電驅、電池自研自產,威睿打通整車全域800V的“任督二脈”
近年來,爲了解決電動汽車充電慢和續航短的難題,越來越多車企爭相推出800V高壓平台車型。這是因爲相較於400V充電電壓,800V高壓系統可提升充電功率和驅動功率,進而提高整車性能、改善續航焦慮,同時也可減少整車线束等零部件重量及成本。
需要指出的是,800V高壓系統涉及到一系列技術、器件等的更換和優化,從目前的技術路徑來看,主要包括三個方面:一是800V高壓快充,主要從動力電池的充放電角度出發,可以實現快速充電;二是關鍵部位採用800V高壓,比如電驅系統採用800V高壓,電空調、逆變器等依舊採用400V電壓;三是整車全域800V高壓,即電驅、電控、電池等都支持800V高壓運行。
由此可見,要想完全滿足充電快、動力足、損耗低、續航長的需求,整車全域800V是最佳方案,但該方案也對新能源整車特別是核心三電提出了更多要求。目前來看,出於成本和技術難度的考量,多數車企採用800V高壓快充方案,以緩解消費者最爲關心的充電效率問題。
圖片來源:威睿但是,如何助力整車實現全域800V?是整個新能源汽車產業鏈仍在努力探索的方向。值得肯定的是,於2023年底正式投產下线的威睿黃金動力系統(包括800V平台下的電驅、電池以及電芯等),給新能源整車全域800V架構下的核心三電部件帶來了更多解決方案。
全球量產的功率及扭矩密度最大的四電機分布式電驅
以新能源汽車電驅動系統爲例,其作用相當於燃油汽車中的“發動機、ECU電控單元、變速箱”,對整車的動力性、經濟性、舒適性、安全性等核心指標具有較大影響。且在整車800V高壓系統下,高集成度、高電壓、高功率密度的電驅動系統技術愈發成爲關鍵。
圖片來源:威睿威睿此次投產的800V高性能SiC四電機驅動系統,基於其自研800V高壓平台打造,由前雙2*155kW 雙電機系統及後雙2*310kW雙電機驅動系統組成,是目前全球量產的功率及扭矩密度最大的四電機分布式電驅,電機最大功率高達930kW,最大扭矩爲1280N·m。該系統目前已搭載在極氪001(配置|詢價) FR上,助力其實現零百加速達到2.02秒,最高車速達到280km/h,並實現不挑路面的坦克掉頭。
威睿800V集成電驅動系統技術強大的性能背後,是其在電機、減速器、電控等方面的技術創新以及在系統集成方面所作的突破。
據了解,在電機產品技術方面,威睿800V集成電驅動系統採用定轉子直接油冷優化技術、扁线繞組迭代技術和高磁阻轉矩技術,電機有效比功率達7.85kW/kg,電機最高效率達97.8%、扭矩密度達12N·m/kg。
在減速器產品技術方面,威睿創新研發了行業領先的電機與減速器一體化潤滑、冷卻的雙聯齒行星排減速器技術,優化了兩側減速器齒數配比,實現同速比不同齒輪階次的參數設計。
在電控產品技術方面,威睿雙電控技術支持整車三電機和四電機總成平台控制策略;ZTCS(驅動防滑)支持整車實現分布式驅動和扭矩矢量控制,確保整車的轉向力、穩定性以及動力性。
在系統集成技術方面,威睿前雙電驅總成採用平行布置雙電機分布式驅動方案,做到了電機、減速器、控制器的深度集成。
通過電機、減速器、電控等維度的技術創新以及系統的高度集成,威睿800V電驅動系統用更小的體積尺寸實現更高的性能表現,體現在數據上,其後雙電機驅動系統總成功率密度爲4.4kW/kg。
威睿公司電驅產品總監、電驅動系統平台總工付彥茹表示,在電驅系統的研發中,威睿始終以用戶需求爲導向,堅持全域自研,自2019年推出首款分體式控制器,到2021年第一代400V總成200kW電驅動系統下线,再到最新推出的第二代800V總成分布式驅動系統,威睿不斷以新成果向市場反饋,爲更好地推動車端電動化變革做出有力貢獻。
兼具性能、成本、安全的800V超快充磷酸鐵鋰電池
如果說電驅動是整車800V高壓平台下的高配選項,那么電池則是800V高壓車型繞不過的坎兒。因爲,在多數企業採用的800V高壓快充方案中,除了建設超快充設施外,車端亦需要匹配高充電倍率的電池,方可實現1+1大於2的效果。
圖片來源:威睿威睿歷時三年研發投產的800V超快充電池,從電芯到電池包全棧自研自產,是目前全球最高體積利用率、量產充電速度最快、最安全的磷酸鐵鋰電池,現已在極氪007(配置|詢價)上首發搭載。
當下,新能源汽車雖已做到了千裏續航,但過長的充電時間仍讓不少用戶無法真正卸掉續航焦慮。以普通的磷酸鐵鋰電池爲例,在30%-80%的快充區間,充電時間仍然需要30分鐘以上。
作爲吉利集團純電專屬架構——SEA浩瀚架構三電系統开發的重要參與者,威睿800V電池匹配極充V2/3充電站,最高充電功率可達 500kW。最高實現4.5C 充電倍率,極充15min續航增加500km以上。即使在零下10℃低溫環境下,依然可以保持優異的充電速度,其充電速度相比同類產品提升至少四分之一。
威睿800V電池不僅充得快,放電性能更快,其3秒脈衝放電倍率最高可達16C,滿足高性能純電車型動力需求,能爲高性能車型提供巨大瞬時能量,零百加速輕松進入3s 級,中後段加速性能持久不衰減,即使在較低電量條件下,功率性能仍幾乎不衰減。
磷酸鐵鋰電池雖然穩定性高,但對比三元鋰電池,能量密度低、充電速度慢、性能表現欠佳也是行業內客觀存在的事實。威睿800V電池採用高效集成的設計,大幅優化電池內部結構,核心零部件數量減少35%,最高體積利用率達到83.7%,成爲全球體積利用率最高的動力電池。由於結構件的大幅減少,威睿800V電池包質量能量密度較傳統電池包提升10%。
威睿800V電池超強的充放電性能,離不开其核心技術的自研突破。在電芯結構創新上,採用疊片多極耳結構設計,超快充工況下,熱量分布更均勻,控溫更高效;同時採用雙鉚極柱導流設計,其過流能力相比單極柱方案提升100%。除了結構創新外,採用“鋰離子全程加速技術”,通過在正、負極引入創新材料,提升鋰離子釋放、傳輸、接收的全程效率,實現高電壓、大電流下穩定高效的充電性能。
值得注意的是,高電壓平台勢必對電池安全提出更多挑战。爲此,威睿通過“防”“隔”“吸”“排”“斷”“警”“冷”“雲”8大熱安全防護技術爲電池安全保駕護航,同時通過行業首創的240s外部火燒測試(遠超國標130s標准),超壓針刺測試(擠壓+針刺),6項極端工況串行測試(浸水、火燒、冰凍、拖行、碾壓、高空墜落),3大極限安全測試確保電池萬無一失。
實現全域自研自產的三電“未來工廠”
三分產品,七分實物,強大的產品性能亦需要可靠的生產制造和工藝才能量產落地。
威睿800V黃金動力系統誕生於衢州極電三電智能制造工廠,該工廠以5G+工業互聯網爲載體,深度融合大數據Al視覺檢測等先進技術,是迄今爲止全球最大的三電及儲能系統智能制造綜合工廠,也是浙江省首家三電“未來工廠”試點企業。
圖片來源:威睿工藝創新與智能制造聯動,是衢州極電三電智能制造工廠打造行業最嚴苛品質標准的重要抓手。
就電驅工廠來看,其採用先進的電加熱滴漆全自動工藝,實現絕緣材料滴漆用量和角度的精准控制,成功解決滴漆不飽滿的行業難點,滴漆槽內填充率≥99%,高於行業水平;同時採用全球頂尖的焊接工藝,精度業內領先,讓產品堪稱藝術品。在品控方面,電機絕緣系統耐電壓測試,電壓標准高出行業平均14%;NVH噪音檢測在线模擬道路實際工況進行全自動化精准測試,不放過任何誤差。
電芯工廠方面,每條產线部署5000+品控點,配置750+台CCD智能檢測相機360°無死角監測,第一時間識別風險與預警。電芯塗布和輥壓工序中,首創極片“雙泵耦合技術”與“雙光控制監測反饋系統”,實現電芯在线實時糾錯與閉環,在電芯堆疊工序,通過自研電芯簇堆疊技術,攻克電芯厚度誤差累積的行業難題,確保電芯膨脹一致性,讓威睿800V電池的使用壽命再提升10%。
同時,電芯工廠還採用醫療手術級空氣潔淨系統,每立方米空氣中5微米以上的粉塵顆粒小於293 個,打造醫療手術級無塵環境。此外,單電芯水分含量比例小於萬分之二(僅爲撒哈拉沙漠一年中最低溼度的一半水平),近乎“0水分”控制來提升電芯品質。
電池工廠每條產线配備2000余個傳感器+54套8KCCD工業相機,全流程實時監測並糾錯;同時,液冷氣密測試、整包氣密測試、EOL 電性能測試等120 余項嚴苛檢測,保障電池100%良品交付;100%安裝電池熱失控智能監測傳感器,將行業選配變爲標配,實現從生產至用車的全生命周期熱失控監測與預警。
從電芯制造到整包成組,威睿800V黃金動力系統中的每一塊電池都要經歷200多項遠超行業標准的品質測試。除了品質可靠,衢州極電三電智能制造工廠在生產效率上亦有較大突破。
目前,電芯工廠單线每2.5秒下线一顆電芯,產线效率高達24 PPM,即1分鐘每條產线可下线24顆電芯,電芯生產周期實現至15天。電池工廠單线生產效率達46PPM,即1分鐘每條產线可同時處理46 顆電芯,同類型電池行業效率第一。
通過一系列的創新設計方案和高效的生產體系,威睿800V電池將電芯以外部件總成本降低23%,對比同等性能的三元鋰電池,單kWh綜合成本降低14.8%,這對於置身價格战洪流中的新能源車企而言意義重大,同時也讓800V平台搭載車型範圍有了進一步下探的可能。
小結:
威睿自2013年成立以來,立足於三電領域,始終堅持全域自研,具備電芯、動力電池包、電驅動系統等全領域研發和制造能力。2023年12月14日,威睿黃金動力系統在衢州極電三電智能制造工廠正式下线,不管是電驅、電池還是電芯,均代表目前新能源三電領域的最高水平。
在新能源汽車年產銷接近千萬輛規模後,充電時間長問題也將同步放大,一場“加電”與“加油”的競賽將愈演愈烈,而一個屬於800V高壓平台的時代無疑將大踏步前來。據東吳證券預測,預計24年國內乘用車800V快充車型滲透率有望提升至7%左右,其中極氪、問界、阿維塔、智界、小鵬、理想等貢獻主要銷量,25年國內乘用車滲透率預計進一步提升至10%。在這個確定性的市場中,對於已經掌握800V核心三電技術的威睿而言,已然搶跑在前。
(本文來自於蓋世汽車Gasgoo)
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