NEDC 620 km、72.7 kWh、20 万以内,猜车

523 电芯也可以做到 180 Wh/kg 的能量密度?

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荣威 R ER6 三电解析会是我今年参加的第一场技术分享会,这也是 ER6 第一次在公众面前亮相。

ER6 是荣威 R 更换了全新 Logo 后的第一款车产品,新品牌的第一款产品第一次亮相就选择了这么硬核的方式,确实让我忍不住为荣威点赞,最重要的是这场活动解开了我心中很多疑惑。

这是今年 4 月 ER6 登上工信部时的参数截图,单从表格里的参数来看,ER6 并没有太吸引人。

  • 长宽高:4724*1835*1493 mm
  • 轴距:2715 mm
  • 整备质量:1635 kg
  • 最高车速 185 km/h

但是如果再加上一个参数「NEDC 续航 620 km」是不是就很惊喜了?当然伴随着惊喜的还有好奇。

要做到 620 km 的续航荣威的电池得多大?如何在 2715 mm 的轴距中塞下一块 70 kWh 以上的大电池?又如何把车重控制在 1635 kg?523 电芯怎么把电池包能量密度做到 180 Wh/kg?如何把电耗控制在 12.2 kWh/100 km?

今天我们就来解答这些问题。

72.7 kWh、180 Wh/kg 、523 配方

荣威 R ER6 的 NEDC 续航最后定格在了 620 km,非常接近特斯拉 Model 3 后驱长续航版车型的 668 km。

在 2020 年这个时间点电动车阵营中第一梯队的车型 NEDC 续航都站上了 600 km+,在电驱动效率没有革命性突破的前提下,大家实现长续航的方式也没有什么意外的,都是堆电池。

荣威 R 在 ER6 2715 mm 的轴距中塞下 72.7 kWh 的电池,电池包能量密度 180 Wh/kg,放在 3 年前,想要塞下 70 度以上的电池,轴距基本都在 2900 mm 以上。

看到 180 Wh/kg 的能量密度我并不奇怪,但是令我意外的是荣威 R 愿意在一辆售价 20 万以内的车型上放 72.7 kWh 的电池。

翻出这个级别的配置表,可以发现 ER6 拥有这个级别车型中最大的一块电池。因为目前电池成本仍然占整车成本的 40% 以上,更大的电池意味着更高的成本,所以很少有车企愿意给这个级别的车型配这么大的电池。

当我理所当然地把 180 Wh/kg 的能量密度和 811 电芯对号入座的时候,新的问题产生了,高成本电池怎么把车价做到 20 万以内?

为了用更少的成本,实现更长的续航,荣威的工程师朋友告诉我,ER6 上使用的电池包虽然能量密度做到了 180 Wh/kg,但是使用的是 523 电芯,既做低了成本,安全性也是更高的。据我们了解,虽然 811 电池的钴含量更低,理论成本更低,但是由于产量和良品率都低于 523 电芯,所以成本仍然高于 523 电芯。

而 523 电芯在单体能量密度占劣势的情况下想要做到和 811 一样的 Pack 能量密度,唯一的突破口就是提高成组效率。

电池包的制作有一个从电芯-模组-Pack 的过程,电芯就像一瓶养乐多,模组就像一排养乐多,而整个 Pack 就是一箱养乐多。

从上汽给出的数据来看,目前主流的 523 电芯的电池包体积成组率大概在 40-50%,质量成组率在 65-75%,也就是说有一半的体积和三分之一的重量都没用来存储能量。

上汽则通过定制大模组的方案,把模组的数量降到了 6 个,体积能量密度提升 34%,质量能量密度提高 15%,用一个更实在的数据来看,在原来的体积下只能放下 54.3 kWh 电池,而现在则可以放下 72.7 kWh。

电池是 ER6 实现 620 km 续航的基石,那电机则是锦上添花。

国内首款采用 8 层 Hair-pin 技术的电机

「仿真软件测算的效率 MAP 数据显示,同一款 ER6 车型分别采用 8 层 Hair-pin 电机和 4 层 Hair-pin 电机时,搭载 8 层 Hair-pin 电机的车型 NEDC 工况的平均电耗从 13.8 kWh/100 km 下降到 12.2 kWh/100 km,降幅超过 11.5%。」

这是上汽工程师告诉我的数据,这也是 ER6 用 72.7 kWh 电池实现 620 km 续航的另个关键。

为了让大家更好地理解 Hair-pin 的作用,先做一个简单的科普。

永磁同步电机的转子为永磁体,定子则通过给绕组通电产生磁场,在两者磁场的相互作用下实现旋转的驱动力。在一定程度上,绕组里通过的电流越大,动力越强,绕组的电阻越小,电效率越高。为了提高功率密度和电耗水平,所有电机制造商都在想办法在有限的空间里塞下尽量多的铜线。

明确了这一点,我们再来说 Hair-pin。

Hair-pin 是电机定子绕组的一种形式,相比传统的圆柱漆包线缠绕的方式,Hair-pin 采用了扁线式的设计,造型上的优势可以在原有的空间里放下更多的铜线,「槽满率」大幅提升,效率和功率密度进一步提升,这里我们还是用数据来说话。

相比上一代电机,这代电机整体效率从 96% 提升至了 97%,同时电机最高转速从 13000 转左右提升至了 15000 转。老款电机转速达到 12000 转之后,效率下降到了 93%,在新款电机上,转速达到 14000 转之后,效率仍然能有 93%。用通俗一点的话来说,新款电机高效区间更宽,在高速行驶的情况下电耗更低,带来的好处就是续航更长。

但是 Hair-pin 也分了很多种,有图中 2 layers 的,也有 4 layers 的,而荣威 R ER6 采用的是 8 layers 的。

为了让大家理解 8 layers 的优势,在这里科普一个知识点:「趋肤效应」。

无论是交流异步电机还是永磁同步电机采用的都是交流电,而交流电存在明显的「趋肤效应」,也就是当铜线过粗的时候,电流只会在铜线的表面通过,导致中间的面积被浪费,效率并不高。

为了最大程度地用好 Hair-pin 绕组,荣威降低了每一根铜线的粗细,但是在每个沟槽内都塞下了 8 根铜线,既减小了趋肤效应,又在原有的空间内塞下了更多的铜线。

至于有没有必要上 16 layers 的绕组,上汽荣威的工程师告诉我是没有必要的,因为 8 layers 的扁线已经很大程度降低了趋肤效应,再增加铜线数量的同时,铜线外包裹的绝缘漆也在增加,反而会占用更多的空间,降低了槽内铜线的占比。

在活动后,和上汽工程师的交谈中我还得知,制造 Hair-pin 的设备是从意大利采购的,但是 3 月刚好碰上了疫情最严重的时候,如果设备再晚一点到,荣威 R ER6 的量产时间可能就要推迟了。另外虽然设备采购成本很高,但是这次投入,可以实现 100 kW-250 kW 不同产品的共线生产。

荣威 R 的这堂「三电」课让我对荣威 R 有了新的认识,在这么多新技术加成下的 ER6 实际续航能做到什么水平,我更想亲自试一试。

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