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E技之长-2020年新能源技术创新浅谈

来源:《汽车之友》

2020年国际关系发生了根本性的变化,这其中最重要的就是中美之间的摩擦,抛开政治因素不谈,两国在科技领域的掣肘体现了我们在核心技术上的短板,除了关乎经济发展的芯片产业,汽车技术尤其是新能源汽车技术领域,虽然我国起步比较早,力图在新能源领域完成弯道超车,但目前为止,很多核心技术还依赖与国外厂家的合作。

现实在2020年发生了变化,技术竞争力被企业视为生存与发展的重中之重。传统的燃油车时代,核心技术一直处于被外企垄断的局面,中国品牌极力追赶,但难以超越。随着汽车电动化时代趋势的发展,如今在电动技术领域,越来越多的国产品牌实现部分技术达到领先全球的水平。在纯电动车领域,并没有在发动机、变速器和体系制造能力等方面的技术壁垒,因而中国在纯电动汽车技术上面的优势会助推国产新能源汽车在电动车领域拔得头筹。

根据刚刚发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,到2035年我国汽车产量将达到4000万辆。其中50%为新能源汽车,而纯电动汽车在新能源汽车总体中的比例将达到95%。所以产量的巨大需求必定会带动新能源汽车技术的井喷发展,只有掌握了核心技术才不会在发展中受制于人。2020年我们总结了国内整车和电池企业在技术突破上的一些成果,虽然不够全面,也不能完全代表国内技术发展的整体水平,通过这几项技术的突破我们依旧可以看到中国汽车工业正在向着预定目标稳定前进,一步一个脚印。

机电一体化

所谓的驱动电机一体化,也就是“三合一”,是将控制电子电路的逆变器和减速器集成到电机中。它通过技术的协调来实现,更容易小型轻量化并缩短开发周期,以及降低成本,提高效率。在即将到来的自动驾驶时代,基于模块的“三合一”开发已经成为一种趋势,不仅可以设计简化零部件之间的外部布线,达到轻量化、节约成本等目的。对于主机厂来说,“三合一”电驱动让车辆各系统布局更加灵活;对于终端消费者而言,则可以获得最大化的乘坐空间,以及宽敞的车辆储物空间。

“三合一”电驱动的集成化就像乐高玩具一样,将一个个汽车零部件实现标准化设计和生产,从而实现模块化。这种模块可以搭载在主机厂的同车型上,以此减小大量的开发成本。目前,“三合一”电驱动应用的最大难点在于能否实现“1+1+1>3”,其中涵盖集成化、NVH、散热和润滑需求,以及更巧妙的结构设计等方面能力。

广汽新能源在机电一体化方面一直处于行业领先,2019年,推出了搭载在Aion LX的高性能的双“三合一”电驱系统。这个集成度极高的电驱系统能够降低传输损耗,大大提升能量的传输效率,使电机传动效率达到行业最高的99%。同时,“三合一”的电机布局还带来重量降低12%的优势,进一步保证电驱的输出效率。2020年北京车展上,广汽新能源又发布了全球首创高性能两挡双电机“四合一”集成电驱,实现了双电机、控制器和两挡减速器深度集成。该技术获得70多项专利,其中发明专利29项。带来340kW的强劲动力,综合驱动效率达到90%,功率提升13%,体积减小30%,重量减轻25%。

军工背景的长安汽车在机电一体化技术领域也有了不小突破,自从香格里拉计划实施以来,长安新能源与华为、恩智浦、特来电、联想、中汽研、清研理工等11家企业及机构成立联合技术创新中心,在电池,电子电气架构、多合一电驱系统、高效电池系统、一体化热管理系统等技术方面取得了不错的成绩。经过多年的发展,长安新能源最近推出了基于域控制的第三代域电子电气架构。第三代域电子电气架构可将一系列功能整合到一个域中,特点是功能集成度更高,控制器数量更少,连接线束更少,所对应的成本也更低。这也就意味着,长安新能源在域电子电气架构方面,有着高起点、高集成度的特征,对于行业而言,其在技术层面走在了国内同行的前列,而对于用户来说,将享受到更先进、更可靠的新能源汽车产品。长安新能源多合一电驱系统总成不仅能有效节省70L前机舱空间,大大提高了车内空间的利用率,而且,一系列技术的应用,让这套总成的最高效率达到了94%,系统的最高转速可至15000rpm,最大功率也达到了150kW,同时噪音较之前最大降低了10Db。数据虽然有些抽象,反映在实际驾乘感受上,就是动力更强劲,性能更优良,驾乘更舒适,体验更完美。

电池技术

长城汽车旗下的蜂巢能源成立以来,一直致力于高效清洁的能源系统开发,无钴电池技术更是国内首创。为什么车企们这么追求“无钴化”呢?在三元锂电池中,钴是一种必不可少的元素,它可以让三元锂电池稳定下来,不易自燃自爆,但是“无钴化”,不仅能让电池的成本降低,同时还能在高密度、长续航的基础上,增加电池的寿命,唯一的技术难点就是电池的安全性能。据蜂巢能源表示,他们能通过阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆这3项关键技术,能让电池在能量密度、寿命和安全性等各方面都能有非常良好的表现。2020年,两款无钴新电池正式面世,一款是基于590模组的电芯,电池容量为115Ah,可以兼容目前市面上绝大部分的纯电平台,同时长城方面还极其自信地给出了15年120万公里的超长质保期,另一款是L6薄片无钴长电芯,电池容量更高,达到了226Ah,最高可为车型带来880公里的超长续航里程,据悉,这两款电池都有望在2021年下半年实现量产。动力电池研发中心隶属于长城控股集团旗下的蜂巢能源,在全球规划设立七大研发中心,包括国内的保定、无锡、上海,以及海外的韩国、印度、美国、日本。保定研发中心占地面积约105.6亩,至今已经投入研发费用超过7亿元,电池试制车间、试验中心、分析中心已经建成并投入使用。关键材料研究院具备新材料研发、测试、中试能力;电芯及先进技术研究院具备下一代电芯技术研发、测试、中试能力,中试线产能45MWh,测试通道6960个;电芯应用技术研究院具备电池包的设计、仿真、安全测试及量产的能力。

2020年3月底,比亚迪正式推出刀片电池,这款电池用超高的安全性征服了动力电池测试领域的“珠穆朗玛峰”——针刺测试。刀片电池所表现出的高安全、长续航、长寿命等特点,将把动力电池的发展路线重新拉回到以安全为本的正确道路上。刀片电池是比亚迪最新研发的超级磷酸铁锂电池,将电芯做成了“刀片”形状, “刀片”的长度可以根据电池包的尺寸进行定制,最长可以做到2米多。这让刀片电池在成组时可以跳过“模组”,直接组成电池包。相较传统的有模组电池包,“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上,续航里程已经达到了高能量三元锂电池的同等水平。比亚迪使用了全方位高温“陶瓷电池”技术保障电池安全:在高风险安全位点全面使用耐高温和具有优异绝缘性能的高温陶瓷涂层,如极耳陶瓷、陶瓷极柱等应用,让比亚迪刀片电池的安全性能得到极大的提升。安全性能的大幅度提升。比亚迪也凭借刀片电池技术获得了2020全球新能源汽车前沿及创新技术奖,刀片电池目前已经在比亚迪汉纯电车型搭载应用,比亚迪汉EV作为统领“王朝家族”的旗舰级轿车,其综合工况下的续航里程达到605公里,百公里加速3.9秒。

宁德时代2020年推出了全新的CTP高集成动力电池开发平台(Cell To Pack),即电芯直接集成到电池包。CTP技术是在模组结构基础上做简化,对电池包结构优化,在纵向或者横向的排列方式上,通过层次分割,实现较大幅度降成本。CTP技术的优势有电池包体积利用率提高15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%,投入应用后会大幅降低动力电池的制造成本。目前,宁德时代已经取得超70项CTP核心专利,预计后期还将有更多的新技术应用在CTP电池包以保障产品安全。CTP技术兼顾产品的高能量密度和经济性,同时不牺牲产品的可靠性和安全性,并在工艺上,通过工艺整合,取消了传统模组产线,大大减少动力电池产线所需的场地、设备和人力,极大提高生产效率。因此,CTP技术对电动汽车的进一步推广具有重要意义和极大促进作用。这项技术也获得了2020全球新能源汽车前沿及创新技术奖。在技术应用上,宁德时代目前为哪吒汽车提供其旗下CTP高集成度电池Pack技术、5年50万公里长循环寿命等电池技术,今后陆续应用在哪吒汽车所研发的五款车型上。

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