電子發燒友網報道(文/梁浩斌)496.22km/h!看到這個數字,你的第一反應是什么?
十五年前,中國CRH380B-6402L動車組在京滬高速鐵路徐州至蚌埠先導段創下了487.3km/h的世界鐵路運營試驗速度紀錄。(注:創下574.8km/h世界記錄的法國TGV3 V150試驗型列車是經特殊改造,不是正常運營編組)
6年前,布加迪Chiron Super Sport prototype在大眾Ehra-Lessien測試賽道上以490.48km/h打破最快量產車的極速紀錄。

而496.22km/h,是比亞迪仰望U9Xtreme最近在德國ATP高環創下的全球量產車+電車極速紀錄。
值得一提的是,在更早前工信部公告中透露的U9賽道版車型上搭載四電機共2220kW(合計約3018馬力),曾遭到另一家超跑品牌Rimac公司CEO Mate Rimac的質疑,認為磷酸鐵鋰電池無法支持其電機輸出功率。而仰望在上個月創下的472.41km/h和最近創下的496.22km/h紀錄,有力反擊了質疑。
四電機超3000匹馬力,全球唯一全域1200V平臺
根據此前工信部公開的信息,仰望U9 Xtreme搭載了四電機“易四方”系統,單個電機功率為555kW,合計2220kW,合計約3018匹馬力。

圖源:仰望汽車
毫無疑問,這已經是目前全球范圍內量產超跑中輸出功率最高的車型。從仰望官方發布的資料上看,仰望U9 Xtreme采用四個輪邊電機,采用雙同軸的結構,兩個電機背靠背水平對置,與電控逆變器模塊、減速器等部件共同集成在一個外殼上,這對各個部件的小型化要求極高。
電機總成的功率密度雖然目前還沒有具體的參數,但從功率參數與目前其他量產的電機總成對比下,功率密度絕對處于非常領先的水平。
同時,高功率密度電驅的一個難題在于,如何在高功率密度的情況下實現穩定散熱,避免熱衰減導致無法穩定高功率運行。按照仰望的介紹,他們對U9 Xtreme整車的冷卻系統進行了重構,冷卻功率提升了133%,電驅總換熱效率提升了40%,實現強效抑制熱衰減,全程釋放極限動力。
那么另一個問題就來了:電驅功率如此高,甚至連冷卻系統的功率都翻倍提升,供電系統如何保證恐怖的功率輸出?
目前市面上的不少車型已經搭載了800V高壓平臺,從以往的400V升級到800V,電壓的升高一個顯著優勢就是有利于動力的提升。因為電壓提高后,能夠利用同樣粗細的線束,在電流不變的情況下將輸出功率提升一倍。
同樣,800V平臺能夠支撐更高功率輸出的同時,還可以提升充電速度,目前800V以上充電樁的峰值功率普遍可以達到400kW以上,可以實現充電5分鐘,續航增加300km的快速補能。
無論是從提高輸出功率,還是從補能的角度看,高壓平臺都是電動汽車發展的方向。但800V顯然已經無法滿足這套超過3000Ps的電驅,所以仰望在U9 Xtreme上采用了全球首個量產的全域1200V超高壓平臺。
在過去的800V平臺上,電驅逆變器中往往會采用1200V耐壓的碳化硅MOSFET功率模塊,但對于1200V的平臺,1200V耐壓的碳化硅MOSFET相當于沒有了安全冗余,一旦產生尖峰電壓會容易造成擊穿導致器件失效,這對車輛行駛來說是巨大的安全隱患。
比亞迪在今年3月的超級e平臺技術發布會上就展示了自研的1500V SiC MOSFET功率模塊,根據比亞迪的介紹,該功率模塊具備5大優勢:
1.業內首創:滿足高達1000V電壓平臺應用,真正釋放了電機的潛能,開啟高效電力傳輸新紀元;
2.高效率、低損耗:5nH低雜散電感設計,相比傳統封裝可以降低30%動態損耗,提升整車效率和續航能力;
3.長壽命、高可靠性:采用耐高溫塑封材料及納米銀燒結工藝,實現了200℃工作結溫,功率循環壽命超越常規工藝3倍以上,讓芯片在各種極端工況下仍然能夠穩定工作,為整車提供了堅實的動力保障;
4.耐振動性能:遠超目前可靠性試驗標準,隨機振動特性曲線可超過14G,±XYZ六向加速度耐受能力完全滿足模塊側裝、倒裝等不同安裝方式,滿足應用端多樣化、靈活性的配置需求,實現隨心所欲的功能部署與性能優化;
5.小體積、輕量化:通過塑封模塊引線框架、底板一體成型注塑工藝,摒棄傳統灌封模塊外框設計,降低雜散電感的同時,實現器件尺寸的顯著縮減,同輸出能力下相較傳統灌封模塊總體積減小28%,賦予應用端更多設計空間,極大提升了系統的效率和可靠性。
1500V耐壓的SiC功率模塊也能夠滿足1000V-1200V的高壓平臺需求,比亞迪1500V的SiC模塊有可能已經被應用到仰望U9 Xtreme上的1200V平臺上。另外作為全域1200V平臺,這也意味著除了電驅系統之外,包括冷卻系統的壓縮機、云輦-X全主動懸架的高壓油泵,都采用了適配1200V電壓的電機,有效提高功率的同時也提升了能量轉換效率。
打破極速的關鍵:30000rpm電機、30C放電倍率電池
在通過高壓平臺和大功率電機解決了動力的問題,那么要實現極速還有兩個關鍵點:電機轉速和電池放電能力。
要實現更高的極速,最簡單的理解,就是提高車輪的轉速。那么提高車輪轉速不同的動力結構也有不同的方式,一是像傳統燃油車一樣,通過變速箱來改變齒比,通過檔位的切換迅速漸進地提高車輪轉速;二是提高電車的電機轉速。當然也有一些電車為了實現更高的極速或是希望降低高速的能耗,會額外添加一個變速箱。
然而以目前分布式電驅的布局趨勢,變速箱額外增加的重量和體積在工程上已經不現實。但另一方面,電機高轉也面臨材料和結構強度等難題,當電機轉速達到一定程度時,轉子外沿的線速度可能超越音速,轉子將承受超乎想象的離心力。
仰望U9 Xtreme上使用了四個定制開發的30000轉電機,電機采用高強度航空鋁殼體,高速軸承及970MPa高強度硅鋼片轉子等頂級材料,每個電機都選用超薄低鐵損硅鋼片和高耐溫等級永磁體,提升電機效率,降低熱損耗。永磁體最高可承受200℃高溫,具有更強的抗退磁能力。
隨后要解決的問題是電池放電能力。2220kW的峰值功率,可以在3分鐘內榨干100kWh的電量,相當于需要一塊20C放電倍率的100kWh電池。而仰望U9 Xtreme上搭載的賽道級刀片電池,采用磷酸鐵鋰電芯,實現了高達30C的超高倍率放電能力。
官方表示,這是通過優化電芯、降低內阻,配合全新的雙層冷卻結構,實現了30C超高倍率放電與極致散熱效率,全面提升放電與能量回收性能,極速性能大幅提升。
前面提到的冷卻系統功率翻倍,實際上也是為了高性能電池、電機散熱而設計的。
除此之外,四電機系統的難點還包括電子差速以及如何通過傳感器等保證四輪轉速的一致。由于車輛在路面行駛的狀況復雜,在控制算法、技術路線上也較為多樣且復雜。在四電機系統中,四輪差速控制可以有兩種方式實現,一是以汽車左前輪轉速作為標定車速,調節其他三個車輪轉速,四個車輪繞轉向中心同角度旋轉從而實現差速;二是基于前軸整體轉向設計四輪差速控制系統,控制器通過調節四個車輪轂電機的轉速來實現差速,其獨到之處在于當電動汽車轉彎時,整個前軸可繞前軸中心整體旋轉一定的角度。
另一方面如何確保直線高速行駛時保持四個輪速的一致,也需要傳感器、電機控制等具備極高的精度以及極低的響應延遲。
仰望通過云輦-X主動懸架系統,借助1200V電壓平臺帶來的油泵性能提升,提高了減震器阻尼帶寬,提高彎道行駛穩定性和車輛動態的可預見性。而四電機的控制問題,目前496.22km/h的極速已經證明了其四電機控制系統在超高速工況下的穩定性。
當然,實現極速除了電子系統上的突破,還需要輪胎、剎車系統等多個部件的共同協同,這是車輛系統工程的勝利。
小結:
雖然會有人認為極速對大部分人都沒有意義,但汽車發展的百年間,極速一直都是汽車行業皇冠上的明珠,無數車企在過去百年間不斷嘗試突破極速紀錄。而極速也不僅僅是單項參數的突破,而是整個車輛系統中無數部件的協奏曲,代表著汽車工業在材料、電子控制、結構等領域的持續創新,一個個工程難題的攻破。最終這些“無用”的創新和突破,將會以另一種形式,轉化為汽車工業發展的關鍵動能。
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