荣威|荣威ER6三电技术解析续航620km三电技术有亮点 |汽车|电池|

本文插图
出品 | 搜狐汽车·E电园
作者 | 许书怀
编辑 | 彭钊
电子产品遵循的摩尔定律，似乎在纯电动车上同样适用。

本文插图
【荣威|荣威ER6三电技术解析续航620km三电技术有亮点】
纯电动车的核心“三大件”电机、电控、电池，这几年正在以我们肉眼可见的速度快速发展。传导到量化数据上，其的续航里程正在以每年约100km左右的平均速度增长。到了2020年，头部纯电车NEDC续航已经超过了600km ，比如今天的主角——上汽荣威ER6 ，续航里程达到620km 。
而这正是上汽荣威ER6的三电系统全面升级的结果，本文我们一起探究ER6三电系统的过人之处。
[ ·1· 都是Hair-pin绕组，你怎么那么优秀？ ]

本文插图

本文插图
[ ·什么是8层Hair-pin？· ]
而Hair-pin绕组，也分成不同的铜线排布，一般的Hair-pin扁线绕组是2层一组，从上到下是两组4层排布。荣威ER6采用的就是最新的8层Hair-pin绕组电机。它和此前的4层排布相比，可以通过更大的交流电，输出更强的动力和更高转速，同时电机能耗也会相应降低。它们的关系可以用Intel旗下的

本文插图
i5(参数|图片)和i7 CPU性能进行类比。

本文插图
[ ·为什么要做8层Hair-pin？· ]
目前电动车的动力需求不断增加，电机转速也越来越高，通过绕组的交流电频率也越来越高。而这里的交流电有着明显的“趋肤效应” ，导致电机周围电流很大，发热明显，电机也容易因此损坏，而中间的大量铜线导体被浪费，整体销量降低。工程师为了解决这一问题，将绕组继续拆分成8层，降低“趋肤效应” ，提升电机效率、功率密度和扭矩密度。
注：
趋肤效应(skin effect)：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。
[ ·8层Hair-pin绕组的好处还有什么？· ]
ER6采用的8层Hair-pin绕组技术，能让电机槽内的绕组连接方式更灵活，可以更容易实现不同支路之间的电流均衡，降低电机局部过热绝缘损坏的风险，降低短路的风险。同时更高的效率也体现在电机功率密度和扭矩密度上。

本文插图
此外， 8层Hair-pin绕组也将电机的最高转速提升至15000rpm ，最高转速的提升直接影响到纯电动车在中后段的加速能力以及它的极速。荣威ER6的电机通过合理的齿比设计它的0-100km/h加速为7.8s ，极速可达185km/h 。

本文插图
对比4层Hair-pin绕组电机， 8层Hair-pin绕组电机效率≥90%的区间从83%提升到了88% 。通过官方的仿真软件测算的效率数据显示，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NEDC工况平均电耗从13.8kWh/100km下降到12.2kWh/100km ，有效优化了ER6的电耗水平。分页标题
[ ·2· 聪明的电驱系统同轴布置方式 ]
电动机效率远高于内燃机，很大一个原因是电驱总成的零部件少，结构简单，能减少很多没有必要的能量损耗。所以越是“头脑简单”的结构就越有助于提升能量的利用率。而越是“头脑简单”的结构就越需要头脑不简单的工程师来完成。

本文插图
目前市面上绝大多数纯电动车的电驱系统都采用平行轴布置结构。也就是它的输出轴、车轮半轴和电机轴是平行布置，这就像我们玩过的四驱车玩具马达和车轮之间的齿轮布置一样，电机轴转动，将动能传递到输出轴上再由输出轴将动能传递到车轮半轴。而三个平行轴的存在势必会限制电驱总成体积的进一步缩小，为什么不能取消两个轴让电机轴直接驱动车轮半轴呢？这就涉及到电动机和车轮之间的转速差了。
就像我们骑的变速自行车，在没有转速差的情况下，我们的腿蹬一圈，车轮就会转一圈，如果我们起步就能轻松拥有两三千转/分钟能力的话，那么相信每次起步的加速感都是相当酸爽的。
电动机的转速可以轻轻松松上到一万转以上，即使是在起步时也会达到百转以上，假如没有类似换挡结构的减速器，那么电动车起一次步应该就会把电机憋坏。为了保证能够平稳起步必须用减速器来削弱电机和车轮之间巨大转速差，电动机和车轮的转速差大约需要10倍左右的总体减速比，而减速器的存在就使得电机轴和半轴之间多了一个中间轴，也就是上文说的三个平行轴结构。

本文插图
上汽的工程师用一种非常聪明的结构，在保证拥有10倍减速比的情况下，将三个平行轴合成一个轴。也就是输出轴、半轴、电机轴在同一轴线上。这样能极大减小电驱总成的体积，同时在前轴能释放出更多的横向和纵向的空间。这多出来的空间就可以释放到乘员舱内，也可以设置成储物空间。上汽工程师是怎么做到的呢？
上汽工程师把电机输出轴做成空心，在里面再嵌套一个轴承，然后在这根轴承里放一根细的轴，外面的空心轴和里面的实心轴以10倍左右的关系各自旋转，互不干涉，这样就充分的利用了半轴周围空间，避免了空间浪费。
[ ·3· 电池新功夫：兼顾了安全和能量密度 ]
[ ·用NCM523电芯竟能实现180Wh/kg能量密度· ]
上汽荣威ER6的NEDC续航里程达到了620km ，它采用的是上汽集团和宁德时代合资公司生产的三元锂电池。在看到这个续航数字的时候，我本能地认为它用的是NCM811电芯（阴极材料镍钴锰配比8:1:1），然而事实并非如此。荣威ER6的电池电芯为单体能量密度更低的NCM523（阴极材料镍钴锰配比5:2:3）。

本文插图
电芯阴极材料中镍元素负责携带电荷，所以镍含量越高，说明电芯的带电能力越强，能量密度也就越高。而镍是一种不稳定元素，需要钴和锰去稳定电芯的层状结构，并且提高电池充放电速度和循环寿命。所以钴和锰含量越多就说明电芯的稳定性和安全性越好。而安全和能量密度一直以来都是一对矛盾，各家电池厂商也是通过各种手段平衡二者的关系。
采用NCM523电芯的荣威ER6 ，其电池包能量密度可以做到高达180Wh/kg ，而一些采用NCM811电芯的电池包能量密度也只有175Wh/kg左右。用能量密度更低的电芯成组后能量密度反而变高了，它是怎么做到的呢？
其实是通过提升模组和整包的集成度来实现的。
我们都知道宁德时代有一种叫做CTP去模组的技术，就是将电芯直接组成电池包，省去模组零件和一部分连接线束，极大提升电池包能量密度。就像是把去除小包装的早餐小面包直接装进大包装里，在同一个大包装之中能装下更多的早餐包。分页标题

本文插图

本文插图
这样的设计让它的电池包体积能量密度提升了34% ，对比其他同尺寸电池包，电池能量从54.3kWh提升到了72.7kWh ，增长了近20kWh的电量。
此外，电池包还采用了一体式铸铝托盘，把冷却板与框架集成为一体，兼顾电池冷却和加热功能，在确保PACK框架强度的同时，还进一步提高了集成效率。与上一代产品相比，质量能量密度提升了15% 。

本文插图
ER6采用大模组方案，模组变大、数量变少之后，减小了布置安装、电气连接、操作预留等空间需求。新车大模组电池零件数量相比上一代产品减少了22% ，不仅能够实现整体的轻量化，还能留出充裕的空间。
在电池下托盘方面， ER6沿用上一代的一体式托盘设计，并对整车安装点的结构形式、四周侧壁各种加强结构以及托盘内部加强结构进行了优化，保证了整体的强度。
[ ·能量密度这么高，安全吗？· ]
可能你会问， ER6电池包能量密度这么高，那它安全吗？其实， NCM523电芯能量密度并没有改变，还是低于NCM811, 。 ER6在提升成组效率的同时，在电池安全性上并不含糊。
在电池安全方面，上汽在ER6设计中严选成熟稳定的NCM523电芯和性能优良的防火罩，以及疏堵结合的排气通道，并通过BMS电池管理系统和热失控报警机制，对电池温度进行实时调控，有效延缓热蔓延过程，降低热失控风险。

本文插图
在电池包内，防火罩把所有电池模组都罩起来。这层防火罩包含两层结构：一层是硅胶为主的复合材料，它在高温下会陶瓷化成一种质地坚硬的半无机材料，这种无机材料不仅自身不会燃烧（阻燃），同时具有出色的隔热性能，能够防止电芯喷出物引燃或熔穿电池包上盖；另一层是非常薄的玻纤材料，它的任务是在陶瓷层还未形成时提升其整体强度，使材料不至于撕裂或散架。防火罩设计的存在，可以在一定时间内避免密封面周边的过热风险，将高温烟气通过电池包内的烟气通道，经由箱体上设置的防爆阀排出，在足够长的时间内，确保乘客舱安全。

本文插图

本文插图
ER6的电池包上还设置了4个防爆阀结构，所谓防爆阀就是防止爆炸的结构。在防爆阀内侧设有一层薄钢片，可以避免高温烟气直接冲击防爆阀而引发爆燃。当电池热失控时，高温烟气需要通过防护钢片的阻挡，再从钢片与电池托盘的间隙中到达排气阀口，在这个过程中，高温气体的热量很大一部分已经散到外界，实际排出的气体已不足以燃烧。
为将热失控发生的概率降到最低， ER6更换了模组下方的导热材料，改善和模组的贴合度，让其更高效得导热。并通过BMS电池管理系统、热失控报警机制等，实时监控热失控情况，降低热蔓延速度。
ER6采用的电池均严格按照全球顶级的UL2580电池安全认证标准设计，并通过了国家公告法规认证、ECER100欧盟法规等安全标准认证。
[ ·写在最后· ]
上汽荣威ER6的三电技术不乏圈点之处， 8层Hair-pin绕组将扁线绕组电机推向一个新的高度；电驱系统同轴布置方式让我不禁感叹工程师的聪明才智；采用更加成熟安全的NCM523电芯也能达到堪比811的成组能量密度。在这一切的努力之下，荣威ER6实现了620km的续航能力， 12.2kWh/100km的电耗水平，这样看来它还是很有竞争力的。分页标题

本文插图

荣威|荣威ER6三电技术解析 续航620km三电技术有亮点

荣威|荣威ER6三电技术解析续航620km三电技术有亮点