比亚迪于2018年北京车展发布了全新e平台核心技术，这标志着比亚迪向纯电动汽车零部件一整套集成化解决方案领域全面迈进。基于“e平台”打造的电动车，通过高度集成、一体控制，实现了整车重量的减轻、整车布局的优化、能耗效率的提升和可靠性的提高。
为了揭秘比亚迪e平台的核心技术，我们拆了一台秦Pro EV，并邀请到专注于电机系统、电控系统、动力电池等领域的几位高级工程师，针对比亚迪e平台的三大件，即驱动系统、高压系统以及电池包平台进行全面的解析。
这篇内容，工程师们将重点针对包括驱动电机、减速器以及电机控制器在内的驱动系统三合一进行解析。
往期内容回顾：
为了揭秘比亚迪e平台核心技术 我们拆了台秦Pro EV【高压三合一】
为了揭秘比亚迪e平台核心技术，我们拆了秦Pro EV500【电池包篇】
当汽车工程师遇到秦Pro EV500，忍不住要拆开看看
系统集成化程度高，结构紧凑，重量轻
集成化是比亚迪e平台最大的核心技术特点之一，尤其体现在驱动系统的集成化上。目前市场上大部分电动车型的动力总成都采用了分体式设计，即电机控制器、与电机和减速器各自分离，这就导致动力系统部件多，占用机舱空间较大，整体重量相对较沉，成本也更高。
而比亚迪将驱动电机、电机控制器、减速器这三大件集成在一起，使得原本的多模块集成为一个驱动三合一的整体，减少了复杂的机械结构和连接关系，体积和重量都得到很好的控制，整套驱动系统更轻、更紧凑。
很多人认为集成化意味着看上去是一个整体，其实并非如此。打开一些车型的机舱，第一眼看上去，电机控制器是固定在驱动电机上的。但再一看，电机控制器与驱动电机之间的三相高压线缆依然存在，这就说明电机控制器与驱动电机并没有集成在一起。对于比亚迪来说，驱动三合一的高度集成化，省去了三相线，不仅重量减轻，成本降低，还大大提升了使用当中的稳定性，降低故障率。
另外，驱动电机一侧的端盖，也作为电机控制器的一个支架，并且驱动电机与电机控制器的冷却水道在端盖上是连通的，也就是说它们共用一套冷却系统。此外，驱动电机和减速器同样共用了一个端盖。当然也包括减速器的悬置吊耳与减速器的端盖进行一体化设计。这些通过结构上的共用来减小整个系统总成的体积和重量，才是高度集成化所实现的。
驱动电机的两个端盖、电机控制器的壳体，以及减速器的壳体，都采用了高压铸造的工艺，所以壁厚可以控制在3~4mm，使得驱动三合一整体的重量大幅减轻。而如果采用低压铸造的话，壁厚最少也要5~6mm。虽然相比低压铸造，高压铸造的模具成本较高，但相对来说单个零部件的毛坯成本有所降低，因此实现规模化生产，势必带来成本控制红利。
另外在驱动电机的主壳体设计上，采用铝挤压成型工艺，因此结构可以做得非常薄，同时还能满足电机壳体的强度要求。这些都说明比亚迪将轻量化设计的思想贯彻到了整个e平台的设计和研发当中。
高性能稀土永磁同步电机，最高转速达到15000rpm
在驱动电机的选择上，秦Pro EV采用了具有高转矩密度、高功率密度、高效率及高可靠性的高性能稀土永磁同步电机，最大功率120kW，最大扭矩280Nm。特别值得一提的是，其最高转速提升至15000rpm，重量下降35%，功率密度提升40%。
高转速对于电机性能起着至关重要的作用，在输出功率相当的情况下，极限转速高的电机，体积和重量远小于极限转速低的电机，因此高转速电机是整个行业的重点研究方向。
通常研发团队在设计时更多考虑的是电和磁的设计配合，以及尽量提高转速，提升电机的效率和功率密度。对比相近参数的电机，比亚迪的电机在体积和重量在业内具备竞争优势，这都得益于15000rpm的高转速。
当然在永磁同步电机领域，高转速电机是很难制造的，对零部件的强度、系统的冷却设计以及整体的工艺质量都有很高的要求。所以我们也可以看到，比亚迪采用了定制的进口轴承，从而适应电机的高转速，这在国内的产品中还是比较少见的。
另外在转子的设计上同样有几点值得关注。第一点是做了斜极，也就是从外观上看，转子上四段的凹槽并没有完全对齐，而是部分转动了一个角度。这种设计可以降低电机在转动的过程当中所产生的转矩脉动，也就使电机转得更平稳、更顺畅，所以NVH表现会更好。
另外，转子的端面上有一些直接贯通转子的开孔。因为转子在运行过程中，硅钢片和磁钢会因感应涡流而发热，导致电机温度升高。而这些通孔可以使电机内部的空气流通，从而给转子里的磁钢进行降温，对防止转子磁钢的热衰退、提高可靠性有一定的好处。
电机控制器安全性设计到位，自主研发IGBT国内领先
在电机控制器的设计上，底板冷却水道采用摩擦焊的工艺，将两片铝制壳体进行焊接，而非靠传统的橡胶圈进行密封，可靠性更强。在电机控制器的直流输入端，设计了一个扼流圈，可以减少对整车的电磁干扰。其中还设计了放电回路，在发生意外时可以迅速把电机控制器内部的高压电降低到安全电压以下。
主控制板的电路架构上用了一片DSP控制芯片以及一片FPGA芯片。值得一提的是这片FPGA芯片，它的反应速度非常快，在发生故障时，比如电流过大或电压过大的时候，能够及时切断高压，对电机和控制器进行保护。而如果没有这个芯片，遇到故障时开关的断开速度没那么快，可能从纳秒级降为微秒级甚至毫秒级，从而带来一些安全隐患。
在电机控制器中，IGBT、膜电容以及电流传感器三个核心零部件均为比亚迪自主研发。其中最重要的元件当属IGBT，它的全称叫做绝缘栅双极型晶体管，是能源变换与传输的核心器件，控制交流电和直流电的转换及高低电压的转换。虽然名字很复杂，但我们可以把IGBT简单理解成是一个开关，用来控制电路的通断。只不过这个开关并不需要通过机械结构进行控制，并且可以用在几百伏特的电压、几十到几百安培电流的强电电路上，实现每秒万次的开关速度。
对于新能源汽车来说，无论是充电和放电都涉及到大量的强电交直流转换过程，因此IGBT就成为了新能源汽车所必备的组件。据统计，纯电汽车IGBT成本约能占到整车成本的十分之一。在此前，我国新能源汽车采用的IGBT完全依赖进口，很多技术被几家国外公司垄断。比亚迪是国内为数不多能够量产高压大功率IGBT的企业，同时也是唯一能够量产新能源乘用车高压大功率IGBT的车企。
在秦Pro EV这台车的电机控制器上，比亚迪采用了三组分立的IGBT模块，夹在冷却水道与驱动板之间，依靠上方的驱动板来驱动。驱动板通过一个变压器来实现高压侧和低压侧的隔离，采用六片独立的驱动芯片，对每一个IGBT的上管和下管进行驱动。
IGBT的选型，决定了整个电机的电压等级、电流等级、功率等级等等。目前常用的IGBT电压等级分为600V和1200V两种，如果选用600V的IGBT，电机输出电压范围大概在300V左右，几乎到不了400V，因为要留安全余量。而要想达到比亚迪这种将近500V的电压等级，意味着IGBT要选用1200V才可以。
看上去只是IGBT的选型不同，但如果要想控制成本，也只有比亚迪这种拥有全产业链研发优势的企业才能实现。因为所有的涉及到的零部件都要统一标准，比如高压零部件的电压等级都换成800V，甚至1000V级别以上，需要整车集成与零部件进行协同开发，难度高，周期长。而所有的电动汽车相关元器件中，IGBT的研发甚至比电池包还要难，可靠性需要很强。
总结
在电机控制器部分，其中的IGBT、膜电容、电流传感器，比亚迪都实现了自主研发，并且集成度非常高；在驱动电机本体部分，得益于15000rpm的高转速，整体体积非常小，因此实现了不错的体积功率密度；在减速器部分，在应对高转速的可靠性方面做得也比较到位。从而实现扭矩密度提升17%、功率密度提升20%、重量降低25%、体积降低30%，总成本降低33%等进步。总的来说，比亚迪e平台的驱动三合一，在轻量化、集成度、模块化、高效率这几方面做得非常优秀，可以说处于行业内的领先地位。