如果把位于安徽合肥,与江淮合作的工厂看做是蔚来汽车的婆家,那么南京的XPT基地可以说是蔚来汽车的娘家。当年蔚来ES8第一批样车就是在南京XPT基地组装的,蔚来汽车使用的240kW异步感应电机、动力电池包组装、三电系统的研发与制造,也都是在南京这个基地进行。这一次,我来到南京这个XPT基地,以“到此一游”的方式回了趟蔚来汽车的“娘家”。

其实,蔚来汽车不仅在安徽合肥有生产厂,南京有XPT基地,在其它地方也有一些组织机构,我们先来了解一下。

江苏南京:蔚来的娘家,车型研发诞生地、试制车间。新增加了一条电池包产线。

安徽合肥:蔚来的婆家,和江淮合作的独立全新专属工厂,负责量产车型的批量化生产制造。

江苏常熟:量产车型的电池包工厂。江苏昆山:量产车型的逆变器工厂。

上海:公司总部,位于上海安亭。

海外:圣何塞、慕尼黑、伦敦、多宁顿、牛津。主要利用海外的研发优势协助开发,也有趋势性研究的功能。

因为是蔚来汽车产品的诞生地,也是从小长大的地方,因此我个人就把南京的XPT基地当做是蔚来汽车的娘家,长大成熟之后才远嫁的安徽合肥。所以下文中,蔚然(南京)动力科技有限公司,又名蔚来南京先进制造中心,我都会用“娘家”做指代

我们这次来到蔚来汽车的娘家,看到了些什么呢?下面就让我一一为大家作介绍。

这是蔚来南京娘家的鸟瞰图,我这次主要进入了EDS(动力电机)与整车试制车间,以及ESS(电池包)生产车间。

首先我将进入EDS(电机)厂房,了解一下蔚来自己研发的异步感应电机的生产流程。

蔚来汽车当初只所以选择自己研发和制造异步感应式电机,我认为有三个主要原因:

1.蔚来使用的异步感应电机最大功率达到240kW,最大扭矩为420N.m。在ES8定型量产前,国内几乎没有供应商可以提供现成的产品,都是待研发的期货,而且交货日期不确定。蔚来除了自己研发之外别无他法,这一点与特斯拉当年立项时,只能使用松下18650电池的情况十分类似。

2.保证配件供应安全。电机相当于汽油车的发动机,如果单纯依靠供应商采购,就会出现配件供应安全稳定的问题。如果一旦供应商断货或延迟交付,就会影响整车的生产环节。对于目前这个时间节点的蔚来汽车来说,时间比成本更加重要。

3.学习比亚迪,除了汽车主机厂身份之外,再增加一个配件供应商的身份。因为这个大功率电机在国内并没有供应商供货,因此如果有其他车企需要,蔚来就可以作为供应商向外销售配件。在提高产量的同时进一步平摊成本,并且增加赢利点。

这就是这个工厂生产的240kW的异步感应电机,包括电机、减速器、电机控制器三部分组成。

对于蔚来使用的这个240kW感应异步电机,已经装配在ES8上,并且也将用在ES6的后轴上。相信众多媒体已经剥开了、揉碎了,碾成粉、榨出油地对这个电机进行了精确到一米毫米的报道,所以这次我简单介绍几点就好。

这就是异步感应电机的拆分图,从左至右分别是电机本体、单速减速器和传统输出轴、电机控制器(含IGBT电流转换器)

下面我们就进入工厂,看一看这个电机是怎么被生产出来的。

这个区域是电机的定子生产线,所谓定子就是电机中定住不动的那部分。这部分被安装在电机金属外壳和水冷层的包裹之下。

在电机的生产环节中,需要使用到大量的漆包线。蔚来使用江苏大通的线材,同时从21个线桶里抽取铜线,使用绕线机进行绕线作业。

蔚来下一步正在研究采用方形剖面的铜线代替现在的圆形剖面铜线,进一步优化空槽率。降低电机整体体积和重量的同时,提升功率输出表现。

现在这个工位则是电机转子的生产线,也就是电机中间可以高速旋转的部分。

通过机械手臂,将铜导条插入到转子的空槽中,并且在下一个激光焊接的部分进行部分热熔,让插入的铜导条与转子外露的部分进行物理粘合。

这就是被插入转子空槽的铜导条,而转子周围那一圈铜圈就是与铜导条相接触的铜导轨。

在铜片都插入转子内部的空槽后,与底部的铜导轨相接。此时由激光焊通过高温热熔铜导条底部外沿的部分,与底部圆盘状的铜导轨物理粘合,保证转子在高速旋转的时候不会脱离或虚接。

既然提到了高速旋转,那么就不得不提到“动平衡”。汽车轮胎都需要做动平衡,不然在行驶之后轮胎就会发生抖动或跳动,方向盘就会在某个速度区间内抖动,甚至整个车身都跟着发生轻微的抖动。那么作为一个最高达1.5万转的电机转子,细微的动力失衡都会引发一系列负面的连锁反应,那么该怎么办呢?

首先在动平衡机上进行测量,动平衡机使用的是德国申克的设备。而削切机床使用的是日本的马扎克自动化机床。当遇到大的动平衡偏差,就通过整体削切的方式进行处理。但如果削切到最后,需要更高精度微调的时候怎么办呢?

灵魂画师继续上场。

当需要做精度微调的时候,就需要靠在转子本体的顶端打孔来解决精细配重的问题了。所以每一个转子顶部,都会有数量不同的小坑,如果有拆车的朋友拆开蔚来的电机,看到电机转子顶部的小坑时不要误会,这是工艺,不是缺陷。

将定子、转子、包裹水冷层的壳体、高压线材、控制芯片以及传感器等一堆材料组装在一起,就成了电机的本体,也就是图中这个圆圆胖胖的家伙。

而英飞凌提供的IGBT构成的电机控制器,重要程度不亚于电机本体。动力电池存储的是直流电,而电机必须使用交流电才能运行,因此作为电流转换器的IGBT就非常重要,可以说是电机系统的心脏。没它什么都干不了。

至于蔚来提出的独创“双三相拓扑结构”的专利,看着复杂其实也好理解。就是把两个逆变功率模块并联了,多了一组备份。避免单一功率模块在高功率下“抽疯”,而且毕竟有两组模块,可以获得双倍峰值功率。

在这里我还要偷偷透露一个小信息,目前国内绝大多数的驱动电机都是通过液冷散热,也就是在电机外壳夹层中设置一层防冻液夹层,通过外部液冷进行散热。而蔚来目前正在研究油冷降温,也就是取消外壳体包裹的液冷层,而是直接将降温用的油注入电机内部,并且通过喷嘴向发热量高的点位进行喷油,实现更精准的定位降温。目前这个技术正在研究当中,据说不就即将进入试装阶段。

基本上EDS电机的部分就到这里了,我们转过来看看ESS也就是电池包的产线。

ESS电池包产线车间

出门右转500米,路过一个大空场就到了ESS电池包产线的车间门口。

看这工厂环境,看这厂房配色,说这是新开的海洋世界游乐园,或者儿童主题乐园,就问你信不信?不管你信不信,反正我是信了。

一进门我又惊了,国内、国外的汽车制造车间我也去过不少了,但是这么“高逼格”的工厂车间的前台,我是真没看见过,这可是制造车间前台,不是办公楼的前台呦。

下面我们就来聊一聊蔚来的ESS电池包车间吧。蔚来之所以把动力电池包称为ESS储能系统,其实代表着蔚来汽车对整个电能储备的认知、定位和态度。由于蔚来无论哪个车型,都是用同样物理尺寸的电池包,并且具备可换电技术,因此除了作为车辆的动力电池包之外,还可以做储能、梯次利用、峰谷电平衡等多种功用,因此电池包系统就被成为ESS储能系统。当然,如果你习惯叫电池包,也没有什么原则错误。

我们来看一下蔚来使用的电池包,也就是ESS储能系统的拆解图。

目前蔚来有两个容量版本的电池包,一个是70度电(系统能量密度135Wh/kg),一个是84度电(系统能量密度170Wh/kg)。这两个版本的电池包在外观和电气接口界面几乎一模一样,只是内部的电芯数量,以及电芯部分的能量密度有差异,才造成不同的电池容量。因此蔚来目前的任何一款车,在物理结构上都可以安装这两个版本中的任何一个,并且换电站也无需进行硬件改造。对于老款车型升级电池容量,提高续航里程;以及长时间使用的电池面临衰减,这两个目前电动车主都比较纠结的问题,都迎刃而解。

今天我是来看组装车间,不是来做技术原理讲解的,所以我们还是回到工厂实地参观的话题上来。电池的壳体是直接成品物流到厂区的,这种金属冲压车间很难通过本地的环评,所以采用成品物流运输的方式。电池壳进入工厂后,由人工进行最终清理,除尘,并且铺设底部的液态温控系统,以及固定电芯位置的模具。

这就是蔚来电池包底部的液态温控系统,通过液体在管路中循环,调节底部铝板的温度,再由铝板通过热传导效应,干预紧挨在上面的电芯模组的温度。

而电芯模组的安装就要依靠机器全自动完成,首先是安全,电芯自带高压电,如果工人误触就会有严重的伤害事故(曾有美国通用的工人在试装电池包时误触极耳触电,造成整个手臂截肢);其次就是对电芯入位的准确度要求极高,人工很难保证准确和一致性;最后一点,电芯模组真挺沉的。

这就是经过机器码放之后的电池包,所有电芯模组以此排列放置在电池包内部。

细心观察的朋友可能会发现,电芯模块好像有两个颜色,一个是黑色,一个是灰色。不错,不是照片的颜色误差,的确有两种颜色的电芯模组。原因是黑色电芯模组为主,灰色的为辅,主模组比辅模组内部多一个芯片。所以一个电池包内虽然有32个电芯模组,但其实又细分为16组,一主带一辅。

这样做的目的其实简单来说,就是通过可控成本下的系统,能够实时监控到更多电池内部的数据和状态。我们可以想象,一个芯片监控和读取两个电芯模组的实时数据和状态,然后整个总系统只要实时处理这16个并发数据,就能完整地监控整个电池包内,32个电芯模组的情况。

但是如果没有采用“一主带一辅”的方式,由BMS系统直接处理这32个电芯模组的并发数据信息,如果想在同样的时间下得到结果,那么只能有两个选择。要么选择运算处理能力高一倍的芯片(价格成本上涨),要么将处理的信息减半(丢失部分电芯实时信息,可能有安全隐患)。

如果各位觉得我没说明白,那我举个例子。一个班有32名同学,但只有一个老师,这时候要收作业了,蔚来的做法是把32个同学分成16个小组,由每个小组长把作业收好并交给老师,这样老师只需要面对16个同学就可以了;但如果不这么做,老师就要一个一个的去收32名同学的作业,时间和效率就可见一斑了。

我们继续来看工厂的生产流程。

在机器完成电芯排布之后,由人工进行电芯的极耳连接、布线以及支架的安装调试。所有螺丝的紧固全部使用可追述记录的自动紧固设备,确保产品一致性。

完整组装的电池包通过系统激活、写入信息后准备进行上盖密封。上盖密封通过工业密封胶进行密封,电池壳接口一圈需用胶190克。然后在通过螺丝进行紧固。

完成密封之后的动力电池包会进行密封测试,测试的办法是通过电池泄压孔想电池壳内充气加压,通过检查压力保持的情况来判断电池包是否达到密封标准。通过检测的电池包会安装双向气压阀,然后封装出厂。

最终,动力电池包会装配在蔚来车型的底盘部分,给整车供电。

至于很多人比较关注蔚来的换电模式,有很多人疑惑动力电池又沉又大,放在底盘悬挂着,如果频繁换电的时候会不会造成紧固的螺丝老化?蔚来这次也终于公开了它换电模式下,紧固电池的小秘密。

电池通过8个紧固螺栓(Bayobolt),以及2个定位螺栓(M10)实现全自动换电。其中关键点就是Bayobolt这个专利螺栓,这是首次公开结果,估计也是专利申请到手,没有后顾之忧了。完成旋转之后,下方有一个凹凸卡槽咬合,使得吃力部分不是螺纹,而是咬合后的卡槽,很大程度上减轻了车辆在行驶时,螺纹的受力强度。

由此,电池包产线也就是ESS电量储存系统的产线参观完毕。

我来说说这次给我印象最深的一个细节吧。国内的整车工厂我几乎都参观过,而电池和电机的生产车间我也去过不少,不敢说见多识广,也至少不会“少见多怪”了。但是蔚来工厂的参观环节,有一处细节是任何一个国内的工厂都没有做到的,那就是进场时候的应急安全疏散告知。而我曾经在日本的个别工厂参观时,才遇到过类似的场景。

我们在进入每一个厂区之前,除了穿戴好防护服和防砸鞋头之外,还必须看一个视频的讲解,内容主要是一旦发生紧急情况,诸如火灾、爆炸、地震等突发事件,身处在工厂内的不同位置,如何选择最近的逃生通道。

或许这一举动会被人看做“多此一举”,也可能是我随着年龄的增加,比较“怕死”了,有句俗语来描述一个人变老的三大特征:”爱财、怕死、没瞌睡“。但是对于安全和细节的把控,以及对人生命的尊重已经深入了这家企业的管理DNA中。如果诸如地震这样的意外一定要发生,那么也要提前做好应对策略,并且把损失降到最低,这种理念我十分认同。

总结

从北京到南京,匆匆忙忙地看了眼蔚来汽车的娘家,然后又“屁滚尿流”的赶飞机回到了北京,收获要比想象中多很多。来之前以为又是走马观花般地看一眼,然后听一听各路“大神”吹一吹牛。没想到从讲解会到参观过程的随队讲解,蔚来把包括郑显聪先生在内的几位技术大神都请出来了,甚至还有黄晨东博士特意从美国圣何塞提前回国,就为了参加这次技术讲解和沟通会,诚意算是满格了。

说到遗憾,其实也有一些。比如即将搭配在ES6车上的永磁同步电机,这次由于产线调整,做量产前的准备就没有开放。同时,蔚来ES8诞生的“闺房”,那条传说中的南京工厂整车“小生产线”也没来的及参观,对ES6的感受也是浅尝则之,最令我“心痛”的就是因为匆忙赶回程的航班,而错过了蔚来食堂的用餐体验。熟悉我的朋友都知道,我对每一个车企的员工食堂都超有兴趣,可以从食堂的餐饮以及员工的状态,看出这个企业目前的情况,以及整体精神面貌,这些遗憾也只能留到今后慢慢来弥补了。