Проект электрического привода под руководством Nio был удостоен первой премии премии China Society of Automotive Engineers (China-SAE) за достижения в области науки и технологий. Согласно недавно опубликованным данным, удельная мощность двигателя составила 19,06 кВт/кг, удельная мощность контроллера — 226,92 кВт/л, а пиковая мощность при зарядке с повышением напряжения достигла 202,78 кВт.
Награда, объявленная 28 октября, присуждена за разработку электрического привода с непрерывной обмоткой и архитектурой 925V, созданную усилиями Nio, Университета Тунцзи, Харбинского университета науки и технологий и компании Baoshan Iron & Steel. Проект охватывает три направления: массовое производство высоковольтной изолированной непрерывной обмотки, интеграцию системы терморегулирования в компактный силовой агрегат и использование компонентов привода для зарядки с повышением напряжения.
Технология поступила в серийное производство в декабре 2024 года и уже применяется в нескольких моделях Nio и Onvo. В материалах к награде подробно описаны производственные сложности, связанные с конструкцией обмотки, в частности, процесс формирования длинных жестких медных проводников без повреждения их изоляции.
Плотность мощности двигателя и архитектура 925V
В отчете указана удельная мощность двигателя 19,06 кВт/кг и контроллера 226,92 кВт/л. Эти показатели относятся к отдельным компонентам и не должны напрямую сравниваться с характеристиками полностью интегрированных силовых агрегатов, которые включают в себя редуктор, дифференциал, инвертор и корпус.
Архитектура 925V предъявляет повышенные требования к изоляции обмотки, что делает выбор материалов и стабильность производства ключевыми факторами разработки.
Как Nio внедрила производство непрерывной обмотки
В архитектуре W-Pin от Nio используются непрерывные прямоугольные медные проводники, формирующие обмотку статора, вместо сборки из множества отдельных медных сегментов путем изгиба и сварки.
В процессе производства используются 12 плоских медных проволок длиной по пять метров каждая, которые с помощью прецизионного оборудования изгибаются в 24 точках. Из-за их длины и жесткости крайне сложно сохранить геометрию проводника и целостность изоляции в процессе формовки.
Инженерная группа изначально пробовала метод 180-градусного переворота при изгибе. Однако многократное вращение проводников приводило к их растяжению и угрожало целостности изоляции. В итоге команда отказалась от этого метода в пользу процесса плоской формовки, который позволяет изгибать провода без повторных вращений.
Примененный процесс позволяет контролировать толщину изоляционного слоя на уровне 0,14 мм и удерживать допуски при сборке двигателя в пределах 0,02 мм. Любое повреждение непрерывного проводника или его изоляции может привести к выходу всей обмотки из строя.
В отличие от традиционной технологии hairpin windings («волосок»), где используются отдельные медные сегменты, соединенные на концах, непрерывная конструкция минимизирует количество промежуточных электрических соединений. Это требует сверхточного контроля позиционирования проводника и состояния изоляции на всех этапах производства.
Nio получила первую премию China-SAE Science and Technology Progress Awards во время конгресса SAECCE.Credit: China-SAE
Высоковольтная устойчивость и зарядка с повышением напряжения
Архитектура 925V создает дополнительную нагрузку на электрическую изоляцию, особенно при быстром переключении, осуществляемом силовыми электронными компонентами на основе карбида кремния (SiC).
Испытания включали 1300 часов непрерывной работы при высоких температурах без сбоев. Отдельная программа высотных испытаний охватила более 500 часов в симулированных условиях на высоте 5500 метров, сочетая длительную работу под высоким напряжением, переключение с частотой до 15 000 раз в секунду и резкие изменения скорости двигателя.
Другие тесты включали трех осевую случайную вибрацию до 5,5g и воздействие температур от -40°C до +85°C в течение более двух месяцев. Снижение атмосферного давления на большой высоте может уменьшить диэлектрическую прочность воздушных зазоров, что повышает требования к изоляции обмотки.
Силовая установка также поддерживает функцию зарядки с повышением напряжения (voltage-boosted charging), используя компоненты электропривода вместо установки отдельного повышающего преобразователя. Обмотки двигателя обеспечивают индуктивность, необходимую для преобразования напряжения, а переключающие устройства инвертора управляют процессом.
Это позволяет повышать входящее напряжение постоянного тока от зарядной инфраструктуры с низким напряжением для зарядки высоковольтной батареи. Согласно отчету, пиковая мощность зарядки с повышением напряжения составляет 202,78 кВт, хотя фактический результат зависит от зарядного устройства и условий эксплуатации автомобиля.
Производство в моделях Nio и Onvo
Nio начала разработку технологий электропривода в 2015 году и с тех пор прошла четыре поколения. Система с непрерывной обмоткой поступила в массовое производство в декабре 2024 года; согласно данным проекта, объемы производства достигают миллионов единиц.
Технология применяется в моделях Nio ET9, ES8 и ES9, а также в Onvo L90 и L80. Проект также включает 146 запатентованных решений и вклад в создание шести национальных автомобильных стандартов Китая.
Технический дебют Nio ET9 ознаменовал новый вектор развития компании в области высоковольтных электроприводов.