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高续航是根本 补贴退坡后轻量化低能耗将是车企主要突破点

收藏 评论 时间:2018-12-05 12:12 作者:赵佳 来源:EV世纪

新能源汽车近几年一直在向高续航里程发展,2014年纯电动车续航仅有150公里左右,2018年主流纯电动车已经提升至400公里。在这期间有些产品更加倾向于在技术上的突破,有些则倾向于电池电量上的增加。但是随着新能源补贴退坡,车企要想将利润最大化,轻量化低能耗将是未来主要突破点。

轻量化

簧下轻一斤,簧上轻十斤,相信很多用户都听说过这句话。对于一辆车,我们可以将其分成簧下质量和簧上质量两个部分。簧下质量指不由悬挂系统中的弹性元件所支撑的质量,包括车轮和悬架系统的摆臂等,而簧上质量自然就是车辆剩余部分的质量,一般包括车架、动力系统、传动装置、乘员等。

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影响纯电动车簧上质量最关键的部件就是电池系统的质量,其次是电控系统体积和车身骨架的用料。要想将簧上质量变得更轻,首先要做的就是增加电池系统能量密度或减少电量。

提升电池系统能量密度

电动汽车动力电池系统由5部分组成,分为上壳体、高压电器壳、电池模组、温控系统和下壳体。由于有些纯电动车采用风冷也没有电池加热系统,因此那些车型的电池包内就省去了温控系统。

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五部分组成了纯电动车动力电池包,要想提高动力电池系统能量密度就要从这些材料下手。首先来说上壳体,目前很多企业都采用了SMC轻量化材料以减轻电池包质量,下壳体早期电动车会选用高强度钢材,目前主流纯电动车都采用高强度铝材来封装,相比于钢来说同样可以减轻电池系统质量。

目前市场中帝豪EV450和广汽传祺GE3 530等产品采用的就是上壳体SMC轻量化材料以及下壳体高强度铝来进行封装。后者电池系统能量密度为160Wh/kg,已经处在主流水平。

除了电池包采材料上突破以外,电池单体能量密度的高低也是决定电池包容量的关键因素。中国科学院院士欧阳明高曾说:根据中国新能源汽车动力电池发展的趋势,很快就会向300瓦时/公斤的高比能量电池迈进,这些产品就会进入市场,就是所谓的高镍三元811电池很快就会进入市场。但是经过实验研究证明,目前最新的高镍三元811电池相比于622或者532来说热稳定性更差。

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选用811配比的锂电池要想保证安全,对于电控系统和温控系统的技术要求较高。因为811配比电池热稳定性较差,充放电过程中都需要进行精准的温度控制,比较考验厂商在电池液冷系统方面的技术储备和电池PACK方面的能力。现阶段电池通过风冷就可以起到冷却效果,未来随着更高配比的电池出现,采用风冷提高电池系统能量密度的车型会越来越少,在电池液冷系统还没有太多造诣的企业要抓紧时间了。

提高电控系统集成度和效率

除了要再电池包重量上下功夫以外,在电控系统集成度方面也是企业需要突破的重点,这也就要求企业掌握电控系统核心技术。例如电机控制器、充电器等需要对外采购并协同标定这种操作很难在整体集成度上进行突破。在纯电动领域比亚迪北汽新能源在电控系统集成度方面做的不错。

比亚迪的e平台就是纯电动汽车最好的集成解决方案,e平台最核心技术由33111这五个数字来表示,两个“3”指的是驱动3合1加高压3合1。3个“1”就是1块板、1块屏和1块电池。

驱动三合一指的是驱动系统的电机、电控和变速器的高度集成。高压三合一指的是将高压系统的DC-DC、充电器和配电箱的3合1,是目前业界领先的集成技术,不仅重量轻(减轻车重),还可以增加传导效率较低电能损耗,同时由于高度集成,车辆在装配时更加简单,增加效率的同时让收益最大化。

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比亚迪秦EV 450

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比亚迪秦PRO EV500

通过e平台的使用和车型换代,比亚迪纯电动车的能耗获得了明显提升。老款比亚迪秦EV450整备质量为1950kg电池系统能量密度为140.67Wh/kg,工况条件下的百公里电耗为15度。通过车型换代外加提升电池系统能量密度和电机电控系统集成度,新款秦PRO EV的整备质量直接减少到1595kg,直接减少了355kg。电池系统能量密度也提升至160Wh/g,工况条件下百公里电耗降低至13度。

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北汽新能源EV200搭载的e-Motion Drive 1.0其电机控制器、高压控制盒、DCDC以及车载充电机等各个部分都是分开的

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北汽新能源EX360搭载的e-Motion Drive2.0已经实现了高度集成

除了比亚迪,北汽新能源在电控系统集成度上也有不小成就,其电驱系统从2015年推出的e-Motion Drive 1.0到2018年年初推出的e-Motion Drive2.0其系统能量转化率提升到了98%。

EU5车型搭载的最新e-Motion Drive3.0较第一代体积减少46 .5%,重量降低40 %,能效提高至98 .5%。这也是53.6度电能够支撑一辆紧凑级尺寸的轿车能够获得416公里的续航里程,同时还有百公里加速7.9秒的性能。

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使用高效率的驱动电机

最为驱动车辆的主要用点设备,电动机效率决定着一辆车的电耗水平。目前纯电动车大部分采用永磁同步电机,但是不同绕组以及不同工艺的电动机在工作效率上还有这一定的差距。

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虽然同属永磁同步电动机行列,但却分为普通绕组和Hair-pin绕组两种绕线方式,后者相比于前者在同体积下有着更高的功率密度,在输出同样功率的情况下可以将体积做的更小。采用该电机不仅能够节省电能,同样可以减少整备质量。

荣威Ei5采用的就是Hair-pin绕组的永磁同步电动机,外加iBooster刹车系统的加入,让其拥有惊人的12.2kWh百公里电耗,让其成为300公里续航区间最节能的产品。

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整车轻量化除了以上所说的内容之外,簧下质量的减轻也是纯电动车“瘦身”的关键,轻量化的轮毂、轻量化的悬架系统外加低滚阻的轮胎。在悬架轻量化方面比亚迪在这方面有着突出的表现,秦EV系列车型从2017年改款之后全部换装了铝合金摆臂,在提升了操控感的同时,还可以让车辆行驶起来更加节能。

风阻系数

降低能耗除了需要在电控系统方面做出努力以外,还有一个参数至关重要,那就是车辆的风阻系数。风阻系数指标也影响这纯电动车的能耗表现,尤其是高速工况下能耗。

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风阻系数与车身设计造型有关,对于设计团队的功底要求非常高。我们熟知的丰田第三代普锐斯虽然有着不同于传统车辆的造型,但其拥有0.24cd的超低风阻系数,当年上市后成为了量产车中风阻系数最低的车型,即使放到今天这也是个优异的成绩。

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特斯拉Model S也有着0.24cd的风阻系数,这一指标为Model S续航给力提供了强有力的支撑。

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奔驰CLA虽然其不在新能源汽车行列,但他的风阻系数只有0.23cd。海外已经亮相的全新一代宝马G20 3系也达到了0.23,对于提高车辆的燃油经济性有着重要的帮助。

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2018年新能源车补贴政策要求“纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于105Wh/kg,105(含)-120Wh/kg的车型按0.6倍补贴,120(含)-140Wh/kg的车型按1倍补贴,140(含)-160Wh/kg的车型按1.1倍补贴,160Wh/kg及以上的车型按1.2倍补贴。”能够看出国家在鼓励车企提高电池系统能量密度,但是受电池安全影响,未来对提高电池系统能量密度的增长要求将会放缓。

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2018年补贴细则还对百公里电耗设立门槛,通过与整备质量挂钩来计补贴金额,但是这一指标比较宽泛,越线的产品并不多。如果要想让新能源车能耗更低方向发展,未来补贴政策将会收紧百公里电耗指标。

编辑点评:近些年补贴在不断降低,新能源车的利润也在逐渐减少。电池作为新能源车成本的主要来源,在满足更高续航里程要求下,减少电池的用量是节省成本最直接的方式。要想将利润最大化,提高产品技术含量,降低电池的用量是直接有效的方案,也是未来企业突破的重点,这一路线才是真正回归新能源节能环保本质。

作者:赵佳
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