蔚来ES8三电系统技术解析

文章来源:汽车动力总成 发布时间:2021-03-29
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今天,我们就借着蔚来ES8来解析其三电系统技术。
电动汽车的“三电”是指:电池、电机、电控,这是电动汽车的关键技术,“三电”技术也是电动车区别于传统汽车的新技术。在这三项技术中,电池又是最主要的,它影响到汽车单次充电的行驶里程、汽车生产成本等。电机是新能源汽车驱动系统的关键,它的性能直接关系到新能源汽车整车动力性能。新能源汽车电机追求高功率、小体积、高转矩、高转速(高功率密度、高转矩密度)。蔚来是国内第一个自主研发、生产车用大功率异步电机和电控系统的车企,今天,我们就借着蔚来ES8来解析其三电系统技术。

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电池组提供了70kWh、84 kWh、以及100kWh三种选择,NEDC续航里程分别为415km、485km以及580km(老款车型可以付费升级100 kWh电池组,升级后NEDC续航里程可达500km)。100kWh电池组在四大方面实现技术突破,包括热失控管理能力(无热蔓延安全设计,带来更好的热失控管理能力)、体积及能量密度利用率(体积利用率提升19.8%,能量密度提升37%,热管理性能提升17.5%,制造装配简化40%)、寿命强化(全天候温控,提升电池性能并延长电池寿命)以及管理系统的精准监控(端云融合BMS,实现从电芯到系统的精准管控,在最佳工况和极致性能之间达到平衡)。

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根据官方介绍,蔚来100kWh电池组拥有300多项电池相关专利,其电芯和整包研发设计由蔚来和宁德时代合力完成,研发高镍55电池来取代在之前70kWh和84kWh电池包内的811三元锂电池(NCM 811配比将电极的材料变成了8:1:1,这种电池在一定的程度上面可以保证电池的能量密度,可以提升电池的续航里程,以及电池的使用循环寿命、安全性等。但“811”电池为了提高电池能量密度,增加了正极材料中镍材料的占比,而缩减了钴和锰的占比,所以它的稳定性与安全性相对于“523”电池与“622”电池来说,安全性与稳定性更差,使用寿命也相对更短,发生燃烧的危险性也相对更大)。

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高镍55电池的镍钴锰元素比重为5.5:1.2:3.3,相比811三元锂电池(8:1:1),降低了镍元素,提升了锰元素。当然,正极材料中镍材料的占比降低了,电池能量密度也会随之降低,为了弥补元素占比降低所带来的电池能量密度减低的问题,高镍55电池采用了单晶化结构的镍钴锰材料,单晶体镍材料在原子内部的结构为对称、有规律、几何形状排列,这样的单晶体结构相对稳定得多,在接近“811”能量密度的前提下,有比较突出的材料层级热稳定性,大幅提升了安全性。

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该电池包采用CTP(Cell to Pack)技术,利用高度集成化设计和高效率一体集成式水冷板,将总零件数减少至原来的60%,空间利用率提升了15%,能量密度更是提升了37%
 
现有的电池pack结构由三级组成:电芯(Cell)、模组(Module)、包(Pack);当然,它们之间的关系我们可以这样理解,最小的单元是电芯,一组电芯组成一个模组,多个模组组合再加上BMS、配重模块等零部件则组合成我们所说的“电池pack结构”。

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图示为蔚来8484 kWh电池组

 

CTP(无模组动力电池包),即Cell to PACK,是电芯直接集成为电池包,从而省去了中间模组环节。国内的CTP技术分为两种路线,一种是以比亚迪为代表的的完全无模组方案,另外一种是以宁德时代为代表的以大模组代替小模组的方案,
 
CTP技术优点:传统的电池包内部结构,由多个电芯(Cell)构成的电池模组(Module),会通过螺栓固定到带有横梁和纵梁的外壳上,形成电池包(Pack)。这种电芯-电池模组-电池包的集成设计,横梁和纵梁占用了许多空间,螺栓等附件增加了重量,很大程度上限制了电池包容量和能量密度的提升。
 
采用了CTP(Cell To Pack)设计思路,即把电芯以列阵方式直接装到电池包壳体内,省略了把电芯组装成模组这一步。使得更多车型在车身底部空间有限的情况下,能够进一步提升电池包的容量。同时电池包总零件数减少至原来的60%,空间利用率提升了15%,进一步低了动力电池的制造成本。

 

CTP技术缺点:传统电池包里的模组各自管理自己的单体电芯组,有助于温度的控制,同时有效防止在发生事故时电池热失控的传播,但无模组方案中电芯热失控管理难度加大。以往当某一个电池电芯发生故障需要更换时,只需要找到所属的模组,对其进行更换,就能够解决故障。在无模组方案中,售后维修成本与难度可能会加大了,由于单体电芯是直接粘贴到电池壳体底板上的,在维修时,可能需要整包更换。

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ES8搭载XPT"三合一"双电机驱动系统,配备前后感应+永磁双电机。XPT 100-300kW 感应电驱动系统平台,兼顾经济性与性能表现。支持与不同类型、不同功率的电驱动系统进行组合,尤其适合配置为四驱车型的前辅驱。感应电驱动平台首款产品拥有240kW高功率高性能异步感应电机拥有、420N·m大扭矩,传动效率超过97%,在高速运转的情况下,仍能实现稳定而强劲的动力输出。
 
XPT 240-300kW 感应电驱动系统平台,兼顾经济性与性能表现。支持与不同类型、不同功率的电驱动系统进行组合,尤其适合配置为四驱车型的前辅驱。极低的拖拽损耗表现,有助于提升整车续航里程。首款量产品XPT 240kW感应电驱动系统拥有240kW高功率、420N·m大扭矩、15000rpm高转速,高速大扭矩齿轮箱传动效率超过97%,所搭载的铜转子感应电机在高速运转的情况下,仍能实现稳定而强劲的动力输出,其PEU电机控制器拥有独特的双三相拓扑架构设计,搭载核心IGBT功能模块,输出最强功率。

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XPT100-200kW永磁电驱动系统平台,搭载完全自主开发的永磁同步电机,轻量化的一体机身设计,大幅缩小PEU体积的同时提升扭矩,提供更优化的整车装载方案。永磁电驱动平台首款产品拥有160KW大功率高效率永磁同步电机拥有,305N·m大扭矩,高度模块化设计,电能转化效率达96.7%,拥有业内领先的功率密度,紧凑、高效、强劲的动力组合,同样带来卓越的转化效率和动力输出,现搭载于蔚来ES8系列,ES6性能版和EC6系列车型。

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搭载完全自主开发的永磁同步电机,电机采用扁线绕组工艺,EDS最高效率达94%。轻量化的一体机身设计,大幅缩小PEU体积的同时提升扭矩,提供更优化的整车装载方案。首款量产产品160kW电驱动系统拥有160kW高功率、305N·m大扭矩、15000r/m高转速。使用i-Pin扁导线技术的永磁同步电机,电能转化效率达96.7%,紧凑型模块化的设计结构支持同结构下电机输出功率的灵活变化,为底盘的动力布局释放更多空间,支持正反向装配,支持与不同功率、不同类型的电驱动系统组合,支持前后驱及四驱动力配置。

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注:文章中引用数据和图片来源网络



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