研判蔚来ES6电驱动系统和动力电池总成技术状态

2018年12月15日,蔚来发布第二款电动汽车ES6,长宽高为4850x1965x1758mm、轴距2900mm;不同车型可以适配前永磁同步电机+后异步感应电机和前后个1组相同的永磁同步电机两种方案;动力电池保留之前ES8适配的70度电液冷可更换电池总成之外,首次适配了1组液冷可换模式的84度电“镍钴锰811”三元锂动力电池总成(能量密度抵达170瓦时/公斤);铝合金+碳纤维复合结构车身、综合续航里程510公里。

在以上配置中,笔者发现蔚来ES6的电驱动技术和动力电池总成发生了“质”的变化。本文将对蔚来ES6电驱动系统和动力电池总成技术状态深度研判!

一、铝合金+碳纤维复合材料车身架构:

铝合金+碳纤维复合材料车身架构的引入,最明显的意图就是要降低整车自重,已获得更低的百公里综合电耗。目前,笔者并不清楚蔚来ES6的自重数据,不过比对整车尺寸相差无几的蔚来ES8的2.5吨自重,或许将会因为复合材料的使用,而降低0.1-0.15吨。

当然,这种猜测也是基于蔚来ES6继续使用ES8的电驱动控制系统(含高压配电系统、低压配电系统以及充放电控制系统)的大前提。

二、前置永磁同步电机+后置异步感应电机的驱动系统:

上图为蔚来ES6四驱版架构简图。蔚来ES6分为基准版和性能版,这两个车型同时又细分出搭载70度电和84度电电池两个版本。

无论哪个版本蔚来ES6,最有特色的恐怕将是前永磁电机+后异步感应电机的车型。

红色箭头:前置“3合1”永磁同步电机,最大输出功率160千瓦

绿色剪头:后置“3合1”异步感应电机,最大输出功率240千瓦

相对蔚来ES8搭载前后永磁同步电机功率为240千瓦,采用驱动电机+减速器+电驱动控制模块“3合1”集成策略。蔚来ES6前部驱动电机换装为“3合1”永磁同步电机(驱动电机+减速器+电驱动控制模块)总成,为的是集成永磁同步电机低能耗、高可靠性与异步感应电机能量密度大、无退磁效能的综合优势。

这一使用不同类型的驱动电机总成的策略,与特斯拉3高性能版前异步感应电机+后永磁同步电机做法完全相同。不过这种适配完全不同性能特性的驱动电机的做法,需要蔚来的工程师们就全轮驱动模式下的车身姿态协调性,施加强大的绝对控制力。

无论特斯拉3高性能版还是蔚来ES6性能版,搭载的电机体积较小、重量较轻,更高效的永磁同步电机,可以用于低烈度常规行驶驱动。

而异步感应电机保留,可以理解为品牌调性和加速为侧重点性,需要这种体积和电耗较大,近乎“0”退磁的驱动电机。那么,蔚来ES6的前置永磁同步电机与后置异步感应电机该如何协同运作呢?这个问题将成为考研蔚来ES6工程师的重要节点。

1、蔚来ES6高性能版具备全轮驱动模式:

与在售的四轮驱动电动汽车工作原理完全相同,前后驱动电机实时输出扭矩驱动整车。当某一驱动轮打滑或失速,ABS系统将会作出反应,通过制动分泵抑制失速车轮输出扭矩。甚至,前后驱动电机间也将会进行扭矩再分配,以便让整车姿态处于绝对控制状态下。

此时,蔚来ES6的前永磁同步电机和后异步感应电机协同运行。车身控制系统管理权高于前后去驱动电机控制系统,对整车处于不同扭矩输出状态,前后驱动桥间和不同驱动轮间的扭矩差和转速差进行“超级管理”。

这种要兼顾两种不同调性的驱动电机控制系统和整车控制系统,需要更可怕的技术储备和管理经验。鱼和熊掌兼得同时,就要面对控制系统失效以及复杂信号反馈不及时导致的“失控”危险。

2、蔚来ES6高性能版的长续航里程行驶模式:

系统根据驾驶员“油门”踏板踩踏行程和加速度,判定前后驱动电机扭矩输出需求。当扭矩输出需求较小,车速保持平缓状态,适宜匀速行驶的前置永磁同步电机,接替后置异步感应电机,以获得更低的综合电耗,延长续航里程。此时,需要后置的异步感应电机加装一组离合器,以断开电机(含减速器)输出端与驱动轮间关联。

实际上,这种依靠前置永磁同步电机驱动的长续航里程行驶模式,为2轮驱动状态,一旦驾驶员给出急加速的信号,后置异步感应电机扭矩迅速被接通,进入全时四驱状态。

当然,第2种行驶模式为笔者猜测,最终以蔚来官方公布的信息为准。

三、液冷可换电模式的84度电“镍钴锰811”三元锂电池总成:

如上图所示,在蔚来ES6发布会,PPT展示了一组84度电液冷恒温电池系统技术状态。

蔚来ES6搭载的84度电电池系统与70度电电池系统,具备完全互换和替代能力。为了保证现有换电站兼容性,蔚来ES8搭载的70度电电池和蔚来ES6搭载的70度电以及84度电

上图为蔚来ES6发布会PPT展示的使用“镍钴锰811”电芯的可换电电池总成结构特写。

黄色箭头:高压线缆接口(与车身焊接端固定的接口刚性锁闭连接)

红色箭头:液态冷却液进出水口(与车身焊接端固定的接口刚性锁闭连接)

白色箭头:围绕电池PACK布置的液态冷却液循环管路

蓝色箭头:电池PACK小总成

需要特别注意的是:

在蔚来ES6的发布会中,提及了适配84度电的可换电动力电池总成,将会使用“镍钴锰811”电芯或由宁德时代提供。截止2018年12月,宁德时代所生产的动力电池多以方形三元锂电芯(VDA)为主。

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目前中国新能源市场在售的EV车型、PHEV车型、甚至部分EREV车型,搭载的动力电池多由宁德时代提供。但是,宁德时代主推的动力电池型号多为方形和软壳三元锂(镍钴锰)电芯为主。似乎并未开展18650型或21700型三元锂电芯销售业务。

当前,国内的动力电池供应商能够实现稳定批量生产的三元锂电芯依然以镍钴锰比例523为主,部分动力电池企业能够量产622比例的电芯,不过其能量密度均不及811比例电芯。镍钴锰811“高镍”电芯相比传统材料能量密度高出20%,其常温寿命也较其他镍钴锰比例电芯优秀。

综合宁德时代以及比克电芯厂商技术状态,蔚来ES8和ES6动力适配的可完全兼容的液冷可换电池总成技术状态综合研判:

比克制造的21700型“镍钴锰811”电芯临街成熟状态,或将在2019年成为江淮iEVS4车型适配。但是,21700型“镍钴锰811”电芯,与方形或软壳电芯,存在本质的差异,尤其集成至动力电池总成,将适配完全不同的热管理系统(策略和散热私服系统)。

那么问题来了,70度电电池适配的宁德时代提供的方形电芯、84度电电池适配21700型811“高镍”圆柱电芯(由于技术限定,811“高镍”电芯目前只能适配21700圆柱形态,而不能使用方形或软包电芯)。为了保证70度电电池和84度电电池,具备完全相同的形制(换电站兼容),那么在84度电电池内部就要抛弃70度电池的串并联方式、PACK结构、BSM系统以及液冷管路布设方式。基本上,可以认为蔚来ES6使用的液冷可换电模式的84度电“镍钴锰8111”三元锂电池总成,无论电芯(21700),还是控制以及液冷系统,都将与现有70度电电池总成完全不同,并需要重新设计、测试、生产以及集成。

综合宁德时代以及比克电芯厂商技术状态,蔚来ES8和ES6动力适配的可完全兼容的液冷可换电池总成技术状态综合研判:

比克制造的21700型“镍钴锰811”电芯临街成熟状态,或将在2019年成为江淮iEVS4车型适配。但是,21700型“镍钴锰811”电芯,与方形或软壳电芯,存在本质的差异,尤其集成至动力电池总成,将适配完全不同的热管理系统(策略和散热私服系统)。

So,蔚来ES6适配的84度电可换电池总成的“镍钴锰811”电芯,极有可能为宁德时代提供的方形“镍钴锰811”电芯。

当然,最终的技术状态,依旧以蔚来官方披露信息为准。

笔者有话说:

综合当下蔚来ES8遭遇的控制软件频繁死机的问题,可以通过OTA升级进行解决。

刚刚上市的蔚来ES6,在车身材质应用进行了减重;适配1或2组永磁同步电机,可以更好地降低电耗,提升不同工况的综合续航里程;换装21700型镍钴锰811“高镍”电芯构成的84度电电池总成,依旧是提升能量密度,换取更好地续航表现。

但是,这些被看做全球范围顶尖的电驱动系统和动力电池总成技术,要想在蔚来ES6上表现的更高可靠、更高效和更安全,必须要进行更严谨和完善的测试与反馈。

目前,镍钴锰811“高镍”电芯,基本上只能采用21700圆柱形规制,这又与特斯拉3的电池规格相等同。也就是说蔚来ES6可以在电芯排布以及安全控制能力上最大化的借鉴特斯拉3。

不过,国际上也只有特斯拉3采用21700型镍钴铝电芯,而不是镍钴锰811“高镍”电芯。换句话说,目前国际和国内市场还未推出使用21700型镍钴锰811“高镍”型电芯,这种活性更强、密度更大的镍钴锰元素配比的电芯,需要额外设定更高效的保护措施及更精准的恒温液态热管理系统。

对于蔚来ES6而言,可换电动力电池总成,如果适配宁德时代提供的“镍钴锰811”方形电芯,可以最大化的使用70度电池总成的内部架构和控制策略。

如果蔚来ES6,适配比克提供的21700型“镍钴锰811”方形电芯,可以获得更短的装车周期,但要重新设计动力电池总成,并考虑到蔚来ES8的兼容性问题。

如果适配21700型“镍钴锰811”电芯,可以借鉴特斯拉3的镍钴铝21700电芯集成的电池总成,但是21700型镍钴锰811“高镍”电芯间的一致性需要供应商最大程度的配合,BMS系统管理策略支持的数据更加丰富,液态恒温热管理策略的对不同位置的电芯温度控制更精确,具备更短时间控制热失效的单支甚至多支电芯的能力。

无论蔚来ES6适配21700型“镍钴锰811”电芯构成的电池总成,还是宁德时代提供的方形“镍钴锰811”电芯动力电池总成,都对整车电驱动效能的提升起到巨大的促进作用。

笔者认为,作为蔚来“翻身仗”的ES6车型,在消费端以及高层都将会更加重视。也希望这个年轻的中国品牌,能够立足于最新的科技,充分认识到技术设定更“激进”的电驱动系统和动力电池技术带来的挑战,为ES6带来的超越市场发展态势的表现。

文/新能源情报分析网(换个角度看车市)宋楠

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