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採用560伏電壓平臺的刀片電池(適配低導電率冷卻液)以120千瓦進行直流快充,換來的更小的電流(更少的發熱量和能耗),整合度更高的“e+”電驅動技術平臺(200千瓦後置15500轉/分“3合1”電驅動總成+SiC控制技術),第3種技術狀態電四驅技術解決方案,預示著比亞迪漢EV四驅版是一款融入了刀片電池的系統安全、正向開發車型平臺安全和軸間扭矩再分配的電四驅效能安全於一體的以安全性為導向的電動汽車,而不再是單純強調續航與加速的EV車型。

上圖為拆除掉原車標配的前動力艙防塵罩後,裸露出漢EV四驅版各分系統技術狀態細節特寫。

紅色箭頭:“3合1”電驅動總成和“2合1”雙向充配電總成共用的低壓迴圈管路補液壺。

綠色箭頭:伺服刀片電池熱管理系統低溫預熱功能的PTC控制模組。

黃色箭頭:刀片電池熱管理系統迴圈管路補液壺(內部壓力15千帕)且灌裝的是低導電率的冷卻液。

藍色箭頭:“2合1”雙向充配電總成。

在2018年量產秦EV、e5和宋EV車型上,比亞迪應用的是12000轉/分“2合1”電驅動總成與“4合1”高壓電控技術解決方案,並適配了3組迴圈系統用於電驅動高溫散熱、電池的高溫散熱和低溫預熱以及駕駛艙空調製暖。

在2019年量產的秦Pro EV、宋Pro EV、元EV以及唐EV車型上,比亞迪應用的是15000轉/分“3合1”電驅動總成、“3合1”高壓用電系統總成和“10合1”低壓用電系統總成的“e平臺”技術解決方案,簡化到2組迴圈系統用於電驅動與高壓用電系統高溫散熱以及電池的高溫散熱和低溫預熱。

在2020年量產的漢EV上,比亞迪應用的是2組15500轉/分“3合1”電驅動系統總成並引入了SiC電控技術、“2合1”雙向充配電系統總成、更耐高溫和大倍率充放電的刀片電池系統的“e+”平臺技術解決方案,設定2組迴圈系統電驅動與高壓用電系統高溫散熱以及電池的高溫散熱和低溫預熱。

上圖為漢EV刀片電池熱管理系統水冷板控制模組和PTC控制模組細節特寫。

紅色箭頭:水冷板控制模組引入來自電動壓縮機帶來的“冷量”與電池冷卻液帶來的“熱量”進行熱交換,達到為刀片電池內部電芯進行高溫散熱目的。

橘色箭頭:PTC控制模組加熱從刀片電池內部引出的低導電率冷卻液至15攝氏度,達到為對電芯進行低溫預熱目的。

綠色箭頭:刀片電池內部灌裝的低導電率冷卻液,用於在刀片電池遭受衝擊內部管路破裂,杜絕短路的安全設定。

水冷板控制模組、PTC控制模組和刀片電池串聯在一個迴圈管路,構成具備高溫散熱和低溫預熱能力的低壓迴圈管路,而灌入的低導電率冷卻液不僅原本耐高溫的刀片電池提供雙重安全保證。至今為止,漢EV四驅版(兩驅版)是全球第二款(國內首款)採用更安全的低導電率冷卻液(伺服電池)的電動汽車。

漢EV四驅版(兩驅版)採用的是基於比亞迪研發的“e+”平臺,在技術含量與擴充套件潛力是優於唐EV四驅版(兩驅版)採用的“e”平臺。“e+”平臺適配的“2合1”雙向充配電系統,對“e平臺”的“3合1”高壓電控系統進行全面最佳化,將PTU和DCDC進行了整合。與560伏刀片電池的配合下,“e+”平臺的充電效率有所提升同時,電流持續降低、發熱部件及發熱量相應的減少。從結構上看,漢EV四驅版(兩驅版)採用的“e+”平臺在結構上做了“減法”,在可靠性上做了“加法”。

1、漢EV四驅版在低溫環境進行的2組直流快充測試:

在第1組直流快充測試中,模擬的是漢EV四驅版涼車狀態直流快充效率與動力電池熱管理控制系統策略。為了進一步對比,搭載刀片電池的漢EV四驅版的涼車狀態充電效率,與1臺NEDC續航400公里、搭載1套採用空調直接製冷散熱和電加熱功能三元鋰電池的雷克薩斯UX電動汽車進行對比(具體資訊後文介紹)。

在室外溫度最低達到-14攝氏度的北京,首先將動力電池SOC值處於55%的漢EV四驅版停放到國家電網充電場站靜置一晚。然後在第二天一早室外溫度“回升”至-13攝氏度的7:30分進行60千瓦直流快充測試。

為了更好地體現比亞迪漢EV四驅版在冬季低溫環境充電效率,將整車靜置在充電場站一晚,與第二天一早透過國家電網60千瓦充電樁進行直流快充測試。充電1分鐘,充電測試時室外溫度約為-9攝氏度,漢EV四驅版搭載的刀片電池電芯最高溫度為-1攝氏度。

充電1分鐘,漢EV四驅版駕駛員液晶顯示屏輸出“動力電池智慧溫控系統工作中”資訊,意味著開始引入來自充電樁端的電量為刀片電池進行低溫預熱伺服,充電功率為26.8HP(馬力)約等於19.7千瓦,預計充滿時間為2小時。

備註:在後文將對車載顯示的單位統一調整為公制,用千瓦來顯示充電功率。

充電1分鐘,透過熱成像儀監測漢EV四驅版刀片電池熱管理迴圈管路可見,PTC控制模組開始進行升溫(白色箭頭所指)至約-5攝氏度;“3合1”電驅動總成和“2合1”雙向充配電總成共用的低壓迴圈管路補液壺(紅色箭頭所指)表面溫度約為-8攝氏度;刀片電池熱管理系統迴圈管路補液壺(綠色箭頭所指)溫度上升至約-4攝氏度,補液壺內的低導電率冷卻液在電子水泵的作用下進行迴圈。

充電42分鐘,漢EV四驅版刀片電池電芯溫度已經提升至14攝氏度,SOC值為77%。額定電壓569.6伏,就是刀片電池的電壓標定值,也就是說漢EV四驅版(包括兩驅版)電壓平臺為560伏級別,遠超過當下一汽奧迪國產化的e-tron採用的400伏電壓平臺。

充電42分鐘,充電樁顯示充電電流為106.5安培,充電電壓為510.1伏,充電功率換算為為54.4千瓦左右。

充電42分鐘,漢EV四驅版駕駛員用液晶顯示屏的充電功率為50.5千瓦,由於“動力電池智慧溫控系統工作中”佔用了一部分充電功率,因此顯示的充電功率小於樁端計算的充電功率。

此時再透過紅外線熱成像儀針對漢EV熱管理系統進行細節觀察可以發現,此時該部分最高溫度達到26.9攝氏度,溫度最高點為刀片電池預熱的PTC模組(白色箭頭),同時電驅動、雙向充配電系統補液壺(紅色箭頭)和刀片電池熱管理補液壺(綠色箭頭)溫度明顯升高,但需要注意的是電驅動和雙向充配電系統補液壺溫度是吸收充電時“2合1”雙向充配電模組的熱量,而刀片電池熱管理系統補液壺是因為低溫預熱PTC模組加熱產生的熱量。

需要說明的是,隨著刀片電池內電芯溫度的升溫,充電功率持續提升,同時開啟駕駛艙空調製暖系統換取更好的舒適性。在低溫環境充電同時,開啟駕駛艙空調製暖,會佔用更多來自充電樁端的功率,對充電週期有所延長。

在漢EV四驅版進行涼車狀態直流快充測試時,同一充電場站1臺上汽新能源製造的榮威ei5電動汽車進行充電。目前在售的榮威ei5電動汽車售價11-13萬元,NEDC續航里程420公里,搭載1臺裝載電量52.5度電、帶有完整的液態熱管理系統(高溫散熱和低溫預熱)的三元鋰電池總成。

從充電樁端顯示,這臺續航400公里級的榮威ei5電動汽車充電時長約為58分、電芯最高溫度2攝氏度、需求電流43.6安、額定電壓355伏;在另一顯示子選單中,58分鐘內充入14.32度電、充電電流為32.8安、充電電壓372.5伏。

在第2組直流快充測試中,模擬的是漢EV四驅版熱車狀態直流快充效率與動力電池熱管理控制系統策略。為了進一步對比,搭載刀片電池的漢EV四驅版的熱車充電效率,與1臺NEDC續航400公里、搭載1套採用空調直接製冷散熱和電加熱功能三元鋰電池的雷克薩斯UX電動汽車進行對比(具體資訊後文介紹)。

在室外溫度低至-17攝氏度的承德郊區,將漢EV四驅版靜置一晚,於第2天一早8點啟動、開啟駕駛艙空調製暖,並沿京承高速返回北京途中的國家電網充電站進行直流快充測試。

我們在京承高速公路服務區的國家電網充電場站進行熱車狀態直流充電測試,室外溫度約為-8攝氏度。充電3分鐘,漢EV四驅版自動啟用“動力電池智慧溫控系統”,同時,充電功率直接提升至55.2千瓦。

充電3分鐘,漢EV四驅版搭載的刀片電池電芯溫度為14攝氏度、需求電流為132安。

充電3分鐘,漢EV四驅版充電電流為130安、充電電壓470.8伏。隨即充電約50分鐘,漢EV四驅版充電電壓保持在510伏左右、充電電流在110-130安波動,但是充電功率維持在52-55千瓦,刀片電池熱管理控制系統適中執行為電芯進行低溫預熱。

在漢EV四驅版進行熱車狀態直流快充測試時,同一充電場站1臺雷克薩斯UX電動汽車進行充電(同樣為熱車狀態充電)。剛剛上市的雷克薩斯UX300e電動汽車售價36-38萬元,NEDC續航里程400公里,搭載1臺裝載電量54.35度電、採用空調直冷散熱和電加熱的三元鋰電池總成。

從充電樁端顯示,這臺續航400公里級的雷克薩斯UX300e電動汽車充電時長約為23分、電芯最高溫度2攝氏度、需求電流36安、額定電壓355伏;在另一顯示子選單中,23分鐘內充入8.4度電、充電電流為38.3安、充電電壓350.7伏。

2、漢EV搭載的電四驅系統在冰雪路面的控制策略:

截止2020年12月,在中國市場量產的具備四輪驅動的電動汽車,極少數採用以效能取勝的類似於三菱帕傑羅越野車的“全時四驅”模式,多數為以續航取勝的類似於傳統都市型SUV的“適時四驅”。

臺架測試狀態,上圖為漢EV四驅版處於SPORT模式“全油門”加速,前置163千瓦“3合1”電驅動總成(紅色箭頭所指),後置200千瓦“3合1”電驅動總成(藍色箭頭所指)同時輸出扭矩。

臺架測試狀態,上圖為漢EV四驅版處於ECO模式“半油門”加速,前置163千瓦“3合1”電驅動總成(紅色箭頭所指)率先輸出扭矩,後置200千瓦“3合1”電驅動總成(藍色箭頭所指)則沒有進行做功。

在雪後的承德市郊,部分雪化成冰,路面類似於“冰穿甲+積雪”,同時間隔一段一段的鋪裝路面,這也是北方地區冰雪之後常見的複雜路況。在這種雪+冰構成的溼滑路面,漢EV四驅版分別在SPORT\ECO模式,以“全油門”和“半油門”狀態進行加速的測試。

上圖為漢EV四驅版在SPORT模式進行“全油門”加速測試,起步瞬間的特寫。在加速的瞬間,前後驅動橋同時爆發扭矩,儘管後置電驅動總成較前電驅動電總成更有“力量”,可是車身姿態並未因“前輕後重”的設定而擺動。隨著前後驅動橋扭矩的釋放“過度”,控制系統逐步調節軸間扭矩,車輛順利加速行駛。

透過慢動作影片可見,在SPORT模式下,前驅動輪(紅色箭頭所指)與後驅動輪(藍色箭頭所指)轉速幾乎完全一致;在ECO模式下,前驅動輪順勢輸出動力,後驅動輪處於隨動狀態。

在SNOW模式下以“全油門”狀態深踩加速踏板,車載控制系統會主動弱化扭矩的輸出,同時,前後電驅動總成仍然以“全時四驅”模式做功。相對SPORT模式,SNOW模式在弱化動力輸出的同時,ESP系統頻繁的介入增加了一層軸間輪速差避免了側滑。

在SNOW模式下以“半油門”狀態十分輕柔的控制加速踏板,車輛會根據橋間和軸間輪速差進行綜合判斷和決策,是採用兩驅還是四驅模式。在SNOW模式下稍微深踩加速踏板,車輛還是會以四驅模式起步和加速。

在臺架上對比亞迪漢EV四驅版進行電四驅控制策略測試,確實可以做到直觀的反映前後電機執行的狀態。但是在低溫環境的冰雪路面的實際表現,不僅能看出漢EV四驅版“前輕後重”的扭矩分配效率,更能看出比亞迪汽車工程院對整車行駛安全的嚴格把控。

筆者有話說:

在未來兩年內,全球範圍都難以為鋰電池電動汽車找到解決寒冷氣候充放電效率不足問題的有效手段。除非採用活性與安全性突破現有平衡的固態電池技術,且進行大規模量產,否則都不能徹底解決問題。

採用三元鋰電池系統、350伏電壓平臺的榮威ei5涼車充電效率,弱於採用磷酸鐵鋰電池系統、560伏電壓平臺的比亞迪漢EV;售價36萬元起、搭載的三元鋰電池、選用350伏電壓平臺的雷克薩斯UX300e,儘管配置了空調製冷散熱系統,但是其低溫預熱系統沒有采用冷卻液+PTC控制模組技術,導致熱車充電效率依舊十分低下。

透過以上進行一系列單車縱向充電測試和多車橫向充電功率對比可見,採用560伏高電壓刀片電池系統的漢EV,無論涼車狀態還是熱車狀態的充電效率,都要比大多數採用350-400伏電壓平臺的三元鋰電池系統電動汽車優秀很多。

對於搭載第3種技術狀態電四驅系統的漢EV而言,真正的技術優勢是在冬季冰雪路面的主動行車安全性,以及在夏季高溫環境頻繁大功率充放電時,560伏刀片電池更小電流和更少發熱量帶來的電力系統安全性。

要知道漢EV從立項到量產大約用了8年時間,整合的第3種技術狀態電四驅技術以及複雜的控制策略耗費的時間,甚至大過一些造車新勢力成立到第1款車量產的全部週期。

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