干货来了!揭示SAIC三号电源技术的过去和未来
◆从E0到E2的战略布局
目前,SAIC新能源三代产品体系已经形成三代,其中E0为第一代,衍生产品有荣威Ei5、荣威ERX5、漫威?x等等;还有接下来刚上市的荣威R?ER6和荣威R?MARVEL-R采用SAIC新一代三电技术,代号E1。按照官方的说法,这一代在E0的基础上进行了优化改进,从而带来了更加优异的性能;另一方面,E2代表了SAIC的下一代“三电”技术。该系统将基于全新的电动汽车平台开发。按照朱军先生的说法,E2是一笔“大开销”。
以上了解了SAIC-EIC技术的代际关系,接下来方便我们给大家介绍不同代之间有什么样的性能提升。不过需要跟你说明的是,虽然我们今天说的是电气三大技术(电机、电池、电控),但是电控的概念是宽泛模糊的,我们通常说的电控一般是指电机的逆变器和电池的电源管理系统,它也决定了电机和电池的性能。因此,我们将从SAIC的电机和电池技术两个方面来解读荣威三电系统目前的技术现状。
◆上汽集团技术现状及未来发展
说到电机性能,我们通常更关注几个参数,包括功率水平、体积和重量。接下来我们就用这些参数来谈谈SAIC电机技术目前的成就和未来的发展方向。
上图来自SAIC官方,可以看出E0状态下电机峰值功率低,笨重,体积大,功率密度只有1.1kW/kg。相比之下,E1的电机功率密度达到1.97kW/kg,明显高于E0电机,这意味着在相同功率下,E1的电机重量可以大大降低,更小的重量有利于车辆续航里程的最大化。
8层发夹式电机的绕组技术可以说是E1电机技术进步的最大功臣。我们知道,发夹式电机相对于传统的圆形铜线绕组的一个主要优点是改善铜绕组的形状以获得更高的槽满率,提高电机的功率密度,改善绕组的散热性能和运行噪声。
实际上E0电机已经采用了发夹式电机绕组技术,只有4层,而在E1上,绕组层数增加了一倍,达到8层。绕组层数多有利于降低趋肤效应(导体通交流电时内部电流聚集在导体表面的现象)对电机性能的影响,从而提高电机的效率、功率密度和转矩密度。
而电机的最大效率只能在特定的转速/扭矩范围内表现出来,所以人们其实更应该关注电机高效工作范围的大小。从图中可以看出,八层发针电机的转速从12000扩大到了15000,电机达到14000时电机效率仍然可以达到94%,而四层发针电机超过12000就达不到94%。这意味着配备4层发针电机的汽车在高速行驶时会消耗更多的电力,而8层发针电机在相同电池容量的情况下可以带来更长的续航里程。
同轴布局的好处是相对于E0电机的平行轴设计,节省了电机的横向空间。当电机布置在前机舱时,可以减小前机舱的长度,使车辆更加紧凑。但由于同轴布局无法减少电机的纵向空间,E1电机只能支持前驱布局。因为如果你把马达放在后轮轴上,它会侵入行李箱或后部空间。
至于E2电机,我们将继续使用8层发夹式绕组技术,但从上面的参数表中我们可以看到,电机在峰值功率、最大扭矩、最大效率和工况下的功率密度方面都有了明显的提升。至于这种提升是如何实现的,朱军先生并没有给出明确的介绍,只是指出了突破的核心方向。
但是电机的定子和转子的温度数据非常重要,因为一旦超过一定温度,就会导致退磁,影响电机的寿命。因此,建立温度模型和实施有效的冷却措施是在相同电机尺寸下实现更大功率的关键,这需要大量的能量来建立诀窍。
在结构上,E2电机将回归平行轴布局,主要是因为这种布局可以在一定程度上压缩电机的纵向空间,便于放置在后轮轴上,减少对车内空间的侵扰。相信这个时候你应该已经有所收获了。是的,与E1的前驱动布局限制不同,后驱动布局将是配备E2电机的车辆的首选。
如果电机布置在前面驱动前轮,前轮很容易突破与地面摩擦的极限,造成打滑;因为后轮的下压力更大,用扭矩更大的电机可以获得更好的性能,这也是E2电机应该优先安排在后轮驱动型的原因。
但这种设计对车辆的平台要求更高。因此,从E2的三代电动系统开始,SAIC将推出完全自主研发的新一代纯电动架构。只有采用这种架构,才能最大限度地发挥新一代电驱动系统体积小、性能高的优势。此外,值得一提的是,目前E1的电驱动系统已经支持部分FOTA,E2motor将可以通过5G技术实现更快、更高效、更全面的FOTA。至此,编辑们开始期待了。
◆ SAIC电池技术现状及未来发展
与燃油车更注重驱动系统的研发不同,电池技术在电动汽车领域的发展也起着至关重要的作用。SAIC的R&D团队也深知这一点,所以一直牢牢掌控着电池的自主研发能力。目前,除电池外,其他电池相关技术基本都是SAIC工程团队自主研究的结晶。
目前,电池技术的发展受到很多因素的制约,包括成本、能量密度、安全性、充电速度等。这些因素也有一定程度的取舍,如何选择是摆在主机厂面前的一道比较难的选择题。
用荣威r?随着ER6的推出,荣威正式配备下一代E1电池。新一代电池在技术参数上完全超越E0代产品,主要体现在成本更低、能量密度更高、容量更高、更安全。那么荣威是怎么做到的呢?
为了实现更高的能量密度,荣威采用了大模块电池技术。我们知道传统的动力电池组包含多个电池模块,每个电池模块包含多个电芯。这种布局使得模块占用了大量空间,无法储存电能,所以模块越多,电池组内部的空间利用率越低。
据朱军先生介绍,目前E1电池组的能量密度最高可达180Wh/kg。要知道这个性能是通过使用523的三元锂电池系统(正极材料镍钴锰比例为5: 2: 3)实现的,可以使车辆达到600km以上的续航里程。
在编辑看来,一方面可以提高能量密度,降低生产成本,另一方面也有助于产品的后期维护。毕竟采用CTP技术后,一个电池组相当于一个模块,所有电池都用胶水固定,不利于后期维护。
SAIC也在扩大相同体积的E1电池组的容量范围。按照目前的规划,E1电池组可以做到50kWh、60kWh、70kWh三种容量,分别对应400km、500km、600km的续航里程。容量最低的版本采用磷酸铁锂电池,在保证安全性和续航里程的同时,降低电池成本约15%。新荣威Ei5和名爵EZS未来都将使用这种电池组。
E0时代,SAIC的电池组容量相对较低。除了成本因素,其实还有一个很大的原因,就是非常注重电池的安全设计。在E1时代,SAIC对安全性的要求达到了一个新的高度,即电芯在热失控的半小时内不会蔓延到其他电池。这个标准来自美国UL-2580电池安全标准,可以说是非常严格的。
为了实现E1电池的安全目标,朱军先生表示,目前SAIC仅通过热失控管理测试烧毁的电池组就达到了近五六十组,而按照E1目前的技术状态,最差的热失控性能可以持续40分钟左右不扩散。
为了实现整体铸铝托盘的设计,SAIC花费了大量精力,先后研究出挤压铝加搅拌棒的摩擦焊技术和高压压铸技术。然而,这两种技术都不能实现托盘的整体成型。最终,SAIC的联合供应商通过研究低压铸造技术,实现了铸铝托盘的整体成型,不仅降低了成本,而且单个零件就减轻了17kg的重量,这让朱军先生非常自豪。
不过,将于两年后推出的下一代E2电池会给我们带来更多惊喜。包括电池容量将提升至100kWh,能量密度将超过200Wh/kg,电池类型除了磷酸亚铁锂和三元锂体系之外还将增加新的体系,电池厚度将比现有产品大幅降低,达到110mm,热失控水平甚至将控制在L0水平,即几乎不会发生扩散。另外充电速度要缩短一半。可以说E2电池的技术指标几乎在每一项,大大超过了现在的技术水平。
值得一提的是,新一代电池的成本并没有因为更先进技术的引入而增加,而是呈指数级下降。朱军先生告诉我们:“E0电池组的每瓦时成本通常超过1,接近2;到E1,降到9毛左右,也有8毛;到E2,应该是6毛左右。"
全文摘要:
当被问及在三电体系中,SAIC相对于其他车企的优势是什么时,朱军先生明确告诉我们:我们追求的是做全能冠军,不是某一点特别猛,而是整体实力,就像高尔夫和凯美瑞车型,卖的很好,特点是可靠。在其他方面,SAIC也在追求这样的产品。
回顾过去SAIC发布的产品,我们发现它并没有遵循市场上续航里程为王的产品逻辑,而是在安全、效率、性能等多个维度发力,所以我们看到只有35kWh电池容量的荣威Ei5使用了热泵空调;只有53kWh电池容量的漫威?x有三个永磁电机,并配备了SAIC开发的超越离合器,以解决车辆滑行时的反电动势问题。这些技术眼目前可能还没有引起大家的注意,但是他们已经构筑了SAIC在新能源领域的技术基础,并对E1产品进行了大幅优化。当E2代产品出现时,或许SAIC的新能源车型会有所积累,所以我们不妨拭目以待。(图/文?汽车之家?胡永斌)