[ EV知道 行業(yè) ]進入2020年,電動汽車也進入了一個新的發(fā)展階段,除了搭載更高級別更多輔助功能的自動駕駛外,續(xù)航也是一個重要的方面。600km+如同一個魔咒,成為眾多新車型的亮點,仿佛誰家沒有一個達到600km續(xù)航的車型都不好意思說自己在做電動汽車。但都知道續(xù)航越大電池容量越大,車輛的自重和成本也越高,消費者希望擴大電動汽車的出行半徑的同時,也會擔心電動汽車成本和安全問題,這對于近期也在主打600km+續(xù)航,售價20萬以內(nèi)的榮威R ER6亦是如此。
榮威R ER6以20萬內(nèi)唯一620km超長續(xù)航純電轎車身份的確吸引了不少關(guān)注度。但620km續(xù)航想要純靠增加電池組來實現(xiàn),必然會使成本增加,想要20萬以下的售價似乎不太可能。那么榮威R ER6具體采用了哪些技術(shù)和方案實現(xiàn)續(xù)航增加的同時成本也能很好的控制?
其實做到這些無非是采用成本相對合理的高密度電池和降低能耗提高利用率,但是各家有各家不同的技術(shù)和不同個的方案,而這次主要了解一下榮威R ER6在三電方面采用的方案。
高效率高集成電驅(qū)
將電驅(qū)系統(tǒng)高度集成是目前電動汽車都會采用的方案,高度集成的電驅(qū)除了可節(jié)約空間外,還可以提高能效。而ER6搭載的高功率、高扭矩密度的8層Hair-pin電機,結(jié)合緊湊的同軸布置方案,使集成電驅(qū)動總成的功率密度和扭矩密度大幅提升,同時效率也得到進一步提升,從而達到提升車輛續(xù)航能力。
1、8層Hair-pin繞組設(shè)計:
電機在定子上的繞組里通過電流形成磁場來驅(qū)動車輛。繞組的材料即使用純銅來做,也會有一點點電阻,由于通過繞組的電流很大,在大功率高速運轉(zhuǎn)時,這一點點電阻就會造成很大的發(fā)熱和能量損失。為了解決這個問題,上汽工程師從繞組的結(jié)構(gòu)上想辦法把截面積做大、長度做短,選用了Hair-pin扁線繞組。
一般的Hair-pin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,周圍的電流很大,發(fā)熱明顯,效率降低。所以,工程師把繞組繼續(xù)拆分成8層,并合理設(shè)計結(jié)構(gòu),形成了現(xiàn)在的8層Hair-pin繞組設(shè)計,實現(xiàn)了電機效率、功率密度和扭矩密度的提升。
對比4層Hair-pin繞組電機,8層Hair-pin繞組電機效率≥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Hair-pin電機和4層Hair-pin電機時,搭載8層Hair-pin電機的車型NEDC工況的平均電耗從13.8kWh/100km下降到12.2kWh/100km,降幅超過11.5%,有效提升車輛續(xù)航里程。
與上一代電機相比,ER6電機的功率密度進一步提升53%,接近6kW/kg;扭矩密度進一步提升12%,接近12Nm/kg。
2、同軸布置方案:
現(xiàn)在市面上純電動汽車的電驅(qū)系統(tǒng)一般采用平行軸布置結(jié)構(gòu),對于空間的利用率不高,而ER6的電驅(qū)系統(tǒng)采用同軸布局結(jié)構(gòu),輸出軸、半軸、電機軸在同一軸線上,進一步壓縮車輛高度和前后方向上的尺寸,相較于采用平行軸布置結(jié)構(gòu)的純電動汽車,能夠帶來更寬敞的乘坐空間。
大容量更安全的電池
提高續(xù)航里程又要控制車重避免能耗增高,就需要采用高密度電池。但榮威R ER6并非采用的811電池,而依靠大模組方案,并使用成熟穩(wěn)定、電池能量密度達到180Wh/kg的 NCM523電芯,使綜合續(xù)航同樣達到620km,同時也更加安全可靠。此外,電池還采用了疏堵結(jié)合的熱失控防護,并通過UL2580電池安全認證。
何為大模組?
此前,主流車用動力電池的發(fā)展思路是從電芯組成模組,再把模組組成電池包。但這兩個過程,都會有轉(zhuǎn)換效率,就如同得房率一樣。
主流純電動車型的電池包體積成組率大概在40-50%,質(zhì)量成組率在65-75%,換言之,就是有一半的體積和三分之一的重量都沒用來存儲能量,在能量密度方面還有很大的提升空間。
對此,ER6搭載的電池包采用了把多個標準模組打散再集成的定制化大模組方案,大幅減少零件數(shù)量以及零件安全連接需求空間,進一步提升集成效率、增強結(jié)構(gòu)強度。
多方面電池?zé)崾Э毓芾?/strong>
但電池的安全不只是結(jié)構(gòu)上要有足夠的強度避免電池受損出現(xiàn)事故,同時在熱失控管理方面也要有足夠的安全保障。
上汽榮威在榮威R ER6設(shè)計中除了選擇成熟穩(wěn)定的523電芯和性能優(yōu)良的防火罩外,還配備了額疏堵結(jié)合的排氣通道,并通過BMS電池管理系統(tǒng)和熱失控報警機制,對電池溫度進行實時調(diào)控,有效延緩熱蔓延過程,降低熱失控風(fēng)險。
說到更加成熟穩(wěn)定的NCM523電芯,是因為NCM523電芯中鎳、鈷、錳在材料中的比例為5:2:3,因為鈷和錳的比例高。鈷具有穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu),可提高電池充放電速率和循環(huán)壽命,而錳則是負責(zé)提升電池的安全性,所以,對比為了提高能量密度而含有更多鎳元素的811電池來說更安全。
1、電池的防火罩包含兩層結(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)地堅硬的半無機材料,這種無機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。
2、疏堵結(jié)合的排氣通道:
ER6在電池包箱體上設(shè)置了“只通氣不過水”的平衡閥,并在電池包上放置了4個排氣量充足的單向彈簧防爆閥,構(gòu)建起疏堵結(jié)合的排氣通道。
3、及時有效的熱失控防護:
熱失控從原理上來說,是某個電芯的溫度超過了阿侖尼烏斯方程的臨界溫度,進入了不可控的區(qū)域。為將熱失控發(fā)生的概率降到最低,ER6更換了模組下方的導(dǎo)熱材料,并通過BMS電池管理系統(tǒng)、熱失控報警機制,實時監(jiān)控?zé)崾Э厍闆r,及時進行調(diào)控,有效降低熱蔓延速度。
寫在最后:
因為電動汽車的特性使得消費者在使用電動汽車時多少都會有續(xù)航焦慮,為了在一定程度上緩解這種焦慮,電動汽車的續(xù)航里程越來越長。但提高電動汽車續(xù)航并非要一味的追求更高能量密度電池,畢竟能量密度越高的電池成本和不穩(wěn)定性越高。如若類似上汽榮威R ER6這樣,選擇相對成熟的電芯,從提高電驅(qū)的效率和模組結(jié)構(gòu)等方法也能得到600+的續(xù)航里程。并且這樣的方法讓車輛擁有長續(xù)航和電池安全的同時,也會降低消費者的購車和使用成本。
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