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滿滿都是黑科技,ER6三電技術(shù)深度解析
來自:電動邦
作者:邦老師
2020-09-08 09:30:00
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受多方面的影響,今年的車市顯得沒有那么熱鬧。過去的八個月中,車圈里面發(fā)生的大事也算是屈指可數(shù)了。上汽乘用車中高端純電汽車品牌R汽車的誕生算是一件。

R標(biāo)將成為上汽乘用車旗下中高端純電汽車型的專屬標(biāo)志,這也意味著R汽車全新的營銷服務(wù)模式——更數(shù)字化、智能化的新能源,促進(jìn)品牌積極向上的發(fā)展步伐。

與此同時,采用全新“R標(biāo)”的首款純電車型ER6現(xiàn)已上市。

ER6身上的亮點(diǎn)不止于“R標(biāo)”。在消費(fèi)者眼里,ER6推出的2年7折“車電分離專享方案”保值回購政策,620公里NEDC工況續(xù)航、12.2千瓦時/百公里的超低電耗,15分鐘充電200公里的標(biāo)簽要更加吸引人。畢竟誰不想要一輛更加保值、續(xù)航更長、能耗更低、充電更快的純電動車呢。除了第一點(diǎn)是車企的政策之外,后面的幾個特點(diǎn)都指向了一個方向:三電系統(tǒng)。

■ 什么是三電?

純電動車上的電驅(qū)、電池、電控三大系統(tǒng)統(tǒng)稱為“三電系統(tǒng)”。它決定了一輛純電動車的動力輸出、續(xù)航表現(xiàn)、能耗水準(zhǔn)以及充電速率,重要性不言而喻。

■ 上汽新能源三電系統(tǒng)的代際

在新能源市場耕耘了這么多年,上汽新能源在三電系統(tǒng)也形成了代際:E0、E1、E2。

其中E0為第一代,也是目前為止上汽新能源車正在用的技術(shù),目前市面上的上汽的新能源大多數(shù)目前采用的E0。

至于E2,目前還處在全力開發(fā)的階段,有望在2022年投產(chǎn)。

而E1,則是在E0的基礎(chǔ)之上改進(jìn)優(yōu)化而來,目前已投產(chǎn)。包括但不限于ER6和即將上市的R MARVEL R。

■ 集成度、效率更高,進(jìn)化的電驅(qū)系統(tǒng)

三電系統(tǒng)中,電驅(qū)系統(tǒng)是最為核心的部件,它的性能和效率直接決定了一輛車的動力表現(xiàn)。

在結(jié)構(gòu)上,ER6的電驅(qū)就已經(jīng)與眾不同。目前市面上大多數(shù)純電動汽車的電驅(qū)系統(tǒng)都采用了平行軸布局結(jié)構(gòu),電機(jī)軸、輸出軸和半軸三者互為平行線布置,空間利用率還有提升的空間。

而ER6采用的是同軸布局。把電機(jī)輸出軸做成空心,在里面再嵌套一個軸承,然后在這根軸承里放一根細(xì)的軸,外面的空心軸和里面的實(shí)心軸以10倍左右的關(guān)系各自旋轉(zhuǎn),互不干涉,這樣就充分的利用了半軸周圍空間,避免了空間浪費(fèi)。這樣的電驅(qū)系統(tǒng)在體積上有著非常明顯的優(yōu)勢,布局起來要更加靈活。

除了結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新,這套電驅(qū)系統(tǒng)的電機(jī)還采用了8層發(fā)卡繞組技術(shù)。

一般的發(fā)卡扁線繞組是2層一組,從上到下是兩組4層排布。但隨著電動車動力需求的增加,電機(jī)的轉(zhuǎn)速越來越高,通過繞組的交流電的頻率也越來越高。這里的交流電有著明顯的“趨膚效應(yīng)(skin effect)”,導(dǎo)致中間的面積被浪費(fèi),周圍的電流很大,發(fā)熱明顯,效率降低。

而采用了8層發(fā)卡繞組技術(shù)的電機(jī),線圈結(jié)構(gòu)的橫截面積更大、長度更短,所以電阻和能量損耗都得以降低。

這臺電機(jī)的最高效率達(dá)到了97%,并且在大部分工況下都能達(dá)到90%以上的效率。它的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了15000轉(zhuǎn),新車0-100公里/時加速僅需7.8秒,極速達(dá)185公里/時。

對比4層發(fā)卡繞組電機(jī),8層發(fā)卡繞組電機(jī)效率≥90%的區(qū)間從83%提升到了88%,增加了整整5%。

此外,通過仿真軟件測算的效率MAP數(shù)據(jù)顯示,同一款ER6車型分別采用8層發(fā)卡電機(jī)和4層發(fā)卡電機(jī)時,搭載8層發(fā)卡電機(jī)的車型NEDC工況的平均電耗從13.8千瓦時/百公里下降到12.2千瓦時/百公里,降幅超過11.5%,切實(shí)提升車輛續(xù)航里程。

大模組設(shè)計,帶來更安全、能量密度更高的電池

除了高度集成化的電驅(qū)系統(tǒng),ER6的動力電池也有著諸多亮點(diǎn)。比如首次搭載的大模組電池方案。

一般純電動汽車動力電池都是由電芯組成模組,之后再將模組組成電池包,這樣的電池包體積承租率大概在40-50%,質(zhì)量成組率在65-75%。說通俗點(diǎn),就是有一半的體積和三分之一的重量沒有用來存儲能量。

▲ 榮威ER6的的電池有6個大模組構(gòu)成

而ER6則通過大模組的思路,將電池包的多個標(biāo)準(zhǔn)模組打散,在通過定制的方法將其組裝成大模組。這樣做能夠大幅減少零件數(shù)量以及零件安全連接需求空間,相較其他同尺寸電池包,電池能量(1/3C)從54.3千瓦時提升到了72.7千瓦時,增長了近20千瓦時的電量。

此外模組變大、數(shù)量變少之后,電池包內(nèi)的安裝布置、電氣連接、操作預(yù)留等空間需求也大幅減小,相比上代產(chǎn)品,新車大模組電池的零件數(shù)量減少了22%,不僅進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化,還為內(nèi)部留出了充裕的重量空間。

再配合一體式托盤設(shè)計,并對整車安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式、四周側(cè)壁各種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)以及托盤內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精心優(yōu)化,真正將重量用在了刀刃上。一體式鑄鋁托盤,把冷卻板與框架集成為一體,兼顧電池冷卻和加熱功能,在確保PACK框架強(qiáng)度的同時,還進(jìn)一步提高了集成效率。電池包僅靠523電芯,就把能量密度高做到180瓦時/千克,與上一代產(chǎn)品相比,質(zhì)量能量密度提升了15%。而這些優(yōu)勢最終都使車輛的續(xù)航變的更長。

■ 全面的主被動安全設(shè)計,確保電池安全

ER6并沒有采用高密度的811電池,而是采用了更加成熟安全的NCM523電池,鎳、鈷、錳在材料中的比例為5:2:3,鈷和錳的比例高,有更高的安全和穩(wěn)定性。

在電池包內(nèi),防火罩把所有電池模組都罩起來。這層防火罩包含兩層結(jié)構(gòu):

一層是硅膠為主的復(fù)合材料,它在高溫下會陶瓷化成一種質(zhì)地堅硬的半無機(jī)材料,這種無機(jī)材料不僅自身不會燃燒,同時具有出色的隔熱性能,能夠防止電芯噴出物引燃或熔穿電池包上蓋。

另一層是非常薄的玻纖材料,它的任務(wù)是在陶瓷層還未形成時提升其整體強(qiáng)度,使材料不至于撕裂或散架。

防火罩設(shè)計的存在,可以在一定時間內(nèi)避免密封面周邊的過熱風(fēng)險,將高溫?zé)煔馔ㄟ^電池包內(nèi)的煙氣通道,經(jīng)由箱體上設(shè)置的防爆閥排出,在足夠長的時間內(nèi),確保乘客艙安全。

不僅如此,ER6還在電池包箱體上構(gòu)建起了堵疏結(jié)合的排氣通道。

疏:通過設(shè)置“只通氣不過水”的平衡閥,來應(yīng)對電芯熱失控時所釋放出的大量氣體,以達(dá)到平衡電池包內(nèi)外壓差的目的。

堵:在防爆閥內(nèi)側(cè)增加了一層薄鋼片,避免高溫?zé)煔庵苯記_擊防爆閥而引發(fā)爆燃。高溫?zé)煔庑枰ㄟ^防護(hù)鋼片的阻擋,再從鋼片與電池托盤的間隙中到達(dá)排氣閥口,在這個被精心設(shè)計的過程中,高溫氣體的熱量很大一部分已經(jīng)散到外界,實(shí)際排出的氣體已不足以燃燒。

除了對電池的被動安全設(shè)計之外,ER6針對電池溫度進(jìn)行了多項主動監(jiān)測設(shè)計。

通過更換電池模組下方的導(dǎo)熱材料,以及BMS電池管理系統(tǒng)、熱失控報警機(jī)制來實(shí)時監(jiān)控?zé)崾Э厍闆r,并進(jìn)行調(diào)控,這樣做可以有效降低熱蔓延速度。

ER6配備的BMS電池管理系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測熱失控情況,當(dāng)監(jiān)測到熱失控有可能發(fā)生時,全速運(yùn)轉(zhuǎn)電池水泵,配合導(dǎo)熱材料,能夠迅速將熱失控電芯附近局部過多的熱量轉(zhuǎn)移到電池包其他位置,并提供相當(dāng)于4個額外電芯的熱容,大幅度降低熱失控情況發(fā)生的概率。再配合ER6利用大數(shù)據(jù)機(jī)制,結(jié)合后臺監(jiān)測和計算電芯狀態(tài),建立熱失控報警機(jī)制,打造出了電池保護(hù)的最后一道防線。

■ 結(jié)尾

在有些車企還在為如何為自家車上配備更大的電池時,上汽新能源已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)到了如何改進(jìn)優(yōu)化自家的三電系統(tǒng)。相比單純的增加電池容量,三電系統(tǒng)的整體研發(fā)要更加“道阻且長”,但其成果也是顯而易見的,以八層發(fā)卡繞組和大模組式電池包技術(shù)作為技術(shù)突破口,ER6做到了620公里超長續(xù)航、15分鐘充電200公里和12.2千瓦時同級最低百公里電耗,在同級別中,做到了標(biāo)桿一樣的存在。

在5G應(yīng)用、自動駕駛方面,上汽集團(tuán)也有所布局。2019年4月,上海市嘉定區(qū)與上汽集團(tuán)、中國移動、華為共同簽訂《關(guān)于5G智慧交通示范項目的戰(zhàn)略合作協(xié)議》,并在嘉定區(qū)建設(shè)覆蓋65平方公里、總計53.6公里的人-車-路協(xié)同的“5G智慧交通示范區(qū)”。

今年5月,示范區(qū)內(nèi)的5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和車路協(xié)同設(shè)施已全部建設(shè)完工,待項目完全建設(shè)之后,示范區(qū)將實(shí)現(xiàn)并相公眾提供提供包括5G自動駕駛之旅、V2X智慧交通之旅、5G視頻互動分享之旅等創(chuàng)新體驗(yàn)。

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