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满满都是黑科技,ER6三电技术深度解析
电动邦 4988浏览 2020-09-08

受多方面的影响,今年的车市显得没有那么热闹。过去的八个月中,车圈里面发生的大事也算是屈指可数了。上汽乘用车中高端纯电汽车品牌R汽车的诞生算是一件。

全新logo

R标将成为上汽乘用车旗下中高端纯电汽车型的专属标志,这也意味着R汽车全新的营销服务模式——更数字化、智能化的新能源,促进品牌积极向上的发展步伐。

与此同时,采用全新“R标”的首款纯电车型ER6现已上市。

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ER6身上的亮点不止于“R标”。在消费者眼里,ER6推出的2年7折“车电分离专享方案”保值回购政策,620公里NEDC工况续航、12.2千瓦时/百公里的超低电耗,15分钟充电200公里的标签要更加吸引人。毕竟谁不想要一辆更加保值、续航更长、能耗更低、充电更快的纯电动车呢。除了第一点是车企的政策之外,后面的几个特点都指向了一个方向:三电系统。

■ 什么是三电?

纯电动车上的电驱、电池、电控三大系统统称为“三电系统”。它决定了一辆纯电动车的动力输出、续航表现、能耗水准以及充电速率,重要性不言而喻。

■ 上汽新能源三电系统的代际

在新能源市场耕耘了这么多年,上汽新能源在三电系统也形成了代际:E0、E1、E2。

其中E0为第一代,也是目前为止上汽新能源车正在用的技术,目前市面上的上汽的新能源大多数目前采用的E0。

至于E2,目前还处在全力开发的阶段,有望在2022年投产。

而E1,则是在E0的基础之上改进优化而来,目前已投产。包括但不限于ER6和即将上市的R MARVEL R。

■ 集成度、效率更高,进化的电驱系统

三电系统中,电驱系统是最为核心的部件,它的性能和效率直接决定了一辆车的动力表现。

ER6电驱总成1

在结构上,ER6的电驱就已经与众不同。目前市面上大多数纯电动汽车的电驱系统都采用了平行轴布局结构,电机轴、输出轴和半轴三者互为平行线布置,空间利用率还有提升的空间。

同轴布局设计-2

而ER6采用的是同轴布局。把电机输出轴做成空心,在里面再嵌套一个轴承,然后在这根轴承里放一根细的轴,外面的空心轴和里面的实心轴以10倍左右的关系各自旋转,互不干涉,这样就充分的利用了半轴周围空间,避免了空间浪费。这样的电驱系统在体积上有着非常明显的优势,布局起来要更加灵活。

电驱结构图

除了结构方面的创新,这套电驱系统的电机还采用了8层发卡绕组技术。

8层Hairpin

一般的发卡扁线绕组是2层一组,从上到下是两组4层排布。但随着电动车动力需求的增加,电机的转速越来越高,通过绕组的交流电的频率也越来越高。这里的交流电有着明显的“趋肤效应(skin effect)”,导致中间的面积被浪费,周围的电流很大,发热明显,效率降低。

ER6电机定子-细节图

而采用了8层发卡绕组技术的电机,线圈结构的横截面积更大、长度更短,所以电阻和能量损耗都得以降低。

这台电机的最高效率达到了97%,并且在大部分工况下都能达到90%以上的效率。它的最高转速达到了15000转,新车0-100公里/时加速仅需7.8秒,极速达185公里/时。

电机效率对比

对比4层发卡绕组电机,8层发卡绕组电机效率≥90%的区间从83%提升到了88%,增加了整整5%。

电机功率对比

此外,通过仿真软件测算的效率MAP数据显示,同一款ER6车型分别采用8层发卡电机和4层发卡电机时,搭载8层发卡电机的车型NEDC工况的平均电耗从13.8千瓦时/百公里下降到12.2千瓦时/百公里,降幅超过11.5%,切实提升车辆续航里程。

■ 大模组设计,带来更安全、能量密度更高的电池

除了高度集成化的电驱系统,ER6的动力电池也有着诸多亮点。比如首次搭载的大模组电池方案。

电池爆炸图

一般纯电动汽车动力电池都是由电芯组成模组,之后再将模组组成电池包,这样的电池包体积承租率大概在40-50%,质量成组率在65-75%。说通俗点,就是有一半的体积和三分之一的重量没有用来存储能量。

大模组2

▲ 荣威ER6(参数|询价)的的电池有6个大模组构成

而ER6则通过大模组的思路,将电池包的多个标准模组打散,在通过定制的方法将其组装成大模组。这样做能够大幅减少零件数量以及零件安全连接需求空间,相较其他同尺寸电池包,电池能量(1/3C)从54.3千瓦时提升到了72.7千瓦时,增长了近20千瓦时的电量。

此外模组变大、数量变少之后,电池包内的安装布置、电气连接、操作预留等空间需求也大幅减小,相比上代产品,新车大模组电池的零件数量减少了22%,不仅进一步实现轻量化,还为内部留出了充裕的重量空间。

托盘

再配合一体式托盘设计,并对整车安装点的结构形式、四周侧壁各种加强结构以及托盘内部加强结构进行了精心优化,真正将重量用在了刀刃上。一体式铸铝托盘,把冷却板与框架集成为一体,兼顾电池冷却和加热功能,在确保PACK框架强度的同时,还进一步提高了集成效率。电池包仅靠523电芯,就把能量密度高做到180瓦时/千克,与上一代产品相比,质量能量密度提升了15%。而这些优势最终都使车辆的续航变的更长。

■ 全面的主被动安全设计,确保电池安全

ER6并没有采用高密度的811电池,而是采用了更加成熟安全的NCM523电池,镍、钴、锰在材料中的比例为5:2:3,钴和锰的比例高,有更高的安全和稳定性。

防火罩

在电池包内,防火罩把所有电池模组都罩起来。这层防火罩包含两层结构:

一层是硅胶为主的复合材料,它在高温下会陶瓷化成一种质地坚硬的半无机材料,这种无机材料不仅自身不会燃烧,同时具有出色的隔热性能,能够防止电芯喷出物引燃或熔穿电池包上盖。

另一层是非常薄的玻纤材料,它的任务是在陶瓷层还未形成时提升其整体强度,使材料不至于撕裂或散架。

防火罩设计的存在,可以在一定时间内避免密封面周边的过热风险,将高温烟气通过电池包内的烟气通道,经由箱体上设置的防爆阀排出,在足够长的时间内,确保乘客舱安全。

不仅如此,ER6还在电池包箱体上构建起了堵疏结合的排气通道。

平衡阀

疏:通过设置“只通气不过水”的平衡阀,来应对电芯热失控时所释放出的大量气体,以达到平衡电池包内外压差的目的。

防爆阀

堵:在防爆阀内侧增加了一层薄钢片,避免高温烟气直接冲击防爆阀而引发爆燃。高温烟气需要通过防护钢片的阻挡,再从钢片与电池托盘的间隙中到达排气阀口,在这个被精心设计的过程中,高温气体的热量很大一部分已经散到外界,实际排出的气体已不足以燃烧。

除了对电池的被动安全设计之外,ER6针对电池温度进行了多项主动监测设计。

通过更换电池模组下方的导热材料,以及BMS电池管理系统、热失控报警机制来实时监控热失控情况,并进行调控,这样做可以有效降低热蔓延速度。

热管理

ER6配备的BMS电池管理系统实时监测热失控情况,当监测到热失控有可能发生时,全速运转电池水泵,配合导热材料,能够迅速将热失控电芯附近局部过多的热量转移到电池包其他位置,并提供相当于4个额外电芯的热容,大幅度降低热失控情况发生的概率。再配合ER6利用大数据机制,结合后台监测和计算电芯状态,建立热失控报警机制,打造出了电池保护的最后一道防线。

■ 结尾

在有些车企还在为如何为自家车上配备更大的电池时,上汽新能源已经将目光转到了如何改进优化自家的三电系统。相比单纯的增加电池容量,三电系统的整体研发要更加“道阻且长”,但其成果也是显而易见的,以八层发卡绕组和大模组式电池包技术作为技术突破口,ER6做到了620公里超长续航、15分钟充电200公里和12.2千瓦时同级最低百公里电耗,在同级别中,做到了标杆一样的存在。

在5G应用、自动驾驶方面,上汽集团也有所布局。2019年4月,上海市嘉定区与上汽集团、中国移动、华为共同签订《关于5G智慧交通示范项目的战略合作协议》,并在嘉定区建设覆盖65平方公里、总计53.6公里的人-车-路协同的“5G智慧交通示范区”。

今年5月,示范区内的5G网络优化和车路协同设施已全部建设完工,待项目完全建设之后,示范区将实现并相公众提供提供包括5G自动驾驶之旅、V2X智慧交通之旅、5G视频互动分享之旅等创新体验。

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