用特斯拉70%的电量,MARVEL X实现了相近的实际续航

说到电动车,无论低端还是高端,大家最先关注的依旧是续航里程,其次才是动力和配置。MARVEL X 自上市以来一直备受关注,这里要感谢各位同仁的厚爱。

在续航方面,MARVEL X用特斯拉(Model S 75D)70%电量,实现了相近的实际续航。

半个月前的续航里程实测也证实了MARVEL X的续航能力,但依然有很多网友心存疑虑,这是怎么做到的

这次小编直接把工程师拉过来,请(强迫)他从专业角度出发,抛出这篇干货,也欢迎各位同仁一起探讨。

首先,电池电量不是影响续航里程的唯一因素。

0.29的超低风阻、热泵空调、i-Booster系统都有利于提高续航里程,但MARVEL X低能耗、长续航的关键,还是首次采用的——

DM EDS 双电机驱动系统

根据设计要求,为达到至少7s多的加速,MARVEL X后驱版需要140kW左右的电机。选用一个大的电机很简单,但是

如何在确保动力性的情况下,提升效率?

MARVEL X采用的DM EDS,引入了两个之前在汽车领域没有使用过的方案——

虽然结构更复杂,但是这样的设计可以明显提高电机效率

一、永磁同步电机有天生的效率优势

 

首 先永磁同步电机和异步电机都在纯电动车型上获得了应用,但是前者无转子铜耗,高效区宽。最高效率上,永磁同步电机能实现95%~96%,异步电机只有93%~94%。其 次在低转速区间,异步电机的效率下降趋势更明显。根据NEDC工况效率统计,Hair-pin永磁同步电机平均 93% ,异步电机平均89.6%,效率差距达3.5%左右。而且与日常行驶相比,NEDC工况中高速的占比较大,低转速占比小,日常行驶时能耗会比NEDC能耗大,如果是拥堵工况,3.5%的差距会进一步加大。

 

对于美国等高速公路路网普及,拥堵较少且郊区人口占比较高的地区,异步电机效率劣势不明显,成本和功率方面有一定优势。但是在东亚地区人口密集道路拥堵,异步电机的劣势明显。

2014年在新加坡,使用异步电机的Tesla Model S,因为拥堵工况低转速区间效率问题,导致能耗过高,换算成碳排放后,同样里程的Model S甚至比同级别传统动力汽车还要高,也因此被新加坡陆路交通管理局罚款。所以,即使永磁同步电机需要使用到更多的稀土材料,成本更高,大量车企(包括Tesla在新车Model 3上)也要使用永磁同步电机。

第 三MARVEL X上汽自主开发的永磁同步电机,使用了Hair-Pin绕组方案。该方案除了带了更高的功率密度,也使得槽满率高,定子损耗小,进一步提升了驱动效率(约1%)。

 

 

二、双电机系统总能找到效率最优的工作点

 

中高速低负荷匀速行驶对于同等工艺水平的永磁同步电机,一个85kW的电机比一个140kW的电机,在效率方面更有优势日常城市用车,中高速低负荷匀速行驶工况占据超过50%的里程,这对于日常使用的能耗有着决定性的影响。在这个工况中,转矩需求较低。我们挑选了按照50、70、100的车速匀速行驶的典型城市工况。光电机的效率区间就有3.6%的差距。经过逆变器效率、电池放电效率等系数的放大,理论驱动效率的提升将达到4%以上。在这个工况中,MARVEL X只使用TM电机进行驱动,BM电机完全脱开,没有空转而带来拖拽损失,从而获得更高的驱动效率。

中高速动态巡航 通过辅驱电机换挡,可以进一步提升驱动效率。当以85km/h车速巡航时, BM电机切换到2挡后,TM电机和BM电机效率都有所提高,甚至TM电机提升幅度达0.7%

中途加速 MARVEL X会自动选择,是使用单个电机还是两个电机共同驱动,确保更好的动力性。

比如,在内环上想超一辆车——50km/h车速途中加速,图中黑色星标为车辆总扭矩需求,蓝色和红色星标为车载控制系统VCU将动力需求智能拆分后,TM电机和BM电机对应的扭矩。

如果由TM电机单独驱动效率为87.6%。当双电机同时工作,根据系统效率最优分配原则,TM电机效率为90.9%,BM电机效率90.8%。数据详见下表。 

 


除了提高电机效率,直接降低能耗外,双电机系统还能间接的带来其他好处。

一、 60km/h以下的加速响应更快

除了经济性,在动力性方面,DM EDS双电机的驱动模式也有天生的优势,扭矩更大。由于采用双电机+换挡功能,主减速齿比可以有更大的优化空间。相比150kW左右功率的同级别永磁同步电机,使用DM EDS的MARVEL X可以选用更大的主减齿比,实现更大的轮端扭矩,从而实现百公里加速1.5-2.0s左右的优势。这正是为何,即使电机功率不大,MARVEL X两驱版在城市拥堵中低速工况的动力响应也能实现越级表现。

二、配合i-Booster系统

电机效率的优势,在驱动和能量回收方面是对称的。更高的电机效率,配合i-Booster系统,可以进一步提升城市拥堵工况的能耗表现。

三、通过优化,大幅度降低电池发热的功率

电池冷却的最终目的,是保证电池工作在合理的温度区间,不会因为内部发热,温度过高,影响输出功率或电芯寿命。
只要能在所有工况下,将电芯温度控制在合理区间,就是合理的设计。初中物理老师告诉我们,电芯内阻热量产生功率P=I²R。内阻不变的情况下,功率与电流的平方呈正比。由于MARVEL X的电驱系统的优势,整车阻力低和重量轻的优势,我们可以用功率更小的电机(两驱137kW,四驱222kW)即实现优秀的动力(百公里加速时间两驱7.8s,四驱4.8s)。我们的最高瞬时放电倍率控制在4C(电机峰值功率除以电池能量,即可获得),而市场上有些车为了追求动力性,一味使用大功率的异步电机,效率不高的同时放电倍率接近7C。如果放电倍率是MARVEL X的1.6倍,单位能量电池的发热功率将会是2.56倍。就是说,MARVEL X通过对整车和驱动系统的优化,利用物理原理大幅度降低了电池发热的功率。在自然冷却的情况下,就能确保电池工作在合理的温度区间,不会因为内部发热而温度过高,影响输出功率或电芯的寿命。除此之外,MARVEL X电池下壳体作为结构件的同时,兼用作散热主体,在优化设计后可有效地将发热量传导至外部空气中。经过实测,MARVEL X可以确保夏季高温气温情况下,以120km/h车速在高速公路长距离连续行驶时,不会发生功率受限的情况。除了夏季电池冷却之外,冬季电池充电问题也是消费者关心的重点。上汽对供应商提供的电芯也有严格的筛选,包括OCV(开路电压)检测、自放电、内阻、容量抽检等。只有电芯选材严格,才能带来更好的一致性和更低的内阻,确保不会因为低温而过度牺牲充电速度。

环境温度-5℃及以上情况下,充电功率受限不明显。电量从5%到80%需要1小时左右,可以满足需求。从现有数据结合1月北京气温分布来看,可以覆盖90%以上北京用户的快充工况。

从下图也能看到,绝大部分快充开始时间,在早上7点-晚上22点。结合北京地区1月历史气温,电芯支持1小时冲到80%的情况,基本可以覆盖冬天最低气温段。


结论

1. 综上所述,使用Hair-pin绕组永磁同步电机的DM EDS系统,在每个车速、负荷区间,都能寻找到效率最优的工作点。在电驱系统上的效率的优化可达3%+1%+3%+1%约等于8%左右。经过电池充放电效率的放大,优化幅度将接近10%,在效率方面取得这样的进步,是很大的优势。

2.在动力性方面,DM EDS也将带来更大的优势。这是MARVEL X可以取得动力性与经济性兼得的最大法宝。

3. 通过整车和驱动系统的优化,大幅度降低了电池发热的功率,最高瞬时放电倍率控制在4C,从而在自然冷却的情况下,就能确保电池工作在合理的温度区间。

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本文选自绿芯之友,原创:NetGreen,感谢原创和出品方。如有侵权,请联系删除。

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