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特别策划
2023-02-17 16:07新能源汽车,到底有多“火”呢?
根据应急管理部消防救援局发布的数据,在2021年全国新能源车发生的火灾事故约3000起,起火概率约0.038%,高于燃油车的0.01%-0.02%。
当前,新能源汽车产品的完成度与消费欲望出现了明显的断层。大量用户持币观望,却迟迟未能挑选出称心如意的好产品。
据艾媒咨询最新的数据显示,中国消费者选购新能源汽车主要考虑的前三项因素分别是汽车安全性(68.7%)、充电所需时间(67.1%)和最大续航里程(61.9%)。分析师认为,近一两年来,新能源汽车安全事故和召回事件频发,致使消费者对车辆安全性能的关注度跃居首位。
究其根本,早期的新能源汽车为了快速占领市场,大多会直接采购供应商现成的电池和电机,组装上车以后,就草草地交付给了终端用户。汽车产品,作为一个复杂且庞大的系统时,其每一个细微的零部件出现失效情况,都可能会影响到整车的安全,进而威胁用户的生命安全。
想要浇灭新能源汽车的“焦虑之火”,那就必须深入到最底层的三电领域。抽丝剥茧,对涉及用户安全的问题和挑战,逐一击破。
在拼研发、拼技术、拼制造、拼工艺的阶段,往往就进入了大厂发力的时刻。
有想法的大厂,都在自研电池
我们常说的动力电池,可分为电芯(Cell)、模组(Module)、电池包(Pack)三个层面。用高中生物学的概念打个比方,那就是细胞、组织和器官。大部分的车企,只会在电池包层面进行集成,而其余的工作则完全交给供应商来解决。
知其然,更要知其所以然。
解决安全和续航里程问题的根本,还是从动力电池的每个层面出发,从细节入手进行优化和迭代。通常来说,锂电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、结构件等元件构成,锂电池的充放电通过锂离子在正负极之间的移动实现。在单位体积和重量的条件下,搬运更多能量或储存更多锂离子的电池能量密度就更高。此外,在保证能量密度的同时,还要确保电池包的安全性和可靠性。
材料,其实就是创新的根源。
像别克EIectra E5的电芯,就采用专属配方811正极材料。通过定向掺杂稀土元素铆定游离氧,使得氧更难在结构中移动,从而减少氧的释放量。此外,原位涂层包覆搭建核壳结构,保护了正极材料。相比市面上基础的811电池配方,别克E5在热稳定性上实现了10%的提升。
将电芯组成为模组之后,系统的复杂程度更高了,对可靠性的要求自然也就更高了。但好在,别克E5采用了业内首创的可无线连接的电池管理系统。无线也就意味着各个电池模组之间无需通过通信线“联系”,而是各个模组“独立管理”,单个模组可以独立监控与管理。
一方面,它可以减少90%的线束和连接器,从而降低了传统线束老化所带来的风险,提升系统运行的质量和寿命。另一方面,无线连接的电池管理系统,可以针对性地对单个模组的温度、热量等监控,与云端数据做融合。让电池模组,实现颗粒度更高的智能化与数字化管理。
在模组的内部,热管理的创新仍然有提升的空间。首先是纳米级气凝胶隔热墙,别克E5使用了航天级隔热材料气凝胶,贴在电池包上方,有效降低电芯间热量传递。其次是独立式模组液冷板,每个模组都配置了独立液冷板,比起业内常见电池包集中式液冷板设计,换热效果提高约10%。
液冷系统通过独特的流量控制,可以控制电芯间的温差在1摄氏度,确保了电芯工作状态的一致性。另外,还有电芯模组上盖排气通道设计,它能快速将电芯热失控产生的高温气体和物质排出,降低对周围电芯伤害。
最后,为了保护每一个模组的安全可靠,电池包壳体结构同样不容忽视。别克E5的电池壳体中,有多根1500MPA 超高强度钢横梁进行加固,在内部形成结实的井字形结构。仅电池壳体这一个部件,就需满足通用汽车全球42项严苛的性能要求。
同时,别克E5为了保护电芯和电池模组不被各种碰撞风险所伤,在奥特能平台的电池包使用了传统的全钢结构。98.5%的超高强度钢打造的井字结构的电池壳体,在30吨以上的力度下挤压电池包,可以确保电芯的结构安全性,这个性能是国标的三倍。“坚硬”的电池包所带来的附加值就是:35000Nm/度的车身超强抗扭转刚度,提升安全性的同时,还提升了行驶品质。
所以,别克E5能实现超600公里CLTC续航里程,根本的原因不是牺牲安全、压榨能量密度。而是从电芯、模组、电池包三个层面,逐一攻破技术难点的结果。
有实力的大厂,正在自己造电机
大多数的普通消费者,可能认为电动车用的电机其实与“玩具四驱车”一样,并不是什么高精尖的技术。所以直接推导出电动汽车其实没啥技术含量,无非就是四个轮子加台电机和电池。实际上,电机发展到现在,最大的难度就在于保证大功率的同时,还要体积和重量的最优解。
电动车所采用的电机都是由电池提供直流电源,通过逆变器转换成交流电供给电机使用;同时电机需要一套电机控制器来协调控制电机的输出动力和动能回收;然后还需要加装固定齿比的齿轮箱进行变扭再传递给轮子;另外,系统中冷却系统也非常关键,影响着整体的性能表现。
这套电驱动系统,如何能够达到更小的体积、更轻的重量、更大的功率,都关乎着电动车最直接的空间、续航、性能表现。简单来说就是,做大了简单,做小了极难。
然而,别克E5就搭载了上汽通用自主研发的高效电驱系统,采用的是8合1高集成设计的扁线全油冷电机。
通过将电机、减速器、电机控制器、充电控制模块等8个重要的零部件高度集成,不仅带来了结构化的减重,同时还能带来更为可观的体积和重量功率比,紧凑的结构也能够更灵活地布局。此外,相比于圆线,别克采用扁线绕组的电机,从断面结构上就能看出它的排布密度更高,此设计带来的最直接的结果就是提升功率密度和减少电机尺寸。
简而言之,就是更小、更强、更省。
同时,相比于更廉价且不能直接接触电机内部机械零件的水冷方式,奥特能平台下的油冷电机采用定子喷淋冷却结合转子甩油,通过更高效的冷却能力和热管理逻辑来提升系统综合效率,进一步帮助实现更大的体积功率密度,以及更好的高功率工作下的耐久性。
除了保证性能和可靠性,电机也承担着车辆静谧性的重任。与传统燃油车相比,电动车虽然没有了内燃机的轰鸣声,但并不代表着噪音的抑制问题就可以迎刃而解。电机在运行过程中产生的些微噪音,需要从根源上进行消除和优化。
所以,在电机的加工和装配过程中,需要极高的精密度,才能保证零部件之间的严丝合缝。像奥特能超级工厂中,定子和转子的装配就采用了行业首创的自适应浮动导向设计,开发灵敏浮动单元,结合伺服压机力感知技术,提高定位精度和装配质量。并且安装全过程采用闭环监控,将电机装配精度控制在50微米以内,相当于一根头发丝的直径。
此外,别克E5的电驱单元中,齿轴系统采用先进的齿轮加工工艺,加之特有的吸音材料包裹技术,保证了整车多工况、全扭矩下优良的NVH性能。看来,别克也要将在燃油车领域所建立的NVH口碑带到纯电动车上来。
造车底蕴,靠时间雕刻出来
早在1996年,通用汽车推出的EV1电动车。要知道,这是通用汽车公司首次以“GM”为品牌推出的车型。同时,也是全球第一款由主流汽车制造商研发的电动车。
毫不夸张的说,EV1是近代电动车“鼻祖”般的存在——流线而低矮的车身,全车大面积覆盖的玻璃和科技狂人梦想般的座舱;自带使用磁感应系统进行充电这种当时的超级黑科技;车身框架采用铝合金材料,并首次应用了太空级别的结构黏贴工艺;采用了可再生能量刹车系统甚至是转向系统,为车辆创造额外的巡航里程;风阻系数低至0.19,至今都是神一般的参数。
EV1,甚至激发了一代人对电池和电机技术进行变革的决心。
比如,EV1当时的首席设计师阿伦·柯柯尼(Alan Cocconi),后来创立了一家名为AC Propulsion的电动汽车公司,并开发出一款性能堪比跑车的铅酸电池汽车T-Zero。
T-Zero的出现,震动了一名来自硅谷的工程师。他在试驾之后,对其颠覆性的驾驶体验大为赞叹。这名挚爱跑车的工程师仿佛看到了跑车的未来,“我再不能眼看着中东石油战争加剧、全球变暖,还心安理得地买一辆百公里油耗20升的跑车”。这名工程师就是特斯拉的联合创始人和第一任首席执行官马丁·艾伯哈德。
实际上,对于别克品牌而言,能够在当下电动化时代发力的重要原因,无非就是四个字——厚积薄发。从1996年诞生的EV1,2013年推出的雪佛兰Bolt,以及后来的上汽通用别克微蓝6/7、凯迪拉克锐歌(Lyriq)、悍马EV,通用汽车在电动化领域步步为营,并且逐步深入到电动化变革的最底层、最内核的领域进行大量创新。
最底层的答案,其实就是奥特能平台。
奥特能电动车平台拥有出众的性能架构,所谓的性能,并非单指驱动方面,还包括架构兼容性、拓展性等,其全面均衡的性能可以赋能不同类型的电动产品,同时满足消费者多元化、个性化的需求。它整合了通用汽车27年的电气化经验,拥有更好的包容性、兼容性和拓展性,这恰好是当下技术更迭迅速的时代所需要的素质。
如今,这种优良的产品素质,在别克Electra E5上已然有了较好的诠释。
而无论是电池安全、电机性能,亦或是制造工艺和可靠性,奥特能超级工厂无疑都是其产品背后,最强有力的支撑。
写在最后
如今的新能源汽车并不缺“大电视、大沙发”,缺的是深入制造业的底层的创新,在根源上解决用户安全和焦虑。
正如著名经济学家马光远所说:“制造业在哪里,创新就可以在哪里”。
在用户消费欲望与产品完成度出现断层的今天,一款好的新能源汽车必选需要深入到了最内核、最底层的领域进行大量地创新。
从长期的竞争趋势来看,新能源汽车,还是大厂靠谱。