跟麒麟、刀片、魔方比,通用奥特能什么水平?-电动汽车观察家

跟麒麟、刀片、魔方比,通用奥特能什么水平?

2021年问世的Ultium奥特能平台,是通用全面转型电动化的标志。

7月26日,上汽通用举办了一次“奥特能电动车平台技术公开课”,深入解读该平台的特点。

按照官方的宣传点,奥特能平台主打“更安全、更智能和更性能”的特点。

当然没有哪个企业会认为自己的平台不安全、不智能,性能不佳。特别是在中国,电池和电池系统新技术太多了:宁德时代的麒麟电池,比亚迪的刀片,上汽的魔方电池、广汽的弹匣……厉害的名字都不够用了。当然,奥特能平台还包括电驱等内容,不是单一的电池系统。

抛开官方宣传词汇,《电动汽车观察家》认为,该平台值得一提的特点有:专属电芯配方、ASIL-D等级的系统安全、属于第一梯队的电机系统峰值效率,以及使得工艺和维修得到简化的无线电池管理技术。

而且奥特能是基于滑板底盘概念的车辆平台,目标是实现灵活开放的平台架构与研发和生产成本的平衡,因此通用性也是一大特点,可覆盖轿车、SUV、MPV、皮卡等不同轴距和尺寸的各类造型需求。

作为早期研发的平台,也有很明显的短板,例如电池系统没有采用无模组的结构,电池系统结构仍然很复杂,NCM811电芯能量密度优势,没有充分发挥。

下面就逐一进行分析。

01

电芯专属配方

通用是少数能够介入到电芯配方设计的企业。

上汽通用深度参与电芯化学体系设计和性能开发。整个电芯的设计开发与验证由通用汽车、上汽通用汽车、泛亚汽车技术中心和电芯供应商共同完成,设计开发中深入参与电芯材料体系制定、制造工艺、性能评估、安全滥用和成本控制五大方面。

根据上汽通用电芯性能开发高级工程师白阳的介绍,他们联合本土的电芯供应商,在电芯的正负极上都采用的专属的配方。

正极方面,上汽通用选用了高能量密度的NCM811体系电芯,通过原位涂层包裹形成核壳结构,并通过定向掺杂稀土元素铆定游离氧。

为了便于理解,白阳将电芯比喻为一个习武之人,NCM811体系则表示此人内力强劲;原位涂层则类似于“金钟罩”,防止内力外泄,降低氧的释放量;掺杂稀土元素目的,是将内力载体氧元素稳固在丹田之中,也是为了减少氧的释放量。以此,进一步延长电芯工作寿命,支持全生命周期的快充而对电池寿命基本无影响。

在这一套内功心法加持下,这一配方相比比基础配方热稳定性提升10%。

在负极方面,他们采用了高容量快充石墨,增加电量;通过原位搭建快速离子导电环,增加电量的传输速率;颗粒级配消除电极阶梯浓度,可提升导电性,使锂离子脱嵌顺畅,不容易破坏材料的微观结构。

奥特能平台电池可以兼容磷酸铁锂、三元锂电池,以及未来的锂金属电池、固态电池等。

02

ASIL-D最高安全等级

安全方面,奥特能电动车平台是顶格设计的。

根据上汽通用方面的介绍,奥特能电动车平台满足ASIL-D系统安全的最高等级,这是汽车行业电子电气系统安全层面的最高标准。同时该平台还是按照电压、电能、物理防护、电力系统负载端绝缘电阻,四重电动车五星安全评价的设计标准进行开发。

(1)高标准的电芯选择和测试

在电芯选料阶段,采取100%电芯DCR(直流内阻)检测,成本更高。通过DCR全检确保电芯焊接制造、电芯性能、下线品质的一致性,从而减少电芯容量的木桶效应,提高电池安全性和寿命。

基于整车使用环境、终端客户、产品定位等不同场景设定电芯的性能评价标准,电芯会经历电、热、化学、安全、耐久、振动、性能等全面考验,累计测试达320万小时以上。

(2)热管理7重防护

一是,电芯间隔热墙(专利设计),使用加厚设计的纳米级航天材料气凝胶,99%以上都是空气,能有效降低电芯间热量传递。

二是,抑制热扩散技术(专利设计):当一旦电芯单体热失控时,我们通过快速排气通道的专利设计,可快速排出高温气体。辅以集成到模组底部的液冷板系统,迅速释放包内热量,降低对相邻模组和电芯的影响,减少次生失效。

三是,集成式液冷系统(专利设计):每个模组都配置了专利设计的集成式独立液冷板,比起业内常见电池包集中式液冷板设计,换热效果提高约10%;同时液冷系统通过独特的流量控制,可以控制电芯间的温差在1摄氏度,确保了电芯老化的一致,提升了电池寿命;此外在BDU电池分断单元里也放置了液冷板,业内这样的设计并不多见,它可以使BDU单元支持>1200A的峰值电流负载,发热最高温度<65°C,消除对周围零件热影响。

四是,模组和整包的防火设计(专利):上盖防火专利设计,电池上盖内置气凝胶防火毯,对乘员和整车进一步保护。

五是,后置大面积防爆阀:它跟模组和整包的快速排气通道相结合,可以迅速排出高温气体。

六是,防拉弧设计:电池包内部高压元器件具备在电芯热失控后防止拉弧设计。

七是,“车-云”两端相结合的电池健康监测系统:车端采用气压/温度/电压三重传感器,24小时不间断、高频率的监测电池包和电芯状态,一旦检测到失控风险会主动采取快速冷却以控制热扩散,保障安全。

此外,云端数据平台基于电池全生命周期数据,能够提前识别电池析锂、内短、鼓胀、漏液等热失控隐患,并提供周级别的电池健康异常预警,以防患于未然。

(3)多重物理结构防护

电池物理防护架构方面,例如,奥特能平台采用高强度电池壳体设计,高强度井字形结构,采用多根1500MPA超高强度钢横梁进行加固(12模组是5根横梁,10模组4根,8模组3根)。上盖总成采用1500MPA超强侧边防护梁,托盘总成采用1000MPA的底部防护。

高强钢应用占比也达到了61%,超高强钢应用占比37.5%,整包的抗挤压性能为国标要求的3倍,同行业最高水平。

此外,壳体内应用远程激光焊23.2米,激光填丝焊15.5米,折算长度相当于绕电池壳体5圈,提供稳固的连接。

在车系统结合的电池壳安全架构设计方面,上汽通用设计了多位置柱碰保护能力:模拟从A柱到C柱连续多位置进行柱碰,以此考察每排模组各个区域的强度,更有效保护电芯及模组安全。国际和国内的柱碰标准都是考察车侧单一位置柱碰能力,上汽通用汽车超越该标准。

电池壳体对整车的扭转刚度提升约45.8%,整车带电池包的扭转刚度35kNm·度,行业领先水平。

在充分满足国家法规与C-NCAP等要求外,上汽通用更增加底部球击工况、过铁轨工况等复杂工况场景的测试。

此外,在碰撞发生后,在5秒内即可完成主动放电,确保事故后救援安全。

密封性能方面,也达到IP67防尘防水和IP6K9K高压喷水防护等级。

03

无线连接的电池管理系统

采用无线连接的电池管理,电池系统装配工艺简化,维修难度下降。

这一优化,使得电池包中线束用量减少了最多90%,电池包减重的同时提高了电池包内的空间利用率。电池包体积因此缩减了至多15%,获得了能量密度的提升。

泛亚汽车技术中心系统模块专家李志深认为,目前行业内主流的方案,都存在着线束复杂的问题,这会引起非常高的通讯故障率,并且也极易产生因为单点的一个通讯失效,而导致整个系统的一个管理失能。

无线连接的电池管理还减少了接插件的使用,不仅减少了相应的成本,也降低了这部分元件带来的故障率。

高可靠、高安全的信号传输。上汽通用采用自适应混合网络架构,当某一组模组出现通信丢失时,将通过临近模组代发,杜绝信号丢失;15路信道智能随机调频,解决信道堵塞;112dB射频链路预算,超强抗干扰。

信息安全方面,上汽通用采用3种加密算法及密钥管理保护用户隐私,使车辆免受恶意攻击。

得益于通用汽车全新一代VIP智能电子架构增强的远程升级功能,电池管理系统的底层架构可像智能手机一样进行软件更新,从而不断优化电池管理的效率,带来更佳的性能表现。

此外,还有车端实时热失控监测和云端热失控预警等安全措施。

04

最大驱动电机系统效率可达96%

奥特能平台一共有三款电驱,产品分别是前驱主力电机,后驱主力电机和后驱辅助电机。

凯迪拉克LYRIQ锐歌后驱车型,采用3合1的电驱单元,峰值功率255kw,峰值扭矩440Nm,最大驱动电机系统效率可达96%。

上汽通用的逆变器IGBT模块采用的是双面水冷,所以在有限的空间内,可以发挥更好的散热效果,从而提高了功率的密度。

智能油温管理模块热交换器,可以储存变速箱油热量,通过电机的废热利用提升系统综合效率,在低温启动快速加热驱动单元,常规工作模式下实现高效热交换,是BEV HEAT高效综合热管理系统中的重要一环。

高效率主要体现在,电机扁线技术、电机自粘铁芯和全油冷电机和减速箱上。

电机扁线技术可以有效降低绕组电阻进而降低铜损耗,输出更高的功率和扭矩。同时,扁线在定子槽内紧密贴合,与定子铁芯齿部和轭部更好接触,热传导效率更高,进一步提升电机峰值和持续性能。

电机自粘铁芯不会出现铆接方式所造成的材料拉伤,减少涡电流的发生。同时,固定强度大大提高,减少旋转时的振动,减少风噪,散热性优异,进一步提升电机效率和NVH水平。

全油冷电机和减速箱,所有奥特能平台电驱单元的电机和减速箱均采用油冷方式,采用内置油泵,可主动喷油进行润滑与冷却,提升了系统综合效率。

相比业内常见的水冷形式,电机采用定子喷淋冷却结合转子甩油,无需设计冷却水套,外径尺寸小,可以带来更大的体积功率密度。

不过,遗憾的是,此次公开课并没有公布电池包和电芯的能量密度。在结构简化方面,除了减少了线束,在结构件方面并没有明显减少,因此电池系统的整体体积利用率到底如何也不得而知,由于采用NCM811电芯,相关的防护措施会更加谨慎,因此电池系统的能量密度或许并不乐观。

无论如何,作为通用电动化的转型之作,平台后期的进化值得期待。

本文由 电动汽车观察家 作者:王 凌方 发表,其版权均为 电动汽车观察家 所有,文章内容系作者个人观点,不代表 电动汽车观察家 对观点赞同或支持。如需转载,请注明文章来源。
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