對于購買新能源汽車,大多數消費者除了關心車輛的續航里程外,另一個關心的就是整車的三電系統技術,即電池、電機、電控。同時,消費者大多還是保守的相信并選擇傳統車企多年來的技術積累,對造車新勢力相對陌生,并持著懷疑的態度。而在這兩年開始專做純電動汽車的造車新勢力在三電技術上真的是菜鳥嗎?技術真的不如傳統車企嗎?下面我將以造車新勢力中的代表企業——威馬汽車為例,解讀威馬汽車以及威馬EX5在三電系統技術方面的優勢。
不是造車新勢力的菜鳥,而是經驗豐富的老司機
威馬汽車一直借用通用的GVDP流程,這套流程吸取了先進的造車制造設計理念,同時結合北美地區、中國地區當地制度形成的完整體系。威馬就是借用了高標準,并且在某些方面可以做到比GVDP更高的流程。
威馬汽車整個研發團隊有超過500人的三電研發人員,其中80%來自通用和泛亞等,繼承了通用的GVDP流程,并且在此基礎上根據汽車行業的從業經驗,以及根據電動車固有零部件的屬性,形成了威馬自己的測試開發流程、研發認證體系。
不管是在造型、研發、制造、工廠方面威馬汽車都取得了優異的成績,比如造型時尚前衛,整車風阻系數低于0.3,智能交互設計也在2018年得到德國的IF設計大獎,工廠從一片空地到現在以高標準、短周期完成了標定建設,并且試裝投產,為批量生產做好了準備。同時,三電核心技術具有完全自主的開發能力。
下面通過兩個平臺、四大核心技術了解一下威馬汽車在三電系統中的技術。
一、整車架構的平臺化
威馬EX5是威馬汽車AJAX平臺的首款產品,AJAX平臺是一個純正向開發的電動平臺,有別于市面上很多從油改電的方式,如果油改電,電池包的設計則要將就車身底盤,因此中通道、后排隆起是完全無法避免的問題。如果電池包將就車身底盤,意味著電池包是異形的,長寬高都不成比例,而在AJAX平臺中則是車身匹配電池包,上述問題完全不存在。
此外,此平臺可以衍生出轎車、SUV、MPV的車型。這個平臺下的離地間隙最小可以達到174mm(有的可以達到180mm),使其在同樣的空間下可以布置更多的電量。
二、電池包的平臺化
電池包的平臺化可以分為三個方面,首先是電芯模組的平臺化,其次是熱管理系統的平臺化,最后是箱體結構的平臺化。
電芯模組平臺化:
威馬汽車采用VDA的標準電芯和模組,VDA是德國工業協會制定的關于電芯尺寸、模組尺寸的標準系列。采用這個標準系列可以帶來什么好處呢?在設計電池包、設計電芯、設計模組時,就可以使得邊界尺寸做一個標準化,以及連線、固定卡扣都可以做標準化設計來進行的。這樣電池包、電芯、模組就可以實現對寧德時代、天津力神、蘇州宇量這些主流電池供應商的產品兼容,同時也對方形、圓形、軟包電芯都有更深程度的研究,從而建立相應的數據產品庫。
熱管理系統平臺化:
前期通過CFD的仿真,可以通過對流道設計、流阻分布,以及對熱平衡的仿真,來確定這款熱管理系統是否滿足當前的電池包,通過調整水排的大小、長度來改變、來適應電池包,平臺化的可以實現產品的快速開發,降低產品成本。
箱體結構平臺化:
通過箱體平臺化模塊設計,可以快速實現不同電量的電池包開發。
三、電池包的輕量化技術
威馬汽車在電池包的材料選擇上使用比例超過70%的高強度的鋼,拉伸強度超過780兆帕,通過高強度的內置加設計以及高強度的外置加設計,形成球籠式造型,使其可以使用最少的鋼達到最強的結構。實驗數據表明電池包減重效果達到17%,能量密度提升4%,從而提升了續航里程。
在高強度鋼的加持下,在16項全面安全測試當中一次性通過,通過CAE的分析和匹配,包括擠壓、反轉、振落、跌落、機械沖擊、外部火燒等,而結果均是超出兩倍于國標的標準。
四、電池包熱管理技術
如何讓電池包能夠高效穩定的運行,威馬汽車有一套自己的核心技術。
這套熱管理系統是一年四季全天候的,并且和動力冷卻系統是分開的,獨立液冷回路。因為電池包的溫度變化與動力總成的溫度變化范圍是不一致的,變化速率也不同,分開的獨立液冷回路可以做到更精確、更可控的溫度控制。
同時,整套熱管理系統對每個模組都有多個電芯溫度傳感器,可以實時監控電芯最大最高溫度,平均溫度以及最低溫度,并根據溫度閥值進行調整。此外,熱管理系統可以對流道設計進行仿真,對電池包熱平衡進行仿真。相對于同行業來講,業內普遍的熱管理可以做到5℃以內,而威馬汽車的熱管理系統可以在控制2℃以內。
五、高級集成度的電機技術
高集成的電驅系統:
電驅系統集成了包括逆變器、高壓配電、DDC及壓縮機等,集成度非常高,把幾乎所有的關于三電強電方面的應用都集成在整個動力總成當中,而高集成度帶來的優勢就是可以提供更多的車內及儲物空間。
高功率、高效率、高密度的電機:
得益于高集成度,威馬EX5的電機重量和減速器重量加起來只有73.5kg,但峰值功率達到160kW。同樣,由于電機的轉速輸出軸和減速機主減輸入軸是同一根軸,就帶來了效率上的極大提升,在100%滿油門的情況下,響應速度可以做到200毫秒以內。此外,電動機最大功率160kW,峰值扭矩315N·m,0—100km/h加速時間小于8.5s,這樣的數據相當于燃油車2.0T的水平。
獨立液冷回路:
除了電池包需要進行冷卻之外,動力系統同樣需要冷卻,威馬為此單獨設計了回路進行冷卻。不論是在高溫、高速還是在高負荷的情況下,這套獨立液冷卻回路同樣可以做到把電機、逆變器、DDC這些關鍵的三電核心零部件的工作溫度范圍控制在合理的溫度范圍。
六、穩定可靠的電控技術
電控系統是三電的控制中心,硬件的好壞決定這電控系統的好壞,威馬EX5的關鍵核心控制器硬件都是基于雙核的設計,完全符合ISO26262當中各功能模塊ASIL-D級認證,同時1.14萬年才出現一次故障,覆蓋了整個EX5的生命使用周期。
軟件也同樣具有高可靠性的特點,軟件架構采用AUTOSAR方案軟件,支持MCAL4.0.3,同時支持DBC、CBD自動導入,在整個微模型開發過程中,微模型當中都是采用Simulink/Stateflow模型開發,并且模型開發階段進行了MIL(模型在環)的測試,生成代碼階段我們做了SIL(軟件在環)的測試,生成代碼完全是自動生成代碼,拒絕手寫代碼,避免了人為的犯錯。
控制器階段做了足夠多HIL(硬件在環)測試,保證功能足夠正常,同時關鍵零部件控制器都支持CCB協議的標定,能夠提供符合標定接口文件,這才使得三電標定能力成為可能。
總結:
在了解了威馬汽車對于電池、電機、電控的這些技術之后,您是否會覺得造車新勢力在技術方面其實還是非??孔V的。不論這些造車新勢力們帶給我們多么新的概念、多么有趣的想法、多么夸張的設計,但我們對于車始終是需要安全、穩定和可靠的,只有做到了這些,造車新勢力才會慢慢被大眾所接受。
來源:第一電動網
作者:趙迪安
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