买车点评

电驱、电池自研自产,威睿打通整车全域800V的“任督二脉”

2024年01月25日 | 查看: 49559

近年来,为了解决电动汽车充电慢和续航短的难题,越来越多车企争相推出800V高压平台车型。这是因为相较于400V充电电压,800V高压系统可提升充电功率和驱动功率,进而提高整车性能、改善续航焦虑,同时也可减少整车线束等零部件重量及成本。

需要指出的是,800V高压系统涉及到一系列技术、器件等的更换和优化,从目前的技术路径来看,主要包括三个方面:一是800V高压快充,主要从动力电池的充放电角度出发,可以实现快速充电;二是关键部位采用800V高压,比如电驱系统采用800V高压,电空调、逆变器等依旧采用400V电压;三是整车全域800V高压,即电驱、电控、电池等都支持800V高压运行。

由此可见,要想完全满足充电快、动力足、损耗低、续航长的需求,整车全域800V是最佳方案,但该方案也对新能源整车特别是核心三电提出了更多要求。目前来看,出于成本和技术难度的考量,多数车企采用800V高压快充方案,以缓解消费者最为关心的充电效率问题。

图片来源:威睿

但是,如何助力整车实现全域800V?是整个新能源汽车产业链仍在努力探索的方向。值得肯定的是,于2023年底正式投产下线的威睿黄金动力系统(包括800V平台下的电驱、电池以及电芯等),给新能源整车全域800V架构下的核心三电部件带来了更多解决方案。

全球量产的功率及扭矩密度最大的四电机分布式电驱

以新能源汽车电驱动系统为例,其作用相当于燃油汽车中的“发动机、ECU电控单元、变速箱”,对整车的动力性、经济性、舒适性、安全性等核心指标具有较大影响。且在整车800V高压系统下,高集成度、高电压、高功率密度的电驱动系统技术愈发成为关键。

图片来源:威睿

威睿此次投产的800V高性能SiC四电机驱动系统,基于其自研800V高压平台打造,由前双2*155kW 双电机系统及后双2*310kW双电机驱动系统组成,是目前全球量产的功率及扭矩密度最大的四电机分布式电驱,电机最大功率高达930kW,最大扭矩为1280N·m。该系统目前已搭载在极氪001 FR上,助力其实现零百加速达到2.02秒,最高车速达到280km/h,并实现不挑路面的坦克掉头。

威睿800V集成电驱动系统技术强大的性能背后,是其在电机、减速器、电控等方面的技术创新以及在系统集成方面所作的突破。

据了解,在电机产品技术方面,威睿800V集成电驱动系统采用定转子直接油冷优化技术、扁线绕组迭代技术和高磁阻转矩技术,电机有效比功率达7.85kW/kg,电机最高效率达97.8%、扭矩密度达12N·m/kg。

在减速器产品技术方面,威睿创新研发了行业领先的电机与减速器一体化润滑、冷却的双联齿行星排减速器技术,优化了两侧减速器齿数配比,实现同速比不同齿轮阶次的参数设计。

在电控产品技术方面,威睿双电控技术支持整车三电机和四电机总成平台控制策略;ZTCS(驱动防滑)支持整车实现分布式驱动和扭矩矢量控制,确保整车的转向力、稳定性以及动力性。

在系统集成技术方面,威睿前双电驱总成采用平行布置双电机分布式驱动方案,做到了电机、减速器、控制器的深度集成。

通过电机、减速器、电控等维度的技术创新以及系统的高度集成,威睿800V电驱动系统用更小的体积尺寸实现更高的性能表现,体现在数据上,其后双电机驱动系统总成功率密度为4.4kW/kg。

威睿公司电驱产品总监、电驱动系统平台总工付彦茹表示,在电驱系统的研发中,威睿始终以用户需求为导向,坚持全域自研,自2019年推出首款分体式控制器,到2021年第一代400V总成200kW电驱动系统下线,再到最新推出的第二代800V总成分布式驱动系统,威睿不断以新成果向市场反馈,为更好地推动车端电动化变革做出有力贡献。

兼具性能、成本、安全的800V超快充磷酸铁锂电池

如果说电驱动是整车800V高压平台下的高配选项,那么电池则是800V高压车型绕不过的坎儿。因为,在多数企业采用的800V高压快充方案中,除了建设超快充设施外,车端亦需要匹配高充电倍率的电池,方可实现1+1大于2的效果。

图片来源:威睿

威睿历时三年研发投产的800V超快充电池,从电芯到电池包全栈自研自产,是目前全球最高体积利用率、量产充电速度最快、最安全的磷酸铁锂电池,现已在极氪007上首发搭载。

当下,新能源汽车虽已做到了千里续航,但过长的充电时间仍让不少用户无法真正卸掉续航焦虑。以普通的磷酸铁锂电池为例,在30%-80%的快充区间,充电时间仍然需要30分钟以上。

作为吉利集团纯电专属架构——SEA浩瀚架构三电系统开发的重要参与者,威睿800V电池匹配极充V2/3充电站,最高充电功率可达 500kW。最高实现4.5C 充电倍率,极充15min续航增加500km以上。即使在零下10℃低温环境下,依然可以保持优异的充电速度,其充电速度相比同类产品提升至少四分之一。

威睿800V电池不仅充得快,放电性能更快,其3秒脉冲放电倍率最高可达16C,满足高性能纯电车型动力需求,能为高性能车型提供巨大瞬时能量,零百加速轻松进入3s 级,中后段加速性能持久不衰减,即使在较低电量条件下,功率性能仍几乎不衰减。

磷酸铁锂电池虽然稳定性高,但对比三元锂电池,能量密度低、充电速度慢、性能表现欠佳也是行业内客观存在的事实。威睿800V电池采用高效集成的设计,大幅优化电池内部结构,核心零部件数量减少35%,最高体积利用率达到83.7%,成为全球体积利用率最高的动力电池。由于结构件的大幅减少,威睿800V电池包质量能量密度较传统电池包提升10%。

威睿800V电池超强的充放电性能,离不开其核心技术的自研突破。在电芯结构创新上,采用叠片多极耳结构设计,超快充工况下,热量分布更均匀,控温更高效;同时采用双铆极柱导流设计,其过流能力相比单极柱方案提升100%。除了结构创新外,采用“锂离子全程加速技术”,通过在正、负极引入创新材料,提升锂离子释放、传输、接收的全程效率,实现高电压、大电流下稳定高效的充电性能。

值得注意的是,高电压平台势必对电池安全提出更多挑战。为此,威睿通过“防”“隔”“吸”“排”“断”“警”“冷”“云”8大热安全防护技术为电池安全保驾护航,同时通过行业首创的240s外部火烧测试(远超国标130s标准),超压针刺测试(挤压+针刺),6项极端工况串行测试(浸水、火烧、冰冻、拖行、碾压、高空坠落),3大极限安全测试确保电池万无一失。

实现全域自研自产的三电“未来工厂”

三分产品,七分实物,强大的产品性能亦需要可靠的生产制造和工艺才能量产落地。

威睿800V黄金动力系统诞生于衢州极电三电智能制造工厂,该工厂以5G+工业互联网为载体,深度融合大数据Al视觉检测等先进技术,是迄今为止全球最大的三电及储能系统智能制造综合工厂,也是浙江省首家三电“未来工厂”试点企业。

图片来源:威睿

工艺创新与智能制造联动,是衢州极电三电智能制造工厂打造行业最严苛品质标准的重要抓手。

就电驱工厂来看,其采用先进的电加热滴漆全自动工艺,实现绝缘材料滴漆用量和角度的精准控制,成功解决滴漆不饱满的行业难点,滴漆槽内填充率≥99%,高于行业水平;同时采用全球顶尖的焊接工艺,精度业内领先,让产品堪称艺术品。在品控方面,电机绝缘系统耐电压测试,电压标准高出行业平均14%;NVH噪音检测在线模拟道路实际工况进行全自动化精准测试,不放过任何误差。

电芯工厂方面,每条产线部署5000+品控点,配置750+台CCD智能检测相机360°无死角监测,第一时间识别风险与预警。电芯涂布和辊压工序中,首创极片“双泵耦合技术”与“双光控制监测反馈系统”,实现电芯在线实时纠错与闭环,在电芯堆叠工序,通过自研电芯簇堆叠技术,攻克电芯厚度误差累积的行业难题,确保电芯膨胀一致性,让威睿800V电池的使用寿命再提升10%。

同时,电芯工厂还采用医疗手术级空气洁净系统,每立方米空气中5微米以上的粉尘颗粒小于293 个,打造医疗手术级无尘环境。此外,单电芯水分含量比例小于万分之二(仅为撒哈拉沙漠一年中最低湿度的一半水平),近乎“0水分”控制来提升电芯品质。

电池工厂每条产线配备2000余个传感器+54套8KCCD工业相机,全流程实时监测并纠错;同时,液冷气密测试、整包气密测试、EOL 电性能测试等120 余项严苛检测,保障电池100%良品交付;100%安装电池热失控智能监测传感器,将行业选配变为标配,实现从生产至用车的全生命周期热失控监测与预警。

从电芯制造到整包成组,威睿800V黄金动力系统中的每一块电池都要经历200多项远超行业标准的品质测试。除了品质可靠,衢州极电三电智能制造工厂在生产效率上亦有较大突破。

目前,电芯工厂单线每2.5秒下线一颗电芯,产线效率高达24 PPM,即1分钟每条产线可下线24颗电芯,电芯生产周期实现至15天。电池工厂单线生产效率达46PPM,即1分钟每条产线可同时处理46 颗电芯,同类型电池行业效率第一。

通过一系列的创新设计方案和高效的生产体系,威睿800V电池将电芯以外部件总成本降低23%,对比同等性能的三元锂电池,单kWh综合成本降低14.8%,这对于置身价格战洪流中的新能源车企而言意义重大,同时也让800V平台搭载车型范围有了进一步下探的可能。

小结:

威睿自2013年成立以来,立足于三电领域,始终坚持全域自研,具备电芯、动力电池包、电驱动系统等全领域研发和制造能力。2023年12月14日,威睿黄金动力系统在衢州极电三电智能制造工厂正式下线,不管是电驱、电池还是电芯,均代表目前新能源三电领域的最高水平。

在新能源汽车年产销接近千万辆规模后,充电时间长问题也将同步放大,一场“加电”与“加油”的竞赛将愈演愈烈,而一个属于800V高压平台的时代无疑将大踏步前来。据东吴证券预测,预计24年国内乘用车800V快充车型渗透率有望提升至7%左右,其中极氪、问界、阿维塔、智界、小鹏、理想等贡献主要销量,25年国内乘用车渗透率预计进一步提升至10%。在这个确定性的市场中,对于已经掌握800V核心三电技术的威睿而言,已然抢跑在前。

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