力。比亚迪在电池安全设计方面进行了大量的探索与实践,在电芯制备工艺方面创新设计了电材料,在高活性材料表面通过元素包裹形成了稳定层,提升了材料的稳定性。

在电芯结构设计方面,针对电池过充等情况,发明了自关断保护活动,当出现过充时,依靠电芯内部产生的压力自发切断电流回落,彻底避免热失控。

比亚迪从05年就开始研发了车用动力电池,最初选择的是更为安全的磷酸铁锂的技术,期间由于能量密度和行业政策的影响,暂缓了车型搭载的应用,但从来没有放弃过对这项技术的研发。一直努力突破其能量密度的瓶颈,对于掌握从材料、电芯、模组、总包到电池管理的全产业链的研发能力,终于突破了能量密度与安全这对技术矛盾,2020年成功研发了兼具高安全与高能量密度的刀片电池。刀片电池具备高安全、长寿命、高能量密度和低成本等优势,对处于调整期的国内新能源产业而言无疑是一场及时雨,不仅完全满足车用需求,消除市场对电动汽车的安全的信任危机,还能应对不断退坡的新能源补贴,助力产业完全走向市场化的驱动,刀片电池目前已经有很多的品牌跟我们进行了合作洽谈,受益于产能的影响,我们还有一段时间满足市场需求。刀片电池也获得了市场的高度认可,在前不久的海南世界新能源汽车大会期间,刀片电池的技术也荣获了2020年全球新能源汽车创新技术的荣誉。

刀片电池性能安全性的优势尤为突出,在电芯、电池层、电池包层级的表现优异,由于刀片电池高安全的材料特性和超大散热的面积,可轻松应对针刺、挤压、炉温、过充等极端试验。

刀片电池组装成包后具备高强度特性,刀片电池长条型的结构相当于车身的横粱,100根的刀片电池就相当于100根的横梁,其强度可想而知,因此在振动、模拟碰撞、挤压、抗压强度等测试中表现极为优秀。

电控是电动汽车将电能转化为动力的核心元件,最关键的是车级高可靠长寿命IGBT芯片,从设计、工艺到制造方面极为复杂,核心技术掌握在国外手里,国外对我们更是严密封锁,自主研发极其困难。我们比亚迪在十年前,就投入了IGBT的芯片投入,在今天汽车行业也是得到了广泛的认可。其中薄片工艺是IGBT芯片的关键环节,比亚迪发明了基于正面覆膜支撑,背面多层精细研磨的薄片工艺,自主掌握了IGBT芯片减薄的关键技术。

IGBT场终止层结构和浓度决定了芯片抗冲击能力,国外均采用了高能质子注入设备,但无法精准调控浓度,比亚迪发明了复合场终止层原位硅生产技术,通过外延生长、精准调控提升了抗冲击能力。

经过十余年的投入,比亚迪自主建立了国内首条IGBT芯片生产线,构建了自主可控的全产业链体系,自主IGBT的芯片目前市场占有率已经提升至18%,实现了芯片的自主可控。

在IGBT新技术上取得了很大的突破,首款车型的“汉”首次搭用了自主研发的高性能、碳化硅的控制模块,碳化硅在体积、重量、功率密度、效率等方面得到了明显的提升。

驱动总成相当于传统汽车的发动机,结构复杂,涉及到电机、电控、减速器等多个零件,机-电-热-力-磁多物理场耦合,系统集成的效率提升极为复杂。针对驱动总成效率低的问题,我们自主设计了多磁路窄磁桥转子结构,提高磁阻转矩输出占比,大幅度降低电机的铁损,同时开发了外槽内孔定子结构,实现了定子深层冷却,大幅度降低因内部热量聚集造成的铜损,转子加定子的结构创新有效提升了电动总成的效率。

此外驱动总成的部件通常采用分立设计,零部件高效区难以重叠,我们首创了多目标自适应寻优集成设计的技术,构建了总成参数设计平台,开发出高集成一体化高效驱动总成,综合效率甚至超过了国际上同类的产品。

除了先进的设计技术,同时建立了高效柔性电动总成自动装备生产线,研制了乘用车、商用车和特种车辆系列化高性能的驱动总成。

基于核心三电技术进行纯电动平台技术开发,我们从2010年推出了第一款纯电动车e6,经过10余年的技术积累,2018年成功推出了第三代纯电技术平台。第三代纯电技术平台,平台主要分为“33111”,就是驱动3合1、充配电3合1、电池系统、多合一集成电路、智慧屏幕组成,平台核心技术优势为高度集成化+标准化,进而带来高可靠性,为高阶智能化的驾驶,智能座舱提供了更好的技术平台。

同时比亚迪正在预研下一代的高性能、高安全纯电平台,新平台将应用大量创新技术,将充分发挥电动汽车在空间、驾驶性、智能化方面的优势,安全、成本、续航等方面达到燃油车的同等水平,基于全新平台开发首发的车型将于明年上海车展首次发布。

基于三电核心技术前瞻布局和国家新能源汽车政策的驱动,我们称之为全球唯一同时掌握动力电池、IGBT芯片驱动总成等核心技术的企业,取得了电动化战略的全面成功,在新四化变革的冲击下,国内外主机厂不断加大新能源技术的投入,同时智能化又成为另一驱动行业变革的重要技术方向,我们将不断加大电动化和智能化,在电动化持续引领的同时加大智能网联的创新探索。

最后给大家分享一下我们在智能化技术领域的创新探索实践。智能化技术需要智能化电动平台的支撑,我们认为对新能源汽车的发展上半场是电动化,下半场就是智能化,电动平台为整车智能化实现提供了一个很好的线控平台。除此之外还需要新一代电子电器架构和整车的OS技术支撑,电动平台、电子电器架构技术自主操作系统是智能电动平台的核心技术,我们提前进行了布局。电子电器架构技术总成沿着软硬件技术集成方向进化,从分布式控制器到域控制器共经历了三代技术的研发,第三代控制器的架构在重量、体积、成本、智能化方面有了显著的提升,电子电器突破结构的调整逐步到全产业链分工的调整,对一般企业挑战很大,我们得益于在汽车产业链的强大的垂直整合的能力,成为国内第一家开发出域控制器的主机厂。

在先进硬件架构的基础上自主开发对应车载操作系统,基于面向服务软件的架构,实现软件与硬件完全解耦,同时通过CANFD、以太网等技术实现控制器间的数据共享,实现应用软件跨硬件的即插即用,软件开发效率得到大幅度提升。总体而言,第三代预控制器电子电器架构在成本、轻量化、集成化、平台化、OS、OTA等方面的技术行业领先,其中OTA更新时间和成功率的提升将会为用户提供更好的智能化的升级体验。

智能座舱技术是智能化的两大重要方向之一,重点在于车内硬件功能的集成,车外生态打通,从而实现一体化车内人车交互体验,提供场景化、个性化的外围生态服务,助力安全、高效、舒适的移动出行。

我们在2018年成功发布了Di平台,Di云、Di生态、Di开放组成的Dlink系统,功能上陆续集成了智能旋转、智能影像等硬件功能,车外生态上实现了云服务、百万级手机生态兼容,同时召开了汽车行业首个开发者大会,我们开放了341项传感器和66项的控制权,利用行业生态构建互联网的车载系统,实现了人、车、生活与社会的高效连接。

下一代智能座舱的规划将基于域控制器EEA、汽车零部件产业链垂直整合能力,下一代Dilink系统将逐步集成车内硬件功能,形成整车一体化的人机交互,同时坚持对外生态开放战略,持续提升智能座舱的智能化。

智能驾驶方面,目前技术落地重点围绕L2+智能辅助系统,主动从驾驶员解放到场景丰富两个方向提升智能化,目前行业内存在一味追求高智能化而忽略安全的现象。安全是车辆的生命线,我们一直高度关注,避免重蹈电池的覆辙,引发安全信任的危机。智能驾驶也应以安全为前提,逐步通过提高算力计算平台和自主软件开发提升能力,实现更高阶层的智能驾驶。

L2智能辅助驾驶技术以人为主,可以适当减轻驾驶负荷,技术方向适合个人车辆出行广泛的特点。L4级别的智能驾驶技术以车辆为主,特定区域完全不需要驾驶员介入,技术方向符合公共车辆出行范围的相对固定的特点,是未来移动出行生态的核心支撑,同时可以反哺提升L2+智能驾驶的辅助技术。而L3智能驾驶技术面临责任划分、产品性价比的问题,市场还存在很大的技术提升空间。总的来说,电动化和智能化将协同发展,电动汽车平台和新一代电子电器架构技术是车辆智能化的核心支撑。网联化、协同化是实现高安全智能化的重要手段。

以上就是比亚迪在电动汽车和智能化方面的一些探索,比亚迪经过十余年的发展,在今后发展过程当中我们希望能够跟各位同仁、各位专家一起来共同的在电动汽车的技术领域共同探讨。以上就是我的分享,谢谢大家。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

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