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豐田首款純電SUV——一汽豐田奕澤 E 進擎三電解析
來自:電動邦
作者:濮曉
2020-04-30 16:55:00
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國產(chǎn)特斯拉Model3上個月銷量過萬的新聞已經(jīng)過去了很久,但由此引發(fā)的思考卻并未停止。要知道,這是在疫情影響之下的銷量數(shù)據(jù);甚至在全部轎車榜單中,Model 3也能夠排到第11名(數(shù)據(jù)來自乘聯(lián)會)。

這意味著,消費者對電動車的需求是可以媲美燃油車的,只要你的產(chǎn)品力是真的好。所以邦老師不難理解,為什么只有特斯拉“單月銷量破萬”,因為目前國內(nèi)電動車市場的標桿就是特斯拉。

不過,隨著豐田、大眾、寶馬、通用等合資品牌真正的電動車到來。特斯拉一家獨大的時代恐怕就要結(jié)束了。其中,豐田首款純電SUV——一汽豐田奕澤 E 進擎(以下簡稱:奕澤 E 進擎),就是對特斯拉的第一波進攻。

■ 一汽豐田奕澤 E 進擎的信息

1、豐田首款純電SUV;

2、搭載與特斯拉同源的松下電芯;

3、電池管理系統(tǒng)采用了“電池包三重安全監(jiān)控系統(tǒng)”

4、電池溫控系統(tǒng)方面,降溫采用冷媒冷卻方式,升溫采用均溫技術;

5、針對電池系統(tǒng),對車體架構(gòu)采用了箱梁結(jié)構(gòu)設計,使保護效果進一步加強;

6、與燃油版相比,車輛重心降低了14%,車身扭轉(zhuǎn)剛性增強了20%

7、電池組10年電池容量維持率達到80%

可以看得出新車還是非常有料的,尤其是三電系統(tǒng)層面,更是下了大功夫!接下來,我們就奕澤 E 進擎的電芯、整包結(jié)構(gòu)、溫控系統(tǒng)、電池壽命等幾個方面,聊聊奕澤 E 進擎究竟“實力幾何”。

■ 特斯拉“同款”電芯實力如何

其實并不是同款,特斯拉使用的是松下的圓柱電池,奕澤 E 進擎則是松下的方形電池。相似之處在于,豐田同特斯拉一樣,與松下的合作是全方位的,從電芯到模組,再到整包,基于新車深度定制。為了滿足豐田的產(chǎn)能需求,松下將自己的5座電池工廠,交由兩家的合資公司管理。

據(jù)悉,與特斯拉Model 3動輒幾千節(jié)的18650電芯相比,奕澤 E 進擎僅有288個電芯,從上面這張奕澤 E 進擎的電池PACK示意圖能看到,奕澤 E 進擎應該是有11個電池模組,288個電芯。其中,8個模組平鋪在下層,每個模組由27個電芯組成;尾部垂直方向還疊加了3個模組,每個模組由24個電芯組成。與此前為了“堆容量”,使電池組內(nèi)布局擁擠的電池組不同,新車電池組電芯數(shù)量少,就意味著其單體和模組間的布局更加合理,而電池單體和模組之間的間隙,就會變得寬裕起來,從而提升了短時間內(nèi)電池的冷卻效果,對電池管理系統(tǒng)的負擔顯然更小,理論上故障率也會更低。

■ 奕澤 E 進擎電池安全的3個手段

說到電池的安全防護,這也是奕澤 E 進擎不得不提的亮點之一,主要包含物理結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)監(jiān)控兩大維度。

1、將冷風管作為緩沖吸能區(qū)

強化電池PACK對側(cè)面碰撞的承受能力,保護電池不受擠壓變形是各家車企都要花精力去優(yōu)化的大工程。有的車企選擇加強側(cè)面門檻梁的強度,有的車企選擇在電池PACK周圍加裝一圈吸能結(jié)構(gòu)……

而奕澤 E 進擎則是巧妙的將冷風管作為電池PACK外層的吸能裝置之一。最直接的好處,當然是能夠增加電池對側(cè)面碰撞的承受能力。不過能讓我用“巧妙”來形容的原因,則是因為這樣做不會顯著的影響到電池PACK的能量密度。另外,如上文所述,奕澤 E 進擎選擇將高壓線束中置,發(fā)生碰撞時,這種結(jié)構(gòu)也能對高壓線束進行保護。

2、讓電池成為車身骨架的一部分

不得不說,豐田的工程師真是敢想敢做。讓電池成為車身骨架的一部分,算得上是前無古人,后……后來者還是有的,據(jù)悉,類似的做法未來在寶馬的新車—BMWiX3上可能會出現(xiàn)。

通過上面這張奕澤 E 進擎電池搭載前后的對比示意圖,大家應該能夠比較清楚的看到,奕澤 E 進擎在白車身的基礎上,通過兩橫兩縱的骨架結(jié)構(gòu),讓電池PACK成為其中一部分,并在底部額外有井字形的箱梁結(jié)構(gòu),防止意外的拖底和撞擊。在這之前,多數(shù)車企只是簡單的用托盤將電池固定在底盤上;良心一點的,也只是多加一層防護殼。

而通過電池車身一體化技術,讓讓電池也成為了車身骨架的一部分,從而使奕澤 E 進擎的車身抗扭剛性相比汽油版車型,提高了20%,重心降低了14%,算是一個意外驚喜吧!良好的車身抗扭剛性是發(fā)揮一輛車操控穩(wěn)定性的根本;降低整車重心對車輛操控穩(wěn)定性的提升,則無需多言。

簡單舉個例子,如果你想成為一名職業(yè)的籃球運動員,那么身高是最基礎的篩選條件,身高190cm的人顯然比身高170cm的人更容易成為籃球運動員。不過,出色的籃球技巧、運動能力才能決定你是否會成為一名籃球運動員。這個例子里面,“身高”就相當于抗扭剛性,越高越好;“籃球技巧”就相當于低重心。

3、電池包三重安全監(jiān)控系統(tǒng)

一般來說,電池安全對外依靠結(jié)構(gòu)設計,對內(nèi)則依賴電池管理系統(tǒng)(BMS)。國標GB/T19596中,對BMS的定義是采集電池單體(集成)或電池模塊(集成)的與電和熱相關的數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)提供給電池控制單元的電子裝置。

聽上去非??菰铮鋵岯MS就是一個能檢測、評估電池狀態(tài),并給出相應措施的電子部件。通常車企只檢測若干個電芯的電壓、溫度、電流等信息,再結(jié)合整個電池PACK的電壓等信息,做出判斷。

而奕澤 E 進擎則是在以上的基礎電池管理系統(tǒng)中,又加入了對單個模組的監(jiān)控,從而構(gòu)成了對電池組的“三重監(jiān)控”。顯然,這個“電池包三重安全監(jiān)控系統(tǒng)”對電池內(nèi)部安全的防護更細膩,更全面。此外,邦老師能夠確定的是,奕澤 E 進擎的電池包三重安全監(jiān)控系統(tǒng)是相互獨立的,某一個電芯或者模組出了問題,整車依舊可以正常行使。

■ 奕澤 E 進擎的超長電池壽命

除去電池安全,奕澤 E 進擎最令邦老師感興趣的其“十年后電池容量維持率80%以上”[3] 的承諾,這樣的電池容量維持率,已經(jīng)達到了世界頂級水平,而豐田能有如此底氣的原因,是因為其核心的“殺手锏”——溫控系統(tǒng)(降溫部分)采用了冷媒冷卻方式。印象中,上一個采用這種方式的電動車是BMW i3。

冷媒冷卻,一聽感覺十分的“高大上”,但實際上意思不難理解,我們常說電動車的電池冷卻方式有三種——風冷、液冷、直冷。關于這三種冷卻方式的介紹,大家可以點擊《怕冷也怕熱,均溫是上策電池熱管理是個啥?》進行了解。

風冷,顧名思義就是依靠空氣來進行降溫或加熱,也分為主動風冷和被動風冷兩種。這種冷卻方式的優(yōu)點是成本低,結(jié)構(gòu)簡單;但缺點是均溫性能不好,受環(huán)境溫度影響大。前幾年,國內(nèi)很多車型還在使用風冷降溫,但事實證明在北方的冬季對續(xù)航影響非常嚴重。

目前,國內(nèi)電動車最常用的是液冷溫控系統(tǒng),一般使用水和乙二醇的混合物作為冷卻介質(zhì)。液冷的基本原理是通過液體的對流,帶走熱量。這種冷卻方式的優(yōu)點是相比風冷效率更高,均溫性能比較好,而且布局靈活;缺點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜,重量大,設計不好的話會影響到電池PACK的能量密度。此外,在極端高溫的城市,或者連續(xù)高強度放電的場景下,液冷溫控系統(tǒng)存在失效的風險。

最后一種直冷,也就是冷媒冷卻。所謂冷媒冷卻,其實就是把制冷劑直接貼在電芯的表面,通過制冷劑的相變原理帶走熱量。因此,直冷的降溫效果比其他兩種方式都要好,且可控性好,電池內(nèi)部的熱均衡效果也更好。制冷劑冷卻可容許電池溫度大幅低于外部高溫環(huán)境,從而無懼外界環(huán)境溫度限制。液冷冷卻電動車,在極端高溫天氣或特殊地區(qū)(如新疆吐魯番火焰山)行駛時,冷卻效果就會大打折扣,從而有誘發(fā)熱失控的風險,如果采用冷媒冷卻方式的話。只要制冷劑充足,依舊可以達到相當出色的冷卻效果,從而使電動車的使用范圍進一步擴大。

此外,奕澤 E 進擎還另有一套電氣式的電池加熱器。這些加熱裝置,平鋪在每一個模組的下方,為電池單體升溫。從而把溫度控制在電池的“舒適區(qū)間”。

我們都知道,溫度對電池的影響非常大。一般電池最合適的工作溫度在15℃-35℃,在不合適的溫度下工作,不僅影響電池的充放電性能,還會縮短電池的循環(huán)壽命。特斯拉MODEL 3說明書中,明確表明不要將車輛暴露在-30°C以下的環(huán)境之中超過24小時,而奕澤 E進擎的這套溫控系統(tǒng),卻讓新車真的做到了“不怕冷”,這是因為其采用的“均溫技術”,通過電氣式電池加熱器對電池組進行加熱,并帶有預熱功能,在低溫環(huán)境下,電氣式電池加熱器還可以進一步縮短充電時間,讓電池組舒舒服服的躺在“空調(diào)房”中“舒心”的工作,不僅可以大幅避免電池組不必要的“壽命損失”,在最佳的工作環(huán)境中,也可以為駕駛者提供更穩(wěn)定,充足的能量輸出。

■ 邦點評

安全!安全!還是安全!對奕澤 E 進擎而言,有過往豐田在新能源領域的技術積累做背書,加上豐田車型可靠耐用的一貫口碑,以及奕澤 E 進擎作為新能源車,對三電系統(tǒng)安全性,穩(wěn)定性近乎“苛刻”的要求,邦老師認為,新車上市后,有著成為新能源領域“純電SUV”的安全標桿產(chǎn)品的巨大潛力!

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