深度:研判比亚迪汉EV冬季充电效率与电四驱控制策略

本文为新能源情报分析网原创发布,就比亚迪汉EV四驱版在室外最低温度-17摄氏度环境,对基于刀片电池系统的充电效率(包括驾驶舱引用的多种保温/降噪技术)、第3种技术状态电四驱系统冰雪路面控制策略进行研读和判定。

早在2015年12月,新能源情报分析网综合多方渠道获得的信息推出包括汉EV在内的多款行车技术状态的预判稿件。其中涉及到汉DM的前后驱动桥扭矩分配更均衡,汉EV的电驱动技术等技术点几乎都在5年后量产车上得到了验证。

在过去的10个月间,新能源情报分析网总共刊出涉及到汉EV四驱(包括两驱)版的低温环境IPB制动系统测试;“e+”电驱动技术平台、刀片电池及低导电率冷却液以及高温环境充电效率评测;在台架上对第3种技术状态电四驱系统控制策略的评测稿件7篇。

采用560伏电压平台的刀片电池(适配低导电率冷却液)以120千瓦进行直流快充,换来的更小的电流(更少的发热量和能耗),集成度更高的“e+”电驱动技术平台(200千瓦后置15500转/分“3合1”电驱动总成+SiC控制技术),第3种技术状态电四驱技术解决方案,预示着比亚迪汉EV四驱版是一款融入了刀片电池的系统安全、正向开发车型平台安全和轴间扭矩再分配的电四驱性能安全于一体的以安全性为导向的电动汽车,而不再是单纯强调续航与加速的EV车型。

上图为拆除掉原车标配的前动力舱防尘罩后,裸露出汉EV四驱版各分系统技术状态细节特写。

红色箭头:“3合1”电驱动总成和“2合1”双向充配电总成共用的低压循环管路补液壶。

绿色箭头:伺服刀片电池热管理系统低温预热功能的PTC控制模组。

黄色箭头:刀片电池热管理系统循环管路补液壶(内部压力15千帕)且灌装的是低导电率的冷却液。

蓝色箭头:“2合1”双向充配电总成。

在2018年量产秦EV、e5和宋EV车型上,比亚迪应用的是12000转/分“2合1”电驱动总成与“4合1”高压电控技术解决方案,并适配了3组循环系统用于电驱动高温散热、电池的高温散热和低温预热以及驾驶舱空调制暖。

在2019年量产的秦Pro EV、宋Pro EV、元EV以及唐EV车型上,比亚迪应用的是15000转/分“3合1”电驱动总成、“3合1”高压用电系统总成和“10合1”低压用电系统总成的“e平台”技术解决方案,简化到2组循环系统用于电驱动与高压用电系统高温散热以及电池的高温散热和低温预热。

在2020年量产的汉EV上,比亚迪应用的是2组15500转/分“3合1”电驱动系统总成并引入了SiC电控技术、“2合1”双向充配电系统总成、更耐高温和大倍率充放电的刀片电池系统的“e+”平台技术解决方案,设定2组循环系统电驱动与高压用电系统高温散热以及电池的高温散热和低温预热。

上图为汉EV刀片电池热管理系统水冷板控制模组和PTC控制模组细节特写。

红色箭头:水冷板控制模组引入来自电动压缩机带来的“冷量”与电池冷却液带来的“热量”进行热交换,达到为刀片电池内部电芯进行高温散热目的

橘色箭头:PTC控制模组加热从刀片电池内部引出的低导电率冷却液至15摄氏度,达到为对电芯进行低温预热目的。

绿色箭头:刀片电池内部灌装的低导电率冷却液,用于在刀片电池遭受冲击内部管路破裂,杜绝短路的安全设定。

水冷板控制模组、PTC控制模组和刀片电池串联在一个循环管路,构成具备高温散热和低温预热能力的低压循环管路,而灌入的低导电率冷却液不仅原本耐高温的刀片电池提供双重安全保证。至今为止,汉EV四驱版(两驱版)是全球第二款(国内首款)采用更安全的低导电率冷却液(伺服电池)的电动汽车。

汉EV四驱版(两驱版)采用的是基于比亚迪研发的“e+”平台,在技术含量与扩展潜力是优于唐EV四驱版(两驱版)采用的“e”平台。“e+”平台适配的“2合1”双向充配电系统,对“e平台”的“3合1”高压电控系统进行全面优化,将PTU和DCDC进行了整合。与560伏刀片电池的配合下,“e+”平台的充电效率有所提升同时,电流持续降低、发热部件及发热量相应的减少。从结构上看,汉EV四驱版(两驱版)采用的“e+”平台在结构上做了“减法”,在可靠性上做了“加法”。

1、汉EV四驱版在低温环境进行的2组直流快充测试:

在第1组直流快充测试中,模拟的是汉EV四驱版凉车状态直流快充效率与动力电池热管理控制系统策略。为了进一步对比,搭载刀片电池的汉EV四驱版的凉车状态充电效率,与1台NEDC续航400公里、搭载1套采用空调直接制冷散热和电加热功能三元锂电池的雷克萨斯UX电动汽车进行对比(具体信息后文介绍)。

在室外温度最低达到-14摄氏度的北京,首先将动力电池SOC值处于55%的汉EV四驱版停放到国家电网充电场站静置一晚。然后在第二天一早室外温度“回升”至-13摄氏度的7:30分进行60千瓦直流快充测试。

为了更好地体现比亚迪汉EV四驱版在冬季低温环境充电效率,将整车静置在充电场站一晚,与第二天一早通过国家电网60千瓦充电桩进行直流快充测试。充电1分钟,充电测试时室外温度约为-9摄氏度,汉EV四驱版搭载的刀片电池电芯最高温度为-1摄氏度。

充电1分钟,汉EV四驱版驾驶员液晶显示屏输出“动力电池智能温控系统工作中”信息,意味着开始引入来自充电桩端的电量为刀片电池进行低温预热伺服,充电功率为26.8HP(马力)约等于19.7千瓦,预计充满时间为2小时。

备注:在后文将对车载显示的单位统一调整为公制,用千瓦来显示充电功率。

充电1分钟,通过热成像仪监测汉EV四驱版刀片电池热管理循环管路可见,PTC控制模块开始进行升温(白色箭头所指)至约-5摄氏度;“3合1”电驱动总成和“2合1”双向充配电总成共用的低压循环管路补液壶(红色箭头所指)表面温度约为-8摄氏度;刀片电池热管理系统循环管路补液壶(绿色箭头所指)温度上升至约-4摄氏度,补液壶内的低导电率冷却液在电子水泵的作用下进行循环。

充电42分钟,汉EV四驱版刀片电池电芯温度已经提升至14摄氏度,SOC值为77%。额定电压569.6伏,就是刀片电池的电压标定值,也就是说汉EV四驱版(包括两驱版)电压平台为560伏级别,远超过当下一汽奥迪国产化的e-tron采用的400伏电压平台。

充电42分钟,充电桩显示充电电流为106.5安培,充电电压为510.1伏,充电功率换算为为54.4千瓦左右。

充电42分钟,汉EV四驱版驾驶员用液晶显示屏的充电功率为50.5千瓦,由于“动力电池智能温控系统工作中”占用了一部分充电功率,因此显示的充电功率小于桩端计算的充电功率。

此时再通过红外线热成像仪针对汉EV热管理系统进行细节观察可以发现,此时该部分最高温度达到26.9摄氏度,温度最高点为刀片电池预热的PTC模组(白色箭头),同时电驱动、双向充配电系统补液壶(红色箭头)和刀片电池热管理补液壶(绿色箭头)温度明显升高,但需要注意的是电驱动和双向充配电系统补液壶温度是吸收充电时“2合1”双向充配电模块的热量,而刀片电池热管理系统补液壶是因为低温预热PTC模组加热产生的热量。

需要说明的是,随着刀片电池内电芯温度的升温,充电功率持续提升,同时开启驾驶舱空调制暖系统换取更好的舒适性。在低温环境充电同时,开启驾驶舱空调制暖,会占用更多来自充电桩端的功率,对充电周期有所延长。

在汉EV四驱版进行凉车状态直流快充测试时,同一充电场站1台上汽新能源制造的荣威ei5电动汽车进行充电。目前在售的荣威ei5电动汽车售价11-13万元,NEDC续航里程420公里,搭载1台装载电量52.5度电、带有完整的液态热管理系统(高温散热和低温预热)的三元锂电池总成。

从充电桩端显示,这台续航400公里级的荣威ei5电动汽车充电时长约为58分、电芯最高温度2摄氏度、需求电流43.6安、额定电压355伏;在另一显示子菜单中,58分钟内充入14.32度电、充电电流为32.8安、充电电压372.5伏。

在第2组直流快充测试中,模拟的是汉EV四驱版热车状态直流快充效率与动力电池热管理控制系统策略。为了进一步对比,搭载刀片电池的汉EV四驱版的热车充电效率,与1台NEDC续航400公里、搭载1套采用空调直接制冷散热和电加热功能三元锂电池的雷克萨斯UX电动汽车进行对比(具体信息后文介绍)。

在室外温度低至-17摄氏度的承德郊区,将汉EV四驱版静置一晚,于第2天一早8点启动、开启驾驶舱空调制暖,并沿京承高速返回北京途中的国家电网充电站进行直流快充测试。

我们在京承高速公路服务区的国家电网充电场站进行热车状态直流充电测试,室外温度约为-8摄氏度。充电3分钟,汉EV四驱版自动激活“动力电池智能温控系统”,同时,充电功率直接提升至55.2千瓦。

充电3分钟,汉EV四驱版搭载的刀片电池电芯温度为14摄氏度、需求电流为132安。

充电3分钟,汉EV四驱版充电电流为130安、充电电压470.8伏。随即充电约50分钟,汉EV四驱版充电电压保持在510伏左右、充电电流在110-130安波动,但是充电功率维持在52-55千瓦,刀片电池热管理控制系统适中运行为电芯进行低温预热。

在汉EV四驱版进行热车状态直流快充测试时,同一充电场站1台雷克萨斯UX电动汽车进行充电(同样为热车状态充电)。刚刚上市的雷克萨斯UX300e电动汽车售价36-38万元,NEDC续航里程400公里,搭载1台装载电量54.35度电、采用空调直冷散热和电加热的三元锂电池总成。

从充电桩端显示,这台续航400公里级的雷克萨斯UX300e电动汽车充电时长约为23分、电芯最高温度2摄氏度、需求电流36安、额定电压355伏;在另一显示子菜单中,23分钟内充入8.4度电、充电电流为38.3安、充电电压350.7伏。

2、汉EV搭载的电四驱系统在冰雪路面的控制策略:

截止2020年12月,在中国市场量产的具备四轮驱动的电动汽车,极少数采用以性能取胜的类似于三菱帕杰罗越野车的“全时四驱”模式,多数为以续航取胜的类似于传统都市型SUV的“适时四驱”。

根据新能源情报分析网在7月份,对汉EV四驱版进行的台架电四驱控制策略评测结果看,ECO模式类似于“适时四驱”;SPORT模式类似于“全时四驱”。

台架测试状态,上图为汉EV四驱版处于SPORT模式“全油门”加速,前置163千瓦“3合1”电驱动总成(红色箭头所指),后置200千瓦“3合1”电驱动总成(蓝色箭头所指)同时输出扭矩。

台架测试状态,上图为汉EV四驱版处于ECO模式“半油门”加速,前置163千瓦“3合1”电驱动总成(红色箭头所指)率先输出扭矩,后置200千瓦“3合1”电驱动总成(蓝色箭头所指)则没有进行做功。

在雪后的承德市郊,部分雪化成冰,路面类似于“冰穿甲+积雪”,同时间隔一段一段的铺装路面,这也是北方地区冰雪之后常见的复杂路况。在这种雪+冰构成的湿滑路面,汉EV四驱版分别在SPORT\ECO模式,以“全油门”和“半油门”状态进行加速的测试。

上图为汉EV四驱版在SPORT模式进行“全油门”加速测试,起步瞬间的特写。在加速的瞬间,前后驱动桥同时爆发扭矩,尽管后置电驱动总成较前电驱动电总成更有“力量”,可是车身姿态并未因“前轻后重”的设定而摆动。随着前后驱动桥扭矩的释放“过度”,控制系统逐步调节轴间扭矩,车辆顺利加速行驶。

通过慢动作视频可见,在SPORT模式下,前驱动轮(红色箭头所指)与后驱动轮(蓝色箭头所指)转速几乎完全一致;在ECO模式下,前驱动轮顺势输出动力,后驱动轮处于随动状态。

在SNOW模式下以“全油门”状态深踩加速踏板,车载控制系统会主动弱化扭矩的输出,同时,前后电驱动总成仍然以“全时四驱”模式做功。相对SPORT模式,SNOW模式在弱化动力输出的同时,ESP系统频繁的介入增加了一层轴间轮速差避免了侧滑。

在SNOW模式下以“半油门”状态十分轻柔的控制加速踏板,车辆会根据桥间和轴间轮速差进行综合判断和决策,是采用两驱还是四驱模式。在SNOW模式下稍微深踩加速踏板,车辆还是会以四驱模式起步和加速。

在台架上对比亚迪汉EV四驱版进行电四驱控制策略测试,确实可以做到直观的反映前后电机运行的状态。但是在低温环境的冰雪路面的实际表现,不仅能看出汉EV四驱版“前轻后重”的扭矩分配效率,更能看出比亚迪汽车工程院对整车行驶安全的严格把控。

笔者有话说:

在未来两年内,全球范围都难以为锂电池电动汽车找到解决寒冷气候充放电效率不足问题的有效手段。除非采用活性与安全性突破现有平衡的固态电池技术,且进行大规模量产,否则都不能彻底解决问题。

采用三元锂电池系统、350伏电压平台的荣威ei5凉车充电效率,弱于采用磷酸铁锂电池系统、560伏电压平台的比亚迪汉EV;售价36万元起、搭载的三元锂电池、选用350伏电压平台的雷克萨斯UX300e,尽管配置了空调制冷散热系统,但是其低温预热系统没有采用冷却液+PTC控制模组技术,导致热车充电效率依旧十分低下。

通过以上进行一系列单车纵向充电测试和多车横向充电功率对比可见,采用560伏高电压刀片电池系统的汉EV,无论凉车状态还是热车状态的充电效率,都要比大多数采用350-400伏电压平台的三元锂电池系统电动汽车优秀很多。

对于搭载第3种技术状态电四驱系统的汉EV而言,真正的技术优势是在冬季冰雪路面的主动行车安全性,以及在夏季高温环境频繁大功率充放电时,560伏刀片电池更小电流和更少发热量带来的电力系统安全性。

要知道汉EV从立项到量产大约用了8年时间,集成的第3种技术状态电四驱技术以及复杂的控制策略耗费的时间,甚至大过一些造车新势力成立到第1款车量产的全部周期。

新能源情报分析网评测组出品

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