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快充研究:比亚迪汉EV四驱版的充电和驱动聊聊,这是不是你的菜

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发表于 2020-10-17 02:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
2020年7月,比亚迪汉EV四驱版和前驱版上市。汉EV四驱版搭载基于“e+平台”的“2合1”充配电系统为基础,对不同功率状态的直流充电桩的充电效率是很值得玩味的。

作为比亚迪在售技术含量最高的EV车型,正向开发的车型平台、主动安全性更高的刀片电池系统,以及通过低电导率冷却液、“2合1”双向充配电总成、基于高电压平台的100千瓦快充功率和SIC电控芯片控制技术、200千瓦级后置“3合1”电驱动总成,使得汉EV安全、性能与豪华配置结合的相得益彰。

与其他采用350伏电压平台的EV车型不同,比亚迪高端EV车型采用的是560-700伏高电压平台,换来的是在不提升电流前提下获得更高的充放电功率优势。

我们先聊聊汉EV的充电控制策略

1、比亚迪汉EV四驱版简略描述:

基于“e+平台”的汉EV四驱版的前置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率163千瓦;后置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率200千瓦且由SIC电控抑制驱动电机功率过载与过热;搭载的刀片电池系统装载电量76.9度电、最大充电功率整100千瓦;整车自重2.1吨,NEDC续航里程550公里。

红色箭头:“2合1”充配电系统总成
蓝色箭头:电驱动系统及从配电系统总成共用的散热管路冷却液补液壶
黄色箭头:为刀片电池系统进行高温散热和低温预热的低导电率冷却液补液壶
由比亚迪制造的汉EV是全部国产品牌制造的电动汽车中,首次为动力电池灌装低导电率冷却液。由于汉EV全系车型全部标配以安全性见长的刀片电池系统,可以参照比亚迪刀片电池进行的电芯穿刺测试视频及结果。低导电率的冷却液,相比较传统乙二醇冷却液,在应对电芯破裂或短路时,可以起到防止短路引发的安全事故,即有助于延长人员从车辆逃生的时间,不仅让电池本身更安全,更是对驾驶者和交通参与者的一份保障。

汉EV搭载的刀片电池电压为569.6伏特、早些时候上市的全新一代唐EV四驱版和两驱版搭载的“622”配比的三元锂电池电压为612伏,这两款EV车型以及全新一代唐DM搭载的电池系统,都属于高电压平台,这样的设定带来了快充功率提高的同时,电流并没有增加,高压线缆以及富有足够冗余的配电系统的发热量得到有效抑制。目前,也只有德国波尔舍的TYCAN电动汽车采用的是高电压平台技术,其他品牌在售的EV车型都采用350-380伏电池低电压平台。
高电压平台的刀片电池+低导电率冷却液的组合,表象提升了主被动安全系数,实际上可以认为更加安全的刀片电池本体,在低导电率冷却液的加持下,可以承受更大的充电功率、或可以让消耗电池自身装载电量的热管理系统被激活的温度阈值设定的更高一些。

其实,比亚迪汉EV的优势不止这些,从车型平台、通用化的悬架、转速更高的模块化电驱动系统以及低导电率的冷却液等显性技术指标看,在提升性能同时还在寻求多种模式的降低电耗的技术设定。
2、比亚迪汉EV四驱版在国家电网60千瓦充电桩直流快充效率表现:

在60千瓦充电桩进行快充测试,刀片电池SOC值为21%、电芯温度为31摄氏度、需求电压为540伏、额定电压569.6伏。

在国家电网60千瓦直流快充充电桩先将SOC充到30%,车载端显示充电功率为54.1千瓦。

直流快充至SOC值30%时,电芯温度提升至33摄氏度,此时室外(地表)最高温度为37摄氏度,用热成像仪检测刀片电池循环管路补液壶的温度处于35摄氏度,显然高温散热系统没有开启。
3、比亚迪汉EV四驱版在高速公路120千瓦充电桩直流快充表现:

地表温度达到37摄氏度的午后2点,高速服务区的国家电网120千瓦充电桩对汉EV四驱版进行直流充电测试。

刀片电池SOC值从33%开始直流快充,车载端显示充电功率为58千瓦。

充电至SOC值36%时,汉EV四驱版动力舱内散热风扇自行启动,但是以低速模式为“2合1”充配电系统总成(冷却液)进行主动散热。

快充至SOC值达到42%,桩端显示额定电压569.6伏、需求电压540伏、电芯单体最高温度37摄氏度时,汉EV四驱版的刀片电池热管理控制系统的高温散热功能被激活。

用热成像仪对汉EV四驱版的2组循环管路补液壶和1组水冷板控制模组表面的温度变化进行观测,电驱动系统与充配电系统共用的循环管路补液壶表面温度保持在37-39摄氏度范围;刀片电池热管理系统循环管路补液壶表面温度降至19-22摄氏度;水冷板控制模组表面温度由于接受来自电动压缩机输出的冷量而降至15.2摄氏度。
红色箭头:刀片电池热管理系统循环管路补液壶表面温度降至19-22摄氏度。
白色箭头:水冷板控制模组表面温度降至15.2摄氏度。

实际上,比亚迪制造的T系列电动卡车、秦/唐/宋/元系列DM和EV车型已经全部装备模块化的水冷板控制模组。比亚迪乘用新能源车型,BC系列电动压缩机与水冷板控制模组能很好地为三元锂、磷酸铁锂和刀片电池系统提供了主动制冷散热的伺服跟踪模式。
直接承载来自BC28系列电动压缩机输出的“冷量”,与刀片电池通过低导电率冷却液输出的“热量”进行转换,以达到在不同工况下,主动对刀片电池进行高温散热至预设温度的技术设定。

4、比亚迪汉EV四驱版在特来电150千瓦充电桩直流快充效率表现:
接下来,我们聊聊对汉EV四驱版的充放电策略的简单测试。

在使用特来电150千瓦快充桩进行充电测试时(室外环境温度不超过25摄氏度),刀片电池SOC值从5%开始,在APP端显示攀升到123千瓦的最大峰值充电功率;SOC值从12%-50%、充电功率平稳的保持在105.61千瓦。从充电伊始(包括最大峰值充电功率和平缓的充电功率状态),汉EV四驱版搭载的刀片电池电芯温升温速率均衡攀升至35摄氏度、充电电流为168.5安、充电电压为626.5伏。

在车载端显示汉EV四驱版快充至SOC值50%,充电功率为100.5千瓦,充至满电还需35分钟。在更高功率的直流充电桩,更能凸显汉EV全系车型搭载高电压平台带来的升压快充优势。
5、对比一下小鹏P7在国网60千瓦充电桩的快充效率:

小鹏P7进行的快充测试,同样采用国网60千瓦充电桩,看看充电图。

桩端信息显示,小鹏P7需求需求电流243安、电压为408伏、额定电压为345.6伏,电芯单体最高温度32摄氏度。

同样是午后,室外温度32-34摄氏度,小鹏P7搭载的动力电池电池的SOC值从67%开始进行快充(电芯温度为32摄氏度)。车载端显示充至满电需要55分钟、充电电流为115.1安、电压376.1伏、充电功率为43.3千瓦。

实际上,小鹏P7的工程师们为充电设定了1个由驾驶员可调的SOC值选项。驾驶员可以自由选择日常充电至SOC值90%或100%,系统默认是90%,如果强制选择一次100%,系统将提示“本次充电后将回复至90%”。

最终充电百分比值从系统默认向车主自主控制的进化,是一种进步,但是美中不足的是P7在国网60kW充电桩充电的功率仅为44千瓦。从SOC值67%快充至79%,功率始终保持在44千瓦。

在小鹏P7的高级选项中,充电限制默认为90%,也可以在50%至100%间任意调整。不同版本的车型分别搭载由亿纬锂能和宁德时代提供的160wh/kg或170wh/kg两种能量密度的动力电池。不过对于小鹏P7而言,无论选择哪个品牌电池系统,都会遵循统一的品控标准。不过,由驾驶员可选更宽泛的充电上限,透露出P7产品经理对当下新能源整车行业发展问题与关注度逐步提升下,电池的安全考虑与驾驶者的旅程焦虑之间的一种权衡。
对比充电结果:

汉EV在国网60千瓦充电桩直流快充功率可为54.1千瓦、需求电流为200安、需求电压为540伏、电池电压平台为569.6伏。在相同的国网60千瓦充电桩直流快充,小鹏P7直流快充功率为44千瓦、需求电流为243安、需求电压为243伏、电池电压平台为345.6伏。
汉EV在国网120千瓦充电桩直流快充功率并未超过100千瓦,只维持在58千瓦。但是,汉EV在特来电150千瓦充电桩直流快充功率最大值为123千瓦、充电电流为168.5安、充电电压为626.5伏。这说明在特来电150千瓦充电桩,汉EV可以充分发挥高电压平台的优势,即便电池充电电压提升至626.5伏、充电电流也保持在168.5安。
需要特别注意的是,比亚迪汉EV没有在系统上可选充电电量的限定,小鹏P7为车主提供充电电量的智能限定并可以自主选择。原因很简单,让车主自行选择充电电量的限定,一方面平衡充电效率与安全性;一方面还是源于对不同供应商的三元锂电池在安全性上的考量。
比亚迪汉EV全部核心技术全部自行研发,且搭载的刀片电池+低导电率冷却液的组合,让整车安全性持续提升,以及高电压平台在全功率充电桩更能发挥提升充电电流的优势,最关键是很少的系统发热量,带给新能源产业一股科技感满满的新风。
下面我们再谈谈汉EV搭载的比亚迪第3代电控四驱技术的控制策略
由于目前比亚迪并未对汉EV车型所使用的的高级别技术平台进行命名,结合实车和预判状态看,完全可以认为“2合1”双向充配电系统总成+“3合1”电驱动系统总成+IPB制动系统+刀片电池及专属的热管理策略,归为“e+平台”EV技术解决方案。汉EV配置了15500转/分、最大输出功率200千瓦的驱动电机及集成SIC电控,实际上,售价不到30万元的汉EV四驱版集成的比亚迪第3代电四驱技术,在AI概念下应该叫超级智能电控四驱,不仅在铺装路面还有复杂路况的行车安全性能大大提高,完全超越了相同售价区间的特斯拉Model3,更是超越售价50万元、搭载4MATIC四驱系统奔驰E系列,甚至售价近100万元、搭载Quattro四驱系统的奥迪A8系列也不可同日而语。


1、比亚迪汉EV四驱版技术状态:
2020年7月,比亚迪汉EV四驱版和前驱版上市。基于“e+平台”的汉EV四驱版的前置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率163千瓦;后置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率200千瓦且由SIC电控抑制驱动电机功率过载与过热;搭载的刀片电池系统装载电量76.9度电、最大充电功率整100千瓦;整车车自重1.9吨,NEDC续航里程550公里。

无论汉EV两驱版,还是四驱版,在前置动力舱内布设的分系统和前置“3合1”电驱动总成完全一致。只是汉EV四驱版多出了1组后置“3合1”电驱动总成,并且采用模块化设定。首次引入低导电率冷却液为刀片电池提供“冷量”与“热量”交换,再次提升“电”方面的主动安全性。

上图为拆卸掉后护板后汉EV四驱版,后置“3合1”电驱动总成和后悬架技术状态细节特写-1。汉EV四驱版的后置“3合1”电驱动总成被1组钢制全框型副车架(蓝色区域)通过3点铝材质支架“悬置”。红色区域是汉EV四驱版车身焊接的后地板,在这里比亚迪没有布置任何高压用电系统。
理论上,模块化的后置“3合1”电驱动总成拆卸或安装,即可成为前驱或四驱车型。而汉EV前驱版与四驱版的多连杆悬架和后转向节完全通用。

上图为汉EV四驱版后悬架技术状态细节特写。
在铝材质后转向节上固定了1组电子驻车电机(黄色箭头)、后传动轴(红色箭头),两组拉杆锚点处于同一个中心线(蓝色箭头)。汉EV四驱版与汉EV前驱版的后悬架完全一致,甚至采用这种结构的秦ProEV、宋ProEV,也都具备模块化加装后驱动模块的能力。

在表象上,汉EV前驱版和四驱版的最大不同,是多了一组后置电驱动总成。这组代表了比亚迪新能源车用电驱动技术最高水准的TZ200XSE型“3合1”电驱动总成,电控系统首次引入SIC技术。
红色箭头:集成SIC电控的驱动电机控制模组
在行业中,比亚迪是少数为可以为轨道产品、商用车和乘用车自行制造驱动电机的整车厂商,又是行业中唯一一家可以自行制造IGBT和SIC电控的厂商。在比亚迪量产常用的驱动电机体系中,转速从11000转/分-15500转/分、输出功率含盖40千瓦-200千瓦。

汉EV四驱版搭载的后置“3合1”电驱动总成,是目前为止比亚迪自行制造的技术含量最高的乘用车用电机。为了应对更高转速带来的过热引发的“退磁”问题,比亚迪为这套200千瓦级“3合1”电驱动总成的控制模块引入了SIC电控,为的是降低全负载工况的发热量与内阻,借此换来的是更好的可靠性。
比亚迪为汉EV前置“3合1”电驱动总成适配自家研发生产的IGBT4.0电控;汉EV四驱版后置“3合1”定驱动总成采用SIC电控用于驱动电机控制系统,可以持续全功率大倍率放电时,拥有更高的击穿电压强度、更低的电热损耗量和更高的热导率。
简单地说,汉EV四驱版的后驱动总成转速更高、功率更大、发热量与内损控制在更合理的状态,可以不受发热量影响以全时四驱模式保证行车安全。
2、先进的比亚迪第3代电动四驱控制策略:

从基础技术状态看,汉EV四驱版完全具备“前轻后重”的四驱扭矩分配能力。汉EV四驱版拥有在低负载模式以前轮驱动为主;在全负载模式以后轮为主、前轮为辅的“全时四驱”技术的基础。为了更好地展现比亚迪第3代电驱动技术控制策略,在台架上模拟汉EV四驱版在不同驱动模式、不同扭矩输出工况之下前后驱动电机扭矩分配状态。

在环境温度36摄氏度,将汉EV四驱版举升后,以ECO模式(红色箭头),低负载工况(黄色箭头)缓慢加速。

此时,汉EV四驱版的前置“3合1”电驱动总成随着油门踏板行程的加深,第一时间启动并加速(绿色箭头)。与此同时,汉EV四驱版后置“3合1”电驱动总成并没有运行,处于前轮驱动状态。还是在ECO模式,轻踩油门踏板,车速提升至40公里/小时后,深踩油门踏板,后置“3合1”电驱动总成随即开始输出动力。

在环境温度36摄氏度,将汉EV四驱版举升后,以SPORT模式(红色箭头),全负载工况(黄色箭头)急加速。在SPORT模式,无论低负载还是全负载、油门踏板行程变化无论缓慢还是快速,汉EV四驱版的前后“3合1”电驱动总成始终处于做工状态。

在SPORT模式,全油门、全负载工况,汉EV四驱版前后“3合1”电驱动总成同时输出扭矩。
蓝色箭头:前置“3合1”电驱动总成在举升后状态
绿色箭头:后置“3合1”电驱动总成在举升后状态
通过对比汉EV四驱版SPORT模式、全负载工况台架状态和实操状态的前后驱动总成扭矩分配状态看,比亚迪这套第3代电四驱技术在可以在第一时间因为“扭矩”的输出状态,而自动进入“全时四驱”模式。
实际上,ECO/SPORT模式的转换,对汉EV四驱版不仅仅是扭矩释放更主动或更保守的“虚拟开关”,也是“适时电四驱”和“全时电四驱”模式切换的节点。
另外在冰雪模式下,汉EV四驱版仍然会被强制限定在四驱状态,只不过油门踏板行程不管深踩什么状态,前后单驱动总成扭矩都不会被无限制的释放,甚至会在ESP系统的配合下及时抑制打滑的车轮转速。
2015年,比亚迪唐上市就因为搭载的基于DM技术的“超级电四驱”系统,拥有20毫秒的前后驱动桥扭矩再分配的能力。
2020年,汉EV搭载的比亚迪第3代电四驱技术,具备的20毫秒轴间扭矩再分配能力同时,以“前轻后重”的瞬时扭矩在输出的策略,应对雨雪或泥沙等复杂路况的行车安全性进一步得到提升。
3、SIC电控技术的至关重要性:
截止2020年8月,全球范围在售以性能为牵引的电动汽车只有汉EV四驱版(后置电驱动系统)配置了SIC电动芯片构成的电驱动控制系统。可以认定的是,搭载SIC电控系统,具备更低的能耗与散热量,但是成本的提升也是一个不能回避的事实。

比亚迪在2005年开始布局IGBT产业,其中量产的IGBT4.0技术已经大规模装载在比亚迪多款车型上。

至2020年,由比亚迪在宁波的晶圆工厂自行设计和生产SIC电控用于汉EV。汉EV四驱版上搭载的SIC模块设计电压为1200伏,可完全匹配到现有的高电压平台。
全球范围只有售价100万元的保时捷Taycan,售价30万元的比亚迪唐DM\EV和汉EV\DM采用高电压平台。而此次比亚迪汉EV再次提升性能,降低功耗并保护稳定的安全性引入SIC电控,这是Taycan都没有做到的独特技术点。甚至可以SIC电控配置作为一个衡量标准,判定一款新能源汽车是否具备更高的性能。
4、横评多款搭载四驱系统的电动与传统轿车:
需要强调的是,在中国市场销售,售价30万元或更级别的电动汽车只有少数几款由双驱动电机构成四驱系统。其中就包括特斯拉Model3和保时捷Taycan。

售价30万元,由上海工厂制造的特斯拉Model3四驱版,采用前永磁同步电机、后异步感应电机。但是,只有在雪地模式或急加速模式,特斯拉Model3才具备四轮驱动,日常行驶依旧以后置永磁同步电机驱动。另外,无论国产还是进口的特斯拉Model3的整车做工以及智能驾驶系统的可靠性十分糟糕,与安全和豪华完全不可相提并论。

售价114万元的Taycan电动汽车,0-100加速2.8秒、前后双永磁电机最大输出功率560千瓦、使用LG提供的软包电芯构成的动力电池,续航里程400公里级。然而在2019年12月份美国交付的130台波尔舍Taycan中,就有一台发生了爆炸事故,且点燃了车主的房屋。目前厂家和调查相关人员已经进行了现场鉴定,只不过具体原因细节尚未公布。

售价83万元起的奥迪A8L提供两种3.0TFSI发动机,匹配48V弱混系统,最大功率分别为210千瓦和250千瓦,全系标配quattro四驱系统。其中顶配车型实测0-100加速为5.77秒,并且得益于奥迪A8L的后轮随动转向技术,整车操控车身轻巧灵活,过弯稳定性很好,再来看百公里刹车测试,奥迪A8L实测成绩为35.52米,这对于整备质量为2.3吨的中大型轿车而言非常出色。
比亚迪汉EV采用前后双电机363千瓦的全时四轮驱动形式,汉EV的百公里加速度仅为3.9秒,同时,汉EV搭载了博世最新的IPB智能集成系统,百公里制动距离为32.8米,是目前全球新能源车的最好成绩。而在考验车辆操控性能的麋鹿测试中也以80公里/小时的优异成绩完成挑战。
比亚迪制造的汉EV,2920mm轴距的车型平台上首款车型,刀片电池和低导电率冷却液的也是第一次量产应用,具备更出色的主动和被动安全性。其次,前置双向充配电系统和后置200千瓦SIC电控芯片控制的15500转/分“3合1”电驱动总成的引入,使得汉EV在获得3.9秒0-100Km的加速能力的同时,配置近乎“全时四驱”表现的第3代电四驱技术,再次提高行车安全能力。
综合这几年中国新能源整车行业发展趋势、汉EV自身技术先进性考量基点以及诸多竞品车型的设计初衷,安全无疑是主流新能源车型最重要的考虑因素。



资料来源及致谢

新能源情报分析网
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