滿滿都是黑科技,ER6三電技術深度解析

受多方面的影響,今年的車市顯得沒有那麼熱鬧。過去的八個月中,車圈裏面發生的大事也算是屈指可數了。上汽乘用車中高端純電汽車品牌R汽車的誕生算是一件。

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R標將成為上汽乘用車旗下中高端純電汽車型的專屬標誌,這也意味着R汽車全新的營銷服務模式——更數字化、智能化的新能源,促進品牌積極向上的發展步伐。

與此同時,採用全新“R標”的首款純電車型ER6現已上市。

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ER6身上的亮點不止於“R標”。再消費者眼裏,ER6推出的2年7折“車電分離專享方案”保值回購政策,620公里NEDC工況續航、12.2千瓦時/百公里的超低電耗,15分鐘充電200公里的標籤要更加吸引人。畢竟誰不想要一輛更加保值、續航更長、能耗更低、充電更快的純電動車呢。除了第一點是車企的政策之外,後面的幾個特點都指向了一個方向:三電系統。

■ 什麼是三電?

純電動車上的電驅、電池、電控三大系統統稱為“三電系統”。它決定了一輛純電動車的動力輸出、續航表現、能耗水準以及充電速率,重要性不言而喻。

■ 上汽新能源三電系統的代際

在新能源市場耕耘了這麼多年,上汽新能源在三電系統也形成了代際:E0、E1、E2。

其中E0為第一代,也是目前為止上汽新能源車正在用的技術,目前市面上的上汽的新能源大多數目前採用的E0。

至於E2,目前還處在全力開發的階段,有望在2022年投產。

而E1,則是在E0的基礎之上改進優化而來,目前已投產。包括但不限於ER6和即將上市的R MARVEL R。

■ 集成度、效率更高,進化的電驅系統

三電系統中,電驅系統是最為核心的部件,它的性能和效率直接決定了一輛車的動力表現。

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在結構上,ER6的電驅就已經與眾不同。目前市面上大多數純電動汽車的電驅系統都採用了平行軸佈局結構,電機軸、輸出軸和半軸三者互為平行線佈置,空間利用率還有提升的空間。

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而ER6採用的是同軸佈局。把電機輸出軸做成空心,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,互不干涉,這樣就充分的利用了半軸周圍空間,避免了空間浪費。這樣的電驅系統在體積上有着非常明顯的優勢,佈局起來要更加靈活。

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除了結構方面的創新,這套電驅系統的電機還採用了8層髮卡繞組技術。

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一般的髮卡扁線繞組是2層一組,從上到下是兩組4層排布。但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(skin effect)”,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。

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而採用了8層髮卡繞組技術的電機,線圈結構的橫截面積更大、長度更短,所以電阻和能量損耗都得以降低。

這台電機的最高效率達到了97%,並且在大部分工況下都能達到90%以上的效率。它的最高轉速達到了15000轉,新車0-100公里/時加速僅需7.8秒,極速達185公里/時。

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對比4層髮卡繞組電機,8層髮卡繞組電機效率≥90%的區間從83%提升到了88%,增加了整整5%。

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此外,通過仿真軟件測算的效率MAP數據顯示,同一款ER6車型分別採用8層髮卡電機和4層髮卡電機時,搭載8層髮卡電機的車型NEDC工況的平均電耗從13.8千瓦時/百公里下降到12.2千瓦時/百公里,降幅超過11.5%,切實提升車輛續航里程。

■ 大模組設計,帶來更安全、能量密度更高的電池組

除了高度集成化的電驅系統,ER6的動力電池也有着諸多亮點。比如首次搭載的大模組電池方案。

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一般純電動汽車動力電池都是由電芯組成模組,之後再將模組組成電池包,這樣的電池包體積承租率大概在40-50%,質量成組率在65-75%。説通俗點,就是有一半的體積和三分之一的重量沒有用來存儲能量。

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▲ 榮威ER6的的電池由6個大模組構成

而ER6則通過大模組的思路,將電池包的多個標準模組打散,在通過定製的方法將其組裝成大模組。這樣做能夠大幅減少零件數量以及零件安全連接需求空間,相較其他同尺寸電池包,電池能量(1/3C)從54.3千瓦時提升到了72.7千瓦時,增長了近20千瓦時的電量。

此外模組變大、數量變少之後,電池包內的安裝佈置、電氣連接、操作預留等空間需求也大幅減小,相比上代產品,新車大模組電池的零件數量減少了22%,不僅進一步實現輕量化,還為內部留出了充裕的重量空間。

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再配合一體式托盤設計,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精心優化,真正將重量用在了刀刃上。一體式鑄鋁托盤,把冷卻板與框架集成為一體,兼顧電池冷卻和加熱功能,在確保PACK框架強度的同時,還進一步提高了集成效率。電池包僅靠523電芯,就把能量密度高做到180瓦時/千克,與上一代產品相比,質量能量密度提升了15%。而這些優勢最終都使車輛的續航變得更長。

■ 全面的主被動安全設計,確保電池安全

ER6並沒有採用高密度的811電池,而是採用了更加成熟安全的NCM523電池,鎳、鈷、錳在材料中的比例為5:2:3,鈷和錳的比例高,有更高的安全和穩定性。

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在電池包內,防火罩把所有電池模組都罩起來。這層防火罩包含兩層結構:

一層是硅膠為主的複合材料,它在高温下會陶瓷化成一種質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,它的任務是在陶瓷層還未形成時提升其整體強度,使材料不至於撕裂或散架。

防火罩設計的存在,可以在一定時間內避免密封面周邊的過熱風險,將高温煙氣通過電池包內的煙氣通道,經由箱體上設置的防爆閥排出,在足夠長的時間內,確保乘客艙安全。

不僅如此,ER6還在電池包箱體上構建起了堵疏結合的排氣通道。

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疏:通過設置“只通氣不過水”的平衡閥,來應對電芯熱失控時所釋放出的大量氣體,以達到平衡電池包內外壓差的目的。

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堵:在防爆閥內側增加了一層薄鋼片,避免高温煙氣直接衝擊防爆閥而引發爆燃。高温煙氣需要通過防護鋼片的阻擋,再從鋼片與電池托盤的間隙中到達排氣閥口,在這個被精心設計的過程中,高温氣體的熱量很大一部分已經散到外界,實際排出的氣體已不足以燃燒。

除了對電池的被動安全設計之外,ER6針對電池温度進行了多項主動監測設計。

通過更換電池模組下方的導熱材料,以及BMS電池管理系統、熱失控報警機制來實時監控熱失控情況,並進行調控,這樣做可以有效降低熱蔓延速度。

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ER6配備的BMS電池管理系統實時監測熱失控情況,當監測到熱失控有可能發生時,全速運轉電池水泵,配合導熱材料,能夠迅速將熱失控電芯附近局部過多的熱量轉移到電池包其他位置,並提供相當於4個額外電芯的熱容,大幅度降低熱失控情況發生的概率。再配合ER6利用大數據機制,結合後台監測和計算電芯狀態,建立熱失控報警機制,打造出了電池保護的最後一道防線。

■ 結尾

在有些車企還在為如何為自家車上配備更大的電池時,上汽新能源已經將目光轉到了如何改進優化自家的三電系統。相比單純的增加電池容量,三電系統的整體研發要更加“道阻且長”,但其成果也是顯而易見的,以八層髮卡繞組和大模組式電池包技術作為技術突破口,ER6做到了620公里超長續航、15分鐘充電200公里和12.2千瓦時同級最低百公里電耗,在同級別中,做到了標杆一樣的存在。

在5G應用、自動駕駛方面,上汽集團也有所佈局。2019年4月,上海市嘉定區與上汽集團、中國移動、華為共同簽訂《關於5G智慧交通示範項目的戰略合作協議》,並在嘉定區建設覆蓋65平方公里、總計53.6公里的人-車-路協同的“5G智慧交通示範區”。

今年5月,示範區內的5G網絡優化和車路協同設施已全部建設完工,待項目完全建設之後,示範區將實現並向公眾提供提供包括5G自動駕駛之旅、V2X智慧交通之旅、5G視頻互動分享之旅等創新體驗。

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