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如何优化620公里长的电池寿命,揭开三电黑技术

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[车讯。中国电动汽车市场的焦点主要在续航里程上。提高这一成就的最简单方法是安装更多的电池。但对于技术水平较高的制造商来说,他们将通过更高的效率获得更长的里程。SAIC推出全新高端纯电动R品牌ER6后的第一辆车,正是如此。此外,它还实现了620公里的续航能力和12.2千瓦时的最低功耗。充电15分钟后,它可以行驶200公里。如此强大,它是如何做到的?

今年5月10日,SAIC推出了一款全新的R标准,专属于荣威的高端新能源。将于今年8月推出的ER6是R标准诞生后的第一款量产车。它最大的亮点是它拥有同类中最长的耐力,超过同类的最佳力量,等等。

电动汽车的核心是电池、电力驱动和电气控制。你是否有自己的“三动力”技术以及该技术有多先进是评估新能源汽车的主要因素。

  ER6的电驱——高度集成化,结构更紧凑、可靠性更强。

电动驱动系统是电动汽车的核心,其性能和效率直接影响电动汽车的动能。ER6配有高功率、高扭矩密度的8层毛针电机,结合紧凑创新的同轴布置方案,与同等级领先的电驱动组件集成,功率密度超过市场上同等级现有产品。

八层发夹绕组设计:电机通过定子绕组中的电流形成磁场来驱动车辆。绕组由纯铜制成,但它也有一点电阻。由于通过绕组的电流很大,当以高功率和高速度运行时,这种小电阻将导致很大的热量和能量损失。为了解决这个问题,SAIC工程师试图使横截面积更大,长度更短,从绕组结构,并选择了发夹扁线绕组。一般的发夹扁线绕组是一组2层,两组4层从上到下排列。然而,随着电动汽车对功率需求的增加,电机的转速越来越高,交流电流通过绕组的频率也越来越高。

这里的交流电有明显的“趋肤效应”,导致中间区域浪费,周围电流大,发热明显,效率低。因此,工程师们继续将绕组分成8层,合理设计结构,形成了目前的8层发夹绕组设计,实现了电机效率、功率密度和转矩密度的提高。

效率提升:目前永磁同步电机的效率高达96%,接近物理上限,而ER6搭载的8层发夹绕组电机的最大效率又提高了1%,带来了更精准的爆发力。与四层毛针绕组电机相比,八层毛针绕组电机效率90%区间由83%提高到88%,提高了5%。此外,仿真软件计算的效率图谱数据显示,当同一ER6车型分别采用8层发夹电机和4层发夹电机时,配备8层发夹电机的车型在综合工况下的平均功耗从13.8千瓦时/100公里下降到12.2千瓦时/100公里,下降幅度超过11.5%,有效提高了车辆的续航里程。

功率密度和转矩密度大大提高:在有限的平台电流和电压条件下,工程师优化了电机定子绕组连接设计和转子拓扑,并结合优化后的电机冷却系统,可以控制电机的温升,从而实现更高的转矩密度和功率密度。ER6采用8层发夹绕组技术,使绕组在电机槽内的连接方式更加灵活,更容易实现不同支路间的电流平衡,降低电机局部过热绝缘损坏的风险,通过优化绕组布置,降低同一槽内相邻导体间的电压差,从而降低电机匝间短路的风险。与上一代电机相比,ER6电机的功率密度进一步提高了

15000转/分和高速:随着电动汽车从低端向高端的发展,用户不仅需要在低速时有很强的加速能力,还需要有很高的最大速度,并且仍然有能力以每小时120公里的速度加速。然而,如果电动机的速度范围不够宽,例如仅10,000转/分,则与最有效间隔相对应的速度范围是不合理的,并且无论是否为纯电动车辆设计了大的减速比,都不能最佳地优化整个车辆的能量消耗。ER6采用的8层毛针扁线绕线电机最高可达15000转/分。同时,通过合理的齿数比设计,新车100公里加速仅需7.8秒,最高时速达到185公里。

解决了发针扁线电机生产线兼容性差、投资高的发展局限,成为近年来国内外主流汽车公司的发展方向。ER6采用的8层毛针电机高度平台化,只需调整定子外径、铁芯长度和绕组连接方式,即可实现不同尺寸、电压和性能要求产品的共线生产。

创新同轴布置方案:目前市场上纯电动汽车的电动驱动系统一般采用平行轴布置结构,空间利用率低,而ER6的电动驱动系统采用同轴布置结构,输出轴、半轴和电机轴在同一轴线上,进一步降低了车辆高度和前后方向的尺寸。与采用平行轴布置结构的纯电动汽车相比,它能给用户带来更大的乘坐空间。

同轴布局方案的尺寸和布局优势:电机的特性决定了电机速度和轮端速度之间有很大的差异,这需要大约10倍的整体减速比。为了解决10次传动的问题,纯电动汽车将把它分成两级传动,即把一个中间轴做成两对齿轮来解决问题,把传动轴从两个换成三个,这样就没有充分利用空间。在ER6上,SAIC工程师采用了另一种方法,将电机输出轴做成中空的,在其中嵌套一个轴承,然后在这个轴承中放置一个细轴。外空心轴和内实心轴以大约10倍的关系旋转,并且彼此不干涉,因此充分利用了半轴周围的空间并且避免了空间浪费。

  ER6的电池——采用安全与密度兼容的设计,品质优良、行业领先。

电源是纯电动汽车的能源中心,为驱动电机和整车电气设备提供电能。ER6首次配备创新的大模块电池方案,采用成熟稳定的NCM523电池。电池的能量密度达到180瓦时/千克,综合电池寿命达到620公里,与配备811电池的型号相当。同时,新型汽车电池还采用热失控保护与解锁相结合,并通过了UL2580电池安全认证,为用户提供安全可靠的产品体验。

大模块:主流汽车动力电池的发展理念是由电池形成模块,然后形成电池组。但这两个过程将有转换效率,就像房间率。主流纯电动汽车电池组的体积分组率约为40-50%,质量分组率为65-75%。换句话说,一半的体积和三分之一的重量没有用来储存能量,在能量密度方面还有很大的改进空间。在这方面,ER6所携带的电池组采用了将多个标准模块拆分并重新集成的定制大模块方案,大大减少了部件的数量和部件安全连接所需的空间,进一步提高了集成效率,增强了结构强度。

提高集成效率:

体积能量密度提高了34%:采用大模块设计思想,电池组体积能量密度提高了34%。与相同尺寸的其他电池组相比,电池能量(1/3C)从54.3千瓦时增加到72.7千瓦时,功率增加了近20千瓦时。

质量能量密度增加了15%:电池组也采用了集成铸造铝

零件数量减少22%: ER6采用大模块方案,减少了布局安装、电气连接、运行预留等空间要求。与前代相比,新车的大模块中的电池部件数量减少了22%,这不仅可以减轻整体重量,还留下了足够的重量空间。

下托盘结构优化:在电池下托盘方面,ER6沿袭了前代一体化托盘设计,精心优化了整车安装点的结构形式、周边侧壁的各种加固结构以及托盘的内部加固结构,真正利用了叶片上的重量。

UL2580电池安全认证:ER6使用的所有电池均严格按照世界顶级的UL2580电池安全认证标准设计,并已通过国家公告和法规认证、ECER100欧盟法规等安全标准认证,为用户提供安全保障。

热失控管理系统:汽车主机厂的责任是在电池组层面提供尽可能多的安全保护措施。在ER6的设计中,SAIC精心挑选了523节性能成熟稳定的电池、性能卓越的防火罩、疏通与堵塞相结合的排气通道。通过BMS电池管理系统和热失控报警机制,可以实时调节和控制电池温度,有效延缓热扩散过程,降低热失控风险。

成熟稳定的523电池:ER6电池是相对成熟安全的NCM523电池。材料中镍、钴、锰的比例为5:233603,钴、锰的比例较高,具有较高的安全性和稳定性。

NCM523电池

包含元素

作用

镍镍

提高电池能量密度

钴公司

稳定层状结构,提高电池的充放电速率和循环寿命

锰锰

提高安全性

制表: Chexun.com

性能卓越的防火罩:在电池组中,防火罩覆盖所有电池模块。这种防火罩由两层组成:一层是基于硅胶的复合材料,在高温下会变成坚硬的半无机材料。这种无机材料不仅不会自燃,而且具有优异的隔热性能,可防止电池芯射流通过电池组上盖点燃或熔化;另一层是非常薄的玻璃纤维材料,其任务是在陶瓷层形成之前提高其整体强度,以便材料不会撕裂或破裂。防火罩设计的存在可以避免在一定时间内密封面周围过热的危险,并通过电池组内的烟气通道和箱体上的防爆阀排出高温烟气,从而在足够长的时间内保证乘客舱的安全。

排气通道与疏通相结合:ER6在电池组上装有只能通风而不能通水的平衡阀,在电池组上装有四个单向弹簧防爆阀,具有足够的排气容积,构成排气通道与疏通相结合。

平衡阀:ER6在电池组箱体上设置了一个“只通气不出水”的平衡阀,以应对电池芯失控时释放的大量气体,平衡电池组内外的压差。

防爆阀:防爆阀的结构在ER6电池组中经过精心设计,防爆阀内部增加了一层薄钢板,以避免高温烟气直接冲击防爆阀造成爆燃。高温烟气需要被保护钢板阻挡,然后从钢板和电池托盘之间的间隙到达排气阀。在这个精心设计的过程中,高温气体的大部分热量已经散发到外面,实际排出的气体不足以燃烧。

及时有效地防止热失控:原则上,电池芯的温度超过阿伦尼乌斯方程的临界温度,进入不可控区域。为了将热失控的可能性降至最低,ER6更换了模块下的导热材料,并通过电池管理系统和热失控分析仪实时监控热失控

电池管理系统:ER6通过电池管理系统实时监控热失控。当检测到可能发生热失控时,电池水泵全速运行,在导热材料的帮助下,热失控电池附近的局部多余热量可以迅速转移到电池组的其他位置,并且可以提供相当于四个额外电池的热容量,从而大大降低热失控的可能性。

热失控报警机制:ER6采用大数据机制,结合后台监控和电池状态计算,建立热失控报警机制,构筑最后一道防线。

  通过一番介绍,可以看出,ER6在“三电”方面的“功底”不错。

事实上,早在2015年,SAIC就在  启动了“绿色核心”计划。经过五年的努力,在“纯电动、插电式混合动力和燃料电池”三条技术路线上拥有全球领先技术和自主知识产权的汽车公司,已经自主控制和深度积累了电力驱动、电池和电气控制三大“三大动力”的核心技术,并在整个产业链中全面布局关键环节。

在基础设施建设方面,SAIC安岳充电技术有限公司成立于2015年。“十三五”期间,公司在全国范围内建设了66万个充电桩,力争随时随地为每一位新能源汽车车主充电,使“无忧用户”的便捷充电体验成为SAIC新能源汽车的核心优势之一。

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