“续航与充电”研判比亚迪秦EV450综合硬实力

在“十一”假期,笔者驾驶秦EV450往返北京与北戴河,对其进行不同车速续航里程真实性和充电兼容性测试。通过此次长距离行驶,体现了秦EV450适配的最大输出功率160千瓦永磁同步电机、“4合1”电驱动控制系统、适配“液态高温散热和低温预热”的60.48度电三元锂动力电池的核心技术硬实力与控制策略软实力。

备注:“4合1”电驱动控制系统指的是比亚迪研发和制造的适配多款乘用电动汽车、商用电动客车和电动卡车的控制总成。将电机控制器、DCDC、高压集线盒和充电器,原本分散布置的小总成,集成在一起,作为一个“4合1”大总成适配。这种“4合1”电驱动控制系统,有利于降低自重,减少线缆布设、提升散热效率和可靠性。

写在开篇:

近日,源于车主和媒体对蔚来及ES8的吐槽不绝于耳。诸如:蔚来ES8电动车高海拔行驶吉尼斯纪录、用柴油拖车背着充电车以保障ES8行驶、车主反映ES8行驶中“死机”、媒体认为蔚来ES8为半成品。其中,最突出的问题当属蔚来ES8在20-30公里/小时上下班拥堵路况的续航里程骤然缩短至178公里,而120公里/小时高速行驶续路况的航里程仅为200余公里。

甚至出现,车主发微博质疑李斌蔚来ES8的技术成熟度,李斌反击车主驾驶习惯激烈导致续航里程缩短的“文攻武卫”局面。

笔者就售价45-55万余元的蔚来ES8,出现的问题专门撰写了一篇稿件,尤其就其低速(20-30公里/小时)和高速(120公里/小时)两个区间段续航里程衰减故障深度研判。

那么,对于满足客户“刚需”的主流电动汽车,是否也会存在这种“枣核型”续航里程衰减故障?跨城际出游的充电兼容性问题呢?

笔者特别找来一台量产比亚迪秦EV450型电动汽车进行模拟测试。

1、秦EV450技术特征:

2018年3月上市的秦EV450的车身架构,继承自2013年上市的插电混动秦、2014年上市的插电混动双冠版秦、以及随后上市的电动版秦和电动版秦100。

秦EV450长宽高为4740x1770x1490mm、轴距2670mm、自重1.9吨;整车适配一组最大输出功率160千瓦、最大输出扭矩310牛米的永磁同步电机,0-100公里/小时加速时间为7.9秒;秦EV450型电动汽车适配的永磁同步电机、“4合1”电驱动控制系统以及带有“液态高温散热低温预热”功能的三元锂动力电池,均为比亚迪自行研发和制造;秦EV450在NEDC工况续航里程为400公里,60公里/小时等速续航里程480公里;整车适配前后铝合金材质独立悬架,以提升轻量化程度。

秦EV450适配了1台最大输出功率160千瓦的永磁同步电机、“4合1”电驱动控制系统、由100安时电芯单体组件构成的全新镍钴锰酸锂电池组件。

上图为秦EV450动力舱细节特写。

红色箭头:一体化设定的“4合1”电驱动控制总成

蓝色箭头:“4合1”电驱动控系统和驱动电机散热管路补液壶

白色箭头:驾驶舱和动力电池加热PTC模块液态循环管路补液壶

黄色箭头:动力电池液态散热管路补液壶

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加热模块

在架构上秦EV450(2018款)电驱动系统大体承载自秦EV300(2017款),但是在驾驶舱和动力电池加热与制冷控制策略进行了精细化。

秦EV450驾驶舱和动力电池热管理系统,可以被看做是一个技术架构下的两个功能模块。

如上图所示:

加热器作为一个“加热源”,为驾驶舱和动力电池输送热能(加热液态介质通过管路将能量送入驾驶舱或动力电池组件)。

BC系列电动空调压缩机作为一个“制冷源”,为驾驶舱和动力电池输送冷气(电动空调对液态介质制冷,通过管路将能量送入驾驶舱或动力电池组件)。

无论加热还是制冷,通过“板换”这个“多通电子阀体”进行精准控制(流量和温度),依托动力电池电量进行“冷热”交换。无论制热还是制冷的动力,都来源于动力电池组件。

这就出现了一个重要问题:

无论冬季还是夏季,动力电池内部温度都要处于25-35摄氏度最佳工况范围内。如果电池电芯长期在较低温度或较高温度使用,将极大缩短全寿命。这也是引入动力电池液态热管理系统的原因。

但是,电池预热和制冷所需要的电量,与续航里程用电如何分配;制冷或制热速度与动力电池电量损耗如何分配;都是工程师们重点解决的问题。

后文会对比亚迪秦EV450动力电池液态热管理系统解决策略进行详解。

秦EV450整车架构与2014年-2018年先后上市的插电混动秦系列(秦、双冠版秦、秦100)和纯电动秦系列(秦EV和e5系列)相同。但是,秦EV450适配的前后铝合金独立悬架,经过了中国汽车拉力锦标赛的检验。

钢制的框型副车架和2道横向加强筋(黄色、蓝色箭头所指)为永磁同步单机(含减速器)总成、“4合1”电驱动控制系统、3套散热管理及可变流量电动水泵和转向机提供支撑。铝合金下摆臂和转向节降低轮下质量,提升操控性。

上图为秦EV450后悬架细节特写。

黄色箭头:铝合金材质后副车架总成

红色箭头:铝合金材质拖曳臂

蓝色箭头:铝合金材质后横拉杆

紫色箭头:铝合金材质前横拉杆

白色箭头:铝合金材质后转向节

橘色箭头:钢制后稳定杆技术拉杆

秦EV450的后悬架除了后稳定杆及竖拉杆外,其他拉杆全部采用铝合金材质。这样做的目的为的就是轻量化。

秦EV450后悬架双拉杆,采用不可调节长度设定。这就意味着,后轮的倾角和束角为固定状态,不具备后期人工调节的能力。这种技术设定,对比亚迪的车型平台、悬架优化、姿态调校以及分系统合装,都有着极高的要求。后悬架各个摆臂换装铝合金材质为的是轻量化,而铝合金材质后副车架总成,在满足轻量化同时,还通过结构优化进行了强度的提升。

至今为止,由比亚迪制造的秦Pro、全新一代唐(DM和EV)和全新一代宋(DM和EV)系列,不仅适配了铝合金材质悬架技术,更在车型平台层面进行了轻量化优化。

相较老款车型秦EV450适配的动力电池系统采用更“激进”的解决方案。

轻量化的电池组件外壳体为铝合金材质,液态热管理系统全部管路具备多重保险,“多通电磁阀体”引入,为的是降低功耗同时,对温度进行更精准的控制。

2017款秦EV,适配电池总成能量密度91.8Wh/kg,电芯单体容量47.5安时。

秦EV450,适配的电池总成能量密度增加了到140.67Wh/kg,电芯单体容量提升至100安时。在不增加自重的前提下,综合续航里程提升至400公里。

最重要的是,电芯、PACK、动力电池总成、液态热管理系统及控制策略,全部由比亚迪研发和制造。在与整车综合适配过程中,很好的平衡了总体性能、续航里程、充电兼容性和制造成本。

2、路线选择:

此次长途测试,笔者选择的目的地是秦皇岛黄金海岸阿亚那社区,全程京沈高速311公里(地图显示304.6公里),往返全部近650公里。

众所周知的“十一”长假对于长途自驾的朋友而言,简直就是一种煎熬的考验。因此,笔者9月30日提前出发。

友情提示,国家电网建设的充电站已经覆盖了北至山海关、南至海南岛、东至东极岛、西至兰州、西宁和云南一线的高速公路网。

在过去4年间,笔者多次驾驶电动汽车,围绕华北、华东和华南地区高速公路长途测试。养成了充至满电后,上高速行驶,并在续航里程剩余20%后进行补电的习惯。

3、京沈高速不同速度区间百公里综合电耗:

出发时,室外温度19摄氏度、秦EV450剩余电量99%、续航里程395公里,行驶里程3.3公里。实际上,充满电后续航里程显示400公里。

北京地区海拔43.5米,秦皇岛(北戴河、南戴海和黄金海岸)市位于燕山山脉东段丘陵地区与山前平原地带,地势北高南低,形成北部山区-低山丘陵区-山间盆地区-冲积平原区-沿海区。其中卢龙县和阜宁县山间丘陵区,海拔100-200米;抚宁区和昌黎县的冲积平原区,海拔0-20米。基本上京沈高速北京至秦皇岛段,海拔落差不会超过100米,且为缓慢攀升和回落。

笔者从北京出发前往黄金海岸阿亚那社区,主要针对秦EV450中高速行驶90公里/小时、100公里/小时的综合电耗表现。

9月30日下午的京沈高速出京方向,一马平川。为了适应秦EV450的操控,笔者特别选择最外侧车道(白鹿司收费站-香河收费站限速80-100公里/小时)以80公里/小时车速行驶。

随着对秦EV450的适应,逐步车速提升至90公里/小时。

2018年,不仅私人市场推进新能源汽车的力度加深,物流用电动汽车也被大规模普及。

根据以往假期交通特点,太多的“妖魔鬼怪”出没在高速公路和其他路段,交通事故发生几率也成倍提升。

因此,笔者很难以根据预设定的90/100/120公里/小时匀速行驶。大部分情况是使用秦EV450自带的定速巡航模式行驶。遇到复杂路况,人工介入制动或加速。

车速保持在90公里/小时(未开空调),秦EV450电耗为15度电/百公里。比对秦EV450动力电池装载电量为60.48度电,续航里程约为403公里。

车速保持在100公里/小时(未开空调),秦EV450电耗为15.5度电/百公里。比对秦EV450动力电池装载电量为60.48度电,续航里程约为390公里。

车速保持在120公里/小时(空调设定在22摄氏度),秦EV450电耗为18.1度电/百公里。

最终返京后,秦EV450平均车速为95公里/小时(包括北京城区走走停停和秦皇岛四处游荡)总行驶里程217.7公里,剩余续航里程146公里。

综合之前的百公里电耗18.1度电计算,秦EV450以120公里/小时车速行驶,续航里程达到约350公里(334公里)。

备注:120公里/小时(开启制冷空调)的续航里程测试。为笔者京沈高速卢龙服务区(充满电)返京路段。卢龙服务区至北京(管庄)全程210公里。

这里特别提及的是,秦EV450适配最大输出功率160千瓦永磁同步电机。相较适配的最大输出功率90-120千瓦的车型,在急加速和满负载(5人+空调)工况下的动力表现更充沛。

在目前比亚迪自行制造的驱动电机体系中,分为40千瓦、70千瓦、90千瓦、110千瓦、120千瓦、160千瓦、180千瓦等乘用车用高功率系列驱动电机,最大输出扭矩450牛米、550牛米、1500牛米和2800牛米等商用车用高扭矩系列驱动电机,最大15000转BSG启停电机以及其他用途特种电机。

其中秦EV450适配的永磁同步驱动电机,最高转速12000转/分、最大输出功率160千瓦、最大输出扭矩310牛米,有效率96%。这在比亚迪系驱动电机体系中并不算最出色,但适配车型最多。在主动液态散热系统配合,具备适应极寒和高温工况下适用。

从这台编号为TZ220SXA-A永磁同步电机功率曲线看,转速处于5000转/分,输出最大扭矩310牛米;转速处于6200转/分,输出最大功率超过160千瓦(瞬时最大输出功率200千瓦)。

显然,这台永磁同步电机输出最大扭矩和最大功率转速范围在5000-6200转/分,使得车速处于60-100公里/小时范围内,可满足秦EV450较小负载下,获得较大续航里程。

秦EV450在60-80公里/小时车速匀速行驶(关闭空调),续航里程可超过450公里;在80-100公里/小时匀速行驶,续航里程超过公里390公里无悬念。

秦EV450在120公里/小时车速匀速行驶(关闭空调),续航里程达到350公里;在80-100公里/小时匀速行驶,续航里程超过公里390公里无悬念。

4、充电与温度控制:

笔者选择在京沈高速卢龙服务区的充电站,为秦EV450进行补电。

连续行驶近3小时,卢龙服务区充电站地表温度24.8摄氏度。

秦EV450的“4合1”电驱动模块铝合金壳体,表面温度为29.6摄氏度。 

秦EV450的“4合1”电驱动模块铝合金壳体,液态出水管接口温度为36.4摄氏度。

秦EV450驱动电机铝合金外壳体,表面温度为32.2摄氏度。

秦EV450驱动电机和“4合1”电驱动控制模块共用的液态循环管路补水壶,外壳表面温度为28.2摄氏度。

驾驶舱和动力电池加热PTC模块液态循环管路补液壶,塑料壳体表面温度为27.2摄氏度。

动力电池液态散热管路补液壶,塑料壳体表面温度为28.6摄氏度。

之所以笔者在快充之前,对“三电”系统温度进行粗略测量,就是要获得秦EV450连续行驶后,对核心分系统温度控制状态。

因为,高温会对新能源车(包括PHEV\HEV\EREV\BEV)整体性能和动力电池充放电性能造成最大伤害。

这也是比亚迪宁肯提升成本、自重,也要为新能源车适配动力电池液态热管理系统根本原因。

秦EV450在京沈高速公路卢龙服务区充电站补电,最高充电电流达到119安培,电池电芯最高温度为27摄氏度。

充电量至80%,快充电流回落到45-47安培,电池电芯温度提升至30摄氏度。

就在快充过程,随着动力电池(电芯)内部温度的攀升,秦EV450的动力电池液态热管理系统自行开启进行散热。

黄色箭头:驾驶舱和动力电池加热PTC模块液态循环管路补液壶内的冷却液处于静止状态

红色箭头:动力电池液态散热管路补液壶内冷却液开始循环流动,温度提升至33摄氏度

感兴趣的朋友,可以微博搜索@列宁格勒保卫者,观看秦EV450快充动力电池冷却系统运行的直播回放。

秦EV450驱动电机和“4合1”控制系统、驾驶舱和动力电池加热系统以及动力电池液冷系统适配的散热系统,并不需要人工介入开闭。完全由整车分系统控制策略,根据实际相关分系统温度决定。

驱动电机和“4合1”控制系统散热,仅进行制冷动作,而不会进行预热操作。

驾驶舱和动力电池加热系统,仅进行加热动作,而不会进行制冷操作。

动力电池液态散热系统,仅进行制冷动作,而不会进行预热操作。

不得不说,比亚迪自主研发的“VtoL移动电站”功能,已经极大影响了车主们的出行习惯。

尤其是自己长途出游,利用“VtoL移动电站”功能,随时随地烹得一顿可口的“家乡味道”美食,甚至成为潜在车主选择比亚迪的重要因素。

不断进化的“VtoL移动电站”功能,在秦EV450上用1组功能按键(激活外放电)和多功能方向盘确定按键(选择外放电或对第二台车辆充电)组合,即可在1分钟内设定完毕。

笔者有话说:

通过近700公里的长途测试,笔者对秦EV450的电驱动、续航里程、充电兼容、电池热管理和“VtoL移动电站”功能有了更深度的了解。

在出行之前市区低速拥堵行驶(车速20-30公里/小时)环节,频繁的起步停车使得百公里综合电耗达到15-17度电,续航里程低于预设的400公里。

以60公里/小时匀速行驶(未开空调),百公里综合电耗低至12度电左右,续航里程超过500公里。

在京沈高速以90-100公里/小时匀速行驶(未开启空调),百公里综合电耗15度电左右,续航里程接近400公里。

在京沈高速以120公里/小时(开启空调至22摄氏度)匀速行驶,百公里综合电耗18.1度电,续航里程降至334。

秦EV450在充电时,根据电池内部(电芯)温度,自行启动散热循环系统,快速降低快充产生的温度,稳定电池状态。为了提升“三电”系统预热和散热效率,引入的“多通电磁阀体”,可以在整车“大循环”、分系统“小循环”管路,进行开闭和动作,用来对不同散热伺服总成的温度,进行精准控制,以降低动力电池耗电量。

而这种看似复杂的温度控制策略(3套散热循环系统)运行效率,与特斯拉Model系列相差无几。

而秦EV450适配的全新100安时、60.48伏的镍钴锰酸锂电池系统,提升了电压,降低了高压线缆横截面及连带的重量。这一看不见的技术提升,与前后铝合金独立悬架一起,进一步降低了整车自重。比亚迪在保证秦EV450的车辆层面主被动碰撞安全前提下,通过核心技术的提升,对悬架和电驱动系统进行轻量化和高效化设定。

在整车轻量化、温度控制精准化等核心技术加持同时,使得适配永磁同步电机的秦EV450满足中低速行驶的高效率,并兼顾了高速行驶续航里程尽可能延长的特性。

在秦EV450不被终端车主看到的技术进化的背后,凸显的是比亚迪在新能源核心技术掌控的硬实力和控制系统效率优化的软实力。

文/新能源情报分析网(换个角度看车市)宋楠

 


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