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开启电动出行时代大门的钥匙:大众汽车MEB平台详解

收藏 评论 时间:2018-10-10 08:49 作者:史宝华 来源:EV世纪

9月18日,大众汽车品牌发布“ELECTRIC FOR ALL”计划,阐述其对于电动出行时代的愿景和承诺。实现这一计划的关键——MEB模块化电驱动平台(Modularen Elektrisch Baukasten,英语为Modular ElectricDrive kit)也于同日在大众德累斯顿透明工厂全球首发,引发业界高度关注。

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作为汽车平台专家,大众汽车很早就通过同一底盘开发不同车型,从早期的按照ABCD级划分的平台, 到中期的PQ/PL平台, 再到近几年开始采用的MQB、MLB等模块化平台,可以说大众汽车一直是平台化造车的拥趸和受益者。这些平台让汽车的开发和生产制造更加灵活、高效,在降低成本的同时,车型也更加多样化。

但以往的平台都是针对传统燃油车的,而电动汽车与燃油车的结构、功能都不尽相同,因此,就需要开发专门针对电动汽车的全新平台,MEB平台应运而生。

不仅是大众汽车,其他大型汽车制造商也在积极开发新的电动汽车平台。通用汽车计划于2021年推出支持多种汽车规格和细分市场的第二代电动汽车平台,并采用通用旗下不同品牌在中国和美国投放。奔驰开发了全新纯电动模块平台MEA,宝马集团也在研发全新的模块化电动车平台等等。

在众多的电动汽车专属平台中,大众MEB平台在架构、灵活性和效率方面有何领先之处?本文将进行详细解读。

MEB平台的划时代意义

在详细介绍MEB平台之前,首先需要了解这个全新电动汽车平台对于大众汽车的意义,这样才能准确评估它的价值。

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大众汽车品牌董事会成员、大众汽车品牌电动出行业务负责人吴博锐(Thomas Ulbrich)

大众汽车品牌董事会成员、大众汽车品牌电动出行业务负责人吴博锐(Thomas Ulbrich)称:“MEB电动车平台可能是大众汽车历史上最重要的项目之一,堪比从甲壳虫到高尔夫的跨越。它为整个大众汽车集团超过1000万辆全新电动汽车的首期目标奠定了基础,铺平了通往电动出行时代的道路。

熟悉大众汽车历史的人应该知道,甲壳虫和高尔夫对大众汽车的重要性。甲壳虫是大众汽车第一款车型,也是世界上单一车型销售时间最长、销量最大的一款车。自1938年大众汽车公司成立以来,至今80年历史中累计销量超过2100万辆(2019年7月,甲壳虫将停产)。

诞生于1974年的高尔夫是继甲壳虫之后,大众汽车最成功的产品,也是全球最成功的车型之一。40多年来高尔夫历经七代进化,累计销量已经超过3000万辆。

大众汽车将MEB平台的推出比作从甲壳虫到高尔夫的跨越,其重要性可见一斑。

从大众汽车为MEB平台未来规划的产销量来看,其潜力也不容小觑。到2025年,大众汽车集团将生产1000万辆基于MEB平台打造的电动汽车,包括轿车、货车、SUV以及跨界车等多种车型。而且,这还仅是该平台第一个产品周期。

1000万辆是什么概念?2017年,全球最大的电动汽车市场中国全年的电动汽车(包括BEV和PHEV)销量为77万辆,第二大市场美国的销量接近20万辆。在欧洲市场,德国的销量为5.5万辆,英国为4.8万辆,法国为3.7万辆。

可扩展电池组带来更长续航里程

目前,续航里程短仍是制约电动汽车普及的一大软肋,也是很多电动汽车用户的痛点。MEB平台如何解决这一问题?

基于MEB平台开发的I.D.概念车电池组容量为83kWh,WLTP(World LightVehicle Test Procedure,全球统一轻型车辆测试规程)工况下续航480km,如果是NEDC工况的话,续航里程能够达到600公里。如果用户需要更长续航的话,还可以搭载更多电池,WLTP工况下的续航里程将超过550公里,这已经与传统燃油车无异。

相比目前很多车企采用的NEDC测试规程,WLTP更接近用户的实际使用工况。从去年九月开始,欧盟开始强制要求汽车企业进行WLTP规程的油耗测试,来取代现有的NEDC测试循环。

I.D.概念车以83kWh的电池组容量实现NEDC综合工况下600公里续航里程,这是什么概念?奔驰刚刚发布的、基于其全新电动汽车平台MEA开发的EQC电池组容量为80kWh,NEDC综合工况续航里程只有450公里。当然,EQC车身重量达到2500kg,也影响了它的续航表现。另外,特斯拉Model S 100D车型搭载容量为100kWh的电池组,NEDC综合工况为579公里。

综合比较来看,大众MEB平台开发的电动车的续航里程是很有竞争力的。这是如何实现的呢?

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首先,MEB平台搭载的模块化电池组是可扩展的,这意味着用户可以根据需求来选择不同的续航里程。如上图所示,大众汽车目前展示的MEB平台的电池包有三种规格,分别包含7个、9个和12个电池模组,电池包尺寸从1.3米到1.7米。出于大规模量产以及安全和开发难度的考虑,目前不会提供更多规格的电池包。

MEB平台电池包兼容软包电池和方型电池,这意味着在电芯供应商的选择方面将更加灵活(虽然圆柱电池也兼容,但是大众将主要使用方型和软包电池)。电池包也采用了铝合金外壳和集成式冷却系统,这些轻量化设计进一步提升了整个系统的能量密度。

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大众汽车集团电动汽车动力电池路线图

其次,不断提高的电芯能量密度也有助于增加续航里程。根据大众集团的电池路线图,到2020年将开始使用硅碳材料作为电池负极,正极也将使用高镍三元材料NCM811。到2030年,全固态电池将得到应用。

随着电池能量密度的提升,电池安全问题将更加突出。如何在高能量密度和高安全性之间做到平衡?大众的电池专家不愿意谈论过多,但他们正在与供应商一起研究新的方法,比如在电池负极和隔膜上涂覆陶瓷材料等等。

作为电动汽车最重要的系统,电池不仅决定了续航里程的长短,其设计安全与否也直接影响整车的安全性能。

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如上图所示,MEB电池包的最下层为坚固的碰撞保护层,其上分布着配有防撞框架的铝合金电池外壳,内置电池冷却装置和高压与低压车载电子系统接线盒(AC、DC 和12V)。

在铝合金电池外壳中是由单个电芯组成的电池模组,在电池外壳的纵梁上,集成了负责监控电芯平衡(确保电芯在日常使用中均衡使用)以及电芯电压、电流和温度的CMCe电芯控制单元。

另一个控制单元是电池电子装置(BMCe),集成于电池系统后部区域。电芯模块连接器将每个电芯模块相连接,测量线缆可以与电池电子装置进行通信。电池外壳顶部采用盖板密封,在需要维护的时候可以方便取下。

更灵活架构带来更大车内空间

由于MEB平台前部无需预留内燃机位置,前后车轴因此可大幅向远端移动,从而实现更长的轴距和更短的前后悬。这一方面可以方便设计师设计更具动感的车身比例,同时让车内空间更宽敞、更具多样性。

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MEB平台的车身空间有多大提升?举例来说,I.D.与高尔夫一样都是紧凑型车,两款车的外部尺寸差不多,但I.D.的内部空间表现达到了帕萨特的级别。

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此外,可扩展的平台也支持开发小型、紧凑型到中大型的车身,从车型种类来说,覆盖从轿车、SUV到MPV等多种车型。车辆的驱动形式则包括后驱和四驱。从ID.家族已经亮相的几款车型来看,既有紧凑型的ID.,也有I.D.CROZZ概念车所展示的SUV车型、I.D.BUZZ 概念车展现的MPV车型,以及未来感十足的I.D. VIZZION代表的中大型豪华轿车。

此外,得益于“Designs for Manufacturing(面向制造的设计)”理念,MEB 同样有助于实现快速、高效的生产过程。

集成在后轴的电动机、功率电子装置和变速箱;布置在车辆底部的平板式高压电池;以及集成在车辆前部的辅助驱动系统构成了MEB平台的零排放驱动部件。如果是四驱车型,前轴也会安装一台电动机。比如,I.D.是一台后驱车型,电动机布置在后轴上。I.D.Crozz的前后轴各装有一台电动机,可以实现四驱。

功率电子装置负责连接并控制电动机与电池之间的高压能量流。它可将电池储存的直流电(DC)转换为驱动电机所需的交流电(AC)。另有一个DC/DC转换器为车辆电子系统供电(12V)。电动机至后轴的驱动力传递由单速变速箱完成。

位于车辆底部的电池组在节省车内空间同时能够显著降低车辆重心,由于电池位于车辆中部,因此能够实现接近 50:50 的最佳前后配重。而低重心和均匀的重量分配将提升车辆的操控性能。

始终在线与实时更新

MEB平台没有传统发动机因此节省了不少空间,可以搭载更多车载设备,比如辅助驾驶系统、信息娱乐系统和控制与显示系统等,比如增强现实的平视显示(AR HUD),它能够将导航系统信息投射到车辆前方的虚拟空间中,这项功能也只有在MEB平台上可以实现,传统的MQB等平台由于车身前部空间的原因无法满足这一功能。

这些车载设备通过大众汽车研发的E3端对端电子系统架构和操作系统“VW.OS”来集成。

ID.将成为首个全面应用“E3”与“VW.OS”的车型。“E3”的全新端对端电子系统架构将目前常见的控制单元整合成性能显著提升的中央处理器单元。其系统更新与升级也将通过云端进行,从而确保车辆在新车状态时拥有最佳的性能与技术表现,还能在车辆的完整使用周期中始终提供保障。

ID.家族车型能够始终保持在线,并且能够访问各种信息与服务,其中一些服务将是用户之前从未体验过的。虽然我们目前尚不清楚将有哪些服务,但毫无疑问,随着车辆互联能力(车辆、用户以及网络之间的彼此连接)和自动驾驶能力(2025年及以后)的不断提升,用户在车内可做的事情将比现在更加多样。

更高充电效率带来更便捷用车体验

所有MEB平台的电动车的充电功率可以达到125kW,未来还可以提高至350kW。利用125 kW快充系统,ID.和ID.SUV能够在约30分钟内充满80%的电量。当然,这还只是基于目前的锂电池的性能。

和奔驰EQC的快充性能对比可以发现,MEB平台的电池快充能力稍胜一筹。奔驰此前公布,利用最大充电功率为110kW的直流快充桩为EQC充电时,整车电量从10%充至80%需要约40分钟。

值得注意的是,目前在售的基于MQB平台的电动车,比如e-golf、高尔夫GTE也可以使用Ionity的充电设备,但是充电功率达不到125kW。

如果用户在家里为车辆充电,大众汽车将提供一系列模块化结构的壁挂式充电盒,可安装至公寓、车库或公司停车场,充电功率可以达到11 kW。

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为了加快建设充电设施,大众汽车与宝马集团、戴姆勒公司及福特汽车公司联合成立了合资公司Ionity,为欧洲高速公路沿线部署快速充电站网络。至2020年,将有400个快充站点作为“未来充电站”投入运行。ID.车型能在充电站点以高达125kW的功率为电池充电。

在中国,大众汽车集团建立了Mobility Asia(逸驾)来支持不断增长的基础设施需求。逸驾及合作伙伴正在研发充电基础设施并且提供充电相关的产品,包括家用充电、公共充电和半公共充电产品。

大功率快充对于电网的运行影响几何?在国内有些观点认为,大量电动汽车集中快充将让电网难以负荷,但是Ionity的专家说,通过电网和电动车的信息交互可以解决这个问题,电网可以根据自身负荷给需要充电的电动汽车合理分配可用的功率,电动汽车也可以将其充电需求告知电网。如果电网有足够功率,就可以保证电动汽车以最大功率快充,如果电网功率不够,就会减少分配给电动汽车的功率。

不同充电标准之间如何兼容,或者说不同标准是否会统一?对此,大众方面的专家表示,充电标准统一的核心问题是通信协议的统一,如果通信协议能够统一,充电接口等硬件设备方面的统一将非常容易。

后记:电动汽车不仅仅只是把传统汽油车的发动机换成电动机,再加装一个电池包那么简单。电动汽车驱动系统的改变对整车的设计将带来一系列变化,所谓牵一发而动全身。此外,如果考虑大规模生产的便利性,稳定的质量和性能、可负担的成本这些综合因素,电动汽车的设计、研发和制造都不是一件容易的事情。这一点已经从以特斯拉为代表的很多先行者的经历得到了验证。

传统汽车制造商在机械领域拥有无可匹敌的优势,经过几十年的持续积累,它们也拥有了电气化领域的竞争力。机械与电的结合,再加上高度灵活的车辆平台的开发,以及丰富的制造经验和完善的供应链体系,这将极大的推动电动汽车的普及。

作者:史宝华
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