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宋楠:解析前途K50超级电动汽车动力电池及控制策略
发表日期:2019-11-08 21:46| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:有着造车新势力光环的前途首款车型K50已经量产,并以75.43万元售价进行销售。相对蔚来、车和家、威马以及小鹏等造车新势力,前途汽车显然与他们存在着本质的不同。 2010-2013年,前途汽车与萨博(北美)展开合作,对萨博93进行油改电的技术研发和整车测试。 2016年
宋楠:解析前途K50超级电动汽车动力电池及控制策略

有着“造车新势力”光环的前途首款车型K50已经量产,并以75.43万元售价进行销售。相对蔚来、车和家、威马以及小鹏等“造车新势力”,前途汽车显然与他们存在着本质的不同。


2010-2013年,前途汽车与萨博(北美)展开合作,对萨博93进行“油改电”的技术研发和整车测试。


2016年,前途汽车在北京分公司开始小批量试生产K50超级电动汽车。在接受了一些实验任务后,继续用于内部测试。


2017年12月15日,以华特电池工厂的自动化生产线为基础,第一个标准电池箱下线。所有产品供应给前途K50超级电动汽车。


显然,前途汽车虽然背书“造车新势力”,但拥有8年技术研发历程,自行研发电机、电池和电控系统,并拥有整车生产资质和完整的生产基地。


前途K50超级电动汽车,采用全铝车身架构,前后独立悬架、双驱动电机,中后置的“T”型电池组件。无论驱动电机总成、全铝车身,还是采用标准电池箱的动力电池总成(包括BMS),全部由前途汽车自行研发和制造。


上图为前途K50动力电池热管理系统的散热器、电动压缩机、2组电动水泵、PTC电加热模块、制冷用热交换模块以及冷热两套循环管路细节特写。


与大多数2018年在售的主流电动汽车一样,前途K50的动力电池热管理系统,适配1套集成制冷和制热功能的独立循环管路,为动力电池提供近乎“恒温”的热管理伺服。


高压盒用于连接电池总成和快充接口的高压线缆集成;膨胀水箱平衡循环管路内部压力。每组标准电池箱体通过高压线缆和循环管路进行了“刚性”连接。


前途K50超级电动汽车选用的软包电芯,由上海卡耐新能源有限公司提供(日本英耐时株式会社技术)。而电芯PACK、电池小总成、电池箱体和BMS,全部由前途汽车下属的华特电池工厂制造。


由于采用软包电芯,相对18650圆柱型电芯更轻巧,相对方形电池更单薄。这就意味着软包电池的散热效率可以做到更好。针对软包电芯的“呼吸”效应,华特电池工厂为每组电芯小总成设定一定幅度变形能力(1.85%)。


为了保证每只软包电芯具备几乎相同的散热或预热效率,1只软包电芯,被2片铝基板“夹持”,并与横置的水冷散热系统(将蛇形管路一体化集成)一端关联进行热交换,以保证电芯温度一致性。


经过长年的研究后,前途汽车为标准电池模组选用具备轻量化的复合材料。整个电池模组采用金属带组合在一起,具备合适的压紧力和柔韧度。


由华特电池工厂制造的标准电池模组(箱体)采用复合材料, 材料强度与铝铝合金相近,比钢铁材料减重约40-50%。适配的电芯为导电体,但是箱体为绝缘体。


全部电池模组的链接不适用螺栓固定,最大限度的避免了螺栓失效。标准电池模组(箱体)的上下盖(复合材料),由铝扣(白色箭头)固定,并涂抹工业级密封胶(红色箭头),已达到24小时浸泡后密封不失效目的。而标准模组(箱体)通过悬置装置固定,有效的吸收了路面的额震动有效的吸收了路面的碰撞能量。


前途K50超级电动汽车动力电池的热管理系统设定,围绕软包电芯的技术状态展开。采用绝热设计理念,被动保温,构筑温度适宜的工作环境。通过采用复合材料的壳体、云母片,保温棉,最大限度的减少环境与电芯之间的热交换频率和级别。


采用主动液冷/液热温控系统,水冷系统采用并联管路设计,保证每个标准电池模组(箱体)都能够得到充分的热交换,最小化电芯之间的温度差,提升了温度一致性。


在-20摄氏度环境下,标准电池模组(箱体)散热功率达到50w,较采用金属材料外壳更优。


前途K50超级电动汽车,在吐鲁番进行高温测试;在海南进行潮湿测试;在五大连池进行高寒测试。为的是,验证前途K50动力电池热管理策略和最终的技术标定状态。


在-30摄氏度环境下,静态搁置24小时后,热管理系统开启20分钟,前途K50百公里加速时间提升50%。


在45摄氏度环境下,静态搁置12小时后,热管理系统开启20分钟,前途K50百公里加速时间达到最优。


强调加速性能的前途K50超级电动汽车的动力电池热管理系统,还要对不同级别快充时所有电芯温度和寿命进行控制。


根据电芯不同的温度状态,能够职能选择强力和经济管理模式,平衡能耗和性能。具备先进的充电保温管理功能,为前途K50超级电动汽车的使用提前做好准备。


根据前途的长年测试,使得前途K50的动力电池在1.2C充电倍率和1C放电倍率状态,综合性能最优。


前途K50超级电动汽车动力电池总成,在5.5C大倍率放电,经过2万次循环后,并未出现电池寿命衰减表现;5.5C大倍率放电,经过3万次循环后,出现电池寿命衰减现象。


厂家对前途K50的全“油门”驾驶环节,综合电池电芯温度、环境温度等多种条件,才会给驾驶员开启超过5C的大别率放电(加速)的工况。否则,最多允许驾驶员在4C放电模式极限驾驶。经过长期测试,前途很清楚如何保护电芯寿命同时,又不违背K50超级电动汽车的最初技术设定。


而整套动力电池热管理系统,采用并联回路架构,优于串联回路,快速减低不同电芯的温度差。所有的水冷管路的架构和口径,经过计算进行优化。根据环境温度、电池温度,前途K50动力电池热管理系统,具备自燃循环水冷、强制制冷和强制加热三种模式。


前途K50超级电动汽车适配的动力电池系统,在2010年开始选择电芯,并就整体性能进行标定。在随后的7年间,先后标定了整车电驱动性能、标准电池模组(箱体)、热管理系统以及车型平台和悬架技术等分系统。


虽然前途K50从立项到量产经过8年时间,其动力电池热管理系统部分技术(非变频电子水泵)并不先进,但是较长的研发周期,使得整车完成度和可靠性更价稳定。


尤其本文重点提到的前途K50超级电动汽车的动力电池硬件架构和软件策略,都经过近5年的测试和验证,最终适配至整车。相对那些从整车立项到量产不过3年时间的“造车新势力”,前途对核心技术的理解和车型的研究,更扎实,更像传统车厂那样。


作为最早对前途K50试驾的媒体人的笔者,对其适配的动力电池标准模组(箱体)的架构十分认可。轻量化的外壳、精密的温度检测体系、完善的水冷低温预热和高温散热功能的引入,从核心技术与综合可靠性层面碾压蔚来、小鹏等“造车新势力”。


当然,对于前途K50超级电动汽车热管理系统,对性能、续航、安全等标定的平衡,还留在后续冬季深度测试中体现。


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