深度:实测哪吒U电驱动技术与动力电池恒温热管理策略

2020年3月21日,续航500公里和400公里的哪吒U电动SUV上市,全部6款车型扣除补贴后的售价为13.98-19.98万元。哪吒U作为哪吒汽车量产的第2款电动汽车,基于全新纯电HPC平台打造,长宽高4530x1860x1628mm、轴距2770mm,“四轮四角”的设定实现了车内净值空间最大化。

此前,对哪吒U进行了简单的智能驾驶、透明A柱和电驱动技术快评。接下来,新能源情报分析网将对哪吒U的智能驾驶技术灵敏度、全程开启驾驶舱空调制冷模式的综合续航里程、快充状态下动力电池热管理策略以及车型平台与同为造车新势力的威马EX5\6,进行深度对比解析。

哪吒U的驾驶舱诸多功能的设定,遵循着已行车安全和人机工学为目标的设计准则。横向并列布置的2组12.3英寸多功能显示屏,驾驶员用显示屏提供行车模式、续航里程、瞬时电耗、智能驾驶诸多功能提示和多媒体快速调节等信息;中置显示屏则提供车辆状态、设置、导航和包括专属横版抖音等APP软件的使用支持。位于换挡面板前端的空调系统操控屏幕,将风量和温度调节以实体按钮方式设定,将出风模式和PM2.5过滤等功能以虚拟按钮方式设定。

首先横向设定的两组显示屏,在驾驶员行车时进行操作,可以用更短的时间进行数据读取并进行反馈。相对特斯拉类纵置显示屏的信息读取和全虚按键,不仅缩短驾驶员在视线脱离观察前方路况的周期,有利于对空调等必须频繁操作的功能便利性。

由于供应渠道受到疫情影响,哪吒U高配车型支持的透明A柱功能暂时不能在现阶段量产车型上实现。以降低行车(转向)时盲区为设定目标的透明A柱,根据外后视镜额外增加的左右各1组摄像头配合方向盘后1组摄像头,对车外环境、驾驶员头部姿态(捕捉人眼位置、摆动)对OLED曲面屏(包裹在A柱,不会对强度造成负面影响)显示情景位置和角度进行实时切换。哪吒U透明A柱以车速30公里/小时为节点,超过时A柱不显示动态画面,可以显示导航以及行车信息,低于该时速A柱显示车外事实路况。

1、哪吒U综合续航与智能驾驶功能的实际使用感受:

整车自重1.65吨的哪吒U电动SUV搭载1套“3合1”电驱动系统,最大输出功率150千瓦、最大输出扭矩310牛米;适配1组由宁德时代提供811NCM电芯组成、能量密度 180wh/kg、装载电量68度电的动力电池总成。

备注:续航400公里的哪吒U的动力电池系统供应商分别为亿纬锂能和捷威动力;续航500公里的哪吒U的动力电池系统供应商为宁德时代。

以几乎满电状态进行开启驾驶舱空调制冷功能、经济模式+能量回收根据路况在2挡和3挡间切换(在替代制动功能、减少电量消耗和带档滑行距离间进行动态平衡)+环境温度在38-42摄氏度(黄色箭头),进行综合续航里程测试。

行驶路况以城市快速路、拥堵早高峰、高速公路和盘山路为主。在城市快速路和高速公路测试中,可以快速激活车道偏离(白色箭头)、智能定速续航以及调节跟车距离,并实时捕捉行车限速标识(白色箭头)等智能驾驶系统。尤其具备在高速和低速拥堵路况下,自动保证车辆在车道中间行驶的功能,相当程度提升主动安全系数。

红色箭头:充满电后续航里程显示500公里,由于未充满电续航里程为483公里

测试过程中,驾驶舱空调温度设定为21摄氏度、出风量为1挡。在行驶过程中对空调系统进行“盲操”,可以顺利进行空调系统开启、风量和温度的调节,而位于中央的音量旋钮极少被使用,而是多功能方向盘的音量调节组合开关使用更便利。

需要指出的在哪吒U的空调系统设定中,具备情景模式调节选项。可以让驾驶员根据温度、体感、续航里程等综合条件进行制冷/加热效果,占用动力电池装载电量比例进行切换。

在测试过程中,特别对哪吒U搭载的旨在提高一键泊车操作便利性与成功率的窄波束合成技术。依托全车AEB自动紧急制动、APA一键式自动泊车、IACC智能自适应巡航、FCW前防撞预警、LKA车道保持、BSD盲区检测、TJA交通拥堵辅助系统,可以在最短5.3米车位完成自动泊车。

连续3天在高温环境的综合续航里程的测试结束后,最近30公里的瞬时电耗11度电/百公里、综合电耗13度电/百公里、总行驶里程为410公里,最高车速100公里/小时。由于在测试中全程开启驾驶舱空调制冷模式并怠速运行进行拍摄,以及实际路况和驾驶习惯等诸多因素,续航里程表现仅作为新能源情报分析网评测组给出的参考数值。

需要注意的是,前文提续航500公里的哪吒U,自重1.7吨、装载电量68度电,“3合1”电驱动系统最大输出功率150千瓦,这4个关键数据叠加,横向比对传统车厂同级别电动汽车,百公里综合电耗在11-13度电表现是真实且处于主流状态。

2、哪吒U快充状态动力电池热管理策略:

从车载系统显示的室外温度38.5摄氏度、地表温度42摄氏度,进行60千瓦充电桩进行快充测试,旨在通过热成像系统对哪吒U搭载的Hozon EPT2.0恒温动力电池管理系统进行可视化静态与动态解读。

从哪吒U动力电池SOC值10%开始充电至40%,电芯温度从27摄氏度升至36摄氏度、动力电池管理系统的高温散热功能被激活。哪吒U的动力电池SOC值达到88%,充电电流从59安将至53安、电芯保持依旧保持在36摄氏度。

上图为哪吒U前部动力舱各分系统细节特写。

黄色箭头:“3合1”充配电系统总成

绿色箭头:电动空调压缩机

白色箭头:“3合1”电驱动系统总成、“3合1”高压冲配电系统总成共用的高温散热循环管路补液壶

蓝色箭头:动力电池热管理系统中与空调系统进行“冷量”交换的水冷板控制模组

红色箭头:动力电池热管理系统高温散热管路与低温预热管路共享的补液壶

在快充时哪吒U的动力电池热管理系统的高温散热功能自动激活,电动空调压缩机启动,输出的“冷量”至水冷板控制模组,与伺服动力电池循环管路内的冷却液进行冷热交换后为电芯进行降温。

白色箭头:水冷板控制模组温度降至19摄氏度

绿色箭头:冷却液被制冷后温度降低至约23摄氏度

黄色箭头:电驱动系统总成与充配电总成循环管路补液壶内冷却液温度处于33摄氏度

上图为哪吒U搭载的水冷板控制模块技术状态特写。在水冷板控制模块,有1组来自电动空调压缩机通过制冷剂输入“冷量”的循环,有1来自动力电池内诸多电芯通过冷却液输出“热量”的循环。“冷量”和“热量”在水冷板控制模块进行交换,已达到对电芯散热的目的。

上图为热成像仪拍摄的水冷板控制模块、循环管路以及补液壶温度变化的视频截图。当动力电池热管理系统的高温散热功能自动激活时,水冷板控制模组表面温度为34摄氏度。快充20分钟后,水冷板控制模组温度持续降低至19摄氏度,最终稳定处于21-24摄氏度。

在快充过程中,哪吒U的主散热器进入高转速状态进行主动散热。

快充至动力电池SOC值93%时,充电电流降低至20.5安,并且哪吒U的动力电池电芯温度持续降低至33摄氏度。

哪吒U适配的Hozon EPT2.0恒温动力电池管理系统,首先基于电芯高温和低温极限状态掌控,根据升温速率为电动空调系统制冷设定2组功率状态,已达到行车工况和充电工况不同的散热需求。在这套Hozon EPT2.0恒温动力电池管理系统中,采用PWM网管控制电子水泵具备3段转速设定,与2挡制冷功率进行交叉配合,已获得电芯温度精准控制同时降低对动力电池转载电量非驱动应用的比例。

在量产前2019年,量产中的2020年,哪吒U都在地表温度最高可达到88摄氏度的新疆吐鲁番进行高温环境的多种标定测试,其中就包括Hozon EPT2.0恒温动力电池管理系统行车模式和快充模式的散热效率与电芯温度控制精度。

哪吒U的电池系统工程师,在基于电芯升温缓慢且不激进的工况下,采用低功率制冷+低转速电子扇的主动散热策略。在吐鲁番这种高温环境,哪吒U在静止停放且暴晒足够长时间、且电芯温度达到55摄氏度或更高温度,首要保证整车启动顺利,动力电池系统处于可控状态,Hozon EPT2.0恒温动力电池管理系统迅速接入并进行全负载主动降温。

3、哪吒U车型平台技术状态:

哪吒U的前后悬架以及动力电池两侧都安装了相应的护板,一方面起到保护作用,另一方面则用于行车后降低阻力的整流。

红色箭头:前副车架下护板

绿色箭头:动力电池两侧适配2种护板

上图为拆除下护板后哪吒U前悬架技术状态细节特写。

哪吒U的强副车架采用基于H型基础副车架加强后的全框型副车架,通过增加两组前端加强梁,与H型副车架组合成全框型副车架。A型下摆臂+减震器+稳定杆构成麦弗逊是独立悬架。通过目测,哪吒U的副车架、下A型摆臂在采用成本较低的钢材质同时,进行了打孔轻量化设定。

黄色箭头:副车架H端

红色箭头:副车架加强梁

绿色箭头:下A型摆臂

蓝色箭头:打孔轻量化设定

由于哪吒U适配的这套“3合1”电驱动总成的控制系统通过插排与驱动电机关联,摆脱了高压线缆造成的发热量、降低冷却管路带来的额外重量、减少散热产生的能耗。

这套由上汽变速器有限公司提供的150千瓦级“3合1”电驱动系统的自重较同级别系统减轻了10%、相反热管理效率提升了15%。电驱动系统被布置在加强型副车架前端,为其他分系统预留出足够的空间已获得驾驶舱空间利用效率最大化。

这台“3合1”电驱动系统中的驱动电机最高转速16000转/分,使得哪吒U的在经济时速(80-90公里/小时)更省电。集成度的增强,不仅降低自重,简化结构,还使得体积减小,最明显的优势是布局的更靠近前加强副车架低端,让型车姿态(过弯、出弯)更顺畅。

上图为哪吒U的后副车架及后悬架技术状态细节特写。

红色箭头:钢制横摆臂

绿色箭头:钢制纵臂

蓝色箭头:横拉杆

黄色箭头:铝合金材质后转向节

哪吒U的后副车架承载着部分悬架拉杆与摆臂,铝合金材质的转向节起着降低簧下质量的作用。从哪吒U后悬架实际状态看,后副车架具备承载1套电驱动系统以及至后转向节的传动半轴的空间。而哪吒汽车官方对外透露,这款电动SUV也将在日后推出四驱版本。

上图为哪吒U动力电池总成前端线缆接头特写。

哪吒U的前副车架护板较长,可将副车架和动力电池总成前端诸多线缆接头全部覆盖。哪吒U的动力电池系统,由电芯、模组、热管理管路以及全铝合金材质的动力电池总成构成。

红色箭头:动力电池热管理系统进出冷却液管路接头

绿色箭头:从“3合1”充配电系统至动力电池的OBC功能高压线缆接头

黄色箭头:至“3合1”电驱动系统至动力电池高压线缆接头

黑色箭头:“3合1”充配电系统至动力电池总成PDU功能高压线缆接头

白色箭头:低压线缆接头

在哪吒U电动SUV举升后进行拍摄时,处于“怠速”+驾驶舱空调开启状态。通过热成像仪可见,动力电池总成前端靠近驾驶员一侧的冷却液管路接头(白色箭头)的温度较低,约35-37摄氏度。

前文提及,哪吒U搭载的这套Hozon EPT2.0恒温动力电池管理系统,旨在保证电池系统处于15-45摄氏度摄氏度范围,通过预热或制冷手段让电芯工作温度处于最佳的35摄氏度左右,已获得更稳定的续航里程表现。

在行车过程中,电芯温度突然提升至37或更高的温度(外界高温+全功率放电)时,热管理系统会采用较为平缓的模式进行散热(2挡空调系统制冷功率+3挡电子水泵转速)。在快充模式,根据BMS系统进行预先判断和事实计算,给出一系列适合的预热或制冷动作,保证电芯温度处于35-36摄氏度获得高效且可控的充电表现。

上图为哪吒U动力电池侧向2种技术状态护板特写。

红色箭头:铝合金材质动力电池总成侧向防碰撞结构

绿色箭头;铺设在动力电池外侧的塑料护板

哪吒U的动力电池总车侧向设定的1组塑料护板更多的功能用于整流,降低行车风阻;2组与动力电池总成一体化的铝合金结构用于防护,在遭到侧向碰撞时起到缓冲作用。

4、哪吒U与威马EX6Plus的综合对比:

2019年11月上市的威马EX6Plus电动SUV长宽高4802x1839x1710mm、轴距2715mm,整车自重1.9吨;电驱动系统最大输出功率160千瓦、动力电池装载电量69度电、续航里程503公里,扣除补贴后售价23.99万元。

2012年5月上市的威马EX5-Z电动SUV长宽高4585x1835x1672mm、轴距2703mm,整车自重1.8吨;电驱动系统最大输出功率160千瓦、动力电池装载电量69度电、续航里程520公里,扣除补贴后售价14.98-19.88万元。

EX6Plus是造车新势力威马量产的第2款电动SUV,两款车型仅在整车长度有所不同,轴距和电驱动系统完全相同,电池系统以及其他附属设定几乎一致。

上图为威马EX6Plus前部动力舱细节特写。

蓝色箭头:“驱动电机和单级减速器总成

绿色箭头:DCDC与PDU“2合1”总成

白色箭头:动力电池热管理系统循环管路补液壶

黄色箭头:电驱动和控制系统循环管路补液壶

威马EX6Plus(EX5)搭载的驱动电机最高转速只有11600转/分,虽然最大输出功率160千瓦,但是较低的转速要向在加速、电耗、续航之间均衡矛盾相对搭载高转速电机的车型更难。另外需要注意的是,威马EX6Plus的制动系统采用真空泵+储气罐+制动总泵模式,与哪吒U采用的电液一体化制动系统,在能量回收制动效率以及效率更高的自动驾驶控制策略差距较大。

上图为EX5整车结构简图(EX6Plus与EX5采用相同车型平台),可见驱动电机和OBC都被布置在较低位置,由H型副车架承载。根据诸多EX5车主反馈,位于H型副车架上端的OBC模块故障率较高(怀疑故障原因为异物侵扰导致)。EX5和EX6Plus的后悬架为扭力梁结构,不具备增加一组电驱动系统构成扩展四驱车型先天条件。

2019年8月,笔者在海南海口至三亚,对威马EX5(400)电动SUV的电驱动效率、动力电池热管理策略以及续航里程进行了长测。最终,在室外最高温度温度超50摄氏度、全天候驾驶舱空调制冷模式,威马EX5(400)的综合续航里程为260公里。

对哪吒U的测试是新能源情报分析网评测组在室外地表温度最高42摄氏度,环境温度最高38.5摄氏度的青岛进行。两款电动SUV的测试环境和温度不同,最终续航里程表现没有可比性。但是通过测试,可以对比两款车型动力电池热管理策略的差异。

在完成一系列测试后,快充模式电芯温度超过37摄氏度,威马EX5 400电动汽车的动力电池热管理系统高温散热功能被激活,2组电子扇立刻进入高转速伺服状态,直至电芯温度降至正常设定阈值,才转入低转速伺服状态。

在日常使用中,威马EX5电动汽车的动力电池总成内部温度标定在38摄氏度。意味着无论出于什么样的负载工况,电芯温度都要在38摄氏度或高于38摄氏度才开启电池热管理系统高温散热功能。

哪吒U采用全框型副车架、“3合1”电驱动系统(电机最高转速16000转/分)、“3合1”充配电系统、耗电与效率控制更优秀的动力电池热管理策略、标配的电液一体化制动总泵与选配的透明A柱及附属智能驾驶功能更完善。

威马EX6Plus采用H型副车架、“2合1”驱动电机和减速器总成(电机最高转速11600转/分)、“2合1”高压用电系统、控制效率较低的电池热管理系统、“油改电”的制动总泵使得电量回收与智能驾驶系统与2020年量产的主流电动汽车脱节。

笔者有话说:

对于哪吒U以及太多量产的电动汽车,很难在较短时间内展现复杂路况、不同负载状态、不同温度的续航里程测试的最真实表现。但是,通过通过研判整车风阻系数、自重、动力电池总成能量密度与装载电量,以及电驱动技术集成度、电液一体化制动系统整合状态,不难获得一个较为准确地数据范围。

而在这众多影响续航里程的关键技术中,动力电池自身的能量密度、液态热管理系统控制策略以及降低非驱动用装载电量消耗的能力,将成为整车主被动安全和使用的决定因素。

在潜在客户选购时,对外观、空间和最吸引眼球的智能控制系统的丰富程度的关注同时,还要尽可能的了解不被关注的电驱动技术、电池系统以及车型平台的优势与不足。

就哪吒U的诸多分系统技术状态以及行车和快充工况动力电池热管理系统控制策略,并对威马EX6Plus,起码就续航里程表现上哪吒U更占优势。

新能源情报分析网网评测组出品

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