争做全能型选手 上汽三电系统技术解读

文章来源:汽车之家 发布时间:2020-08-17
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我们将通过上汽的电机以及电池技术两个方面,来解读荣威三电系统目前的技术状态。
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上汽电机技术状态及未来发展

补贴退坡、疫情突发、特斯拉强势杀入,过去这段时间对国内新能源车企而言,可谓寒冬已至,变革成为传统车企求发展的主旋律。在过去半年里,上汽荣威正在由内而外发生着变化,先是品牌的Logo巨变,随后伴随着新车型的发布,新三电系统技术也逐渐浮出水面。作为品牌“硬实力”的体现,上汽荣威在三电系统上究竟有什么新进展?集成上汽最先进技术于一身的E2平台又究竟是个什么东西?在前不久的媒体沟通会上,上海汽车集团股份有限公司副总工程师、上汽技术中心副主任朱军先生,为我们揭开了谜底。

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◆从E0到E2的战略布局

  目前,上汽新能源的三电系统已经形成了三个代际的产品体系,其中E0为第一代,衍生出来的产品包括较早前已经发布的荣威Ei5、荣威ERX5、MARVEL X等;而接下来刚刚上市的荣威R ER6以及将要上市的荣威R MARVEL-R采用了上汽的新一代三电技术,代号为E1。按照官方的说法,这一代是在E0的基础上进行了优化改进,从而带来更优异的表现;而E2则代表了上汽的下一代三电技术,这套系统将会基于全新的电动车平台进行研发,按照朱军先生的说法E2是下了“大血本的”。

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  以上明白了上汽三电技术的代际关系,接下来就便于我们向大家介绍不同代际之间究竟有着怎样的性能提升。不过需要跟大家解释一下,尽管我们今天聊的是三电技术(电机、电池以及电控)但其中电控的概念较为宽泛且模糊,而我们通常所说的电控一般是指电机的逆变器以及电池的电源管理系统,它们也决定了电机以及电池的性能,因此接下来我们将通过上汽的电机以及电池技术两个方面,来解读荣威三电系统目前的技术状态。

◆上汽电机技术状态及未来发展

  一谈起电机的性能,我们通常比较关注几个参数,包括功率高低、体积以及重量大小等。接下来,我们也就着这些参数来谈谈上汽电机技术当前的成果以及未来的发展方向。

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   上面的图片来自上汽官方,能够看出E0状态的电机峰值功率较低,体积大且笨重,功率密度只有1.1kW/kg。相比之下,E1的电机功率密度达到了1.97kW/kg,相比E0电机显著提高,这也就意味着在相同功率下,E1的电机重量可以大幅降低,而更小的重量有利于车辆续航里程的最大化。

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  8层Hair-pin电机绕组技术可以看作是E1电机技术进步的最大功臣,我们知道Hair-pin电机相比传统圆形铜线绕组的一个主要优势是通过改进铜绕组的形状从而获得更高的槽满率,提升电机的功率密度,同时改善绕组的散热表现以及运行噪音。

  其实在E0的电机上就已经采用了Hair-pin电机绕组技术,只不过只有4层,而在E1上,绕组层数翻倍,达到8层。更多的绕组层数有利于减小趋肤效应(导体在通交变流电时,内部的电流向导体表面聚集的现象)对电机性能的影响,从而提升电机效率、功率密度以及扭矩密度。

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  然而电机最大效率只能在特定的转速/扭矩区间才能够展现,因此大家其实更应该关注的是电机的高效率工作区间的大小。从图中我们能够看出8层Hair-pin电机的转速从12000转拓展到15000转,在电机达到14000转的时候依然能够实现94%的电机效率,而4层Hair-pin电机在超过12000转的时候就无法达到94%效率了,这意味着配备4层Hair-pin电机的车型在高速行驶时会更为耗电,而8层Hair-pin电机则能够在相同电池容量的情况下,带来更长的续航里程。

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  采用同轴布局的好处是相比E0电机的平行轴设计,更加节省电机横向空间。当该电机布置在前机舱时,能够减小前机舱的长度,让车辆更为紧凑。不过由于同轴布局并不能很好的降低电机的纵向空间,因此E1电机只能够支持前驱布局。因为如果将该电机放到后轴,会侵入后备厢或后排空间。

   至于E2电机,将会继续使用8层Hair-pin绕组技术,但我们从上面的参数表能够看出,该电机无论是在峰值功率、最大扭矩还是工况下的最高效率以及功率密度上,都有了显著的提升。至于这种提升是怎么实现的,朱军先生并没有明确的介绍,但向我们指出了突破的核心方向。

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  但电机定子与转子的温度数据又十分关键,因为一旦超过一定温度就会导致退磁,影响电机寿命。因此温度模型的建立和有效冷却措施的实施是实现用同样的电机尺寸做出更大功率的关键,这需要花很大精力来建立Know-How。

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   而在结构方面,E2电机将会回归平行轴布局,主要是因为这种布局能够一定程度上压缩电机的纵向空间,便于将其放置在后轴上,同时减小对车内空间的侵入。相信此时您应该也领悟到了什么,是的,不同于E1的前驱布局限制,配备E2电机的车型将优先采用后驱布局。

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  如果电机布置在前方用于驱动前轮,那么前轮很容易会突破与地面摩擦力的极限,造成打滑;而后轮由于拥有更大的下压力,因此配合更大扭矩的电机,能够获得更优异的性能,这是E2电机要优先布置于后驱车型的原因。

  不过,这样设计对车辆平台的要求较高,因此从E2代际的三电系统开始,上汽才会引用完全自研的新一代纯电架构,只有采用这样的架构,才能够最大化的发挥出新一代电驱动系统小体积、高性能的优势。此外,还有一点值得一提的是,目前E1的电驱动系统已经支持局部的FOTA,而到了E2电机,将能够通过5G技术实现更快、更高效、更全面的FOTA。说到这里,编辑都开始满心期待了呢。

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上汽电池技术状态及未来发展

◆上汽电池技术状态及未来发展

  不同于燃油车更注重驱动系统的研发,在电动车领域电池技术的发展同样起着至关重要的作用。上汽的研发团队也深知这一点,因此一直牢牢把控着电池的自主研发能力,目前除了电芯,其它的电池相关技术基本上都是上汽工程团队自研的结晶。

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  电池技术的发展目前受多种因制约,包括成本、能量密度、安全性、以及充电速度等,这些因素彼此之间也存在着一定程度的此消彼长关系,如何取舍是摆在主机厂面前一道艰难的选择题。

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  随着荣威R ER6的推出,荣威正式配备了下一代E1电池。新一代的电池在技术参数上全面超越E0代的产品,主要体现在成本更低、能量密度更大、容量更高且更安全。那么荣威是如何做到这一点的呢?

  为了实现更高的能量密度,荣威采用了大模组电池技术。我们知道传统的动力电池包内含有多个电池模组,每个电池模组里面又包含着多个电芯。这样的布局使得很多空间被模组占用,而其本身并不能存储电能,因此模组越多,电池包内部的空间利用率就越低。

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  根据朱军先生的说法,当前E1电池包的能量密度最高能够达到180Wh/kg,要知道这样的表现是在采用523(电池正极材料镍钴锰的配比为5:2:3)的三元锂电池体系达到的,能够让搭载的车辆实现600km以上的工况续航里程。

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  在编辑看来这样做一方面能够在提升能量密度的同时降低生产成本,另一方面也有助于产品的后期维护。毕竟采用CTP技术以后,一个电池包相当于一个模组,电芯与电芯之间全部用胶水固定,并不利于后期维护。

  上汽也在拓宽相同体积下E1电池包的容量范围,根据目前规划,E1的电池包能够实现50kWh、60kWh以及70kWh三种容量,分别对应400km、500km以及600km三个级别的续航里程。其中容量最低的版本采用了磷酸铁锂电池,这种电池在保证安全性与续航里程的同时,使电池成本下降了约15%,未来新款荣威Ei5以及名爵EZS就将采用这款电池包。

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  在E0时代,上汽的电池包容量相对较低,除了成本因素的制约以外,其实还有一大原因,就是非常注重电池的安全设计。而到了E1时代,上汽对安全性的要求又达到了一个新的高度,那就是要求电芯在出现热失控的半小时内不会扩散到其它电池。这个标准来自于美国的UL-2580电池安全标准,可以说是非常严苛了。

  为了实现E1电池的安全目标,朱军先生表示上汽目前光做热失控管理测试烧掉的电池包数量就达到了近五六十套,而以当前的E1的技术状态来看,最差的热失控表现也能够坚持大约40分钟而不发生扩散。

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  为了实现一体化铸铝托盘的设计,上汽花了不少精力,先后研究了挤压铝加搅拌棒摩擦焊技术以及高压压铸技术。不过这两种技术都不能实现托盘的一体成型,最终上汽联合供应商通过研究低压浇筑技术实现了铸铝托盘的一体成型,不仅实现成本的降低,而且单这一个零件就使重量减轻了17kg,这样的表现让朱军先生非常得意。

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  然而,在两年之后将要推出的下一代E2电池还将给我们带来更多惊喜。包括电池容量将会提升到100kWh,能量密度将会突破200Wh/kg,电池类型也将在磷酸铁锂以及三元锂体系之外再额外增加新的体系,而电池厚度则会相比现有产品大幅下降,达到110mm,热失控水平甚至要控制在L0级,也就是几乎不会发生扩散的情况。此外充电速度也要缩短一半的时间。可以说E2电池的技术指标几乎在每一项,都要大幅超越当前的技术水平。

  值得一提的是,新一代电池并没有因为引进更先进的技术而导致成本增加,相反却有了成倍的下降。朱军先生向我们表示:“E0的电池包每Wh的成本正常在1块多接近2块;到了E1已经降到9毛左右,到8毛的也有;到了E2应该是6毛左右。”

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全文总结:

   当被问及在三电系统这一块,上汽相对于其它车企的优势究竟是什么的时候,朱军先生明确的告诉我们:我们追求成为全能冠军,不是在某一个点上特别厉害,而是追求整体的实力,就像高尔夫、凯美瑞车型,它们的销量非常好,特色是可靠性,在其它方面既没有长板,也没有短板,上汽追求的也是这样的产品。

  回顾上汽过去发布的产品,我们发现它的确没有跟风市面上续航里程为王的产品逻辑,而是在安全、效率、性能等多个维度进行发力,所以我们能够看到只有35kWh电池容量的荣威Ei5,用上了热泵空调;只有53kWh电池容量的MARVEL X拥有三台永磁电机,并搭载了上汽自研的超越离合器来解决车辆惯性滑行时产生反电动势的问题。这些技术眼目前可能还没有引起大家的注意,但他们构建了上汽在新能源领域的技术根基,并在E1产品上进行了大幅优化,而等到E2代产品出现之时,或许上汽的新能源车型会厚积薄发,我们不妨拭目以待。


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