文/吳鵬飛
今年 5 月，榮威 R 品牌發佈旗下首款轎車榮威 R ER6，雖然新車還沒有正式上市，但 ER6 已經公佈了相關三電參數，結合不到 20 萬的售價來看，榮威 R ER6 將是今年一部極具競爭力的純電轎車。
ER6 最長擁有 620km 的續航，15 分鐘即可充電 200km，最低百公里電耗可以做到 12.2kWh，在 20 萬元以內這個價位的家轎裏頭難覓敵手。
近日的榮威三電解析會上，官方向我們解答了 ER6 高續航背後的秘密。三電系統的組成無非“電驅、電池、電控”三部分，要想“馬兒跑又要馬兒少吃草”，除了讓車身減重瘦身，就得在三電系統上下功夫了。
電驅：8層Hair-pin繞組設計
如果你曾經看過拆開後的電機（包括四驅車的小馬達），你會發現有一個定子，定子上面都會繞上密密麻麻的銅線，我們稱之為繞組。
電機之所以產生動力推動車輛，其原理就是繞組通電之後產生磁場，磁力驅動同樣“帶磁”的轉子高速選裝。轉子的磁力可以來自永磁體、也可以通過加繞組再通電產生磁場，前者就是永磁同步電機、後者則是異步交流電機。
正如前文所説，繞組這個東西上都是銅線，所以其本身在所難免會有電阻。大電流下，電動機開始大功率運行，看似不大的電阻也能帶來不小的能量損失。
電阻這個初中物理概念大家一定不陌生，電阻越大呢，通電效率就會有影響，最直接的表現就是發熱。
為了不讓電阻搞事，上汽工程師從繞組的結構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。
那麼問題又來了，隨着電動車動力需求的增加，電機的轉速越來越高，通過繞組的交流電的頻率也越來越高。這裏的交流電有着明顯的“趨膚效應”，導致中間的面積被浪費，周圍的電流很大，發熱明顯，效率降低。
（趨膚效應：導體內部的電流分佈不均勻，電流集中在導體表面。）
上汽工程師又想到了一個辦法，做成 8 層 Hair-pin 繞組設計。改進之後，電機的最高效率提升了 1%；相比4層 Hair-pin 繞組電機，8 層 Hair-pin 繞組電機效率 ≥90% 的區間從 83% 提升到了 88%，提高了 5%。
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。
配合合理的齒比設計，新車 0-100km/h 加速成績可以做到 7.8s，這個速度在電動車裏頭不算激進，但也可以秒殺馬路上的一眾燃油車了。值得一提的是，這部電機的最高轉速可以做到 15000rpm，這樣就保證了高速 120km/h 巡航時依然由足夠的動力保障。
據榮威工程師介紹，最高效區間對應轉速的範圍不夠合理是電動車跑高速能耗居高不下的重要原因，通過 8層Hair-pin繞組設計，電機得到了足夠寬的轉速範圍，對應的去做匹配也變得容易了一些，整車能耗能夠做到一個很好的優化。
電驅：同軸佈置設計
榮威的第一代電驅和市面上很多純電汽車一樣，都是採用了平行軸佈置的結構，這種結構在空間利用率上比較一般。
有人問了，既然空間利用率不行，為什麼還有那麼多車在用這個方案呢？好問題。
這裏有必要引出一個電機轉速和輪端轉速差的概念，相比傳統燃油機，電機動輒萬轉的轉速是非常快的，這個轉速和輪端往往有 10 倍之差。
為了把這個速度差降下來，一般純電車型會使用兩級傳動，把一箇中間軸做成兩對齒輪，因此傳動軸從兩根變成了三根，這樣下來空間就得不到充分利用了。
ER6 所搭載的上汽第二代電驅則改變思路，採用一種同軸的設計佈局。簡單來説就是把輸出軸、半軸、電機軸佈置在同一軸線上。具體操作方式是把電機輸出軸做成空心的，在裏面再嵌套一個軸承，然後在這根軸承裏放一根細的軸，外面的空心軸和裏面的實心軸以 10 倍左右的關係各自旋轉，可以做到互不干涉。
這樣設計之後，車輛高度和前後方向上的尺寸就能更寬裕，直接效果就是車內乘坐空間更寬敞。
電池：大模組
經驗告訴我們，盲目堆電池是無法有效提高續航的。一方面，電池成本居高不下，另一方面，和手機不一樣，電池加大之後整車質量會水漲船高，電量提高所增加的續航很容易被這部分額外的質量 cover 掉。
再三權衡成本和效率之後，ER6 把電池容量標定在了 70kWh，電芯配方依舊是現階段成本最親民的 NCM 523。
配方不變，度數不加，要想再增加能量密度就只能在電池包的結構上做文章了。
傳統電池包一般採用單體—模組—電池包的組成方式，如果能省掉模組這一層，把單體電芯直接集成到電池包，這就能省掉很多的連接部件，那麼電池包的空間利用率就能得到可觀的提升。
寧德時代的 CTP 方案就是這種思路，上汽的做法和 CTP 異曲同工，但他們採用的大模組方案沒有 CTP 那麼激進，並沒有把模組全部幹掉，而是採用了 6 個模組的方案，通過儘可能地減少模組，提高空間利用率。
之所以選擇 6 個模組，上汽工程師説，這是他們反覆驗證之後的最優解，高集成度固然好，但也會影響整個電池包的整體強度， 6 模組剛剛好。
通過這種集成化設計，上汽的電池包相比同尺寸電池包能夠多塞下近 20kWh 的電池，電池包的能量密度可以達到 180Wh/kg ，這對於 NCM 523 的電芯來説已經相當不容易了，幾乎接近極限。
電池包一些安全上的小細節
電車自燃頻發，電池包的安全性成為擺在供應商和主機廠面前的重要課題。
為了保護電池包，ER6 先是採用了一體式鑄鋁托盤，設計上把冷卻板與框架集成為一體，並對整車安裝點的結構形式、四周側壁各種加強結構以及托盤內部加強結構進行了優化。所以這個托盤有兩大優點：集成度高、強度硬。
另外，上汽還通過給電池包加“套件”的方式進行保護。
比如雙層的防火罩設計，一層硅膠複合材料、一層玻纖材料。這種硅膠為主的複合材料不會燃燒，但是會在高温下陶瓷化一種質地堅硬的半無機材料，防止電芯噴出物引燃或熔穿電池包上蓋。玻纖材料則是保證強度，防止複合材料在未陶瓷化之前提供保護。
平衡閥：電芯一旦出現熱失控，勢必會有大量的氣體釋放，即便火燒不穿電池殼體，但強大的氣壓會給電池造成極大的威脅，所以 ER6的電池包上設置了“只通氣不過水”的平衡閥，用於平衡電池包內外壓差。
防爆閥：氣壓是平衡好了，但還是需要一條通暢的管道把氣體排出去，於是防爆閥應運而生。
它的工作原理是這樣的，高温煙氣先通過內部的排氣通道遊走，再通過防爆閥排出。在防爆閥的內側有一層薄鋼片，這個鋼片帶走一定的熱量，並會阻擋高温煙氣直接衝擊防爆閥，煙氣會通過鋼片與電池托盤的間隙，這時候已經失去一部分熱量的煙氣再從防爆閥排出。
我簡單梳理了一下 ER6 電池包極端情況下的工作場景，串聯起來就很好理解了。
一旦電芯發生熱失控，這個時候不出意外的話實時監測的 BMS 電池管理系統肯定感知到了，於是電池水泵開始全力工作進行散熱，把局部過多的熱量轉移到其他位置。一旦發生失火，防火層阻擋住電池包內部的火勢，平衡閥開始為電池包釋壓，高壓煙氣通過排煙通道一路奔向防爆閥進行排出。
理想狀態下，ER6 的電池包可以做到火燒不出、氣炸不了狀態，至少一段時間內是這樣的，那麼乘客就有充足的時間進行逃生。
説起來容易，但這對電池的熱管理提出了非常高的要求，BMS 系統需要精確監控，及時報警並向各部件發出指令，任何一個環節掉鏈子都有可能導致防護不到位。