上汽荣威Ei5 Vs 比亚迪元EV535之电驱动技术篇

本文为新能源情报分析网(2019年月6日7日)对上汽荣威Ei5和比亚迪元EV535电动汽车,进行高温工况续航、电驱动技术、动力电池热管理策略全向比对系列稿件之电驱动技术篇。前续的高温工况续航篇已经发布,后续将推出动力电池热管理篇。

同为续航400公里级的上汽荣威Ei5和比亚迪元EV535,同为中国最重要的两家新能源厂商制造的高关注度电动汽车。但是,作为“国企”背景的上汽荣威系新能源核心技术及车型平台策略,与“私企”背景的比亚迪系新能源核心技术及车型平台策略,有着明显的不同。

前续稿件《宋楠:上汽荣威Ei5 Vs 比亚迪元EV535之高温工况续航篇》中,上汽荣威Ei5和比亚迪元EV535的基础技术参数进行了介绍,并在相同路况进行了高温工况的续航里程的对比测试。

本文将对这两款车型电驱动技术状态解析并深度对比。

1、上汽荣威EI5电驱动技术状态:

2019款荣威Ei5长宽高4544x1818x1536mm、轴距2665mm;自重1.555吨;适配1组最高转速12000转/分、最大输出功率85千瓦、最大输出扭矩255牛米驱动电机;搭载的三元锂电池能量密度为140Wh/kg,综合续航里程从301公里(老款Ei5)提升到420公里,动力电池装载电量52.5度电。

相对2018款续航300公里荣威Ei5而言,2019款荣威Ei5动力电池总成增加至52.5度电,续航里程提升至400公里级,并适配了仅具备高温散热功能的液态动力电池热管理系统(不具备低温预热功能)。

上图为之前笔者评测的续航里程400公里级的2019款荣威Ei5电动汽车动力舱各分系统技术状态特写。

灰色箭头:驱动电机控制模块

绿色箭头:DCDC(电源转换模块)

白色箭头:PDU(高压集线器)

紫色箭头:OBC(充电机)

蓝色箭头:电驱动及控制分系统共用的高温散热管路补液壶

黄色箭头:动力电池高温散热循环管路补液壶

荣威Ei5集成了“华域三电”提供的热泵空调系统(压缩机)解决方案。热泵空调系统原理,在冬季进行“热交换”;在夏季进行“冷交换”。最直接的效能就是“热交换”和“冷交换”时的消耗电量要更少,但是本着能量守恒定律,无论什么类型的能量、电量或热量交换,都要产生损耗,并与最终效能关联。

热泵空调系统的优势就是消耗的电量较传统电动压缩机小,但是成本更高、管路布设复杂、全系统重量较大,且最终获得舒适性性价比较低。

上图为上汽荣威Ei5电动汽车适配的“2合1”驱动电机总成(电机+单级减速器)的电机控制模块。这组最大输出功率85千瓦的驱动电机、减速器以及控制总成,由上海精进电机提供。

根据甲方(上汽荣威Ei5产品项目部)发布的计划书,上海精进电机按照技术要求,“2合1”驱动电机总成并通过高压线缆关联驱动电机控制模块分系统。

上图为上汽荣威Ei5驱动电机、驱动电机控制模块、DCDC、PDU、OBC模块(驱动、控制和高压用电单元)共用的散热循环管路补液壶特写。尽管补液壶顶盖未标注压力值,但荣威Ei5采用的诸控制模块分散式布局特性看,电子水泵向散热循环管路施加的压力起码不低于100kPa(或在130kPa左右)。

这就意味着,只要车辆启动,这套驱动驱动、控制和高压用电单元串联的散热循环管路即可开启运行。输出功率或50-70瓦的电子水泵始终消耗来自动力电池总成的装载电量。

上图为上汽荣威Ei5,全新适配的动力电池高温散热管路补液壶特写。

这套伺服动力电池高温散热的循环管路,配置的电子水泵消耗功率或在30瓦左右,其内部压力为35kPa。在整车高负载型工况、高温工况或快速充电工况,整车BMS控制下,源自热泵空调输出的“冷量”经过水冷板进行“冷交换”,为动力电池进行高温散热伺服。

然而!不知道为什么上汽竟然设定荣威Ei5的动力电池仅具备高温散热功能,而没有增设低温预热功能及循环管路。

这也是笔者坚持认为,上汽荣威Ei5电动汽车的动力电池热管理策略被人为阉割,且不适合包括北京在内的众多北方市场销售和使用的原因。

上图为2019款上汽荣威Ei5电动汽车,适配的具备高温散热功能的动力电池总成结构简图。

类似于T型的动力电池总成,为上汽与宁德时代组建的合资公司,电芯由宁德时代提供,动力电池模组、总成及控制系统由合资公司完成。

从上图可见,方形电芯构成的电池模组,搁置在水冷板之上,并由冷却管路承载的冷却液进行散热伺服。从结构和原理上看,高温散热与低温预热功能完全共用一套循环管路,只需要在动力舱多布置1套PTC模块(制热)、1组“3通”阀体和几条管路与热泵空调压缩机关联。

但是,上汽为什么宁愿用成本近万元的热泵空调系统,也不增设一套针对北方市场低温用车环境更有针对性的低温预热系统?恐怕还是源于荣威Ei5适配的这组热泵空调系统,在零下气候环境的工作效率不足,难以起到为电芯进行低温预热管控。

也有可能,上汽原本就不重视北方市场,而将更多的精力和成本放在“高温散热”层面。为了远没有南方市场带来的可观利润,彻底放弃要增加更多成本,甚至需要对原车热泵空调系统进行彻底改进(或放弃)的成本弊端。

仅有高温散热、而没有低温预热的动力电池热管理策略的上汽荣威Ei5的技术状态实在匪夷所思。

上图为2018款续航300公里级的荣威Ei5前部动力舱细节特写。

备注:原图刊发自EV知道网站《纯电动?旅行车?静态实拍荣威Ei5新能源旅行车》一文,感谢李伟主编大力支持。

即便笔者测试的这台2019款上汽荣威Ei5的动力电池热管理系统只具备高温散热功能,但依旧比2018款续航300公里车型采用更落后的被动风冷电池要好的多。

起码,在高温、高负载、空调全功率制冷工况快速充电,2018款荣威Ei5电芯温度要低于2019款荣威Ei5。针对这一项目比对,笔者将在后续稿件“充电篇”具体阐述。

1.1、荣威Ei5的降维技术路线:

2014年5月,笔者在上海对荣威E50电动汽车进行评测。扣除补贴后12.48万元的售价、120公里的续航里程和精湛的做工,恐怕将会为国内电动车市场悬起一股血雨腥风般的杀戮。上汽集团拥有的合资品牌客观事实、备件供应商的优先渠道,这就意味着上汽将会用更多优势资源打造旗下的自主品牌车型。按照上汽官方的说法,E50电动车是上汽投入重金打造的一款精品电动小车,采用独立研发,核心技术借助全球优质供应商,部分配置具备继续升级的潜力。

在2014年,荣威发布这款3门4座微型电动汽车,现在看来也是上汽难得的精品之作。

尤为重要的是,2014年5月量产的荣威E50电动汽车,电驱动、控制及高用电系统设定了1套高温散热循环管路同时,更为动力电池热增设一套完整的具备高温散热和低温预热功能的热管理系统。

红色箭头:电驱动系统高温散热循环管路补液壶(未标明压力值)

蓝色箭头:动力电池热管理系统循环管路补液壶(未标明压力值)

上图为上汽荣威E50主要分系统供应商名称简图。

2014年量产的荣威E50电动汽车,全部核心技术以及分系统由德国、美国、日本以及法国等知名供应商提供。在2014年5月,中国新能源核心技术、整车制造及全产业链发展作为重要国策。此前,也仅有北汽新能源、上汽和比亚迪,在国家层面政策和补贴措施出台前,以一己之力全速发展新能源。

以2014年及之前中国新能源产业状态看,上汽荣威E50电动汽车虽然续航里程时最大短板,但是整车品质和集成度值得肯定。

2014年上汽荣威E50基型车及后续推出的续航里程200公里级的E50该行车,配置了完整的动力电池热管理系统。2018年量产的续航300公里级荣威Ei5电动汽车、续航里程400公里级荣威marvel-x电动汽车,则只配置被动式风冷散热动力电池,再到2019年量产的续航里程400公里级荣威Ei5改型电动汽车配置的仅有高温散热功能。

上汽荣威系新能源整车及整车热管理技术依旧采用的是降维策略。落后的分散式电驱动布局、从全液冷(预热)-被动式风冷散热-液冷散热的动力电池热管理策略,凸显的还是上汽新能源在市场策略缺失、核心技术研发不足的窘境。

2、比亚迪元EV535电驱动技术状态:

比亚迪元EV535长宽高4360x1785x1680mm、轴距2535mm;自重1.645吨;适配1组最高转速15000转/分、最大输出功率70千瓦(低功率版本)、最大输出扭矩180牛米的“3合1”驱动电机总成;搭载的三元锂电池能量密度为160Wh/kg,综合续航里程从305公里(老款元EV360)提升到410公里,动力电池装载电量53.22度电。

相对2018款续航360公里比亚迪元EV360而言,2019款元EV535动力电池总成增加至53.22度电,续航里程提升至400公里级,并全面应用“e平台”电驱动技术。最新的元EV535车系保留70千瓦级电驱动系统;由120千瓦级电驱动系统,替换了元EV360适配的160千瓦级电驱动系统。

上图为之前笔者评测的续航里程400公里级的元EV535电动汽车动力舱各分系统技术状态特写。

绿色箭头:“3合1高压用电系统总成(下端布置的是“3合1电驱动系统总成)

黄色箭头:PTC模块(制热)

白色箭头:水冷板模块(制冷)

蓝色箭头:PTC模块(制热)+水冷板模块(制冷)共用低温预热和高温散热循环管路补液壶

红色箭头:“3合1”电驱动总成+“3合1”高压用电系统总成共用高温散热循环管路补液壶

需要特别注意的是,元EV535适配的2种驱动系统总成(70千瓦级和120千瓦级),以及“3合1”高压用电系统总成,采用一套高压散热循环管路,通过1组功耗仅为35瓦的电子水泵伺服,整套管路压力仅为15kPa。而动力电池低温预热和高温散热循环管路压力为30kPa。

元EV535适配的120千瓦级驱动电机总成,与秦Pro EV500适配的驱动电机总成完全一致,并与“3合1”高压用电系统总成协同运作。

2018年之前,比亚迪制造的乘用电动汽车,多数搭载的是老状态的“2合1”驱动电机总成(驱动电机+减速器)和“4合1”电驱动控制模块。

2018年之后,比亚迪制造的乘用电动汽车,逐步全面适配新状态的“3合1”电驱动系统总成(驱动电机+减速器+驱动电机控制总成)、“3合1”高压用电系统总成和“10合1”低压用电系统总成。

这套“3合1”高压用电系统总成,可以应对300-700伏的高压用电需求,这就意味着适配的动力电池组件的电压可适配在700伏左右。在提供良好的散热系统前提下,高压线缆可以选用截面更小和更轻的材质,以便降低自重同时保持足够的装机电量。“3合1”高压用电系统总成和不同压力的散热系统伺服,通过散热介质对散热单位需求的温度进行精准控制,以达到节省散热过程耗费的电池电量。

“10合1”低压用电系统总成的引入,使得生产成本下降25%-30%;控制总成重量下降25%-30%,模块体积下降40%-50%。以此获得,电器元件数量减少,降低故障率,提升品质和轻量化。

“3合1”电驱动系统总成+“3合1”高压用电系统总成+“10合1”低压用电系统总成=“e平台”技术,这也是2018年之后,比亚迪推出的模块化电动汽车技术。

上图为比亚迪EV车型适配的‘3合1’电驱动系统总成应用的不同功率级别电机;DM车型适配的“2合1”驱动电机总成应用的不同功率级别电机详细数据。

40千瓦级“3合1”电驱动系统总成,应用在e1;

70千瓦级“3合1”电驱动系统总成,应用在元EV535(元EV360低配);

120千瓦级“3合1”电驱动系统总成,应用在元EV535和秦Pro EV500;

180千瓦级“3合1”电驱动系统总成,应用在唐EV600;

110千瓦级“2合1”驱动电机总成,应用在秦100、唐80、唐100、宋DM;

160千瓦级“2合1”驱动电机总成,应用在秦EV450、宋EV500车;

显然,元EV535(适配70千瓦级电驱动总成车型和适配120千瓦级电驱动系统总成车型)与e1、秦Pro EV、宋Pro EV、唐EV等车型适配相同的e平台技术以及几乎完全一致的带有高温散热和低温预热功能的动力电池热管理系统。

2.1、比亚迪元EV535的升维技术路线:

从2008年完成测试的F3e电动汽车,到2012年商业化量产的e6电动汽车,比亚迪系电驱动技术路线以分散布局为主。

“2合1”驱动电机与减速器总成、“2合1”驱动电机控制器、DCDC、PDU和OBC单独设定的架构,也被应用在2013年-2015年阶段量产的比亚迪K9电动客车。

2015年早些时候,比亚迪第2款量产的电动汽车速锐EV(内边编号)更名为e5。续航250-300公里级的e5与续航里程300公里级的秦EV,成为针对出租用车和私人用车市场主力车型。

上图为2016年量产,用于承德出租市场、续航250公里级的e5电动汽车动力舱内各分系统特写。

“4合1”电驱动控制总成,占据巨大部分动力舱空间,并配置了高温散热循环管路。这款e5电动汽车量产版适配的是磷酸铁锂电池,并且在一些测试用车上搭载了磷酸锰锂铁电池(介于磷酸铁锂和三元锂之间的一种锂电池),以及后续推出的镍钴锰酸锂电池(三元锂)。

由于适配的更耐高温的磷酸铁锂电池,因此2015年-2016年量产的e5电动汽车的动力电池总成,搭载了PTC模块(制暖)用于低温预热功能。

2016年4月,改款的秦EV 300和e5 300电动汽车上市。在秦EV 300和e5 300上,保留了秦EV和e5的“3电”系统,但是针对适配的比亚迪自行研发和量产的三元锂电池进行了调整。尤为重要的是,为秦EV 300和e5 300的动力电池总成,增设了1套带有高温散热和低温预热功能热管理系统。

2018年2月,续航里程提升到400公里级的秦EV450上市。秦EV450集成了秦EV、秦EV300车型搭载的160千瓦级“2合1”驱动电机与“4合1”电驱动控制总成,并换装了铝合金材质前后副车架和前后独立悬架。当然,在持续提升比亚迪自行研发和联产的三元锂电池总成同时,对热管理系统进行了更“精准”的升级。

上图为秦EV450动力舱各分系统细节特写。

红色箭头:一体化设定的“4合1”电驱动控制总成

蓝色箭头:“2合1”驱动电机总成,与“4合1”电驱动控系统共用的高温散热管路补液壶

白色箭头:驾驶舱和动力电池低温预热共用的低温预热循环管路补液壶

黄色箭头:动力电池高温散热循环管路补液壶

绿色箭头:动力电池液态高温散热和低温预热控制模块总成

橘色箭头:PTC模块(预热)

2018年8月,比亚迪发布了针对电动汽车的“e平台”技术和针对插电混动汽车的“DM3.0”技术,以及BNA车型平台扩展策略、车用IGBT4.0和SIC高压充配电系统解决方案。

至2019年6月,适用“e平台”和IGBT4.0高压充配电解决方案的e1、M\H3、元EV535、秦Pro EV、宋Pro EV、唐EV车型全部量产。

左上图为e1前部动力舱各分系统结束细节特写;右上图为M\H3部动力舱各分系统结束细节特写

左下图为秦Pro EV前部动力舱各分系统结束细节特写;右下图为唐EV前部动力舱各分系统结束细节特写

适用“e平台”技术、售价7-30万区间、续航里程300-500公里级的比亚迪“王朝”系列车型,搭载近乎相同“3合1”电驱动系统总成;“3合1”高压用电系统总成;“10合1”低压用电系统总成。与此同时,基于“e平台”技术的“王朝”系列车型,也适配不同能量密度的三元锂电池总成,以便有着不同续航里程表现。

但是,无论售价7万元的e1,还是售价30万元的唐EV(四驱版),都适配了针对“e平台”技术的带有高温散热和低温预热功能的动力电池热管理系统(新策略)。

3、没有对比就没有伤害:

从“863”时代,上汽就分配了研发燃料电磁技术及整车应用的任务,并在2015年前后以荣威750燃油车为基型车,完成量产燃料电池整车(荣威750E)任务。上汽荣威系电动汽车技术及整车应用,也在2000年代早些时候开始。

2012年荣威E50电动汽车量产、2014年荣威E50电动汽车的改型量产,都标配了带有高温散热和低温预热功能的动力电池热管理系统。

2014年至2019年量产的上汽荣威ERX5和marvel-x电动汽车,只配置了被动式风冷散热动力电池系统;2018年量产的续航里程300公里级的Ei5电动汽车率先搭载热泵空调系统,但还是配置了动式风冷散热动力电池系统;2019年量产的续航里程400公里级的Ei5电动汽车,保留了老款车型分散式布置电驱动系统、高压电系统、充配电系统和热泵空调系统,增加了只带有高温散热功能动力电池系统。

从2000年代,比亚迪作为消费类电池的供应商,在2005年转型为传统汽车生产商,随后的2008年完成了F3e电动汽车上市前的一切准备工作。

2012年至2019年,比亚迪制造的第1款续航里程300公里级、搭载磷酸铁锂动力电池的e6电动汽车,开启国内及全球范围商业化销售的序幕。e6电动汽车在持续改款同时,成为比亚迪与戴姆勒组建的合资公司的腾势翻版。

2014年至2016年,比亚迪制造的第2款续航里程250-300公里级、搭载磷酸铁锂动力电池的e5电动汽车量产,并进入国内外出租用车、警用车和私人用车。

2016年至2018年量产的秦EV系列和e5系列电动汽车,随着动力电池的更换、能量密度的提升,适配了2个技术状态带高温散热和低温预热功能的动力电池热管理系统。

2018年至2019年量产的基于“e平台”技术的“王朝”系列电动汽车开始采用模块化分系统进行任意搭配组合,并标配控制更加精准、结构更简化的动力电池热管理系统(新策略)。

笔者有话说:

上汽新能源和比亚迪,在电驱动技术和动力电池热管理系统(策略)的发展路线,有着相同的开始,却有着完全不同的结果(截止2019年6月)。毫不客气的说,2019年在售的上汽荣威及名爵系电动汽车电驱动系统技术状态,与2019年量产的比亚迪系电动汽车电驱动系统(整合度、高压充配电、低压用电),相差起码2-3年技术代差。而始终没有为旗下电动汽车全系标配带有高温散热和低温预热功能的动力电池热管理系统,或出于放弃北方市场,关注占有本土优势的南方市场的策略;也可能是出于整车成本、性能与销量综合优势平衡,而采用仅保证基本电池安全的高温散热功能。

在笔者看来,中国新能源产业和市场发展,已经成为全球范围最具潜力、且独一无二的区域。在中国本土品牌中,没有哪家车厂因为技术原因而放弃更具考验的北方市场,而专注于南方市场。

通过上汽荣威Ei5 Vs 比亚迪元EV535两款车型的高温工况续航对比,电驱动技术对比,可以更清晰的研判两家车厂的技术硬实力和发展方向。

在后续对比评测系列稿件中,笔者将对上汽荣威Ei5与比亚迪元EV535高温环境、持续开启驾驶舱空调制冷模式后快速充电效能及动力电池热管理策略比对。

未完待续。

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